JPH1085198A - 生理状態検出装置、生理状態検出方法及び生理状態検出プログラム記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生理状態の検出に用いる生体情報から、外乱に
よる生体情報の測定値の変動を除去することにより、操
作者の定常的な生理状態を正確に検出できるようにす
る。 【解決手段】センサ２は、被測定者の精神状態に相関す
る掌の皮膚インピーダンスを測定する。選択信号発生回
路４は、センサ２による皮膚インピーダンスの測定信号
において、外乱に対する反応による変動を検出した時か
ら所定時間の間において選択信号を出力する。選択スイ
ッチ３は、選択信号発生回路４から選択信号が入力され
ている間においてセンサ２と覚醒度検出回路６との間を
切断する。したがって、皮膚インピーダンスの測定信号
中に、外乱に対する反応が現れた時から所定時間が経過
するまでの間において覚醒度の検出は行われず、外乱に
対する過渡的な反応を除去した定常的な覚醒度が検出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被測定者である
学習者から測定した皮膚インピーダンス等の生体情報に
基づいて、学習情報の選択等に用いられる被測定者の生
理状態を検出する生理状態検出装置、生理状態検出方法
及び生理状態検出プログラム記憶媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】マン・マシン・システムにおける装置の
制御状態は、操作者の生理状態、例えば、覚醒度に影響
を受ける。学習者に個別に学習情報を提示する学習装置
を例に挙げると、学習者の覚醒度が低下すると学習能率
も低下する。したがって、装置の制御状態を良好に維持
して作業効率を向上するためには、操作者の生理状態に
応じて適当な処理を実行しなければならず、操作者の生
理状態の検出が必要になる。

【０００３】一般に、人間の生理状態は、皮膚インピー
ダンスや心拍間隔等の生体情報に相関することが知られ
ており、従来より、操縦者から測定した生体情報に基づ
いて操作者の生理状態を検出する装置が提案されてい
る。例えば、人間の掌の皮膚は、体温調整の恒常機能と
しての熱発汗作用のみならず、外部刺激に対する反射作
用としての精神発汗作用によっても発汗する。即ち、人
間の掌における発汗は、交感神経の機能状態を覚醒度と
して表す指標となる。発汗量の多少に応じて皮膚インピ
ーダンスは低下または上昇するから、生体情報である掌
の皮膚インピーダンスの変化を測定することにより生理
状態である覚醒度を検出できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】生体情報の測定値は、
外乱である外部刺激の作用によって大きく変化し、外乱
が発生した時から一定時間が経過するまでの間における
生体情報の測定値は、操作者の定常的な生理状態を検出
するためには適当でない。また、被測定者の生理状態
が、外乱の発生時から外乱により生体情報の測定値が変
動するまでの反応時間に影響を与える。しかしながら、
従来の生理状態検出装置では、外乱による生体情報の測
定値の変動を考慮したものがなかった。このため、従来
の生理状態検出装置では、マン・マシン・システムの操
作者の定常的な生理状態を正確に検出することができな
かった。

【０００５】この発明の目的は、生理状態の検出に用い
る生体情報から、外乱による生体情報の測定値の変動を
除去することにより、操作者の定常的な生理状態を正確
に検出することができる生理状態検出装置、生理状態検
出方法及び生理状態検出プログラム記憶媒体を提供する
ことにある。

【０００６】また、この発明の別の目的は、外乱の発生
時から外乱により生体情報の測定値が変動するまでの反
応時間を生理状態の検出に用いることにより、操作者の
定常的な生理状態を正確に検出することができる生理状
態検出装置、生理状態検出方法及び生理状態検出プログ
ラム記憶媒体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、被測定者から継続的に測定した生体情報に基づいて
被測定者の生理状態を検出する生理状態検出装置におい
て、外乱の発生時から所定時間が経過するまでの間にお
ける生体情報の測定結果を被測定者の生理状態の検出に
用いる生体情報から除外することを特徴とする。

