JP5488995B2 - 浴室監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、浴室内で入浴する者の異常を検知して警報を発する浴室監視装置に関する。

浴室内で入浴する人（以下、「入浴者」と称する。）に体調の異常が生じた場合、入浴者が浴槽内で沈水する等、緊急の事態が生ずることがある。
従来、入浴者の異常を検知する方法としては、浴室内に設定した焦電型赤外線センサにより浴室内の人物の動きを監視し、動きが停止した状態が一定期間続いた場合に異常と判断する方法が知られている（特許文献１参照）。

ここで、焦電型赤外線センサとは、自発分極を持つように分極処理を施した強誘電体の電極上に検知空間の赤外線像を結像させ、検知空間内の赤外線放出物である人体が動いた場合に強誘電体に温度変化が生ずることを利用して、検知空間内の人体の動きを検知するものである。すなわち、強誘電体は、温度が一定の状態では、その自発分極を中和するように電極上に表面電荷が存在しているが、強誘電体の温度が変化すると、その自発分極に変化が生じ、表面電荷の一部が浮遊電荷となって電極間に電流が流れるので（焦電効果）、この電流を検出することにより、検知空間内の人体の動きを検出するのである。

また、CCD等により浴室内の動きを捉え、その動きのパターンから湯水や影の動きのパターンをマスクして入浴者の動きを抽出し、入浴者の動きが一定時間停止していた場合に異常を検知する方法（特許文献２参照）、浴槽内に浮かべた加速度センサにより浴槽内の波を検知することで入浴者の身体動作を監視し、波の状態により入浴者の異常を検知する方法（特許文献３参照）、及び、浴槽内に設けられた圧力センサに入浴者の体の一部を接触させ、心拍等を検知することで、入浴者の異常の有無を監視する方法（特許文献４参照）が知られている。

さらに、浴室内に設けたカメラにより入浴者を撮影し、モザイク処理を施した後にモニタに表示して入浴者の異常の有無を監視する方法（特許文献５参照）、及び、入浴時における入浴者の頭部及び首の高さに、それぞれ超音波センサを設け、入浴者の姿勢を監視して、入浴者の異常を検知する方法も知られている（非特許文献１参照）。ここで、超音波センサとは、計測空間に短時間継続する超音波を送出した後、その超音波が計測空間内の物体に反射することで生ずる反射波を受信し、反射波の有無により物体の存在の有無を、超音波送出から反射波受信までの時間により超音波センサから物体までの距離を検知するものである。

しかしながら、上述した従来の方法では、特許文献１ないし３に記載された方法にあっては、入浴者が何らかの動作を行っていなければ異常と判断されるため、入浴者は落ち着いて入浴することができず、また、身体動作の一時的な停止であっても異常と判断される結果、異常検出の誤りが発生しやすい。これに対し、異常検出の誤りを避けるため、異常と判断するまでの身体動作停止の判断期間を長くすることも考えられるが、この場合には、異常発生から異常検出までの時間が長くなり、入浴者の救出等、異常発生時の対処に遅延を生ずることとなる。

また、特許文献４に記載された方法では、入浴者は常にセンサに接触していなければならず、入浴者の行動が制限されるという問題があり、特許文献５に記載された方法では、カメラ映像を監視するための人員を常に配置しなければならず、また、浴槽内の湿気によりカメラのレンズが曇って適切な判断が困難な場合も起こり得る。
さらに、非特許文献１に記載された方法では、超音波センサの設置位置が固定されているため、入浴時の入浴者の頭部が超音波センサの検知範囲内に入るように、入浴前の浴槽内の水位を管理しなければならず、また、入浴者の体位の変化により頭部の位置や高さが変わった場合には、入浴者の姿勢の検出が的確に行えず、異常検出に誤りを生ずる場合がある。

特開２００３−３０８５７９号公報 特許第３８７５６２９号公報 特開２００７−１３３４５９号公報 特開２００３−７０７５６号公報 特開２００３−４２５３６号公報

２００８年 第２２回 人工知能学会 全国大会 論文集 ２Ｃ１−１

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、浴槽内の水位と入浴者との距離を監視して、入浴者の沈水を正確かつ即座に検知することである。

