特許 6429118 覚醒維持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6429118

(24)【登録日】2018年11月9日

(45)【発行日】2018年11月28日

(54)【発明の名称】覚醒維持装置

(51)【国際特許分類】

   G08G 1/16 20060101AFI20181119BHJP

   B06B 1/04 20060101ALI20181119BHJP

   A61B 5/18 20060101ALI20181119BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20181119BHJP

   A61M 21/00 20060101ALI20181119BHJP

   B60N 2/00 20060101ALI20181119BHJP

【ＦＩ】

   G08G1/16 F

   B06B1/04 S

   A61B5/18

   A61B5/02 310

   A61M21/00 B

   B60N2/00

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-524805(P2014-524805)

(86)(22)【出願日】2013年7月8日

(86)【国際出願番号】JP2013068685

(87)【国際公開番号】WO2014010568

(87)【国際公開日】20140116

【審査請求日】2016年7月8日

(31)【優先権主張番号】特願2012-153815(P2012-153815)

(32)【優先日】2012年7月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000220066

【氏名又は名称】テイ・エス テック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506218664

【氏名又は名称】公立大学法人名古屋市立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088580

【弁理士】

【氏名又は名称】秋山 敦

(74)【代理人】

【識別番号】100111109

【弁理士】

【氏名又は名称】城田 百合子

(72)【発明者】

【氏名】杉山 慎二

(72)【発明者】

【氏名】中野 豊和

(72)【発明者】

【氏名】横山 清子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 一誠

【審査官】 上野 博史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３６１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０９１５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０２３６２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−３３０３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実用新案登録第２５２７７３０（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０８Ｇ １／００−９９／００

Ａ６１Ｂ ５／０２−５／０３

Ｂ６０Ｎ ２／００−２／９０

Ａ６１Ｍ ２１／００−２１／０２

Ｂ０６Ｂ １／００−３／０４

Ａ６１Ｂ ５／０６−５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

着座者を刺激する刺激装置と、前記着座者の心電位信号を取得する心拍センサと、を有する車両用シートと、
前記刺激装置を駆動する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記着座者の覚醒を示す指標が、前記覚醒が保たれていることを示す基準値から外れた場合に、前記心電位信号に係る心電波形のうちＱＲＳ波が発生している間に人間の心拍に同期する第１の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動し、
前記着座者の覚醒を示す指標が、前記刺激装置を駆動して前記第１の刺激で前記着座者を刺激した後の所定時間以内に前記基準値から外れた場合に、前記第１の刺激と異なるタイミングを有する心拍非同期の刺激である第２の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動することを特徴とする覚醒維持装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記心拍センサから前記心電位信号を取得できない場合には、過去に取得された前記心電位信号に基づいて前記刺激装置を駆動することを特徴とする請求項１に記載の覚醒維持装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記第１の刺激で前記着座者を刺激した後に、前記指標が前記所定時間を過ぎて前記基準値から外れた場合は、前記第１の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の覚醒維持装置。

【請求項4】

前記第１の刺激は、人間の平均的な心拍情報から定められる刺激であり、予め定められた刺激であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の覚醒維持装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記刺激装置を駆動して前記第２の刺激を前記着座者に複数回付与することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の覚醒維持装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記心電位信号に係る心電波形のうちＲ波の検出に応じて、前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の覚醒維持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、覚醒維持装置に係り、特に、車両用シートの着座者に刺激を付与する覚醒維持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両走行時の安全確保については、運転者の健康状態が密接に関わるものである。このことから、運転者の体調を監視し、異常状態を検出したときに、警報、警告灯等で運転者に注意喚起することが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１は、居眠りを防止するために車両用シートを、着座者に不快感を与えない範囲の周波数で振動させる居眠り防止装置を開示している。具体的な周波数は、４０Ｈｚ〜５０Ｈｚで設定されている。この装置による振動刺激によれば、不快感が少なく、且つ、覚醒効果が得られるというものである。

【0004】

また、例えば、特許文献２は、着座者の居眠りが認められた場合に、着座者の感度に応じた強度の振動刺激を振動モータによって着座者に付与する装置を開示している。この装置によれば、着座者の振動刺激に対する感度の違いに左右されずに、高い覚醒効果が得られる。

【0005】

更に、例えば、特許文献３は、着座者の心拍に同期する振動を着座者に付与することで、着座者に不快感（違和感）を与えずに着座者の覚醒を維持する装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０５−３３０３６０号公報

【特許文献2】特開平１１−７８５９１号公報

【特許文献3】特開２０１２−１３６１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

不快に感じる振動周波数には個人差があるが、特許文献１に開示された装置は、予め定められた４０Ｈｚ〜５０Ｈｚの周波数で振動刺激を付与するものであるため、多くの着座者にとって不快に感じさせないようにすることは困難であった。

【0008】

また、特許文献２に開示された装置のように、振動モータの振動強度の調整によって、着座者の感度の違いに左右されずに高い覚醒効果を与えることができたとしても、その振動による不快感を取り除くことは困難であった。

