JP2015078839A - 物体の状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出感度を有する物体の状態検出装置を提供する。【解決手段】物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の送信機２０と、ｍ個の送信機２０から発生する電界強度を送信機ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の受信機４０と、ｍ?ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段７と、前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段８とを備える。送信機２０におけるアンテナ２１と送信回路２２のマッチング回路２４は物体の存在によって静電容量が変化する静電容量センサ２４ｂを含んで構成される。【選択図】図１

Description

この発明は特定空間における物体、つまり人や物などの特定の状態を把握するために用いられる物体の状態検出装置に関する。

図３はこの種の物体の状態検出装置の従来例として特許文献１に記載されている構成を示したものである。特定空間１の近傍にＩＤ情報付きの電磁界発生手段２が少なくとも一つ設置され、ＩＤ情報付きの電磁界発生手段２の電界強度をＩＤごとに識別しつつ測定するための電界強度測定手段４が少なくとも一つ設置される。電界強度測定手段４は情報送受信手段５を介して情報蓄積手段６に接続されている。情報蓄積手段６には特徴抽出手段７、状態識別手段８が内蔵されている。状態識別手段８は情報送信手段９を介して対処手段１０に接続されている。この例では特徴抽出手段７は特徴情報を自動的に学習するものとなっており、自動学習用のＩＤ情報付きの電磁界発生手段３が用意されている。

図４はこの物体の状態検出装置の具体的な設置状態の一例として、特許文献１に記載されている人の転倒状態の検出に適用した場合の設置状態を示したものであり、便器や洗面台が配置されている洗面所が図示されている。

ＩＤ情報付きの電磁界発生手段２は人が転倒した状態で占めると予測される空間の近傍に設置されている。電界強度測定手段４は電磁界発生手段２の電界強度を測定可能な範囲内に設置され、有利には被検出空間を電磁界発生手段２と電界強度測定手段４で挟む形で設置される。情報蓄積手段６、特徴抽出手段７、状態識別手段８、送信手段９及び対処手段１０は特定空間１の近傍に設置する必要はなく、例えば中央センタ等の離れた空間に設置される。

ＩＤ情報付きの電磁界発生手段２はアクティブ型ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグとされ、蓄積界と呼ばれる近傍界の分布状態を制御してタグ近傍の物体の影響で電磁界の放射効率が変化するようなアンテナ構造を採用している。この例ではタグはトイレの貯水槽、洗面台下の床付近の壁及び洗面所の左奥下の床付近の壁に設置されている。これらタグのＩＤを図４中に示したように、４Ｅ１５，４Ｅ１Ｆ，４Ｅ２０とする。電界強度測定手段４はタグリーダであり、情報送受信手段５であるシリアルケーブル、または有線・無線ＬＡＮ等を通じて情報蓄積手段６と接続されており、測定したタグの電界強度情報を情報蓄積手段６に送信する。

対処手段１０はランプや音声による連続もしくは断続的な発報、パソコンモニタ上へのアラーム表示等とされる。

電界強度測定手段４が出力する電界強度の値は、人が不在で、かつ水の動きが無い時、ほぼ一定の値となり、また洗面所内に人がいても静止状態である時、電界強度はほぼ一定の値となる。トイレの水を流している間はトイレの貯水槽に設置したタグ４Ｅ１５の電界強度は大きく変動する。一方、人が洗面台下付近に倒れた時、タグ４Ｅ１Ｆの電界強度は正常な状態から大きく乖離して低くなり、また人が洗面所左側に倒れた時、タグ４Ｅ２０の電界強度は正常な状態から大きく乖離して低くなる。

従って、タグ４Ｅ１Ｆについては、電界強度が正常な状態の電界強度の範囲から乖離して（逸脱して）、かつ電界強度の揺らぎが小さく、所定値以下となった時、人が洗面台下付近で倒れて動けなくなっていることを判定することができる。また、タグ４Ｅ２０についても、電界強度が正常な状態の電界強度の範囲から乖離して、かつ電界強度の揺らぎが所定値以下となった時、人が洗面所左側に倒れて動けなくなっていることを判定することができる。

