(57)【要約】【目的】外部環境又は時間帯に拘わらずに、被験者の精神状態を正しく判定することが可能な精神状態判定装置及び精神状態判定方法を提供することを目的とする。【解決手段】被験者の心拍数の変動傾向に基づいてこの被験者の精神状態を判定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。
【請求項２】
前記判別手段は、前記心拍数の大きさが所定値よりも小であり且つ前記心拍数が低下傾向にある場合には前記被験者が弛緩状態にあると判別する一方、前記心拍数の大きさが所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判別することを特徴とする請求項１記載の精神状態判定装置。
【請求項３】
前記判別手段は、所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が０より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出手段を含むことを特徴とする請求項２記載の精神状態判定装置。
【請求項４】
前記心筋パルス信号に基づいて心拍の拍動間隔のゆらぎ成分を測定する心拍ゆらぎ測定手段を更に備え、
前記判別手段は前記心拍数の変動傾向及び前記ゆらぎ成分に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成することを特徴とする請求項１記載の精神状態判定装置。
【請求項５】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。
【請求項６】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。
【請求項７】
前記眠気判定手段は、前記所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が０より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出手段を含むことを特徴とする請求項６記載の精神状態判定装置
【請求項８】
前記心拍数低下傾向検出手段は、
前記所定期間内の先頭の時点で取得した前記心拍数から前記所定期間内の最終の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第１低下値として求める第１低下値算出手段と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数から前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第２低下値として求める第２低下値算出手段と、
前記先頭の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点で取得した前記心拍数との中心値を第１中心値として求める第１中心値算出手段と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数との中心値を第２中心値として求める第２中心値算出手段と、
前記第１中心値と前記第２中心値との差の絶対値を変動値として求める変動値算出手段と、
前記変動値が所定の基準値よりも小であり、且つ前記第１低下値及び前記第２低下値各が、
第１低下値＞第２低下値＞０
である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する手段と、を備えたことを特徴とする請求項７記載の精神状態判定装置。
【請求項９】
前記心拍数が前記所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判断する緊張状態判定手段を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の精神状態判定装置。
【請求項１０】
前記所定期間は１分間であることを特徴とする請求項６記載の精神状態判定装置。
【請求項１１】
測定開始時点において測定された前記被験者の心拍数に所定のオフセット値を加算して得られた加算結果を前記所定値として設定する設定手段を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の精神状態判定装置。
【請求項１２】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者における心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。
【請求項１３】
前記眠気判定行程は、前記所定期間内の先頭部で取得した前記心拍数から前記所定期間内の終了部で取得した前記心拍数を減算した結果が０より大であり、且つ前記所定期間内での前記心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する心拍数低下傾向検出行程を含むことを特徴とする請求項１２記載の精神状態判定方法。
【請求項１４】
前記心拍数低下傾向検出行程は、
前記所定期間内の先頭の時点で取得した前記心拍数から前記所定期間内の最終の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第１低下値として求める第１低下値算出行程と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数から前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数を減算した結果を第２低下値として求める第２低下値算出行程と、
前記先頭の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点で取得した前記心拍数との中心値を第１中心値として求める第１中心値算出行程と、
前記先頭の時点の次の時点で取得した前記心拍数と前記最終の時点の直前の時点で取得した前記心拍数との中心値を第２中心値として求める第２中心値算出行程と、
