(57)【要約】      （修正有）【課題】体動振動を高感度で検出することができる生体情報検知マットを提供する。【解決手段】生体情報検知マット１は、第１の基板２と、上記第１の基板２に一体的に設けられると共に、上記第１の基板２の振動を検知する圧電素子３と、上記第１の基板２に一体的に設けられると共に、上記第１の基板２の下側に、互いに弾性係数が異なる二つの領域を、互いに隣接させて形成するためのスペーサー４とを備え、上記スペーサー４は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域の一方を構成しており、上記圧電素子３は、上記第１の基板２の下側に形成された上記互いに弾性係数が異なる二つの領域に亘って、または、上記二つの領域の上記一方とは異なる他方における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って配置されている。【選択図】図１
2016030030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
上記第１の基板に一体的に設けられると共に、上記第１の基板の振動を検知する圧電素子と、
上記第１の基板に一体的に設けられると共に、上記圧電素子または上記第１の基板の下側に、互いに弾性係数が異なる二つの領域を互いに隣接させて形成するためのスペーサーと
を備え、
上記スペーサーは、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域の一方を構成しており、
上記圧電素子は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域に亘って、または、上記二つの領域の上記一方とは異なる他方における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って配置されている
ことを特徴とする生体情報検知マット。
【請求項２】
請求項１に記載の生体情報検知マットにおいて、
上記二つの領域の境界の近傍とは、上記二つの領域のうちの上記他方において、上記二つの領域の境界からの距離ｘ(mm)が下記の式で表わされる領域である
ことを特徴とする生体情報検知マット。
2016030030.tif 000010
但し
Ｗ：上記第１の基板における上記境界に平行な方向への幅(mm)
ｈ：上記第１の基板の厚さ(mm)
Ｌ：上記境界から上記境界に対向する端辺までの距離(mm)
Ｅf：上記第１の基板の曲げ弾性率(ＭＰa)
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の生体情報検知マットにおいて、
上記第１の基板および上記圧電素子の下方に配置された第２の基板を備え、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域が形成されている
ことを特徴とする生体情報検知マット。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の生体情報検知マットにおいて、
上記第１の基板は、上記二つの領域の境界に沿って複数の部分基板に分割されており、
上記第１の基板の分割位置は、上記二つの領域の境界上、または、上記二つの領域の境界よりも上記二つの領域の上記他方側の位置上である
ことを特徴とする生体情報検知マット。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の生体情報検知マットにおいて、
上記互いに弾性係数が異なる二つの領域のうちの上記他方は、弾性体で構成されている
ことを特徴とする生体情報検知マット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体情報を検知するための平面状の生体情報検知マットに関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢者や病人における就寝中の突発性重大事故を未然に防ぐと共に、快適な治癒環境の創造および今後の高齢化社会での看護の効率化を図るために、心拍・呼吸・体動を検知することは極めて有用である。
【０００３】
従来、心拍は、体に複数の電極を設置して計測し、呼吸は、鼻の穴にチューブを入れて計測するのが一般的である。しかしながら、その場合には、モニターが高価で設置場所をとるので、計測は重症患者のみに限定される。そのため、一般患者や在宅高齢者は、心疾患や脳梗塞等による急変を看護婦または看護人に知らせることができず、死亡する可能性がある。
【０００４】
これに対し、近年、ベッドまたは布団に装着し、高齢者が衣類を身に付けたまま寝るだけで、体動・心拍・呼吸数の計測を行うことができる生体情報検知マットが提案されている。何れの計測の場合にも、振動を検知し、所定の周波数フィルターを介することによって心拍・呼吸信号を取り出す。または、振幅が一定閾値強度を超えると体動であると判断することが可能である。
【０００５】
上記生体情報検知マット用の振動検知手段として、マット内圧を検知する圧力センシングによる方法(特開２０００‐１０７１５４号公報：特許文献１)、静電容量変化を用いる方法(特開平１０‐１４８８９号公報：特許文献２)等、様々な方法が提案されている。なかでも、圧電素子を検知手段に用いた場合には高感度で信号検出が可能であり、取り分け圧電ケーブルを用いた場合には、比較的安価で且つ必要箇所のみに配置することができ、効率良く振動を検知することが可能である(特開２００５‐１６０６５０号公報：特許文献３)。
【０００６】
上記特許文献３に開示された無呼吸症候群判定装置においては、複数のピエゾケーブル(圧電ケーブル)を等間隔に並べてケーブルベースシート内に配設したもの(生体情報検知マット)を被験者の身体の下に敷き、被験者の心拍動作の圧力変動を含む圧力信号を検出するようにしている。
【０００７】
このように、上記圧電ケーブルを用いた生体情報検知マットを用いる際には、ユーザーの使用状況によっては、厚いマットレス上にシーツを敷き、その上に仰臥して睡眠を採る場合がある。特に、一般宿泊施設や病院・介護施設等では、このような事例が見られる。このようなケースにおいては、上記生体情報検知マットを厚いマットレスの下に配置することになる。その場合には、心拍や呼吸のように微弱な振動は、情報検知マットに到達する前に厚い(最大３０ｃｍ程度)マットレス内で減衰されてしまうため、心拍や呼吸のような生体信号を検出することが困難になるという問題がある。
【０００８】
また、上記圧電ケーブルを用いた生体情報検知マットは、上記圧電ケーブルが固定された基板に振動が伝わり、この基板の振動を検知するタイプである。そのために、上記生体情報検知マットが、固い面(例えば、ベッドの底板,フローリング床または畳等)の上に配置された場合には、上記基板の振幅が小さくなり、検出感度、即ちＳ/Ｎ比が悪化するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００‐１０７１５４号公報
【特許文献２】特開平１０‐１４８８９号公報
【特許文献３】特開２００５‐１６０６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、厚いマットレス下や硬い面上に配置されても体動振動を高感度で検出できる生体情報検知マットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の生体情報検知マットは、
第１の基板と、
上記第１の基板に一体的に設けられると共に、上記第１の基板の振動を検知する圧電素子と、
上記第１の基板に一体的に設けられると共に、上記圧電素子または上記第１の基板の下側に、互いに弾性係数が異なる二つの領域を互いに隣接させて形成するためのスペーサと
を備え、
上記スペーサは、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域の一方を構成しており、
上記圧電素子は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域に亘って、または、上記二つの領域の上記一方とは異なる他方における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って配置されている
ことを特徴としている。
【００１２】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記二つの領域の境界の近傍とは、上記二つの領域のうちの上記一方において、上記二つの領域の境界からの距離ｘ(mm)が下記の式で表わされる領域である。
2016030030.tif 000003
但し
Ｗ：上記第１の基板における上記境界に平行な方向への幅(mm)
ｈ：上記第１の基板の厚さ(mm)
Ｌ：上記境界から上記境界に対向する端部までの距離(mm)
Ｅf：上記第１の基板の曲げ弾性率(ＭＰa)
【００１３】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記第１の基板および上記圧電素子の下方に配置された第２の基板を備え、
上記第１の基板と上記第２の基板との間に、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域が形成されている。
【００１４】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記第１の基板は、上記二つの領域の境界に沿って複数の部分基板に分割されており、
上記第１の基板の分割位置は、上記二つの領域の境界上、または、上記二つの領域の境界よりも上記二つの領域の上記他方側の位置上である。
【００１５】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記互いに弾性係数が異なる二つの領域のうち上記他方は、弾性体で構成されている。
【００１６】
また、他の実施の形態の体動センサーは、
人体の動きを検知して体動信号を出力する圧電素子と、
上記圧電素子に熱的に接続されて、上記圧電素子の温度を測温して温度信号を出力する測温部と、
上記圧電素子からの体動信号の強度が、予め設定された閾値を超えたか否かを判定して体動の有無を判定する体動判定部と、
上記測温部からの温度信号に基づいて、測定温度の時間微分値を算出し、算出された上記測定温度の時間微分値に定数を乗じた値を、上記圧電素子からの体動信号または上記体動判定部における上記閾値に加算または減算することによって、上記体動信号に対する温度の影響を補正する温度補正部と
を備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記圧電素子は、圧電フィルムまたは圧電ケーブルである。
【００１８】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記測温部は、熱電対,サーミスタおよびサーモパイルのうちの何れか一つである。
【００１９】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記圧電素子および上記測温部を加熱する加熱部を備え、
上記温度補正部は、上記加熱部によって加熱された上記測温部からの温度信号と上記圧電素子からの体動信号とに基づいて、上記測定温度の時間微分値と上記体動信号の電圧値との線形近似を行って近似直線の傾きを求めることにより、上記定数を求めるようになっている。
【００２０】
また、他の実施の形態の睡眠センシングシステムは、
上記体動センサーを備え、
さらに、
上記体動センサーにおける上記体動判定部によって判定された体動の有無の回数に基づいて、睡眠段階を算出する睡眠段階算出部と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、心拍を検出する心拍検出部と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、呼吸を検出する呼吸検出部と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、いびきを検出するいびき検出部と
のうちの少なくとも一つを備えた
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
以上より明らかなように、この発明の生体情報検知マットは、上記スペーサーにより、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域の一方が構成されている。そして、上記二つの領域に亘って、または、上記二つの領域の他方における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って、上記圧電素子が配置されている。
【００２２】
したがって、体動が本生体情報検知マットに伝わると、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域のうちの上記他方の上側に位置する上記第１の基板が厚み方向に変位して振動する。その場合に、上記二つの領域の上記他方上に位置する上記圧電素子には主として引っ張り力が作用し、上記圧電素子の両電極間に電圧信号が発生する。さらに、上記二つの領域のうち上記弾性係数が大きい方の上記他方の存在によって上記圧電素子の振幅が増加するため、上記電圧信号のＳ/Ｎ比が向上する。
【００２３】
一方、上記スペーサーが構成している上記二つの領域の上記一方上に位置する上記圧電素子は比較的振動しにくい。そのため、上記二つの領域のうちの上記一方と上記他方との境界で上記圧電素子に折れが生じて曲げ力が作用し、上記圧電素子の両電極間には、さらに大きな信号強度が発生する。したがって、更なるＳ/Ｎ比の向上を図ることができる。
【００２４】
すなわち、この発明によれば、体動振動検出時における感度向上を図ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の生体情報検知マットにおける模式図である。
【図２】図１とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】式(３)中のα,β,γを決定するための実験方法の説明図である。
【図５】図１および図２とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図６】図１,図２および図５とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図７】図１,図２,図５および図６とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図８】図１,図２,図５〜図７とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図９】図１,図２,図５〜図８とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図１０】図１,図２,図５〜図９とは異なる生体情報検知マットの模式図である。
【図１１】図１０に示す生体情報検知マットを用いた睡眠センシングシステムのブロック図である。
【図１２】図１１に示すブロック図における補正値算出方法の説明図である。
【図１３】図１０に示す生体情報検知マットの温度補正の効果の説明図である。
【図１４】図１１とは異なる睡眠センシングシステムのブロック図である。
【図１５】図１４における体動頻度算出部の動作説明図である。
【図１６】図１,図２,図５〜図１０とは異なる生体情報検知マットにおける模式図である。
【図１７】図１,図２,図５〜図１０,図１６とは異なる生体情報検知マットにおける模式図である。