上述した例では３個の電磁界発生手段２と１個の電界強度測定手段４が設けられているが、一般的に言えば、この物体の状態検出装置は、物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の電磁界発生手段２と、ｍ個の電磁界発生手段２から発生する電界強度を電磁界発生手段２ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の電界強度測定手段４を有するものとされる。

特徴抽出手段７はｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する。状態識別手段８は前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する。具体的に言えば、学習用に収集した各静止状態の特徴データからｍ×ｎ個のデータそれぞれに対して電界強度の上限値と下限値を学習し、一定期間の変動量を含む時系列データである入力特徴データが前記電界強度の上限値と下限値の間にあることで状態を識別する、あるいは前記電界強度の上限値と下限値の間にないことで状態を識別する。即ち、この物体の状態検出装置は、電界強度の時系列データから特徴抽出手段７によって状態を識別すべき静止状態を切り出し、ヒストグラムとして見ると、各静止状態（通常状態、異常状態）に対応した特徴域がヒストグラム上に存在することを活用し、それら特徴域を識別することによって物体の状態を検出するものとなっている。

特許第５１１５９９１号公報

上述したように、従来の物体の状態検出装置は、電磁界を放射するためのアンテナ構造を有し、物体が近傍に存在する場合、電磁界の自由空間への放射効率が変化することを利用し、電界強度測定手段で電界強度を測定し、電界強度の変化によって物体の状態を検出するものとなっており、検出は閾値判定にて行うものとなっていた。

従って、電磁界発生手段、電界強度測定手段及び物体の位置関係によっては、電界強度の変化率が小さくなり、検出感度が低下するといった問題があり、またアンテナ構造によってはアンテナの指向性により不感帯（不感領域）が生じるといった問題があった。

この発明の目的はこのような状況に鑑み、物体（人や物）の存在有無で、送信機（電磁界発生手段）から放射される電磁界が従来よりも格段に大きく変化するようにし、従来より検出感度を大幅に向上させた物体の状態検出装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、物体の状態検出装置は、物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の送信機と、ｍ個の送信機から発生する電界強度を送信機ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の受信機と、ｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段と、前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段とを備え、送信機におけるアンテナと送信回路のマッチング回路は物体の存在によって静電容量が変化する静電容量センサを含んで構成され、状態識別手段は、学習用に収集した各静止状態の特徴データからｍ×ｎ個のデータそれぞれに対して電界強度の上限値と下限値を学習し、一定期間の変動量を含む時系列データである入力特徴データが前記電界強度の上限値と下限値の間にあることで状態を識別する、あるいは前記電界強度の上限値と下限値の間にないことで状態を識別するものとされる。

請求項２の発明によれば、物体の状態検出装置は、物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の送信機と、ｍ個の送信機から発生する電界強度を送信機ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の受信機と、ｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段と、前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段とを備え、送信機におけるアンテナと送信回路のマッチング回路は物体の存在によってインダクタンスが変化するインダクタンスセンサを含んで構成され、状態識別手段は、学習用に収集した各静止状態の特徴データからｍ×ｎ個のデータそれぞれに対して電界強度の上限値と下限値を学習し、一定期間の変動量を含む時系列データである入力特徴データが前記電界強度の上限値と下限値の間にあることで状態を識別する、あるいは前記電界強度の上限値と下限値の間にないことで状態を識別するものとされる。

この発明によれば、送信機におけるアンテナと送信回路のマッチング回路は、物体の存在によって静電容量が変化する静電容量センサもしくは物体の存在によってインダクタンスが変化するインダクタンスセンサを含んで構成されており、物体の存在有無によってインピーダンス整合状態が変化するものとなっている。

