睡眠状態判定装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は睡眠状態を判定する睡眠状態判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の睡眠状態判定装置は、ポリグラフに代表されるように各種の電極を人体に装着し脳波や眼球運動、筋電位を検出して検出信号の波形処理を行なって睡眠状態を判定するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の睡眠状態検出装置では、脳波や眼球運動、筋電位の測定結果を目視作業で分析したり、複雑な信号処理を行なって解析したりするといった煩雑な作業が必要であり、そのために、大きな労力やコストがかかるといった課題があった。
【０００４】睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出できれば寝室の環境制御や居眠り防止等といった製品分野への応用が実現でき、社会生活への貢献も大なるものがあり、そのためにも実用的な睡眠状態検出装置が望まれていた。
【０００５】本発明は睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出する実用的な睡眠状態判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、人体の体動により変形を受ける圧電素子と、前記圧電素子の出力があらかじめ定められた第１の設定値未満である場合は人体が不在であると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第１の設定値以上であり、かつ、あらかじめ定められた第２の設定値未満である場合は人体が安静状態で存在すると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第２の設定値以上である場合は人体が体動を生起したと判定する比較器とを備えた体動検出手段と、前記比較器で在床が判定されると計時動作を開始し、前記比較器で不在または体動が判定されると計時動作をリセットするタイマーと、前記タイマーからの出力を入力としてファジィ推論により睡眠状態を判定するファジィ推論手段と、前記ファジィ推論のための判定規則を記憶する判定規則記憶手段とを備えたものである。
【０００７】
【作用】本発明は上記構成によって以下のように作用する。体動検出手段により人体に体動が起っているかどうかが検出されると、タイマーにより体動が起こっていない状態の継続時間すなわち体動静止時間が計時される。この体動静止時間を入力としてファジィ推論手段では判定規則記憶手段に記憶された判定規則を参照してファジィ推論により睡眠状態を判定する。
【０００８】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本実施例をベッドに応用した際の外観斜視図、図２はブロック図である。図１および図２において、１は人体の体動を検出する体動検出手段で、圧電素子２、フィルター３、増幅器４、整流器５、平滑器６、比較器７から構成される。圧電素子２はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材料を薄膜状にし両面に可とう性の電極膜を付着させテープ状に成形されたもので、ここではマットレス８の表面に装着されている。９は体動検出手段１の出力に基づき体動の静止時間を計時するタイマーである。１０は判定規則記憶手段で、体動静止時間Ｔから睡眠状態を推論するための判定規則を記憶している。ここでいう判定規則とは、例えば「もし、体動静止時間Ｔが長いならば（条件部）、入眠している確率が高い（出力部）」「もし、体動静止時間Ｔが短いならば（条件部）、入眠している確率は低い（出力部）」等のｉｆ〜ｔｈｅｎ〜形式で記述される。ここで「長い」あるいは「短い」という変数は例えば図４R>４に示すメンバーシップ関数で定義される。判定規則記憶手段１０は、上記のような判定規則の条件部を記憶する条件記憶手段１０ａと、判定規則の出力部を記憶する出力部記憶手段１０ｂとから構成される。１１はファジィ推論手段で、体動静止時間Ｔと上記判定規則とから推論を行い睡眠状態を判定する。ここで、ファジィ推論手段１１は、体動検出手段１と条件記憶手段１０ａとから体動静止時間Ｔの判定規則の条件部への適合度を求める適合度演算手段１１ａと、求めた適合度と出力部記憶手段１０ｂの出力信号とで判定規則の出力部に重み付けを行なう重み付け演算手段１１ｂと、重み付け演算手段１１ｂにより重み付けされた判定規則の出力部から重心演算で睡眠状態を求める重心演算手段１１ｃとから構成される。
【０００９】またフィルター３、増幅器４、整流器５、平滑器６、比較器７、タイマー９、判定規則記憶手段１０、ファジィ推論手段１１、は回路ユニット１２に内蔵されている。圧電素子２と回路ユニット１２とはシールド線１３で接続されている。
【００１０】上記構成において、人体の体動により圧電素子２が変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子２より電圧が発生する。この出力信号はフィルター３によりろ波され、増幅器４により増幅され、さらに整流器５により整流され、平滑器６により平滑化される。図３に実際の就寝の際の平滑器６の出力波形を示す。図より入床、寝返り、離床といった粗大な体動の場合は圧電素子２は大きな変形を受け平滑器６から大きな出力がでる。また、人体が安静状態であれば人体の心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動により平滑器６からは比較的低いレベルの出力がでる。人体が不在の場合は平滑器６の出力はゼロである。比較器７では平滑器６の出力Ｖとあらかじめ定めされた２つの設定値Ｖａ、Ｖｂとを以下のように比較、判定する。Ｖ＜Ｖａならば人体が不在であると判定する。Ｖａ≦Ｖ＜Ｖｂならば人体が安静状態で存在すると判定する。さらにＶｂ＜Ｖならば人体が体動を生起したと判定する。そして、タイマー９では比較器７で在床が判定された場合に計時動作が開始される。ただし、この計時動作は比較器７で不在または体動が判定されるとリセットされる。すなわち、タイマー９では体動静止時間が計測される。
