(57)【要約】【課題】  複数の超音波レーダ間で特に通信をしなくても、同一室内に配設された同一超音波周波数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐことができ、室内の患者等の異常を簡単な構成で正確に検知することができる。【解決手段】  同一超音波周波数の複数の超音波レーダ１を同一室２内に配設した人体検知システムであって、超音波レーダは、超音波送信器５と、超音波受信器６と、超音波送信器及び超音波受信器を制御して人体４の検知及び人体までの距離を測定する制御回路７と、を有し、制御回路は、同一室内に配設された同一超音波周波数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐために、超音波送信器から送信される超音波パルス波の送信パルスパターンを前記超音波レーダごとに異ならせるように制御するとともに、超音波受信器の超音波受信信号のうち送信パルスパターンに一致する超音波反射信号を識別する、ことを特徴とする人体検知システム。【選択図】  図１
2009098098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一超音波周波数の複数の超音波レーダを同一室内に配設した人体検知システムであって、
前記超音波レーダは、超音波送信器と、超音波受信器と、前記超音波送信器及び前記超音波受信器を制御して人体の検知及び人体までの距離を測定する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、同一室内に配設された同一超音波周波数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐために、前記超音波送信器から送信される超音波パルス波の送信パルスパターンを前記超音波レーダごとに異ならせるように制御するとともに、前記超音波受信器の超音波受信信号のうち前記送信パルスパターンに一致する超音波反射信号を識別する、ことを特徴とする人体検知システム。
【請求項２】
前記複数の超音波レーダは、少なくとも同一室内にある複数のベッドごとに１つ以上配設され、前記ベッドに配設された超音波レーダは各ベッド上の人間の在床・離床を検知する、ことを特徴とする請求項１記載の人体検知システム。
【請求項３】
前記制御回路は、前記超音波パルス波の送信パルスパターンを、超音波送信回ごとにランダムに異ならせる、ことを特徴とする請求項１または２記載の人体検知システム。
【請求項４】
前記超音波送信器及び前記超音波受信器は、同一の送受信兼用超音波トランスデューサにより構成される、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の人体検知システム。
【請求項５】
前記超音波送信器から送信される超音波パルス波の、振幅、パルス長、ＯＮ／ＯＦＦパターン、またはそれらの組合せを前記超音波レーダごとに異ならせる、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の人体検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一室内（病室等）に配設された複数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぎ、室内の患者等の異常を正確に検知することができる、超音波レーダを用いた人体検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高齢化社会の進行に伴い、介護福祉施設等が増加している。介護福祉施設（老人ホームや病院等）などの施設では、高齢者や認知症患者などの入居者がベッドから転落したり、夜間に徘徊したりするので常に監視を行う必要がある。そのため、入居者がベッド上にいるか、あるいは離床しているかを把握する必要から昼夜を問わず定期的な見廻りが実施されている。しかしながら、全ての患者を常時監視するために絶え間なく見回るには、相当数の人員を必要とするので、ベッド上に患者が存在しているかを遠隔地から監視する在床検知装置や離床検知装置が必要とされている。特に近年、介護福祉施設等での身体拘束が厳重に禁止されているので、複数の入居者を遠隔地から効率よく監視できる装置の必要性が増している。
【０００３】
