(57)【要約】      （修正有）【課題】皮膚電位により運転手の疲労や眠気を検出する「疲労警告方法及び疲労警告装置」を提供する。【解決手段】皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法であり、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているものとして警告を発生する。【選択図】図４
2009034140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法において、
自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、
ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、
該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するとき、運転手が疲労しているとして警告を発生する、
ことを特徴とする疲労警告方法。
【請求項２】
前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶しておき、
疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、
相関が設定値以上のとき運転手が疲労していると判定する、
ことを特徴とする請求項１記載の疲労警告方法。
【請求項３】
皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告装置において、
自動車のハンドルに埋め込まれた皮膚電位測定用の電極を介してハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定する皮膚電位測定部、
該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして検出する疲労検出部、
運転手が疲労していることが検出されたとき、警告を発生する警告部、
を備えたことを特徴とする疲労警告装置。
【請求項４】
前記疲労検出部は、
前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶する記憶部、
皮膚電位信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換部、
疲労判定に際して、該フーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定以上のとき運転手が疲労しているものと判定する判定部、
を備えることを特徴とする請求項３記載の疲労警告装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は疲労警告方法及び疲労警告装置に関わり、特に、皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法及び疲労警告装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車安全装置は、受動的安全装置と能動的安全装置に大別することができる。受動的安全装置は事故が発生した時のダメージや負傷程度を軽減するものであり、能動的安全装置は積極的に運転手をして事故を起こさせないように支援するものである。高度道路交通システム（Intelligent Transport System ITS）の観点から多くの能動的安全装置の研究がなされてきた。そして、かかる能動的安全装置に関連して運転手の眠たさや疲労、居眠りについての研究が報告されている。
【０００３】
皮膚電位（skin potential level: SPL）とは掌と上腕部あるいは指先間に生じる電位差である。細胞内外の主な物質としてK+、Na+,CL-が存在し、細胞内外では、細胞膜により強制的にこれらの濃度差が作られ、細胞内外で受動輸送、能動輸送が起こり皮膚電位を生じる。この皮膚電位は皮膚間距離が５cm以上であれば測定でき、平常時と疲労時とで異なった測定結果が得られることが知られている。このため、皮膚電位測定用のハンディーな装置を運転手の腕や手に装着させて運転手の皮膚電位を測定する技術が提案されている（非特許文献１）。また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込んで運転手の皮膚電位を測定する技術が提案されている（非特許文献２）。しかし、皮膚電位測定結果より疲労時を平常時から区別することは容易でなかった。
【非特許文献１】小島一雄，皮膚電位を用いた覚醒度検出装置の開発，第1回日本交通医学工学研究会学術総会，'92医学と工学からみた運転適正と安全対策，日本交通医学工学研究会，11~17，1992
【非特許文献２】吉田智行，桜井俊明，皮膚電流計測センサーの応用に関する研究，日本機械学会東北学生会第34回卒業研究発表講演論文集，155~156，2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上から、本発明の目的は、皮膚電位より運転手の疲労や眠気を検出する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
・疲労警告方法
