(57)【要約】      （修正有）【課題】設置箇所から伝わる振動の影響を排除して検出したい対象物体の微小な変位を高精度に検出すること。【解決手段】観察空間内に存在する人体に送信波である超音波を送波し、その反射波をマイク１０２で受波して人体の呼吸に伴う胸郭の動き（変位）を検出するセンサユニット１０は、振動量計測部１０８から入力した振動量から算出した送信波ずれ時間又は反射波ずれ時間に基づいて、スピーカー１０１から送波する超音波のＤ／Ａ変換部１０４によるＤ／Ａ変換動作と、マイク１０２で受波する反射波のＡ／Ｄ変換部１０７によるＡ／Ｄ変換動作を、振動量によるずれ時間を排除されるように遅らせたり進ませたりする送受波制御部１０９を備えている。【選択図】図２
2019168431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記送波部による前記送信波のデータのＤ／Ａ変換動作を、前記補正前送波時刻から前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に行わせるとともに、
前記受波部による前記反射波のＡ／Ｄ変換動作を、前記補正前受波時刻から前記反射波ずれ時間だけずらした時刻に行わせることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記送信波のデータに内挿関数を適用して前記サンプリングの時点から前記送信波ずれ時間だけずれた時点の補間データを求め、前記送波部による当該補間データのＤ／Ａ変換を行わせ、
前記受波部によりＡ／Ｄ変換された前記反射波のデータに内挿関数を適用して、当該反射波のデータをサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点のデータに置き換えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
所定周期よりも短い短周期にてアップサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記記憶部に記憶された前記送信波のデータのうち、前記所定周期のデータを前記送信波ずれ時間だけずらして選択したデータを、前記送波部によりＤ／Ａ変換させて送波させ、
前記受波部により前記所定周期でＡ／Ｄ変換された前記反射波のデータを前記短周期でアップサンプリングし、当該アップサンプリング前のデータを当該データのサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点の当該アップサンプリング後のデータに置き換えることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載のセンサ装置を有し、前記変位情報を入力する入力部を備える制御装置を少なくとも有する変位判定システムであって、
前記制御装置は、前記変位情報が所定時間に亘って停止判定閾値を下回ると、前記対象物体の活動停止を判定して外部に警報出力することを特徴とする変位判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの設置環境から伝わる微小な振動の影響を排除するセンサ装置及び該装置を利用して対象物体の微小な変位の有無を判定する変位判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は、その音響特性を利用して反射物体の検出や状態判定に適していることが知られている。このため、反射式の超音波センサは、医療現場での超音波エコー装置、漁業における魚群探知機、建築分野における建物などの非破壊検査装置、自動ドアの人感知センサなど幅広く利用されている。反射式の超音波センサは、超音波パルスを出力し、人や物に反射した反射波を受波する。このパルスの出力から受波までの時間差（ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ））と伝搬速度から反射体までの距離とその変化を計測し、人や物の存在や動きを検出している。
【０００３】
特許文献１には、超音波センサを新生児用の保育器に設置し、新生児に向けて出力した超音波の反射の様子を観察することにより、新生児の心拍や呼吸による微小な変動を検出する超音波式の生体監視装置が開示されている。この超音波センサは、超音波を出力してから反射波を受波するまでの時間から微小な変動を捉えるものである。
【０００４】
しかしながら、例えば一般家庭において新生児のみならず就寝中の大人について呼吸などによる微小な体動を検出する場合、特許文献１の方法のようにパルス状の超音波を送波してＴＯＦを測定するのは困難である。その理由として、人体の呼吸による胸郭の動きは、吸気時と呼気時で高々１［ｃｍ］程度の差であり、超音波を用いたＴＯＦの差は３０［μｓ］程度に相当している。一般的なバースト波では、そのバースト幅は数百［μｓ］とすることが多く、そのバースト長から３０［μｓ］程度のＴＯＦの差を捉えるには、測距装置に極めて高い精度が求められるからである。
【０００５】
そのため、呼吸などによる微動を検出するには、特許文献２に記載のようなパルス変調波を用いた方式が採用される。当該方式において、例えば８［ｋＨｚ］帯域幅の変調波を用いると、約２［ｃｍ］の距離分解能（送波から受波までの往復で考えると約１［ｃｍ］）が得られるものの、それでも胸郭の動きを具体的な距離の変化として検出するには十分とは言えない。よって、特許文献２では反射波の波形の時間変動から胸郭の動きを具体的な距離の変化として検出することで微動の有無の検出を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１５８５１７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献２に開示されるような微動センシング技術においては、壁や天井などから伝わる振動によりセンサユニット自体が振動し、その精度が劣化することがある。
【０００８】
センサユニット自体の振動は目視確認できないほどの微細なもの（例えば振幅１［ｍｍ］未満、周期１［Ｈｚ］前後）であるが、何らかの固定手段を用いてもその振動抑制は不可避である。このような微細な振動は反射体（対象物体）が生体・非生体に拘わらず、反射波の波形の時間変動として現れてしまい、微動検出の誤差の原因となりかねない。そのため、センサユニット自体が振動の影響を受けてしまうと、対象物体の微動を捉えて正確に判断することは非常に困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、人体などの対象物体の微小な変位を検出する装置において、壁や天井などから伝わる微細な振動の影響を排除して適正な状態検出を行うことができるセンサ装置及び該装置を利用して対象物体の微小な変位の有無を判定する変位判定システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明に係るセンサ装置は、対象物体の変位情報を算出するセンサ装置であって、
