JPH0627263A - 心拍計測による目覚し時計並びにその目覚し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予め設定した起床予定時間帯に快く目を覚ま
させる目覚し時計を提供する。 【構成】 目覚し時計の起床催促手段として、人の心拍
数の変化を利用する。該手段を心拍を検出する圧電シー
ト１と心拍パルスを選択するフィルタ２と心拍間隔測定
回路３と該心拍間隔を一定時ごとに演算し、目覚し適時
を判定する演算・判定装置４と、起床予定時間帯を設定
するタイマ５と起床催促信号を出力する制御回路６とブ
ザー７とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は目覚し時計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の目覚し時計は時計本体に組込まれ
た目覚し時刻設定手段を用いて、あらかじめ目覚し予定
時刻を設定しておき、該時刻になるとベル、ブザー、電
子音発生回路等の覚醒手段を一定時間駆動し続けるもの
であった。

【０００３】また、近年、人間の生理的特性を利用する
技術も考慮されている。

【０００４】一般に、人間は睡眠中にレム睡眠状態とノ
ンレム睡眠状態を交互に繰り返すことが知られている。

【０００５】ノンレム睡眠状態の経過の例は図９に示す
ように睡眠第１段階、睡眠第２段階、睡眠第３段階、睡
眠第４段階があり、第１段階から第４段階へ行くに従っ
て睡眠が深くなり、睡眠第２段階、睡眠第３段階、睡眠
第４段階の状態は深い睡眠状態に対応し、この時間帯に
起こされると非常に不快感を覚える。一方、レム睡眠状
態あるいは睡眠第１段階は睡眠が浅い状態に対応してお
り、この時間帯に起こされると不快感は少ないことが知
られている。

【０００６】これらの睡眠状態は、従来から体動、心拍
あるいは脈拍（以下、心拍という）、眼球運動、脳波等
により識別できることが知られており、特に眼球運動あ
るいは脳波は識別の正確度に欠くことの出来ない要素と
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する問題点は、従来の技術による目覚し時計では、設定
した目覚し予定時刻になると、対象とする人の睡眠の深
さに関係なく、前記覚醒手段を一定時間駆動するので、
レム睡眠状態あるいは覚醒状態にあるときは、目醒める
が、熟睡中は、前記一定時間中に目覚めない場合がある
という問題点があった。また、覚醒手段の音量を大きく
して、熟睡中でも目覚めさせると、驚いたり、目覚めた
後、不快感を残すというような問題点があった。

【０００８】また、前記の人間の生理的特性を利用して
睡眠状態を識別して、これを目覚しに応用するには、脳
波、眼球運動、頤筋電図等のデータを取得し、綜合的に
判断する必要があり、そのためには、頭部、胸部等をは
じめ、その他の部位にも多数のセンサを取付ける必要が
あり、装置が大がかりになるという問題点があった。

【０００９】本発明は、前記の問題点を解決し、予め設
定した所定の時間内に、快く目を覚すことができる目覚
し時計を提供することを目的とし、前記眼球運動あるい
は脳波を用いず、心拍のみを用いてレム睡眠状態あるい
は睡眠第１段階を正確に識別検出し、レム睡眠状態ある
いは睡眠第１段階の時間帯にベル等を鳴らして、睡眠し
ている人を快適に起床させようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、従来の技術による時計本体に組込まれた覚醒手段
を用いることなく、前記睡眠状態を識別するための基本
的な指標以外に、睡眠の深さに対応する心拍間隔の乱れ
や体動の頻度が一定の傾向を示すことを利用し、睡眠し
ている人の心拍を検出する手段と、該、心拍を検出する
手段の出力から、睡眠している人のレム睡眠状態あるい
は、ノンレム睡眠状態の睡眠第１段階を演算によって判
定する手段と、音、光、振動等により、睡眠している人
に起床を促す起床催促手段と、指定された最終起床時刻
より以前で、これに近い時間帯において、レム睡眠状態
あるいは、ノンレム睡眠状態の睡眠第１段階を判定する
と、該時間帯に起床するように前記起床催促手段を起動
し、該時間帯に前記レム睡眠状態あるいは睡眠第１段階
を検出しなければ、前記最終起床時刻に、前記起床催促
手段を起動する制御手段とにより目覚し時計を構成す
る。

