JP4497966B2 - 機器制御システム - Google Patents

Description

本発明は、複数クライアントの生活情報に基づいて使用する機器の状態を制御する機器制御システムに関する。

クライアント個人別の生活情報、特に睡眠段階情報に基づいてクライアントの使用する機器、例えばベッドやエアコン、照明具等を最適状態に操作するシステムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００３−３３９６７４号公報

特許文献１に開示された技術は、無拘束で得られる生体情報を利用し、国際的基準である睡眠の６段階に準拠した、現在の睡眠段階が６段階のどこであるかを、名義的な尺度で精度よくリアルタイムに推定する方法及びその方法を用いた装置であり、無拘束型生体センサで測定される生体の心拍変動情報並びに体動情報に基づき、クライアント個人の睡眠の段階を名義的尺度で同定することを特徴としている。

図２及び図１の一部により、特許文献１の睡眠段階推定手段１９に開示されている技術で検出可能なクライアント個人の各種生体情報についての概要を説明する。クライアント３が就寝するエアマットレス１の圧力変動を無拘束型センサ手段４で検出し、フィルタ手段５を介して心拍、呼吸、いびきを抽出する。

これら生体情報及び赤外線カメラ１０の画像信号を入力する画像処理手段１１により得られる体動情報が点線のブロック９で示される睡眠段階推定演算手段に入力され、信号処理されて心拍情報Ｉｂ、連続的睡眠段階情報Ｓｃ、名義的尺度による６段階睡眠情報Ｓａ、体動情報Ｉｍ、いびき情報Ｉｓ、呼吸情報Ｉｒが得られる。信号処理のアルゴリズムについては特許文献１に詳述されているので、ここでは説明を省く。

睡眠段階推定演算手段９より得られるこれら生体情報は、記憶保持手段１８に保持されその総合情報Ｓｉを利用してクライアント個人の状態監視、データ記録、緊急通報、快適環境を維持するための機器制御等を実行する。特許文献１には、各種の機器制御の例が開示されている。

従来の機器制御システムでは、次のような問題点がある。
（１）その時々の睡眠段階に対応した制御はできる。例えば、睡眠段階に１：１対応して照明器具の明るさ、音響機器の音量、暖房器具の設定温度の変更は可能であるが、その時点までの睡眠段階の推移状況に応じた多様な制御は不可能である。

（２）従来システムでは、ある眠りの深さに達するまでは睡眠段階に１：１対応して照明を暗くする、音響機器の音量を小さくする、暖房器具の設定温度を下げることはできるが、その眠りの深さに達したら、それ以降は睡眠段階に関係なく照明を消す、音響機器の電源を切る、暖房を切るということは不可能である。即ち、一つの睡眠段階に対してそれまでの推移データ基づいて複数の異なる制御を指定することは不可能である。
（３）従来システムは、クライアントの個人別睡眠段階に基づいての制御であった。そのため、同じ部屋に複数人が寝る場合、同じ部屋の人が共通に使用する機器の制御は、特定の人の睡眠段階に基づいて制御する方法しかなかった。従って、その特定の人以外には、必ずしも最適な制御にはならなかった。

（４）同じ部屋に複数人が生活する場合、全員が同時に寝起きする訳ではない。他の人は寝ているが、一人だけ仕事をしたり、読書をしたりすることがある。その場合には、仕事や読書をしている、起きている人の行動に支障をきたさないようにしなければならない。また、病人や高齢者の睡眠段階を優先させなければならないこともある。

従って本発明が解決しようとする課題は、複数クライアントの生活情報の推移データに基づいた使用機器の多様な状態制御を可能とする機器制御システムを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）複数クライアントの睡眠段階情報に基づいて使用する機器の状態を制御する機器制御システムにおいて、
前記複数クライアントの生活情報を合成する睡眠段階合成手段と、
前記睡眠段階の推移データが所定の更新要因条件を満足するときに前記機器の制御段階を更新する制御段階出力手段と、この制御段階出力手段の出力及び前記睡眠段階合成手段の情報に基づいて前記機器をその制御段階で設定される状態に調整する操作手段とを備え、
前記睡眠段階の推移データは、睡眠周期回数計数値，指定睡眠段階計数値，睡眠評価指数算出値のうち少なくとも、睡眠周期回数計数値であり、
前記推移データの更新要因は、前記睡眠周期回数の指定回数への到達，前記指定睡眠段階又は睡眠状態の指定回数への到達，前記睡眠評価指数算出値の指定値への到達のうち少なくとも前記睡眠周期回数の指定回数への到達であり、
前記睡眠段階の差分の極性が連続して複数回同一極性である場合に、睡眠はその極性方向の変化とみなし、極性方向の反転回数に基づいて前記個人別の睡眠周期回数を計数することを特徴とする機器制御システム。

（２）睡眠段階合成手段は、複数クライアントの内起きている人を優先する場合には、起きている人の前記睡眠段階情報を選択して合成し、起きている人を優先しない場合には全員の前記睡眠段階情報を合成することを特徴とする（１）に記載の機器制御システム。

（３）前記睡眠評価指数算出値は、個人別の前記睡眠段階を変数とする関数値で与えられることを特徴とする（１）又は（２）に記載の機器制御システム。

（４）前記関数値として、個人別の前記睡眠段階を変数とする時間積分値を算出することを特徴とする（３）に記載の機器制御システム。

（５）前記関数値として、個人別の前記睡眠段階を変数とする時間微分値を算出することを特徴とする（３）に記載の機器制御システム。

（６）前記関数値として、個人別の前記睡眠周期回数を変数とすることを特徴とする（３）に記載の機器制御システム。

（１）多様性：複数人全体としての快適性向上と省エネを図るために、同じ部屋の複数クライアントの夫々の睡眠段階を基に、全体としての睡眠段階を合成し、それに基づいて制御するので、その時々の睡眠段階に対応した制御だけではなく、その時点までの睡眠段階の推移に応じた多様な機器制御が可能となる。

