JPH07124331A - 脳波による制御装置及びそれを用いたゲーム装置と覚醒装置と照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ゲームや居眠りの防止あるいは照明の明るさな
どを脳波によって制御する。 【構成】画面上に表示された車両を走行させるゲームに
おいて、オペレータは動作入力装置４からハンドルやア
クセル・ブレーキなどの操作を行なう。それとともに、
波形入力装置５から脳波を入力する。演算装置６では入
力された脳波に含まれる周波数成分の分析を行なう。制
御装置は動作入力装置からの入力と、脳波の分析の結果
とから、次に表示する画像を決定し生成して表示する。
また、ゲームに限らず、音声を脳波により制御すること
で、入眠時の脳波を判定し、音を出して覚醒させること
もできるし、照明の明るさを変えることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，脳波状態を反映させる
脳波による制御装置と、それを用いて例えばゲームや居
眠りの防止あるいは照明の制御等をおこなうにゲーム装
置と覚醒装置と照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のゲーム装置には、映像を表示する
ためのモニタ、およびゲームの進行に指示を与えるため
のデータ入力装置が付随しているものが多かった。この
場合、通常ユーザは手や足で何らかのデータ入力装置を
操作しモニタ上の映像を変化させることでゲームを楽し
んでいた。

【０００３】たとえば、このようなゲーム装置の一例と
して、図１にモニタ，ハンドル，アクセル，ブレーキ，
シートを有するレーシング装置を示す。

【０００４】以下、このゲームの進め方を簡単に説明す
る。

【０００５】まず、ユーザがシートに座ると目の前のモ
ニタ（ａ）画面上にはレーシングカーのドライバーズシ
ート（ｅ）に座っているかのような状況が映像（ｆ）と
して映し出される。そして、ユーザがゲームを開始した
後は、ユーザは足によるアクセル（ｃ）操作とブレーキ
（ｄ）操作によってレーシングカーの速度を、また手に
よるハンドル（ｂ）操作によってレーシングカーの進行
方向を制御しながら、モニタ（ａ）に映し出されるコー
スを進んでいく。そして、もしユーザがハンドル操作を
誤りコースの外に飛出してしまった場合はレーシングカ
ーの速度は極めて低速になり、コースに復帰するまでは
速度はそのままの状態になるような設定がされている
（つまり、コース部分と比べてコース外部分の路面の抵
抗値をかなり高めに設定してある）。このような状況の
中で、ユーザが前述のレーシングコースをある周回数だ
け回り終えゴールに到達すると、スタートからの所要時
間が画面上に表示されゲームは終了する。

【０００６】ただし、レーシングゲーム装置のモニタ上
における一連のアニメーション映像は、あらかじめ設定
されたレーシングコース関連の情報（コースの形状や路
面の抵抗値等）、およびその時点のレーシングカーのア
クセル角度とハンドル角度、およびレーシングカーの位
置や進行方向に基づいた画像生成と画像表示を高速で繰
り返すことで実現されたものである。

【０００７】また従来、居眠り防止装置としては、以下
のようなものがあった。

【０００８】まず、図２１はユーザの頭部の動きを利用
した居眠り防止装置を示したものである。図において、
ユーザの頭部に取付けられた角度センサは、重力方向ｇ
に対するユーザの頭部の傾斜方向ｐの角度θを検出し
（図２１（ａ））、このθをユーザの頭部の傾斜角度と
する。そして、その傾斜角度があらかじめ装置に登録さ
れている一定角度λ（角度のしきい値）以上の状態で
（図２１（ｂ））、同様にあらかじめ装置に登録されて
いる一定時間（時間のしきい値）以上経過した場合、ユ
ーザが居眠り状態であると判断し、たとえばブザーによ
りユーザに警告を与えていた。つまり、これはユーザが
覚醒状態では頭部の傾きはわずかであり、また居眠り状
態では頭部が大きく傾くという経験的事実に基づいたも
のであった。

【０００９】次に、図２２はハンドルの動きを利用した
自動車用の居眠り防止装置を示したものである。図にお
いて、角度センサはハンドルの回転軸に取付けられてお
り、ユーザが自動車を運転中、ハンドルが角度ゼロの状
態（ハンドルを回していない状態：図２２（ａ））から
の回転角θを検出する（図２２（ｂ））。そして、ハン
ドルの回転角がある同一角度（角度ゼロも含む）であら
かじめ装置に登録されている一定時間（時間のしきい
値）以上経過した場合（つまり、ハンドルの動きが一定
時間止まってしまった場合）、ユーザが居眠り状態であ
ると判断して、たとえばブザーによりユーザに警告を与
えていた。つまり、これはユーザが覚醒状態での運転で
はハンドルを絶えず少しは動かしており、また居眠り状
態ではハンドルの動きが完全に止ってしまうという経験
的事実に基づいたものであった。

【００１０】そして、以上の二つの例においては、警告
ブザーが鳴り始めてから一定時間経過してもユーザが居
眠りをやめない場合、ユーザの眠りが深いと判断して警
告ブザーの音量を上げるというような二次的処置をして
いた。

【００１１】また従来より、自動的に照明輝度の調節を
行う場合、特にユーザが自分の意識水準に応じて自動的
に照明輝度を調節しようとした場合、タイマ機能を持っ
た照明を用い、照明輝度を切替える時刻をユーザがあら
かじめ設定することで行っていた。

【００１２】たとえば、就寝して入眠するまでは照明輝
度を弱輝度とし、睡眠中は照明を消灯させ、起床後は照
明輝度を強輝度に切替える場合、タイマに以下のような
設定を行い、ユーザがタイマを作動させることで照明輝
度の調整を行っていた。

【００１３】（設定１）タイマ差動後は、照明輝度を弱
輝度とする。

【００１４】（設定２）入眠時間（就寝から入眠までの
所要時間）を予想して、照明消灯時刻を設定する。

【００１５】（設定３）睡眠時間（入眠から起床までの
所要時間）を予想して、照明輝度の強輝度への切替え時
刻を設定する。

【００１６】ただし、ここで就寝とはとこにつくことを
意味し、また、入眠とは睡眠に入ることを意味するもの
とする。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
示したようなゲーム装置の場合、ゲームの制御は手と足
といった体の一部の動作による操作に限定されており、
ありふれた感覚でしかゲームを体験できなかった。特に
従来例で示したようなレーシングゲーム装置は世の中に
大量に出回っており、映像の品質や操作性には進歩があ
るもののゲームの醍醐味という点では頭打ちになってい
た。

【００１８】また、人間の生体状態の一つである脳波状
態が進行に反映されるゲーム装置は今まで存在しなかっ
た。

【００１９】さらに、従来例で示したレーシングゲーム
装置の場合は足を使うので、足が不自由な身体障害者は
楽しむことが不可能であった。

【００２０】また、上記従来例で示した居眠り防止装置
の場合、以下のような欠点があった。

【００２１】まず、図２１に示した居眠り防止装置をた
とえば自動車の運転時に用い、自動車が長い急な坂道を
走行している場合には、計算されるユーザの頭部の傾斜
角度が不正確となり、ユーザが居眠り運転をしているの
に警告ブザーが鳴らなかったり、反対にユーザが覚醒状
態で運転しているのに警告ブザーが鳴ってしまう場合が
あった。また、居眠り状態でのユーザ頭部の傾斜角度に
は個人差があり、ユーザによっては居眠り状態になって
も頭部の傾斜角度があらじめ登録されている一定角度以
上にならず、警告ブザーが鳴らない場合も多かった。そ
して、この居眠り防止装置の場合、少なくともユーザの
上半身が直立した状態でしか用いることができず、ユー
ザが横になっている状態等ではまったく使えないという
欠点もあった。

【００２２】また、図２２に示した自動車用の居眠り防
止装置において、一般の車道での走行の場合は正常に動
作するが、たとえば高速道路のように直線部分が長距離
にわたって続くような場合、ユーザが覚醒状態で運転し
ていてもハンドルの動きが一定時間以上完全に止ってし
まい、警告ブザーが鳴ってしまう場合もあった。

【００２３】また、人間の居眠りの深さは個人差があっ
たり状況によって変るが、従来例の二次的処置で示した
ような時間に基づいた音量切替え方法ではユーザの眠り
の深さに関する判断基準が非常に曖昧であり、不適切な
場合もあった。たとえば、ユーザが早い段階から深い意
識水準で居眠りをした場合は最初から大音量で警告ブザ
ーを鳴らした方が適切であるが、従来例における方法で
はこのようなことは実現できていなかった。

