JP2768024B2 - 睡眠検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は睡眠を検出する睡眠検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の睡眠検出装置は、例えば人
体の脳波や眼球運動を検出して検出信号の波形処理を行
なって入眠を判定するもの（特開昭６２−２５３０３４
号公報）や、人体の脈波を検出して検出信号の波形処理
を行なって入眠を判定するもの（特開昭６３−１５００
４７号公報）であり、いずれも図１０に示すように脳波
や眼球運動、脈波等の生体信号を検出する検出手段１
と、検出手段１からの信号を処理する信号処理手段２
と、信号処理手段２の出力により入眠を判定する判定手
段３から構成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、脳波や眼球運動、脈波等を検出する検出手
段１を直接人体の頭皮または皮膚に装着する構成である
ため、装着による違和感があり睡眠が乱されるという課
題があった。

【０００４】本発明は上記課題を解決するもので、その
第１の目的は、就寝時の人体の体動パターンを人体に非
接触で検出することにより、上記のような検出手段を人
体に装着せず非接触で容易に入眠を検出することにあ
る。

【０００５】第２の目的は、体動の大きさの個人差を考
慮し、体動を検出するための設定値を使用者が任意に設
定可能にすることにより確実に体動を検出して入眠を検
出することにある。

【０００６】第３の目的は、体動の大きさを逐次記憶す
ることにより体動を検出するための設定値を学習して確
実に体動を検出して入眠を検出することにある。

【０００７】第４の目的は、体動パターンの個人差を考
慮し、体動パターンから入眠を検出するための設定値を
使用者が任意に設定可能にすることにより確実に入眠を
検出することにある。

【０００８】第５の目的は、体動パターンを逐次記憶す
ることにより入眠を検出するための設定値を学習して確
実に入眠を検出することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明は、寝具に配設された圧電素子と、前記
圧電素子の信号のある特定の周波数成分をろ波するフィ
ルターと、前記フィルターの信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の信号を整流する整流器と、前記整流器の信
号を所定時間当り積分する積分器と、前記積分器の信号
レベルがあらかじめ定められた第１の設定値未満である
場合は前記寝具上に人体が存在しないと判定する不在判
定手段と、前記積分器の信号レベルが前記第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
である場合は前記寝具上に人体が安静状態で存在すると
判定する在床判定手段と、前記積分器の信号レベルが前
記第２の設定値以上である場合は前記寝具上で人体が体
動を生起したと判定する体動判定手段と、前記在床判定
手段の信号により計時動作を開始するとともに前記不在
判定手段または前記体動判定手段の信号により計時動作
をリセットするタイマーと、前記タイマーにより計時さ
れる計時時間があらかじめ定められた設定時間を越えれ
ば前記寝具上で人体が入眠したと判定する入眠判定手段
とから構成される。

【００１０】また第２の目的を達成するために本発明
は、前記積分器の信号レベルを表示する表示手段と、前
記表示手段に表示された内容に基づき前記第１の設定値
および前記第２の設定値を手動で設定することが可能な
設定手段を有する。

【００１１】また第３の目的を達成するために本発明
は、前記積分器の信号レベルをあらかじめ定められた周
期でサンプリングし記憶する記憶手段と、前記記憶手段
に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演算する演算
手段と、前記最小値を前記第１の設定値とし前記最大値
を前記第２の設定値とする設定手段とを有する。

