JP4189229B2 - 動き検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、距離センサを用いる動き検出装置に関し、特に対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができる動き検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動き検出装置として、従来から、複数の距離センサを用いて、対象領域までの距離を検出し、前記検出した距離に基づいて、対象領域と距離センサとの間に存在する人物の動きを監視する動き検出装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２９２６２号公報 （第３−８頁、第１−５図）
【０００４】
【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、例えば人物の小さな動き（例えば呼吸）を検出したいような場合には、検出される距離の変化が微小であることから、例えば信号に混入するノイズの影響により、動きの検出が不正確になる場合があった。また例えば、特に距離センサに、半導体位置検出素子（ＰＳＤ(Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ)）の様に、受光光量を分母とする演算により検出値を求める素子を用いる場合には、例えば対象物の距離や反射率等により、受光光量が小さくなったときに、検出信号に含まれるノイズが顕著に表れることがあった。
【０００５】
そこで本発明は、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による動き検出装置は、例えば図１、図５に示すように、対象物２までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と；前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を求める演算装置２２と；前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【０００７】
このように構成すると、距離センサ１１により第１の期間の間に複数個出力された検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を演算装置２２により求め、前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断装置２３により判断するので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載のように、請求項１に記載の動き検出装置１では、前記第１の値が前記第２の値の前記第１の期間内の平均値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成するとよい。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による動き検出装置は、例えば図１、図５に示すように、対象物２までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と；前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を求める演算装置２２と；前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【００１０】
このように構成すると、距離センサ１１により第１の期間の間に複数個出力された検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を演算装置２２により求め、前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断装置２３により判断するので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載のように、請求項３に記載の動き検出装置１では、前記第１の値が前記第３の値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に無効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に有効と判断するように構成するとよい。
【００１２】
また、請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の動き検出装置１では、例えば図６に示すように、距離センサ１１は、対象物２に光束を照射する光照射手段３１と；対象物２で反射して来た前記光束の反射光束を受光し、その受光位置に応じて異なる出力をする位置検出素子３６と；位置検出素子３６からの出力に基づき三角法の原理により対象物２までの前記距離を示す検出値を求める距離演算装置３９を有し；距離演算装置３９の求めた距離を前記複数個の出力とするとよい。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による動き検出装置は、例えば図５、図６、図７に示すように、対象物２までの距離を検出する距離センサであって、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子３６を有する距離センサ１１と；前記出力された２つの値の和に基づいて、前記出力された検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【００１４】
このように構成すると、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子３６を有する距離センサ１１と、前記出力された２つの値の和に基づいて、前記出力された検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備えるので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【００１５】
また、請求項７に記載のように、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の動き検出装置１では、第１の期間内のばらつきを表す第４の値が、所定の閾値を超えていることを、前記第１の期間内の前記出力された複数個の検出値が無効であると判断する加重要件とするとよい。
【００１６】
さらに上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、前記複数の距離センサ１１の内、無効と判断された距離センサ１１の出力を採用しないように構成されている。
【００１７】
また、上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での前記距離センサ１１の出力の変動が最も大きい距離センサ１１の出力を採用するように構成するとよい。
【００１８】
また、上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での、出力のスペクトルのピークが最も明瞭である距離センサ１１の出力を採用するように構成してもよい。
【００１９】
さらに、前記スペクトルの評価は、判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での出力の変動が、大きい順に所定の個数の距離センサ１１の出力を選択し、前記選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価するようにするとよい。
【００２０】
また、前記スペクトルの評価は、判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサの内、過去一定期間での出力の変動が所定の閾値を超えている距離センサの出力を選択し、前記選択された各距離センサの出力を比較することで評価するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記の動き検出装置１では、判断装置２３による有効性の判断により、少なくとも有効と判断された距離センサ１１の出力に基づいて、対象物２の動きを検出するようにするとよい。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は、本発明による実施の形態である動き検出装置１の模式的斜視図である。動き検出装置１は、対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と、距離センサ１１が接続され、距離センサ１１から出力された距離を表す検出値を入力する制御装置２０とを備えている。対象物は対象空間内に存在している。本実施の形態では、距離センサ１１は複数である。対象物までの距離とは、距離センサ１１から対象物までの距離である。また、距離センサ１１は、仮に対象物が存在しない場合には、対象空間内に存在する物体までの距離を検出する。ここでは、ベッド３の上面までの距離を検出する。なお、第１の期間の具体的な説明については後述する。また、上記各構成の詳細については後で詳述する。動き検出装置１は、対象空間内に存在する対象物の動きを検出するものである。また対象物は、呼吸をするものである。即ち対象物は、人物や動物である。本実施の形態では、対象物は人物２である。また、対象空間はベッド３上である。図示では、ベッド３上には、人物２が横たわって存在している（就寝状態で存在している）場合を示してある。さらに動き検出装置１は、ベッド３上に存在する人物２の呼吸を検出できるものである。また、本実施の形態では、距離を表す検出値は、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。
【００２４】
またここでは、人物２の上には、さらに寝具４がかけられており、人物２の一部と、ベッド３の一部とを覆っている。この場合には、距離センサ１１は、寝具４までの距離を検出している。また、寝具４を使用しない場合には、距離センサ１１は、人物２そのもの（例えば胴体部分）までの距離を検出する。
【００２５】
複数の距離センサ１１は、複数の距離センサ１１を設置できる筐体１０を介して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を各々単体で設置するよりも、設置が容易になる。ここでは、筐体１０は、およそ人物２の頭部上方に配置されている。さらにここでは、筐体１０は、移動可能なスタンド７に取り付けられている。筐体１０は、スタンド７をベッド３の人物２の頭部側の端部に配置することで、およそ人物２の頭部上方に配置される。またスタンド７は、移動可能であることから、筐体１０の設置を容易にしている。即ち動き検出装置１の設置を容易にしている。さらに、設置が容易であるため、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。本実施の形態では、筐体１０（距離センサ１１）は、スタンド７に設置しているが、壁や天井が存在する場合は、壁や天井でもよく、設置場所は動き検出装置の目的や仕様等により適宜決めてよい。さらに、筐体１０には、複数の距離センサ１１が、各々距離を検出する対象の点である後述の複数の測距対象点（以下対象点５（図３参照）という）に対応して設置されている。なお、距離センサ１１は、筐体１０に２列以上配置することが好ましい。
【００２６】
さらに図２の模式的斜視図に、筐体１０を不図示の天井に設置した場合の例を示す。この場合、ベッド３上のおよそ人物２の胸部の上方に設置するとよい。言い換えれば、およそ人物２の胸部が存在するであろう位置、例えばベッド３の中央より少しずれた位置の上方に配置するとよい。このように配置することで、ベッド３上の人物２の呼吸が検出しやすくなる。これは、ベッド３上の人物２の呼吸による動きが、胸部から腹部周辺で大きい傾向があり、さらにその変位方向が、距離センサ１１の測距方向とおよそ平行になるためである。以下、筐体１０（距離センサ１１）は、スタンド７を介して設置する場合で説明する。
【００２７】
図３の模式的平面図を参照して、対象点の配置例について説明する。対象点は図示のように複数配置されている。これにより、複数の対象点は、所定の範囲の検出領域５０を形成している。本実施の形態では、所定の範囲は、人物２のおよそ腹部、胸部、背部、および肩部が就寝中に取り得る位置を網羅する範囲に設定することが好ましい。また対象点５は、例えば図示のように、２列以上配置することが好ましい。
【００２８】
図３（ａ）は、複数の距離センサ１１の各々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。この場合には、例えば図示のように、複数の対象点５は、検出領域５０内に、ベッド３の外周部付近に対象点５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃが、ベッド３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３上（寝具４下（図１参照））の人物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、動きを検出する場所、また人物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。
【００２９】
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、検出領域５０を広くとることができるので、効率がよい。即ち、必要な範囲の検出領域５０内の距離を比較的少数の距離センサ１１で検出できるので、小型で高効率な動き検出装置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検出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、動き検出装置１をより簡単な構成とすることができる。なお、このように対象点５が重ならない場合であっても、後述のように、本来受光しなければならない光束に他の距離センサ１１から照射された光束が混入してしまい、正確な距離の検出が困難な場合には、距離センサ１１が同時に光束を照射しないように制御する必要がある。
【００３０】
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、検出領域５０内の死角を少なくすることができるので、より精度の高い距離の検出に有効である。このとき、距離センサ１１に例えば光を照射して距離を検出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が同時に光束を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から同時に例えば光束を照射した場合に、本来受光しなければならない光束に他の距離センサ１１から照射された光束が混入し、互いに影響を受けてしまうことで、距離の検出が困難になるためである。なお、図３（ｂ）では、対象点が重なった状態を説明するために対象点の面積を大きくとった場合を示している。
【００３１】
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に照射する光束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光束を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。
【００３２】
