JP4058286B2 - Monitoring device - Google Patents

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【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、特に就寝者の呼吸や動き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、就寝者の状態を正確に検出するだけでなく、単純な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1は、例えば図1、図4に示すように、監視対象領域50内の監視対象物2までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサ11と;センサ11から出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置22と;前記演算された距離関連値に基づいて監視対象物2の形状変化の有無を判断する判断装置23とを備え;判断装置23は、前記距離関連値の周期的変化を検出したときに、監視対象物2に周期的な形状変化があったと判断するように構成され;判断装置23は、前記距離関連値が、第1の閾値Th 1x 以上であって、第1の閾値Th 1x より大きい値である第2の閾値Th 2x 以下のとき、監視対象物2に第1の形状変化があったと判断するように構成され;判断装置23は、前記距離関連値が、第2の閾値Th 2x より大きく、第2の閾値Th 2x より大きい値である第3の閾値Th 3x 以下のとき、監視対象物2に前記第1の形状変化とは異なる第2の形状変化があったと判断するように構成されている。ここで、請求項2に記載のように、請求項1に記載の監視装置では、典型的には、監視対象物2が就寝者であり、前記周期的な形状変化は前記就寝者の呼吸に基づくものである。また、請求項に記載のように、請求項に記載の監視装置では、前記就寝者の正常な呼吸の波形パターン及び異常な呼吸の波形パターンを保存する呼吸パターン保存部26(例えば図4参照)を備え;判断装置23(例えば図4参照)は、検出した前記距離関連値の周期的変化を呼吸パターン保存部26(例えば図4参照)に保存された呼吸パターンと照合して前記呼吸の波形のパターンを判別するように構成するとよい。監視対象物2は例えば就寝者である。
【0006】
このように構成すると、センサ11と、演算装置22と、判断装置23とを備え、判断装置23は、前記距離関連値が、第1の閾値Th1x以上であって、第1の閾値Th1xより大きい値である第2の閾値Th2x以下のとき、監視対象物2に第1の形状変化があったと判断するように構成されているので、例えば、就寝者の呼吸を検出することができる。また、判断装置23は、前記距離関連値が、第2の閾値Th2xより大きく、第2の閾値Th2xより大きい値である第3の閾値Th3x以下のとき、監視対象物2に前記第1の形状変化とは異なる第2の形状変化があったと判断するように構成されているので、例えば、就寝者の体動を検出できる。これにより、就寝者の変化を正確に検出できるだけでなく、単純な監視装置1を提供することができる。
【0007】
また請求項に記載のように、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の監視装置1では、判断装置23は、前記距離関連値が第3の閾値Th3xを越えたのちに、第1の所定時間内に監視対象物2の形状変化を検出できないとき、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。
【0008】
このように構成すると、判断装置23は、前記距離関連値が第3の閾値Th3xを越えたのちに、第1の所定時間内に監視対象物2の形状変化を検出できないとき、監視対象物2が監視対象領域50の外に出たと判断するので、例えば就寝者の離床を判断できる。
【0009】
上述のように、例えば図1、図4に示すように、本発明に係る監視装置1では、判断装置23は、前記距離関連値の周期的変化を検出したときに監視対象物2に周期的な形状変化(第3の形状変化があったと判断するように構成されている
【0010】
このように構成すると、就寝者の呼吸を正確に検出できる。また、判断装置23は、前記検出された周期的変化に基づき、前記周期的変化の周期を監視するように構成されている。なお、前記周期は就寝者の呼吸の呼吸数を含む概念である。また、監視対象物2は周期的変化をする物であり、周期的変化をする物は、人物等の動物を含む概念である。また請求項に記載のように、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の監視装置1では、判断装置23は、前記距離関連値が、第3の閾値Th3xを越えたとき、監視対象物2に第4の形状変化があったと判断するように構成するとよい。
【0011】
また請求項に記載のように、請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の監視装置1では、判断装置23は、監視対象物2の形状変化があると判断した状態が第2の所定時間継続したときに、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。
【0012】
このように構成すると、監視対象物2の形状変化があると判断した状態が第2の所定時間継続したときに、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断するので、例えば就寝者の在床を検出できる。
【0013】
また請求項に記載のように、請求項に記載の監視装置1では、判断装置23は、前記距離関連値が、第1の閾値Th1xより小さいとき監視対象物2に形状変化が無いと判断するように構成され、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断した後、さらに前記形状変化が無いと判断した状態が第3の所定時間継続したとき、監視対象物2が危険な状態であると判断するように構成するとよい。
【0014】
このように構成すると、監視対象物2が監視対象領域50内にあると判断した後、さらに前記形状変化が無いと判断した状態が第3の所定時間継続したとき、監視対象物2が危険な状態であると判断するので、例えば、就寝者の呼吸停止等の危険な状態を判断でき、信頼性が高い。
【0015】
また請求項に記載のように、請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の監視装置1では、判断装置23は、前記第2の形状変化があると判断した状態が第4の所定時間継続したとき、前記監視対象物が危険な状態であると判断するように構成するとよい。
【0016】
このように構成すると、前記第2の形状変化があると判断した状態が第4の所定時間継続したとき、前記監視対象物が危険な状態であると判断するので、例えば、就寝者が苦しんで暴れている状態等の危険な状態を判断でき、信頼性が高い
【0017】
また請求項に記載のように、請求項7又は請求項に記載の監視装置1では、警報を発する警報手段40を備え;判断装置23は、監視対象物2が危険な状態であると判断した際に、警報手段40に警報信号を送信するように構成するとよい。
【0018】
このように構成すると、警報手段40を備え、判断装置23は、監視対象物2が危険な状態であると判断した際に、警報手段40に警報信号を送信するので、例えば、就寝者が危険な状態である場合に、警報を発することができ、信頼性が高い。
【0019】
発明による監視装置1は、例えば図1、図4に示すように、監視対象領域50内の監視対象物2までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサ11と;センサ11から出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置22と;前記演算された距離関連値に基づいて監視対象物2の形状変化の有無を判断する判断装置23とを備え;判断装置23は、前記距離関連値が第3の閾値Th3xを越えたのちに、第1の所定時間内に監視対象物2の形状変化を検出できないとき、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してもよい
【0020】
このように構成すると、センサ11と、演算装置22と、判断装置23とを備えるので、センサ11から出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算し、前記演算された距離関連値に基づいて監視対象物2の形状変化の有無を判断するので、例えば就寝者の変化を検出できる。また判断装置23は、前記距離関連値が第3の閾値Th3xを越えたのちに、第1の所定時間内に監視対象物2の形状変化を検出できないとき、監視対象物2が監視対象領域50の外に出たと判断するので、例えば、就寝者の離床を検出できる。これにより、就寝者の変化を正確に検出できるだけでなく、単純な監視装置1を提供することができる。
【0021】
また請求項に記載のように、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の監視装置1では、判断装置23は、前記距離関連値が、第3の閾値Th3xを越えたとき、監視対象物2に第4の形状変化があったと判断するように構成するとよい。
【0022】
このように構成すると、前記距離関連値が、第3の閾値Th3xを越えたとき、監視対象物2に第4の形状変化があったと判断するので、例えば就寝者の起きあがり等の体動を検出できる。
【0023】
また請求項10に記載のように、請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の監視装置1では、前記演算された距離関連値は、前記変量の時間変化又は前記時間変化の絶対値であるとよい。
【0024】
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6、図7に示すように、センサ11、30aは、監視対象物2に光束を照射する光照射手段31aと、光照射手段31a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37aと、結像光学系37aによる結像位置近傍に配置され、前記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、複数の受光領域38a、38bに分割された受光面38とを有し;さらに、各受光領域38a、38bからの信号を受信し、該受信した信号に基き各受光領域38a、38bに入射する結像パターン光の強度を相互に比較し、監視対象物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39aを備えている。
【0025】
このように構成すると、センサ11、30aは、光照射手段31aと、結像光学系37aと、複数の受光領域38a、38bに分割された受光面38とを有しているので、例えば回路構成を単純化でき、安価で単純な監視装置1とすることができる。
【0026】
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、センサ11、30bは、監視対象物2に光束を照射する光照射手段31bと、光照射手段31b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37bと、結像光学系37bによる結像位置近傍に配置され、前記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36とを有し;受光手段36上に結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、監視対象物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39bを備えている。
【0027】
このように構成すると、センサ11、30bは、光照射手段31bと、結像光学系37bと、受光手段36とを有し、受光手段36上に結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、監視対象物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ので、安価で単純な監視装置1とすることができる。
また、請求項13に係る発明による監視装置1は、例えば図1、図4に示すように、監視対象領域50内の監視対象物2までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサ11と;センサ11から出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置22と;前記演算された距離関連値に基づいて監視対象物2の形状変化の有無を判断する判断装置23とを備え;判断装置23は、前記距離関連値の周期的変化を検出したときに、監視対象物2に周期的な形状変化があったと判断するように構成され;監視対象物2が就寝者であり、前記周期的な形状変化は前記就寝者の呼吸に基づくものであり;前記就寝者の正常な呼吸の波形パターン及び異常な呼吸の波形パターンを保存する呼吸パターン保存部26(例えば図4参照)を備え;判断装置23(例えば図4参照)は、検出した前記距離関連値の周期的変化を呼吸パターン保存部26(例えば図4参照)に保存された呼吸パターンと照合して前記呼吸の波形のパターンを判別するように構成され;判断装置23は、判別した前記呼吸の波形のパターンが前記異常な呼吸の波形パターンであるときに、監視対象物2が危険な状態であると判断するように構成されている。
また請求項14に記載のように、請求項13に記載の監視装置1では、警報を発する警報手段40を備え;判断装置23は、監視対象物2が危険な状態であると判断した際に、警報手段40に警報信号を送信するように構成するとよい。
【0028】
また請求項15に記載のように、請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の監視装置1では、センサ11は、複数備えるようにするとよい。このように構成すると、センサ11が複数備えられているので、より正確に就寝者の変化を検出できる。
【0029】
また上記監視装置1は、監視対象領域50内または、監視対象領域50とその近辺に存在する監視対象物2を検知する存在検知手段41を備えるようにするとよい。このように構成すると、例えば、存在検知手段41により、監視対象領域50内または、監視対象領域50とその近辺に就寝者2の存在を検出できない場合に、監視装置1の電源を切ることができるので、節電できる。
【0030】
【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。
【0031】
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1(a)中、監視対象領域としての監視領域50がベッド6の上面に設定されている。さらに、図1(b)に示すように、ベッド6上には、監視対象物としての就寝者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。即ち就寝者2がベッド6上に存在している(在床している)場合には、監視装置1は、寝具3の上面を監視している。また寝具3を使用しない場合には、監視装置1は、就寝者2の胴体部そのものを監視する。監視領域50については、図2を参照して後で説明する。
【0032】
一方、図1(a)に示すように、天井4には、監視領域50内の就寝者2までの距離と相関関係を有する変量としての距離情報を検出するセンサとしての距離センサ11が設置されている。本実施の形態では、距離センサ11は、複数である。距離情報は、本実施の形態では、距離そのものである距離値、または距離値に相当する出力値である。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。
【0033】
また、複数の距離センサ11は、筐体10を介して、天井4に設置することが好ましい。このようにすることで、複数の距離センサ11を1つずつ天井4に設置しなくても済むので、設置が簡便である。筐体10には、複数の距離センサ11が、それぞれ複数の対象点5(測距点)に対応して設置される。言い換えれば、距離センサ11は、対象点5に対応する数が設置され、さらに、それぞれが対応する対象点5に向けて設置される。対象点5については、図3を参照して後で説明する。また本実施の形態では、筐体10(距離センサ11)は、天井4に設置されているが、壁が存在する場合は、壁でもよく、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。
【0034】
また、図2に示すように、筐体10は、移動可能な、スタンド7に設置してもよい。このようにすることで、複数の距離センサ11の設置が容易になり、例えば、病院等で必要なときに必要な場所に設置できるので、簡便である。
【0035】
図3の模式的平面図を参照して、対象点5の配置例について説明する。対象点5は、監視領域50内に複数配置されている。また対象点5は、監視領域50に2列以上配置することが好ましい。図3(a)は、複数の距離センサ11に対応する複数の対象点51a〜54cが、それぞれ隣合う対象点51a〜54cと重ならないように配置されている場合を示している。
【0036】
この場合には、例えば図示のように、複数の対象点5は、監視領域50内に、ベッド6の外周部付近に対象点51a、51b、51c、54a、54b、54cが、ベッド6の中央部付近に対象点52a、52b、52c、53a、53b、53c(以下これらを区別しないときは単に対象点5という)が、お互いに重ならないように配置されている。また図示のように、対象点5は、碁盤目状に配置するとよい。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配置するいことが好ましい。配置する数は、本実施の形態では、図中4行3列(以下4×3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、あるいは2×2でもよい。
【0037】
また、このように配置すると、比較的少ない数の距離センサでも、監視領域50を広くとることができるので、効率がよい。即ち、必要な範囲の監視領域50を比較的少数の距離センサ11で監視できるので、小型で高効率な監視装置1(図1参照)とすることができる。また、距離センサ11に、後述のような光束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。
【0038】
また図3(b)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に例えば光を照射して距離を測定する照射型センサを用いた場合には、重なり合う対象点5に対応する距離センサ11が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に、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、互いに影響を受けてしまうことで、距離の測定が困難になるためである。
【0039】
また、距離センサ11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37a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11毎に異なる一定の周波数で点滅させ、併せて、その周波数のみの信号を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。
【0040】
図4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、距離を制御装置20に出力するように構成されている。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。また距離センサ11は、筐体10に4×3で設置されている。
【0041】
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5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。
【0042】
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。本実施の形態では、赤外線照射型の距離センサを用いた場合で説明する。
【0043】
以下、図6を参照して、赤外線照射型の距離センサについて説明する。ここで、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。また、赤外線距離センサ30には、複数の受光領域に分割されたフォトディテクタ(以下多分割PDという)を用いたものと、位置検出素子(以下PSDという)を用いたものがある。以下、多分割PDを用いたものを赤外線距離センサ30a、PSDを用いたものを赤外線距離センサ30bとして説明する。また、これらを特に区別しないときには単に赤外線距離センサ30という。
【0044】
まず図6のブロック図に示すように、多分割PDを用いた赤外線距離センサ30a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31aと、赤外線受光部32aと、赤外線距離センサ30a全体を制御するセンサ制御部33aを含んで構成されている。またセンサ制御部33aは、制御装置20の制御部21内(図4参照)に備えるようにしてもよい。
【0045】
赤外光照射部31aには、赤外LED34aと照射レンズ35aとが備えられており、赤外LED34aから照射された赤外光の光束(以下適宜ビームという)は照射レンズ35aを介して細い平行光束として就寝者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。また赤外線受光部32aは、赤外光照射部31a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37aと、受光レンズ37a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複数の受光領域に分割された受光面としての多分割PD38を有している。ここでは、多分割PD38の分割数は2分割として説明する(以下これを2分割PD38という)。
【0046】