例えば、ベッドの頭側の端の中央の寝床から特定高さに第１の赤外線センサーを設け、その左右に間隔をおいて第２及び第３の赤外線センサーを設け、第１の赤外線センサーは中央に寝た人体を選択的に検知でき、第２及び第３の赤外線センサーは、それぞれベッドの脇に立つ人体を検知し、これら第１、第２及び第３の赤外線センサーの検知出力を制御回路により比較処理することによりベッド上の人体の有無を判定するシステムが知られている（特許文献１）。しかし、これら赤外線センサーは所定の検知領域のみをカバーし、重複した検知領域をカバーして検知できる構成を有していないため、ベッド上での患者の存在をきめ細かく検知することができない。
また、従来の検知装置は、ベッドの脚の下に荷重センサーを配置して、荷重センサーの計測値の変化によって離床を検知したり、ベッド周囲に配置したマットセンサーによって離床を検知してその信号をナースコール等の通信設備を利用して通知していたが、マットは足腰の弱った老人にとっては床面から僅かに高くなるだけで障害となって転倒することがあり、また水をこぼしたりして汚れたり、センサーの断線があるなど維持が面倒であった。
【０００４】
これらの問題点を解決するため、在床・離床の検知に超音波レーダを用いる技術が知られている（特許文献２〜４）。超音波レーダを用いることにより、簡単な構成で正確に患者の状態を検知することが可能である。しかしながら、超音波の特性上、超音波レーダを同一室内で用いると混信や乱反射等によりお互いに干渉してしまい、正確な検知ができないという問題がある。干渉を防ぐために、各超音波レーダごとに超音波周波数を異ならせることが考えられるが、レーダごとに周波数の異なるトランスデューサ及び送受信回路を用いる必要があり、コストが掛かる上に管理も大変である。一方、各超音波レーダの超音波周波数を同一にして、各超音波レーダごとに送受信タイミングを異ならせること（時分割方式）も考えられるが（特許文献２、５等）、送受信タイミングを制御するためには、個々の超音波レーダ間で通信可能にして集中的にタイミング制御をするユニットを設ける必要がある。各超音波レーダが近接している場合は問題ないが、同一室内の複数のベッドごとに超音波レーダを設けたり、天井や床などに超音波レーダを設ける場合、超音波レーダ間で通信可能なユニットを設けるとコストが掛かる上に管理が大変であるという問題点がある。
【特許文献１】特開２０００−２４１５６１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７６２４号公報
【特許文献３】特開２００１−３２７５４９号公報
【特許文献４】特開２００４−１９９１２２号公報
【特許文献５】特開２００３−３０７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記背景技術の問題点を解決し、複数の超音波レーダ間で特に通信をしなくても、同一室内に配設された同一超音波周波数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐことができ、室内の患者等の異常を簡単な構成で正確に検知することができる、超音波レーダを用いた人体検知システム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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
同一超音波周波数の複数の超音波レーダを同一室内に配設した人体検知システムであって、
前記超音波レーダは、超音波送信器と、超音波受信器と、前記超音波送信器及び前記超音波受信器を制御して人体の検知及び人体までの距離を測定する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、同一室内に配設された同一超音波周波数の超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐために、前記超音波送信器から送信される超音波パルス波の送信パルスパターンを前記超音波レーダごとに異ならせるように制御するとともに、前記超音波受信器の超音波受信信号のうち前記送信パルスパターンに一致する超音波反射信号を識別する、ことを特徴とする人体検知システム。
【０００７】
また、好ましくは以下の実施態様を有してもよい。
前記複数の超音波レーダは、少なくとも同一室内にある複数のベッドごとに１つ以上配設され、前記ベッドに配設された超音波レーダは各ベッド上の人間の在床・離床を検知する。
前記制御回路は、前記超音波パルス波の送信パルスパターンを、超音波送信回ごとにランダムに異ならせる。