【図１８】図１,図２,図５〜図１０,図１６,図１７とは異なる生体情報検知マットにおける模式図である。
【図１９】圧電素子の発生信号に対する温度変化の影響の説明図である。
【図２０】図１,図２,図５〜図１０,図１６〜図１８とは異なる生体情報検知マットにおける平面模式図である。
【図２１】図２０において圧電ケーブルを貼り付ける前の状態を示す図である。
【図２２】反りのある圧電ケーブルの貼り付ける向きおよび変形の向きに関する発生信号の相違を示す図である。
【図２３】生体情報検知マットを変形させる装置の外観図である。
【図２４】図２２に示す実験データの説明図である。
【図２５】圧電ケーブルの反りを除去する効果を示す図である。
【図２６】圧電ケーブルにおける曲率の求め方の説明図である。
【図２７】圧電ケーブルにおける曲率とピーク信号強度との相関を示す図である。
【図２８】圧電ケーブル反り除去装置の概略図である。
【図２９】反りを除去した圧電ケーブルの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２７】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図１(a)は断面図であり、図１(b)は底面図である。尚、図１(a)は、図１(b)のＡ‐Ａ’矢視断面図である。
【００２８】
ここで、この明細書において、「厚さ方向」とは、本生体情報検知マットがベッド内に設置された際に、設置された面に対し垂直な方向のことを指すものとする。
【００２９】
本生体情報検知マット１は、上記第１の基板としての基板２と圧電ケーブル３とスペーサー４を備えている。圧電ケーブル３は、基板２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー４は、図１(b)に示すように、圧電ケーブル３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、基板２に接着剤で接続されて一体に構成されている。
【００３０】
上記圧電ケーブル３は、例えば(英)Ormal Electronics社製の「Vibetek10」を用いた。基板２は、ＡＢＳ(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン)樹脂製であり、大きさは３０ｃｍ×３０ｃｍ角であり、厚さは１ｍｍ〜１０ｍｍのものを用いた。スペーサー４としては、例えばアルミニウムを用い、厚さは例えば１０ｍｍ、厚さに垂直方向のサイズ(幅)は例えば１０ｍｍのものを用いた。
【００３１】
尚、煩雑を避けるために図示してはいないが、上記圧電ケーブル３からは正負両極のリード線が引き出されており、増幅器に接続されている。そして、上記増幅器によって増幅された電圧信号を、Ａ‐Ｄ変換器やフィルタリング回路を経てデジタル信号に変換し、体動信号や呼吸信号や心拍信号等の生体情報を取得して、ユーザーにフィードバックするシステムを構築することが可能になっている。
【００３２】
本生体情報検知マット１は、ユーザーの敷布団側に挿入される。その場合、ユーザーに直接触れるように設置すると、ユーザーが異物感を感じて睡眠が阻害される場合が生ずるので、通常は布団等を介して設置される。厚さが３ｃｍ〜１０ｃｍの敷布団を介して設置されることが望ましい。ところが、ユーザーによっては、敷布団が無く、マットレス上にシーツを敷いてその上に寝る場合があり、その場合にはマットレスの下に生体情報検知マット１を敷いて使用する。また、生体情報検知マット１が敷かれる面は、上記マットレス等の弾力性がある面が望ましいが、弾力性の無いベッドの底板やフローリングや畳等の上に配置してもよい。
【００３３】
上記生体情報検知マット１は、呼吸や心拍を検出する目的で使用する場合には、横隔膜や心臓がその主な振動源となる。そこで、これら横隔膜や心臓の直下に生体情報検知マット１の中心付近が位置するように生体情報検知マット１を配置する。
【００３４】
本実施の形態においては、空隙が存在する領域５はスペーサー４の存在しない領域が該当しており、空隙が存在しない領域６はスペーサー４の存在する領域が該当している。また、圧電ケーブル３は、空隙が存在する領域５と空隙が存在しない領域６との両方に亘って配置されている。
【００３５】
すなわち、本実施の形態においては、上記「互いに弾性係数が異なる二つの領域のうちの一方」を、上記「空隙が存在しない領域６」で構成する。一方、「上記二つの領域のうちの他方」を、上記「空隙が存在する領域５」で構成するのである。
【００３６】
以下、本実施の形態による効果について述べる。体動が生体情報検知マット１に伝わると、空隙が存在する領域５の基板２が上記厚み方向に変位して振動する。その際に、空隙が存在する領域５にある圧電ケーブル３には主として引っ張り力が与えられ、この引っ張り力に起因する剪断応力による圧電効果によって圧電ケーブル３の両電極間に電圧信号が発生する。そして、空隙が存在する領域５の存在により、上記厚み方向に同じ圧力が加わった際の圧電ケーブル３の振幅が増加するため、Ｓ/Ｎ比向上に寄与して感度向上を図ることができる。また、空隙が存在しない領域６にある圧電ケーブル３は比較的振動しにくいため、空隙が存在する領域５と空隙が存在しない領域６との境界で圧電ケーブル３に折れが生ずる。そのため、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果によりさらに大きな信号強度が得られ、更なるＳ/Ｎ比向上に寄与して更なる感度向上を図ることができる。
【００３７】
一般に、上記圧電ケーブル３に対する上記垂直応力による圧電効果は、上記剪断応力による圧電効果に比べて大きい。ところが、従来の圧電ケーブルを利用した生体情報検知マットにおいては、主として引っ張り力に起因する後者の効果を使用しており、非効率である。これに対し、本実施の形態においては、前者を積極的に利用しており、上記厚み方向への振動を効果的に検知できるという顕著な効果を奏するものである。
【００３８】
本実施の形態においては、空隙が存在する領域５と空隙が存在しない領域６との両方に亘って圧電ケーブル３が配置されていればこの発明の効果が発生し、サイズや材料は記載内容に限定されるものではない。また、圧電ケーブル３は、図１に示すように、基板２のスペーサー４の延在方向における概略中央に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、基板２の周囲近傍に配置してもよい。また、図１では空隙が存在しない領域６中に圧電ケーブル３が１本配置されているが、複数本配置されていてもよい。
【００３９】
さらに、上記圧電ケーブル３は直線状に配置されているが、これに限定されるものではなく、曲線状に配置されていてもよい。
【００４０】
また、上記圧電ケーブル３は、基板２における二つ主面のうちの生体が存在する側とは反対側に配置されているが、基板２の振動を検知するように基板２と一体に形成されていれば良い。すなわち、圧電ケーブル３は、生体が存在する側に配置されていても良く、または、基板２内に埋め込まれて配置されていても良い。
【００４１】
・第２実施の形態
図２は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図２(a)は断面図であり、図２(b)は底面図である。尚、図２(a)は、図２(b)のＢ‐Ｂ’矢視断面図である。また、図３は、図２(b)の側面図である。
【００４２】
本生体情報検知マット１１は、上記第１の基板としての基板１２と圧電ケーブル１３とスペーサー１４を備えている。圧電ケーブル１３は、基板１２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー１４は、基板１２に接着剤で接続されて一体に構成されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【００４３】
本実施の形態においては、空隙が存在する領域１５にはスペーサー１４が存在しない領域が該当する一方、空隙が存在しない領域１６にはスペーサー１４が存在する領域が該当している点については、上記第１実施の形態と同様である。圧電ケーブル１３は、空隙が存在する領域１５に配置されている。その場合に、圧電ケーブル１３は、空隙が存在する領域１５におけるスペーサー１４からの距離がｘ0以内の領域である「空隙が存在しない領域１６近傍」にも配置されている。
【００４４】
次に、本実施の形態における作用について述べる。上記空隙が存在しない領域１６近傍においては、基板１２が比較的振動しにくいため、空隙が存在しない領域１６近傍では圧電ケーブル１３に大きな折れが生じ、第１実施の形態の場合と同様に、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果により大きな信号強度が得られ、更なるＳ/Ｎ比向上に寄与し、更なる感度向上を図ることができるという効果が得られる。
【００４５】
尚、本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合に比較して、一方のスペーサー１４に、圧電ケーブル１３挿通用の穴や溝を設ける必要が無い。そのために、製作工程の簡略化およびコスト削減という効果を奏することができる。
【００４６】
次に、本実施の形態の効果を発生させることが可能な「圧電ケーブル１３が配置される必要のある領域」、つまり上記「空隙が存在しない領域１６近傍」の範囲(距離ｘ0)について述べる。
【００４７】
ＪＩＳ  ｋ７０７４によると、３点曲げ試験における曲げ弾性率の定義式は次の通りである。
2016030030.tif 000004
但し
Ｅf：曲げ弾性率(ＭＰa)
Ｆ：力(Ｎ)
Ｌ：支点間距離(mm)
Ｗ：試験片の幅(mm)
ｈ：試験片の厚さ(mm)
ｓ：撓み(mm)
【００４８】
上式(１)を、撓みｓについて解くと、次式(２)のようになる。
2016030030.tif 000005
このように、撓み量ｓは、材料の曲げ弾性率Ｅfと、形状パラメータＬ,Ｗ,ｈと、力Ｆとで記述することができる。ここで、上記「空隙が存在しない領域１６近傍」の領域を表すスペーサー１４からの距離ｘ0は、基板１２が撓んだ場合に基板１２の曲率が最も大きくなる位置である。そこで、距離ｘ0を求めるために、式(２)と同様の次式(３)を立て、実験結果に合うように式(３)中のＡ,α,β,γを決定する。また、曲げ弾性率Ｅfの依存性は小さいと予想されるために、後で考慮することにする。ｘ0は、基板１２の曲率が最大となる位置とスペーサー１４との基板１２の設置面に平行な方向への距離である。
ｘ0＝Ａ・Ｗα・ｈβ・Ｌγ    …（３）
【００４９】
図４は、上記α,β,γを決定するための実験方法を説明するための図である。本実施の形態の場合と同じ基板１２およびスペーサー１４を備えた生体情報検知マットを硬い面上に置き、その上から一定荷重を加えた場合の基板１２の形状を、スペーサー１４の延在方向から観測した。基板１２における観測側とは反対側に、上記硬い面と上記観測方向との両者に垂直になるように方眼紙を立てて配置し、基板１２形状(変位量)を読み取った。その場合、上記一定荷重を加える装置としては、株式会社山電製CreepMeterＲＥ２‐３３００５Ｂを用いた。尚、印加荷重は２０Ｎとした。
【００５０】
実験結果を表１に示す。
表１
2016030030.tif 000006
【００５１】
表１中、「１」は、基準となる生体情報検知マットの構造である。「２」,「３」は、「１」からスペーサー間距離Ｌを変えた構造であり、スペーサー１４の形状は変えずに、基板１２自体の大きさを変えている。「４」,「５」は、「１」から奥行き幅Ｗを変えた構造であり、基板１２自体の大きさと、スペーサー１４の奥行きをも併せて変えている。「６」,「７」は、「１」から基板１２の厚みｈを変えた構造である。
【００５２】
「１」,「２」,「３」を比較すると、スペーサー間距離Ｌが大きくなる程距離ｘ0は増加する傾向が見られるが、距離ｘ0のスペーサー間距離Ｌに対する割合は減少している。これはスペーサー間距離Ｌが大きくなる程、基板１２が撓み易くなり、スペーサー１４近傍の平坦領域が狭くなるためであると考えられる。また、「１」,「４」,「５」を比較すると、奥行き幅Ｗが大きくなる程、距離ｘ0は増加する傾向が見られる。これは、奥行き幅Ｗが大きくなる程、基板１２が撓み難くなり、スペーサー１４近傍の平坦領域が広くなるためであると考えられる。また、「１」,「６」,「７」を比較すると、厚みｈが増加する程、距離ｘ0は増加する傾向が見られる。これは、厚みｈが増加する程、基板１２が撓み難くなり、スペーサー１４近傍の平坦領域が広くなるためであると考えられる。
【００５３】
上記表１に示す実験結果を満たすように、Ａ＝１０-4,α＝１,β＝１.３,γ＝０.８とした次式(４)
2016030030.tif 000007
による計算値を、表１における「計算値」の欄に記載している。尚、表１における「実験値」をｘ軸に「計算値」をｙ軸にとり、「１」〜「７」のデータに基づいて散布図を描くと、略傾き１の直線でよく近似でき、相関係数Ｒの二乗値(決定係数)は０.９７６であった。
【００５４】
さらに、「８」,「９」,「１０」は、「１」における基板１２の形状は同じで、構成材料を変えたものである。すなわち、「１」における基板１２は上記ＡＢＳであるのに対して、「８」はテフロン(登録商標)、「９」はポリエチレン、「１０」はＰＢＩ(ポリベンゾイミダゾール)が構成材料となっている。基板１２の構成材料の曲げ弾性率が大きくなる程、距離ｘ0は増加する傾向が見られる。これは、曲げ弾性率が大きくなる程、基板１２が撓み難くなり、スペーサー１４近傍の平坦領域が広くなるためであると考えられる。材料の曲げ弾性率を考慮し、式(４)を次式(５)のように補正する。
2016030030.tif 000008
但し
Ｌ：スペーサー１４間距離(mm)
Ｗ：基板１２の奥行き幅(mm)
ｈ：基板１２の厚さ(mm)
Ｅf：基板１２の曲げ弾性率(ＭＰa)
【００５５】
尚、表１の「実験値」をｘ軸に、上記式(５)による「計算値」をｙ軸にとり、「１」〜「１０」のデータに基づいて散布図を描くと、略傾き１の直線でよく近似でき、相関係数Ｒの二乗値は０.９７１であった。また、基板１２の異なる材料を用いて、基板１２の形状を変化させても、上記式(５)によって良く近似できることが確認された。
【００５６】
本実施の形態における生体情報検知マット１１においては、上記距離ｘ0を用いて、スペーサー１４からの水平方向への距離ｘが、ｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って、圧電ケーブル１３が配置されている。この生体情報検知マット１１を使用すると、ユーザーの体動が基板１２に伝わった場合に、スペーサー１４からの距離がｘ＝ｘ0付近で圧電ケーブル１３に大きな折れが生じ、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果が働いて大きな信号強度を得ることができ、Ｓ/Ｎ比を向上させて感度向上を図るという効果を奏することができる。
【００５７】
本実施の形態において、空隙が存在する領域１５において、スペーサー１４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル１３が配置されていれば本発明の効果は発生し、サイズや材料は記載内容に限定されるものではない。また、圧電ケーブル１３は、図２に示すように、基板１２の概略周辺付近に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、基板１２の中央付近に配置してもよい。また、図２においては、空隙が存在する領域１５のｘ＞ｘ0を満たす領域中に圧電ケーブル１３を２本配置しているが、１本または３本以上配置してもよい。また、圧電ケーブル１３を直線状に配置されているが、これに限定されるものではなく曲線状に配置してもよい。