請求項１に記載された発明は、入浴者の異常を検知して警報を発する浴室監視装置であって、予め定めた時間だけ継続する超音波を浴槽に向けて発信する超音波発信手段と、前記超音波発信手段が発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波を受信する超音波受信手段と、前記超音波受信手段が受信した前記反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する距離測定手段と、前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する状態判断手段と、を有することを特徴とする。
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された浴室監視装置において、前記状態判断手段は、前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離が、予め定めた距離未満であるときに、入浴者が沈水状態にあると判断することを特徴とする。
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された浴室監視装置において、前記反射波に基づき前記反射波の包絡線波形を生成する包絡線波形生成手段を有し、前記距離測定手段は、前記超音波受信手段が受信した前記反射波に基づいて生成される前記包絡線波形に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出することを特徴とする。
請求項４に記載された発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された浴室監視装置において、浴槽内における入浴者の状態を表す情報を記憶するための状態情報記憶手段を有し、前記状態判断手段は、前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離、及び、前記状態情報記憶手段が記憶している入浴者の状態を表す前記情報に基づいて、入浴者が浴槽内にいるか否かを判断し、浴槽内に入浴者がいることを条件に、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断することを特徴とする。
請求項５に記載された発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載された浴室監視装置において、前記距離測定手段は、前記超音波受信手段が受信した浴槽の水面からの反射波及び入浴者の身体上端部からの反射に基づいて、浴槽の水面から入浴者の身体上端部までの距離を算出し、浴槽の水面からの反射が識別できないときは、直近に受信した浴槽の水面からの反射波、及び、現在受信している入浴者の身体上端部からの反射波に基づいて、浴槽の水面から入浴者の身体上端部までの距離を算出することを特徴とする。
請求項６に記載された発明は、入浴者の異常を検知して警報を発する浴室監視装置における浴室監視方法であって、予め定めた時間だけ継続する超音波を浴槽に向けて発信する工程と、前記発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波を受信する工程と、前記受信した反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する工程と、前記算出した距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する工程と、を有することを特徴とする。
請求項７に記載された発明は、浴室監視装置のコンピュータにより実行されるプログラムであって、前記浴室監視装置のコンピュータを、浴槽に向けて予め定めた時間だけ継続するように超音波の発信を制御する手段と、前記発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波の受信を制御する手段と、前記受信した反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する距離測定手段と、前記距離測定手段が算出した前記距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する状態判断手段と、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、浴槽内の水位と入浴者との距離を監視して、入浴者の沈水を正確かつ即座に検知することができる。

本発明による浴室監視装置の一実施形態を示すブロック図である。 本浴室監視装置の制御判定処理部の構成を示すブロック図である。 本浴室監視装置のセンサ部の浴室内での設置状態を示す図である。 トランスミッタ部から発信される超音波の波形、レシーバ部で受信される反射波の波形、及びエンベロープ波形の例を示す図である。 本浴室監視装置の動作手順を示すフロー図である。 本浴室監視装置の、エンベロープ波形データ取得手段の動作手順を示すフロー図である。 本浴室監視装置の、距離測定手段の動作手順を示すフロー図である。 本浴室監視装置の、距離測定手段の動作を説明するための、エンベロープ波形加算データの一例を示す図である。 本浴室監視装置の、状態判断手段の動作手順を示すフロー図である。 本浴室監視装置の、状態判断手段が行う状態番号決定動作の詳細を示す状態遷移図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による浴室監視装置の一実施形態を示すブロック図である。
本浴室監視装置は、一定時間継続する高周波信号を発生するバースト信号発生部１と、バースト信号発生部１が発生した高周波信号を空気振動に変換して超音波を発信するトランスミッタ部２と、トランスミッタ部２が発信した超音波が物体に反射して生ずる反射波を受信して電気信号に変換するレシーバ部３と、トランスミッタ部２及びレシーバ部３をまとめて浴室内に設置するためのセンサ部８と、レシーバ部３により電気信号に変換された反射波の包絡線（エンベロープ）波形を生成する包絡線波形生成手段であるエンベロープ波形生成部４と、エンベロープ波形生成部４で生成したエンベロープ波形を一定の時間間隔でサンプリングしてデジタル値に変換するＡＤ変換部５と、を有している。

また、本浴室監視装置は、ＡＤ変換部５によりデジタル値に変換されたエンベロープ波形のデータ（以下、「エンベロープ波形データ」と称する。）に基づいて入浴者の状態を判断したり、本浴室監視装置の各部の動作を制御するための制御判定処理部６と、制御判定処理部６の判断結果に基づいて本浴室監視装置の周囲に警報を発するための警報出力部７も有している。
上記の構成において、超音波発信手段は、例えば、バースト信号発生部１及びトランスミッタ部２により構成され、超音波受信手段は、例えば、レシーバ部３、エンベロープ波形生成部４、及びＡＤ変換部５で構成される。

図２は、本浴室監視装置の制御判定処理部６の構成を示すブロック図である。
本制御判定処理部６は、バースト信号発生部１、ＡＤ変換部５、及び警報出力部７との、信号やデータの送受信を行う入出力インタフェース６１と、タイマ６２と、処理部６３を有している。処理部６３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Read Only Memory）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコンピュータであり、ＡＤ変換部５が出力するエンベロープ波形データを取得するためのエンベロープ波形データ取得手段６３１と、エンベロープ波形データ取得手段６３１が取得したエンベロープ波形データを記憶するためのエンベロープ波形データ記憶手段６３２とを有している。

