JP2016028659A - 振動センサー部及び振動信号抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動センサーによって効率よく振動信号を取得する手段を提供する。【解決手段】正電極層と、負電極層とに挟まれた振動センサー素材とを含む振動センサー１０と、凹凸面を備えた信号増幅手段１１とを有し、振動センサー素材の表面に対して信号増幅手段の凹凸面を対向させて配置したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、振動を検出する振動センサー部及びそれを用いた装置等に関し、特に、フィルム状の振動センサーを含む振動センサー部及びそれを用いた装置等に関する。例えば、振動センサー部は、動物、特に人が発する身体の振動を振動センサーで検出し、検出した身体振動信号から拍動振動、肺呼吸振動または音声振動等を抽出する振動信号抽出装置及び振動信号抽出方法に使用可能であり、また、抽出した拍動振動、肺呼吸振動または音声振動等によって人の生体情報（存在不在、生死、健康状態、心理状態、感情、意思等）を検出できるようにした人の生体情報検出装置及び生体情報検出方法にも使用可能である。

人の生体情報を検出する手段として、様々なセンサーを使用した方法が提案されている。単に、人の存在不在を検出するだけであれば、人を拘束しない非拘束の方式として、人体が発する赤外線を感知する焦電型赤外線センサーや、人の重さを検出する感圧導電性ゴムセンサを用いた方式があり、例えば、自動ドアの開閉用スイッチ、トイレの自動水洗スイッチ、人侵入感知器などに利用されている。しかし、これらの方式では、人の存在不在を検知するだけではなく、人の状態まで検知することはできなかった。

例えば、介護業務において、ベッドで睡眠中の患者の状態を把握することが必要であったが、介護者の負担を軽減するために患者の状態を自動的に監視して、異常があった時、外部に通知するシステムが望まれている。従来、睡眠中の患者の動きを束縛せずに、睡眠状態を把握するために指先に血圧計を取り付けたり、振動計を腰に巻くといった患者の身体に密着した方法を用いていた。これらの方法でも、身体にセンサーを密着させるため、信号が常に得られる点で信頼性が高いが、患者が嫌がること、センサーが外れると状態を把握できないことなどの問題があった。このため、非拘束タイプのシステムが考慮されてきている（特許文献１）。

特許文献１には、非拘束タイプの振動センサーを用いた人の存在不在を検出する人存在不在検出方法及び人存在不在検出装置が開示されている。特許文献１の方法では、ベッドパッド又はマットレスの上部や下部に、人の身体から発生する振動を振動センサーを設置し、振動センサーによって検出した身体振動信号を差動信号増幅アンプによって増幅した後、対象とする人に起因する身体振動である心臓の拍動（心拍数換算：３０〜２４０回／分、周波数帯域換算：０．５〜４Ｈｚ）による振動、肺呼吸活動（呼吸数換算：６０回／分以下、周波数帯域換算：１Ｈｚ以下）による振動、鼾に起因する鼾振動を分離フィルタ機能を用いて抽出することが開示されている。特許文献１の人存在不在検出方法及び人存在不在検出装置によれば、心臓の拍動に起因する拍動振動、肺呼吸活動に起因する肺呼吸振動または鼾振動が有りの状態が所定の存在継続時間以上を超えることで、人が所定場所に存在していること、及び拍動振動、肺呼吸振動または鼾振動が無い状態が所定の不在継続時間以上を超えることで、人が所定場所に不在であると判定している。

特許文献１の人存在不在検出装置では、１個の振動センサーを用いて身体振動信号を取得し、身体振動信号をフィルタにより分離して呼吸、心拍、鼾、体動の４つの信号を得ていた。フィルタは、コンデンサや抵抗及びオペアンプ等で構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）のアナログフィルタ、又は身体振動信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し数値化されたデータをもとにＣＰＵ（中央処理装置）の演算処理にてフィルタリングを行なうデジタルフィルタの何れか一方又は双方で構成することが開示されている。

特開２０１３−２１０３６７号公報

しかし、非拘束タイプの振動センサーによって得られる振動信号は弱く、そこからさらに微弱な心臓の拍動、肺呼吸活動、鼾に起因する振動などを分離する必要があった。特に、特許文献１のように、ベッドパッド又はマットレスの上部や下部に配置する場合であれば、振動センサーを大きくすることにより、得られる振動信号の強度を強めることができるが、大きさに制限のある用途では振動信号を強めることができない。特に、取り付け部位の大きさ、形状などの制約により、振動センサーを小型化する必要がある場合には、振動信号を発生させるセンサー自体が小さくなってしまうので、信号強度が非常に弱くなり、相対的にノイズが大きくなってしまった。例えば、振動センサーを衣服や身に着けるものに取り付けたウェアラブル形態とした場合、椅子、机、トイレなどに振動センサーを設置する場合などは、設置状況に応じて振動センサーの大きさが制限される。

特に、トイレや風呂において、失神したり、脳卒中で倒れたりする事件が増えている。トイレや風呂では一人のことが多く、またプライベートな空間なので監視することもできないので、発見が遅れるという問題があった。

本発明は、かかる問題を鑑みて、振動センサーによって効率よく振動信号を取得する手段を提供することを目的とする。この目的は、結果的に振動信号の強度が従来よりも弱くなっていたとしても、振動センサーの大きさ、用途の点から所望の振動を抽出可能な振動信号を取得できるようにすることを含んでいる。なお、本発明の振動センサーは、人の身体から発生する振動の検出にも使用可能であるが、かかる目的及び用途に限定するものではなく、種々の振動の検出に使用可能である。

前述した課題を解決するため、本発明の振動センサー部は、正電極層と、負電極層とに挟まれた振動センサー素材とを含む振動センサーと、凹凸面を備えた信号増幅手段とを有し、前記振動センサー素材の表面に対して前記信号増幅手段の凹凸面を対向させて配置したことを特徴とする。

さらに、上記振動センサー部において、前記振動センサーの上下にそれぞれ前記信号増幅手段が配置されていてもよく、さらに、前記振動センサーの上に配置された前記信号増幅手段の凹凸と、前記振動センサーの下に配置された前記信号増幅手段の凹凸が噛み合うように配置されていてもよい。

さらに、上記振動センサー部において、前記振動センサーは、前記正電極層又は前記正電極層に接して設けられた絶縁層に凹凸を設け、前記信号増幅手段として機能させてもよい。また、上記振動センサー部において、前記振動センサーは、前記負電極層又は前記負電極層に接して設けられた下部遮蔽層に凹凸を設け、前記信号増幅手段として機能させてもよい。

また、本発明の他の振動センサー部は、検出対象に突設又は架設された補助部材と、前記検出対象に接触した振動センサーとを有し、前記補助部材に前記振動センサーが設けられていることを特徴とする。

さらに、かかる振動センサー部において、 前記補助部材の少なくとも一部は搖動可能であってもよい。また、前記検出対象は中空であり、前記補助部材は、前記中空の検出対象の内部に設けられていてもよい。

また、本発明の他の振動センサー部は、検出対象に設けられた曲面と、前記検出対象に接触した振動センサーとを有し、前記検出対象の曲面の内表面又は外表面に、前記振動センサーの少なくとも一部を湾曲させて取り付けたことを特徴とする。

上記振動センサー部において、前記振動センサーは、振動センサー素材と、前記振動センサー素材を挟んで上下に設けられた正電極層及び負電極層を有することが好ましい。

また、本発明の振動信号抽出装置は、上記何れかの振動センサー部を備え、前記振動センサーで検出した身体振動信号から拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号を抽出する。さらに、前記振動センサー部を保持する部材と、前記振動センサーとの間に弾性部材を配置してもよい。

また、本発明のトイレの便座は、上記何れかの振動センサー部が設けられている。さらに、上記便座は、複数の振動センサー部が設けられていてもよい。

また、本発明のトイレは、上記便座を含み、前記便座以外の場所に他の振動センサー部が設けられている。

また、本発明のベルトは、上記何れかの振動センサー部が設けられている。さらに、上記ベルトにおいて、前記振動センサー部は、移動可能に設けられていることが好ましい。さらに、上記ベルトにおいて、前記振動センサー部が複数設けられていてもよい。