【００５８】
また、上記圧電ケーブル１３は、基板１２における二つ主面のうちの生体が存在する側とは反対側に配置されるが、基板１２の振動を検知するように基板１２と一体に形成されていれば良い。すなわち、圧電ケーブル１３は、生体が存在する側に配置されていても良く、または、基板１２内に埋め込まれて配置されていても良い。
【００５９】
・第３実施の形態
図５は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図５(a)は断面図であり、図５(b)は平面図である。尚、図５(a)は、図５(b)のＣ‐Ｃ’矢視断面図である。
【００６０】
本実施の形態においては、上記第１実施の形態と比べて、スペーサーと接着するように第２の基板を備えている点が異なっている。
【００６１】
本生体情報検知マット２１は、第１基板２２と圧電ケーブル２３とスペーサー２４と第２基板２５とを備えている。圧電ケーブル２３は、第１基板２２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー２４は、図５(b)に示すように、圧電ケーブル２３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、第１基板２２に接着剤で接続されて一体に構成されている。第２基板２５は、スペーサー２４における第１基板２２とは反対側に、概略全幅に亘って接着剤で接続されて一体に構成されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様である。
【００６２】
このように、本実施の形態における生体情報検知マット２１においては、上記第２基板２５が存在していても、第１基板２２と第２基板２５との間に、空隙が存在する領域２６と空隙が存在しない領域２７とが設けられている。したがって、空隙が存在する領域２６と空隙が存在しない領域２７との両方に亘って圧電ケーブル２３が配置されていればこの発明の効果が発生し、サイズや材料は記載内容に限定されるものではない。
【００６３】
また、本実施の形態の構成にすることにより、上記スペーサー２４が露出することがなく、スペーサー２４等の突起部によって、ユーザーが怪我をするリスクを無くすという効果を奏することができる。
【００６４】
尚、上記圧電ケーブル２３は、図５(b)に示すように、上記第１基板２２のスペーサー２４の延在方向における概略中央に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１基板２２の周囲近傍に配置してもよい。また、図５において、空隙が存在する領域２６と空隙が存在しない領域２７との両方に亘って圧電ケーブル２３が配置されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記距離ｘ0を用いて、空隙が存在する領域２６において、スペーサー２４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル２３を配置しても差し支えない。
【００６５】
・第４実施の形態
図６は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図６(a)は断面図であり、図６(b)は平面図である。尚、図５(a)は、図５(b)のＤ‐Ｄ’矢視断面図である。
【００６６】
本実施の形態においては、上記第３実施の形態と比べて、第１基板に分割溝を設けて分割している点が異なっている。
【００６７】
本生体情報検知マット３１は、第１基板３２と圧電ケーブル３３とスペーサー３４と第２基板３５とを備えている。圧電ケーブル３３は、第１基板３２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー３４は、図６(b)に示すように、圧電ケーブル３３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、第１基板３２に接着剤で接続されて一体に構成されている。第２基板３５は、スペーサー３４における第１基板３２とは反対側に、概略全幅に亘って接着剤で接続されて一体に構成されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様である。
【００６８】
上記第１基板３２には、第１基板３２と第２基板３５の間に形成された空隙が存在する領域３７における空隙が存在しない領域３８との境界近傍に、スペーサー３４に沿って分割溝３６が形成されている。そして、分割溝３６によって分割された各部分基板３２a,３２b,３２cは、互いに相対的に可動可能になっており、圧電ケーブル３３および各種接着テープ(図示せず)によって互いに連結されている。または、生体情報検知マット３１全体を、フェルト等の保護材(図示せず)で包むことによって、各部分基板３２a,３２b,３２cは互いに連結された状態になっている。
【００６９】
このように、本実施の形態における生体情報検知マット３１においては、上記第１基板３２と第２基板３５の間に、空隙が存在する領域３７と空隙が存在しない領域３８とが設けられている。そして、上記第１基板３２は、空隙が存在する領域３７における空隙が存在しない領域３８との境界近傍に、スペーサー３４に沿って形成された分割溝３６によって、三つの部分基板３２a,３２b,３２cに分割されている。したがって、ユーザーの体動が第１基板３２に伝達された場合には、第１基板３２における分割溝３６の箇所で圧電ケーブル３３に折れが生ずる。その場合、生体情報検知マット３１全体の曲げ剛性は、第１基板３２の曲げ剛性の分だけ小さくなっている。そのため、圧電ケーブル３３には大きな折れが生じ、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果がさらに大きく働いて、さらに大きな信号強度を得ることができる。すなわち、Ｓ/Ｎ比をさらに向上させて感度のさらなる向上を図るという効果を奏することができるのである。
【００７０】
ここで、上記第１基板３２における分割溝３６の幅は、０.１ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。
【００７１】
尚、本実施の形態においては、上記第１基板３２における分割溝３６を、スペーサー３４に沿って直線状に形成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、圧電ケーブル３３上を横断する箇所が空隙が存在しない領域３８との境界近傍に位置していれば良く、他の箇所での位置は何れの箇所を通っていても構わない。
【００７２】
また、図６において、上記空隙が存在する領域３７と空隙が存在しない領域３８との両方に亘って圧電ケーブル３３が配置されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記距離ｘ0を用いて、空隙が存在する領域３７において、スペーサー３４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル３３を配置しても差し支えない。その場合は、第１基板３２の分割溝３６を、スペーサー３４からの水平方向への距離ｘ0に位置させることが望ましい。
【００７３】
・第５実施の形態
図７は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図７(a)は断面図であり、図７(b)は平面図である。尚、図７(a)は、図７(b)のＥ‐Ｅ’矢視断面図である。
【００７４】
本実施の形態においては、上記第３実施の形態と比べて、空隙が存在する領域が複数存在する点が異なっている。
【００７５】
本生体情報検知マット４１は、第１基板４２と圧電ケーブル４３とスペーサー４４と第２基板４５とを備えている。圧電ケーブル４３は、第１基板４２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー４４は、図７(b)に示すように、第１基板４２を略三等分する位置に複数本(本実施の形態においては４本)配置されている。そして、各スペーサー４４は、圧電ケーブル４３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、第１基板４２に接着剤で接続されて一体に構成されている。第２基板４５は、スペーサー４４における第１基板４２とは反対側に、概略全幅に亘って接着剤で接続されて一体に構成されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様である。
【００７６】
このように、本実施の形態における生体情報検知マット４１においては、上記第１基板４２と第２基板４５との間に、４本のスペーサー４４を配列することによって、図７(b)に示すように、複数の(本実施の形態においては３個の)空隙が存在する領域４６と、複数の(本実施の形態においては４個の)空隙が存在しない領域４７とを設けている。したがって、圧電ケーブル４３に折れを生じさせる箇所を複数設けることができ、垂直応力による圧電効果の信号をより詳細に得ることができ、Ｓ/Ｎ比をさらに向上させ、さらなる感度向上を図ることができる。
【００７７】
尚、図７において、上記空隙が存在する領域４６と空隙が存在しない領域４７との両方に亘って圧電ケーブル４３が配置されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記距離ｘ0を用いて、空隙が存在する領域４６において、スペーサー４４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル４３を配置しても差し支えない。
【００７８】
例えば、図７に示すように、４本のスペーサー４４のうち最も外側に位置する２本のスペーサー４４をスペーサー４４aとし、このスペーサー４４aに隣接する空隙が存在する領域４６を空隙が存在する領域４６aとする。そして、圧電ケーブル４３の両端側を直交する方向にスペーサー４４aに沿って延在させる。その場合、圧電ケーブル４３におけるスペーサー４４aに沿って延在する部分のスペーサー４４aからの水平方向への距離ｘを、ｘ≦ｘ0を満たすように設定するのである。
【００７９】
その場合、上記圧電ケーブル４３におけるスペーサー４４aに沿って延在する部分は、圧電ケーブル４３の一端側のみに設けても良い。また、コ字形状に折り曲げられた３本の圧電ケーブルの夫々を３個の空隙が存在する領域４６内に配置し、各圧電ケーブルの両折り曲げ部のスペーサー４４からの水平方向への距離ｘを、ｘ≦ｘ0を満たすように設定してもよい。
【００８０】
・第６実施の形態
図８は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図８(a)は断面図であり、図８(b)は平面図である。尚、図８(a)は、図８(b)のＦ‐Ｆ’矢視断面図である。
【００８１】
本実施の形態においては、上記第３実施の形態と比べて、空隙内に弾性体が存在している点が異なっている。
【００８２】
本生体情報検知マット５１は、第１基板５２と圧電ケーブル５３とスペーサー５４と第２基板５５と弾性体５６とを備えている。圧電ケーブル５３は、第１基板５２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー５４は、図８(b)に示すように、圧電ケーブル５３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、第１基板５２に接着剤で接続されて一体に構成されている。また、第２基板５５は、スペーサー５４における第１基板５２とは反対側に、概略全幅に亘って接着剤で接続されて一体に構成されている。また、弾性体５６は、第１基板５２とスペーサー５４と第２基板５５とで形成される空隙内に挿入されて固定されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様である。
【００８３】
上記第３実施の形態においては、ユーザーの体重が大きい、または、生体情報検知マット２１の直上においてユーザーの体に突起物がある等の理由によって、第１基板２２が大きく押し下げられ、第２基板２５に接触してしまう場合が生ずる。その場合には、第１基板２２における体動による振動を阻害してしまうリスクがある。
【００８４】
そこで、本実施の形態においては、上記スペーサー５４が存在しない領域に該当する空隙が存在する領域５７には、弾性体５６が挿入されている。こうすることによって、弾性体５６の弾性力によって第１基板５２の押し下げを抑制でき、第１基板５２の第２基板５５への接触を防止することができる。
【００８５】
上記弾性体５６としては、例えば、ウレタン,ゴム,発泡ポリエチレン等の比較的高反発性を有する材料が望ましい。しかしながら、反発力が強すぎると、第１基板５２の振動を阻害する要因となることから、弾性体５６の反発力には適正範囲が存在する。弾性体５６上に軽く指を乗せた際に、弾性体５６が凹む程度であれば良い。
【００８６】
上記弾性体５６の厚みは３ｍｍ以上であれば厚い程良い。一方において、厚すぎるとユーザーが異物感を感じるようになる。そのために、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度が望ましい。
【００８７】
尚、図８においては、空隙が存在する領域５７の全体に亘って弾性体５６が満たされているが、空隙が存在する領域５７の一部を満たしていても良い。また、空隙が存在する領域５７における厚み方向全体に亘って弾性体５６が存在しているが、必ずしもその必要はない。第１基板５２および第２基板５５の何れかと一体に弾性体５６が接着されていても良い。
【００８８】
また、図８において、上記空隙が存在する領域５７と空隙が存在しない領域５８との両方に亘って圧電ケーブル５３が配置されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記距離ｘ0を用いて、空隙が存在する領域５７において、スペーサー５４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル５３を配置しても差し支えない。
【００８９】
・第７実施の形態
図９は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。但し、図９(a)は断面図であり、図９(b)は平面図である。尚、図９(a)は、図９(b)のＧ‐Ｇ’矢視断面図である。
【００９０】
本実施の形態においては、上記第３実施の形態と比べて、スペーサーが中央のみに配置されている点が異なっている。
【００９１】
本生体情報検知マット６１は、第１基板６２と圧電ケーブル６３とスペーサー６４と第２基板６５とを備えている。圧電ケーブル６３は、第１基板６２に両面テープで概略全長に亘って接続されて一体に形成されている。また、スペーサー６４は、図９(b)に示すように、スペーサー６４の延在方向中央部に、圧電ケーブル２３が貫く領域を除く概略全幅に亘って、第１基板６２に接着剤で接続されて一体に構成されている。第２基板６５は、スペーサー６４における第１基板６２とは反対側に、概略全幅に亘って接着剤で接続されて一体に構成されている。尚、サイズや材料や使用方法については、上記第１実施の形態と同様である。
【００９２】
このように、本実施の形態における生体情報検知マット６１においては、スペーサー６４の延在方向中央部に、スペーサー６４が存在する領域に該当する空隙が存在しない領域６７が唯１箇所設けられ、その両側全体が空隙が存在する領域６６となっている。したがって、１箇所の空隙が存在しない領域６７で圧電ケーブル６３に対して２箇所の折れを形成することができ、Ｓ/Ｎ比の向上による感度向上が期待できる。
