JP3922694B2 - 監視装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視対象物を監視する監視装置に関し、特に就寝者の呼吸などの変化を監視するための監視装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
就寝者の呼吸の変化を監視する監視装置として、従来から、荷重センサまたは圧力センサにより検出した圧力分布の時間推移に基づき、就寝者の呼吸の変化を監視する装置が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上のような従来の装置によれば、監視装置は、測定される信号が微小であることから、安定した信号を取得し検出するためには、高性能な信号増幅器やなんらかの信号処理が必要であり、システムとして複雑かつ大掛かりなものになっていた。
【0004】
そこで本発明は、監視対象物の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11の中から、過去の直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に対応する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、監視対象物2の推移的変化を検出した場合には、監視対象物2が安静状態になってから、直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサ11を選択し、その時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0006】
このように構成すると、複数の各々独立した距離センサ11と、複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22とを備えるので、例えば、監視対象物までの距離の時間変化を得ることができる。複数の距離センサ11の中から、過去の直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に対応する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出して、監視対象物2の推移的変化を検出した場合には、監視対象物2が安静状態になってから、直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサ11を選択し、その時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するので、例えば、就寝者の呼吸を検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0007】
上記目的を達成するために、請求項2に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、複数の距離センサ11を全て選択し、前記選択された距離センサ11の出力の時間変化の総和を求め、該総和に基づいて、前記監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0008】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、複数の距離センサ11を全て選択し、前記選択された距離センサ11の出力の時間変化の総和を求め、該総和に基づいて、前記監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば高速処理が可能である。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0009】
上記目的を達成するために、請求項3に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、複数の距離センサ11の全ての出力の周波数スペクトルを算出して、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0010】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、複数の距離センサ11の全ての出力の周波数スペクトルを算出して、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0011】
上記目的を達成するために、請求項4に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が所定の幅にある距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0012】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が所定の幅にある距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0013】
上記目的を達成するために、請求項5に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が大きい方から複数個の距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0014】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が大きい方から複数個の距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0015】
上記目的を達成するために、請求項6に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化の平均値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0016】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサを選択し、選択された距離センサに関する時間変化の平均値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0017】
上記目的を達成するために、請求項7に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化の絶対値の平均値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0018】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサを選択し、選択された距離センサに関する時間変化の絶対値の平均値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0019】
上記目的を達成するために、請求項8に係る発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサ11と;複数の距離センサ11の各々の出力の時間変化を演算する演算装置22と;複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記複数の選択された距離センサ11に関する前記時間変化の各々の位相を互いに比較し、前記比較により前記位相が近いもの各々をグループ化して、前記各グループの時間変化の総和を求め、逆位相に近いグループ間で、前記各々のグループの前記総和を差算し、前記差算より得られた値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成される。
【0020】
このように構成すると、複数の距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、複数の距離センサ11のうち一つ又は複数の選択された距離センサ11に関する前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、前記複数の選択された距離センサ11に関する前記時間変化の各々の位相を互いに比較し、前記比較により前記位相が近いもの各々をグループ化して、前記各グループの時間変化の総和を求め、逆位相に近いグループ間で、前記各々のグループの前記総和を差算し、前記差算より得られた値に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸を確実に検出できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0021】