ここで、図３（ｂ）に示すように、距離センサ１１に照射型センサを使用し、かつ複数の距離センサ１１に対応する対象点５が重複する場合の作動の制御の例について説明する。このような制御は、後述の制御装置２０の制御部２１で行うようにするとよい。照射型センサの場合には、１つの距離センサ１１の距離の検出の後で、次の距離センサ１１の距離の検出を行うように制御する。即ち複数の距離センサ１１が同時に距離の検出をしないように制御する。このような動作が、備えられた全ての距離センサ１１の距離の検出を行われるまで繰り返す。なお、この一連の動作を１サイクルとし、１サイクルの時間をＴとする。
【００３３】
また、上述のように１つずつ距離センサ１１による距離の検出を行うのではなく、隣接する対象点５の距離の検出を同時に行わないように制御する（例えば同時に距離の検出を行う対象点５を１つおきとする）ことで、複数の距離センサ１１に同時に距離の検出を行わせることができる。このようにすれば、１サイクルの時間Ｔを大幅に短縮できる。
【００３４】
また典型的には、距離センサ１１は筐体１０に並列的に設置されるが、図４の模式図に示す筐体１０’ように、筐体１０にカーブをつけてもよい。この場合、距離センサ１１は、このカーブに沿うように設置する。このような筐体１０’を用いることで、小型化しても広い検出領域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。
【００３５】
図５を参照して、動き検出装置１の構成の一例を説明する。動き検出装置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、検出した距離を制御装置２０に出力するように構成されている。また、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、例えば複数の距離センサ１１と制御装置２０を筐体１０に収納してもよい。本実施の形態では、筐体１０と制御装置２０とは別体の場合で説明する。また距離センサ１１は、筐体１０に４×３で設置されている。
【００３６】
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、動き検出装置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。
【００３７】
図６のブロック図を参照して、距離センサ１１の実施例としての赤外線照射型の距離センサ３０（以下赤外線距離センサ３０という）について説明する。赤外線距離センサ３０は、いわゆるアクティブ型光学センサである。赤外線距離センサ３０は、人物２に光束を照射する光照射手段としての赤外光照射部３１、赤外光受光部３２、赤外線距離センサ３０全体を制御するセンサ制御部３３を含んで構成されている。また、センサ制御部３３は、制御装置２０の制御部２１内（図５参照）に備えるようにしてもよい。この場合には、赤外線距離センサ３０は、図７で後述するＰＳＤ３６の電極３６ｄからそれぞれ出力される光電流を、制御部２１内のセンサ制御部３３に出力するようにするとよい。
【００３８】
赤外光照射部３１には、赤外ＬＥＤ３４と照射レンズ３５とが備えられており、赤外ＬＥＤ３４から照射された赤外光の光束は照射レンズ３５を介して細い平行光束として人物２に照射される。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。赤外光受光部３２は、人物２で反射して来た前記光束の反射光束を受光し、その受光位置に応じて異なる出力をする位置検出素子３６を有している。さらに、赤外光受光部３２は、人物２で反射して来た光束の反射光束を位置検出素子３６上に結像させる結像光学系としての受光レンズ３７を有している。本実施の形態では、位置検出素子３６は、ＰＳＤである。以下、位置検出素子３６は、ＰＳＤの場合で説明する。なお、位置検出素子３６にＰＳＤを用いた赤外線距離センサ３０は、人物２までの距離を検出する距離センサであって、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子を有する距離センサでもある。即ち、本実施の形態では、距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子がＰＳＤである。
【００３９】
さらに、赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６からの出力に基づき三角法の原理により人物２までの距離を求める距離演算装置としての位置情報出力部３９を有している。即ち位置情報出力部３９は、受光位置に基づいて、三角法により前記距離としての受光位置情報を得るように構成されている。また、位置情報出力部３９は、センサ制御部３３内に備えられている。赤外線距離センサ３０は、位置情報出力部３９の求めた距離を第１の期間に複数個出力する。
【００４０】
また、受光レンズ３７には、照射された光束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。この場合には、後述のＰＳＤ３６に入射する光束の大きさ（直径）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。
【００４１】
さらに、赤外線距離センサ３０は、赤外光照射部３１が照射する光束の波長をセンサ毎に異なるようにしてもよい。この場合には、併せて、前述の受光レンズ３７に施されたコーティングの透過波長帯域も、照射する光束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）で説明した隣合う光束が重なる場合であっても、隣のセンサの光束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動き検出装置を単純化できる。また赤外線距離センサ３０は、赤外ＬＥＤ３４（光源）を一定の周波数で点滅させ、赤外光受光部３２にその周波数の信号のみを抽出する電気的バンドパスフィルタを備えるようにしてもよい。これにより、外乱光の影響を低減することができる。また、この変調周波数をセンサ毎に変えることにより、図３（ｂ）で説明した光束が重なる場合でも隣のセンサの光束の影響を受けることが無くなる。これにより、光束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動き検出装置を単純化できる。さらに、赤外ＬＥＤ３４の照射のタイミングに同期させて赤外光受光部３２のアンプの極性を切換える同期検波を行っても好適である。
【００４２】
図７を参照して、ＰＳＤ３６についてさらに説明する。図７（ａ）は、模式的平面図であり、図７（ｂ）は、模式的正面断面図である。図７（ａ）に示すように、ＰＳＤ３６は、入射する光束の径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入射する光束の移動方向（図中左右方向）に、必要な測距範囲内で、入射する光束の移動により光束がはみ出さない程度の長さを有している。
【００４３】
また図７（ｂ）に示すように、ＰＳＤ３６は、平板状のシリコンの光束が入射する側の表面に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に入射した光束は、光電変換され、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。ここで、各電極３６ｄから出力される光電流をそれぞれＩＡ、ＩＢとする。ここで、ＩＡ、ＩＢが距離に応じて差が変化する２つの値である。
【００４４】
赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６の両端から出力される光電流の出力信号を位置情報出力部３９により演算することにより受光位置情報として入射した光束の重心位置を出力するので、後述のように、人物２までの距離を検出することができる。また、赤外線距離センサ３０は、照射する光束に、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。
【００４５】
赤外線距離センサ３０のセンサ制御部３３は、ＰＳＤ３６により入射した光束の重心位置を検出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変調は、例えば周期的に光束の発光（照射）停止を繰り返し行うような動作である。この場合、光束の発光停止は、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、光束の出力も変化させるようにしてもよい。そしてセンサ制御部３３は、光束を照射している時のＰＳＤ３６の出力値から光束を照射していない時のＰＳＤ３６の出力値を差し引いた出力値を算出する。またセンサ制御部３３は、信頼性を確保するために、変調動作を複数回行い、その平均出力値を受光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。
【００４６】
なお、測距信号値ｘは、ＰＳＤ３６の両電極３６ｄから出力されるＩＡ、ＩＢにより、例えば次式で与えられる。
Ｉｘ＝（ＩＡ−ＩＢ）／（ＩＡ＋ＩＢ） ………（１）
ここで、Ｉｘは測距信号値ｘに相当する即ち距離に相当する電流値である。
【００４７】
また、図８の模式図に示すように、対象とする人物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） ………（２）
ｆは、赤外光受光部３２の受光レンズ３７を単一レンズとしたときそのレンズの焦点距離、ｗは、赤外ＬＥＤ３４とＰＳＤ３６との間の距離、言い換えれば、照射レンズ３５と受光レンズ３７の光軸間の距離（基線長）、ｂはＰＳＤ３６の受光素子の配置に依存するバイアス値を示す。なお、ｆ、ｗ、ｂは、それぞれ測距信号値ｘと同次元で表した値である。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。
【００４８】
また以上では、赤外線距離センサ３０は、距離として測距信号値ｘを出力する場合について説明したが、距離として上述の方法で算出された距離値Ａそのものを出力するように構成してもよい。
【００４９】
このように、赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６を用いることで、単純に構成できるので、安価で、単純な動き検出装置とすることができる。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。
【００５０】
距離センサ１１は、距離を第１の期間に複数個出力する。本実施の形態のように、人物２の呼吸を検出する場合には、第１の期間は、好ましくは１０〜２０秒（ｓ）程度に設定するとよい。このように設定すると、例えば人物２の呼吸の周期が毎分５〜６０サイクル程度の周期であるので、第１の期間は、およそ１回程度の呼吸を検出できる期間となるからである。本実施の形態では、１５ｓに設定した場合で説明する。また、距離センサ１１は、例えば０．０１〜３ｓ程度、好ましくは、０．０１〜０．５ｓ程度の間隔で距離を出力するように設定されている。本実施の形態では、出力の間隔を０．１ｓに設定した場合で説明する。即ち本実施の形態では、距離センサ１１は、第１の期間に１５０個の距離を出力することになる。また、距離センサ１１は、距離を連続的にアナログ出力する場合には、例えば制御装置２０で上記と同様な間隔でサンプリングすることで、複数個とするとよい。
【００５１】
図５に戻って、さらに動き検出装置１を説明する。制御装置２０は、制御部２１を備えており、動き検出装置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、制御部２１により、制御されている。制御部２１は、距離センサ１１から出力される複数個の距離を、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されている。また制御部２１には、記憶部３１が接続されており、算出された情報等のデータが記憶できる。記憶部３１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３２が備えられている。ここでの距離保存部３２に時系列的に保存された距離は、過去の時点の距離であればよく、例えば取得した最新の距離の１個分だけ前に取得された距離であってもよい。
【００５２】
また、制御部２１内には、距離センサ１１から出力された複数個の距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の第１の期間内の平均値を求める演算装置としての演算部２２と、第１の値と、第２の値の第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の距離の有効性を判断する判断装置としての判断部２３とが備えられている。第２の期間は、例えば０．５〜２秒（ｓ）程度とすることが好ましい。本実施の形態では、第２の期間は、１ｓとして説明する。即ち、ここでは第１の期間が１５ｓであることから、第１の期間を１５等分したのが第２の期間である。
【００５３】
また、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値は、例えば距離の第１の期間内の標準偏差または分散であり、距離の第２の期間内のばらつきを表す第２の値は、同様に距離の第２の期間内の標準偏差または分散である。本実施の形態では、共に標準偏差の場合で説明する。なお、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値及び距離の第２の期間内のばらつきを表す第２の値は、それぞれの期間内の距離の最大値、最小値との差としてもよいが、上記のように標準偏差とすることで、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、第２の期間内のばらつきを表す第２の値の第１の期間内の平均値との差がより明瞭になる。これにより、ノイズ、特にランダムノイズに起因する変動が判断しやすくなる。
【００５４】
さらに、判断部２３は、第１の値が第２の値の第１の期間内の平均値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成される。即ち、判断部２３は、第１の期間である１５ｓ内の複数個の距離の標準偏差が、第２の期間である１ｓ内の複数個の距離の標準偏差の第１の期間内の平均値よりも所定の閾値（例えば０．８程度）を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成される。ここでは、判断部２３は、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比で判断するようにする。さらにここでは、後述のように閾値を設定し、（第２の値の第１の期間内の平均値／第１の値）＜閾値のとき有効と判断するようにする。なお、有効性の判断は上記に限られるものではなく、例えば第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の差と、第１の値との比であってもよい。またこの場合には、（（第１の値―第２の値の第１の期間内の平均値）／第１の値）＞閾値のとき有効と判断するようにする。なおこの閾値は上記の閾値とは別の値となる。上記いずれの方法を用いてもよいが、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比が、前者の場合では１、後者の場合では０に近い場合に無効と判断するとよい。以下前者の場合で説明する。
【００５５】