【００２４】また、上記従来例で示した照明制御装置の
場合、ユーザは経験やカンにより入眠時間および睡眠時
間を予想して各切替え時刻を設定するわけだが、通常人
間の入眠時間や睡眠時間は一定ではなく、その時の体調
等に応じて変化するため正確性に欠けるという欠点があ
った。

【００２５】たとえば、このような方法で設定を行った
場合、まだユーザが入眠していない内に照明が消灯して
しまったり、すでにユーザが入眠しているのに弱輝度に
切り替わってしまったり、まだユーザが起床とているの
に消灯したままであるというような場合が非常に多かっ
た。そして、このような場合、電力を無駄に消費してし
まう場合も少なくなかった。

【００２６】また、ユーザの就寝時刻が日によって違う
場合、入眠時刻や起床時刻も変ってくるため、その都度
設定をやり直さなければならないという欠点もあたっ
た。

【００２７】さらに、あるユーザが行った設定は、他の
では使えないということは言うまでもなかった。

【００２８】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、人間の脳波信号を処理して利用することで、人間の
状態に応じた処理を遂行させる脳波による制御装置を提
供することを第１の目的とするまた、それを用いたゲー
ム装置と覚醒装置と照明装置とを提供することを第２の
目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の脳波による制御装置は次のような構
成から成る。

【００３０】脳波信号を入力する脳波入力手段と、該入
力手段により入力された脳波信号の周波数成分別のスペ
クトルを算出する算出手段と、該算出手段により算出さ
れた周波数別のスペクトルのうち、最大値を有する周波
数成分を判定する判定手段と、該判定手段による判定結
果に基づいて次段の処理を制御する制御手段とを備え
る。

【００３１】この構成により、脳波に含まれる周波数成
分に応じて制御を行なうことができる。

【００３２】更に望ましくは、前記周波数成分は、デル
タ波とシータ波とアルファ波とベータ波である。

【００３３】この構成により、脳波の波形がデルタ波と
シータ波とアルファ波とベータ波のどれであるかに応じ
て制御を行なうことができる。

【００３４】更に望ましくは、画像を生成する生成手段
を更に備え、前記次段の処理とは画像の生成である。

【００３５】この構成により、脳波に含まれる周波数成
分に応じた画像の生成ができる。

【００３６】更に望ましくは、オペレータによる指示を
入力する指示入力手段を更に備え、該指示入力手段と前
記判定手段衣よる判定結果とに基づいて前記画像を生成
する。

【００３７】この構成によりオペレータによる指示と脳
波とに応じて画像を生成する。

【００３８】更に望ましくは、音声を発する出音手段を
更に備え、前記次段の処理とは前記出音手段により発せ
られる音声のボリュームの決定である。

【００３９】この構成により、脳波に含まれる周波数成
分に応じたボリュームの音声を発する。

【００４０】更に望ましくは、照明手段を更に備え、前
記次段の処理とは前記照明手段による明るさの決定であ
る。

【００４１】この構成により、脳波に含まれる周波数成
分に応じた明るさで照明する。

【００４２】また、上記第２の目的を達成するために本
発明のゲーム装置は次のような構成から成る。

【００４３】画面上で車両を走行させるゲーム装置であ
って、脳波信号を入力する脳波入力手段と、該入力手段
により入力された脳波信号の周波数成分別のスペクトル
を算出する算出手段と、該算出手段により算出された周
波数別のスペクトルのうち、最大値を有する周波数成分
を判定する判定手段と、前記車両の走行状態を指示する
指示手段と、前記判定手段による判定結果と前記指示手
段によリ指示される走行状態とに基づいて前記画面上に
おける前記車両の状態を更新し、新たな画像を生成する
生成手段と、該生成手段により生成された画像を表示す
る手段とを備える。

【００４４】この構成により、画面上の車両の状態を、
オペレータの指示と脳波とに基づいて更新し、画像を更
新する。

【００４５】また、本発明の覚醒装置は次のような構成
から成る。

【００４６】脳波信号を入力する脳波入力手段と、該入
力手段により入力された脳波信号の周波数成分別のスペ
クトルを算出する算出手段と、該算出手段により算出さ
れた周波数別のスペクトルのうち、最大値を有する周波
数成分を判定する判定手段と、該判定手段による判定結
果に基づいて音量を決定する決定手段と、該決定手段に
より決定された音量で音声を発する手段とを備える。

【００４７】この構成により、脳波の周波数成分に応じ
た音量で音声を発する。

【００４８】また、本発明の照明装置は次のような構成
から成る。

【００４９】脳波信号を入力する脳波入力手段と、該入
力手段により入力された脳波信号の周波数成分別のスペ
クトルを算出する算出手段と、該算出手段により算出さ
れた周波数別のスペクトルのうち、最大値を有する周波
数成分を判定する判定手段と、該判定手段による判定結
果に基づいて明るさを決定する決定手段と、該決定手段
により決定された明るさで光を発する手段とを備える。

【００５０】この構成により、脳波の周波数成分に応じ
た明るさで照明する。

【００５１】

【第１実施例】まず、本実施例の特徴を明確にするた
め、人間の脳波と精神状態の関係について簡単に説明す
る。

【００５２】人間の脳波は通常０〜３０Hzの周波数帯域
で変化するが、この周波数帯域には以下のような４種類
の特徴的な周波数が存在する。

【００５３】１．５〜 ３．５Hz帯→デルタ（δ）波、 ４．０〜 ７．０Hz帯→シータ（θ）波、 ８．０〜１３．０Hz帯→アルファ（α）波、 １４．０〜３０．０Hz帯→ベータ（β）波 そして、この４種類の脳波には、人間の精神状態と関連
した次のような特徴がある。デルタ波は、無意識な状態
や深い睡眠時に、シータ波は「うとうと」とした状態や
夢を見ている状態で、アルファ波は精神がゆるみ創造覚
醒状態で、また、ベータ波は不安，心配，精神的興奮状
態で主に表れるとされている。つまり、人間の精神状態
が安定する方向に向うほど低周波数の脳波のレベルが強
くなり、逆に、人間の精神状態が興奮する方向に向うほ
ど高周波数の脳波のレベルが強くなる傾向が見られる。

【００５４】さて、このような説明から察すると一見脳
波状態は人間が意図的にコントロールすることはできな
いと思われがちであるが、自己精神訓練を行うことで徐
々に意図的にコントロールが可能になるといわれてい
る。つまりこれは、人間は訓練次第ではたとえ覚醒状態
にあるときでも、デルタ波からベータ波までの各特徴的
な波形をある程度意図的に出すことが可能になるという
ことを意味している。本実施例の装置は、このような波
形の性質に着目、ユーザが自己の精神状態をコントロー
ルすることにより脳波状態を変化させることで、人間の
精神状態をゲームの進行に反映させることを目的として
いる。

【００５５】以下、本発明の第１実施例のゲーム装置を
図面に基づき詳細に説明する。

【００５６】図２は、本発明の一実施例であるレーシン
グゲーム装置を示したブロック図である。

【００５７】図２において、コマンド入力装置２は、ゲ
ームのスタート等の指示を入力するための入力装置であ
り、たとえばキーボードが用いられる。

【００５８】データ入力装置３はコース関連データを入
力するための入力装置であり、たとえばマウスが用いら
れる。

【００５９】動作入力装置４はハンドルの回転角度を入
力するための入力装置であり、たとえば角度センサが用
いられる。

【００６０】脳波入力装置５は脳波を入力するための入
力装置であり、たとえば脳波計が用いられる。

【００６１】演算装置６は、脳波状態の計算、レーシン
グカーの新しい位置と方向、および表示画像生成等の演
算処理を行うものである。

【００６２】ファイル装置７は、コース関連データ（コ
ースデータ画像，スタート初期位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙ
ｓ），スタート初期方向γｓ，初期路面抵抗値μｓ
等）、および各種変数を格納するための装置で、例えば
光ディスクや磁気ディスク等が用いられる。

【００６３】表示装置８は生成画像を表示するための表
示装置であり、たとえばＣＲＴモニタが用いられる。

【００６４】制御装置１は、コマンド入力装置２，デー
タ入力装置３，動作入力装置４，脳波入力装置５，演算
装置６，ファイル装置７，表示装置８を制御するもので
ある。