また請求項9に記載のように、請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の監視装置1では、検出処理装置23は、前記検出された形状変化中の周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて監視対象物2の状態を判断するように構成するとよい。
【0022】
また請求項10に記載のように、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の監視装置1では、検出処理装置23は、前記検出された形状変化中の周期的変化が一定時間以上継続したときに、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断するように構成するとよい。
【0023】
このように構成すると、前記検出された形状変化中の周期的変化が一定時間以上継続したときに、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断するように構成されているので、例えば就寝者の在床を検出できる。
【0024】
また、以上の監視装置1では、検出処理装置23は、前記検出された形状変化中の推移的変化を検出した後に、周期的変化を検出することがなく、一定時間以上、推移的変化及び周期的変化を共に検出できない状態になったとき、監視対象物2が監視対象領域50の外に出たと判断するように構成するとよい。このように構成すると、例えば就寝者の離床を判断できる。
【0025】
また請求項11に記載のように、請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の監視装置1では、例えば図5に示すように、距離センサ30は、監視対象物2に光束を照射する光照射手段31と、光照射手段31により監視対象物2上に生成される光照射パターンの像を結像する結像光学系37とを有し、結像光学系37により結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成するとよい。
【0026】
このように構成すると、距離センサ30は、監視対象物2に光束を照射する光照射手段31と、光照射手段31により監視対象物2上に生成される光照射パターンの像を結像する結像光学系37とを有し、結像光学系37により結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成されているので、安価で単純な監視装置1とすることができる。
【0027】
また請求項12に記載のように、請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の監視装置1では、例えば図10に示すように、距離センサ40は、監視対象物2を個別の光軸により結像する2以上の結像装置41、42と、結像装置41、42からの結像位置の情報に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成してもよい。
【0028】
このように構成すると、距離センサ40は、監視対象物2を個別の光軸により結像する2以上の結像装置41、42と、結像装置41、42からの結像位置の情報に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成されているので、安価で単純な監視装置1とすることができる。
【0029】
上記目的を達成するために、本発明による監視装置は、例えば図1、図3に示すように、監視対象領域50内に向けて設置され、監視対象物2までの距離を測定する距離センサ11と;距離センサ11の出力の時間変化を演算する演算装置22と;前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出する検出処理装置23とを備え;検出処理装置23は、前記検出された形状変化中の周期的変化が一定時間以上継続したときに、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断するように構成されていてもよい。
【0030】
このように構成すると、距離センサ11と、演算装置22と、検出処理装置23とを備えているので、距離センサ11の出力の時間変化を演算し、前記演算された時間変化に基づいて監視対象物2の形状変化を検出することができる。検出処理装置23は、前記検出された形状変化中の周期的変化が一定時間以上継続したときに、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断するように構成されるので、例えば就寝者の呼吸や在床を検出できる。また、単純に構成できる。これにより、就寝者の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【0032】
図1は、本発明による実施の形態である監視装置1の模式的斜視図である。図中監視対象領域としてのベッド6上面(以下監視領域50という)に監視対象物であり周期的変化をする物としての就寝者2が横たわって存在している。また、就寝者2の上には、さらに寝具3がかけられており、就寝者2の一部と、ベッド6の一部とを覆っている。即ち監視装置1は、寝具3の上面を監視している。また寝具3を使用せず、監視装置1は、就寝者2の胴体部そのものを監視するようにしてもよい。また、本実施の形態では、形状変化は、連続的変化であり、連続的変化は周期的変化、推移的変化を含む概念である。就寝者2の形状変化は、例えば、就寝者2の周期的変化及び推移的変化である。また就寝者2の周期的変化は、例えば就寝者2の呼吸である。就寝者2の推移的変化は、例えば就寝者2の体動、移動である。また、周期的変化とは、例えば人物(就寝者)の呼吸の周期、例えば、毎分5〜60サイクルの変化である。即ち本実施の形態では、周期的変化は、呼吸の周期から大きく外れた周期的変化を含まない。ところで、大人の呼吸数は、毎分5〜30回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。
【0033】
さらに、監視装置1は、検出された就寝者2の形状変化に基づいて、就寝者2の状態を判断するように構成される。就寝者2の状態とは、例えば正常な呼吸をしている、異常な呼吸をしており危険である、体動例えば寝返りを打っている、移動例えば着床、離床しようとしている等といった状態である。
【0034】
一方、図中スタンド4には、監視領域50内に存在する就寝者2までの距離を測定する複数の距離センサ11を含んで構成される筐体10が設置されている。筐体10には、複数の距離センサ11が、複数の監視対象点(以下対象点という)に対応して設置されている。また本実施の形態では、筐体10(距離センサ11)は、スタンド4に設置しているが、壁や天井が存在する場合は、壁や天井でもよく、設置場所は監視装置の目的や仕様等により適宜決めてよい。またスタンド4は、移動可能であり、筐体10の設置を容易にしている。距離センサ11は、筐体10に2列以上配置することが好ましい。
【0035】
図2の模式的平面図の対象点の配置例を参照して、又適宜図1を参照して、対象点について説明する。図2(a)に示すように、複数の距離センサ11に対応する複数の対象点は、それぞれの対象点が隣合う対象点と重ならないように配置する。この場合、例えば図示のように、複数の対象点は、監視領域50に、対象点51、52、53、54、55、56(以下対象点を区別しない場合は単に対象点5という)が、お互いに重ならないように碁盤目状に配置されている。複数の対象点5は、ベッド6上(寝具3下)の就寝者2のおよそ腹部、胸部、背部、および肩部が就寝中に取り得る位置を網羅する範囲に設定することが好ましい。配置する数は、本実施の形態では、3行2列(以下3×2と表す)であるが、監視する場所、就寝者2などの条件により適宜決めてよく、例えば3×3、4×4でもよい。このように複数の対象点5を配置すると、距離センサ11に、光や超音波を照射することにより距離を測定する照射型センサを使用した場合でも、隣接する対象点5に対応する距離センサ11は、後述のように同時に照射しないように制御する必要がなく、監視装置1をより簡単な構成とすることができる。