本発明の第１は皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法であり、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込むステップ、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するステップ、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているものとして警告を発生するステップ、を有している。
上記警告ステップは、前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶しておき、疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定値以上のとき運転手が疲労していると判定する。
【０００６】
・疲労警告装置
本発明の第２は皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告装置であり、自動車のハンドルに埋め込まれた皮膚電位測定用の電極を介してハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定する皮膚電位測定部、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして検出する疲労検出部、運転手が疲労していることが検出されたとき、警告を発生する警告部を備えている。
上記疲労検出部は、前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶する記憶部、疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換部、該フーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定以上のとき運転手が疲労していると判定する判定部を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして警告を発生するため、皮膚電位により運転手の疲労や眠気を検出することができる。
また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するようにしているから、運転手の手や腕に電極を取り付ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（A）本発明の原理
３名の被験者A,B,Cについて、掌と指先に電極を装着し、これらの間の疲労時における皮膚電位Vを測定すると一例として図１に示す結果が得られた。これらの結果を用いて、その変化速度dV/dtを計算すると、図２に示すように測定開始後２１５〜２２０秒近辺で皮膚電位の変化速度dV/dtが５秒以上継続して略直線的に変化する傾向があることがわかった。この現象は、平常時や活動時には見られない傾向であり、したがって、皮膚電位の変化速度dV/dtが所定時間例えば５秒以上継続して略直線的に変化すれば運転手は疲労していると判定することができる。
【０００９】
（B）皮膚電位を測定するための電極構成
図３は運転手の皮膚電位を測定するための電極が埋め込まれたステアリングハンドルの説明図であり、（A）はステアリングハンドル部の平面図、（B）ステアリングハンドル部の一部断面図（図１（A）のAA′矢視図である）。
ステアリングハンドル部は環状部１とスポーク部２で構成され、環状部１は（B）に示すように断面円形になっており、中心部を形成する芯材１aと環状樹脂部１bで形成されている。この環状樹脂部１bの上側表面の運転手の掌があたる部分に塗布する銀／塩化銀の厚さに対応させ、数μの僅かな窪みを設け、その部分に銀／塩化銀を被着あるいは塗布して１枚の連続した細長い箔を形成し、この箔を基準電極（アース側）３aとしている。なお、図３では、説明上実際の寸法より遥かに深い窪みが示されている。また、環状樹脂部１bの下側表面の運転手の指があたる部分に、電極3aと同様に塗布する銀／塩化銀の厚さに対応させ、数μの僅かな窪みを設け、その部分に銀／塩化銀を被着あるいは塗布して１枚の連続した細長い箔を形成し、この箔を探査電極３ｂとしている。これら２つの電極３ａ，３ｂから運転手の運転時における皮膚電位を測定する。
【００１０】
なお、ハンドル部の環状樹脂部１bの表面に電極を直接塗布あるいは被着してもよいが、電極の耐摩耗性、耐久性を高めるために僅かな溝があったほうがよい。窪みの深さは数μ程度（電極の塗布厚さと関係）、幅は数ミリから５mm程度で皮膚電位が検出可能な幅とする。この電極３a,３bの幅は一定でもよいが、変動するジグザグ塗布でもよい。また、図３（A）において、電極３a，３bが上部で切り欠かれているが一周連続でもよいし、二つ以上に分割されていてもよい。図３（C）に電極を２つに分割した例を示す。また、各電極３a，３bの素材は、耐久性があり、さびず、あせに強く、耐食性があるものが好適である。
【００１１】
（C）疲労警告装置
図４は第１実施例の疲労警告装置の構成図である。