前記第１中心値と前記第２中心値との差の絶対値を変動値として求める変動値算出行程と、
前記変動値が所定の基準値よりも小であり、且つ前記第１低下値及び前記第２低下値各が、
第１低下値＞第２低下値＞０
である場合に前記心拍数が低下傾向にあると判断する行程と、を備えたことを特徴とする請求項１３記載の精神状態判定方法。
【請求項１５】
前記心拍数が前記所定値よりも大である場合には前記被験者が緊張状態にあると判断する緊張状態判定行程を更に備えたことを特徴とする請求項１４記載の精神状態判定方法。
【請求項１６】
前記所定期間は１分間であることを特徴とする請求項１２記載の精神状態判定方法。
【請求項１７】
測定開始時点において測定された前記被験者の心拍数に所定のオフセット値を加算して得られた加算結果を前記所定値として設定する設定行程を更に備えたことを特徴とする請求項１２記載の精神状態判定方法。
【請求項１８】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、
前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、
前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、
前記心筋パルス信号に基づいて呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する拍揺らぎ測定手段と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有することを特徴とする精神状態判定装置。
【請求項１９】
前記所定帯域は、０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚであることを特徴とする請求項１８記載の精神状態判定装置。
【請求項２０】
被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、
前記被験者から心拍数を測定する心拍数測定行程と、
前記被験者から呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する心拍揺らぎ測定行程と、
前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有することを特徴とする精神状態判定方法。
【請求項２１】
前記所定帯域は、０．１５Ｈｚ〜０．４Ｈｚであることを特徴とする請求項２０記載の精神状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間又は動物の心拍に基づいて精神状態を判定する精神状態判定装置及び精神状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、車両運転者の心拍数、心拍周期、呼吸数、呼吸周期の平均値等の生体情報に基づいて運転者の覚醒状態を検出するようにした身体状態検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる身体状態検出装置においては、運転者から測定したた心拍の平均周期を、予め定められている基準値と比較しその比較結果に基づいて運転者の覚醒状態を判断するようにしている。
【０００３】
しかしながら、人間の精神状態は平常状態時においても外部環境や時間帯等によって随時変動するので、上述した如き方法では平常状態から眠気状態への遷移を正しく判定することができないという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０７−０５９７５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決すべく為されたものであり、外部環境又は時間帯に拘わらずに、被験者の精神状態を正しく判定することが可能な精神状態判定装置及び精神状態判定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別手段と、を有する。
【０００７】
請求項５記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記心拍数の変動傾向に基づいて前記被験者の精神状態を判別してその判別結果を示す信号を生成する判別行程と、を有する。
【０００８】
請求項６記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有する。
【０００９】
請求項１２記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者における心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ低下傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有する。
請求項１８記載による精神状態判定装置は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定装置であって、前記被験者からこの被験者の心筋の動きに対応した心筋パルス信号を検出するセンサと、前記心筋パルス信号に基づいて心拍数を測定する心拍数測定手段と、前記心筋パルス信号に基づいて呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する拍揺らぎ測定手段と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定手段と、を有する。
【００１０】