【００６５】以上のように構成されたゲーム装置につい
て、以下データの流れにしたがって説明する。この処理
の説明は、後で図１８を参照してより詳しく説明する。

【００６６】まず、ユーザがコマンド入力装置２である
キーボードのキーを押すことでゲームの処理が開始す
る。次に制御装置１の命令によりコース関連データ入力
状態となり、ユーザは後述の方法によりマウス等のデー
タ入力装置３でコース関連データを入力する（図４によ
り詳述する）。次にレーシングカーの位置と方向を表す
変数の初期化が行われる。ただし、レーシングカーの位
置および方向は、コース関連データ内のコースデータ画
像上の座標とその座標から見た方向を示すものとする。
そして、これらの変数を用い後述の方法により初期画像
が生成され、表示装置８による表示が行われる。次に制
御装置１の命令によりレース開始待機状態となり、ユー
ザがコマンド入力装置２であるキーボードで指示を与え
ることにより、レーシングゲームがスタートする。

【００６７】次に現在のレーシングカーがゴール地点を
越えたかどうかの判断を行い、もし越えたならば所要時
間を表示装置８上に表示してからゲーム処理を終了し、
越えていないならば次の状態に進む。そして、制御装置
１の命令により動作入力装置４である角度センサはハン
ドルの回転角度の測定を行う。また、制御装置１の命令
により、演算装置６は後述の方法により計算された脳波
スペクトルデータから脳波状態値を計算する（図１１に
より詳述する）。次に、制御装置１の命令により演算装
置６は回転角度データ，脳波状態のデータ，コース関連
データ、およびレーシングカーのその時点の位置と方向
のデータを用い後述の方法でレーシングカーの新しい位
置と方向を計算する。そして、この新しい位置と方向の
データ、およびコース関連データを用い、後述の方法に
より新しい表示画像を生成する（図１４により詳述す
る）。そして次に制御装置１の命令により表示装置はそ
の生成画像を表示する。次に、現在の位置と方向のデー
タを新しい位置と方向のデータに更新し、再度ゴール位
置を越えたかどうかの判断に戻る。

【００６８】次に上記説明の詳細を述べるが、説明の便
宜上の取り決めを述べておく。

【００６９】画像の各画素を構成する赤，緑，青のデー
タをそれぞれＲ，Ｇ，Ｂで表し、ある色を表す場合、 Ｃｏｌidentifier＝（Ｒの値），（Ｇの値），（Ｂの
値） のように記述することとする。ただし、identifierは識
別子を表すものとする。また、各成分値は８ビット構
成、すなわち２５６階調で表現可能なデータであり、最
高輝度２５５、最低輝度０とする。また、表示装置はこ
のような画素で構成された画像データを表示可能である
ものとする。また、画像の左上の点を原点とし、右方向
へｘ画素、下方向へｙ画素進んだ位置にある画素Ｐを、 Ｐ（ｘ，ｙ） で表すことにする（図３）。以上は本実施例における画
像に関する約束ごとであるが、本発明はこのような指定
に限られるものではない。

【００７０】以下、（１），（２），（３），（４）で
はレーシングゲームの主要な部分処理について説明し、
（５）で全体のゲーム処理について詳述する。

【００７１】 （１）コース関連データの入力（図４〜図６） 次に、コース関連データの入力手順について説明する。

【００７２】図４はコース関連データの入力手順を示し
たフローチャートである。以下、データの流れにしたが
って説明する。なお、このフローチャートは、制御装置
１により実行される。制御装置は、ＲＡＭ等に格納され
たプログラムを実行することでフローチャートの手順を
実現する。これは、これ以降説明するフローチャート全
てについて同様である。

【００７３】ステップＣ１の説明 制御装置１は表示装置８の画面の全画素を、たとえば ＣｏｌZ ＝（１００，１００，１００） の色で初期化する。ただし、ここで表示装置８の縦横サ
イズをそれぞれＸ画素，Ｙ画素とする（図５（ａ）） ステップＣ２の説明 制御装置１の命令により、コース幅に対応する円状ポイ
ンタの直径の入力待ち状態となり、ユーザはキーボード
等のコマンド入力装置２により円状ポインタの直径ｄを
入力する。

【００７４】ステップＣ３の説明 制御装置１の命令により、コースの描画入力状態となり
表示装置８の画面上にステップＣ２で指定した直径ｄの
円状ポインタが現れる。そして、ユーザはマウス等のデ
ータ入力装置３により画面上の円状ポインタを動かすこ
とによりコースを描画する。このとき、描画した軌跡部
分の画素はたとえば、 ＣｏｌC ＝（２５５，２５５，２５５） の色に変更される（図５（ｂ），（ｃ），（ｄ））。

【００７５】ステップＣ４の説明 制御装置１の命令によりスタート位置指定状態となり、
モニタ上には矢印状のポインタが現れる。ユーザはマウ
ス等のデータ入力装置３でコース上をクリックすること
でレーシングカーのスタート位置Ｐｓ（ｘｓ，ｙｓ）を
入力する（図６（ｅ））。

【００７６】ステップＣ５の説明 制御装置１の命令によりスタート方向指定状態となり、
モニタ上にはユーザはマウス等のデータ入力装置３によ
り、コース上でスタート位置に対するレーシングカーの
スタート方向γｓを指定する。ただし、このγｓは画面
上のｘ軸正方向から反時計周りに見た場合の角度を示す
ものとする（図６（ｆ））。

【００７７】ステップＣ６の説明 制御装置１の命令により、ゴールゾーン指定状態となり
表示装置８上には図のような正方形枠が現れる（図６
（ｇ））。ただし、枠の一辺の長さ（画素数）は最低で
もコース幅より大きくなるように設定してある。ユーザ
はマウス等によりこの枠を移動させコース上でゴールゾ
ーンを指定する。そして、この指定された位置の正方形
の枠とステップＣ３で指定したコース部分が重なり合う
部分の色をたとえば ＣｏｌG ＝（２５５，０，０） に変更し、この領域をゴールゾーンとする。そして、こ
の段階でコースデータ画像が完成する（図６（ｈ））。

【００７８】ステップＣ７の説明 制御装置１の命令により、路面抵抗値入力状態になり、
ユーザはマウス等のデータ入力装置３により、コース部
分（色がＣｏｌC の部分）、およびゴール部分（色がＣ
ｏｌG の部分）の各画素、およびコース外部分（色がＣ
ｏｌZ となっている部分）の各画素のそれぞれに対応す
る路面抵抗値μC ，μZ を、たとえば、 μC ＝０．０５ μZ ＝０．５ として入力する。

【００７９】ステップＣ８の説明 制御装置１はコマンド入力待ち状態とし、ユーザは現在
のコース関連データの良し悪しを判断させ、もしよかっ
たならば次のステップに進むという指示を、また悪かっ
たならばステップＣ１に戻りコース関連データの入力を
やり直すという指示をコマンド入力装置２により与え
る。

【００８０】ステップＣ９の説明 制御装置１は、表示装置８の画面上に表示されている画
像をコースデータ用画像としてファイル装置７に格納す
る。また同様に、スタート位置Ｐｓ，スタート方向γ
ｓ、および路面抵抗値μC ，μZ もまたファイル装置７
に格納する。

【００８１】以上の述べたコース関連データの入力手順
は、後述のゲーム処理の中で用いられる。

【００８２】（２）脳波状態値の計算（図７〜図１１） 本実施例における脳波状態値の計算には、脳波の周波数
成分別スペクトルが用いられている。したがって、脳波
状態値の計算の流れを示す前に、脳波の周波数成分別ス
ペクトルの計算方法について説明する。

【００８３】まず図７のように、被験者の頭部にたとえ
ば脳波計のような波形入力装置５の測定部７１を取付け
る。そして、その測定部における電極Ａ，Ｂ間の電位の
時間による変化を測定すると、図８に示すような１次元
のアナログ波形信号となる。そして、このアナログ波形
信号から、たとえば０〜Ｆ（Hz）の周波数帯をＮ個の周
波数成分に分割したスペクトルを、離散フーリエ変換
（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）により計算す
る場合を考える。このＤＦＴは、１次元の離散的信号を
周波数成分に分解して解析する場合に通常用いられる手
法である（また、ＤＦＴを少ない演算回数で実行する方
法としてＦＦＴ(First Fourier Transform) が有名であ
る）。