さらに、赤外線距離センサ30aは、各受光領域からの信号を受信し、この受信した信号に基づき各受光領域に入射する結像パターン光の強度を相互に比較し、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39aを有している。位置情報出力部39aは、センサ制御部33a内に備えられている。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、2分割PD38に入射する光であり、結像パターンは、受光レンズ37a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】
ここで図7、8を参照して、2分割PD38について説明する。図7に示すように、2分割PD38は、2つの受光領域38a、38bに分割され、基板38c上に並列に置かれている。また分割方向は、距離変化による結像パターンの移動方向(図中左右方向)におよそ垂直な方向とする。言いかえれば、分割された受光領域38a、38bが距離変化による結像パターンの移動方向に沿って並ぶように分割される。
【0048】
受光領域38a、38bは、就寝者2で反射して受光レンズ37aにより結像された結像パターン光が受光領域38a、38b上にまたがって結像することで、それぞれの受光領域に電流が発生する。
【0049】
そして図8に示すように、受光領域38a、38bには、それぞれにI―V変換アンプ39dが接続されている。受光領域38a、38bでそれぞれに発生した電流の電流値は、それぞれI―V変換アンプ39dにより電圧値に変換され、比較回路39cに入力される。比較回路39cは、これらの比を取ることにより、結像パターンの結像位置情報即ち距離を算出する。なお、I―V変換アンプ39d、比較回路39cは、共に位置情報出力部39a内に備えられている。また2分割PD38の場合には、2分割PD38の受光面積は、略円形である結像パターンの直径(パターン径)よりも2分割PD38の受光面積が大きくなるように設定するとよい。このようにすることで、対象物の距離が変化することでパターン径が大きくなっても、結像パターンが2分割PD38上から欠けてしまうことがなく、安定かつ正確に距離を測定できる。
【0050】
ここで、2分割PD38は、結像パターン光の光量(強度)に比例して電流を発生するので、受光領域38a、38bから出力されI―V変換アンプ39dにより変換された電圧値は、基本的に受光領域38a、38bにそれぞれ結像した結像パターンの面積とみることができる。即ち、電圧値の比は、受光領域38a、38bにそれぞれ結像した結像パターンの面積比とみなせる。この面積比は、対象物の距離の変化により結像パターンが移動することで変化する。即ち面積比を結像パターンの位置相当値とみることができる。これにより、面積比即ち電圧値の比を結像パターンの結像位置情報即ち距離として用いることができる。
【0051】
ここで図9に、面積比と対象物距離の関係の一例を示す。ここでは、受光領域38a上の結像パターンを領域A、受光領域38bの結像パターンの領域Bとする。基線長は、照射レンズ35aと受光レンズ37aとの光軸間距離、ビーム光径は、照射レンズ35aより照射されるビーム光の直径、センサ設置高さは、受光レンズ37aから監視領域50(ベッド6上面)までの距離、焦点距離は、受光レンズ37aの焦点距離、像距離は、受光レンズ37aから2分割PD38の結像面までの距離である。2分割PDは、受光領域が4mm×4mm×2個のものを用いる。
【0052】
また、以上では多分割PD38の分割数は2分割として説明したが、2分割以上としてもよい。また多分割PDは、分割されていないPDを並べて配置したものでもよい。
【0053】
図10、11に示すように、ここでは、多分割PD38の分割数を4分割として説明する(以下これを4分割PD38’という)。図10に示すように、この場合には、2分割と同様に、4分割PD38’は、4つの受光領域38d、38e、38f、38gに分割され、基板38c上に並列に置かれている。4分割PD38’は、就寝者2で反射して受光レンズ37aにより結像された結像パターン光が4分割PD38’上に結像することで、それぞれの受光領域に電流が発生する。
【0054】
そして図11に示すように、受光領域38d、38e、38f、38gには、それぞれにI―V変換アンプ39dが接続されている。それぞれの受光領域に発生した電流の電流値は、それぞれI―V変換アンプ39dにより電圧値に変換され、比較回路39cに入力される。比較回路39cは、これらを比較することで、結像パターンの結像位置情報即ち距離を算出する。なお、比較回路39cでの比較は、受光領域38d、38e、38f、38gのうち出力が大きい2つの受光領域の比を取ることにより、結像パターンの結像位置情報を算出するようにするとよい。
【0055】
受光面38の分割数は、10分割以下とするのがよい。好ましくは4分割以下、最も好ましくは2分割である。分割数を制限することにより、I―V変換アンプ39d等の付属機器数を徒に増やすことなく、簡単な構造とすることができる。
【0056】
また図10に示すように、2分割より分割数の多い多分割PD38を用いた場合には、結像パターンが大きく動いて2つの受光領域からはずれるような場合、即ち測定している対象の距離が大きく変化するような場合でも、他の2つの受光領域により結像パターンの結像位置情報を算出できる。
【0057】
さらに、2分割より分割数の多い多分割PD38の場合には、1つの受光領域の距離変化による結像パターンの移動方向(図中左右方向)の幅は、パターン径よりも小さくなるように設定するとよい。これは、結像パターンが少なくとも2つの受光領域にまたがらずに1つの受光領域内に入ってしまうことで、結像パターンが移動しても電圧値の比が変化しない状況が発生しないようにするためである。即ち、このようにすることで、結像パターンが移動しても電圧値の比が変化しない状況を無くすことができ、安定かつ正確に距離を測定できる。また、受光レンズ37aにテレセントリック光学系のものを用いてもよい。この場合には、対象物の距離が変化してもパターン径が一定であることで、結像パターンの移動だけで電圧値の比が変化するので、計算を単純化することができる。テレセントリック光学系とは、絞りが対物レンズの焦点の1つにおかれている望遠鏡光学系である。また、2分割PD38を用いる場合でも上記のように受光レンズ37aにテレセントリック光学系のものを用いて構成してもよい。
以下2分割PD38を用いる場合で説明する。
【0058】
図6に戻って、赤外線距離センサ30aについてさらに説明する。受光レンズ37a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、2分割PD38上の結像パターンの大きさが適当であって、結像パターンの結像位置情報の検出に差支えない程度であればよい。
【0059】
また赤外線距離センサ30aは、赤外光照射部31a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37a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3(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30aは、赤外LED34a(光源)を一定の周波数で点滅させ、赤外光受光部32aにその周波数のみの信号を通過させ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3(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LED34aの照射のタイミングに同期させて赤外光受光部32a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。
【0060】
赤外線距離センサ30a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。また赤外線距離センサ30aは、後述のPSDを用いた赤外線距離センサ30bのPSD部分を単に2分割PD38に置き換えたものであってもよい。
【0061】
このように、赤外線距離センサ30aは、2分割PD38を用いることで、回路構成を単純化できるので、安価で、単純な監視装置とすることができる。また、特に分割数を2分割で構成することで、回路構成を大幅に単純化できるので、安価で、単純な監視装置とすることができる。
【0062】
赤外線距離センサ30aのセンサ制御部33aは、結像パターンの結像位置情報を検出する際に、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33aは、ビーム光を照射している時の2分割PD38の出力値からビーム光を照射していない時の2分割PD38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33aは、信頼性を確保するために、このような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(以下測距信号という)とする。センサ制御部33a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。
【0063】
図12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32aの受光レンズ37a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LED34aと2分割PD38との間の距離、言い換えれば、照射レンズ35aと受光レンズ37aの光軸間の距離(基線長)、bはPD38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。
【0064】
また以上では、赤外線距離センサ30a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。
【0065】
次に図13のブロック図を参照して、PSDを用いた赤外線距離センサ30bについて説明する。赤外線距離センサ30b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31b、赤外光受光部32b、赤外線距離センサ30b全体を制御するセンサ制御部33bを含んで構成されている。またセンサ制御部33bは、制御装置20の制御部21内(図4参照)に備えるようにしてもよい。
【0066】
赤外光照射部31bには、赤外LED34bと照射レンズ35bとが備えられており、赤外LED34bから照射された赤外光の光束は照射レンズ35b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。赤外光受光部32bは、赤外光照射部31b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37bと、受光レンズ37b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PSD36とを有している。さらに、赤外線距離センサ30b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39bを有している。位置情報出力部39bは、センサ制御部33b内に備えられている。ここでは、赤外光照射部31aと同様に、光束はビーム光であり、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はビーム光スポットの像として説明する。
【0067】
受光レンズ37bは、照射された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。
【0068】
図14を参照して、PSD36についてさらに説明する。図14(a)は、模式的平面図であり、図14(b)は、模式的正面断面図である。図14(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。
【0069】
また図14(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。
【0070】
赤外線距離センサ30b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39b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、照射されるビーム光は、赤外線であるので人間には見えず、不快感を与えることがない。
【0071】
赤外線距離センサ30bのセンサ制御部33b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、前述の赤外線距離センサ30aで説明した変調と同様な動作である。センサ制御部33b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。また、対象とする就寝者2までの距離値Aは、図12で説明した方法と同様にして、この測距信号値xに基づいて、三角法を用いて算出することができる。また、赤外線距離センサ30aと同様に、赤外線距離センサ30b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、距離として距離値Aそのものを出力するように構成してもよい。
【0072】
このように、赤外線距離センサ30b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。
【0073】
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。
【0074】
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。以下、赤外線距離センサ30を距離センサ11として説明する。
【0075】
図4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を備えている。制御部21は、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。さらに、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保存部25が備えられている。ここでの距離保存部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。
【0076】
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。
【0077】
さらに、監視装置1は、警報を発する警報手段としての警報装置40を備える。警報装置40は、制御部21に接続されている。警報装置40は、後述の判断部23から送信される警報信号を受信することで警報を発するように構成されている。即ち、警報装置40は、例えば判断部23により就寝者2が危険な状態にあると判断された際に警報を発するように構成される。また、警報装置40は、監視装置1の故障等の異常が発生した場合にも警報を発するように構成してもよい。このようにすることで、就寝者2が危険な状態にあることを第三者に逸早く知らせることができるので、危険な状態に迅速に対応できる。即ち、監視装置1は、監視の信頼性を高めることができる。本図では、警報装置40は、外付けとして図示してあるが内蔵としてもよい。
【0078】
また、制御装置20は、警報装置40が警報を発した場合に、インターフェイス29を介して、警報を発した旨を外部に通報するように構成するとよい。外部とは、例えば監視装置1を管理している場所、個人宅の場合には例えば居間、あるいは消防署である。また通報は、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、個人宅では、居間や他の寝室等の別の部屋への通報は、無線や電力線通信を介して行なうと良い。さらに制御装置20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。
【0079】
制御装置20は、監視領域50内または、監視領域50とその近辺に存在する就寝者2を検知する存在検知手段としての人感センサ41を備えている。人感センサ41は、例えば熱線により人体の存在を検知できる焦電センサ、超音波を用いて存在を検知する超音波センサ、画像処理による動きセンサ等を用いることができる。人感センサ41には、焦電センサを用いることが好ましい。焦電センサを用いることで、監視装置1を小型で安価に構成できる。人感センサ41は、検出レベルの絶対値では環境変化と就寝者2の存在の有無による変化との区別がつきにくいため、検出レベルの変動を捉える動きセンサとして動作する。
【0080】
人感センサ41は、筐体10に設置することが好ましい。このようにすると、監視装置1の設置作業が容易になる。また、監視装置1の小型化もできる。また人感センサ41の取り付け位置は、上記に限られるものではなく、監視領域50内または、監視領域50とその近辺に存在する就寝者2を検知できる位置であればどこでもよい。
【0081】
監視装置1は、さらに人感センサ41を備えることで、例えば人感センサ41により、監視領域50内または、監視領域50とその近辺に就寝者2の存在を検出できない場合に、監視装置1の電源を切ることができるので、節電できる。言い換えれば、即ち必要なときに監視装置1の電源を入れることができ、節電できる。また、就寝者2の動きが距離センサ11で検出されないとき、就寝者2が存在しないのか、存在しているのか、動きがないのかを判断する助けとなる。
【0082】
同様に、就寝者2が存在しているか否かを検出する装置として感圧センサ43を設置してもよい。感圧センサ43は、例えば荷重センサまたは圧力センサである。感圧センサ43は、ベッド6の就寝者2の荷重がかかる位置、例えば就寝者2の上半身側のベッド6上あるいは、上半身側のベッド6の脚部(矩形のベッド6の四隅にある)等の位置に配置するとよい。この場合には、感圧センサ43からの出力を利用することにより、例えば在床、離床の判断の信頼性が増す。
【0083】
さらに、制御部21内には、距離センサ11から出力される距離に基づいて距離関連値を演算する演算装置としての演算部22と、演算された距離関連値に基づいて就寝者2の形状変化の有無を判断する判断装置としての判断部23とを備えている。
【0084】
ここで、演算部22により演算された距離関連値は、距離の時間変化又はこの時間変化の絶対値である。なお本実施の形態では、距離関連値は、距離の時間変化の絶対値の場合で説明する。また、就寝者2の形状変化は、例えば連続的形状変化である。さらに、連続的形状変化は、周期的変化である。また周期的変化は、例えば就寝者2の呼吸である。
【0085】
距離に基づいて時間変化を演算するとは、距離センサ11から一定時間間隔で距離を取得することにより、監視時点の過去の時点に取得された距離と監視時点に取得された距離との差分を取ることにより、過去所定期間内の距離変化量を得ることである。言い換えれば、距離センサ11より取得された距離と、距離保存部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、過去所定期間内の距離変化量を得ることである。また、距離に基づいて時間変化を演算するとは、距離センサ11から一定時間間隔で距離を取得することにより、過去所定期間内に得られた距離の最大値と距離の最小値との差(Max−Min)をとることにより、過去所定期間内の距離変化量を得ることであってもよい。ここで、前者は、周期的変化の検出に適している。後者は、後述の就寝者2の呼吸か、体動か、起きあがりかを判断する場合に適している。以下、後者の距離変化量を用いる場合で説明するが、前者の距離変化量を用いてもよく、さらに、前者と後者との両方の距離変化量を用いるようにしてもよい。この場合には、後述の判断部23により、それぞれの距離変化量を選択して用いるようにする。なお、周期的変化の検出は、必ずしも距離の差分を使うを使う必要はなく、時系列的に取得した距離から周波数解析等の手段により検出することも可能である。
【0086】
ここで、距離センサ11から距離を取得する時間間隔は、例えば0.1〜3秒程度、好ましくは、0.1〜0.5秒程度とするとよい。但し、取得した距離にランダムノイズがのっているような場合には、より短い時間間隔で取得して、平均化またはフィルタリングの処理を行なうことが有効である。また、ここでの所定期間は、30秒程度、さらに好ましくは10〜20秒程度に設定するとよいが、さらに短い時間、例えば3秒程度に設定してもよい。所定期間を長めに設定した場合には、後述の判断部23による就寝者2の起きあがりの判断に有効である。所定期間を短めに設定した場合は、同様に就寝者2の体動の判断に有効である。
【0087】
また、演算部22は、第1の所定期間と、第1の所定期間より短い期間の第2の所定期間とを設定し、第1の所定期間の距離変化量と第2の所定期間の距離変化量との両方を得るようにするとよい。この場合には、上記と同様に、第1の所定期間を30秒程度、さらに好ましくは10〜20秒程度に設定し、第2の所定期間を1〜10秒程度、さらに好ましくは3〜6秒程度に設定する。このようにすることで、判断部23による判断をより正確に行うことができる。また、以上では、所定期間は時間として説明したが、取得した距離の数(例えば10コマ分)としてもよい。また、時間変化の演算は、距離センサ11毎に行なう。即ち、距離センサ11毎に距離変化量を得る。
【0088】
演算部22により、距離に基づく時間変化を演算することで得られた距離変化量は、時間方向に並べることで波形パターンを形成する。
図15に、時間変化が形成する波形パターンの例を示す。図示は、就寝者2の正常な動き、例えば図中左側から、着床、安静、寝返り、安静、起きあがり、離床の動きに対応する波形パターンである。また図示は、所定期間を15秒程度に設定した場合を示している。
【0089】
以上では、距離関連値は、距離の時間変化特にこの時間変化の絶対値として説明したが、基準位置からの距離そのものとしてもよい。この場合には、距離に基づいて距離関連値を演算するとは、一定時間間隔で、基準位置からの距離を求めることである。そして求められた距離は、時間方向に並べられる。ここで、基準位置は、例えば、ベッド6上面であるが、標準的な体型の就寝者2の胸部又は腹部上面の位置として予め設定されるものであってもよい。基準位置は、距離センサ11から基準位置までの距離として、距離保存部25内に保存するとよい。このようにすると、後述の判断部23による起き上がりの判断が容易に行なえる。
【0090】
このようにして、演算部22による演算により、距離関連値は、波形パターンを形成する。
図16に、距離関連値が形成する波形パターンの例を示す。この例は基準位置を標準的な体型の就寝者2の胸部上面の位置に設定した場合である。図示は、図15と同様な就寝者2の正常な動きに対応する波形パターンである。
以下、図15を適宜参照して、距離関連値は、距離の時間変化の場合で説明する。
【0091】
