WIPO专利WO1991013585A1 Dispositif de detection de sommeil

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专利摘要:

公开号:WO1991013585A1
申请号:PCT/JP1991/000307
申请日:1991-03-07
公开日:1991-09-19
发明作者:Hiroyuki Ogino
申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；
IPC主号:A61B5-00

专利说明:
[0001] 明細書
[0002] 発明の名称
[0003] 睡眠検出装置
[0004] 技術分野
[0005] 本発明は睡眠を検出する睡眠検出装置に関するものである。背景技術
[0006] 従来この種の睡眠検出装置は、例えば人体の脳波や眼球運動を検出して検出信号の波形処理を行なって入眠を判定するもの (特開昭 62 - 253034号公報）や、人体の脈波を検出して検出信号の波形処理を行なって入眠を判定するもの（特開昭和 63 - 1 5 0047号公報）であり、いずれも F I G. 1 に示すように脳波や眼球運動、脈波等の生体信号を検出する検出手段 1 と、検出手段 1 からの信号を処理する信号処理手段 2 と、信号処理手段 2の出力により入眠を判定する判定手段 3から構成されていた。
[0007] しかしながら上記従来の構成では、脳波や眼球運動、脈波等を検出する検出手段 1 を直接人体の頭皮または皮膚に装着する構成であるため、装着による違和感があり睡眠が乱されるという課題があった。
[0008] 発明の開示
[0009] 本発明は上記課題を解決するもので、その第 1 の目的は、入眠すると身体の動き（以下、体動と呼ぶ）が静止することに着目し、体動を人体に非接触で検出して体動の静止時間に基づいて入眠を検出することにより、従来のように検出手段を人体に装着せず非接触で容易に入眠を検出する睡眠検出手段を提供することにある。第 2の目的は、体動を非接触で検出する際に赤外線センサーを使用した場合の具体的構成を示すことにある。
[0010] 第 3の目的は、赤外線センサーでは手足のように寝具に覆われた部位の動きは検出できないので、寝具に圧電素子を配設して体動を検出する場合の具体的な構成を示すことにある。
[0011] 第 4の目的は、寝具に配設して体動を検出することに適した圧電素子の具体的な構成を示すことにある。
[0012] 第 5の目的は、上記圧電素子を寝具に装着する際に寝具の洗濯等が可能になるよぅ圧電素子を寝具に着脱可能とした具体的な構成を示すことにある。
[0013] 第 6の目的は、寝床上に物が置かれていたりベッドメイクを行なったりした場合にそれを体動として誤って検出しないよう、まず寝床上に人体が存在するかどうかを判定し、その上で入眠を判定する睡眠検出手段を提供することにある。
[0014] 第 7の目的は、体動の大きさの個人差を考慮し、体動を検出するための設定値を使用者が任意に設定可能にすることにより確実に体動を検出して入眠を検出することにある。
[0015] 第 8の目的は、体動の大きさの個人差を考慮し、体動の大きさを逐次記憶して学習により前記設定値を求めることにより確実に体動を検出して入眠を検出することにある。
[0016] 第 9の目的は、体動の静止時間の個人差を考慮し、体動静止時間の設定時間値を使用者が任意に設定可能にすることにより確実に入眠を検出することにある。
[0017] 第 10の目的は、体動の静止時間の個人差を考慮し、体動静止時間の度数分布を演算して前記設定時間を求めることにより確実に入眠を検出することにある。
[0018] 第 1 1の目的は、圧電素子で体動を検出する場合に、寝床近傍での他人の動きにより圧電素子に伝搬される振動と就寝者本人の体動により圧電素子に付加される振動との区別を行い、入眠判定の誤動作を解消することにある。
[0019] 第 12の目的は、就寝者本人の体動と心拍数とを検出することより、寝床近傍で他人の動きと就寝者本人の体動との区別を行い、入眠判定の誤動作を解消することにある。
[0020] 第 1 3の目的は、体動検出手段として口一ドセルから構成される重量センサーを使用して体動を検出する他に、体重も検出して寝床内の在 · 不在を判定する構成を示すことにある。
[0021] 上記第 1 の目的を達成するために本発明は、寝床上の人体の動きを検出する体動検出手段と、前記体動検出手段の信号レべルが予め定められた第 1 の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始するタイマーと、前記タイマーの計時時間が予め定められた設定時間を越えれば前記人体が入眠したと判定する入眠判定手段とからなる。
[0022] また、第 2の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段が、赤外線を検出する赤外線センサーからなり、べッドフレームや室内壁面に装着される。
[0023] また、第 3の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段が、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子と、前記圧電素子の各々の信号についてある特定の周波数成分をろ波するフィル夕一と、前記フィルターの信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の信号を整流する整流器と、前記整流器の信号を平滑化する平滑器とから構成される。
[0024] また、第 4の目的を達成するために本発明は、ポリフッ化ビ二リデン等の高分子圧電材料を薄膜状にし、両面に可とう性の電極膜を付着させテープ状に成形された圧電素子により構成される
[0025] また、第 5の目的を達成するために本発明は、前記圧電素子力、 -、シート状の袋に内蔵され、前記袋の端部に伸縮自在な伸縮部を有するとともに、前記伸縮部の先端部同士が着脱可能になる着脱部を前記端部の各々に設けられる。
[0026] また、第 6の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 2の設定値未満であれば前記寝床上に人体が存在しないと判定する不在判定手段と、前記信号レベルが前記第 2の設定値以上であり、かつ予め定められた第 3の設定値未満であれば前記寝床上に人体が安静状態で存在すると判定する在床判定手段と、前記信号レベルが前記第 3の設定値以上であれば、前記寝床上で人体が寝返り等の粗大な体動を生起したと判定する粗体動判定手段とを有し、タイマ一は不在が判定されるか、または粗体動が判定される度に計時をリセットし在床が判定されると計時を開始する。