【００８４】脳波入力装置５の１回のサンプリング時間
をＴとすると、 Ｎ／Ｔ＝Ｆ （式−１） が成立つ。ここで、波形入力装置のサンプリング間隔を
Δｔとおくと、ＤＦＴにおける、入力数と出力数は等し
いという性質により、 Δｔ・Ｎ＝Ｔ （式−２） がいえ、したがって、この２式から、 Δｔ＝１／Ｆ （式−３） となり、Δｔは分割数Ｎには依存しないことが判る。そ
して、図９のようなＮ個のサンプリング間隔ごとのデジ
タル波形データ ｖ（ｔ）＝ｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１） （式−４） が得られたら、図１０に示すような周波数成分別スペク
トルＬ（ｆ）は、ＤＦＴの公式により次式で計算でき
る。

【００８５】

【数１】 （式−５） 次に、上で説明した脳波の周波数成分別スペクトルを用
いた脳波状態値の計算方法について説明する。図１１は
脳波状態値の計算手順を示したフローチャートである。
以下、データの流れにしたがって説明する。

【００８６】ステップＢ１の説明 脳波入力装置５により、脳波のアナログ波形データをデ
ジタル波形データｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，…，Ｎ−
１）に変換して入力する。

【００８７】ステップＢ２の説明 ステップＢ１で入力されたデジタル波形データｖ（ｉ・
Δｔ）（ｉ＝０，…，Ｎ−１）を用いて、周波数成分別
スペクトルＬ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））（ｋ＝０，…，Ｎ−
１）を、上述の方法により計算する。ただし、Ｎは周波
数成分の分割数を示し、後述のゲーム処理の際にユーザ
によって入力されるものとする。またΔｔは、同様に後
述のゲーム処理内で入力される脳波スペクトルにおける
最大周波数Ｆを用いて（式−３）によって計算されるも
のとする。

【００８８】ここで、便宜上、 Ｌ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））＝Ｌ’（ｋ） とする。

【００８９】ステップＢ３の説明 Ｌ’（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 δmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜δmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）が最大（つまり、デルタ波
の中での最大値）となるｋをｋdelta とする。ただし、
ここで（δmin ，δmax ）はデルタ波の周波数帯を示し
ており、後述するゲーム処理における脳波関連データの
入力の際に入力され、ファイル装置７内に格納されてい
るものとする。

【００９０】ステップＢ４の説明 Ｌ’（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 θmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜θmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）が最大（つまり、シータ波
の中での最大値）となるｋをｋtheta とする。ただし、
ここで（θmin ，θmax ）はシータ波の周波数帯を示し
ており、後述するゲーム処理における脳波関連データの
入力の際に入力され、ファイル装置７内に格納されてい
るものとする。

【００９１】ステップＢ５の説明 Ｌ’（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 αmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜αmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）が最大（つまり、アルファ
波の中での最大値）となるｋを計算し、それをｋalpha
としてファイル装置７内に格納する。ただし、ここで
（αmin ，αmax ）はアルファ波の周波数帯を示してお
り、後述するゲーム処理における脳波関連データの入力
の際に入力されるものとする。

【００９２】ステップＢ６の説明 Ｌ’（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 βmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜βmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）が最大（つまり、ベータ波
の中での最大値）となるｋをｋbetaとする。ただし、こ
こで（βmin ，βmax ）はベータ波の周波数帯を示して
おり、後述するゲーム処理における脳波関連データの入
力の際に入力されるものとする。

【００９３】ステップＢ７の説明 Ｌ’（ｋdelta ），Ｌ’（ｋtheta ），Ｌ’（ｋalpha
），Ｌ’（ｋbeta）の中で最大のものを選び以下の処
理をする。

【００９４】・Ｌ’（ｋdelta ）が最大の場合：脳波状
態値Ｓを１とする。

【００９５】・Ｌ’（ｋtheta ）が最大の場合：脳波状
態値Ｓを２とする。

【００９６】・Ｌ’（ｋalpha ）が最大の場合：脳波状
態値Ｓを３とする。

【００９７】・Ｌ’（ｋbeta））が最大の場合：脳波状
態値Ｓを４とする。

【００９８】以上に述べた脳波状態値の計算手順は後述
のゲーム処理の中で用いられる。

【００９９】（３）レーシングカーの新しい位置と方向
の計算（図１２・図１３） レーシングカーの新しい位置と方向の計算方法について
述べる前に、ハンドルの回転角度ρの測定方法について
述べる。図１３はハンドルの回転角度の測定方法を示し
た図である。まず、図１３（ａ）はハンドルが回転して
いない状態を示している。そして、ハンドルの中心に取
りつけられた角度センサが速度測定の基準方向から見た
回転角度ρを測定するわけだが、回転方向が右回りの場
合はρを正数、また左回りの場合はρを負数とする。た
とえば、図１３（ｂ）の場合は右回転であるのでρは正
数となる。

【０１００】さて、レーシングカーの新しい位置と方向
の計算の様子を図１２に示す。

【０１０１】ゲーム進行中のある時点でのレーシングカ
ーの位置と方向をそれぞれＰ（ｘ，ｙ），γ、またこの
時のハンドルの回転角をρ、脳波状態をＳ（（２）の手
順で計算されたもの）、そして新しい位置と方向（次の
状態での位置と方向）をそれぞれＰ’（ｘ’，ｙ’），
γ’とする。まず、ρおよびγを用いγ’は、 γ’＝γ＋ρ で計算されるものとする。またこの計算式、ある時点の
進行方向とハンドルの回転角度が新しい進行方向に反映
される設定となっている。そして、Ｐ’（ｘ’，ｙ’）
の各成分は、新しい方向γ’、位置Ｐにおけ路面抵抗値
μ（Ｐ）、および脳波状態値Ｓにより、 ｘ’＝ｉｎｔ（ｘ＋Ｓ／μ（Ｐ）・ｃｏｓγ’） ｙ’＝ｉｎｔ（ｙ＋Ｓ／μ（Ｐ）・ｓｉｎγ’） で計算されるものとする。ただし、ｉｎｔ（ｘ）はｘの
小数点以下を切り捨てる関数であるとする。ここで、点
Ｐ，Ｐ’間の距離はＳ／μ（Ｐ）であることにより、こ
の２点間の距離は脳波状態値Ｓに正比例し（また、路面
抵抗値に反比例する。つまり、高周波数の脳波のレベル
が高ければ高いほどスピードが早くなり（つまり、現在
の位置と新しい位置の距離が大きくなる）、また、コー
ス外に存在するときはコース内に存在するときと比べス
ピードが極めて遅くなる（つまり、現在の位置と新しい
位置の距離が小さくなる）ように設定されている。

【０１０２】以上に述べたレーシングカーの新しい位置
と方向の計算方法は、後述のゲーム処理の中で用いられ
る。

【０１０３】（４）表示画像の生成（図１４〜図１７） 表示装置８上に表示される画像は、コースデータ画像、
およびレーシングカーの位置と方向により、図１４のフ
ローで示される方法で生成される。

【０１０４】以下、処理の流れにしたがって説明する。

【０１０５】ステップＧ１の説明 コースデータ画像より、以下の方法で部分画像の切り出
しを行う。

【０１０６】図１５は、コースデータ画像からの部分画
像切り出し方法を示した図である。ただし、図ではコー
スデータ画像の一部分が見えており、コース部分１５２
と、コース外部分１５１とから成る。

【０１０７】まず、この図において位置Ｐ（ｘ，ｙ）を
通り進行方向ベクトルと直交する直線ｇを考える。ただ
し、この進行方向ベクトルとはＰを始点とし、ｘ軸との
成す角度γである任意のベクトルを意味するものとす
る。この直線ｇ上で点Ｐとの距離がｗ／２である２つの
点の内、Ｐから進行方向を向いた時に左側にある点を
Ａ、右側にある点をＢとする。そして、点Ａ，点Ｂを進
行方向へ距離ｈ平行移動した点をそれぞれ点Ｄ，点Ｃと
する。ここで、点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄの座標をそれぞ
れＡ（ｘA ，ｙA ），Ｂ（ｘB ，ｙB ），Ｃ（ｘC ，ｙ
C ），Ｄ（ｘD ，ｙD ）とすると、各座標値は、 ｘA ＝ｉｎｔ（ｘ＋ｗ／２・ｃｏｓγ） ｙA ＝ｉｎｔ（ｙ＋ｗ／２・ｓｉｎγ） ｘB ＝ｉｎｔ（ｘ−ｗ／２・ｃｏｓγ） ｙB ＝ｉｎｔ（ｙ−ｗ／２・ｓｉｎγ） ｘC ＝ｉｎｔ（ｘB ＋ｈ ｓｉｎγ） ｙC ＝ｉｎｔ（ｙB ＋ｈ ｃｏｓγ） ｘD ＝ｉｎｔ（ｘA ＋ｈ ｓｉｎγ） ｙD ＝ｉｎｔ（ｙA ＋ｈ ｃｏｓγ） で計算される。そして、この四角形ＡＢＣＤの領域を部
分画像として切り出す（図１６（ａ））。