【００９３】
尚、図９において、上記空隙が存在する領域６６と空隙が存在しない領域６７との両方に亘って圧電ケーブル６３が配置されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、上記距離ｘ0を用いて、空隙が存在する領６６において、スペーサー６４からの水平方向への距離ｘがｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って圧電ケーブル６３を配置しても差し支えない。
【００９４】
この場合、上記距離ｘ0を計算する上記式(５)に用いるスペーサー間距離Ｌの値は、スペーサー６４の側面から第１基板６２の端までの距離Ｌ2の２倍とする。尚、こうする理由は、第１基板６２の端が開口端となっており、振動振幅が最も大きな位置となっているので、同じ生体情報検知マット６１を２つ面方向に並べて繋いだ場合と同じ運動を第１基板６２が行うからである。
【００９５】
また、図９において、上記空隙が存在する領域６６の空隙は中空状態のように描かれているが、上記空隙内の全部または一部を弾性体で満たしても良い。このようにすることにより、第１基板６２が、図９における左右何れかの端で第２基板６５と接触することによって、第１基板６２の振動を阻害してしまうというリスクを防止できる。
【００９６】
尚、上記各実施の形態においては、上記圧電素子として圧電ケーブル３,１３,２３,３３,４３,５３,６３を用いたが、圧電フィルムに置き換えても差し支えない。但し、圧電ケーブルの方が、圧電フィルムよりも「伸び」および「折れ」による圧電効果がより顕著であり、比較的安価であることから、望ましい。
【００９７】
また、上記各実施の形態においては、上記圧電ケーブル３,１３,２３,３３,４３,５３,６３は、基板２,１２または第１基板２２,３２,４２,５２,６２に両面テープで接続されて一体に形成されている。しかしながら、接着剤等による接着で一体に形成しても一向に構わない。
【００９８】
また、上記各実施の形態においては、上記空隙が存在する領域５,１５,２６,３７,４６,５６,６６,６６の中の空隙は、圧電ケーブル３,１３,２３,３３,４３,５３,６３を横切って全幅に亘って設けられている。つまり、図１(b),図２(b),図５(b),図６(b),図７(b),図８(b),図９(b)に描かれている基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の図中下端から上端に向かって貫通している。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の上記図中上端または/および下端の全体または一部に、スペーサーを設けて、上記空隙の端の全体または一部も塞いでも良い。
【００９９】
また、上記各実施の形態においては、上記スペーサー４,１４,２４,３４,４４,５４,６４は、図１(b),図２(b),図５(b),図６(b),図７(b),図８(b),図９(b)における基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の図中下端から上端まで存在している。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の上記図中の右辺および左辺の一部にスペーサー４,１４,２４,３４,４４,５４,６４を設けても差し支えない。要は、上記圧電素子が、上記スペーサーのある領域とない領域との両方に亘って配置されているか、または、上記スペーサーから水平方向への距離が上記ｘ0以内の領域とそれ以外の領域との両方に亘って配置されて入ればよいのである。
【０１００】
また、上記各実施の形態においては、上記スペーサー４,１４,２４,３４,４４,５４,６４は、基板２,１２と第１基板２２,３２,４２,５２,６２と第２基板２５,３５,４５,５５,６５とは別体に構成されている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではなく、基板２,１２および第１基板２２,３２,４２,５２,６２と、または、第２基板２５,３５,４５,５５,６５と一体に構成しても良い。
【０１０１】
・第８実施の形態
以下、上記圧電ケーブルや圧電フィルムで成る圧電素子による検出値の温度補正に関する実施の形態について説明する。
【０１０２】
図１０は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。尚、図１０(a)は平面図であり、図１０(b)は断面図である。但し、図１０(b)は、図１０(a)におけるＨ‐Ｈ’矢視断面図である。
【０１０３】
本生体情報検知マット７１は、下地板としての基板７２に一体的に圧電素子７３が固定されており、圧電素子７３の発生信号は圧電素子リード線７４で外部に取り出される。図示しないが、圧電素子リード線７４は２本で構成されており、そのうちの一方は圧電素子７３の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。また、圧電素子７３に熱的に接続され、且つ基板７２に一体的に固定された測温部７５が配置されており、測温部７５の発生信号は測温部リード線７６で外部に取り出される。図示しないが、測温部リード線７６は２本で構成されており、そのうちの一方は測温部７５の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。
【０１０４】
上記測温部７５は、比較的狭い範囲を高精度で測定でき、且つベッドの布団内に配置されることから小型であることが望ましく、具体的には熱電対,サーミスタ,サーモパイル等で構成される。
【０１０５】
上記圧電素子７３および測温部７５は、基板７２に固定されている。さらに、基板７２における圧電素子７３および測温部７５の固定面に緩衝材７７が取り付けられて、基板７２と緩衝材７７とで圧電素子７３および測温部７５を挟んでいる。
【０１０６】
図１１は、本生体情報検知マット７１を用いた睡眠センシングシステムのブロック図である。図１１において、圧電素子７３の温度を測温するための測温部７５が、圧電素子７３に熱的に接続されるように配置されている。圧電素子７３から出力された体動信号は電圧計測部７８で計測される。電圧計測部７８は、具体的にはＡ/Ｄ変換器で構成される。また、測温部７５から出力された温度信号は温度計測部７９によって計測される。温度計測部７９は、具体的にはＡ/Ｄ変換器で構成される。
【０１０７】
さらに、上記温度計測部７９によって得られた温度データに基づいて、時間微分算出部８０によって計測温度の時間微分値が算出される。この計測温度の時間微分値に基づいて補正値算出部８１によって補正値が算出され、この算出された補正値が、加算部８２によって電圧計測部７８からの信号電圧データに加算される。こうして、体動を表す信号電圧値における温度による影響が補正される。補正された信号電圧値に基づいて、体動頻度算出部８３によって体動頻度が算出され、上記算出された体動頻度に基づいて睡眠段階算出部８４によって睡眠段階が算出される。そして、上記算出された睡眠段階が、表示部８５によってユーザーに伝達される。
【０１０８】
すなわち、本実施の形態においては、上記体動センサーを、生体情報検知マット７１,電圧計測部７８,温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１,加算部８２および体動頻度算出部８３で構成している。また、そのうちの時間微分算出部８０,補正値算出部８１および加算部８２で、上記温度補正部を構成している。また、体動頻度算出部８３は、上記体動判定部の一例である。
【０１０９】
図１２は、図１１に示すブロック図における補正値を算出する方法の説明図である。図１２(a)における曲線８６は、図１１における圧電素子７３を、時刻ｔ0にホットプレート等の加熱手段に接触させて加熱した際の、測温部７５によって測定された温度の時間変化をプロットしたものである。また、曲線８７は、温度の時間による１次微分をプロットしたものである。ここで、上記加熱手段は、十分に温度を安定させた状態で生体情報検知マット７１の加熱を開始させている。図１２(a)において、１次微分のピークが加熱開始時刻ｔ０よりも遅れるのは、上記加熱手段による温度の影響が測温部７５まで伝達するのに時間が掛かるためであり、遅延時間は数秒程度である。
【０１１０】
また、図１２(b)は、図１２(a)に示す温度変化によって圧電素子７３に発生する信号電圧の時間変化をプロットしたものである。温度変化によって信号電圧が変化するのは、温度変化によって、圧電素子７３の材料が熱膨張または熱収縮して変形するためである。
【０１１１】
また、図１２(c)は、温度の時間微分値を横軸に、圧電素子７３からの信号電圧値(圧電素子信号電圧値)を縦軸にとり、プロットしたものである。この場合、両者は明確な相関を示すので最小二乗法によって両者の線形近似を行い、その近似直線の傾きを求める。こうして求められた上記「傾き」または上記傾きを用いた補正値算出式「傾き×温度の時間微分値×(−１)」を、補正値算出部８１に格納しておく。そして、補正値算出部８１は、上記「傾き」または上記「補正値算出式」を用いて補正値を算出するのである。
【０１１２】
上記加算部８２によって、上記補正値を圧電素子７３からの信号電圧に加えることによって、温度による圧電素子７３の信号電圧への影響をキャンセルすることができるのである。
【０１１３】
尚、上記図１２(a)〜図１２(c)で説明した上記線形近似および上記「傾き」の算出は、本睡眠センシングシステムによって行ってもよいし、他の装置で行った結果を本睡眠センシングシステムの補正値算出部８１に格納してもよい。
【０１１４】
ここで、温度変化によって圧電素子７３の信号電圧が上述のような振る舞いを示す理由について述べる。圧電素子７３は、温度の増減によって熱膨張あるいは熱収縮し、分極電圧が発生する。圧電素子７３に発生した電圧は、圧電素子７３の陽極および陰極に並列に接続された負荷または電圧計測部７８に通電することによって「０」に近付くため、温度が緩やかに変化した場合には圧電素子７３の発生電圧に影響しない。ところが、温度が急激に変化した場合は、上記通電が上記変化に追随できずに圧電素子７３の発生電圧に影響を及ぼすことになる。この影響の度合いは温度の時間微分に比例するため、この比例定数(上記「傾き」)を予め求めて補正値算出部８１に格納しておき、上記比例定数に温度の時間微分を乗じた値を圧電素子７３の信号強度から差し引く、または、閾値に加えることによって、温度による影響を補正する効果を奏することができるのである。
【０１１５】
尚、図１２(c)に示す線形近似は、基本的には原点を通る線形近似となる場合が多い。しかしながら、状況によっては、線形近似ではなく、多項式近似や、指数近似や、対数近似や、累乗近似を取っても差し支えない。その場合、(ある温度微分量に対する近似式の値)×(−１)が補正値となる。
【０１１６】
尚、図１２(c)においては、温度上昇に対して上記圧電素子信号電圧値が増加する方向に変化しているが、逆に減少する方向に変化する場合もあり得る。これは、熱膨張による圧電素子材料の変形する方向が、圧電素子７３の形態によって異なるためであり、圧電素子７３の周囲の環境にも左右されるため、素子毎に異なるのが一般的である。
【０１１７】
したがって、本実施の形態における製品(生体情報検知マット７１)の出荷前に、各測温部７５の位置毎に、上述の方法によって近似式を求めて格納しておくことが望ましい。ユーザーが使用する際は、近似式を求めるプロセスは不要であり、温度の微分値から上記予め求められている近似式を用いて補正値を算出し、補正を行うことになる。
【０１１８】
図１３は、本生体情報検知マット７１における温度補正による効果を説明するための図である。図１３(a)および図１３(b)は、共に、生体情報検知マット７１上にユーザーが寝て、圧電素子７３上に乗り上げるように寝返りを行った状態での圧電素子７３からの信号電圧である「圧電素子信号電圧」の時間変化をプロットしたものである。尚、図１３(a)は補正前、図１３(b)は補正後の圧電素子信号電圧である。
【０１１９】
図１３(a)に示すように、補正前においては、体動によって信号電圧が発生した数秒後に、体温による温度上昇によって信号電圧の変化が表れており、恰も２度体動が発生したかのように見えている。しかしながら、図１３(b)によれば、上記補正によって、温度上昇による信号電圧の変化がキャンセルされて、体動による信号電圧のみが発生しているのが分かる。したがって、体動頻度算出部８３では、圧電素子信号電圧が上側閾値を超えた回数である体動頻度が１回と正しく算出されるのである。このことは、本実施の形態による効果に他ならない。
【０１２０】
ユーザーが上記生体情報検知マット７１を使用している場合に、ユーザーが寝返りを打って生体情報検知マット７１の外に移動してしまうと体動を検知できなくなってしまう。そこで、基板７２は、ある程度の大きさを有していることが望ましい。例えば縦(人間の身長方向)は２０ｃｍ〜４０ｃｍ程度であり、横(人間の左右方向)は２０ｃｍ〜８０ｃｍ程度であることが望ましい。
【０１２１】
上記基板７２は、可撓性があり、また薄いことが望ましい。そうすることにより、基板７２に加えられた体動による外力を、圧電素子７３が効率よく検出することができる。しかしながら、基板７２が薄すぎると、圧電素子７３のある位置とない位置とで同じ外力に対する発生信号の強度差が大きくなるため、基板７２の厚さは少なくとも圧電素子７３の大きさと同等以上あることが望ましい。具体的には、上記ＡＢＳ樹脂や多胞性ポリエチレン等の素材を用い、厚みは１ｍｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。
【０１２２】
上記緩衝材７７は、柔らかく、また厚いことが望ましい。そうすることにより、体動時に外力によって基板７２が大きく変形することができる。また、固いベッド上に生体情報検知マット７１を配置した場合でも、体動を高感度に検知することが可能になる。しかしながら、緩衝材７７が厚すぎると、ユーザーの安眠を阻害することになるので、適度な厚みにする必要がある。具体的には、ウレタンやゴムなどの素材を用い、厚みは５ｍｍ〜２０ｍｍ程度が望ましい。
【０１２３】
・第９実施の形態
本実施の形態は、上記第８実施の形態の場合と同様の生体情報検知マット７１を用いた睡眠センシングシステムにおいて、温度変化による補正値を体動判定用の閾値に直接作用させるものに関する。
【０１２４】
図１４に、本実施の形態における睡眠センシングシステムのブロック図を示す。図１４において、生体情報検知マット７１,電圧計測部７８,温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１,睡眠段階算出部８４および表示部８５は、上記第８実施の形態における生体情報検知マット７１,電圧計測部７８,温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１,睡眠段階算出部８４および表示部８５と全く同様であり、上記第８実施の形態の場合と同じ番号を付して説明は省略する。
【０１２５】
本実施の形態において、上記補正値算出部８１で算出された補正値は、体動頻度算出部９１に送出される。そうすると、体動頻度算出部９１では、体動判定に用いる上側閾値および下側閾値に、上記補正値が加算される。そして、体動頻度算出部９１では、図１５に示すように、補正後の上側閾値および補正後の下側閾値に基づいて、体動頻度が算出される。こうすることによって、体動によって信号電圧が発生した数秒後に温度上昇によって現れた信号電圧の変化は、補正後の上側閾値を下回り、体動頻度は１回と正しく算出されるのである。