[0027] また、第 7の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段の信号レベルを表示する表示手段と、前記表示手段により表示された信号レベルに基づき前記第 2の設定値と前記第 3の設定値とを手動で変更可能な第 1 の設定手段を設けている。
[0028] また、第 8の目的を達成するために本発明は、前記在床判定手段により在床が判定されると、前記体動検出手段の信号レべルをあらかじめ定められた周期でサンプリングし記憶する第 1 の記憶手段と、前記第 1 の記憶手段に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演算する第 1 の演算手段と、前記最小値を前記第 2の設定値とし前記最大値を前記第 3 の設定値として更新する第 2の設定手段とを有する。
[0029] また、第 9 の目的を達成するために本発明は、前記設定時間を手動で設定可能な第 3 の設定手段を有する。
[0030] また、第 1 0の目的を達成するために本発明は、前記タイマ一の計時がリセットされる度に前記タイマーの計時時間を記憶する第 2の記憶手段と、前記第 2の記憶手段に記憶された計時時間の度数分布を演算する第 2の演算手段と、前記度数分布においてある時間 Tまでの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定められたある値となるように時間 Tを演算して求める第 3 の演算手段と、一定期間毎に上記の記憶、演算動作を行なって時間 Tを前記設定時間として設定の更新を行なう第 4の設定手段とを有する。
[0031] また、第 1 1の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段が、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子と、前記圧電素子の各々の信号についてある特定の周波数成分をろ波するフィル夕一と、前記フィル夕一の信号を増幅する第 1 の増幅器と、前記第 1 の増幅器より増幅度が小さく前記フィルターの信号を増幅する第 2の増幅器と、前記第 1 の増幅器の信号を平滑化する第 1 の平滑器と、前記第 2の増幅器の信号を平滑化する第 2の平滑器とを有し、前記第 1 の平滑器の信号レベルが前記第 2の設定値未満であれば、前記寝具上に人体が存在しないと判定する不在判定手段と、前記第 1 の平滑器の信号レベルが前記第 2の設定値以上であり、かつ前記第 2の平滑器の信号レベルが予め定められた第 4の設定値未満であれば前記寝具上に人体が安静状態で存在すると判定する在床判定手段と、前記第 2の平滑器の信号レベルが前記第 4の設定値以上であれば、前記寝具上で人体が粗体動を生起したと判定する粗体動判定手段を有する。
[0032] また、第 12の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段の信号により心拍を検出して計数する心拍数検出手段と、所定時間内の心拍数の変化を演算する第 3の演算手段と、前記体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 5の設定値以上となり、かつ前記第 3の演算手段の演算値が予め定められた第 6の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始するタイマ一を有する。
[0033] さらに、第 1 3の目的を達成するために本発明は、前記体動検出手段がロードセルを使った重量センサーからなり、寝具やべッドフレームに装着されるとともに、重量センサ一により就寝者の体重を検出することにより寝床上の就寝者の在 · 不在を判定する在床判定手段を有する。
[0034] 本発明は上記構成によって以下のように作用する。ここで、寝具上に人体や存在する場合の人体の体動を次の 2つに分けて定義する。人体の心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微少な体動を細体動と呼び、入床 · 起床 · 寝返りといった身体の粗大な体動を粗体動と呼ぶ。
[0035] 体動検出手段により寝床上の人体の動きが検出されると、夕イマ一により体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 1 の設定値以上となる度に計時がリセットされ、新たな計時が開始される。ここで、前記第 1 の設定値は前記粗体動を検出するよう予め設定されている。そしてタイマ一の計時時間が予め定められた設定時間を越えれば、入眠判定手段により前記人体が入眠したと判定される。
[0036] また本発明は、ベッドフレームや室内壁面に設置された赤外線センサーで体動を検出する。
[0037] また本発明は、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子が人体の体動により変形を受けた際に圧電効果により発生する電圧信号をろ波、増幅、整流し、平滑器により平滑化して出力する。
[0038] また本発明は、前記圧電素子が、ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料を薄膜状にし、両面に可とう性の電極膜を付着させ、テープ状に成形されたものである。
[0039] また本発明は、前記電素子がシート状の袋に内蔵され、前記袋の端部に伸縮自在な伸縮部を有するとともに、前記伸縮部の先端部同士が着脱可能になる着脱部を前記端部の各々に設けてあり、前記袋を寝具に配設して体動を検出する。
[0040] また本発明は不在判定手段により体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 2の設定値未満であれば前記寝床上に人体が存在しないと判定し、在床判定手段により前記信号レベルが前記第 2の設定値以上でありかつ予め定められた第 3の設定値未満であれば前記寝床上に人体が安静状態で存在すると判定し、粗体動判定手段により前記信号レベルが前記第 3の設定値以上であれば前記寝床上で人体が寝返り等の粗体動を生起したと判定し、タイマーは不在が判定されるかまたは粗体動が判定される度に計時をリセットし、在床が判定されると計時を開始して、タイマーの計時時間が予め定められた設定時間を越えれば、入眠判定手段により前記人体が入眠したと判定される
[0041] また本発明は、表示手段により体動検出手段の信号レベルを表示し、前記信号レベルに基づき前記第 2の設定値と前記第 3 の設定値とを手動で変更することが可能である。
