(57)【要約】【課題】人体の振動の検出信号を用いて簡便な方法により体動の大きさを多段階で判定することができる体動判定装置を提供する。【解決手段】体動判定装置１０は、人体の動きによる振動を検出する振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃと、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号に基づいて人体の振動レベルを算出する演算部１２と、演算部１２で算出された振動レベルから、予め設定された線形関係に基づいて人体の体動レベルを判定する判定部１３とを備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の動きによる振動を検出する少なくとも１個のセンサと、
前記センサの検出信号に基づいて前記人体の振動レベルを算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記振動レベルから、予め設定された線形関係に基づいて前記人体の体動レベルを判定する判定部とを備えた体動判定装置。
【請求項２】
人体の動きによる振動を検出する少なくとも１個のセンサと、
前記センサの検出信号に基づいて前記人体の振動レベルを算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記振動レベルから、予め設定された線形関係に基づいて前記人体の体動レベルを判定する判定部とを備え、
前記線形関係は、前記体動レベルが安静と判定されるときの前記振動レベルの下限値と前記体動レベルが体動小と判定されるときの前記振動レベルの下限値とに基づいて定められる体動判定装置。
【請求項３】
前記センサを複数個備えた請求項１又は２に記載の体動判定装置。
【請求項４】
前記演算部は、複数個の前記センサに重み付けを行ってから前記振動レベルを算出する請求項３に記載の体動判定装置。
【請求項５】
前記振動レベルは、所定時間内に検出された前記検出信号の最大絶対振幅値である請求項１から４のいずれか一項に記載の体動判定装置。
【請求項６】
前記振動レベルは、所定時間内に検出された前記検出信号のエネルギーの総和である請求項１から４のいずれか一項に記載の体動判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の振動を検出して体動を判定する体動判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生活リズムが夜型になり不眠や眠りが浅いなど睡眠に関する問題を抱える人が多くなってきている。質の高い良好な睡眠が取れていないと昼間に眠気に襲われるなど、日常生活に支障をきたしてしまう。そこで人の睡眠状態に合わせて覚醒光や振動枕を適切に制御して質の高い良好な睡眠を提供する装置が提供されている。このような装置では、心拍数や呼吸数、体動などの人体の情報をセンサにより検出し、検出結果に基づいて睡眠状態を判断している。
【０００３】
特許文献１には、人体の下に配置した超音波振動センサから得られた振動データを所定の単位時間、例えば１秒毎にグループ化し、当該グループの中の振動データの最大値と最小値の差を振幅値の大きさとし、それが規定の値を上回ると体動が発生したと判定する睡眠状態推定システムが開示されている。これにより、人体がノンレム睡眠からレム睡眠へ移行した時刻を推定する。
【０００４】
特許文献２には、就寝者の下にマトリクス状に配置された感圧素子より圧力分布（２値画像）を取得し、圧力分布の変化より体動を判定する生体情報表示装置が開示されている。この装置は、就寝者の状態について体動の有り無し判定を行い、体動無しの場合はさらに微動有り無し判定を行うことにより、体動有り、微動有り、体動無しの３段階に就寝者の状態を分類し、それに基づいて就寝者の寝姿勢を判定する。
【０００５】
特許文献３には、複数の身体活動検知手段を人体の体幹から体肢末梢部に至るまでの異なる複数部位に装着して、体幹活動と末梢活動から、これら身体活動検知手段から得られる出力データに基づいて上記複数部位の各活動レベルを判定し、上記複数部位の各活動レベルとその組み合わせから身体活動を判別する方法が開示されている。この方法によれば、体幹部側の部位の活動レベルと末梢部側の部位の活動レベル及びその組み合わせから身体活動を判別することにより、少数の身体活動検知手段で身体の大きな活動から小さな活動までを詳細に段階的に検出／判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６１５０３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４０４２号公報