ここで、図９の線図を参照して、判断部２３による有効性の判断について説明する。なお、図９は、距離センサ１１より出力された距離を時間方向に並べた線図であり、さらに（ａ）は混入したノイズが支配的でない場合、即ち判断部２３により有効と判断される場合の例を示した図であり、（ｂ）は混入したノイズが支配的な場合、即ち判断部２３により無効と判断される場合の例を示した図である。なお、図９（ａ）は、第２の値の第１の期間（例えば１５ｓ）内の平均値／第１の値が０．３程度の場合であり、図９（ｂ）は、第２の値の第１の期間（例えば１５ｓ）内の平均値／第１の値が０．９程度の場合を示している。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、有効である場合には、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差は、第２の期間（例えば１ｓ）の距離の標準偏差と比較して明らかに大きい。即ち、有効なときは、距離の第２の期間内の標準偏差の第１の期間内の平均値は、距離の第１の期間内の標準偏差より小さい。また、第１の期間の標準偏差と、第２の期間の標準偏差の平均値との比は、無効なときの比に比べて小さい値（例えば０．３）となる。また、図９（ｂ）に示すように、無効である場合には、ランダムノイズの寄与が大きくなるため、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差が大きいという関係は残るものの両者が近い値となる。即ち、無効なときは、第２の期間（例えば１ｓ）の標準偏差の平均値は、第１の期間の標準偏差より著しく大きくなることなく、これらの比は、１に近くなる（例えば０．９）。したがって両者の比をとって１にどの程度近いかで判断ができる。即ち、閾値を設定した場合には、閾値以下であることで有効性を判断できる。閾値は、例えば０．７〜０．９５程度に設定するとよい。
【００５７】
即ち、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比は、例えば人物２に動きに起因する距離の変動の場合には、常に１より小さくなるが、人物２に動きが無くなるとノイズが支配的となり、１又は１に近くなる。
【００５８】
また、演算部２２は、距離センサ１１より出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を求めるように構成し、判断部２３は、前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断するするように構成してもよい。さらに判断部２３は、前記第１の値が前記第３の値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に無効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に有効と判断するように構成される。ここでは、第３の値と第１の値との比が、所定の閾値よりも小さいときに有効と判断するようにする。さらにここでは、後述のように閾値を設定し、（第３の値／第１の値）＜閾値のとき無効と判断するようにする。即ち、閾値を設定した場合には、閾値以下であることで無効を判断できる。閾値は、例えば０．７〜０．９５程度に設定するとよい。また、例えば第１の値と第３の値の差と、第１の値との比であってもよい。またこの場合には、（（第１の値―第３の値）／第１の値）＞閾値のとき無効と判断するようにする。なおこの閾値は上記の閾値とは別の値となる。第１の値と第３の値の差は絶対値とする。上記いずれの方法を用いてもよいが、第１の値と第３の値の比が、前者の場合には１、後者の場合には０に近い場合に有効と判断するとよい。以下、前者の場合で説明する。
【００５９】
またこの場合では、図９（ａ）に示すように、有効である場合には、距離の第２の期間（例えば１ｓ）の平均値の標準偏差は、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差より小さいが、これらの比は１に近くなる（例えば０．９）。また、図９（ｂ）に示すように、無効である場合には、距離の第２の期間（例えば１ｓ）の平均値の標準偏差は、第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差より小さく、さらに第２期間の平均値の標準偏差は、平均値がほぼ一定値となるので、比較的小さい値（例えば０．３）となる。そして、これらの比は、有効なときの比に比べて小さい値となる。即ち閾値を（例えば０．８のような値に）設定した場合には、閾値以下であることで無効を判断できる。
【００６０】
以上で説明した２つの構成のどちらを用いても、ノイズが支配的である距離を無効と判断できる。即ち、ノイズによる影響を低減できる。
【００６１】
さらに判断部２３は、第１の期間（例えば１５ｓ）内のばらつきを表す第４の値が、所定の閾値を超えていることを、前記第１の期間内の前記出力された複数個の検出値が無効であると判断する加重要件とするように構成される。第４の値は、第１の値と同じ値であってもよい。即ち第４の値は第１の期間内の複数個の距離の標準偏差であってもよい。本実施の形態では、第４の値は第１の値と同じ値である場合で説明する。即ち、判断部２３は、距離センサ１１より出力された第１の期間内の複数個の距離の標準偏差が所定の閾値を超えていることを、第１の期間内の出力された複数個の検出値が無効であると判断する。これにより、ノイズは小さいが、例えば人物２に全く動きが無いために距離の変動が無い又は非常に小さく、結果的にノイズが支配的となってしまい、その距離を無効と判断してしまうことがなくなる。さらに言えば、ノイズが大きくて、人物２に一見動きがあるように見える距離の変動と、ノイズが支配的だが、実際に人物２に動きがない場合の距離の変動とを区別することができる。このように、人物２に動きが無い例えば呼吸が停止しているにもかかわらず、その距離を無効と判断してしまうことを防ぎ、呼吸停止を正確に検出できる。
【００６２】
さらに、本実施の形態のように、距離センサ１１としてＰＳＤ３６（図７参照）を有する赤外線距離センサ３０（図６参照）を用いる場合には、判断部２３は、ＰＳＤ３６より出力された２つの値としての光電流ＩＡ、ＩＢ（図７参照）の和に基づいて、距離センサ１１より第１の期間内に出力された複数個の距離の有効性を判断するように構成してもよい。なお、このように構成した場合には、上述の演算部２２は備える必要がない。即ち単純に構成できる。
【００６３】
ＰＳＤを用いた距離センサは、ＰＳＤに入射する光束の光量が低下すると、出力される距離に混入するノイズが増加する傾向がある（ノイズが支配的となる傾向がある。）。また、ＰＳＤの両極より出力される光電流ＩＡ、ＩＢの和を算出することで、ＰＳＤに入射する光束の光量を検出できる。これにより、ノイズが支配的となる傾向が強まるときに入射する光束の光量、即ち光電流ＩＡ、ＩＢの和の値を閾値として設定し、光電流ＩＡ、ＩＢの和が閾値以下のときに無効と判断するようにすることで、ノイズの影響を低減できる。
【００６４】
上述した判断部２３による距離センサ１１より出力された第１の期間内の距離の有効性の判断は、各距離センサ１１毎に行なわれる。
【００６５】
再び図５に戻って説明する。また、制御部２１内には、判断部２３により判断された有効性に基づいて、前記判断された第１の期間内の距離を採用するか否かを選別する距離採用部２４が備えられている。距離採用部２４は、典型的には有効性判断に基づいて、距離センサ１１の第１の期間内の出力を採用しないという処理を行う。また本実施の形態のように、複数の距離センサ１１を備えるときは、有効性がないと判断された距離センサ１１の第１の期間内の出力を採用せず、他の距離センサ１１の出力を採用する。なお、１つの距離センサ１１しか備えない場合であっても、時間的に採用できる出力と採用できない出力とを選別できる。
【００６６】
距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、複数の距離センサ１１の内、無効と判断された距離センサ１１の出力即ち距離センサ１１より出力される距離を採用しないように構成されている。採用しない出力は、有効性の判断を行った第１の期間内のものである。
【００６７】
さらに距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での距離センサ１１の出力の変動が最も大きい距離センサ１１の出力を採用するように構成するとよい。過去一定期間は、例えば、第１の期間とするとよい。このように、最も変動が大きい出力を採用することで、例えば、人物２の動きが最も反映されている出力を採用できる。出力に人物２の動きが反映されている場合には、他の人物２の動きが反映されていない出力と比較して、基本的に出力の変動が大きい。このため、上記のようにすることで、人物２の動きが最も反映されている出力を採用できる。
【００６８】
また、距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での、出力のスペクトルのピークが最も明瞭である距離センサ１１の出力を採用するように構成してもよい。
【００６９】
スペクトルのピークが最も明瞭であるかの評価は、スペクトルのピークの鋭さで評価する。ピークの鋭さ（ピークの先鋭度）は、例えば、スペクトルピークの高さを全周波数のスペクトルの高さの積分値で除算した値、またディスクリートな場合には、例えば、ピーク高さに、ピークの隣のスペクトルの高い方の高さを加算した値を、さらに全周波数のスペクトルの高さの和で除算した値を指標とすることができる。ピークの鋭さが一定値以上であることを評価することで、明確に例えば人物２の呼吸を検出している距離センサ１１の出力を採用することができるので、人物２の呼吸を検出しやすい。
【００７０】
なお、スペクトルの評価は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の出力の内、過去一定期間での出力の変動が、大きい順に所定の個数の距離センサ１１の出力を選択し、選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価する。所定の個数は、例えば１〜６個程度、好ましくは２〜４個程度である。また、スペクトルの評価は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の出力の内、過去一定期間での出力の変動が所定の閾値を超えている距離センサ１１の出力を選択し、選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価してもよい。
【００７１】
このように、動き検出装置１は、判断部２３による有効性の判断により、少なくとも有効と判断された距離センサ１１の出力に基づいて、人物２の動きを検出するように構成される。即ち、ここでは、距離採用部２４により採用された（選別された）第１の期間内の距離に基づいて、人物２の動きを検出する。このように、判断部２３により有効と判断された出力を採用するので、ノイズが支配的な出力に基づいて、人物２の動きを検出することで動きを誤検出していまうことなく、正確に人物２の動きを検出できる。
【００７２】
さらに、制御部２１内には、距離センサ１１の出力に基づいて、距離の時間変化を演算する距離演算部２５と、距離演算部２５により演算された距離の時間変化に基づいて、人物２の動きを検出する動き検出部２６とをが備えられている。ここで、演算される距離の時間変化は、この時間変化の絶対値であってもよい。なお本実施の形態では、距離の時間変化の絶対値の場合で説明する。また、動き検出部２６により検出する人物２の動きは、例えば、呼吸、体動、移動である。
【００７３】
また、距離演算部２５は、典型的には、距離採用部２４により採用された距離センサ１１の出力に基づいて、距離の時間変化を演算するように構成される。即ち、判断部２３により有効と判断され、さらに距離採用部２４により採用された第１の期間内の複数個の距離に基づいて、距離の時間変化を演算する。
【００７４】
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出力される複数個の距離を取得することにより、過去の時点に取得された距離と、現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、前述の距離保存部３２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。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０．０１〜３秒程度、好ましくは、０．０１〜０．５秒程度とするとよい。
【００７５】
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出力される複数個の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）をとることで、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。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、後述の動き検出部２６による人物２の呼吸、起き上がり等の比較的大きな体動の検出に有効である。所定期間を短めに設定した場合は、同様に人物２の体動の検出に有効である。
【００７６】
前者は、特に人物２の呼吸の検出に適している。後者は、後述の人物２の呼吸か、体動かを判断する場合に適している。以下、前者の距離の時間変化を用いる場合で説明するが、後者の距離の時間変化を用いてもよく、さらに、前者と後者との両方の距離の時間変化を用いるようにしてもよい。この場合には、後述の動き検出部２６により、それぞれの距離の時間変化を選択して用いるようにする。なお、距離の時間変化の演算には、必ずしも距離の差分を使う必要はなく、時系列的に取得した距離から周波数解析等の手段を用いることも可能である。
【００７７】
また、距離演算部２５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構成してもよい。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、動き検出部２６による人物２の動きの検出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個分）としてもよい。また、距離変化量の演算は、距離センサ１１の出力毎に行う。即ち、距離センサ１１毎に距離変化量を得る。
【００７８】
距離演算部２５により、距離の時間変化を演算することで得られた過去所定期間内の距離変化量は、時間方向に並べることで波形パターンを形成する。
図１０は、波形パターンの例を示した図である。
【００７９】
さらに、距離演算部２５は、距離の時間変化の演算は、過去所定期間内の基準位置からの距離を演算するようにしてもよい。この場合には、距離の時間変化の演算は、一定時間間隔で、基準位置からの距離を求めることになる。そして求められた前記距離は、時間方向に並べられる。ここで、基準位置は、例えば、ベッド３上面であるが、標準的な体型の人物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３２内に保存するとよい。
【００８０】
また、距離演算部２５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、距離演算部２５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、距離演算部２５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、検出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。なお、各平均値の算出方法は、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。