前記センサ装置の基準位置に対する振動量を検出する振動量計測部と、
前記対象物体に向けて送信波を送波可能な送波部と、
前記対象物体において反射した反射波を受波する受波部と、
前記振動量で振動している前記センサ装置から予め定めた補正前送波時刻に送波した場合の送信波の、前記基準位置の前記センサ装置から前記補正前送波時刻に送波したと仮定した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出して、前記送波部に前記送信波ずれ時間を排除した送波を行わせるとともに、
前記振動量で振動している前記センサ装置が補正前受波時刻に受波した場合の反射波の、前記基準位置の前記センサ装置が前記補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出して、前記受波部が前記反射波を受波する時刻から前記反射波ずれ時間を排除する送受波制御部と、
前記反射波ずれ時間が排除された前記反射波に基づいて前記対象物体の変位情報を算出する変位情報算出部と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るセンサ装置において、所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記送波部による前記送信波のデータのＤ／Ａ変換動作を、前記補正前送波時刻から前記送信波ずれ時間だけずらした時刻に行わせるとともに、
前記受波部による前記反射波のＡ／Ｄ変換動作を、前記補正前受波時刻から前記反射波ずれ時間だけずらした時刻に行わせるようにしてもよい。
【００１２】
さらに、本発明に係るセンサ装置において、所定周期でサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記送信波のデータに内挿関数を適用して前記サンプリングの時点から前記送信波ずれ時間だけずれた時点の補間データを求め、前記送波部による当該補間データのＤ／Ａ変換を行わせ、
前記受波部によりＡ／Ｄ変換された前記反射波のデータに内挿関数を適用して、当該反射波のデータをサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点のデータに置き換えるようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明に係るセンサ装置において、所定周期よりも短い短周期にてアップサンプリングされた前記送信波のデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記送受波制御部は、
前記記憶部に記憶された前記送信波のデータのうち、前記所定周期のデータを前記送信波ずれ時間だけずらして選択したデータを、前記送波部によりＤ／Ａ変換させて送波させ、
前記受波部により前記所定周期でＡ／Ｄ変換された前記反射波のデータを前記短周期でアップサンプリングし、当該アップサンプリング前のデータを当該データのサンプリングの時点から前記反射波ずれ時間だけずれた時点の当該アップサンプリング後のデータに置き換えるようにしてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る変位判定システムは、上述したセンサ装置を有し、前記変位情報を入力する入力部を備える制御装置を少なくとも有する変位判定システムであって、
前記制御装置は、前記変位情報が所定時間に亘って停止判定閾値を下回ると、前記対象物体の活動停止を判定して外部に警報出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のセンサ装置によれば、振動計測部でセンサ装置が設置される壁や天井などから伝わる振動を検出し、この検出した振動量に基づいてセンサ装置自体の振動の影響を排除することができるため、人体の呼吸に伴う胸郭の動きのような微小な変位を正確に検出することができる。
【００１６】
また、本発明の変位判定システムによれば、センサ装置は、設置される壁や天井などから伝わる振動をキャンセルして検出したい対象物体の微小な変位を高精度に検出することができるため、該装置で得られた変位情報は信頼性が高い。そのため、この変位情報に基づいて対象物体の停止判定を行うことで、対象物体の活動停止の状態を高精度に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る変位判定システムの概要を示す概念図である。
【図２】センサユニットの機能ブロック図である。
【図３】送信波として送波される超音波（スイープ信号）の一例を示す波形図である。
【図４】センサユニットが振動の影響を受けたときの状態を説明するための模式図である。
【図５】振動量に基づき送信波及び受信波のＤ／Ａ又はＡ／Ｄ変換タイミングを可変した状態を模式的に示した図である。
【図６】反射波を復調した復調波を模式的に示した波形図である。
【図７】受波した反射波の復調波データと振動量を排除した反射波の復調波データを重ねた模式図である。
【図８】センサユニットの一連の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
なお、本明細書に添付する図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。従って、添付した図面を用いて説明する実施の形態により、本発明が限定されず、この形態に基づいて当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、実施例及び運用技術などは全て本発明の範疇に含まれるものとする。
【００２０】
また、本明細書において、添付する各図を参照した以下の説明において、方向乃至位置を示すために上、下、左、右の語を使用した場合、これはユーザが各図を図示の通りに見た場合の上、下、左、右に一致する。