また、処理部６３は、エンベロープ波形データに基づいて、センサ部８から浴槽水面までの第１の距離Ｌｗ、及び、センサ部８から入浴者の身体のうちセンサ部８に最も近い部位（以下、「身体上端部」と称する。）までの第２の距離Ｌｈを測定して、浴槽水面と入浴者の身体上端部との間の第３の距離ΔＬを算出する距離測定手段６３３と、距離測定手段６３３によるΔＬの算出結果に基づいて浴槽内の水位と入浴者との位置関係を認識し、入浴者の有無や、入浴者の沈水を判断する状態判断手段６３４と、浴槽内における入浴者の状態を表す情報を記憶する状態情報記憶手段、例えば浴槽内における入浴者の状態を表すために定義した番号（状態番号）を記憶する状態番号記憶手段６３５も有している。

図３は、本浴室監視装置のセンサ部８の、浴室内での設置状態を示す図である。トランスミッタ部２及びレシーバ部３は、センサ部８の内部に隣接して配置されており、センサ部８は、浴室内の浴槽の上部に配置されている。このトランスミッタ部２の超音波の発信方向及びレシーバ部３の受信方向は、浴槽方向に向けられている。また、トランスミッタ部２の超音波の発信範囲は、浴槽の水面を覆うように設定されている。本浴室監視装置の構成要素のうち、センサ部８以外の構成要素については、センサ部８の近くに設置されていてもよいし、浴室内の別の場所又は浴室外の場所に設置されていてもよい。

以上の構成において、ユーザが、本浴室監視装置の電源を投入すると、まず、トランスミッタ部２が、一定時間継続する超音波を浴槽に向けて発信する。超音波は、浴槽水面と入浴者にぶつかって反射し、その反射波がレシーバ部３で受信され、その反射波のエンベロープ波形がエンベロープ波形生成部４により生成された後、ＡＤ変換部５を介してエンベロープ波形データが制御判定処理部６に入力される。この反射波のエンベロープ波形には、浴槽水面からの反射に対応するピーク波形（以下、「水面反射波形」）と、入浴者の身体上端部からの反射に対応するピーク波形（以下、「入浴者反射波形」）が含まれる。

制御判定処理部６は、エンベロープ波形データ取得手段６３１により取得したエンベロープ波形データに基づき、距離測定手段６３３により上記の２つのピーク波形を検出し、センサ部８から浴槽水面までの距離Ｌｗ、センサ部８から入浴者の身体上端部までの距離Ｌｈを測定すると共に、Ｌｗ及びＬｈから、浴槽水面と入浴者の身体上端部との間の距離ΔＬを、ΔＬ＝Ｌｗ−Ｌｈ により算出する。通常、入浴中の身体上端部は頭頂部となるので、この距離ΔＬにより、入浴者が沈水しているか否かを判断できる。

そこで、制御判定処理部６は、状態判断手段６３４により、このΔＬが予め定めた距離より長いか否かを判断し、予め定めた距離未満である場合には入浴者が沈水したと判断して、警報出力部１７により警報を発出する。一方、浴槽水面と入浴者の上端部との距離が予め定めた距離以上であれば、トランスミッタ部２から再び超音波を発信し、上記の動作を繰り返して浴槽内の状態の監視を継続する。

以上のように、本浴室監視装置は、超音波発信後に反射波を受信し、その反射波の包絡線波形を解析して、浴槽水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出し、この距離から入浴者の沈水を判断する。この距離は、浴槽に入れる湯水の水位（以下、「浴槽水位」と称する。）によらず、また、入浴者の進入による浴槽水位の変動、あるいは、入浴者の体位変更などの身体位置の変動にもよらず、算出が可能である。このため、本浴室監視装置は、常に、正確に入浴者の沈水を判断することができる。さらに、この沈水の判断は、距離の算出と同時に行うことができるため、本浴室監視装置は、入浴者が沈水したことを即座に検知して、警報を発することができる。

次に、本実施形態の動作について詳細に説明する。
図４は、発信される超音波の波形、受信される反射波の波形、及びエンベロープ波形の例を、模式的に示したものである。図４（１）は、トランスミッタ部２が発信する超音波の波形の例である。本実施形態では、周波数４０ｋＨｚで８ｃｙｃｌｅだけ継続する超音波が発信される。また、図示されていないが、この超音波は、２００ｍｓの一定間隔で発信され、その都度、反射波が受信されて、制御判定処理部６により処理される。これにより、浴槽内の水位と入浴者との位置関係が継続的に監視される。なお、この間隔２００ｍｓは、トランスミッタ部２から発信された超音波が浴室内を多重反射することで生ずる残響により、水面反射波や入浴者反射波の検出に誤りを生じないように、残響の消滅を待つための時間である。したがって、この時間間隔は、この目的の範囲内において変更することができる。

