(57)【要約】【課題】生体信号を高感度に検出することができる生体信号検出装置及び該生体信号検出装置を備える目覚まし装置を提供する。【解決手段】生体信号検出装置は、屈曲可能な板部材と、板部材の一面に設けられ屈曲中心から離隔させて、板部材の屈曲に連動して屈曲する圧電素子とを備える。人体の所定部位から板部材に伝わる振動に基づいて板部材が屈曲すると、圧電素子が板部材に連動して屈曲する。これにより圧電素子は振動に応じた電気信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲可能な板部材と、
該板部材の一面に設けられ屈曲中心から離隔させて、該板部材の屈曲に連動して屈曲する圧電素子と
を備え、
人体の所定部位から前記板部材に伝わる振動に基づいて生体信号を検出するようにしてあることを特徴とする生体信号検出装置。
【請求項２】
前記板部材は、
板厚を薄くした薄板部を設けてあり、
前記薄板部を屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項３】
蝶番を備え、
前記板部材は、
前記蝶番にそれぞれの一側を固定した第１の板部材及び第２の板部材を有し、
前記蝶番の蝶番軸を前記屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする請求項１に記載の生体信号検出装置。
【請求項４】
前記板部材の前記一面の反対側に前記屈曲中心を設けてあることを特徴とする請求項３に記載の生体信号検出装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の生体信号検出装置を備える目覚まし装置であって、
該生体信号検出装置で検出した生体信号に基づいて振動する覚醒部を備え、
前記覚醒部の振動周波数を前記目覚まし装置が有する複数の固有振動数のうちの一の固有振動数と同等にしてあることを特徴とする目覚まし装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド等の就寝装置に設置し、人体の所定部位から生体信号を検出する生体信号検出装置及び該生体信号検出装置を備える目覚まし装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢者又は病人の就寝中の突発性重大事故を未然に防ぐとともに、快適な治癒環境の創造、及び今後の高齢化社会での看護の効率化を図るため、心拍・呼吸・体動を検知することは極めて有用である。従来、心拍は体に複数の電極を設置して検出することにより、また呼吸は鼻の穴にチューブを入れて検出することにより行うのが一般的であったが、検出モニタが高価であり、また設置場所を確保する必要があることから、検出は重症患者のみに限定される。そのため、一般患者又は在宅高齢者は、心疾患又は脳梗塞等による急変を看護婦又は看護人に知らせる事ができずに死亡する可能性があった。
【０００３】
そこで、近年では、ベッド又は布団に装着して高齢者が衣類を身に付けたまま寝るだけで、体動・心拍・呼吸を検出することができる生体情報検出装置が考案されている。生体情報検出装置は、人体の生体信号を検出し、検出して得られた電気信号に対して所要の周波数フィルタ処理を行うことにより、心拍信号又は呼吸信号を抽出するとともに、電気信号の振幅が所定の閾値を超えると体動であると判断することが可能である。
【０００４】
例えば、生体情報検出装置の検知方法として、マット内圧を検知する方法（特許文献１参照）、静電容量変化を検知する方法（特許文献２参照）などがある。
【０００５】
また、圧電素子を用いて検知する方法として、被験者が、複数のピエゾケーブルを等間隔に並べたケーブルベースシートの上に接触して仰臥すると心拍動作の振動圧力がピエゾケーブルの圧電素子に機械的信号として伝わり、この機械的信号に比例した電圧が圧電素子に発生し、圧電素子に発生した電圧を検出することで心拍動を検出する装置が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
圧電素子は、加えられた圧力に応じた電圧を発生する。より具体的には、例えば、圧電素子が縮小する方向に力が加えられた場合、圧電素子の電極間に正電荷が発生し、圧電素子が伸長する方向に力が加えられた場合、負電荷が発生する。このため、例えば、特許文献３のような装置にあっては、被験者がケーブルベースシートの上に接触して仰臥した場合、ピエゾケーブルの圧電素子には、縮小する方向の力と伸長する方向の力とが同時に加わるため、圧電素子の電極間で発生する正電荷と負電荷とが相殺され、生体信号を検出する感度が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、生体信号を高感度に検出することができる生体信号検出装置及び該生体信号検出装置を備える目覚まし装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る生体信号検出装置は、屈曲可能な板部材と、該板部材の一面に設けられ屈曲中心から離隔させて、該板部材の屈曲に連動して屈曲する圧電素子とを備え、人体の所定部位から前記板部材に伝わる振動に基づいて生体信号を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る生体信号検出装置は、前記板部材は、板厚を薄くした薄板部を設けてあり、前記薄板部を屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る生体信号検出装置は、蝶番を備え、前記板部材は、前記蝶番にそれぞれの一側を固定した第１の板部材及び第２の板部材を有し、前記蝶番の蝶番軸を前記屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る生体信号検出装置は、前記板部材の前記一面の反対側に前記屈曲中心を設けてあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る目覚まし装置は、前述の発明に係る生体信号検出装置を備える目覚まし装置であって、該生体信号検出装置で検出した生体信号に基づいて振動する覚醒部を備え、前記覚醒部の振動周波数を前記目覚まし装置が有する複数の固有振動数のうちの一の固有振動数と同等にしてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、生体信号を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の生体信号検出装置の構造の要部の一例を示す説明図である。
【図２】第１実施形態の生体信号検出装置の第１実施例を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線から見た縦断面を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の生体信号検出装置による生体信号の検出の一例を示す模式図である。
【図５】屈曲中心と圧電素子との離隔距離が短い場合の生体信号の一例を示す説明図である。
【図６】屈曲中心と圧電素子との離隔距離が長い場合の生体信号の一例を示す説明図である。
【図７】第１実施形態の生体信号検出装置の第２実施例を示す平面図である。
【図８】図７のＩＩＸ−ＩＩＸ線から見た縦断面を示す断面図である。
【図９】第１実施形態の生体信号検出装置の第３実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線から見た縦断面を示す断面図である。
【図１１】第１実施形態の生体信号検出装置の第４実施例を示す平面図である。
【図１２】第１実施形態の生体信号検出装置の第５実施例を示す平面図である。
【図１３】第１実施形態の生体信号検出装置の第６実施例を示す説明図である。
【図１４】第１実施形態の生体信号検出装置の第６実施例を示す説明図である。
【図１５】第１実施形態の目覚まし装置の設置状態を側面から見た一例を示す模式図である。