【0036】
また図2(b)の模式的平面図の対象点5の配置例に示すように、隣合う対象点5が重なっていてもよい。このようにすると、監視領域50内の死角を少なくすることができるので、より精度の高い監視に有効である。このとき距離センサ11に、光や超音波を照射することにより距離を測定する照射型センサを使用する場合には、重なり合う対象点5に対応する距離センサ11は、お互いに影響がないように、同時に照射しないように制御する必要がある。これは、複数の距離センサ11から同時に例えば照射光を照射した場合、本来受光しなければならない照射光に他の距離センサ11から照射された照射光が混入し、対象点5の距離の測定が困難になるためである。
【0037】
また、距離センサ11に例えば後述の赤外線距離センサ30(図5参照)を用いた場合には、赤外線距離センサ30を、後述のように投光する光束の波長をセンサ毎に異なるようにし、併せて、コーティングを施す等の手段により後述の受光レンズ37に投光するビーム光に対応した透過波長帯域を通過させるようにした場合には、隣合う対象点5が重なっていても同時に照射しないように制御する必要がない。また、距離センサ11を、照射する光束の光源を、各距離センサ30毎に異なる一定の周波数で点滅させ、併せて、その周波数の信号のみを抽出する後述の電気的バンドパスフィルタを備えるようにした場合には、隣合う対象点5が重なっていても同時に照射しないように制御する必要がない。
【0038】
ここで、図2(b)に示すように、距離センサ11に照射型センサを使用し、かつ複数の距離センサ11に対応する対象点5が重複する場合の作動の制御について説明する。この制御は、後述の制御装置20の制御部21で行なうようにする。照射型センサの場合には、1つの距離センサ11の距離の測定の後で、次の距離センサ11の距離の測定を行うように制御する。即ち複数の距離センサ11が同時に距離の測定をしないように制御する。このような動作が、備えられた全ての距離センサ11の距離の測定が行われるまで繰り返される。この一連の動作を1サイクルとし、1サイクルの時間をTとする。
【0039】
また、上述のように1つずつ距離センサ11による距離の測定を行うのではなく、隣接する対象点5の距離の測定を同時に行わないように制御する(例えば同時に距離の測定を行なう対象点5を1つおきとする)ことで、複数の距離センサ11に同時に距離の測定を行わせることができる。このようにすれば、1サイクルの時間Tを大幅に短縮できる。
【0040】
図3を参照して、監視装置1の構成の一例を説明する。監視装置1は、複数の距離センサ11が設置された筐体10と、制御装置20とを含んで構成される。制御装置20は、典型的にはパソコンやマイコンである。そして複数の距離センサ11は、制御装置20に接続されており、距離センサ11の出力としての距離情報を制御装置20に出力するように構成されている。ここで、距離情報とは、例えば実際に距離を算出する前の距離センサ11からの出力値であるが、対象物(就寝者2)までの距離そのものとしてもよい。以下、これらを単に距離という。以下、距離で実施の形態を説明する。また距離は、それぞれの距離センサ11から時系列的に取得するように構成するとよい。また、図中距離センサ11と制御装置20とは、別体として示してあるが、一体として構成してもよい。
【0041】
また距離センサ11は、本実施の形態では、図2で説明したように3×2に配置された対象点5に対応するように、筐体10に3×2に設置されている。
【0042】
また典型的には、距離センサ11は筐体10に並列的に設置されるが、図4の模式図に示す筐体10’ように、筐体10にカーブをつけてもよい。この場合、距離センサ11は、このカーブに沿うように設置する。このような筐体10’を用いることで、小型化しても広い監視領域50を容易に確保することができる。また、筐体10’は、小型でも、隣合う対象点5が重ならないように距離センサ11を設置することが容易に行なえるので、装置の小型化を図ることができる。
【0043】
ここで、距離センサ11についてさらに説明する。使用する距離センサ11としては、赤外線照射型の距離センサ、超音波センサ、電磁波パルス距離センサ、パッシブ型光学距離センサ等がある。このうち赤外線照射型の距離センサ、超音波センサ、電磁波パルス距離センサは照射型センサ(アクティブ型距離センサ)である。また使用する距離センサ11は、上記のように、例えばオートフォーカスカメラに用いるような比較的単純で安価なものを用いることが好ましい。このような距離センサ11を用いることで、監視装置1を単純で安価に構成できる。以下、距離センサ11の実施例としての赤外線距離センサ、超音波センサ、電磁波パルス距離センサ、パッシブ型光学距離センサについて図を参照して説明する。
【0044】
図5のブロック図を参照して、距離センサ11の実施例としての赤外線照射型の距離センサ30(以下赤外線距離センサ30という)について説明する。赤外線距離センサ30は、いわゆるアクティブ型光学センサである。赤外線距離センサ30は、就寝者2に光束を照射する光照射手段としての赤外光照射部31、赤外光受光部32b、赤外線距離センサ30全体を制御するセンサ制御部33を含んで構成されている。またセンサ制御部33は、制御装置20の制御部21内(図3参照)に備えるようにしてもよい。
【0045】
赤外光照射部31には、赤外LED34と照射レンズ35とが備えられており、赤外LED34から照射された赤外光の光束は照射レンズ35を介して細い平行光束のビーム光として就寝者2に照射される。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。赤外光受光部32は、赤外光照射部31により就寝者2上に生成される光照射パターンの像を結像する結像光学系としての受光レンズ37と、受光レンズ37による結像位置近傍に配置され、結像した光照射パターンの像による結像パターン光を受光する受光手段としての1次元の位置検出素子36(以下PSD36という)とを有している。
【0046】
さらに、赤外線距離センサ30は、PSD36上に結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、就寝者2までの距離に対応する結像パターンの結像位置情報を出力するように構成された位置情報出力装置としての位置情報出力部39を有している。位置情報出力部39は、センサ制御部33内に備えられている。即ち、受光レンズ37により結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力としての結像パターンの結像位置情報を得るように構成されている。ここでは、光束は例えばビーム光であり、光束による光照射パターンはビーム光スポットである。そして結像パターン光は、就寝者2上に生成されたビーム光スポットの就寝者2からの反射光の内、PSD36に入射する光であり、結像パターンは、受光レンズ37により結像された就寝者2上に生成されたビーム光スポットの像である。即ちここでは結像パターンは、略円形の像である。
【0047】
受光レンズ37は、照射されたビーム光の波長帯域の光のみを透過させるコーティングが施されている。従って、外乱光の影響が少なく位置検出をすることができる。また以上では光束は細い平行光束としたが、これは実質的に平行光束であればよく、ある程度拡散あるいは収束した光束であってもよい。この場合は、後述のPSD36上のパターン光の大きさが適当であって、重心位置の補足に差支えない程度であればよい。
【0048】
さらに、赤外線距離センサ30は、赤外光照射部31が投光するビーム光の波長をセンサ毎に異なるようにしてもよい。この場合には、併せて、前述の受光レンズ37に施されたコーティングの透過波長帯域も、投光するビーム光に対応した透過波長帯域になるようにする。これにより、図2(b)で説明した隣合うビーム光が重なる場合であっても、隣のセンサのビーム光の影響を受けることが無く、同時に照射しないように制御する必要がないので監視装置を単純化できる。また赤外線距離センサ30は、赤外LED34(光源)を一定の周波数で点滅させ、赤外光受光部32にその周波数の信号のみを抽出する電気的バンドパスフィルタを備えるようにしてもよい。これにより、外乱光の影響を低減することができる。また、この変調周波数をセンサ毎に変えることにより、図2(b)で説明したビーム光が重なる場合でも隣のセンサのビーム光の影響を受けることが無くなる。これにより、ビーム光が重なる場合であっても同時に照射しないように制御する必要がなく監視装置を単純化できる。さらに、赤外LED34の照射のタイミングに同期させて赤外光受光部32のアンプの極性を切換える同期検波を行っても好適である。