また、演算部22は、距離センサ11の出力から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、または期間平均値を算出するように構成してもよい。またこの場合には、演算部22により距離の時間変化を演算する際に、算出された距離の移動平均値、または期間平均値を、距離センサ11から出力された距離と同様に扱うものとする。言い換えれば、演算部22は、この移動平均値、または期間平均値に基づいて距離の時間変化を演算する。さらにこの移動平均値、期間平均値は、距離センサ11で算出するように構成してもよい。言い換えれば、距離センサ11は、測定した距離の移動平均値、または期間平均値を算出し、この算出結果を距離として出力するように構成してもよい。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。
【0092】
さらに、演算部22は、距離センサ11から出力される距離のうち、所定の範囲にある距離を入力するように構成してもよい。これは、例えばバンドパスフィルタ、ローパスフィルタにより容易に実施できる。このようにすることで、例えば後述の第1の閾値Th1xを低めに設定することができ、後述の判断部23による就寝者2の形状変化の有無の判断をより正確に行うことができる。
【0093】
判断部23について説明する。判断部23には、第1の閾値Th1x、第1の閾値Th1xより大きい値である第2の閾値Th2x、第2の閾値Th2xより大きい値である第3の閾値Th3xが設定されている。第1の閾値Th1xは、0.1〜3mm程度、さらに好ましくは0.1〜0.5mm程度の距離変化量に相当する値である。第2の閾値Th2xは、3〜20mm程度、さらに好ましくは5〜10mm程度の距離変化量に相当する値である。第3の閾値Th3xは、300〜700mm程度、好ましくは400〜600mm程度、さらに好ましくは450〜550mm程度の距離変化量に相当する値である。また、各閾値は、対象点5毎即ち距離センサ11毎に変えて設定してもよい。このようにすることで、監視装置1は、距離センサ11毎に適切な上記各閾値を設定でき、判断精度を向上できる。
【0094】
また、図16のように基準位置を設定した場合には、各閾値は、第1の閾値Th1xが、基準位置から0.1〜3mm程度、さらに好ましくは0.1〜0.5mm程度の距離に相当する値である。第2の閾値Th2xが、基準位置から3〜20mm程度、さらに好ましくは5〜10mm程度の距離に相当する値である。第3の閾値Th3xが、基準位置から300〜700mm程度、好ましくは400〜600mm程度、さらに好ましくは450〜550mm程度の距離に相当する値である。なお、この場合に、第1の閾値Th1x、第2の閾値Th2xについては、光束が就寝者2上に入射した位置により、基準位置の補正が必要となるが、第3の閾値Th3xについては常に一定の基準位置(例えばベッド6上面)でよく、非常に使い易い。
【0095】
判断部23は、距離の時間変化が、第1の閾値Th1x以上であって、第2の閾値Th2x以下のとき、就寝者2に第1の形状変化があったと判断するように構成されている。また、判断部23は、距離の時間変化が、第2の閾値Th2xより大きく、第3の閾値Th3x以下のとき、就寝者2に第1の形状変化とは異なる第2の形状変化があったと判断するように構成されている。第1の形状変化は、本実施の形態では、就寝者2の呼吸、異常呼吸、痙攣等を含む小さな体動である。これは、例えば図15中、153又は154の状態である。第2の形状変化は、本実施の形態では、就寝者2の寝返り等の大きな体動である。これは、例えば図15中、155の状態である。
【0096】
また、判断部23は、距離の時間変化の周期的変化を検出したときに第3の形状変化があったと判断するように構成されている。また、この判断は、第1の形状変化があると判断している状態が継続している間に行なうことが好ましい。第3の形状変化は、本実施の形態では、就寝者2の正常呼吸、周期的変化をする異常呼吸を含む呼吸である。これは、例えば図15では、154の状態である。なお、図15に示す例では、所定期間を15秒程度にとっているので、呼吸は周期的変化として現れていない。
【0097】
また判断部23は、上記周期的変化の周期、振幅を評価して、第3の形状変化があったと判断するように構成することが好ましい。周期的変化の周期、振幅を評価するとは、例えば同期性を調べることである。即ち、判断部23は、上記周期的変化と規定の変化との同期性を調べ、同期しているときに第3の形状変化があったと判断する。規定の変化とは、例えば図17を参照して後で説明する正常呼吸や異常呼吸の波形パターンである。このようにすることで、就寝者2の呼吸の有無の判断精度を向上させることができ、また、制御部21による演算の量を低減することができる。
【0098】
同期性を調べるとは、高速フーリエ変換演算等を用いて距離の時間変化の周期(周波数)の解析を行い、対象とする周期範囲(例えば呼吸の周期範囲)に存在するこの周期のスペクトルのピークが、一定以上の先鋭度であるかを評価することである。ピークの先鋭度は、対象とする周期範囲内での各スペクトルのパワーの総和または平均値に対する距離の時間変化の周期のパワーの比で評価できる。
【0099】
判断部23は、検出された周期的変化に基づき、周期的変化の周期を監視するように構成されている。周期的変化の周期を監視するとは、例えば就寝者2の単位時間当たり呼吸数を監視することである。
【0100】
判断部23は、距離の時間変化が、第3の閾値Th3xを越えたとき、就寝者2に第4の形状変化があったと判断するように構成される。第4の形状変化は、本実施の形態では、第2の形状変化よりさらに大きい就寝者2の動き、例えば起きあがり等の動きである。例えば図15では、152の状態である。
【0101】
また、判断部23は、距離の時間変化が第3の閾値Th3xを越えたのちに、第1の所定時間内に就寝者2の形状変化を検出できないとき、就寝者2が監視領域50の外に出たと判断するように構成されている。これは、例えば図15中右側、152の状態から151の状態に移行した場合である。第1の所定時間は、例えば10〜60秒程度である。このとき、さらに、152の状態から151の状態に移行した後、一定時間人感センサ41が就寝者2の存在を検出し、その後存在を検出できなくなったときに、就寝者2が監視領域50の外に出たと判断するようにしてもよい。このように、判断部23は、人感センサ41による就寝者2の存在の有無の検出と組み合わせて判断するようにしてもよい。
【0102】
また、判断部23は、距離の時間変化が第3の閾値Th3xを越える際に、ベッド6の外周部の対象点51a、51b、51c、54a、54b、54c(図3参照)に対応する距離センサ11から得られた距離の時間変化が、ベッド6の中央部の対象点52a、52b、52c、53a、53b、53c(図3参照)に対応する距離センサ11から得られた距離の時間変化よりも変化が大きいときに、就寝者2が監視領域50の外に出たと判断するようにしてもよい。このようにすると、例えば時間に関係無く、離床を判断できる。これは、就寝者2が離床する際には、基本的にベッド6の外周部分での動きが、中央部分よりも大きくなるからである。また、このようにすることで、ベッド6から就寝者2が離床するときに比較的時間がかかる場合でも、離床を判断できる。
【0103】
また判断部23は、就寝者2の形状変化があると判断した状態が第2の所定時間継続したときに、就寝者2が監視領域50内にあると判断するように構成される。即ち、就寝者2はベッド6に在床していると判断する。これは、例えば図15中左側、151の状態から152、153、154、155のいずれかの状態に移行し、この状態が第2の所定時間継続した場合である。第2の所定時間は、例えば30秒〜60秒程度とする。継続する状態は、上記の1つであってもよいし、複数の状態が順次生じてもよい。
【0104】
また、上記の判断部23による離床、在床の判断は、人感センサ41による就寝者2の存在の検出を条件としてもよい。これは、図15中、156の状態である。
【0105】
判断部23は、距離の時間変化が、第1の閾値Th1xより小さいとき就寝者2に形状変化が無いと判断するように構成され、就寝者2が監視領域50内にあると判断した後、さらに形状変化が無いと判断した状態が第3の所定時間継続したとき、就寝者2が危険な状態であると判断するように構成されている。なお、本実施の形態では、第1の閾値Th1xを設定しているのは、信号のノイズを除去するためである。
【0106】
これは、就寝者2が離床したと判断していないのにも拘らず、形状変化が無いと判断している状態が継続しているので、例えば就寝者2の呼吸が停止している、または就寝者2がベッド6から転落していると推測できるためである。また、図15では、例えば154の状態から152の状態を経ずに151の状態に移行した場合である。また、第3の所定時間継続したときとしたのは、就寝者2が正常な場合でも短時間呼吸が停止することがあるためである。第3の所定時間は、例えば60秒程度とする。
【0107】
判断部23は、第2の形状変化があると判断した状態が第4の所定時間継続したとき、就寝者2が危険な状態であると判断するように構成されている。これは、就寝者2の大きな体動が短時間ではなく、継続している場合、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ためである。図15では、155の状態が第4の所定時間継続した場合である。この判断は、例えば就寝者2が苦しんでいる暴れているときに警報を出すためのものである。第4の所定時間は、例えば60秒程度とする。
【0108】
判断部23は、ベッド6の外周部の対象点51a、51b、51c、54a、54b、54c(図3参照)で第2の形状変化があったと判断したのち、形状変化が無かったと判断したとき、就寝者2がベッド6から転落したと判断するように構成してもよい。
【0109】
また、判断部23は、就寝者2が監視領域50の外に出たと判断したときに、就寝者2が危険な状態であると判断するように構成してもよい。即ち、就寝者2が離床したと判断したときに危険な状態であると判断するように構成する。これは、監視装置1を、例えば病院や介護施設に設置した場合に、安静の必要がある就寝者2の勝手な離床、あるいは徘徊を判断するためである。また、監視装置1を個人宅(一般家庭)に設置した場合で、上記の判断が不要であれば、上記の判断部23による判断は行わないようにするとよい。
【0110】
また、判断部23は、就寝者2の呼吸数が規定の範囲にないときに、就寝者2が危険な状態であると判断するようにするとよい。ここでの規定の範囲は、例えば1分間に10〜25程度とする。
【0111】
また判断部23は、就寝者2の呼吸があったと判断しているときに、例えば、短時間に波形パターンの持つ周期が乱れたとき、又は波形パターンの持つ周期が急激に変化したときには、就寝者2が危険な状態にあると判断するようにするとよい。これは、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ためである。
【0112】
さらに、判断部23は、就寝者2が危険な状態であると判断した際に、警報装置40に警報信号を送信するように構成されている。
【0113】
以上で説明した判断部23による就寝者2の形状変化の有無の判断は、複数の距離センサ11にそれぞれ対応する距離の時間変化から総合的に形状変化の有無の判断を行うようにすることが好ましいが、例えば、特に対象点5の指定が必要ない場合には、複数の距離センサ11のうち、1つの距離センサ11を選択し、その距離の時間変化に基づいて形状変化の有無の判断を行ってもよい。
【0114】
複数の距離センサ11のうち、1つの距離センサ11を選択する場合には、例えば、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距離の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に対応する距離の時間変化に基づいて、就寝者2の形状変化の有無を判断するようにするとよい。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10数秒程度)の間で最も距離の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、対象点5に対応する距離の時間変化に反映される就寝者2の形状変化の反映のされ方が異なる。このため、判断部23は、第3の形状変化(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距離の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。
【0115】
また、時間変化の大きい距離センサ11を1つないし複数選択して、選択した距離センサ11毎にそれぞれ周波数解析を行ない、周波数スペクトルのピークが最も明瞭になっている距離センサ11の時間変化を選択してもよい。
【0116】
このように選択した距離センサ11は、就寝者2の第2の形状変化、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数秒程度で、最も距離の時間変化の変動の大きい距離センサ11が再び選択され、例えば就寝者2の呼吸が検出されるようになる。この場合、距離の時間変化が形成する波形パターンの1周期が1呼吸に対応することになる。なお、呼吸の検出には、全ての距離センサ11から取得した距離に対応する全ての時間変化の総和を用いてもよい。この場合には、位相の異なるものも加えられるため、変化が相殺されてしまう場合もあるが、上述の最大の時間変化と比較して、変化が大きい方を採用するようにするとよい。あるいは、周波数スペクトルを比較して、ピークが明瞭な方を採用すればよい。
【0117】
さらに判断部23は、複数の距離センサ11に対応する各々の距離の時間変化より、就寝者2が、移動しているのかを判断することもできる。この場合には、各対象点5の距離の時間変化の推移から判断する。例えば、外周部の対象点51a、51b、51c(図3参照)で距離の時間変化が大きく変動したのち、中央部の対象点52a、52b、52c(図3参照)で距離の時間変化が大きく変動した場合には、就寝者2がベッド6の外周部から中央部に移動していると判断できる。さらに、上記のような変動の時間差から移動速度を算出することも可能である。
【0118】
図17を参照して、正常および異常な呼吸の波形パターンの例を説明する。正常呼吸の波形パターンは、図17(a)に示したような、サインカーブ(sin)のような波形パターンである。異常な呼吸の波形パターンは、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の波形パターンである。以上に挙げた異常な呼吸の波形パターンは、例であり、これに限られるものではない。
【0119】
また、監視装置1は、記憶部24内に、上記のような、就寝者2の正常な呼吸の波形パターン及び異常な呼吸の波形パターンを保存する呼吸パターン保存部26を備えてもよい。このようにすると、就寝者2の呼吸がどのような波形パターンに属するかを容易に判断できる。さらに、呼吸パターン保存部26には、痙攣している状態の波形パターンを記憶部24に保存しておくとよい。このようにすると、判断部23は、第1の形状変化があったと判断した際に、就寝者2が痙攣している状態と検出することもできる。
【0120】
図17(b)に、Cheyne−Stokes呼吸の波形パターンを、図17(c)に中枢性過換気の呼吸の波形パターンを、図17(d)に失調性呼吸の波形パターンをそれぞれ示す。
さらに図18に、上記の異常な呼吸の波形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。
【0121】
判断部23は、上記それぞれの呼吸の波形パターンの周期(周波数)、出現回数、深浅が異なることを利用して、距離の時間変化の波形パターンが、上記いずれの呼吸の波形パターンに属するかを判別する。さらに、判断部23は、距離の時間変化が、上記異常な呼吸の波形パターンに属すると判定したときに、就寝者2が危険な状態にあると判断する。また、この判断結果を、制御部21により出力装置28から出力するようにしてもよい。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。
【0122】
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。
【0123】
また、監視装置1は、距離センサ11の他に、感圧センサ43(図4参照)を併用することで、感圧センサ43からの出力を利用することにより、例えば在床、離床の判断の信頼性が増す。
【0124】
以上のような本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るだけでなく、例えば在床、離床、呼吸停止などの就寝者2の変化を判断することができる。しかも、カメラを用いた画像処理を使用していないので、心理的に違和感もない上に、簡易な装置で高速処理が可能である。さらに、就寝者2が危険な状態にあると判断したときに、警報を発するので、迅速な救急対応が可能である。これは、監視装置1を高齢者や病人を対象に使用する場合には非常に有利である。
【0125】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、監視対象領域内の監視対象物までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサと、前記センサから出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置と、前記演算された距離関連値に基づいて前記監視対象物の形状変化の有無を判断する判断装置とを備え、前記判断装置は、前記距離関連値が、第1の閾値以上であって、前記第1の閾値より大きい値である第2の閾値以下のとき、前記監視対象物に第1の形状変化があったと判断するように構成され、前記判断装置は、前記距離関連値が、前記第2の閾値より大きく、前記第2の閾値より大きい値である第3の閾値以下のとき、前記監視対象物に前記第1の形状変化とは異なる第2の形状変化があったと判断するように構成されているので、就寝者の変化を正確に検出できるだけでなく、単純な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】図1の監視装置の筐体部分をスタンドに設置する場合を説明する模式的斜視図である。
【図3】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4】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5】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6】本発明の実施の形態で用いる2分割PDを使用した赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図7】図5の場合における、2個のPDを用いた場合を説明する模式図である。
【図8】図6の場合における、2個のPDを用いた場合を説明する概念図である。
【図9】本発明の実施の形態で用いる2分割PDを使用した赤外線距離センサを用いた場合の面積比と対象物距離との関係の一例を示す図である。
【図10】本発明の実施の形態で用いる4分割PDを説明する模式図である。
【図11】図10の場合における、4分割PDを説明する概念図である。
【図12】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13】本発明の実施の形態で用いるPSDを使用した赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図14】図13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15】本発明の実施の形態で用いる、時間変化の波形パターンの例について示した線図である。
【図16】本発明の実施の形態で用いる、基準位置からの距離変位量の波形パターンの例について示した線図である。
【図17】本発明の実施の形態で用いる、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18】図17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 天井
5 対象点
6 ベッド
7 スタンド
10 筐体
11 距離センサ
20 制御装置
21 制御部
22 演算部
23 判断部
24 記憶部
25 距離保存部
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
30a 2分割PDを用いた赤外線距離センサ
30b PSDを用いた赤外線距離センサ
31a、31b 赤外光照射部
32a、32b 赤外光受光部
33a、33b センサ制御部
36 PSD(位置検出素子)
37a、37b 受光レンズ
38 2分割PD(フォトディテクタ)
40 警報装置
41 人感センサ
50 監視領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a monitoring device that monitors a monitoring object, and more particularly to a monitoring device for monitoring changes in sleep and breathing of a sleeping person.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a monitoring device for monitoring a sleeper's respiration change, a device for monitoring a sleeper's respiration change based on a time transition of a pressure distribution detected by a load sensor or a pressure sensor has been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional apparatus as described above, the monitoring device has a very small signal to be measured, and therefore, a high-performance signal amplifier or some kind of signal processing is required to acquire and detect a stable signal. It was a complicated and large-scale system.
