(57)【要約】【課題】人の緊張状態を判定する緊張状態判定装置、及び運転者が緊張状態になった場合に、制動対象に対して制動信号を発信する緊急制動装置を提供する。【解決手段】緊急制動装置は、運転者の脳に近い部位の生体信号を計測する生体信号センサ部１１と、前記生体信号計センサ部１１により計測された前記運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて、前記運転者が緊張状態か否かを判定する状態判定部１２と、車両を制動する制動部１４と、前記状態判定部１２により前記運転者が緊張状態であると判定された場合に、前記制動部１４が車両を制動するように制御する緊急ブレーキ指令部１３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の脳に近い部位の生体信号を計測する生体信号計測手段と、
前記生体信号計測手段により計測された前記運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて、前記運転者が緊張状態か否かを判定する運転者状態判定手段と、
を備えた緊張状態判定装置。
【請求項２】
前記運転者状態判定手段は、前記運転者の生体信号の振幅と変化率との積が第１の所定値よりも大きい場合には前記運転者が緊張状態であると判定し、前記積が前記第１の所定値より小さく設定した第２の所定値よりも小さい場合には低覚醒状態であると判定し、前記積が前記第１の所定値以下で、かつ、前記第２の所定値以上である場合には通常状態であると判定する請求項１記載の緊張状態判定装置。
【請求項３】
運転者の脳に近い部位の生体信号を計測する生体信号計測手段と、
前記生体信号計測手段により計測された前記運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて、前記運転者が緊張状態か否かを判定する運転者状態判定手段と、
車両を制動する制動手段と、
前記運転者状態判定手段により前記運転者が緊張状態であると判定された場合に、前記制動手段が車両を制動するように制御する制動制御手段と、
を備えた緊急制動装置。
【請求項４】
前記運転者状態判定手段は、前記運転者の生体信号の振幅と変化率との積が所定値よりも大きい場合には前記運転者が緊張状態であると判定し、前記積が前記所定値よりも大きくない場合には緊張状態でないと判定する請求項３記載の緊急制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の緊張状態を判定する緊張状態判定装置及び運転者の緊張時に手や足で制動をかけるよりも速く車両等を停止する緊急制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の生体信号を活用する従来技術としては、首から上しか動かすことができない頸椎損傷患者向けの福祉機器として、意図的な動作に伴って変化する脳波や筋電位、眼電位成分のパターンを分類し、複数の動作を操作のための入力コマンドに割り当てる研究が行われている。
【０００３】
例えば、額に装着した電極によって検出される生体信号から人がストレス状態であるか快適状態であるかを評価する携帯型汎用生体リズム判定器（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【０００４】
車両等の運転支援に応用したものとしては、運転者の手首の関節や舵取りハンドルリムに装着して身体反応を検出するセンサにより、運転者の緊急状況を示す身体反応を検出し、これに関係して自動制動過程を開始する車両の制動装置（例えば、特許文献２参照。）が開示されている。また、運転者の筋電位を示す信号等を操舵信号とする操舵装置において、操舵操作を容易なものとする操舵装置（例えば、特許文献３参照。）も提案されている。
【特許文献１】特開平６−１６５７６５号公報
【特許文献２】特開平１１−２８６２６４号公報
【特許文献３】特開２００３−３１２５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術は、複数のコマンド入力が可能であるが、信号処理に学習アルゴリズムを用いるために、ある程度の時系列データが必要で、信号処理そのものに時間がかかる。よって、緊急時の対応には適さないという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献１の携帯型汎用生体リズム判定器は、周波数解析などの信号処理の時間が必要であり、緊急時の対応に適さないという問題点がある。
【０００７】
特許文献２の車両の制動装置は、ストレス反応（身体の状態）の計測を目的としており、計測対象が心電図など反応が遅いものである。そのため、緊急事態におけるブレーキ操作などの素早い入力には適していないという問題点がある。
【０００８】
特許文献３の操舵装置は、腕の筋電位を計測対象としており、脳の指令から筋電位（筋）に反応が現れるまで時間がかかるという問題点がある。更に、生体信号の計測のために、複数の電極（センサ）が必要であり、筋肉を探す手間や装着した電極がわずらわしいという問題点もある。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、人の緊張状態を判定する緊張状態判定装置、及び運転者が緊張状態になった場合に、制動対象に対して制動信号を発信する緊急制動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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の緊張状態判定装置は、運転者の脳に近い部位の生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記生体信号計測手段により計測された前記運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて、前記運転者が緊張状態か否かを判定する運転者状態判定手段と、を備えている。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて運転者の緊張状態を判定することができる。