【図１６】第１実施形態の目覚まし装置の設置状態を上面から見た一例を示す模式図である。
【図１７】第１実施形態の目覚まし装置の構造の要部の一例を示す説明図である。
【図１８】第１実施形態の目覚まし装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１９Ａ】板状モデルを用いたモーダル解析の第１例を示す模式図である。
【図１９Ｂ】板状モデルを用いたモーダル解析の第１例を示す模式図である。
【図２０Ａ】板状モデルを用いたモーダル解析の第２例を示す模式図である。
【図２０Ｂ】板状モデルを用いたモーダル解析の第２例を示す模式図である。
【図２１Ａ】板状モデルを用いたモーダル解析の第３例を示す模式図である。
【図２１Ｂ】板状モデルを用いたモーダル解析の第３例を示す模式図である。
【図２２】板状モデルを用いたモーダル解析の第４例を示す模式図である。
【図２３】モータの振動周波数と圧電素子の信号振幅との関係を示す説明図である。
【図２４】第２実施形態の目覚まし装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２５】第２実施形態の目覚まし装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２６】第２実施形態の目覚まし装置の処理手順の一例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】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態の生体信号検出装置５０の構造の要部の一例を示す説明図である。生体信号検出装置５０は、例えば、プラスチック製であって可撓性を有する板部材２０、板部材２０の中央部に配置された圧電素子２１、圧電素子２１で生じた電気信号を、後述の回路基板６２へ送出するためのリード線２２（正負両極のリード線）などを有する。また、生体信号検出装置５０は、本体部６０とともに目覚まし装置１００を構成する。なお、目覚まし装置１００については後述する。圧電素子２１は板部材２０と一体的にテープ等で貼り付けられている。
【００１７】
図２は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第１実施例を示す平面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線から見た縦断面を示す断面図である。図２及び図３に示すように、生体信号検出装置５０は、板部材２０１（第１の板部材）、板部材２０２（第２の板部材）、圧電素子２１、弾性マット４０、蝶番３０などを備える。
【００１８】
蝶番３０は、円筒状の蝶番本体３１、取付部３２、３３などを備え、蝶番本体３１は、屈曲中心としての蝶番軸３０ａを有する。取付部３２、３３は、蝶番軸３０ａを屈曲中心として屈曲するようにしてある。蝶番３０の一方の取付部３２には、板部材２０１の一側を固定してあり、蝶番３０の他方の取付部３３には、板部材２０２の一側を固定してある。すなわち、板部材２０１と板部材２０２とは、蝶番３０により相互に機械的に接続されている。
【００１９】
蝶番３０は、例えば、アルミニウム等の金属製であり、蝶番軸３０ａの太さは、例えば、５ｍｍ程度、取付部３２、３３の寸法は、例えば、１５ｍｍ×１５ｍｍとすることができる。
【００２０】
２つの板部材２０１、２０２と蝶番３０が接続されている面の下側に横長形状の圧電素子２１が蝶番軸３０ａと直交をなすように両面テープで概略一直線に固定してある。圧電素子２１を挟んで板部材２０１、２０２の下側には弾性マット４０が配置されている。
【００２１】
圧電素子２１は、例えば、Ormal Electronics社製の圧電ケーブルVibetek10を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
板部材２０１、２０２は、例えば、ＡＢＳ樹脂製であり、寸法は、例えば、９ｃｍ×１０ｃｍ角、厚さは１〜１０ｍｍとすることができる。弾性マット４０は、例えば、ウレタン製で、寸法は、例えば、２０ｃｍ×１０ｃｍ角、厚さは１０ｍｍ〜３０ｍｍとすることができる。
【００２３】
図３に示すように、生体信号検出装置５０は、屈曲中心としての蝶番軸３０ａの回りに屈曲可能な板部材２０１、２０２と、蝶番軸３０ａの中心（屈曲中心線とも称する）から離隔させて板部材２０１、２０２の一面に設けられ、板部材２０１、２０２の屈曲に連動して屈曲する圧電素子２１とを備える。すなわち、圧電素子２１は、板部材２０１、２０２の一面に設けられ板部材２０１、２０２の屈曲に連動して屈曲する。そして、圧電素子２１は、板部材２０１、２０２が屈曲する際の蝶番軸３０ａの中心から離隔してある（図３では、符号ｄで示す距離だけ離隔している）。
【００２４】
なお、以下の説明において、屈曲中心、蝶番軸３０ａ、屈曲中心線は、同意であるとし、生体信号検出装置５０を水平な台のうえに設置した際に、生体信号検出装置５０の板部材２０１、２０２を屈曲させている部品又は部材の厚み方向の中心を通り、かつ板部材２０１、２０２の上面及び底面に平行な直線を指すものとする。例えば、蝶番３０の蝶番軸３０ａの軸方向が屈曲中心線に該当する。
【００２５】
なお、簡便のため図示していないが、圧電素子２１に接続されたリード線２２は、本体ケース６１内の増幅器に接続されている。増幅器によって増幅された電圧信号は、ＡＤ変換器、フィルタリング回路を経てデジタル信号に変換され、無線ないし有線にてタブレット端末、スマートフォン又はＰＣ等の外部の情報処理装置へ送信され、当該情報処理装置が行う信号処理によって体動信号・呼吸信号・心拍信号等の生体情報に変換される。また、当該生体情報は、情報処理装置のディスプレイを通してユーザにフィードバックすることができる。
【００２６】
生体信号検出装置５０は、例えば、ユーザの敷布団側に挿入される。ユーザに直接触れるように配置すると、ユーザが異物感を感じ、睡眠を阻害する場合があるため、通常は布団等を介して配置する。このため、３ｃｍ〜１０ｃｍ厚の敷布団を介して配置されることが望ましいが、ユーザによっては、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、この場合にはマットレスの下に生体信号検出装置５０を配置すればよい。また、生体信号検出装置５０が敷かれる面は、マットレス等弾力性のある面であることが望ましいが、弾力性の無いベッドの底板又はフローリング、畳等上に配置してもよい。
【００２７】
生体信号検出装置５０は、呼吸又は心拍を検出する目的で使用する際、横隔膜又は心臓などの部位がその主な振動源となるため、これらの部位の直下に生体信号検出装置５０が配置されるようにするのが望ましい。なお、枕の下側など比較的生体信号を安定して検出することができる箇所であれば、任意の箇所に配置することができる。
【００２８】
次に、生体信号検出装置５０による生体信号の検出方法について説明する。図４は第１実施形態の生体信号検出装置５０による生体信号の検出の一例を示す模式図である。なお、図４の例は、板部材２０１、２０２が蝶番３０の蝶番軸３０ａを中心にして屈曲した状態を示すが、理解を容易にするため、屈曲状態は少々誇張して模式的に図示されており、実際の屈曲状態を忠実に示すものではない。
【００２９】
生体信号検出装置５０にユーザの体動（振動）が伝わると、蝶番３０の蝶番軸３０ａ（屈曲中心線）の回りに板部材２０１、２０２が、板部材２０１、２０２の板厚方向に変位する（屈曲する）。通常、圧電素子２１には、引張応力と圧縮応力とが加わる。そして、圧電効果によって圧電素子２１の両電極間に電荷信号が発生する。
【００３０】
しかし、図３及び図４に示したように、圧電素子２１は、板部材２０１、２０２が屈曲する際の蝶番軸３０ａの中心から離隔してあるので、圧電素子２１の板部材側の面付近には、符号Ａで示すように、比較的小さな引張応力が加わる。一方、圧電素子２１の板部材と反対側の面付近には、蝶番軸３０ａの中心からの距離が大きいので、符号Ｂで示すように、比較的大きな引張応力が加わる。すなわち、圧電素子２１の両面が、蝶番軸３０ａの中心から離隔してあるので、引張応力だけが生じているように見ることができる。