【0009】

また、特許文献３に開示された装置のように、着座者の心拍に同期する刺激を付与する場合には、着座者に不快感を与えないようにすることができる。しかし、短時間で複数回、同様の刺激が付与される場合には、図１２のグラフで示す着座者の眠気レベルを縦軸、時間を横軸として表されるように、着座者がその刺激に慣れてしまうという傾向があった。

【0010】

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、多くの着座者に不快に感じさせない刺激を着座者に付与し、且つ、着座者の覚醒を効果的に維持することが可能な覚醒維持装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題は、本発明の覚醒維持装置によれば、着座者を刺激する刺激装置と、前記着座者の心電位信号を取得する心拍センサと、を有する車両用シートと、前記刺激装置を駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記着座者の覚醒を示す指標が、前記覚醒が保たれていることを示す基準値から外れた場合に、前記心電位信号に係る心電波形のうちＱＲＳ波が発生している間に人間の心拍に同期する第１の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動し、前記着座者の覚醒を示す指標が、前記刺激装置を駆動して前記第１の刺激で前記着座者を刺激した後の所定時間以内に前記基準値から外れた場合に、前記第１の刺激と異なるタイミングを有する心拍非同期の刺激である第２の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動することにより解決される。
なお、着座者の覚醒度を示す指標とは、例えば、Ｒ波の信号の時間間隔、心拍のゆらぎ、頭部の挙動を監視するカメラからの信号である。
また、所定時間とは、同様の刺激が着座者に付与された場合に、その刺激に着座者が慣れる時間と慣れない時間との閾として定められた時間で、例えば３０分程度の時間である。

【0012】

このように、制御装置が、人間の心拍に同期する第１の刺激を前記着座者に付与した後の所定時間以内に、着座者の覚醒を示す指標が基準値から外れた場合には、第１の刺激と異なるタイミングを有する第２の刺激を着座者に付与するように刺激装置を駆動することで、不快に感じさせない第１の刺激を着座者に付与しつつ、第１の刺激に対する着座者の慣れを避けて、着座者の覚醒を効果的に維持することができる。

【0013】

また、車両用シートは着座者の心電位信号を取得する心拍センサを備えており、第１の刺激は、心電位信号から得られる心拍情報に同期する刺激であるので、着座者固有の心電位信号に同期する刺激を着座者に付与することができ、心地良い刺激で着座者の覚醒を維持させることができる。

【0014】

さらに、第２の刺激が心拍非同期の刺激であることで、心拍情報に同期する刺激に対して慣れた着座者に対しても、覚醒を維持させることができる。

【0015】

また、前記制御装置は、前記第１の刺激で前記着座者を刺激した後に、前記指標が前記所定時間を過ぎて前記基準値から外れた場合は、前記第１の刺激で前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動するようにしてもよい。
このように、制御装置が、第１の刺激の後、着座者が慣れを感じる所定時間を過ぎて覚醒を示す指標が基準値から外れた場合に、人間の心拍に同期する第１の刺激で前記着座者を刺激するように刺激装置を駆動することで、着座者が第１の刺激に慣れることの少ない時間では、心地良い刺激で着座者の覚醒を効果的に維持することができる。

【0016】

また、前記第１の刺激は、人間の平均的な心拍情報から定められる刺激であり、予め定められた刺激であってもよい。
このように、第１の刺激が、人間の平均的な心拍情報から定められる刺激であり、予め定められた刺激であれば、着座者の心拍に同期させるためのプログラミング設定及び調整が不要となり、覚醒維持装置の生産効率を高めることができる。

【0017】

また、前記制御装置は、前記刺激装置を駆動して前記第２の刺激を前記着座者に複数回付与するようにしてもよい。
このように、制御装置が刺激装置を駆動することによって、第２の刺激が着座者に複数回付与されるようにすれば、着座者の覚醒の維持をより効果的に実現できる。

【0018】

また、前記心電位信号に係る心電波形のうちＲ波の検出に応じて、前記着座者を刺激するように前記刺激装置を駆動するようにしてもよい。
このように、心拍センサが心電波形のＲ波の発生を検出するようにすると、Ｒ波は他のＱ波、Ｓ波等に比べて振幅が大きく容易に検出されるため、制御装置は、心拍に同期する刺激を着座者に付与するように刺激装置を容易に制御することができる。

【0019】

また、前記制御装置は、前記心拍センサから前記心電位信号を取得できない場合には、過去に取得された前記心電位信号に基づいて前記刺激装置を駆動すると好適である。
このように、制御装置が過去に取得された心電位信号に基づいて刺激装置を駆動するようにすると、着座者の体動等のために、一時的に心電位信号を取得できない場合があっても、制御装置は、着座者に刺激を付与するように刺激装置を制御できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、制御装置が、人間の心拍に同期する第１の刺激を着座者に付与した後の所定時間以内に、着座者の覚醒を示す指標が基準値から外れた場合には、第１の刺激と異なるタイミングを有する第２の刺激を着座者に付与するように刺激装置を駆動することで、不快に感じさせない第１の刺激を着座者に付与しつつ、第１の刺激に対する着座者の慣れを妨げて、着座者の覚醒を効果的に維持することができる。