[0004]
Therefore, the present invention aims to provide a simple monitoring device as well as accurately detecting the state of a sleeping person.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the monitoring apparatus 1 according to the first aspect of the present invention is a variable having a correlation with the distance to the monitoring object 2 in the monitoring object region 50 as shown in FIGS. A sensor 11 that detects a distance; a computing device 22 that computes a distance-related value based on the variable output from the sensor 11; and a presence or absence of a shape change of the monitoring object 2 based on the computed distance-related value. The determination device 23 is configured to determine that the monitoring target 2 has a periodic shape change when a periodic change in the distance-related value is detected.The determination device 23 determines that the distance-related value is a first threshold Th 1x Above, the first threshold Th 1x The second threshold value Th which is a larger value 2x The monitoring object 2 is configured to determine that the first shape change has occurred in the following cases; the determination device 23 determines that the distance-related value is a second threshold Th 2x Larger, the second threshold Th 2x The third threshold value Th which is a larger value 3x The monitoring object 2 is configured to determine that a second shape change different from the first shape change has occurred at the following time.ing. Here, as described in claim 2, in the monitoring device according to claim 1,,Typely, the monitored object 2 is a sleeping person, and the periodic shape change is based on the sleeping person's breathing. Claims3As claimed in2The monitoring apparatus described in (1) includes a breathing pattern storage unit 26 (see, for example, FIG. 4) that stores the waveform pattern of normal sleep and the waveform of abnormal breathing of the sleeper; May be configured to collate the detected periodic change in the distance-related value with a respiration pattern stored in the respiration pattern storage unit 26 (see, for example, FIG. 4) to determine the respiration waveform pattern.. SupervisorThe visual target object 2 is a sleeping person, for example.
[0006]
If comprised in this way, it will be provided with the sensor 11, the arithmetic unit 22, and the judgment apparatus 23, and the judgment apparatus 23 will be the 1st threshold value Th when the said distance relevant value is.1xAbove, the first threshold Th1xThe second threshold value Th which is a larger value2xSince it is configured to determine that the monitoring object 2 has undergone the first shape change at the following time, for example, the sleep of a sleeping person can be detected. In addition, the determination device 23 determines that the distance-related value is a second threshold Th.2xLarger, the second threshold Th2xThe third threshold value Th which is a larger value3xAt the following time, since it is determined that the monitoring object 2 has a second shape change different from the first shape change, for example, the body movement of a sleeping person can be detected. Thereby, not only the change of a sleeping person can be detected accurately, but also a simple monitoring device 1 can be provided.
[0007]
  And claims4As claimed inAny one of claims 1 to 3In the monitoring device 1 described in the above, the determination device 23 determines that the distance-related value is a third threshold Th.3xWhen the shape change of the monitoring object 2 cannot be detected within the first predetermined time after exceeding the above, it may be determined that the monitoring object 2 has come out of the monitoring object region 50.
[0008]
With this configuration, the determination device 23 determines that the distance-related value is the third threshold Th.3xIf the change in the shape of the monitored object 2 cannot be detected within the first predetermined time after exceeding the threshold, it is determined that the monitored object 2 has gone out of the monitored area 50. it can.
[0009]
  Abovelike,For example, as shown in FIG. 1 and FIG.In the monitoring device 1, the determination device 23 detects a periodic change in the distance related value.Periodic shape change in monitoring object 2 (Third shape change)Configured to determine that there wasHas been.
[0010]
  If comprised in this way, a sleeper's respiration can be detected correctly. The determination device 23 is configured to monitor the period of the periodic change based on the detected periodic change. In addition, the said period is the concept containing the respiratory rate of a sleeper. Moreover, the monitoring object 2 is a thing which changes periodically, and the thing which changes periodically is a concept including animals, such as a person. And claims5As claimed inAny one of claims 1 to 4In the monitoring device 1 described in the above, the determination device 23 determines that the distance-related value is a third threshold Th.3xIt may be configured to determine that the fourth change in the shape of the monitoring object 2 has occurred when the value exceeds.
[0011]
  And claims6As claimed in1To claims5In the monitoring device 1 described in any one of the above, when the determination device 23 determines that there is a change in the shape of the monitoring object 2 for a second predetermined time, the monitoring object 2 is in the monitoring object region. It may be configured to determine that it is within 50.
[0012]
If comprised in this way, when the state judged that there exists a shape change of the monitoring target object 2 continues for the 2nd predetermined time, it will determine that the monitoring target object 2 exists in the monitoring object area | region 50, For example, a sleeper Can be detected.
[0013]
  And claims7As claimed in6In the monitoring device 1 described in the above, the determination device 23 determines that the distance-related value is a first threshold Th.1xWhen it is smaller, the monitoring object 2 is configured to determine that there is no shape change, and after determining that the monitoring object 2 is in the monitoring object region 50, a state in which it is determined that there is no further shape change is the third state. It is good to comprise so that it may judge that the monitoring target object 2 is a dangerous state when it continues for this predetermined time.
[0014]
With this configuration, when it is determined that the monitoring object 2 is in the monitoring object region 50 and the state in which it is determined that there is no change in shape continues for a third predetermined time, the monitoring object 2 is dangerous. Since it is determined that the patient is in a state, for example, a dangerous state such as a sleep stop of a sleeping person can be determined, and the reliability is high.
[0015]
  And claims8As claimed in1To claims7In the monitoring device 1 according to any one of the above, when the state in which the determination device 23 determines that there is the second shape change continues for a fourth predetermined time, the monitoring object is in a dangerous state. It is good to comprise so that it may judge.
[0016]
  If comprised in this way, when the state judged that there exists the said 2nd shape change will continue for the 4th predetermined time, it will judge that the said monitoring target object is a dangerous state, For example, a sleeping person suffers. Highly reliable because it can judge dangerous situations such as rampage.
[0017]
  And claims9As claimed in7 orClaim8The monitoring device 1 described above includes an alarm unit 40 that issues an alarm; the determination device 23 is configured to transmit an alarm signal to the alarm unit 40 when it is determined that the monitored object 2 is in a dangerous state. Good.
[0018]
If comprised in this way, it will be provided with the alarm means 40, and when the judgment apparatus 23 judges that the monitoring target object 2 is a dangerous state, since an alarm signal is transmitted to the alarm means 40, for example, a sleeper is dangerous. When it is in a bad state, an alarm can be issued and the reliability is high.
[0019]
  BookThe monitoring device 1 according to the invention includes a sensor 11 that detects a variable having a correlation with the distance to the monitoring target object 2 in the monitoring target region 50, as shown in FIGS. A calculation device 22 for calculating a distance-related value based on the variable; and a determination device 23 for determining the presence or absence of a shape change of the monitored object 2 based on the calculated distance-related value; The distance related value is a third threshold Th.3xWhen the shape change of the monitored object 2 cannot be detected within the first predetermined time after exceeding the threshold value, it is determined that the monitored object 2 has gone out of the monitored area 50May.
[0020]
If comprised in this way, since the sensor 11, the calculating device 22, and the judgment apparatus 23 are provided, a distance related value will be calculated based on the said variable output from the sensor 11, and based on the calculated distance related value Then, since the presence or absence of the shape change of the monitoring object 2 is determined, for example, a change in the sleeping person can be detected. Further, the determination device 23 determines that the distance related value is a third threshold Th.3xWhen the shape change of the monitored object 2 cannot be detected within the first predetermined time after exceeding, it is determined that the monitored object 2 has gone out of the monitored area 50. It can be detected. Thereby, not only the change of a sleeping person can be detected accurately, but also a simple monitoring device 1 can be provided.
[0021]
  And claims5As claimed in1 to 4In the monitoring device 1 according to any one of the above, the determination device 23 determines that the distance-related value is a third threshold Th.3xIt may be configured to determine that the fourth change in the shape of the monitoring object 2 has occurred when the value exceeds.
[0022]
If comprised in this way, the said distance relevant value will be 3rd threshold value Th.3xWhen it exceeds, it is determined that the fourth change in the shape of the monitored object 2 has occurred, so that it is possible to detect body movements such as rising of a sleeping person, for example.
[0023]
  And claims10Claims 1 to9In the monitoring device 1 according to any one of the above, the calculated distance-related value may be a time change of the variable or an absolute value of the time change.
[0024]
  And claims11Claims 1 to10In the monitoring device 1 described in any one of the above, for example, as illustrated in FIGS. 6 and 7, the sensors 11 and 30 a include a light irradiation unit 31 a that irradiates the monitoring target 2 with a light beam and a light irradiation unit 31 a. An image forming optical system 37a for forming an image of the light irradiation pattern generated on the monitoring object 2, and an image forming optical system 37a arranged in the vicinity of an image forming position by the image forming optical system 37a. A light receiving surface 38 that is divided into a plurality of light receiving areas 38a and 38b for receiving image pattern light; and further receives signals from the light receiving areas 38a and 38b, and each light receiving area based on the received signals. A position information output device 39a configured to compare the intensities of the image forming pattern light incident on 38a and 38b with each other and output the image forming position information of the image forming pattern corresponding to the distance to the monitoring object 2 is provided. I have.
[0025]
If comprised in this way, since the sensors 11 and 30a have the light irradiation means 31a, the imaging optical system 37a, and the light-receiving surface 38 divided | segmented into the some light-receiving area 38a, 38b, it is a circuit structure, for example The monitoring device 1 can be made inexpensive and simple.
[0026]
  And claims12Claims 1 to10In the monitoring device 1 described in any one of the above, the sensors 11 and 30b include the light irradiation unit 31b that irradiates the monitoring target 2 with a light beam, and the light irradiation generated on the monitoring target 2 by the light irradiation unit 31b. An imaging optical system 37b that forms an image of the pattern, and a light receiving means 36 that is disposed in the vicinity of the imaging position by the imaging optical system 37b and receives the imaging pattern light by the image of the imaged light irradiation pattern. Yes, based on the imaging position of the imaging pattern light imaged on the light receiving means 36, the imaging position information of the imaging pattern corresponding to the distance to the monitoring object 2 is output. A position information output device 39b is provided.
[0027]
  If comprised in this way, the sensors 11 and 30b have the light irradiation means 31b, the imaging optical system 37b, and the light-receiving means 36, and the imaging position of the imaging pattern light imaged on the light-receiving means 36 Since the imaging position information of the imaging pattern corresponding to the distance to the monitoring object 2 is output based on the above, it is possible to make the monitoring apparatus 1 inexpensive and simple.
  Claims13As shown in FIGS. 1 and 4, for example, the monitoring device 1 according to the invention relates to a sensor 11 that detects a variable having a correlation with the distance to the monitoring target 2 in the monitoring target region 50; A calculation device 22 for calculating a distance-related value based on the variable to be determined; and a determination device 23 for determining the presence or absence of a shape change of the monitored object 2 based on the calculated distance-related value; Is configured to determine that there is a periodic shape change in the monitored object 2 when a periodic change in the distance-related value is detected; the monitored object 2 is a sleeper, and the periodic object The shape change is based on the sleep of the sleeper; and includes a breathing pattern storage unit 26 (see, for example, FIG. 4) that stores the sleeper's normal breath waveform pattern and abnormal breath waveform pattern; 23 ( For example, in FIG. 4, the detected periodic change in the distance-related value is compared with the respiratory pattern stored in the respiratory pattern storage unit 26 (for example, see FIG. 4) to determine the pattern of the respiratory waveform. Configured; the determination device 23 is configured to determine that the monitored object 2 is in a dangerous state when the determined respiration waveform pattern is the abnormal respiration waveform pattern.
  And claims14As claimed in13The monitoring device 1 described above includes an alarm unit 40 that issues an alarm; the determination device 23 is configured to transmit an alarm signal to the alarm unit 40 when it is determined that the monitored object 2 is in a dangerous state. Good.
[0028]
  And claims15Claims 1 to14In the monitoring device 1 described in any one of the above, it is preferable to provide a plurality of sensors 11. If comprised in this way, since the sensor 11 is provided with two or more, the change of a sleeper can be detected more correctly.
[0029]
In addition, the monitoring device 1 may include presence detection means 41 that detects the monitoring target object 2 existing in or near the monitoring target area 50. If comprised in this way, when the presence detection means 41 cannot detect presence of the sleeping person 2 in the monitoring object area | region 50 or the monitoring object area | region 50 and its vicinity, the power of the monitoring apparatus 1 can be turned off, for example. So you can save power.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol or a similar code | symbol is attached | subjected to the mutually same or equivalent member, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0031]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a monitoring device 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1A, a monitoring area 50 as a monitoring target area is set on the upper surface of the bed 6. Further, as shown in FIG. 1B, a sleeping person 2 as a monitoring object lies on the bed 6. Further, a bedding 3 is further hung on the sleeping person 2 and covers a part of the sleeping person 2 and a part of the bed 6. That is, when the sleeping person 2 is present on the bed 6 (is present), the monitoring device 1 monitors the upper surface of the bedding 3. When the bedding 3 is not used, the monitoring device 1 monitors the body part of the sleeping person 2 itself. The monitoring area 50 will be described later with reference to FIG.
