特許 7260083 振動センサ、生体情報検出装置及び寝具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】振動センサ、生体情報検出装置及び寝具

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/11 20060101AFI20230411BHJP

   A61B 5/16 20060101ALI20230411BHJP

   A61B 5/08 20060101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

A61B5/11 100

A61B5/16 110

A61B5/16 130

A61B5/08

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020077147

(22)【出願日】2020-04-24

(65)【公開番号】P2021171289

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-01-11

(73)【特許権者】

【識別番号】514118321

【氏名又は名称】ヘルスセンシング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000196129

【氏名又は名称】西川株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123858

【弁理士】

【氏名又は名称】磯田 志郎

(72)【発明者】

【氏名】鐘ヶ江 正巳

(72)【発明者】

【氏名】水上 義彦

(72)【発明者】

【氏名】新関 久一

(72)【発明者】

【氏名】野々村 琢人

【審査官】▲高▼原 悠佑

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１６５８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４１９７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０９２８８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２５３８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１６３７４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０５９５７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／００－５／０３

Ａ６１Ｂ ５／１１－５／１１３

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動センサが取り付けられた寝具であって、
前記振動センサは、筒状又は柱状部分を含む芯材と、帯状部分を含む振動センサ本体とを有し、
前記振動センサ本体は、センサ素材層と、前記センサ素材層の上下に配置された第１の電極層及び第２の電極層を少なくとも含む積層構造を含み、
前記芯材の前記筒状又は柱状部分に前記振動センサ本体の前記帯状部分をらせん状に巻きつけた構造を有し、
前記寝具は、体圧分散構造を有する敷布団、敷きパッド、ベッドパッド、マットレス、ベッドマットレス、枕、座布団、又はクッションであり、前記体圧分散構造の隙間に前記振動センサを配置した寝具。

【請求項2】

前記振動センサ本体は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の外側を覆う絶縁層と、前記絶縁層の外側を覆う遮蔽層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の寝具。

【請求項3】

前記振動センサ本体は、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の外側を覆う第１及び第２の絶縁層と、前記第１及び第２の絶縁層の外側を覆う第１及び第２の遮蔽層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の寝具。

【請求項4】

前記振動センサ本体は、少なくとも前記積層構造を内包する保護外装を有し、
前記芯材の前記筒状又は柱状部分に前記積層構造を内包する前記保護外装をらせん状に巻きつけた構造を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の寝具。

【請求項5】

前記振動センサは、前記振動センサ本体をらせん状に巻きつけた前記芯材の前記筒状又は柱状部分を覆う保護外装を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の寝具。

【請求項6】

前記保護外装に遮蔽層が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の寝具。

【請求項7】

前記保護外装の前記遮蔽層と、前記振動センサ本体の前記第１の電極層又は前記第２の電極層とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の寝具。

【請求項8】

前記振動センサ本体の前記帯状部分の幅をＷとし、前記芯材の前記筒状又は柱状部分の外径をｄとし、前記筒状又は柱状部分の中心軸に対して垂直な面と前記帯状部分の長手方向との角度をθとしたときに、
ｄπｓｉｎθ≧Ｗ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の寝具。

【請求項9】

前記振動センサと、前記振動センサで検出した生体振動信号を処理して生体情報を取得する情報処理手段とを有する生体情報検出装置を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の寝具。

【請求項10】

前記生体情報は、生体の存在・不存在、生体の脈拍、心弾動波形、脈波、呼吸数、呼吸波形、心音、鼾、寝言、体動、心理ストレス又は睡眠状態の指標となる情報の一つ又は複数であることを特徴とする請求項９に記載の寝具。

【請求項11】

前記体圧分散構造は凹凸形状、切込み、溝、凹部、凸部、又はコイルであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の寝具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動を検出する振動センサに関し、特に、生体から生じる振動（生体振動）を検出し、心音、心拍数、呼吸、体動、鼾などの生体情報を検出することが可能な振動センサ、生体情報検出装置及び寝具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ベッド及び床に敷く寝床において、人の肺の呼吸活動及び心臓の拍動による振動等を振動センサで検出し、人の健康状態を２４時間検出できるようにした人の健康状態検出装置が知られている（特許文献１）。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提案されてきている（特許文献１、２）。

【0003】

特許文献１には、非拘束タイプの振動センサを用いた人の存在不在を検出する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検出するシート状の振動センサ手段を設置し、振動センサによって検出した身体振動信号の有無で人の存在及び不在検を判定している。さらに、検出した身体振動信号をフィルタリング処理して呼吸振動、心拍振動、鼾、及び体動信号などの生体振動信号を取得している。

【0004】

また、特許文献２には、心拍間隔の変動と呼吸パターンの瞬時位相差の位相コヒーレンスによって心理ストレス又は睡眠状態の指標となる情報を取得する装置が開示されている。特許文献２において、心拍間隔の変動は、心電図計測用センサによって計測した心電図波形、振動を計測するセンサによって計測した心弾動図波形、又は振動を計測するセンサによって計測した生体振動信号から抽出した心拍由来の振動成分に基づいて心拍間隔を算出して求められていた。また、特許文献２には、シート型圧電センサをベッドマットレス上に設置し、その上にシーツをかけ、ベッドの上のヒトの心臓や呼吸の動きを体内、及び体表面を通じて振動波としてセンサで検出し、検出した生体振動信号から心拍検出用と呼吸検出用の特定のデジタルフィルタを用いて信号処理を行って、心拍由来の振動成分のみを抽出し、そのピークの間隔から拍動間隔を求め、呼吸由来の振動成分を抽出し、呼吸パターンを推定し、それらの拍動間隔と呼吸パターンから瞬時位相差の位相コヒーレンスを算出することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１４／１８５３９７号

【文献】特開２０１７－６４３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２では、シート型圧電センサをベッドパッド、マットレス、ベッドマットレス等の上部又は下部に設置して、睡眠中の様々な生体情報を取得している。しかし、近年、体圧を分散させて寝心地をよくするために、マットレス等の表面に凹凸形状や切込みを設けた製品が開発され実用化され始めた。シート型圧電センサは、人の振動を正確に測定するために平坦で比較的硬質な土台が必要であり、凹凸形状や切込みの上部にシート型圧電センサを配置すると、圧電センサの平坦で比較的硬質な土台によってマットレス等の体圧分散機能を阻害してしまう。また、シート型圧電センサをマットレス等の下に設けた場合は、振動源である人体から離れるため圧電センサで検出される信号が弱くなるという問題もある。

【0007】

本発明は、上記の問題を踏まえて、シート型圧電センサとは異なり、平坦な土台を必要としない新規な構造の振動センサ、生体情報検出装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、振動センサ又は生体情報検出装置を含む寝具を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の振動センサは、筒状又は柱状部分を含む芯材と、帯状部分を含む振動センサ本体とを有し、前記振動センサ本体は、センサ素材層と、前記センサ素材層の上下に配置された第１の電極層及び第２の電極層を少なくとも含む積層構造を含み、前記芯材の前記筒状又は柱状部分に前記振動センサ本体の前記帯状部分をらせん状に巻きつけた構造を有する。

【0009】

さらに、上記振動センサにおいて、前記振動センサ本体は、前記第１の電極層又は前記第２の電極層の外側を覆う絶縁層と、前記絶縁層の外側を覆う遮蔽層とを含んでもよいし、前記振動センサ本体は、前記第１の電極層及び前記第２の電極層の外側を覆う第１及び第２の絶縁層と、前記第１及び第２の絶縁層の外側を覆う第１及び第２の遮蔽層とを含んでもよい。