請求項２０記載による精神状態判定方法は、被験者の精神状態を判定する精神状態判定方法であって、前記被験者から心拍数を測定する心拍数測定行程と、前記被験者から呼吸変動に対応した心拍の拍動間隔の揺らぎを測定して心拍揺らぎ信号を生成する心拍揺らぎ測定行程と、前記心拍数が所定期間に亘り継続して所定値よりも小であり且つ前記心拍揺らぎ信号中の所定帯域の成分値が上昇傾向にある場合に前記被験者が眠気状態にあると判定する眠気判定行程と、を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明による精神状態判定装置の構成を示す図である。
図１において、センサ１１は、被験者の皮膚表面における所定の２点間の電位差に対応した電気信号、又は被験者の皮膚表面において生じる皮膚振動、又は被験者の血流量である脈拍に対応した電気信号をＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１２に供給する。ＢＰＦ１２は、かかる電気信号中から運転者の心筋の動きに対応した信号成分のみを抽出し、これを心筋パルス信号ＣＳ（心電図信号）として心拍数測定部１３及び心拍揺らぎ測定部１４に供給する。心拍数測定部１３は、上記心筋パルス信号ＣＳに基づいて心拍数を測定し、この心拍数を示す心拍数データＣＮを所定期間おきに順次、精神状態判定部１５に供給する。心拍揺らぎ測定部１４は、心筋パルス信号ＣＳによる拍動間隔の時間変動成分中の０．１５〜０．４［Ｈｚ］成分を、心拍ＨＦ（ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）値として測定し、この心拍ＨＦ値を表す心拍揺らぎデータＲＳＡを所定期間おきに順次、精神状態判定部１５に供給する。
【００１２】
精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ及び心拍揺らぎデータＲＳＡに対して、精神状態判定処理（後述する）を施すことにより、被験者が眠気を催している弛緩状態（以下、眠気状態と称する）、又は緊張状態、或いは平常状態のいずれの精神状態にあるのかを判定する。そして、精神状態判定部１５は、判定した精神状態を表すモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する。例えば、精神状態判定部１５は、被験者が平常状態にあると判定された場合には「０」、緊張状態にあると判定された場合には「１」、眠気状態にあると判定された場合には「２」なる値を有するモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する。又、精神状態判定部１５は、被験者が緊張状態にある場合には、その緊張の深度を表す緊張深度ＤＫを求めこれをモードレジスタ１６に供給する。更に、精神状態判定部１５は、被験者が眠気状態にある場合には、その眠気状態時の深度を表す眠気深度ＤＮを求めこれをモードレジスタ１６に供給する。
【００１３】
モードレジスタ１６は、精神状態判定部１５から供給されたモード信号ＭＯＤ、眠気深度ＤＮ、緊張深度ＤＫを夫々個別に上書き記憶し、これらを精神状態モニタ部１７に供給しつづける。又、モードレジスタ１６は、精神状態判定部１５からモード読出指令信号が供給された場合には、現時点において記憶されているモード信号ＭＯＤを精神状態判定部１５に供給する。
【００１４】
精神状態モニタ部１７は、モード信号ＭＯＤにて示される精神状態（眠気状態、緊張状態、又は平常状態）を表す画像（文字画像を含む）、並びに眠気深度ＤＮ又は緊張深度ＤＫを表す画像を表示させるべき画像信号を生成し、これを表示装置１８に供給する。表示装置１８は、かかる画像信号に基づく画像を画面に表示する。又、精神状態モニタ部１７は、モード信号ＭＯＤ、及び眠気深度ＤＮ又は緊張深度ＤＫにて示される内容を音声にて知らせるべき音声信号を所定期間おきにスピーカ１９に供給する。スピーカ１９は、かかる音声信号に基づく音声を発生する。尚、精神状態モニタ部１７は、眠気状態を示すモード信号ＭＯＤが供給された場合に限り、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給すると共に、覚醒を促す音声を繰り返し発生させるべき音声信号をスピーカ１９に供給するようにしても良い。
【００１５】
図２は、測定開始に応じて精神状態判定部１５にて実施される精神状態判定処理フローを示す図である。
図２において、先ず、精神状態判定部１５は、心拍数測定部１３から供給された心拍数データＣＮを取り込み、この心拍数データＣＮにて示される心拍数を初期心拍数ＩＣＮとして内蔵メモリ（図示せぬ）に記憶する（ステップＳ１）。次に、精神状態判定部１５は、上記初期心拍数ＩＣＮに所定のオフセット値ＯＦを加算して得た加算結果を、平常状態又は眠気状態と、緊張状態とを区分する際の緊張区分値ＴＮＫとして上記内蔵メモリに記憶する（ステップＳ２）。次に、精神状態判定部１５は、平常状態を示す「０」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ３）。かかるステップＳ３の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、平常状態を表す画像（文字画像を含む）を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。次に、精神状態判定部１５は、モード読出指令信号をモードレジスタ１６に送出することにより、現時点においてモードレジスタ１６に記憶されているモード信号ＭＯＤを取り込む（ステップＳ４）。
【００１６】
次に、精神状態判定部１５は、ステップＳ４にて取り込んだモード信号ＭＯＤが平常状態を示す「０」であるか否かを判定し（ステップＳ５）、「０」ではないと判定された場合には眠気状態を示す「２」であるか否かを判定する（ステップＳ６）。
ここで、上記ステップＳ５においてモード信号ＭＯＤが平常状態を示す「０」であると判定された場合には、精神状態判定部１５は、平常状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る（ステップＳ７）。
【００１７】