【００１１】この体動静止時間Ｔ＝Ｔｏを入力としてファジィ推論手段１１では判定規則記憶手段１０に記憶された判定規則を参照して以下のようにしてファジィ推論により睡眠状態を判定する。まず、適合度演算手段１１ａでは体動静止時間Ｔが条件部記憶手段１０ａの判定規則の条件部に入力され、適合度が求められる。例えば図４の横軸上のＴｏに垂線を立て各関数との交点が適合度ωになる。今、表１のようになったと仮定する。
【００１２】
【表１】
【００１３】次に、求めた適合度ωを用い重み付け演算手段１１ｂにより出力部記憶手段１０ｂの判定規則の出力部に重み付け演算が行なわれる。その結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】次に重心演算手段１１ｃにより重み付けされた判定規則の出力部の関数が合成されその重心が求められる。これが入力された体動静止時間Ｔｏに対する睡眠状態Ｓになる。結果を図５に示す。
【００１６】このように人体に体動が起こった場合には前述の演算を繰り返し、睡眠状態を判定する。比較器７で人体の不在が判定された場合は睡眠状態の判定は行なわない。これにより、人体の体動といった簡単な指標により睡眠状態を判定することができるといった実用的な睡眠状態判定装置を提供できる。
【００１７】上記実施例では睡眠状態として入眠している確率すなわち睡眠段階でいうｓｔａｇｅ２である確率をとったが、判定規則を適宜変更することにより徐波睡眠（ｓｔａｇｅ３＆４）である確率、覚醒または、うとうとしている（ｓｔａｇｅ１）確率、レム睡眠である確率等も判定することができる。これにより、例えば、入眠を促進し、起床を促進するといった寝室における環境制御や居眠り防止用の製品へ応用ができ、したがって社会生活へ利用されてその貢献度が高くなるというメリットがある。
【００１８】圧電素子２は複数個使用してもよく体動を検出する精度が向上する。また、圧電素子２はマットレスの体軸方向（頭部〜足部方向）に装着してもよい。
【００１９】また、体動を検出できれば圧電素子の代わりに容量センサや重量センサといった他の感圧センサを使用してもよい。
【００２０】また、圧電素子の代わりに、図６に示すような赤外線センサ１４で体動を検出したり、超音波センサ、光センサ等により体動を検出する構成としてもよい。
【００２１】さらに、判定の精度を向上させるために、体動静止時間と他の変数、例えば人体が存在してからの経過時間と平滑器の出力レベルとの２変数を入力して睡眠状態でファジィ推論するといった構成としても良い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の睡眠状態検出装置によれば、人体の体動といった簡単な指標により睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出できるといった効果があり、寝室の環境制御や居眠り防止等といった製品分野への応用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における睡眠状態検出装置の外観斜視図
【図２】同装置のブロック図
【図３】同装置の平滑器からの出力を示す波形図
【図４】同装置の判定規則記憶手段に用いるメンバーシップ関数を示す図
【図５】同装置の重心演算手段の演算結果を示す図
【図６】本発明の他の実施例における睡眠状態検出装置の外観斜視図
【符号の説明】
１ 体動検出手段
９ タイマー
１０ 判定規則記憶手段
１１ ファジィ推論手段
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は睡眠状態を判定する睡眠状態判定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の睡眠状態判定装置は、ポリグラフに代表されるように各種の電極を人体に装着し脳波や眼球運動、筋電位を検出して検出信号の波形処理を行なって睡眠状態を判定するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の睡眠状態検出装置では、脳波や眼球運動、筋電位の測定結果を目視作業で分析したり、複雑な信号処理を行なって解析したりするといった煩雑な作業が必要であり、そのために、大きな労力やコストがかかるといった課題があった。
【０００４】睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出できれば寝室の環境制御や居眠り防止等といった製品分野への応用が実現でき、社会生活への貢献も大なるものがあり、そのためにも実用的な睡眠状態検出装置が望まれていた。
【０００５】本発明は睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出する実用的な睡眠状態判定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明は、人体の体動により変形を受ける圧電素子と、前記圧電素子の出力があらかじめ定められた第１の設定値未満である場合は人体が不在であると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第１の設定値以上であり、かつ、あらかじめ定められた第２の設定値未満である場合は人体が安静状態で存在すると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第２の設定値以上である場合は人体が体動を生起したと判定する比較器とを備えた体動検出手段と、前記比較器で在床が判定されると計時動作を開始し、前記比較器で不在または体動が判定されると計時動作をリセットするタイマーと、前記タイマーからの出力を入力としてファジィ推論により睡眠状態を判定するファジィ推論手段と、前記ファジィ推論のための判定規則を記憶する判定規則記憶手段とを備えたものである。
