(57)【要約】【課題】刺激に対する被験者の状態を高精度に測定すること。【解決手段】状態推定システム１は、運転者に覚醒刺激を付与する振動発生装置２、エアコンディショナ３、スピーカ６及びディスプレイ７と、付与された覚醒刺激に対する運転者の生体反応（ＳＰＡ）を示す生体情報を取得する皮膚電気活動センサ４と、生体反応を計測するための反応時間（計測時間）を付与された覚醒刺激の種類に応じて設定し、設定された計測時間の間に取得された生体情報に基づいて生体反応を計測し、計測された生体反応に基づいて被験者の状態を推定するＥＣＵ８とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2009022370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の状態を推定する人の状態推定装置であって、
前記被験者に刺激を付与する刺激付与手段と、
前記刺激付与手段により付与された刺激に対する前記被験者の生体反応を示す生体情報を取得する生体情報取得手段と、
前記刺激付与手段により付与された刺激の種類に応じて、前記生体反応を計測するための計測時間を設定する計測時間設定手段と、
前記計測時間設定手段により設定された計測時間の間に前記生体情報取得手段により取得された生体情報に基づいて前記生体反応を計測する生体反応計測手段と、
前記生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて前記被験者の状態を推定する状態推定手段と、
を備えることを特徴とする人の状態推定装置。
【請求項２】
前記刺激の種類は、第１の刺激と、該第１の刺激よりも刺激に対する生体反応が遅い第２の刺激とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の人の状態推定装置。
【請求項３】
前記生体反応計測手段は、前記計測時間設定手段により設定された計測時間の間に取得された生体情報を積分することで前記生体反応を計測する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の人の状態推定装置。
【請求項４】
前記生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて、前記被験者の状態変化量に対応する第１指標値を取得する第１指標値取得手段と、
前記被験者の状態を推定するときの第１指標値の加味度合いを定めるゲインを設定するゲイン設定手段と、を更に備え、
前記状態推定手段は、前記ゲイン設定手段で設定したゲインに応じて前記第１指標値取得手段で取得した第１指標値の加味度合いを規定し、当該ゲインに応じた加味度合いの第１指標値と過去の被験者の状態とに基づいて被験者の状態を推定する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の人の状態推定装置。
【請求項５】
前記生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて、前記第１指標値よりも前記被験者の状態変化に対する変化が大きい第２指標値を取得する第２指標値取得手段を更に備え、
前記ゲイン設定手段は、前記第２指標値取得手段で取得した第２指標値に基づいてゲインを設定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の人の状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の状態を推定する人の状態推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数種類の刺激を与えることで運転者の眠気を軽減又は除去する手法が知られている。例えば、下記特許文献１には、単位時間当たりの運転者の瞬きの回数を計算し、その計算結果に基づいて運転者に与える刺激の種類を決定する居眠り運転防止装置が開示されている。
【０００３】
また、下記特許文献１に記載の装置の効果、すなわち覚醒効果を推定する手法も知られている。例えば、下記特許文献２には、定期的に又はイベント発生前に物理刺激を付与し、その付与に対する生体反応を各種生理指標（生体情報）を用いて定量化することで人間の状態変化を捉える人の状態検出装置が開示されている。また下記特許文献３には、その定量化の原理を用いて眠気モデルを構築することで人間の眠気状態又は覚醒状態をシミュレートする手法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３２８９６８号公報
【特許文献２】特願２００５−３１６７７３
【特許文献３】特願２００６−２５９２０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献３の装置では、刺激の種類によっては覚醒効果の推定の精度が低くなる可能性がある。一般的に、電気刺激などに代表される痛覚刺激に対する生体の受容速度は速く、それに対する不随意な生理指標への反応も早く現れるが、冷風やマッサージなどの圧覚刺激などは、時間をかけて体性感覚に受容されるため、電気刺激のような早い反応は出難い。上記特許文献３に記載の装置は、皮膚電位反応を示すＳＰＲ（Skin Potential Response）値を算出するために、所定の区間におけるＳＰＲ成分の最大値と最小値とを抽出し、これら二つの値の差を算出しているが、この手法では、刺激の特性に応じて覚醒効果を正確に把握することができない場合がある。例えば、上記特許文献３に記載の装置を用いても、即効性を持つ刺激（即効刺激）と遅効性を持つ刺激（遅効刺激）との間で覚醒効果を同等に扱うことは困難である。