【０００８】また、請求項５に記載した発明は、被測定
者から継続的に測定した生体情報に基づいて被測定者の
生理状態を検出する生理状態検出方法において、外乱の
発生時から所定時間が経過するまでの間における生体情
報の測定結果を被測定者の生理状態の検出に用いる生体
情報から除外することを特徴とする。

【０００９】さらに、請求項９に記載した発明は、被測
定者から継続的に測定した生体情報に基づいて被測定者
の生理状態を検出する生理状態検出プログラムを記憶し
た記憶媒体において、外乱の発生時から所定時間が経過
するまでの間における生体情報の測定結果を被測定者の
生理状態の検出に用いる生体情報から除外するプログラ
ムを記憶したことを特徴とする。

【００１０】したがって、請求項１、５及び９に記載し
た発明においては、生体情報の測定結果において外乱の
影響を受けた部分を除外して被測定者の生理状態が検出
され、被測定者の定常的な生理状態が検出される。

【００１１】請求項２に記載した発明は、被測定者から
継続的に測定した複数の種類の生体情報に基づいて被測
定者の生理状態を検出する生理状態検出装置において、
複数の種類の生体情報の組み合わせに応じて、生理状態
の検出における各生体情報の影響度を変更することを特
徴とする。

【００１２】また、請求項６に記載した発明は、被測定
者から継続的に測定した複数の種類の生体情報に基づい
て被測定者の生理状態を検出する生理状態検出方法にお
いて、生理状態の検出に用いる複数の種類の生体情報の
組み合わせに応じて生理状態の検出における各生体情報
の影響度を変更し、各生体情報の測定結果を影響度に基
づいて重み付けし、重み付けされた各生体情報の測定結
果を用いて被測定者の生理状態を検出することを特徴と
する。

【００１３】さらに、請求項１０に記載した発明は、被
測定者から継続的に測定した複数の種類の生体情報に基
づいて被測定者の生理状態を検出する生理状態検出プロ
グラムを記憶した記憶媒体において、生理状態の検出に
用いる複数の種類の生体情報の組み合わせに応じて生理
状態の検出における各生体情報の影響度を変更し、各生
体情報の測定結果を影響度に基づいて重み付けし、重み
付けされた各生体情報の測定結果を用いて被測定者の生
理状態を検出するプログラムを記憶したことを特徴とす
る。

【００１４】したがって、請求項２、７及び１０に記載
した発明においては、生理状態の検出に用いる複数の種
類の生体情報の組み合わせに応じた影響度に基づいて生
体情報の測定結果を重み付けし、重み付けされた各生体
情報の測定結果を用いて被測定者の生理状態が検出さ
れ、生理状態の検出結果の信頼度が高くなる。

【００１５】請求項３に記載した発明は、生体情報に影
響を与える外乱を発生する外乱発生手段と、外乱発生手
段における外乱発生時から生体情報の測定結果に外乱に
よる影響が現れるまでの時間を計測する計測手段と、を
設け、計測手段の計測時間を被測定者の生理状態の検出
に用いることを特徴とする。

【００１６】また、請求項７に記載した発明は、外乱発
生手段により被測定者の生体情報に影響を与える外乱を
発生し、外乱発生手段における外乱発生時から生体情報
の測定結果に外乱による影響が現れるまでの時間を計測
手段により計測し、計測手段が計測した時間を用いて被
測定者の生理状態を検出することを特徴とする。

【００１７】したがって、請求項３及び７に記載した発
明においては、外乱発生時から生体情報の測定結果に外
乱による影響が現れるまでの時間を用いて被測定者の生
理状態が検出される。

【００１８】請求項４に記載した発明は、前記被測定者
の生理状態として被測定者の覚醒度を検出する生理状態
検出装置であって、被測定者を覚醒させる覚醒手段を備
え、検出した被測定者の覚醒状態に基づいて、覚醒手段
の動作を制御することを特徴とする。