【０１２６】
すなわち、本実施の形態においては、上記体動センサーを、生体情報検知マット７１,電圧計測部７８,温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１および体動頻度算出部９１で構成している。また、そのうちの時間微分算出部８０,補正値算出部８１および体動頻度算出部９１で、上記温度補正部を構成している。また、体動頻度算出部９１は、上記体動判定部の一例である。
【０１２７】
・第１０実施の形態
本実施の形態は、上記圧電素子として圧電フィルムを用いた体動センサーに関する。
【０１２８】
図１６は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。尚、図１６(a)は平面図であり、図１６(b)は断面図である。但し、図１６(b)は、図１６(a)におけるＩ‐Ｉ’矢視断面図である。
【０１２９】
本生体情報検知マット１０１は、下地板としての基板１０２に一体的に圧電フィルム１０３が固定されており、圧電フィルム１０３の発生信号は圧電フィルムリード線１０４で外部に取り出される。図示しないが、圧電フィルムリード線１０４は２本で構成されており、そのうちの一方は圧電フィルム１０３の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。また、圧電フィルム１０３に熱的に接続され、且つ基板１０２に一体的に固定された測温部１０５が複数配置されており、各測温部１０５の発生信号は複数の測温部リード線１０６で外部に取り出される。図示しないが、各測温部リード線１０６は１個の測温部１０５につき２本で構成されており、そのうちの一方は測温部１０５の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。
【０１３０】
上記測温部１０５は、具体的には熱電対,サーミスタ,サーモパイル等で構成される。ここで、測温部１０５は、圧電フィルム１０３における図１６(a)中水平方向の中心線より上側に配列された複数の測温部１０５aと、上記中心線上に配列された複数の測温部１０５bと、上記中心線より下側に配列された複数の測温部１０５cとで構成される。
【０１３１】
上記圧電フィルム１０３および上記測温部１０５は、基板１０２に固定されている。さらに、基板１０２における圧電フィルム１０３および測温部１０５の固定面に緩衝材１０７が取り付けられて、基板１０２と緩衝材１０７とで圧電フィルム１０３および測温部１０５を挟んでいる。
【０１３２】
本実施の形態の生体情報検知マット１０１を用いた上記体動センサーおよび上記睡眠センシングシステムは、上記第８実施の形態において図１１に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムのブロック図において、温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１および加算部８２が複数の測温部１０５の夫々に対応して複数設けられること以外は、図１１に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムのブロック図と同様であるので、説明は省略する。尚、複数の加算部８２は、電圧計測部７８の後段に直列に接続される。
【０１３３】
また、上記睡眠センシングシステムにおける補正値算出方法は、上記第８実施の形態の場合と基本的には同様である。すなわち、個々の測温部１０５毎にホットプレート等の加熱手段を接触させて加熱し、上記第８実施の形態において図１２(a),図１２(b)および図１２(c)で説明したのと同様の過程を経て補正値を得る。そして、複数の測温部１０５によって求めた補正値を全て合計し、圧電フィルム１０３からの信号電圧データに加算することによって、体動を表す信号電圧値における温度による影響が補正されるのである。
【０１３４】
尚、上記測温部１０５は、圧電フィルム１０３上に乗っている人体の温度を検知するためのものである。そのために、測温部１０５a,測温部１０５bおよび測温部１０５cの配置間隔は、狭すぎる場合には、測温部１０５を多数個配置する必要があり、高コストとなるだけで無意味である。また、広すぎる場合には、温度の影響を見過ごす可能性があり、望ましくない。そこで、測温部１０５の間隔は、１ｃｍ〜２０ｃｍ程度が望ましい。また、測温部１０５の配置は図１６(a)の配置に限定されるものではなく、例えば仰向けに寝たユーザーの左右方向のみに間隔を空けて配置してもよい。
【０１３５】
・第１１実施の形態
本実施の形態は、上記圧電素子として圧電ケーブルを用いた体動センサーに関する。
【０１３６】
図１７は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。尚、図１７(a)は平面図であり、図１７(b)は断面図である。但し、図１７(b)は、図１７(a)におけるＪ‐Ｊ’矢視断面図である。
【０１３７】
本生体情報検知マット１１１は、下地板としての基板１１２に一体的に圧電ケーブル１１３が固定されており、圧電ケーブル１１３の発生信号は圧電ケーブルリード線１１４で外部に取り出される。図示しないが、圧電ケーブルリード線１１４は２本で構成されており、そのうちの一方は圧電ケーブル１１３の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。ここで、圧電ケーブル１１３は、基板１１２の外周部に沿って矩形状に配設されている。
【０１３８】
また、上記圧電ケーブル１１３に熱的に接続され、且つ基板１１２に一体的に固定された測温部１１５が複数配置されており、各測温部１１５の発生信号は複数の測温部リード線１１６で外部に取り出される。図示しないが、各測温部リード線１１６は１個の測温部１１５につき２本で構成されており、そのうちの一方は測温部１１５の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。
【０１３９】
上記測温部１１５は、具体的には熱電対,サーミスタ,サーモパイル等で構成される。ここで、測温部１１５は、圧電ケーブル１１３における図１７(a)中水平方向の中心線より上側に配列された複数の測温部１１５aと、上記中心線上に配列された複数の測温部１１５bと、上記中心線より下側に配列された複数の測温部１１５cとで構成される。
【０１４０】
上記圧電ケーブル１１３および上記測温部１１５は、基板１１２に固定されている。さらに、基板１１２における圧電ケーブル１１３および測温部１１５の固定面に緩衝材１１７が取り付けられて、基板１１２と緩衝材１１７とで圧電ケーブル１１３および測温部１１５を挟んでいる。
【０１４１】
本実施の形態の生体情報検知マット１１１を用いた上記体動センサーおよび上記睡眠センシングシステムは、上記第８実施の形態において図１１に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムのブロック図において、温度計測部７９,時間微分算出部８０,補正値算出部８１および加算部８２が複数の測温部１１５の夫々に対応して複数設けられること以外は、図１１に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムのブロック図と同様であるので、説明は省略する。尚、複数の加算部８２は、電圧計測部７８の後段に直列に接続される。
【０１４２】
また、上記睡眠センシングシステムにおける補正値算出方法は、上記第８実施の形態の場合と基本的には同様である。すなわち、個々の測温部１１５毎にホットプレート等の加熱手段を接触させて加熱し、上記第８実施の形態において図１２(a),図１２(b)および図１２(c)で説明したのと同様の過程を経て補正値を得る。そして、複数の測温部１１５によって求めた補正値を全て合計し、圧電ケーブル１１３からの信号電圧データに加算することによって、体動を表す信号電圧値における温度による影響が補正されるのである。
【０１４３】
・第１２実施の形態
本実施の形態は、上記圧電素子の温度の時間微分値と圧電素子の信号電圧値との相関式を算出するための加熱部を有する体動センサーに関する。
【０１４４】
図１８は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける模式図である。尚、図１８(a)は平面図であり、図１８(b)は断面図である。但し、図１８(b)は、図１８(a)におけるＫ‐Ｋ’矢視断面図である。
【０１４５】
本生体情報検知マット１２１は、下地板としての基板１２２に一体的に圧電素子１２３が固定されており、圧電素子１２３の発生信号は圧電素子リード線１２４で外部に取り出される。図示しないが、圧電素子リード線１２４は２本で構成されており、そのうちの一方は圧電素子１２３の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。また、圧電素子１２３に熱的に接続され、且つ基板１２２に一体的に固定された測温部１２５が配置されており、測温部１２５の発生信号は測温部リード線１２６で外部に取り出される。図示しないが、測温部リード線１２６は２本で構成されており、そのうちの一方は測温部１２５の陽極側に、他方は陰極側に電気的に接続されている。
【０１４６】
上記測温部１２５は、比較的狭い範囲を高精度で測定でき、且つベッドの布団内に配置されることから小型であることが望ましく、具体的には熱電対,サーミスタ,サーモパイル等で構成される。さらに、圧電素子１２３および測温部１２５と熱的に接続され、且つ基板１２２に一体的に固定された加熱部１２７が、圧電素子１２３および測温部１２５の周囲を取り囲むように配置されている。加熱部１２７への電力は、加熱部リード線１２８を介して外部から供給される。
【０１４７】
上記圧電素子１２３,測温部１２５および加熱部１２７は、基板１２２に固定されている。さらに、基板１２２における圧電素子１２３,測温部１２５および加熱部１２７の固定面に緩衝材１２９が取り付けられて、基板１２２と緩衝材１２９とで圧電素子１２３,測温部１２５および加熱部１２７を挟んでいる。
【０１４８】
本実施の形態における生体情報検知マット１２１においては、基板１２２に固定された加熱部１２７を備えている。したがって、温度の時間微分値と信号電圧値との線形近似を行う場合に、圧電素子１２３を外部から加熱するための加熱手段を必要とはせず、ユーザーの使用環境下における測温部１２５において、温度の時間微分値と圧電素子１２３からの信号電圧値との相関式を算出することができる。
【０１４９】
以上のことより、本実施の形態によれば、上記体動センサー毎の製造ばらつきや使用環境の影響を防止し、より高精度に温度の影響をキャンセルする補正を行うことが可能になる。
【０１５０】
ここで、本実施の形態における上記生体情報検知マット１２１を用いた上記体動センサーおよび上記睡眠センシングシステムの構成は、上記第８実施の形態において図１１に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムの構成、または、上記第９実施の形態において図１４に示す体動センサーおよび睡眠センシングシステムの構成と、基本的には同じである。
【０１５１】
尚、上記第８実施の形態から上記第１２実施の形態においては、基板７２,１０２,１１２,１２２および緩衝材７７,１０７,１１７,１２９を備えているが、上記基板や緩衝材は必ずしも必要ではなく、測温部７５,１０５,１１５,１２５によって測定された温度の時間微分に定数を乗じた値に基づいて、圧電素子７３,１０３,１１３,１２３からの信号電圧値または体動頻度検出時の閾値に補正を加える要件を満たせばよいのである。
【０１５２】
また、上記第８実施の形態から上記第１２実施の形態においては、測温部７５,１０５,１１５,１２５は、圧電素子７３,１０３,１１３,１２３と熱的に接続されていると記載している。これは、測温部７５,１０５,１１５,１２５近傍の圧電素子７３,１０３,１１３,１２３の温度を正確に測定できる状況を含むことを示している。例えば、測温部７５,１０５,１１５,１２５が熱電対やサーミスタであれば、測温部７５,１０５,１１５,１２５が圧電素子７３,１０３,１１３,１２３に直接に、または、熱伝導率の高い物質を介して接触していることを意味している。ここで、熱伝導率の高い物質とは、例えば放熱シリコーン等が挙げられる。さらには、全体をアルミ等の金属箔で覆う等の処置によって、測温部７５,１０５,１１５,１２５と圧電素子７３,１０３,１１３,１２３との密着の度合いを高めることができる。
【０１５３】
また、上記第８実施の形態から上記第１２実施の形態においては、上記補正された圧電素子７３,１０３,１１３,１２３からの信号電圧値に基づいて、体動頻度算出部８３,９１および睡眠段階算出部８４によって、睡眠段階を算出するように構成している。しかしながら、これに限定されるものではなく、補正された信号電圧値に基づいて、心拍や呼吸やいびきを抽出する場合にも適用することができる。その場合においても、上記信号電圧値の補正の効果は発生し、精度良くこれらに起因する信号を抽出することが可能になる。心拍信号や呼吸信号の抽出については、例えば特表平１１‐５０５１４６号公報を参照されたい。
【０１５４】
ところで、不眠および疲労は、発展した社会における未解決の問題の一つである。人口におけるかなりの割合の人々が、生活におけるある部分で睡眠の問題を経験している。睡眠が不足すると生活の質の低下につながり、仕事における能力を低下させ、より深刻な場合においては、鬱等の精神疾患につながる。ドライバーや事故のリスクを負う工員にとっては、眠気は重大な事故が頻発する要因になり得る。そのため、睡眠の質を改善することを目的とした装置に対する需要が高まっている。
【０１５５】
睡眠は、段階Ｉ〜段階IＶである４つのノンレム睡眠ＮＲＥＭと、１つの段階であるレム睡眠ＲＥＭとから成ることが知られている動的挙動である。上記段階Ｉおよび段階IIは浅い眠りと関連し、段階IIIおよび段階IＶは深い眠りと関連している。また、上記ノンレム睡眠ＮＲＥＭは、通常最小精神活動と関連し、上記レム睡眠ＲＥＭは、非常に活発な脳の働きおよび夢に関連している。典型的な成人では、睡眠は段階Ｉ,段階II,段階IIIおよび段階IＶを経て、段階IIIから段階Ｉへ、さらにレム睡眠ＲＥＭへと逆行する。この周期は、一晩を通して、およそ９０分〜１００分の間隔で繰り返される。深い睡眠は、夜の早い時点においてピークを迎え、夜の遅い時点では次第に浅くなっていく。
【０１５６】
睡眠時に体が動くことは正常であり、典型的に浅い眠り(段階Ｉおよび段階II)を示している。また、体の運動が見られない場合は、典型的に深い睡眠(段階IIIおよび段階IＶ)を示している。
【０１５７】
「睡眠指標」は、睡眠を説明するために用いられる標準測定値であり、合計睡眠時間ＴＳＴ、就寝時刻ＴＩＢ、入眠潜伏時間ＳＯＬ、入眠後合計覚醒ＷＡＳＯ、および、入眠後覚醒回数ＮＷＡＫ等のうちの１つ以上の測定値を含んでいる。主に、運動データが、１つ以上の睡眠指標の測定値を算出するために用いられるが、特に光およびノイズ等の他のセンサデータが、睡眠指標の測定値を算出するために、上記運動データと共に用いられる。
【０１５８】
「睡眠の質の指標」は、ユーザーの睡眠の質を説明するために用いられる測定値であって、睡眠効率ＳＥ、大きな運動ＳＭ、または、睡眠細分化ＳＦ等の測定値である。上記睡眠の質の指標は、これらの測定値のうちの１つに基づく、または、これらの測定値のうちの２つ以上の組み合わせに基づく指標である。
【０１５９】
上記睡眠効率ＳＥは、ベッドで睡眠に費やす時間の比率として規定され、以下のように算出され得る。
ＳＥ＝ベッドで睡眠に費やされる合計睡眠時間/ベッドに就いている合計時間