[0042] また本発明では、前記在床判定手段により在床が判定されると、前記体動検出手段の信号レベルをあらかじめ定められた周期でサンプリングし記憶するとともに、記憶内容の最小値と最大値を演算し、第 2の設定手段により前記最小値を前記第 2の設定値とし前記最大値を前記第 3の設定値として更新する。
[0043] また本発明は第 3の設定手段により前記設定時間を手動で設定することが可能である。
[0044] また本発明は、前記タイマーの計時がリセットされる度に前記タイマーの計時時間を記憶して計時時間の度数分布を演算し、前記度数分布においてある時間 Tまでの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定められたある値となるよう時間 Tを演算し、時間 Tを前記設定時間として設定の更新を行なう。
[0045] また本発明は、寝具に配設された少なくとも 1つの圧電素子の信号をろ波し、ろ波された信号を増幅度の異なる 2つの増幅器で各々増幅し、それらを各々整流、平滑化する。そして、寝床近傍での他人の動きにより圧電素子に伝搬される振動と就寝者本人の体動により圧電素子に付加される振動との区別を行い、不在、在床、粗体動の判定を行なって入眠を判定する。
[0046] また本発明は、前記体動検出手段の信号により心拍を検出し，て計数し、前記体動検出手段の信号レベルが予め定められた第
[0047] 5の設定値以上となり、かつ所定時間内の心拍数の変化が予め 5 定められた第 6の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始する。そして、寝床近傍での他人の動きにより圧電素子に伝搬される振動と就寝者本人の体動により圧電素子に付加される振動との区別を行い、入眠を判定する。
[0048] さらに本発明は、寝具やべッドフレームに装着されたロード 10 セルにより就寝者の体重を検出して寝床内の在，不在を判定し、さらに在床の場合は就寝者の体動を検出して入眠を判定する。図面の簡単な説明
[0049] FIG. 1 は従来の睡眠検出装置のプロック図、 FIG. 2は本発明の第 1の実施例における睡眠検出装置の外観斜視図、 FIG. 3は 15 同装置の信号処理系統を示すプロック図、 FIG.4は同装置の整流器の出力波形図、 FIG. 5は安静状態の継続時間と入眠状態である確率との関係を示す特性図、 FIG. 6は本発明の第 2の実施例における睡眠検出装置の外観斜視図、 FIG. 7は同装置の信号処理系統を示すプロック図、 FIG. 8は同装置の圧電素子の出力 20 波形図、 FIG. 9は同装置の平滑器の出力波形図、 FIG.10は本発明の第 3の実施例における体動検出手段の外観斜視図、 FIG.11 ' は同手段をべッドに装着した状態を示す外観斜視図、 FIG.12は本発明の第 4の実施例における睡眠検出装置の信号処理系統を示すプロック図、 FIG.13(a)は本発明の第 2の実施例における圧 25 電素子の出力波形図、 FIG.13(b)は同素子の FIG.13(a)における S 部分を拡大した出力波形図、 FIG.14は本発明の第 4の実施例における平滑器の出力波形図、 FIG.15は本発明の第 5の実施例における睡眠検出装置の外観斜視図、 FIG.16は本発明の第 6の実施例における睡眠検出装置の信号処理系統を示すプロック図、 FIG.17は本発明の第 7の実施例における睡眠検出装置の外観斜視図、 FIG.18は本発明の第 8の実施例における睡眠検出装置の信号処理系統を示すプロック図、 FIG.19は体動静止時間の度数分布を示す特性図、 FIG.20は本発明の第 9の実施例における睡眠検出装置のブ πック図、 FIG.21(a)は同装置の第 1の平滑器の出力波形図、 FIG.21(b)は同装置の第 2の平滑器の出力波形図、 FIG.22は本発明の第 10の実施例における睡眠検出装置のブロック図、 FIG.23は同装置の平滑器および心拍数検出手段の出力波形図、 FIG.24は本発明の第 11の実施例における睡眠検出装置のブロック図、 FIG.25は同装置の重量センサ一の出力波形図である。
[0050] 発明を実施するための最良の形態
[0051] 以下本発明の第 1の実施例を添付図面に基づいて説明する。 FIG.2は本実施例をべッドに装着した際の斜視図、 FIG. 3はブ口ック図である。 FIG. 2および FIG. 3において、 4は、赤外線センサー 5、整流器 6からなる体動検出手段、 7は比較器、 8 はタイマー、 9は入眠判定手段である。赤外線センサー 5はべッド 10のへッドボード 11に設置される。整流器 6、比較器 7、タイマー 8、入眠判定手段 9は回路ュニット 12に内蔵される。上記構成により、べッド 10上の就寝者に寝返り等の粗体動が生起すると、赤外線センサー 5から身体の動きの大きさに応じた信号が発生し、整流器 6により整流される。 F I G. 4に実際の就寝時における整流器 6からの出力波形を示す。同図より、寝返りが生起した時のように整流器 6の信号が予め定められた第 1 の設定値 V 0以上になったその都度タイマー 8では計時をリセットし、その後、信号レベルが V 0未満になつた時点で新たに計時を開始する。そして入眠判定手段 9ではタイマー 8の計時時間が予め定められた設定時間 T 0を越えれば前記人体が入眠したと判定する。
[0052] ここで、上記の設定時間 T 0を定めることに関し、発明者らは粗体動と睡眠状態との関係について以下のような検討を行なつた。すなわち、入眠すると粗体動がなくなるといった知見に基づき、睡眠実験により粗体動のない安静状態の継続時間とその状態において就寝者が入眠している確率との関係を求めた。その結果を F I G. 5に示す。同図の横軸には安静状態の継続時間、左側縦軸には安静状態の時間継続に対する被験者の入眠している確率をとつた。また、一般に人の睡眠は、入眠するとさらに深い睡眠である徐波睡眠に移行するが、さらに時間がたっとある時点で粗体動が起こって徐波睡眠が終了する。このことから、同図の右側縦軸には安静状態がある時間継続した場合に粗体動が起こり徐波睡眠が終了する確率をとつた。同図より例えば安静状態が 15分継続すれば約 85 %の確率で入眠しているとともに、約 10 %'の確率で徐波睡眠が終了しているということが判り、安静状態の継続時間を測ることによって実用化に充分なレベルで入眠判定が可能となった。上記の設定時間 T 0 としては約 10〜約 15分が妥当である。上記作用により、赤外線センサーにより体動を人体に非接触で検出し、粗体動が停止した安静状態の継続時間といつた簡単な変数から入眠を判定するので、従来のように脳波や眼球運動、脳波を検出する検出手段を人体に装着せず、非接触で容易に入眠を検出することができるといった効果がある。
[0053] 上記実施例では赤外線センサーをべッドのへドボードに設置したが、べッド上の就寝者の動きを検出できる範囲内であれば、室内壁面に赤外線センサ一を設置する構成にしてもよい。
