生体信号検出装置
【課題】マットレスの下に生体信号検出装置を設置した場合の感圧手段の劣化を抑制することを目的とする。
【解決手段】生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ圧電センサ4と、同圧電センサ4と交差するよう配置された複数の凹凸2を有する複数の押圧部材3a、3bと、可動ストッパ8と、生体の有無を検出する生体検出手段7とを有し、可動ストッパ8は押圧部材3a、3bに配置され、生体検出手段7がベッド上の生体を検出したときに圧電センサ4に押圧が加わる構成としたことで、ベッド上に生体がいないときに、マットレスの荷重が圧電センサ4に加わることを抑制し、信頼性を高めたものである。
【解決手段】生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ圧電センサ4と、同圧電センサ4と交差するよう配置された複数の凹凸2を有する複数の押圧部材3a、3bと、可動ストッパ8と、生体の有無を検出する生体検出手段7とを有し、可動ストッパ8は押圧部材3a、3bに配置され、生体検出手段7がベッド上の生体を検出したときに圧電センサ4に押圧が加わる構成としたことで、ベッド上に生体がいないときに、マットレスの荷重が圧電センサ4に加わることを抑制し、信頼性を高めたものである。
【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、心拍などの信号を検出する生体信号検出装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の生体信号検出装置は、就寝装置など生体の荷重の掛かる製品に設置するもので、検出感度を向上させるため、生体信号検出手段と凹凸部材を組み合わせた構造を持つものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図11,12は従来の生体信号検出装置を示すものである。
【0004】
すなわち、生体信号検出装置101は、表面に凹凸のつけられた板102の上に感圧手段を配置し、それを就寝装置であるベッドの床板103とマットレス104の間に配置して、生体105からの振動が加わったときに板102の凹凸に沿うように感圧手段106を変形させて、生体信号を得る構成である。
【0005】
また、就寝中の生体105に違和感を与えないために、前記生体信号検出装置101はマットレス104の下に設置してある。
【特許文献1】特開平5−200001号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、マットレスの下に設置しているため、生体がないときにも感圧手段と凹凸部との接触部に常にマットレスの質量に相当する荷重が加わっており、感圧手段の劣化が早まるという課題があった。
【0007】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生体がいないときに検出不要な荷重が感圧手段に加わるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出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】
【0008】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体信号検出装置は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで、前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形され、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成とした。
【0009】
したがって、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動ストッパにより感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の生体信号検出装置は、生体がいないときにマットレス等の荷重が感圧手段に印加され続けない、信頼性の高い生態振動検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
第1の発明は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで、前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形され、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成としたので、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動ストッパにより感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することができる。
【0012】
第2の発明は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の可動凹凸部を有する複数の押圧部材と、前記可動凹凸部を駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記感圧手段は前記押圧部材の可動凹凸部により押圧変形されるように前記押圧部材が前記感圧手段をはさむように重ねて配置し、前記生体検出手段が生体を検出したときに前記可動凹凸部を突出させる様に駆動して、前記感圧手段に押圧を加える構成としたので、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動凹凸部により感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することができる。
【0013】
第3の発明は、特に第1または第2の発明において、生体検出手段として、感圧センサを用いる構成としたので、生体信号検出装置を一体に構成しマットレスの下に設置することができる。
【0014】
第4の発明は、特に第1または第2の発明において、生体検出手段として可撓性を持つ第2の感圧手段を有し、複数の凹凸と平行に設置する構成としたので、生体検出手段が凹凸と交差していないので、必要以上の曲げ変形作用が加わることがないので生体検出手段の信頼性が高いものとすることができる。
【0015】