＝ＴＳＴ/ＴＩＢ
また、合計睡眠時間ＴＳＴは、以下の式を用いて算出される。
ＴＳＴ＝ＴＩＢ−ＳＯＬ−ＷＡＳＯ
つまり、睡眠効率ＳＥは、数値が高ければ高い程良質な睡眠であることを示すパーセンテージとしてユーザーに示される。
【０１６０】
上記大きな運動ＳＭは、ユーザーが、眠っている間に行っている大きな運動の回数に基づく睡眠の質の指標である。この大きな運動ＳＭは、一晩中の運動データを分析し、閾値を設定し、この閾値を上回る運動回数をカウントすることによって得られる。大きな運動ＳＭのデータは、夜中の大きな運動の合計回数として、または、夜中１時間毎の大きな運動の回数として、ユーザーに示される。
【０１６１】
上記睡眠細分化ＳＦは、ユーザーの夜間睡眠がどのように細分化されているかを監視するための指標である。睡眠細分化ＳＦは、入眠後覚醒回数ＮＷＡＫに基づく覚醒時間を含んでいる。この睡眠の質の指標は、例えば５分といった特定の時間よりも長い覚醒をカウントして得る。この睡眠細分化ＳＦは、夜中の合計覚醒回数または１時間毎の平均覚醒回数として、ユーザーに示される。
【０１６２】
または、上述した各睡眠の質の指標のうちの２つ以上を組み合わせることによって、結合された睡眠の質の指標を得ることができる。一般的に、この結合された睡眠の質の指標は、下記のごとく、上述した複数の指標等の関数として算出される。
睡眠の質の指標＝ｆ(ＳＥ、ＳＭ、ＳＦ、…)
【０１６３】
例えば、上記結合された睡眠の質の指標は、０から１００のスケールで表される睡眠効率ＳＥ、０から１００のスケールで表される大きな運動ＳＭ、および、０から１００のスケールで表される睡眠細分化ＳＦ、の合計として算出される。
睡眠の質の指標＝ｓ(ＳＥ)＋ｓ(ＳＭ)＋ｓ(ＳＦ)
但し、ｓ()はスケーリング関数を示す。
【０１６４】
これにより、ユーザーの睡眠の質を示す、０から３００の睡眠の質の指標が得られる。これは、上記「睡眠の質の指標」に付随するものであり、寝室の温度、不定期な「就寝」および「起床」時間、摂取したカフェイン、および/または、アルコール量等の要因を含む。
【０１６５】
上述のごとく、体動から睡眠段階を求めることによって、睡眠の質の指標をユーザーに示すことができるのであるが、上記睡眠段階を精度よく求めることが必要とされる。
【０１６６】
体動を検知するセンサーとして、例えば特許第４２５６６６０号公報および特許第４０２９１７７号公報に開示された圧電センサーがある。これらの圧電センサーは、ベッドの敷布団内に配置されて、体動を計測するものである。
【０１６７】
また、上記圧電センサーを用いた睡眠段階検出方法として、例えば以下の方法がある。すなわち、一定時間(例えば３０秒)内に生じた体動の頻度である体動頻度と、「覚醒」,「レム睡眠」,「ノンレム睡眠Ｉ」,「ノンレム睡眠II」から成る睡眠段階との相関を、予め求めておく。そして、被験者の体動頻度を計測し、上記相間に基づいて、睡眠段階を算出するのである。
【０１６８】
ここで、上記体動頻度と睡眠段階との相関は、複数の被験者に関して、体動検出と同時に、脳波記録法ＥＥＧ,眼電図記録法ＥＯＧ,筋電図記録法ＥＭＧ,心電図記録法ＥＣＧ等によって上記睡眠段階を測定する。こうして取得した体動検出データと睡眠段階に基づいて求める。また、その場合の体動検出は、上記圧電センサーによる体動信号の振幅が閾値を超えたか否かによって判定する。
【０１６９】
上記睡眠段階検出方法においては、上記体動信号を精度よく取得することが、上記睡眠段階を正確に算出するためには極めて重要なのである。
【０１７０】
本発明者らが圧電素子を用いて体動センサーを作成したところ、体動センサー(つまり圧電素子)の温度によって体動信号が影響を受けることが判明した。具体的な例を図１９に示す。
【０１７１】
図１９において、Ｙ１のタイミングで、ベッド上の被験者が寝返りを行い、圧電素子上に体が無い状態から在る状態に変化したとする。その場合、圧電素子は、期間Ｙ２において、体動に起因する電圧変化を発生する。この電圧変化が、予め設定された上側閾値(または下側閾値)を越えると１回の体動が生じたと判断することができる。
【０１７２】
しかしながら、同時に、圧電素子上に体が乗ったことによって熱伝導により圧電素子の温度が上昇する。そして、上記圧電素子の温度が変化すると、熱膨張または熱収縮によって圧電素子内に分極が生じ、発生信号(体動信号)に変化が生ずる。この熱伝導による圧電素子温度の変化は寝返りのタイミングよりも遅れて生ずる。そのために、期間Ｙ２の寝返りによる発生信号の変化後数秒経過後に、期間Ｙ３において、温度変化に起因する電圧変化を発生する。
【０１７３】
この電圧変化が、上記上側閾値を上回る(または上記下側閾値を下回る)と、２回目の体動が発生したと判定されることになる。このように、実際は１回の体動を生じたにも関わらず、２回の体動とカウントされてしまうため、体動の頻度を誤って計測してしまうこととなる。
【０１７４】
このように、温度変化によって上記圧電素子の発生信号が影響を受けることから、体動頻度の精度を低下させ、延いては上記睡眠段階の算出精度を悪化させるという問題が生ずるのである。
【０１７５】
上述したように、上記第８実施の形態から上記第１２実施の形態によれば、体動信号に対する温度の影響の度合いは温度の時間微分に比例するため、この比例定数予め求めておき、上記比例定数に検出温度の時間微分を乗じた値を上記圧電素子の発生信号から差し引く、または、閾値に加えることによって、温度による影響を補正することができる。したがって、体動信号に対する温度変化の影響をなくして、精度よく体動頻度を求めることができるのである。
【０１７６】
以上のごとく、上記第８実施の形態から上記第１２実施の形態は、圧電素子の発生信号に対する温度変化の影響を防止できるので、上記問題の解決に非常に有用である。
【０１７７】
・第１３実施の形態
以下、上記圧電ケーブルにおけるリールに巻き付ける際に生ずる巻癖に起因する反りの信号電圧に対する影響の除去に関する実施の形態について説明する。
【０１７８】
図２０は、本実施の形態の生体情報検知マットにおける平面模式図である。
【０１７９】
生体情報検知マット１３１は、基板１３２に一体的に、圧電ケーブル１３３が基板１３２の概ね全長に亘って、粘着テープ(以下、単にテープと言う)１３４で貼り付けられて固定された構造を有している。圧電ケーブル１３３の発生信号はリード線１３５で外部に取り出される。リード線１３５は１３５aと１３５bとの２本で構成されており、そのうちの一方のリード線１３５aは圧電素子１３３の陽極側に、他方のリード線１３５bは陰極側に電気的に接続されている。
【０１８０】
本生体情報検知マット１３１は、ユーザーによって、睡眠時に敷布団やマットレスの下に設置されて、ユーザーが睡眠中に生体情報を検出する。より具体的には、睡眠中の体動が基板１３２に伝わり、これを圧電ケーブル１３３が検出して電気信号に変換し、リード線１３５を介して電気信号処理回路(図示せず)に伝達される。
【０１８１】
上記電気信号処理回路は、増幅器,Ａ/Ｄ変換器および信号処理手段を有する回路であって、体動信号,呼吸信号,心拍信号等を検出してユーザーに必要な形で情報を提供するシステムを構成している。上記体動信号,呼吸信号,心拍信号は圧電ケーブル１３３からの発生信号に重畳されているが、上記体動信号は一定振幅以上の信号として、上記呼吸信号は周波数０.２Ｈz〜０.４Ｈzの周期信号として、上記心拍信号は０.８Ｈz〜１.５Ｈzの周期信号として認識し、上記発生信号から分離することができる。
【０１８２】
図２１は、本生体情報検知マット１３１において、圧電ケーブル１３３をテープ１３４で貼り付ける前の様子を、圧電ケーブル１３５の長さ方向に対して垂直な方向から見た状態を模式的に示す図である。但し、図２１(a)は、本生体情報検知マット１３１における貼付前の状態である。また、図２１(b)は、従来の生体情報検知マット１３６における貼付前の状態である。
【０１８３】
上記圧電ケーブルには、製造工程上必ず反りが生ずる。そのために、図２１(b)に示す従来の生体情報検知マット１３６の場合のように、圧電ケーブル１３７を、反りがある状態で、基板１３８にテープ１３９で貼り付る場合には、以下のような手順による。すなわち、圧電ケーブル１３７における反りが凸となる側１３７a、または凹となる側に、予めテープ１３９を貼り付けておく。次に、圧電ケーブル１３７の一端側をテープ１３９で基板１３８に貼り付け、その後に他端側に向かって徐々に基板１３８に貼り付けていく。こうすることによって、圧電ケーブル１３７を基板１３８上の所定箇所に貼り付けることができる。
【０１８４】
尚、上述のように、反りのある圧電ケーブル１３７を、反りの方向に直交する方向が基板１３８の主面と平行になるように貼り付けるためには、先ず圧電ケーブル１３７の一端側を基板１３８に貼り付け、圧電ケーブル１３７の他端の位置を調整しながら基板１３８上の所定位置に貼り付けていく作業が必要となり、極めて困難である。
【０１８５】
このように上記圧電ケーブル１３７を、反りがある状態で、基板１３８にテープ１３９で貼り付けた場合には、テープ１３９を剥がした際に、圧電ケーブル１３７が貼り付け前と同じ方向へ反ることを確認することができる。
【０１８６】
これに対して、本実施の形態の生体情報検知マット１３１においては、図２１(a)に示すように、圧電ケーブル１３３を、反りが無い状態で、基板１３２にテープ１３４で貼り付けるようにしている。そうすることによって、圧電ケーブル１３３における内部応力が略０となり、発生する信号強度が抑制されないようにできるのである。
【０１８７】
図２２は、反りのある圧電ケーブルを基板に貼り付けた際に、貼り付ける向きおよび基板に対する変形の向きを種々変えた場合に、圧電ケーブルに発生する信号の相違を示す。図２２中のａ行は、圧電ケーブルの反りの凸側が基板とは反対向きになるように貼り付けた場合である。また、ｂ行は、圧電ケーブルの反りの凸側が基板に対向するように貼り付けた場合である。また、ｃ行は、圧電ケーブルの反りの凸側が紙面奥側になるように貼り付けた場合である。また、ｄ行は、圧電ケーブルの反りの凸側が紙面手前側になるように貼り付けた場合である。
【０１８８】
さらに、図２２中のＡ列は、上記圧電ケーブルが貼り付けられた基板を、圧電ケーブル側から押し込んで変形させた場合である。また、Ｂ列は、圧電ケーブルが貼り付けられた基板を、圧電ケーブルとは反対側から押し込んで変形させた場合である。
【０１８９】
図２３は、図２２に示す実験データを取得するために、生体情報検知マットを変形させる実験を行った装置(株式会社山電製CreepMeterＲＥ２‐３３００５Ｂ)の模式図である。図２３に示す装置を用いて、生体情報検知マットに一定荷重を一定速度で印加した。
【０１９０】
上記装置は、プローブ１４１に下方から加わった荷重をロードセル１４２で検出し、この荷重が所定値に達するまで、ステージ１４３を上昇させる装置である。尚、ステージ１４３上には、被検査物が撓むように設置されるスペーサー１４４が配置されている。スペーサー１４４上に、上記被検査物として生体情報検知マット１４５を設置する。
【０１９１】
上記被検査物としての上記生体情報検知マット１４５は、大きさが３０cm×１０cmであり、厚さが２mmのＡＢＳ板からなる基板１４６に、長さ２８cmの圧電ケーブル１４７を、圧電ケーブル１４７の長さ方向が基板１４６の長さ方向と平行になるようにテープ１４８で貼り付けて形成している。
【０１９２】
上記プローブ１４１が生体情報検知マット１４５の基板１４６を押す位置は、基板１４６の長手方向中央であり、圧電ケーブル１４７の位置から１cmずれた位置とした。プローブ１４１の先端は４mmφの円形状のものを用いた。ここで、ステージ１４３の上昇速度は１０mm/secとし、荷重は２０Ｎとした。
【０１９３】
図２２によれば、上記「ａ行」および「ｂ行」のごとく、圧電ケーブル１４７の反りの方向が基板１４５の主面に垂直な面内にある場合には、圧電ケーブル１４７の発生信号が比較的小さく抑制されている。これに対し、上記「ｃ行」および「ｄ行」のごとく、圧電ケーブル１４７の反りの方向が基板１４５の主面に平行な面内にある場合には、圧電ケーブル１４７の発生信号に対する抑制は見られない。
【０１９４】
図２４は、図２２に示す実験データを説明するための模式図である。但し、図２４(a)は、反りのある圧電ケーブル１４７を基板１４６に貼り付ける前の状態を示す。また、図２４(b)は、圧電ケーブル１４７の基板１４６への貼り付け後の状態を示す。また、図２４(c)は、圧電ケーブル１４７の基板１４６に対する貼り付け後の状態を示し、図２４(b)における円形部の拡大図である。但し、図２４(a),図２４(b),図２４(c)は、何れも、圧電ケーブル１４７における反り方向の面に平行な面での生体情報検知マット１４７の断面模式図である。尚、煩雑を避けるため、圧電ケーブル１４７を貼り付けるためのテープ１４８、および、圧電ケーブル１４７のリード線は省略している。
【０１９５】
図２４(a)に示すように反りのある圧電ケーブル１４７は、図２４(b)に示すように、基板１４６の主面に略接触するように貼り付けられると、基板１４６が圧電ケーブル１４７に比べて硬いため、圧電ケーブル１４７は基板１４６の主面の形状に一致するような形状になる。ところが、図２４(c)に示すように、貼り付けられた圧電ケーブル１４７内には反りのある元の形に戻ろうとする復元力Ｆa,Ｆbが働いている。
【０１９６】
上記圧電ケーブル１４７内において、芯線１４９を円柱状に覆う圧電素子１５０は、通常柔軟な材料で構成されており、圧電素子１５０を包み込む網電極１５１も通常薄く柔軟に構成されことから、上記復元力Ｆa,Ｆbは、圧電ケーブル１４７内の芯線１４９や全体を被覆する被覆層１５２が復元しようとすることによって生じるものである。その場合、圧電ケーブル１４７内の圧電素子１５０には、この復元力Ｆa,Ｆbによる応力を受けて分極が生じている。この圧電素子１５０内部の分極を打ち消すように、芯線１４９および網電極１５１に電荷が上記電気信号処理回路から供給されるので、定常状態においては芯線１４９と網電極１５１間の電位差は０となっている。
【０１９７】
この状態において、図２２の「ａ行Ｂ列」および「ｂ行Ａ列」のごとく、反りと同じ方向に基板１４６が変位した場合には、この復元力Ｆa,Ｆbから解放される作用と上記変位によって信号が発生する作用とが逆方向であるので、差し引き正味の信号が発生することになり、信号強度抑制の原因となる。
【０１９８】
一方、図２２の「ａ行Ａ列」および「ｂ行Ｂ列」のごとく、反りと逆方向に基板１４６が変位した場合には、芯線１４９や被覆層１５２の復元力Ｆa,Ｆbが反発力となり、基板１４６の変位量が上述した反りと同じ方向に変位した場合と同じであっても、その変位量に至る速度が上記反発力によって抑制されるので、外部の上記電気信号処理回路から上記分極を打ち消すための電荷が供給されてしまい、発生する信号のピーク強度が抑制される原因となる。
【０１９９】
上述のように、上記圧電ケーブル１４７を反りの方向が基板１４６の主面に垂直な面内にある状態で基板１４６に貼り付ける場合には、反りの方向に対する基板１４６の変位方向が「同」,「逆」の何れであっても、発生する信号強度が抑制されることになる。
【０２００】
本実施の形態における生体情報検知マット１３１においては、反りが無い状態の圧電ケーブル１３３が基板１３２にテープ１３４で貼り付けられている。そのため、圧電ケーブル１３３の内部応力は略０であり、圧電ケーブル１３３に発生する信号強度が抑制されることがない。したがって、反りが有る状態で貼り付けられた場合に比べて信号強度が増加し、感度向上およびＳ/Ｎ比の改善という効果を奏することができる。
【０２０１】
