JP4784902B2 - 脳波で制御される空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
脳波による、エアコンの自動制御、自動停止に関するものである。
【従来の技術】
脳波を用いた空気調和装置には、特開平５−５２３８２が ある。これは、α波を用いて、覚醒時の空調の快適性を追及したものである。
しかし、覚醒時には あえて、脳波を用いなくても、在来の方法で 温度調節が できるのでは、なかろうか。
【０００２】
米国特許４９４９７２６は、脳波を用いて、機器のオン オフを行う仕組みを開示しておるが、それは 覚醒時の脳波を用いるものであり、本出願と趣旨が異なる。又、米国特許４９４９７２６では、デルタ波を扱っていない。
【発明が解決しようとする課題】
在来型のリモコンを用いて、冷房運転をして就寝し、睡眠後 クーラーの寒さで、目を覚ましたり、また、睡眠中の冷房運転のために、風邪ぎみになったりすることが 有る。これは、半ば 寝ぼけたままで、クーラのリモコン運転を
することが、一因では なかろうか。
本出願は かかる経験から、産まれたものであり、浅い睡眠に始まり、完全な睡眠に到る、ユーザの就寝時の空気調和装置の制御を めざしたものである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
脳波入力手段１と、
脳波の中の、睡眠の始まりに関わるθ波、深い睡眠に関わるδ波を解析する脳波分析手段２と、
空気調和装置３と、脳波分析手段２の指示を受けて、空気調和装置３の制御をするマイクロプロセサ４から成るものである。図１。
【作用】
浅い睡眠を示すθ波や深い睡眠を示すδ波が検出された時には、
１）空気調和装置の風量を低減し、それによって、風切り音を低減し、
あるいは、
２）冷房運転の時には、若干 空気温度を上げ、やや 暖かめの温度にし、
暖房運転の時にも、同様に温度設定をゆるめ、やや 冷ための温度にしついで、δ波の比率が高まり、熟睡になったと判断されたら、空気調和装置の運転をオフにする。
【０００５】
【実施例】
脳波入力手段１としては、脳波計を用いることができる。
脳波分析手段２は、増幅器６、帯域通過フィルタ７、Ａ／Ｄコンバータ８、そして コンピュータ９、もしくは、マイクロプロセサ９から 成るものである。
図９。
脳波のうち、δ波は 睡眠時に現れるものであり、０．５〜３．５Ｈｚ．θ波は、居ねむりし始める時に現れるものであり、３．５〜７．５Ｈｚ。
このθ波、δ波の周波数帯域は、脳医学の進歩により、今後 少し変わる可能性が有るし、又、個人差も有り、さらに、年令によっても、少し 変わろう。
他に、覚醒時に現れるα波、β波が有ることが 知られておる。
マイクロプロセサ４としては、空気調和装置３に内在している、在来のマイクロプロセサを＜もし、有れば＞用いても良い。
脳波分析手段２のコンピュータ９としては、ホームオートメーション用のコンピュータを用いてもよい。なお、コンピュータ９の処理容量に余力が有れば、マイクロプロセサ４を省いて、コンピュータ９に、その制御機能を代行させてもよい。
【０００６】
脳波入力手段１と、先駆的な脳波分析手段を統合した、優れた先行技術が
ＨＡＬ＜Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ＞として 知られておる。
Ｓｔｅｖｅ Ｃｉａｒｃｉａ＜Ｊｕｌｙ １９８８、”ＢＹＴＥ” ＞
ここでは、本システムの脳波分析手段２の特徴となる部分を述べる。
入力された脳波は、高速フーリエ変換することで、その周波数成分が得られる。その周波数分布をＢ（ｆ）とする。ここに ｆは 脳波の周波数、Ｂ（ｆ）は脳波の強度、脳波信号の振幅である。
これを、θ波やδ波の周波数帯域で積分したものが、θ波や、δ波の信号強度である。それらを元にして、図２のδｐ，図３のθｐが得られる。