【0010】

さらに、上記振動センサにおいて、前記振動センサ本体は、少なくとも前記積層構造を内包する保護外装を有し、前記芯材の前記筒状又は柱状部分に前記積層構造を内包する前記保護外装をらせん状に巻きつけた構造を有していてもよいし、さらに、前記振動センサは、前記振動センサ本体をらせん状に巻きつけた前記芯材の前記筒状又は柱状部分を覆う保護外装を有していてもよい。加えて、前記保護外装に遮蔽層が形成されていてもよく、前記保護外装の前記遮蔽層と、前記振動センサ本体の前記第１の電極層又は前記第２の電極層とが電気的に接続されていてもよい。

【0011】

さらに、上記振動センサにおいて、前記振動センサ本体の前記帯状部分の幅をＷとし、前記芯材の前記筒状又は柱状部分の外径をｄとし、前記筒状又は柱状部分の中心軸に対して垂直な面と前記帯状部分の長手方向との角度をθとしたときに、ｄπｓｉｎθ≧Ｗの関係を満たすことが好ましい。

【0012】

また、本発明の生体情報検出装置は、上記の何れかの振動センサと、前記振動センサで検出した生体振動信号を処理して生体情報を取得する情報処理手段とを有し、前記生体情報は、生体の存在・不存在、生体の脈拍、心弾動波形、脈波、呼吸数、呼吸波形、心音、鼾、寝言、体動、心理ストレス又は睡眠状態の指標となる情報の一つ又は複数であってもよい。

【0013】

また、本発明の寝具は、上記の何れかの振動センサ、又は生体情報検出装置を含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明の振動センサ及び生体情報検出装置は、芯材の表面に薄い帯状の振動センサ本体をらせん状に巻きつけた構造を有しているので、芯材が挿入又は設置可能な僅かな隙間があれば振動センサを配置することができる。このため、様々な用途に振動センサを使用することができ、各種の振動（特に生体から発生する振動に基づく生体振動）を検出することができる。特に、表面が平坦ではない部材や、表面の硬度が均一ではない部材などに対しても本発明の振動センサを使用することが可能である。また、本発明の振動センサは、芯材の表面に螺旋状に巻き付けられており、振動を検出するための表面積を広くすることができるので感度を上げることができ、より正確に生体振動を取得することが可能である。

【0015】

本願発明の寝具は、芯材の表面に帯状の振動センサを螺旋状に巻き付けた振動センサが内蔵されており、寝具に寝ている人の振動を検出し、睡眠中の生体情報を取得することができる。特に、凹凸形状や切込みを設けた寝具においても、振動センサを人体の比較的近傍に配置することが可能であり、より正確に生体情報を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の振動センサの各部の構成を示す図

【図2】本発明の振動センサ本体及び振動センサの断面構造を示す図

【図3】芯材に対して、振動センサ本体を巻き付ける工程を示す図

【図4】振動センサ本体等の変形例を示す図

【図5】振動センサ本体等の積層構造の変形例を示す図

【図6】本発明の生体情報検出装置の概略ブロック図

【図7】生体情報検出装置を含むマットレスを示す概略図

【図8】（Ａ）は鼾をかいていない状態の人の生体振動信号、（Ｂ）は鼾をかいている状態の人の生体振動信号

【図9】鼾検出方法の一例のフローチャート

【図10】（Ａ）は鼾をかいている状態の人の生体振動信号（上段）及び心電図（下段）、（Ｂ）は生体振動信号をウェーブレット変換した信号、（Ｃ）はウェーブレット変換した信号の３０Ｈｚ～１５０Ｈｚの範囲における強度を積分したエネルギーの時系列データ、（Ｄ）はエネルギーのヒストグラム

【図11】（Ａ）は心臓の下で測定した人の生体振動信号ｂｃｇ（上段：ｂｃｇ）、ハイパスフィルタ通過後の生体振動信号（中段：ｈｂｃｇ）及び心電図（下段：ｅｃｇ）、（Ｂ）はｈｂｃｇの積分信号（上段）及びｅｃｇの積分信号（下段）、（Ｃ）はｈｂｃｇ積分信号の瞬時位相の波形、（Ｄ）は生体振動信号から求めた心拍間隔（ＢＢＩ）と心電図から求めた心拍間隔（ＲＲＩ）（Ｅ）はＢＢＩとＲＲＩのＢｌａｎｄ－Ａｌｔｍａｎプロット

【図12】（Ａ）は心臓の下から約１０ｃｍ頭側に移動させた位置で測定した人の生体振動信号ｂｃｇ（上段）、ハイパスフィルタ通過後の生体振動信号ｈｂｃｇ（中段）及び心電図ｅｃｇ（下段）、（Ｂ）はｈｂｃｇの積分信号（上段）及びｅｃｇの積分信号（下段）、（Ｃ）はｈｂｃｇ積分信号の瞬時位相の波形、（Ｄ）は生体振動信号から求めた心拍間隔（ＢＢＩ）と心電図から求めた心拍間隔（ＲＲＩ）、（Ｅ）はＢＢＩとＲＲＩのＢｌａｎｄ－Ａｌｔｍａｎプロット

【図13】睡眠中の人の生体振動を一晩測定して取得した生体情報であり、（Ａ）が１－位相コヒーレンス（λ）、（Ｂ）が１分間の心拍数、（Ｃ）が１分間の呼吸数、（Ｄ）が鼾の強度（エネルギー）

【発明を実施するための形態】

【0017】

［振動センサ］
図１（Ａ）は振動センサ本体１０の一例を示す図であり、図１（Ｂ）は芯材２０の一例を示す図であり、図１（Ｃ）は芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａに振動センサ本体１０の帯状部分１０ａをらせん状に巻きつけた構造を有する筒状又は柱状の振動センサ１を示す図である。また、図２（Ａ）は振動センサ本体１０の断面構造の一例を示す図であり、図２（Ｂ）は振動センサ１の断面構造を示す図である。筒状又は柱状の振動センサ１は、芯材２０に巻き付けられた振動センサ本体１０によって振動を検知して振動信号を生成することができる。本明細書において、振動センサ本体１０の帯状部分１０ａの長く伸びた方向を長手方向とし、その長さをＬ、長手方向に垂直な幅をＷとし、芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａの外径をｄとする。また、筒状又は柱状部分２０ａの中心軸Ｃに対して垂直な面をＶ（垂直面）、らせん状に巻き付けた帯状部分の長手方向との角度（ピッチ角）をθとする。

【0018】

振動センサ本体１０は、展開時の平面視において幅Ｗよりも長手方向に長く伸びた帯状部分１０ａを含んでいるが、帯状部分１０ａ以外の形状の部分を有していてもよい。例えば、振動センサ本体の電極を外部と接続するための接続部、取得した信号を処理する回路が設置される周辺回路部、操作手段が設けられた操作部などは帯状部分に設けなくてもよく、特に長手方向の端部近傍に設けることが好ましい。図１（Ａ）の振動センサ本体１０は、全体として一定幅Ｗの帯状であり、幅Ｗ×長さＬの長方形状を有しており、一方の端部近傍に接続部１０ｂが設けられている。

【0019】

帯状部分１０ａは、芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａに巻き付ける部分であり、薄く略均一な厚さのフィルム状又はシート状である。帯状部分１０ａは、芯材２０に巻き付けるために芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａの形状に対応可能な可撓性を持たせる必要がある。このため、帯状部分１０ａの各構成の材料、厚さ等を適切に設定することが好ましい。帯状部分１０ａの厚さは、厚くなると強度が増すので曲がりにくくなるため、全体で数１００μｍ～数ｍｍ、好ましくは３００μｍ～１ｍｍとすることが好ましい。帯状部分１０ａは、筒状又は柱状部分２０ａに全て巻き付けることが可能な幅Ｗ及び長さＬとすることが好ましい。帯状部分１０ａを芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａにらせん状に巻き付ける際に、巻き付けた帯状部分の幅方向の端同士が重ならないようなピッチ角θで巻き付けることが好ましく、幅Ｗは、外径がｄの筒状又は柱状部分にピッチ角θで巻き付ける場合はｄπｓｉｎθ≧Ｗとなるようにすることが好ましい。この点については図３の説明で詳述する。