本発明によれば、振動センサーによって微弱な振動であっても効率よく振動信号を取得することができ、種々の振動の検出に利用することができる。また、本発明によれば、振動センサーによって動物が発する微弱な身体の振動を身体振動信号として検出し、かかる身体振動信号を用いて、動物（人）の存在不在を検出することができる。また、本発明によれば、振動センサーによって効率よく身体振動信号を取得することができるので、身体振動信号から拍動振動、肺呼吸振動又は音声振動の抽出を容易にし、又は、身体振動信号から抽出した拍動振動、肺呼吸振動又は音声振動の精度を高めることができる。さらに、本発明によれば、振動センサーによって効率よく身体振動信号を取得することができるので、小さな振動センサーでも拍動振動、肺呼吸振動又は音声振動の抽出が可能であり、振動センサーをウェアラブルな態様で使用したり、小型化して椅子、机、トイレなど人が近接する部材に設置して使用することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。

本発明の振動センサー部の実施態様の一例 信号増幅手段の一例 本発明の振動センサー部の実施態様の他の一例 本発明の振動センサー部の実施態様の他の一例 便座に振動センサーを適用した構成の一例 ベルトに振動センサーを適用した構成の一例 振動センサーの概略構成図 振動センサーの概略構成図 実施形態の一つにおける信号処理装置の概要構成を示すブロック図 実施例１における振動センサー部の概略構成図 信号増幅手段を用いた実施例１の実測値 信号増幅手段を用いていない実施例１の実測値 実施例２の実測値 実施例３の振動伝搬部材の概略構成図 実施例３の実測値 便器に振動センサーを適用した構成の一例 実施例４の周波数分析結果 実施例４の拍動振動性信号波形

［凹凸形状の信号増幅手段］
本発明の振動センサー部１の一つは、微弱な振動を振動センサーで検出し易くするため、振動センサー１０の振動センサー素材の表面に対して凹凸面を備えた信号増幅手段１１を配置した。図１に一例を示す。図１においては、振動センサー１０の外側に信号増幅手段１１を配置した構造で説明したが、振動センサー内の振動センサー素材に対して凹凸面による不均一な圧力が印加されれば足りるので、振動センサー１０内に信号増幅手段１１を設けてもよい（図８参照）。

平坦な表面上に振動センサー１０を配置し、振動センサー１０の上表面に信号増幅手段１１の凹凸面を対向させて、凹凸面が下向きとなるように信号増幅手段１１を配置してもよいし（図１（Ａ））、凹凸面を上向きに配置した信号増幅手段１１の上に振動センサー１０を配置してもよいし（図示せず）、また、振動センサー１０の上下に凹凸面が対向するように信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂを配置してもよい（図１（Ｂ））。上下に信号増幅手段１１を配置する場合は、上側の信号増幅手段１１Ａの凹凸と下側の信号増幅手段１１Ｂの凹凸とが一致してもよいが、図１（Ｂ）に示すように、上下で互い違いとなり、凹凸が噛み合うように信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂを設けることが好ましい。また、振動センサー１０の一方の表面に凹凸面を対向させて信号増幅手段１１を配置し、他方の表面にクッション材を配置してもよい。この場合は、クッション材が信号増幅手段１１の凹凸に沿って変形するため、振動センサー１０の上下に凹凸面を対向させた状態を容易に得ることができる。クッション材としては 発泡ウレタンシートなどの発泡プラスチック材、綿のような繊維の集合体、ヘチマのようなスポンジ材などが適している。なお、振動センサー部１は図示しない送信伝達経路（有線又は無線）を有し、送信伝達経路を介して振動センサーで検出した振動を含む信号を信号処理装置に出力する。

本発明の振動センサー１０は、振動を発生する種々の動物、装置又は部材（以下「振動源」という。）に直接又は近傍に配置され、振動源からの振動を検出し電気信号として出力できれば足りる。振動センサー１０としては、ピエゾ素子が好適に用いられるが、その他のセンサー、例えば高分子圧電体（ポリオレフィン系材料）を用いてもよい。ピエゾ素子の素材としては、例えば、多孔性ポリプロピレンエレクトレットフィルム（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｆｉｌｍ（ＥＭＦＩ））、またはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデンフィルム）、またはポリフッ化ビニリデンと三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））、又はポリフッ化ビニリデンと四フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴＦＥ））を用いてもよい。振動センサー１０としては、フィルム状であることが好ましい。

信号増幅手段１１は、少なくとも一つの凸部又は凹部を有しており、凸部又は凹部を有する面（凹凸面）を振動センサーに対向させて配置される。信号増幅手段１１は、プラスチック材料、合成ゴム、紙、金属材料、高剛性素材（ダイアモンド、ベリリウム、ボロン、カーボングラファイトなど）などを使用することができる。また、信号増幅手段１１として、これらの材料を混合したものを使用してもよいし、複数の素材を積層させてもよい。

振動センサー１０と信号増幅手段１１とは、少なくとも、振動センサーにおいて振動を検出する際には、信号増幅手段１１の凹凸により振動センサー１０の振動センサー素材表面に圧力がかかった状態であることが好ましく、凹凸によって振動センサー１０が変形していることがより好ましい。振動センサー１０の上に、単に信号増幅手段１１を載せた状態では、信号増幅手段１１の凹凸による圧力はほとんどないが、振動源が信号増幅手段１１の上に存在している場合には、振動源の重さにより、信号増幅手段１１の凹凸により振動センサー１０の表面に圧力が不均一に加えられる。振動源の振動信号はこの状態で検出されるため、凹凸による圧力が加えられた状態で振動信号を検出している。また、予め信号増幅手段１１の凹凸により振動センサー１０を変形させた状態で配置されていてもよい。このように凹凸による圧力が加えられていると、上から伝搬される振動により、振動センサーを単に厚さ方向に変形させるのではなく、曲げ方向（ベンディング）への変形を増やし、発生する信号強度を高めることができる。これは、一般的に、フィルム状のピエゾ素子において、厚さ方向の圧縮による変形よりも、曲げ方向に変形する方が感度が高く、弱い振動でも曲げ方向の変位を生じさせることにより、発生する信号強度を強くできるためである。さらに、振動センサー１０を凹凸に沿って変形させた場合には、接触面積も広くすることができ、この点においても、発生する信号強度を強くできる。

信号増幅手段１１の凸部又は凹部は、一つであってもよいし、複数であってもよい。凸部の高さ又は凹部の深さは、振動センサー１０における振動センサー素材の厚み以上であることが好ましい。凸部の断面形状は、三角形、四角形、その他の多角形、凸曲線、半円、半楕円またはこれらの形状の組み合わせであってもよい。また、凹部の断面形状は、三角形、四角形、その他の多角形、凹曲線、半円、半楕円またはこれらの形状の組み合わせであってもよい。凸部又は凹部は、一部の領域に設けられていてもよいし、全体に複数の凸部又は凹部が設けられていてもよい。複数の凸部又は凹部を設けた場合、凸部の高さ又は凹部の深さが異なる複数種類の凸部又は凹部を設けてもよい。また、凸部又は凹部は、平面視で円形でも、多角形でも、線状でも、格子状でもよい。図２（Ａ）から（Ｄ）は、信号増幅手段１１の一例である。図２（Ａ）は、円錐台形状の６個の凸部が配置されており、図２（Ｂ）は断面凸曲線の線状の凸部が中央に設けられている。図２（Ｃ）は、中央に断面台形の傾斜面を備えた凹部が設けられており、図２（Ｄ）は、平面視正方形の２つの凹部が設けられている。