【特許文献３】特開２００１−８７２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された睡眠状態推定システムでは、人体の体動発生の有無のみしか判定できず、体動の大きさについては判定できないという問題があった。特許文献２に開示された生体情報表示装置では、就寝者の状態を体動有り、微動有り、体動無しの３段階に分類するために２段階での判定を行っており、判定の処理プロセスが複雑になるという問題があった。特許文献３に開示された身体活動を判別する方法では、体幹から体肢末梢部に至るまでの複数部位に身体活動検知手段（センサ）を装着する必要があり、人が違和感を覚えるおそれがあった。また、各活動レベルの組み合わせから身体活動を判別するために判定の処理プロセスが複雑になるという問題があった。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明は、人体の振動の検出信号を用いて簡便な方法により体動の大きさを多段階で判定することができる体動判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る体動判定装置の特徴構成は、人体の動きによる振動を検出する少なくとも１個のセンサと、前記センサの検出信号に基づいて前記人体の振動レベルを算出する演算部と、前記演算部で算出された前記振動レベルから、予め設定された線形関係に基づいて前記人体の体動レベルを判定する判定部とを備えた点にある。
【００１０】
このような特徴構成とすれば、人体の動きにより発生した振動レベルに基づいて簡易な計算により体動レベルを判定することができ、振動レベルに応じた適切な体動レベルを判定することができる。また、線形関係の傾きと切片を調整することで、判定部の感度調整を容易に行うことができる。
【００１１】
本発明に係る体動判定装置の別の特徴構成は、人体の動きによる振動を検出する少なくとも１個のセンサと、前記センサの検出信号に基づいて前記人体の振動レベルを算出する演算部と、前記演算部で算出された前記振動レベルから、予め設定された線形関係に基づいて前記人体の体動レベルを判定する判定部とを備え、前記線形関係は、前記体動レベルが安静と判定されるときの前記振動レベルの下限値と前記体動レベルが体動小と判定されるときの前記振動レベルの下限値とに基づいて定められる点にある。
【００１２】
このような特徴構成とすれば、「安静」と「体動小」という、特に睡眠中に多く見られる体動による振動レベルに基づいて線形関係の設定を行うので、睡眠中の体動判定を精度良く行うことができる。
【００１３】
本発明に係る体動判定装置においては、前記センサを複数個備えると好適である。
【００１４】
人体が動く範囲内に複数個のセンサを備えることにより、人体が動いても常にその振動を検出することができる。
【００１５】
本発明に係る体動判定装置においては、複数個の前記センサに重み付けを行ってから前記振動レベルを算出すると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、例えば、人体が存在する場所で発生した振動に対して重みを付けて判定に用いることができるので、人体の体動をより正確に判定することができる。
【００１７】
本発明に係る体動判定装置においては、前記振動レベルは、所定時間内に検出された前記検出信号の最大絶対振幅値であると好適である。
【００１８】
このような構成とすれば、所定時間内で発生した最大の体動レベルを判定することができる。
【００１９】
本発明に係る体動判定装置においては、前記振動レベルは、所定時間内に検出された前記検出信号のエネルギーの総和であると好適である。
【００２０】
このような構成とすれば、瞬間的に発生した体動ではなく、所定時間全体を通して発生した振動レベルに基づいて体動レベルを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】体動判定装置を備えた寝具を表す斜視図である。
【図２】振動センサアセンブリの構成を表す概略図である。
【図３】振動センサアセンブリから出力される各振動センサの検出信号を例示する図である。
【図４】体動判定装置を含むシステム全体のブロック図である。
【図５】第１実施形態に係る体動判定装置において体動を判定するフローチャートである。
【図６】判定部における振動レベルと体動レベルとの関係を表すグラフである。
【図７】第１実施形態の変形例に係る体動判定装置において体動を判定するフローチャートである。
【図８】振動センサアセンブリから出力される各振動センサの検出信号の二乗和を表す図である。
【図９】演算部から出力される評価値を表す図である。
【図１０】第２実施形態に係る体動判定装置を備えた車両用座席を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態に係る体動判定装置１０を備えたベッド１を示す斜視図である。ベッド１は、体動判定装置１０、マットレス２８、照明付きヘッドボード２９を有している。マットレス２８は、ベッド１のベッドフレーム３０の上に載置されており、体動判定装置１０は、マットレス２８の底面とベッドフレーム３０の上面との間に設置されている振動センサアセンブリ１８と、振動センサアセンブリ１８から出力された信号を処理する信号処理部１１からなる。振動センサアセンブリ１８は２枚のセンサアセンブリシート１９、２０から構成されている。センサアセンブリシート１９、２０は、その長手方向がマットレス２８の短手方向と平行かつベッド１に横たわっている人体２の肩甲骨と臀部の周辺にくるように設置されている。