【００３１】
一方、従来の構成では、圧電素子の内部に屈曲中心が存在していたため、圧電素子が屈曲した場合、圧電素子の一方の表面側では伸長し、他方の表面側では縮小する。このため、圧電素子の電極間で正電荷と負電荷とが同時に発生して打消し合い、圧電素子から取り出す電気信号が弱くなっていた。
【００３２】
本実施の形態では、圧電素子２１に加わるのは引張応力又は圧縮応力どちらか一方のみである。このため、人体の所定部位から板部材２０１、２０２に伝わる振動に基づいて圧電素子２１が伸縮又は圧縮する場合に、相殺される電荷量を少なくすることができる。つまり、生体信号を検出する際の感度向上、Ｓ／Ｎ比向上に寄与する。
【００３３】
図５は屈曲中心と圧電素子との離隔距離が短い場合の生体信号の一例を示す説明図であり、図６は屈曲中心と圧電素子との離隔距離が長い場合の生体信号の一例を示す説明図である。屈曲中心は、蝶番３０の蝶番軸３０ａ（屈曲中心線）である。
【００３４】
図５及び図６において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は生体信号の電圧（Ｖ）を示す。図５に示す、屈曲中心と圧電素子との離隔距離が短い場合に比較して、図６に示す、屈曲中心と圧電素子との離隔距離が長い場合は、生体信号の電圧が大きいことが分かる。
【００３５】
上述のとおり、蝶番３０にそれぞれの一側を固定した板部材２０１、２０２を有し、板部材２０１、２０２は、蝶番３０の蝶番軸３０ａを屈曲中心として屈曲可能にしてある。すなわち、板部材２０１、２０２は、蝶番軸３０ａを屈曲中心としてお互いに屈曲させることができる。これにより、人体の所定部位から板部材２０１、２０２に伝わる振動に基づいて圧電素子２１が伸縮する場合に、相殺される電荷量を少なくすることができるので、生体信号を高感度で検出することができる。
【００３６】
蝶番３０の蝶番軸３０ａ（屈曲中心線）と圧電素子とが離隔することにより得られる効果に加えて、板部材２０１、２０２それぞれの蝶番３０側の角部と、圧電素子２１の２つの接点において圧電素子２１に折れが生じ、垂直応力による圧電効果がさらに得られるので、生体信号を検出する際の感度向上、Ｓ／Ｎ比向上に寄与することになる。
【００３７】
また、本実施の形態では、蝶番軸３０ａを跨いで圧電素子２１が配置され、かつ蝶番軸３０ａと圧電素子２１とがわずかでも離間していれば、部材の大きさ、材料、数量に関わらず、生体信号を検出する際の感度を向上させることができる。
【００３８】
また、圧電素子２１は、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いた人工セラミックスでもよく、ポリフッ化ビニリデンなどを用いたポリマーでもよい。圧電効果があり、効率よく体動の振動を検知できるものであれば適宜のものを使用することができる。また、圧電素子２１の形態についてもケーブル状でもよく、あるいはフィルム状でもよい。
【００３９】
また、圧電素子２１の配置は、図２及び図３の例に限定されるものではない。例えば、板部材の周囲近傍に配置してもよく、複数本配置してもよい。また、圧電素子２１は、直線状に配置する他、曲線状に配置してもよい。また、圧電素子２１は、板部材２０１、２０２が人体と対向する面と反対側の面に設けているが、板部材２０１、２０２の振動を検知するように一体的に形成されていればよい。すなわち、板部材２０１、２０２の人体と対向する面に配置してもよく、板部材２０１、２０２内に埋め込むようにして配置してもよい。また、図２及び図３の例では、蝶番３０を１つ備える構成であるが、蝶番３０を複数具備する構成でもよい。また、圧電素子２１、板部材２０１、２０２の大きさ又は材質は適宜設定することができる。
【００４０】
図７は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第２実施例を示す平面図であり、図８は図７のＩＩＸ−ＩＩＸ線から見た縦断面を示す断面図である。第２実施例では、第１実施例と比べて、板部材２０が一つの素材で構成されており、屈曲中心（屈曲中心線）の部分では板部材２０の厚みが薄くなっている。
【００４１】
すなわち、図７及び図８に示すように、板部材２０は、板厚を薄くした薄板部２５を設けてあり、薄板部２５の中心２５ａを屈曲中心として屈曲可能にしてある。薄板部２５の厚みは、圧電素子２０の厚み（符号Ｓで示す）よりも薄くなっている。このように、１枚の板部材に設けた薄板部２５を屈曲中心とすることができるので、板部材を屈曲させるための追加の部材が不要となり、製造コストを低減することができる。
【００４２】
第２実施例のように、一枚の板部材２０を屈曲させる構成とした場合でも、屈曲中心線と圧電素子２１とがわずかでも離間していれば、圧電素子２１の電極間で発生する電荷の相殺を低減することができる。
【００４３】
なお、図７の例では、圧電素子２１は、板部材２０略中央に配置されているが、圧電素子２１の配置は、図７の例に限定されるものではなく、例えば、板部材２０の周囲近傍に配置してもよく、あるいは複数の圧電素子２１を配置することもできる。また、圧電素子２１は、直線状に配置されているが、板部材２０の形状等に合わせて曲線状に配置してもよい。また、圧電素子２１、板部材２０の大きさ又は材質は適宜設定することができる。
【００４４】
図９は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第３実施例を示す平面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線から見た縦断面を示す断面図である。図１０に示すように、第３実施例では、第１実施例と比べて、板部材２０１、２０２を間に挟んで圧電素子２１と蝶番３０とが配置されている。
【００４５】
すなわち、板部材２０１、２０２の一面側に圧電素子２１を配置し、板部材２０１、２０２の当該一面の反対側の面に屈曲中心（蝶番軸３０ａ）を設けている。これにより、圧電素子２１と屈曲中心との離隔距離をさらに大きく（長く）することができるので、板部材２０１、２０２が屈曲した場合に、圧電素子２１の大部分に伸長する方向の力が加わることになり、相殺される電荷量をさらに少なくすることができるので、生体信号をさらに高感度で検出することができ、感度向上、Ｓ／Ｎ比向上に寄与する。
【００４６】
なお、図９の例では、圧電素子２１は、板部材２０１、２０２の略中央、すなわち蝶番３０の近くに配置されているが、圧電素子２１の配置は、図９の例に限定されるものではなく、例えば、板部材２０１、２０２の周囲近傍に配置してもよく、あるいは複数の圧電素子２１を配置することもできる。また、圧電素子２１は、直線状に配置されているが、板部材２０１、２０２の形状等に合わせて曲線状に配置してもよい。また、圧電素子２１、板部材２０１、２０２の大きさ又は材質は適宜設定することができる。
【００４７】
図１１は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第４実施例を示す平面図である。第４実施例では、圧電素子２１の一例として圧電ケーブル２１ａを採用した例を示す。図１１に示すように、第４実施例では、３枚の板部材２０１、２０２、２０３、２つの蝶番３０を具備しており、板部材２０１及び板部材２０２は、一方の蝶番軸３０ａを中心にして屈曲するようにしてあり、板部材２０２及び板部材２０３は、他方の蝶番軸３０ａを中心にして屈曲するようにしてある。そして、圧電ケーブル２１ａを、３つ並べた板部材２０１、２０２、２０３の縁辺に沿って周設してある。
【００４８】
圧電ケーブル２１ａは、同じ設置面積で比較すると、他の圧電素子を利用した形態に比べ安価に製造することが可能である。第４実施例の構成を採用することにより、生体信号検出装置５０の製造コストを低減することができる。