【００８１】
また、動き検出部２６について説明する。動き検出部２６は、距離演算部２５により演算された距離の時間変化に基づいて人物２の動きを検出するように構成されている。即ち人物２の呼吸、体動、移動を検出するように構成されている。また、動き検出部２６は、複数の距離センサ１１の内１つ又は複数の選択された距離センサ１１に関する時間変化に基づいて人物２の動きを検出するように構成されている。
【００８２】
また動き検出部２６は、演算された距離の時間変化に基づき、人物２の呼吸を検出するように構成される。なおここでは、呼吸の検出は、動き検出部２６により、距離の時間変化の周期的変化を検出し、さらに検出した周期的変化に基づいて、人物２の呼吸を検出する。周期的変化とは、例えば人物２の呼吸の周期、例えば、毎分５〜６０サイクルの周期を有する変化である。即ち本実施の形態では、周期的変化は、呼吸の周期から大きく外れた周期的変化を含まない。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。また動き検出部２６は、周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて人物２の呼吸を検出するように構成されている。典型的には、動き検出部２６は、周期的変化の周期及び振幅の両方から人物２の呼吸を検出する。さらに、動き検出部２６は、検出した呼吸の周期から呼吸数を監視するように構成してもよい。ここで、呼吸数を監視することも、周期を監視する概念に含まれるものとする。
【００８３】
また、動き検出部２６は、距離採用部２４により採用された距離センサ１１に対応する距離の時間変化の内、さらに一定値以上のものを選択し、選択された距離の時間変化の周期的変化を検出して、最も周期性が明瞭（呼吸を表している）な周期的変化から呼吸の有無及び呼吸数を検出するようにしてもよい。
【００８４】
さらに、動き検出部２６は、演算された距離の時間変化に基づき、人物２の体動、移動を検出するように構成される。人物２の体動や移動の検出は、距離の時間変化から呼吸のみを検出した場合に比べて、遥かに大きく変動するので、容易に検出することができる。この場合には、さらに動き検出部２６は、距離採用部２４により採用された距離センサ１１の出力に対応する各々の時間変化より、人物２が、例えば寝返り等その場で動いているのか、例えば起き上がる等してベッド上を移動しているのかを検出することもできる。また、人物２が痙攣のような周期的で小さい動きをした場合でも、その波形パターンから異常を検出することができる。さらに、痙攣している状態の波形パターンを記憶部３１に保存しておくことで、人物２が痙攣している状態と検出することもできる。
【００８５】
動き検出部２６は、以上のようにして、人物２の動きを検出する。さらに、動き検出装置１は、検出された人物２の動きに基づいて、人物２の状態を判断するように構成される。人物２の状態とは、例えば正常な呼吸をしている、異常な呼吸をしており危険である、体動例えば寝返りを打っている、移動例えば着床、離床しようとしている等といった状態である。さらに動き検出部２６は、人物２が危険な状態であると判断したときには、警報信号を送信するように構成される。警報信号は、例えば後述の警報装置４０へ送信される。例えば、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できる。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、人物２の呼吸が停止したと推測できる。そして、短時間に呼吸パターンではなく人物２の体動が頻出した場合には、人物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。動き検出部２６は、これらのことを利用して、総合的に人物２の状態を検出するように設定するとよい。
【００８６】
ここで、図１１を参照して、正常および異常な呼吸パターンの例を説明する。記憶部３１内の呼吸パターン保存部３３に保存されている正常な呼吸パターンは、例えば図１１（ａ）に示したような、周期的なパターンである。ただし、大人の場合には、１分間の呼吸数として正常な範囲は、１０〜２０回程度である。呼吸パターン保存部３３に保存されている異常な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス（Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ）呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、カスマウル（Ｋｕｓｓｍｕｌ）の大呼吸など、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンである。
【００８７】
図１１（ｂ）に、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図１１（ｃ）に中枢性過換気の呼吸パターンを、図１１（ｄ）に失調性呼吸の呼吸パターンをそれぞれ示す。
さらに図１２に、上記の異常な呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所について示す。
【００８８】
動き検出部２６は、それぞれの呼吸パターンの呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用して、人物２の呼吸パターンがいずれの呼吸パターンに属するかを判別し、人物２の状態を判断する。
【００８９】
さらに動き検出部２６は、人物２の呼吸が、生理学的に体内に障害が発生している湯合に生じると考えられている呼吸パターンに属すると判定した場合に、人物２が異常な呼吸をしており危険な状態にあると判断する。このように検出された人物２の状態は、制御部２１により後述の出力装置３６から出力するようにするとよい。この場合、出力される内容は、検出された人物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。
【００９０】
さらに、制御部２１には、動き検出装置１を操作するための情報を入力する入力装置３５、動き検出装置１で処理された結果を出力する出力装置３６が接続されている。入力装置３５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３６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３５、出力装置３６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３５は、例えば人物２の動きの検出の開始や解除を行なえるスイッチ、出力装置３６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、動き検出装置１を単純に構成できる。また、距離センサ１１（筐体１０）と一体に構成しやすい。
【００９１】
さらに、動き検出装置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、動き検出部２６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、例えば動き検出部２６により人物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、動き検出装置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、人物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、動き検出装置１は、人物２の動きの検出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。
【００９２】
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３９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、例えば動き検出装置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３９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３９を介して、第三者に人物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。
【００９３】
制御装置２０は、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に存在する人物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、動き検出装置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人物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。
【００９４】
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、動き検出装置１の設置作業が容易になる。また、動き検出装置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、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に存在する人物２を検知できる位置であればどこでもよい。
【００９５】
動き検出装置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、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に人物２の存在を検出できない場合に、動き検出装置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、即ち必要なときに動き検出装置１の電源を入れることができ、節電できる。また、人物２の動きが検出されないとき、人物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。
【００９６】
同様に、人物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３の人物２の荷重がかかる位置、例えば人物２の上半身側のベッド３上あるいは、上半身側のベッド３の脚部（矩形のベッド３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。
【００９７】
以上のような動き検出装置１によれば、判断部２３により、距離センサ１１より出力される距離の有効性の判断を行うことで、例えば出力される距離にノイズが混入していることを判断できる。即ち、例えばノイズによる距離の変動と、人物２の動きによる距離の変動とを判断できる。これにより、ノイズが支配的であるときの距離を採用しないことができ、有効性の高い距離に基づいて人物２の動きを検出できるので、正確な人物２の動きの検出が可能となる。さらに、動き検出装置１は、小さな人物２の動きによる距離の変動と、同等かまたは大きい変動のノイズが混入した場合であっても、距離の有効性の判断により、ノイズが支配的であるときには、その期間の距離を人物２の動きの検出に採用しない。このため、ノイズが支配的である距離に基づいて、人物２の動きを検出することで、人物２の動きを誤検出してしまうことがない。即ち、人物２の呼吸のような比較的小さな動きでも正確に検出することができる。
【００９８】
さらに、動き検出装置１は、距離センサ１１を用いることで、心理的に違和感のあるカメラを用いた画像処理を使用していないので、簡易な装置で高速処理が可能である。さらに、高齢者や病人が危機状態に陥った場合にも、迅速な救急対応が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサと、前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を求める演算装置と、前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置とを備えるので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出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動き検出装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図２】図１の筐体部分を天井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ある距離センサを、カーブをつけて設置する場合を説明する模式的側面図である。
【図５】本発明の実施の形態で用いる動き検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態で用いる距離センサの例である赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図７】図６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８】本発明の実施の形態で、対象物までの距離値を算出する方法を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施の形態である、距離センサより出力された距離を時間方向に並べた線図であり、（ａ）は混入したノイズが支配的でない場合の例を示した線図であり、（ｂ）は混入したノイズが支配的な場合の例を示した線図である。
【図１０】本発明の実施の形態で用いる、距離の時間変化が形成する波形パターンの例について説明する線図である。
【図１１】図１０の場合における、正常及び異常な呼吸の波形パターンについて示した線図である。
【図１２】図１１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 動き検出装置
２ 人物
３ ベッド
４ 寝具
５ 測距対象点
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 距離採用部
２５ 距離演算部
２６ 動き検出部
３１ 記憶部
３２ 距離保存部
３３ 呼吸パターン保存部
３５ 入力装置
３６ 出力装置
３９ インターフェイス
３０ 赤外線距離センサ
３１ 赤外光照射部
３２ 赤外光受光部
３６ 位置検出素子（ＰＳＤ）
３９ 位置情報出力部
４０ 警報装置
４１ 人感センサ
５０ 検出領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、距離センサを用いる動き検出装置に関し、特に対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができる動き検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動き検出装置として、従来から、複数の距離センサを用いて、対象領域までの距離を検出し、前記検出した距離に基づいて、対象領域と距離センサとの間に存在する人物の動きを監視する動き検出装置があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２９２６２号公報 （第３−８頁、第１−５図）