ここで図２、図３の分母は、脳波の全周波数成分＜０．５〜３０．５Ｈｚ＞についての、脳波信号の積分値である。図２の分子は、δ波の脳波信号の積分値である。図３の分子は、θ波の脳波信号積分値である。
δｐは、脳波の全成分中で、δ波が占める比率であり、
θｐは、脳波の全成分中で、θ波が 占める比率である。
【０００７】
δｐ，θｐと共に、図４、図５のδｐ’，θｐ’を用いることもできる。
図４、図５で ｍａｘ（δ）は δ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（θ）は θ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（α）は、α波＜７．５〜１３．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
ｍａｘ（β）は、β波＜１３．５〜３０．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
δｐ’は、δ波、θ波、α波、β波の各信号成分の最大値にのみ着目して、そのうちのδ波の比率を表すのであり、 θｐ’は、同様に θ波の比率を表すものである。以上、δ波やθ波が、全脳波成分のうちで占める比率を表す、二つの方法を述べたのであるが、これら以外でも、δ波やθ波が全脳波に占める比率を表す、より適切な計算式が 脳医学の進歩により発見されたならば、それをソフトウエアとして組みこむことは、困難では あるまい。
上記の解析手順が、脳波分析手段の中にソフトウエア化されており、たとえば、１ｓ単位で計算される。
【０００８】
なお、睡眠の始めでθ波が現れ、深い眠りでδ波と なるのであるが、その過程を詳しく論じると、この中間の時間帯に１４Ｈｚのスピンドル波が現れ、ついで、スピンドル波とδ波の混在波が現れ、やがて δ波のみとなるのである。
そこで、ソフトウエア上は、次ぎの仕組みを用いる。
１）粗い評価としては、１４Ｈｚの脳波成分を無視し、これを、β波、覚醒波成分として、カウントすることに伴う誤差を ０ にする。
２）細かい評価としては、他のβ波成分が無く、β波としては １４Ｈｚのみの脳波成分が有る時、これを 睡眠時の脳波として、θ波、もしくは、δ波に含めてカウントする。つまり、
２−１）スピンドル波をθ波に含めてカウント
２−２）スピンドル波をδ波に含めてカウント
すなわち、ソフトウエアを、１）、２−１）、２−２）の いずれでもできるように準備しておき、ユーザの体質に合うものを、選択できるように しておけばよい。
【０００９】
かくして、θｐ，δｐ，θｐ’，δｐ’が 算出されるのであるが、制御用マイクロプロセサ４の働きを ここでは、冷房運転を例にして説明する。
θ波が 他の脳波の成分に比して強くなったならば、一例として、θｐ が０．７ になったら、睡眠が始まった可能性が 大である。そこで、睡眠の じゃまにならぬように、クーラの風切り音を減らすこともあって、風量を７０％減らす。同様に、θｐが ０．８ になったら、風量を８０％ 減らす。
この風量を θｐ に比例して減らす制御は、一例であり、たとえば、０．５×θｐ に比例して減らしても良い。つまり、θｐが０．８ になったら、風量を ４０％ 減らす。
風量は、そのままの方が良いと、ユーザが感じたら、その比例係数を ０ にすればよい。
すなわち、
風量 ＝ （ １− 比例係数１ × θｐ） × 在来の覚醒時の風量
ここに、比例係数１の推奨値は ０〜１ 。
【００１０】
θ波とδ波の積算値が、他の脳波成分に比して強くなったら、一例
θｐ＋δｐ が ０．７ になっなら、睡眠が中ほどまでに進んだといえる。そこで、冷房時の空気温度を ０．７度 上げる。すなわち、空気温度を
比例係数２ ｘ （θｐ＋δｐ）