【００１２】
請求項２記載の緊張状態判定装置は、請求項１記載の緊張状態判定装置において、前記運転者状態判定手段は、前記運転者の生体信号の振幅と変化率との積が第１の所定値よりも大きい場合には前記運転者が緊張状態であると判定し、前記積が前記第１の所定値より小さく設定した第２の所定値よりも小さい場合には低覚醒状態であると判定し、前記積が前記第１の所定値以下で、かつ、前記第２の所定値以上である場合には通常状態であると判定する。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、運転者の生体信号の振幅と変化率との積に基づいて、運転者が緊張状態、通常状態及び低覚醒状態の何れであるかを高い精度で判定することができる。
【００１４】
請求項３記載の緊急制動装置は、運転者の脳に近い部位の生体信号を計測する生体信号計測手段と、前記生体信号計測手段により計測された前記運転者の生体信号の振幅と変化率とに基づいて、前記運転者が緊張状態か否かを判定する運転者状態判定手段と、車両を制動する制動手段と、前記運転者状態判定手段により前記運転者が緊張状態であると判定された場合に、前記制動手段が車両を制動するように制御する制動制御手段と、を備えている。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、運転者の生体信号に基づいて運転者が緊張状態と判定された場合に素早く車両に制動をかけることができる。
【００１６】
請求項４記載の緊急制動装置は、請求項３記載の緊急制動装置において、前記運転者状態判定手段は、前記運転者の生体信号の振幅と変化率との積が所定値よりも大きい場合には前記運転者が緊張状態であると判定し、前記積が前記所定値よりも大きくない場合には緊張状態でないと判定する。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、運転者の生体信号の振幅と変化率との積に基づいて、被験者が緊張状態であるか否かを高い精度で判定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の緊張状態判定装置及び緊急制動装置によれば、人の緊張状態を高い精度で判定し、緊張状態の場合には素早く車両に制動を掛けることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、感情状態判定装置を含む緊急制動装置１０の主要構成を示すブロック図である。同図に示すように、緊急制動装置１０は、生体信号センサ部１１と、状態判定部１２と、緊急ブレーキ指令部１３と、制動部１４と、を備えている。
【００２１】
生体信号センサ部１１は、運転者９の脳に近い部位に装着され、運転者９の生体信号を検出する。
【００２２】
状態判定部１２は、生体信号センサ部１１により検出された運転者の生体信号の振幅および変化率に基づいて、緊張状態か低覚醒状態（居眠り状態）かなど運転者の状態を判定する。
【００２３】
制動部１４は、制御対象である自動車や電動車椅子などの制動装置であり、車輪に制動をかけることによって自動車や電動車椅子が停止する。
【００２４】
緊急ブレーキ指令部１３は、状態判定部１２により運転者が緊張状態であると判定された場合に、制動部１４が車輪に制動をかけるように制御する。
【００２５】
このように構成された緊急制動装置１０は、以下のように作用する。
【００２６】
まず、運転者が生体信号センサ部１１を脳に近い部位に装着する。図２は、生体信号センサ部１１を額に装着した例を示す。同図に示すように、生体信号センサ部１１は、運転者の生体信号を計測する生体電極２１を組み込んだヘッドバンド２２として構成される。
【００２７】
人間の全ての運動指令は脳から出ており、手や足の動きは脳から離れるに従って伝達に時間を要するので、額や顔、首など脳に近い部位に装着する。このように脳に近い部位で絶えず生体信号を計測することにより、運転者がびっくりしたときなどの素早い反応を捉えることができる。
【００２８】
また、生体信号センサ部１１は、運転者に長時間装着する必要があるので、額や顔、首などのように露出して着脱が容易で装着性のよい部位に装着される。これにより、衣服に隠れる部位や装着性の悪い部位に装着する場合の煩わしさを解決することができる。更に、生体電極２１は１〜２個で構成できることから、装置をコンパクトにまとめることが可能になる。
【００２９】
生体信号センサ部１１で計測された運転者の生体信号は状態判定部１２に送信され、状態判定部１２が生体信号に基づいて運転者の状態を判定する。図３は、生体信号の処理と判定のアルゴリズムを示す。
【００３０】
図３（Ａ）は、計測された生体信号（生波形）を示す。額から生体信号を計測した場合、脳波、筋電位、眼電位などの複合波形が計測される（図ではサイン波で表示）。生体信号の振幅は、運転者の集中度や緊張度にある程度対応している。例えば、走行中などは適度な集中により生体信号の振幅はある範囲内において変動するが、びっくりした時などの高緊張時には振幅が急激に増加し、逆に停車時など低緊張時には振幅が減少する反応が見られる。また、瞬きなど一時的に大きな振幅が計測される場合もある。
【００３１】
生体信号の処理に際しては、まず、生体信号の正規化を行う。そのため、運転者が奥歯を最大の力で噛み締め、その時に額で計測される生体信号の最大振幅を、状態判定部１２が計測する。この際、生体信号は、１０から１００Ｈｚのバンド・パス・フィルタをかけて全波整流し、移動平均を行って平滑化する。そして、上記のようにして計測した最大振幅が「１」となるように、生体信号を最大振幅で割り、正規化する。
【００３２】