【0021】

また、本発明によれば、車両用シートが心拍センサを備えることで、着座者固有の心電位信号に同期する刺激を着座者に付与することができ、心地良い刺激で着座者の覚醒を維持させることができる。さらに、第２の刺激が心拍非同期の刺激であることで、心拍情報に同期する刺激に対して慣れた着座者に対しても、覚醒を維持させることができる。

【0022】

また、本発明によれば、制御装置が、第１の刺激の後、着座者が慣れを感じる所定時間を過ぎて覚醒を示す指標が基準値から外れた場合に、人間の心拍に同期する第１の刺激で前記着座者を刺激するように刺激装置を駆動することで、着座者が第１の刺激に慣れることの少ない時間では、心地良い刺激で着座者の覚醒を効果的に維持することができる。

【0024】

また、本発明によれば、第１の刺激が、人間の平均的な心拍情報から定められる刺激であり、予め定められた刺激であれば、着座者の心拍に同期させるためのプログラミング設定及び調整が不要となり、覚醒維持装置の生産効率を高めることができる。

【0025】

また、本発明によれば、制御装置が刺激装置を駆動することによって、第２の刺激が着座者に複数回付与されるようにすれば、着座者の覚醒の維持をより効果的に実現できる。

【0026】

また、本発明によれば、心拍センサが心電波形のＲ波の発生を検出するようにすると、Ｒ波は他のＱ波、Ｓ波等に比べて振幅が大きく容易に検出されるため、制御装置は、心拍に同期する刺激を着座者に付与するように刺激装置を容易に制御することができる。

【0027】

また、本発明によれば、制御装置が過去に取得された心電位信号に基づいて刺激装置を駆動するようにすると、着座者の体動等のために、一時的に心電位信号を取得できない場合があっても、制御装置は、着座者に刺激を付与するように刺激装置を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態に係る覚醒維持装置を示す全体構成図である。

【図2】車両用シートを示す模式的な断面図である。

【図3】着座者の心電波形データと振動モータの回転加速度との関係を示す図である。

【図4】第１の実施形態に係る覚醒状態維持処理を示すフローチャートである。

【図5】（Ａ）は、定量試験状況を示す図、（Ｂ）は、表示画面と操作との関係を示す図、（Ｃ）は、心電信号と振動モータを駆動するタイミングとの関係を示す図である。

【図6】振動付与前後における着座者のＳｐＯ_２の変化を示す図である。

【図7】各振動パターンに対する好みについての主観評価を示す図である。

【図8】各振動パターンに対する気持ち良さについての主観評価を示す図である。

【図9】（Ａ）は、第１の刺激と異なるタイミングである第１のパターンに係る第２の刺激を付与する際の時間と振動モータの回転加速度との関係を示す図、（Ｂ）は、第２のパターンに係る第２の刺激を付与する際の時間と振動モータの回転加速度との関係を示す図である。

【図10】第２の実施形態に係る覚醒状態維持処理を示すフローチャートである。

【図11】第１の刺激と第２の刺激とを組み合わせて着座者に付与した場合に、覚醒効果が持続している状態を示す図である。

【図12】第１の刺激のみを着座者に付与した場合に、刺激慣れが起きている状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明に係る覚醒維持装置の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。

【0030】

本実施形態に係る覚醒維持装置１２は、図１に示すように、主に、シートクッション１０２と、心拍センサ２０と振動モータ（刺激装置）Ｍとを有するシートバック１０４と、を備える車両用シート１０と、信号処理回路３０と、振動モータＭの動作を制御する制御装置７０Ｃと、から構成されている。

【0031】

シートクッション１０２は、着座者８０の座る部位に当たり、シートクッション１０２の後部（以下、車両の進行方向を前方向、その逆を後方向とする）にシートバック１０４が回動可能に取り付けられている。

【0032】

シートバック１０４内には、図２に示すように、着座者８０の心臓に対向する面の近傍に心拍センサ２０が設けられ、その下方に振動モータＭが設けられている。

【0033】

心拍センサ２０は、着座者８０に静電容量結合することによってその身体電位を検出するもので、導電性の金属導体、導電性繊維又は導電性布テープから成る。心拍センサ２０は、シートバック１０４内に、２個の水平に配設されている。

【0034】

振動モータＭは、アンバランスマスモータから成り、アンバランスマスの回転軸がシートバック１０４の幅方向に沿うように配設されている。振動モータＭは、このように配設されていることで、動作時に、シートバック１０４を介して着座者８０の背中に垂直向きの往復振動を加えることとなり、振動刺激が着座者８０に効果的に付与される。

【0035】

信号処理回路３０は、心拍センサ２０に接続され、心拍センサ２０から検出された身体電位を増幅し、電位差信号を出力し、心電周波数以外の電位差信号のノイズを除去し、デジタル信号に変換する機能を有する。

【0036】

制御装置７０Ｃは、デジタル信号に変換された電位差信号を基に、振動モータＭを駆動制御する機能を有し、演算制御用のＣＰＵ（Central Processing Unit）７０ＣＡと、ＲＡＭ（Random Access Memory）７０ＣＢと、ＲＯＭ（Read Only Memory）７０ＣＣと、を備える。また、制御装置７０Ｃに入力される信号は、信号処理回路３０によってデジタル信号に変換された電位差信号であり、出力されるものは、振動モータＭを駆動するための電力である。