前記超音波送信器及び前記超音波受信器は、同一の送受信兼用超音波トランスデューサにより構成される。
前記超音波送信器から送信される超音波パルス波の、振幅、パルス長、ＯＮ／ＯＦＦパターン、またはそれらの組合せを前記超音波レーダごとに異ならせる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、同一室内の超音波レーダごとに送信パルスパターンを異ならせたことにより、同一周波数の超音波を用いても、受信時にパルスパターンを識別することで超音波レーダ間の超音波の干渉を防ぐことができる。複数の超音波レーダを室内に配設するにあたって、同じ超音波周波数の超音波レーダを用いることができるので、複数周波数分の超音波トランスデューサや送受信回路を用意する必要がなく、構成が簡単となりコスト的にも有利である。一般的に超音波のパルスパターンを受信波形の中から識別するのは技術的な困難性を有するが、本発明は検知対象を人体に限定していることから、超音波反射率が比較的一定しており、動きも遅いので、振幅等を含むパルスパターンを受信波形の中から識別することが十分に可能である。また、各々の超音波レーダごとに送信パルスパターンを異ならせるだけで超音波レーダ間の干渉を防止できるので、超音波レーダ間でパルスの送信タイミングを制御する必要が無く、超音波レーダ間で特に通信を必要としないため、パルスの送信タイミングを制御する方式に比べてシステム構成が簡単になる。さらに、超音波送信パルスパターンを超音波送信回ごとにランダムに異ならせる構成を採用すれば、前述の効果に加えて、超音波レーダごとに異なるパルスパターンを事前に登録しておく必要がなくなり、同じ装置及び制御プログラムの超音波レーダを配設するだけで超音波レーダ間の干渉を防ぐことができるので、さらにシステムが簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、同一室内に複数の超音波レーダを配設した例である。病室等２の中にある複数のベッド３の各々に超音波レーダ１を配設し、患者等４の在床・離床などを検知する。図の例では、各ベッドごとに１つずつ超音波レーダを配設しているが、１つのベッドに複数の超音波レーダを配設しても良い。また、ベッド以外の場所、例えば出入り口付近などに別途超音波レーダを配設して、患者等の入退室管理などをしても良い。また、床に平行に超音波レーダを向けて、患者等の移動などを検知しても良い。超音波レーダ１の検知結果は、図示されていない通信手段を通じてナースステーション等に送られる。通信手段としては、特小無線や電灯線通信（ＰＬＣ）などが考えられる。
【００１０】
図２は、超音波レーダ１の構成の一例である。１つの超音波レーダ１は、超音波送信器５、超音波受信器６及び制御回路７から成る。超音波送信器５から送信された超音波は人体で反射されて、超音波受信器６で受信される。超音波の受信により人体の有無を検知でき、送信から受信までの時間により人体までの距離を求めることができる。制御回路７により、超音波送信器５及び超音波受信器６の送受信制御、人体の検知及び人体までの距離の算出が行われる。制御回路７には、ＰＩＣやマイコンなどが用いられる。図３は、超音波レーダ１の構成の別の例である。図２では超音波送信器５と超音波受信器６は別々であったが、図３のように１つの超音波トランスデューサを超音波送受信兼用に用いても良い。
【００１１】
図４は、図２の超音波レーダに対応した超音波送信回路の一例である。超音波送信回路は、超音波送信器５または制御回路７に設けられている。図４の超音波送信回路は、ドライブ回路は＋１５Ｖの電源で動作させている、ＰＩＣの動作電圧（＋５Ｖ）で制御させるためにトランジスタにより電圧変換している、２つのインバータを並列に接続して出力電力に余裕を持たせている、コンデンサにより直流をカットしている、などの特徴を有している。図５は、図２の超音波レーダに対応した超音波受信回路の一例である。超音波受信回路は、超音波受信器６または制御回路７に設けられている。図５の超音波受信回路は、オペアンプ増幅器を２段使用して、超音波受信信号を、１段目で１００倍（４０ｄＢ）、２段目で１０倍（２０ｄＢ）に電圧増幅して、合計で１０００倍（６０ｄＢ）に増幅している。
図６は、図３の超音波レーダに対応した超音波送受信兼用回路の一例である。
【００１２】