【００１１】

【作用】本発明は、目覚し時計を前記のように構成した
ので、心拍のみを用いてレム睡眠状態あるいは睡眠第１
段階を正確に識別検出し、レム睡眠状態あるいは睡眠第
１段階の時間帯にベル等を鳴らして、睡眠している人を
快適に起床させることができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例のブロック図、図
２は図１の各部の動作を示すタイムチャートである。図
２中の実線は動作中を示す。

【００１４】図１において、１は圧電シート、２はフィ
ルタ、３は心拍間隔測定回路、４は演算・判定装置、５
はタイマ、６は制御回路、７はブザー、８は人間であ
る。なお、時計本体は図示してない。

【００１５】圧電シート１はシートの厚さ方向にポーリ
ング処理（電界をかけることによってその方向に分極
し、電荷を配向させる処理）が施されており、屈曲の方
向によって発生する電圧がプラスかマイナスか決まる
が、この測定では屈曲の方向には関係ないので畳込み処
理（プラス、マイナスに関係なくその発生電圧（パル
ス）をすべてある方向に揃える処理）を行う。具体的に
は全波整流回路等を用いれば良い。この圧電シートは、
睡眠している人８の頭部または胸部の下に敷かれ（枕の
中あるいは、シーツの下など体に非接触でも可能）、心
拍、呼吸、体動等による電圧を発生する。

【００１６】フィルタ２は圧電シート１で検出された心
拍、呼吸、体動などによる発生電圧から心拍による電気
信号（パルス）を選別するためのもので、例えば帯域通
過形のフィルタなどを用いる。

【００１７】心拍間隔測定回路３は前記心拍による電気
信号（パルス）から、心拍と心拍の間隔（パルス間隔、
通常１秒前後）を測定する回路である。

【００１８】図３に以上述べた圧電シート出力波形から
心拍間隔を測定するまでの経過を示す。

【００１９】演算・判定装置４は前記パルス間隔を一定
のパルス数にわたって演算処理し該時間がレム睡眠状態
あるいは睡眠第１段階であるかを判定する装置である。

【００２０】図４は前記演算・判定装置４の処理過程を
示すブロック図、図５は該装置４で演算する時間と入力
されるパルスとの関係を示す図である。

【００２１】図４において、まず、装置の初期設定を行
う。

【００２２】演算・判定装置４には常に心拍信号パルス
が入力されており、該パルス間隔は睡眠状態により変動
している。従って、初期設定後の時間を図５に示すよう
に分割して演算処理する。時間の分割は、まず１５分位
の単位で大分割し、この分割された時間帯（以下、単位
時間帯という）をさらに複数（ｍ）分割し、１／ｍの時
間帯ごとに、心拍間隔測定回路から入力されるパルスの
間隔Ｔ_A をもとに次の演算を行う。

【００２３】１／ｍの時間帯ごとに、ｎ個の心拍の間隔
の算術平均値を次式により順次求める

【００２４】

【数１】

【００２５】次に前記間隔の標準偏差値を次式により求
める。

【００２６】

【数２】

【００２７】さらに、前記標準偏差値Ｔ_A αと算術平均
値との比ＣＶをｍ分割した時間帯ごとに求める。

【００２８】

【数３】

【００２９】このＣＶ値を合計して、分割数ｍにより平
均し、その値αを単位時間帯の判定基準値とする。

【００３０】

【数４】

【００３１】この演算を時間の経過に従って、順次、単
位時間帯について、行い、演算時点において判定基準値
αが前の時間帯の該αより減少したときそのα値を基底
値とし、該基底値と後続する単位時間帯のα値との比を
求め、該比が所定のしきい値を超えたとき目覚し適時と
判定し、判定信号を出力する。図６はこの判定経過の一
例を示す図である。

【００３２】上記を具体的に説明すると、レム睡眠ある
いは睡眠第１段階では心拍のパルス間隔のばらつきが他
の睡眠第２段階、第３段階、第４段階と比較して大きく
なる生理的特長を利用して、一定の数のパルス間隔（例
えば３０個から３００個の中の１の数）の標準偏差を該
パルス間隔の平均で除した値を一定の数（例えば５個か
ら２０個の中の１の数）を平均した値の極大値と直前の
極小値との比が所定のしきい値（例えば１．４から２．
０の中の１の数）を越える前記単位時間帯をレム睡眠状
態あるいは睡眠第１状態と判定するものである。