図４（２）は、入浴者が図３に示す状態にある場合に、レシーバ部３で受信される反射波の例を示している。入浴者の身体上端部は浴槽水面よりもセンサ部８に近いため、レシーバ部３は、入浴者の身体上端部からの反射波（入浴者反射波）を受信した後、浴槽水面からの反射波（水面反射波）を受信することとなる。
また、図４（３）は、図４（２）の反射波に基づいてエンベロープ波形生成部４から出力されるエンベロープ波形の例である。図４（３）において、超音波の発信を開始してから水面反射波の先頭を受信するまでの時間Ｔ１から、センサ部８と浴槽水面との距離Ｌｗが、Ｌｗ＝ｖ・Ｔ１／２ により求まる。ここに、ｖは、超音波が空気中を伝播する速度である。

同様に、超音波の発信を開始してから入浴者反射波の先頭を受信するまでの時間Ｔ２から、センサ部８と入浴者の身体上端部との距離Ｌｈが、Ｌｈ＝ｖ・Ｔ２／２ により求まる。そして、Ｌｗ及びＬｈから、入浴者の身体上端部と浴槽水面との距離ΔＬが、ΔＬ＝ｖ・ΔＴ／２ で求まる。
なお、水面反射波の振幅は、浴槽水面上部にある空気の温度勾配に起因して変動するが、この変動は反射波の到達時間Ｔ１及びＴ２にはわずかしか影響せず、したがってΔＬの計測結果にはほとんど影響しないため、水面反射波の振幅変動があっても、入浴者の沈水を正しく検出することができる。

ところで、速度ｖは、一般に、気温によって変化し、ｖ（ｍ／ｓ）＝３３１．５＋０．６０７×気温（℃）で与えられる。したがって、厳密には、気温の変動によって距離計算に誤差を生ずる。しかし、実用上は、浴室内の温度が０〜３０℃まで大きく変化すると仮定しても、超音波の伝播速度ｖの誤差は５〜６％程度であり、センサ部８から浴槽１０までの数ｍ程度の距離の算出においては、有意な誤差を生じない。

次に、本浴室監視装置の動作手順を、図５のフロー図に従って説明する。
（１）ユーザが本浴室監視装置の電源を投入すると、制御判定処理部６の処理部６３は、エンベロープ波形データ記憶手段６３２及び状態番号記憶手段６３５の記憶内容を消去して全て０に初期化する（Ｓ１０１）。
（２）エンベロープ波形データ取得手段６３１は、反射波形を平均化して雑音を緩和すべく、エンベロープ波形データを５回取得し、これらを加算したデータ（以下、「エンベロープ波形加算データ」と称する。）をエンベロープ波形データ記憶手段６３２に記憶する（Ｓ１０２）。

（３）距離測定手段６３３は、エンベロープ波形データ記憶手段６３２が記憶しているエンベロープ波形加算データに基づき、距離Ｌｗ及びＬｈを測定すると共に、距離ΔＬを算出する（Ｓ１０３）。
（４）状態判断手段６３４は、距離測定手段６３３が算出した距離ΔＬに基づき、入浴者が沈水していないか否かを判断し（Ｓ１０４）、沈水していないと判断した場合には（Ｓ１０４、Ｎｏ）、Ｓ１０２に戻って上記の動作を繰り返す。これにより、入浴者の沈水を判断するための動作（以下、「監視動作」と称する。）が１回分終了し、次の監視動作が開始される。一方、沈水したと判断した場合には（Ｓ１０４、Ｙｅｓ）、警報出力部７により警報を発する（Ｓ１０５）。

上述したように、本浴室監視装置では、超音波を２００ｍｓ間隔で発信し、その都度、反射波を受信して、そのエンベロープ波形を取得する。一方、入浴者の沈水を判断（図５のステップＳ１０４）するまでに、エンベロープ波形データを５回取得するため（図５のステップＳ１０２）、１回の監視動作に要する時間は１秒（２００ｍｓ×５回）となる。すなわち、一秒間に１回の一定間隔で監視動作が繰り返されることになる。

次に、図５のステップＳ１０２に示したエンベロープ波形データ取得手段６３１の動作手順の詳細を、図６のフロー図に従って説明する。
（１）エンベロープ波形データ取得手段６３１は、入出力インタフェース６１を介して、バースト信号発生部１に、超音波の発生開始を指示するトリガ信号を送信する（Ｓ２０１）。バースト信号発生部１は、トリガ信号を受信すると、一定時間継続する超音波を発生するための高周波信号をトランスミッタ部２に送り（Ｓ２０２）、トランスミッタ部２は、その高周波信号を超音波に変換して、その超音波を浴槽１０に向けて発信する（Ｓ２０３）。

（２）レシーバ部３は、入浴者や浴槽水面からの反射波を受信し、それらの反射波を電気信号に変換する（Ｓ２０４）。次に、エンベロープ波形生成部４が、反射波のエンベロープ波形を生成する（Ｓ２０５）。
（３）エンベロープ波形取得手段６３１は、タイマ６２により、ステップＳ２０１のトリガ信号の送信から３ｍｓの待機時間が経過するまで待機し（Ｓ２０６、Ｎｏ）、３ｍｓが経過したら（Ｓ２０６、Ｙｅｓ）、ＡＤ変換部５に動作開始命令を送って、エンベロープ波形の波形データ（エンベロープ波形データ）を取得する（Ｓ２０７）。ここで、３ｍｓの待機時間を設けているのは、センサ部８から約５０ｃｍ程度の範囲に存在する物体からの反射をマスクして、後述する距離測定手段６３３及び状態判断手段６３４での誤動作を防止するとともに、エンベロープ波形データの数を減らして、処理部６３における処理時間を短縮するためである。