（２）快適性：照明を明るくしたまま、又テレビ・ラジオをつけたまま寝てしまうということはよくあることである。そのため、睡眠途中で目覚めて寝直しをするので熟睡が妨げられる場合がある。また、朝起きるまで気がつかず、寝難い環境での睡眠のため熟睡できない場合がある。

本発明を利用すれば、照明を明るくしたまま、又テレビ・ラジオをつけたまま寝てしまっても、眠りが深くなったら自動的に照明を消す、またテレビ・ラジオを切ることができ、快適な睡眠をとることができ、全体的な快適性向上に貢献できる。

（３）省エネ：本発明を利用すれば、暖房器具（エアコン、電気毛布）を使用する場合、暖房したまま寝てしまっても、眠りが深くなったら自動的にその暖房器具の電源を切ることができ、省エネが可能である。この場合、個々に制御するよりも、かなりの部分を共通使用できるので、コストを削減できる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１及び図２の一部は本発明を適用した機器制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。本発明において、クライアントの生活情報は、図２で説明した睡眠段階推定手段１９の記憶保持手段１８より与えられる６段階睡眠情報及び連続的睡眠段階情報を含む生体情報Ｓｉと、図１のブロック１００及び図２のブロック２００で示す状態検出手段からの状態情報Ｆ１である。主要部の説明に先立ち、状態検出手段１００及び２００の概要を説明する。

状態検出手段１００は、複数クライアントが生活する部屋全体の状態検出を目的としている。１０１は不在室／在室検出手段であり、画像処理手段１１からの複数クライアントの動きより、不在室（部屋に人がいない）中またはその逆の在室（部屋に人が一人以上いる）中を示す不在室信号を出力する。

状態検出手段２００は、クライアント個人別の状態検出を目的としている。２０１は離床／在床検出手段であり、フィルタ手段５からの心拍情報より離床／在床を検出する。２０２は連打音（ベッドを叩く）検出手段であり、フィルタ５より得られる打音信号から連打音を判断して出力する。

連打音は、クライアントが目覚めてから離床するまでの間に、クライアント自身の意思で照明の点灯、暖房を入れたりする等の操作を行うための要求手段として使用される。

図３は不在室／在室検出手段１０１の構成例を示す機能ブロック図、図４は動作を説明する波形図である。クライアントの動きを検出したアナログ信号がスレッシュホールド値を有する動き検出部で比較され、動き検出信号パルスとなり、リトリガラブルモノマルチをトリガする。トリガ間隔が設定時間τ未満であればリトリガラブルモノマルチのＱ出力はＨで在室、トリガ間隔が設定時間τ以上であればリトリガラブルモノマルチは反転し、Ｑバー（Ｑの反転出力）出力はＨとなり、不在室出力となる。

図５は、離床／在床検出手段２０１の構成例を示す機能ブロック図、図６は動作を説明する波形図である。心拍を示すアナログ信号がスレッシュホールド値を有する心拍検出部で比較され、心拍検出信号パルスとなり、リトリガラブルモノマルチをトリガする。トリガ間隔が設定時間τ未満であればリトリガラブルモノマルチのＱ出力はＨで在床、トリガ間隔が設定時間τ以上であればリトリガラブルモノマルチは反転し、Ｑバー出力はＨとなり、離床となる。

図７は、連打音検出手段２０２の構成例を示す機能ブロック図、図８は動作を説明する波形図である。打音を示すアナログ信号がスレッシュホールド値を有する打音検出部で比較され、打音検出信号パルスとなり、フリップフロップＦＦ１をセットして動作開始し、タイマを起動すると共にカウンタで計数される。

タイマの動作時間内にカウンタが所定数のパルスを計数すると、このカウンタ出力でフリップフロップＦＦ２が反転して連打音検出信号を出力する。タイマのカウントアップによりフリップフロップＦＦ１はリセットされ、タイマも初期状態に戻る。

次に打音が発生すると前記ルーチンがスタートするが、タイマのカウントアップ内に所定個数のカウント出力がない場合にはこの連打音出力は変化しない。従って、いったん連打音検出信号を出力すると、その状態が継続するので、遅延回路を設けて所定時間経過したとき、及び離床があったときに検出手段全体をリセットするように構成されている。

図９は連打音検出手段２０２の他の構成例を示す機能ブロック図、図１０は信号処理手順を示すフローチャートである。図７の構成ではタイマの設定時間内に所定個数のパルスを計数した場合に連打音と判断するものであるが、図９の構成では周期的連打音検出部のアルゴリズムで打音周期の最大と最小を監視し、所定条件に合致した打音を連打音とする。

打音検出部では、一定閾値以上の打音信号を受けると、打音検出信号を出力する。周期的連打音検出部では、一つの打音検出信号を受けると、その次の打音検出信号がＴminより長くＴmaxよりも短い時間範囲内にあるかどうかを計測し、その時間範囲内にある場合には、更にその次の打音検出信号がＴminより長くＴmaxよりも短い時間範囲内にあるかどうかを計測する。

一つの打音検出信号を受けてから、Ｔminより長くＴmaxよりも短い時間範囲内で次の打音検出信号を受けることをＮ回繰り返すと、周期的連打音が検出されたと判断して周期的連打音検出信号を出力する。

一つの打音検出信号を受けてから、その次の打音検出信号をＴmin以前に、又はＴmax以後に受けた場合には、連打音検出動作をリセットスタートさせる。周期的連打音検出信号が出力されると、その立ち上がりエッジで後段フリップフロップがセットされ、連打音検出信号がＨ（“連打音検出”）になる。