[0032]
On the other hand, as shown in FIG. 1A, a distance sensor 11 is installed on the ceiling 4 as a sensor for detecting distance information as a variable having a correlation with the distance to the sleeping person 2 in the monitoring area 50. ing. In the present embodiment, there are a plurality of distance sensors 11. In the present embodiment, the distance information is a distance value that is the distance itself, or an output value corresponding to the distance value. Hereinafter, these are simply referred to as distances. Hereinafter, embodiments will be described in terms of distance.
[0033]
The plurality of distance sensors 11 are preferably installed on the ceiling 4 via the housing 10. By doing so, it is not necessary to install the plurality of distance sensors 11 on the ceiling 4 one by one, so that the installation is simple. A plurality of distance sensors 11 are installed in the housing 10 corresponding to a plurality of target points 5 (ranging points). In other words, the distance sensor 11 is installed in the number corresponding to the target point 5 and further installed toward the corresponding target point 5. The target point 5 will be described later with reference to FIG. In the present embodiment, the casing 10 (distance sensor 11) is installed on the ceiling 4. However, if there is a wall, it may be a wall, and the installation location is appropriately determined according to the purpose and specifications of the monitoring device. It's okay.
[0034]
Further, as shown in FIG. 2, the housing 10 may be installed on a movable stand 7. By doing in this way, installation of a plurality of distance sensors 11 becomes easy. For example, it can be installed at a necessary place when necessary in a hospital or the like, which is convenient.
[0035]
An example of the arrangement of the target points 5 will be described with reference to the schematic plan view of FIG. A plurality of target points 5 are arranged in the monitoring area 50. The target points 5 are preferably arranged in two or more rows in the monitoring area 50. FIG. 3A shows a case where the plurality of target points 51a to 54c corresponding to the plurality of distance sensors 11 are arranged so as not to overlap with the adjacent target points 51a to 54c, respectively.
[0036]
In this case, for example, as shown in the drawing, a plurality of target points 5 are located in the monitoring area 50 in the vicinity of the outer periphery of the bed 6, and the target points 51 a, 51 b, 51 c, 54 a, 54 b, 54 c are located in the center of the bed 6. Near the part, the target points 52a, 52b, 52c, 53a, 53b, 53c (hereinafter simply referred to as the target point 5 when not distinguished from each other) are arranged so as not to overlap each other. Moreover, as shown in the figure, the target points 5 are preferably arranged in a grid pattern. The plurality of target points 5 are preferably arranged in a range that covers the positions that the abdomen, chest, back, and shoulders of the sleeping person 2 on the bed 6 (bedding 3) can take during sleeping. In the present embodiment, the number to be arranged is 4 rows and 3 columns (hereinafter referred to as 4 × 3) in the figure, but may be appropriately determined depending on conditions such as a place to be monitored and a sleeping person 2, for example, 3 × 3, It may be 4 × 4 or 2 × 2.
[0037]
Further, with this arrangement, the monitoring area 50 can be widened even with a relatively small number of distance sensors, so that the efficiency is high. That is, since the monitoring area 50 in a necessary range can be monitored by a relatively small number of distance sensors 11, the monitoring apparatus 1 (see FIG. 1) having a small size and high efficiency can be obtained. Further, even when an irradiation type sensor that measures the distance by irradiating a light flux as described later is used as the distance sensor 11, the distance sensor 11 corresponding to the adjacent target point 5 does not irradiate simultaneously as described later. Thus, the monitoring apparatus 1 can be configured more simply.
[0038]
Moreover, as shown in the arrangement example of FIG. 3B, adjacent target points 5 may overlap. In this way, the blind spots in the monitoring area 50 can be reduced, which is effective for more accurate monitoring. At this time, when an irradiation type sensor that irradiates light to the distance sensor 11 and measures the distance, for example, it is necessary to control the distance sensor 11 corresponding to the overlapping target points 5 not to irradiate simultaneously. This is because, for example, when irradiation light is irradiated from a plurality of distance sensors 11 at the same time, the irradiation light irradiated from other distance sensors 11 is mixed with the irradiation light that should originally be received and is influenced by each other. This is because it becomes difficult to measure the distance.
[0039]
In addition, the distance sensor 11 is configured so that the wavelength of the light beam to be projected is different for each sensor as will be described later, and at the same time, transmission corresponding to the beam light projected to the light receiving lens 37a described later by means such as coating. When the wavelength band is allowed to pass, it is not necessary to control so that the adjacent target points 5 do not irradiate even if they overlap. In addition, when the distance sensor 11 blinks the light source of the light flux to be radiated at a constant frequency different for each distance sensor 11, and a signal having only that frequency is provided with an electrical bandpass filter described later. Therefore, it is not necessary to perform control so as not to irradiate simultaneously even if adjacent target points 5 overlap.
[0040]
An example of the configuration of the monitoring device 1 will be described with reference to FIG. The monitoring device 1 includes a housing 10 in which a plurality of distance sensors 11 are installed, and a control device 20. The control device 20 is typically a personal computer or a microcomputer. The plurality of distance sensors 11 are connected to the control device 20 and configured to output the distance to the control device 20. The distance may be acquired from each distance sensor 11 in time series. Moreover, although the distance sensor 11 and the control apparatus 20 are shown as separate bodies in the drawing, they may be configured as a single unit. The distance sensor 11 is installed in the housing 10 in 4 × 3.
[0041]
Typically, the distance sensor 11 is installed in parallel with the housing 10, but the housing 10 may be curved like a housing 10 ′ shown in the schematic diagram of FIG. 5. In this case, the distance sensor 11 is installed along this curve. By using such a casing 10 ′, it is possible to easily ensure a wide monitoring area 50 even if it is downsized. Further, even if the housing 10 'is small, it is possible to easily install the distance sensor 11 so that the adjacent target points 5 do not overlap, so that the device can be downsized.
[0042]
Here, the distance sensor 11 will be further described. Examples of the distance sensor 11 to be used include an infrared irradiation type distance sensor, an ultrasonic sensor, an electromagnetic pulse distance sensor, and a passive optical distance sensor. Among these, an infrared irradiation type distance sensor, an ultrasonic sensor, and an electromagnetic pulse distance sensor are irradiation type sensors. Further, as described above, it is preferable to use a relatively simple and inexpensive distance sensor 11 as used in an autofocus camera, for example. By using such a distance sensor 11, the monitoring device 1 can be configured simply and inexpensively. In this embodiment, a case where an infrared irradiation type distance sensor is used will be described.
[0043]
Hereinafter, an infrared irradiation type distance sensor will be described with reference to FIG. Here, an infrared irradiation type distance sensor 30 (hereinafter referred to as an infrared distance sensor 30) as an example of the distance sensor 11 will be described. The infrared distance sensor 30 is a so-called active optical sensor. In addition, the infrared distance sensor 30 includes one using a photodetector (hereinafter referred to as multi-segment PD) divided into a plurality of light receiving regions and one using a position detection element (hereinafter referred to as PSD). Hereinafter, an infrared distance sensor 30a using a multi-segment PD and an infrared distance sensor 30b using a PSD will be described. When these are not particularly distinguished, they are simply referred to as an infrared distance sensor 30.
[0044]
First, as shown in the block diagram of FIG. 6, the infrared distance sensor 30 a using the multi-segment PD includes an infrared light irradiation unit 31 a as a light irradiation unit that irradiates the sleeping person 2 with a light beam, an infrared light reception unit 32 a, A sensor control unit 33a that controls the entire infrared distance sensor 30a is included. The sensor control unit 33a may be provided in the control unit 21 of the control device 20 (see FIG. 4).
[0045]
The infrared light irradiation unit 31a is provided with an infrared LED 34a and an irradiation lens 35a, and a light beam of infrared light irradiated from the infrared LED 34a (hereinafter referred to as an appropriate beam) is thinly parallel through the irradiation lens 35a. The sleeping person 2 is irradiated as a luminous flux. Here, the parallel light flux only needs to be substantially parallel, and includes a nearly parallel light flux. The infrared light receiving unit 32a includes a light receiving lens 37a as an image forming optical system for forming an image of a light irradiation pattern generated on the sleeping person 2 by the infrared light irradiating unit 31a, and the vicinity of an image forming position by the light receiving lens 37a. And a multi-segment PD 38 as a light-receiving surface divided into a plurality of light-receiving regions that receive the imaging pattern light based on the image of the light irradiation pattern that has been formed. Here, the description will be made assuming that the number of divisions of the multi-division PD 38 is two divisions (hereinafter referred to as “two-division PD 38”).
[0046]
Further, the infrared distance sensor 30a receives a signal from each light receiving area, compares the intensity of the image pattern light incident on each light receiving area based on the received signal, and corresponds to the distance to the sleeping person 2. A position information output unit 39a serving as a position information output device configured to output image position information of an image forming pattern to be output. The position information output unit 39a is provided in the sensor control unit 33a. Here, the light beam is, for example, beam light, and the light irradiation pattern by the light beam is a beam light spot. The imaging pattern light is the light incident on the two-divided PD 38 out of the reflected light from the sleeping person 2 of the beam light spot generated on the sleeping person 2, and the imaging pattern is imaged by the light receiving lens 37a. It is the image of the beam light spot produced | generated on the sleeping person 2 made. That is, here, the imaging pattern is a substantially circular image.
[0047]
Here, the two-divided PD 38 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 7, the two-divided PD 38 is divided into two light receiving regions 38a and 38b and placed in parallel on the substrate 38c. The dividing direction is a direction approximately perpendicular to the moving direction of the imaging pattern due to the change in distance (the left-right direction in the figure). In other words, the divided light receiving regions 38a and 38b are divided so as to be aligned along the moving direction of the imaging pattern due to the change in distance.
[0048]
In the light receiving areas 38a and 38b, the imaging pattern light reflected by the sleeping person 2 and imaged by the light receiving lens 37a forms an image across the light receiving areas 38a and 38b, thereby generating a current in each light receiving area. To do.
[0049]
As shown in FIG. 8, an IV conversion amplifier 39d is connected to each of the light receiving regions 38a and 38b. The current values of the currents generated in the light receiving regions 38a and 38b are converted into voltage values by the IV conversion amplifier 39d, respectively, and input to the comparison circuit 39c. The comparison circuit 39c calculates the imaging position information, that is, the distance of the imaging pattern by taking these ratios. The IV conversion amplifier 39d and the comparison circuit 39c are both provided in the position information output unit 39a. In the case of the two-divided PD 38, the light receiving area of the two-divided PD 38 may be set so that the light receiving area of the two-divided PD 38 is larger than the diameter (pattern diameter) of the substantially circular imaging pattern. In this way, even if the pattern diameter is increased by changing the distance of the object, the image formation pattern is not lost from the two-segment PD 38, and the distance can be measured stably and accurately.
[0050]
Here, since the two-divided PD 38 generates a current in proportion to the amount of light (intensity) of the imaging pattern light, the voltage value output from the light receiving regions 38a and 38b and converted by the IV conversion amplifier 39d is the basic value. Thus, it can be regarded as the area of the image formation pattern formed on the light receiving regions 38a and 38b. That is, the ratio of the voltage values can be regarded as the area ratio of the image formation pattern formed on the light receiving regions 38a and 38b. This area ratio changes when the imaging pattern moves due to a change in the distance of the object. That is, the area ratio can be regarded as a value corresponding to the position of the imaging pattern. Thereby, the area ratio, that is, the voltage value ratio can be used as the imaging position information, that is, the distance of the imaging pattern.
[0051]
FIG. 9 shows an example of the relationship between the area ratio and the object distance. Here, the imaging pattern on the light receiving area 38a is defined as area A and the imaging pattern area B of the light receiving area 38b. The base line length is the distance between the optical axes of the irradiation lens 35a and the light receiving lens 37a, the beam light diameter is the diameter of the beam light irradiated from the irradiation lens 35a, and the sensor installation height is from the light receiving lens 37a to the monitoring region 50 (bed 6 upper surface) and the focal distance are the focal distance of the light receiving lens 37a, and the image distance is the distance from the light receiving lens 37a to the imaging surface of the two-part PD 38. As the two-segment PD, one having a light receiving area of 4 mm × 4 mm × 2 is used.
[0052]
In the above description, the number of divisions of the multi-division PD 38 has been described as two divisions, but may be two or more divisions. The multi-divided PD may be one in which non-divided PDs are arranged side by side.
[0053]
As shown in FIGS. 10 and 11, here, the description will be made assuming that the number of divisions of the multi-division PD 38 is four (hereinafter, this is referred to as 4-division PD 38 '). As shown in FIG. 10, in this case, similarly to the two divisions, the four division PD 38 'is divided into four light receiving regions 38d, 38e, 38f, and 38g and placed in parallel on the substrate 38c. In the 4-split PD 38 ′, the imaging pattern light reflected by the sleeping person 2 and imaged by the light receiving lens 37 a forms an image on the 4-split PD 38 ′, thereby generating a current in each light receiving area.
[0054]
As shown in FIG. 11, an IV conversion amplifier 39d is connected to each of the light receiving regions 38d, 38e, 38f, and 38g. The current value of the current generated in each light receiving region is converted into a voltage value by the IV conversion amplifier 39d and input to the comparison circuit 39c. The comparison circuit 39c calculates the image formation position information, that is, the distance of the image formation pattern by comparing these. In the comparison by the comparison circuit 39c, it is preferable to calculate the imaging position information of the imaging pattern by taking the ratio of the two light receiving areas with large outputs among the light receiving areas 38d, 38e, 38f, and 38g. .
[0055]
The number of divisions of the light receiving surface 38 is preferably 10 divisions or less. Preferably it is 4 divisions or less, most preferably 2 divisions. By limiting the number of divisions, a simple structure can be achieved without increasing the number of attached devices such as the IV conversion amplifier 39d.
[0056]
Also, as shown in FIG. 10, when a multi-segment PD 38 having a larger number of divisions than two divisions is used, the imaging pattern moves greatly and deviates from the two light receiving areas, that is, the distance of the object being measured. Even when the value changes greatly, the imaging position information of the imaging pattern can be calculated from the other two light receiving regions.
[0057]
Further, in the case of a multi-segment PD 38 having a larger number of divisions than two divisions, the width in the moving direction of the imaging pattern (the left-right direction in the figure) due to the change in the distance of one light receiving region is set to be smaller than the pattern diameter. Good. This is because an image forming pattern does not extend over at least two light receiving areas but enters one light receiving area, so that a situation in which the ratio of voltage values does not change even if the image forming pattern moves is prevented. It is to do. That is, by doing so, it is possible to eliminate the situation where the ratio of the voltage values does not change even if the imaging pattern moves, and the distance can be measured stably and accurately. In addition, a telecentric optical system may be used as the light receiving lens 37a. In this case, since the pattern diameter is constant even if the distance of the object changes, the voltage value ratio changes only by moving the imaging pattern, so that the calculation can be simplified. A telecentric optical system is a telescope optical system in which a diaphragm is placed at one of the focal points of an objective lens. Even when the two-segment PD 38 is used, the light receiving lens 37a may be configured using a telecentric optical system as described above.
Hereinafter, the case where the two-divided PD 38 is used will be described.
[0058]
Returning to FIG. 6, the infrared distance sensor 30a will be further described. The light receiving lens 37a is coated so as to transmit only light in the wavelength band of the irradiated light beam. Therefore, the position can be detected with little influence of disturbance light. In the above description, the light beam is a thin parallel light beam. However, it may be a substantially parallel light beam, and may be a light beam diffused or converged to some extent. In this case, the size of the image formation pattern on the two-divided PD 38 may be appropriate and may be sufficient to detect the image formation position information of the image formation pattern.