【0037】

ＲＡＭ７０ＣＢは、演算制御中の信号及び入出力される信号を含むパラメータを一時記憶するもので、デジタル信号に変換された電位差信号その他の信号を格納する格納部７００として機能を有する。

【0038】

ＲＯＭ７０ＣＣは、ＣＰＵ７０ＣＡが実行するプログラム及び所定値のパラメータを記憶するものである。ＲＯＭ７０ＣＣには、心電波形データを生成する波形生成部７０２と、所定の基準値を設定する基準値設定部７０４と、基準値に基づき覚醒状態を判定する判定部７０６と、振動モータＭを駆動する駆動部７０８とがプログラムとして記録されている。

【0039】

波形生成部７０２は、心拍センサ２０から得られ、格納部７００に格納された電位差信号を基に、図３に示すような、電位差を縦軸、時間を横軸とする心電波形データＶＨを生成する機能を有する。ここで、図３における心電波形データＶＨには、発生順にＲ波の信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が現れている。以下、Ｒ波の信号の間隔を間隔ＲＲＩ（R-R Interval）とし、特に、信号Ｒ１と信号Ｒ２との間隔を間隔ＲＲＩ１とし、信号Ｒ２と信号Ｒ３との間隔を間隔ＲＲＩ２とし、信号Ｒ３と信号Ｒ４との間隔を間隔ＲＲＩ３とする。更に、間隔ＲＲＩ１と間隔ＲＲＩ２は、後述する覚醒度の判定に用いられる基準値を超えているものとし、間隔ＲＲＩ３は、この基準値を超えていないものとする。

【0040】

基準値設定部７０４は、波形生成部７０２によって生成された心電波形データＶＨに基づき、覚醒状態の判定の基準となる基準値を設定する機能を有する。例えば、基準値設定部７０４は、前もって生成された心電波形データＶＨにおけるＲ波が発生する間隔ＲＲＩの所定回数における平均値を算出した後、算出された平均値の１２０％の時間を基準値として設定する。

【0041】

判定部７０６は、生成される心電波形データＶＨと基準値とを比較し、着座者８０の覚醒状態を判定する機能を有する。

【0042】

駆動部７０８は、ＣＰＵ７０ＣＡの指示に応じて電力を供給することにより振動モータＭを駆動する機能を有する。駆動部７０８は、図３に例示するように、心電波形データＶＨに間隔ＲＲＩ１及び間隔ＲＲＩ２が得られた場合には、アンバランスマスを瞬時的に回転駆動する。具体的には、駆動部７０８による瞬時的な回転駆動によって、アンバランスマスの回転は、加速度波形ＲＡに示すように、０．３〜０．５Ｇまで加速した後、−０．３〜０．５Ｇの加速度になるまで減速する。この動作を約５０ミリ秒程度の間継続して、シートバック１０４に振動を付与する。この振動によって生じる振動波形ＡＶは、その周波数が約４０Ｈｚである。また、この駆動によっては、信号Ｒ２及び信号Ｒ３のそれぞれが取得されてからｔ１秒後に振動が始まる。振動波形ＡＶが生じる間隔を間隔Ｔとすると、間隔Ｔは、信号Ｒ２と信号Ｒ３との間隔ＲＲＩ２と略同じ間隔である。つまり、駆動部７０８が、心拍と同期する振動で振動モータＭを駆動していることを示している。

【0043】

＜第１の実施形態＞
次に、着座者から得られた身体電位に基づいて覚醒低下状態を判定して心拍に同期する刺激を付与する第１の実施形態に係る覚醒状態維持処理について、図３及び図４を参照して説明する。

【0044】

まず、心拍センサ２０は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者８０から身体電位を検出する。心拍センサ２０によって検出された電位信号は、信号処理回路３０を介して、制御装置７０Ｃの格納部７００に電位差データとして格納される。つまり、制御装置７０Ｃが、電位差データを取得する（ステップＳ１１）。

【0045】

次に、波形生成部７０２が、取得された電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする心電波形データＶＨを生成する（ステップＳ１２）。

【0046】

次に、ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値が設定されているかどうかを確認する（ステップＳ１３）。基準値が設定されていなければ（ステップＳ１３：Ｎｏ）、基準値設定部７０４が、心電波形データＶＨにおけるＲ波が発生する間隔ＲＲＩの所定回数における平均値を算出した後、算出された平均値の１２０％の時間を基準値として設定する（ステップＳ１４）。基準値を設定後、再度電位差データを取得するステップＳ１１に戻る。

【0047】

ステップＳ１３にて基準値が設定されていれば（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、判定部７０６は、直前に得られた心電波形データＶＨにおけるＲ波の信号の間隔ＲＲＩが基準値を超えているかを判定する（ステップＳ１５）。

【0048】

また、ステップＳ１５にて、直前に得られた間隔ＲＲＩが基準値を超えていないと判定部７０６が判定した場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、つまり、図３に例示するように心電波形データＶＨにおいて間隔ＲＲＩ３が得られた場合には、振動モータＭを駆動させずに、電位差データを取得するステップＳ１１に戻る。