【００２３】
図２は振動センサアセンブリ１８の構成を表す概略図である。図２に示すように、センサアセンブリシート１９、２０は同じ大きさで、長手方向の長さが約６００ミリメートル、短手方向の長さが約１５０ミリメートルの長方形状である。センサアセンブリシート１９の内部には３個の振動センサ１９ａ，１９ｂ，１９ｃが内蔵され、センサアセンブリシート２０の内部には３個の振動センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが内蔵されている。これらの振動センサ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（以下６個の振動センサを一括して表現するときは、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃと称する）は人体２の振動を検出して振動の大きさに応じた検出信号を出力する。振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃは本発明におけるセンサの一例である。図３に、振動センサアセンブリ１８から出力される振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号例を示す。
【００２４】
次に、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃから出力された検出信号の処理について、図４〜図６を用いて説明する。図４は体動判定装置１０を含むシステム全体のブロック図である。体動判定装置１０は、ベッド１の上で寝返りを打つ動きや四肢を動かす動き等により人体２が発生させる振動を振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃで検出し、その検出信号に基づいて人体２の体動レベルを判定する装置である。体動判定装置１０の信号処理部１１は、演算部１２と判定部１３とにより構成されている。演算部１２では、入力された振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号から体動判定に用いる振動レベルの信号を生成する。判定部１３では、演算部１２から出力された振動レベルの信号に基づいて体動レベルを判定し、その結果を出力する。
【００２５】
図５は、体動判定装置１０において、ベッド１に横たわっている人体２の体動レベルを判定するための処理フローを示す。本実施形態に係る体動判定装置１０において、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃはそれぞれ０．０１秒間隔で検出信号を出力し、２０秒毎にそれまでの検出信号、すなわち１２０００の検出信号から最大値を抽出し、その最大値に基づいて人体２の体動を判定する。なお、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出間隔は０．０１秒に限られるものではなく、これより間隔が長くても短くても良い。また、最大値の抽出も２０秒毎に限られるものではなく、これより間隔が長くても短くても良い。
【００２６】
図５のフローで示すように、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃで振動が検出されると（Ｓ５１）、センサごとに検出信号を出力し、６つの検出信号が信号処理部１１の演算部１２に入力される。演算部１２に入力された６つの検出信号は絶対値に変換された後（Ｓ５２）、最大の絶対値、すなわち最大値を抽出する（Ｓ５３）。抽出された最大値は過去に蓄積された検出信号の最大値との比較が行われ、大きい方の最大値が不図示のＲＡＭ等に保存される（Ｓ５４）。以上のような処理が２０秒間に亘り行われ（Ｓ５５）、２０秒間の振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の最大値が振動レベル信号（以下、単に振動レベルとも称する）として出力され、判定部１３に入力される。
【００２７】
判定部１３では、演算部１２から出力された振動レベルに基づいて「不在」，「安静」，「体動小」，「体動中」，「体動大」の５段階で体動レベルを判定する（Ｓ５６）。判定部１３においては、振動レベルが大きいほど大きな体動が生じたと判定される。本実施形態においては、振動レベルから体動レベルを算出するために１次関数式を用いる。そのため、図６に示すように、振動レベルと体動レベルとの間においては、各体動レベルの判定の根拠となる振動レベルの下限値同士を結ぶと、１本の直線になる線形関係を有する。このように、１次関数式で体動レベルを算出することにより、簡易な計算により体動レベル値を得ることができ、振動レベルに応じた適切な体動レベルを判定することができる。また、１次関数の傾きと切片を調整することで、判定部１３の感度調整を容易に行うことができる。
【００２８】