【００１９】また、請求項８に記載した発明は、前記被
測定者の生理状態として被測定者の覚醒度を検出する生
理状態検出方法であって、被測定者の覚醒状態の検出結
果に基づいて、被測定者を覚醒させる覚醒手段の動作を
制御することを特徴とする。したがって、請求項４及び
８に記載した発明においては、被測定者の覚醒状態の検
出結果に基づいて覚醒手段の動作が制御され、覚醒度の
低い被測定者に対して覚醒手段が覚醒動作を行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の第１の実施形
態に係る生理状態検出装置の構成を示すブロック図であ
る。生理状態検出装置１は、センサ２、選択スイッチ
３、選択信号発生回路４、応答時間計測回路５及び覚醒
度検出回路６によって構成されている。センサ２は、被
測定者の精神状態に相関する掌の皮膚インピーダンスを
測定する。掌の皮膚インピーダンスの測定は、公知の定
電流による３電極法を用いて行う。選択スイッチ３は、
選択信号発生回路４から選択信号が入力されている間に
おいてセンサ２の測定信号を無効にすべく、センサ２と
覚醒度検出回路６との間を切断する。選択信号発生回路
４は、センサ２による皮膚インピーダンスの測定信号に
おいて、外乱に対する反応による変動を検出した時から
所定時間が経過するまでの間において選択信号を出力す
る。

【００２１】応答時間計測回路５は、外部装置１１から
出力された外乱発生信号の入力タイミングから選択信号
発生回路４から出力された選択信号の入力タイミングま
での時間を応答時間として計時するカウンタを備えてい
る。外部装置１１が学習装置である場合、学習装置が学
習者に提示している学習情報における問題形式が変化し
た場合や学習科目が変化した場合に、学習装置から外乱
発生信号として作業区切り信号が出力される。また、外
部装置１１が車両である場合、操作者によるハンドルや
ペダルの一定量以上の操作を検出した際に外乱発生信号
としての作業区切り信号が出力される。

【００２２】なお、生理状態検出装置１の駆動により、
または、外部装置１１の駆動により操作者に対する外乱
となる音声を発生するスピーカ等の外乱発生手段を設け
ることができる。

【００２３】覚醒度検出回路６は、選択スイッチ３を介
して入力されるセンサ２の測定信号と応答時間計測回路
５から入力される応答時間とに基づいて覚醒度を検出し
て出力する。

【００２４】図２は、上記生理状態検出装置の処理手順
を示すフローチャートである。生理状態検出装置１は、
通常の状態において、センサ２による皮膚インピーダン
スの測定信号（皮膚インピーダンスの等価直列抵抗成分
に相当するＳＩＬ信号、または、ＳＩＬ信号の直流成分
を除去した変動成分のみのＳＩＲ信号である。ここで
は、ＳＩＬ信号を用いることとする。）に基づいて操作
者の覚醒度を検出し（ｓ９）、検出した覚醒度を外部装
置に出力している（ｓ１０）。即ち、覚醒度検出回路６
は、選択スイッチ３を介して入力されるＳＩＬ信号を規
準値と比較し、ＳＩＬ信号のレベルが規準値以下であれ
ば覚醒度が高いと判断し、規準値以上であれば覚醒度か
低いと判断する。外部装置は生理状態検出装置１から出
力された覚醒度に応じて、例えば、学習者に提示する学
習情報の内容を変更する等の処理を行う。

【００２５】生理状態検出装置１は、外乱発生信号の入
力により外乱の発生を検出すると（ｓ１）、応答時間計
測回路５のカウンタを起動し（ｓ２）、応答時間の計測
を開始する。この応答時間の計測は、センサ２の測定信
号において外乱に対する反応が現れ、選択信号発生回路
４から選択信号が出力されるまで継続される（ｓ３，ｓ
４）。センサ２の測定信号において外乱に対する反応が
現れ、選択信号発生回路４から選択信号が出力される
と、タイマが計時する所定時間において選択スイッチ３
がセンサ２と覚醒度検出回路６との間を切断し（ｓ５〜
ｓ８）、この間においてセンサ２の測定信号は覚醒度検
出回路６に入力されず、覚醒度の検出は行われない。セ
ンサ２の測定信号において外乱に対する反応が現れてか
ら所定時間が経過すると、選択スイッチ３が再びセンサ
２と覚醒度検出回路６とを接続する。これによって、セ
ンサ２の測定信号が覚醒度検出回路６に入力され、覚醒
度の検出が再開される。