【００４９】
また、生体信号検出装置５０を安価に製造することができると、生体信号検出装置５０を広範囲に設けることができ、体動による振動を広範囲にわたり検出することができる。これによって、ユーザが寝具上を就寝時に移動することがあっても、生体信号をより確実に検出することができる。
【００５０】
なお、図１１の例では、圧電ケーブル２１ａは、板部材２０１、２０２、２０３の縁辺に周設されているが、圧電ケーブル２１ａの配置は、図１１の例に限定されるものではなく、例えば、板部材２０１、２０２、２０３の中央部に配置してもよく、あるいは複数の圧電ケーブル２１ａを配置することもできる。また、圧電ケーブル２１ａは、略Ｕ字状に配置されているが、板部材２０１、２０２、２０３の形状等に合わせて他の形状で配置してもよい。また、蝶番３０は、対向する板部材の間に１つ設ける構成であるが、板部材の形状又は大きさに応じて複数設けることもできる。また、圧電ケーブル２１ａ、板部材２０１、２０２、２０３の大きさ又は材質は適宜設定することができる。
【００５１】
図１２は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第５実施例を示す平面図である。第５実施例では、圧電素子２１の一例として圧電フィルム２１ｂを採用した例を示す。図１２に示すように、第５実施例では、第４実施例と同様に、３枚の板部材２０１、２０２、２０３、２つの蝶番３０を具備しており、板部材２０１及び板部材２０２は、一方の蝶番軸３０ａを中心にして屈曲するようにしてあり、板部材２０２及び板部材２０３は、他方の蝶番軸３０ａを中心にして屈曲するようにしてある。そして、帯状の圧電フィルム２１ｂの長手方向が、蝶番軸３０ａの軸方向と直交する方向になるように、圧電フィルム２１ｂを蝶番３０の近傍に設けてある。
【００５２】
圧電フィルム２１ｂは、一般的にセンサの構成としてバイモルフなどの積層構造を採るため、同じ設置面積で比較すると他の圧電素子を利用した形態に比べ圧力に対する感度が高いが、その分製造コストが高いという特徴がある。また、圧電フィルム２１ｂは、ある一定の方向に感度の指向性を持たせることができるため、板部材２０１、２０２、２０３を屈曲中心線で屈曲させた際に圧電フィルム２１ｂが引っ張られる方向に感度を設定することにより効率よく電気信号を取り出すことができる。
【００５３】
第５実施例によれば、感度の高い圧電フィルム２１ｂを局所的に配置することができ、生体信号検出装置１００の製造コストを低減することができる。また、圧電フィルム２１ｂは、厚みを薄くすることができるため、生体信号検出装置１００の厚さを薄くすることができ、折りたたんだ際にかさばらないといった運用面での利便性も向上することができる。
【００５４】
なお、図１２の例では、圧電フィルム２１ｂは、蝶番３０の近傍に配置されているが、蝶番軸３０ａを跨ぐように配置するのであれば、図１２の例に限定されるものではない。また、蝶番３０は、対向する板部材の間に１つ設ける構成であるが、板部材の形状又は大きさに応じて複数設けることもできる。また、圧電フィルム２１ｂ、板部材２０１、２０２、２０３の大きさ又は材質は適宜設定することができる。
【００５５】
図１３及び図１４は第１実施形態の生体信号検出装置５０の第６実施例を示す説明図である。第６実施例は、圧電素子２１、圧電ケーブル２１ａを板部材に固定する方法を示す。図１３に示すように、板部材２０、２０１、２０２、２０３の表面上であって、圧電素子２１又は圧電ケーブル２１ａを配置する箇所に沿って、適長離隔させて複数の筒状のポケット４１を取り付けておく。複数のポケット４１の内側に圧電素子２１（又は圧電ケーブル２１ａ）を嵌め込むことにより、圧電素子２１を所要の位置に配置することができ、圧電素子２１を取り付ける際の作業性がよくなり、製造コストも低減することができる。
【００５６】
また、図１４に示すように、板部材２０、２０１、２０２、２０３の表面上であって、圧電素子２１又は圧電フィルム２１ｂを配置する箇所にツメ４２を取り付けておく。ツメ４２に圧電素子２１（又は圧電フィルム２１ｂ）を嵌め込むことにより、圧電素子２１を所要の位置に配置することができ、圧電素子２１を取り付ける際の作業性がよくなり、製造コストも低減することができる。
【００５７】
図１５は第１実施形態の目覚まし装置１００の設置状態を側面から見た一例を示す模式図であり、図１６は第１実施形態の目覚まし装置１００の設置状態を上面から見た一例を示す模式図である。図１５及び図１６は、ユーザ（人）が就寝する寝具の一例を示す。図１５において、符号１はマットレスである。マットレス１の上側には敷布団２が敷かれている。符号３は枕である。ユーザは、頭部が枕３の上に配置されるよう仰臥し、就寝している。なお、図１５及び図１６において、掛け布団やシーツ等については煩雑を避けるため図示していない。また、図１６では、簡便のためユーザを図示していない。
【００５８】
図１５に示すように、本実施の形態の目覚まし装置１００は、枕３と敷布団２との間に配置して使用される。枕３と敷布団２との間に配置する理由は、目覚まし装置１００をユーザの頭部に一層近い位置に配置されることが望ましいが、目覚まし装置１００が直接頭部に接すると、寝心地を害するなどのユーザへの負担となるためである。なお、目覚まし装置１００の配置は、図１５及び図１６の例に限定されるものではなく、頭部の下方に配置されるのであれば、適宜変更することができる。例えば、目覚まし装置１００を枕３内に挿入してもよく、敷布団２とマットレス１の間に配置してもよく、あるいはマットレス１内に配置してもよい。また、寝具の構成は図１５及び図１６の例に限定されるものではなく、敷布団２又はマットレス１は必須の構成ではない。
【００５９】
図１５に示すように、本実施の形態の目覚まし装置１００は、その厚みが比較的薄く、また図１６に示すように、その形状は枕３の形状よりも小さい。また、図１６に示すように、目覚まし装置１００は、生体信号検出装置５０及び本体部６０などで構成される。
【００６０】
なお、枕３の代わりにタオル等の布帛を使用してもよい。特に乳児の場合には首への負担をなくすために枕３でなく布帛を使用することが多いが、このような場合にも本実施の形態の目覚まし装置１００を適用することが可能となる。
【００６１】
図１７は第１実施形態の目覚まし装置１００の構造の要部の一例を示す説明図である。目覚まし装置１００は、本体部６０、生体信号検出装置５０などを備える。
【００６２】
本体ケース６１内には、回路基板６２、モータ６３、モータ６３の回転による振動を本体ケース６１へ伝えるための振動部材６４が配置されている。なお、モータ６３の回転による振動を直接本体ケース６１へ伝えることができる場合には、振動部材６４は必須の構成ではない。
【００６３】
生体信号検出装置５０の板部材２０の中央部には、圧電素子２１を配置してあり、本体ケース６１内の回路基板６２とリード線２２で電気的に接続されている。圧電素子２１は板部材２０と一体的にテープ等で貼り付けられている。また、回路基板６２に電力を供給するための電源コード６５が本体ケース６１の外側へ延伸してある。
【００６４】
回路基板６２とモータ６３とは電気的に接続されており、モータ６３は、その振動が本体ケース６１に伝わるように、本体ケース６１と力学的に一体的に形成されている。モータ６３は、例えば、携帯電話やスマートフォンのバイブレーション機能に採用されている振動源等を用いることができる。なお、図１７において、回路基板６２、モータ６３等は、本体ケース６１内に収納されているが、図１７では便宜上、本体ケースが開かれた状態を示している。
【００６５】
図１８は第１実施形態の目覚まし装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図１８は第１実施形態の目覚まし装置１００の構成を機能面から表したものである。図１８に示すように、目覚まし装置１００は、装置全体を制御する制御部１０、生体信号検出部１１、信号処理部１２、覚醒部１３などを備える。