（４）次に、エンベロープ波形データ取得手段６３１は、取得したエンベロープ波形データをエンベロープ波形データ記憶手段６３２が記憶しているエンベロープ波形加算データに加算する（Ｓ２０８）。
（５）エンベロープ波形データ取得手段６３１は、エンベロープ波形データを５回加算したか否かを判定し（Ｓ２０９）、５回加算していれば（Ｓ２０９、Ｙｅｓ）、図５のステップＳ１０３に処理を移す。一方、まだ５回加算していない場合には（Ｓ２０９、Ｎｏ）、休止状態に入る。この休止状態は、ステップＳ２０１におけるトリガ信号の送信から２００ｍｓ後に、タイマ６２が処理部６３に割り込み信号を送信することにより、処理部６３がエンベロープ波形データ取得手段６３１の処理を開始することで解除される。これにより、エンベロープ波形データ処理手段６３１は、ステップＳ２０１から処理を再開し、トランスミッタ部２により新たに超音波を発信して、再びエンベロープ波形データを取得する。

上記において、ＡＤ変換部５は、エンベロープ波形生成部４が生成したエンベロープ波形を２５０μｓのサンプリング間隔でサンプリングし、サンプリングしたエンベロープ波形の振幅値をデジタル値に変換してエンベロープ波形データとしている。また、本浴室監視装置では、このサンプリングを行っている期間（サンプリング期間）を１２ｍｓとしている。以上より、エンベロープ波形データに基づく距離の計測範囲は、センサ部８の前方約５０ｃｍ（ステップＳ２０６の待機時間３ｍｓによる）から約２ｍ（サンプリング期間１２ｍｓ×超音波速度÷２）の範囲となる。また、距離計測の分解能は約４３ｍｍ（サンプリング間隔２５０μｓ×超音波速度÷２）、エンベロープ波形データのデータ数は４８個（サンプリング期間１２ｍｓ÷サンプリング間隔２５０μｓ）となる。

次に、図５のステップＳ１０３に示した距離測定手段６３３の動作手順の詳細を、図７のフロー図に従って説明する。
（１）距離測定手段６３３は、エンベロープ波形データ記憶手段６３２からエンベロープ波形加算データを読み出す（Ｓ３０１）。ここで、エンベロープ波形加算データの各データ値をＸｉ（１≦ｉ≦ｍａｘ）とする。ｍａｘは、エンベロープ波形加算データの数であり、エンベロープ波形データの数と同一である。
（２）距離測定手段６３３は、エンベロープ波形加算データＸｉ（１≦ｉ≦ｍａｘ）から、予め定めた閾値Ｄ以上の値を持つデータを抽出し（Ｓ３０２）、それらのデータを、それぞれサフィックスｉの値が連続するデータごとにまとめてデータ集合とする（Ｓ３０３）。

このデータ集合の数は、浴槽内に入浴者がいない場合には１（水面反射のみ）、入浴者が存在する場合には２（水面反射及び入浴者反射）となる。また、各データ集合の先頭のデータ（先頭データ）、すなわち、各データ集合の中でサフィックスの値が最も小さいデータは、そのデータ集合に対応する反射波の、最初に受信される部分に対応しているため、先頭データのサフィックスｐから、その反射波の到達時間を、ｐ×ｓ＋３ｍｓ により求めることができる。ここにｓは、ＡＤ変換部５におけるサンプリング間隔、３ｍｓは、図６のステップＳ２０６で設定した、超音波発信からサンプリング開始までの待機時間である。

（３）距離測定手段６３３は、データ集合の数が２か否かを判定し（Ｓ３０４）、データ集合の数が２である場合には（Ｓ３０４、Ｙｅｓ）、２つのデータ集合の先頭のデータから、二つの反射波の到達時間を求めて、いずれか短い方の到達時間を入浴者反射の到達時間Ｔ２、長い方の到達時間を水面反射の到達時間Ｔ１とする（Ｓ３０５）。すなわち、２つのデータ集合の先頭データをそれぞれＸｍ及びＸｎとし、ｍ＜ｎとすれば、Ｔ１＝ｎ×ｓ＋３ｍｓ、Ｔ２＝ｍ×ｓ＋３ｍｓ となる。いずれか短い方の到達時間を入浴者反射の到達時間Ｔ２としたのは、上述したとおり、水面反射より入浴者反射のほうが早く受信されるためである。続いて、距離測定手段６３３は、Ｔ１及びＴ２から、浴槽水面までの距離Ｌｗ及び入浴者の身体上端部までの距離Ｌｈを、それぞれ、Ｌｗ＝ｖ・Ｔ１／２、及び、Ｌｈ＝ｖ・Ｔ２／２ により求め、浴槽水面から入浴者の身体上端部までの距離ΔＬを ΔＬ＝Ｌｗ−Ｌｈ により算出して（Ｓ３０６）、処理を図５のステップＳ１０４に移す。