【０１０８】ステップＧ２の説明 ステップＧ１で得られた部分画像の変形処理の過程を図
１６および図１７に示す。

【０１０９】まず、図において得られた部分画像におけ
る線分ＡＢの中点をＭとし、線分ＡＭ，ＢＭ上でＭとの
距離がｄ／２である点をそれぞれＡ’，Ｂ’とする（図
１６（ｂ））。ここで、線分Ａ’Ｂの長さはｄとなって
いる。まず、台形Ａ’Ｂ’ＣＤの線分Ａ’Ｂ’の長さが
ｗとなるように第１番目の変形を行い図１６（ｃ）の画
像を得る。次に、この画像に対し横方向がＸ画素、縦方
向がＹ／２画素となるような第２番目の変形を施し
（Ｘ，Ｙはそれぞれ表示装置８の横，体の画素数を示す
ものとする）、図１７（ｄ）の画像を得る。

【０１１０】ステップＧ３の説明 縦横の画素数が表示装置８と同じＸ，Ｙである背景画像
を生成しすべての画素の色をたとえば、 ＣｏｌB ＝（０，０，２５５） で初期化する（図１７（ｅ））。

【０１１１】ステップＧ４の説明 ステップＧ３で得られた背景画像上にステップＧ２で得
られた変形画像を図１７（ｆ）のように合成し、表示画
像を得る。

【０１１２】以上で述べた表示画像の生成手順は後述の
ゲーム処理の中で用いられる。

【０１１３】（５）ゲーム処理（図１８） 次に、本実施例におけるゲーム処理について説明する。

【０１１４】図１８は、本実施例におけゲーム処理を示
したフローチャートである。

【０１１５】以下、データの流れにしたがって、処理方
法を詳細に説明する。

【０１１６】ステップＳ１の説明 制御装置１は、データ入力装置３をデータ入力待ち状態
とし、ユーザがデータ入力装置３を介して、デルタ波，
シータ波，アルファ波，ベータ波の各周波数帯（δmin
，δmax ），（θmin ，θmax ），（αmin ，αmax
），（βmin ，βmax ）（各値の単位はHz）、脳波ス
ペクトルにおける最大周波数Ｆ（Hz）、脳波の周波数分
割数Ｎ（個）、表示装置８の横縦の画素数Ｘ（画素），
Ｙ（画素）を入力したら、ファイル７に格納する。

【０１１７】ステップＳ２の説明 制御装置１は、演算装置６に命令を下し、（式−３）に
より波形入力装置のサンプリング間隔Δｔを計算させ、
ファイル装置７に格納する。

【０１１８】ステップＳ３の説明 制御装置１は、データ入力装置３をコース関連データ入
力待ち状態とし、ユーザが前述の方法によりコース関連
データを入力したら、ファイル装置７に格納する。この
詳細は（１）で説明した通りである。

【０１１９】ステップＳ４の説明 制御装置１の命令により、レーシングカーの位置を示す
座標データＰ（ｘ，ｙ）、および進行方向γをそれぞれ
コース関連データ中のスタート位置データＰｓ（ｘｓ，
ｙｓ）、およびスタート方向ベクトルγｓで初期化す
る。つまり、 ｘ←ｘｓ ｙ←ｙｓ γ←γｓ とする。

【０１２０】ステップＳ５の説明 制御装置１の命令により、演算装置６はレーシングカー
の位置がゴールゾーン内にあるかどうかを判定する。つ
まり、コースデータ画像上の点Ｐ（ｘ，ｙ）がコースデ
ータ画像上のＣｏｌG となっている画素群の中に含まれ
るならばステップ１０に進み、また含まれないならば次
のステップに進む。

【０１２１】ステップＳ６の説明 制御命令１の命令により、動作入力装置４である角度セ
ンサはハンドルの回転角度ρを測定しファイル装置７に
格納する。

【０１２２】ステップＳ７の説明 制御装置１の命令により、演算装置６は（２）で述べた
手順により脳波状態値Ｓを計算しファイル装置７内に格
納する。

【０１２３】ステップＳ８の説明 制御装置１の命令により、演算装置６はレーシングカー
のその時点の状態、すなわち位置Ｐ（ｘ，ｙ）、方向
γ、この位置での路面抵抗値μ（Ｐ）、ハンドルの回転
角度ρ、脳波状態Ｓを用いて（３）で述べた手順により
レーシングカーの新しい位置Ｐ’（ｘ’，ｙ’）と方向
γ’を計算しファイル装置７内に格納する。

【０１２４】ステップＳ９の説明 制御装置１の命令により、演算装置６はステップＳ６で
計算されたＰ’（ｘ’，ｙ’）とγ’を用いて前述の方
法により表示画像の生成を行い、ファイル装置７に格納
する。

【０１２５】ステップＳ１０の説明 制御装置１の命令により、表示装置８はステップＳ８で
生成されたファイル装置７内の表示画像の表示を行う。
このステップは（４）として詳述した。

【０１２６】ステップＳ１１の説明 制御装置１の命令により、演算装置６は現在の位置Ｐ
（ｘ，ｙ）と方向γを新しい位置Ｐ’（ｘ’，ｙ’）と
方向γ’に更新、すなわち、 ｘ←ｘ’ ｙ←ｙ’ γ←γ’ とし、ステップＳ５へ進む。

【０１２７】ステップＳ１２の説明 制御装置１は演算装置６にスタートからの経過時間を計
算させ、表示装置８に表示させた後、処理を終了する。

【０１２８】以上に説明した手順により、本実施例のゲ
ーム装置は、ユーザの脳波の波形データから周波数成分
別のスペクトルを計算し、その結果を用いてゲームの進
行に指示を与えることで、従来の手や足といった人間の
体の一部の操作だけを利用したゲーム装置とは違ったま
ったく新しい趣向のゲーム装置となる。

【０１２９】これにより、ユーザの精神状態が直接ゲー
ムの進行に反映されるので、ゲームとの一体感も深ま
り、面白さの度合いが飛躍的に高まる。

【０１３０】さらに、ユーザがゲームを楽しみながら自
己精神訓練（セルフマインドトレーニング）を行えると
いう付加的な利点もある。

【０１３１】また、たとえば従来例で示したレーシング
ゲームにおけるスピードの制御を脳波で行うとすれば足
は使わなくて済むようになるので、足が不自由な身体障
害者も楽しむことが可能である。

【０１３２】

【第２実施例】第２の実施例として脳波を利用した覚醒
装置すなわち居眠り防止機を説明する。

【０１３３】人間の脳波と意識水準の関係については第
１実施例で述べた通りであるが、本実施例の特徴を明確
にするため簡単に説明する。

【０１３４】人間の脳波は通常０〜３０Hzの周波数帯域
で変化するが、この周波数帯域には以下のような４種類
の特徴的な周波数が存在する。

【０１３５】１．５〜 ３．５Hz帯→デルタ（δ）波、 ４．０〜 ７．０Hz帯→シータ（θ）波、 ８．０〜１３．０Hz帯→アルファ（α）波、 １４．０〜３０．０Hz帯→ベータ（β）波 そして、この４種類の脳波には、人間の意識水準と関連
した次のような特徴がある。デルタ波は、無意識な状態
や深い睡眠時に、シータ波はうとうととした状態や夢を
見ている状態で、アルファ波はぼんやり目覚め状態で、
また、ベータ波は何かに集中したり精神的な活動をして
いるときのようなはっきり目覚め状態で表れるとされて
いる。つまり、人間の意識水準が安定方向に向うほど低
周波数の脳波のレベルが強くなり、逆に、人間の意識水
準が集中方向に向うほど高周波数の脳波のレベルが強く
なる傾向が見られる。本発明は、このような人間の脳波
を用いることで、人間の意識水準を警告ブザーの音量の
調節に反映させることを目的としている。

【０１３６】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

【０１３７】図１９に、本発明の一実施例を示す。

【０１３８】データ入力装置１９１はデータを入力する
ための入力装置であり、たとえばキーボードが用いられ
る。

【０１３９】脳波入力装置１９２は脳波を入力するため
の入力装置であり、例えば脳波計が用いられる。

【０１４０】コマンド入力装置１９３は制御装置に指示
を与えるための入力装置であり、たとえばマウスが用い
られる。

【０１４１】表示装置１９５は入力データや入力コマン
ドを表示するためのものであり、たとえばＣＲＴが用い
られる。

【０１４２】ファイル装置１９６は被験者が入力するデ
ータ、ユーザのデジタル脳波データ、および計算された
スペクトルデータを格納するためのファイル装置であ
り、たとえば磁気ディスクのような不揮発性メモリが用
いられる。