【0020】

帯状部分１０ａは、図２（Ａ）に示すように、センサ素材層１１と、センサ素材層１１の上下に配置された第１の電極層１２及び第２の電極層１３を少なくとも含む積層構造を含んでいる。さらに、図２（Ａ）の積層構造は、第１の電極層１２及び第２の電極層１３の外側（センサ素材層１１とは反対側）を覆う第１の絶縁層１４及び第２の絶縁層１５と、第１の絶縁層１４及び第２の絶縁層１５の外側を覆う第１の遮蔽層１６及び第２の遮蔽層１７を含んでいてもよい。また、これらの積層構造全体を覆う保護外装１８を含むことが好ましい。なお、センサ素材層１１と第１の電極層１２及び第２の電極層１３とが直接接触していてもよいが、間に電気接続を補助する下地層や接着層などの層を有していてもよい。帯状部分１０ａの断面構造において、積層構造を覆う各層は必要に応じて共通化したり、省略したり、追加したりすることができる。また、帯状部分１０ａの幅Ｗは長手方向において均一であることが好ましい。

【0021】

接続部１０ｂは、積層構造における第１の電極層１２及び第２の電極層１３の信号を取り出すための端子が設けられ、配線１９ａ、１９ｂに接続されている。図示しないが、接続部１０ｂでは、第１の電極層１２及び第２の電極層１３の表面が直接又は別の導電材料（例えば遮蔽層）を介して露出した端子が形成され、配線１９ａ、１９ｂに電気的に接続されている。例えば、第１の絶縁層１４及び第１の遮蔽層１６に開口部を形成し、第１の電極層１２の表面を露出させて外部接続用の端子とし、第２の絶縁層１５及び第２の遮蔽層１７に開口部を形成し、第２の電極層１３の表面を露出させて外部接続用の端子としてもよい。さらに、接続部１０ｂにおいて、遮蔽層１６、１７を定電位に維持するような端子が形成されてもよいが、第１の電極層１２及び第２の電極層１３の一方が定電位に維持されている場合は、定電位の電極層と遮蔽層とを電気的に接続部１０ｂ以外で接続させてもよい。接続部１０ｂは、長手方向の端部に設けることが好ましい。また、取得した振動信号を処理したり、外部と無線通信したりする半導体チップ、集積回路等の電気回路を設置して周辺回路部としても、操作手段を設けて操作部としてもよい。必要に応じて接続部１０ｂの幅を帯状部分よりも広くしてもよい。

【0022】

センサ素材層１１は、振動によって電荷を発生させる圧電材料であり、ピエゾ素子（圧電素子）が好適に用いられる。圧電材料は、圧力（荷重）それ自体ではなく圧力が変化することによって電荷が発生する微分型のセンサである。ピエゾ素子材料としては、セラミックス系であっても、有機ポリマー系であってもよく、セラミックス系としては、ＰＺＴやＢＳＴ等の高ε材料である強誘電体材料を用いることが好ましい。また、有機ポリマー系として、例えばポリオレフィン系材料を用いてもよく、具体的には、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））、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、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。センサ素材層１１としては、フィルム状であり、さらにフレキシブルである。センサ素材層１１の面積及び厚さは感度に比例するが、可撓性を持たせるため、厚さは１ｍｍ以下、好ましくは、１０～２００μｍ厚とすることが好ましい。センサ素材層１１として圧電センサを使用すると、生体を拘束せずに生体振動信号を取得することが可能であり、よりストレスフリーで測定できるので好ましい。さらに、生体以外でも、振動信号検出装置として、振動センサ本体によってモータなどの駆動体の回転状態の検出や建築物などの耐久消費財の経年劣化の検出手段にも利用可能である。

【0023】

第１の電極層１２及び第２の電極層１３は、センサ素材層１１に隣接して形成されており、金属（銅、アルミニウム、銀、金など）、導電性カーボン膜、透明導電材料（ＩＴＯ、ＩＺＯなど）などの導電性材料が使用される。第１の電極層１２及び第２の電極層１３としては、フィルム状であることが好ましく、さらにフレキシブルであることが好ましい。特に、従来のアルミニウムではなく、薄い導電性カーボン膜、銀電極等の柔らかい素材を使用すると、振動センサ本体１０自体を柔らかくすることができ、好ましい。これらの電極層は、印刷技術や接着剤を用いた薄膜貼り合わせ法、蒸着法やスパッタ法等の様々な方法で形成することができる。電極層１２、１３の厚さは、数ｎｍ～数１００μｍの厚みとすることが好ましく、材料にもよるが５ｎｍ～５０μｍの厚みとすることが特に好ましい。第１の電極層１２及び第２の電極層１３の何れか一方を定電位とし、他方で振動による発電を取り出すように構成すれば、定電位の電極層を遮蔽層として機能させることができ、第１及び第２の絶縁層の一方と、第１及び第２の遮蔽層の一方を省略することができる。

【0024】

第１及び第２の絶縁層１４、１５は、第１及び第２の電極層１２、１３と第１及び第２の遮蔽層１６、１７とを絶縁するものであり、有機又は無機の絶縁性の被膜が使用される。例えば、絶縁層１４、１５の素材としては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリカーボネート、塩化ビニル、二酸化ケイ素、シリコンナイトライド等、又は複数種類の絶縁層を組み合わせた積層構造を使用してもよい。絶縁層１４、１５としては、フィルム状であることが好ましく、さらにフレキシブルであることが好ましい。絶縁層１４、１５の厚さは、数μｍ～数１００μｍの厚みとすることが好ましく、特に５０～２００μｍとすることが好ましい。絶縁層１４、１５は、印刷技術や接着剤を用いた薄膜貼り合わせ法、蒸着法やスパッタ法等の様々な方法で形成することができる。また、絶縁性のフィルムを別途準備し、第１及び第２の電極層１２、１３の外側に配置してもよく、連続した一枚の絶縁フィルムを折り返すことによって第１及び第２の絶縁層１４、１５としてもよい。絶縁フィルムは第１及び第２の電極層１２、１３と接着してもよいし、接着せずに分離可能に配置してもよい。絶縁層１４、１５は、電極層１２、１３と遮蔽層１６、１７とに挟まれ、容量となるが、その静電容量は、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を検出する場合には、センサ素材層１１、第１の電極層１２及び第２の電極層１３の静電容量に比べて、１０分の１以下とすることが好ましい。

【0025】

第１及び第２の遮蔽層１６、１７は、第１及び第２の絶縁層１４、１５の上に形成されており、金属（アルミニウム、銀、金）、導電性カーボン膜などの導電性材料又は導電性材料と絶縁性材料の積層膜などが使用される。遮蔽層１６、１７としては、フィルム状であることが好ましく、さらにフレキシブルであることが好ましい。特に、従来のアルミニウムではなく、薄い導電性カーボン膜、銀電極等の柔らかい素材を使用すると、振動センサ本体１０自体を柔らかくすることができ、好ましい。遮蔽層１６、１７は定電位（例えば接地）とすることにより、信号を取り出す第１及び第２の電極層に対する外部からの電磁場などの影響を遮蔽することができる。遮蔽層１６、１７の厚さは、数ｎｍ～数１００μｍの厚みとすることが好ましく、材料にもよるが５ｎｍ～５０μｍの厚みとすることが特に好ましい。例えば、厚さ１２５μｍのＰＥＴ上に形成された厚さ１μｍのアルミニウム層を有する積層フィルムを使用し、ＰＥＴ層を絶縁層１４、１５又はその一部とし、アルミニウム層を遮蔽層１６、１７として用いてもよい。また、連続した一枚の導電フィルム又は導電層を含む積層フィルムを折り返して第１及び第２の遮蔽層１６、１７としてもよいし、第１又は第２の電極の何れか一方を定電位とし、遮蔽層として利用したり、遮蔽層と電気接続させたりしてもよい。