【0049】

また、ステップＳ１５にて、直前に得られた間隔ＲＲＩが基準値を超えていると判定部７０６が判定した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、駆動部７０８は、振動モータＭへ電力を供給し、前記のように心拍信号と同期する振動、換言すると、Ｒ波の信号が得られてｔ１秒後に生じる振動で振動モータＭを駆動する（ステップＳ１６）。

【0050】

駆動部７０８は、約４０Ｈｚの振動周波数の振動となるように振動モータＭを駆動し、約５０ミリ秒程度継続して振動させる（ステップＳ１７）。その後、駆動部７０８は、振動モータＭを停止する（ステップＳ１８）。

【0051】

次に、ＣＰＵ７０ＣＡは、着座者８０による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを確認し（ステップＳ１９）、指示がない場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）には電位差データを取得するステップＳ１１に戻り、処理終了の指示がある場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

【0052】

なお、ステップＳ１４の基準値の設定ステップにて、心電波形データＶＨを構成する所定数の回数のＲ−Ｒ間隔の平均を算出し、その１２０％を基準値として設定するものとして説明したが、これに限定されない。例えば、着座者８０の睡眠時（特に入眠時）に取得したデータに基づいて、基準値を設定するようにして、より精確な基準値を設定するようにしてもよい。また、この基準値の設定において、手入力によって設定又は設定変更できるようにすれば、ユーザビリティが高くなる。

【0053】

また、ステップＳ１５の判定部７０６の判定では、直前に得られた一つの心電波形データＶＨのＲ−Ｒ間隔を基準値と比較するものとして説明したが、これに限定されない。判定の迅速性よりも、その信頼性を重視する場合には、例えば、前３，４回で得られた心電波形データＶＨのＲ−Ｒ間隔を平均したものと基準値と比較するものであってもよい。

【0054】

なお、ＣＰＵ７０ＣＡは、ステップＳ１６で、Ｒ波の信号が取得されてからｔ１秒後に振動が始まるようにして駆動部７０８を介して振動モータＭを制御駆動することで、心拍信号と同期する振動制御をすることを説明したが、これに限られない。例えば、所定数のＲＲＩの平均値に基づいて算出される心拍に同期する周期データ（例えばＲＲＩの平均値の１２０％の時間）を格納部７００に格納し、そのデータに基づいてＣＰＵ７０ＣＡが、駆動部７０８を介して振動モータＭを同期振動させるように制御するものであってもよい。このようにすれば、例えば、覚醒度が低下している場合であって、体動等によって、心拍センサ２０と着座者８０の身体とが離間することにより、心電波形データＶＨからＲ波が取得されない場合であっても、振動モータＭを駆動することができる。

【0055】

また、心拍に同期する刺激である第１の刺激は、人間の平均的な心拍情報（心電位、脈拍等）から定められる刺激であり、予め定められた刺激であってもよい。具体的には、人間の平均的な心拍値は、一分間当たり６０〜９０拍であり、周期は６６７ミリ秒から１０００ミリ秒程度である。これに合わせて、振動モータＭを駆動させて、着座者に刺激を付与するようにしてもいい。

【0056】

また、制御装置７０Ｃは、Ｒ波の信号が取得された後の一定時間ｔ１秒後にシートバック１０４に振動を付与するように制御をするものに限定されず、その振動付与のタイミングはＲ波から次に生じるＲ波間のどの時点でもよく、心拍情報に基づいて振動を付与する制御であればよい。例えば、制御装置７０Ｃは、振動付与から次の振動を付与するまでの間隔を、検出された心拍の間隔（例えば、Ｒ波から次に生じるＲ波の間隔）と略同じ間隔となるように、振動を付与するように振動モータＭを制御するものであってもよい。

【0057】

また、例えば、制御装置７０Ｃは、後述するＱＲＳ波、又はＱ波、Ｒ波若しくはＳ波の検出に基づくタイミングで、シートバック１０４に振動を付与する制御をするものであってもよい。なお、このタイミングは、所定時間のずれを許容するように設定されていてもよい。

【0058】

なお、ＱＲＳ波とは、心室の電気的興奮を表す波形のことであり、Ｑ波とＲ波とＳ波とを組み合わせた波形である。Ｑ波とは、心電波形において、心臓の電気活動が弱い状態の際に発生する電位（ここでは基準電位という。）よりも低い電位側に振れる波形である。また、Ｒ波とは、Ｑ波の次に現れる波形であり、基準電位よりも高い電位側に振れる波形である。Ｓ波とは、Ｒ波の次に現れる波形であり、基準電位よりも低い電位側に振れる波形である。

【0059】

更に、心電波形データＶＨにおけるＱＲＳ波が発生している時間に、振動モータＭが振動するようにすると、より好適である。この振動付与方法について図３に基づき具体的に説明する。図３における、Ｑ波の信号Ｑ２が発生する時間からＳ波の信号Ｓ２が発生する時間である時間ｔ２とする。この時間ｔ２に、振動波形ＡＶが現れている時間（換言すると、振動開始から約５０ミリ秒間の時間）が重複するように、制御装置７０Ｃの制御によって振動モータＭを駆動させるようにすると、より不快感のない刺激を着座者８０に付与することができる。