クライアントの離床でフリップフロップはリセットされ、連打音検出信号がＬになる。連打音検出信号がＨになってから離床が無い場合には、遅延回路の出力信号により、ある一定時間経過後にフリップフロップがリセットされ、連打音検出信号がＬになる。

以上説明した状態検出手段１００及び２００で得られるクライアントの不在室／在室、離床／在床、連打音の情報は、状態情報Ｆ１として本発明機器制御システムに利用される。以下、図１により本発明機器制御システムの主要部につき説明する。

図１において、点線のブロックＲで示す領域は複数クライアント環境（生活する部屋）を表し、この例ではＡさん，Ｂさん，Ｃさんの３人がクライアントである。１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、Ａさん，Ｂさん，Ｃさんの生体情報Ｓｉを個別に検出する睡眠段階推定手段である。

２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、Ａさん，Ｂさん，Ｃさんの離床、連打音を個別に検出する状態検出手段である。各自の生体情報Ｓｉ及び離床、連打音情報並びに１０１よりの共通の不在室情報が複数クライアント環境Ｒからの出力情報となる。

本発明機器制御システムは、大きな機能ブロックとしては制御段階出力手段３００、操作手段４００、制御対象の使用機器５００、睡眠段階合成手段６００よりなる。

制御段階出力手段３００は、クライアントの生活情報、即ち生体情報Ｓｉ（６段階睡眠情報Ｓａ又は連続的睡眠段階（以下睡眠状態）情報Ｓｃ）及び状態情報Ｆ１の推移データが所定の条件を満たすときに複数の制御段階の１つを決定し、更にデータの推移により、その段階で指定された条件を満たす場合には制御段階を更新する。

操作手段４００は、決定された制御段階情報に基づいてその制御段階で最適な生活環境をクライアントに提供するために使用機器５００の操作状態を調整する。

睡眠段階合成手段６００は、クライアント各自の生体情報Ｓｉ及び不在室、離床情報Ｆ１に基づいて複数クライアントの睡眠段階を合成演算して操作手段４００へ合成睡眠段階情報Ｓｇを測定値として与える。

制御段階出力手段３００において、３０１は初期化信号作成手段であり、睡眠段階推定手段１９ａ乃至１９ｃより入力される個人別の生体情報Ｓｉと、状態検出手段２００で得られる状態情報Ｆ１から個人別の離床情報及び全体の不在室情報を入力して初期化信号Ｒｓを生成する。

図１１は、初期化信号作成手段の構成例を示す機能ブロック図、図１２は動作を説明する波形図である。生体情報Ｓｉに基づいて覚醒検出手段により得られる各自の覚醒情報又は離床情報がすべてのクライアントにおいて発生するとＡＮＤゲート及びＯＲゲートを介して、タイマが起動され、タイムアップ以後もいずれかの信号が継続する場合に初期化信号Ｒｓを発生する。不在室情報でもＯＲゲートを介してタイマが起動され初期化信号Ｒｓを発生する。

この初期化信号Ｒｓは、睡眠周期回数計数手段３０２、指定睡眠段階計数手段３０３、睡眠評価指数算出手段３０４をリセットすると共に、制御段階情報Ｍｉを出力する制御段階情報カウンタ３０７をリセットする。

睡眠周期回数計数手段３０２、指定睡眠段階計数手段３０３、睡眠評価指数算出手段３０４には生体情報Ｓｉが入力され、３個のカテゴリーにより複数クライアントの生活情報の推移データが計数又は算出される。

図１３は、睡眠周期回数計数手段３０２の構成例を示す機能ブロック図であり、複数の個人睡眠周期回数計数手段と選択演算出力手段とで構成され、睡眠段階または睡眠状態の変化の繰り返し数を計数する。

選択演算指定情報ｈａ（２）として、次の関数ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)が指定される。（Ａさん、Ｂさん、Ｃさんの３人の場合の例）
（１）夫々の個人睡眠周期回数計数手段の出力Ａ乃至Ｃの平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／３
（２）夫々の個人睡眠周期回数計数手段の出力Ａ乃至Ｃの加重平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（α・Ａ＋β・Ｂ＋γ・Ｃ）／（α＋β＋γ）
（３）夫々の個人睡眠周期回数計数手段の出力Ａ乃至Ｃの内の最大値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Max（Ａ，Ｂ，Ｃ）
（４）夫々の個人睡眠周期回数計数手段の出力Ａ乃至Ｃの内の最小値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Min（Ａ，Ｂ，Ｃ）
又は、
（５）特定の個人睡眠周期回数計数手段の出力値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Ａ又はＢ又はＣ

個人睡眠周期回数計数手段は、生体情報Ｓｉの変化の繰り返し数を計数する。その計数値は初期化信号Ｒｓ又は制御段階更新信号Ｍｃでリセットされる。図１４は、個人睡眠周期回数計数手段の構成例を示す機能ブロック図、図１５はその動作を説明する波形図である。

各睡眠段階に対して次のように数値を対応づける。
覚醒 ：５
ＲＥＭ ：４
ノンレム１：３
ノンレム２：２
ノンレム３：１
ノンレム４：０

睡眠段階差分算出手段では、ある一定周期で睡眠段階をサンプリングして、
（現在の睡眠段階に対応した値）−（直前の睡眠段階に対応した値）
を算出し、その結果を一定時間出力する。

図では初めに眠りが深くなる例を示している。睡眠段階がノンレム１からノンレム２に遷移している。その遷移直後のサンプリング時点では、
（ノンレム２に対応した値２）−（ノンレム１に対応した値３）＝−１
となり、睡眠段階差分算出手段は−１を一定時間出力する。