次に１次関数式の決定方法について説明する。まず、実際に人体２がベッド１の上で体動レベルが「安静」の状態と「体動小」の状態となるように動き、その時の振動レベルを測定する。そして、体動レベルが「安静」と判定される振動レベルのうちその下限値をＸ１、「体動小」と判定される振動レベルのうちその下限値をＸ２と定め、振動レベルがＸ１以上Ｘ２未満のときを「安静」と判定するように決める。このとき、振動レベルＸ２と振動レベルＸ１との差、すなわち振動レベルＸ１からＸ２までの振動レベルの増加量をＤＸとする。そして振動レベルＸ２に同じ増加量ＤＸだけ加えた値を「体動中」と判定される振動レベルの下限値Ｘ３、振動レベルＸ３に同じ増加量ＤＸだけ加えた値を「体動大」と判定される振動レベルの下限値Ｘ４とそれぞれ定める。このようにすることで、体動レベルが１段階上がる（体動が大きくなる）ために必要な振動レベルの増加量を一定にすることができ、振動レベルと体動レベルとの関係を線形関係にすることができる。
【００２９】
実際にベッド１上で人体２の体動レベルを判定するのは人体２の就寝中（睡眠中）であり、このとき人体２の体動レベルの大半は「安静」又は「体動小」である。よって、上述したように「安静」と判定される振動レベルの下限値Ｘ１と「体動小」と判定される振動レベルの下限値Ｘ２に基づいて振動レベルと体動レベルの間の相関関係を線形関係である１次関数式として定めることにより、簡便な方法で人体２の体動レベルを正確に判定することができる。
【００３０】
判定部１３で体動レベルが判定されると、判定結果がコントローラ２３に出力される（Ｓ５７）。そして、継続して体動判定をしないのであれば（Ｓ５８のＹｅｓ）、体動判定を終了する。継続して体動判定をするのであれば（Ｓ５８のＮｏ）、判定部１３に入力された振動レベルをリセットして（Ｓ５９）、次の体動判定のサイクルを開始する。
【００３１】
一般に、人体２の体動が大きいほど睡眠深度が浅いと言われている。図４に示すように、コントローラ２３は、体動レベルの判定結果に応じて人体２により快適な質の高い睡眠環境を提供するために、照明２４、エアコン２５、カーテン２６、振動枕２７などを判定された体動レベルに応じて最適な状態になるように制御する。
【００３２】
このような構成とすることにより、２０秒間で発生した最大の振動レベルに基づいて体動レベルを検出することができる。また、本実施形態に係る体動判定装置１０が備えられたベッド１では、体動判定装置１０が人体２の存在の有無のみならず、人体２の体動の大きさまで判定するので、人体２に対しより快適な質の高い睡眠環境を提供することが可能になる。
【００３３】
本実施形態においては、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃを用いて人体２の振動を検出したがこれに限られるものではない。空気圧センサや加速度センサ等、人体２の振動を間接的に取得できるものも用いることができる。また、振動センサの個数も６個に限られるものではない。人体２の振動を検出するために１個以上は必要であるが、振動が正確に検出できるのであれば６個より多くても少なくてもよい。
【００３４】
本実施形態においては、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号を直接体動判定装置１０の演算部１２に入力したがこれに限られるものではない。振動に関する信号を効率的に抽出するため、検出信号にフィルタ処理を施し、ノイズ成分を除去してから演算部１２に入力するようにしても良い。
【００３５】
本実施形態においては、判定部１３での体動レベルの算出に１次関数式を用いたがこれに限られるものではない。例えば２次関数式や指数関数式を用いても良い。
【００３６】
〔第１実施形態の変形例〕
次に、本発明の第１実施形態の変形例を図面に基づいて説明する。以下の変形例の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。本変形例の体動判定装置１０においては、演算部１２での振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の処理方法が第１実施形態と異なっており、検出信号のエネルギーの総和を算出し、それを判定部１３への入力値（振動レベル）としている。その他の構造は同じである。
【００３７】
図７に、本変形例に係る体動判定装置１０において、ベッド１に横たわっている人体２の体動レベルを判定するための処理フローを示す。図７のフローで示すように、各振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃで振動が検出されると（Ｓ７１）センサごとに検出信号を出力し、６つの検出信号が信号処理部１１の演算部１２に入力される。演算部１２に入力された６つの検出信号は二乗された後（Ｓ７２）、６つの検出信号の二乗値を合計する（Ｓ７３）。体動判定装置１０において、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃは第１実施形態と同様にそれぞれ０．０１秒間隔で検出信号を出力し、２０秒毎に人体２の体動を判定する。そのため、演算部１２は０．０１秒毎に出力される６つの検出信号の二乗和を２０秒間が経過するまで順次積算し（Ｓ７４，Ｓ７５）、２０００の二乗和を評価値すなわち検出信号のエネルギーの総和として出力する。出力された評価値は振動レベルとして判定部１３に入力される。図８に６個の振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の二乗和の例を表す図を示す。図９に検出信号の二乗和を２０秒間積算した評価値の例を表す図を示す。