（４）一方、データ集合の数が２でない場合には（Ｓ３０４、Ｎｏ）、データ集合の数は１であって、水面反射のみが受信された状態であるので、距離測定手段６３３は、データ集合の先頭データのサフィックス（ｎ）から、水面反射の到達時間Ｔ１を、Ｔ１＝ｎ×ｓ＋３ｍｓ により求め（Ｓ３０７）、Ｔ１を用いて、浴槽水面までの距離Ｌｗを、Ｌｗ＝ｖ・Ｔ１／２ により求めるとともに、ΔＬ＝０として（Ｓ３０８）、処理を図５のステップＳ１０４に移す。これにより、状態判断手段６３４は、ΔＬ＝０であれば水面反射のみであると判断でき、ΔＬ≠０であれば水面反射と入浴者反射の双方があると判断できる。

ここで、上記の距離測定手段６３３の動作についての理解を容易にするため、図８を用いて、これらの動作を説明する。図８は、横軸を時間、縦軸をデータ値として、エンベロープ波形加算データを、時間順に並べたものであり、各データ間の時間間隔は、サンプリング間隔ｓに等しい。また、時間軸の原点は、トランスミッタ部２から超音波の発信を開始した時刻であり、最左端のデータＸ０は、超音波の発信後、図６のステップＳ２０６で設定した待機時間３ｍｓを経過した後、最初にサンプリングされるデータである。

図８の黒丸は、閾値Ｄ未満の値を持つデータ、白丸は閾値Ｄ以上の値を持つデータを示している。距離測定手段６３３は、上記のステップＳ３０２により白丸を抽出し、ステップＳ３０３により、それらの白丸のデータを、サフィックスが連続するデータごとにまとめてデータ集合とする。これにより、Ａ及びＢの二つのデータ集合ができ、反射波の数をデータ集合の数として特定することができる。なお、データ集合Ａ及びＢは、それぞれ、入浴者反射及び水面反射に対応する。また、時間Ｔ１及びＴ２は、それぞれ、水面反射に対応するデータ集合Ｂの先頭データＸｎのサフィックスｎ及び入浴者反射に対応するデータ集合Ａの先頭データＸｍのサフィックスｍ、並びに待機時間の３ｍｓから、Ｔ１＝ｎ×ｓ＋３ｍｓ、及び、Ｔ２＝ｍ×ｓ＋３ｍｓで与えられる。

ところで、浴槽内で入浴者が正常な状態で入浴し、入浴者の身体上端部、通常は頭頂部が浴槽水面より上にある場合には、距離測定手段６３３が検出する反射波の数は２であり、ΔＬは、浴槽水面に出ている入浴者の首から頭頂部までの距離に応じた値となる。しかし、入浴者に異常が生じ、入浴者の頭部が浴槽水面に水没していくと、ΔＬは徐々に小さくなり、頭部が完全に沈水すればΔＬ＝０、すなわち、反射波の数が１となる。この状態は、浴槽内に入浴者がいない状態（反射波の数ｎ＝１、ΔＬ＝０）と同じであり、ΔＬ＝０であることのみから、入浴者が沈水しているか否かを判断することはできない。
このため、状態判断手段６３４は、現在の浴槽内の状態を判断するに際し、それまでの浴槽内の状態（入浴者がいたか、いなかったか）も考慮する必要がある。すなわち、状態判断手段６３４は、一回前の監視動作における浴槽内の状態に基づいて、現在の監視動作における浴槽内の状態を判断する必要がある。

次に、状態判断手段６３４の動作について説明する。
状態判断手段６３４は、上述のように、一回前の監視動作における浴槽内の状態に基づいて、現在の監視動作における浴槽内の状態を判断すべく、浴槽内の状態を表す状態番号を用いる。この状態番号は、例えば、状態番号０を「入浴者がいない状態」、状態番号１を「入浴者が浴槽内に進入して入浴状態となるまでの経過状態、又は、入浴者が浴槽内で立ち上がる動作を開始したのち浴槽から出て行くまでの経過状態」（以下、「経過状態」と称する。）、状態番号２を「入浴者が正常に入浴している状態」、及び状態番号３を「入浴者が浴槽内で沈水した状態」、のように定義する。

以下、図５のステップＳ１０４に示した状態判断手段６３４の動作手順の詳細を、図９のフロー図に従って説明する。ここで、本浴室監視装置のユーザは、浴槽内に入浴者がいないことを確認してから、本浴室監視装置の電源を投入するものとする。この電源投入により、図５のステップＳ１０１により、状態番号記憶手段６３５の記憶内容は０に初期化されるため、電源投入直後の、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号は０（入浴者がいない状態）となる。