[0054] 本発明の第 2の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 6および F I G. 7に示すように、体動検出手段 4が圧電素子 13、フィルター 14、増幅器 15、整流器 16、平滑器 Πから構成される点にある。圧電素子 13はポリフッ化ビニリデン（ P V D F ) 等の高分子圧電材料を薄膜状にし両面に可とう性の電極膜を付着させテープ状に形成されたもので、 F I G. 6のようにマツトレス 18の表面に固定されている。 19は回路ュニットで、フィルター 14、増幅器 15、整流器 16、平滑器 17、比較器 7、タイマー 8、入眠判定手段 9 (いずれも F I G. 6では図示せず）を内蔵している。また圧電素子 13と回路ュニッ卜 19 とはシールド線 20で接続されている。
[0055] 上記実施例の構成によれば、寝床上に人体が存在する場合、前記のような人体の細体動と粗体動により圧電素子 13が変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子 13より電圧が発生する。 F I G. 8に圧電素子 13からの実際の出力信号と上記実施例の赤外線センサーからの出力波形を示す。 F I G. 8 において、圧電素子からのレベルの大きな信号は入床、寝返り、手足の動き、及び離床といつた粗体動の場合のものであるが、同時に記録された赤外線センサ一からの信号には手足の動きの場合には信号が認められない。これは手足のような寝具に覆われた部位の動きは赤外線センサーでは検出できないことによるものである。次に、圧電素子 13の出力信号はフィルター 1 4で約 1 〜約 1 0Hzの成分が通過され増幅器 15により増幅された後、整流器 16により整流され平滑器 17により平滑化される。 F I G. 9 に実際に人が就寝した際の平滑器 17からの出力信号を示す。同図より入床、寝返り、手足の動き、離床といった粗体動が起こった場合は大きな信号ができる。そこで比較器 7では第 1 の設定値として V a を設定し、平滑器 17の信号レベルが V a以上であるかどうかを比較する。そして V a以上となる度にタイマー 8では計時をリセットし、その後信号レベルが V a未満になった時点で新たに計時を開始する。そして入眠判定手段 9ではタイマー 8の計時時間が前記設定時間 T oを越えれば前記人体が入眠したと判定する。尚、 V aは被験者実験により求めることができる。
[0056] 上記作用により、本実施例では寝具に圧電素子を配設して体動を検出しているので、赤外線センサーでは検出できない寝具に覆われた部位の動きも検出することが可能であり、精度よく粗体動を検出して入眠を判定することができるといった効果がある。また、圧電素子は可とう性を有し、テープ状に成形されているため、寝具に配設しゃすい。
[0057] 上記実施例では圧電素子をマツトレスに配設したが、上記粗体動が検出できる範囲内であれば、マットレスに内蔵したりべッドフレームに配設する構成としてもよいし、さらにふとんやシーツ、まくら等に設けた構成にしてもよい。
[0058] また、上記実施例では 1個の圧電素子で体動を検出したが、複数の圧電素子を寝具に配設する構成としてもよく、寝相が悪かったり、身長に個人差があつてもいずれか 1 つの圧電素子で体動を検出することができるので、体動検出の精度が向上するといった効果がある。
[0059] 本発明の第 3の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 10に示すように、圧電素子 13がシ一ト状の袋 23に内蔵され、袋 23の端部に伸縮自在な伸縮部 21を有するとともにホックにより端部同士が着脱可能になる着脱部 22を端部の各々に設けた点にある。
[0060] 上記構成により、伸縮部 21を有しているのでどんな寝具へも容易に装着可能である。一例として F I G. 1 1に本実施例をべッドに装着した例を示す。寝具上で人体が激しい動きを行なつても伸縮部 21により衝撃が吸収されるので圧電素子 13を破壊から守ることができるといった効果がある。さらに、シート 23の端部が着脱可能であるので、寝具を洗濯したりする場合等、寝具への着脱が容易となるといつた効果がある。
[0061] 本発明の第 4の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 12に示すように、体動検出手段 4 が第 2の実施例のように圧電素子 13、フィルタ一 14、増幅器 15、整流器 15、平滑器 17から構成され、平滑器 17の信号レベルが予め定められた第 2の設定値 V b未満であれば前記寝床上に人体が存在しないと判定する不在判定手段 24と、前記信号レベルが前記 V b以上でありかつ予め定められた第 3 の設定値 V a未満であれば前記寝床上に人体が安静状態で存在すると判定する在床判定手段 25と、前記信号レベルが前記 V a以上であれば前記寝床上で人体が寝返り等の粗大な体動を生起したと判定する粗体動判定手段 26とを有し、タイマー 8は不在が判定されるかまたは粗体動が判定される度に計時をリセットし、在床が判定されると計時を開始する点にある。ここで、上記第 3 の設定値 V aは前記第 2の実施例における V a と同一ものである。不在判定手段 24、在床判定手段 25、体動判定手段 26はいずれも回路ュニット 19に内蔵されている。
[0062] この実施例の構成によれば、本発明は以下のように作用する。寝具上に人体が存在する場合、人体の細体動と粗体動により圧電素子 13が変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子 13より電圧が発生する。 F I G. 13(a)、 F I G. 13(b)に圧電素子 13からの実際の出力信号を示す。 F I G. 13(a)のレベルの大きな信号は入床、寝返り、離床といった粗体動の場合のものである。 F I G. 13 (b)は F I G. 13(a)中の S部の拡大波形図であるが、人体が在床していて安静状態を維持していると細体動すなわち人体の心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動が F I G. 13(b)のように圧電素子 13により検出される。