図３は、平常状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図３において、精神状態判定部１５は、先ず、１分間内において１０秒おきに６サンプル分の心拍数データＣＮを順次取り込み、これらを心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ７１）。すなわち、１分間内において第１番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ１、第２番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ２、第３番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ３、第４番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ４、第５番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ５、第６番目に取り込んだ心拍数データＣＮをＣＮ６として順次、内蔵メモリに記憶してゆくのである。次に、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の全てが、上記緊張区分値ＴＮＫよりも小であるか否かを判定する（ステップＳ７２）。ステップＳ７２において心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の内の少なくとも１つが上記緊張区分値ＴＮＫよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部１５は、緊張状態を示す「１」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ７５）。かかるステップＳ７５の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、緊張状態を表す画像（文字画像を含む）を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。平常ステップＳ７５の実行により、表示装置１８には緊張状態を表す画像が表示される。
【００１８】
一方、上記ステップＳ７２にて心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６が全て緊張区分値ＴＮＫよりも小であると判定された場合、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６に基づき、心拍数が低下傾向にあるか否かを検出する。この際、精神状態判定部１５は、心拍数が低下傾向にあることを検出した場合には論理レベル１、そうでない場合には論理レベル０の低下傾向フラグＦＲを低下傾向フラグレジスタ１５１に記憶する（ステップＳ７７）。
【００１９】
上記ステップＳ７７による心拍数の低下傾向検出処理の終了後、精神状態判定部１５は、低下傾向フラグレジスタ１５１に記憶されている低下傾向フラグＦＲが、心拍数の低下傾向を表す論理レベル１であるか否かを判定する（ステップＳ７８）。かかるステップＳ７８において、低下傾向フラグＦＲが論理レベル１ではないと判定された場合、つまり、心拍数が低下傾向にはないと判定された場合には、精神状態判定部１５は、前述した如きステップＳ７６の実行に移る。すなわち、精神状態判定部１５は、平常状態を示す「０」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する。
【００２０】
一方、上記ステップＳ７８において、低下傾向フラグＦＲが論理レベル１であると判定された場合、つまり、心拍数が低下傾向にあると判定された場合には、精神状態判定部１５は、上述した如き第６番目に取り込んだ心拍数データＣＮ６を復帰心拍数データＲＲとして復帰心拍数レジスタ１５２に記憶する（ステップＳ７９）。次に、精神状態判定部１５は、眠気状態を示す「２」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ８０）。ステップＳ８０の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、眠気状態を表す画像（文字画像を含む）を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給すると共に、眠気状態を表す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ１９に供給する。尚、この際、精神状態モニタ部１７は、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給すると共に、覚醒を促す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ１９に供給するようにしても良い。すなわち、ステップＳ８０の実行により、表示装置１８にて表示される画像が、眠気状態を表す画像（又は覚醒を促す画像）になる。
【００２１】
上記ステップＳ７５、Ｓ７６、又はＳ８０の実行後、精神状態判定部１５は、図２に示すステップＳ４の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
この間、図２に示すステップＳ６において、上記モード信号ＭＯＤが眠気状態を示す「２」ではない、すなわち緊張状態を示す「１」であると判定された場合には、精神状態判定部１５は、緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る（ステップＳ８）。
【００２２】