第5の発明は、特に第1から第5のいずれか1つの発明において、感圧手段としてケーブル状圧電センサを用いたので、検出した生体信号を伝達する中心電極に対し外部電極がシールドの役を果たし外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。
【0016】
よって、生体信号の収集や処理のために近くで電子機器を用いたり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしてもノイズが重畳することが少ないので信頼性の高い生体信号検出装置を提供することができる。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0018】
(実施の形態1)
図1において、生体信号検出装置1は、平行でほぼ等間隔に並んだ複数の凹凸2を有する金属板よりなる2枚の押圧部材3a、3bと、可撓性を有する感圧手段としてケーブル状の圧電センサ4と、この圧電センサ4を保持するスポンジやゴムなどの弾性部材からなる支持体5と、押圧部材3a、3bを両端で支持する金属柱などの連結部材6と、上側の押圧部材3aの上面にその凹凸2と平行に設置された生体検出手段7と、押圧部材3aの動きを抑制する可動ストッパ8と、それを駆動する駆動手段9からなる。
【0019】
下側の押圧部材3bに設置された可動ストッパ8の駆動手段9はソレノイドで構成され
、そのソレノイド軸が可動ストッパ8として機能するようになっており、ベッド上に生体が居るとき、可動ストッパ8は駆動手段9の内部に収容されるように設定してある。
【0020】
そしてベッド上に生体が居ないときには駆動手段9を駆動して可動ストッパ8を突出させ押圧部材3aの変形を抑制するようにしている。
【0021】
また、連結部材6は押圧部材3a、3bの端部の凹凸2のない部分に設置されており、この例では押圧部材3a、3bの両端部に設置している。
【0022】
圧電センサ4は押圧部材3a、3bの間に蛇行状に配置される。
【0023】
押圧部材3a、3bの凹凸2は、例えばプレス加工などにより金属板を曲げることで形成されている。
【0024】
そのため、押圧部材3a、3bの下面の凹凸2は、上面から見ても凹凸2を有する事になる。また、押圧部材3a、3bの凹凸2は生体信号検出装置1として重ねて設置したときに、同じ位置になるように配置されている。
【0025】
そして、この例では凹凸2と圧電センサ4とは約90度の角度において複数の点で交差する。
【0026】
さらに、凹凸2は生体が就寝した際に、生体の身長方向と平行になるような方向に形成されている。
【0027】
生体検出手段7は、感圧センサとしてケーブル状の圧電センサを用いたもので、凹凸2と平行になるように押圧板3aの上部略中央に配置されている。
【0028】
また、圧電センサ4と生体検出手段7は出力信号を処理する制御ユニット10に接続されている。
【0029】
図2を用い生体信号検出装置1の設置領域について説明すると、幅方向寸法は、成人の標準体型をもとに、生体11の肩幅より大きくベッド12の幅より小さい値にしてある。
【0030】
そして、縦方向寸法は、使用を前提とする成人の頭部から胸部の少なくとも一部が掛かるような大きさとしており、また頭部から胸部の少なくとも一部が掛かるようなベッド12上の位置に設置される。
【0031】
このような大きさおよび設置位置にすることで、生体信号検出装置1は生体11の就寝位置が寝返りなどでずれても生体11からの振動が伝達され得る領域に配設されているので、就寝位置によらず十分に生体11から発生する生体信号を検知することができる。
【0032】
以下生体信号検出装置1の動作作用を説明する。
【0033】
図3、図4においてベッド12の床板13上に生体信号検出装置1が配置され、その上にマットレス14を配している。
【0034】
図3は人が就寝していない状態を示しており、生体検出手段7は人を検出しないのでソレノイドの軸、つまり可動ストッパ8が突出して押圧部材3aの動きを抑制しており、これにより、圧電センサ4には荷重は印加されず、変形していない。
【0035】
生体11が就寝していない状態でも、マットレス14の荷重がその下に設置された生体信号検出装置1に加わる。しかしながら、可動ストッパ8により押圧部材3aの変形が制限されるため、圧電センサ4の変形が抑制される。
【0036】
そのため、生体11が就寝していない一日の大半の時間に、圧電センサ4は圧力や振動を受けず、信頼性の高い生態振動検出装置1とすることができる。
【0037】
図4は、生体11が就寝している状態を示しており、生体検出手段7が生体11を検出して可動ストッパ8が収容され、圧電センサ4に荷重が印加されている。
【0038】
この状態で、生体信号を検出する動作作用を説明すると、生体11からの心拍や呼吸などの生体信号に起因する振動はマットレス11を介して伝わり生体信号検出装置1に達する。
【0039】
そのとき、圧電センサ4は押圧部材3aの凹凸2の断面形状に沿って連結部材6とともにその下面に設置されている押圧部材3bの凹凸2の窪みに入り込むことで大きな曲げ作用が加わり、大きな信号出力が発生する。
【0040】
また、荷重や振動がない場合は、連結部材6の弾性による復元力のため圧電センサ4とともに元の形状に復元する。
【0041】
さらに、凹凸2は板状の押圧部材3a、3bに配されているので、自体が撓み変形を起こし、例えばマットレス14の中央の荷重や振動によって、このマットレス14の中央部分においてより大きな変形を起こし、高い感度で生体信号を検出することが出来る。
【0042】
またこのとき、生体検出手段7は凹凸2と交差していないので、必要以上の曲げ変形作用が加わることがなく、生体検出手段7の信頼性も高いものとなる。
【0043】
そして、生体検出手段7に感圧センサを用いているので、生体信号検出装置1を一体に構成し、マットレスの下に設置することができる。
【0044】
本実施の形態の生体信号検出装置1は、ベッド12の床板13とマットレス14の間に設置するため、生体信号検出装置1と生体11の間にはマットレス14が介在し、直接接する事が無いため、就寝を阻害しない物とすることができる。
【0045】
尚、生体信号検出装置1の配置場所に関しては本実施の形態に限られることは無く、床もしくは畳と敷布団の間でもかまわない。
【0046】
実験において、直径約2.5mmの圧電センサ4を用い、押圧部材3a、3b、として厚さ0.8mmの金属板に高さ約10mmの凹凸2を30〜100mm間隔で複数配置することで、良好な結果を得ることができた。
【0047】
次に、生体信号検出装置1に用いる圧電センサ4について説明する。
【0048】