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態として、本発明に係るセンサ装置を人物の状態を検知する生体検知技術に応用した実施形態について説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る変位判定システム１について、図１〜８を適宜参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、変位判定システム１を模式的に示した図である。図１に示すように、変位測定システム１は、対象物体が存在する観察空間（部屋）内における上方（天井や壁面）に取り付けられるセンサユニット（請求項におけるセンサ装置に相当）１０と、センサユニット１０からの信号を無線又は有線で受信し、例えば胸郭付近の動きが無くなった場合には呼吸停止の可能性があるとして図示しない所定の通知先である警備会社などに通報する制御装置２０とで構成される。
【００２４】
本実施形態において、センサユニット１０により変位を検出する対象物体は、ベッド１１に仰向きに横臥した就寝中の人体１２であり、検出対象となる微小な変位は呼吸に伴う胸郭の動きである。
【００２５】
また、センサユニット１０は、対象物体に送信波を送波して確実に受信波が受けられる位置に設置される。本実施形態では、センサユニット１０が横たわる人のほぼ真上の天井に下向きに向けられている。センサユニット１０は、天井や壁などの設置箇所から微小な振動を受けることが不可避であるが、本発明によりその振動の影響を排除することができる。
【００２６】
次に、図２を参照しながらセンサユニット１０の構成について説明する。
センサユニット１０の筐体外部には、送信波を送波するスピーカー１０１と、スピーカー１０１から送波された送信波が対象物体にて反射した反射波を受信波として受波するマイク１０２が設けられている。図２に示すように、スピーカー１０１の送波部分とマイク１０２の受波部分は、対象物体に向いた状態でセンサユニット１０の下方（設置面と対向する面）に配置されている。
【００２７】
また、センサユニット１０の内部構成としては、変調波記憶部１０３と、Ｄ／Ａ変換部１０４と、スピーカーアンプ１０５と、マイクアンプ１０６と、Ａ／Ｄ変換部１０７と、振動量計測部１０８と、送受波制御部１０９と、受信波復調部１１０と、変位情報算出部１１１と、復調波記憶部１１２と、出力部１１３とを備えている。
【００２８】
なお、特許請求の範囲でいう「送波部」とは、スピーカー１０１、Ｄ／Ａ変換部１０４及びスピーカーアンプ１０５の総称であり、「受波部」とは、マイク１０２、マイクアンプ１０６及びＡ／Ｄ変換部１０７の総称である。
【００２９】
変調波記憶部１０３は、超音波帯域におけるパルス性変調波やバースト波などのデジタル信号を記憶しており、例えば半導体メモリやハードディスクドライブなどから構成される。ここで、パルス性変調波とは、周波数を直線的に変化させた周波数変調や、Ｍ系列などを使った位相変調波を指し、復調して物体の位置をパルス的に捉えることで高精度に距離を測ることができる。また、バースト波とは、単一の周波数（例えば４０［ｋＨｚ］）の信号を非常に短い時間（１［ｍｓ］未満）で出力するもので、復調処理ではその包絡線検波を行い、そのピーク位置で距離を測ることができる。
【００３０】
本実施形態の変調波記憶部１０３は、周波数変調させたパルス性変調波であるスイープ信号のデジタルデータを予め記憶している。図３のグラフ３０は、スイープ信号の波形を例示したものであり、グラフ３１は、当該スイープ信号の時間の時間−周波数特性を例示したものである。スイープ信号は、振幅は一定ながらも周波数が時間的に変化する性質を有する信号であり、図３の例では周波数が時間経過と共に徐々に下降してゆく。このような信号を用いることで、単純なパルス信号を出力するよりも受信パワーが確保され、測距結果の分解能が向上することが知られている。例えば、周波数を３２［ｋＨｚ］から２４［ｋＨｚ］の幅で周波数を変化させることで、センサユニット１０からの距離について約２［ｃｍ］の分解能とすることができる。
【００３１】
以下、本実施形態では、可聴域外のスイープ信号を送信波として採用するのでスピーカー１０１から送波される送信波を「超音波」として表記する。
【００３２】
Ｄ／Ａ変換部１０４は、送受波制御部１０８の出力指示に従ったタイミングで変調波記憶部１０３からスイープ信号のデジタルデータを読み出して、読み出したデジタルデータをＤ／Ａ変換する。
【００３３】
スピーカーアンプ１０５は、Ｄ／Ａ変換部１０４から出力したアナログデータを増幅してスピーカー１０１を駆動する。これにより、スピーカー１０１から対象物体及び参照物体に向けて超音波が送波される。送波された超音波は、対象物体にて反射し、この反射した反射波をマイク１０２で受波する。マイク１０２で受波した反射波は、電気信号（アナログ信号）に変換される。
【００３４】
マイクアンプ１０６は、マイク１０２で変換されたアナログ信号を増幅する。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換部１０７は、マイクアンプ１０６で増幅されたアナログ信号をデジタル信号（デジタルデータ）に変換して送受波制御部１０９の出力指示に従って受信波復調部１１０に出力する。
【００３６】
振動量計測部１０８は、センサユニット１０が受ける振動量（基準位置から移動した距離）を直接検出する手段であり、センサユニット１０の鉛直方向への振動量を検出可能なセンサ機器（例えば周知の加速度センサ）で構成される。振動量計測部１０８は、鉛直方向下向き、すなわちセンサユニット１０から人体１２に向かう下向きの方向を正の値とし、計測した加速度からセンサユニット１０全体の微細な振動量を計測する。得られた振動量は、送受波制御部１０９に出力され、後述のようにセンサユニット１０の振動の影響を排除するために使用される。
【００３７】
なお、振動量計測部１０８は、センサユニット１０を導入してから電源が投入され、動作が安定した状態における一時刻での位置を基準位置として振動の検出動作が開始されると、振動の有無に拘わらず常時検出信号が送受波制御部１０９に出力される。よって、振動が検出されたときは、振動量が０でないことを示す検出信号が出力され、振動が検出されないときは、振動量が０であることを示す検出信号が出力される。
【００３８】
送受波制御部１０９は、超音波を送波するタイミングを制御する機能と、送信波と反射波との対応付けを行う機能を有する。本実施形態において、送信波の送波タイミングは２００［ｍｓ］毎である。ちなみに、本実施形態において呼吸などに伴う胸郭の動きの有無を判定するために必要な計測回数Ｌは１５である。
本実施形態では、図３に示すスイープ信号（符号３０）の時間長を１２８［ｍｓ］とし、図１に示すセンサユニット１０が人体１２の直上２［ｍ］程の位置に取り付けられているとする。
【００３９】