そのため、覚醒効果の推定の精度が低くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、刺激に対する被験者の状態を高精度に推定することが可能な人の状態推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の人の状態推定装置は、被験者の状態を推定する人の状態推定装置であって、被験者に刺激を付与する刺激付与手段と、刺激付与手段により付与された刺激に対する被験者の生体反応を示す生体情報を取得する生体情報取得手段と、刺激付与手段により付与された刺激の種類に応じて、生体反応を計測するための計測時間を設定する計測時間設定手段と、計測時間設定手段により設定された計測時間の間に生体情報取得手段により取得された生体情報に基づいて生体反応を計測する生体反応計測手段と、生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて被験者の状態を推定する状態推定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような人の状態推定装置によれば、生体反応を計測するための計測時間が設定され、その計測時間の間に取得された生体情報に基づいて、被験者に付与された刺激に対する該被験者の生体反応が計測される。続いて、計測された生体反応に基づいて被験者の状態が推定される。刺激に対する生体反応の現れ方は、付与する刺激毎に異なる。例えば、刺激付与に対する反応が早い生体反応もあれば、反応が遅い生体反応もある。そのため、生体反応の反応時間に応じて生体反応の計測時間を設定することは、生体反応を精度良く計測するために有効である。したがって、生体反応の計測時間を刺激毎に設定することで、各刺激に対する生体反応を精度良く計測でき、ひいては刺激に対する被験者の状態を高精度に推定できる。なお、推定する被験者の状態とは、例えば、覚醒状態、心理状態、疲労状態、集中力、注意力、ストレスである。
【０００８】
本発明の人の状態推定装置では、刺激の種類は、第１の刺激と、該第１の刺激よりも刺激に対する生体反応が遅い第２の刺激とを含むことが好ましい。
【０００９】
この場合、第１の刺激と、第２の刺激よりも刺激に対する生体反応が遅い第２の刺激のそれぞれについて計測時間が設定される。例えば、刺激に対する生体反応が速い（体性感覚への受容速度が速く、効果が即時に現れる）即効刺激と、この即効刺激よりも刺激に対する生体反応が遅い（体性感覚への受容速度が遅く、効果が徐々に現れる）遅効刺激のそれぞれについて計測時間が設定される。したがって、このような二種類の刺激に対する生体反応を精度良く計測でき、ひいては各刺激に対する被験者の状態を高精度に推定できる。
【００１０】
本発明の人の状態推定装置では、生体反応計測手段は、計測時間設定手段により設定された計測時間の間に取得された生体情報を積分することで生体反応を計測することが好ましい。
【００１１】
この場合、計測時間の間に取得された生体情報を積分することで生体反応が計測される。これにより、刺激毎に異なる生体反応の反応時間を反映した生体反応を計測できるので、時間の推移と共に変換する被験者の生体反応をより高精度に計測し、刺激に対する被験者の状態をより高精度に推定できる。
【００１２】
本発明の人の状態推定装置では、生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて、被験者の状態変化量に対応する第１指標値を取得する第１指標値取得手段と、被験者の状態を推定するときの第１指標値の加味度合いを定めるゲインを設定するゲイン設定手段と、を更に備え、状態推定手段は、ゲイン設定手段で設定したゲインに応じて第１指標値取得手段で取得した第１指標値の加味度合いを規定し、当該ゲインに応じた加味度合いの第１指標値と過去の被験者の状態とに基づいて被験者の状態を推定することが好ましい。
【００１３】
この場合、計測された生体反応に基づいて第１指標値が取得されるとともに、その第１指標値に対するゲインが設定され、そのゲインに応じて第１指標値の加味度合いが規定される。そして、その第１指標値と被験者の過去の状態とに基づいて被験者の状態が推定される。なお、第１指標値とは、被験者の生理指標（生体情報）や行動指標などから求めた被験者の各種状態変化量に対応する値であり、被験者の状態を推定するための指標となるものである。また、ゲインとは、被験者の状態推定に第１指標値をどの程度反映するかを決めるための指標である。第１指標値を被験者の状態推定にそのまま加味すると、推定精度が低下する。そこで、第１指標値に対するゲインを設け、第１指標値の状態推定への反映度合いを調整可能とすることにより、状態推定へのノイズの影響などを抑制し、被験者の状態を高精度に推定することができる。
【００１４】
本発明の人の状態推定装置では、生体反応計測手段により計測された生体反応に基づいて、第１指標値よりも被験者の状態変化に対する変化が大きい第２指標値を取得する第２指標値取得手段を更に備え、ゲイン設定手段は、第２指標値取得手段で取得した第２指標値に基づいてゲインを設定することが好ましい。
【００１５】
この場合、計測された生体反応に基づいて、第１指標値よりも被験者の状態変化に対する変化が大きい第２指標値が取得される。そして、その第２指標値に基づいてゲインが設定される。このように、被験者の状態の変化に対して反応の速い指標値（変化の大きい指標値）によってゲインを設定することにより、被験者の状態を迅速にゲインに反映させることができ（ひいては、被験者の状態を迅速に状態推定に反映させることができ）、状態推定精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
このような人の状態推定装置によれば、刺激の種類に応じて設定された計測時間に取得された生体情報に基づいて被験者の生体反応が計測され、その生体反応に基づいて被験者の状態が推定されるので、刺激に対する被験者の状態を高精度に推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