図３（Ｂ）は、生体信号の正規化された振幅を示す図である。同図に示すように、振幅は、停止時ｔ１には小さくなり、発信時ｔ２や緊急時ｔ３には大きくなる。特に緊急時ｔ３には振幅は最大値に近づく。ここで、状態判定部１２は、正規化した振幅によって生体信号を高緊張レベル（0.75＜振幅）、適正緊張レベル（0.25≦振幅≦0.75）、低緊張レベル（振幅≦0.25）に分類する。この分類は、車速や道路状況、被験者に応じて変更してもよい。
【００３３】
次に、状態判定部１２は、正規化した生体信号の振幅を微分して変化率を求める。この変化率の幅は±１の範囲内となる。図３（Ｃ）は、振幅の変化率を示す図である。同図に示すように、変化率は、停止時ｔ１にはマイナスに振れ、発信時ｔ２や緊急時ｔ３にはプラスに振れる。ここで、状態判定部１２は、この変化率を高増加率（0.5＜変化率≦1.0）、適正幅（-0.5≦変化率≦0.5）、高低下率（-1.0≦変化率＜-0.5）に分類する。この分類も、車速や道路状況、被験者に応じて変更してもよい。
【００３４】
状態判定部１２は、上述のようにして求めた生体信号の振幅と変化率とに基づいて運転者の緊張状態を判定する。具体的には、次の式で算出される状態レベルにより判定する。
【００３５】
状態レベル  ＝  生体信号の振幅（０〜１）×  変化率（−１〜＋１）
判定基準の例として、
（１）状態レベル ＞ 0.375（0.75×0.5）であれば、緊張状態と判定。
【００３６】
（２）状態レベル ＜-0.125（0.25×-0.5）であれば、安静（低覚醒）状態と判定。
【００３７】
（３）-0.125 ≦ 状態レベル ≦ 0.375 であれば、通常状態と判定。
【００３８】
この判定基準は、車速や道路状況、被験者に応じて変更してもよい。
【００３９】
前述のように、生体信号は複数の成分（脳波、筋電位、眼電位など）が重畳しており、ノイズも混入しやすいために、運転者の状態の誤判定が起こりやすい。本実施の形態では、誤判定を低減させるため、生体信号の振幅と変化率とを組み合わせて判定基準を設定することで判定精度を向上させる。
【００４０】
このようにして判定した運転者の状態レベルが上述の緊張状態と判定された場合に、状態判定部１２は、運転者が緊張状態であることを緊急ブレーキ指令部１３に伝える。図３（Ｂ）及び（Ｃ）の例では、緊急時ｔ３において状態レベルが緊張状態（振幅0.75×変化率1.0＝0.75）となる。
【００４１】
緊急ブレーキ指令部１３は、運転者が緊張状態であることが伝達されると制動部１４対してブレーキを指示する制御信号を送信する。制御信号を受信した制動部１４は、自動車や電動車椅子の車輪に制動をかけて停止する。
【００４２】
また、誤判断や誤作動の煩わしさを軽減するため、上記判定と、制御の対象となる自動車や電動車椅子に搭載されたセンサ１６（図１参照）で外部環境をセンシングし、危険状態を判断するプリクラッシュ・セーフティ・システムなどの判断との両方を併用する構成としてもよい。この場合には、例えば、状態判定部１２が「緊張状態」と判定し、かつ、プリクラッシュ・セーフティ・システムが「危険状態（事故寸前）」と判定した場合にのみ制動をかける。あるいは、状態判定部１２が「緊張状態」と判定した場合、プリクラッシュ・セーフティ・システムがすぐに作動するように、反応速度を挙げるようにしてもよい。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る緊急制動装置１０は、手や足への運動指令を出す脳から近い部位において、緊急時の反射動作に伴って発生する生体信号を計測および解析して、緊張状態と判定された場合に制動をかける。このように構成することにより、手や足でブレーキをかける場合には、意志が生じてから実際にブレーキをかけるまでに最短で約0.4秒かかるが、この制動にかかる時間を短縮し、車両速度の減速が大きくなり、事故を回避したり衝突障害を軽減することができる。
【００４４】
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で設計上の変更をされたものにも適用可能である。
【００４５】
例えば、生体電極２１が組み込まれたヘッドバンド２２は、額だけではなく首に巻いてもよいし、助手席の人が装着してもよい。そのばあいには、運転者と同乗者の二重系の安全装置となる。
【００４６】
計測する生体信号は、額の脳波や筋電位だけでなく、驚いた時の反応である反射性のまばたきや、冷や汗（皮膚抵抗）などを計測しても良い。
【００４７】
また、上記装置は、運転者の状態をモニター表示や音声出力して運転者にフィードバックする装置として使用してもよい。特に、低覚醒状態の判定は、居眠り警報などとして応用できる。更に、運転以外でも使用可能であり、例えば、授業中の生徒にヘッドバンドを装着して、生徒の覚醒度のモニタリングを行ったり、商品やコマーシャルに対する反応計測などにも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る緊急制動装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】生体電極を組み込んだヘッドバンドを額に装着した図である。
【図３】生体信号の処理と判定のアルゴリズムを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    緊急制動装置
１１    生体信号センサ部
１２    状態判定部
１３    緊急ブレーキ指令部
１４    制動部
２１    生体電極
２２    ヘッドバンド
【図２】
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【図１】
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【図３】
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