【0026】

保護外装１８は、センサ素材層１１を含む積層構造を内包するものであり、フレキシブルなフィルム状の部材であり、外部との接触、摩擦、摩耗による損傷を防止し、また、水分、酸素、ほこり、光などの外部環境から内部を保護することが好ましい。保護外装１８は袋状、筒状でもよいし、１枚のシート状フィルムを折り返して包んでもよいし、２枚のシート状フィルムの周縁を接着させて積層構造を包んでもよい。保護外装１８の材質は特に限定されないが、防水機能を有し、水分や酸素を透過し難い材料が好ましい。保護外装１８として、高分子プラスチック素材（例えば、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＡＢＳ、ＡＳ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡポリエステル、ＰＣ、ＰＵＲ、ＰＥＮ）でもよいし、これらに金属層、バリア層等を積層した積層素材でもよい。金属層を積層した場合は、金属層を定電位（例えば接地）とすることにより、遮蔽層（シールド層）として振動センサ本体１０のノイズを低減させる機能を持たせることできる。保護外装１８の厚さは数μｍ～数１００μｍとすることが好ましい。保護外装１８は、内包する積層構造と接着させて積層構造を固定してもよいし、積層構造と接着させずに分離可能とし、交換作業等を容易にしてもよい。また、保護外装１８は、損傷防止及び外部環境からの保護を目的とするものであり、積層構造を内包する保護外装１８に代えて又はこれに加えて振動センサ本体１０を芯材２０の筒状又は柱状部分に巻きつけた後に芯材２０の筒状又は柱状部分も含めて内包するような保護外装を設けてもよい。

【0027】

芯材２０は、筒状又は柱状部分２０ａを含む部材であり、筒状又は柱状部分以外の形状については特に制限されない。芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａは、均一な断面であることが好ましいが、必ずしも均一でなくてもよい。例えば、筒状又は柱状部分２０ａの表面に凹凸があってもよいし、筒状又は柱状部分２０ａの径を長さ方向で連続的に又は段階的に変えてもよい。断面形状は、円形であることが好ましく、円柱又は円環部分を含むことが好ましいが、楕円形、多角形又はこれらの形状の中心に開口を有する環状でもよい。芯材２０の材料としては、特に限定されるものではないが、高分子プラスチック素材（例えば、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＡＢＳ、ＡＳ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡポリエステル、ＰＣ、ＰＵＲ、ＰＥＮ）、ゴム、金属素材、木材、紙材等を使用してもよい。芯材２０は、金属のような硬質なものでもよいが、ある程度の柔らかさを有していてもよく、プラスチックホースのように芯材自体が変形可能なものであってもよい。例えば、芯材として塩化ビニルやポリプロピレン等のプラスチック製のホースを使用し、芯材を渦巻き状に巻いたり、湾曲させたりできるようにしてもよい。芯材２０の筒状又は柱状部分２０ａの外径は、使用する環境（隙間の大きさ、材質等）に応じて設定することができるが、筒状又は柱状部分２０ａが細すぎるとらせん状に巻き付ける際に振動センサ本体１０の変形が大きくなるため、３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上とすることが好ましく、芯材２０が太くなると上面だけでも測定に十分な面積を確保可能であり、振動センサ本体をらせん状に巻き付ける意味が少なくなるため、１００ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下とすることが好ましい。

【0028】

［製造工程］
図３は、芯材２０（全体が筒状又は柱状部分２０ａ）に対して、振動センサ本体１０（全体が帯状部分１０ａ）を巻き付ける工程を示す図である。図３（Ａ）は、振動センサ本体１０の長手方向と芯材２０の中心軸Ｃの垂直面Ｖとのピッチ角がθとなるように、幅Ｗの振動センサ本体１０の上に外径ｄの円柱からなる芯材２０を斜めに配置した状態であり、図３（Ｂ）は、振動センサ本体１０を一回巻いた状態であり、図３（Ｃ）は、振動センサ本体１０を二回巻いた状態である。振動センサ本体１０と芯材２０とは接着剤、両面テープ等によって接着固定してもよいし、接着せずに分離可能にしてもよい。振動センサ１０のセンサ素材層１１に生じる変位をできるだけ均等とすることが好ましいので、芯材の断面は円形であり、均一であることが好ましい。また、振動センサ１０の表面積を増やすために芯材２０の表面をできるだけ覆うことが好ましい。

【0029】

振動センサ本体１０を一回巻くと円周方向に一回転するため、展開した時の垂直面Ｖにおける長さはｄ×π（芯材の円周）となり、ピッチＰはｄ×π×ｔａｎθとなる。このピッチＰよりも振動センサ本体１０の中心軸Ｃ方向の長さ（Ｗ／ｃｏｓθ）が長くなると巻き付けた際に振動センサ本体１０の幅方向の端部が重なるため、幅方向の端部が重ならないように、Ｐ≧Ｗ／ｃｏｓθとすることが好ましい。さらに、ピッチＰにｄ×π×ｔａｎθを代入し、Ｗの式にすると以下のようになる。
ｄ×π×ｔａｎθ≧Ｗ／ｃｏｓθ
ｄ×π×ｔａｎθ×ｃｏｓθ≧Ｗ
ｄ×π×ｓｉｎθ≧Ｗ
したがって、外径ｄの芯材２０に幅Ｗの振動センサ本体１０を巻き付ける場合、幅Ｗはｄπｓｉｎθ以下とすることが好ましく、ｄπｓｉｎθと略同一とすると隙間なく巻き付けることができるので好ましい。また、外径ｄの芯材２０に幅Ｗの振動センサ本体１０を巻き付ける場合、ピッチ角θは、ｓｉｎθ≧Ｗ／ｄπとすることが好ましく、ｓｉｎθ≒Ｗ／ｄπとすることが特に好ましい。例えば、外径１０ｍｍの芯材２０に対し、幅３０ｍｍの振動センサ本体１０を巻き付ける場合は、ピッチ角θは約７３°以上とすることが好ましい。また、外径１０ｍｍの芯材２０に対し、５０°のピッチ角θで振動センサ本体１０を巻き付ける場合は、振動センサ本体１０の幅Ｗは２４ｍｍ以下とすることが好ましい。隙間なく巻き付けた振動センサ１の断面図を図２（Ｂ）に示す。芯材２０の表面上に振動センサ本体１０が巻き付けられており、上方で隣り合うピッチの振動センサ本体１０の保護外装が隣接している。

【0030】

［変形例］
図４は、振動センサ本体１０の変形例である。図４（Ａ）は、振動センサ本体１０の短辺を長辺に対して傾斜させた構成であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の振動センサ本体１０を芯材２０に巻き付けた状態を示す図である。図４（Ａ）の振動センサ本体１０は、接続部１０ｂ側の短辺を長辺に対して９０°±θの角度で傾斜させ、接続部１０ｂも当該短辺に平行に配置しており、ピッチ角θで芯材２０に巻き付けた際に当該短辺及び接続部１０ｂが芯材の中心軸Ｃと平行に配置される。他方の短辺は、長辺に対してθ及び１８０°－θの角度で傾斜させており、ピッチ角θで芯材２０に巻き付けた際に当該短辺が芯材の中心軸Ｃに対して垂直に配置される。このため、図４（Ｂ）に示すように、接続部１０ｂは芯材の中心軸と平行に配置され、反対の短辺は芯材の中心軸に対して垂直となり、芯材の表面を有効に利用することができる。なお、接続部１０ｂ側の短辺も長辺に対してθ及び１８０°－θの角度で傾斜させて、芯材の中心軸Ｃに対して垂直に配置されるようにしてもよい。