（１）状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を読み出し（Ｓ４０１）、読み出した状態番号、及び、距離測定手段６３３が算出した距離ΔＬに基づいて、浴槽内の状態を判断して、その状態に対応する状態番号を決定する（Ｓ４０２）。
（２）状態判断手段６３４は、決定した状態番号が０〜２の範囲であるか否かを判断し（Ｓ４０３）、状態番号が０〜２である場合には（Ｓ４０３、Ｙｅｓ）、その状態番号を状態番号記憶手段６３５に記憶し（Ｓ４０４）、エンベロープ波形データ記憶手段６３２の記憶内容を０にリセットした後（Ｓ４０５）、休止状態に入る。

この休止状態は、ステップＳ２０１のトリガ信号の送信から２００ｍｓ後にタイマ６２が処理部６３に割り込み信号を送信することにより、処理部６３がエンベロープ波形データ取得手段６３１の処理を開始することで解除される。これにより、エンベロープ波形データ処理手段６３１は、図６のステップＳ２０１から処理を開始し、新たな監視動作に入る。
（３）一方、ステップＳ４０２で決定した状態番号が３（入浴者が浴槽内で沈水した状態）であった場合には（Ｓ４０３、Ｎｏ）、図５のステップＳ１０５に移って、警報出力部７により警報を発する。

次に、図９のステップＳ４０２において状態判断手段６３４が行う状態番号決定動作の詳細を、図１０に示す状態遷移図により説明する。
（状態Ｓ０）
状態番号が０、すなわち入浴者がいない状態である。
上述したように、ユーザが本浴室監視装置の電源を投入すると、図５のステップＳ１０１により、状態番号記憶手段６３５の記憶内容は０に初期化される。すなわち、この状態Ｓ０が、初期状態となる。

この状態Ｓ０において、距離ΔＬが予め定めた距離Ｌ１より長くなると、状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を１（経過状態）に書き換え、状態判断手段６３４が認識している浴槽の状態（以下、「認識状態」と称する。）は、状態Ｓ０から状態Ｓ１に遷移する。ここに、距離Ｌ１は、入浴者が浴槽内で立位、中腰、又は前屈姿勢となっている状態と、浴槽水面から頭部を出して正常に入浴している状態とが判別できるように、入浴者の首から頭頂部までの距離より若干長い距離とする。

（状態Ｓ１）
状態番号が１、すなわち経過状態（入浴者が浴槽内に進入して入浴状態となるまでの経過状態、又は、入浴者が浴槽内で立ち上がる動作を開始したのち浴槽から出て行くまでの経過状態）である。
この状態Ｓ１において、ΔＬが予め定めた距離Ｌ２より短くなると、状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を２（入浴者が正常に入浴している状態）に書き換え、認識状態は、状態Ｓ１から状態Ｓ２に遷移する。

ここに、距離Ｌ２は、入浴者が浴槽水面から頭部を出して正常に入浴していることが判別できるように、距離Ｌ１より短く、かつ、入浴者の首から頭頂部までの距離より若干長い距離とする。Ｌ２をＬ１より短い距離としたのは、入浴者の動作により状態Ｓ１と状態Ｓ２との間の状態遷移が頻繁に発生するのを避けるためである。
また、状態Ｓ１において、ΔＬが０（水面反射のみ）になると、状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を０（入浴者がいない状態）に書き換え、認識状態は、状態Ｓ１から状態Ｓ０に遷移する。

（状態Ｓ２）
状態番号が２、すなわち入浴者が正常に入浴している状態である。
この状態Ｓ２において、ΔＬが、予め定めた距離Ｌ３より短くなると、状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を３（入浴者が浴槽内で沈水した状態）に書き換え、認識状態は、状態Ｓ２から状態Ｓ３に遷移する。

ここに、距離Ｌ３は、入浴者の頭部が浴槽水面に水没しはじめ、呼吸のできない危険な状態であることが判別できるように、距離Ｌ２より小さく、０より大きい値とする。ここで距離Ｌ２を０より大きい値としたのは、入浴者の頭部が完全に水没する前に、入浴者の沈水を迅速に検知できるようにするためである。
また、この状態Ｓ２において、ΔＬが距離Ｌ１より長くなると、状態判断手段６３４は、状態番号記憶手段６３５に記憶されている状態番号を１（経過状態）に書き換え、認識状態は、状態Ｓ２から状態Ｓ１に遷移する。

（状態Ｓ３）
状態番号が３、すなわち入浴者が浴槽内で沈水した状態である。状態判断手段６３４は、図５のステップＳ１０５により、警報出力部７により警報を発する。
この状態Ｓ３の場合は、いずれの状態にも遷移せず、警報出力部７により警報を発し続ける。ただし、ユーザが、本浴室監視装置の電源を一旦切断して再投入すると、状態Ｓ０に復帰する。なお、制御判定処理部６にリセットスイッチを設け、ユーザがリセットスイッチを押下することにより、警報の停止と状態番号記憶手段６３５の初期化を行って、状態Ｓ０に復帰する構成としてもよい。