振動センサー１０と信号増幅手段１１とを含む振動センサー部１は、振動源（動物、人の体を含む）に直接接触させてもよいし、振動源から振動が伝搬する部材（床、ベッド、椅子、机、衣服、靴、絨毯、シーツ、カバーなどを含む）（以下「振動伝搬部材」という。）に接触させてもよい。振動センサー部１が設置される振動伝搬部材は、振動源から複数の部材を介在させたものでもよい。例えば、床の上、ベッドマットの上又は下、椅子の座板や背もたれの表面又は裏面、机の天板の表面又は裏面等に振動センサー部１を設置又は埋設してもよいし、振動源又は振動伝搬部材（以下「検出対象」という。）が中空の場合は、その内部表面に振動センサー部１を設置してもよい。さらに、検出対象における振動源との接触部位から離れた位置であっても、検出対象に接する人の振動が伝達する部分であれば振動センサー部１を設けることができる。例えば、図１（Ｃ）に示すように、ベッド２０の脚において、床と接触する部位に設けられた保護部材２１の一つに、振動センサー部１を設けてもよい。図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）における振動センサー部１を拡大した図であり、保護部材２１の内部に、信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂに挟まれた振動センサー１０が設置され、振動センサー１０は信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂの凹凸に沿って変形している。そして、ベッド２０の上の動物の振動が、ベッド２０の脚を介して振動センサー１０に伝達され、振動センサー１０で動物が発する振動を含む信号（以下「身体振動信号」という。）を発生させる。なお、図１（Ｃ）の振動センサー部１の配置は単なる一例であり、これに限定されるものではない。例えば、振動センサー部１は、床と接続した柱に設けてもよいし、ベッドのフレーム、ヘッドボード又はサイドレール等に設けてもよいし、椅子の脚、ひじ掛け、フレーム等に設けてもよいし、机の脚、貫、幕板等に設けてもよい。また、トイレの便座又は便器に振動センサーを設けてもよく、便座又は便器の表面、裏側又は内部に振動センサーを配置することができる。例えば、便座の裏面における便器との接触箇所に設けられた緩衝部又は便器の表面における便座との接触箇所に振動センサー部を配置してもよい。また、振動センサー１０を直接人や動物の体に接触させて身体振動信号を検出してもよい。さらに、振動源である摺動部を有する装置（エンジン、モータ、ＨＤＤ等）に振動センサー部１を配置して振動を検出してもよいし、振動源である振動が生じる部材（水道、ガスの配管、風車等）に振動センサー部１を配置して水量やガス量、水漏れやガス漏れを検出してもよい。

［補助部材］
本発明の振動センサー部１の他の一つは、微弱な振動を振動センサーで検出し易くするため、図３に示すように、検出対象３０に突設又は架設された補助部材３１を設け、補助部材３１に振動センサー１０を取り付ける。なお、補助部材３１と振動センサー１０との間に振動センサー１０に凹凸面が対向する信号増幅手段を設けてもよい。

例えば、補助部材３１は、検出対象３０の表面に突設又は架設してもよいし（図３（Ａ）〜（Ｄ））、検出対象３０を中空とし、その内部に補助部材３１を突設又は架設してもよい（図３（Ｅ）、（Ｆ））。補助部材３０は、平板状の部材であってもよいし、湾曲していてもよい。補助部材３１は、検出対象３０と一体的に成形されたものでもよいし、検出対象とは別体のものを検出対象に固定してもよい。補助部材３１の少なくとも一部は搖動可能に設けられていることが好ましく、補助部材３１は薄い板状又はフィルム状であってもよい。また、補助部材３１として、もともと検出対象３０に備わっている構成を利用することも可能である。さらに、振動センサーの構成部材の一部（例えば、電極、基板等）を補助部材３１として利用することも可能である。

補助部材３１を検出対象３０に突設した場合、補助部材３１の一方の端部は検出対象３０に固定されているが、他方の端部は搖動可能とされており、検出対象３０から振動が伝搬すると、補助部材３１において、振動の振幅を大きくすることができ、振動センサー１０の曲げ変形も大きくなるので、発生する信号強度を高めることができる。この場合、振動センサーは、補助部材３１の中心又は他方の端部よりの配置することが好ましい。補助部材３１を検出対象３０に架設した場合、補助部材３１の両端が検出対象３０に固定されているが、補助部材３１の中心付近に振動センサー１０を配置することで、検出対象３０から伝搬した振動から発生する振動強度を高めることができる。

補助部材３１は、プラスチック材料、合成ゴム、紙、金属材料、高剛性素材（ダイアモンド、ベリリウム、ボロン、カーボングラファイトなど）などを使用することができる。また、信号増幅手段１１として、これらの材料を混合したものを使用してもよいし、複数の素材を積層させてもよい。

図３（Ａ）は、検出対象３０、例えば長椅子（ベンチ）の脚に外側に向けて突出した補助部材３１Ａが設けられており、そこに振動センサー１０Ａが配置された構造、長椅子（ベンチ）の脚に内側に向けて補助部材３１Ｂが突設され、そこに振動センサー１０Ｂが配置された構造、長椅子（ベンチ）の座面裏側に補助部材３１Ｃが下向きに突設されており、そこに振動センサー１０Ｃが配置された構造を例示している。図３（Ｂ）は、検出対象３０である長椅子（ベンチ）の脚の内側表面と座面の裏面との間に平板状の補助部材３１Ｄが斜めに架橋されており、そこに振動センサー１０Ｄが配置された構造及び長椅子（ベンチ）の脚の内側表面と座面の裏面との間に湾曲した補助部材３１Ｅが架橋されており、その曲面に沿って振動センサー１０を湾曲させて配置した構造を例示している。図３（Ｃ）は、検出対象３０である長椅子（ベンチ）の座面の裏面に、湾曲した補助部材３１が架橋されており、その湾曲の頂点付近に曲面に沿って振動センサー１０を湾曲させて配置した構造を例示している。図３（Ｄ）は、湾曲した検出対象３０の内表面に平板状の補助部材３１Ｇを横方向に架設しており、その中央に振動センサー１０Ｇを配置した構造を例示している。図３（Ｅ）は、断面長方形の中空の検出対象３０の内部に平板状の補助部材３１Ｈを縦方向に架設しており、そこに振動センサー１０Ｈが配置された構造及び中空の検出対象３０の内部に湾曲した補助部材３１Ｉを斜めに架設しており、その曲面に沿って振動センサー１０Ｉを湾曲して配置された構造を例示している。図３（Ｆ）は、断面楕円形の中空の検出対象３０の内部に平板状の補助部材３１Ｊを横方向に架設しており、そこに振動センサー１０Ｊが配置された構造である。例えば、中空の検出対象３０として、暖房機能を備えたトイレの便座は、中空であり、その内部に補助部材を突設又は架設して振動センサーを設けることができる。

［湾曲設置］
本発明の振動センサー部１の他の一つは、微弱な振動を振動センサーでより検出し易くするため、図３（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）及び図４に示すように、検出対象３０に曲面を設け、検出対象の曲面の内表面又は外表面に、フィルム状の振動センサーの少なくとも一部を湾曲させて取り付ける。なお、検出対象３０と振動センサー１０との間に振動センサー１０に凹凸面が対向する信号増幅手段（信号増幅手段の一部が湾曲してもよい）を設けてもよいし、検出対象に突設又は架設された補助部材に曲面を設け、曲面に振動センサーを設けてもよい。

例えば、図４（Ａ）は、湾曲した検出対象３０の内表面の中央に、曲面に沿って振動センサー１０を湾曲させて配置した構造である。図４（Ｂ）は、検出対象３０の角を丸め、丸めた角の曲面を含むように座面裏面に振動センサー１０Ａを配置した構造と、丸めた角の曲面を含むように脚の内表面に振動センサー１０Ｂを配置した構造を示す。図４（Ｃ）は、検出対象３０の角を丸め、丸めた角の曲面を含むように脚の外表面に振動センサー１０Ｂを配置した構造である。図４（Ｄ）は、断面長方形の中空の検出対象３０の角を丸め、丸めた角の曲面に沿って振動センサー１０を湾曲させて配置した構造である。

振動センサーを湾曲させることにより、検出対象３０から振動が伝搬すると、湾曲した振動センサーにおいて、曲げ方向（ベンディング）への変形が増えるので、発生する信号強度を高めることができる。

［トイレの便座、便器］
図５に示すように、トイレの便座４０に本発明の振動センサー部１を適用してもよい。図５（Ａ）は便座４０裏面の概略構成図であり、便座の裏面に便器との衝突による衝撃を緩和するための緩衝部４１が４つ配置されている。図５（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ一点鎖線の断面図であり、便座４０の緩衝部４１を含む断面図である。図５（Ｂ）の実施形態は、便座４０の緩衝部４１の当接部材４２を取り外し、緩衝部４１の内側に窪みを作製し、その窪みに振動センサー部１を配置し、振動センサー部１を覆って当接部材４２を接着した構造である。振動センサー部１は、図１（Ｄ）に示す構造と同じく、振動センサー１０が信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂに挟まれた構造であり、振動センサー１０は信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂの凹凸に沿って変形している。また、図５（Ｃ）は他の実施形態であり、図５（Ｃ）の実施形態では、中空の便座４０内部に補助部材４３が架設されており、その補助部材４３に振動センサー部１が設けられている。なお、図５（Ｃ）の振動センサー部１も、図１（Ｄ）に示す構造と同じく、振動センサー１０が信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂに挟まれた構造である。なお、便座の湾曲した内側表面に振動センサーを設けてもよい。