本実施の形態では、本発明に係る人の状態推定装置を、車両に搭載され、運転者の眠気レベル（覚醒状態）を推定する状態推定システム１に適用する。
【００１９】
状態推定システム１は、運転者に対してリファレンス刺激を与え、そのリファレンス刺激に対する運転者の生体反応として皮膚電気活動（Electro Dermal Activity、ＥＤＡ）、特に皮膚電位反応（Skin Potential Response、ＳＰＲ）を検出し、検出されたＳＰＲのうち所定の反応時間におけるＳＰＲに基づいてＳＰＲ値を算出する。続いて状態推定システム１は、ＡＲ（Active Reference）法によりＳＰＲ値に基づいてＡＲ値（第１指標値）を算出し、そのＡＲ値に基づいて眠気レベルを推定する。なお、ＡＲ法とは、リファレンスである刺激（振動など）を一定時間毎に人に与え、その刺激に対して得られた人の生体反応の区間毎の相対変化に基づいて人の状態（覚醒状態など）を推定する手法である。
【００２０】
続いて状態推定システム１は、眠気レベルが運転に少しでも支障をきたすレベルの場合に、眠気レベルに応じて運転者に対して注意喚起するために覚醒刺激を与える。続いて状態推定システム１は、眠気推定モデルにより、今回求めたＡＲ値と前回推定した眠気レベルに基づいて今回の眠気レベルを推定する。特に、状態推定システム１は、生体反応を精度良く計測するために、付与される刺激（リファレンス刺激及び覚醒刺激）の種類に応じて、ＳＰＲを計測するための反応時間（計測時間）を設定する。
【００２１】
図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る状態推定システム１について説明する。図１は、本実施の形態に係る状態推定システムの構成を示す図である。図２は、検出されるＳＰＲ成分の例を示すグラフである。図３は、二種類のＳＰＲ成分を示すグラフである。
【００２２】
状態推定システム１は、図１に示すように、振動発生装置２、エアコンディショナ３、皮膚電気活動センサ４、増幅器５、スピーカ６、ディスプレイ７及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）８を備えている。なお、本実施の形態では、振動発生装置２、エアコンディショナ３、スピーカ６及びディスプレイ７が特許請求の範囲に記載する刺激付与手段に相当し、皮膚電気活動センサ４が特許請求の範囲に記載する生体情報取得手段に相当し、ＥＣＵ８における各処理が特許請求の範囲に記載する計測時間設定手段、生体反応計測手段、第１指標値取得手段、ゲイン設定手段、第２指標値取得手段及び状態推定手段に相当する。
【００２３】
振動発生装置２は、ＥＣＵ８からの振動発生信号に基づいて振動を発生させる装置であり、運転者にリファレンス刺激用の微振動及び覚醒刺激用の振動を付与する。振動発生装置２は、運転席のシートの数箇所に内蔵される。内蔵する位置や個数は、任意であり、例えば、運転者の背中、腰、太もも部分の左右１箇所ずつ計６個内蔵される。振動発生装置２は、発生させる振動の強さ、周波数、発生させる時間などのパラメータを変更可能である。振動発生装置２では、ＥＣＵ８から入力された振動発生信号で示されるパラメータに応じた振動を発生させる。
【００２４】
振動発生装置２で発生させる全ての振動は、車両で発生する振動と区別するために、車両で発生する振動とは明らかに異なる強さ、周波数のパラメータが設定される。リファレンス刺激用の微振動は、運転者に対して不快感を与えないために、小さい強さのパラメータが設定される。覚醒刺激用の振動は、運転者の覚醒状態を向上させる必要があるので、大きい強さのパラメータが設定される。
【００２５】
エアコンディショナ３は、車室内の冷暖房を行なう装置である。エアコンディショナ３は、運転者の入力を受け付け、その入力に応じた制御を行なうことが可能であると共に、ＥＣＵ８から入力された空調制御信号で示されるパラメータ（例えば、設定温度、風量、風向などを示すパラメータ）に基づいて稼働することで運転者に覚醒刺激を付与することが可能である。例えばエアコンディショナ３は、空調制御信号に基づいて、運転席に向かって所定量の冷風を送る。
【００２６】
皮膚電気活動センサ４は、ＥＤＡ、特に、皮膚電位活動（Skin Potential Activity、ＳＰＡ）を検出するセンサである。皮膚電気活動センサ４は、運転者の精神性発汗を検出するために、運転者の掌が接触するステアリングホイールの左右にそれぞれ取り付けられる。皮膚電気活動センサ４では、ＳＰＡを検出すると、その検出信号を増幅器５に送信する。この検出信号は、運転者の生体反応を示す生体情報を示すものである。なお、人は、覚醒状態が高いときには刺激に対して精神性発汗が出易い傾向にあり、覚醒状態が低いときには精神性発汗が出難い傾向にある。
【００２７】
増幅器５は、皮膚電気活動センサ４からの検出信号を増幅し、その増幅した検出信号をＥＣＵ８に送信する装置である。
【００２８】
スピーカ６、ディスプレイ７は、車両内の各システムと共用で利用され、状態推定システム１では運転者に対する覚醒刺激を付与するために利用される。スピーカ６は、ＥＣＵ８から音声信号を受信すると、その音声信号に応じて音声を出力する。ディスプレイ７は、ＥＣＵ８からの画像信号を受信すると、その画像信号に応じて画像を表示する。
【００２９】
ＥＣＵ８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成され、状態推定システム１を統括制御する。ＥＣＵ８は、リファレンス刺激用の微振動を発生させるための振動発生信号を周期的に送信する。続いて、ＥＣＵ８は、増幅器５から入力された検出信号と、予めＲＯＭなどに記憶されている眠気推定モデルとを用いて、運転者の眠気レベルを推定する。さらに、ＥＣＵ８では、眠気レベルが運転に支障をきたすレベルの場合、振動発生装置２、エアコンディショナ３、スピーカ６及びディスプレイ７を用いて運転者に対して覚醒刺激を付与する。