図４は、緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図４において、精神状態判定部１５は、１サンプル分の心拍数データＣＮを取り込み（ステップＳ８１）、その値が上記緊張区分値ＴＮＫよりも大であるか否かを判定する（ステップＳ８２）。かかるステップＳ８２において１サンプル分の心拍数データＣＮが緊張区分値ＴＮＫよりも大であると判定された場合、精神状態判定部１５は、取り込んだ心拍数データＣＮと緊張区分値ＴＮＫとの差分に所定の感度係数を乗算した乗算結果を、緊張の深度を表す緊張深度ＤＫとしてモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ８３）。かかるステップＳ８３の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、緊張状態を表す画像（文字画像を含む）、並びにその緊張深度を表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。すなわち、ステップＳ８３の実行により、表示装置１８は、緊張状態とその深度を表す画像を表示する。
【００２３】
一方、上記ステップＳ８２において、心拍数データＣＮの値が上記緊張区分値ＴＮＫよりも大ではないと判定された場合、精神状態判定部１５は、平常状態を示す「０」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ８４）。かかるステップＳ８４の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、平常状態を表す画像（文字画像を含む）を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。すなわち、ステップＳ８４の実行により、表示装置１８において平常状態を表す画像が表示される。
【００２４】
上記ステップＳ８３又はＳ８４の実行後、精神状態判定部１５は、図２に示すステップＳ４の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
この間、図２に示すステップＳ６において上記モード信号ＭＯＤが眠気状態を示す「２」であると判定された場合には、精神状態判定部１５は、眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンの実行に移る（ステップＳ９）。
【００２５】
図５は、眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンフローを示す図である。
図５において、精神状態判定部１５は、先ず、１分間内において１０秒おきに６サンプル分の心拍数データＣＮを順次取り込み、これらを心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ９１）。次に、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の全てが、上記復帰心拍数レジスタ１５２に記憶されている復帰心拍数データＲＲよりも小であるか否かを判定する（ステップＳ９２）。ステップＳ９２において心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の全てが上記復帰心拍数データＲＲよりも小であると判定された場合、精神状態判定部１５は、取り込んだ心拍数データＣＮと上記復帰心拍数データＲＲとの差分に所定の感度係数を乗算した乗算結果を、眠気の深度を表す眠気深度ＤＮとしてモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ９３）。かかるステップＳ９３の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、眠気状態を表す画像（文字画像を含む）、並びにその眠気深度を表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。すなわち、ステップＳ９３の実行により、表示装置１８は、眠気状態とその深度を表す画像を表示する。更に、精神状態モニタ部１７は、眠気状態を表す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ１９に供給する。尚、この際、精神状態モニタ部１７は、覚醒を促すメッセージを表す画像を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給すると共に、覚醒を促す音声を発生させるべき音声信号をスピーカ１９に供給するようにしても良い。
【００２６】
一方、上記ステップＳ９２において、心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の内の少なくとも１つが上記復帰心拍数データＲＲよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部１５は、平常状態を示す「０」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ９４）。かかるステップＳ９４の実行に応じて、精神状態モニタ部１７は、平常状態を表す画像（文字画像を含む）を表示させるべき画像信号を表示装置１８に供給する。すなわち、ステップＳ９４の実行により、表示装置１８には平常状態を表す画像が表示される。
【００２７】
上記ステップＳ９３又はＳ９４の実行後、精神状態判定部１５は、図２に示すステップＳ４の実行に戻り、前述した如き動作を繰り返し実行する。
以下に、図２〜図５にて示される精神状態判定動作について、図６を参照しつつ説明する。
被験者がその直前まで緊張状態にあった場合には、精神状態判定部１５は、ステップＳ８による緊張状態からの状態遷移検出処理（図４）に基づき、被験者の精神状態が緊張状態を維持しているのか、あるいは平常状態に遷移したのかを判定する。ここで、ステップＳ８２により被験者の心拍数を示す心拍数データＣＮが緊張区分値ＴＮＫよりも大であると判定された場合には、被験者の精神状態が図６に示すように、引き続き緊張状態を維持していると判断する。尚、緊張区分値ＴＮＫとは、測定開始時点において測定した被験者の初期心拍数に、所定のオフセットＯＦを加算して得たものである。一方、心拍数データＣＮが緊張区分値ＴＮＫよりも小なる場合には、精神状態判定部１５はステップＳ８４を実行することにより、被験者の精神状態が図６に示す如く緊張状態から平常状態に遷移したと判断する。
