JP3922694B2 - 監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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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