【００３０】
ここで、眠気推定モデルを用いた状態推定方法について説明する。ＥＣＵ８は、状態推定を開始すると、一定周期で運転者に対してリファレンス刺激を与える。ＥＣＵ８は、リファレンス刺激を与える毎に、そのリファレンス刺激に対する生体情報としてＥＤＡ（特にＳＰＡ）を検出する。続いてＥＣＵ８は、検出したＳＰＡから、低周波成分である皮膚電位水準（Skin Potential Level、ＳＰＬ）を除去する。このＳＰＡから低周波成分（ＳＰＬ）を除去した成分が、ＳＰＲの成分（生体情報）である。
【００３１】
ＳＰＲ成分は、例えば図２の実線Ｅで示すように、時間の経過と共に周期的に推移する。なお、図２に示すグラフの縦軸はＳＰＲ成分の値を示し、横軸は時間を示す。このグラフにおいて、運転者に対して刺激（リファレンス刺激又は覚醒刺激）を付与してからＳＰＲ成分の抽出を開始するまでの待機時間（潜時）はＴａで示され、その潜時Ｔａにおいて検出されるＳＰＲ成分は、特に破線Ｅａで示されている。潜時Ｔａは、実験結果などに基づいて設定され、ＥＣＵ８に記憶されている。ＥＣＵ８に記憶される潜時Ｔａは一種類でもよいし複数種類でもよい。
【００３２】
実線Ｅで示されるＳＰＲ成分のうち潜時Ｔａ経過後の一周期分を、刺激（リファレンス刺激又は覚醒刺激）に対する生体反応を示すＳＰＲ成分とし、その一周期分の時間を反応時間Ｔとする。この反応時間Ｔは、刺激に対する生理反応特性を導出する実験に基づいて刺激の種類毎に設定され、ＥＣＵ８に記憶されている。
【００３３】
この反応時間Ｔについて例を挙げて説明する。一般的に、電気刺激などに代表される痛覚刺激に対する生体の受容速度は速く、それに対する不随意な生理指標への反応も早く現れるが、冷風やマッサージなどの圧覚刺激などは、時間をかけて体性感覚に受容されるため、電気刺激のような早い反応は出難い。したがって、痛覚刺激などのように生体反応が速く現れる刺激（即効刺激）については短い反応時間Ｔを設定し、圧覚刺激などのように生体反応が時間をかけて現れる刺激（遅効刺激）については、即効刺激の場合よりも長い反応時間Ｔを設定する。すなわち、反応時間Ｔは、刺激に対する生体の反応速度に応じて設定される。
【００３４】
例えば、ＥＣＵ８は、図３に示すように、振動発生装置２により付与される刺激に対して設定される反応時間Ｔｐと、エアコンディショナ３により付与される刺激に対して設定される反応時間Ｔｑとを記憶する。振動発生装置２より付与される振動は即効刺激の一種であり、エアコンディショナ３により付与される冷風は遅効刺激の一種である。そのため、反応時間Ｔｑは反応時間Ｔｑよりも長く設定されている。もちろんＥＣＵ８は、スピーカ６やディスプレイ７により付与される刺激に対して設定された反応時間を記憶してもよい。
【００３５】
ＥＣＵ８は、反応時間におけるＳＰＲ成分を下記の式（１）を用いて積分することで、その反応時間におけるＳＰＲ値を導出（計測）する。なお、式（１）において、ｔａは刺激を付与した時刻から潜時Ｔａが経過した時刻であり、ｔｂはその時刻ｔａから反応時間が経過した時刻である。
【数１】
2009022370.tif 000003
【００３６】
例えばＥＣＵ８は、振動発生装置２により付与される刺激に対するＳＰＲ値を算出する際には、反応時間ＴｐにおけるＳＰＲ成分Ｅｐを積分し、エアコンディショナ３により付与される刺激に対するＳＰＲ値を算出する際には、反応時間ＴｑにおけるＳＰＲ成分Ｅｑを積分する。すなわち反応時間Ｔｐ，Ｔｑは、運転者に付与される刺激の種類に応じて設定された、生体反応を計測するための計測時間であり、式（１）におけるｔａ，ｔｂは、それぞれ計測開始時刻、計測終了時刻であるともいえる。また、反応時間ＴｐにおけるＳＰＲ成分Ｅｐ及び反応時間ＴｑにおけるＳＰＲ成分Ｅｑは、その計測時間（反応時間Ｔｐ，Ｔｑ）の間に取得された生体情報である。
【００３７】
ＥＣＵ８は、ＳＰＲ値を算出（計測）する毎に、今回算出したＳＰＲ（ｔ）と前回算出したＳＰＲ（ｔ−１）を用いて、下記の式（２）によりＳＰＲのＡＲ値を算出する。ＡＲ値は、ＳＰＲ値の相対変化の正規化値であり、０を基準値とする。ＡＲ値は眠気レベルと相関があり、０より大きいほど眠気が弱い（覚醒状態が高い）と推定でき、０より小さいほど眠気が強い（覚醒状態が低い）と推定できる。
【数２】
2009022370.tif 000004
【００３８】
式（２）において、ＡＲ（ｔ）は今回のリファレンス刺激に対するＡＲ値であり、ＳＰＲ（ｔ）は今回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値であり、ＳＰＲ（ｔ−１）は前回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値である。ｔ−１とｔとの時間間隔は、リファレンス刺激付与間隔である。
【００３９】
ＥＣＵ８は、ＡＲ値に基づいて眠気レベルを推定するための眠気推定モデルを利用する。この眠気推定モデルは下記式（３）で表される。
【数３】
2009022370.tif 000005
【００４０】
式（３）において、ＤＬ（ｔ）は今回の眠気レベルであり、ＤＬ（ｔ−１）は前回の眠気レベルである。本実施の形態では、眠気レベル（覚醒レベル）を、６〜１（Ｄ０〜Ｄ５）の段階で表す。眠気レベル６（覚醒レベルＤ０）は、眠気が最も弱い（覚醒度が最も高い）状態を示し、眠気レベル１（覚醒レベルＤ５）は、眠気が最も強い（覚醒度が最も低い）状態を示す。
【００４１】
式（３）において、Ｋは、今回のリファレンス刺激に対するＡＲ値の反映度合いを決めるためのゲインである。ゲインＫは、０〜１の値であり、ＳＰＲ成分の変動度合いを示すＳＰＲ頻度（第２指標値）に基づいて三段階の値で設定される。なお、ゲインＫを何段階に設定するかは限定されない。