【００２８】
被験者がその直前まで眠気状態（弛緩状態）にあった場合には、精神状態判定部１５は、ステップＳ９による眠気状態からの状態遷移検出処理（図５）に基づき、被験者の精神状態が眠気状態を維持しているのか、あるいは平常状態に遷移したのかを判定する。ここで、ステップＳ９２にて、被験者の１分間分の心拍数を示す心拍数データＣＮ１〜６が全て上記復帰心拍数データＲＲにて示される復帰心拍数よりも小であると判定された場合、精神状態判定部１５は、被験者の精神状態が図６に示すように引き続き眠気状態（弛緩状態）を維持していると判断する。一方、ステップＳ９２にて心拍数データＣＮ１〜６の少なくとも１つが復帰心拍数データＲＲよりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部１５は、ステップＳ９４を実行することにより、被験者の精神状態が図６に示す如く眠気状態（弛緩状態）から平常状態に遷移したと判断する。尚、復帰心拍数データＲＲとは、図３に示す平常状態からの状態遷移検出処理のステップＳ７９にて設定されたものであり、低下傾向にある心拍数データ系列（ＣＮ１〜ＣＮ６）中の最終の心拍数データＣＮ６である。
【００２９】
被験者がその直前まで平常状態にあった場合には、精神状態判定部１５は、ステップＳ７による平常状態からの状態遷移検出処理（図３）に基づき、被験者の精神状態が平常状態を維持しているのか、或いは眠気状態（弛緩状態）又は緊張状態のいずれの状態に遷移したかを判別する。ここで、ステップＳ７２において被験者の心拍数を示す心拍数データＣＮが１分間に亘り継続して上記緊張区分値ＴＮＫよりも小にはならないと判定された場合、精神状態判定部１５は、ステップＳ７５を実行することにより被験者の精神状態が図６に示す如く平常状態から緊張状態に遷移したと判断する。又、心拍数データＣＮが１分間に亘り緊張区分値ＴＮＫよりも小であると判定され且つ、ステップＳ７８にて心拍数が低下傾向にはないと判定された場合には、精神状態判定部１５は、ステップＳ７６を実行することにより被験者の精神状態が図６に示す如く平常状態をそのまま維持していると判断する。そして、心拍数データＣＮが１分間に亘り緊張区分値ＴＮＫよりも小であると判定され且つステップＳ７８にて心拍数が低下傾向にあると判定された場合には、精神状態判定部１５は、ステップＳ８０の実行により被験者の精神状態が図６に示す如く平常状態から眠気状態（弛緩状態）に遷移したと判断する。
【００３０】
すなわち、人間の精神状態が平常状態から、眠気を催す弛緩状態に遷移する際には心拍数が低下し、この際、心拍数が連続低下する場合と上下変動を伴って低下する場合とがある点に着目して、被験者の心拍数の低下傾向を検出するようにしたのである。
よって、例え外部環境や時間帯等によって被験者の平常状態時における平均心拍数が変動してしまっても、この被験者が平常状態から眠気状態（弛緩状態）に遷移したことを正しく判断することが可能となる。
【００３１】
尚、緊張状態から平常状態に遷移する際にも心拍数の低下が生じるので、心拍数の低下傾向の検出のみで精神状態の判定を行うと、被験者が実際には眠気を感じていないのに眠気状態に遷移したと誤判断してしまう。そこで、ステップＳ７２にて心拍数が１分間に亘り継続して緊張区分値ＴＮＫより小であると判定された場合、つまり緊張状態以外の状態（つまり、平常状態又は眠気状態）であると判定された場合に限り、心拍数の低下傾向の検出に基づく眠気状態の判定を行うようにしている。これにより、被験者が実際には緊張状態から平常状態に遷移したにも拘わらず、これを平常状態から眠気状態への遷移であると誤判断してしまうことを防止できる。
【００３２】
ここで、図３に示すステップＳ７７にて心拍数の上下変動及びノイズ発生をも考慮して正しく心拍数の低下傾向を検出するにあたり、図７に示す如き心拍数低下傾向検出サブルーチンを実行するようにしても良い。
図７において、先ず、精神状態判定部１５は、図３のステップＳ７１にて取り込んだ心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６各々の内、第１番目に取り込んだ心拍数データＣＮ１と第６番目に取り込んだ心拍数データＣＮ６との心拍数の差を求めこれを低下値ａ１として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４１）。次に、精神状態判定部１５は、第２番目に取り込んだ心拍数データＣＮ２と第５番目に取り込んだ心拍数データＣＮ５との心拍数の差を求めこれを低下値ａ２として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４２）。次に、精神状態判定部１５は、第３番目に取り込んだ心拍数データＣＮ３と第４番目に取り込んだ心拍数データＣＮ４との心拍数の差を求めこれを低下値ａ３として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４３）。
【００３３】
次に、精神状態判定部１５は、上記低下値ａ１〜ａ３各々が、
ａ１＞ａ２＞ａ３＞０
なる大小関係にあるか否かを判定する（ステップＳ４４）。