【0049】
図6を参照して、PSD36についてさらに説明する。図6(a)は、模式的平面図であり、図6(b)は、模式的正面断面図である。図6(a)に示すように、PSD36は、結像パターンよりも大きい受光面積を有しており、また距離変化による結像パターンの移動方向(図中左右方向)に、必要な測距範囲内で、結像パターンの移動により結像パターンがはみ出さない程度の長さを有している。
【0050】
また図6(b)に示すように、PSD36は、平板状のシリコンの結像パターン光を受光する側の表面にP層36a、P層36aと反対側の表面にN層36b、そしてP層36aとN層36bとの中間にあるI層36cから構成されている。PSD36に結像された結像パターンは、光電に変換され、光電流としてP層36aの両端に付けられた電極36dからそれぞれ分割出力されるように構成されている。
【0051】
赤外線距離センサ30は、PSD36の両端から出力される光電流の出力信号を位置情報出力部39により演算することにより結像パターンの結像位置情報として結像パターンの重心位置を出力するので、後述のように、就寝者2までの距離を測定することができる。また、赤外線距離センサ30は、照射するビーム光に、赤外線を用いることで、人間には見えず、不快感を与えることがない。
【0052】
赤外線距離センサ30のセンサ制御部33は、PSD36により結像パターンの重心位置を検出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変調は、例えば周期的にビーム光の発光(照射)停止を繰り返し行なうような動作である。この場合、ビーム光の発光停止は、例えば光源を発光停止してもよいし、遮光板やスリットを回転させることにより、発光停止をするようにしてもよい。さらに変調は、上述に加え、外乱光の強さにより、ビーム光の出力も変化させるようにしてもよい。そしてセンサ制御部33は、ビーム光を照射している時のPSD36の出力値からビーム光を照射していない時のPSD36の出力値を差し引いた出力値を算出する。またセンサ制御部33は、信頼性を確保するために、変調動作を複数回行ない、その平均出力値を結像パターンの結像位置情報である重心補足信号(以下測距信号という)とする。センサ制御部33は、測距信号の値である測距信号値xを距離として制御装置20へ出力する。
【0053】
図7の模式図に示すように、対象とする就寝者2までの距離値Aは、この測距信号値xに基づいて、三角法を用いて次式で算出することができる。
A = f ×w/(x−b) ………(1)
fは、赤外光受光部32の受光レンズ37を単一レンズとしたときそのレンズの焦点距離、wは、赤外LED34とPSD36との間の距離、言い換えれば、照射レンズ35と受光レンズ37の光軸間の距離(基線長)、bはPSD36の受光素子の配置に依存するバイアス値を示す。またここでの焦点距離は、一般に用いられている組み合わせレンズを使用する場合は、その組み合わせレンズの焦点距離とする。上述のような距離値Aを算出する場合には、制御装置20の制御部21により距離値Aの算出を行うとよい。
【0054】
また以上では、赤外線距離センサ30は、距離として測距信号値xを出力する場合について説明したが、距離として上述の方法で算出された距離値Aそのものを出力するように構成してもよい。
【0055】
各々の赤外線距離センサ30から出力される測距信号値xは、前述のように変調されているが、それでも僅かに外乱光の影響が残っており、変動をしている。この変動を吸収するために、時系列的に取得した測距信号値xを平均して、その時点のデータとする。このデータは、測距信号値xから算出した距離値Aの平均値でもよいし、後で説明する距離値Aから算出した高さH1の平均値である高さH2や奥行L1の平均値である奥行L2でもよい。平均のとり方は、色々と考えられるが、予め一定の時間間隔を定め、その間のデータを平均化してもよいし、予め、平均化する個数を定め、時系列的に移動平均値を算出する方法でもよい。前者の場合には、データ数が少なくて済み、大まかな状態把握に適する。後者の場合には、データ数は多少多くなるが、細かい挙動を追うことができる。
【0056】
このように、赤外線距離センサ30は、PSD36を用いることで、単純に構成できるので、安価で、単純な監視装置とすることができる。
【0057】
図8のブロック図を参照して、本発明の実施の形態における超音波センサ70について説明する。超音波センサ70は、超音波発振器としての超音波送信部71、超音波受信器としての超音波受信部72、センサ制御部73を含んで構成されている。さらにセンサ制御部73内には、超音波送信部71の送信と超音波受信部72の受信の時間差で就寝者2までの距離を算出する距離算出部74が備えられている。またセンサ制御部73は、制御装置20の制御部21内に備えるようにしてもよい。また、超音波送信部71と超音波受信部72とは、本実施の形態では別体としたが、一体であってもよい。さらに、距離算出部74で算出される就寝者2までの距離は、時間差そのものとしてもよい。これは、就寝者2までの距離が時間差から線形的に求められるため、時間差の変化をそのまま距離の変化と見ることができるからである。
【0058】
超音波送信部71で超音波を発生する手段は、圧電セラミックス等の圧電効果を有する材料を金属板等で保持(振動子)し、信号電圧を印加することにより振動子が屈曲振動することにより超音波を発生させる。超音波受信部72で受信する手段は、反射してきた超音波が振動子を振動させることにより電気出力を得るものである。従って、超音波距離センサの場合には、断続的に超音波を発生させて、反射して戻ってきた信号波を検出し、発信側と受信側とで時間差を検出することができれば、音速が分かっているので就寝者2までの距離を測定することができる。この場合、検出後の信号処理にもよるが、最も近い反射を検出したり、照射領域の平均的な距離を測定することができる。
【0059】
図9のブロック図を参照して、本発明の実施の形態における電磁波パルス距離センサ80について説明する。電磁波パルス距離センサ80は、電磁波送受信部81とセンサ制御部82とを含んで構成されている。電磁波送受信部81は、アンテナを含んで構成され、就寝者2に向けてパルス変調された電磁波の発振と、就寝者2で反射された電磁波の受信とを行う。さらにセンサ制御部82内には、電磁波の発振と受信との時間差で就寝者2までの距離を算出する距離算出部83が備えられている。またセンサ制御部82は、制御装置20の制御部21内に備えるようにしてもよい。また、電磁波送受信部81は、本実施の形態では一体としたが、電磁波パルス送信部と電磁波受信部とを別体に構成してもよい。また、前述の超音波センサ70と同様に就寝者2までの距離は、時間差そのものとしてもよい。電磁波は、典型的には10GHz程度のマイクロ波である。
【0060】
電磁波パルス距離センサ80は、電磁波にマイクロ波を用いることで、超音波よりも指向性が強くなるので、対象点5をよりピンポイントで測定することができる。また、電磁波パルス距離センサ80は、対象物に照射された部位からの反射があれば、反射した電磁波のうち最短の時間で戻ってきたものから距離を測定するので、例えば赤外線距離センサのように、PSD上の結像ビーム光が欠けることによる誤測距を起こすことがない。また電磁波パルス距離センサ80は、照射領域内に強いコントラスト(例えば縞模様)があっても、赤外線距離センサのように影響されることがない。さらに、電磁波パルス距離センサ80は、容易に小型化することが可能である。
以上の赤外線距離センサ30、超音波センサ70、電磁波パルス距離センサ80は照射型センサである。
【0061】