【００６６】
生体信号検出部１１は、人体の頭部を介して体動を含む生体信号を検出する。体動は、人が就寝中であるか否かに関わらず、人体の部位（頭、首、腕、肩、腰、手など）の動きを含む。生体信号は、例えば、体動の他に、心拍、呼吸などの信号も含む。生体信号の検出には、圧電素子２１などの生体信号検出センサを用いることができる。なお、圧電素子２１の代わりに、静電容量センサ、加速度センサ、電磁波による変位検知センサ、ジャイロセンサ、マイクロフォンなどの生体信号検出センサを用いてもよい。
【００６７】
生体信号検出部１１は、図１７の例では、圧電素子２１及び板部材２０で構成された生体信号検出装置５０に相当する。すなわち、生体信号検出部１１は、可撓性を有する板部材２０と、板部材２０に設けられた生体信号検出センサとしての圧電素子２１を備える。
【００６８】
信号処理部１２は、図１７の例における回路基板６２に相当する。信号処理部１２は、例えば、回路基板６２に配置されたマイコン、ＡＤ変換器、増幅回路などで構成することができる。また、フィルタを備えることもできる。
【００６９】
信号処理部１２は、生体信号検出部１１で検出した生体信号から体動信号の有無を判定する。体動信号は、例えば、生体信号の大きさ（例えば、信号の振幅）が所定の閾値より大きい場合には、体動信号がありと判定し、生体信号の大きさが所定の閾値より小さい場合には、体動信号がないと判定することができる。
【００７０】
また、体動の発生頻度から睡眠深度を算出することができる。例えば、体動の発生頻度が少ないほど睡眠深度が深くなる。
【００７１】
また、信号処理部１２は、生体信号検出部１１で検出した生体信号から少なくとも心拍信号又は呼吸信号を抽出する。例えば、心拍信号は、生体信号から０．７〜５Ｈｚの信号を取り出すことにより抽出することができる。また、呼吸信号は、生体信号から０．２〜０．７Ｈｚの信号を取り出すことにより抽出することができる。
【００７２】
また、生体信号検出部１１で検出した生体信号から７０〜５００Ｈｚの信号を取り出すことによりいびき音を取り出して、睡眠指標としてユーザに通知（例えば、表示）するようにしてもよい。また、心拍の間隔のフーリエスペクトルを求め、０．３Ｈｚ近傍のパワーを取得することにより、副交感神経活動量を求め、ユーザに通知することもできる。当該パワーが高い程、副交感神経の活動が活発であることが判る。
【００７３】
覚醒部１３は、生体信号検出部１１で検出した生体信号に基づいて作動する。覚醒部１３は、例えば、モータ６３を用いることができるが、モータ６３の他にアクチュエータ、スピーカ、ベル、ブザーなどを用いることができる。特に、第１実施形態の目覚まし装置１００では、頭部の下方に設置されるものであることから、モータ６３により目覚まし装置１００自体（本体ケース６１及び／又は板部材２０）を振動させる手段が最も有効である。
【００７４】
すなわち、覚醒部１３は、振動源と、振動源の振動を伝える可撓性を有する板部材とを備える。振動源としては、例えば、モータ６３を用いることができる。モータ６３により生じた振動を板部材２０全体に拡散する（伝える）ことができる。例えば、当該板部材２０を頭部に対向配置させることにより、板部材２０全体の振動が頭部に伝わり人を目覚めさせることができる。
【００７５】
また、覚醒部１３は、振動によりユーザを覚醒させるものであるが、その振動周波数は、目覚まし装置１００全体の複数の固有振動数のうちの一の固有振動数と同等にしてある。同等とは、例えば、覚醒部１３の振動周波数が、一の固有振動数の±１０％程度の範囲内とすることができる。これにより、比較的小さな振幅を発生させる覚醒部１３（振動源）であっても、覚醒部１３の振動が装置全体で共振により強調されるので、大きな振幅を発生させる振動源が不要となり、省電力の低減、装置の小型化を図ることができる。
【００７６】
制御部１０は、心拍又は呼吸などの信号を抽出することができる場合に、体動信号が無いと判定することができるときは、人が目覚めていないと判定することができるので、覚醒部１３を作動させる。人体の頭部を介して生体信号を検出するので、装置のサイズを頭部の大きさ程度に小型化することができ、装置のサイズをコンパクトにすることができる。
【００７７】
次に、第１実施形態の目覚まし装置１００の動作について説明する。目覚まし装置１００は、ユーザが睡眠中に絶えず生体信号検出部１１で生体信号を検出する。検出した生体信号（体動）により睡眠深度を検出し続ける。そして、予め設定した起床時間範囲内で睡眠深度がレム睡眠段階に到達すると、覚醒部１３を動作させ、ユーザに目覚めを促す。
【００７８】
人の睡眠周期は約９０分であり、その内訳は深い睡眠であるノンレム睡眠段階が約７０分、浅い睡眠であるレム睡眠段階が約２０分である。レム睡眠段階に起床を促すことにより、人は快適に目覚めることが可能となる。起床時間範囲内にレム睡眠段階が訪れる可能性を考慮し、起床時間範囲は７０分以上設けられることが望ましいが、７０分未満であっても、その起床時間範囲内で最も睡眠深度が浅い状態で覚醒させれば比較的快適な目覚めをユーザに提供することが可能となる。
【００７９】
次に、睡眠深度の算出方法について説明する。予め被験者に対し、本実施の形態の目覚まし装置１００をセットすると同時に、脳波計を装着した状態で睡眠を摂らせる。そして、本実施の形態の目覚まし装置１００による体動データと脳波データとを同時に検出する。次に測定したデータより、体動発生頻度と脳波データにより算出した睡眠深度の相関式を求める。具体的には、体動データにおいて、無信号時のレベルから所定の閾値を超えた信号が発生した頻度を検出し、この頻度と睡眠深度の相関が強くなるように、ニューラルネットワークによる機械学習ツールを用いて、当該閾値を求める。
【００８０】
本実施の形態の目覚まし装置１００では、頭部の下方、例えば、枕３や布帛の下に設置して使用する。従来は寝具の下に振動センサを配置していたのに対し、本実施の形態の目覚まし装置１００の形状は、枕３の大きさ程度となるので、装置のサイズをコンパクトにすることができる。
【００８１】
また、ユーザが寝返り等をすることにより、頭部が枕３からずれると、生体信号を検出することができないということをユーザが十分に認知することができるので、枕３や布帛の上で寝ていれば確実に検出できるという安心感をユーザに与えることができる。
【００８２】
また、本実施の形態の目覚まし装置１００は、枕３の形状・デザインを問わないため、ユーザにとって好みの枕３や布帛を用いて使用することができ、ユーザに対する目覚まし装置１００の設置による負担を無くすことが可能となる。
【００８３】
また、生体信号検出部１１で検出した生体信号に基づいて、頭部を流れる血流から生じる脈拍を検知することが可能となり、ユーザの在床・離床の判定精度向上に寄与させることができる。
【００８４】
また、従来のように寝具全体に対して振動センサを設置した場合には、振動を伝える対象が体全体となるのに対し、本実施の形態では、覚醒部１３として必要な振動源を頭部近くに配置するので、振動を伝える対象が頭部だけとなる。このため、従来に比べて、振動対象の重量が軽いので、少ない電力で覚醒に必要な振動を生成することが可能となる。さらに、頭部へ振動を伝える方が、振動以外に振動源の音も覚醒作用に寄与する上、体全体へ振動を伝える場合に比べ覚醒効果が高いため、少ない振動で覚醒させることが可能となる。
【００８５】
目覚まし装置１００を枕３の下に配置した状態でユーザが就寝すると、睡眠中の体動により板部材２０が変形し、この変形を圧電素子２１が検知することにより、圧電素子２１は、変形の大きさに応じた電気信号を回路基板６２へ出力する。信号処理部１２は、圧電素子２１が出力した電気信号を取得して所定の信号処理を行う。そして、覚醒動作を開始するための条件が満たされた場合、制御部１０は、覚醒部１３としてのモータ６３を作動させる。これにより、本体ケース６１自体を振動させることができる。また、本体ケース６１と板部材２０とは力学的に一体となっているため、板部材２０全体も振動する。そして、本体ケース６１及び板部材２０の振動がユーザの頭部に伝わり、有効な覚醒を促すこととなる。