【０００４】
【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、例えば人物の小さな動き（例えば呼吸）を検出したいような場合には、検出される距離の変化が微小であることから、例えば信号に混入するノイズの影響により、動きの検出が不正確になる場合があった。また例えば、特に距離センサに、半導体位置検出素子（ＰＳＤ(Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ)）の様に、受光光量を分母とする演算により検出値を求める素子を用いる場合には、例えば対象物の距離や反射率等により、受光光量が小さくなったときに、検出信号に含まれるノイズが顕著に表れることがあった。
【０００５】
そこで本発明は、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による動き検出装置は、例えば図１、図５に示すように、対象物２までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と；前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を求める演算装置２２と；前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【０００７】
このように構成すると、距離センサ１１により第１の期間の間に複数個出力された検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を演算装置２２により求め、前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断装置２３により判断するので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【０００８】
さらに、請求項２に記載のように、請求項１に記載の動き検出装置１では、前記第１の値が前記第２の値の前記第１の期間内の平均値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成するとよい。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項３に係る発明による動き検出装置は、例えば図１、図５に示すように、対象物２までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と；前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を求める演算装置２２と；前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【００１０】
このように構成すると、距離センサ１１により第１の期間の間に複数個出力された検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を演算装置２２により求め、前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断装置２３により判断するので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【００１１】
さらに、請求項４に記載のように、請求項３に記載の動き検出装置１では、前記第１の値が前記第３の値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に無効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に有効と判断するように構成するとよい。
【００１２】
また、請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の動き検出装置１では、例えば図６に示すように、距離センサ１１は、対象物２に光束を照射する光照射手段３１と；対象物２で反射して来た前記光束の反射光束を受光し、その受光位置に応じて異なる出力をする位置検出素子３６と；位置検出素子３６からの出力に基づき三角法の原理により対象物２までの前記距離を示す検出値を求める距離演算装置３９を有し；距離演算装置３９の求めた距離を前記複数個の出力とするとよい。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による動き検出装置は、例えば図５、図６、図７に示すように、対象物２までの距離を検出する距離センサであって、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子３６を有する距離センサ１１と；前記出力された２つの値の和に基づいて、前記出力された検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備える。
【００１４】
このように構成すると、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子３６を有する距離センサ１１と、前記出力された２つの値の和に基づいて、前記出力された検出値の有効性を判断する判断装置２３とを備えるので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出装置を提供できる。
【００１５】
また、請求項７に記載のように、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の動き検出装置１では、第１の期間内のばらつきを表す第４の値が、所定の閾値を超えていることを、前記第１の期間内の前記出力された複数個の検出値が無効であると判断する加重要件とするとよい。
【００１６】
さらに上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、前記複数の距離センサ１１の内、無効と判断された距離センサ１１の出力を採用しないように構成されている。
【００１７】
また、上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での前記距離センサ１１の出力の変動が最も大きい距離センサ１１の出力を採用するように構成するとよい。
【００１８】
また、上記の動き検出装置１では、距離センサ１１は複数であり；判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での、出力のスペクトルのピークが最も明瞭である距離センサ１１の出力を採用するように構成してもよい。
【００１９】
さらに、前記スペクトルの評価は、判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での出力の変動が、大きい順に所定の個数の距離センサ１１の出力を選択し、前記選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価するようにするとよい。
【００２０】
また、前記スペクトルの評価は、判断装置２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサの内、過去一定期間での出力の変動が所定の閾値を超えている距離センサの出力を選択し、前記選択された各距離センサの出力を比較することで評価するようにしてもよい。
【００２１】
また、上記の動き検出装置１では、判断装置２３による有効性の判断により、少なくとも有効と判断された距離センサ１１の出力に基づいて、対象物２の動きを検出するようにするとよい。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は、本発明による実施の形態である動き検出装置１の模式的斜視図である。動き検出装置１は、対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサ１１と、距離センサ１１が接続され、距離センサ１１から出力された距離を表す検出値を入力する制御装置２０とを備えている。対象物は対象空間内に存在している。本実施の形態では、距離センサ１１は複数である。対象物までの距離とは、距離センサ１１から対象物までの距離である。また、距離センサ１１は、仮に対象物が存在しない場合には、対象空間内に存在する物体までの距離を検出する。ここでは、ベッド３の上面までの距離を検出する。なお、第１の期間の具体的な説明については後述する。また、上記各構成の詳細については後で詳述する。動き検出装置１は、対象空間内に存在する対象物の動きを検出するものである。また対象物は、呼吸をするものである。即ち対象物は、人物や動物である。本実施の形態では、対象物は人物２である。また、対象空間はベッド３上である。図示では、ベッド３上には、人物２が横たわって存在している（就寝状態で存在している）場合を示してある。さらに動き検出装置１は、ベッド３上に存在する人物２の呼吸を検出できるものである。また、本実施の形態では、距離を表す検出値は、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。
【００２４】
またここでは、人物２の上には、さらに寝具４がかけられており、人物２の一部と、ベッド３の一部とを覆っている。この場合には、距離センサ１１は、寝具４までの距離を検出している。また、寝具４を使用しない場合には、距離センサ１１は、人物２そのもの（例えば胴体部分）までの距離を検出する。
【００２５】
複数の距離センサ１１は、複数の距離センサ１１を設置できる筐体１０を介して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を各々単体で設置するよりも、設置が容易になる。ここでは、筐体１０は、およそ人物２の頭部上方に配置されている。さらにここでは、筐体１０は、移動可能なスタンド７に取り付けられている。筐体１０は、スタンド７をベッド３の人物２の頭部側の端部に配置することで、およそ人物２の頭部上方に配置される。またスタンド７は、移動可能であることから、筐体１０の設置を容易にしている。即ち動き検出装置１の設置を容易にしている。さらに、設置が容易であるため、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。本実施の形態では、筐体１０（距離センサ１１）は、スタンド７に設置しているが、壁や天井が存在する場合は、壁や天井でもよく、設置場所は動き検出装置の目的や仕様等により適宜決めてよい。さらに、筐体１０には、複数の距離センサ１１が、各々距離を検出する対象の点である後述の複数の測距対象点（以下対象点５（図３参照）という）に対応して設置されている。なお、距離センサ１１は、筐体１０に２列以上配置することが好ましい。
【００２６】
さらに図２の模式的斜視図に、筐体１０を不図示の天井に設置した場合の例を示す。この場合、ベッド３上のおよそ人物２の胸部の上方に設置するとよい。言い換えれば、およそ人物２の胸部が存在するであろう位置、例えばベッド３の中央より少しずれた位置の上方に配置するとよい。このように配置することで、ベッド３上の人物２の呼吸が検出しやすくなる。これは、ベッド３上の人物２の呼吸による動きが、胸部から腹部周辺で大きい傾向があり、さらにその変位方向が、距離センサ１１の測距方向とおよそ平行になるためである。以下、筐体１０（距離センサ１１）は、スタンド７を介して設置する場合で説明する。
【００２７】
図３の模式的平面図を参照して、対象点の配置例について説明する。対象点は図示のように複数配置されている。これにより、複数の対象点は、所定の範囲の検出領域５０を形成している。本実施の形態では、所定の範囲は、人物２のおよそ腹部、胸部、背部、および肩部が就寝中に取り得る位置を網羅する範囲に設定することが好ましい。また対象点５は、例えば図示のように、２列以上配置することが好ましい。
【００２８】
図３（ａ）は、複数の距離センサ１１の各々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。この場合には、例えば図示のように、複数の対象点５は、検出領域５０内に、ベッド３の外周部付近に対象点５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃが、ベッド３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３上（寝具４下（図１参照））の人物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、動きを検出する場所、また人物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。
【００２９】
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、検出領域５０を広くとることができるので、効率がよい。即ち、必要な範囲の検出領域５０内の距離を比較的少数の距離センサ１１で検出できるので、小型で高効率な動き検出装置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検出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、動き検出装置１をより簡単な構成とすることができる。なお、このように対象点５が重ならない場合であっても、後述のように、本来受光しなければならない光束に他の距離センサ１１から照射された光束が混入してしまい、正確な距離の検出が困難な場合には、距離センサ１１が同時に光束を照射しないように制御する必要がある。
【００３０】
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、検出領域５０内の死角を少なくすることができるので、より精度の高い距離の検出に有効である。このとき、距離センサ１１に例えば光を照射して距離を検出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が同時に光束を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から同時に例えば光束を照射した場合に、本来受光しなければならない光束に他の距離センサ１１から照射された光束が混入し、互いに影響を受けてしまうことで、距離の検出が困難になるためである。なお、図３（ｂ）では、対象点が重なった状態を説明するために対象点の面積を大きくとった場合を示している。
【００３１】
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に照射する光束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光束を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。
【００３２】
ここで、図３（ｂ）に示すように、距離センサ１１に照射型センサを使用し、かつ複数の距離センサ１１に対応する対象点５が重複する場合の作動の制御の例について説明する。このような制御は、後述の制御装置２０の制御部２１で行うようにするとよい。照射型センサの場合には、１つの距離センサ１１の距離の検出の後で、次の距離センサ１１の距離の検出を行うように制御する。即ち複数の距離センサ１１が同時に距離の検出をしないように制御する。このような動作が、備えられた全ての距離センサ１１の距離の検出を行われるまで繰り返す。なお、この一連の動作を１サイクルとし、１サイクルの時間をＴとする。
【００３３】