また、図１６に示すように、トイレの便器５０に本発明の振動センサー部１を適用してもよい。図１６（Ａ）は便器５０の概略構成図であり、（Ｂ）乃至（Ｅ）は断面図である。振動センサー部１は、図１６（Ａ）に示すように、便器５０の表面であって、便座４０と当接する部分に配置される。図１６（Ｂ）に示すように、振動センサー１０が信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂに挟まれた構造の振動センサー部１が便器５０の表面に直接設けられ、振動センサー部１の上から便座４０（点線で示す）と接触する構造でもよい。しかし、陶器製の便器５０に直接振動センサー１を接触させると振動信号にノイズが生じる場合がある。この点、少なくとも振動センサー１０と便器５０との間に弾性部材を配置することが好ましい。図１６（Ｃ）乃至（Ｅ）に示すように、振動センサー部１の下側の信号増幅手段１１Ｂと便器５０との間に弾性部材５１、５２、５３を配置してもよいし、図示していないが、振動センサー１０と便器５０との間の信号増幅手段１１Ｂを弾性部材によって構成してもよい。弾性部材としては、ゴム、板バネ、高分子材料（例えば、ポリウレタン、ポリエステル）、クッション材、スポンジ材、布類等を使用することができる。図１６（Ｃ）では、平板状の弾性部材５１を介在させ、図１６（Ｄ）では、便器５０の表面に面して凸部を有する構造の弾性部材５２を介在させ、図１６（Ｅ）では、便器５０の表面に面して凹部を有する構造の弾性部材５３を介在させた。図１６（Ｄ）及び（Ｅ）においては、凸部又は凹部が一つだけの構造を例示したが、複数の凸部又は凹部を設けてもよい。

また、トイレ内に複数の振動センサー部を設けてもよい。この場合、複数の振動センサー部によって検出された身体振動信号の差分をとることでノイズを低減することが好ましい。特に、便座に配置した一つ又は複数の振動センサー部は、身体が発する振動、例えば心拍や肺呼吸の振動が伝わりやすいが、それ以外の場所（例えば便器、トイレの床、便器の蓋等）に配置した振動センサー部では、身体振動が伝わりにくく相対的に身体からの振動以外のノイズ成分が強調されることになる。このため、これらの差分を取ることにより、心拍や肺呼吸などの身体が発する振動を強く検出することができるのである。

［ベルト］
図６に示すように、腰に巻くベルト６１に本発明の振動センサー部１を設けてもよい。振動センサー部１は、ベルト６１の内面に貼付してもよいし、外面に貼付してもよいし、ベルト６１内部に埋設してもよい。特に、振動センサー部１が着用時に人体背面（より好ましくは背骨に隣接させる）に配置されるようにする。ベルト自体が湾曲可能なものであるから、着用時には部分的に湾曲状態となり、身体振動信号を検出可能とする。図６（Ａ）においては、ベルト６１の中間位置の内側に振動センサー部１を取り付けた。ベルトは、振動センサーを身体に密着させること、日常生活で振動検出とは別目的で身体を拘束するものとして使用されることから、過剰なストレスを与えることなく振動センサーを身体に取り付けることができるので好ましい。

また、図６（Ｂ）に示すように、ベルトに嵌挿された移動部材６２を有し、移動部材６２の内側に振動センサー部１を設けてもよい。移動部材６２は、ベルトの長さ方向の少なくとも一部の範囲内を移動可能であればよく、図６（Ｂ）に示すように、ベルトよりも大きな穴を有し、その穴に嵌挿させた構造でもよいし、ベルトの縁をレールとする係合構造を備えたものでもよい。ベルト内側は体に接するため、そこの移動部材があると違和感をもたらす場合もあるので、ベルトの外側表面側に移動部材を設けてもよい。この場合、ベルトの外側表面に配置された移動部材のベルトとの接触面側に振動センサー部１を設けることが好ましい。さらに図示しない固定手段（例えばピン等）によって移動部材６２を任意の位置で固定できることが好ましい。

さらに、図６（Ｃ）に示すように、一つのベルト６１に複数の振動センサー部１ａ、１ｂを設けてもよい。この場合、複数の振動センサー部１ａ、１ｂによって検出された身体振動信号の差分をとることでノイズを低減することが好ましい。特に、人体背面側に配置した振動センサー部１ａは、身体が発する振動、例えば心拍や肺呼吸の振動が伝わりやすいが、それ以外の部位（例えば腹部、脇腹）に配置した振動センサー部１ａでは、身体振動が伝わりにくく相対的に身体からの振動以外のノイズ成分が強調されることになる。このため、これらの差分を取ることにより、心拍や肺呼吸などの身体が発する振動を強く検出することができるのである。なお、図６のベルト６１は一例であり、革製、布製、ゴム製等様々な素材のベルトに適用可能であるし、ベルトの固定方法も図示のものに限定されるものではない。

［接着によるセンサー設置］
本実施形態では、振動センサー部に接着層を設けるか、別途設けられた接着テープにより、振動センサー部を振動源や振動伝搬部材に直接接着させる構成である。接着層は、後述する振動センサーの外側表面（上部遮蔽層の上面、下部遮蔽層の下面、基板の下面等）に接着層を設ける。また、振動センサー部の少なくとも一部を覆って、当該覆った部分において振動センサー部と接着された接着テープを設けてもよい。特に、人の体（皮膚）に直接振動センサー部を貼付する場合には、接着層又は接着テープは、ジメチルビニル末端ジメチルシロキサンとテトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサンの混合させた重合物を含む接着剤を用いることが好ましい。

［ノイズ対策］
本発明では、ノイズの発生を抑えるために、振動センサーと信号処理装置との間の伝送路の少なくとも一部に同軸ケーブルを使用する。従来、振動センサーの信号を信号処理装置に伝送する伝送路として、シールド線が用いられていた。シールド線は、外部からのノイズを防ぐことができ、外部からの影響で振動信号にノイズが発生するのを防止していた。しかし、本発明者は、センサーの出力インピーダンスが高い場合、このシールド線が揺れたり、動いたりすることにより、シールド線内部のインピーダンスが変化して振動センサーから伝送される振動信号にノイズが発生すること、即ち、シールド線自体がノイズ発生の原因であったことを発見した。特に、振動センサーと信号処理装置との間の距離が離れると、シールド線が長くなり、シールド線が風や周囲の振動によって動きノイズも大きくなる。例えば、センサー付近を人が歩いたり、外を車が走ったりするだけでもシールド線が振動し、信号にノイズが発生することがあった。同軸ケーブルは、たとえ揺れても、インピーダンス変化が少なく信号に生じるノイズを低減することができた。

また、本発明では、ノイズの発生を抑えるための他の解決手段として、振動センサーと信号処理装置との間の伝送路の半分よりも振動センサー側にオペアンプまたはＦＥＴを設ける。オペアンプまたはＦＥＴを設けることにより、センサーの出力インピーダンスを低減させることができ、従来のオペアンプまたはＦＥＴを具備していない装置に比べて伝送路内のインピーダンス変化によるノイズを低減することができた。

また、本発明では、ノイズの発生を抑えるための他の解決手段として、振動センサーの周りを導電体で覆い、さらにかかる導電体を接地して電位を一定とすることでノイズの発生を抑えた。