極性弁別手段では、入力として−１を受け取ると−極性出力がＨとなる。−極性出力がＨになると、フリップフロップをリセットする。この例では、すでに初期化信号＋制御段階更新信号によってフリップフロップおよびカウンタはリセットされているので、睡眠周期回数計数値は０となっている。

同様に、次のノンレム２からノンレム３への遷移直後のサンプリング時点およびその次のノンレム３からノンレム４への遷移直後のサンプリング時点でも、睡眠段階差分は−１となり、−極性出力がＨとなる。

次の段階では、眠りが浅くなる方向に進む。ノンレム４からノンレム３への遷移直後のサンプリング時点では、
（ノンレム３に対応した値１）−（ノンレム４に対応した値０）＝１
となり、睡眠段階差分算出手段は＋１を一定時間出力する。

極性弁別手段では、入力として＋１を受け取ると＋極性出力がＨとなる。＋極性出力がＨになると、フリップフロップをセットし、そのＱバー出力はＬとなる。同様に、次のノンレム３→ノンレム２→ノンレム１→ＲＥＭへの遷移直後のサンプリング時点でも、睡眠段階差分は＋１となり、＋極性出力がＨとなる。

その次は、再び眠りが深くなる方向に進む。ＲＥＭからノンレム１への遷移直後のサンプリング時点では、
（ノンレム１に対応した値３）−（ＲＥＭに対応した値４）＝−１
となり、睡眠段階差分算出手段は−１を一定時間出力する。

極性弁別手段では、入力として−１を受け取ると−極性出力がＨとなる。−極性出力がＨとなると、フリップフロップをリセットする。フリップフロップのＱバー出力の立ち上がりエッジでカウンタの内容は＋１されて＋１となる。即ち、睡眠周期回数計数値は１となる。

図１６は、個人睡眠周期回数計数手段の他の構成例を示す機能ブロック図、図１７はその動作を説明する波形図である。

眠りが深くなる方向から眠りが浅くなる方向へ変化した、逆に眠りが深くなる方向から眠りが浅くなる方向へ変化したとの判断基準は、それ以前の眠りの方向とは逆方向への睡眠段階の遷移が２回以上連続することである。

図１４の構成例との違いは、その判断基準が異なる点だけである。図１４の構成では、その判断基準はそれ以前の眠りの方向とは逆方向への睡眠段階の遷移が１回だけであり、ノイズによる誤動作の可能性があので、遷移が２回以上連続することを要件としたものである。それ以外の構成と動作は、図１４と同じである。

図１６では、極性弁別手段とフリップフロップ間にカウンタ（＋）、カウンタ（−）及び夫々のリセット入力用のＯＲゲートが追加されている構成が図１４と異なる。図の例では、それぞれのカウンタのトリガ入力端子に２発のパルスが入力されると、それぞれのＱ出力はＨとなる。

カウンタのトリガ入力端子にパルスが１発入力された後に、それまでとは反対方向への睡眠段階の遷移が発生すると、カウンタはリセットされてしまう。従って、それぞれのカウンタのＱ出力がＨになるためには、極性弁別手段の（＋）極性出力または（−）極性出力が連続して２発出力されなければならない。

指定睡眠段階計数手段３０３は、生体情報Ｓｉ、不在室，離床，連打音検出信号を入力し、制御段階指定情報ｈａ（１）によって指定される睡眠段階、睡眠状態、不在室、離床又は連打音検出への到達回数を計数し、後述の制御段階更新信号Ｍｃ又は初期化信号Ｒｓでリセットされる。

図１８は、指定睡眠段階計数手段３０２の構成例を示す機能ブロック図であり、複数の個人指定睡眠段階数手段と選択演算出力手段とで構成され、指定される睡眠段階または睡眠状態への到達回数を計数する。

選択演算指定情報ｈａ（２）として、次の関数ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)が指定される。（Ａさん、Ｂさん、Ｃさんの３人の場合の例）
（１）夫々の個人指定睡眠段階計数手段の出力Ａ乃至Ｃの平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／３
（２）夫々の個人指定睡眠段階計数手段の出力Ａ乃至Ｃの加重平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（α・Ａ＋β・Ｂ＋γ・Ｃ）／（α＋β＋γ）
（３）夫々の個人指定睡眠段階計数手段の出力Ａ乃至Ｃの内の最大値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Max（Ａ，Ｂ，Ｃ）
（４）夫々の個人指定睡眠段階計数手段の出力Ａ乃至Ｃの内の最小値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Min（Ａ，Ｂ，Ｃ）
又は、
（５）特定の個人指定睡眠段階計数手段の出力値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Ａ又はＢ又はＣ

図１９は、個人指定睡眠段階計数手段の構成例を示す機能ブロック図である。睡眠段階情報Ｓａ又は不在室又は離床又は連打音検出と指定睡眠段階ｈａ（１）が条件合致検出手段で照合され、条件合致であれば指定睡眠段階計数カウンタを＋１インクリメントし、指定睡眠段階計数を出力する。

睡眠評価指数算出手段３０４は、生体情報Ｓｉを入力し、制御段階指定情報ｈａによって指定される評価関数に基づいてＳｉを変数とする関数演算を実行して睡眠評価指数値を算出すると共に、制御段階更新信号Ｍｃ又は初期化信号Ｒｓでリセットされる。

図２０は、睡眠評価指数算出手段３０４の構成例を示す機能ブロック図であり、複数の個人睡眠評価指数算出手段と選択演算出力手段とで構成され、選択演算指定情報ｈａ（２）によって指定される評価関数に基づいて算出する。