【０１４３】演算装置１９７は音量選択のための演算処
理を行うものである。

【０１４４】出音装置１９８は、たとえばブザーが用い
られる。

【０１４５】制御装置１９４は、データ入力装置１９
１，波形入力装置１９２，コマンド入力装置１９３，表
示装置１９５，ファイル装置１９６，演算装置１９７，
出音装置１９８を制御するものである。

【０１４６】以上のように構成された居眠り防止装置に
ついて、以下データの流れにしたがって説明する。

【０１４７】まず、最初、ユーザはデータ入力装置１９
１により各意識水準に対応するブザー音量をわりあて
る。そして、波形入力装置１９２は一定時間に送られて
くるユーザの脳波のアナログ波形データをＡ／Ｄ変換
し、得られたデジタル波形データはファイル装置１９６
に格納される。そして、このデジタル波形データを基
に、後述の方法により周波数成分別のスペクトルが計算
され、ファイル装置１９６に格納される。そして、この
結果を用いて、演算装置１９７によりその時点の意識水
準に対応するブザー音量が前述のユーザに割当てによる
ブザー音量中より選択され、出音装置１９８の音量はそ
の選択音量に切替えられる。

【０１４８】次に、脳波の周波数成分別スペクトルの計
算方法について説明する。

【０１４９】まず、図７のように、ユーザの頭部にたと
えば脳波計のような波形入力装置の測定部７１を取付け
る。そして、時間に対する電極Ａ，Ｂ間の電位差を測定
すると、図８に示すような１次元のアナログ波形信号と
なる。そして、このアナログ波形信号から、たとえば、
０〜Ｆ（Hz）の周波数帯をＮ個の周波数成分に分割した
スペクトルを、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete F
ourier Transform）により計算する場合を考える。この
ＤＦＴは、１次元の離散的信号を周波数成分に分解して
解析する場合に通常用いられる手法である（また、ＤＦ
Ｔを少ない演算回数で実行する方法としてＦＦＴ(First
Fourier Transform) が有名である）。

【０１５０】まず、波形入力装置１９２の一回のサンプ
リング時間をＴとすると、 Ｎ／Ｔ＝Ｆ （式−６） が成立つ。ここで、波形入力装置１９２のサンプリング
間隔をΔｔとおくと、ＤＦＴにおける、入力数と出力数
は等しいという性質により、 Δｔ・Ｎ＝Ｔ （式−７） がいえ、したがって、この２式から、 Δｔ＝１／Ｆ （式−８） となり、Δｔは分割数Ｎには依存しないことが判る。そ
して、図９のようなＮ個のサンプリング間隔ごとのデジ
タル波形データ ｖ（ｔ）＝ｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１） （式−９） が得られたら、図１０に示すような周波数成分別スペク
トルＬ（ｆ）は、ＤＦＴの公式により次式で計算でき
る。

【０１５１】

【数２】 （式−１０） 以上に述べた脳波の波形データに基づいた周波数成分別
スペクトルの計算方法は、後述する居眠り防止処理の中
で用いられる。

【０１５２】次に、本実施例における居眠り防止処理に
ついて説明する。

【０１５３】図２０は、本実施例における居眠り防止処
理を示したフローチャートである。

【０１５４】以下、データの流れにしたがって、処理方
法を詳細に説明する。

【０１５５】ステップＳ２０１の説明 制御装置１９４は、コマンド入力装置１９３をコマンド
入力待ち状態とし、ユーザが各種データ入力、および各
意識水準へのブザー音量の割当てを新たに行うという命
令を下したら次のステップＳ２０２に進み、行わない
（つまり、ファイル装置１９６内に格納されている前回
の各種データおよび各意識水準へのブザー音量の割当て
を今回も用いる）という命令を下したらステップＳ２０
４に進む。

【０１５６】ステップＳ２０２の説明 制御装置１９４は、データ入力装置１９１をデータ入力
待ち状態とし、ユーザはデルタ波，シータ波，アルファ
波，ベータ波の各周波数帯（δmin ，δmax ），（θmi
n ，θmax ），（αmin ，αmax ），（βmin ，βmax
）、脳波のスペクトルにおける周波数最大値ｐ（H
z）、脳波の周波数分割数Ｎ（個）、命令受信待機時間
ｓ（秒）を入力したら、ファイル装置１９６に格納す
る。

【０１５７】ステップＳ２０３の説明 制御装置１９４は、データ入力装置１９１を入力待ち状
態とし、ユーザは各意識水準に対応するブザー音量を、
たとえば、 デルタ波用ブザー音量 → 大音量 シータ波用ブザー音量 → 中音量 アルファ波用ブザー音量→ 小音量 ベータ波用ブザー音量 → 音量ゼロ（消音） のように設定する。そして、これらのデータはファイル
装置１９６に格納される。

【０１５８】ステップＳ２０４の説明 制御装置１９４は、演算装置１９７に命令を下し、（式
−８）により波形入力装置１９２のサンプリング間隔Δ
ｔを計算させる。

【０１５９】ステップＳ２０５の説明 制御装置１９４は、波形入力装置１９２にサンプリング
間隔ΔｔでＮ個の脳波を測定させ、得られた脳波のデジ
タル波形データｖ（ｔ）＝ｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，
…，Ｎ−１）をファイル装置１９６に格納する。

【０１６０】ステップＳ２０６の説明 制御装置１９４は、ファイル装置１９６内のデジタル波
形データｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，…，Ｎ−１）を用い
て、（式−１０）および前述の方法により周波数成分別
スペクトルＬ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））（ｋ＝０，…，Ｎ−
１）を、演算装置１９７に計算させ、ファイル装置１９
６に格納する。

【０１６１】ここで、便宜上、 Ｌ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））＝Ｌ’（ｋ） とする。

【０１６２】ステップＳ２０７の説明 制御装置１９４は、ファイル装置１９６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 δmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜δmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、デルタ波
の中での最大値）となるｋを演算装置１９７に計算さ
せ、それをｋdelta としてファイル装置１９６内に格納
する。

【０１６３】ステップＳ２０８の説明 制御装置１９４は、ファイル装置１９６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 θmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜θmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、シータ波
の中での最大値）となるｋを演算装置１９７に計算さ
せ、それをｋtheta としてファイル装置１９６内に格納
する。

【０１６４】ステップＳ２０９の説明 制御装置１９４は、ファイル装置１９６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 αmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜αmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、アルファ
波の中での最大値）となるｋを演算装置１９７に計算さ
せ、それをｋalpha としてファイル装置１９６内に格納
する。

【０１６５】ステップＳ２１０の説明 制御装置１９４は、ファイル装置１９６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 βmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜βmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、ベータ波
の中での最大値）となるｋを演算装置１９７に計算さ
せ、それをｋbetaとしてファイル装置１９６内に格納す
る。

【０１６６】ステップＳ２１１の説明 制御装置１９４は、演算装置１９７にＬ’（ｋdelta
），Ｌ’（ｋtheta ），Ｌ’（ｋalpha ），Ｌ’（ｋb
eta）の中で最大のものを選択させ、以下の処理をす
る。

【０１６７】・Ｌ’（ｋdelta ）が最大の場合：選択音
量をデルタ波用音量とする。

【０１６８】・Ｌ’（ｋtheta ）が最大の場合：選択音
量をシータ波用音量とする。

【０１６９】・Ｌ’（ｋalpha ）が最大の場合：選択音
量をアルファ波用音量とする。

【０１７０】・Ｌ’（ｋbeta ）が最大の場合：選択音
量をデルタ波用音量とする。

【０１７１】ステップＳ２１２の説明 制御装置１９４は、出量装置１９８のブザー音量をステ
ップＳ２１１での選択音量に切替える。

【０１７２】ステップＳ２１３の説明 制御装置１９４は、コマンド入力装置１９３を一定時間
ｓだけ入力待ち状態とし、その時間内にユーザが処理終
了命令を送った場合は処理を終了させ、そうでない場合
はステップＳ２０５に戻る。