【００４２】
ゲインＫを設定するために用いられるＳＰＲ頻度（第２指標値）は、刺激の種類に応じて設定されている反応時間Ｔにおいて取得されたＳＰＲ成分と、前回のリファレンス刺激を付与したときの反応時間ＴにおけるＳＰＲ成分の平均値ｍｅａｎ及び標準偏差値σとに基づいて決定される。具体的には、反応時間ＴにおいてＳＰＲ成分が値ｍｅａｎ＋３σより大きくなった回数とｍｅａｎ−３σより小さくなった回数との和をＳＰＲ頻度とする。ＳＰＲ頻度は、ＳＰＲ成分の変動度合いを直接表しているので、ＡＲ値よりも運転者の状態変化に対する変化が大きい。
【００４３】
ＳＰＲ頻度が多い場合、運転者は交感神経賦活状態にある。すなわち、運転者は、行動状態の面からは、眠気が低く（覚醒度が高く）、活動レベルが高い状態にあるといえ、心理状態の面からは、緊張状態が高く、興奮状態であるといえる。このような場合、刺激に対する反応としては敏感であるので、わずかなノイズに対して過敏に反応し（ノイズを拾う可能性が高い）、ＡＲ値も大きく変動してしまう場合がある。この場合、眠気レベルＤＬに与えるノイズの影響が大きくなるので、ゲインＫを小さくし、ＡＲ値の反映度合いを小さくする。一方、ＳＰＲ頻度が少ない場合、運転者は、行動状態の面からは、眠気が高く（覚醒状態が低く）、活動レベルが低い状態にあるといえ、心理状態の面からは、緊張状態が低く、リラックス状態であるといえる。このような場合、刺激に対する反応としては鈍感であるので、ノイズに対する反応も鈍い。そこで、ゲインＫを大きくし、ＡＲ値の反映度合いを大きくする。
【００４４】
具体的には、ＳＰＲ頻度に対する閾値ｔｈ１，ｔｈ２を用意する。閾値ｔｈ１，ｔｈ２は、刺激に対する生理指標（ＳＰＲ）の反応特性などを考慮して設定され、ｔｈ２＞ｔｈ１である。ＳＰＲ頻度がｔｈ１未満の場合、ゲインＫ＝Ａを設定する。ＳＰＲ頻度がｔｈ１以上かつｔｈ２未満の場合、ゲインＫ＝Ｂを設定する。ＳＰＲ頻度がｔｈ２以上の場合、ゲインＫ＝Ｃを設定する。値Ａ，Ｂ，Ｃは、実験などによって設定され、０〜１までの値であり、Ａ＞Ｂ＞Ｃである。
【００４５】
式（３）において、ＡＲ（ｔｓ）は付与した覚醒刺激に対するＡＲ値であり、ＡＲ（ｔ）と同様に算出される。τは覚醒刺激に対するＡＲ値の反映度合いを決めるためのゲインである。ゲインτは、０以上１未満の値であり、ＳＰＲ頻度に基づいて２段階の値で設定される。なお、ゲインτを何段階に設定するかは限定されない。
【００４６】
運転者に対して覚醒刺激を付与したときにＳＰＲ頻度が多ければ、覚醒刺激によって覚醒状態が高くなり（覚醒刺激による効果があり）、運転者の刺激に対する反応が速いということがわかる。この場合、覚醒刺激による効果を状態推定に大きく反映させる必要がある。また、運転者の状態の変化に対して状態推定が遅れないように、その運転者の速い状態変化を状態推定に迅速に反映させる必要がある。そこで、覚醒刺激に対するＳＰＲ頻度が多い場合、ゲインτを大きくし、覚醒刺激に対するＡＲ値の反映度合いを大きくする。
【００４７】
具体的には、ＳＰＲ頻度に対する閾値ｔｈ３を用意する。閾値ｔｈ３は、刺激に対する生理指標（ＳＰＲ）の反応特性などを考慮して設定され、ｔｈ３＞ｔｈ２＞ｔｈ１である。ＳＰＲ頻度がｔｈ３未満の場合、ゲインτ＝αを設定する。ＳＰＲ頻度がｔｈ３以上の場合、ゲインτ＝βを設定する。α，βは、実験などによって設定され、０〜１までの値であり、α＜βである。
【００４８】
次に、ＥＣＵ８が上記眠気推定モデルを用いて実行する処理を詳細に説明する。
【００４９】
ＥＣＵ８は、一定の周期で、リファレンス刺激用の微振動のパラメータを示した振動発生信号を振動発生装置２に送信する。この振動発生信号は、運転者の眠気レベルを取得するための信号であり、送信間隔は任意に設定してよい。
【００５０】
ＥＣＵは、リファレンス刺激用の微振動を発生させる毎に、増幅器５からの増幅検出信号を受信する。続いてＥＣＵ８は、増幅検出信号のＳＰＡをフィルタ処理し、ＳＰＡからＳＰＬ成分を除去してＳＰＲ成分を抽出する。続いてＥＣＵ８は、式（１）により、振動発生装置２に対して設定された反応時間ＴｐにおけるＳＰＲ成分を積分することで今回のＳＰＲ値を取得（計測）する。続いてＥＣＵ８は、そのＳＰＲ成分の反応時間Ｔｐにおいてｍｅａｎ＋３×σ〜ｍｅａｎ−３×σの範囲内からでる回数をカウントし、今回のＳＰＲ頻度とする。続いて、ＥＣＵ８は、次回のＳＰＲ頻度を算出するために、今回取得したＳＰＲ成分の反応時間Ｔｐにおける平均値（ｍｅａｎ）と標準偏差値σを算出する。
【００５１】
続いてＥＣＵ８は、算出したＳＰＲ頻度がｔｈ１未満か、ｔｈ１以上かつｔｈ２未満か、あるいは、ｔｈ２以上かを判定する。このときＥＣＵ８は、ＳＰＲ頻度がｔｈ１未満の場合にはゲインＫとしてＡを設定し、ｔｈ１以上かつｔｈ２未満の場合にはゲインＫとしてＢを設定し、ｔｈ２以上の場合にはゲインＫとしてＣを設定する。また、ＥＣＵ８は、式（２）により、今回のＳＰＲ値と前回のＳＰＲ値を用いて、今回のＡＲ値を算出する。
【００５２】
運転者の覚醒状態が低いレベルであると判定されている場合、ＥＣＵ８は、振動発生装置２、エアコンディショナ３、スピーカ６及びディスプレイ７の中から一以上の装置を選択し、選択した装置を用いて運転者に覚醒刺激を付与する。この際、ＥＣＵ８は、運転者の覚醒状態（眠気の深さ）に基づいて装置を選択してもよいし、運転者が特定の刺激に慣れてしまうことを防止するために、所定時間が経過したら覚醒刺激を付与する装置を切り替えてもよい。
【００５３】