図２５は、本実施の形態における生体情報検知マット１３１のごとく、圧電ケーブル１３３の反りを除去することによる効果を示す図である。図２５中のａ行は、図２２におけるａ行と同様に、圧電ケーブルの反りの凸側が基板とは反対向きになるように基板に貼り付けた場合である。また、ｅ行は、圧電ケーブルの反りを除去して基板に貼り付けた場合である。
【０２０２】
さらに、図２５中のＡ列は、図２２におけるＡ列と同様に、上記圧電ケーブルが貼り付けられた基板を、圧電ケーブルと同じ側から押し込んで変形させた場合である。また、Ｂ列は、図２２におけるＢ列と同様に、圧電ケーブルが貼り付けられた基板を、圧電ケーブルとは反対側から押し込んで変形させた場合である。尚、図２５に示す実験データは、図２３に示す装置を用いて取得した。
【０２０３】
図２５から明らかなように、本実施の形態の生体情報検知マット１３１のごとく、圧電ケーブル１３３の反りを除去することによって、圧電ケーブル１３３からの信号強度の抑制が防止されていることが分かる。
【０２０４】
図２６は、本実施の形態における生体情報検知マット１３１において、圧電ケーブル１３３における曲率の求め方を説明するための図である。但し、図２６(a)は、基板１３２の主面への正射影線の取得の説明図である。また、図２６(b)は、基板１３２の主面に垂直な面への正射影線の取得の説明図である。
【０２０５】
先ず、図２６(a)に示すように、上記圧電ケーブル１３３を基板１３２に貼り付ける向きにし、且つ変形しないように極力無応力に近い状態で基板１３２上に配置する。この状態で、基板１３２の主面に垂直な方向からカメラで写真を取る。そして、基板１３２の主面上にＸ軸とＹ軸とを設定し、撮像した映像から基板１３２の主面への正射影線(以下、第１の正射影とも言う)１６１上の各点の座標データを得る。その場合における空間分解能は、第１の正射影１６１の形状が再現できる程度以下であれば良い。次に、上記正射影線１６１上の各点の座標データから、最小二乗フィッティング直線１６２を得る。
【０２０６】
次に、図２６(b)に示すように、上記最小二乗フィッティング直線１６２に平行で、且つ基板１３２の主面に垂直な面に平行となるスクリーン１６３を配置する。最後に、このスクリーン１６３に垂直な方向から圧電ケーブル１３３をカメラで撮像し、撮像した映像からスクリーン１６３への正射影線(以下、第２の正射影と言う)１６４を得る。以下、この第２の正射影１６４に基づいて、圧電ケーブル１３３の曲率を求めるのである。
【０２０７】
図２７は、上記圧電ケーブルにおける曲率と発生した信号の強度のピーク値との相関を示す。縦軸は、図２３に示す装置を用いて生体情報検知マットに一定加重の負荷を与えて変形させた際に、この変形によって圧電ケーブルに発生した信号(図２５参照)の最大振幅である。また、横軸は、当該圧電ケーブルについて、上記図２６に示すようにして求めた上記第２の正射影における最大の曲率である。ここで、上記曲率とは、曲率半径の逆数であって、単位は［/ｍ］である。
【０２０８】
図２７から明らかなように、曲率が大きくなると信号の最大振幅は小さくなる。ところが、曲率が２/ｍ以下であれば、曲率が０の場合と比べて略同じ信号の最大振幅を示すことが分かる。したがって、「反りが無い状態の圧電ケーブル１３３を基板１３２に貼り付けることによって信号強度が増加する」という本実施の形態の効果を得るためには、本実施の形態の圧電ケーブル１３３において、図２６に示すようにして求めた第２の正射影１６４の曲率が、全長に亘って２/ｍ以下である必要がある。さらに望ましくは、全長に亘って１/ｍ以下であることが望ましく、さらには０/ｍであることが望ましい。
【０２０９】
図２８は、本実施の形態の生体情報検知マット１３１に用いられる反りの無い圧電ケーブル１３３を得るために、反りの有る圧電ケーブルの反りを除去する装置を示す。但し、図２８(a)は、装置の外観を示す斜視図である。また、図２８(b)は、試料台の平面図である。
【０２１０】
図２８において、圧電ケーブル反り除去装置１７１は、試料台１７２、湾曲した凹部１７３aを有する固定型板１７３、凹部１７３aに嵌合する湾曲した凸部１７４aを有する可動型板１７４、可動押さえ板１７５、カメラ１７６を備えている。以下、図２８(a)および図２８(b)に従って、反りの有る圧電ケーブル１３３aから反りを除去して、反りの無い圧電ケーブル１３３を形成する手順について説明する。
【０２１１】
先ず、上記反りの有る圧電ケーブル１３３aを、図２８(b)に示すように、固定型板１７３の凹部１７３aおよび可動型板１７４の凸部１７４aの曲がり方向と、圧電ケーブル１３３aの反りの方向とが互いに対向するように、試料台１７２上に配置する。次に、可動型板１７４を固定型板１７３の方に移動させて、可動型板１７４の凸部１７４aと固定型板１７３の凹部１７３aとで圧電ケーブル１３３aを挟み込み、圧電ケーブル１３３aを反りと逆向きに成形する。
【０２１２】
その際に、上記圧電ケーブル１３３aの反りの方向が凹部１７３aおよび凸部１７４aの曲がり方向と一致するように、圧電ケーブル１３３aが回転することを防止するために、可動押さえ板１７５によって圧電ケーブル１３３aを試料台１７２に垂直方向から押し付ける。その場合における可動型板１７４の固定型板１７３に対する押し付け力および押し付け時間は、無負荷状態での圧電ケーブル１３３aの曲率によって異なる。そのために、成形前に、可動押さえ板１７５に設置されたカメラ１７６で無負荷状態の圧電ケーブル１３３aの形状を撮像する。そして、画像認識によって圧電ケーブル１３３aの最大曲率を求め、それに応じて上記押し付けの力および時間を決定するのである。
【０２１３】
こうして、上記圧電ケーブル反り除去装置１７１を用いることにより、反りの有る圧電ケーブル１３３aから反りを除去して、略直線状の反りの無い圧電ケーブル１３３に成形することができるのである。
【０２１４】
図２９は、図２８に示す上記圧電ケーブル反り除去装置１７１を用いて反りを除去した圧電ケーブル１３３の断面模式図を示す。図２９から分かるように、固定型板１７３および可動型板１７４によって押圧されたことにより、芯線１８１の断面が押圧前の円形から楕円形状になっており、押圧方向が芯線１８１の断面における短軸１８２の方向に、押圧方向に垂直な方向が芯線１８１の断面における長軸１８３の方向になっている。尚、１８４は芯線１８１を円柱状に覆う圧電素子、１８５は圧電素子１８４を包み込む網電極、１８６は全体を被覆する被覆層である。
【０２１５】
以下、上記圧電ケーブル１３３における芯線１８１の断面形状の確認方法について述べる。先ず、反りが除去された圧電ケーブル１３３を、カッター等を用いて切断する。さらに、上記切断時の応力によって圧電ケーブル１３３の変形している領域を除去するために切断面の研磨を行う。研磨に当たっては、最初８００番の研磨紙を使用して１mm程度研磨した後、１２００番の研磨紙、次いで１８００番の研磨紙を用いて、最終仕上げを行う。
【０２１６】
このようにして、上記圧電ケーブル反り除去装置１７１を用いて圧電ケーブル１３３aの反りを除去すると、芯線１８１が楕円形状となる。そこで、基板１３２への貼り付け時には、短軸１８２が基板１３２の主面に対して垂直になるように貼り付けることが望ましい。その理由は、長軸１８３が基板１３２の主面に対して垂直になるように貼り付けた場合には、その近傍で圧電素子１８４が圧迫されて内部歪みを受けることになり、変位の方向によっては発生する信号強度の抑制に繋がるためである。
【０２１７】
本実施の形態における生体情報検知マット１３１の形状は、図２０に示す形状に限定されるものではない。すなわち、基板１３２の形状は、正方形,長方形,曲線形状および多角形の何れであってもよい。また、圧電ケーブル１３３は、基板１３２の中央に配置しても良いし、基板１３２の周囲に環状に配置してもよい。また、圧電ケーブル１３３は、複数本配置されていても、互いに並列に接続されていれば差し支えない。
【０２１８】
さらに、本実施の形態の生体情報検知マット１３１においては、圧電ケーブル１３３をテープ１３４で基板１３２に固定しているが、例えば基板１３２と第２の基板とで挟んで固定する方法でも良い。さらに、基板１３２に溝を設けてその溝中に圧電ケーブル１３３を埋め込む方法でも良く、基板１３２内に基板１３２の長手方向全長に亘って貫通穴を設け、この貫通穴内に圧電ケーブル１３３を埋め込む方法でも良い。
【０２１９】
・第１４実施の形態
本実施の形態は、成形によって反りを容易に除去することが可能な圧電ケーブルを用いた生体情報検知マットに関する。
【０２２０】
本実施の形態の生体情報検知マットにおいて使用される圧電ケーブルの断面構造は、上記第１３実施の形態において、図２９に示す圧電ケーブル１３３の断面構造と略同一である。そこで、以下においては、図２９を用いて説明を行う。
【０２２１】
本実施の形態の生体情報検知マットにおける圧電ケーブル１３３の芯線１８１は、タフピッチ銅(ＪＩＳ  Ｃ１１００Ｒ)材で構成されており、単数または複数の線で構成されている。但し、芯線１８１の断面形状は、直径０.７mmの円内に収まるようになっている。
【０２２２】
上記タフピッチ銅は、電気伝導度が３４９Ｗ/ｍ・Ｋと高いだけではなく、ピッカース硬さが５５ＨＶ〜１２０ＨＶと柔らかくなっている。したがって、例えば図２８に示す圧電ケーブル反り除去装置１７１を用いた成形によって、容易に反りを除去できるという効果を奏することができる。さらに、芯線１８１の直径が０.７mm以下と細くなっているので、上記成形による反りの除去がさらに容易になるという効果を奏することができる。
【０２２３】
尚、上記芯線１８１の材料は、上記タフピッチ銅に限定されるものではなく、ピッカース硬さが１５０ＨＶ以下であれば本実施の形態の効果は発生する。ここで、ピッカース硬さは低いほど望ましく、１２０ＨＶ以下が更に望ましく、１００ＨＶ以下であれば更に望ましい。
【０２２４】
・第１５実施の形態
本実施の形態は、成形によって反りを容易に除去することが可能な上記第１４実施の形態とは異なる圧電ケーブルを用いた生体情報検知マットに関する。
【０２２５】
本実施の形態の生体情報検知マットにおいて使用される圧電ケーブルの断面構造は、上記第１３実施の形態において、図２９に示す圧電ケーブル１３３の断面構造と略同一である。そこで、以下においては、図２９を用いて説明を行う。
【０２２６】
本実施の形態の生体情報検知マットにおける圧電ケーブル１３３の被覆層１８６は、軟質ポリ塩化ビニルで構成されており、厚みが０.５mm以下となっている。軟質ポリ塩化ビニルは、ショア硬さが１２〜１６と小さく、変形が容易である。したがって、例えば、図２８に示す圧電ケーブル反り除去装置１７１を用いた成形によって、容易に反りを除去できるという効果を奏することができる。さらに、厚みが０.５mm以下と薄くなっているので、上記成形による反りの除去がさらに容易になるという効果を奏することができる。
【０２２７】
尚、上記被覆層１８６の材料は、上記軟質ポリ塩化ビニルに限定されるものではなく、ショア硬さが２０以下であれば本実施の形態の効果は発生する。ここで、ショア硬さは低いほど望ましく、１６以下が更に望ましく、１２以下であれば更に望ましい。
【０２２８】
以上のごとく、この発明の生体情報検知マットは、
第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２と、
上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２に一体的に設けられると共に、上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の振動を検知する圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３と、
上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２に一体的に設けられると共に、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３または上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の下側に、互いに弾性係数が異なる二つの領域５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６；６,１６,２７,３８,４７,５８,６７を互いに隣接させて形成するためのスペーサー４,１４,２４,３４,４４,４４a,５４,６４と
を備え、
上記スペーサー４,１４,２４,３４,４４,４４a,５４,６４は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域の一方６,１６,２７,３８,４７,５８,６７を構成しており、
上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６；６,１６,２７,３８,４７,５８,６７に亘って、または、上記二つの領域の上記一方６,１６,２７,３８,４７,５８,６７とは異なる他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って配置されている
ことを特徴としている。
【０２２９】
上記構成によれば、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６；６,１６,２７,３８,４７,５８,６７に亘って、または、上記二つの領域の上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６における上記二つの領域の境界の近傍から上記境界の反対側に亘って、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３を配置している。
【０２３０】
したがって、体動が本生体情報検知マットに伝わると、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域のうちの上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６の上側に位置する上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２が厚み方向に変位して振動する。その場合に、上記二つの領域の上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６上に位置する上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３には主として引っ張り力が作用し、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３の両電極間に電圧信号が発生する。さらに、上記二つの領域のうちの上記弾性係数が大きい方の上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６の存在によって上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３の振幅が増加するため、上記電圧信号のＳ/Ｎ比が向上する。
【０２３１】
一方、上記スペーサー４,１４,２４,３４,４４,４４a,５４,６４が構成している上記二つの領域のうちの上記一方６,１６,２７,３８,４７,５８,６７上に位置する上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３は比較的振動しにくい。そのために、上記二つの領域のうちの上記一方６,１６,２７,３８,４７,５８,６７と上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６との境界で上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３に折れが生じて曲げ力が作用し、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３の両電極間には、さらに大きな信号強度が発生する。したがって、更なるＳ/Ｎ比の向上を図ることができる。