【０１７３】以上に説明したように、本実施例によれ
ば、ユーザの脳波の波形データから周波数成分別のスペ
クトルを計算し、その結果を用いてあらかじめ各意識水
準に割当てておいた音量中よりその時点のユーザの識別
状態に対応する音量を選択し、その選択音量で警告ブザ
ーを鳴らすことで、ユーザの意識水準つまり眠りの深さ
を反映させて警告ブザーの音量を調節できる、いままで
にない居眠り防止装置を提供することができる。

【０１７４】これにより、ユーザがおかれている状況
（ユーザが直立しているか横になっているかといった状
況や、ユーザの自動車運転時には道路の傾斜角度等）や
各ユーザの居眠り時の特徴（居眠り時のユーザの頭部の
傾斜角度や睡眠の深さ）に影響されず、正確にユーザの
居眠り状態を判断し、適切な音量で警告ブザーを鳴らす
ことが可能となる。

【０１７５】

【第３実施例】第３実施例として、脳波を利用して照明
の明るさを制御する照明制御装置を説明する。

【０１７６】まず、本実施例の特徴を明確にするため、
人間の脳波と意識水準の関係について簡単に説明する。

【０１７７】人間の脳波は通常０〜３０Hzの周波数帯域
で変化するが、この周波数帯域には以下のような４種類
の特徴的な周波数が存在する。

【０１７８】１．５〜 ３．５Hz帯→デルタ（δ）波、 ４．０〜 ７．０Hz帯→シータ（θ）波、 ８．０〜１３．０Hz帯→アルファ（α）波、 １４．０〜３０．０Hz帯→ベータ（β）波 そして、この４種類の脳波には、人間の意識水準と関連
した次のような特徴がある。デルタ波は、無意識な状態
や深い睡眠時に、シータ波はうとうととした状態や夢を
見ている状態で、アルファ波はぼんやり目覚め状態で、
また、ベータ波は何かに集中したり精神的な活動をして
いるときのようなはっきり目覚め状態で表れるとされて
いる。つまり、人間の意識水準が安定方向に向うほど低
周波数の脳波のレベルが強くなり、逆に、人間の意識水
準が集中方向に向うほど高周波数の脳波のレベルが強く
なる傾向が見られる。本発明は、このような人間の脳波
を用いることで、人間の意識水準を照明輝度の張設に反
映させることを目的としている。

【０１７９】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

【０１８０】図２３に、本発明の第３実施例を示す。

【０１８１】データ入力装置２３１はデータを入力する
ための入力装置であり、たとえばキーボードが用いられ
る。

【０１８２】波形入力装置２３２は脳波を入力するため
の入力装置であり、たとえば脳波計が用いられる。

【０１８３】コマンド入力装置２３３は制御装置に指示
を与えるための入力装置であり、たとえばマウスが用い
られる。

【０１８４】表示装置２３５は入力データや入力コマン
ドを表示するためのものであり、たとえばＣＲＴが用い
られる。

【０１８５】ファイル装置２３６、は被験者が入力する
データ、ユーザのデジタル脳波データ、および計算され
たスペクトルデータを格納するためのファイル装置であ
り、たとえば磁気ディスクのような不揮発性メモリが用
いられる。

【０１８６】演算装置２３７は輝度選択のための演算処
理を行うものである。

【０１８７】照明装置２３８は、たとえば蛍光灯が用い
られる。

【０１８８】制御装置２３４は、データ入力装置２３
１、波形入力装置２３２、コマンド入力装置２３３、表
示装置２３５、ファイル装置２３６、演算装置２３７、
照明装置２３８を制御するものである。

【０１８９】以上のように構成された照明制御装置につ
いて、以下データの流れにしたがって説明する。

【０１９０】まず、最初、ユーザはデータ入力装置２３
１により各意識水準に対応する照明輝度をあわりてる。
そして、波形入力装置２３２は一定時間に送られてくる
ユーザの脳波のアナログ波形データをＡ／Ｄ変換し、得
られたデジタル波形データはファイル装置２３６に格納
される。そして、このデジタル波形データを元に、後述
の方法により周波数成分別のスペクトルが計算され、フ
ァイル装置２３６に格納される。そして、この結果を用
いて、演算装置２３７によりその時点の意識水準に対応
する輝度が前述のユーザ割当てによる輝度中より選択さ
れ、照明装置２３８の輝度はその選択輝度に切替えられ
る。

【０１９１】次に、脳波の周波数成分別スペクトルの計
算方法について説明する。

【０１９２】まず、図７のように、ユーザの頭部にたと
えば脳波計のような波形入力装置の測定部７１を取付け
る。そして、時間に対する電極Ａ，Ｂ間の電位差を測定
すると、図８に示すような１次元のアナログ波形信号と
なる。そして、このアナログ波形信号から、たとえば、
０〜Ｆ（Hz）の周波数帯をＮ個の周波数成分に分割した
スペクトルを、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete F
ourier Transform）により計算する場合を考える。この
ＤＦＴは、１次元の離散的信号を周波数成分に分解して
解析する場合に通常用いられる手法である（また、ＤＦ
Ｔを少ない演算回数で実行する方法としてＦＦＴ(First
Fourier Transform) が有名である）。

【０１９３】まず、波形入力装置２３２の一回のサンプ
リング時間をＴとすると、 Ｎ／Ｔ＝Ｆ （式−１１） が成立つ。ここで、波形入力装置２３２のサンプリング
間隔をΔｔとおくと、ＤＦＴにおける、入力数と出力数
は等しいという性質により、 Δｔ・Ｎ＝Ｔ （式−１２） がいえ、したがって、この２式から、 Δｔ＝１／Ｆ （式−１３） となり、Δｔは分割数Ｎには依存しないことが判る。そ
して、図９のようなＮ個のサンプリング間隔ごとのデジ
タル波形データ ｖ（ｔ）＝ｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，１，２，３，…，Ｎ−１） （式−１４） が得られたら、図１０に示すような周波数成分別スペク
トルＬ（ｆ）は、ＤＦＴの公式により次式で計算でき
る。

【０１９４】

【数３】 （式−１５） 以上に述べた脳波の波形データに基づいた周波数成分別
スペクトルの計算方法は、後述する照明制御処理の中で
用いられる。

【０１９５】次に、本実施例における照明制御処理につ
いて説明する。

【０１９６】図２４は、本実施例における照明制御処理
を示したフローチャートである。

【０１９７】以下、データの流れにしたがって、処理方
法を詳細に説明する。

【０１９８】ステップＳ２４１の説明 制御装置２３４は、コマンド入力装置２３３をコマンド
入力待ち状態とし、ユーザが各種データ入力、および各
意識水準への輝度の割当てを新たに行うという命令を下
したら次のステップＳ２４２に進み、行わない（つま
り、ファイル装置２３６内に格納されている前回の各種
データおよび各意識水準への輝度の割当てを今回も用い
る）という命令を下したらステップＳ２４４に進む。

【０１９９】ステップＳ２４２の説明 制御装置２３４は、データ入力装置２３１をデータ入力
待ち状態とし、ユーザはデルタ波，シータ波，アルファ
波，ベータ波の各周波数帯（δmin ，δmax ），（θmi
n ，θmax ），（αmin ，αmax ），（βmin ，βmax
）脳波のスペクトルにおける周波数最大値ｐ（Hz）、
脳波の周波数分割数Ｎ（個）、命令受信待機時間ｓ
（秒）を入力したら、ファイル装置２３６に格納する。

【０２００】ステップＳ２４３の説明 制御装置２３４は、データ入力装置２３１を入力待ち状
態とし、ユーザは各意識水準に対応する照明輝度を、た
とえば、 デルタ波用輝度 → 輝度ゼロ（消灯） シータ波用輝度 → 弱輝度 アルファ波用輝度→ 強輝度 ベータ波用輝度 → 強輝度 のように設定する。そして、これらのデータはファイル
装置２３６に格納される。

【０２０１】ステップＳ２４４の説明 制御装置２３４は、演算装置２３７に命令を下し、（式
−１３）により波形入力装置２３２のサンプリング間隔
Δｔを計算させる。

【０２０２】ステップＳ２４５の説明 制御装置２３４は、波形入力装置２３２にサンプリング
間隔ΔｔでＮ個の脳波を測定させ、得られた脳波のデジ
タル波形データｖ（ｔ）＝ｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，
…，Ｎ−１）をファイル装置２３６に格納する。

【０２０３】ステップＳ２４６の説明 制御装置２３４は、ファイル装置２３６内のデジタル波
形データｖ（ｉ・Δｔ）（ｉ＝０，…，Ｎ−１）を用い
て、（式−１５）および前述の方法により周波数成分別
スペクトルＬ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））（ｋ＝０，…，Ｎ−
１）を、演算装置２３７に計算させ、ファイル装置２３
６に格納する。