図5において、圧電センサ4は内側電極として導体からなる中心電極41、感圧部材である圧電体層42、導体からなる外側電極43、弾性体からなる被覆層44を備えている。圧電体層42はポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体や、特定の樹脂基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いることができる。
【0049】
そして、外側電極43は内側電極41と圧電体層42を囲うように配置されており、圧
電センサ4は同軸ケーブル状となるため信号を伝達する中心電極41に対し外側電極43がシールドの役を果たし外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。
【0050】
よって、生体信号の収集や処理するために電子機器を近くで使用したり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしても圧電センサ4にノイズが重畳することの少ない信頼性の高い生体信号検出装置1を提供することができる。特に、押圧部材3a、3bが導電性のない部材で構成された場合により大きな効果を発揮する。
【0051】
尚、内側電極と外側電極を持つケーブル状の感圧手段として同軸ケーブル状の圧電センサ4を例として示したが、本実施の形態はこれに限られることは無く、中心導体が複数あるケーブル、中心導体が外側電極の中心から偏心しているケーブル、断面形状が円形ではないケーブルなどを用いても同様の効果がある。
【0052】
次に、以上のように構成された生体信号検出装置1について、以下その動作、作用を特に心拍を検出する場合について図6に基づいて説明する。
【0053】
図6は生体11の体重による荷重が加わったときの生体検出手段の信号Vaと、心拍に由来する振動が圧電センサ4に加わったときの同圧電センサ4の信号Vsの経時変化を示す特性を示すものである。
【0054】
マットレス14の上に生体11が横たわると、その生体11の体重による比較的大きな荷重変動が生体検出手段7に印加される。
【0055】
生体検出手段7として圧電センサを用いているため、加重の変動成分が信号Vsとして出力される。このとき、あらかじめ決められた閾値Va0を越えた時間t1に生体11が就寝したと判定して、可動ストッパ8を収容し、生体信号の検出を始める
可動ストッパ8が収容され、生体信号の検出が始まると、心拍等の微細な振動等がマットレス14を介して圧電センサ4に印加される。
【0056】
このとき圧電センサ4は変形し、圧電効果により圧電センサ4の加圧変形に応じた信号Vsが出力される。
【0057】
そのため、圧電センサ4には変動の無い体重による荷重等は検出されず変動のある振動成分のみが検出され、例えば寝返りなどの体動や呼吸、心拍信号等を検出する。このとき特に押圧板3a、3bの凹凸2の部分で圧電センサ4の曲げ変形が大きくなり、より大きな出力信号が得られるため、心拍信号のような微小な信号を確実に検出することができる。そして、圧電センサ4の出力信号は、心拍振動の検出時には、例えばVsのような信号が出力されたとすると、そこから信号周期Δtより心拍周期つまり心拍数が検出できる。
【0058】
そして、心拍などに由来する微小振動が検出されなくなったときには、可動ストッパ8を収容して生体信号の検出を終了する。
【0059】
尚、本実施の形態において、生体検出手段7の感圧センサとして圧電センサを用いる例を示したが、これに限られることはなくひずみゲージ、ロードセルなどを用いても同様の効果が得られる。感圧センサとしては静荷重を検出するものでも動荷重を検出するものでもよい。
【0060】
また、感圧センサ以外でも、例えば赤外線センサや撮像素子を用い、ベッドを見下ろすような位置に設置して生体11を検出してもかまわない。ただし、この場合は生体信号検出装置1を一体に構成することは困難となる。
【0061】
また、この例ではベッドなどの就寝具に生体信号検出装置1を設置する例を説明したが、これに限られることは無く、椅子や座布団などに設置して用いてもかまわない。
【0062】
すなわち、生体11の荷重を継続的に受ける生活用品であれば、本実施の形態のよう生体信号を検出することが可能となる。その場合、本実施の形態の生体信号検出装置1を、例えば椅子の座面とクッションの間、畳と座布団の間に設置する。
【0063】
また、凹凸2の高さや配置間隔もこの例は1例であり発明の効果がこれに限定されるものではない。
【0064】
さらに、本実施の形態では凹凸2は、就寝した生体11の身長方向に平行になる方向に配置したが、身長方向と直交する方向としてもよく、その場合は圧電センサ4もそれにあわせて凹凸2と直交するように配置される。
【0065】
また、押圧部材3a、3bは、樹脂や金属で構成されたブロック状の押圧ブロックを用いても同様の作用効果が得られる。
【0066】
また、駆動手段としてソレノイドを用いる例を説明したがこれに限られず、油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどを用いストッパを突出させる構成としても同様の効果が得られる。
【0067】
また、駆動手段としてモータと歯車を組み合わせてストッパを突出させる構成としてもよい。また、駆動手段として圧電アクチュエータを用いてもよい。
【0068】
(実施の形態2)
図7〜図10は本発明の実施の形態2を示すもので、実施の形態1との違いは、ベッド12上の生体11の有無を検出する生体検出手段として、生体信号を検出する圧電センサ15と兼用している点と、押圧部材に配される複数の凹凸が可動するように構成されている点である。尚、実施の形態1と同一符号のものは同様の動作、作用、効果を示し具体的な説明は実施の形態1のものを援用する。
【0069】
図8および図9に示すように、上部の押圧部材3aには複数の可動凹凸16と、この可動凹凸部16を駆動する凹凸駆動手段17を有している。
【0070】
また、上部の押圧部材3aとして、可動凹凸16を収容可能とするために金属板ではなくブロック状の部材を用いたため、金属板と比較して押圧部材3aの撓み変形が小さく、連結部材として両端をバネ18で連結支持し、押圧部材3aが可動凹凸16とともに可動する構成とした。
【0071】
図9のように、ベッド12上に生体11が就寝しており、心拍に起因する振動のような生体信号を検出する場合には可動凹凸部16は上部の押圧部材3aから突出しており、実施の形態1と同様に生体信号を検出する。
【0072】
しかし、図8に示すように、ベッド上に生体11がいない場合には、凹凸駆動手段17が動作して可動凹凸部16が上部の押圧部材3a内に収容されることにより、可動凹凸16による圧電センサ15への曲げ作用は抑制される。