振動センサーを保持する部材（例えば、検出対象２０、補助部材３１等）が振動するとその振動を振動センサーが感知し、動物から生じる振動に対して雑音となる。このため、保持部材と振動センサーの合成された固有振動数を必要とされる振動の周波数以上とすることが好ましい。例えば、拍動振動及び肺呼吸振動を必要とする場合は、１０Ｈｚ以上、８Ｈｚ以上、６Ｈｚ以上、５Ｈｚ以上又は３Ｈｚ以上になるよう、保持部材の剛性（素材の硬さ、長さ、厚さ、形状など）を高めたり、振動センサーの配置、形状等を調整することが重要である。合成された固有振動数が必要とされる振動の周波数以上であれば、信号処理において、ＬＰＦ（例えば、１０Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域を有するローパスフィルタ）による処理で雑音を減らすことができた。特に、合成された固有振動数を５０Ｈｚ以上にできれば、外部電磁雑音の低減と同時に行えるのでより安価な処理で雑音を減らすことができる。一般に、日本の電力線の周波数は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるため、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの振動は空間に充満しており、外部電磁雑音となる。このため、少なくとも５０Ｈｚ又は６０Ｈｚを含む領域については除去する必要があり、固有振動数をこの除去される範囲にすれば、外部電磁雑音と併せて一度に除去できるのである。また、音声振動も検知する場合には、合成された固有振動数を必要とされる音声振動の周波数以上とすることが好ましく、例えば、４００Ｈｚ以上、８００Ｈｚ以上、１ｋＨｚ以上又は１．５ｋＨｚ以上とする。または、合成された固有振動数を必要とされる音声振動の周波数以下（例えば１００Ｈｚ）で、且つ拍動信号の周波数以上（例えば１０Ｈｚ）としてもよい。実際、２５ＨｚのＬＰＦによって拍動振動及び肺呼吸振動を含む信号を抽出し、１００ＨｚのＨＰＦによって音声振動を抽出することができた。

さらに、ノイズ低減のために、振動センサーを保持する部材（例えば、検出対象２０、補助部材３１等）と振動センサーとの間に、弾性部材を設けることも好ましい。弾性部材としては、ゴム、板バネ、高分子材料（例えば、ポリウレタン、ポリエステル）、クッション材、スポンジ材、布類等を使用することができる。弾性部材は、平板状でもよいし、振動センサーを保持する部材に対向する面において、凸部を有する構造であっても、凹部を有する構造であってもよい。また、振動センサーに対向する面において、凸部又は凹部を設け、信号増幅手段を兼ねる構成であってもよい。

［振動センサー］
次に、本発明で用いる振動センサー１０の構成の一例について説明する。図７は本発明の振動信号センサーの構成例を示している。振動センサー１０は、少なくとも振動センサー素材（ＰＶＤＦ、ポリオレフィン系材料等）５１と、振動センサー素材５１を挟んで上下に設けられた正電極層５２及び負電極層５３を有している。負電極層５２は一定電位として、振動センサー素材５１の変位によって発生した信号を正電極層５２から取り出すように構成することができる。さらに、振動センサー１０は、外部からの各種雑音特に電磁雑音を排除するため、一定電位に保持された上部遮蔽層（電磁シールド用フィルム）５４及び下部遮蔽層（電磁シールド用フィルム）５５で全体を覆うことが好ましい。ここで、上部遮蔽層５４及び下部遮蔽層５５を負電極層５３と同一の電位とすることもでき、この場合には、上部遮蔽層５４又は下部遮蔽層５５の一方を負電極層５３によって構成することもできる。また、上部遮蔽層５４又は下部遮蔽層５５と正電極層５２との間には、絶縁層（絶縁シート）５６が配置され、両者を絶縁している。さらに、これら全体を保持する板状又はフィルム状の基板５７が必要に応じて設けられる。基板５７自体を保持部材（検出対象や補助部材）としてもよいし、振動センサーの基板５７を保持部材に接着してもよい。正電極層５２及び負電極層５３には図示しない取り出し端子が接続されており、それぞれ電極に対して電圧の印加又は電極からの信号の出力を可能としている。

振動センサー素材５１、正電極層５２及び負電極層５３は薄いフィルム状でもよいし、薄膜を積層構造であってもよい。例えば、基板５７の上に、下部遮蔽層としても機能する負電極層５３となる金属薄膜を形成し、その上に振動センサー素材５１の薄膜を積層し、さらに振動センサー素材５１の上に正電極層５２となる金属薄膜を形成し、全体を覆って絶縁層５６となる薄膜を形成し、最後に上部遮蔽層５４となる金属薄膜を形成してもよい。なお、必要に応じて、適宜各膜はパターニング等で成形される。

また、図１で示した信号増幅手段１１は、図７では、振動センサーとは別に設けられ、例えば、振動センサーの上方に凹凸面を下に向けた状態で配置される。しかし、信号増幅手段１１を振動センサー内に設けることもできる。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、信号増幅手段を内蔵した振動センサーの一例である。

図８（Ａ）は、凹凸面を有する絶縁層５８が信号増幅手段としても機能する。図８（Ａ）において、絶縁層５８は、凹凸面を下向きに配置しており、正電極層５２を介して振動センサー素材５１に対して、不均一な圧力を加えることができる。図８（Ｂ）は、振動センサー素材の上に凹凸面を有する絶縁層５８を設け、さらに、振動センサー素材の下に凹凸面を有する下部遮蔽層５９を設けた構造である。下部遮蔽層５９は、凹凸面を上向きに配置しており、負電極層５３を介して振動センサー素材５１に対して、不均一な圧力を加えることができる。特に図８（Ｂ）では、絶縁層５８の凹凸と下部遮蔽層５９の凹凸とが互い違いになるように配置されているので、より大きな変位を振動センサー素材５１に与えることができる。なお、正電極層、負電極層、上側遮蔽層、基板に凹凸面を設けて、信号増幅手段としても機能させてもよいし、別途凹凸面を有する信号増幅層を追加してもよい。

検出対象に振動センサーを配置する場合は、上部遮蔽層５４又は下部遮蔽層５５が補助部材、検出対象と接するように配置することが好ましい。

絶縁層５６は正電極層５２と上部遮蔽層５４との絶縁を確保するもので、心肺振動などの１Ｈｚ以下の振動を読み取る場合には、絶縁層の厚さに無関係に、十分な出力値が得られるが、周波数の増加に対応して、出力値が小さくなり、鼾とか寝言の信号といった１００乃至５００Ｈｚ付近の周波数の振動の場合は出力されなくなった。これは、絶縁層５６によって、外部からの外来雑音が正電極層５２に影響するのを保護するとともに、鼾とか寝言の信号といった１００乃至５００Ｈｚ付近の周波数の信号が、静電容量を介して上部遮蔽層５４に漏れたものと推定された。このことを防止するために絶縁層５６の厚みを１０乃至１００μｍとしたところ、鼾や寝言等の音声に起因する振動信号を受けることができた。即ち、振動センサー３０の静電容量に比べて上部遮蔽層５４と絶縁層５６と正電極層５２とで作る静電容量は１０分の１以下にする必要が分かった。また、振動センサー素材（ＰＶＤＦ）５１の抵抗、及び正電極層５２と振動センサー素材５１との間の抵抗などの合計された抵抗値Ｒと、上部遮蔽層５４と絶縁層５６と正電極層５２との間にできるコンデンサーの静電容量Ｃとの積Ｃ×Ｒより決まる時定数（１／（Ｃ×Ｒ））が低くなると、１００Ｈｚ乃至５００Ｈｚ付近の振動である鼾や寝言などの音声成分を出力できなくなる。

このため、この音声信号を出力するためには、絶縁層の厚みは、センサー本体の面積、絶縁層の比誘電率を換算しても最低１μｍ以上が必要であるが、１０μｍ乃至１００μｍ以上であることが好ましい。更に、上部遮蔽層５４と絶縁層５６と正電極層５２とで構成されるコンデンサの静電容量は少なくとも１μＦ以下であることが必要であり、０．１μＦ以下にすることが好ましいことが分かった。

［信号処理］
振動センサーによって検出した身体振動信号は、信号処理回路に出力され、信号処理回路において、検出した身体振動信号から、心臓の拍動に起因する振動（以下「拍動振動」という）に関する信号（以下「拍動振動性信号」という）、肺呼吸に起因する振動（以下「肺呼吸振動」という）に関する信号（以下「肺呼吸振動性信号」という）または音声に起因する振動（以下「音声振動」という）に関する信号（以下「音声振動性信号」という）を抽出することができる。かかる身体振動信号、拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号は、人の生体情報（存在不在、生死、健康状態、心理状態、感情、意思等）を検出するために利用されてもよい。つまり、本発明の振動センサーは、振動信号抽出方法及び装置に利用可能であり、さらに、動物（人を含む）の生体情報検出方法及び生体情報検出装置として利用可能であり、各生体情報ごとに特化した方法及び装置としても利用可能である。例えば、人存在不在検出方法及び装置、生死判定方法及び装置、健康状態判定方法及び装置、心理状態判定方法及び装置、感情判定方法及び装置、意思検出方法及び装置等に利用してもよい。