【００１２】また第４の目的を達成するために本発明
は、前記設定時間を手動で変更することが可能な設定手
段を有する。

【００１３】さらに第５の目的を達成するために本発明
は、前記タイマーの計時動作が前記不在判定手段または
前記体動判定手段の信号によりリセットされる毎に前記
タイマーにより計時された計時時間を記憶する記憶手段
と、前記記憶手段に記憶された計時時間の度数分布を演
算する第１の演算手段と、前記度数分布においてある時
間Ｔまでの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定
められたある値となるよう時間Ｔを演算して求める第２
の演算手段と、一定期間毎に上記の記憶、演算動作を行
なって時間Ｔを前記設定時間として設定する設定手段と
を有する。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成によって以下のように作用す
る。ここで、寝具上に人体が存在する場合の人体の体動
を次の２つに分けて定義する。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を細体動と呼
び、入床・起床・寝返りといった身体の大きな体動を粗
体動と呼ぶ。さて上記のような細体動と粗体動により寝
具に配設された圧電素子が変形を受けると、その変形の
程度に応じて圧電素子より電圧が発生する。この出力信
号はフィルターによりろ波され、次に増幅器による増
幅、整流器による整流が行われ、さらに積分器により所
定時間当り積分される。積分器では上記のような粗体動
が生起した場合はレベルの高い出力が得られ、在床して
いて安静状態であれば上記のような細体動によりレベル
の低い出力が得られる。この事実に基づき、積分器の信
号レベルに応じて以下の判定がなされる。すなわち、積
分器の信号レベルがあらかじめ定められた第１の設定値
未満である場合は不在判定手段により寝具上に人体が存
在しないと判定される。積分器の信号レベルが第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
未満である場合は在床判定手段により寝床上に人体が安
静状態で存在すると判定される。積分器の信号レベルが
第２の設定値以上である場合は体動判定手段により前記
寝具上で人体が体動を生起したと判定される。次に、在
床判定手段の信号がある場合にはタイマーにより計時動
作が開始される。ただし、この計時動作は不在判定手段
または体動判定手段の信号によりリセットされる。そし
て、入眠判定手段ではタイマーにより計時される計時時
間があらかじめ定められた設定時間を越えれば寝具上で
人体が入眠したと判定する。

【００１５】また本発明は、表示手段に表示された前記
積分器の信号レベルに基づき前記第１の設定値および前
記第２の設定値が手動で設定される。

【００１６】また本発明は、記憶手段により前記積分器
の信号レベルが記憶されると、記憶内容の最小値と最大
値が演算され、最小値・最大値がそれぞれ前記第１の設
定値・前記第２の設定値とされる。

【００１７】また本発明は、前記設定時間が手動で変更
される。さらに本発明は、前記タイマーの計時動作が前
記不在判定手段または前記体動判定手段の信号によりリ
セットされる毎に前記タイマーにより計時された計時時
間が記憶される。そして記憶された計時時間の度数分布
が演算され、演算された度数分布において、ある時間Ｔ
までの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定めら
れたある値となるよう時間Ｔが演算され、時間Ｔが前記
設定時間として設定される。

【００１８】

【実施例】以下本発明の第１の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装着した際の
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、４は圧電素子でポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）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、図１の
ようにマットレス１５の表面に固定されてある。５は回
路ユニットで、フィルター６、増幅器７、整流器８、積
分器９、不在判定手段１０、在床判定手段１１、体動判
定手段１２、タイマー１３および入眠判定手段１４（図
１では図示せず）を内蔵している。圧電素子４と回路ユ
ニット５とはシールド線１６で接続されている。

【００１９】この実施例の構成によれば、本発明は以下
のように作用する。寝具上に人体が存在する場合、上記
のような人体の細体動と粗体動により圧電素子４が変形
を受けると、その変形の程度に応じて圧電素子４より電
圧が発生する。図３ａ、ｂに圧電素子４からの実際の出
力信号を示す。図３ａのレベルの大きな信号は入床、寝
返り、離床といった粗体動の場合のものである。図３ｂ
は図３ａの拡大波形図であるが、人体が在床していて安
静状態を維持していると細体動すなわち人体の心臓の活
動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動が図３
ｂのように圧電素子４により検出される。