【００３８】
判定部１３では、第１実施形態と同様、演算部１２からの入力値に基づいて「不在」，「安静」，「体動小」，「体動中」，「体動大」の５段階で体動レベルを判定する（Ｓ７６）。ただし、第１実施形態においては入力値が２０秒間の振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の最大値であったのに対し、本変形例では検出信号の二乗和を２０秒間積算した評価値が入力値になるため、振動レベルの下限値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の値は第１実施形態とは異なる。しかし、体動レベルが「安静」と判定される下限値Ｘ１と「体動小」と判定される下限値Ｘ２に基づいて下限値Ｘ３，Ｘ４の値を定めて１次関数式を用いて体動レベルを算出することは第１実施形態と同様である。
【００３９】
このような構成とすることにより、２０秒間を通して発生した振動レベルに基づいて体動レベルを検出することができる。
【００４０】
第１実施形態及び本変形例においては、６個の振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号を均等に処理したが、これに限られるものではなく、検出信号に重み付けを行って処理しても良い。例えば、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃのそれぞれに隣接して荷重センサを配置して、振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号と同時に荷重センサからの荷重も検出するように構成する。そして、６個の荷重センサからの検出信号に基づき大きな荷重が発生している荷重センサを特定し、その荷重センサに隣接した振動センサからの検出信号を重くするように重み付けを行って演算部１２で信号処理を行うようにしても良い。このような構成にすることにより、人体２が存在する場所で発生した振動に重みを付けて体動を判定できるので、人体２の体動をより正確に判定することができる。
【００４１】
第１実施形態及び本変形例においては、振動レベルとして所定時間（２０秒）毎に振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の最大値（第１実施形態）、又は検出信号のエネルギーの総和（変形例）を判定部１３に入力するように構成したがこれに限られるものではない。例えば、２０秒間の振動センサ１９ａ〜１９ｃ，２０ａ〜２０ｃの検出信号の平均振幅値を判定部１３に入力するように構成されても良い。
【００４２】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は第２実施形態を表す車両用座席３の模式図である。この車両は体動判定装置１０を搭載している。その信号処理部１１はＥＣＵ３９上に実装されており、振動センサアセンブリ１８は車両用座席３の背もたれ部に内蔵されている。
【００４３】
この体動判定装置１０の構成、動作は第１実施形態又はその変形例と同じなので詳細な説明は省略する。ただし、本実施形態では、体動判定装置１０は車両に搭載されており、その目的は居眠り運転の防止である。従って、例えば、体動レベルが「安静」と所定回数連続して判定されたときは、ＥＣＵ３９上にあるコントローラ２３は運転者が強い眠気又は睡眠状態にあると判定し、運転者に覚醒を促すように各種デバイスを制御する。例えば、運転者に何らかの刺激を与える睡眠覚醒デバイス４１を動作させる。また、不図示のエアコンの風を運転者の顔に吹き付けたり、不図示の車内音響機器のボリュームを上げるなど、他の方法で運転者に覚醒を促すようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、人体の振動を検出して体動を判定する体動判定装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
２        人体
１０      体動判定装置
１２      演算部
１３      判定部
１９ａ    振動センサ（センサ）
１９ｂ    振動センサ（センサ）
１９ｃ    振動センサ（センサ）
２０ａ    振動センサ（センサ）
２０ｂ    振動センサ（センサ）
２０ｃ    振動センサ（センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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