【0073】
そのため、生体11が就寝していない一日の大半の時間に、圧電センサ15は圧力や振動を受けず、信頼性の高い生態振動検出装置1とすることができる。
【0074】
次に、以上のように構成された生体信号検出装置1について、以下その動作、作用を特に心拍を検出する場合について図10に基づいて説明する。
【0075】
図10は生体11よる体重や心拍などに由来する振動が加わったときの圧電センサ15の信号Vsの経時変化を示す特性図である。
【0076】
マットレス14の上に生体11が横たわると、その体重による比較的大きな荷重変動が圧電センサ15に印加され、可動凹凸16が収容されていても圧電センサ15からは信号Vsとして出力される。
【0077】
このとき、あらかじめ決められた閾値Vs0を越えた時間t1に生体11が就寝したと判定して、凹凸駆動手段17を駆動させ可動凹凸16を突出させ、時間t2から生体信号の検出を始める。
【0078】
生体信号の検出が始まると、心拍等の微細な振動等がマットレス14を介して圧電センサ15に印加される。
【0079】
このとき、圧電センサ15は可動凹凸16により変形させられるので、より大きな出力信号が得られ、心拍信号のような微小な信号を確実に検出することができる。
【0080】
圧電センサ15の出力信号は、心拍振動の検出時には、信号周期Δtより心拍周期つまり心拍数が検出できる。
【0081】
心拍などに由来する微小振動を検出されなくなったときには、凹凸駆動手段17を駆動させ可動凹凸16を収容して生体信号の検出を終了する。
【0082】
生体検出手段と生体信号を検出する圧電センサ20を兼用しているので、生体信号検出装置1を一体に構成しマットレスの下に設置することができる。
【0083】
尚、本実施の形態で上部の押圧部材3aとして、たわみ変形しないブロック状の部材とした例を示したが、撓み変形する材質を用いることで、実施の形態1に示すような剛性をもつ連結部材を用いることもできる。
【0084】
尚、凹凸駆動手段17としては、例えばソレノイド、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、モータなどを用いて構成することができる。
【0085】
また、感圧手段としてケーブル状の圧電センサ15を用いたが、他の形態の圧電センサでもよく感圧手段として例えばPVDF薄膜の両面を電極で挟んだフィルム状またはリボン状の圧電センサを用いても同様の効果が得られる。
【0086】
さらに、感圧手段と生体検出手段として圧電センサを用いた構成であったが、押圧変形に感応して透過光が変調する特性を持つ光ファイバを用いても同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0087】
以上のように、本発明にかかる生体信号検出装置は、ストッパを設けることで圧電センサに生体がいないときに荷重が加わり続けることを抑制したので、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することが出来、上記のようにベッドに設置して生体信号の取得に活用できるとともに、例えば、マッサージチェアのようなリラクゼーション機器、自動車用座席、娯楽施設の座席等に設置して、生体信号を検出するシステムとしても適用でき
る。また、ペット用マット等人体に限らず動物の生体信号を検出する用途にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置の平面部分断面図
【図2】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの構成図
【図3】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの断面図
【図4】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの上に生体が就寝した状態の断面図
【図5】本発明の実施の形態1における圧電センサの断面図
【図6】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置で、生体からの生体信号を受けたときの圧電センサの出力信号Vsの経時変化を示す特性図
【図7】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置の平面部分断面図
【図8】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置を配置したベッドの断面図
【図9】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置を配置したベッドの上に生体が就寝した状態の断面図
【図10】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置で、生体からの生体信号を受けたときの圧電センサの出力信号Vsの経時変化を示す特性図
【図11】従来の生体信号検出装置の構成図
【図12】従来の生体信号検出装置を設置した就寝装置の断面図
【符号の説明】
【0089】
1 生体信号検出装置
2 凹凸
3a、3b 押圧部材
4 感圧手段(圧電センサ)
7 生体検出手段
8 可動ストッパ
【技術分野】
【0001】
本発明は、ベッド等の就寝装置に設置し、心拍などの信号を検出する生体信号検出装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の生体信号検出装置は、就寝装置など生体の荷重の掛かる製品に設置するもので、検出感度を向上させるため、生体信号検出手段と凹凸部材を組み合わせた構造を持つものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図11,12は従来の生体信号検出装置を示すものである。
【0004】
すなわち、生体信号検出装置101は、表面に凹凸のつけられた板102の上に感圧手段を配置し、それを就寝装置であるベッドの床板103とマットレス104の間に配置して、生体105からの振動が加わったときに板102の凹凸に沿うように感圧手段106を変形させて、生体信号を得る構成である。
【0005】
また、就寝中の生体105に違和感を与えないために、前記生体信号検出装置101はマットレス104の下に設置してある。