【００２０】圧電素子４の出力信号はフィルター６で約
１〜約１０Hzの成分が通過され増幅器７により増幅され
た後、整流器８により整流され積分器９により所定時間
当り積分される。図４に実際に人が就寝した際の積分器
９からの出力信号を示す。同図より入床、寝返り、離床
といった粗体動が起こった場合は大きな信号がでるが、
それ以外の安静状態の場合は上記の細体動によりレベル
の低い信号が得られる。また、人体が存在しなければ信
号レベルはゼロとなる。このことに基づき、積分器９の
信号レベルに応じて以下の判定がなされる。すなわち、
積分器９の信号レベルがあらかじめ定められた第１の設
定値（図４中のＶａ）未満である場合は不在判定手段１
０によりベッド上に人体が存在しないと判定される。積
分器９の信号レベルが第１の設定値Ｖａ以上でありかつ
あらかじめ定められた第２の設定値（図４中のＶｂ）未
満である場合は在床判定手段１１によりベッド上に人体
が安静状態で存在すると判定される。積分器９の信号レ
ベルが第２の設定値Ｖｂ以上である場合は体動判定手段
１２によりベッド上で人体が粗体動を生起したと判定さ
れる。

【００２１】次に、在床判定手段１１の信号がある場合
にはタイマー１３により計時動作が開始される。ただ
し、この計時動作は不在判定手段１０または体動判定手
段１２の信号によりリセットされる。そして、入眠判定
手段１４ではタイマー１３により計時される計時時間が
あらかじめ定められた設定時間Ｔを越えればベッド上で
人体が入眠したと判定する。ここで、上記の設定時間Ｔ
を定めることに関し、発明者らは粗体動と睡眠状態との
関係について以下のような検討を行なった。すなわち、
入眠すると粗体動がなくなるといった知見に基づき、睡
眠実験により粗体動のない安静状態の継続時間とその状
態において就寝者が入眠している確率との関係を求め
た。その結果を図５に示す。同図の横軸には安静状態の
継続時間、左側縦軸には安静状態がある時間継続してい
る場合に被験者が入眠している確率をとった。また一般
に人の睡眠は、入眠するとさらに深い睡眠である徐波睡
眠に移行するがさらに時間がたつとある時点で粗体動が
起こって徐波睡眠が終了する。このことから、同図の右
側縦軸には安静状態がある時間継続した場合に粗体動が
起こり徐波睡眠が終了する確率をとった。同図より例え
ば安静状態が１５分継続すれば約８５％の確率で入眠し
ているとともに、約１０％の確率で徐波睡眠が終了して
いるということが判り、安静状態の継続時間を測ること
によって実用化に充分なレベルで入眠判定が可能となっ
た。すなわち、上記の設定時間Ｔとしては約１５分が妥
当であることが判った。

【００２２】荷物等をマットレス１４上に置くといった
場合にも圧電素子４が変形を受け電圧を発生するが、荷
物のような無生命の物体には人体の心拍や呼吸に伴う微
小な動きはないので誤動作が生じない。

【００２３】上記作用により、圧電素子により体動を人
体に非接触で検出し、安静状態の継続時間といった簡単
な変数から入眠を判定するので、従来のように脳波や眼
球運動、脈波を検出する検出手段を人体に装着せず、非
接触で容易に入眠を検出することができるといった効果
がある。

【００２４】上記実施例では圧電素子４をマットレス１
５に配設したが、上記細体動が検出できる範囲内であれ
ば、マットレス１５内部に内蔵したりベッドフレームに
配設する構成としてもよいし、さらにふとんやシーツ、
まくら等に内蔵あるいは配設できるような構成としても
よい。

【００２５】本発明の第２の実施例を以下に説明する。
本実施例が上記の実施例と相違する点は、図６に示すよ
うに、積分器９の信号レベルを表示する表示手段１７
と、表示手段１７に表示された内容に基づき前記第１の
設定値および前記第２の設定値を手動で設定することが
可能な設定手段１８を有した点にある。

【００２６】上記構成により、使用者自身が表示手段１
７に表示された積分器９の信号レベルに基づき前記第１
の設定値および前記第２の設定値を手動で設定できる。
よって細体動の大きさに個人差があっても使用者が自分
にあった設定値を選択することができるので確実に細体
動を検出して入眠を検出できるといった効果がある。