【００８６】
本実施の形態の目覚まし装置１００は、モータ６３の振動によりユーザを覚醒させるものであり、その振動周波数が装置全体の固有振動数の一つに概略一致しているので、比較的小さな振幅を発生させる震動源であっても、その振動が装置全体で共振により強調される。従って、大きな振幅を発生させる震動源が不要であるから、小さなモータ等を使用する事ができ、消費電力の低減、装置の小型化を図ることがきる。なお、概略一致とは、例えば、モータ６３の振動周波数が、一の固有振動数の±１０％程度の範囲内であれば、概略一致ということができる。
【００８７】
上述のように、本実施の形態では、モータ６３の振動数は、目覚まし装置１００全体の固有振動数のひとつに略一致するようにしてある。目覚まし装置１００全体の固有振動数は、例えば、装置全体の形状についてモーダル解析を行うことにより求めることができる。以下、固有振動数について説明する。
【００８８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは板状モデルを用いたモーダル解析の第１例を示す模式図であり、図２０Ａ及び図２０Ｂは板状モデルを用いたモーダル解析の第２例を示す模式図であり、図２１Ａ及び図２１Ｂは板状モデルを用いたモーダル解析の第３例を示す模式図であり、図２２は板状モデルを用いたモーダル解析の第４例を示す模式図である。
【００８９】
図１９から図２２は、簡便のため板状モデルを目覚まし装置１００の形状と見立てて計算を行ったものである。図１９、図２０、図２２は寸法が４００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍの板形状について計算したものであり、図２１は寸法が６００ｍｍ×３００ｍｍ×２ｍｍの板形状について計算したものである。板部材の材質はＡＢＳ樹脂、密度は１．０２ｅ−００６ｋｇｍｍ-3、ヤング率は２０００Ｍｐａ、ポアソン比は０．３９４、体積弾性率は３１４４．７ＭＰａ、せん断弾性係数は７１７．３６ＭＰａを用いている。また、図１９、図２０、図２１では、板部材の両端を固定としており、図２２では、板部材の片端のみを固定して計算を行っている。
【００９０】
図１９は板部材の長さ方向（長手方向）の振動モードを表し、図１９Ａは基本モードを示し、図１９Ｂは１次モードを示す。図２０は板部材のひねり方向の振動モードであり、図２０Ａは基本モードを示し、図２０Ｂは１次モードを示す。また、板部材の幅方向の寸法が長くなると、図２１のような幅方向の振動モードが生じる。図２１Ａは基本モードを示し、図２１Ｂは長さ方向及び幅方向の混成振動モードを示す。
【００９１】
各振動モードには固有周波数が存在し、同じ種類の振動モード間で比較した場合、必ず基本モードに近い次数のモードである程、固有周波数は小さくなる。一方、異なる種類の振動モード間で比較した場合、いずれの固有周波数が小さいかは形状によって異なり、一概には言えない。固有周波数が小さい程、回転数の小さなモータで振動を発生させることができ、小型化、省電力化を図ることができるので、最も固有周波数の小さい振動モードを選択してモータ６３を振動させるのがよい。
【００９２】
固有周波数が小さくなるのは、図２２のように片端のみを固定した場合である。例えば、４００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍの板部材においては、長さ方向、ひねり方向、幅方向の各振動モードにおける固有周波数がそれぞれ２０．３Ｈｚ、２６．３Ｈｚ、３７９．２Ｈｚであるのに対し、図２２に例示するような振動モードの固有周波数は３．３Ｈｚの如く１桁又は２桁分小さくなっている。
【００９３】
すなわち、装置の長さ方向の両端が固定されない状態における振動モードで振動させた場合に、最も小さな固有周波数で振動させることができ、装置の小型化、省電力化の観点から有利であるといえる。これを実現させるための一方法としては、装置形状である板形状が、人の部位の荷重がかかる領域に比べて少なくとも２倍程度以上の長さを有していれば、人の部位の荷重により板形状の中央が擬似的に固定となり、板形状の両端が自由端となり、図２２に例示するような振動モードを発生させることができ、小さな固有周波数で装置全体に亘り振動させることが可能となる。
【００９４】
モータ６３の振動周波数を求めるには、以下のような方法を用いることができる。例えば、目覚まし装置１００を動作させる前に、目覚まし装置１００を実使用環境に近い状態に設置する。そして、モータ６３の振動周波数を所定の走査周波数区間（例えば、０．５Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度がよく、さらに望ましくは１Ｈｚ〜１０Ｈｚがよい）で走査し、目覚まし装置１００の振動量を圧電素子で検出し、圧電素子が出力する電気信号の振幅（信号振幅）が極大値を示す１又は複数の周波数（固有周波数に相当）のうち最小の周波数を記憶する。そして、目覚まし装置１００を動作させる場合には、記憶した最小の周波数でモータ６３を作動させる。
【００９５】
図２３はモータ６３の振動周波数と圧電素子の信号振幅との関係を示す説明図である。図２３において、圧電素子の信号振幅が極大値を示す周波数が固有周波数となる。そこで、モータ６３を、固有周波数のうち最小の固有周波数で作動させることにより、より正確に固有振動モードを生じさせることができる。これにより、目覚まし装置１００が設置される状況により僅かに固有周波数がずれることによる、装置の振動効率低下を防ぐことができる。
【００９６】
上述のとおり、本実施の形態では、覚醒部１３の振動周波数が、目覚まし装置１００の固有振動数に概略一致しているので、定格の小さなモータでも起床誘導に必要な振動を得ることができる。また、寝具内（例えば、枕の下）に目覚まし装置１００を設置すると、固有振動数が変化する場合があるが、寝具内に設置した状態でモータの振動周波数を所定の走査周波数区間毎に変化させ、生体信号検出装置５０を用いて圧電素子の信号振幅を測定し、信号振幅が極大値を示す振動周波数を用いて起床誘導時の振動周波数とする。これにより、小さなモータで起床誘導に必要な振動を得ることができ、目覚まし装置１００の小型化、省電力化を図ることができる。
【００９７】
本実施の形態では、生体信号を検出するため圧電素子２１を用いている。圧電素子２１は薄く、比較的安価であり、感度が高く非常に微小な振動も検出することが可能であるため、睡眠中の体動を検知するのに最も適している。
【００９８】
本実施の形態では、板部材２０はユーザの体動を検知し圧電素子２１にその振動を集めて伝達する役割を有している。これにより、圧電素子２１が枕３と直接接触していない場合でも、板部材２０の少なくとも一部が枕と接触していれば、頭部からの振動が枕３へ伝わり、さらに板部材２０へ伝わり、さらに圧電素子２０へ伝達させることができる。
【００９９】
本実施の形態では、さらに、板部材２０は、モータ６３によって生じた振動を枕３全体に拡散させる役割も有する。これにより頭部がモータ６３の近傍に位置していない場合でも、枕３を介してモータ６３の振動を頭部に伝えることができる。
【０１００】
また、本実施の形態では、板部材２０は、人の体動に起因する振動を集めて圧電素子２１へ伝達する第１の機能と、モータ６３の振動を枕３全体に拡散させる第２の機能とを有する。第１の機能を果たす板部材と第２の機能を果たす板部材とを別々に設けることもできるが、１つの板部材２０に両方の機能を持たせることにより、装置のサイズの小型化、省コスト化を図ることができるため有利である。
【０１０１】
また、板部材２０の厚みは、例えば、０．２〜５ｍｍ程度とすることができるが、さらに望ましくは０．５〜２ｍｍ程度とするのがよい。また、板部材２０の大きさは、ユーザの身長方向については１〜２０ｃｍ程度が望ましく、身長方向に直交する方向については５〜１００ｃｍ程度が望ましい。また、板部材２０の材質は、可橈性を有していればよく、例えば、強度を考慮するとＡＢＳ樹脂等を用いることができる。