【特許文献1】特開平5−200001号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、マットレスの下に設置しているため、生体がないときにも感圧手段と凹凸部との接触部に常にマットレスの質量に相当する荷重が加わっており、感圧手段の劣化が早まるという課題があった。
【0007】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生体がいないときに検出不要な荷重が感圧手段に加わるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出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】
【0008】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体信号検出装置は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで、前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形され、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成とした。
【0009】
したがって、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動ストッパにより感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の生体信号検出装置は、生体がいないときにマットレス等の荷重が感圧手段に印加され続けない、信頼性の高い生態振動検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
第1の発明は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで、前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形され、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成としたので、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動ストッパにより感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することができる。
【0012】
第2の発明は、生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の可動凹凸部を有する複数の押圧部材と、前記可動凹凸部を駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記感圧手段は前記押圧部材の可動凹凸部により押圧変形されるように前記押圧部材が前記感圧手段をはさむように重ねて配置し、前記生体検出手段が生体を検出したときに前記可動凹凸部を突出させる様に駆動して、前記感圧手段に押圧を加える構成としたので、生体がないときにマットレスの質量に相当する荷重が押圧部材に加わっても、可動凹凸部により感圧手段に荷重が印加され続けるのを抑制し、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することができる。
【0013】
第3の発明は、特に第1または第2の発明において、生体検出手段として、感圧センサを用いる構成としたので、生体信号検出装置を一体に構成しマットレスの下に設置することができる。
【0014】
第4の発明は、特に第1または第2の発明において、生体検出手段として可撓性を持つ第2の感圧手段を有し、複数の凹凸と平行に設置する構成としたので、生体検出手段が凹凸と交差していないので、必要以上の曲げ変形作用が加わることがないので生体検出手段の信頼性が高いものとすることができる。
【0015】
第5の発明は、特に第1から第5のいずれか1つの発明において、感圧手段としてケーブル状圧電センサを用いたので、検出した生体信号を伝達する中心電極に対し外部電極がシールドの役を果たし外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。
【0016】
よって、生体信号の収集や処理のために近くで電子機器を用いたり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしてもノイズが重畳することが少ないので信頼性の高い生体信号検出装置を提供することができる。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0018】
(実施の形態1)
図1において、生体信号検出装置1は、平行でほぼ等間隔に並んだ複数の凹凸2を有する金属板よりなる2枚の押圧部材3a、3bと、可撓性を有する感圧手段としてケーブル状の圧電センサ4と、この圧電センサ4を保持するスポンジやゴムなどの弾性部材からなる支持体5と、押圧部材3a、3bを両端で支持する金属柱などの連結部材6と、上側の押圧部材3aの上面にその凹凸2と平行に設置された生体検出手段7と、押圧部材3aの動きを抑制する可動ストッパ8と、それを駆動する駆動手段9からなる。
【0019】
下側の押圧部材3bに設置された可動ストッパ8の駆動手段9はソレノイドで構成され
、そのソレノイド軸が可動ストッパ8として機能するようになっており、ベッド上に生体が居るとき、可動ストッパ8は駆動手段9の内部に収容されるように設定してある。
【0020】
そしてベッド上に生体が居ないときには駆動手段9を駆動して可動ストッパ8を突出させ押圧部材3aの変形を抑制するようにしている。
【0021】
また、連結部材6は押圧部材3a、3bの端部の凹凸2のない部分に設置されており、この例では押圧部材3a、3bの両端部に設置している。
【0022】
圧電センサ4は押圧部材3a、3bの間に蛇行状に配置される。
【0023】
押圧部材3a、3bの凹凸2は、例えばプレス加工などにより金属板を曲げることで形成されている。
【0024】
そのため、押圧部材3a、3bの下面の凹凸2は、上面から見ても凹凸2を有する事になる。また、押圧部材3a、3bの凹凸2は生体信号検出装置1として重ねて設置したときに、同じ位置になるように配置されている。
【0025】
そして、この例では凹凸2と圧電センサ4とは約90度の角度において複数の点で交差する。
【0026】
さらに、凹凸2は生体が就寝した際に、生体の身長方向と平行になるような方向に形成されている。
【0027】
生体検出手段7は、感圧センサとしてケーブル状の圧電センサを用いたもので、凹凸2と平行になるように押圧板3aの上部略中央に配置されている。