【００２７】本発明の第３の実施例を以下に説明する。
本実施例が上記の実施例と相違する点は、図７に示すよ
うに、積分器９の信号レベルをあらかじめ定められた周
期でサンプリングし記憶する記憶手段１９と、記憶手段
１９に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演算する
演算手段２０と、前記最小値を前記第１の設定値とし前
記最大値を前記第２の設定値とする設定手段２１とを有
した点にある。

【００２８】上記構成により、記憶手段１９で積分器９
の信号レベルが記憶されると、記憶内容の最小値と最大
値が演算され、最小値・最大値がそれぞれ前記第１の設
定値・前記第２の設定値とされる。上記より、細体動の
大きさに個人差があっても細体動の大きさを逐次記憶し
て細体動を検出するための設定値を学習するので確実に
細体動を検出して入眠を検出することができるといった
効果がある。

【００２９】本発明の第４の実施例を以下に説明する。
本実施例が上記の実施例と相違する点は、図８に示すよ
うに、設定時間Ｔを手動で変更することが可能な設定手
段２２を有した点にある。これにより、安静状態の継続
時間に個人差があっても使用者が自分にあった設定時間
Ｔを選択することにより確実に入眠を検出することがで
きるといった効果がある。

【００３０】本発明の第５の実施例を以下に説明する。
本実施例が上記の実施例と相違する点は図９に示すよう
に、タイマー１３の計時動作が不在判定手段１０または
体動判定手段１２の信号によりリセットされる毎にタイ
マー１３により計時された計時時間を記憶する記憶手段
２３と、記憶手段２３に記憶された計時時間の度数分布
を演算する第１の演算手段２４と、前記度数分布におい
てある時間Ｔまでの累積度数と全累積度数との比があら
かじめ定められたある値となるよう時間Ｔを演算して求
める第２の演算手段２５と、一定期間毎に上記の記憶、
演算動作を行なって時間Ｔを前記設定時間として設定す
る設定手段２６とを有する。

【００３１】上記構成により、タイマー１３の計時動作
が不在判定手段１０または体動判定手段１２の信号によ
りリセットされる毎にタイマー１３により計時された計
時時間が記憶される。そして記憶された計時時間の度数
分布が演算され、演算された度数分布において、ある時
間Ｔまでの累積度数と全累積度数との比があらかじめ定
められたある値となるよう時間Ｔが演算され、時間Ｔが
設定時間Ｔとして設定される。これにより、たとえ安静
状態の継続時間に個人差があっても、安静状態の継続時
間を逐次記憶して入眠を検出するための設定時間を学習
するので確実に入眠を検出することができるといった効
果がある。

【００３２】以上の実施例は寝具に圧電素子を配設する
ものであったが、ソファや勉強椅子等の家具に圧電素子
を配設した構成で入眠を検出してもよい。また、便座や
バスタブに圧電素子を配設した構成で入眠を検出しても
よい。

【００３３】以上、本発明の実施例について述べたが、
本発明の応用分野としては、快適な睡眠環境を実現する
ための空調機、照明機器、映像音響機器等の制御信号と
しての用途や、不眠症の治療等臨床分野での睡眠実験用
の測定機器としての用途、病院や在宅ケアにおける睡眠
管理や在床管理用の監視機器としての用途等、幅広く応
用され実用性も高い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の睡眠検出装
置によれば次の効果が得られる。

【００３５】圧電素子により体動を人体に非接触で検出
し、安静状態の継続時間といった簡単な変数から入眠を
判定するので、従来のように脳波や眼球運動、脈波を検
出する検出手段を人体に装着せず、非接触で容易に入眠
を検出することができるといった効果がある。

【００３６】また、細体動の大きさに個人差があっても
使用者が自分にあった設定値を選択することができるの
で確実に細体動を検出して入眠を検出できるといった効
果がある。

【００３７】また、細体動の大きさに個人差があっても
細体動の大きさを逐次記憶して細体動を検出するための
設定値を学習するので確実に細体動を検出して入眠を検
出することができるといった効果がある。