【0031】

図４（Ｃ）は、振動センサ本体１０に制御装置３０を直接接続させた構成である。制御装置３０は、図示しないが振動センサで検出した生体振動信号を処理して生体情報を取得する情報処理手段を含んでいる。さらに、制御装置３０は、画像表示手段３０ａ、操作手段３０ｂ、図示しない電源、記憶手段、通信手段等を含んでもよい。図４（Ｃ）の振動センサ本体１０の帯状部分１０ｂを芯材に巻き付けた振動センサは、検出した振動信号を処理する情報検出装置としても機能させることができ、生体が発する生体振動を検出させれば生体振動信号から生体情報を取得する生体情報検出装置としても機能させることができる。

【0032】

図５は、振動センサ本体１０の積層構造等の変形例である。図５（Ａ）の振動センサ本体１０は、センサ素材層１１と、センサ素材層１１の上下に配置された第１の電極層１２及び第２の電極層１３と、第１の電極層１２の外側を覆う第１の絶縁層１４と、第１の絶縁層１４の外側を覆う第１の遮蔽層１６とを含む積層構造と、かかる積層構造を内包する保護外装１８とを含んでいる。図５（Ａ）の振動センサ本体１０では、第２の電極層１３は定電位とし、遮蔽層としても機能させ、第２の電極層１３及び第１の遮蔽層１６によって第１の電極層１２で取り出す振動信号へのノイズを低減する。第２の電極層１３と第１の遮蔽層１６とは電気的に接続してもよい。図５（Ａ）の構成とすることによって、振動センサ本体１０の厚さを薄くすることができ、芯材に巻き付けるのが容易になる及び細い芯材に対しても巻き付けやすくなる。

【0033】

図５（Ｂ）の振動センサ本体１０は、図２（Ａ）の構成において、一枚の導電フィルム１６ａを折り返して第１の遮蔽層及び第２の遮蔽層を形成したものである。導電フィルム１６ａは、第１の絶縁層１４から第２の絶縁層１５までの積層構造を内包するような袋状としてもよい。また、導電フィルム１６ａは、第１の絶縁層１４及び第２の絶縁層１５と接着してもよいし、接着せずに分離可能にしてもよい。なお、図５（Ｂ）において、導電層と絶縁層との積層フィルムを使用すれば、第１の絶縁層及び第２の絶縁層についても一度に形成できる。

【0034】

図５（Ｃ）の振動センサ本体１０は、センサ素材層１１と、センサ素材層１１の上下に配置された第１の電極層１２及び第２の電極層１３と、第１の電極層１２の外側を覆う第１の絶縁層１４とを含む積層構造と、かかる積層構造を内包する保護外装１８とを含み、保護外装１８が、導電層１８ａ及び絶縁層１８ｂを含んでいる。保護外装１８の導電層１８ａは、定電位を維持することで遮蔽層として機能させることができる。また、保護外装１８の導電層１８ａと第２の電極層１３とを電気的に接続してもよい。図５（Ｃ）の構成とすることによって、振動センサ本体１０の厚さを薄くすることができ、芯材に巻き付けるのが容易になる及び細い芯材に対しても巻き付けやすくなる。

【0035】

図５（Ｄ）は、芯材２０の上に振動センサ本体１０を巻き付けた振動センサの構造を示すものである。図５（Ｄ）の振動センサ本体１０は、センサ素材層１１と、センサ素材層１１の上下に配置された第１の電極層１２及び第２の電極層１３と、第１の電極層１２の外側を覆う第１の絶縁層１４とを含む積層構造を有している。かかる積層構造を芯材２０の上に配置した後、これらを覆う保護外装４０が設けられ、保護外装４０が、導電層４０ａ及び絶縁層４０ｂを含んでいる。保護外装４０の導電層４０ａは、定電位を維持することで遮蔽層として機能させることができる。保護外装４０は、芯材２０に巻かれた振動センサ本体１０の全周を覆うようにすることが好ましく、筒状又は袋状の保護外装４０で覆ってもよいし、芯材２０に巻かれた振動センサ本体１０の上にフィルム状の保護外装４０をらせん状に巻き付けてもよい。なお、保護外装４０と振動センサ本体１０とは接着してもよいし、接着せずに分離可能としてもよい。

【0036】

［生体情報検出装置］
図６は、本発明の生体情報検出装置１００の概略ブロック図である。生体情報検出装置１００は、生体１０１が発する生体振動を検出可能な振動センサ１（振動センサ本体１０を含む）と、振動センサ１で取得した生体振動信号を処理する情報処理手段１０４とを含んでいる。振動センサ１で取得した生体振動信号は伝送手段１０３を介して情報処理手段１０４に入力される。情報処理手段１０４は、取得した生体振動信号に基づいて、様々な生体情報を取得する。例えば、生体情報として生体の存在・不存在を検出したり、生体の脈拍、心弾動波形、脈波、呼吸数、呼吸波形、心音、鼾、寝言、体動、心理ストレス又は睡眠状態の指標となる情報（心拍間隔の変動と呼吸パターンの瞬時位相差の位相コヒーレンス）などの生体情報を信号処理によって算出したりしてもよい。生体情報検出装置１００は、必要に応じて、電力供給手段１０５、記憶手段１０６、通信手段１０７、表示出力手段１０８、操作手段１０９などの一つ又は複数を備えていてもよい。なお、生体１０１として、ヒトの例を示すが、ヒトに限定されず、他の動物にも利用可能である。さらに、生体以外でも、情報検出装置として、振動センサによってモータなどの駆動体の回転状態の検出や建築物などの耐久消費財の経年劣化の検出手段にも利用可能である。

【0037】

伝送手段１０３は、振動センサ１と情報処理手段１０４とを接続し、振動センサ１で取得した生体振動信号を情報処理手段１０４に伝えるものである。伝送手段１０３としては、有線であっても、無線であってもよく、通信手段１０７を伝送手段の一部として利用してもよい。

【0038】

情報処理手段１０４は、振動センサ１と伝送手段１０３によって有線又は無線で接続されており、振動センサ１から伝送された生体振動信号を処理して生体情報を算出する手段である。情報処理手段１０４は、生体情報に応じて生体振動信号から該当する生体情報を抽出する手段を有している。例えば、生体の存在・不存在の場合は生体振動信号の有無を判別する手段、脈拍、心弾動波形、脈波の場合は心弾動・脈波抽出手段及び心拍数算出手段、呼吸数、呼吸波形の場合は呼吸波形抽出手段、心音の場合は心音抽出手段、鼾の場合は鼾抽出手段、寝言の場合は寝言抽出手段、体動の場合は体動抽出手段、心理ストレス又は睡眠状態の場合は、呼吸波形抽出手段、心拍間隔算出手段、瞬時位相差算出手段及び位相コヒーレンス算出手段等の一つ又は複数を実装してもよい。情報処理手段１０４は、例えば、電子回路や、ＣＰＵ（中央処理装置）の演算処理機能を利用することができ、携帯電話、スマートフォン、パソコン、サーバー、クラウドコンピューティング等のＣＰＵを情報処理手段１０４として利用してもよい。ＣＰＵの演算処理機能によれば、例えば、デジタルフィルタを構成し、周波数フィルタリングを実現することもできる。また、情報処理手段１０４は、デジタル回路ではなくアナログ回路で実現することも可能である。例えば、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）などのアナログフィルタによって、周波数フィルタリングを実現してもよい。また、入力される生体信号がアナログ信号であれば、アナログ－デジタル変換回路によってデジタル信号に変換してもよい。