【００２６】以上の処理により、図３に示すように、時
刻Ｔ１において外乱発生信号が入力された後、時刻Ｔ２
でセンサ２の測定信号（ＳＩＬ信号）に外乱に対する応
答が現れると、時刻Ｔ２から所定時間ｔ１が経過するま
での間におけるＳＩＬ信号が覚醒度検出回路６に入力さ
れず、この間のＳＩＬ信号は覚醒度の検出の対象から除
外される。外乱に対する過渡的な反応は、操作者の定常
的な生理状態を表すものではなく、操作者による操作状
態の評価や操作対象の評価に用いることは適当でない
が、上記の処理によってＳＩＬ信号から外乱による過渡
的な変動を除去して覚醒度を判断することができ、操作
者の定常的な生理状態に基づいて操作状態の評価や操作
対象の評価を正確に行うことができる。

【００２７】また、外乱に対する反応時間は、覚醒度に
応じて変化する。したがって、外乱発生信号が入力され
た時刻Ｔ１からＳＩＬ信号に外乱に対する応答が現れる
時刻Ｔ２までの時間ｔ２を応答時間として計測し、この
応答時間を生体情報の一つとして覚醒度の検出に用いる
ことにより、覚醒度をより正確に検出することができ、
検出した覚醒度の信頼性を向上することができる。

【００２８】図４は、この発明の第２の実施形態に係る
生理状態検出装置の構成を示すブロック図である。この
実施形態に係る生理状態検出装置２１は、図１に示した
生理状態検出装置１の構成に加えて、脈波測定用のセン
サ２２、心拍間隔抽出回路２３、信頼度判定回路２４及
びフィードバック信号発生回路３１を設けたものであ
る。センサ２２は、例えば、手指の血管における血液の
脈流を光学的に検出する。心拍間隔抽出回路２３は、セ
ンサ２２から出力される測定信号を高速フーリエ変換し
て各周波数成分の分布状態を求め、この結果に基づい
て、例えば、測定信号における高周波の出現間隔を心拍
間隔として抽出する。一般に覚醒度が高い状態では心拍
間隔の変動が激しく、覚醒度が低い状態では心拍間隔の
変動は少ないことが知られている。但し、心拍間隔の変
動状態と覚醒度との相関は、皮膚インピーダンスと覚醒
度との相関に比べて弱い。

【００２９】信頼度判定回路２４には、センサ２から出
力される測定信号、センサ２２から出力される測定信
号、及び、応答時間計測回路５から出力される応答時間
の計測値が入力される。信頼度判定回路２４は、センサ
２、センサ２２及び応答時間計測回路５からの信号の入
力状態に応じて、覚醒度検出回路６が検出した覚醒度の
信頼度を出力する。また、覚醒度検出回路６にも、セン
サ２から出力される測定信号、センサ２２から出力され
る測定信号、及び、応答時間計測回路５から出力される
応答時間の計測値が入力される。覚醒度検出回路６は、
これらの信号の入力状態に応じて、それぞれの信号に対
する重み付けを変えて覚醒度を検出する。フィードバッ
ク信号発生回路３１は、この発明の覚醒手段であり、覚
醒度検出回路６から出力された覚醒度と信頼度判定回路
２４から出力された信頼度とに基づいて、外部装置に対
してフィードバック信号を発生する。

【００３０】図５は、上記第２の実施形態に係る生理状
態検出装置を構成する覚醒度検出回路における各信号の
重み付け状態、及び、信頼度判定回路から出力される信
頼度の一例を示す図である。同図に示すように、センサ
２が測定したＳＩＬ信号のみが入力されている場合に
は、覚醒度検出回路６はＳＩＬ信号の重みを“１”とし
てＳＩＬ信号のみに基づいて覚醒度を検出するととも
に、信頼度判定回路２４は信頼度“０．５”を出力す
る。センサ２２が測定した脈波信号のみが入力されてい
る場合には、覚醒度検出回路６は脈波信号に基づく心拍
間隔の変動状態の重みを“１”として心拍間隔の変動状
態のみに基づいて覚醒度を検出するとともに、信頼度判
定回路２４は信頼度“０．３”を出力する。