【0028】
また、圧電センサ4と生体検出手段7は出力信号を処理する制御ユニット10に接続されている。
【0029】
図2を用い生体信号検出装置1の設置領域について説明すると、幅方向寸法は、成人の標準体型をもとに、生体11の肩幅より大きくベッド12の幅より小さい値にしてある。
【0030】
そして、縦方向寸法は、使用を前提とする成人の頭部から胸部の少なくとも一部が掛かるような大きさとしており、また頭部から胸部の少なくとも一部が掛かるようなベッド12上の位置に設置される。
【0031】
このような大きさおよび設置位置にすることで、生体信号検出装置1は生体11の就寝位置が寝返りなどでずれても生体11からの振動が伝達され得る領域に配設されているので、就寝位置によらず十分に生体11から発生する生体信号を検知することができる。
【0032】
以下生体信号検出装置1の動作作用を説明する。
【0033】
図3、図4においてベッド12の床板13上に生体信号検出装置1が配置され、その上にマットレス14を配している。
【0034】
図3は人が就寝していない状態を示しており、生体検出手段7は人を検出しないのでソレノイドの軸、つまり可動ストッパ8が突出して押圧部材3aの動きを抑制しており、これにより、圧電センサ4には荷重は印加されず、変形していない。
【0035】
生体11が就寝していない状態でも、マットレス14の荷重がその下に設置された生体信号検出装置1に加わる。しかしながら、可動ストッパ8により押圧部材3aの変形が制限されるため、圧電センサ4の変形が抑制される。
【0036】
そのため、生体11が就寝していない一日の大半の時間に、圧電センサ4は圧力や振動を受けず、信頼性の高い生態振動検出装置1とすることができる。
【0037】
図4は、生体11が就寝している状態を示しており、生体検出手段7が生体11を検出して可動ストッパ8が収容され、圧電センサ4に荷重が印加されている。
【0038】
この状態で、生体信号を検出する動作作用を説明すると、生体11からの心拍や呼吸などの生体信号に起因する振動はマットレス11を介して伝わり生体信号検出装置1に達する。
【0039】
そのとき、圧電センサ4は押圧部材3aの凹凸2の断面形状に沿って連結部材6とともにその下面に設置されている押圧部材3bの凹凸2の窪みに入り込むことで大きな曲げ作用が加わり、大きな信号出力が発生する。
【0040】
また、荷重や振動がない場合は、連結部材6の弾性による復元力のため圧電センサ4とともに元の形状に復元する。
【0041】
さらに、凹凸2は板状の押圧部材3a、3bに配されているので、自体が撓み変形を起こし、例えばマットレス14の中央の荷重や振動によって、このマットレス14の中央部分においてより大きな変形を起こし、高い感度で生体信号を検出することが出来る。
【0042】
またこのとき、生体検出手段7は凹凸2と交差していないので、必要以上の曲げ変形作用が加わることがなく、生体検出手段7の信頼性も高いものとなる。
【0043】
そして、生体検出手段7に感圧センサを用いているので、生体信号検出装置1を一体に構成し、マットレスの下に設置することができる。
【0044】
本実施の形態の生体信号検出装置1は、ベッド12の床板13とマットレス14の間に設置するため、生体信号検出装置1と生体11の間にはマットレス14が介在し、直接接する事が無いため、就寝を阻害しない物とすることができる。
【0045】
尚、生体信号検出装置1の配置場所に関しては本実施の形態に限られることは無く、床もしくは畳と敷布団の間でもかまわない。
【0046】
実験において、直径約2.5mmの圧電センサ4を用い、押圧部材3a、3b、として厚さ0.8mmの金属板に高さ約10mmの凹凸2を30〜100mm間隔で複数配置することで、良好な結果を得ることができた。
【0047】
次に、生体信号検出装置1に用いる圧電センサ4について説明する。
【0048】
図5において、圧電センサ4は内側電極として導体からなる中心電極41、感圧部材である圧電体層42、導体からなる外側電極43、弾性体からなる被覆層44を備えている。圧電体層42はポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体や、特定の樹脂基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いることができる。
【0049】
そして、外側電極43は内側電極41と圧電体層42を囲うように配置されており、圧
電センサ4は同軸ケーブル状となるため信号を伝達する中心電極41に対し外側電極43がシールドの役を果たし外来電磁波ノイズの影響を受けにくい物となる。
【0050】
よって、生体信号の収集や処理するために電子機器を近くで使用したり、携帯電話などの通信機器等を近くで使用したりしても圧電センサ4にノイズが重畳することの少ない信頼性の高い生体信号検出装置1を提供することができる。特に、押圧部材3a、3bが導電性のない部材で構成された場合により大きな効果を発揮する。
【0051】
尚、内側電極と外側電極を持つケーブル状の感圧手段として同軸ケーブル状の圧電センサ4を例として示したが、本実施の形態はこれに限られることは無く、中心導体が複数あるケーブル、中心導体が外側電極の中心から偏心しているケーブル、断面形状が円形ではないケーブルなどを用いても同様の効果がある。
【0052】
次に、以上のように構成された生体信号検出装置1について、以下その動作、作用を特に心拍を検出する場合について図6に基づいて説明する。
【0053】
図6は生体11の体重による荷重が加わったときの生体検出手段の信号Vaと、心拍に由来する振動が圧電センサ4に加わったときの同圧電センサ4の信号Vsの経時変化を示す特性を示すものである。
【0054】
マットレス14の上に生体11が横たわると、その生体11の体重による比較的大きな荷重変動が生体検出手段7に印加される。
【0055】
生体検出手段7として圧電センサを用いているため、加重の変動成分が信号Vsとして出力される。このとき、あらかじめ決められた閾値Va0を越えた時間t1に生体11が就寝したと判定して、可動ストッパ8を収容し、生体信号の検出を始める
可動ストッパ8が収容され、生体信号の検出が始まると、心拍等の微細な振動等がマットレス14を介して圧電センサ4に印加される。
【0056】
このとき圧電センサ4は変形し、圧電効果により圧電センサ4の加圧変形に応じた信号Vsが出力される。
【0057】