【０２３２】
すなわち、この発明によれば、体動振動検出時における感度向上を図ることができるのである。
【０２３３】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記二つの領域の境界の近傍とは、上記二つの領域のうちの上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６において、上記二つの領域の境界からの距離ｘ(mm)が下記の式で表わされる領域である。
2016030030.tif 000009
但し
Ｗ：上記第１の基板における上記境界に平行な方向への幅(mm)
ｈ：上記第１の基板の厚さ(mm)
Ｌ：上記境界から上記境界に対向する端部までの距離(mm)
Ｅf：上記第１の基板の曲げ弾性率(ＭＰa)
【０２３４】
上記式における右辺は、上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２が撓んだ場合に上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２の曲率が最も大きくなる位置までの上記境界からの距離ｘ0を表している。
【０２３５】
この実施の形態によれば、上記二つの領域の境界の近傍までの上記二つの領域の境界からの距離ｘが、上記二つの領域の上記他方５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６において、上記距離ｘ0以下に設定されている。そして、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３は、ｘ≦ｘ0を満たす領域とそれ以外の領域との両方に亘って配置されている。
【０２３６】
したがって、ユーザーの体動が上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２に伝わった場合に、上記二つの領域の境界からの距離ｘがｘ＝ｘ0付近で上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３に大きな折れが生ずる。そのために、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果が働いて大きな信号強度を得ることができ、Ｓ/Ｎ比を向上させて感度向上を図ることができる。
【０２３７】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３は、圧電ケーブルである。
【０２３８】
この実施の形態によれば、上記圧電素子３,１３,２３,３３,４３,５３,６３を圧電ケーブルで構成している。したがって、圧電フィルムを用いる場合に比して、「伸び」および「折れ」による圧電効果がより顕著に表れる。その結果、上記第１の基板２,１２,２２,３２,４２,５２,６２が厚み方向に振動した際に、引っ張り力に起因する剪断応力による圧電効果と曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果とを精度良く検出して、上記厚み方向への振動を効果的に検知することができる。
【０２３９】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記第１の基板２２,３２,４２,５２,６２および上記圧電素子２３,３３,４３,５３,６３の下方に配置された第２の基板２５,３５,４５,５５,６５を備え、
上記第１の基板２２,３２,４２,５２,６２と上記第２の基板２５,３５,４５,５５,６５との間に、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域２６,３７,４６,４６a,５７,６６；２７,３８,４７,５８,６７が形成されている。
【０２４０】
この実施の形態によれば、上記第１の基板２２,３２,４２,５２,６２と上記第２の基板２５,３５,４５,５５,６５との間に、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域２６,３７,４６,４６a,５７,６６；２７,３８,４７,５８,６７が形成されている。したがって、上記第１の基板２２,３２,４２,５２,６２の下面に一体的に設置されると共に、上記二つの領域のうちの上記一方２７,３８,４７,５８,６７を構成している上記スペーサー２４,３４,４４,４４a,５４,６４が、外部にが露出することがない。そのために、上記スペーサー２４,３４,４４,４４a,５４,６４等の突起部によって、ユーザーが怪我をするリスクを無くすことができる。
【０２４１】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記第１の基板３２は、上記二つの領域３７,３８の境界に沿って、複数の部分基板３２a,３２b,３２cに分割されており、
上記第１の基板３２の分割位置は、上記二つの領域３７,３８の境界上、または、上記二つの領域３７,３８の境界よりも上記二つの領域３７,３８の上記他方３７側の位置上である。
【０２４２】
この実施の形態によれば、上記第１の基板３２は、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域３７,３８の境界上、または、上記境界よりも上記他方３７側の位置上に位置する分割位置で、上記境界に沿って分割されている。したがって、ユーザーの体動が上記第１の基板３２に伝達された場合には、上記第１の基板３２における分割位置で上記圧電素子３３に折れが生ずる。その場合、本生体情報検知マット全体の曲げ剛性は、上記第１の基板３２の曲げ剛性の分だけ小さくなっている。そのため、上記圧電素子３３には大きな折れが生じ、曲げ力に起因する垂直応力による圧電効果がさらに大きく働いて、さらに大きな信号強度を得ることができる。すなわち、Ｓ/Ｎ比をさらに向上させることができる。
【０２４３】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記互いに弾性係数が異なる二つの領域４６,４６a；４７の夫々が複数存在している。
【０２４４】
この実施の形態によれば、上記互いに弾性係数が異なる二つの領域４６,４６a；４７の夫々を複数設けている。したがって、上記圧電素子４３に折れを生じさせる箇所を複数設けることができ、垂直応力による圧電効果の信号をより詳細に得ることができる。そのため、Ｓ/Ｎ比をさらに向上させて、さらなる感度向上を図ることができる。
【０２４５】
また、一実施の形態の生体情報検知マットでは、
上記互いに弾性係数が異なる二つの領域５７,５８のうち上記他方５７は、弾性体５６で構成されている。
【０２４６】
上記互いに弾性係数が異なる二つの領域５７,５８のうちの上記他方５７を空間で構成した場合には、ユーザーの体重が大きい、または、ユーザーの体に突起がある等の理由によって、上記第１の基板５２が大きく押し下げられ、敷布団や上記第２の基板５５に接触してしまう場合が生ずる。その場合には、上記第１の基板５２における体動による振動を阻害してしまう。
【０２４７】
この実施の形態によれば、上記二つの領域５７,５８のうちの上記他方５７は、弾性体５６で構成されている。したがって、上記弾性体５６の弾性力によって上記第１の基板５２の押し下げを抑制することができ、上記第１の基板５２が敷布団や上記第２の基板５５に接触するのを防止できる。
【０２４８】
また、他の実施の形態の体動センサーは、
人体の動きを検知して体動信号を出力する圧電素子７３,１０３,１１３,１２３と、
上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３に熱的に接続されて、上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３の温度を測温して温度信号を出力する測温部７５,１０５,１１５,１２５と、
上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３からの体動信号の強度が、予め設定された閾値を超えたか否かを判定して体動の有無を判定する体動判定部８３,９１と、
上記測温部７５,１０５,１１５,１２５からの温度信号に基づいて、測定温度の時間微分値を算出し、算出された上記測定温度の時間微分値に定数を乗じた値を、上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３からの体動信号または上記体動判定部９１における上記閾値に加算または減算することによって、上記体動信号に対する温度の影響を補正する温度補正部７９〜８２,９１と
を備えたことを特徴としている。
【０２４９】
上記構成によれば、測温部７５,１０５,１１５,１２５からの温度信号に基づいて、上記温度補正部７９〜８２,９１によって、上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３からの体動信号に対する温度の影響を補正するための補正値を求め、上記体動信号または上記体動判定部９１の上記閾値に加算または減算するようにしている。したがって、上記体動信号に対する温度の影響をキャンセルすることができ、体動に起因する値動信号のみに基づいて、精度良く体動の有無を判定することができる。
【０２５０】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記圧電素子１０３,１１３は、圧電フィルムまたは圧電ケーブルである。
【０２５１】
睡眠中における体動範囲には個人によって大きな差がある。この実施の形態によれば、上記圧電素子として圧電フィルム１０３を用いることによって、上記体動範囲の個人差に対して容易に対処することが可能になる。
【０２５２】
一方、上記圧電ケーブルは、上記圧電フィルムに比して、「伸び」および「折れ」による圧電効果が顕著に表れる。したがって、上記圧電素子として圧電ケーブル１１３を用いることによって、睡眠中の人体の動きを精度良く検出することができる。
【０２５３】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記測温部７５,１０５,１１５,１２５は、熱電対,サーミスタおよびサーモパイルのうちの何れか一つである。
【０２５４】
上記測温部７５,１０５,１１５,１２５は、比較的狭い範囲を高精度で測定でき、且つ布団内に配置されることから小型であることが望ましい。この実施の形態によれば、上記測温部７５,１０５,１１５,１２５を、熱電対,サーミスタおよびサーモパイルのうちの何れか一つで構成している。したがって、上記測温部７５,１０５,１１５,１２５における望ましい要件を満たしており、上記圧電素子７３,１０３,１１３,１２３の温度を精度良く検出することが可能になる。
【０２５５】
また、一実施の形態の体動センサーでは、
上記圧電素子１２３および上記測温部１２５を加熱する加熱部１２７を備え、
上記温度補正部７９〜８１は、上記加熱部１２７によって加熱された上記測温部１２５からの温度信号と上記圧電素子１２３からの体動信号とに基づいて、上記測定温度の時間微分値と上記体動信号の電圧値との線形近似を行って近似直線の傾きを求めることにより、上記定数を求めるようになっている。
【０２５６】
この実施の形態によれば、上記圧電素子１２３および上記測温部１２５を加熱する加熱部１２７を備えている。したがって、上記温度補正部７９〜８１が、上記測定温度の時間微分値と上記体動信号の電圧値との近似を行う際に、上記圧電素子１２３および上記測温部１２５を外部から加熱するための加熱手段を用意する必要がなく、ユーザーの使用環境下において、上記測定温度の時間微分値と上記圧電素子１２３からの体動信号の電圧値との相関式を算出することができる。
【０２５７】
すなわち、この実施の形態によれば、各体動センサー毎の製造ばらつきや使用環境の影響を無くし、より高精度に温度の影響をキャンセルする補正を行うことが可能になる。
【０２５８】
また、他の実施の形態の睡眠センシングシステムは、
上記体動センサーを備え、
さらに、
上記体動センサーにおける上記体動判定部８３,９１によって判定された体動の有無の回数に基づいて、睡眠段階を算出する睡眠段階算出部８４と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、心拍を検出する心拍検出部と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、呼吸を検出する呼吸検出部と、
上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、いびきを検出するいびき検出部と
のうちの少なくとも一つを備えた
ことを特徴としている。
【０２５９】
上記構成によれば、上記体動センサーを備えた睡眠センシングシステムにおいて、上記体動センサーの上記体動判定部８３,９１によって判定された体動の有無、および、上記体動センサーからの上記体動信号に基づいて、睡眠段階の算出と、心拍の検出と、呼吸の検出と、いびきの検出とのうちの少なくとも一つを行うようにしている。したがって、温度の影響が補正された上記体動信号によって正しく判定された体動の有無、および、温度の影響が補正された上記体動信号に基づいて、上記睡眠段階,上記心拍,上記呼吸および上記いびきに起因する信号を精度良く検出することが可能になる。
【符号の説明】
【０２６０】
１,１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,１０１,１１１,１２１,１３１,１４５…生体情報検知マット
２,１２,７２,１０２,１１２,１２２,１３２,１４６…基板
３,１３,２３,３３,４３,５３,６３,１１３,１３３,１４７…圧電ケーブル
４,１４,２４,３４,４４,４４a,５４,６４,１４４…スペーサー
５,１５,２６,３７,４６,４６a,５７,６６…空隙が存在する領域
６,１６,２７,３８,４７,５８,６７…空隙が存在しない領域
２２,３２,４２,５２,６２…第１基板
３２a,３２b,３２c…部分基板
２５,３５,４５,５５,６５…第２基板
３６…分割溝
５６…弾性体
７３,１２３,１５０,１８４…圧電素子
７４,１２４…圧電素子リード線
７５,１０５,１０５a,１０５b,１０５c,１１５,１１５a,１１５b,１１５c,１２５…測温部
７６,１０６,１１６,１２６…測温部リード線
７７,１０７,１１７,１２９…緩衝材
７８…電圧計測部
７９…温度計測部
８０…時間微分算出部
８１…補正値算出部
８２…加算部
８３,９１…体動頻度算出部
８４…睡眠段階算出部
８５…表示部
１０３…圧電フィルム
１０４…圧電フィルムリード線
１１４,１３５…圧電ケーブルリード線
１２７…加熱部
１２８…加熱部リード線
１３４,１４８…テープ
１４１…プローブ
１４２…ロードセル
１４３…ステージ
１４９,１８１…芯線
１５１,１８５…網電極
１５２,１８６…被覆層
１６１…第１の正射影
１６２…最小二乗フィッティング直線
１６３…スクリーン
１６４…第２の正射影
１７１…圧電ケーブル反り除去装置
１７２…試料台
１７３…固定型板
１７４…可動型板
１７５…可動押さえ板
１７６…カメラ
Ｆa,Ｆb…復元力
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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