図７〜１０は、本発明の超音波送信器５から送信される超音波パルス波の送信パルスパターンの例である。これらの送信パルスパターンは制御回路７により制御され、同じく制御回路７により、超音波受信器６の超音波受信信号の中からパルスパターンの識別がなされる。図７〜１０において、縦軸は超音波パルス波の振幅（信号強度）、横軸は時間を表している。異なる超音波レーダＳ１及びＳ２から任意のタイミングで超音波の送信パルス波が送信され、送信された送信パルス波は検知対象（人体）で反射されて、一定時間後に受信波としてそれぞれの超音波レーダ（Ｓ１、Ｓ２）で受信される。図中の白い矩形は送信パルス波を表し、黒い矩形は検知対象（人体）で反射して受信された受信波を表す。図中の矩形の、縦軸方向の長さは送信パルス波の振幅及び受信波の信号強度を表し、横軸方向の長さはパルス波の継続時間を表す。図中の送信パルス波と受信波の間隔、すなわち送信パルス波の送信から受信波の受信までの時間は、超音波レーダから検知対象（人体）までの距離に依存する。
【００１３】
図７は、超音波レーダごとにパルス波の振幅の大きさを異ならせた例である。本発明は検知対象物を人体に限定しており、人体の超音波反射率は比較的一定であるので超音波反射波信号の大きさは超音波送信強度にほぼ比例する。したがって、パルス波の振幅の大きさを超音波レーダごとに異ならせることによって十分に超音波レーダ間の干渉を防ぐことができる。
図８は、超音波レーダごとにパルス波のパルス長を異ならせた例である。図７と同じく検知対象を人体に限定していることから、検知対象の移動量が少なく、超音波送信パルスのパルス長は超音波受信信号においても比較的保存されている。したがって、このパルス長を識別することにより超音波レーダ間の干渉を防ぐことができる。
図９は、超音波レーダごとにパルス波のON/OFFパターンを異ならせた例である。図７及び８と同じく検知対象を人体に限定していることから、検知対象の移動量が少なく、超音波送信パルスのON/OFFパターンは超音波受信信号においても比較的保存されている。したがって、このON/OFFパターンを識別することにより超音波レーダ間の干渉を防ぐことができる。
図１０は、図７〜９を組み合わせたパルスパターンの例である。
【００１４】
基本的には、超音波レーダごとに異なるパルスパターンを事前に登録しておき、各超音波レーダは毎回同じパルスパターンを送信している。しかしながら、パルスパターンの組合せは多数有り得るので、各超音波レーダで送信回ごとにパルスパターンをランダムに変化させて超音波レーダ間の干渉を防いでも良い。この方式ならば、事前のパルスパターンの登録が不要であり、システムがさらに簡素化する。
【００１５】
図１１は、本発明の他の適用例である。図１１（ａ）はベッド上と床に超音波レーダを配設した例、図１１（ｂ）はベッド上に複数の超音波レーダを配設した例、図１１（ｃ）はベッド上の監視と入退室管理を組み合わせた例、図１１（ｄ）はトイレの安否確認に適用した例である。
【００１６】
以上、本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において各種の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】同一室内に複数の超音波レーダを配設した例。
【図２】超音波レーダの構成の一例。
【図３】超音波レーダの構成の別の例。
【図４】超音波送信回路の一例。
【図５】超音波受信回路の一例。
【図６】超音波送受信兼用回路の一例。
【図７】超音波レーダごとにパルス波の振幅の大きさを異ならせた例。
【図８】超音波レーダごとにパルス波のパルス長を異ならせた例。
【図９】超音波レーダごとにパルス波のON/OFFパターンを異ならせた例。
【図１０】図７〜９のパルス波を組み合わせて、超音波レーダごとにパルスパターンを異ならせた例。
【図１１】本発明の他の適用例。
【符号の説明】
【００１８】
１：超音波レーダ、  ２：病室等、  ３：ベッド、  ４：患者等、  ５：超音波送信器、  ６：超音波受信器、  ７：制御回路
【図２】
2009098098.tif 000003
【図３】
2009098098.tif 000004
【図４】
2009098098.tif 000005
【図５】
2009098098.tif 000006
【図６】
2009098098.tif 000007
【図７】
2009098098.tif 000008
【図８】
2009098098.tif 000009
【図９】
2009098098.tif 000010
【図１０】
2009098098.tif 000011
【図１】
2009098098.tif 000012
【図１１】
2009098098.tif 000013