そのため、圧電センサ4には変動の無い体重による荷重等は検出されず変動のある振動成分のみが検出され、例えば寝返りなどの体動や呼吸、心拍信号等を検出する。このとき特に押圧板3a、3bの凹凸2の部分で圧電センサ4の曲げ変形が大きくなり、より大きな出力信号が得られるため、心拍信号のような微小な信号を確実に検出することができる。そして、圧電センサ4の出力信号は、心拍振動の検出時には、例えばVsのような信号が出力されたとすると、そこから信号周期Δtより心拍周期つまり心拍数が検出できる。
【0058】
そして、心拍などに由来する微小振動が検出されなくなったときには、可動ストッパ8を収容して生体信号の検出を終了する。
【0059】
尚、本実施の形態において、生体検出手段7の感圧センサとして圧電センサを用いる例を示したが、これに限られることはなくひずみゲージ、ロードセルなどを用いても同様の効果が得られる。感圧センサとしては静荷重を検出するものでも動荷重を検出するものでもよい。
【0060】
また、感圧センサ以外でも、例えば赤外線センサや撮像素子を用い、ベッドを見下ろすような位置に設置して生体11を検出してもかまわない。ただし、この場合は生体信号検出装置1を一体に構成することは困難となる。
【0061】
また、この例ではベッドなどの就寝具に生体信号検出装置1を設置する例を説明したが、これに限られることは無く、椅子や座布団などに設置して用いてもかまわない。
【0062】
すなわち、生体11の荷重を継続的に受ける生活用品であれば、本実施の形態のよう生体信号を検出することが可能となる。その場合、本実施の形態の生体信号検出装置1を、例えば椅子の座面とクッションの間、畳と座布団の間に設置する。
【0063】
また、凹凸2の高さや配置間隔もこの例は1例であり発明の効果がこれに限定されるものではない。
【0064】
さらに、本実施の形態では凹凸2は、就寝した生体11の身長方向に平行になる方向に配置したが、身長方向と直交する方向としてもよく、その場合は圧電センサ4もそれにあわせて凹凸2と直交するように配置される。
【0065】
また、押圧部材3a、3bは、樹脂や金属で構成されたブロック状の押圧ブロックを用いても同様の作用効果が得られる。
【0066】
また、駆動手段としてソレノイドを用いる例を説明したがこれに限られず、油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどを用いストッパを突出させる構成としても同様の効果が得られる。
【0067】
また、駆動手段としてモータと歯車を組み合わせてストッパを突出させる構成としてもよい。また、駆動手段として圧電アクチュエータを用いてもよい。
【0068】
(実施の形態2)
図7〜図10は本発明の実施の形態2を示すもので、実施の形態1との違いは、ベッド12上の生体11の有無を検出する生体検出手段として、生体信号を検出する圧電センサ15と兼用している点と、押圧部材に配される複数の凹凸が可動するように構成されている点である。尚、実施の形態1と同一符号のものは同様の動作、作用、効果を示し具体的な説明は実施の形態1のものを援用する。
【0069】
図8および図9に示すように、上部の押圧部材3aには複数の可動凹凸16と、この可動凹凸部16を駆動する凹凸駆動手段17を有している。
【0070】
また、上部の押圧部材3aとして、可動凹凸16を収容可能とするために金属板ではなくブロック状の部材を用いたため、金属板と比較して押圧部材3aの撓み変形が小さく、連結部材として両端をバネ18で連結支持し、押圧部材3aが可動凹凸16とともに可動する構成とした。
【0071】
図9のように、ベッド12上に生体11が就寝しており、心拍に起因する振動のような生体信号を検出する場合には可動凹凸部16は上部の押圧部材3aから突出しており、実施の形態1と同様に生体信号を検出する。
【0072】
しかし、図8に示すように、ベッド上に生体11がいない場合には、凹凸駆動手段17が動作して可動凹凸部16が上部の押圧部材3a内に収容されることにより、可動凹凸16による圧電センサ15への曲げ作用は抑制される。
【0073】
そのため、生体11が就寝していない一日の大半の時間に、圧電センサ15は圧力や振動を受けず、信頼性の高い生態振動検出装置1とすることができる。
【0074】
次に、以上のように構成された生体信号検出装置1について、以下その動作、作用を特に心拍を検出する場合について図10に基づいて説明する。
【0075】
図10は生体11よる体重や心拍などに由来する振動が加わったときの圧電センサ15の信号Vsの経時変化を示す特性図である。
【0076】
マットレス14の上に生体11が横たわると、その体重による比較的大きな荷重変動が圧電センサ15に印加され、可動凹凸16が収容されていても圧電センサ15からは信号Vsとして出力される。
【0077】
このとき、あらかじめ決められた閾値Vs0を越えた時間t1に生体11が就寝したと判定して、凹凸駆動手段17を駆動させ可動凹凸16を突出させ、時間t2から生体信号の検出を始める。
【0078】
生体信号の検出が始まると、心拍等の微細な振動等がマットレス14を介して圧電センサ15に印加される。
【0079】
このとき、圧電センサ15は可動凹凸16により変形させられるので、より大きな出力信号が得られ、心拍信号のような微小な信号を確実に検出することができる。
【0080】
圧電センサ15の出力信号は、心拍振動の検出時には、信号周期Δtより心拍周期つまり心拍数が検出できる。
【0081】
心拍などに由来する微小振動を検出されなくなったときには、凹凸駆動手段17を駆動させ可動凹凸16を収容して生体信号の検出を終了する。
【0082】
生体検出手段と生体信号を検出する圧電センサ20を兼用しているので、生体信号検出装置1を一体に構成しマットレスの下に設置することができる。
【0083】
尚、本実施の形態で上部の押圧部材3aとして、たわみ変形しないブロック状の部材とした例を示したが、撓み変形する材質を用いることで、実施の形態1に示すような剛性をもつ連結部材を用いることもできる。
【0084】
尚、凹凸駆動手段17としては、例えばソレノイド、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、モータなどを用いて構成することができる。
【0085】
また、感圧手段としてケーブル状の圧電センサ15を用いたが、他の形態の圧電センサでもよく感圧手段として例えばPVDF薄膜の両面を電極で挟んだフィルム状またはリボン状の圧電センサを用いても同様の効果が得られる。
【0086】
さらに、感圧手段と生体検出手段として圧電センサを用いた構成であったが、押圧変形に感応して透過光が変調する特性を持つ光ファイバを用いても同様の効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0087】