選択演算指定情報ｈａ（２）として、次の関数ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)が指定される。（Ａさん、Ｂさん、Ｃさんの３人の場合の例）
（１）夫々の個人睡眠評価指数算出手段の出力の平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／３
（２）夫々の個人睡眠評価指数算出手段の出力の加重平均値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝（α・Ａ＋β・Ｂ＋γ・Ｃ）／（α＋β＋γ）
（３）夫々の個人睡眠評価指数算出手段の出力のうちの最大値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Max（Ａ，Ｂ，Ｃ）
（４）夫々の個人睡眠評価指数算出手段の出力のうちの最小値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Min（Ａ，Ｂ，Ｃ）
又は、
（５）特定の個人睡眠評価指数算出手段の出力値
ｋ(Ａ，Ｂ，Ｃ)＝Ａ又はＢ又はＣ

図２１は、個人睡眠評価指数算出手段の構成例を示す機能ブロック図であり、指定評価関数ｈａ（１）として積分が指定された場合を示す。図２２は、積分演算結果を示すタイムチャートであり、斜線で示した面積が睡眠の質を評価する指数値となる。

又、図としては無いが、指定評価関数として微分関数を用いることにより、眠りの深くなる変化率がある値以上又はある値以下になったら、又は眠りの浅くなる変化率がある値以上又はある値以下になったら次の制御段階に進ませるということが可能になる。

３０８は制御段階指定手段であり、外部から与えられる制御段階指定情報Ｆ２を格納する制御段階指定情報格納部３０８ａと、制御段階情報Ｍｉによりその制御段階における制御段階指定情報Ｆ２を選択するセレクタ３０８ｂを有する。

制御段階指定情報Ｆ２で指定されたパラメータ及び睡眠評価関数に基づいて、睡眠周期回数計数手段３０２，指定睡眠段階計数手段３０３，睡眠評価指数算出手段３０４は計数又は算出し、セレクタ３０５に睡眠周期回数計数手段３０２の計数出力をｄ１で、指定睡眠段階計数手段３０３の計数出力をｄ２で、睡眠評価指数算出手段３０４の算出出力をｄ３で与える。

それらの計数値または算出値出力（ｄ１乃至ｄ３）のいずれかが制御段階指定情報ｈｂによりセレクタ３０５で選択され、条件合致検出手段３０６により制御段階指定情報ｈｃで指定された条件に合致した時に、制御段階更新信号Ｍｃを出力する。

制御段階更新信号Ｍｃが出力されると、制御段階情報カウンタ３０７の内容は＋１インクリメントされ、制御段階情報信号Ｍｉが更新される。同時にＯＲゲート３０９を介して、睡眠周期回数計数手段３０２，指定睡眠段階計数手段３０３，睡眠評価指数算出手段３０４をリセットする。

次に、操作手段４００の構成を説明する。４０１は第１演算手段であり、機器５００の制御部５０１の設定値Ｓを演算出力する。４０２は第２演算手段であり、制御部５０１電源のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｐ１及び機器５００電源のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｐ２を演算出力する。

４０３は外部設定値指定手段であり、外部設定値指定情報Ｆ４を格納し、外部設定値Ｓｅを第１演算手段４０１に入力する。後述する睡眠段階合成手段６００で生成される合成睡眠段階情報Ｓｇが第１演算手段４０１及び第２演算手段４０２に機器制御のための測定値として共通に入力される。

４０４は操作関数指定手段であり、操作関数指定情報格納部４０４ａ及びセレクタ４０４ｂを有する。操作関数指定情報格納部４０４ａは、外部から与えられる操作関数指定情報Ｆ３を格納し、各制御段階における第１及び第２演算手段への操作関数を指定する。

セレクタ４０４ｂは、制御段階出力手段３００からの制御段階情報Ｍｉを入力し、指定される制御段階の操作関数指定情報Ｆ及びＧ１，Ｇ２を第１演算手段４０１及び第２演算手段４０２に与える。

第１演算手段４０１は、不在室／在室、離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態を変数とする、それぞれの制御段階に対応した操作関数を使用し、その操作関数と外部からの設定値とで、機器の制御部５０１に与える設定値Ｓを調整する。

同様に、第２演算手段４０２は、不在室／在室、離床／在床、連打音検出、睡眠段階または睡眠状態を変数とする、それぞれの制御段階に対応した操作関数を使用し、機器制御部５０１又は機器５００の電源をＯＮ／ＯＦＦする操作信号Ｐ１又はＰ２を発生させる。

図２３は、制御段階及びその段階における制御段階指定情報Ｆ２及び操作関数指定情報Ｆ３の例を示すテーブルであり、例１は制御段階が２段の場合、例２及び例３は制御段階が３段の場合を例示している。Ｆ３の具体例は、図２４で説明する。

例１につき説明する。制御段階１では、睡眠段階パラメータｈａ１(１)としてノンレム４が指定され、選択演算指定情報ｈａ１(2)として最小値が指定され、選択パラメータｈｂ１として２の指定睡眠段階計数手段３０３の出力が指定され、合致パラメータｈｃ１として１回が指定されている。

つまり、ノンレム睡眠４への到達回数が最も少ない人でも１回到達すれば制御段階更新要件が満足され、条件合致検出手段３０６より制御段階更新信号Ｍｃが発生し、制御段階情報カウンタ３０７は＋１インクリメントされ、制御段階は２に遷移することになる。

制御段階２では、睡眠評価関数ｈａ２(１)として０が指定され、選択演算指定情報ｈａ２(２)として平均値が指定され、選択パラメータｈｂ２として３の睡眠評価指数算出手段３０４の出力が指定され、合致パラメータｈｃ２として十分大きな任意数１００回が指定されている。この場合では、関数０が１００になることはあり得ないので、合致が発生することはなく、制御段階は２のまま継続することになる。