これにより、状態推定システム１は複数種類の覚醒刺激を運転者に付与できる。例えば、状態推定システム１は、生体反応の反応時間が短い（体性感覚への受容速度が速く、効果が即時に現れる）即効刺激（第１の刺激）と、この即効刺激よりも生体反応の反応時間が長い（体性感覚への受容速度が遅く、効果が徐々に現れる）遅効刺激（第２の刺激）とを運転者に付与できる。上述したように、即効刺激の例としては、振動発生装置２より付与される振動が挙げられ、遅効刺激の例としては、エアコンディショナ３により付与される冷風が挙げられる。
【００５４】
続いてＥＣＵ８は、増幅器５からの増幅検出信号を受信し、リファレンス刺激の場合と同様にＳＰＲ成分を抽出する。続いてＥＣＵ８は、付与された覚醒刺激に応じて、式（１）を用いた演算で使用する反応時間（計測時間）を設定する。続いてＥＣＵ８は、抽出したＳＰＲ成分と設定された反応時間とを式（1）に当てはめることで、抽出されたＳＰＲ成分に対するＳＰＲ値を算出（計測）する。例えばＥＣＵ８は、振動発生装置２による覚醒刺激に対応するＳＰＲ値を算出するために反応時間Ｔｐを設定し、エアコンディショナ３による覚醒刺激に対応するＳＰＲ値を算出するために反応時間Ｔｑを設定する。続いてＥＣＵ８は、その反応時間におけるＳＰＲ頻度を求め、そのＳＰＲ頻度がｔｈ３未満か否かを判定する。続いてＥＣＵ８は、ＳＰＲ頻度がｔｈ３未満の場合にはゲインτとしてαを設定し、ｔｈ３以上の場合にはゲインτとしてβを設定する。
【００５５】
また、ＥＣＵ８は、覚醒刺激に対するＳＰＲ値と前回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値を式（２）に当てはめることで、覚醒刺激に対するＡＲ値を算出する。そして、ＥＣＵ８は、今回のＡＲ値、ゲインＫ、覚醒刺激に対するＡＲ値、ゲインτ及び前回の眠気レベルを、式（３）で示される眠気推定モデルに当てはめることで、今回の眠気レベルを算出する。なお、前回と前回のリファレンス刺激の間に覚醒刺激が付与されていない場合、覚醒刺激に対するＡＲ値を０として、今回の眠気レベルを算出する。
【００５６】
ＥＣＵ８は、今回の眠気レベルを求める毎に、その眠気レベルが覚醒刺激付与レベル以下か否かを判定する。覚醒刺激付与レベルは、運転者が運転に少しでも支障をきたすほど覚醒状態が低いレベル（眠気が強くなっているレベル）であるか否かを判定するための閾値であり、例えば、４（Ｄ２）程度の値が設定される。ＥＣＵ８は、今回の眠気レベルが覚醒刺激付与レベル以下と判定した場合、運転者に対して覚醒刺激を付与する。
【００５７】
例えばＥＣＵ８は、眠気レベルに応じて運転者に対して注意喚起するための音声メッセージ及び画像を生成し、その音声データからなる音声信号をスピーカ６に送信するとともにその画像データからなる画像信号をディスプレイ７に送信する。また、ＥＣＵ８は、眠気レベルに応じて運転者に対して覚醒状態を向上させるために、比較的強い振動を発生させるための振動発生信号を設定して振動発生装置２に送信する。また、ＥＣＵ８は、眠気レベルに応じて運転者の覚醒状態を向上させるための冷風を当てるための空調制御信号を生成してエアコンディショナ３に送信する。
【００５８】
ＥＣＵ８は、この際、眠気レベルが４から小さくなるほど（眠気が強くなるほど）、より注意喚起を促すような画像、音声、振動、冷風を段階的に与えるような画像、音声メッセージ、振動発生信号、空調制御信号を生成する。この際、ＥＣＵ８は、画像、音声、振動、冷風を全て与える制御を行ってもよいし、眠気レベルに応じて複数の覚醒刺激の中から一以上の刺激を与える制御を行ってもよい。
【００５９】
次に、図１を参照して、状態推定システム１の動作について説明する。
【００６０】
皮膚電気活動センサ４は、運転者の掌からの発汗を検出し、その検出信号を増幅器５に送信している。増幅器５では、皮膚電気活動センサ４からの検出信号を増幅し、その増幅した検出信号をＥＣＵ８に送信している。
【００６１】
ＥＣＵ８は、一定周期毎に、リファレンス刺激用の微振動を発生させるための振動発生信号を設定し、振動発生装置２に送信する。この振動発生信号を受信すると、振動発生装置２では、リファレンス刺激用の微振動を発生させる。
【００６２】
リファレンス刺激を付与する毎に、ＥＣＵ８は、そのリファレンス刺激に応じた反応時間（計測時間）を設定する。続いてＥＣＵ８は、増幅器５からの増幅検出信号と設定された反応時間とに基づいて、式（１）により、今回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値を求めるとともに、前回のＳＰＲ成分の平均値と標準偏差値を基準としてＳＰＲ頻度を求める。続いてＥＣＵ８は、式（２）により、今回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値と前回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値から今回のＡＲ値を算出する。また、ＥＣＵ８は、今回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ頻度に基づいてゲインＫを設定する。このとき、ＥＣＵ８は、次回用として、ＳＰＲ成分の平均値と標準偏差値を求めておく。
【００６３】
特に、覚醒刺激を付与している場合、ＥＣＵ８は、その覚醒刺激に応じた反応時間（計測時間）を設定する。続いてＥＣＵ８は、増幅器５からの増幅検出信号と設定された反応時間とに基づいて、式（１）により、覚醒刺激に対するＳＰＲ値を求めるとともに、前回のＳＰＲ成分の平均値と標準偏差値を基準としてＳＰＲ頻度を求める。続いて、ＥＣＵ８は、式（２）により、覚醒刺激に対するＳＰＲ値と前回のリファレンス刺激に対するＳＰＲ値から覚醒刺激に対するＡＲ値を算出する。また、ＥＣＵ８は、覚醒刺激に対するＳＰＲ頻度に基づいてゲインτを設定する。
【００６４】