従って、例えば物体が存在しない場合にインピーダンス整合が取れている状態とすることにより、物体が存在する場合にはインピーダンス不整合が生じ、アンテナから放射される電磁界は物体が存在しない場合に比べ、大幅に減少することになる。すなわち、物体が存在する場合には、このインピーダンス不整合による放射電磁界の減少と、物体が放射電磁界内に位置することによる放射電磁界の変化とが相俟って、受信機で測定される電界強度は物体が存在しない場合と比べ、大幅に低下するものとなっている。

よって、この発明によれば、従来の物体の状態検出装置より検出感度が大幅に向上した物体の状態検出装置を実現することができる。

この発明による物体の状態検出装置の一実施例の構成概要を示す図。 Ａは従来の送信機の構成を示す図、Ｂは図１における送信機の構成を示す図、Ｃは送信機の他の構成例を示す図。 物体の状態検出装置の従来例を示す図。 図３に示した物体の状態検出装置の設置状態の一例を示す図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１はこの発明による物体の状態検出装置の一実施例の構成概要を示したものであり、図３に示した従来の状態検出装置における電磁界発生手段２，３をそれぞれ送信機２０，３０とし、電界強度測定手段４を受信機４０とした点を除いて、従来の状態検出装置と同じ構成を有するものとなっている。従来の状態検出装置と同じ部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

送信機２０は物体が特定の状態にある時に占有する特定空間１の近傍に少なくとも一つ設置される。送信機２０が放射する電磁波には送信機２０に固有の番号情報（ＩＤ情報）が含まれているものとされる。受信機４０は送信機２０から発生する電界強度を送信機２０ごとに、つまりＩＤごとに識別しつつ測定する。この受信機４０は図３に示した従来の状態検出装置の電界強度測定手段４と同じ機能を有するものとされる。

送信機３０は図３に示した従来の状態検出装置における学習用の電磁界発生手段３に対応するもので、特徴抽出手段７が実行する特徴情報の自動学習のトリガーとなる電磁波を放射する。なお、自動学習を時刻で指定する場合、手動で指定する場合には送信機３０は使用する必要はない。

この例では送信機２０の構成に特徴を有するものとなっており、以下、この点について説明する。

まず、最初に、図３に示した従来の電磁界発生手段２，３として採用されるような送信機２０’の構成について図２Ａを参照して説明する。

送信機２０’はアンテナ２１と、送信回路２２と、アンテナ２１と送信回路２２のマッチング（インピーダンス整合）を担うマッチング回路２３とによって構成されている。送信回路２２は例えば３００ＭＨｚ帯微弱無線用ＩＣや４００ＭＨｚ帯特定小電力ＩＣ等の送受信用システムＬＳＩによって構成され、フラッシュメモリなどのメモリ２２ａを具備するものとなっている。メモリ２２ａには送信機２０’に固有のＩＤ情報が保存されている。マッチング回路２３はコイル２３ａとコンデンサ２３ｂによって構成されている。

図２Ｂは図１における送信機２０の構成を示したものである。この図２Ｂに示した送信機２０は図２Ａに示した送信機２０’とマッチング回路が異なるものとなっており、マッチング回路２４はコイル２４ａと静電容量センサ２４ｂによって構成されている。静電容量センサ２４ｂは物体の存在により物体に反応して静電容量が変化する素子である。物体が近傍に存在しない場合にはアンテナ２１と送信回路２２はマッチング回路２４によってインピーダンス整合が取れている状態とされている。

このような構成を有する送信機２０を用いることにより、物体の存在によって静電容量センサ２４ｂの静電容量が変化し、これによりインピーダンス整合状態が変化して整合状態から大きくずれるため、アンテナ２１から放射される電磁界は物体が近傍に存在する場合、大きく変化し、大幅に減少する。

従って、このインピーダンス整合状態の変化による放射電磁界の減少と、物体の存在による放射電磁界の攪乱による放射効率の変化により、物体が存在する場合、受信機４０で測定される電界強度は大幅に低下する。即ち、この例では物体が存在する時と存在しない時で電界強度が十分に区別できる程度に変化し、物体が存在する場合は受信機４０で測定される電界強度は大幅に低下するため、従来の物体の状態検出装置に比し、検出感度を著しく向上させることができる。