【０１０２】
また、目覚まし装置１００の本体部６０は、枕３又は布帛の下に配置することができる。これにより、目覚まし装置１００全体のサイズを小さくすることができる。また、ユーザの負担とならないように、本体ケース６１は極力薄くなるよう設計することが求められ、望ましくは２ｃｍ以下、さらに望ましくは１ｃｍ以下がよい。
【０１０３】
上述の実施の形態において、信号処理部１２の他の構成として、例えば、ＡＤ変換器の前段にフィルタを設けることもできる。フィルタにより、検出した生体信号の中から特定の生体情報のみを含む電気信号を取り出すことができる。フィルタは、ローパスフィルター、ハイパスフィルター、バンドパスフィルター、バンドエリミネーションフィルター又はこれらの組み合わせを用いることができる。
【０１０４】
また、信号処理部１２の他の構成として、マイコンに代えてインタフェース回路を具備してもよい。検出した生体信号を、インタフェース回路を介して外部機器へ送出し、外部機器において信号処理を行ってもよい。インタフェース回路は、例えば、ＵＳＢ、ＲＳ２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４等、有線による外部機器への通信手段でもよく、あるいは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ等、無線による外部機器への通信手段でもよい。外部機器としては、例えば、パーソナルコンピュータ、モバイル機器、携帯電話、タブレット端末、スマートフォン、サーバに接続されたインターネット回線ルータ等でもよい。
【０１０５】
上述のように、本実施の形態の目覚まし装置１００によれば、枕３又は布帛のエリアだけを利用して生体信号を検出するとともに覚醒動作を行うので、装置サイズをコンパクトにすることができる。また、ユーザの頭部を利用するので、頭部の脈から心拍を検出することが容易になる。また、ユーザの頭部を利用するので、口又は鼻などの部位に近くなり、呼吸を検出することが容易になる。また、覚醒に必要な振動源を頭部の近くに配置することができるので、寝具内に配置した場合に比べて、少ない消費電力で覚醒に必要な振動を生成することができる。
【０１０６】
（第２実施形態）
図２４は第２実施形態の目覚まし装置１２０の構成の一例を示すブロック図である。図１８に例示した第１実施形態の目覚まし装置１００との相違点は、インタフェース部１４、スケジュール記憶部１５を具備する点である。第１実施形態の目覚まし装置１００と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態の目覚まし装置１２０は、生体信号検出装置５０で検出した生体信号を用いて、ユーザの起床時間を予測して、外部の家電機器の動作を制御するものである。
【０１０７】
インタフェース部１４は、外部の機器、例えば、家電機器との間で情報の授受を行うためのものである。インタフェース部１４は、特に家電機器を制御するための制御信号を送信する機能を有する。インタフェース部１４は、例えば、ＵＳＢ、ＲＳ２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１３９４等の有線通信のインタフェースでもよく、あるいは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ等の無線通信のインタフェースでもよい。
【０１０８】
スケジュール記憶部１５は、所定のスケジュールデータを記憶する。スケジュールデータは、例えば、平日、休日、イベント日毎に対応付けた睡眠サイクル数を含む。例えば、平日の睡眠サイクル数は４であり、休日の睡眠サイクル数は５であり、イベント日の睡眠サイクル数は、イベント毎に３、４、５などとすることができる。睡眠サイクルは、睡眠周期と同義であり、人の睡眠周期は、約９０分（約７０分のノンレム睡眠＋約２０分のレム睡眠の合計）である。したがって、睡眠サイクル数が５ということは、睡眠時間を７時間３０分（５×９０分）とるということを意味する。
【０１０９】
図２５及び図２６は第２実施形態の目覚まし装置１２０の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下では、簡便のため処理の主体を制御部１０として説明する。制御部１０は、生体信号を検出し（Ｓ１１）、睡眠深度を算出する（Ｓ１２）。制御部１０は、睡眠サイクルが１周期経過したか否かを判定し（Ｓ１３）、１周期を経過していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。ステップＳ１１からＳ１３の処理により、ユーザ固有の睡眠サイクル１周期分の睡眠時間を求めることができる。
【０１１０】
睡眠サイクルが１周期経過した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部１０は、スケジュール記憶部１５を参照して、起床する日に応じて睡眠サイクル（睡眠サイクル数）を決定する（Ｓ１４）。具体的には、起床する日が、平日、休日、イベント日であるかを決定するとともに、決定した日に応じた睡眠サイクルを決定する。例えば、平日は時間が限られているため、サイクル数を４に設定し、休日は時間に余裕があるのでサイクル数を５に設定し、イベントのある日は状況に応じ特別にサイクル数を決定する。
【０１１１】
制御部１０は、決定した睡眠サイクル数を用いて起床時刻を算出し（Ｓ１５）、対象機器（例えば、対象の家電機器）の運転開始時刻を算出する（Ｓ１６）。例えば、睡眠サイクル数を４とし、ユーザ固有の睡眠サイクル１周期分の睡眠時間を９０分とすると、起床時刻は、就寝時刻に３６０分（４×９０分）を加算して求めることができる。また、家電機器が運転を開始してから所定の動作を完了するまでに要する時間を、起床時刻から遡って算出する。例えば、炊飯器が運転開始してから炊き上げ完了するまでに６０分要する場合は、起床時刻から６０分遡った時間を運転開始時刻とする。
【０１１２】
制御部１０は、生体信号を検出し（Ｓ１７）、睡眠深度を算出する（Ｓ１８）。制御部１０は、対象機器の運転開始時刻であるか否かを判定し（Ｓ１９）、運転開始時刻である場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、対象機器の運転開始信号を当該対象機器へ送信し（Ｓ２０）、後述のステップＳ２１の処理を行う。
【０１１３】
対象機器の運転開始時刻ではない場合（Ｓ１９でＮＯ）、制御部１０は、現在の時刻が睡眠サイクル時間×整数倍に到達したか否かを判定し（Ｓ２１）、到達していない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ１７以降の処理を繰り返す。
【０１１４】
現在の時刻が睡眠サイクル時間×整数倍に到達した場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部１０は、現在の時刻が決定した睡眠サイクル（睡眠サイクル数）に到達したか否かを判定し（Ｓ２２）、到達していない場合（Ｓ２２でＮＯ）、１周期当たりの睡眠サイクル時間を、それまでの睡眠サイクル時間の平均値にセットして補正するとともに、セットした睡眠サイクル時間を用いて起床時刻を再計算して補正し（Ｓ２３）、ステップＳ１７以降の処理を繰り返す。
【０１１５】
現在の時刻が決定した睡眠サイクル（睡眠サイクル数）に到達した場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、制御部１０は、覚醒動作を開始し（Ｓ２４）、処理を終了する。
【０１１６】