本発明の身体振動信号とは、振動センサーによって検出された信号またはかかる信号を拍動フィルタ手段、肺呼吸フィルタ手段または音声フィルタ手段に供給する前の前処理をした信号を含む。また、身体振動信号は、拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号の少なくとも２つを含む信号である。前処理としては、増幅アンプによる増幅処理、体動信号の分離処理などである。また、拍動フィルタ手段及び肺呼吸フィルタ手段に入力される身体振動信号には、拍動振動性信号及び肺呼吸振動性信号を含み、例えば、拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号及び音声振動性信号を含む信号から、音声振動性信号を分離した後の拍動振動性信号及び肺呼吸振動性信号を含む信号が身体振動信号であってもよい。

本発明の拍動振動性信号とは、拍動フィルタ手段によって身体振動信号から分離した人の心臓の拍動に起因する拍動振動を含む信号であり、例えば、拍動フィルタ手段として１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を通過させた信号でもよい。また、拍動フィルタ手段の通過域の下限周波数は０．５Ｈｚ以上、０．６Ｈｚ以上、０．７Ｈｚ以上、０．８Ｈｚ以上又は０．９Ｈｚ以上であってもよく、上限周波数は１０Ｈｚ以下、８Ｈｚ以下、６Ｈｚ以下、５Ｈｚ以下、３Ｈｚ以下であってもよい。拍動フィルタ手段の下限周波数が、肺呼吸フィルタ手段の上限周波数と同じであってもよいし、肺呼吸フィルタ手段の上限周波数よりも低く、一部範囲が肺呼吸フィルタ手段の通過域と重畳していてもよい。

本発明の肺呼吸振動性信号とは、肺呼吸フィルタ手段によって身体振動信号から分離した肺呼吸に起因する拍動振動を含む信号であり、例えば、肺呼吸フィルタ手段として１Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させた信号でもよい。なお、肺呼吸フィルタ手段の遮断周波数は０．７Ｈｚ、０．８Ｈｚ、０．９Ｈｚ、１．１Ｈｚ、１．２Ｈｚであってもよい。また、拍動フィルタ手段の下限周波数は、肺呼吸フィルタ手段の上限周波数と同じであってもよいし、下限周波数の方が低く範囲が重畳していてもよい。

本発明の音声振動性信号とは、音声フィルタ手段によって身体振動信号から分離した人の音声に起因する音声振動を含む信号であり、少なくとも声帯の振動を含み、その他の音声器官（肺、気管、喉頭、咽頭、鼻腔、口腔、舌、歯、唇など）における振動を含んでいてもよい。音声振動性信号は、例えば、音声フィルタ手段として５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数範囲の通過域を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を通過させた信号でもよい。なお、音声フィルタ手段の通過域の下限周波数は４Ｈｚ以上、１０Ｈｚ以上、３０Ｈｚ以上、７０Ｈｚ以上又は１００Ｈｚ以上であってもよく、上限周波数は４００Ｈｚ以下、８００Ｈｚ以下、１ｋＨｚ以下、１．５ｋＨｚ以下であってもよい。

本発明の信号処理回路は、少なくとも各フィルタ手段及び判定手段の一部または全部が含まれる。図９は、本実施形態における信号処理装置１６の構成の概要を示すブロック図である。図９においては１つの振動センサー１０を信号処理装置１６に接続した構成であるが、複数の振動センサーを接続してもよい。信号処理装置１６は、増幅アンプ１１０、拍動フィルタ手段１２０、肺呼吸フィルタ手段１２１、音声フィルタ手段１２２、判定手段１４０、記憶装置２６１を含んでいる。

振動センサー１０は、少なくとも人の付近に配置され、人から身体振動信号１０２を検出する。振動センサー１０は、上記のとおり、凹凸形状を備えた信号増幅手段を凹凸面を対向させて配置されているか、補助部材に配置されているか、湾曲して設置されているか、若しくはこれらの手段を複数組み合わせて、発生する信号強度を高めている。振動センサー１０は、信号処理装置１６の増幅アンプ１１０に接続されており、振動センサー１０で検出された身体振動信号１０２が増幅アンプ１１０によって増幅される。増幅アンプ１１０の出力は、拍動フィルタ手段１２０、肺呼吸フィルタ手段１２１及び／または音声フィルタ手段１２２に接続されており、増幅された身体振動信号１０４が各フィルタ手段１２０、１２１、１２２に入力される。なお、図示していないが、増幅された身体振動信号１０４は、直接判定手段に入力されてもよい。拍動フィルタ手段１２０は、増幅された身体振動信号１０４に基づいて、人の心臓の拍動に起因する拍動振動性信号１２３を抽出する。肺呼吸フィルタ手段１２１は、増幅された身体振動信号１０４に基づいて、人の肺呼吸に起因する肺呼吸振動性信号１２４を抽出する。音声フィルタ手段１２２は、増幅された身体振動信号１０４に基づいて、音声に起因する音声振動性信号１２６を抽出する。これらの増幅された身体振動信号１０４、拍動振動性信号１２３、肺呼吸振動性信号１２４及び音声振動性信号１２６は、判定手段１４０に入力され、身体振動信号により、拍動振動により、または、肺呼吸振動により、または拍動振動と他の振動により、人の生体情報（存在不在、生死、健康状態、心理状態、感情、意思等）を検出するために利用される。

本実施の形態において、増幅アンプ１１０は、振動センサーと拍動フィルタ手段、肺呼吸フィルタ手段または音声フィルタ手段１２２との間に設けられ、増幅後の身体振動信号（拍動振動、肺呼吸振動及び音声振動の少なくとも２つを含む）の最大振幅が信号処理回路の入力信号の電圧範囲内となるように設定されている。例えば、拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号の最大値（数十ｍＶ）が、信号処理回路の入力信号の電圧範囲（例えば５Ｖ：±２．５Ｖ）の５０％（１．２５Ｖ）〜１０％（２５０ｍＶ）となるように設計する。拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号の最大値（数十ｍＶ）については、使用する振動センサーの感度、使用環境（人との間の遮蔽物の素材、距離など）で変動するので、予め所定の環境の下で実験して確認することができる。

本実施の形態においては、増幅された身体振動信号１０４から抽出された拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号の最大値は、信号処理回路の入力信号の電圧範囲の半分以下しかないので、各フィルタ手段１２０、１２１、１２２と判定手段１４０との間に、第２の増幅アンプを設け、２倍〜１０倍に増幅し、信号処理回路の入力信号の電圧範囲を有効に利用し、ＳＮ比を高めることが好ましい。

拍動フィルタ手段１２０は、少なくとも身体振動信号１０２に基づいて、人の心臓の拍動に起因する拍動振動性信号１２３を抽出する。身体振動信号１０２に基づいて抽出するとは、身体振動信号１０２に予め前処理（ドリフト成分除去、増幅又は体動振動信号除去）を行った後に、拍動フィルタ手段１２０によって抽出することを含む。拍動フィルタ手段１２０は、コンデンサや抵抗及びオペアンプ等で構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）のアナログフィルタ、又は身体振動信号１０２であるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し数値化されたデータをもとにＣＰＵ（中央処理装置）の演算処理にてフィルタリングを行なうデジタルフィルタの何れか一方又は双方で構成することができる。なお、デジタルフィルタにあっては、フィルタ処理部専用のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで構成することも可能であるが、判定手段１４０のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで処理することもできる。

具体的な拍動フィルタ手段１２０としては、例えば、１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を利用することができる。また、拍動フィルタ手段の通過域の下限周波数は０．５Ｈｚ以上、０．６Ｈｚ以上、０．７Ｈｚ以上、０．８Ｈｚ以上又は０．９Ｈｚ以上であってもよく、上限周波数は１０Ｈｚ以下、８Ｈｚ以下、６Ｈｚ以下、５Ｈｚ以下、３Ｈｚ以下であってもよい。また、拍動フィルタ手段１２０として、後述する本発明のフィルタリング処理方法を実施するものでものよい。

肺呼吸フィルタ手段１２１は、身体振動信号１０２に基づいて、人の肺呼吸に起因する肺呼吸振動性信号１２４を抽出する。身体振動信号１０２に基づいて抽出するとは、身体振動信号１０２に予め前処理（ドリフト成分除去、増幅又は体動振動信号除去）を行った後に、肺呼吸フィルタ手段１２１によって抽出することを含む。肺呼吸フィルタ手段１２１は、コンデンサや抵抗及びオペアンプ等で構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）のアナログフィルタ、又は身体振動信号１０２であるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し数値化されたデータをもとにＣＰＵ（中央処理装置）の演算処理にてフィルタリングを行なうデジタルフィルタの何れか一方又は双方で構成することができる。なお、デジタルフィルタにあっては、フィルタ処理部専用のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで構成することも可能であるが、判定手段１４０のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで処理することもできる。