[0059]
Further, the infrared distance sensor 30a may be configured such that the wavelength of the beam light projected by the infrared light irradiation unit 31a is different for each sensor. In this case, the transmission wavelength band of the coating applied to the light receiving lens 37a is also set to the transmission wavelength band corresponding to the light beam to be projected. As a result, even when the adjacent beam lights described in FIG. 3B overlap, there is no influence of the beam light of the adjacent sensor, and it is not necessary to control not to irradiate simultaneously. Can be simplified. In addition, the infrared distance sensor 30a may include an electrical bandpass filter that causes the infrared LED 34a (light source) to blink at a constant frequency and allows the infrared light receiving unit 32a to pass a signal of only that frequency. Thereby, the influence of disturbance light can be reduced. Further, by changing the modulation frequency for each sensor, even when the light beams described with reference to FIG. 3B overlap, it is not affected by the light beams of the adjacent sensors. As a result, even if the light beams overlap, it is not necessary to control so that they are not irradiated simultaneously, and the monitoring device can be simplified. Furthermore, it is also preferable to perform synchronous detection in which the polarity of the amplifier of the infrared light receiving unit 32a is switched in synchronization with the irradiation timing of the infrared LED 34a.
[0060]
The infrared distance sensor 30a is not visible to humans and does not give unpleasant feeling by using infrared rays as the beam light to be irradiated. In addition, the infrared distance sensor 30a may be obtained by simply replacing the PSD portion of an infrared distance sensor 30b using a PSD described later with a two-part PD 38.
[0061]
Thus, since the infrared distance sensor 30a can simplify the circuit configuration by using the two-divided PD 38, the infrared distance sensor 30a can be an inexpensive and simple monitoring device. In particular, by configuring the number of divisions in two, the circuit configuration can be greatly simplified, so that a simple and inexpensive monitoring device can be obtained.
[0062]
The sensor control unit 33a of the infrared distance sensor 30a performs modulation in order to distinguish from disturbance light when detecting the imaging position information of the imaging pattern. The modulation is, for example, an operation in which light beam emission (irradiation) is repeatedly stopped periodically. In this case, the light emission of the beam light may be stopped, for example, by stopping the light emission of the light source, or by stopping the light shielding plate or the slit. Further, in addition to the above-mentioned modulation, the output of the beam light may be changed depending on the intensity of disturbance light. Then, the sensor control unit 33a calculates an output value obtained by subtracting the output value of the two-divided PD 38 when not irradiating the beam light from the output value of the two-divided PD 38 when irradiating the beam light. Further, in order to ensure reliability, the sensor control unit 33a performs such an operation a plurality of times, and uses the average output value as imaging position information (hereinafter referred to as a distance measurement signal) of the imaging pattern. The sensor control unit 33a outputs the distance measurement signal value x, which is the value of the distance measurement signal, to the control device 20 as a distance.
[0063]
As shown in the schematic diagram of FIG. 12, the distance value A to the target sleeping person 2 can be calculated by the following formula using triangulation based on the distance measurement signal value x.
A = f × w / (x−b) (1)
When f is a single lens, the light receiving lens 37a of the infrared light receiving unit 32a is a focal length of the lens. The distance (base line length) between the optical axes of the lenses 37a, b indicates a bias value depending on the arrangement of the light receiving elements of the PD 38. Further, the focal length here is the focal length of the combination lens when a commonly used combination lens is used. When calculating the distance value A as described above, the distance value A may be calculated by the control unit 21 of the control device 20.
[0064]
In the above description, the infrared distance sensor 30a outputs the distance measurement signal value x as the distance. However, the infrared distance sensor 30a may be configured to output the distance value A itself calculated by the above method as the distance.
[0065]
Next, an infrared distance sensor 30b using PSD will be described with reference to the block diagram of FIG. The infrared distance sensor 30b includes an infrared light irradiation unit 31b as a light irradiation unit that irradiates the sleeper 2 with a light beam, an infrared light receiving unit 32b, and a sensor control unit 33b that controls the entire infrared distance sensor 30b. ing. The sensor control unit 33b may be provided in the control unit 21 of the control device 20 (see FIG. 4).
[0066]
The infrared light irradiation unit 31b includes an infrared LED 34b and an irradiation lens 35b, and the infrared light beam emitted from the infrared LED 34b sleeps as a thin parallel light beam through the irradiation lens 35b. Person 2 is irradiated. The infrared light receiving unit 32b includes a light receiving lens 37b as an imaging optical system that forms an image of a light irradiation pattern generated on the sleeping person 2 by the infrared light irradiation unit 31b, and an imaging position by the light receiving lens 37b. It has a one-dimensional PSD 36 as a light receiving means which is disposed in the vicinity and receives the image forming pattern light by the image of the light irradiation pattern formed. Further, the infrared distance sensor 30b is configured to output the imaging position information of the imaging pattern corresponding to the distance to the sleeping person 2 based on the imaging position of the imaging pattern light imaged on the PSD 36. The position information output unit 39b as a position information output device is provided. The position information output unit 39b is provided in the sensor control unit 33b. Here, similarly to the infrared light irradiation unit 31a, the light beam is a beam light, and the light irradiation pattern by the light beam is a beam light spot. The imaging pattern will be described as an image of a beam light spot.
[0067]
The light receiving lens 37b is coated so as to transmit only light in the irradiated wavelength band. Therefore, the position can be detected with little influence of disturbance light. In the above description, the light beam is a thin parallel light beam. However, it may be a substantially parallel light beam, and may be a light beam diffused or converged to some extent. In this case, the size of the pattern light on the PSD 36, which will be described later, may be appropriate and may be sufficient to supplement the position of the center of gravity.
[0068]
The PSD 36 will be further described with reference to FIG. FIG. 14A is a schematic plan view, and FIG. 14B is a schematic front sectional view. As shown in FIG. 14A, the PSD 36 has a light receiving area larger than that of the image formation pattern, and a required distance measurement range in the moving direction of the image formation pattern due to a change in distance (left and right in the figure). The length is such that the image formation pattern does not protrude due to the movement of the image formation pattern.
[0069]
As shown in FIG. 14B, the PSD 36 includes a P-type layer 36a on the surface that receives the flat-plate silicon imaging pattern light, an N-type layer 36b on the surface opposite to the P-type layer 36a, and a P-type layer. The I layer 36c is located between the 36a and the N layer 36b. The image formation pattern formed on the PSD 36 is converted into photoelectric and is divided and output from the electrodes 36d attached to both ends of the P layer 36a as photocurrent.
[0070]
The infrared distance sensor 30b outputs the barycentric position of the imaging pattern as the imaging position information of the imaging pattern by calculating the output signal of the photocurrent output from both ends of the PSD 36 by the position information output unit 39b. Thus, the distance to the sleeping person 2 can be measured. Moreover, since the irradiated light beam is infrared, it is not visible to humans and does not cause discomfort.
[0071]
The sensor control unit 33b of the infrared distance sensor 30b performs modulation to distinguish from disturbance light when the PSD 36 detects the position of the center of gravity of the imaging pattern. The modulation is the same operation as the modulation described in the infrared distance sensor 30a. In order to ensure reliability, the sensor control unit 33b performs a modulation operation a plurality of times, and uses the average output value as a center-of-gravity supplement signal (hereinafter referred to as a distance measurement signal) that is image formation position information of the image formation pattern. The sensor control unit 33 outputs the distance measurement signal value x, which is the value of the distance measurement signal, to the control device 20 as a distance. Further, the distance value A to the target sleeping person 2 can be calculated using the trigonometric method based on the distance measurement signal value x in the same manner as the method described in FIG. Further, like the infrared distance sensor 30a, the infrared distance sensor 30b has been described with respect to the case where the distance measurement signal value x is output as the distance, but the distance value A itself may be output as the distance.
[0072]
Thus, since the infrared distance sensor 30b can be simply configured by using the PSD 36, it can be an inexpensive and simple monitoring device.
[0073]
The distance measurement signal value x output from each infrared distance sensor 30 is modulated as described above. However, the influence of ambient light still remains slightly and fluctuates. In order to absorb this variation, the distance measurement signal values x acquired in time series are averaged to obtain data at that time. This data may be an average value of the distance value A calculated from the distance measurement signal value x, or may be an average value of the height H2 or the depth L1 that is an average value of the height H1 calculated from the distance value A described later. A certain depth L2 may be used. There are various ways of averaging, but a predetermined time interval may be determined in advance, the data between them may be averaged, or the number to be averaged in advance and the moving average value calculated in time series But you can. In the former case, the number of data is small, and it is suitable for grasping a rough state. In the latter case, the number of data is slightly increased, but a fine behavior can be followed.
[0074]
As described above, the distance of the sleeping person 2 can be acquired by using any of the above-described distance sensors as the distance sensor 11 of the monitoring device 1. That is, the distance of the sleeping person 2 can be measured. Hereinafter, the infrared distance sensor 30 will be described as the distance sensor 11.
[0075]
Returning to FIG. 4, the monitoring device 1 will be further described. The control device 20 includes a control unit 21. The control unit 21 controls the entire monitoring device 1. The plurality of distance sensors 11 are connected to the control unit 21 and controlled. A storage unit 24 is connected to the control unit 21 and can store data such as calculated information. Further, the storage unit 24 includes a distance storage unit 25 that stores the distance output from the distance sensor 11 in time series. Here, the distance stored in the distance storage unit 25 in time series may be a distance at a past time point of the monitoring time point, and may be a distance acquired one frame earlier, for example.
[0076]
Further, an input device 27 for inputting information for operating the monitoring device 1 and an output device 28 for outputting a result processed by the monitoring device 1 are connected to the control unit 21. The input device 27 is, for example, a touch panel, a keyboard, or a mouse, and the output device 28 is, for example, a display or a printer. Although the input device 27 and the output device 28 are illustrated as being externally attached to the control device 20 in this figure, they may be built in. Further, the input device 27 may be, for example, a switch that can start and release monitoring, and the output device 28 may be, for example, an LED as an operation indicator. In this way, the monitoring device 1 can be simply configured.
[0077]
Furthermore, the monitoring device 1 includes an alarm device 40 as alarm means for issuing an alarm. The alarm device 40 is connected to the control unit 21. The alarm device 40 is configured to issue an alarm by receiving an alarm signal transmitted from the determination unit 23 described later. That is, the alarm device 40 is configured to issue an alarm when the determination unit 23 determines that the sleeping person 2 is in a dangerous state, for example. Further, the alarm device 40 may be configured to issue an alarm even when an abnormality such as a failure of the monitoring device 1 occurs. By doing so, it is possible to promptly notify a third party that the sleeping person 2 is in a dangerous state, and therefore it is possible to quickly cope with the dangerous state. That is, the monitoring device 1 can improve monitoring reliability. In this figure, the alarm device 40 is illustrated as being externally attached, but may be provided internally.
[0078]
In addition, the control device 20 may be configured to notify the outside that the alarm has been issued via the interface 29 when the alarm device 40 issues an alarm. The outside is, for example, a place where the monitoring device 1 is managed, and in the case of a private house, for example, a living room or a fire department. In addition, the notification is based on, for example, the intensity of light including voice, characters, symbols, room lighting, or vibration. The interface 29 has a function of connecting to a communication line such as a general telephone line, an ISDN line, a PHS line, or a mobile phone line. In a private house, reporting to another room such as a living room or another bedroom may be performed via wireless or power line communication. Furthermore, the control device 20 may be provided with a voice output function, and may notify the third party by voice that the sleeping person is in a dangerous state via the interface 29.
[0079]
The control device 20 includes a human sensor 41 as presence detection means for detecting a sleeping person 2 existing in or near the monitoring area 50. As the human sensor 41, for example, a pyroelectric sensor that can detect the presence of a human body using heat rays, an ultrasonic sensor that detects the presence using ultrasonic waves, a motion sensor using image processing, or the like can be used. The human sensor 41 is preferably a pyroelectric sensor. By using the pyroelectric sensor, the monitoring device 1 can be configured to be small and inexpensive. The human sensor 41 operates as a motion sensor that captures fluctuations in the detection level because the absolute value of the detection level is difficult to distinguish between environmental changes and changes due to the presence or absence of the sleeping person 2.
[0080]
The human sensor 41 is preferably installed in the housing 10. If it does in this way, installation work of monitoring device 1 will become easy. Further, the monitoring device 1 can be downsized. Further, the attachment position of the human sensor 41 is not limited to the above, and may be any position as long as it can detect the sleeping person 2 existing in or near the monitoring area 50.
[0081]
The monitoring apparatus 1 further includes a human sensor 41. For example, when the human sensor 41 cannot detect the presence of the sleeping person 2 in the monitoring area 50 or in the vicinity of the monitoring area 50, the monitoring apparatus 1 Power can be saved because the power can be turned off. In other words, that is, when necessary, the monitoring device 1 can be turned on to save power. Further, when the movement of the sleeping person 2 is not detected by the distance sensor 11, it helps to determine whether the sleeping person 2 is not present, is present, or is not moving.
[0082]
Similarly, the pressure sensor 43 may be installed as a device that detects whether or not the sleeping person 2 is present. The pressure sensor 43 is, for example, a load sensor or a pressure sensor. The pressure-sensitive sensor 43 is located on the bed 6 on the bed 6 on the upper body side of the bed 6 or the legs of the bed 6 on the upper body side (in the four corners of the rectangular bed 6). It is good to arrange at the position. In this case, by using the output from the pressure-sensitive sensor 43, for example, the reliability of determining whether the user is in bed or out of bed increases.
[0083]
Furthermore, in the control part 21, the calculating part 22 as a calculating device which calculates a distance related value based on the distance output from the distance sensor 11, and the shape change of the sleeping person 2 based on the calculated distance related value And a determination unit 23 as a determination device for determining the presence or absence of the.
[0084]
Here, the distance-related value calculated by the calculation unit 22 is a time change in distance or an absolute value of this time change. In the present embodiment, the distance-related value will be described in the case of the absolute value of the time change of the distance. The shape change of the sleeping person 2 is, for example, a continuous shape change. Furthermore, the continuous shape change is a periodic change. The periodic change is, for example, the sleep of the sleeping person 2.
[0085]
The time change is calculated based on the distance by obtaining the distance from the distance sensor 11 at regular time intervals, thereby obtaining a difference between the distance acquired at the past monitoring time and the distance acquired at the monitoring time. Thus, the distance change amount in the past predetermined period is obtained. In other words, by obtaining the difference between the distance acquired from the distance sensor 11 and the distance stored in the distance storage unit 25 in time series, the distance change amount in the past predetermined period is obtained. The calculation of the time change based on the distance means that the distance between the maximum distance value and the minimum distance value obtained in the past predetermined period by acquiring the distance from the distance sensor 11 at a constant time interval (Max). -Min) may be used to obtain a distance change amount within a predetermined period in the past. Here, the former is suitable for detecting a periodic change. The latter is suitable for determining whether the sleeping person 2 described later is breathing, moving, or getting up. Hereinafter, although the case of using the latter distance change amount will be described, the former distance change amount may be used, and further, both the former and latter distance change amounts may be used. In this case, each determination unit 23 selects and uses each distance change amount. It is not always necessary to use a difference in distance to detect a periodic change, and it is also possible to detect the change from a distance acquired in time series by means such as frequency analysis.