【０００７】
【作用】本発明は上記構成によって以下のように作用する。体動検出手段により人体に体動が起っているかどうかが検出されると、タイマーにより体動が起こっていない状態の継続時間すなわち体動静止時間が計時される。この体動静止時間を入力としてファジィ推論手段では判定規則記憶手段に記憶された判定規則を参照してファジィ推論により睡眠状態を判定する。
【０００８】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本実施例をベッドに応用した際の外観斜視図、図２はブロック図である。図１および図２において、１は人体の体動を検出する体動検出手段で、圧電素子２、フィルター３、増幅器４、整流器５、平滑器６、比較器７から構成される。圧電素子２はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材料を薄膜状にし両面に可とう性の電極膜を付着させテープ状に成形されたもので、ここではマットレス８の表面に装着されている。９は体動検出手段１の出力に基づき体動の静止時間を計時するタイマーである。１０は判定規則記憶手段で、体動静止時間Ｔから睡眠状態を推論するための判定規則を記憶している。ここでいう判定規則とは、例えば「もし、体動静止時間Ｔが長いならば（条件部）、入眠している確率が高い（出力部）」「もし、体動静止時間Ｔが短いならば（条件部）、入眠している確率は低い（出力部）」等のｉｆ〜ｔｈｅｎ〜形式で記述される。ここで「長い」あるいは「短い」という変数は例えば図４R>４に示すメンバーシップ関数で定義される。判定規則記憶手段１０は、上記のような判定規則の条件部を記憶する条件記憶手段１０ａと、判定規則の出力部を記憶する出力部記憶手段１０ｂとから構成される。１１はファジィ推論手段で、体動静止時間Ｔと上記判定規則とから推論を行い睡眠状態を判定する。ここで、ファジィ推論手段１１は、体動検出手段１と条件記憶手段１０ａとから体動静止時間Ｔの判定規則の条件部への適合度を求める適合度演算手段１１ａと、求めた適合度と出力部記憶手段１０ｂの出力信号とで判定規則の出力部に重み付けを行なう重み付け演算手段１１ｂと、重み付け演算手段１１ｂにより重み付けされた判定規則の出力部から重心演算で睡眠状態を求める重心演算手段１１ｃとから構成される。
【０００９】またフィルター３、増幅器４、整流器５、平滑器６、比較器７、タイマー９、判定規則記憶手段１０、ファジィ推論手段１１、は回路ユニット１２に内蔵されている。圧電素子２と回路ユニット１２とはシールド線１３で接続されている。
【００１０】上記構成において、人体の体動により圧電素子２が変形を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子２より電圧が発生する。この出力信号はフィルター３によりろ波され、増幅器４により増幅され、さらに整流器５により整流され、平滑器６により平滑化される。図３に実際の就寝の際の平滑器６の出力波形を示す。図より入床、寝返り、離床といった粗大な体動の場合は圧電素子２は大きな変形を受け平滑器６から大きな出力がでる。また、人体が安静状態であれば人体の心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動により平滑器６からは比較的低いレベルの出力がでる。人体が不在の場合は平滑器６の出力はゼロである。比較器７では平滑器６の出力Ｖとあらかじめ定めされた２つの設定値Ｖａ、Ｖｂとを以下のように比較、判定する。Ｖ＜Ｖａならば人体が不在であると判定する。Ｖａ≦Ｖ＜Ｖｂならば人体が安静状態で存在すると判定する。さらにＶｂ＜Ｖならば人体が体動を生起したと判定する。そして、タイマー９では比較器７で在床が判定された場合に計時動作が開始される。ただし、この計時動作は比較器７で不在または体動が判定されるとリセットされる。すなわち、タイマー９では体動静止時間が計測される。
【００１１】この体動静止時間Ｔ＝Ｔｏを入力としてファジィ推論手段１１では判定規則記憶手段１０に記憶された判定規則を参照して以下のようにしてファジィ推論により睡眠状態を判定する。まず、適合度演算手段１１ａでは体動静止時間Ｔが条件部記憶手段１０ａの判定規則の条件部に入力され、適合度が求められる。例えば図４の横軸上のＴｏに垂線を立て各関数との交点が適合度ωになる。今、表１のようになったと仮定する。
【００１２】
【表１】
【００１３】次に、求めた適合度ωを用い重み付け演算手段１１ｂにより出力部記憶手段１０ｂの判定規則の出力部に重み付け演算が行なわれる。その結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】次に重心演算手段１１ｃにより重み付けされた判定規則の出力部の関数が合成されその重心が求められる。これが入力された体動静止時間Ｔｏに対する睡眠状態Ｓになる。結果を図５に示す。
【００１６】このように人体に体動が起こった場合には前述の演算を繰り返し、睡眠状態を判定する。比較器７で人体の不在が判定された場合は睡眠状態の判定は行なわない。これにより、人体の体動といった簡単な指標により睡眠状態を判定することができるといった実用的な睡眠状態判定装置を提供できる。