【００３１】センサ２が測定したＳＩＬ信号とセンサ２
２が測定した脈波信号とが入力されている場合には、覚
醒度検出回路６はＳＩＬ信号の重みを“０．６”、心拍
間隔の変動状態の重みを“０．４”として覚醒度を検出
するとともに、信頼度判定回路２４は信頼度“０．８”
を出力する。センサ２が測定したＳＩＬ信号、センサ２
２が測定した脈波信号、及び、応答時間計測回路５が計
測した応答時間が入力されている場合には、覚醒度検出
回路６はＳＩＬ信号の重みを“０．５”、心拍間隔の変
動状態の重みを“０．３”、応答時間の重みを“０．
２”として覚醒度を検出するとともに、信頼度判定回路
２４は信頼度“１．０”を出力する。生理状態検出装置
２１の覚醒度検出回路６及び信頼度判定回路２４の出力
は、フィードバック信号発生回路３１に入力される。

【００３２】なお、上記の覚醒度検出手段６における各
信号の重み付けは、図２に示した処理手順におけるｓ９
の処理において行うことができる。また、信頼度判定回
路２４における信頼度の判定は、ｓ９の処理の後に行う
ことができる。

【００３３】フィードバック信号発生回路３１は、例え
ば、図６に示すフィードバック信号を出力する。図６
は、一例として外部装置である学習装置に対して出力さ
れるフィードバック信号を示している。例えば、フィー
ドバック信号発生回路３１は、信頼度の高い状態で覚醒
度の検出値が低い場合には、警報ブザーの駆動信号を発
生する。

【００３４】この実施形態に係る生理状態検出装置によ
れば、複数の生体情報の入力状態に応じて、検出した覚
醒度をその信頼度とともに出力することができ、複数の
生体情報の入力状態に応じて適正な覚醒動作を実行する
とこができる。

【００３５】なお、図１に示したこの発明の第１の実施
形態に係る生理状態検出装置及び図４に示したこの発明
の第２の実施形態に係る生理状態検出装置を、図７に示
すマイクロコンピュータ４１により構成することができ
る。この場合に、図２に示した処理手順や図５及び図６
に示した関係は、ＨＤＤまたはＣＤＲＯＭ等の記憶媒体
４２から供給することができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１、５及び９に記載した発明によ
れば、生体情報の測定結果において外乱の影響を受けた
過渡的な部分を除外して被測定者の生理状態を検出する
ことにより、被測定者の定常的な生理状態を正確に検出
することができる。

【００３７】請求項２、７及び１０に記載した発明によ
れば、生理状態の検出に用いる複数の種類の生体情報の
組み合わせに応じた影響度に基づいて生体情報の測定結
果を重み付けし、重み付けされた各生体情報の測定結果
を用いて被測定者の生理状態を検出することができ、生
理状態の検出結果の信頼度を高くすることができる。請
求項３及び７に記載した発明によれば、外乱発生時から
生体情報の測定結果に外乱による影響が現れるまでの時
間を用いて被測定者の生理状態を検出することがてき、
被測定者の生理状態をより正確に検出することができ
る。

【００３８】請求項４及び８に記載した発明によれば、
被測定者の覚醒状態の検出結果に基づいて覚醒手段の動
作を制御することにより、覚醒度の低い被測定者に対し
て適切な覚醒動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係る生理状態検出
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】同生理状態検出装置の処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図３】同生理状態検出装置における生体情報の測定状
態を示す図である。