図10のブロック図を参照して、本発明の実施の形態におけるパッシブ型光学距離センサ40について説明する。パッシブ型光学距離センサ40は、就寝者2からの光を受光する結像装置としての第1の受光部41、第2の受光部42、センサ制御部43を含んで構成されている。第1の受光部41、第2の受光部42には、それぞれ受光レンズ44a、44bと、1対の撮像素子としての第1のラインCCD45、第2のラインCCD46とが備えられており、就寝者2からの光は、受光レンズ44a、44bを介してそれぞれ第1のラインCCD45、第2のラインCCD46に結像される。また、就寝者2からの光は、典型的には就寝者2に照射されている照射光の就寝者2からの反射光である。この場合、照射光は自然光であっても人工光であってもよい。
【0062】
また、図11に示すように、パッシブ型光学距離センサ40は、不図示の照明パターン投光手段により監視領域50に対して、特定の強度パターンをもつ照明光を照射するようにしてもよい。この場合、照明パターンは、後述の相関ピーク位置が複数出てしまうため、明確な周期的構造をさける。即ち非周期的照明パターンを用いるとよい。非周期的照明パターンは、例えば図11(a)のように、非周期的な複数の輝点とするとよい。さらに、輝点は、それぞれの大きさを変えるようにしてもよい。また、図11(b)のように、非周期的な単数もしくは複数のスリット光としてもよい。さらに、スリット光は、それぞれの幅を変えるようにしてもよい。この場合、図示のようにスリット光が、距離センサ11の基線方向におよそ垂直になるようにするとよい。このようにすることで、パッシブ型光学距離センサ40は、対象点5内のコントラストが低かったり、対象点5内の対象物が周期構造(例えば縞模様など)を持っている場合にも、後述の相関処理が不正確になるのを防ぐことができ、正確な測定が可能である。
【0063】
また、センサ制御部43内には、第1のラインCCD45、第2のラインCCD46のそれぞれの出力値の相関出力値を算出する相関出力算出装置としての相関出力算出部48が備えられている。またセンサ制御部43は、制御装置20の制御部21内に備えるようにしてもよい。さらにセンサ制御部43内には、第1のラインCCD45、第2のラインCCD46のそれぞれについて時間をずらして取得された画像の差画像を形成する差画像形成装置としての差画像形成部47を備えるとよい。これによりセンサ制御部43は、第1のラインCCD45、第2のラインCCD46から取得した画像から、動きのある就寝者2の像を抽出することができる。差画像を形成するための2つの画像は時間をずらして取得するが、ずらす時間は、就寝者2の移動量が大きくなり過ぎず、実質的にはほぼ同位置とみなせる程度の時間、例えば0.1秒程度とすればよい。あるいはテレビ周期の1〜10周期(1/30〜1/3)とする。このような差画像をとると背景が除去され動きのある就寝者2の像を抽出することができる。差画像を利用する場合については後でさらに詳しく説明する。
【0064】
ここで相関出力値とは、第1のラインCCD45と第2のラインCCD46との視差により発生する相対的結像位置差のことであり、相関処理により、典型的には画素数で出力される値である。センサ制御部43は、この相関出力値により即ち第1のラインCCD45と第2のラインCCD46との視差から三角法により距離を算出する。また、相関処理とは、第1のラインCCD45と第2のラインCCD46からそれぞれ得られた画像のどちらか一方を、2つの画像がほぼ一致するまでずらして、そのずらした量例えば画素数を算出する処理である。一致の判断は、全体の信号の強さで行う。信号がピークなったところが一致点即ち相関ピーク位置である。差画像形成による相関処理は、第1のラインCCD45と第2のラインCCD46からそれぞれ得られた差画像を適正な値で2値化し、そのエッジ部を抽出する事により、動きのある領域部分を抽出する。その後、抽出領域のみで相関処理を施す。即ち、相関出力値から就寝者2の距離を求めることができる。又、第1のラインCCD45と第2のラインCCD46を複数個の領域に分け、対応する領域毎で相関処理を施す事により、背景の多くある部分と対象物とをおよそ区分する事もできる。
【0065】
パッシブ型光学距離センサ40は、オートフォーカスカメラに採用されているようなタイプのもので、典型的には1対のラインCCDを用いて、就寝者2の表面の明暗状態(コントラストの違い)を検出する。1対のラインCCDの対応する画素がどれかを相関処理により同定し、三角法により距離を測定するものである。パッシブ型光学距離センサ40に一般的に用いられるラインCCDは、画角が全角で10°程度と狭く、対象点5をカバーするためには、比較的多くのセンサを必要とするが、照射型センサではないので、複数個のセンサからの出力を同時に作動させても全く問題ない。従って、高速に処理することができる。また、赤外線距離センサに比較すると、1対のラインCCD上での相対的位置の比較を行なっているので、中途半端にビームが欠けることによる影響もなく、対象点5の距離を安定して取得することができる利点がある。
【0066】
ここで、パッシブ型光学距離センサ40で、対象点5での就寝者2と背景との区別を明確にするための、差画像を利用する場合を詳しく説明する。
【0067】
対象点5を撮像した画像は、電気的な撮像信号として第1のラインCCD45、第2のラインCCD46から時系列的に取得される。第1のラインCCD45、第2のラインCCD46から異なる時間に取得された画像は、それぞれのラインCCDごとに差画像形成部47により差画像が形成される。ここで、異なる時間で取得された画像で差画像を形成するのは、取得された画像から背景部分を除去し、就寝者2の画像を抽出するためである。これにより、移動する就寝者2のみが抽出されることになる。また差画像は、短時間例えば0.1秒だけずれた時点の画像から形成するようにする。画像のずれは僅かであるので、就寝者2の位置はほとんど変わらなく、距離の測定には差支えない。しかし背景は消去され就寝者2の像を抽出できる。
【0068】
就寝者2が抽出された差画像は、就寝者2の移動により明から暗、または、暗から明になった程度が比較的大きな画素を、就寝者2の境界とみなすことができる。そしてこの境界の内側の画素領域で、相関処理を施し、三角法により就寝者2の距離を測定することにより、就寝者2の距離を正確かつ安定して測定することができる。
【0069】
ここで、図12を参照して、パッシブ型光学距離センサ50を使用しての対象点5までの距離Aの算出方法について説明する。ここで、wはラインCCD間距離(基線長)、fはラインCCDの受光レンズを単一レンズとしたときそのレンズの焦点距離、dはラインCCDの結像面上の視差である。ここでの焦点距離は、一般に用いられている組み合わせレンズを使用する場合は、その組み合わせレンズの焦点距離とする。これにより対象点5までの距離Aは、次式で算出できる。
A = w × f/d ………(2)
【0070】
以上のように、監視装置1の距離センサ11として、上述のいずれの距離センサを用いても、就寝者2の距離を取得できる。即ち就寝者2の距離を測定できる。
【0071】
図3に戻って、さらに監視装置1を説明する。制御装置20は、制御部21を備えており、監視装置1全体を制御している。また複数の距離センサ11は制御部21に接続され、制御されている。制御部21には、記憶部24が接続されており、算出された情報等のデータが記憶できる。記憶部24内には、距離センサ11から出力された距離を時系列で保存する距離情報保存部25が備えられている。また、距離情報保存部25内には、就寝者2がベッド6上に存在していないときの対象点5までの距離である基準距離を保存するとよい。基準距離は、距離センサ11から出力される距離と同じ形態で保存されている。ここでの距離情報保存部25に時系列的に保存された距離は、監視時点の過去の時点の距離であればよく、例えば1コマ分だけ前に取得された距離であってもよい。
【0072】
さらに記憶部24内には、就寝者2の正常な呼吸パターン及び異常な呼吸パターンを保存する呼吸パターン保存部26が備えられている。正常な呼吸パターン及び異常な呼吸パターンについては、図14参照して後で説明する。
【0073】
また制御部21には、監視装置1を操作するための情報を入力する入力装置27、監視装置1で処理された結果を出力する出力装置28が接続されている。入力装置27は例えばタッチパネル、キーボードあるいはマウスであり、出力装置28は例えばディスプレイやプリンタである。本図では、入力装置27、出力装置28は制御装置20に外付けするものとして図示されているが、内蔵されていてもよい。また、入力装置27は、例えば監視の開始や解除を行なえるスイッチ、出力装置28は、例えば動作インジケータとしてのLEDとしてもよい。このようにすると、監視装置1を単純に構成できる。