具体的な肺呼吸フィルタ手段１２１としては、例えば、１Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域（１Ｈｚの遮断周波数）を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を利用することができる。また、肺呼吸フィルタ手段（ＬＰＦ）の遮断周波数は０．７Ｈｚ、０．８Ｈｚ、０．９Ｈｚ、１．１Ｈｚ、１．２Ｈｚであってもよい。

音声フィルタ手段１２２は、身体振動信号１０２に基づいて、音声に起因する音声振動性信号１２６を抽出する。身体振動信号１０２に基づいて抽出するとは、身体振動信号１０２に予め前処理（ドリフト成分除去、増幅又は体動振動信号除去）を行った後に、音声フィルタ手段１２２によって抽出することを含む。音声フィルタ手段１２２は、コンデンサや抵抗及びオペアンプ等で構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）のアナログフィルタ、又は身体振動信号１０２であるアナログ信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し数値化されたデータをもとにＣＰＵ（中央処理装置）の演算処理にてフィルタリングを行なうデジタルフィルタの何れか一方又は双方で構成することができる。なお、デジタルフィルタにあっては、フィルタ処理部専用のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで構成することも可能であるが、判定手段１４０のＡ／Ｄコンバータ及びＣＰＵで処理することもできる。

具体的な音声フィルタ手段１２２としては、例えば、５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの間の通過域をもつＢＰＦを利用することができる。音声フィルタ手段の通過域の下限周波数は４Ｈｚ以上、１０Ｈｚ以上、３０Ｈｚ以上、７０Ｈｚ以上又は１００Ｈｚ以上であってもよく、上限周波数は４００Ｈｚ以下、８００Ｈｚ以下、１ｋＨｚ以下、１．５ｋＨｚ以下であってもよい。

判定手段１４０は、拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号及び／または音声振動性信号に基づいて、人の生体情報（生死、健康状態、心理状態、感情）を検出、判定するものであり、ＣＰＵ（信号処理回路）によって構成される。また、入力される信号がアナログ信号だった場合には、Ａ／Ｄコンバータが含まれていてもよい。さらに、判定手段１４０は、例えば半導体記憶装置やハードディスク装置（ＨＤＤ）等の記憶装置２６１と接続されている。判定手段１４０では、ＣＰＵが、抽出された拍動振動性信号１２３、肺呼吸振動性信号１２４または音声振動性信号１２６と、記憶装置２６１に記憶された人の生体情報（生死、健康状態、心理状態、感情）の比較判定の基準となる閾値やサンプル波形を比較して、人の生体情報（生死、健康状態、心理状態、感情）を判断する。

例えば、判定手段１４０は、身体振動から心臓の拍動に起因する拍動振動を抽出して拍動振動が所定の存在継続時間以上を超えることで、人が振動センサーの検出範囲内に存在していること、及び拍動振動が無い状態が所定の不在継続時間以上を超えることで、人が不在であると判断してもよい。また、身体振動から肺呼吸に起因する肺呼吸振動を抽出して肺呼吸振動が所定の存在継続時間以上を超えることで、人が振動センサーの検出範囲内に存在していること、及び肺呼吸振動が無い状態が所定の不在継続時間以上を超えることで、人が不在であると判断してもよい。また、身体振動から心臓の拍動に起因する拍動振動と肺呼吸に起因する肺呼吸振動が共に有りの状態が所定の存在継続時間以上を超えることで、人が振動センサーの検出範囲内に存在していること、及び拍動振動と肺呼吸振動が共に無い状態が所定の不在継続時間以上を超えることで、人が不在であると判断してもよい。また、身体振動から音声振動を抽出して音声振動が所定の存在継続時間以上を超えることで、人が振動センサーの検出範囲内に存在していると判断してもよいし、音声振動の信号波形と予め記憶されている音声振動サンプルとの相関値が一定以上の場合に人からなんらかの意思表示がなされていると判定してもよい。

通報手段２７０では、判定手段１４０からの判定結果１２５をもとに表示装置に表示したり、ＬＥＤの点灯やブザーを鳴らしたり、又はナースコール装置への通報や通信回線を通して外部に通報する。

［実施例１］
本実施例は、図５（Ｂ）に示すように、トイレの便座４０の裏面に設けられた緩衝部４１の一つにおいて、当接部材４２を取り外し、緩衝部４１の内側に窪みを作製し、そこに振動センサー部１を配置し、再び当接部材４２を便座４０の緩衝部４１に取り付け、便座に着座した人の振動を検出した。振動センサー部１については、次の２つの構造を採用した。

第１の実施形態では、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、振動センサー部１は、フィルム状の振動センサー８１の上下に信号増幅手段として、凹型基板８２と凸型押え８３が配置されている。図１０（Ａ）は、それぞれ分離した状態であり、（Ｂ）は組み合わせた状態である。凹型基板８２は、全体の大きさは幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、中央に幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、深さ１ｍｍの凹部８４が設けられている。凸型押え８３は、全体の大きさは幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、中央に幅１０ｍｍ、長さ５ｍｍ、高さ１ｍｍの凸部８５を備えている。この凹型基板８２と凸型押え８３によって、振動センサー８１は変形している。なお、振動センサー８１の振動センサー素材（図示せず）は、幅８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１１０μｍである。第２の実施形態は、振動センサー部１として、振動センサーのみを配置し、信号増幅手段を設けなかった態様である。

図１１は、第１の実施形態における実測値であり、図１２は第２の実施形態における実測値である。それぞれ（Ａ）は、振動センサーから検出された身体振動信号波形であり、（Ｂ）は、（Ａ）の身体振動信号に対し、１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有すバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を通過させて得られた拍動振動性信号波形であり、（Ｃ）は、（Ａ）の身体振動信号に対し、１Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域（１Ｈｚの遮断周波数）を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させて得られたである。いずれも縦軸が信号の強度（ｍＶ）であり、横軸が時間（ｓ）である。

図１１（Ａ）の身体振動信号は、便座に着座した人の信号を検出しており、人がトイレに存在することを検出することができる。図１２（Ａ）と比較すると、縦軸で示される信号の強度が３〜４倍も大きくなっており、第１の実施態様では信号増幅手段により信号の検出感度が改善されていることが確認できる。また、図１１（Ｂ）に示すように、１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有すバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を通過させることにより、便座に着座している人の拍動信号を確認することができる。これも図１２（Ｂ）と比較すると、縦軸で示される信号の強度が大きくなっており、第１の実施態様では信号増幅手段により信号の検出感度が改善されていることが確認できる。また、図１１（Ｂ）及び図１２（Ｂ）においては、拍動振動により、人の在不在の検出だけではなく、人の健康状態の検出が可能である。

さらに、図１１（Ｃ）の肺呼吸振動性信号波形により、人の健康状態の検出が可能となり、図１１（Ｂ）と併せることにより、より詳細な健康状態を把握することが可能となる。図１２（Ｃ）と比較すると、図１１（Ｃ）では縦軸で示される信号の強度が大きくなっており、第１の実施態様では信号増幅手段により信号の検出感度が改善されていることが確認できる。

［実施例２］
本実施例は、人体の胸部に大きさ８ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ１１０μｍの振動センサー部を巻き付け、上からゴム製のバンドで覆って人体に振動センサー部を取り付け、人体の曲面に合わせて湾曲した状態で振動センサー部を装着した人の振動を検出した。

図１３（Ａ）は、振動センサーから検出された身体振動信号波形であり、図１３（Ｂ）及び（Ｃ）は、そこから抽出された拍動振動性信号波形及び肺呼吸振動性信号波形である。図１３（Ｂ）においては、拍動フィルタ手段として、１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を使用し、図１３（Ａ）の身体振動信号から拍動振動性信号波形を抽出した。また、図１３（Ｃ）においては、肺呼吸フィルタ手段として、１Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域（１Ｈｚの遮断周波数）を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を使用し、図１３（Ａ）の身体振動信号から肺呼吸振動性信号波形を抽出した。いずれも縦軸が信号の強度（ｍＶ）であり、横軸が時間（ｓ）である。