だけ 上げる。ここで、比例係数２の推奨値は たとえば、０〜２。比例係数２の値を １とすれば、０．７度 であり、一方、温度は そのままでよい と、ユーザーが 判断したら、比例係数２へ ０ とすればよい。
δ波の脳波成分が、他の脳波成分に比して、強くなったら 一例としてδｐが ０．９ になったら、睡眠が いちだんと深くなったといえるので、クーラをオフにしてもよい。ユーザが使っていて、このタイミングが遅いと感じたら、δｐ＞ ０．８で、オフにすればよい。逆に、早いと感じたら、 δｐ＞０．９５ で、オフになるように、すればよい。
則ち、 δｐ＞ 係数３ の係数３の値に応じて、オフになるタイミングを制御できる。
なお、係数３の推奨値は ０．６〜０．９８ である。
【００１１】
同様なことは、θｐ’，δｐ’を用いても行える。すなわち、
風量 ＝ （１− 比例係数４ × θｐ’）×覚醒時の風量
により、睡眠時の風量を制御できる。比例係数４の推奨値は ０〜１。
また、睡眠時の温度を、
比例係数５×（θｐ’＋δｐ’） だけ、わずかに 上げることも できよう。
ここに、比例係数５の推奨値は、０〜２。
さらに、δｐ’＞ 係数６ で、クーラを自動的にオフ にできよう。
係数６の推奨値は、０．６〜０．９８ 。
図６ は、これらの係数の入力画面である。下線部は、入力可能項目であることを示す。なお、使わない条件については、その入力可能項目を ブランクにしておけばよい。
これらの値で、マイクロプロセサ４、あるいは、その代替役たるコンピュータ９が、エアコン制御を行うのである。
なお、以上の係数１〜係数６の推奨値は、平均的な一例であり、ユーザの体質に応じて、多少 その範囲外へ、ユーザにより設定されることは さしつかえない。
【００１２】
在来の方法では、タイマをセットして、１５分〜３０分後に、切れるようにして就寝するのであるが、眠れない時には、又、リモコン操作を しなければならない。が、本システムでは、そのような面倒を無くすことができる。
さらに、在来の方法では、完全な睡眠後も 冷房運転を１０分なり、ときには数十分以上 続けることが有り、これが、クーラで風邪をひく原因のように思われる。しかし、本システムでは、熟睡と同時に、クーラをオフにするので、この従来の弊害を無くすことが できる。
もちろん、暖房運転の時にも、類似のことが できる。
【００１３】
本システムを、ステレオに応用することが できる。すなわち、
脳波入力手段１と、脳波分析手段２と、
ステレオ５もしくは、テープレコーダ５もしくは、ミニディスクプレーヤ５、もしくは、コンパクトディスクプレーヤ５から成るものである。図７。
子守歌代わりに、ステレオを聞きつつ、就寝することが あるが、
θ波やδ波の検出された時に、それに応じて、すなわち、睡眠の深まるのに応じて 音量を低減し、熟睡時に音量を ０にするのである。
たとえば、浅い睡眠時には θｐが ０．７ で、音量を
２×０．３＝０．６ 倍にし、θｐが ０．８で、 ２×０。２＝ ０．４倍にする。すなわち、
音量＝ 係数７ × （１−θｐ） × 覚醒時の音量
たとえば、θｐ＞０．６ にて、上記の音量制御をする。
前記は係数７＝ ２ の例である。係数７の推奨値は ０〜２。
中ほどの睡眠時には、たとえば、
θｐ＋δｐ が ０．７ で、音量を ０．３倍にし、
θｐ＋δｐ ０．８ で、音量を ０．２倍にする。 すなわち、
音量 ＝ 係数８ × （１−（θｐ＋δｐ））×覚醒時の音量
一例として、θｐ＋δｐ＞０．５ にて、上記の音量制御をする。
ここに、係数８の推奨値は、０〜１．
さらに、深い睡眠時には 一例として、δｐ＞０．９ にて、音量を ０ にする、あるいは、ステレオを オフにする。つまり、
δｐ＞ 係数９ にて、 音量を ０ にする、もしくは、オフにする。
係数９の推奨値は、０．５〜０．９９。
同様なことを、θｐ’，δｐ’で、行うこともできる。