【０２０４】ここで、便宜上、 Ｌ（ｋ／（Δｔ・Ｎ））＝Ｌ’（ｋ） とする。

【０２０５】ステップＳ２４７の説明 制御装置２３４は、ファイル装置２３６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 δmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜δmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、デルタ波
の中での最大値）となるｋを演算装置２３７に計算さ
せ、それをｋdelta としてファイル装置２３６内に格納
する。

【０２０６】ステップＳ２４８の説明 制御装置２３４は、ファイル装置２３６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 θmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜θmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、シータ波
の中での最大値）となるｋを演算装置２３７に計算さ
せ、それをｋtheta としてファイル装置２３６内に格納
する。

【０２０７】ステップＳ２４９の説明 制御装置２３４は、ファイル装置２３６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 αmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜αmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、アルファ
波の中での最大値）となるｋを演算装置２３７に計算さ
せ、それをｋalpha としてファイル装置２３６内に格納
する。

【０２０８】ステップＳ２５０の説明 制御装置２３４は、ファイル装置２３６内のＬ’（ｋ）
（ｋ＝１，…，Ｎ−１）の内、 βmin ≦ｋ／（Δｔ・Ｎ）＜βmax が成立つｋの中でＬ’（ｋ）に最大（つまり、ベータ波
の中での最大値）となるｋを演算装置２３７に計算さ
せ、それをｋbetaとしてファイル装置２３６内に格納す
る。

【０２０９】ステップＳ２５１の説明 制御装置２３４は、演算装置２３７にＬ’（ｋdelta
），Ｌ’（ｋtheta ），Ｌ’（ｋalpha ），Ｌ’（ｋb
eta）の中で最大のものを選択させ、以下の処理をす
る。

【０２１０】・Ｌ’（ｋdelta ）が最大の場合：選択輝
度をデルタ波用輝度とする。

【０２１１】・Ｌ’（ｋtheta ）が最大の場合：選択輝
度をシータ波用輝度とする。

【０２１２】・Ｌ’（ｋalpha ）が最大の場合：選択輝
度をアルファ波用輝度とする。

【０２１３】・Ｌ’（ｋbeta ）が最大の場合：選択輝
度をデルタ波用輝度とする。

【０２１４】ステップＳ２５２の説明 制御装置２３４は、照明輝度をステップＳ２５１での選
択輝度に切替える。

【０２１５】ステップＳ２５３の説明 制御装置２３４は、コマンド入力装置２３３を一定時間
ｓだけ入力待ち状態とし、その時間内にユーザが処理終
了命令を送った場合は照明制御処理を終了させ、そうで
ない場合はステップＳ２４５に戻る。

【０２１６】以上に説明したように、本実施例によれ
ば、ユーザの脳波の波形データから周波数成分別のスペ
クトルを計算し、その結果を用いてあらかじめ各意識水
準に割当てておいた輝度中よりその時点のユーザの識別
状態に対応する輝度を選択し照明輝度とすることで、ユ
ーザの意識水準を正確に反映させて照明輝度を調節でき
る、いままでにない照明制御装置を提供することができ
る。

【０２１７】なお、本発明は、複数の機器から構成され
るシステムに適用しても、１つの機器からなるシステム
に適用してもよい。また、本発明は、システムあるいは
装置にプログラムを供給することで達成される場合にも
適用できることはいうまでもない。

【０２１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る脳波
による制御装置よれば、人間の脳波信号を処理して利用
することで、人間の状態に応じた処理を遂行させること
ができるという効果がある。

【０２１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のゲーム装置（レーシングゲーム装置）の
一例を示す図である。

【図２】第１実施例のゲーム装置を示すブロック図であ
る。

【図３】画像中の画素の座標の表現方法を示す図であ
る。

【図４】コース関連データ入力方法のフローチャートで
ある。

【図５】コース関連データ入力方法を示した第１番目の
図である。

【図６】コース関連データ入力方法を示した第２番目の
図である。

【図７】脳波入力の様子を示した図である。

【図８】脳波計の表示例を示した図である。

【図９】脳波の波形データのＡ／Ｄ変換を示した図であ
る。

【図１０】離散フーリエ変換によって得られる周波数成
分別スペクトルの例を示した図である。

【図１１】脳波状態値の計算を示すフローチャートであ
る。

【図１２】レーシングカーの新しい位置と方向の決定方
法を示した図である。

【図１３】ハンドルの回転方向とρの正負の関係を示し
た図である。

【図１４】表示画像の生成処理を示すフローチャートで
ある。

【図１５】コースデータ画像上の画像切り取り領域を示
した図である。

【図１６】画像処理方法を示した第１番目の図である。

【図１７】画像処理方法を示した第２番目の図である。

【図１８】第１実施例におけるゲーム処理を示すフロー
チャートである。

【図１９】第２実施例の居眠り防止装置を示すブロック
図である。

【図２０】第２実施例の居眠り防止処理を示すフローチ
ャートである。

【図２１】ユーザの頭部の動きを利用した居眠り防止装
置の一例を示した図である。

【図２２】自動車のハンドルの動きを利用した居眠り防
止装置の一例を示した図である。

【図２３】第３実施例の照明制御装置を示すブロック図
である。

【図２４】第３実施例の照明制御処理を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１ 制御装置、 ２ コマンド入力装置、 ３ データ入力装置、 ４ 動作入力装置、 ５ 脳波入力装置、 ６ 演算装置、 ７ 制御装置、 ８ 表示装置である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脳波信号を入力する脳波入力手段と、 該入力手段により入力された脳波信号の周波数成分別の
   スペクトルを算出する算出手段と、 該算出手段により算出された周波数別のスペクトルのう
   ち、最大値を有する周波数成分を判定する判定手段と、 該判定手段による判定結果に基づいて次段の処理を制御
   する制御手段と、を備えることを特徴とする脳波による
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記周波数成分は、デルタ波とシータ波
   とアルファ波とベータ波であることを特徴とする請求項
   １項記載の脳波による制御装置。
3. 【請求項３】 画像を生成する生成手段を更に備え、前
   記次段の処理とは画像の生成であることを特徴とする請
   求項１項記載の脳波を用いた制御装置。
4. 【請求項４】 オペレータによる指示を入力する指示入
   力手段を更に備え、該指示入力手段と前記判定手段によ
   る判定結果とに基づいて前記画像を生成することを特徴
   とする請求項３項記載の脳波による制御装置。
5. 【請求項５】 音声を発する出音手段を更に備え、前記
   次段の処理とは前記出音手段により発せられる音声のボ
   リュームの決定であることを特徴とする請求項１項記載
   の脳波による制御装置。
6. 【請求項６】 照明手段を更に備え、前記次段の処理と
   は前記照明手段による明るさの決定であることを特徴と
   する請求項５項記載の脳波による制御装置。
7. 【請求項７】 画面上で車両を走行させるゲーム装置で
   あって、 脳波信号を入力する脳波入力手段と、 該入力手段により入力された脳波信号の周波数成分別の
   スペクトルを算出する算出手段と、 該算出手段により算出された周波数別のスペクトルのう
   ち、最大値を有する周波数成分を判定する判定手段と、 前記車両の走行状態を指示する指示手段と、 前記判定手段による判定結果と前記指示手段によリ指示
   される走行状態とに基づいて前記画面上における前記車
   両の状態を更新し、新たな画像を生成する生成手段と、 該生成手段により生成された画像を表示する手段と、を
   備えることを特徴とするゲーム装置。
8. 【請求項８】 脳波信号を入力する脳波入力手段と、 該入力手段により入力された脳波信号の周波数成分別の
   スペクトルを算出する算出手段と、 該算出手段により算出された周波数別のスペクトルのう
   ち、最大値を有する周波数成分を判定する判定手段と、 該判定手段による判定結果に基づいて音量を決定する決
   定手段と、 該決定手段により決定された音量で音声を発する手段
   と、を備えることを特徴とする覚醒装置。
9. 【請求項９】 脳波信号を入力する脳波入力手段と、 該入力手段により入力された脳波信号の周波数成分別の
   スペクトルを算出する算出手段と、 該算出手段により算出された周波数別のスペクトルのう
   ち、最大値を有する周波数成分を判定する判定手段と、 該判定手段による判定結果に基づいて明るさを決定する
   決定手段と、 該決定手段により決定された明るさで光を発する手段
   と、を備えることを特徴とする照明装置。