図１３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、胸に装着した振動センサー部によって、人の心臓の状態や、呼吸の状態を検出することができ、就寝時だけではなく、日常生活においても人の生体情報（存在不在、生死、健康状態、心理状態、感情、意思等）を検出、判定することができるようになった。

本発明は、動物、特に人が発する身体の振動を振動センサーで検出し、検出した身体振動信号から拍動振動、肺呼吸振動及び音声振動を抽出することができるので、人の生体情報（存在不在、生死、健康状態、心理状態、感情、意思等）を検出、判定することができる。更には、動物のペットにも同様に適用することが可能である。

［実施例３］
本実施例は、橋梁構造の振動伝搬部材に振動センサーを設け、振動を検出した例である。図１４は、本実施例における振動伝搬部材の概略構成図であり、脚９１の上に板９２を架け渡した構造であり、本実施例の板９２は下面に凹凸形状を有しており、板９２の下面（凹凸面）に振動センサー１０が接着されている。振動センサー１０から伝送路１２が延びており、信号処理装置１３に接続されている。板９２は、幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍであり、その下面中央に幅５０ｍｍ、長さ１４０ｍｍの振動センサー１０を配置した。また、凹凸形状は、凹凸の高さが約０．２ｍｍ、凸部の幅が約２ｍｍであり、凹部の幅が約１ｍｍであり、板９１の下面において長手方向に連続的に線状に凹凸が形成されている。

図１５（Ａ）は、板９１の上面にパルス状の振動を印加した場合に振動センサー１で検出された振動信号であり、図１５（Ｂ）は、板９１の上面を押圧し、板９１に曲げひずみを印加させた場合に振動センサー１で検出された振動信号である。図１５（Ａ）に示す信号波形は上下に鋭いピークが断続的に生じている。一方、図１５（Ｂ）に示す信号波形は緩やかなピークが連続的に生じている。このように、振動源の発生源の特徴に応じて、信号の性質が異なるために、印加された圧力振動 の分類、圧力振動の周波数に応じた印加応力の分布計算、および信号強度から印加された圧力の強さを数値計算する等の信号解析を行い、 経時変化データを取得することにより、振動伝搬部材の寿命、劣化速度を解析し診断することも可能である。

［実施例４］
本実施例は、トイレの便座５０の表面に振動センサー部１を配置し、その上に便座４０を当接させて、便座に着座した人の振動を検出した。実施例４−１は、図１６（Ｂ）に示すように、陶器製の便器５０の上に直接振動センサー部１を配置した構造であり、実施例４−２は、図１６（Ｃ）に示すように、振動センサー部１と便器５０との間に平板状のゴム板を弾性部材５１として設けた構造である。なお、実施例４−２において、弾性部材５１については、厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍの３つを準備し、それぞれ振動センサー部１からの振動信号を検出した。

実施例４では、振動センサー部１は、図１６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、フィルム状の振動センサー１０の上に凹面を下向きに配置した信号増幅手段１１Ａと、振動センサー１０の下に凸面を上向きに配置した信号増幅手段１１Ｂとを設けた構造である。また、実施例４−２では、図１６（Ｃ）のとおり、凸面を上向きに配置した信号増幅手段１１Ｂと便器５０との間に平板状の弾性部材５１を配置した。実施例４においては、振動センサー部及び弾性部材の大きさは、幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍであり、信号増幅手段１１Ａの凹面には、中央に幅１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、深さ１ｍｍの凹部が設けられ、信号増幅手段１１Ｂの凸面には、中央に幅１０ｍｍ、長さ５ｍｍ、高さ１ｍｍの凸部が設けられている。信号増幅手段１１Ａ、１１Ｂの凸部及び凹部によって、振動センサー１０は変形している。なお、振動センサー８１の振動センサー素材（図示せず）は、幅８ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１１０μｍである。

図１７は、１０Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）によりフィルタリングした後の身体振動信号の周波数分析結果を示す図であり、（Ａ）は実施例４−１、（Ｂ）は実施例４−２の厚さ１ｍｍ、（Ｃ）は実施例４−２の厚さ３ｍｍ、（Ｄ）は実施例４−２の厚さ５ｍｍにおける結果である。いずれも縦軸が信号の強度（任意単位）であり、横軸が周波数（Ｈｚ）である。

図１８は、拍動フィルタ手段として１Ｈｚ〜４Ｈｚの周波数範囲の通過域を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を使用して、身体振動信号から抽出した拍動振動性信号波形であり、（Ａ）は実施例４−１、（Ｂ）は実施例４−２の厚さ１ｍｍ、（Ｃ）は実施例４−２の厚さ３ｍｍ、（Ｄ）は実施例４−２の厚さ５ｍｍにおける測定結果である。いずれも縦軸が信号の強度（単位：任意単位）であり、横軸が時間（秒）である。

図１７（Ａ）に示すように、陶器製の便器５０に直接振動センサーを設置した場合には、４〜６Ｈｚにおいて多数のピークが観察された。これらの４〜６Ｈｚのピークは、図１８（Ａ）に示す拍動振動性信号において、本来必要とする拍動振動に重畳して検出されるため、拍動振動に由来する振動が確認しづらくなってしまう。この点、図１７（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、弾性部材５１を便器との間に介在させると、弾性部材５１が厚くなるにつれて、３〜４Ｈｚのピークが強調されており、図１８（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、約０．８〜０．９秒間隔の鋭いピークが顕著になった。この被験者の正常心拍数が７０前後であるので、ピークの間隔が約０．８〜０．９秒間隔となり、ピークの鋭さが４Ｈｚ相当の約０．１秒であった。なお、４Ｈｚのサイン波は１秒間に４つの波を形成するため、正の値を示す時間は１／８秒＝０．１２５秒となり、パルスの幅を１／ｅの位置で定義すると、ピークの鋭さは約０．１秒となる。

１０ 振動センサー
１１ 信号増幅手段
２０、３０ 検出対象
３１ 補助部材

Claims (18)

1. 正電極層と、負電極層とに挟まれた振動センサー素材とを含む振動センサーと、
   凹凸面を備えた信号増幅手段とを有し、
   前記振動センサー素材の表面に対して前記信号増幅手段の凹凸面を対向させて配置したことを特徴とする振動センサー部。
2. 前記振動センサーの上下にそれぞれ前記信号増幅手段が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の振動センサー部。
3. 前記振動センサーの上に配置された前記信号増幅手段の凹凸と、前記振動センサーの下に配置された前記信号増幅手段の凹凸が噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の振動センサー部。
4. 前記振動センサーは、前記正電極層又は前記正電極層に接して設けられた絶縁層に凹凸を設け、前記信号増幅手段として機能させたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の振動センサー部。
5. 前記振動センサーは、前記負電極層又は前記負電極層に接して設けられた下部遮蔽層に凹凸を設け、前記信号増幅手段として機能させたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の振動センサー部。
6. 検出対象に突設又は架設された補助部材と、
   前記検出対象に接触した振動センサーとを有し、
   前記補助部材に前記振動センサーが設けられていることを特徴とする振動センサー部。
7. 前記補助部材の少なくとも一部は搖動可能であることを特徴とする請求項６に記載の振動センサー部。
8. 前記検出対象は中空であり、前記補助部材は、前記中空の検出対象の内部に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載の振動センサー部。
9. 検出対象に設けられた曲面と、
   前記検出対象に接触した振動センサーとを有し、
   前記検出対象の曲面の内表面又は外表面に、前記振動センサーの少なくとも一部を湾曲させて取り付けたことを特徴とする振動センサー部。
10. 前記振動センサーは、振動センサー素材と、前記振動センサー素材を挟んで上下に設けられた正電極層及び負電極層を有することを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の振動センサー部。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の振動センサー部を備え、前記振動センサーで検出した身体振動信号から拍動振動性信号、肺呼吸振動性信号または音声振動性信号を抽出する振動信号抽出装置。
12. 前記振動センサー部を保持する部材と、前記振動センサーとの間に弾性部材を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の振動信号抽出装置。
13. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の振動センサー部が設けられたトイレの便座。
14. 複数の振動センサー部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の便座。
15. 請求項１３又は１４に記載の便座を含み、前記便座以外の場所に他の振動センサー部が設けられていることを特徴とするトイレ。
16. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の振動センサー部が設けられたベルト。
17. 前記振動センサー部は、移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のベルト。
18. 前記振動センサー部が複数設けられていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のベルト。