また、上述のように１つずつ距離センサ１１による距離の検出を行うのではなく、隣接する対象点５の距離の検出を同時に行わないように制御する（例えば同時に距離の検出を行う対象点５を１つおきとする）ことで、複数の距離センサ１１に同時に距離の検出を行わせることができる。このようにすれば、１サイクルの時間Ｔを大幅に短縮できる。
【００３４】
また典型的には、距離センサ１１は筐体１０に並列的に設置されるが、図４の模式図に示す筐体１０’ように、筐体１０にカーブをつけてもよい。この場合、距離センサ１１は、このカーブに沿うように設置する。このような筐体１０’を用いることで、小型化しても広い検出領域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。
【００３５】
図５を参照して、動き検出装置１の構成の一例を説明する。動き検出装置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、検出した距離を制御装置２０に出力するように構成されている。また、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、例えば複数の距離センサ１１と制御装置２０を筐体１０に収納してもよい。本実施の形態では、筐体１０と制御装置２０とは別体の場合で説明する。また距離センサ１１は、筐体１０に４×３で設置されている。
【００３６】
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、動き検出装置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。
【００３７】
図６のブロック図を参照して、距離センサ１１の実施例としての赤外線照射型の距離センサ３０（以下赤外線距離センサ３０という）について説明する。赤外線距離センサ３０は、いわゆるアクティブ型光学センサである。赤外線距離センサ３０は、人物２に光束を照射する光照射手段としての赤外光照射部３１、赤外光受光部３２、赤外線距離センサ３０全体を制御するセンサ制御部３３を含んで構成されている。また、センサ制御部３３は、制御装置２０の制御部２１内（図５参照）に備えるようにしてもよい。この場合には、赤外線距離センサ３０は、図７で後述するＰＳＤ３６の電極３６ｄからそれぞれ出力される光電流を、制御部２１内のセンサ制御部３３に出力するようにするとよい。
【００３８】
赤外光照射部３１には、赤外ＬＥＤ３４と照射レンズ３５とが備えられており、赤外ＬＥＤ３４から照射された赤外光の光束は照射レンズ３５を介して細い平行光束として人物２に照射される。ここで平行光束とは、実質的に平行であればよく、平行に近い光束も含む。赤外光受光部３２は、人物２で反射して来た前記光束の反射光束を受光し、その受光位置に応じて異なる出力をする位置検出素子３６を有している。さらに、赤外光受光部３２は、人物２で反射して来た光束の反射光束を位置検出素子３６上に結像させる結像光学系としての受光レンズ３７を有している。本実施の形態では、位置検出素子３６は、ＰＳＤである。以下、位置検出素子３６は、ＰＳＤの場合で説明する。なお、位置検出素子３６にＰＳＤを用いた赤外線距離センサ３０は、人物２までの距離を検出する距離センサであって、前記距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子を有する距離センサでもある。即ち、本実施の形態では、距離に応じて差が変化する２つの値を出力する検出素子がＰＳＤである。
【００３９】
さらに、赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６からの出力に基づき三角法の原理により人物２までの距離を求める距離演算装置としての位置情報出力部３９を有している。即ち位置情報出力部３９は、受光位置に基づいて、三角法により前記距離としての受光位置情報を得るように構成されている。また、位置情報出力部３９は、センサ制御部３３内に備えられている。赤外線距離センサ３０は、位置情報出力部３９の求めた距離を第１の期間に複数個出力する。
【００４０】
また、受光レンズ３７には、照射された光束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。この場合には、後述のＰＳＤ３６に入射する光束の大きさ（直径）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。
【００４１】
さらに、赤外線距離センサ３０は、赤外光照射部３１が照射する光束の波長をセンサ毎に異なるようにしてもよい。この場合には、併せて、前述の受光レンズ３７に施されたコーティングの透過波長帯域も、照射する光束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）で説明した隣合う光束が重なる場合であっても、隣のセンサの光束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動き検出装置を単純化できる。また赤外線距離センサ３０は、赤外ＬＥＤ３４（光源）を一定の周波数で点滅させ、赤外光受光部３２にその周波数の信号のみを抽出する電気的バンドパスフィルタを備えるようにしてもよい。これにより、外乱光の影響を低減することができる。また、この変調周波数をセンサ毎に変えることにより、図３（ｂ）で説明した光束が重なる場合でも隣のセンサの光束の影響を受けることが無くなる。これにより、光束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動き検出装置を単純化できる。さらに、赤外ＬＥＤ３４の照射のタイミングに同期させて赤外光受光部３２のアンプの極性を切換える同期検波を行っても好適である。
【００４２】
図７を参照して、ＰＳＤ３６についてさらに説明する。図７（ａ）は、模式的平面図であり、図７（ｂ）は、模式的正面断面図である。図７（ａ）に示すように、ＰＳＤ３６は、入射する光束の径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入射する光束の移動方向（図中左右方向）に、必要な測距範囲内で、入射する光束の移動により光束がはみ出さない程度の長さを有している。
【００４３】
また図７（ｂ）に示すように、ＰＳＤ３６は、平板状のシリコンの光束が入射する側の表面に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に入射した光束は、光電変換され、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。ここで、各電極３６ｄから出力される光電流をそれぞれＩＡ、ＩＢとする。ここで、ＩＡ、ＩＢが距離に応じて差が変化する２つの値である。
【００４４】
赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６の両端から出力される光電流の出力信号を位置情報出力部３９により演算することにより受光位置情報として入射した光束の重心位置を出力するので、後述のように、人物２までの距離を検出することができる。また、赤外線距離センサ３０は、照射する光束に、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。
【００４５】
赤外線距離センサ３０のセンサ制御部３３は、ＰＳＤ３６により入射した光束の重心位置を検出する際に、外乱光と区別するために、変調を行う。変調は、例えば周期的に光束の発光（照射）停止を繰り返し行うような動作である。この場合、光束の発光停止は、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、光束の出力も変化させるようにしてもよい。そしてセンサ制御部３３は、光束を照射している時のＰＳＤ３６の出力値から光束を照射していない時のＰＳＤ３６の出力値を差し引いた出力値を算出する。またセンサ制御部３３は、信頼性を確保するために、変調動作を複数回行い、その平均出力値を受光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。
【００４６】
なお、測距信号値ｘは、ＰＳＤ３６の両電極３６ｄから出力されるＩＡ、ＩＢにより、例えば次式で与えられる。
Ｉｘ＝（ＩＡ−ＩＢ）／（ＩＡ＋ＩＢ） ………（１）
ここで、Ｉｘは測距信号値ｘに相当する即ち距離に相当する電流値である。
【００４７】
また、図８の模式図に示すように、対象とする人物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） ………（２）
ｆは、赤外光受光部３２の受光レンズ３７を単一レンズとしたときそのレンズの焦点距離、ｗは、赤外ＬＥＤ３４とＰＳＤ３６との間の距離、言い換えれば、照射レンズ３５と受光レンズ３７の光軸間の距離（基線長）、ｂはＰＳＤ３６の受光素子の配置に依存するバイアス値を示す。なお、ｆ、ｗ、ｂは、それぞれ測距信号値ｘと同次元で表した値である。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。
【００４８】
また以上では、赤外線距離センサ３０は、距離として測距信号値ｘを出力する場合について説明したが、距離として上述の方法で算出された距離値Ａそのものを出力するように構成してもよい。
【００４９】
このように、赤外線距離センサ３０は、ＰＳＤ３６を用いることで、単純に構成できるので、安価で、単純な動き検出装置とすることができる。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。
【００５０】
距離センサ１１は、距離を第１の期間に複数個出力する。本実施の形態のように、人物２の呼吸を検出する場合には、第１の期間は、好ましくは１０〜２０秒（ｓ）程度に設定するとよい。このように設定すると、例えば人物２の呼吸の周期が毎分５〜６０サイクル程度の周期であるので、第１の期間は、およそ１回程度の呼吸を検出できる期間となるからである。本実施の形態では、１５ｓに設定した場合で説明する。また、距離センサ１１は、例えば０．０１〜３ｓ程度、好ましくは、０．０１〜０．５ｓ程度の間隔で距離を出力するように設定されている。本実施の形態では、出力の間隔を０．１ｓに設定した場合で説明する。即ち本実施の形態では、距離センサ１１は、第１の期間に１５０個の距離を出力することになる。また、距離センサ１１は、距離を連続的にアナログ出力する場合には、例えば制御装置２０で上記と同様な間隔でサンプリングすることで、複数個とするとよい。
【００５１】
図５に戻って、さらに動き検出装置１を説明する。制御装置２０は、制御部２１を備えており、動き検出装置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、制御部２１により、制御されている。制御部２１は、距離センサ１１から出力される複数個の距離を、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されている。また制御部２１には、記憶部３１が接続されており、算出された情報等のデータが記憶できる。記憶部３１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３２が備えられている。ここでの距離保存部３２に時系列的に保存された距離は、過去の時点の距離であればよく、例えば取得した最新の距離の１個分だけ前に取得された距離であってもよい。
【００５２】
また、制御部２１内には、距離センサ１１から出力された複数個の距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の第１の期間内の平均値を求める演算装置としての演算部２２と、第１の値と、第２の値の第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の距離の有効性を判断する判断装置としての判断部２３とが備えられている。第２の期間は、例えば０．５〜２秒（ｓ）程度とすることが好ましい。本実施の形態では、第２の期間は、１ｓとして説明する。即ち、ここでは第１の期間が１５ｓであることから、第１の期間を１５等分したのが第２の期間である。
【００５３】
また、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値は、例えば距離の第１の期間内の標準偏差または分散であり、距離の第２の期間内のばらつきを表す第２の値は、同様に距離の第２の期間内の標準偏差または分散である。本実施の形態では、共に標準偏差の場合で説明する。なお、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値及び距離の第２の期間内のばらつきを表す第２の値は、それぞれの期間内の距離の最大値、最小値との差としてもよいが、上記のように標準偏差とすることで、距離の第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、第２の期間内のばらつきを表す第２の値の第１の期間内の平均値との差がより明瞭になる。これにより、ノイズ、特にランダムノイズに起因する変動が判断しやすくなる。
【００５４】
さらに、判断部２３は、第１の値が第２の値の第１の期間内の平均値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成される。即ち、判断部２３は、第１の期間である１５ｓ内の複数個の距離の標準偏差が、第２の期間である１ｓ内の複数個の距離の標準偏差の第１の期間内の平均値よりも所定の閾値（例えば０．８程度）を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断するように構成される。ここでは、判断部２３は、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比で判断するようにする。さらにここでは、後述のように閾値を設定し、（第２の値の第１の期間内の平均値／第１の値）＜閾値のとき有効と判断するようにする。なお、有効性の判断は上記に限られるものではなく、例えば第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の差と、第１の値との比であってもよい。またこの場合には、（（第１の値―第２の値の第１の期間内の平均値）／第１の値）＞閾値のとき有効と判断するようにする。なおこの閾値は上記の閾値とは別の値となる。上記いずれの方法を用いてもよいが、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比が、前者の場合では１、後者の場合では０に近い場合に無効と判断するとよい。以下前者の場合で説明する。
【００５５】
ここで、図９の線図を参照して、判断部２３による有効性の判断について説明する。なお、図９は、距離センサ１１より出力された距離を時間方向に並べた線図であり、さらに（ａ）は混入したノイズが支配的でない場合、即ち判断部２３により有効と判断される場合の例を示した図であり、（ｂ）は混入したノイズが支配的な場合、即ち判断部２３により無効と判断される場合の例を示した図である。なお、図９（ａ）は、第２の値の第１の期間（例えば１５ｓ）内の平均値／第１の値が０．３程度の場合であり、図９（ｂ）は、第２の値の第１の期間（例えば１５ｓ）内の平均値／第１の値が０．９程度の場合を示している。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、有効である場合には、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差は、第２の期間（例えば１ｓ）の距離の標準偏差と比較して明らかに大きい。即ち、有効なときは、距離の第２の期間内の標準偏差の第１の期間内の平均値は、距離の第１の期間内の標準偏差より小さい。また、第１の期間の標準偏差と、第２の期間の標準偏差の平均値との比は、無効なときの比に比べて小さい値（例えば０．３）となる。また、図９（ｂ）に示すように、無効である場合には、ランダムノイズの寄与が大きくなるため、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差が大きいという関係は残るものの両者が近い値となる。即ち、無効なときは、第２の期間（例えば１ｓ）の標準偏差の平均値は、第１の期間の標準偏差より著しく大きくなることなく、これらの比は、１に近くなる（例えば０．９）。したがって両者の比をとって１にどの程度近いかで判断ができる。即ち、閾値を設定した場合には、閾値以下であることで有効性を判断できる。閾値は、例えば０．７〜０．９５程度に設定するとよい。