図８ は、この音量制御のパラメタの入力画面である。下線部は、入力可能項目である。使わない条件式は、ブランクとすることで、その旨、本システムで 識別できる。
なお、図７で 音量制御用マイクロプロセサ４が、描かれていないのは、脳波分析手段２のコンピュータ９で、その役割を代替させているからである。もちろん、ステレオに内在の、在来のマイクロプロセサを、＜もし、あれば＞音量制御に用いてよい。
【００１４】
【効果】
ユーザの睡眠が深まるとともに、風量を小さくするので、クーラ騒音が睡眠の邪まになることが無くなり、さらに、睡眠が深まると共に、冷房を ゆるめ、熟睡と同時に、クーラをオフにできるので、クーラの使用により、風邪をひくことが無くなる。このような、クーラの制御は、同時に、電気代の節約、省エネルギーにもなる。
本システムを、ステレオに応用すると、睡眠が深まるとともに、音量を低減し、熟睡と同時に、ステレオをオフにできるので、より快適な睡眠につなげる ことができる。
なお、エアコンの冷房運転制御の最適化、ステレオの音量制御の最適化が、各種係数の変更入力により、ユーザ自身により なされうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成図である。
【図２】積分値により、δ波の比率を求めるための計算式
【図３】積分値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図４】最大値により、δ波の比率を求めるための計算式。
図２、図３、図５の中の説明文をも参照。
【図５】最大値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図６】冷房用の係数の入力画面
これは、ＢＡＳＩＣ、もしくは、ＶＩＳＵＡＬ ＢＡＳＩＣで容易に実現できる。
【図７】本システムのステレオへの応用時の概略構成図
【図８】ステレオへの応用時の、係数入力画面
【図９】脳波分析手段２のブロック図
【符号の説明】
１は 脳波入力手段
２は 脳波分析手段
３は 空気調和装置
４は 制御用マイクロプロセサ
５は ステレオ、または、テープレコーダ、または、ミニディスクプレーヤ、または、コンパクトディスクプレーヤ
６は 増幅器
７は 帯域通過フィルタ
８は Ａ／Ｄコンバータ
９は コンピュータ

Claims (2)

1. 脳波入力手段１と、入力した脳波から、人が眠りに入ろうとする状態を示すθ波や、睡眠中に現れるδ波を解析する脳波分析手段２と、空気調和装置３と、
   脳波分析手段２の指示を受けて、空気調和装置３の制御をするマイクロプロセサ４から成るものであり、脳波にθ波やδ波が検出された時には、
   全脳波成分のうちで、θ波の占める比率をθｐ、δ波の占める比率をδｐとし、
   

   

   比例係数１と比例係数２をユーザにより設定される値とし、
   冷房時の空気温度を 比例係数２ｘ（θｐ＋δｐ）
   だけ上げるようにし、
   空気調和装置の風量を
   風量＝（１−比例係数１ｘθｐ）ｘ覚醒時の風量
   にて、風量を減らす制御をするようにした、脳波で制御される空気調和装置。
2. １４Ｈｚのスピンドル波が現れた時、脳波分析手段２のソフトウエア上、
   １）１４Ｈｚの脳波成分を無視、
   ２）他のβ波成分が無く、１４Ｈｚのみの脳波成分が有る時、
   ２−１）スピンドル波をθ波に含めてカウント、
   ２−２）スピンドル波をδ波に含めてカウント、
   すなわち、ソフトウエアを１）、２−１）、２−２）の いずれでもできるように準備しておき、ユーザの体質に合うものを選択できるようにした、請求項１の脳波で制御される空気調和装置。

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