以上のように、本発明にかかる生体信号検出装置は、ストッパを設けることで圧電センサに生体がいないときに荷重が加わり続けることを抑制したので、高い信頼性を実現する生体信号検出装置を提供することが出来、上記のようにベッドに設置して生体信号の取得に活用できるとともに、例えば、マッサージチェアのようなリラクゼーション機器、自動車用座席、娯楽施設の座席等に設置して、生体信号を検出するシステムとしても適用でき
る。また、ペット用マット等人体に限らず動物の生体信号を検出する用途にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置の平面部分断面図
【図2】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの構成図
【図3】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの断面図
【図4】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置を配置したベッドの上に生体が就寝した状態の断面図
【図5】本発明の実施の形態1における圧電センサの断面図
【図6】本発明の実施の形態1における生体信号検出装置で、生体からの生体信号を受けたときの圧電センサの出力信号Vsの経時変化を示す特性図
【図7】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置の平面部分断面図
【図8】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置を配置したベッドの断面図
【図9】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置を配置したベッドの上に生体が就寝した状態の断面図
【図10】本発明の実施の形態2における生体信号検出装置で、生体からの生体信号を受けたときの圧電センサの出力信号Vsの経時変化を示す特性図
【図11】従来の生体信号検出装置の構成図
【図12】従来の生体信号検出装置を設置した就寝装置の断面図
【符号の説明】
【0089】
1 生体信号検出装置
2 凹凸
3a、3b 押圧部材
4 感圧手段(圧電センサ)
7 生体検出手段
8 可動ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形されるようにし、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成とした生体信号検出装置。
【請求項2】
生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の可動凹凸部を有する複数の押圧部材と、前記可動凹凸部を駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記感圧手段は前記押圧部材の可動凹凸部により押圧変形されるように重ねて配置し、前記生体検出手段が生体を検出したときに前記可動凹凸部を突出させる様に駆動し、前記感圧手段に押圧を加える構成とした生体信号検出装置。
【請求項3】
生体検出手段は、感圧センサを用いる構成とした請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【請求項4】
生体検出手段として可撓性を持つ第2の感圧手段を有し、複数の凹凸と平行に設置する構成とした請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【請求項5】
感圧手段としてケーブル状圧電センサを用いた請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【請求項1】
生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の凹凸を有する複数の押圧部材と、前記押圧部材の押圧を制限する可動ストッパと、前記可動ストッパを駆動する駆動手段と、体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記押圧部材は前記感圧手段をはさむように重ねて配置することで前記感圧手段が前記押圧部材の凹凸により押圧変形されるようにし、前記生体検出手段が生体を検出したときに、前記可動ストッパが収容される構成とした生体信号検出装置。
【請求項2】
生体の発生した圧力変動を検知する可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段と交差するよう配置された複数の可動凹凸部を有する複数の押圧部材と、前記可動凹凸部を駆動する駆動手段と、生体の有無を検出する生体検出手段とを具備し、前記感圧手段は前記押圧部材の可動凹凸部により押圧変形されるように重ねて配置し、前記生体検出手段が生体を検出したときに前記可動凹凸部を突出させる様に駆動し、前記感圧手段に押圧を加える構成とした生体信号検出装置。
【請求項3】
生体検出手段は、感圧センサを用いる構成とした請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【請求項4】
生体検出手段として可撓性を持つ第2の感圧手段を有し、複数の凹凸と平行に設置する構成とした請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【請求項5】
感圧手段としてケーブル状圧電センサを用いた請求項1または2記載の生体信号検出装置。
【図1】
【図2】
【図6】
【図7】
【図10】
【図11】
【図3】
【図4】
【図5】
【図8】
【図9】
【図12】
【図2】
【図6】
【図7】
【図10】
【図11】
【図3】
【図4】
【図5】
【図8】
【図9】
【図12】
【公開番号】特開2009−136477(P2009−136477A)
【公開日】平成21年6月25日(2009.6.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−315595(P2007−315595)
【出願日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年6月25日(2009.6.25)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
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