【００５７】
即ち、第１の値と第２の値の第１の期間内の平均値の比は、例えば人物２に動きに起因する距離の変動の場合には、常に１より小さくなるが、人物２に動きが無くなるとノイズが支配的となり、１又は１に近くなる。
【００５８】
また、演算部２２は、距離センサ１１より出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を求めるように構成し、判断部２３は、前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断するするように構成してもよい。さらに判断部２３は、前記第１の値が前記第３の値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に無効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に有効と判断するように構成される。ここでは、第３の値と第１の値との比が、所定の閾値よりも小さいときに有効と判断するようにする。さらにここでは、後述のように閾値を設定し、（第３の値／第１の値）＜閾値のとき無効と判断するようにする。即ち、閾値を設定した場合には、閾値以下であることで無効を判断できる。閾値は、例えば０．７〜０．９５程度に設定するとよい。また、例えば第１の値と第３の値の差と、第１の値との比であってもよい。またこの場合には、（（第１の値―第３の値）／第１の値）＞閾値のとき無効と判断するようにする。なおこの閾値は上記の閾値とは別の値となる。第１の値と第３の値の差は絶対値とする。上記いずれの方法を用いてもよいが、第１の値と第３の値の比が、前者の場合には１、後者の場合には０に近い場合に有効と判断するとよい。以下、前者の場合で説明する。
【００５９】
またこの場合では、図９（ａ）に示すように、有効である場合には、距離の第２の期間（例えば１ｓ）の平均値の標準偏差は、距離の第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差より小さいが、これらの比は１に近くなる（例えば０．９）。また、図９（ｂ）に示すように、無効である場合には、距離の第２の期間（例えば１ｓ）の平均値の標準偏差は、第１の期間（例えば１５ｓ）の標準偏差より小さく、さらに第２期間の平均値の標準偏差は、平均値がほぼ一定値となるので、比較的小さい値（例えば０．３）となる。そして、これらの比は、有効なときの比に比べて小さい値となる。即ち閾値を（例えば０．８のような値に）設定した場合には、閾値以下であることで無効を判断できる。
【００６０】
以上で説明した２つの構成のどちらを用いても、ノイズが支配的である距離を無効と判断できる。即ち、ノイズによる影響を低減できる。
【００６１】
さらに判断部２３は、第１の期間（例えば１５ｓ）内のばらつきを表す第４の値が、所定の閾値を超えていることを、前記第１の期間内の前記出力された複数個の検出値が無効であると判断する加重要件とするように構成される。第４の値は、第１の値と同じ値であってもよい。即ち第４の値は第１の期間内の複数個の距離の標準偏差であってもよい。本実施の形態では、第４の値は第１の値と同じ値である場合で説明する。即ち、判断部２３は、距離センサ１１より出力された第１の期間内の複数個の距離の標準偏差が所定の閾値を超えていることを、第１の期間内の出力された複数個の検出値が無効であると判断する。これにより、ノイズは小さいが、例えば人物２に全く動きが無いために距離の変動が無い又は非常に小さく、結果的にノイズが支配的となってしまい、その距離を無効と判断してしまうことがなくなる。さらに言えば、ノイズが大きくて、人物２に一見動きがあるように見える距離の変動と、ノイズが支配的だが、実際に人物２に動きがない場合の距離の変動とを区別することができる。このように、人物２に動きが無い例えば呼吸が停止しているにもかかわらず、その距離を無効と判断してしまうことを防ぎ、呼吸停止を正確に検出できる。
【００６２】
さらに、本実施の形態のように、距離センサ１１としてＰＳＤ３６（図７参照）を有する赤外線距離センサ３０（図６参照）を用いる場合には、判断部２３は、ＰＳＤ３６より出力された２つの値としての光電流ＩＡ、ＩＢ（図７参照）の和に基づいて、距離センサ１１より第１の期間内に出力された複数個の距離の有効性を判断するように構成してもよい。なお、このように構成した場合には、上述の演算部２２は備える必要がない。即ち単純に構成できる。
【００６３】
ＰＳＤを用いた距離センサは、ＰＳＤに入射する光束の光量が低下すると、出力される距離に混入するノイズが増加する傾向がある（ノイズが支配的となる傾向がある。）。また、ＰＳＤの両極より出力される光電流ＩＡ、ＩＢの和を算出することで、ＰＳＤに入射する光束の光量を検出できる。これにより、ノイズが支配的となる傾向が強まるときに入射する光束の光量、即ち光電流ＩＡ、ＩＢの和の値を閾値として設定し、光電流ＩＡ、ＩＢの和が閾値以下のときに無効と判断するようにすることで、ノイズの影響を低減できる。
【００６４】
上述した判断部２３による距離センサ１１より出力された第１の期間内の距離の有効性の判断は、各距離センサ１１毎に行なわれる。
【００６５】
再び図５に戻って説明する。また、制御部２１内には、判断部２３により判断された有効性に基づいて、前記判断された第１の期間内の距離を採用するか否かを選別する距離採用部２４が備えられている。距離採用部２４は、典型的には有効性判断に基づいて、距離センサ１１の第１の期間内の出力を採用しないという処理を行う。また本実施の形態のように、複数の距離センサ１１を備えるときは、有効性がないと判断された距離センサ１１の第１の期間内の出力を採用せず、他の距離センサ１１の出力を採用する。なお、１つの距離センサ１１しか備えない場合であっても、時間的に採用できる出力と採用できない出力とを選別できる。
【００６６】
距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、複数の距離センサ１１の内、無効と判断された距離センサ１１の出力即ち距離センサ１１より出力される距離を採用しないように構成されている。採用しない出力は、有効性の判断を行った第１の期間内のものである。
【００６７】
さらに距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での距離センサ１１の出力の変動が最も大きい距離センサ１１の出力を採用するように構成するとよい。過去一定期間は、例えば、第１の期間とするとよい。このように、最も変動が大きい出力を採用することで、例えば、人物２の動きが最も反映されている出力を採用できる。出力に人物２の動きが反映されている場合には、他の人物２の動きが反映されていない出力と比較して、基本的に出力の変動が大きい。このため、上記のようにすることで、人物２の動きが最も反映されている出力を採用できる。
【００６８】
また、距離採用部２４は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の内、過去一定期間での、出力のスペクトルのピークが最も明瞭である距離センサ１１の出力を採用するように構成してもよい。
【００６９】
スペクトルのピークが最も明瞭であるかの評価は、スペクトルのピークの鋭さで評価する。ピークの鋭さ（ピークの先鋭度）は、例えば、スペクトルピークの高さを全周波数のスペクトルの高さの積分値で除算した値、またディスクリートな場合には、例えば、ピーク高さに、ピークの隣のスペクトルの高い方の高さを加算した値を、さらに全周波数のスペクトルの高さの和で除算した値を指標とすることができる。ピークの鋭さが一定値以上であることを評価することで、明確に例えば人物２の呼吸を検出している距離センサ１１の出力を採用することができるので、人物２の呼吸を検出しやすい。
【００７０】
なお、スペクトルの評価は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の出力の内、過去一定期間での出力の変動が、大きい順に所定の個数の距離センサ１１の出力を選択し、選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価する。所定の個数は、例えば１〜６個程度、好ましくは２〜４個程度である。また、スペクトルの評価は、判断部２３による有効性の判断により、有効と判断された距離センサ１１の出力の内、過去一定期間での出力の変動が所定の閾値を超えている距離センサ１１の出力を選択し、選択された各距離センサ１１の出力を比較することで評価してもよい。
【００７１】
このように、動き検出装置１は、判断部２３による有効性の判断により、少なくとも有効と判断された距離センサ１１の出力に基づいて、人物２の動きを検出するように構成される。即ち、ここでは、距離採用部２４により採用された（選別された）第１の期間内の距離に基づいて、人物２の動きを検出する。このように、判断部２３により有効と判断された出力を採用するので、ノイズが支配的な出力に基づいて、人物２の動きを検出することで動きを誤検出していまうことなく、正確に人物２の動きを検出できる。
【００７２】
さらに、制御部２１内には、距離センサ１１の出力に基づいて、距離の時間変化を演算する距離演算部２５と、距離演算部２５により演算された距離の時間変化に基づいて、人物２の動きを検出する動き検出部２６とをが備えられている。ここで、演算される距離の時間変化は、この時間変化の絶対値であってもよい。なお本実施の形態では、距離の時間変化の絶対値の場合で説明する。また、動き検出部２６により検出する人物２の動きは、例えば、呼吸、体動、移動である。
【００７３】
また、距離演算部２５は、典型的には、距離採用部２４により採用された距離センサ１１の出力に基づいて、距離の時間変化を演算するように構成される。即ち、判断部２３により有効と判断され、さらに距離採用部２４により採用された第１の期間内の複数個の距離に基づいて、距離の時間変化を演算する。
【００７４】
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出力される複数個の距離を取得することにより、過去の時点に取得された距離と、現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、前述の距離保存部３２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。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０．０１〜３秒程度、好ましくは、０．０１〜０．５秒程度とするとよい。
【００７５】
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出力される複数個の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）をとることで、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。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、後述の動き検出部２６による人物２の呼吸、起き上がり等の比較的大きな体動の検出に有効である。所定期間を短めに設定した場合は、同様に人物２の体動の検出に有効である。
【００７６】
前者は、特に人物２の呼吸の検出に適している。後者は、後述の人物２の呼吸か、体動かを判断する場合に適している。以下、前者の距離の時間変化を用いる場合で説明するが、後者の距離の時間変化を用いてもよく、さらに、前者と後者との両方の距離の時間変化を用いるようにしてもよい。この場合には、後述の動き検出部２６により、それぞれの距離の時間変化を選択して用いるようにする。なお、距離の時間変化の演算には、必ずしも距離の差分を使う必要はなく、時系列的に取得した距離から周波数解析等の手段を用いることも可能である。
【００７７】
また、距離演算部２５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構成してもよい。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、動き検出部２６による人物２の動きの検出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個分）としてもよい。また、距離変化量の演算は、距離センサ１１の出力毎に行う。即ち、距離センサ１１毎に距離変化量を得る。
【００７８】
距離演算部２５により、距離の時間変化を演算することで得られた過去所定期間内の距離変化量は、時間方向に並べることで波形パターンを形成する。
図１０は、波形パターンの例を示した図である。
【００７９】
さらに、距離演算部２５は、距離の時間変化の演算は、過去所定期間内の基準位置からの距離を演算するようにしてもよい。この場合には、距離の時間変化の演算は、一定時間間隔で、基準位置からの距離を求めることになる。そして求められた前記距離は、時間方向に並べられる。ここで、基準位置は、例えば、ベッド３上面であるが、標準的な体型の人物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３２内に保存するとよい。
【００８０】
また、距離演算部２５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、距離演算部２５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、距離演算部２５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、検出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。なお、各平均値の算出方法は、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。
【００８１】
また、動き検出部２６について説明する。動き検出部２６は、距離演算部２５により演算された距離の時間変化に基づいて人物２の動きを検出するように構成されている。即ち人物２の呼吸、体動、移動を検出するように構成されている。また、動き検出部２６は、複数の距離センサ１１の内１つ又は複数の選択された距離センサ１１に関する時間変化に基づいて人物２の動きを検出するように構成されている。
【００８２】
また動き検出部２６は、演算された距離の時間変化に基づき、人物２の呼吸を検出するように構成される。なおここでは、呼吸の検出は、動き検出部２６により、距離の時間変化の周期的変化を検出し、さらに検出した周期的変化に基づいて、人物２の呼吸を検出する。周期的変化とは、例えば人物２の呼吸の周期、例えば、毎分５〜６０サイクルの周期を有する変化である。即ち本実施の形態では、周期的変化は、呼吸の周期から大きく外れた周期的変化を含まない。ところで、大人の呼吸数は、毎分５〜３０回程度の範囲にあるが、幼児の場合にはさらに呼吸数が多くなる傾向がある。また動き検出部２６は、周期的変化の周期及び振幅のいずれか一方又は両方に基づいて人物２の呼吸を検出するように構成されている。典型的には、動き検出部２６は、周期的変化の周期及び振幅の両方から人物２の呼吸を検出する。さらに、動き検出部２６は、検出した呼吸の周期から呼吸数を監視するように構成してもよい。ここで、呼吸数を監視することも、周期を監視する概念に含まれるものとする。