例２では、制御段階１で睡眠周期回数が最も少ない人でも２に達すると制御段階２に遷移し、ここでノンレム睡眠１への到達回数が最も少ない人でも２に達すると制御段階３に遷移し、ここで関数０の演算となるので、例１と同様に、以降この制御段階３を継続する。

例３では、制御段階１で評価関数としてＳｉの積分関数が指定され、その評価指数が各人の平均値で０.５に達すると制御段階２に遷移し、ここでＲＥＭ睡眠への到達回数が最も少ない人でも１に達すると制御段階３に遷移し、ここで関数０の演算となるので、例１と同様に、以降この制御段階３を継続する。

図２４は、図２３で説明した例１における制御段階１及び２における第１演算手段４０１への設定値を調整する操作関数指定情報Ｆ及び第２演算手段４０２への電源ＯＮ／ＯＦＦ用操作関数指定情報Ｇ１，Ｇ２の出力例である。

（Ａ）に示す第１段階では、合成睡眠段階情報Ｓｇの入力が不在室ではＦ＝０で、Ｇ１，Ｇ２はＯＦＦ、離床，連打音，覚醒ではＦ＝１である。ＲＥＭ以降では、睡眠段階の遷移に従ってＦは０.１ずつ低下し、機器の運転出力を低下させる。Ｇ１，Ｇ２は不在室以外ではＯＮを維持させる。

（Ｂ）に示す第２段階では、離床と連打音の入力でＦ＝１となる以外はＦ＝０で機器の運転を停止状態とする。Ｇ１，Ｇ２も離床と連打音の入力でＯＮとなる以外ではＯＦＦを維持する。

図２５は、睡眠段階合成手段６００の構成例を示す機能ブロック図、図２６は信号の処理手順を示すフローチャートである。睡眠段階合成手段６００は、睡眠段階合成部６０１、睡眠段階合成指定情報格納部６０２、合成睡眠段階レジスタ６０３で構成される。

睡眠段階合成部６０１は、眠段階指定情報格納部６０２よりの指定情報に基づいて、全体としての不在室、複数人のそれぞれの離床／在床、連打音検出、睡眠段階または睡眠状態から、全体としての不在室、離床／在床、連打音検出、睡眠段階または睡眠状態を合成し、合成睡眠段階情報Ｓｇを合成睡眠段階レジスタ６０３に保持する。

睡眠段階合成指定情報として、“起きている人の活動を優先する／しない”を指定する優先モードの指定情報と合成方法に関する指定情報がある。
優先モード指定されている場合で、起きている人がいる場合には、起きている人の睡眠段階だけを選択し、指定された合成方法で演算する。起きている人がいない場合には、全員の睡眠段階を選択し、指定された合成方法で合成睡眠段階を算出する。
優先モード指定されていない場合には、全員の睡眠段階を選択し、指定された合成方法で合成睡眠段階を算出する。

睡眠段階の合成方法としては、優先モード指定で起きている人がいる場合の合成方法及びそれ以外の場合の合成方法の２方法がある。
優先モード指定で起きている人がいる場合の睡眠段階の合成方法は、起きている人の睡眠段階だけを選択し、睡眠段階合成指定関数として指定される次の関数ｎ１（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて算出する。（Ａさん、Ｂさん、Ｃさんの３人が起きている場合の例）
（１）起きている人の夫々の個人の離床／在床、連打音検出又は覚醒に対応した値の平均値。
ｎ１(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝{ｍ(Si(Ａ))＋ｍ(Si(Ｂ))＋ｍ(Si(Ｃ)) }／３
（２）起きている人の夫々の個人の離床／在床、連打音検出又は覚醒に対応した値の加重平均値。
ｎ１(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝{α・ｍ(Si(Ａ))+β・ｍ(Si(Ｂ))+γ・ｍ(Si(Ｃ)) }／(α+β+γ)
（３）起きている人の夫々の個人の離床／在床、連打音検出又は覚醒に対応した値の内の最大値。
ｎ１(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝Max(ｍ(Si(Ａ))，ｍ(Si(Ｂ))，ｍ(Si(Ｃ))
（４）起きている人の夫々の個人の離床／在床、連打音検出又は覚醒に対応した値の内の最小値。
ｎ１(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝Min(ｍ(Si(Ａ))，ｍ(Si(Ｂ))，ｍ(Si(Ｃ))
又は、
（５）特定の起きている人の個人の離床／在床、連打音検出又は覚醒に対応した値。
ｎ１(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝ｍ(Si(Ａ))又はｍ(Si(Ｂ))又はｍ(Si(Ａ))
上記関数のうちで指定された一つの関数を用いて算出し、その算出値に最も近い値に対応した離床／在床、連打音検出又は覚醒を（広義の）合成睡眠段階（離床／在床、連打音検出又は覚醒）とする。人が一人もいない不在室の時には、その合成睡眠段階も不在室となる。
上記以外の場合、すなわち、優先モード指定されているが起きている人がいない場合及び優先モード指定されていない場合には、全員の睡眠段階を選択し、睡眠段階合成指定関数として指定される次の関数ｎ２（Ａ，Ｂ，Ｃ）を用いて算出する。（Ａさん、Ｂさん、Ｃさんの３人の場合の例）
（１）夫々の個人の離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態に対応した値の平均値。
ｎ２(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝{ｍ(Si(Ａ))＋ｍ(Si(Ｂ))＋ｍ(Si(Ｃ)) }／３
（２）夫々の個人の離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態に対応した値の加重平均値。
ｎ２(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝{α・ｍ(Si(Ａ))+β・ｍ(Si(Ｂ))+γ・ｍ(Si(Ｃ)) }／(α+β+γ)
（３）夫々の個人の離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態に対応した値の内の最大値。
ｎ２(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝Max(ｍ(Si(Ａ))，ｍ(Si(Ｂ))，ｍ(Si(Ｃ))
（４）夫々の個人の離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態に対応した値の内の最小値。
ｎ２(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝Min(ｍ(Si(Ａ))，ｍ(Si(Ｂ))，ｍ(Si(Ｃ))
又は、
（５）特定の個人の離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態に対応した値。
ｎ２(Si(Ａ)，Si(Ｂ)，Si(Ｃ))＝ｍ(Si(Ａ))又はｍ(Si(Ｂ))又はｍ(Si(Ａ))
上記関数のうちで指定された一つの関数を用いて算出し、その算出値に最も近い値に対応した離床／在床、連打音検出、睡眠段階または睡眠状態を（広義の）合成睡眠段階（離床／在床、連打音検出、睡眠段階又は睡眠状態）とする。人が一人もいない不在室の時には、その合成睡眠段階も不在室となる。