【0060】

このような制御は、例えば、制御装置７０Ｃが、信号Ｑ２又は信号Ｒ２の検出に応じて、信号Ｓ２が発生する前に、駆動部７０８によって振動モータＭを駆動することによってなされる。その他、制御装置７０Ｃが、前数回のＱＲＳ波の発生周期及び長さに基づいて、次に発生するＱＲＳ波の時間を予測して、時間ｔ２の間に振動モータＭを駆動するように制御するものであってもよい。

【0061】

（各種振動刺激に対する定量評価）
次に、上記のように心拍と同期させるようにして振動刺激を付与する場合（以下、同期振動による刺激を同期刺激とも記載）と、心拍に関わらずに、連続的に振動刺激を付与する場合（詳細は後述し、連続振動による刺激を連続刺激とも記載）及び断続的に振動刺激を付与する場合（詳細は後述し、断続振動による刺激を断続刺激とも記載）とを対比した定量評価試験について説明する。定量評価の指標には、着座者８０の脳内における血中酸素飽和度（ＳｐＯ_２）を用いた。

【0062】

定量評価試験は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、心拍センサ２０と振動モータＭとを有する車両用シート１０と、信号処理回路３０と、制御装置７０Ｃと、を有する覚醒維持装置１２、並びに、ＳｐＯ_２センサ６０、モニタ４００及びステアリング５０を備えるシミュレータ４０によって行われた。

【0063】

ＳｐＯ_２センサ６０は、着座者８０の頭部に貼着され、脳内のＳｐＯ_２を検出するものである。モニタ４００は、車両及び運転時の風景を模したシミュレーション映像を表示している。ステアリング５０はモニタ４００に電気的に接続されており、着座者８０によるステアリング５０の操作に応じてシミュレーション映像内の車両の向きが変わる。

【0064】

（振動付与について）
図５（Ｃ）に示すように、心拍センサ２０によってＲ波が検出された後、約５０ミリ秒の間、ＣＰＵ７０ＣＡによって駆動部７０８から振動モータＭに５Ｖの電圧が供給される。そして、振動モータＭが０．３Ｇをピークとする振動強度で振動する。このようにして、同期振動が付与される。

【0065】

各振動を付与した場合のＳｐＯ_２を比較した結果を図６に示す。なお、図６における網掛け部は、各モードの振動を付与した時間（本実施例においては、計測開始後３分から４分の時間）を示すものである。

【0066】

ここで、断続振動とは、付与時間及び強度は上記の同期振動と同じであり、同期振動の振動間隔とは異なる間隔で、振動モータＭからシートバック１０４に断続的に供給される振動である。

【0067】

断続振動の付与時間及び強度について具体的に説明すると、アンバランスマスの回転速度は、上記のように、駆動部７０８による瞬時的な回転駆動によって、０．３〜０．５Ｇまで加速した後、−０．３〜０．５Ｇの加速度で減速する。このアンバランスマスの瞬時的な加速及び減速によってシートバック１０４に振動が加わる。断続振動の振動間隔については、一定の間隔であり、着座者８０の心拍によらずに０．５秒間隔で振動が付与される。断続振動は、この動作を約５０ミリ秒程度の間継続して、シートバック１０４に付与される振動である。また、この振動によって生じる振動波形ＡＶは、その周波数が４０Ｈｚである。

【0068】

また、連続振動とは、振動モータＭのアンバランスマスが所定の回転速度で回り続けることで、振動モータＭからシートバック１０４に供給される連続的な振動である。

【0069】

次に、各刺激付与の開始前後の変化について具体的に言及する。なお、以下の説明で、刺激付与の開始前とは、図６における計測開始後２．５分時を指し、刺激付与の開始後とは、図６における計測開始後３．５分時を指すものとする。

【0070】

図６に示すように、ＳｐＯ_２の数値は、同期刺激が着座者に付与される場合は、刺激付与の開始前後で略同じ数値のままであり、連続刺激及び断続刺激が着座者に付与される場合は、刺激付与の開始後に共に数値が低下している。このことは、同期刺激によっては着座者の覚醒が維持され、また、着座者のストレス状態について特に変化はないが、連続刺激及び断続刺激によっては着座者の覚醒が維持されず、刺激付与を開始した後に着座者をストレス状態にさせたことを示している。

【0071】

（各種振動刺激に対する主観評価）
上記の同期刺激、連続刺激及び断続刺激を受けた複数の被験者による主観評価の結果を、図７及び図８に示す。なお、図７及び図８には、同期刺激を「心拍同期」、連続刺激を「連続」、断続刺激を「断続」という項目で記載する。また、この図７及び図８は、箱ひげ図であり、各振動において、下端の横線の値は、複数の被験者から得られた数値のうち最も低い値であり、上端の横線の値は、複数の被験者から得られた数値のうち最も高い値である。また、方形の下辺が、第１四分位点に相当し、方形内にある太線の値が、第２四分位点（中央値）に相当し、方形の上辺の値は、第３四分位点に相当する。