[0063] 圧電素子 13の出力信号はフィルター 14で約 1〜約 10Hzの成分が通過され増幅器 15により増幅された後、整流器 16により整流され平滑器 Πにより平滑化される。 F I G. 14に実際に人が就寝した際の平滑器 17からの出力信号を示す。同図より入床、寝返り、離床といった粗体動が起こつた場合は大きな信号がでるが、それ以外の安静状態の場合は上記の細体動によりレベルの低い信号が得られる。また、人体が存在しなければ信号レベルはゼロとなる。このことに基づき、平滑器 17の信号レベルに応じて以下の判定がなされる。すなわち、平滑器 17の信号レベルがあらかじめ定められた第 2の設定値（F I G. 14中の V b ) 未満である場合は不在判定手段 24によりべッド上に人体が存在しないと判定される。平滑器 17の信号レベルが V b以上でありかつあらかじめ定められた第 3の設定値（F I G. 14中の V a ) 未満である場合は在床判定手段 25によりべッド上に人体が安静状態で存在すると判定される。平滑器 17の信号レベルが V a以上である場合は体動判定手段 26によりべッド上で人体が粗体動を生起したと判定される。尚、 V a、 V bは被験者実験により求めることができる。
[0064] 次に、在床判定手段 25の信号がある場合にはタイマー 8により計時動作が開始される。ただし、この計時動作は不在判定手段 24または体動判定手段 26の信号によりリセットされる。そして、入眠判定手段 9ではタイマー 8により計時される計時時間が先に説明した設定時間 T 0を越えればベッド上で人体が入眠したと判定する。
[0065] 荷物等をマットレス上に置くといった場合にも圧電素子が変形を受け電圧を発生するが、荷物のような無生命の物体には人体の心拍や呼吸に伴う細体動はないので誤動作が生じない。すなわち、どんな人が就寝しても細体動が検出される限り入眠の判定は可能となる。また、べッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わっても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはない。上記作用により、圧電素子により体動を人体に非接触で検出し、人体の細体動を検出して在床を判定し、在床の場合のみ安静状態の継続時間から入眠を判定するので、どんな人が就寝しても細体動が検出される限り入眠の判定が確実に行なわれるといった効果がある。また、荷物のような無生命の物体が寝床上に置かれたり、べッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わつても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはなく、誤動作のない入眠判定ができるといった効果がある。
[0066] 上記実施例では圧電素子をマットレスに配設したが、上記細体動が検出できる範囲内であれば、マットレス内部に内蔵したりべッドフレームする構成としてもよいし、さらにふとんゃシーッ、まくら等に内蔵あるいは配設できるような構成としてもよい。
[0067] 本発明の第 5の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 15に示すように、平滑器 17の信号レベルを表示する表示手段 27と、表示手段 27に表示された内容に基づき前記 V bおよび前記 V aを手動で設定することが可能な第 1 の設定手段 28を有した点にある。
[0068] 上記構成により、使用者自身が表示手段 27に表示された平滑器 1 7の信号レベルに基づき前記 V bおよび前記 V aを第 1 の設定手段 1 8により手動で設定できる。よつて細体動の大きさに個人差があっても使用者が自分にあった閾値を選択することができるので確実に細体動を検出して入眠を検出できるといった効果がある。本発明の第 6の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 16に示すように、在床判定手段 24 により在床が判定されると前記体動検出手段 4の平滑器 17の信号レベルをあらかじめ定められた周期でサンプリングし記憶する第 1 の記憶手段 29と、第 1 の記憶手段 29に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演算する第 1 の演算手段 30と、前記最小値を前記第 2の設定値 V b とし前記最大値を前記第 3の設定値 V a として更新する第 2の設定手段 31とを有する点にある。上記構成により、第 1 の記憶手段 29で平滑器 17の信号レベルが記憶されると、記憶内容の最小値と最大値が演算され、そしてこの最小値 · 最大値がそれぞれ前記 V b · 前記 V a とされる。上記構成により、細体動の大きさに個人差があっても細体動の大きさを逐次記憶して細体動を検出するための設定値を学習するので確実に細体動を検出して入眠を検出することができるといった効果がある。
[0069] 本発明の第 7の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 17に示すように、先に説明した設定時間 T 0を手動で変更することが可能な第 3の設定手段 32を有した点にある。これにより、安静状態の継続時間に個人差があっても使用者が自分にあった設定時間 T 0を選択することにより確実に入眠を検出することができるといった効果がある。本発明の第 8の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は F I G. 18に示すように、タイマー 8の計時がリセットされる度にタイマー 8の計時時間を記憶する第 2の記憶手段 33と、この第 2の記憶手段 33に記億された計時時間の度数分布を演算する第 2の演算手段 34と、前記度数分布においてある時間 Tまでの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定められたある値となるよう時間 Tを演算して求める第 3の演算手段 35と、一定期間毎に上記の記憶、演算動作を行なって時間 Tを前記設定時間 T 0 として設定の更新を行なう第 4の設定手段 36とを有した点にある。
[0070] 上記構成により、タイマー 8の計時動作が不在判定手段 24または体動判定手段 25の信号によりリセットされる都度タイマ一 8の計時時間が第 2の記憶手段 33に記憶される。そして記憶された計時時間の度数分布が第 2の演算手段 34により演算される。 F I G. 19に演算された度数分布を示す。同図において、横軸は計時時間、縦軸は度数である。次に、度数分布において、ある時間 Tまでの累積度数と全累積度数との比（F I G. 19における S 1 / ( S 1 + S 2 ) ) があらかじめ定められたある値 S o となるよう時間 Tが第 3の演算手段 35により演算される。そして第 4 の設定手段 36により時間 Tが設定時間 T 0 として設定される。尚、 S oの値は被験者実験により求めることができる。