また、送受波制御部１０９は、振動量計測部１０８から入力した振動量に基づき、スピーカー１０１から送波する送信波のＤ／Ａ変換動作を振動量によるずれ時間を排除した時刻にするとともに、マイク１０２で受波する反射波のＡ／Ｄ変換動作を振動量によるずれ時間を受波した時刻から排除した時刻にする制御を行い、反射波を得る。
つまり、予め定めた時間間隔によって決まるずれ時間排除前の送波時刻を補正前時刻、排除後の送波時刻を単に送波時刻、送波時刻を基準にして決まるずれ時間排除前の受波時刻を補正前受波時刻とすると、送受波制御部１０９は、振動量計測部１０８で検出された振動量で振動しているセンサ装置１０から補正前送波時刻で送波された送信波の、基準位置にあるセンサ装置１０から補正前送波時刻に送波した場合の送信波に対する送信波ずれ時間を算出し、この送信波ずれ時間だけずらした時刻にＤ／Ａ変換部１０４によるＤ／Ａ変換動作を行わせる。また、振動量計測部１０８で検出した振動量で振動しているセンサ装置１０が補正前受波時刻に受波した反射波の、基準位置にあるセンサ装置１０が補正前受波時刻に受波した場合の反射波に対する反射波ずれ時間を算出し、マイク１０２が反射波を受波する時刻から反射波ずれ時間だけずらした時刻にＡ／Ｄ変換部１０７によるＡ／Ｄ変換動作を行わせている。これにより、あるタイミングでセンサユニット１０が受けた振動を相殺して恰もセンサユニット１０に微小な振動が無かったかのような計測結果を得ることができる。
【００４０】
ここで、振動量計測部１０８が求めた振動量を使い、送受波制御部１０９がセンサユニット１０の微小な振動の影響を排除する処理の考え方について図４を参照しながら説明する。
【００４１】
図４に示すようにセンサユニット１０に配置されたスピーカー１０１とマイク１０２を向けた方向を正として軸を考える。図４でいう右方向が図１でいうセンサユニット１０から人体１２に向かう方向になる。ある時刻において振動量計測部１０８の出力が０であり、センサユニット１０が基準位置４０に存在したとする。そして、計測時刻ｎにおいて、振動量計測部１０８が計測した振動量をｄｎと表記する。
【００４２】
図４では、図示のようにセンサユニット１０が符号４１に示すように振動して基準位置４０から図中右方向に（正の方向）ｄｎだけ移動した場合、センサユニット１０は、人体１２に近付く方向に動いていることを意味する。そのため、音速をＣと表記して何らかの処理をしないと送信波が距離ｄｎを伝搬するのに要する時間ｄｎ／Ｃだけ出力時刻が早まったことと等価になる。よって、送受波制御部１０９は、超音波の送波時刻を時間ｄｎ／Ｃだけ遅らせるようにＤ／Ａ変換部１０４のＤ／Ａ変換動作をずらすことで、ｄｎ＝０の場合と同じ超音波をスピーカー１０１から出力することができる。
【００４３】
逆に、センサユニット１０が図４とは逆方向（符号４１とは逆方向）に、すなわち振動して基準位置から図中左方向に（負の方向）ｄｎだけ移動した場合、センサユニット１０は、人体１２から離れる方向に動いていることを意味する。そのため、何らの処理をしないと送信波が距離ｄｎを伝搬するのに要する時間ｄｎ／Ｃだけ出力時刻が遅くなったことと等価になる。よって、送受信波制御部１０９は、超音波の送波時刻を時間ｄｎ／Ｃだけ早まるようにＤ／Ａ変換部１０４のＤ／Ａ変換動作をずらすことで、ｄｎ＝０の場合と同じ送信波をスピーカー１０１から出力することができる。
【００４４】
反射波の処理についても考え方は同様である。図示のようにセンサユニット１０が符号４１に示すように振動して基準位置から図中右方向に（正の方向）ｄｎだけ移動した場合、何らの処理をしないと反射波が距離ｄｎを伝搬するのに要する時間ｄｎ／Ｃだけ受波時刻が早まったことと等価になる。よって、送受波制御部１０９は、反射波を受波する時刻を時間ｄｎ／Ｃだけ遅らせるようにＡ／Ｄ変換部１０７のＡ／Ｄ変換動作をずらすことで、ｄｎ＝０の場合と同じように反射波をマイク１０２で受波することができる。
【００４５】
逆に、センサユニット１０が振動して基準位置から図中左方向に（負の方向）ｄｎだけ移動した場合、何らの処理をしないと反射波が距離ｄｎを伝搬するのに要する時間ｄｎ／Ｃだけ受波時刻が遅くなったことと等価になる。よって、送受信波制御部１０９は、反射波を受波する時刻を時間ｄｎ／Ｃだけ早まるようにＡ／Ｄ変換部１０７のＡ／Ｄ変換動作をずらすことで、ｄｎ＝０の場合と同じように反射波をマイク１０２で受波することができる。
【００４６】
図５は、送受波制御部１０９が超音波についてＤ／Ａ変換部１０４、反射波についてＡ／Ｄ変換部１０７の動作時刻を時間ｄｎ／Ｃに応じて変化させる際の処理を模式的に示した図である。図示のように、サンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］とすると、Ｄ／Ａ変換部１０４、Ａ／Ｄ変換部１０７は、１／Ｓ［ｓ］ごとの等間隔の変換動作を基準とする。
【００４７】
そこで本発明においては、各時刻での振動量ｄｎが得られると、それに応じてＤ／Ａ変換部１０４によるＤ／Ａ変換処理と、Ａ／Ｄ変換部１０７によるＡ／Ｄ変換処理の動作時刻を調整している。
図５では、センサユニット１０が図中右方向、つまり人体１２に近付いているので、動作時刻を本来の時刻、すなわち１／Ｓ［ｓ］毎の時刻よりも遅らせた状態を模式的に示している。当然のことながら、逆に、センサユニット１０が基準位置から図中左方向、つまり人体１２から離れる方向に移動した場合は、動作時刻を本来の時刻、すなわち１／Ｓ［ｓ］毎の時刻よりも早めることになる。
【００４８】
受信波復調部１１０は、Ａ／Ｄ変換部１０７が出力したデジタル信号を復調して復調後のデジタルデータを反射波データとして出力する。スイープ信号が復調された反射波データにはパルス性の波形が現れる。受信波復調部１１０が出力する反射波データは、送受波制御部１０９においてＤ／Ａ変換部１０４及びＡ／Ｄ変換部１０７がセンサユニット１０の振動量を加味した状態で動作時刻が制御された状態のデータとなる。
【００４９】
図６において、横軸は時間を表している。反射波データ４０の原点は、図３に示すスイープ波を送波する間隔（２００［ｍｓ］毎）から、送波毎に振動量計測部１０８にて検出された送波時のずれ時間を排除した時刻を基準にして、受波時のずれ時間だけＡ／Ｄ変換の時刻から変更した時刻とする。この際、Ａ／Ｄ変換の動作時刻について、スピーカー１０１からマイク１０２への回り込み波の到達時間を考慮してもよい。或いは、当該到達時間は、送波の間隔よりも遥かに短いため省略して近似しても大凡同様な効果を得ることができる。
また、ピーク時間はほぼ超音波の往復時間を表し、往復時間が長いとセンサユニット１０から超音波を反射させた物体までの距離が遠く、短いと距離が近いことを表している。