【0072】

主観評価では、同期刺激は、図７に示すように、他の振動刺激と比較して、人に好まれる刺激であり、また、図８に示すように、気持ちの良い刺激、換言すると不快感がない刺激であるという結果が得られた。

【0073】

以上説明したように、本実施形態に係る覚醒維持装置１２は、心拍に同期するように振動を着座者８０に付与することで、着座者８０に不快感のない刺激を付与すると共に、覚醒状態を維持させることができる。
しかしながら、短時間で心拍に同期する振動を繰り返し付与するようにすると、着座者がその刺激に慣れてしまう恐れがある。
そこで、着座者の刺激慣れを避けて、覚醒効果を長時間持続可能な第２の実施形態に係る覚醒維持処理について次に説明する。

【0074】

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る覚醒維持処理は、第１の実施形態に係る覚醒維持処理で説明した心拍に同期する刺激（同期刺激又は第１の刺激とも記載）の他に、心拍に同期しない刺激（以下、非同期刺激又は第２の刺激とも記載）を着座者に付与することを特徴とする。
つまり、第２の実施形態に係る覚醒維持処理は、第１の刺激の他に第２の刺激を一定の条件下で着座者に付与することで、第１の刺激に対する着座者の慣れを避けて、着座者の覚醒維持を効果的に実現することができる。

【0075】

ここで、一の例としての第２の刺激は、振動モータＭの回転加速度の増減を心拍に同期しない周期で、一定の間隔をおいて周期的に行うようにして付与される。本実施例においては、図９（Ａ）に示すように、振動モータＭを、２００ミリ秒間振動させた後に、１００ミリ秒間停止させることが周期的に行われる刺激である。
また、他の例としての第２の刺激は、図９（Ｂ）に示すように、振動モータＭの回転加速度の増減を連続的に行うようにして付与される。
以下において、第１の実施形態に係る覚醒維持処理と等しい処理については、説明の重複を避けるために説明しない。

【0076】

（覚醒状態維持処理）
次に、着座者から得られた身体電位に基づいて覚醒状態を判定し、第１の刺激と第２の刺激とを一定の条件に従って付与する覚醒状態維持処理について、図１０を参照して説明する。

【0077】

まず、心拍センサ２０は、車両のエンジンを始動又は不図示のスタートスイッチの押下に応じて、着座者８０から身体電位を検出する。心拍センサ２０によって検出された電位信号は、信号処理回路３０を介して、制御装置７０Ｃの格納部７００に電位差データとして格納される。つまり、制御装置７０Ｃが、電位差データを取得する（ステップＳ２１）。

【0078】

次に、波形生成部７０２が、取得された電位差データに基づき、電位差と時間とを軸とする心電波形データＶＨを生成する（ステップＳ２２）。

【0079】

次に、ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値が設定されているかどうかを確認する（ステップＳ２３）。基準値が設定されていなければ（ステップＳ２３：Ｎｏ）、基準値設定部７０４が、心電波形データＶＨにおけるＲ波が発生する間隔ＲＲＩの所定回数における平均値を算出した後、算出された平均値の１２０％の時間を基準値として設定する（ステップＳ２４）。基準値を設定後、再度電位差データを取得するステップＳ２１に戻る。

【0080】

ステップＳ２３で基準値が設定されていれば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、判定部７０６は、直前に得られた心電波形データＶＨにおけるＲ波の信号の間隔ＲＲＩが基準値を超えているかを判定する（ステップＳ２５）。

【0081】

また、ステップＳ２５で、直前に得られた間隔ＲＲＩが基準値を超えていないと判定部７０６が判定した場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、つまり、図３に例示するように心電波形データＶＨにおいて間隔ＲＲＩ３が得られた場合には、ＣＰＵ７０ＣＡは、振動モータＭを駆動させずに、電位差データを取得するステップＳ２１に戻る。

【0082】

また、ステップＳ２５にて、直前に得られた間隔ＲＲＩが基準値を超えていると判定部７０６が判定した場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値超えが計測開始から初めてであるかを判断する（ステップＳ２６）。

【0083】

ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値超えが初めてである場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）には、第１の刺激を付与するように、心拍信号と同期する振動、換言すると、Ｒ波の信号が得られてｔ１秒後に生じる振動で振動モータＭを駆動する（ステップＳ２７）。

【0084】

ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値超えが初めてでない場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）には、ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値を超えた時点が、前回第１の刺激を付与してから、例えば３０分間の所定時間内であるかを判別する（ステップＳ２８）。

【0085】

ＣＰＵ７０ＣＡは、基準値を超えた時点が前回第１の刺激を付与してから所定時間以内であれば（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、非同期刺激である周期的な刺激、又は連続的な刺激である第２の刺激を付与するように振動モータＭを駆動する（ステップＳ２９）。
また、ＣＰＵ７０ＣＡは、今回の基準値超えの時点が前回第１の刺激を付与してから所定時間を超えていれば（ステップＳ２８：Ｎｏ）、第１の刺激を付与するように振動モータＭを駆動する（ステップＳ３０）。

【0086】

駆動部７０８は、第１の刺激又は第２の刺激を、振動モータＭを駆動して約５０ミリ秒程度継続して振動させる（ステップＳ３１）。その後、駆動部７０８は、振動モータＭを停止する（ステップＳ３２）。