かかるステップＳ４４において低下値ａ１〜ａ３各々が上記の如き大小関係を満たすと判定された場合、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ１にて示される心拍数と心拍数データＣＮ６にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値ｍ１として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４５）。次に、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ２にて示される心拍数と心拍数データＣＮ５にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値ｍ２として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４６）。次に、精神状態判定部１５は、上記心拍数データＣＮ３にて示される心拍数と心拍数データＣＮ４にて示される心拍数との中心値を求め、これを中心値ｍ３として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４７）。次に、精神状態判定部１５は、上記中心値ｍ２と中心値ｍ１との差の絶対値を求め、これを変動値ｂ１として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４８）。次に、精神状態判定部１５は、上記中心値ｍ３と中心値ｍ２との差の絶対値を求め、これを変動値ｂ２として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ４９）。次に、精神状態判定部１５は、上記変動値ｂ１が所定の第１基準値γ１よりも小であるか否かを判定する（ステップＳ５０）。かかるステップＳ５０において、上記変動値ｂ１が所定の第１基準値γ１よりも小であると判定されると、精神状態判定部１５は、次に、上記変動値ｂ２が所定の第２基準値γ２（γ１＞γ２）よりも小であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１において、上記変動値ｂ２が所定の第２基準値γ２よりも小であると判定されると、精神状態判定部１５は、心拍数が低下傾向にあることを示す論理レベル１の低下傾向フラグＦＲを低下傾向フラグレジスタ１５１に記憶する（ステップＳ５２）。
【００３４】
一方、上記ステップＳ５１において上記変動値ｂ２が所定の第２基準値γ２よりも小ではないと判定された場合、又は、上記ステップＳ５０において上記変動値ｂ１が所定の第１基準値γ１よりも小ではないと判定された場合、精神状態判定部１５は、心拍数が低下傾向にはないことを示す論理レベル０の低下傾向フラグＦＲを低下傾向フラグレジスタ１５１に記憶する（ステップＳ５３）。
【００３５】
尚、上記ステップＳ４４にて上記低下値ａ１〜ａ３各々が、
ａ１＞ａ２＞ａ３＞０
なる大小関係にはないと判定された場合にも、精神状態判定部１５は上記ステップＳ５３を実行して、論理レベル０の低下傾向フラグＦＲを低下傾向フラグレジスタ１５１に記憶する。
【００３６】
上記ステップＳ５２又はＳ５３が終了したら、精神状態判定部１５は、図４に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンを抜けて、図３に示すステップＳ７８の実行に移る。
以下に、かかる心拍数低下傾向検出サブルーチンの実行による心拍数の低下傾向の検出動作について説明する。
【００３７】
被験者の精神状態が平常状態から眠気状態（弛緩状態）に遷移するとき、その心拍数は、例えば図８（ａ）又は図８（ｂ）に示す如き形態にて上下変動しながら徐々に低下して行く。この際、１分間内において取得した心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の内の心拍数データＣＮ１及びＣＮ６間の低下値ａ１と、心拍数データＣＮ２及びＣＮ５間の低下値ａ２と、心拍数データＣＮ３及び４間の低下値ａ３とが、
ａ１＞ａ２＞ａ３＞０
なる大小関係を満たすことになる。
【００３８】
すなわち、低下値ａ１〜ａ３が上記の如き大小関係を満たさない場合には、心拍数は低下傾向にはないといえる。そこで、図７に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、ステップＳ４４にて低下値ａ１〜ａ３が上記の如き大小関係を満たさないと判定された場合には、ステップＳ５３において心拍数が低下傾向にはないことを示す論理レベル０の低下傾向フラグＦＲを設定する。
【００３９】
ところで、例え上記低下値ａ１〜ａ３が上記の如き大小関係を満たしていても、心拍数の上下変動が大幅に大であると、必ずしも心拍数が低下傾向にあるとはいえなくなる。例えば図８（ｂ）の如き形態で心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６各々を取得した場合、その１分間内での心拍数の変動が大であると、心拍数の増加傾向にあるＣＮ４〜ＣＮ６間での心拍数の増加度合いが大となる。よって、心拍数データＣＮ６を取得した時点以降においても心拍数が大幅に増大する可能性がでてくる。そこで、図７に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、例えば図８（ｂ）に示される心拍数データＣＮ１及びＣＮ６の中心値ｍ１と、心拍数データＣＮ２及びＣＮ５の中心値ｍ２との差である変動値ｂ１が第１基準値γ１よりも小であるか否かをステップＳ５０にて判定する。更に、図８（ｂ）に示される心拍数データＣＮ３及びＣＮ４の中心値ｍ３と、心拍数データＣＮ２及びＣＮ５の中心値ｍ２との差である変動値ｂ２が第２基準値γ１よりも小であるか否かをステップＳ５１にて判定する。そして、ステップＳ５０及びＳ５１にて、上記変動値ｂ１が第１基準値γ１よりも小であり、かつ変動値ｂ２が第２基準値γ２よりも小であると判定された場合に、心拍数が低下傾向にあることを示す論理レベル１の低下傾向フラグＦＲを設定するようにしている。
【００４０】
以上の如く、図７に示す心拍数低下傾向検出サブルーチンでは、１分間内において取得した心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６の内のＣＮ１及びＣＮ６間の低下値ａ１と、ＣＮ２及びＣＮ５間の低下値ａ２と、ＣＮ３及びＣＮ４間の低下値ａ３とが、
ａ１＞ａ２＞ａ３＞０
なる大小関係を満たし、且つ、