なお、本実施形態において、反射波データの長さは１２８［ｍｓ］である。
【００５０】
変位情報算出部１１１は、復調波記憶部１１２に記憶されている反射波データを計測回数Ｌ（１５時点分）だけ読み出し、変位情報を算出して出力部１１３に出力する。
【００５１】
変位情報算出部１１１は、現在の時刻から過去に１４フレーム（＝Ｌ−１）だけ遡った反射波データｘｉ，ｍ（ｎ）を用いるので、時間を追うと同じ反射波を繰り返し用いる。
なお、添え字ｉは現在の計測時刻、ｍは以下で述べるように平均処理などをするためのカウンタ（ｍ＝０，…，１４）、ｎはそれぞれの反射波における原点からの時刻をサンプリングした番号である。また、ｎは反射波データについての（離散的な）時間インデックスを表し、ｎが大きいほどセンサユニット１０から遠い位置を表している。
【００５２】
また、変位情報算出部１１１は、受信波復調部１１０から出力された反射波データｘｉ，ｍ（ｎ）を復調波記憶部１１２に記憶させる。同時に、復調波記憶部１１２は所定数、つまり計測回数Ｌ（＝１５）個だけ当該データを記憶するように古いデータから順に削除して更新する。
【００５３】
変位情報算出部１１１は、復調波記憶部１１２に記憶されている反射波データ（ｘｉ，ｍ（ｎ））を計測回数Ｌ（＝１５）だけ読み出し、変位情報を算出して出力部１１３に出力する。
【００５４】
現時刻から過去所定数分の反射波データの時間変化から対象物体の変位情報（すなわち、人体１２の胸郭の変位）を算出する。仮に人体１２が完全静止しているとすると、Ｌ個の系列ｘｉ，ｍ（ｎ），ｍ=０，…，１４（＝Ｌ−１）の中の人体１２に対応したｎの範囲Ｎ０≦ｎ≦Ｎ１は同じ値を持つことになる。
そこで、現フレームを含む直近Ｌ個の系列の変動度合いを評価することで人体１２の呼吸による胸郭の動き判定を行うことができる。
【００５５】
すなわち、下記数１を用いてｘｉ，ｍ（ｎ）の直近の１５（＝Ｌ）個の平均応答系列を算出する。
【００５６】
【数１】
2019168431.tif 000003
【００５７】
そして、平均応答系列ｙｉ（ｎ）と時間領域の信号ｘｉ，ｍ（ｎ）から下記数２若しくは数３を用いて変位情報Ｅ１，ｉ（又はＥ２，ｉ）を算出して出力部１１３に出力する。
【００５８】
【数２】
2019168431.tif 000004
【００５９】
【数３】
2019168431.tif 000005
【００６０】
図７は、受波した反射波の復調波データと、送受波制御部１０９において振動量計測部１０８で計測した振動量に応じて送受波制御部１０９がＤ／Ａ変換部１０４及びＡ／Ｄ変換部１０７の変換タイミングを制御した後の復調波データを重ねたグラフ６０が模式的に示されている。図中の矩形６１で囲われた部分における実線と点線で示したピークには対象物体である人体１２の胸郭の変位が現れており、振動の影響により反射のピーク時刻に変動があっても変位情報として把握できる状態となっている。
【００６１】
復調波記憶部１１２は、受信波復調部１１０で復調処理して得られた反射波データを記憶する。
【００６２】
出力部１１３は、変位情報算出部１１１で算出された変位情報Ｅ１，ｉ（又はＥ２，ｉ）を制御装置２０に出力する。
【００６３】
制御装置２０は、センサユニット１０との間で有線又は無線通信可能に接続されている。制御装置２０は、センサユニット１０との間及び所定の通知先との間で各種情報を通信（有線、無線は問わず）する通信部２１と、各時刻において得られた変位情報をセンサユニット１０から受信しそれが予め設定された閾値（停止判定閾値）以下となることが所定時間継続しているか否かの判定を行う判定部２２と、通信部２１と判定部２２を制御する制御部２３とを備えている。
【００６４】
本実施形態の変位判定システム１は、検出対象である人体１２の胸郭の変位（動き）を観察しており、予め設定された閾値として人体１２の呼吸が止まっていることが判定可能な停止判定閾値が設定されている。そのため、制御装置２０は、判定部２２により変位情報Ｅ１，ｉ（又はＥ２，ｉ）が停止判定閾値を下回った状態が所定時間継続していると判定した場合は、人体１２の呼吸が止まった可能性があると判定し、通信部２１を介して所定の通知先に通報する処理を行う。
【００６５】
次に、図８を参照しながら上述した第１実施形態のセンサユニット１０の処理動作について説明する。
ここでは、図１に示す観察空間内において、対象物体となる人体１２がベッド１１に横たわっているときの処理動作である。
【００６６】
まず、センサユニット１０を用いて人体１２の呼吸に伴う胸郭の動きを検出するにあたり、初期設定を行う（ＳＴ１）。この初期設定では、図１に示すような設置条件において、床１３からセンサユニット１０までの高さ、人体１２のまでの高さについて、利用者がキーボードやマウスを含んで構成される不図示の設定入力手段を用いて設定入力する。この高さは、得られた反射波において、何れの振幅ピークが人体１３からの反射のものかを把握するための情報であるため大凡の数字を設定すればよい。その他、必要なパラメーター設定なども適宜行い、これらの高さなど設定情報は不図示の設定条件記憶部に記憶される。
【００６７】
ＳＴ２〜ＳＴ６の処理は、スピーカー１０１から図３に示す送信波が送波され、マイク１０２で受波される度に繰り返し行われる。
【００６８】
振動量計測部１０８は、センサユニット１０自体の振動を計測して、その振動に基づく振動量を算出する（ＳＴ２）。振動量は、ユニット全体の動作開始直後、設置に伴う過渡状態が終了した後に、ある時刻において振動量計測部１０８の出力が０の時刻におけるセンサユニット１０の位置を基準位置とし、当該基準位置からの動き量とする。振動量計測部１０８は、求めた振動量を送受波制御部１０９に出力する。
【００６９】
次に、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する（ＳＴ３）。すなわち、送受波制御部１０９は、変調波記憶部１０３から送波する超音波のデジタルデータを読み出し、振動量計測部１０８で計測された振動量に基づいて振動によるずれ時間を排除した時刻にＤ／Ａ変換動作をするようＤ／Ａ変換部１０４を制御する。そして、Ｄ／Ａ変換部１０４でＤ／Ａ変換されたアナログ信号は、スピーカーアンプ１０５を通じてスピーカー１０１から対象物体に向けて超音波として送波される。
また、対象物体からの反射波をマイク１０２で受波し、マイクアンプ１０６で増幅後、Ａ／Ｄ変換部１０７でデジタルデータに変換する。この際、送受波制御部１０９は、振動量計測部１０８で計測された振動量に基づいて振動によるずれ時間を排除した時刻にＡ／Ｄ変換動作をするようＡ／Ｄ変換部１０７を制御し、デジタル化された反射波を得る。
【００７０】