次に、本浴室監視装置の変形例について説明する。
本浴室監視装置の変形例として、例えば、入浴者の身体上端部と浴槽水面とが近接し、水面反射が識別できないときには、直近に受信した水面反射に基づいて、すなわち、直近の監視動作で測定した距離Ｌｗを用いて、浴槽水面と入浴者の身体上端部との間の距離ΔＬを、ΔＬ＝Ｌｗ−Ｌｈ により求めるものとすることができる。
本変形例によれば、現在受信している水面反射波が入浴者反射波と重なり合って識別できない場合でも、直近に受信した水面反射波を用いて距離ΔＬを算出し、入浴者の沈水を判断することができる。

以上説明したように、本浴室監視装置は、超音波発信後に反射波を受信し、その反射波の包絡線波形を解析して、浴槽水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出し、この距離から入浴者の沈水を判断する。この距離は、浴槽に入れる湯水の水位（以下、「浴槽水位」と称する。）によらず、また、入浴者の進入による浴槽水位の変動、あるいは、入浴者の体位変更などの身体位置の変動にもよらず、算出が可能である。このため、本浴室監視装置は、常に、正確に入浴者の沈水を判断することができる。さらに、この沈水の判断は、距離の算出と同時に行うことができるため、本浴室監視装置は、入浴者が沈水したことを即座に検知して、警報を発することができる。

１・・・バースト信号発生部、２・・・トランスミッタ部、３・・・レシーバ部、４・・・エンベロープ波形生成部、５・・・ＡＤ変換部、６・・・制御判定処理部、７・・・警報出力部、８・・・センサ部、６１・・・入出力インタフェース、６２・・・タイマ、６３・・・処理部、６３１・・・エンベロープ波形データ取得手段、６３２・・・エンベロープ波形データ記憶手段、６３３・・・距離測定手段、６３４・・・状態判断手段、６３５・・・状態番号記憶手段、１０・・・浴槽、１１・・・入浴者。

Claims (7)

1. 入浴者の異常を検知して警報を発する浴室監視装置であって、
   予め定めた時間だけ継続する超音波を浴槽に向けて発信する超音波発信手段と、
   前記超音波発信手段が発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波を受信する超音波受信手段と、
   前記超音波受信手段が受信した前記反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する距離測定手段と、
   前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する状態判断手段と、
   を有することを特徴とする浴室監視装置。
2. 請求項１に記載された浴室監視装置において、
   前記状態判断手段は、前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離が、予め定めた距離未満であるときに、入浴者が沈水状態にあると判断することを特徴とする浴室監視装置。
3. 請求項１又は２に記載された浴室監視装置において、
   前記反射波に基づき前記反射波の包絡線波形を生成する包絡線波形生成手段を有し、
   前記距離測定手段は、前記超音波受信手段が受信した前記反射波に基づいて生成される前記包絡線波形に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出することを特徴とする浴室監視装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された浴室監視装置において、
   浴槽内における入浴者の状態を表す情報を記憶するための状態情報記憶手段を有し、
   前記状態判断手段は、前記距離測定手段が算出した浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離、及び、前記状態情報記憶手段が記憶している入浴者の状態を表す前記情報に基づいて、入浴者が浴槽内にいるか否かを判断し、浴槽内に入浴者がいることを条件に、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断することを特徴とする浴室監視装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載された浴室監視装置において、
   前記距離測定手段は、前記超音波受信手段が受信した浴槽の水面からの反射波及び入浴者の身体上端部からの反射に基づいて、浴槽の水面から入浴者の身体上端部までの距離を算出し、浴槽の水面からの反射が識別できないときは、直近に受信した浴槽の水面からの反射波、及び、現在受信している入浴者の身体上端部からの反射波に基づいて、浴槽の水面から入浴者の身体上端部までの距離を算出することを特徴とする浴室監視装置。
6. 入浴者の異常を検知して警報を発する浴室監視装置における浴室監視方法であって、
   予め定めた時間だけ継続する超音波を浴槽に向けて発信する工程と、
   前記発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波を受信する工程と、
   前記受信した反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する工程と、
   前記算出した距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する工程と、
   を有することを特徴とする浴室監視方法。
7. 浴室監視装置のコンピュータにより実行されるプログラムであって、
   前記浴室監視装置のコンピュータを、
   浴槽に向けて予め定めた時間だけ継続するように超音波の発信を制御する手段と、
   前記発信した超音波が物体に反射することにより生ずる反射波の受信を制御する手段と、
   前記受信した反射波に基づいて、浴槽の水面と入浴者の身体上端部との間の距離を算出する距離測定手段と、
   前記距離測定手段が算出した前記距離に基づいて、浴槽内の入浴者の沈水状態を判断する状態判断手段と、
   として機能させることを特徴とするプログラム。
   

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