[0071] これにより、たとえ安静状態の継続時間に個人差があっても、安静状態の継続時間を逐次記憶して入眠を検出するための設定時間を学習するので確実に入眠を検出することができるといつた効果がある。
[0072] 本発明の第 9の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は F I G. 20に示すように、体動検出手段 4力、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子 13と、圧電素子 13 の各々の信号についてある特定の周波数成分をろ波するフィルター 14と、フィルター 14の信号を増幅する第 1 の増幅器 15 a と、第 1 の増幅器 15 aより増幅度が小さくフィルター 14の信号を増幅する第 2の増幅器 15b と、第 1 の整流器 16a と、第 2の整流器 16b と、第 1 の整流器 16aの信号を平滑化する第 1 の平滑器 17a と、第 2の整流器 16bの信号を平滑化する第 2の平滑器 17b とを有し、不在判定手段 24は第 1 の平滑器 17 aの信号レべルが前記第 2の設定値 V b未満であれば前記寝具上に人体が存在しないと判定し、在床判定手段 25は第 1 の平滑器 17aの信号レベルが V b以上でありかつ第 2の平滑器 17 bの信号レベルが予め定められた第 4の設定値 V c未満であれば前記寝具上に人体が安静状態で存在すると判定し、粗体動判定手段 26は第 2の平滑器 17 bの信号レベルが V c以上であれば前記寝具上で人体が粗体動を生起したと判定する点にある。
[0073] この実施例の構成によれば、本発明は以下のように作用する。寝具上に人体が存在する場合、人体の細体動または粗体動により寝具に配設された圧電素子 13が変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子より電圧が発生する。この出力信号はフィルター 14によりろ波され、その信号は第 1 の増幅器 15aによる増幅、第 1 の整流器 16aによる整流、第 1 の平滑器 17aによる平滑化の処理が行なわれるとともに、第 2の増幅器 15bによる増幅、第 2の整流器 16bによる整流、第 2の平滑器 17bによる平滑化の処理が行なわれる。こ.こで、第 1 の増幅器 15aはさきに説明した従来例の増幅器 15と同じ特性を有し、第 2の増幅器 15 bは第 1 の増幅器 15a よりも増幅度が小さく設定してある。また、 2つの平滑器はそれぞれ先に説明した従来例における整流器、積分器と同じ特性を持っている。 F I G. 21 (a)に実際の就寝の際の第 1 の平滑器 17 aの信号波形を、 F I G. 21 (b)に第 2の平滑器 17 bの信号波形を示す。ここで、就寝者本人の粗体動と他人の動きとの双方が圧電素子 1 へ付加する変形の強度は当然のように前者の方が大きいが、第 1 の増幅器 15 aは先に説明した従来例における増幅器と同一の高い増幅特性を有しているので、 F I G. 21 (a)のように入床、寝返り、離床等の粗体動による信号レベルと他人の動きによる信号レベルは両者とも先に説明した第 1 の設定値 V a以上となり、就寝者本人の粗体動と他人の動きとの区別がつかない。しかしながら、第 2の増幅器 15 bは第 1 の増幅器 15 a よりも増幅度が小さく設定してあるので、 F I G. 21 (b)のように他人の動きは就寝者本人の粗体動に比して信号レべルが低くなり、第 4の設定値 V cを図のように設ければ、就寝者本人の粗体動と他人の動きとの区別が可能となる。
[0074] このことより第 1 の平滑器 17 a と第 2の平滑器 17 bの信号レベルに応じて以下の判定がなされる。第 1 の平滑器の信号レべルが V b未満である場合は不在判定手段 24により寝具上に人体が存在しないと判定される。第 1 の平滑器 17 aの信号レベルが V b以上でありかつ第 2の平滑器 17 bの信号レベルが V c未満である場合は在床判定手段 25により寝具上に人体が安静状態で存在すると判定される。第 2の平滑器 17 bの信号レベルが V c 以上である場合は体動判定手段 26により寝具上で人体が粗体動を生起したと判定される。次に、在床判定手段 25の信号がある場合にはタイマー 8により計時動作が開始される。ただし、この計時動作は不在判定手段 24または体動判定手段 26の信号によりリセットされる。そして、入眠判定手段 9ではタイマー 8により計時される計時時間が先に説明した設定時間 T 0を越えれば寝具上で人体が入眠したと判定される。
[0075] 上記作用により本実施例によれば、従来例の入眠判定の信号処理経路に従来例よりも増幅度の小さな増幅器を付加することにより、就寝者本人の体動と他人の動作による振動伝搬とを区別することが可能となり入眠判定に誤動作のない睡眠検出装置を提供することができるといった効果がある。
[0076] 本発明の第 10の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は F I G. 22に示すように、体動検出手段 4が第 2の実施例のように圧電素子 13、フィルタ一 14、増幅器 15、整流器 16、平滑器 17から構成され、平滑器 17の信号により心拍を検出して計数する心拍数検出手段 37と、所定時間内の心拍数の変化を演算する第 4 の演算手段 38とを有し、タイマー 8は平滑器 17の信号レベルが予め定められた第 5の設定値以上となり、かつ第 4の演算手段 38の演算値が平め定められた第 6の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始する点にあ o
[0077] この実施例の構成によれば、本発明は以下のように作用する。上記実施例と同様に平滑器 17の信号レベルにより不在、在床、粗体動が判定されるが、 F I G. 12 bおよび F I G. 13に示したように人体の心拍が検出可能であり、心拍検出手段 37により平滑器 17 の信号から心拍が検出され計数される。ここで F I G. 23に示すように人体に寝返り等の粗体動が生じると平滑器 17からはレベルの大きな信号が出力されるとともに、粗体動による一過性の心拍数の上昇が認められる。一方、他人が寝床周辺で歩き回った場合にもレベルの大きな信号が出力されるが、就寝者本人には心拍数の変化はない。したがって、粗体動時の心拍数の上昇を検出すれば他人の動きと就寝者本人の粗体動との区別が可能となる。そこで、心拍数検出手段 37により検出された心拍数に関して第 4の演算手段 38で所定時間内の心拍数の変化が演算され、平滑器 17の信号レベルが第 5の設定値 V a以上となりかつ第 4 の演算手段 38の演算値が予め定められた第 6の設定値以上となる度にタイマー 8では計時をリセットして新たな計時を開始する。これにより就寝者本人に粗体動が生じた場合のみ計時がリセットされ新たな計時が開始される。そして、入眠判定手段 9 ではタイマー 8により計時される計時時間が先に説明した設定時間 T 0を越えれば寝具上で人体が入眠したと判定される。ここで、上記第 5の設定値 V aは前記第 2の実施例における V a と同一のものである。