次に、デジタルデータに変換された反射波の復調処理を行う（ＳＴ４）。つまり、受信波復調部１１０において、Ａ／Ｄ変換部１０７でデジタルデータに変換された反射波を復調して反射波データを得る。
【００７１】
なお、ＳＴ４の処理で得られた反射波データは、次工程のＳＴ５において使用されるデータであり、現時刻及び過去に遡った所定フレーム数Ｌ、すなわち本実施の形態では１５フレーム分のデータが必要となるため、復調波記憶部１１２には所定フレーム数Ｌ（１５個）分記憶しておく必要がある。よって、センサユニット１０を導入した際は、ＳＴ２，ＳＴ３の処理を所定フレーム数分だけ繰り返す必要があるが、それ以降は装置導入後に処理量の削減を図るため、一度計算したらその都度復調波記憶部１１２に更新記憶させて次の時刻以降に読み出すような構成となっている。以下では、導入後の処理として説明する。
【００７２】
次に、変位情報算出部１１１は、復調波記憶部１１２に記憶されるｘｉ，ｍ（ｎ）から現在時刻を含む直近１５（＝Ｌ）個分の平均応答系列ｙｉ（ｎ）を上記数１により算出し、得られた平均応答系列ｙｉ（ｎ）とｘｉ，ｍ（ｎ）から上記数２又は数３を用いて変位情報Ｅ１，ｉ（又はＥ２，ｉ）を求める（ＳＴ５）。
【００７３】
そして、求めた変位情報Ｅ１，ｉ（又はＥ２，ｉ）を出力部１１３に出力する（ＳＴ６）。本実施形態では図１に示す制御装置２０に出力する。ＳＴ６の処理が終了すると、再度ＳＴ２に戻って、次フレームの処理を行う。
【００７４】
また、変位判定システム１の処理動作としては、ＳＴ６においてセンサユニット１０から出力された変位情報に基づき、制御装置２０が対象物体である人体１２の呼吸に伴う胸郭の動きが正常であるか否かの判定を行い、異常として呼吸が停止していると判定した場合は、所定の通知先への警報出力を行う。
【００７５】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態の変位判定システムについて説明する。
第２実施形態の変位判定システム１は、送受波制御部１０９によるセンサユニット１０が受ける振動量の影響を排除する構成が第１実施形態と相違する。
よって、第２実施形態の説明では、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその機能説明などを省略し、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００７６】
第２実施形態では、内挿関数を用いて送信波の振幅についてサンプリング時点間を補間処理し、振動量計測部１０８で得た振動量から算出した送信波ずれ時間を排除した時刻に送波すべき送信波の振幅に基づいてスピーカー１０１から送信波を送波させる。すなわち、当該送信波ずれ時間だけずれた時刻における送信波の振幅を補間処理により求めて送波する。また、マイク１０２で受波した反射波についても内挿関数を用いてサンプリング時点間を補間処理し、受波時刻から振動量計測部１０８で得た振動量から算出した反射波ずれ時間を排除した時刻の振幅に基づく反射波を得る。すなわち、サンプリング時点から当該反射波ずれ時間だけずれた時刻における反射波の振幅を補間処理により求めた振幅におい変える。
【００７７】
第２実施形態では、上述した第１実施形態における実現形式とは異なり、Ｄ／Ａ変換部１０４やＡ／Ｄ変換部１０７における動作間隔は、固定のサンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］、すなわち１／Ｓ［ｓ］とする。そして、送受波制御部１０９により、送信波及び反射波を周知の補間処理を用いて送波及び受波の都度補間処理している。
【００７８】
送受波制御部１０９による送信波の補間処理の方法としては、例えばスプライン補間や多項式補間など幾多もあるが、本実施形態では内挿関数としてＳＩＮＣ関数を用いた方法を示す。
【００７９】
ＳＩＮＣ関数とは、ｘを独立変数として（ｓｉｎ（ｘ））／ｘと表される一価関数であり、ｘ＝０のときに最大値１をとり、ｘが原点から離れるに連れて、プラスとマイナスに渡る振幅が小さくなる。本実施形態に係る補間処理を表す式を下記数４に示す。
【００８０】
【数４】
2019168431.tif 000006
【００８１】
上記数４において、ｐ（ｎ）は、変調波記憶部１０３に記憶されているサンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］でサンプリングされる送信波のデジタルデータであり、Ｃは音速である。また、ｄｎは振動量計測部１０８で得られた振動量である。さらに、Ｍは補間に要するデータ数を規定する係数であり、大きいほど補間の精度が高くなる。ここでは例えばＭ＝２０とする。
【００８２】
反射波の補間処理についても、送信波の補間処理と考え方自体は同様であるが、上記数４からもわかるように、ｎ時点での補間値を得るには、ｎ＋Ｍ時点までのデータが必要になるため、少なくともＭ個のサンプリングデータが得られた後に処理をすることになる。
【００８３】
以上のように、第２実施形態では、送受波制御部１０９の処理として、振動量計測部１０８で計測した振動量に基づき、センサユニット１０が受ける振動などによって刻々と変化する送信波及び反射波を補間処理することで、第１実施形態と同様、恰もセンサユニット１０に微小な振動が無かったかのように制御することができる。
【００８４】
次に、第２実施形態のセンサユニット１０の処理動作について説明する。
第２実施形態の処理動作は、図８に示す第１実施形態の処理動作と略同じであり、相違点として、第２実施形態で示した送受波制御部１０９による補間処理は、ＳＴ３で行われることになる。よって、ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ４〜ＳＴ６についての処理は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
但し、ＳＴ４における復調処理によって得られる反射波データの時間原点（図６参照）は、変位情報算出部１１１が、復調された反射波データに含まれる図示しない回り込み波のピークに一致させたものである。よって、スピーカー１０１からマイク１０２へ回り込んで直接受波される回り込み波は、センサユニット１０の振動による影響を受けないため、反射波データの原点は常に送信波の送信時刻から一定時間後となる。
【００８５】
ＳＴ３において、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する。