今回のリファレンス刺激に対するＡＲ値を求める毎に、ＥＣＵ８では、式（３）で示される眠気推定モデルにより、今回のリファレンス刺激に対するＡＲ値、覚醒刺激に対するＡＲ値（覚醒刺激を付与していない場合は０）、ゲインＫ、ゲインτ及び前回の眠気レベルから今回の眠気レベルを算出する。これにより、ＳＰＲ頻度に応じてＡＲ値の加味度合いが調整された今回の眠気レベルが求められ、特に、覚醒刺激が直前で付与されている場合には、その今回の眠気レベルに覚醒刺激による効果も反映される。
【００６５】
続いてＥＣＵ８は、今回の眠気レベルが覚醒刺激付与レベル以下か否かを判定する。そして、今回の眠気レベルが覚醒刺激付与レベル以下と判定した場合（運転に少しでも支障をきたす程度に覚醒状態が低い場合）、ＥＣＵ８は運転者に覚醒刺激を付与する。具体的にはＥＣＵ８は、振動発生装置２、エアコンディショナ３、スピーカ６及びディスプレイ７から一以上の装置を選択し、選択した装置に対して所定の信号（音声信号、画像信号、振動発生信号又は空調制御信号）を送信する。ＥＣＵ８は、以上の処理を一定周期毎に繰り返し行う。
【００６６】
スピーカ６は、音声信号を受信すると、音声信号に応じて注意喚起メッセージを出力する。ディスプレイ７は、画像信号を受信すると、画像信号に応じて注意喚起画像を表示する。振動発生装置２は、振動発生信号を受信すると、強い振動を発生する。エアコンディショナ３は、空調制御信号を受信すると、冷風を車内空間に送る。これらの覚醒刺激によって、運転者の覚醒状態が高まり、運転に対する注意力が増す。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、生体反応の反応時間（計測時間）をリファレンス刺激や覚醒刺激毎に設定することで、各刺激に対する生体反応、すなわちＳＰＲ値を精度良く計測でき、ひいては眠気レベル（覚醒状態）を精度良く推定できる。例えば、図３に示すように、即効刺激に対しては反応時間Ｔｐを設定し、遅効刺激に対しては反応時間Ｔｑを設定することで、ＳＰＲ成分Ｅｐに対するＳＰＲ値と、ＳＰＲ成分Ｅｑに対するＳＰＲ値とを精度良く計測できるので、その計測結果に基づいて運転者の覚醒状態を高精度に推定できる。
【００６８】
このような効果について、図４を参照して更に説明する。図４は、眠気レベルの推定結果を、式（１）を用いる手法（以下「積分法」ともいう）を用いた場合と、従来から存在する、所定時間におけるＳＰＲ成分の最大値と最小値とを抽出してこれら二つの値の差を算出する手法（以下「Ｍａｘ−Ｍｉｎ法」という）を用いた場合とで比較したグラフである。図４に示すグラフの縦軸、横軸は、それぞれ眠気レベル、時間を示す。
【００６９】
図４における実線Ｅｘは、積分法を用いて計測したＳＰＲ値に基づいて取得された眠気レベルの推移であり、破線Ｅｙは、Ｍａｘ−Ｍｉｎ法を用いた場合の眠気レベルの推移である。一点鎖線Ｅｏは、眠気レベルの官能評価値の推移であり、積分法とＭａｘ−Ｍｉｎ法とを比較する際の基準となるものである。ここで、官能評価値とは、運転者の顔を撮像した画像に基づいて、顔の表情の変化を客観的に評価して得られたものである。なお、眠気レベルＥｘ，Ｅｙ，Ｅｏは、実車試験から得られた結果である。図４に示すように、特に区間Ｉにおいては、積分法を用いた場合の方がＭａｘ−Ｍｉｎ法を用いた場合よりも官能評価値との乖離度合いが小さい。すなわち、積分法を用いることで眠気レベルを精度良く推定できる。これは、眠気レベルを取得する際に用いられるＳＰＲ値が精度良く計測されるからである。
【００７０】
このような効果の相違について、図５を参照して説明する。図５は、積分法を用いて二種類のＳＰＲ値を計測する場合と、Ｍａｘ−Ｍｉｎ法を用いて計測する場合とを比較した図である。潜時Ｔａ、反応時間Ｔｐ，Ｔｑ及びＳＰＲ成分Ｅｐ，Ｅｑは、それぞれ図３に示したものと同様である。
【００７１】
本実施形態で用いた積分法では、付与された刺激に応じて反応時間が設定され、その反応時間の間に計測されたＳＰＲ成分に基づいてＳＰＲ値が取得される。すなわち、積分法を用いることで、どの刺激についても、一周期分の生体反応を示す生体情報を取得できる。例えば、振動発生装置２による覚醒刺激（即効刺激）に対しては、反応時間Ｔｐの間に計測されたＳＰＲ成分Ｅｐが計測され、エアコンディショナ３による覚醒刺激（遅効刺激）に対しては、反応時間Ｔｑの間に計測されたＳＰＲ成分Ｅｑが計測される。
【００７２】
また、積分法では、ＳＲＲ成分の振幅（例えば、ＳＰＲ成分Ｅｐに対する振幅Ａｐ、ＳＰＲ成分Ｅｑに対する振幅Ａｑ）だけでなく、眠気レベルの時間推移も考慮されたＳＰＲ値が導出（計測）される。眠気レベルの時間推移は運転者の状態変化を示すものであるから、眠気レベルの時間推移を考慮することで、時間の推移と共に変化する運転者の状態変化をより精度良く推定できる。
【００７３】
したがって、即効刺激と遅効刺激のように生体反応の現れ方が異なる覚醒刺激についても、覚醒効果を同等に評価することが可能となる。また、積分法を用いて計測されたＳＰＲ値を取得し、そのＳＰＲ値を眠気推定モデルに適用することにより、運転者の覚醒状態をより精度良く推定できる。
【００７４】
これに対し、従来のＭａｘ−Ｍｉｎ法では、刺激の種類にかかわりなく固定の計測時間が用いられる。例えば、図５の例で計測時間をＴｐと設定した場合、ＳＰＲ成分Ｅｐについては振幅Ａｐを得ることができるが、ＳＰＲ成分Ｅｑについては、本来取得されるべき振幅Ａｑではなく振幅Ａｑ’が取得される。その結果、エアコンディショナ３による遅効刺激に対するＳＰＲ値を正確に計測できず、眠気レベルの推定精度も低下してしまう。また、Ｍａｘ−Ｍｉｎ法では、ＳＰＲ成分の振幅（Ａｐ，Ａｑ’）のみが考慮され、眠気レベルの時間推移は考慮されない。したがって、眠気レベルの推定精度が低下してしまう。
【００７５】
また本実施形態によれば、式（３）で示される眠気推定モデルを構築し、ＡＲ値に対するゲインを設けて、ＡＲ値の眠気レベルへの反映度合いを調整可能とすることにより、運転者の眠気レベルを高精度に推定することができる。
【００７６】