なお、ステップＳ１６において、対象機器の運転開始時刻を算出する際、運転開始から所定動作が完了するまでに要する時間を用いるが、この時間は家電機器毎に予め定められた時間を記憶しておけばよい。あるいは、ステップＳ１１の処理を行う前に、運転開始から所定動作が完了するまでに要する時間又は当該時間を算出するために必要な情報を対象機器から受信するようにしてもよい。必要な情報を対象機器から受信する構成とする理由は、例えば、炊飯器は炊く米の量により炊飯に要する時間が異なる等、各家電機器の状態により所定動作に要する時間が異なる可能性があるためであり、かかる情報を対象機器から取得して対象機器の運転開始時刻を算出することにより、起床時刻により正確に合わせた制御が可能となる。
【０１１７】
スケジュール記憶部１５に記憶するスケジュールデータは、目覚まし装置１２０にボタン、タッチパネル又はキーボード等の入力装置を具備しておき、当該入力装置を用いて目覚まし装置１２０に直接入力すればよい。その他の方法としては、例えば、携帯情報端末又はパーソナルコンピュータ等に記憶したスケジュールデータを有線又は無線を通して目覚まし装置１２０へ転送するようにしてもよい。また、ネットワークを通してサーバにアップロードしたスケジュールデータをダウンロードするようにしてもよい。
【０１１８】
また、ステップＳ１４において、睡眠サイクル（睡眠サイクル数）を決定する際、例えば、平日の就寝時間が遅くなる等の理由により、睡眠時間が不足気味であった場合、その週末の休日は、通常より睡眠サイクル数を自動的に増加させるようにしてもよい。睡眠時間の過不足判定は、例えば、睡眠サイクル時間（９０分）×平日のサイクル数×平日日数（例えば、月曜日から金曜日までの５日）を理想の睡眠時間合計とし、平日中の睡眠時間の合計との差が閾値時間を超えるか否かで行うことができる。この判定は、休日が含まれる単位であればよく、例えば、１週間単位で行うことができる。
【０１１９】
本実施の形態の目覚まし装置１２０は、ユーザの起床時間を予測して対象機器の運転を制御しているので、ユーザが起床した際に対象機器の成果物（例えば、炊飯器の場合はご飯の炊きあがり）を理想的な状態で利用することができる。また、理想的な状態で利用することができるので、成果物の再調整による作業が減り、エネルギーの消費量も削減することができる。また、対象機器からの制御を受信できるように各家電機器の設定を一度行えば、利用者の都合により変化する起床時間に合わせたタイマー予約を毎日設定する必要がなく、自動的に対象機器の動作時間を予約することができる。
【０１２０】
また、インタフェース部１４が対象機器へ送信する制御信号は、直接対象機器が受信してもよいが、他の制御機器で制御信号を受信し、当該制御機器が対象機器へ制御信号を送信するようにしてもよい。例えば、エコーネットに見られるホームゲートウェイに制御信号を送信するようにしてもよい。また、対象機器との連携機能を有する清掃ロボット等に制御信号を送信するようにしてもよい。
【０１２１】
上述のように、目覚まし装置１２０によれば、起床時刻を予測して対象機器の運転を制御することができ、ユーザが起床したときに対象機器の状態が所望の状態になっているので、ユーザの利便性が向上する。
【０１２２】
本発明の上述の各実施の形態で記載されている技術特徴は、お互いに組み合わせて新しい技術方案を形成することができる。
【０１２３】
本実施の形態の生体信号検出装置は、屈曲可能な板部材（２０、２０１、２０２、２０３）と、該板部材の一面に設けられ屈曲中心から離隔させて、該板部材の屈曲に連動して屈曲する圧電素子（２１、２１ａ、２１ｂ）とを備え、人体の所定部位から前記板部材に伝わる振動に基づいて生体信号を検出するようにしてあることを特徴とする。
【０１２４】
生体信号検出装置は、屈曲可能な板部材と、板部材の一面に設けられ屈曲中心から離隔させて、板部材の屈曲に連動して屈曲する圧電素子とを備える。すなわち、圧電素子は、板部材の一面に設けられ板部材の屈曲に連動して屈曲する。そして、圧電素子は、板部材が屈曲する際の屈曲中心から離隔してあるので、圧電素子が屈曲する場合、圧電素子に対して伸長する方向に加わる力が縮小方向に加わる力よりも大きくなり、例えば、圧電素子の電極間で正電荷と負電荷とが相殺される電荷量が少なくなる。そして、人体の所定部位から板部材に伝わる振動に基づいて圧電素子が伸縮する場合に、相殺される電荷量を少なくすることができるので、生体信号を高感度で検出することができる。
【０１２５】
本実施の形態の生体信号検出装置は、前記板部材は、板厚を薄くした薄板部（２５）を設けてあり、前記薄板部を屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする。
【０１２６】
板部材は、板厚を薄くした薄板部を設けてあり、薄板部を屈曲中心として屈曲可能にしてある。例えば、１枚の板部材に設けた薄板部を屈曲中心とすることができるので、板部材を屈曲させるための追加の部材が不要となり、製造コストを低減することができる。
【０１２７】
本実施の形態の生体信号検出装置は、蝶番（３０）を備え、前記板部材は、前記蝶番にそれぞれの一側を固定した第１の板部材（２０１）及び第２の板部材（２０２）を有し、前記蝶番の蝶番軸（３０ａ）を前記屈曲中心として屈曲可能にしてあることを特徴とする。
【０１２８】
生体信号検出装置は、蝶番を備える。板部材は、蝶番にそれぞれの一側を固定した第１の板部材及び第２の板部材を有し、蝶番の蝶番軸を屈曲中心として屈曲可能にしてある。すなわち、第１の板部材及び第２の板部材は、蝶番軸を屈曲中心としてお互いに屈曲させることができる。これにより、人体の所定部位から第１の板部材及び第２の板部材に伝わる振動に基づいて圧電素子が伸縮する場合に、相殺される電荷量を少なくすることができるので、生体信号を高感度で検出することができる。
【０１２９】
本実施の形態の生体信号検出装置は、前記板部材の前記一面の反対側に前記屈曲中心を設けてあることを特徴とする。
【０１３０】
板部材の一面の反対側に屈曲中心を設けてある。これにより、圧電素子と屈曲中心との離隔距離をさらに大きく（長く）することができるので、板部材が屈曲した場合に、圧電素子の大部分に伸長する方向の力が加わることになり、相殺される電荷量をさらに少なくすることができるので、生体信号をさらに高感度で検出することができる。
【０１３１】
本実施の形態の目覚まし装置は、前述の発明に係る生体信号検出装置を備える目覚まし装置であって、該生体信号検出装置で検出した生体信号に基づいて振動する覚醒部（１３、６３）を備え、前記覚醒部の振動周波数を前記目覚まし装置が有する複数の固有振動数のうちの一の固有振動数と同等にしてあることを特徴とする。
【０１３２】
生体信号検出装置で検出した生体信号に基づいて振動する覚醒部を備え、覚醒部の振動周波数を目覚まし装置が有する複数の固有振動数のうちの一の固有振動数と同等にしてある。同等とは、例えば、覚醒部の振動周波数が、一の固有振動数の±１０％程度の範囲内とすることができる。これにより、比較的小さな振幅を発生させる覚醒部（振動源）であっても、覚醒部の振動が装置全体で共振により強調されるので、大きな振幅を発生させる振動源が不要となり、省電力の低減、装置の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０  制御部
１１  生体信号検出部
１２  信号処理部
１３  覚醒部
１４  インタフェース部
１５  スケジュール記憶部
２０、２０１、２０２、２０３  板部材
２１  圧電素子
２１ａ  圧電ケーブル
２１ｂ  圧電フィルム
２２  リード線
２５  薄板部
３０  蝶番
３０ａ  蝶番軸
４０  弾性マット
５０  生体信号検出装置
６０  本体部
６１  本体ケース
６２  回路基板
６３  モータ
６４  振動部材
６５  電源コード
【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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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