図４においてＡは掌Ｐと接触した基準電極３a（図３参照）の接触点、Ｂは指先Ｆと接触した探査電極３ｂ上の接触点、Ｌ１，Ｌ２は電極３ａ，３ｂ間の電圧を疲労警告装置１０に導くリード線である。疲労警告装置１０において、増幅器１１は測定される皮膚電位Vが低いため増幅して疲労検出部１２に入力する。疲労検出部１２において、皮膚電位変化速度検出部２１は皮膚電位信号Vが所定サンプリング間隔で入力する毎にAD変換し、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値の差を皮膚電位変化速度dV/dtとして出力する。皮膚電位変化速度記憶部２２は例えば最近の５秒の間に計算された皮膚電位変化速度dV/dtを記憶し、直線判定部２３は、所定時間T（例えば５秒）、皮膚電位変化速度dV/dtが略直線的に変化するかチェックし、略直線的に変化すれば、運転手が疲労していると判定し、判定結果を疲労警告部１３に入力する。運転手が疲労していることを示す判定結果が入力されると、疲労警告部１３は音声によりあるいはブザーにより疲労警告を発生する。なお、dV/dtが正確に直線的に変化せず、値がばらつく場合には最小2乗法等を使用して直線性を判定する。
【００１２】
図５は図３（C）に示すように電極３aを左右２つ３a1，３a2に分割した場合の第２実施例の疲労警告装置の構成図である。電極を２つに分割した場合は、２つの皮膚電位V1,V2が得られるため、疲労警告装置１０はそれぞれの皮膚電位V1,V2を増幅する２つの増幅器１１，１１′を備える。疲労検出部１２は例えば増幅器１１，１１′の出力を平均し、平均値を用いて図４の場合と同様の処理を行って運転手の疲労を検出する。あるいは、増幅器１１，１１′の出力のうち大きいほうを用いて図４の場合と同様の処理を行って運転手の疲労を検出する。
図４、図５の疲労警告装置は皮膚電位変化速度dV/dt を計算し、dV/dtが略直線的に変化する特性を検出しているが、dV/dtが所定時間（＝T）、略直線的に変化するときの疲労波形を保存しておき、実際の皮膚電位信号の入力波形と比較し、類似しているときに運転手が疲労していると判定することができる。
【００１３】
図６は疲労波形と皮膚電位信号の入力波形の類似性より運転手が疲労していることを検出する第３実施例の疲労警告装置の構成図である。増幅器１１は皮膚電位信号Vを増幅して疲労検出部１２に入力する。疲労検出部１２のAD変換器３１は皮膚電位信号Vをディジタル値に変換し、FFT３２は時間領域の信号を周波数領域の信号に変換するもので、所定時間Tの間に発生する皮膚電位信号VのN個のサンプル値を入力され、N個の周波数成分を発生する。保存部３３は予め、疲労時におけるFFTの処理結果であるN個の周波数成分（疲労波形の周波数成分）を保存する。相関演算部３４は、疲労判定に際して、フーリエ変換部３２から出力される皮膚電位信号の周波数成分と保存部３３に保存されている疲労波形の周波数成分の相関を演算し、比較部３５は演算された相関と設定値を比較し、相関が設定値以上であれば運転手が疲労しているものと判定し、判定結果を疲労警告部１３に入力する。疲労警告部１３は運転手が疲労していることを示す判定結果が入力されると、音声によりあるいはブザーにより疲労警告を発生する。
【００１４】
図４〜図６に示した増幅器１１及び疲労検出部１２はハンドル内に埋め込むことが望ましい。というのは、ハンドル内に埋め込むと電極3a,3bから増幅器１１までのリード線L1,L2の長さが長くならずノイズがのりにくくなるためである。また、疲労検出部１２から疲労警告部１３への配線は、ステアリングの中を通す。ステアリングに車載機操作用のリモコンを取り付けた場合、電源線、信号線、アース線の３本をステアリング内に配線するが、疲労検出装置も同様にステアリング内に配線する。
本発明によれば、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているものとして警告を発生するため、皮膚電位により運転手の疲労や眠気を検出することができる。
また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するようにしているから、運転手の手や腕に電極を取り付ける必要がない。すなわち、ハンドルを握るだけで皮膚電位を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】疲労時における皮膚電位測定結果である。
【図２】皮膚電位の変化速度dV/dtが所定時間以上略直線的に変化することを示す測定結果説明図である。
【図３】運転手の皮膚電位を測定するための電極が埋め込まれたステアリングハンドルの説明図である。
【図４】第１実施例の疲労警告装置の構成図である。
【図５】第２実施例の疲労警告装置の構成図である。
【図６】第３実施例の疲労警告装置の構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ａ  掌Ｐと接触した基準電極３a上の接触点
Ｂ  指先Ｆと接触した探査電極３ｂ上の接触点
Ｌ１，Ｌ２  リード線
１０  疲労警告装置
１１  増幅器
１２  疲労検出部
１３  疲労警告部
２１  皮膚電位変化速度検出部
２２  皮膚電位変化速度記憶部
２３  直線判定部
【図１】
2009034140.tif 000003
【図２】
2009034140.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009034140.tif 000007
【図６】
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