【００３８】また、安静状態の継続時間に個人差があっ
ても使用者が自分にあった設定時間を選択することがで
きるので確実に入眠を検出することができるといった効
果がある。

【００３９】また、安静状態の継続時間に個人差があっ
ても安静状態の継続時間を逐次記憶して入眠を検出する
ための設定時間を学習するので確実に入眠を検出するこ
とができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における睡眠検出装置の
外観斜視図

【図２】本発明の第１の実施例における睡眠判定装置の
ブロック図

【図３】（ａ）は本発明の第１の実施例における圧電素
子からの出力を示す波形図 （ｂ）は（ａ）の拡大波形図

【図４】本発明の第１の実施例における積分器からの出
力を示す波形図

【図５】安静状態の継続時間と入眠した確率との関係を
示した特性図

【図６】本発明の第２の実施例における睡眠検出装置の
外観斜視図

【図７】本発明の第３の実施例における睡眠検出装置の
ブロック図

【図８】本発明の第４の実施例における睡眠検出装置の
外観斜視図

【図９】本発明の第５の実施例における睡眠検出装置の
ブロック図

【図１０】従来の睡眠検出装置のブロック図

【符号の説明】

４ 圧電素子 ５ 回路ユニット ６ フィルター ７ 増幅器 ８ 整流器 ９ 積分器 １０ 不在判定手段 １１ 在床判定手段 １２ 体動判定手段 １３ タイマー １４ 入眠判定手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】寝具に配設された圧電素子と、前記圧電素
   子の信号のある特定の周波数成分をろ波するフィルター
   と、前記フィルターの信号を増幅する増幅器と、前記増
   幅器の信号を整流する整流器と、前記整流器の信号を所
   定時間当り積分する積分器と、前記積分器の信号レベル
   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
   前記寝具上に人体が存在しないと判定する不在判定手段
   と、前記積分器の信号レベルが前記第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
   場合は前記寝具上に人体が安静状態で存在すると判定す
   る在床判定手段と、前記積分器の信号レベルが前記第２
   の設定値以上である場合は前記寝具上で人体が体動を生
   起したと判定する体動判定手段と、前記在床判定手段の
   信号により計時動作を開始するとともに前記不在判定手
   段または前記体動判定手段の信号により計時動作をリセ
   ットするタイマーと、前記タイマーにより計時される計
   時時間があらかじめ定められた設定時間を越えれば前記
   寝具上で人体が入眠したと判定する入眠判定手段とから
   なる睡眠検出装置。
2. 【請求項２】 前記積分器の信号レベルを表示する表示
   手段と、前記表示手段に表示された内容に基づき前記第
   １の設定値および前記第２の設定値を手動で設定するこ
   とが可能な設定手段とを有した請求項１記載の睡眠検出
   装置。
3. 【請求項３】 前記積分器の信号レベルをあらかじめ定
   められた周期でサンプリングし記憶する記憶手段と、前
   記記憶手段に記憶された記憶内容の最小値と最大値を演
   算する演算手段と、前記最小値を前記第１の設定値とし
   前記最大値を前記第２の設定値とする設定手段とを有し
   た請求項１記載の睡眠検出手段。
4. 【請求項４】 前記設定時間を手動で変更することが可
   能な設定手段を有した請求項１記載の睡眠検出手段。
5. 【請求項５】 前記タイマーの計時動作が前記不在判定
   手段または前記体動判定手段の信号によりリセットされ
   る毎に前記タイマーにより計時された計時時間を記憶す
   る記憶手段と、前記記憶手段に記憶された計時時間の度
   数分布を演算する第１の演算手段と、前記度数分布にお
   いてある時間Ｔまでの累積度数と全累積度数との比があ
   らかじめ定められたある値となるよう時間Ｔを演算して
   求める第２の演算手段と、一定期間毎に上記の記憶、演
   算動作を行なって時間Ｔを前記設定時間として設定する
   設定手段とを有した請求項１記載の睡眠検出装置。