図２７は、複数クライアント（Ａさん、Ｂさんの二人）の睡眠段階の合成例を示すタイムチャートであり、起きている（目覚めている）人の活動を優先し眠りの浅い人の睡眠段階を選択した合成結果及び起きている（目覚めている）人の活動を優先し平均値を選択した場合の合成結果を示したものである。

（１）起きている（目覚めている）人の活動を優先し、眠りの浅い人の睡眠段階を選択して合成睡眠段階とする例：
Ａさん（下側の実線）一人しか部屋にいない時には、Ａさん個人の睡眠段階が合成睡眠段階（上側の実線）となる。Ｂさん（短い点線）が部屋に入ってきてから以降は、眠りの浅い人の睡眠段階が合成睡眠段階となる。

（２）起きている（目覚めている）人の活動を優先し、Ａさん、Ｂさん二人の睡眠段階の平均値を合成睡眠段階とする例：
Ａさん（下側の実線）一人しか部屋にいない時には、Ａさん個人の睡眠段階が合成睡眠段階（上側の実線）となる。

Ｂさん（短い点線）が部屋に入ってきてから以降は、Ａさん、Ｂさん二人の睡眠段階の平均値が合成睡眠段階となる。ただし、Ａさん、Ｂさんのうち一人でも覚醒、連打音検出、離床状態の時には、その状態が優先されて合成睡眠段階となる。その時には残りの人の睡眠段階は反映されない。

以上説明した実施形態では、睡眠段階推定手段１９より得られる睡眠段階Ｓａとしては、名義的に同定される、覚醒，ＲＥＭ，ノンレム１，ノンレム２，ノンレム３，ノンレム４の６段階が用いられている。

しかしながら、制御対象の機器によっては、上記６段階までの細かい分類は不要で下記のような粗い分類でも充分な場合がある。
粗い分類例１：
（１）覚醒
（２）ＲＥＭ
（３）ノンレム１＋ノンレム２
（４）ノンレム３＋ノンレム４

粗い分類例２：
（１）覚醒
（２）ＲＥＭ
（３）ノンレム１〜４

粗い分類例３：
（１）覚醒
（２）ＲＥＭ＋ノンレム１〜４

本発明では、生体情報Ｓｉとしては睡眠段階情報Ｓａのみではなく、連続信号で与えられる睡眠状態情報Ｓｃも対象としている。この睡眠状態情報Ｓｃは、心拍Ｉｂを入力する睡眠段階推定演算部９の動的モデル１２より精度良く得られるものであるが、もっと簡略に検出する構成も可能である。

眠りに応じて機器を制御する場合、睡眠段階まで詳しく検出・推定しなくとも、現在、ある眠りの段階（覚醒・浅い眠りまたは深い眠りの状態）に留まっているのか、眠りが深くなりつつあるのか、それとも眠りが浅くなりつつあるのか、その眠りの方向さえ分かれば十分な場合がある。ここでは、それを「睡眠状態」と呼ぶことにする。

睡眠状態を検出することは、比較的容易に実現できる。眠りの深さと心拍数とには相関があり、眠りが深くなるにつれて心拍数が少なくなり、逆に眠りが浅くなるにつれて心拍数が多くなる。したがって、心拍情報だけでも睡眠状態を検出できる。

その睡眠状態の分類例として、次のものがある。
（１）覚醒又は浅い眠りＷ
（２）眠りが深くなりつつある状態Ｄ
（３）眠りが深い状態Ｓ
（４）眠りが浅くなりつつある状態Ｉ

図２８及び図２９は、心拍情報に基づいて前記睡眠状態Ｗ，Ｄ，Ｓ，Ｉを抽出するための機能ブロック図及び波形図である。心拍は、心拍数計数手段で計数されて心拍数信号となり、差分算出手段により差分値に変換される。この差分値は、マイナス側が眠りが深くなる方向、プラス側が眠りが浅くなる方向を表す。

この差分値は、移動平均演算手段で移動平均信号に変換され、正側及び負側のレベル検出手段により眠りが深くなる方向Ｄ及び眠りが浅くなる方向Ｉを表すパルス信号に変換される。

Ｄのパルスの立ち上がりでフリップフロップがセットされ、Ｉのパルスの立ち上がりでフリップフロップがリセットされるので、フリップフロップのＱ出力及びＱバー出力は図２９の波形図（Ｇ）及び（Ｉ）となる。ゲート１はＤ及びＩを入力するＮＯＲゲートであり、その出力は（Ｆ）であり、Ｄ及びＩが変化しない静止状態を示す。

アンドゲート２は、ＮＯＲゲート１の出力とフリップフロップのＱ出力を入力とし、その出力は（Ｈ）で示され、深い眠りＳを表す。アンドゲート３は、ＮＯＲゲート１の出力とフリップフロップのＱバー出力を入力とし、その出力は（Ｊ）で示され、覚醒又は浅い眠りＷを表す。