【0087】

次に、ＣＰＵ７０ＣＡは、着座者８０による不図示のストップスイッチの押下等による処理終了の指示があるかどうかを確認し（ステップＳ３３）、指示がない場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）には電位差データを取得するステップＳ２１に戻り、処理終了の指示がある場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）には処理を終了する。

【0088】

上記の条件の基に、同期刺激と非同期刺激とを着座者に付与することで、図１１のグラフで示す着座者の眠気レベルを縦軸、時間を横軸として表されるように、着座者がその刺激に慣れることを妨げる効果が持続され、図１２に示された同期刺激のみを付与した場合と比べて、長期間、覚醒を維持する効果を奏することができる。

【0089】

つまり、同期刺激付与後の所定の時間内において、覚醒状態の低下が確認された場合には、同期刺激が連続して付与されることを避けて非同期刺激を付与することで、着座者が同期刺激に慣れることを避けることができ、且つ、着座者にとって同期刺激よりも違和感の強い非同期刺激によって覚醒を維持することができる。
更に、同期刺激付与後、着座者が刺激慣れを感じる所定の時間を経過した後に、覚醒状態の低下が確認された場合には、再度同期刺激を付与することによって、心地良い刺激で着座者の覚醒を維持することができる。

【0090】

なお、本発明の実施形態に係る覚醒維持装置について具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。その要旨を逸脱しない範囲内で、各特徴を組み合わせる等種々の変更が可能である。

【0091】

例えば、着座者に与える第１の刺激又は第２の刺激として、アンバランスマスの回転によって振動刺激を付与する振動モータを例に説明したが、本発明はこれに限られず、例えば、音波によって振動刺激を付与するスピーカであってもよく、更に、電気的に神経を刺激する電極であってもよい。また、振動刺激に限らず、衝撃力による刺激、光等による刺激等であってもよい。

【0092】

また、第２の刺激を複数回付与するようにするとよい。特に、第２の刺激は、複数の互いに異なるタイミングの刺激で構成されており、複数回付与するようにすることで、単一タイミングの第２の刺激が付与されることによる第２の刺激の慣れを避けることもできる。
更に、第２の刺激については、心拍に同期しない周期の刺激、又は、連続的な刺激であるものとして説明した。しかし、第２の刺激は、これらに限定されず、心拍に同期しない刺激であればよく、不規則的な刺激、更には各パターンの刺激が連続的に組み合わせられた刺激であってもよい。

【0093】

また、第１の刺激の付与と第２の刺激の付与とを分けるための所定の時間を、上記では約３０分間として説明したが、単に例示に過ぎず、着座者の覚醒維持を重視する場合には、この所定の時間を長くして第２の刺激を付与するケースを増やすと好適である。逆に、着座者の心地良さを重視する場合には、この所定の時間を短くして第１の刺激を付与するケースを増やすと好適である。

【0094】

なお、覚醒度の判定について、上記実施形態では、Ｒ−Ｒ変化で判定するものとして説明したが、心拍のゆらぎ（所定時間における心拍数分布の時間変化）によって判定したり、センサによって脳波を検出することによって判定したり、頭部の挙動を監視するカメラからの信号値に基づいて判定するようにしてもよい。

【0095】

また、着座者の覚醒状態の判断となる基準値はＲＲＩに基づいて設定されるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、カメラによって頭部の挙動を監視する場合には、その基準は、予め定められた入眠時の頭部の挙動データとし、撮影された頭部の挙動データの一致度合いによって、着座者の覚醒状態を判断するものでもよい。

【0096】

また、着座者への振動付与のタイミング決定に用いる心拍情報を心電波形データとし、覚醒状態の判定をＲ波の発生間隔を基準として行うものとした。このようにすることで、心拍情報その他の生体信号の取得手段を心拍センサのみとすることで、製造コストを低減できるため好ましいが、本発明は、覚醒状態に関わる生体信号を取得・使用し、心拍に同期するように振動を着座者に付与できればよく、覚醒状態の判定に用いる生体信号取得手段については、これに限定されない。例えば、覚醒状態の判定を、呼吸信号を取得するセンサを備えるようにして呼吸信号のピーク間隔を基準としたり、脈拍を検出するセンサを備えるようにして脈拍の間隔を基準としたり、脳波を取得するセンサを備えるようにして脳波を基準として行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１０ 車両用シート
１０２ シートクッション
１０４ シートバック
１２ 覚醒維持装置
２０ 心拍センサ
３０ 信号処理回路
４０ シミュレータ
４００ モニタ
５０ ステアリング
６０ ＳｐＯ_２センサ
７０Ｃ 制御装置
７００ 格納部
７０２ 波形生成部
７０４ 基準値設定部
７０６ 判定部
７０８ 駆動部
８０ 着座者
ＡＶ 振動波形
Ｍ 振動モータ（刺激装置）
ＲＡ 加速度波形
ＲＲＩ，ＲＲＩ１，ＲＲＩ２，ＲＲＩ３ 間隔
Ｔ 間隔
ＶＨ 心電波形データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】