JP4576416B2

JP4576416B2 - 監視装置

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Publication number: JP4576416B2
Application number: JP2007296544A
Authority: JP
Inventors: 安弘竹村; 利治武居; 一弘味村; 圭加藤; 真人中島
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2008110215A

Description

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。

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。

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。

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。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る監視装置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。監視対象物２は例えば就寝者である。

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。

また本発明の第２の態様として、本発明の第１の態様に係る監視装置１において、判断装置２３は、前記距離関連値が第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

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Ｔｈ_３ｘ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。

また本発明の第３の態様として、本発明の第１の態様又は第２の態様に係る監視装置１において、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第３の形状変化があったと判断するように構成するとよい。

このように構成すると、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。

また本発明の第４の態様として、本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

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。

また本発明の第５の態様として、本発明の第４の態様に係る監視装置１において、判断装置２３は、前記距離関連値が、第１の閾値Ｔｈ_１ｘ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。

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。

また本発明の第６の態様として、本発明の第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

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。

また本発明の第７の態様として、本発明の第５の態様又は第６の態様に係る監視装置１において、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。

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。

上記目的を達成するために、本発明の第８の態様に係る監視装置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Ｔｈ_３ｘ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される。

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Ｔｈ_３ｘ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。

また本発明の第９の態様として、本発明の第１の態様乃至第８の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、判断装置２３は、前記距離関連値が、第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

このように構成すると、前記距離関連値が、第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

また本発明の第１０の態様として、本発明の第１の態様乃至第９の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

また本発明の第１１の態様として、本発明の第１の態様乃至第１０の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

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。

また本発明の第１２の態様として、本発明の第１の態様乃至第１０の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

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。

また本発明の第１３の態様として、本発明の第１の態様乃至第１２の態様のいずれか１つの態様に係る監視装置１において、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｔｈ_１ｘ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。

判断部２３について説明する。判断部２３には、第１の閾値Ｔｈ_１ｘ、第１の閾値Ｔｈ_１ｘより大きい値である第２の閾値Ｔｈ_２ｘ、第２の閾値Ｔｈ_２ｘより大きい値である第３の閾値Ｔｈ_３ｘが設定されている。第１の閾値Ｔｈ_１ｘ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Ｔｈ_２ｘ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Ｔｈ_３ｘ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。

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Ｔｈ_１ｘ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Ｔｈ_２ｘ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Ｔｈ_３ｘ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Ｔｈ_１ｘ、第２の閾値Ｔｈ_２ｘ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Ｔｈ_３ｘ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。

判断部２３は、距離の時間変化が、第１の閾値Ｔｈ_１ｘ以上であって、第２の閾値Ｔｈ_２ｘ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Ｔｈ_２ｘより大きく、第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

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。

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。

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。

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。

判断部２３は、距離の時間変化が、第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

また、判断部２３は、距離の時間変化が第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

また、判断部２３は、距離の時間変化が第３の閾値Ｔｈ_３ｘ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。

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。

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。

判断部２３は、距離の時間変化が、第１の閾値Ｔｈ_１ｘ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Ｔｈ_１ｘ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。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。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。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。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。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１０の場合における、４分割ＰＤを説明する概念図である。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。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。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。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。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
３０ａ２分割ＰＤを用いた赤外線距離センサ
３０ｂＰＳＤ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
３６ＰＳＤ（位置検出素子）
３７ａ、３７ｂ受光レンズ
３８２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

Claims

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；
監視装置。
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に記載の監視装置。
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に記載の監視装置。
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３のいずれか１項に記載の監視装置。
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乃至請求項４のいずれか１項に記載の監視装置。
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５に記載の監視装置。
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；
請求項６に記載の監視装置。
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に記載の監視装置。
前記センサは、複数備えられている；
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の監視装置。