【図４】この発明の第２の実施形態に係る生理状態検出
装置の構成を示すブロック図である。

【図５】同生理状態検出装置における覚醒度検出回路の
各信号に対する重み付け、及び、信頼度判定回路から出
力される信頼度を示す図である。

【図６】同生理状態検出装置のフィードバック信号発生
回路から出力されるフィードバック信号を示す図であ
る。

【図７】この発明の別の実施形態に係る生理状態検出装
置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，２１−生理状態検出装置 ２，２２−センサ ３−選択スイッチ ４−選択信号発生回路 ５−応答時間計測回路 ６−覚醒度検出回路 ２３−心拍間隔検出回路 ２４−信頼度判定回路 ３１−フィードバック信号発生回路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定者から継続的に測定した生体情報に
   基づいて被測定者の生理状態を検出する生理状態検出装
   置において、 外乱の発生時から所定時間が経過するまでの間における
   生体情報の測定結果を被測定者の生理状態の検出に用い
   る生体情報から除外することを特徴とする生理状態検出
   装置。
2. 【請求項２】被測定者から継続的に測定した複数の種類
   の生体情報に基づいて被測定者の生理状態を検出する生
   理状態検出装置において、 複数の種類の生体情報の組み合わせに応じて、生理状態
   の検出における各生体情報の影響度を変更することを特
   徴とする生体情報測定装置。
3. 【請求項３】被測定者の生体情報に影響を与える外乱を
   発生する外乱発生手段と、外乱発生手段における外乱発
   生時から生体情報の測定結果に外乱による影響が現れる
   までの時間を計測する計測手段と、を設け、計測手段の
   計測時間を被測定者の生理状態の検出に用いる請求項１
   または２に記載の生理状態検出装置。
4. 【請求項４】前記被測定者の生理状態として被測定者の
   覚醒度を検出する生理状態検出装置であって、被測定者
   を覚醒させる覚醒手段を備え、検出した被測定者の覚醒
   状態に基づいて、覚醒手段の動作を制御する請求項１、
   ２または３に記載の生理状態検出装置。
5. 【請求項５】被測定者から継続的に測定した生体情報に
   基づいて被測定者の生理状態を検出する生理状態検出方
   法において、 外乱の発生時から所定時間が経過するまでの間における
   生体情報の測定結果を被測定者の生理状態の検出に用い
   る生体情報から除外することを特徴とする生理状態検出
   方法。
6. 【請求項６】被測定者から継続的に測定した複数の種類
   の生体情報に基づいて被測定者の生理状態を検出する生
   理状態検出方法において、 生理状態の検出に用いる複数の種類の生体情報の組み合
   わせに応じて生理状態の検出における各生体情報の影響
   度を変更し、この影響度に応じて各生体情報の測定結果
   を影響度に基づいて重み付けし、重み付けされた各生体
   情報の測定結果を用いて被測定者の生理状態を検出する
   ことを特徴とする生理状態検出方法。
7. 【請求項７】外乱発生手段により被測定者の生体情報に
   影響を与える外乱を発生し、外乱発生手段における外乱
   発生時から生体情報の測定結果に外乱による影響が現れ
   るまでの時間を計測手段により計測し、計測手段が計測
   した時間を用いて被測定者の生理状態を検出する請求項
   ５または６に記載の生理状態検出方法。
8. 【請求項８】前記被測定者の生理状態として被測定者の
   覚醒度を検出する生理状態検出方法であって、被測定者
   の覚醒状態の検出結果に基づいて、被測定者を覚醒させ
   る覚醒手段の動作を制御する請求項５、６または７に記
   載の生理状態検出方法。
9. 【請求項９】被測定者から継続的に測定した生体情報に
   基づいて被測定者の生理状態を検出する生理状態検出プ
   ログラムを記憶した記憶媒体において、 外乱の発生時から所定時間が経過するまでの間における
   生体情報の測定結果を被測定者の生理状態の検出に用い
   る生体情報から除外するプログラムを記憶したことを特
   徴とする生理状態検出プログラム記憶媒体。
10. 【請求項１０】被測定者から継続的に測定した複数の種
    類の生体情報に基づいて被測定者の生理状態を検出する
    生理状態検出プログラムを記憶した記憶媒体において、 生理状態の検出に用いる複数の種類の生体情報の組み合
    わせに応じて生理状態の検出における各生体情報の影響
    度を変更し、この影響度に応じて各生体情報の測定結果
    を影響度に基づいて重み付けし、重み付けされた各生体
    情報の測定結果を用いて被測定者の生理状態を検出する
    プログラムを記憶したことを特徴とする生体情報検出プ
    ログラム記憶媒体。