【0074】
また制御部21には、外部と通信するためのインターフェイス29が備えられている。インターフェイス29は、例えば制御部21の検出処理部23により就寝者2が危険な状態にあると判断された場合に外部に通報することができるように構成されている。通報は、例えば音声、文字、記号、室内照明を含む光の強弱又は、振動などによるものである。またインターフェイス29は、一般電話回線、ISDN回線、PHS回線、または、携帯電話回線などの通信回線に対して接続する機能を備えている。また制御部21は、音声出力機能を備えるようにし、インターフェイス29を介して、第三者に就寝者が危険な状態にあることを音声で通報するようにしてもよい。
【0075】
さらに、制御部21には、監視装置1に異常が発生した場合に作動するように構成された警報装置90を有する。警報装置90は、例えば検出処理部23により就寝者2が危険な状態にあると判断された場合即ち就寝者2に異常が発生した場合や、監視装置1の故障等の異常が発生した場合に作動するように構成するとよい。このようにすることで、就寝者2に発生した異常に対して迅速に対応できるので、信頼性を高めることができる。制御装置20は、警報装置90が作動した場合に、インターフェイス29を介して、前述のように異常の発生を外部に通報するように構成するとよい。本図では、警報装置90は、外付けとして図示してあるが内蔵としてもよい。
【0076】
また制御部21内には、複数の距離センサ11から出力される距離の時間変化を演算する演算装置としての演算部22を備えている。複数の距離センサ11から出力される距離は、過去一定回数取得した、または過去一定期間内に取得した距離の移動平均値、または期間平均値としてもよい。このようにすることで、ランダムノイズや窓から差し込む日光のちらつきなどによる突発的なノイズが軽減でき、ピーク位置の誤判定やゼロクロス位置(符号が反転する交点)の誤判断を軽減することができる。
【0077】
また、時間変化を演算するとは、距離センサ11より一定時間間隔で距離を取得することにより、距離センサ11より取得された距離と、距離情報保存部25に時系列的に保存された距離との差を取ることにより得られる就寝者2の形状変化を抽出することである。これは、例えば就寝者2の呼吸、体動、移動を抽出することである。これにより、抽出された就寝者2の呼吸は、波形パターンを形成する。
図13は、波形パターンの例を示した図である。
【0078】
さらに制御部21内には、検出処理装置としての検出処理部23が備えられている。検出処理部23は、演算部22により演算された時間変化に基づいて就寝者2の形状変化を検出するように構成されている。即ち就寝者2の呼吸、体動、移動を検出するように構成されている。また、検出処理部23は、複数の距離センサ11のうち1つ又は複数の選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて就寝者2の形状変化を検出するように構成してもよい。
【0079】
また検知処理部23は、検出された形状変化中の周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて就寝者2の状態を判断するように構成されている。
【0080】
さらに検出処理部23は、対象点5までの距離と、距離情報保存部25に保存された基準距離とを比較することにより、就寝者2の在床の検出を行うように構成されている。また検知処理部23は、この比較により、対象点5までの距離と、基準距離との差が最も大きい距離センサ11を選択するようにしてもよい。そして、選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて就寝者2の呼吸、体動、移動を検出するようにしてもよい。
【0081】
また検出処理部23は、検出された形状変化中の周期的変化(就寝者2の呼吸)が一定時間検出された後に、就寝者2が監視領域50内にある、即ち就寝者2の在床を判断するように構成してもよい。また監視装置1は、就寝者2の在床を判断したことを条件に、就寝者2の危険状態の判断を開始するようにしてもよい。一定時間は、呼吸を安定して検出できる時間であり、例えば30〜120秒、より好ましくは、30〜90秒である。
【0082】
また、検出処理装置23は、検出された形状変化中の推移的変化を検出した後に、周期的変化を検出することがなく、一定時間以上、推移的変化及び周期的変化を共に検出できない状態になったとき、監視対象物2が監視対象領域50の外に出た、即ち就寝者2が離床したと判断するように構成するとよい。前記一定時間は、例えば1〜3分程度である。例えば、体動、移動を検出した後、実際に就寝者2が離床した場合には、時間変化の値は、徐々に下がってくるため、変化量だけで見ていると、呼吸を検出する範囲になる時間があり、そしてその後何も検出されなくなる。このため、離床の判断を、推移的変化及び周期的変化を共に検出できない状態になったときとしている。但し、このようになる前に、呼吸が検出されていれば、体動又は移動を検出した後に、安静状態となっていることを意味しているから、その後呼吸、体動、移動がなくなれば、危険な状態であると判断しなければならない。
【0083】
また検出処理装置23は、検出された就寝者2の連続的形状変化に基づき、周期的変化の周期を監視するように構成してもよい。即ち、検出処理装置23は、検出された就寝者2の呼吸、体動、移動に基づき、就寝者2の呼吸の周期を監視するように構成されている。また検知処理部23は、周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて就寝者2の形状変化を検出するように構成されている。さらに、検出処理装置23は、呼吸の周期から呼吸数を監視するように構成してもよい。ここで、呼吸数を監視することも、周期を監視する概念に含まれるものとする。
【0084】
検出処理部23による就寝者2の形状変化を検出するには、いくつかの方法があり、以下に典型的な例を示す。
【0085】
まず就寝者2の形状変化を検出する第1の方法としては、複数の距離センサ11の中から過去の直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサ11を選択し、選択された距離センサ11に対応する時間変化に基づいて、就寝者2の形状変化を検出するようにする。この場合には、距離センサ11を選択する方法として、就寝者2の過去数回程度の呼吸周期(数秒から十数秒程度)の間で最も時間変化の変動の大きい距離センサ11を選択する方法が有効である。これは複数の距離センサ11のそれぞれに対応する対象点5の位置によって、それぞれの対象点5に対応する時間変化に反映される就寝者2の呼吸、体動、移動の反映のされ方が異なる。このため、検出処理部23は、呼吸のような微小な変化を検出するためには、それを的確に反映している時間変化に対応する距離センサ11を選択することが有効であるからである。
【0086】
このように選択した距離センサ11は、就寝者2の体動、例えば寝返りを打ったりして動くことにより変わる可能性があるが、このような場合には、安静状態になってから一定の時間で、最も時間変化の変動の大きい距離センサ11が再び選択され、周期的変化、即ち呼吸が検出されるようになる。この場合、検出された信号の1周期が1呼吸に対応することになる。また就寝者2が動いているときには、呼吸よりも遥かに大きい時間変化の変動が検出されるので、就寝者2が体動状態であることがわかる。この一定の時間は、最も時間変化の変動の大きい距離センサ11を選択するのに適した時間であり、言い換えれば、就寝者2が安静状態になったことが時間変化に反映されるまでの時間である。これは、例えば周期的変化の振幅だけを評価するなら、数秒(例えば3秒)〜20秒程度、より好ましくは10〜15秒程度である。また、周波数解析をして呼吸数を評価するなら、30〜90秒程度である。また、安静状態とは、推移的変化即ち体動、移動が検出されなくなった状態である。推移的変化が検出されなくなった状態は、第2の実施の形態で詳述するように、例えば閾値を設定し、時間変化がこの閾値を上回った場合に、推移的変化があったと判断し、そしてこの閾値を下回った場合に推移的変化が検出されなくなった状態になったと判断するようにすれば判る。
【0087】