すなわち、送受波制御部１０９は、変調波記憶部１０３から送波する送信波のデジタルデータを読み出し、振動量計測部１０８で得られた振動量に基づいて上記数４を用いて補間処理を行う。そして、補間処理した振動量について排除済みの送信波のデジタルデータをＤ／Ａ変換部１０４でアナログ信号に変換した後、スピーカーアンプ１０５を通じてスピーカー１０１から対象物体に向けて送波する。
また、反射波をマイク１０２で受波し、マイクアンプ１０６で増幅後、Ａ／Ｄ変換部１０７でデジタルデータに変換する。送受波制御部１０９は、受信した反射波のデータを、振動量計測部１０８で得られた振動量に基づいて上記数４に従って補間処理を行う。そして、補間処理した振動量について排除済みの受信波のデジタルデータを復調波記憶部１１２に記憶させる。
【００８６】
また、変位判定システム１の処理動作としては、ＳＴ６においてセンサユニット１０から出力された変位情報に基づき、制御装置２０が対象物体である人体１２の呼吸に伴う胸郭の動きが正常であるか否かの判定を行い、異常として呼吸が停止していると判定した場合は、所定の通知先への警報出力を行う。
【００８７】
［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態の変位判定システムについて説明する。
第３実施形態の変位判定システム１は、送受波制御部１０９によるセンサユニット１０が受ける振動量の影響を排除する構成が第１実施形態及び第２実施形態と相違する。
よって、第３実施形態の説明では、上述した第１実施形態、第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付してその機能説明などを省略し、第１実施形態及び第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００８８】
第３実施形態では、サンプリング周波数よりもＮ倍（Ｎ＞１）にアップサンプリングした送信波となるデジタルデータを予め記憶しておき、このデジタルデータの中から振動量計測部１０８で得た振動量から算出した送信波ずれ時間だけずらした時刻に送波すべき送信波の振幅を選択してＤ／Ａ変換により得られた送信波をスピーカー１０１から送波させる。また、マイク１０２で受けた反射波をアップサンプリングして受波時刻から振動量計測部１０８で得た振動量から算出した反射波ずれ時間だけずれた時刻のアップサンプリング後の振幅のデジタル化された反射波を得る。
【００８９】
第３実施形態では、Ｄ／Ａ変換部１０４やＡ／Ｄ変換部１０７における動作間隔は、上記第２実施形態と同様、固定のサンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］、すなわち１／Ｓ［ｓ］とする。
【００９０】
また、第３実施形態では、初期設定時において、送信波のデジタルデータを変調波記憶部１０３に記憶させるが、この記憶されるデジタルデータは、固定されるサンプリング周波数よりも短い短周期となるようにＮ倍にアップサンプリングされたデジタルデータ（例えば、サンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］に対して１００倍にアップサンプリングした１００Ｓ［Ｈｚ］のデータ）となる。
よって、第３実施形態でアップサンプリングの倍率を例えば１００倍に設定した場合、第１、第２実施形態の変調波記憶部１０３に記憶される送信波となるデジタルデータは、サンプリング間隔が１／Ｓ［ｓ］のデータであるが、第３実施形態では、サンプリング間隔が１／１００Ｓ［ｓ］のデータとなる。
【００９１】
なお、変調波記憶部１０３に記憶される超音波のデジタル信号は、センサユニット１０の振動量や対象物体の検出したい変位に応じて求められる精度が異なるため、使用環境に応じて任意にアップサンプリングの倍率を設定することができる。本発明の各形態で例示したように、例えば検出したい変位が人体の呼吸に伴う胸郭の動きの場合は、基準となるサンプリング周波数から概ね１０〜１００倍の範囲で設定すればよい。
【００９２】
そして、送受波制御部１０９は、振動量計測部１０８から入力した振動量の値に応じて、変調波記憶部１０３に記憶されるアップサンプリング済みのデジタルデータから送波すべき超音波の振幅を選択して送波処理する。
つまり、送波時にはセンサユニット１０が受けた振動量によってセンサユニット１０自体が図４における符号４１の方向（図中右方向となる正の方向）若しくは逆方向（図中左方向となる負の方向）に移動して送波タイミングが遅れたり進んだりするが、変調波記憶部１０３に記憶されるデジタルデータにおいて振動量計測部１０８で得た振動量から算出した送信波ずれ時間を排除した送波時刻に選択すべき送信波の振幅を選択して送波する。
【００９３】
また、受波する反射波に関しては、反射波データを所定量（例えば反射波の１周期分）バッファリングし、所定量のバッファリングが完了する度に、送受波制御部１０９がＡ／Ｄ変換部１０７でＡ／Ｄ変換されたデジタルデータをＮ倍にアップサンプリングし、振動量計測部１０８で計測された振動量に基づいて適切なサンプルを選択する。
つまり、受波時にはセンサユニット１０が受けた振動量によってセンサユニット１０自体が図４における符号４１の方向（図中右方向となる正の方向）若しくは逆方向（図中左方向となる負の方向）に移動して受波タイミングが遅れたり進んだりするが、反射波のデジタルデータをＮ倍にアップサンプリングしてサンプリング間隔が１／Ｎのデータとなるように補間し、受波時刻から振動量計測部１０８で得た振動量によるずれ時間を排除した時刻に対応する振幅に基づくサンプルを選択する。
【００９４】
以上のように、第３実施形態では、送信波のデジタルデータが予めＮ倍にアップサンプリングされており、送受波制御部１０９の処理として、送波する際に、デジタルデータから振動量計測部１０８で計測した振動量を排除した振幅を選択し、この振幅に基づく超音波を送波する。また、反射波のデジタルデータをバッファリングし、Ｎ倍にアップサンプリングし、このアップサンプリングされた反射波の中から振動量計測部１０８で計測した振動量を排除した受波すべきサンプルを選択する。これにより、第１実施形態及び第２実施形態と同様、恰もセンサユニット１０に微小な振動が無かったかのように制御することができる。
【００９５】
次に、第３実施形態のセンサユニット１０の処理動作について説明する。
第３実施形態の処理動作は、図８に示す第１実施形態の処理動作と略同じであり、相違点として、Ｎ倍にアップサンプリングされた送信波のデジタルデータを変調波記憶部１０３に記憶させる処理をＳＴ１で行い、第３実施形態で示した送受波制御部１０９によるアップサンプリング処理は、ＳＴ３で行われることになる。よって、ＳＴ２、ＳＴ４〜ＳＴ６についての処理は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