【0039】

鼾抽出手段は、例えば、次のアルゴリズムを用いて鼾を抽出してもよい。まず、生体が発する生体振動に基づく生体振動信号の時系列データを取得し、生体振動信号をウェーブレット変換し、各時間における各周波数成分のパワーを示すウェーブレット波形を求め、ウェーブレット波形の各時間における所定の周波数帯域のパワーを積分したエネルギーの時系列データを求め、エネルギーが、持続時間の閾値Ｔ_th以上連続して鼾発生の閾値Ｅ_th以上だった場合に鼾が発生したと判定する。鼾発生の閾値は、エネルギーの時系列データに基づいて設定してもよい。また、生体振動信号をウェーブレット変換する前に正規化してもよい。また、所定の周波数帯域は、５０Ｈｚを含むことが好ましく、４０～１００Ｈｚの範囲を含んでいてもよい。

【0040】

また、その他の心弾動・脈波抽出手段、呼吸波形抽出手段、心音抽出手段、寝言抽出手段、体動抽出手段は、該当する生体情報の周波数帯域をフィルタリングすることで抽出してもよい。例えば、心弾動・脈波抽出手段としては、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を含むことが好ましく、ＢＰＦは、通過域の下限周波数が０．５Ｈｚ以上、０．６Ｈｚ以上、０．７Ｈｚ以上、０．８Ｈｚ以上、０．９Ｈｚ又は１Ｈｚ以上であることが好ましく、上限周波数が１０Ｈｚ以下、８Ｈｚ以下、６Ｈｚ以下、５Ｈｚ以下、３Ｈｚ以下であることが好ましく、これらの下限周波数の何れかと上限周波数の何れかを組み合わせた通過域を持つことが好ましい。呼吸波形抽出手段は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含むことが好ましく、ＬＰＦの遮断周波数は、０．５Ｈｚ以下の周波数範囲の通過域を有することが好ましいが、０．３Ｈｚ、０．４Ｈｚ、０．６Ｈｚ、０．７Ｈｚ、０．８Ｈｚであってもよい。心音抽出手段としては、下限周波数が４Ｈｚ以上、１０Ｈｚ以上、２０Ｈｚ以上、３０Ｈｚ以上、４０Ｈｚ以上、５０Ｈｚ以上のフィルタ（ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタ）を含んでいてもよいし、ウェーブレット（wavelet）変換する手段を含んでいてもよい。バンドパスフィルタの場合は、上限周波数を５００Ｈｚ以下、４００Ｈｚ以下、３００Ｈｚ以下とすることが好ましい。例えば、２０Ｈｚから５００Ｈｚのバンドパスフィルタを用いてもよい。また、その他の公知の抽出方法を利用してもよい。

【0041】

電力供給手段１０５は、生体情報検出装置１００の各部に電力を供給する機能を有し、例えば、Ｌｉイオンバッテリー等のバッテリーなどを採用することができる。記憶手段１０６は、振動センサ１で取得した生体振動信号、情報処理手段１０４で検出した生体情報、情報処理手段１０４を動作させるためのプログラムなどを記憶する機能を有し、例えば、メモリ、ＨＤＤなど採用することができる。

【0042】

通信手段１０７は、有線又は無線通信を介して各種信号を受け渡す機能を有する。通信手段１０７は、振動センサ１に接続された配線、ケーブルであってもよい。無線の通信手段１０７は、例えば、振動センサ１が取得した生体振動信号を情報処理手段１０４、記憶手段１０６、表示出力手段１０８、外部装置（図示せず）などに送信してもよいし、情報処理手段１０４が算出した生体情報を記憶手段１０６、表示出力手段１０８、外部装置（図示せず）などに送信してもよいし、記憶手段１０６に格納された情報を、情報処理手段１０４、表示出力手段１０８、外部装置（図示せず）などに送信してもよい。また、通信手段１０７は、操作手段１０９を介して使用者から入力された情報を、情報処理手段１０４、記憶手段１０６、表示出力手段１０８などに送信してもよい。通信手段１０７として無線の場合は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－ｆｉ（登録商標）、近接場型の近距離無線通信（ＮＦＣ：Near field radio communication）などを利用することが好ましい。なお、通信手段１０７は、生体情報検出装置１００の態様によっては、必ずしも双方向の通信としなくてもよい。

【0043】

表示出力手段１０８は、振動センサ１が取得した生体振動信号、情報処理手段１０４が算出した生体情報、操作手段１０９で入力した操作内容などを表示または出力する手段である。表示出力手段１０８としては、画像で表示するディスプレイ、紙で出力するプリンター、音声で出力するスピーカー、電子情報で出力する有線又は無線の出力端子などを使用することができる。表示出力手段１０８としてのディスプレイを操作手段１０９におけるタッチパネルと兼用させてもよい。操作手段１０９は、使用者が生体情報検出装置１を操作するためのスイッチ、タッチパネル、ボタン、つまみ、キーボード、マウス、音声入力用マイク等の操作端子が設けられている。

【0044】

［寝具］
本発明の振動センサ又は生体情報検出装置を寝具に取り付けて、就寝中の生体から生体情報を取得してもよい。寝具は、使用者が身体を休めたり睡眠をとったりするときに使用される道具であり、例えば、布団、敷きパッド、ベッドパッド、マットレス、ベッドマットレス、ベッド、枕、座布団、クッション等を含む。本発明の振動センサ及び生体情報検出装置は、芯材の筒状又は柱状部分に振動センサ本体の帯状部分をらせん状に巻きつけた構造を有するものであり、寝具に設けられた僅かな隙間に振動センサ本体を巻き付けた筒状又は柱状部分を設置することができる。特に、本発明の寝具としては、凹凸形状、切込み、溝、凹部、凸部、コイル等の体圧分散構造を有する敷布団、敷きパッド、ベッドパッド、マットレス、ベッドマットレス、マットレス、枕、座布団、クッション等において、体圧分散構造の隙間に筒状又は柱状の振動センサを配置した構成が好ましい。振動センサ本体の表面が、生体と接触する寝具の部材と直接接触するように振動センサ又は生体情報検出装置を配置することが好ましいが、生体と接触する寝具の部材と一つ乃至複数の別の部材を介して接触する配置でもよい。振動センサ又は生体情報検出装置は、心臓の直下に配置することが好ましいが、心臓の位置から多少外れていても有効な測定が可能であり、例えば心臓の位置から５０ｃｍ以内、好ましくは１０ｃｍ以内に配置してもよい。また、一つの寝具に対して、複数の振動センサ又は生体情報検出装置を配置してもよい。

【0045】

図７（Ａ）は、生体情報検出装置１００を含むマットレス１１０の全体概略を示す図であり、（Ｂ）は生体情報検出装置１００近傍を拡大した図である。マットレス１１０は、平面視で長方形であり、土台部材１１１と、土台部材１１１上に形成された複数の突起部材１１２とを有し、突起部材１１２の隙間に長方形のマットレスの短辺と平行に生体情報検出装置１００が配置されている。なお、図７では、マットレスの短辺と平行に生体情報検出装置１００を配置しているが、長辺と平行に配置してもよいし、マットレスの辺に対して斜めに配置してもよい。

【0046】

土台部材１１１は、弾性体、例えば、ウレタンフォームのようなエラストマーで構成された平板形状であり、マットレスの基礎となる部材である。土台部材１１１は、通気性を高くすることが好ましく、例えばフィルム状の膜を取り除いた無膜ウレタンフォームを使用してもよい。また、土台部材１１１の反発弾性率を低くすることで、複数の突起部材１１２に加わる荷重を全体に分散させて荷重を平滑化することができ、マットレス全体としての体圧分散機能を高くすることができる。突起部材１１２は、弾性体、例えば、ウレタンフォームのようなエラストマーで構成された柱状の部材であり、土台部材１１１の上に突出するように形成され、複数の突起部材１１２がマトリクス状に配置されている。図７では、四角柱であるが、上方に向かうにつれて断面積を狭くし、四角錐又は四角錘台形状としてもよいし、四角柱ではなく円柱、角柱、円錐、角錐、円錐台、角錐台又はこれらを組み合わせた形状としてもよい。複数の突起部材１１２は、マットレス上の生体の荷重を点の状態で支え、下方の土台部材１１１を介して全体に分散させる。土台部材１１１及び突起部材１１２は、複数の異なる特性の弾性体を積層させた構造でもよい。