また、時間変化が一定値以上の距離センサを選択し、選択された各々の時間変化の周期的変化を検出して、もっとも周期性が明瞭(呼吸を表している)な周期的変化から呼吸の有無及び呼吸数を評価するようにしてもよい。
【0088】
就寝者2の形状変化を検出する第2の方法としては、検知処理部23は、複数の距離センサ11を全て選択し、選択されたこれら全ての距離センサ11の出力の時間変化の総和を求め、この総和に基づいて、就寝者2の形状変化を検出するようにする。この方法は、全ての距離センサ11から出力された距離の時間変化の総和に基づいて就寝者2の形状変化を検出するので、必ずしも、最も感度がよいとは言えないが、最も簡便な方法であり、高速処理が容易に実現できる。また距離の時間変化の総和として、距離センサ11から出力された距離と、基準距離との差の総和としてもよい。この場合、検出された信号の1周期が1呼吸に対応することになる。
【0089】
就寝者2の形状変化を検出する第3の方法としては、検知処理部23は、絶対値が一定値を越える時間変化を選択し、選択された時間変化の平均値に基づいて、就寝者2の形状変化を検出するようにする。この方法は、距離の時間変化の平均値に基づいて就寝者2の形状変化を検出するので、就寝者2の部分的な大きい動きが全体で薄められて呼吸の動きに近い大きさになり、就寝者2の呼吸の検出に影響するのを防ぐことができる。この場合、検出された信号の1周期が1呼吸に対応することになる。
【0090】
就寝者2の形状変化を検出する第4の方法としては、検知処理部23は、絶対値が一定値を越える時間変化を選択し、選択された時間変化の絶対値の平均値に基づいて、就寝者2の形状変化を検出するようにする。この方法は、距離の時間変化の絶対値の平均値に基づいて就寝者2の形状変化を検出するので、例えば、絶対値が一定値を越える距離の時間変化が複数選択され、選択された複数の距離の時間変化に正負があっても、それぞれが相殺されずに積算されるので、呼吸のような小さい変化に対して感度がよくなる。この場合、検出された信号の2周期が1呼吸に対応することになる。
【0091】
就寝者2の形状変化を検出する第5の方法としては、検知処理部23は、複数の選択された距離センサ11に関する時間変化の各々の位相を互いに比較し、この比較により位相が近いもの各々をグループ化して、各グループの時間変化の総和を求める。そして、逆位相に近いグループ間で、各々のグループの総和を差算する。検知処理部23は、この差算より得られた値に基づいて、就寝者2の形状変化を検出する。この方法は、時間変化の各々の位相が近いもの各々をグループ化して、総和を求めるので、例えば、就寝者2の呼吸をグループとして抽出して増幅できる。さらに逆位相に近いグループ間で、各々のグループの総和を差算し、差算より得られた値に基づいて就寝者2の形状変化を検出するので、例えば就寝者2の呼吸により、上がる部分と下がる部分があったとしても、差算することで、呼吸パターン振幅を増幅させることができ、呼吸を確実に検出することができる。この場合、検出された信号の1周期が1呼吸に対応することになる。
【0092】
就寝者2の形状変化を検出する第6の方法としては、検出処理装置23は、複数の距離センサ11の全ての出力の周波数スペクトルを算出して、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成してもよい。
【0093】
ピークの鋭さ(ピークの先鋭度)は、例えば、スペクトルピークの高さを全周波数のスペクトルの高さの積分値で除算した値、またディスクリートな場合には、例えば、ピーク高さに、ピークのとなりのスペクトルの高い方の高さを加算した値を、さらに全周波数のスペクトルの高さの和で除算した値を指標とすることができる。ピークの鋭さが一定値以上であることを評価することで、明確に例えば就寝者2の呼吸を検出している距離センサ11を選択することができるので、就寝者2の呼吸を検出しやすい。
【0094】
就寝者2の形状変化を検出する第7の方法としては、検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が所定の幅にある距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成するとよい。この方法では、時間変化の絶対値が所定の幅を就寝者2の呼吸が存在する領域に設定することで、就寝者2の呼吸を検出しやすくなる。
【0095】
就寝者2の形状変化を検出する第8の方法としては、検出処理装置23は、前記時間変化の絶対値が大きい方から複数個の距離センサ11の出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサ11を選択し、前記選択された距離センサ11に関する時間変化に基づいて、監視対象物2の形状変化を検出するように構成するとよい。
【0096】
検知処理部23は、以上のような検出方法を用いて、就寝者2の形状変化を検出する。監視装置1は、検出された形状変化に基づいて就寝者2の状態を判断する。例えば、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できる。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、就寝者2の呼吸が停止したと推測できる。そして、短時間に呼吸パターンではなく就寝者2の体動が頻出した場合には、就寝者2が何らかの理由で苦しんで暴れているような状況が推測できる。
【0097】
また、就寝者2の体動や移動の検出は、時間変化から呼吸のみを検出した場合に比べて、遥かに大きく変動するので、容易に検出することができる。この場合には、さらに検知処理部23は、複数の距離センサ11に対応する各々の時間変化より、就寝者2が、例えば寝返り等その場で動いているのか、例えばベッドから起き上がる等の移動をしているのかを検出することもできる。また、就寝者2が痙攣のような周期的で小さい動きをした場合でも、その波形パターンから異常を検出することができる。さらに、痙攣している状態の波形パターンを記憶部24に保存しておくことで、就寝者2が痙攣している状態と検出することもできる。
【0098】
図14を参照して、正常および異常な呼吸パターンの例を説明する。記憶部24内の呼吸パターン保存部26に保存されている正常な呼吸パターンは、図14(a)に示したような、周期的なパターンである。ただし、大人の場合には、1分間の呼吸数として正常な範囲は、10〜20回程度である。呼吸パターン保存部26に保存されている異常な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス(Cheyne−Stokes)呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、カスマウル(Kussmul)の大呼吸など、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンである。
【0099】
図14(b)に、Cheyne−Stokes呼吸の呼吸パターンを、図14(c)に中枢性過換気の呼吸パターンを、図14(d)に失調性呼吸の呼吸パターンをそれぞれ示す。
さらに図15に、上記の異常な呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所について示す。
【0100】
検知処理部23は、それぞれの呼吸パターンの呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用して、就寝者2の呼吸パターンがいずれの呼吸パターンに属するかを判別し、就寝者2の状態を判断する。
【0101】
さらに検知処理部23は、就寝者2の呼吸が、生理学的に体内に障害が発生している湯合に生じると考えられている呼吸パターンに属すると判定した場合に、就寝者2が異常な呼吸をしており危険な状態にあると検出する。このように検出された就寝者2の状態は、制御部21により出力装置28から出力される。また出力される内容は、検出された就寝者2の呼吸数や動きの頻度、異常な呼吸パターンの名称やその呼吸の原因となると考えられる病名、疾患器官、疾患箇所などである。
【0102】
また以上では、距離センサ11は、複数の場合で説明したが、1個であってもよく、その場合には、監視装置1を単純化でき、小型化できる。また監視装置1は、処理する距離センサ11からの出力の数が減少するので高速処理ができる。