【００３３】タイマ５には最終起床時ｔ１と起床可能時
間帯Ｔ（最終起床時刻ｔ１より前の、ブザー７を鳴らし
たい時間帯）が操作者により就寝前に設定され、タイマ
５は操作者により就寝前に動作が開始させられる。

【００３４】制御回路６は時刻ｔ２（＝ｔ１−Ｔ）にな
るとタイマ５により起動され、演算・判定装置の出力が
レム睡眠状態あるいは睡眠第１段階と判定していればブ
ザー７を鳴らす。

【００３５】図２ではレム睡眠あるいは睡眠第１段階が
検出され、時刻ｔ３にブザー７の鳴動が開始されてい
る。なお、時刻ｔ２、からｔ１の間にレム睡眠あるいは
睡眠第１段階が検出されない場合は、制御回路６は時刻
ｔ１にブザー７を強制的に鳴らすようにする。

【００３６】以上のようにして、睡眠している人８は時
刻ｔ１までに起床することができ、かつそれ以前の長さ
Ｔの時間内にレム睡眠状態あるいは睡眠第１段階が現れ
れば、この時間帯に起床することができる。

【００３７】図７は図１の実施例において、前記しきい
値を変えた場合のレム睡眠あるいは睡眠第１段階検出率
の実験例で、睡眠の深さを判定する要素とし、心拍間隔
のみでしきい値を適正に設定すればかなりの精度（約８
０％）が確保できることを示している。

【００３８】また図８は睡眠経過を各種センサを用いて
実測した場合（上段）と、図１の実施例により心拍間隔
を演算処理して実測した場合（下段）とを比較した図
で、後者においてレム睡眠あるいは睡眠第１段階の判定
結果は前者の測定結果と殆んど一致している。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、睡眠している人のレム睡眠状態を検出し、最終起床
時刻より以前で、これに近い、睡眠が浅い時間帯にその
人を起こすことにより、睡眠の深さに関係なく起床させ
る従来の目覚し時計に比べ、起床時の不快感を著しく軽
減することができるという顕著な効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１の各部の動作を示すタイムチャートであ
る。

【図３】圧電シートの出力波形から心拍間隔を測定する
経過を示すタイムチャートである。

【図４】図１の演算・判定装置４の処理課程を示すブロ
ック図である。

【図５】初期設定後の単位時間ごとの心拍間隔時間の演
算処理方法の説明図である。

【図６】単位時間ごとの判定基準値から目覚し適時を判
定する経過の説明図である。

【図７】図１の実施例におけるしきい値とレム睡眠ある
いは睡眠第１段階検出率との関係の説明図である。

【図８】睡眠経過を各種センサを用いて実測した場合と
図１の実施例により心拍間隔を演算処理して実測した場
合の比較図である。

【図９】睡眠状態の経過の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電シート ２ フィルタ ３ 心拍間隔測定回路 ４ 演算・判定装置 ５ タイマ ６ 制御回路 ７ ブザー ８ 人間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 心拍を検出し、電気信号を出力する心拍
   検出手段と、前記電気信号から心拍信号のみを取出すフ
   ィルタと、該心拍信号の波形を整形し、各心拍信号の間
   隔時間を計測する心拍間隔測定手段と、所定の測定時間
   を分割し、該分割された時間帯ごとに、心拍数から目覚
   し適時と判定し、該判定信号を出力する演算判定手段
   と、起床予定時間帯を設定するタイマと、前記起床予定
   時間帯に前記判定信号が入力されると起床催促信号を出
   力する制御手段と、起床催促音発生手段とにより構成さ
   れる心拍計測による目覚し時計。
2. 【請求項２】 前記演算判定手段は心拍測定全時間帯を
   複数の時間帯に大分割し、さらに大分割した各時間帯を
   ｍ分割し、該ｍ分割した時間帯ごとに前記心拍間隔測定
   手段から入力されるｎ個の心拍間の心拍間隔から該間隔
   の算術平均値と標準偏差値とを算出し、該標準偏差値と
   前記算術平均値との比を、ｍ分割した時間帯ごとに求
   め、その和を分割数ｍで平均し、この値を大分割した１
   つの時間帯の判定基準値とし、大分割された時間帯ごと
   に算出された判定基準値のうちの極小値を基底値とし、
   該基底値と後続する時間帯における判定基準値との比を
   求め、該比が所定のしきい値を超えたとき前記判定信号
   を出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   心拍計測による目覚時計の目覚し方法。