但し、ＳＴ４における復調処理によって得られる反射波データの時間原点（図６参照）は、変位情報算出部１１１が、復調された反射波データに含まれる図示しない回り込み波のピークに一致させたものである。よって、スピーカー１０１からマイク１０２へ回り込んで直接受波される回り込み波は、センサユニット１０の振動による影響を受けないため、反射波データの原点は常に送信波の送信時刻から一定時間後となる。
【００９６】
ＳＴ１において、初期設定として、対象物体の位置情報の設定の他、送信波のデジタルデータをＮ倍にアップサンプリングした送信波となるデジタルデータを変調波記憶部１０３に予め記憶させる処理も行う。例えば、サンプリング周波数Ｓ［Ｈｚ］に対して１００倍にアップサンプリングする場合は、記憶されるデジタルデータはサンプリング間隔が１／１００Ｓ［ｓ］のデータを変調波記憶部１０３に記憶させる。
【００９７】
また、ＳＴ３では、観察空間内に存在する対象物体に向けて送信波を送波し、対象物体にて反射した反射波を受波する。
すなわち、送受波制御部１０９は、変調波記憶部１０３から送波する超音波のデジタルのデータを読み出し、振動量計測部１０８で得られた振動量に基づいて送波すべき振幅を選択する。そして、選択された超音波のデジタルデータをＤ／Ａ変換部１０４でアナログ信号に変換した後、スピーカーアンプ１０５を通じてスピーカー１０１から対象物体に向けて送波する。
また、対象物体からの反射波をマイク１０２で受波し、マイクアンプ１０６で増幅後、Ａ／Ｄ変換部１０７でデジタルデータに変換する。送受波制御部１０９は、受波した反射波のデジタルデータを所定周期分だけバッファリングし、アップサンプリングし、振動量計測部１０８で得られた振動量に基づいて受波すべきサンプルを選択してこのデータを復調波記憶部１１２に記憶させる。
【００９８】
また、変位判定システム１の処理動作としては、ＳＴ６においてセンサユニット１０から出力された変位情報に基づき、制御装置２０が対象物体である人体１２の呼吸に伴う胸郭の動きが正常であるか否かの判定を行い、異常として呼吸が停止していると判定した場合は、所定の通知先への警報出力を行う
【００９９】
［本発明の作用・効果］
以上説明したように、上述した第１実施形態に係る変位判定システム１を構成するセンサユニット１０は、振動量計測部１０８から入力した振動量から算出した送信波ずれ時間又は反射波ずれ時間に基づき、スピーカー１０１から送波する超音波のＤ／Ａ変換部１０４によるＤ／Ａ変換動作と、マイク１０２で受波する反射波のＡ／Ｄ変換部１０７によるＡ／Ｄ変換動作を遅らせたり進ませたりする制御をリアルタイムに行う送受波制御部１０９を備えている。
【０１００】
また、第２実施形態に係る変位判定システム１を構成するセンサユニット１０は、振動量計測部１０８で計測した振動量から算出した送信波ずれ時間又は反射波ずれ時間に基づき、センサユニット１０が受ける振動などによって刻々と変化する超音波及び反射波の補間処理を送受波処理の都度行う送受波制御部１０９を備えている。
【０１０１】
また、第３実施形態に係る変位判定システム１を構成するセンサユニット１０は、予めアップサンプリングされた超音波となるデジタルデータの中から振動量計測部１０８で計測した振動量から算出した送信波ずれ時間に基づいて振動量を排除した振幅を選択して送波するとともに、受波した反射波をアップサンプリングし、このアップサンプリングされた反射波の中から振動量計測部１０８で計測した振動量から算出した反射波ずれ時間を排除した受波すべきサンプルを選択して取り込む送受波制御部１０９を備えている。
【０１０２】
これにより、振動計側部１０８でセンサユニット１０が設置される壁や天井などから伝わる振動を直接検出し、この検出した振動量に基づいてセンサユニット１０自体の振動の影響を排除することができるため、恰もセンサユニット１０に微小な振動が無かったかのような計測結果を得ることができる。そのため、観察空間内に存在する対象物体の検出したい微小な変位を高精度に検出することができる。
【０１０３】
［その他の実施形態について］
ところで、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に示すように、使用環境などに応じて適宜変更して実施することもできる。
【０１０４】
上述した実施形態では、公共施設（病院や介護施設など）や一般家庭に設置して呼吸停止を異常状態として検知する構成で説明したが、これに限定されない。他の応用例としては、例えばセンサユニット１０を、無人の銀行ＡＴＭブース、駅構内や商業施設内に設置されるトイレなどに設置し、泥酔者などの不審者を検知する生体検知システムとして利用することもできる。
【０１０５】
例えば無人銀行ＡＴＭに採用した場合は、不審者が銀行ＡＴＭブースに入室してきて、そのまま床面に横たわって寝入ることを検出できる。このとき、不審者の呼吸が止まったことの他に、体を横たえて安静状態となったと判定されるとその旨外部に通報することもできる。また、入室後、活動状態を維持して、そのまま退出すると特に通報処理はしないようにすれば不要な警報出力を抑制することができる。
【０１０６】
さらに、上述した実施形態では、超音波センサを高所に取り付けて略直下に向けるものとしていたが、これに限られない。例えば壁にもたれて酔いつぶれる不審者を検出する場合には、超音波センサを斜め下向き、あるいは横向きにしても全く同様の判定手法でそのような不審者の検出ができる。
このように、本発明の範囲を超えない形態で実現が可能となる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…変位判定システム
１０…センサユニット
１１…ベッド
１２…人体
１３…床
２０…制御装置（２１…通信部、２２…判定部、２３…制御部）
１０１…スピーカー
１０２…マイク
１０３…変調波記憶部
１０４…Ｄ／Ａ変換部
１０５…スピーカーアンプ
１０６…マイクアンプ
１０７…Ａ／Ｄ変換部
１０８…振動量計測部
１０９…送受波制御部
１１０…受信波復調部
１１１…変位情報算出部
１１２…復調波記憶部
１１３…出力部
【図１】
2019168431.tif 000007
【図２】
2019168431.tif 000008
【図３】
2019168431.tif 000009
【図４】
2019168431.tif 000010
【図５】
2019168431.tif 000011
【図６】
2019168431.tif 000012
【図７】
2019168431.tif 000013
【図８】
2019168431.tif 000014