[0078] 上記作用により、就寝者本人に粗体動が発生した時に認められる心拍数の一過性の上昇を検出することにより、寝床近傍での他人の動きと就寝者本人の粗体動との区別が可能となり、入眠判定の誤動作が解消されるといった効果がある。
[0079] 本発明の第 1 1の実施例を以下に説明する。本実施例が上記の実施例と相違する点は、 F I G. 24に示すように、体動検出手段 4 がロードセルを使つた重量センサー 39と、重量センサー 39の信号を微分する微分器 40と、微分器 40からの信号を整流する整流器 41と、就寝者の体重を入力する入力手段 42と重量センサ一 39 により検出された重量が入力手段 42により入力された値の前後一定範囲内に存在していれば寝床内に就寝者が存在すると判定する在床判定手段 43とからなる点にある。尚、重量センサー 39 はべッドフレームに装着されている。
[0080] 上記構成により、あらかじめ使用者が入力手段 41により体重 W sを入力しておくと、 F 1 G. 25に示すように重量センサー 39により検出された重量 Wが入力手段 42により入力された値 W sの前後一定範囲内（W s ± A w ) に存在していれば在床判定手段 43により寝床内に就寝者が存在すると判定される。そして、在床が判定された場合は、就寝者に粗体動が生起すると一時的に重量センサ一 39の信号が変化するので、その信号の微分、整流値の信号レベル Dの値があらかじめ定められた閾値 D 0の値以上か否かが比較器 7により比較される。前記信号レベル Dが閾値 D 0の値以上であれば粗体動が生起したとしてその都度タイマー 8では計時をリセットし、前記信号レベルが閾値 D 0の値未満になった時点で新たに計時を開始する。そして入眠判定手段 9ではタイマー 8の計時時間がさきに説明した設定時間 T 0 を越えれば前記人体が入眠したと判定する。就寝者以外の人が就寝したり、物を寝床上に乗せた場合は、在床が判定されないので入眠を検出する動作は行なわれない。また、ベッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わつても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはない。上記作用により、重量センサーにより就寝者の体重を検出して在床を判定し、在床の場合のみ就寝者の粗体動を検出して入眠を判定するので、就寝者以外の人が就寝したり、物を寝床上に乗せた場合は、在床が判定されず入眠を検出する動作は行なわれない。また、ベッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わっても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはない。したがって、就寝者が在床した場合のみ入眠を判定するといった誤動作のない入眠判定ができるといった効果がある。
[0081] 以上の実施例については圧電素子を寝具に配設するものであつたが、ソファゃ勉強椅子等の家具に圧電素子を配設した構成で入眠を検出してもよい。また、便座や'バスタブに圧電素子を配設した構成で入眠を検出してもよい。
[0082] 以上、本発明の実施例について述べたが、本発明の応用分野としては、上記以外にも数多くあり、例えば快適な睡眠環境を実現するための空調機、照明機器、映像音響機器等の制御信号としての用途や、不眠症の治療等臨床分野での睡眠実験用の測定機器としての用途、病院や在宅ケアにおける睡眠管理や在床管理用の監視機器としての用途等、幅広く応用され実用性が高いものである。
[0083] 産業上の利用可能性
[0084] 以上説明したように本発明の睡眠検出装置によれば次の効果が得られる。
[0085] 赤外線センサーにより体動を人体に非接触で検出し、粗体動が停止した安静状態の維続時間といった簡単な変数から入眠を判定するので、従来のように脳波や眼球運動、脈波を検出する検出手段を人体に装着せず、非接触で容易に入眠を検出することができるといった効果がある。
[0086] また、寝具に圧電素子を配設して体動を検出しているので、赤外線センサーでは検出できない寝具に覆われた部位の動きも検出することが可能であり、精度よく粗体動を検出して入眠を判定することができるといった効果がある。
[0087] また、前記圧電素子は可とう性を有し、テープ状に成形されているため、寝具に配設しゃすい。
[0088] また、端部に伸縮自在な伸縮部を有するとともに端部同士が着脱可能になる着脱部を各々の端部に設けたシート圧電素子が内蔵されているので、どんな寝具へも容易に装着可能であり、また寝具上で人体が激しい動きを行なっても伸縮部により衝撃が吸収されるので圧電素子を破壊から守ることができるといつた効果がある。
[0089] また、圧電素子により体動を人体に非接触で検出し、人体の細体動を検出して在床を判定し、在床の場合のみ安静状態の継続時間から入眠を判定するので、どんな人が就寝しても細体動が検出される限り入眠の判定が行なわれるといった効果がある。また、荷物のような無生命の物体が寝床上に置かれたり、べッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わつても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはなく、誤動作のない入眠判定ができるといった効果がある。
[0090] また、体動の大きさの個人差を考慮し、体動を検出するための設定値を使用者が任意に設定できる設定手段を設けたので、より確実に体動を検出して入眠を検出することができるといつた効果がある。
[0091] また、体動の大きさの個人差を考慮し、体動の大きさを逐次記憶し、体動を検出するための設定値を学習により求めるので、より確実に体動を検出して入眠を検出することができるといつた効果がある。
[0092] また、体動の静止時間の個人差を考慮し、体動静止時間の設定時間値を使用者が任意に設定できる設定手段を設けたので、より確実に入眠を検出することができるといった効果がある。
[0093] また、体動の静止時間の個人差を考慮し、体動静止時間の度数分布を演算して体動静止時間の設定時間値を求めるので、より確実に入眠を検出することができるといった効果がある。