[0086]
Here, the time interval for acquiring the distance from the distance sensor 11 is, for example, about 0.1 to 3 seconds, and preferably about 0.1 to 0.5 seconds. However, when there is random noise over the acquired distance, it is effective to perform acquisition or averaging processing at shorter time intervals. Further, the predetermined period here is set to about 30 seconds, more preferably about 10 to 20 seconds, but may be set to a shorter time, for example, about 3 seconds. When the predetermined period is set longer, it is effective for the determination unit 23 described later to determine whether the sleeping person 2 is up. When the predetermined period is set to be short, it is effective for determining the body movement of the sleeping person 2 in the same manner.
[0087]
Further, the calculation unit 22 sets a first predetermined period and a second predetermined period that is shorter than the first predetermined period, and the distance change amount of the first predetermined period and the distance of the second predetermined period It is advisable to obtain both the amount of change. In this case, similarly to the above, the first predetermined period is set to about 30 seconds, more preferably about 10 to 20 seconds, and the second predetermined period is set to about 1 to 10 seconds, more preferably 3 to 6 seconds. Set to about seconds. By doing in this way, judgment by judgment part 23 can be performed more correctly. In the above description, the predetermined period is described as time, but it may be the number of acquired distances (for example, 10 frames). Further, the calculation of the time change is performed for each distance sensor 11. That is, a distance change amount is obtained for each distance sensor 11.
[0088]
The distance change amount obtained by calculating the time change based on the distance by the calculation unit 22 forms a waveform pattern by arranging in the time direction.
FIG. 15 shows an example of a waveform pattern formed by a time change. The figure shows a waveform pattern corresponding to the normal movement of the sleeping person 2, for example, the movement of landing, resting, turning over, resting, getting up, and getting out of bed from the left side in the figure. The figure shows the case where the predetermined period is set to about 15 seconds.
[0089]
In the above description, the distance-related value has been described as the time change of the distance, particularly the absolute value of this time change, but may be the distance itself from the reference position. In this case, calculating the distance-related value based on the distance means obtaining the distance from the reference position at regular time intervals. The obtained distances are arranged in the time direction. Here, the reference position is, for example, the upper surface of the bed 6, but may be set in advance as the position of the upper surface of the chest or abdomen of the sleeper 2 having a standard body shape. The reference position may be stored in the distance storage unit 25 as a distance from the distance sensor 11 to the reference position. In this way, it is possible to easily determine the rising by the determination unit 23 described later.
[0090]
In this way, the distance-related value forms a waveform pattern by the calculation by the calculation unit 22.
FIG. 16 shows an example of a waveform pattern formed by distance-related values. In this example, the reference position is set to the position of the upper surface of the chest of the sleeper 2 having a standard body shape. The figure shows a waveform pattern corresponding to the normal movement of the sleeper 2 as in FIG.
Hereinafter, with reference to FIG. 15 as appropriate, the distance-related value will be described in the case of a time change of the distance.
[0091]
Further, the calculation unit 22 may be configured to calculate a moving average value or a period average value of the distance acquired from the output of the distance sensor 11 in the past certain number of times or acquired in the past certain period. In this case, when calculating the time change of the distance by the calculation unit 22, the moving average value or the period average value of the calculated distance is handled in the same manner as the distance output from the distance sensor 11. . In other words, the calculation unit 22 calculates the time change of the distance based on the moving average value or the period average value. Further, the moving average value and the period average value may be calculated by the distance sensor 11. In other words, the distance sensor 11 may be configured to calculate a moving average value or a period average value of the measured distance and output the calculation result as a distance. By doing so, random noise and sudden noise caused by sunlight flickering through the window can be reduced, and erroneous determination of peak positions and zero cross positions (intersections where signs are reversed) can be reduced. .
[0092]
Further, the calculation unit 22 may be configured to input a distance within a predetermined range among the distances output from the distance sensor 11. This can be easily performed by, for example, a band pass filter or a low pass filter. In this way, for example, a first threshold Th described later1xCan be set lower, and the determination unit 23 described below can more accurately determine whether or not the sleeping person 2 has a shape change.
[0093]
The determination unit 23 will be described. The determination unit 23 includes a first threshold Th1x, First threshold Th1xThe second threshold value Th which is a larger value2x, Second threshold Th2xThe third threshold value Th which is a larger value3xIs set. First threshold Th1xIs a value corresponding to a distance variation of about 0.1 to 3 mm, more preferably about 0.1 to 0.5 mm. Second threshold Th2xIs a value corresponding to a distance variation of about 3 to 20 mm, more preferably about 5 to 10 mm. Third threshold Th3xIs a value corresponding to a distance variation of about 300 to 700 mm, preferably about 400 to 600 mm, and more preferably about 450 to 550 mm. Each threshold value may be set differently for each target point 5, that is, for each distance sensor 11. By doing in this way, monitoring device 1 can set up each above-mentioned threshold appropriate for every distance sensor 11, and can improve judgment accuracy.
[0094]
Further, when the reference position is set as shown in FIG. 16, each threshold value is the first threshold value Th.1xIs a value corresponding to a distance of about 0.1 to 3 mm, more preferably about 0.1 to 0.5 mm from the reference position. Second threshold Th2xIs a value corresponding to a distance of about 3 to 20 mm, more preferably about 5 to 10 mm from the reference position. Third threshold Th3xIs a value corresponding to a distance of about 300 to 700 mm, preferably about 400 to 600 mm, more preferably about 450 to 550 mm from the reference position. In this case, the first threshold Th1x, Second threshold Th2xWith respect to, the reference position needs to be corrected depending on the position where the luminous flux is incident on the sleeping person 2, but the third threshold Th3xIs always a fixed reference position (for example, the upper surface of the bed 6) and is very easy to use.
[0095]
The determination unit 23 determines that the time change of the distance is the first threshold Th.1xAbove, the second threshold Th2xAt the following time, the sleeper 2 is configured to determine that the first shape change has occurred. In addition, the determination unit 23 determines that the time change of the distance is the second threshold Th.2xLarger, the third threshold Th3xAt the following time, the sleeper 2 is determined to have a second shape change different from the first shape change. In the present embodiment, the first shape change is a small body movement including breathing, abnormal breathing, convulsions and the like of the sleeping person 2. This is, for example, the state 153 or 154 in FIG. In the present embodiment, the second shape change is a large body movement such as the sleeping person 2 turning over. This is, for example, the state 155 in FIG.
[0096]
Moreover, the determination part 23 is comprised so that it may be judged that there existed the 3rd shape change, when the periodic change of the time change of distance was detected. Further, this determination is preferably performed while the state in which it is determined that there is a first shape change continues. In the present embodiment, the third shape change is a breath including normal breathing of the sleeper 2 and abnormal breathing that periodically changes. This is, for example, the state 154 in FIG. In the example shown in FIG. 15, since the predetermined period is about 15 seconds, respiration does not appear as a periodic change.
[0097]
Further, it is preferable that the determination unit 23 is configured to evaluate the period and amplitude of the periodic change and determine that there is a third shape change. Evaluating the period and amplitude of the periodic change is, for example, examining the synchrony. That is, the determination unit 23 checks the synchronism between the periodic change and the specified change, and determines that there is a third shape change when the synchronization is synchronized. The prescribed change is a waveform pattern of normal breathing or abnormal breathing described later with reference to FIG. By doing in this way, the judgment precision of the sleeper 2 presence / absence of breathing can be improved, and the amount of calculation by the control unit 21 can be reduced.
[0098]
Examining synchrony means analyzing the period (frequency) of time variation of distance using fast Fourier transform operation etc., and peaking the spectrum of this period existing in the target period range (for example, the period range of respiration) Is to evaluate whether the sharpness is a certain level or more. The sharpness of the peak can be evaluated by the ratio of the period power of the time change of the distance to the sum or average value of the power of each spectrum within the target period range.
[0099]
The determination unit 23 is configured to monitor the period of the periodic change based on the detected periodic change. Monitoring the period of the periodic change is, for example, monitoring the respiratory rate per unit time of the sleeping person 2.
[0100]
The determination unit 23 determines that the time change of the distance is the third threshold Th.3xWhen it exceeds, the sleeper 2 is configured to determine that the fourth shape change has occurred. In the present embodiment, the fourth shape change is a movement of the sleeping person 2 that is larger than the second shape change, for example, a movement such as getting up. For example, in FIG.
[0101]
Further, the determination unit 23 determines that the time change of the distance is the third threshold Th.3xWhen the change in shape of the sleeping person 2 cannot be detected within the first predetermined time after exceeding the predetermined time, it is determined that the sleeping person 2 has gone out of the monitoring area 50. This is the case, for example, when the state on the right side in FIG. The first predetermined time is, for example, about 10 to 60 seconds. At this time, after shifting from the state of 152 to the state of 151, the human sensor 41 detects the existence of the sleeping person 2 for a certain period of time, and when the existence of the sleeping person 2 cannot be detected thereafter, the sleeping person 2 You may make it judge that it went out of. As described above, the determination unit 23 may make a determination in combination with the detection of the presence or absence of the sleeping person 2 by the human sensor 41.
[0102]
Further, the determination unit 23 determines that the time change of the distance is the third threshold Th.3xOver time, the time variation of the distance obtained from the distance sensor 11 corresponding to the target points 51a, 51b, 51c, 54a, 54b, 54c (see FIG. 3) on the outer periphery of the bed 6 When the change is larger than the time change of the distance obtained from the distance sensor 11 corresponding to the target points 52a, 52b, 52c, 53a, 53b, 53c (see FIG. 3), the sleeper 2 is outside the monitoring area 50. You may make it judge that it came out. In this way, it is possible to determine getting out of bed regardless of time, for example. This is because when the sleeper 2 gets out of the bed, basically the movement of the outer periphery of the bed 6 is larger than that of the central portion. In addition, by doing in this way, it is possible to determine whether to get out of bed even when it takes a relatively long time when the sleeper 2 leaves the bed 6.
[0103]
The determination unit 23 is configured to determine that the sleeping person 2 is in the monitoring area 50 when the state in which the sleeping person 2 is determined to have a shape change continues for the second predetermined time. That is, it is determined that the sleeping person 2 is in the bed 6. This is the case, for example, when the state of 151 on the left side in FIG. 15 is shifted to any of 152, 153, 154, and 155 and this state continues for a second predetermined time. The second predetermined time is, for example, about 30 seconds to 60 seconds. The continuing state may be one of the above, or a plurality of states may occur sequentially.
[0104]
In addition, the determination of getting out of bed or bed presence by the determination unit 23 may be based on detection of the presence of the sleeping person 2 by the human sensor 41. This is the state 156 in FIG.
[0105]
The determination unit 23 determines that the time change of the distance is the first threshold Th.1xWhen the sleeper 2 is smaller, the sleeper 2 is determined to have no shape change, and after determining that the sleeper 2 is in the monitoring area 50, the state in which it is determined that there is no further shape change continues for a third predetermined time. Then, the sleeper 2 is determined to be in a dangerous state. In the present embodiment, the first threshold Th1xIs set to remove signal noise.
[0106]
This is because the state in which it is determined that there is no change in shape despite the fact that the sleeper 2 has not left the bed has continued, for example, the sleep of the sleeper 2 has stopped, or This is because it can be estimated that the sleeper 2 has fallen from the bed 6. Further, in FIG. 15, for example, the state is changed from the state 154 to the state 151 without passing through the state 152. Further, the reason for continuing for the third predetermined time is that breathing may stop for a short time even when the sleeping person 2 is normal. The third predetermined time is, for example, about 60 seconds.
[0107]
The determination unit 23 is configured to determine that the sleeper 2 is in a dangerous state when the state in which it is determined that there is a second shape change continues for a fourth predetermined time. This is because when the large body movement of the sleeping person 2 continues for a short period of time, it can be assumed that the sleeping person 2 suffers for some reason and is rampant. FIG. 15 shows a case where the state 155 continues for a fourth predetermined time. This determination is for issuing an alarm when, for example, the sleeper 2 is suffering and is rampant. The fourth predetermined time is, for example, about 60 seconds.
[0108]
When the determination unit 23 determines that there is no shape change after determining that there is a second shape change at the target points 51a, 51b, 51c, 54a, 54b, 54c (see FIG. 3) on the outer peripheral portion of the bed 6 The sleeper 2 may be determined to have fallen from the bed 6.
[0109]
The determination unit 23 may be configured to determine that the sleeper 2 is in a dangerous state when it is determined that the sleeper 2 has moved out of the monitoring area 50. That is, it is configured to determine that it is a dangerous state when it is determined that the sleeper 2 has left the bed. This is because, when the monitoring device 1 is installed, for example, in a hospital or a nursing facility, it is determined whether the sleeping person 2 who needs to rest is free from bed or a trap. In addition, when the monitoring device 1 is installed in a private house (general household) and the above determination is unnecessary, the determination by the determination unit 23 may not be performed.
[0110]
The determination unit 23 may determine that the sleeper 2 is in a dangerous state when the respiratory rate of the sleeper 2 is not within a specified range. The specified range here is, for example, about 10 to 25 per minute.
[0111]
Further, when the determination unit 23 determines that the sleeper 2 has breathed, for example, when the period of the waveform pattern is disturbed in a short time, or when the period of the waveform pattern changes abruptly, It may be determined that the person 2 is in a dangerous state. This is because it can be presumed that the disease is, for example, lung disease such as spontaneous pneumothorax, bronchial asthma, heart disease such as congestive heart failure, or cerebrovascular disease such as cerebral hemorrhage.
[0112]
Further, the determination unit 23 is configured to transmit an alarm signal to the alarm device 40 when it is determined that the sleeper 2 is in a dangerous state.
[0113]
The determination of the presence or absence of the shape change of the sleeping person 2 by the determination unit 23 described above may be made by comprehensively determining the presence or absence of the shape change from the time change of the distance corresponding to each of the plurality of distance sensors 11. Although it is preferable, for example, when it is not particularly necessary to specify the target point 5, one distance sensor 11 is selected from the plurality of distance sensors 11, and the presence / absence of the shape change is determined based on the time change of the distance. You may go.
[0114]
When one distance sensor 11 is selected from among the plurality of distance sensors 11, for example, the distance sensor 11 having the largest time variation of the distance in the past fixed time is selected from the plurality of distance sensors 11. The presence or absence of the shape change of the sleeping person 2 may be determined based on the time change of the distance corresponding to the selected distance sensor 11. In this case, as a method for selecting the distance sensor 11, the distance sensor 11 having the largest variation in the time variation of the distance during the past several respiratory cycles (several seconds to about 10 to several seconds) of the sleeping person 2 is selected. The method is effective. This is because the shape change of the sleeping person 2 reflected in the time change of the distance corresponding to the target point 5 differs depending on the position of the target point 5 corresponding to each of the plurality of distance sensors 11. For this reason, in order to detect a minute change such as the third shape change (respiration), the determination unit 23 selects the distance sensor 11 corresponding to the time change of the distance accurately reflecting the change. This is because it is effective.
[0115]
One or more distance sensors 11 having a large time change are selected, frequency analysis is performed for each selected distance sensor 11, and the time change of the distance sensor 11 in which the peak of the frequency spectrum is the clearest is selected. May be.
[0116]
The distance sensor 11 selected in this way may change due to the second shape change of the sleeping person 2, for example, by turning over and moving, but in such a case, after being in a resting state. In about several seconds, the distance sensor 11 having the largest variation in the time variation of the distance is selected again, and for example, the sleep of the sleeping person 2 is detected. In this case, one cycle of the waveform pattern formed by the time change of the distance corresponds to one breath. In addition, you may use the sum total of all the time changes corresponding to the distance acquired from all the distance sensors 11 for the detection of respiration. In this case, since those with different phases are also added, the change may be canceled out. However, it is preferable to adopt the one having the larger change compared to the above-described maximum time change. Alternatively, the frequency spectrum may be compared and the one with a clear peak may be employed.