【0047】

生体情報検出装置１００は、振動センサ１及び制御装置３０を有し、同軸ケーブル３１によって振動センサ１と制御装置３０とを接続している。振動センサ１の振動センサ本体を巻き付けた筒状又は柱状部分が隣り合う突起部材１１２の間の溝に挿入されている。図７（Ｂ）に記載したように、筒状又は柱状部分の外径が溝の幅よりも大きいと、突起部材１１２の側面が変形し、突起部材１１２と振動センサ本体との接触面積が広くなる。突起部材１１２は、直接又はシーツやカバー等を介してマットレス上の生体と接触し、生体の荷重が伝達する部材であるため、振動センサ本体との接触面積が広くなると生体振動信号の検出精度を高めることができる。同軸ケーブル３１は、内部導体を絶縁体が覆い、その周囲を外部導体が覆い、さらにその周囲を保護被膜が覆った構成であり、外部導体が電磁シールドの役割を果たすため、内部導体の信号を保護することができる。同軸ケーブル３１の内部導体を振動センサ本体の第１及び第２の電極層の一方と接続し、外部導体を振動センサ本体の第１及び第２の電極層の他方とさらに遮蔽層と接続し、外部導体に基準電圧を供給し、内部導体を通じて振動信号を取り出す。制御装置３０は、情報処理手段、電源、記憶手段、画像表示手段、操作手段を含んでおり、同軸ケーブル３１を介して生体振動信号を取得し、情報処理手段で生体情報を算出する。

【0048】

［実施例］
図７に示す構造のマットレスを使用して生体情報を算出した。振動センサ本体は、３０ｍｍ×９００ｍｍの長方形状であり、図２（Ａ）の積層構造を有し、センサ素材層として約４０μｍ厚の薄型ＰＶＤＦフィルムを使用し、その両面のほぼ全面に約３μｍ厚の銀電極層を約３０μｍの異方性導電性両面粘着シートによって被着して、第１及び第２電極層を形成した。なお、異方性導電性両面粘着シートは膜厚方向にのみ導通する粘着シートであり、ＰＶＤＦフィルムと銀電極層とを導通させる。さらにその両面を約１００μｍ厚のＰＥＮ（ポリエチレンアフタレート）フィルムを第１及び第２の絶縁層として配置し、それらを約２５μｍの導電性不織布で覆って第１及び第２の遮蔽層として配置して、積層構造を準備した。さらに、保護外装として約１００μｍ厚のＰＥＴシートで積層構造の両面を保護した。振動センサ本体の全体の厚さは約５５０μｍ～５６０μｍであった。第１の電極層と信号配線とを電気的に接続し、振動による信号を取り出し、第２の電極層及び遮蔽層をグランドに接続し、固定電位とした。芯材は、外径約１０ｍｍのプラスチック製中空パイプを使用し、振動センサ本体を隙間なく、且つ重ならないようにらせん状に巻き付けた。その後、保護外装として、振動センサ本体を巻き付けた芯材の周囲を熱圧着チューブで被覆して振動センサを完成させた。この振動センサを格子状に切れ目が入った全体として長方形のマットレスの切れ目に埋め込み内蔵させた。内蔵した振動センサは、長方形のマットレスの短辺と平行に配置されており、振動センサの上に胸部が配置されるようにマットレスの短辺に直行するように人が寝て振動センサによって生体振動を検出した。

【0049】

図８（Ａ）は、鼾をかいていない状態の人の生体振動信号であり、（Ｂ）は、鼾をかいている状態の人の生体振動信号である。図８において、横軸は時間（１秒／目盛り）であり、縦軸は信号の強度（任意）である。図８（Ａ）の波形から、約１秒周期ｈｂの心拍信号８１を確認できる。また、心拍信号８１のベースが約５秒周期で上下しており、これは呼吸に由来する周期（呼吸信号）８２である。図８（Ａ）自体から心拍信号８１も呼吸周期８２も検出可能であるが、さらにフィルタリング処理することで、各信号を抽出することができ、より明確な波形を取得することができる。図８（Ｂ）の波形には、心拍信号８１及び呼吸周期８２に加えて、鼾に由来する信号（鼾信号）８３が生じている。鼾信号８３は、信号の強度が大きく、約５～６秒周期であり、呼吸信号の周期と対応している。鼾が大きくなると鼾信号８３の振幅も大きくなる。

【0050】

図９は、本実施例の鼾検出方法の一例のフローチャートであり、図１０は各処理における３０秒間の信号波形である。鼾検出方法を実行可能な装置を鼾検出装置という。Ｓ１において、鼾検出装置は、生体振動信号の時系列データを取得する。図１０（Ａ）は、鼾をかいている状態の人の生体振動信号９１（上段）及び心電図９２（下段）であり、縦軸は強度（任意単位：ａｕ）、横軸は時間（ｓ）である。生体振動信号の時系列データは、生体近傍に設置された振動センサによって生体振動を検出することにより得ることができる。鼾検出装置は、振動センサで検出した生体振動信号を直接又は通信手段を介して入手してもよいし、記憶媒体に保存されていた過去に検出された生体振動信号を入手してもよい。

【0051】

Ｓ２において、鼾検出装置は、生体振動信号をウェーブレット（wavelet）変換する。ウェーブレット変換することにより、生体振動信号を時間と各周波数成分との関係を示すウェーブレット波形を得ることができる。ウェーブレット波形は、横軸が時間（ｓ）、縦軸が周波数（Ｈｚ）であり、明暗で信号の強度（パワー）を示しており、各時間における各周波数成分のパワーが確認できる。なお、ウェーブレット変換する前に生体振動信号を正規化してもよいし、ウェーブレット変換する前にＢＰＦ（バンドパスフィルタ）によって所定の周波数帯域の信号を抽出してもよい。図１０（Ｂ）は、生体振動信号を正規化した後、ウェーブレット変換した信号であり、縦軸が周波数（Ｈｚ）、横軸が時間（ｓ）であり、明暗で信号の強度を示している。図の明るい領域９３は５０Ｈｚ近傍の信号が強いことを意味している。

【0052】

Ｓ３において、鼾検出装置は、ウェーブレット波形の各時間における所定の周波数帯域のパワーを積分して、エネルギーの時系列データを取得する。エネルギーは、各時間における所定の周波数帯域のパワーを積分したものであり、ウェーブレット波形の時系列データから抽出した所定の周波数帯域に対して積分を実施すること、又はＢＰＦで抽出した所定の周波数帯域の信号をウェーブレット変換して得られたウェーブレット波形に対して積分を実施することでエネルギーの時系列データを得ることができる。図１０（Ｃ）は、ウェーブレット変換した信号の３０Ｈｚ～１５０Ｈｚの範囲における強度を積分したエネルギーの時系列データ２４であり、縦軸はエネルギー（任意単位：ａｕ）、横軸は時間（ｓ）である。所定の周波数帯域としては、鼾の周波数を含み、かつ、ノイズとなる心拍や呼吸に起因する信号を低減できるような周波数の範囲とし、５０Ｈｚを含むことが好ましく、４０～１００Ｈｚの範囲を含んでいてもよい。所定の周波数帯域を抽出する手段は、１０Ｈｚ以上、２０Ｈｚ以上、３０Ｈｚ以上又は４０Ｈｚ以上のＨＰＦ（ハイパスフィルタ）でもよいし、２００Ｈｚ以下、１７５Ｈｚ以下、１５０Ｈｚ以下、１２５Ｈｚ以下又は１００Ｈｚ以下のＬＰＦ（ローパスフィルタ）と前述のＨＰＦとを組み合わせたＢＰＦ（バンドパスフィルタ）でもよい。所定の周波数帯域は、例えば３０Ｈｚ～１５０Ｈｚの範囲としてもよい。また、所定の周波数帯域は、ウェーブレット変換した信号から５０Ｈｚ近傍の鼾の周波数帯域を含むように上限又は下限の数値を設定してもよい。