[0094] また、入眠判定の信号処理経路に従来例よりも増幅度の小さな増幅器を付加することにより、就寝者本人の体動と他人の動作による振動伝搬とを区別することが可能となり入眠判定に誤動作のない睡眠検出装置を提供することができるといった効果がある。
[0095] また、就寝者本人に粗体動が発生した時に認められる心拍数の一過性の上昇を検出することにより、寝床近傍での他人の動きと就寝者本人の粗体動との区別が可能となり、入眠判定の誤動作が解消されるといった効果がある。
[0096] さらに、重量センサ一により就寝者の体重を検出して在床を判定し、在床の場合のみ就寝者の粗体動を検出して入眠を判定するので、就寝者以外の人が就寝したり、物を寝床上に乗せた場合は、在床が判定されず入眠を検出する動作は行なわれない。また、べッドメイクの際のようになんらかの行為により寝床に衝撃が加わつても在床の判定がない限りそれを粗体動として検出することはない。したがって、就寝者が在床した場合のみ入眠を判定するといった誤動作のない入眠判定ができるといった効果がある

权利要求:
Claims請求の範囲
1 . 寝床上の人体の動きを検出する体動検出手段と、前記体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 1 の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始する夕イマ一と、前記タイマーの計時時間が予め定め,られた設定時間を越えれば前記人体が入眠したと判定する入眠判定手段とからなる睡眠検出装置。
2 . 請求の範囲第 1項において、体動検出手段は、赤外線を検出する赤外線センサ一からなり、ベッドフレームや室内壁面に装着された睡眠検出装置。
3 . 請求の範囲第 1項において、体動検出手段は、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子と、前記圧電素子の各々の信号についてある特定の周波数成分をろ波するフィル夕一と、前記フィルターの信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の信号を整流する整流器と、前記整流器の信号を平滑化する平滑器とを有した睡眠検出装置。
4 . 請求の範囲第 3項において、圧電素子は、ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料を薄膜状にし、その両面に可とう性の電極膜を付着させ、テープ状に成形された睡眠検出装置。
5 . 請求の範囲第 3、 4項において圧電素子は、シート状の袋に内蔵され、前記袋の端部に伸縮自在な伸縮部を有するとともに、前記伸縮部の先端部同士が着脱可能になる着脱部を前記端部の各々に設けた睡眠検出装置。
6 . 請求の範囲第 1項において、体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 2の設定値未満であれば前記寝床上に人体が存.在しないと判定する不在判定手段と、前記信号レベルが前記第 2の設定値以上でありかつ予め定められた第 3の設定値未満であれば前記寝床上に人体が安静状態で存在すると判定する在床判定手段と、前記信号レベルが前記第 3の設定値以上であれば前記寝床上で人体が寝返り等の粗大な体動を生起したと判定する粗体動判定手段とを有し、タイマ一は不在が判定されるかまたは粗大な体動が判定される度に計時をリセットし在床が判定されると計時を開始する睡眠検出装置。
7 . 請求の範囲第 6項において、体動検出手段の信号レベルを表示する表示手段と、前記表示手段により表示された信号レべルに基づき第 2設定値と第 3の設定値とを手動で変更可能な第 1 の設定手段を設けた睡眠検出装置。
8 . 請求の範囲第 6項において、在床判定手段により在床が判定されると体動検出手段の信号レベルをあらかじめ定められた周期でサンプリングし記憶する第 1 の記憶手段と、前記第 1 の記憶手段に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演算する第 1 の演算手段と、前記最小値を第 2の設定値とし前記最大値を第 3 の設定値として更新する第 2 の設定手段とを有した睡眠検出装置。
9 . 請求の範囲第 1項において、設定時間を手動で設定可能な第 3の設定手段を設けた睡眠検出装置。
1 0. 請求の範囲第 1 項において、タイマーの計時がリセットされる度に前記タイマーの計時時間を記憶する第 2の記憶手段と、前記第 2の記憶手段に記憶された計時時間の度数分布を演算する第 2 の演算手段と、前記度数分布においてある時間丁までの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定められたある値となるよう前記時間 Τを演算して求める第 3の演算手段と、一定期間毎に上記の記憶、演算動作を行なって時間 Τを設定時間として設定し更新する第 4 の設定手段とを有した睡眠検出装置。
1 1 . 請求の範囲第 1項において、体動検出手段は、寝具に配設された少なくとも 1 つの圧電素子と、前記圧電素子の各々の信号についてある特定の周波数成分をろ波するフィルターと、前記フィルターの信号を増幅する第 1 の増幅器と、前記第 1 の増幅器より増幅度が小さく前記フィルターの信号を増幅する第 2 の増幅器と、前記第 1 の増幅器の信号を平滑化する第 1 の平滑器と、前記第 2の増幅器の信号を平滑化する第 2の平滑器とを有し、前記第 1 の平滑器の信号レベルが前記第 2の設定値未満であれば前記寝具上に人体が存在しないと判定する不在判定手段と、前記第 1 の平滑器の信号レベルが前記第 2の設定値以上でありかつ前記第 2の平滑器の信号レベルが予め定められた第 4の設定値未満であれば前記寝具上に人体が安静状態で存在すると判定する在床判定手段と、前記第 2の平滑器の信号レベルが前記第 4の設定値以上であれば前記寝具上で人体が粗大な体動を生起したと判定する粗体動判定手段とを有した睡眠検出装置。
12. 請求の範囲第 1項において、体動検出手段の信号により心拍を検出して計数する心拍数検出手段と、所定時間内の心拍数の変化を演算する第 3の演算手段と、前記体動検出手段の信号レベルが予め定められた第 5 の設定値以上となりかつ前記第 3 の演算手段の演算値が予め定められた第 6の設定値以上となる度に計時をリセットして新たな計時を開始するタイマ一とを有した睡眠検出装置。
13. 請求の範囲第 1項において、体動検出手段はロードセルを使った重量センサ一からなり寝具やべッドフレームに装着されるとともに、前記重量センサーにより就寝者の体重を検出することにより寝床上の就寝者の在 · 不在を判定する在床判定手段を有した睡眠検出装置。

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