【００８３】
また、動き検出部２６は、距離採用部２４により採用された距離センサ１１に対応する距離の時間変化の内、さらに一定値以上のものを選択し、選択された距離の時間変化の周期的変化を検出して、最も周期性が明瞭（呼吸を表している）な周期的変化から呼吸の有無及び呼吸数を検出するようにしてもよい。
【００８４】
さらに、動き検出部２６は、演算された距離の時間変化に基づき、人物２の体動、移動を検出するように構成される。人物２の体動や移動の検出は、距離の時間変化から呼吸のみを検出した場合に比べて、遥かに大きく変動するので、容易に検出することができる。この場合には、さらに動き検出部２６は、距離採用部２４により採用された距離センサ１１の出力に対応する各々の時間変化より、人物２が、例えば寝返り等その場で動いているのか、例えば起き上がる等してベッド上を移動しているのかを検出することもできる。また、人物２が痙攣のような周期的で小さい動きをした場合でも、その波形パターンから異常を検出することができる。さらに、痙攣している状態の波形パターンを記憶部３１に保存しておくことで、人物２が痙攣している状態と検出することもできる。
【００８５】
動き検出部２６は、以上のようにして、人物２の動きを検出する。さらに、動き検出装置１は、検出された人物２の動きに基づいて、人物２の状態を判断するように構成される。人物２の状態とは、例えば正常な呼吸をしている、異常な呼吸をしており危険である、体動例えば寝返りを打っている、移動例えば着床、離床しようとしている等といった状態である。さらに動き検出部２６は、人物２が危険な状態であると判断したときには、警報信号を送信するように構成される。警報信号は、例えば後述の警報装置４０へ送信される。例えば、短時間に呼吸パターンの持つ周期が乱れた場合又は、呼吸パターンの持つ周期が急激に変化した場合には、例えば、自然気胸、気管支喘息などの肺疾患、うっ血性心不全などの心疾患、または、脳出血などの脳血管疾患であると推測できる。また、呼吸パターンの消失が続いた場合には、人物２の呼吸が停止したと推測できる。そして、短時間に呼吸パターンではなく人物２の体動が頻出した場合には、人物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。動き検出部２６は、これらのことを利用して、総合的に人物２の状態を検出するように設定するとよい。
【００８６】
ここで、図１１を参照して、正常および異常な呼吸パターンの例を説明する。記憶部３１内の呼吸パターン保存部３３に保存されている正常な呼吸パターンは、例えば図１１（ａ）に示したような、周期的なパターンである。ただし、大人の場合には、１分間の呼吸数として正常な範囲は、１０〜２０回程度である。呼吸パターン保存部３３に保存されている異常な呼吸パターンは、例えば、チェーン−ストークス（Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ）呼吸、中枢性過換気、失調性呼吸、カスマウル（Ｋｕｓｓｍｕｌ）の大呼吸など、生理学的に体内に障害が発生している場合に生じると考えられている呼吸パターンである。
【００８７】
図１１（ｂ）に、Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ呼吸の呼吸パターンを、図１１（ｃ）に中枢性過換気の呼吸パターンを、図１１（ｄ）に失調性呼吸の呼吸パターンをそれぞれ示す。
さらに図１２に、上記の異常な呼吸パターンが発生した場合の、病名または疾患箇所について示す。
【００８８】
動き検出部２６は、それぞれの呼吸パターンの呼吸の周波数、出現回数、深浅が異なることを利用して、人物２の呼吸パターンがいずれの呼吸パターンに属するかを判別し、人物２の状態を判断する。
【００８９】
さらに動き検出部２６は、人物２の呼吸が、生理学的に体内に障害が発生している湯合に生じると考えられている呼吸パターンに属すると判定した場合に、人物２が異常な呼吸をしており危険な状態にあると判断する。このように検出された人物２の状態は、制御部２１により後述の出力装置３６から出力するようにするとよい。この場合、出力される内容は、検出された人物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。
【００９０】
さらに、制御部２１には、動き検出装置１を操作するための情報を入力する入力装置３５、動き検出装置１で処理された結果を出力する出力装置３６が接続されている。入力装置３５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３６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３５、出力装置３６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３５は、例えば人物２の動きの検出の開始や解除を行なえるスイッチ、出力装置３６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、動き検出装置１を単純に構成できる。また、距離センサ１１（筐体１０）と一体に構成しやすい。
【００９１】
さらに、動き検出装置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、動き検出部２６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、例えば動き検出部２６により人物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、動き検出装置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、人物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、動き検出装置１は、人物２の動きの検出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。
【００９２】
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３９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、例えば動き検出装置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３９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３９を介して、第三者に人物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。
【００９３】
制御装置２０は、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に存在する人物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、動き検出装置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人物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。
【００９４】
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、動き検出装置１の設置作業が容易になる。また、動き検出装置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、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に存在する人物２を検知できる位置であればどこでもよい。
【００９５】
動き検出装置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、ベッド３上または、ベッド３上とその近辺に人物２の存在を検出できない場合に、動き検出装置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、即ち必要なときに動き検出装置１の電源を入れることができ、節電できる。また、人物２の動きが検出されないとき、人物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。
【００９６】
同様に、人物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３の人物２の荷重がかかる位置、例えば人物２の上半身側のベッド３上あるいは、上半身側のベッド３の脚部（矩形のベッド３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。
【００９７】
以上のような動き検出装置１によれば、判断部２３により、距離センサ１１より出力される距離の有効性の判断を行うことで、例えば出力される距離にノイズが混入していることを判断できる。即ち、例えばノイズによる距離の変動と、人物２の動きによる距離の変動とを判断できる。これにより、ノイズが支配的であるときの距離を採用しないことができ、有効性の高い距離に基づいて人物２の動きを検出できるので、正確な人物２の動きの検出が可能となる。さらに、動き検出装置１は、小さな人物２の動きによる距離の変動と、同等かまたは大きい変動のノイズが混入した場合であっても、距離の有効性の判断により、ノイズが支配的であるときには、その期間の距離を人物２の動きの検出に採用しない。このため、ノイズが支配的である距離に基づいて、人物２の動きを検出することで、人物２の動きを誤検出してしまうことがない。即ち、人物２の呼吸のような比較的小さな動きでも正確に検出することができる。
【００９８】
さらに、動き検出装置１は、距離センサ１１を用いることで、心理的に違和感のあるカメラを用いた画像処理を使用していないので、簡易な装置で高速処理が可能である。さらに、高齢者や病人が危機状態に陥った場合にも、迅速な救急対応が可能である。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサと、前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を求める演算装置と、前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置とを備えるので、対象物までの距離を表す検出値の有効性を判断できることで、ノイズの影響を取り除くことができ、例えば対象物の比較的小さな動きでも正確に検出できる動き検出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動き検出装置の概要を示す模式的斜視図である。
【図２】図１の筐体部分を天井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ある距離センサを、カーブをつけて設置する場合を説明する模式的側面図である。
【図５】本発明の実施の形態で用いる動き検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態で用いる距離センサの例である赤外線距離センサの構成例を示すブロック図である。
【図７】図６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８】本発明の実施の形態で、対象物までの距離値を算出する方法を説明する模式図である。
【図９】本発明の実施の形態である、距離センサより出力された距離を時間方向に並べた線図であり、（ａ）は混入したノイズが支配的でない場合の例を示した線図であり、（ｂ）は混入したノイズが支配的な場合の例を示した線図である。
【図１０】本発明の実施の形態で用いる、距離の時間変化が形成する波形パターンの例について説明する線図である。
【図１１】図１０の場合における、正常及び異常な呼吸の波形パターンについて示した線図である。
【図１２】図１１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 動き検出装置
２ 人物
３ ベッド
４ 寝具
５ 測距対象点
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 距離採用部
２５ 距離演算部
２６ 動き検出部
３１ 記憶部
３２ 距離保存部
３３ 呼吸パターン保存部
３５ 入力装置
３６ 出力装置
３９ インターフェイス
３０ 赤外線距離センサ
３１ 赤外光照射部
３２ 赤外光受光部
３６ 位置検出素子（ＰＳＤ）
３９ 位置情報出力部
４０ 警報装置
４１ 人感センサ
５０ 検出領域
Claims (6)
- 対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサと；
前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内のばらつきを表す第２の値の前記第１の期間内の平均値を求める演算装置と；
前記第１の値と、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置とを備える；
動き検出装置。 - 前記第１の値が、前記第２の値の前記第１の期間内の平均値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に有効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に無効と判断する；
請求項１に記載の動き検出装置。 - 対象物までの距離を検出し、前記距離を表す検出値を第１の期間の間に複数個出力する距離センサと；
前記出力された複数個の検出値の前記第１の期間内のばらつきを表す第１の値と、前記第１の期間を細分した小期間である第２の期間内の検出値の平均値の、各小期間のばらつきを示す第３の値を求める演算装置と；
前記第１の値と、前記第３の値とに基づいて、前記出力された複数個の検出値の有効性を判断する判断装置とを備える；
動き検出装置。 - 前記第１の値が前記第３の値よりも所定の閾値を超えて大きい場合に無効と判断し、前記閾値と等しいか小さい場合に有効と判断する；
請求項３に記載の動き検出装置。 - 前記距離センサは、
対象物に光束を照射する光照射手段と；
前記対象物で反射して来た前記光束の反射光束を受光し、その受光位置に応じて異なる出力をする位置検出素子と；
前記位置検出素子からの出力に基づき三角法の原理により前記対象物までの前記距離を示す検出値を求める距離演算装置を有し；
前記距離演算装置の求めた距離を前記複数個の出力とする；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の動き検出装置。 - 前記第１の値と同じまたは前記第１の値と異なる、前記第１の期間内のばらつきを表す第４の値が、所定の閾値を超えていることを、前記第１の期間内の前記出力された複数個の検出値が無効であると判断する加重要件とした；
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の動き検出装置。
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