また本実施形態によれば、ＳＰＲ頻度に基づいてゲインを設定することにより、時々刻々と変化する運転者の状態に応じたＡＲ値の反映度合いを求めることができ、状態推定精度をより向上させることができる。また、本実施形態では、ＳＰＲ頻度という速い反応の指標を用いているので、運転者の状態を迅速にゲインに反映させることができ（ひいては、運転者の状態を迅速に状態推定に反映させることができ）、状態推定精度をより向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、ＡＲ値という遅い反応指標を用いるが、ＳＰＲ頻度という速い反応指標に基づくゲインによってＡＲ値の加味度合いを決めることにより、運転者の状態変化を迅速かつ正確に反映した眠気レベルを推定することができる。
【００７８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、本発明に係る人の状態推定装置を、状態推定システム１に適用したが、他の物に適用することも可能である。例えば、他の乗り物の運転者、各種プラントの監視者、夜間の従業者などの様々な人の状態を推定する装置に本発明に係る装置を適用してもよいし、覚醒状態以外に心理状態（焦り、イライラ、退屈）、疲労状態、集中力、注意力、ストレスなどの他の状態を推定する装置に適用してもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、人に与えるリファレンス刺激として座席から発生させた振動を利用したが、リファレンス刺激の種類は限定されない。例えば、音、光などの他の物理刺激をリファレンス刺激として利用してもよいし、機器から定常的に出ている振動、光、音などを利用してもよい。また、外部環境から受ける刺激から変換した物理刺激でもよく、例えば、運転者に聞こえる音を検出し、その検出した音から変換した機械振動を運転者に与えてもよい。この外部環境から受ける刺激とは、例えば、タイヤから発生するロードノイズである。なお、状態推定システム１が複数種類のリファレンス刺激を用いる場合、状態推定システム１はリファレンス刺激毎に設定された反応時間（計測時間）を予め記憶し、付与されたリファレンス刺激に応じた反応時間を用いてＳＰＲ値及びＳＰＲ頻度を導出する。
【００８１】
また、上記実施形態では、一定周期でリファレンス刺激を与えたが、様々なタイミングでリファレンス刺激を与えてよく、例えば、ランダムな周期でリファレンス刺激を与えてもよいし、運転者の状態を推定する必要のあるとき（例えば、イベントが発生することが予想される毎にそのイベント発生前に）にリファレンス刺激を与えてもよい。このイベントとしては、運転中に運転者が置かれる環境であり、例えば、運転者の眠気を誘う渋滞、高速道路での走行である。
【００８２】
また、上記実施形態では、生理指標として皮膚電気活動（ＥＤＡ）、特に、皮膚電位反応（ＳＰＲ）を利用したが、様々な生理指標を利用できる。例えば、眼電（ＥＯＧ（Electrooculogram））による生理指標（瞬目など）、脳波（ＥＥＧ（Electroencephalogram））による生理指標（α波、β波など）、心電（ＥＣＧ（Electrocardiogram））による生理指標（心拍数など）、筋電（ＥＭＧ（Electromyogram））による生理指標などを利用できる。また、皮膚電気活動の中でも皮膚抵抗水準（ＳＲＬ）、皮膚抵抗反応（ＳＲＲ）、皮膚電位水準（ＳＰＬ）などの他の生理指標を利用してもよい。さらに、一つの生理指標だけで状態を推定するのではなく、複数の生理指標を組み合わせて状態を推定するようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、第１指標値としてＡＲ値を適用し、ゲインを設定するための第２指標値としてＳＰＲ頻度を適用する構成としたが、ＡＲ値とＳＰＲ頻度の組み合わせ以外にも適用可能である。例えば、第１指標値として心拍揺らぎＬＦと第２指標値として心拍数の組み合わせ、第１指標値として瞬目持続時間と第２指標値として瞬目回数の組み合わせ、第１指標値として心拍揺らぎＬＦと第２指標値として瞬目回数の組み合わせを利用できる。
【００８４】
また、上記実施形態では、眠気レベルが運転に支障をきたすレベルになった場合には画像表示、音声出力、振動などによって注意喚起する構成としたが、警報ブザー、においなどの他の手段で注意喚起する構成としてもよい。また、状態が運転に支障をきたすレベルになった場合には運転支援システム（例えば、プリクラッシュセーフティシステム、アダプティブクルーズコントロールシステム、レーンキープシステム）の制御タイミングや制御閾値を変えるなどして、より安全性を高めるように車両側で制御するようにしてもよい。あるいは、人の状態を検出し、その人の状態を出力するように、本発明に係る人の状態推定装置を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施の形態に係る状態推定システムの構成を示す図である。
【図２】検出されるＳＰＲ成分の例を示すグラフである。
【図３】二種類のＳＰＲ成分を示すグラフである。
【図４】眠気レベルの推定結果を、本実施形態に係る手法と従来の手法とで比較したグラフである。
【図５】ＳＰＲ値の計測に関して、本実施形態に係る手法と従来の手法とを比較した図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…状態推定システム、２…振動発生装置、３…エアコンディショナ、４…皮膚電気活動センサ、５…増幅器、６…スピーカ、７…ディスプレイ、８…ＥＣＵ
【図１】
2009022370.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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