【0103】
以上のような第1の実施の形態によれば、就寝者2の呼吸を確実に検出することができ、就寝者2の状態を判断することができる。しかも、心理的に違和感のあるカメラを用いた画像処理を使用していないので、簡易な装置で高速処理が可能である。さらに、高齢者や病人が危機状態に陥った場合に、迅速な救急対応が可能である。
【0104】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと、前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と、前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備える場合は、監視対象物の状態を確実に検出するだけでなく、小型で、かつ単純である監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である監視装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態である対象点の配置例(a)と対象点が重複する配置例(b)を説明する模式的平面図である。
【図3】本発明の実施の形態で用いる監視装置の構成例を示すブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態である距離センサを、カーブをつけて設置する場合を説明する模式的側面図である。
【図5】本発明の実施の形態で用いる赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図6】図5の場合における、PSDについて説明する(a)模式的平面図、(b)模式的正面断面図である。
【図7】本発明の実施の形態で、監視対象物の距離を算出する方法を説明する模式図である。
【図8】本発明の実施の形態で用いる超音波センサの構成例を示すブロック図である。
【図9】本発明の実施の形態で用いる電磁波パルス距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図10】本発明の実施の形態で用いるパッシブ型光学距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図11】図10の場合における、照明パターンについて示した概要図である。
【図12】図10の場合における、1対のラインCCDの視差から、監視対象物の距離を算出する方法を説明する模式図である。
【図13】本発明の実施の形態で用いる、呼吸の波形パターンについて示した概要図である。
【図14】図13の場合における、正常及び異常な呼吸の波形パターンについて示した概要図である。
【図15】図14の場合における、異常な呼吸の波形パターンに対応する病名または疾患箇所の表を示した図である。
【符号の説明】
1 監視装置
2 就寝者
3 寝具
4 スタンド
5 対象点
6 ベッド
10 筐体
11 距離センサ
20 制御装置
21 制御部
22 演算部
23 検出処理部
24 記憶部
25 距離情報保存部
26 呼吸パターン保存部
27 入力装置
28 出力装置
29 インターフェイス
30 赤外線距離センサ
31 赤外光照射部
32 赤外光受光部
40 パッシブ型光学距離センサ
41 第1の受光部
42 第2の受光部
47 差画像形成部
48 相関出力算出部
50 監視領域
70 超音波センサ
80 電磁波パルス距離センサ
Claims (12)
- 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサの中から、過去の直近の一定時間における時間変化が最大の距離センサを選択し、前記選択された距離センサに対応する時間変化に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記監視対象物の推移的変化を検出した場合には、該監視対象物が安静状態になってからの一定時間における時間変化が最大の距離センサを選択し、その時間変化に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出する;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記複数の距離センサを全て選択し、前記選択された距離センサの出力の時間変化の総和を求め、該総和に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記複数の距離センサの全ての出力の周波数スペクトルを算出して、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサを選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記時間変化の絶対値が所定の幅にある距離センサの出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサを選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記時間変化の絶対値が大きい方から複数個の距離センサの出力の周波数スペクトルを算出し、前記算出された周波数スペクトルのピークの鋭さが一定値以上であり、且つ前記鋭さが最も高い距離センサを選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサを選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化の平均値に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記時間変化の絶対値が一定値を越える距離センサを選択し、前記選択された距離センサに関する時間変化の絶対値の平均値に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 監視対象領域内の異なる位置に向けて設置され、監視対象物までの距離を測定する、複数の各々独立した距離センサと;
前記複数の距離センサの各々の出力の時間変化を演算する演算装置と;
前記複数の距離センサのうち一つ又は複数の選択された距離センサに関する前記演算された時間変化に基づいて前記監視対象物の形状変化を検出する検出処理装置とを備え;
前記検出処理装置は、前記複数の選択された距離センサに関する前記時間変化の各々の位相を互いに比較し、前記比較により前記位相が近いもの各々をグループ化して、前記各グループの時間変化の総和を求め、逆位相に近いグループ間で、前記各々のグループの前記総和を差算し、前記差算より得られた値に基づいて、前記監視対象物の形状変化を検出するように構成された;
監視装置。 - 前記検出処理装置は、前記検出された形状変化中の周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて前記監視対象物の状態を判断するように構成された;
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の監視装置。 - 前記検出処理装置は、前記検出された形状変化中の周期的変化が一定時間以上継続したときに、前記監視対象物が前記監視対象領域内にあると判断するように構成された;
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の監視装置。 - 前記距離センサは、前記監視対象物に光束を照射する光照射手段と、該光照射手段により前記監視対象物上に生成される光照射パターンの像を結像する結像光学系とを有し、前記結像光学系により結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成された;
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の監視装置。 - 前記距離センサは、前記監視対象物を個別の光軸により結像する2以上の結像装置と、前記結像装置からの結像位置の情報に基づいて、三角法により前記距離に対応する出力を得るように構成された;
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の監視装置。
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