逆に、物体が存在する場合にインピーダンス整合条件が最適になるように準備すれば、ロジックは逆転し、物体が存在しない場合、受信機４０で測定される電界強度は低く、物体が存在する場合、受信機４０で測定される電界強度は大幅に上昇するため、従来の物体の状態検出装置に比し、検出感度を著しく向上させることができる。

上述した静電容量センサ２４ｂには例えば下記のＵＲＬに記載されているような静電容量センサを用いることができる。
＜ＵＲＬ＞ https://www.semiconportal.com/archive/editorial/technology/chips/120518-startups.html

図２Ｃは送信機の他の構成例を示したものであり、この図２Ｃに示した送信機２５は図２Ｂに示した送信機２０とマッチング回路が異なるものとなっている。送信機２５のマッチング回路２６はインダクタンスセンサ２６ａとコンデンサ２６ｂによって構成されている。インダクタンスセンサ２６ａは物体の存在により物体に反応してインダクタンスが変化する素子である。送信機２０に替えてこのような構成の送信機２５を用いることもできる。

以上、この発明の実施例について説明したが、この発明によれば、物体の存在有無によって送信機から放射される電磁界が大きく変化するため、送信機や受信機の設置位置の選択の幅が増大する。また、物体が存在しない状態で最適のインピーダンス整合を取っておくようにすれば、物体の存在によって電界強度は必ず低下するため、判断が容易となり、例えば状態判定のプログラムも単純化できる。加えて、マルチパスの悪影響も排除することができる。

１ 特定空間 ２，３ 電磁界発生手段
４ 電界強度測定手段 ５ 情報送受信手段
６ 情報蓄積手段 ７ 特徴抽出手段
８ 状態識別手段 ９ 情報送信手段
１０ 対処手段 ２０，２０’，２５，３０ 送信機
２１ アンテナ ２２ 送信回路
２２ａ メモリ ２３ マッチング回路
２３ａ コイル ２３ｂ コンデンサ
２４ マッチング回路 ２４ａ コイル
２４ｂ 静電容量センサ ２６ マッチング回路
２６ａ インダクタンスセンサ ２６ｂ コンデンサ

Claims (2)

1. 物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の送信機と、
   前記ｍ個の送信機から発生する電界強度を送信機ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の受信機と、
   ｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段と、
   前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段とを備え、
   前記送信機におけるアンテナと送信回路のマッチング回路は物体の存在によって静電容量が変化する静電容量センサを含んで構成され、
   前記状態識別手段は、学習用に収集した各静止状態の特徴データからｍ×ｎ個のデータそれぞれに対して電界強度の上限値と下限値を学習し、一定期間の変動量を含む時系列データである入力特徴データが前記電界強度の上限値と下限値の間にあることで状態を識別する、あるいは前記電界強度の上限値と下限値の間にないことで状態を識別する、ことを特徴とする物体の状態検出装置。
2. 物体が特定の状態にある時に占有する空間の近傍に設置されたｍ個（ｍ≧１）の送信機と、
   前記ｍ個の送信機から発生する電界強度を送信機ごとに識別しつつ測定するｎ個（ｎ≧１）の受信機と、
   ｍ×ｎ個の電界強度の時系列データから特徴を計算する特徴抽出手段と、
   前記特徴と学習用の各状態における特徴データから統計処理により状態を識別する状態識別手段とを備え、
   前記送信機におけるアンテナと送信回路のマッチング回路は物体の存在によってインダクタンスが変化するインダクタンスセンサを含んで構成され、
   前記状態識別手段は、学習用に収集した各静止状態の特徴データからｍ×ｎ個のデータそれぞれに対して電界強度の上限値と下限値を学習し、一定期間の変動量を含む時系列データである入力特徴データが前記電界強度の上限値と下限値の間にあることで状態を識別する、あるいは前記電界強度の上限値と下限値の間にないことで状態を識別する、ことを特徴とする物体の状態検出装置。

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