[0117]
Furthermore, the determination part 23 can also determine whether the sleeper 2 is moving from the time change of each distance corresponding to the plurality of distance sensors 11. In this case, the determination is made from the transition of the time change of the distance of each target point 5. For example, after the time change of the distance greatly fluctuates at the target points 51a, 51b, 51c (see FIG. 3) in the outer peripheral portion, the time change of the distance becomes large at the target points 52a, 52b, 52c (see FIG. 3) in the central portion. When it fluctuates, it can be determined that the sleeper 2 is moving from the outer peripheral portion of the bed 6 to the central portion. Furthermore, it is also possible to calculate the moving speed from the time difference of fluctuation as described above.
[0118]
With reference to FIG. 17, examples of normal and abnormal respiration waveform patterns will be described. The waveform pattern of normal breathing is a waveform pattern such as a sine curve (sin) as shown in FIG. Abnormal respiration waveform patterns are, for example, when there is a physiological disorder in the body, such as Cheyne-Stokes breathing, central hyperventilation, ataxic breathing, or Kussmul's breathing. It is a waveform pattern of respiration that is thought to occur. The abnormal respiration waveform pattern given above is an example, and the present invention is not limited to this.
[0119]
Further, the monitoring device 1 may include a respiration pattern storage unit 26 that stores the normal respiration waveform pattern and the abnormal respiration waveform pattern of the sleeper 2 as described above in the storage unit 24. In this way, it is possible to easily determine what waveform pattern the sleeping person 2 breaths belong to. Further, the breathing pattern storage unit 26 may store a waveform pattern in a state of spasm in the storage unit 24. If it does in this way, when it will be judged that the judgment part 23 had the 1st shape change, it can also detect that the sleeper 2 is having the convulsions.
[0120]
FIG. 17B shows a waveform pattern of Cheyne-Stokes respiration, FIG. 17C shows a waveform pattern of respiration of central hyperventilation, and FIG. 17D shows a waveform pattern of ataxic respiration.
Further, FIG. 18 shows a disease name or a disease location when the abnormal respiration waveform pattern is generated.
[0121]
The determining unit 23 uses the fact that the period (frequency), the number of appearances, and the depth of each respiration waveform pattern are different to determine which respiration waveform pattern belongs to which respiration waveform pattern. Determine. Further, the determination unit 23 determines that the sleeper 2 is in a dangerous state when it is determined that the time change of the distance belongs to the abnormal respiratory waveform pattern. The determination result may be output from the output device 28 by the control unit 21. The output contents are the detected respiratory rate and frequency of movement of the sleeper 2, the name of the abnormal breathing pattern, the disease name, the diseased organ, and the disease location that are considered to cause the breathing.
[0122]
In the above description, a plurality of distance sensors 11 have been described. However, a single distance sensor 11 may be used. In this case, the monitoring device 1 can be simplified and downsized. The monitoring device 1 can perform high-speed processing because the number of outputs from the distance sensor 11 to be processed decreases.
[0123]
In addition to the distance sensor 11, the monitoring device 1 uses the pressure sensor 43 (see FIG. 4) in combination, and uses the output from the pressure sensor 43, for example, to determine whether the user is in bed or out of bed. Increased reliability.
[0124]
According to the present embodiment as described above, it is possible not only to reliably detect the breathing of the sleeping person 2 but also to determine changes in the sleeping person 2 such as staying in bed, getting out of bed, and stopping breathing. Moreover, since image processing using a camera is not used, there is no psychological discomfort and high-speed processing is possible with a simple device. Furthermore, when it is determined that the sleeper 2 is in a dangerous state, an alarm is issued, so that a quick emergency response is possible. This is very advantageous when the monitoring device 1 is used for elderly people or sick people.
[0125]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sensor that detects a variable having a correlation with a distance to a monitoring target in a monitoring target region, and a distance related value is calculated based on the variable output from the sensor. A computing device; and a judging device for judging the presence or absence of a shape change of the monitored object based on the computed distance-related value, wherein the judging device has the distance-related value equal to or greater than a first threshold value. The monitoring object is configured to determine that the first shape change has occurred when the monitoring object is equal to or less than a second threshold value that is greater than the first threshold value. When the monitoring object has a second shape change different from the first shape change when the value is less than a third threshold value that is greater than the second threshold value and greater than the second threshold value, It is configured to The change in the user not only can accurately detect, it is possible to provide a simple monitoring system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an outline of a monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining a case where a housing portion of the monitoring device of FIG. 1 is installed on a stand.
FIG. 3 is a schematic plan view for explaining an arrangement example (a) of target points and an arrangement example (b) in which the target points overlap according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a monitoring device used in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic side view illustrating a case where the distance sensor according to the embodiment of the present invention is installed with a curve.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of an infrared distance sensor using a two-segment PD used in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a case where two PDs are used in the case of FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a case where two PDs are used in the case of FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a relationship between an area ratio and an object distance when an infrared distance sensor using a two-part PD used in the embodiment of the present invention is used.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a quadrant PD used in an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining a quadrant PD in the case of FIG. 10;
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining a method for calculating the distance of the monitoring object in the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of an infrared distance sensor using a PSD used in the embodiment of the present invention.
14A is a schematic plan view for explaining PSD in the case of FIG. 13, and FIG. 14B is a schematic front sectional view thereof.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a time-varying waveform pattern used in the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing an example of a waveform pattern of a distance displacement amount from a reference position used in the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram showing normal and abnormal respiratory waveform patterns used in the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a table of disease names or disease locations corresponding to abnormal respiration waveform patterns in the case of FIG. 17;
[Explanation of symbols]
1 Monitoring device
2 Sleeper
3 Bedding
4 Ceiling
5 Target points
6 beds
7 Stand
10 housing
11 Distance sensor
20 Control device
21 Control unit
22 Calculation unit
23 Judgment Department
24 storage unit
25 Distance preservation part
26 breathing pattern storage
27 Input device
28 Output device
29 interface
30 Infrared distance sensor
30a Infrared distance sensor using two-part PD
Infrared distance sensor using 30b PSD
31a, 31b Infrared light irradiation part
32a, 32b infrared light receiver
33a, 33b Sensor control unit
36 PSD (position detection element)
37a, 37b Light receiving lens
38 Two-segment PD (photo detector)
40 Alarm device
41 Human sensor
50 Monitoring area

Claims (15)

監視対象領域内の監視対象物までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサと;
前記センサから出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置と;
前記演算された距離関連値に基づいて前記監視対象物の形状変化の有無を判断する判断装置とを備え;
前記判断装置は、前記距離関連値の周期的変化を検出したときに、前記監視対象物に周期的な形状変化があったと判断するように構成され;
前記判断装置は、前記距離関連値が、第1の閾値以上であって、前記第1の閾値より大きい値である第2の閾値以下のとき、前記監視対象物に第1の形状変化があったと判断するように構成され;
前記判断装置は、前記距離関連値が、前記第2の閾値より大きく、前記第2の閾値より大きい値である第3の閾値以下のとき、前記監視対象物に前記第1の形状変化とは異なる第2の形状変化があったと判断するように構成された;
監視装置。
A sensor for detecting a variable having a correlation with the distance to the monitoring object in the monitoring area;
An arithmetic unit that calculates a distance-related value based on the variable output from the sensor;
A determination device that determines presence or absence of a shape change of the monitoring object based on the calculated distance-related value;
The determination device is configured to determine that the monitoring object has a periodic shape change when a periodic change in the distance-related value is detected;
When the distance-related value is greater than or equal to a first threshold and less than or equal to a second threshold that is greater than the first threshold, the determination device has a first shape change in the monitored object. Configured to determine that;
When the distance-related value is greater than the second threshold and less than or equal to a third threshold that is greater than the second threshold, the determination device determines that the first shape change of the monitoring target is Configured to determine that there was a different second shape change;
Monitoring device.
前記監視対象物が就寝者であり、前記周期的な形状変化は前記就寝者の呼吸に基づくものである;
請求項1に記載の監視装置。
The monitored object is a sleeping person, and the periodic shape change is based on the sleeping person's breath;
The monitoring device according to claim 1.
前記就寝者の正常な呼吸の波形パターン及び異常な呼吸の波形パターンを保存する呼吸パターン保存部を備え;
前記判断装置は、検出した前記距離関連値の周期的変化を前記呼吸パターン保存部に保存された呼吸パターンと照合して前記呼吸の波形のパターンを判別するように構成された;
請求項2に記載の監視装置。
A breathing pattern storage unit for storing a waveform pattern of normal breathing and a waveform pattern of abnormal breathing of the sleeper;
The determination device is configured to collate a detected periodic change of the distance-related value with a respiration pattern stored in the respiration pattern storage unit to determine a pattern of the respiration waveform;
The monitoring device according to claim 2.
前記判断装置は、前記距離関連値が前記第3の閾値を越えたのちに、第1の所定時間内に前記監視対象物の形状変化を検出できないとき、前記監視対象物が前記監視対象領域の外に出たと判断するように構成された;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の監視装置。
When the distance-related value exceeds the third threshold and the determination device cannot detect a change in the shape of the monitoring target within a first predetermined time, the determination target is the monitoring target region. Configured to determine that they have gone out;
The monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記判断装置は、前記距離関連値が、前記第3の閾値を越えたとき、前記監視対象物に第4の形状変化があったと判断するように構成された;
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の監視装置。
The determination device is configured to determine that the monitoring object has a fourth shape change when the distance-related value exceeds the third threshold;
The monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記判断装置は、前記監視対象物の形状変化があると判断した状態が第2の所定時間継続したときに、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5のいずれか1項に記載の監視装置。
The determination device is configured to determine that the monitoring target is within the monitoring target area when a state where it is determined that there is a change in the shape of the monitoring target continues for a second predetermined time;
The monitoring device according to any one of claims 1 to 5.
前記判断装置は、前記距離関連値が、前記第1の閾値より小さいとき前記監視対象物に形状変化が無いと判断するように構成され、前記監視対象物が前記監視対象領域内にあると判断した後、さらに前記形状変化が無いと判断した状態が第3の所定時間継続したとき、前記監視対象物が危険な状態であると判断するように構成された;
請求項6に記載の監視装置。
The determination device is configured to determine that there is no shape change in the monitoring target when the distance-related value is smaller than the first threshold, and determines that the monitoring target is in the monitoring target area. The monitoring object is further determined to be in a dangerous state when the state in which it is determined that there is no change in shape continues for a third predetermined period of time;
The monitoring device according to claim 6.
前記判断装置は、前記第2の形状変化があると判断した状態が第4の所定時間継続したとき、前記監視対象物が危険な状態であると判断するように構成された;
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の監視装置。
The determination device is configured to determine that the monitoring object is in a dangerous state when the state in which the second shape change is determined continues for a fourth predetermined time;
The monitoring device according to any one of claims 1 to 7.
警報を発する警報手段を備え;
前記判断装置は、前記監視対象物が危険な状態であると判断した際に、前記警報手段に警報信号を送信するように構成された;
請求項7又は請求項8に記載の監視装置。
Providing alarm means for issuing an alarm;
The determination device is configured to transmit an alarm signal to the alarm means when determining that the monitored object is in a dangerous state;
The monitoring device according to claim 7 or 8.
前記演算された距離関連値は、前記変量の時間変化又は前記時間変化の絶対値であることを特徴とする;
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。
The calculated distance-related value is a time change of the variable or an absolute value of the time change;
The monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 9.
前記センサは、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、前記結像光学系による結像位置近傍に配置され、前記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、複数の受光領域に分割された受光面とを有し;
さらに、前記各受光領域からの信号を受信し、該受信した信号に基き前記各受光領域に入射する結像パターン光の強度を相互に比較し、前記監視対象物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を備える;
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。
The sensor includes a light irradiation unit that irradiates the monitoring object with a light beam, an imaging optical system that forms an image of a light irradiation pattern generated on the monitoring object by the light irradiation unit, and the imaging A light receiving surface that is disposed in the vicinity of an image formation position by the optical system and that receives the image formation pattern light by the image of the imaged light irradiation pattern;
Further, it receives a signal from each of the light receiving areas, compares the intensity of the imaging pattern light incident on each of the light receiving areas based on the received signal, and forms an image corresponding to the distance to the monitoring object. A position information output device configured to output imaging position information of the pattern;
The monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 10.
前記センサは、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、前記結像光学系による結像位置近傍に配置され、前記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を有し;
該受光手段上に結像される結像パターン光の結像位置に基づいて、前記監視対象物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を備える;
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。
The sensor includes a light irradiation unit that irradiates the monitoring object with a light beam, an imaging optical system that forms an image of a light irradiation pattern generated on the monitoring object by the light irradiation unit, and the imaging A light receiving means that is disposed in the vicinity of an image forming position by the optical system and receives the image forming pattern light by the image of the imaged light irradiation pattern;
Position information output configured to output the imaging position information of the imaging pattern corresponding to the distance to the monitoring object based on the imaging position of the imaging pattern light imaged on the light receiving means. Comprising a device;
The monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 10.
監視対象領域内の監視対象物までの距離と相関関係を有する変量を検出するセンサと;
前記センサから出力される前記変量に基づいて距離関連値を演算する演算装置と;
前記演算された距離関連値に基づいて前記監視対象物の形状変化の有無を判断する判断装置とを備え;
前記判断装置は、前記距離関連値の周期的変化を検出したときに、前記監視対象物に周期的な形状変化があったと判断するように構成され;
前記監視対象物が就寝者であり、前記周期的な形状変化は前記就寝者の呼吸に基づくものであり;
前記就寝者の正常な呼吸の波形パターン及び異常な呼吸の波形パターンを保存する呼吸パターン保存部を備え;
前記判断装置は、検出した前記距離関連値の周期的変化を前記呼吸パターン保存部に保存された呼吸パターンと照合して前記呼吸の波形のパターンを判別するように構成され;
前記判断装置は、判別した前記呼吸の波形のパターンが前記異常な呼吸の波形パターンであるときに、前記監視対象物が危険な状態であると判断するように構成された;
監視装置。
A sensor for detecting a variable having a correlation with the distance to the monitoring object in the monitoring area;
An arithmetic unit that calculates a distance-related value based on the variable output from the sensor;
A determination device that determines presence or absence of a shape change of the monitoring object based on the calculated distance-related value;
The determination device is configured to determine that the monitoring object has a periodic shape change when a periodic change in the distance-related value is detected;
The monitored object is a sleeping person, and the periodic shape change is based on the sleeping person's breathing;
A breathing pattern storage unit for storing a waveform pattern of normal breathing and a waveform pattern of abnormal breathing of the sleeper;
The determination device is configured to collate a detected periodic change of the distance-related value with a respiration pattern stored in the respiration pattern storage unit to determine a pattern of the respiration waveform;
The determination device is configured to determine that the monitored object is in a dangerous state when the determined respiration waveform pattern is the abnormal respiration waveform pattern;
Monitoring device.
警報を発する警報手段を備え;
前記判断装置は、前記監視対象物が危険な状態であると判断した際に、前記警報手段に警報信号を送信するように構成された;
請求項13に記載の監視装置。
Providing alarm means for issuing an alarm;
The determination device is configured to transmit an alarm signal to the alarm means when determining that the monitored object is in a dangerous state;
The monitoring device according to claim 13 .
前記センサは、複数備えられている;
請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の監視装置。
A plurality of the sensors are provided;
The monitoring device according to any one of claims 1 to 14 .
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