ＣＮ１及びＣＮ６の中心値ｍ１とＣＮ２及びＣＮ５の中心値ｍ２との差である変動値ｂ１、並びにＣＮ３及びＣＮ４の中心値ｍ３と上記中心値ｍ２との差である変動値ｂ２が夫々所定値（γ１、γ２）より小なる場合に限り、心拍数が低下傾向にあると判断するのである。
【００４１】
すなわち、１分間内の先頭部で取得した心拍数から終了部で取得した心拍数を減算した結果が０より大であり、且つこの１分間内での心拍数の変動の大きさが所定の基準値よりも小である場合に、心拍数の変化率が負の傾向にある、つまり低下傾向にあると判断するようにしたのである。
かかる心拍数低下傾向検出処理によれば、心拍数が連続低下する場合のみならず、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示す如き上下変動を伴う低下時においてもこれを正しく検出することが可能となる。又、図７に示す心拍数低下傾向検出処理では、４つ以上の心拍数データＣＮの系列に基づいて低下傾向を検出しているので、例えノイズ等の影響により１サンプル分の心拍数データＣＮの値が低下してしまっても、心拍数の低下傾向を正しく判断することが可能となる。
【００４２】
尚、車両の運転中においては、運転者の精神状態として眠気状態と緊張状態とが同時に生じる場合があり、この際、例え運転者が眠気を感じていても心拍数が低下しない場合がある。ところが、眠気状態と緊張状態とが同時に生じている際に、運転者の精神状態が眠気状態の方に遷移した場合には、呼吸変動に関わる拍動間隔の揺らぎを表すＲＳＡ（Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  Ｓｉｎｕｓ  Ａｒｒｈｙｔｈｍｉａ）から抽出した上記心拍ＨＦ値が上昇する。そこで、心拍数の低下傾向を検出する代わりに、以下の如く、心拍ＨＦ値の上昇傾向を検出することにより眠気状態の判定を行うようにしても良い。
【００４３】
図９は、かかる点に鑑みて為された眠気判定サブルーチンフローを示す図である。尚、図９に示す眠気判定サブルーチンは、図３に示すステップＳ７１及びＳ７２の実行後において、ステップＳ７７〜Ｓ８０に代わって実行するものである。
図９において、先ず、精神状態判定部１５は、５分間に亘り１０秒おきに３０サンプル分の心拍揺らぎデータＲＳＡを順次取り込み、これらを心拍揺らぎデータＲＳＡ１〜ＲＳＡ３０として内蔵メモリに記憶する（ステップＳ１０１）。次に、精神状態判定部１５は、心拍揺らぎデータＲＳＡ１〜ＲＳＡ３０なるデータ系列の時間軸をＸ軸、心拍ＨＦ値のスケール軸をＹ軸と捉え、このデータ系列を表す回帰式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）を求める（ステップＳ１０２）。次に、精神状態判定部１５は、かかる回帰式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に基づき回帰心拍揺らぎデータＲＳ１〜ＲＳ３０を算出する（ステップＳ１０３）。次に、精神状態判定部１５は、回帰心拍揺らぎデータＲＳ１〜ＲＳ３０と、心拍揺らぎデータＲＳＡ１〜ＲＳＡ３０との相関を相関値Ｋとして求める（ステップＳ１０４）。次に、精神状態判定部１５は、相関値Ｋが０．９以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において相関値Ｋが０．９以上であると判定された場合には、次に、精神状態判定部１５は、上記回帰式の傾きａが０よりも大であるか否か、つまり傾きａが正の値であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において傾きａが正の値であると判定された場合、精神状態判定部１５は、心拍ＨＦ値が上昇傾向にあると判断して眠気状態を示す「２」なるモード信号ＭＯＤをモードレジスタ１６に供給する（ステップＳ１０７）。
【００４４】
かかるステップＳ１０７の実行後、又は上記ステップＳ１０５にて相関値Ｋが０．９未満であると判定された場合、或いは上記ステップＳ１０６にて回帰式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）の傾きａが０より小であると判定された場合、精神状態判定部１５は、眠気判定サブルーチンを抜けてステップＳ４の実行に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による精神状態判定装置の構成を示す図である。
【図２】図１の精神状態判定部１５にて実行される精神状態判別処理フローを示す図である。
【図３】平常状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図４】緊張状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図５】眠気状態からの状態遷移検出サブルーチンを示す図である。
【図６】図１に示される精神状態判定装置の動作を説明するための図である。
【図７】心拍数低下傾向検出サブルーチンを示す図である。
【図８】眠気状態への遷移時における心拍数の低下の一例と、心拍数の低下時における心拍数データＣＮ１〜ＣＮ６、低下値ａ１〜ａ３及び変動値ｂ１、ｂ２を示す図である。
【図９】図３に示すステップＳ７７〜Ｓ８０に代わって実行される眠気判定サブルーチンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１３  心拍数測定部
１５  精神状態判定部
１６  モードレジスタ
１５１  低下傾向フラグレジスタ
【図１】
2004344269.tif 000003
【図２】
2004344269.tif 000004
【図３】
2004344269.tif 000005
【図４】
2004344269.tif 000006
【図５】
2004344269.tif 000007
【図６】
2004344269.tif 000008
【図７】
2004344269.tif 000009
【図８】
2004344269.tif 000010
【図９】
2004344269.tif 000011