【００１７】上記実施例では睡眠状態として入眠している確率すなわち睡眠段階でいうｓｔａｇｅ２である確率をとったが、判定規則を適宜変更することにより徐波睡眠（ｓｔａｇｅ３＆４）である確率、覚醒または、うとうとしている（ｓｔａｇｅ１）確率、レム睡眠である確率等も判定することができる。これにより、例えば、入眠を促進し、起床を促進するといった寝室における環境制御や居眠り防止用の製品へ応用ができ、したがって社会生活へ利用されてその貢献度が高くなるというメリットがある。
【００１８】圧電素子２は複数個使用してもよく体動を検出する精度が向上する。また、圧電素子２はマットレスの体軸方向（頭部〜足部方向）に装着してもよい。
【００１９】また、体動を検出できれば圧電素子の代わりに容量センサや重量センサといった他の感圧センサを使用してもよい。
【００２０】また、圧電素子の代わりに、図６に示すような赤外線センサ１４で体動を検出したり、超音波センサ、光センサ等により体動を検出する構成としてもよい。
【００２１】さらに、判定の精度を向上させるために、体動静止時間と他の変数、例えば人体が存在してからの経過時間と平滑器の出力レベルとの２変数を入力して睡眠状態でファジィ推論するといった構成としても良い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の睡眠状態検出装置によれば、人体の体動といった簡単な指標により睡眠状態を簡単にかつ低コストで検出できるといった効果があり、寝室の環境制御や居眠り防止等といった製品分野への応用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における睡眠状態検出装置の外観斜視図
【図２】同装置のブロック図
【図３】同装置の平滑器からの出力を示す波形図
【図４】同装置の判定規則記憶手段に用いるメンバーシップ関数を示す図
【図５】同装置の重心演算手段の演算結果を示す図
【図６】本発明の他の実施例における睡眠状態検出装置の外観斜視図
【符号の説明】
１ 体動検出手段
９ タイマー
１０ 判定規則記憶手段
１１ ファジィ推論手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】人体の体動により変形を受ける圧電素子と、前記圧電素子の出力があらかじめ定められた第１の設定値未満である場合は人体が不在であると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第１の設定値以上であり、かつ、あらかじめ定められた第２の設定値未満である場合は人体が安静状態で存在すると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第２の設定値以上である場合は人体が体動を生起したと判定する比較器とを備えた体動検出手段と、前記比較器で在床が判定されると計時動作を開始し、前記比較器で不在または体動が判定されると計時動作をリセットするタイマーと、前記タイマーからの出力を入力としてファジィ推論により睡眠状態を判定するファジィ推論手段と、前記ファジィ推論のための判定規則を記憶する判定規則記憶手段とからなる睡眠状態判定装置。
【請求項１】人体の体動により変形を受ける圧電素子と、前記圧電素子の出力があらかじめ定められた第１の設定値未満である場合は人体が不在であると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第１の設定値以上であり、かつ、あらかじめ定められた第２の設定値未満である場合は人体が安静状態で存在すると判定し、前記前記体動検出手段の出力が前記第２の設定値以上である場合は人体が体動を生起したと判定する比較器とを備えた体動検出手段と、前記比較器で在床が判定されると計時動作を開始し、前記比較器で不在または体動が判定されると計時動作をリセットするタイマーと、前記タイマーからの出力を入力としてファジィ推論により睡眠状態を判定するファジィ推論手段と、前記ファジィ推論のための判定規則を記憶する判定規則記憶手段とからなる睡眠状態判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【特許番号】第２７６８０４８号
【登録日】平成１０年（１９９８）４月１０日
【発行日】平成１０年（１９９８）６月２５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１１９７２６
【出願日】平成３年（１９９１）５月２４日
【公開番号】特開平４−３４７１３９
【公開日】平成４年（１９９２）１２月２日
【審査請求日】平成８年（１９９６）３月１３日
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【参考文献】
【文献】特開 平２−１４８１８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−２４６２７（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１０年（１９９８）４月１０日
【発行日】平成１０年（１９９８）６月２５日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）５月２４日
【公開番号】特開平４−３４７１３９
【公開日】平成４年（１９９２）１２月２日
【審査請求日】平成８年（１９９６）３月１３日
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【参考文献】
【文献】特開 平２−１４８１８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−２４６２７（ＪＰ，Ａ）
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