図１に示した実施形態では、図を簡単にするために、機器５００および制御部５０１は１つしか記述していないが、単一機器のみならず複数機器の制御も可能である。その場合には、設定値用の第１演算手段と電源ＯＮ／ＯＦＦ用の第２演算手段が最大で機器数分必要になる。

更に、操作関数指定情報格納部４０４ａに格納される操作関数指定情報も各制御段階において最大で機器数分必要になる。又、外部設定値指定手段４０３および外部設定値指定情報Ｆ４も最大で機器数分必要になる。

第１，第２演算手段４０１，４０２と機器５００およびその制御部５０１との接続形態は、個々に直接有線または無線接続する形態がある。又、複数の演算手段の出力を送信インタフェース経由で有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮに接続し、機器側の受信インタフェースによって設定値、電源ＯＮ／ＯＦＦ信号を受信して機器およびその制御部に与える接続形態も可能である。

本発明を適用した機器制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 特許文献１に開示されている、睡眠の段階を名義的尺度で同定する睡眠段階推定手段及び状態検出手段の機能ブロック図である。 不在室／在室検出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図３の動作を説明する波形図である。 離床／在床検出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図５の動作を説明する波形図である。 連打音検出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図７の動作を説明する波形図である。 連打音検出手段の他の構成例を示す機能ブロック図である。 図９の信号処理手順を示すフローチャートである。 初期化信号作成手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図１１の動作を説明する波形図である。 睡眠周期回数計数手段の構成例を示す機能ブロック図である。 個人睡眠周期回数計数手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図１４の動作を説明する波形図である。 個人睡眠周期回数計数手段の他の構成例を示す機能ブロック図である。 図１６の動作を説明する波形図である。 指定睡眠段階計数手段の構成例を示す機能ブロック図である。 個人指定睡眠段階計数手段の構成例を示す機能ブロック図である。 睡眠評価指数算出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 個人睡眠評価指数算出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図２１の動作を説明するタイムチャートである。 制御段階指定情報の例を示すテーブルである。 操作関数指定情報の出力例である。 睡眠段階合成手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図２５の信号処理手順を示すフローチャートである。 複数クライアントの睡眠段階の合成例を示すタイムチャートである。 睡眠状態検出手段の構成例を示す機能ブロック図である。 図２８の動作を説明する波形図である。

符号の説明

３ クライアント
１９ 睡眠段階推定手段
１００ 状態検出手段（全体）
１０１ 不在室／在室検出手段
２００ 状態検出手段（個人別）
２０１ 離床／在床検出手段
２０２ 連打音検出手段
３００ 制御段階出力手段
３０１ 初期化信号作成手段
３０２ 睡眠周期回数計数手段
３０３ 指定睡眠段階計数手段
３０４ 睡眠評価指数算出手段
３０５ セレクタ
３０６ 条件合致検出手段
３０７ 制御段階情報カウンタ
３０８ 制御段階指定手段
３０８ａ 制御段階指定情報格納部
３０８ｂ セレクタ
３０９ ＯＲゲート
４００ 操作手段
４０１ 第１演算手段
４０２ 第２演算手段
４０３ 外部設定値指定手段
４０４ 操作関数指定手段
４０４ａ 操作関数指定情報格納部
４０４ｂ セレクタ
５００ 機器
５０１ 制御部
６００ 睡眠段階合成手段
６０１ 睡眠段階合成部
６０２ 睡眠段階合成指定情報格納部
６０３ 合成睡眠段階レジスタ
Ｓｉ 生体情報
Ｓｇ 合成睡眠段階情報
Ｆ１ 状態情報
Ｆ２ 制御段階指定情報
Ｆ３ 操作関数指定情報
Ｆ４ 外部設定値指定情報

Claims (6)

1. 複数クライアントの睡眠段階情報に基づいて使用する機器の状態を制御する機器制御システムにおいて、
   前記複数クライアントの生活情報を合成する睡眠段階合成手段と、
   前記睡眠段階の推移データが所定の更新要因条件を満足するときに前記機器の制御段階を更新する制御段階出力手段と、この制御段階出力手段の出力及び前記睡眠段階合成手段の情報に基づいて前記機器をその制御段階で設定される状態に調整する操作手段とを備え、
   前記睡眠段階の推移データは、睡眠周期回数計数値，指定睡眠段階計数値，睡眠評価指数算出値のうち少なくとも、睡眠周期回数計数値であり、
   前記推移データの更新要因は、前記睡眠周期回数の指定回数への到達，前記指定睡眠段階又は睡眠状態の指定回数への到達，前記睡眠評価指数算出値の指定値への到達のうち少なくとも前記睡眠周期回数の指定回数への到達であり、
   前記睡眠段階の差分の極性が連続して複数回同一極性である場合に、睡眠はその極性方向の変化とみなし、極性方向の反転回数に基づいて前記個人別の睡眠周期回数を計数することを特徴とする機器制御システム。
2. 睡眠段階合成手段は、複数クライアントの内起きている人を優先する場合には、起きている人の前記睡眠段階情報を選択して合成し、起きている人を優先しない場合には全員の前記睡眠段階情報を合成することを特徴とする請求項１に記載の機器制御システム。
3. 前記睡眠評価指数算出値は、個人別の前記睡眠段階を変数とする関数値で与えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の機器制御システム。
4. 前記関数値として、個人別の前記睡眠段階を変数とする時間積分値を算出することを特徴とする請求項３に記載の機器制御システム。
5. 前記関数値として、個人別の前記睡眠段階を変数とする時間微分値を算出することを特徴とする請求項３に記載の機器制御システム。
6. 前記関数値として、個人別の前記睡眠周期回数を変数とすることを特徴とする請求項３に記載の機器制御システム。

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