【0053】

Ｓ４において、鼾検出装置は、エネルギーが鼾発生の閾値Ｅ_th以上の領域の有無を判定し、鼾発生の閾値Ｅ_th以上だった場合（Ｓ４のＹｅｓ）はＳ５に進み、鼾発生の閾値Ｅ_th以上の領域が無い場合（Ｓ４のＮｏ）はＳ７に進み終了する。鼾発生の閾値Ｅ_thは、予め設定してもよいし、エネルギーの時系列データに基づいて設定してもよい。例えば、図１０（Ｄ）に示すように、エネルギーの時系列データから、縦軸を出現頻度、横軸をエネルギーとしたエネルギーのヒストグラムを作成し、ヒストグラムを対数正規分布にフィッティングすることで曲線９６を得た。曲線９６の対数正規分布における頻度最大値（約９１００）の所定割合（例えば１０％（約９１０））のエネルギーの値（約９）を鼾発生の閾値としてもよい。閾値を頻度最大値の何％とするかは適宜設定され、５～３０％の範囲で設定することが好ましい。このようにして得た鼾発生の閾値Ｅ_thは、対数正規分布に基づいて算出しているため、比較的共通的な指標として利用することができる。鼾発生の閾値Ｅ_thは、エネルギーの時系列データから都度求めてもよいし、データ取得開始時に求めた値を求めてもよい。

【0054】

Ｓ５において、鼾検出装置は、鼾発生の閾値Ｅ_th以上の領域が持続時間の閾値Ｔ_th以上連続しているか否かを判定し、連続していた場合（Ｓ５のＹｅｓ）はＳ６に進み鼾発生と判定し、鼾発生の閾値Ｅ_th以上の領域が持続時間の閾値Ｔ_th未満の場合（Ｓ５のＮｏ）はＳ７に進み終了する。持続時間の閾値Ｔ_thは、予め設定してもよいし、取得した生体情報やエネルギーの時系列データに基づいて設定してもよい。持続時間の閾値Ｔ_thとしては、０．１秒～２秒の範囲内とすることが好ましい。持続時間の閾値Ｔ_thを設けることにより、体動に基づく振動やノイズを分離することができる。体動に基づく振動は、鼾に比較して短時間であり、持続しにくいので分離できる。また、鼾は主に呼吸の吸気時に発生するため、持続時間の閾値は吸息の時間よりも短くすることが好ましい。例えば、生体情報として呼吸の周期の平均を取得し、そこから吸息の時間を推定し、吸息の時間の所定割合（例えば、１０％、２５％、５０％、７５％等）を持続時間の閾値Ｔ_thとしてもよい。なお、一般的に自然呼吸では吸気時間と呼気時間は同じか、吸気時間の方が短いため、呼吸の周期から吸息の時間を推定できる。図１０（Ｃ）の波形では、持続時間の閾値Ｔ_thを０．２秒に設定し、鼾発生の閾値Ｅ_th以上の時間が連続して０．２秒以上の領域９５を求めた。領域９５が鼾をかいていると判定する。

【0055】

このように、本実施例の鼾検出方法は、エネルギーが鼾発生の閾値を超えたとしても、持続時間の閾値を超えていない場合は鼾発生とはせず、鼾発生の閾値を超え、且つそれが連続して持続時間の閾値を超えた場合にのみ鼾発生と判定した。

【0056】

また、本発明の棒状の振動センサによって心拍及び心拍間隔を精度よく測定することができた。図１１及び図１２は、長方形のマットレスの中に内蔵された第１の振動センサ及び第２の振動センサによってマットレス上の人の生体振動を測定した結果を示すものである。第１の振動センサは、マットレスの短辺と平行に、人の胸部の下に配置して測定した。第２の振動センサは、マットレスの短辺と平行に、第１の振動センサよりも人の頭部側に約１０ｃｍ離れた位置に配置して第１のセンサと同時に測定した。

【0057】

図１１及び１２において、（Ａ）の上段は人の生体振動信号（ｂｃｇ）の生データであり、中段はｂｃｇに対して呼吸成分を除くため下限周波数０．５Ｈｚのハイパスフィルタを通過させて取得されたハイパスフィルタを通過後の生体振動信号（ｈｂｃｇ）であり、下段は心電図計測用センサを別途人に取り付けて、振動センサと同時に計測した心電図波形である。（Ｂ）の上段は、ｈｂｃｇに対して積分した波形であり、微分型の振動センサによって検出した生体振動を積分することにより、脈波に似た波形の信号を得ることができ、心拍間隔の検出を容易にした。（Ｂ）の下段は、ｅｃｇを積分した積分信号であり、ｈｂｃｇと同様の信号処理をｅｃｇにも適用した。（Ｃ）はｈｂｃｇ積分信号の瞬時位相の波形であり、基本的に位相が負から正に変化するタイミング、すなわち位相が０の横線を超えるタイミングがｈｂｃｇ積分信号が立ち上がるタイミング、心拍の開始点として特定した（図中の〇）。（Ｄ）は、心拍間隔として、生体振動信号から求めた心拍の開始点間の間隔（ＢＢＩ）と、心電図から求めたＲ波とＲ波との間隔（ＲＲＩ）とを併記したものである。（Ｅ）は、ＢＢＩとＲＲＩとの間の誤差を分析したＢｌａｎｄ－Ａｌｔｍａｎプロットであり、縦軸は同じ心拍に対するＢＢＩとＲＲＩとの差（ＢＢＩ－ＲＲＩ）であり、横軸は同じ心拍に対するＢＢＩとＲＲＩとの平均値（（ＢＢＩ＋ＲＲＩ）／２）であり、点線は９５％信頼区間の上限値及び下限値である。

【0058】

図１１は、人の胸部の下に配置した第１の振動センサの結果であるが、図１１（Ｄ）に示すように、生体振動信号ｂｃｇを信号処理することで得られたＢＢＩと心電図に基づいて得られたＲＲＩとが非常に一致している。さらに、図１１（Ｅ）によれば、ＢＢＩとＲＲＩとの差の平均（ｍｅａｎ）は、０．００１秒であり、ＢＢＩとＲＲＩとがほぼ同一であることが確認できた。さらに、ＢＢＩとＲＲＩとの差の二乗平均平方根（ｒｍｓ）は、０．０２３秒であり、ばらつきも少なかった。ＢＢＩとＲＲＩの一致率を示す指標をＤとして、Ｄ＝（ａｖｅｒａｇｅ－ｒｍｓ）×１００／ａｖｅｒａｇｅ（％）と定義する。平均値からどれだけばらついているかを示す指標であるが、Ｄは、約９７％と高い数値を示しており、ばらつきは小さいと言うことができる。ここでａｖｅｒａｇｅは、ＲＲＩの平均値（ここでは、０．８７２秒）を示している。

【0059】

図１２は、人の胸部の下から約１０ｃｍ頭側に移動させた位置に配置した第２の振動センサの結果であるが、図１２（Ｄ）に示すように、図１１に比べるとＢＢＩとＲＲＩとの誤差が大きくなっている。また、図１２（Ｅ）によれば、ＢＢＩとＲＲＩとの差の平均（ｍｅａｎ）は、－０．００１秒であり、ＢＢＩとＲＲＩとがほぼ同一であることが確認できた。ＢＢＩとＲＲＩとの差の二乗平均平方根（ｒｍｓ）は、０．０５３秒であり、図１１に比べればばらついていたが、Ｄは、約９４％と高い数値を示しており、十分に実用化許容範囲内の値であった。以上のように、振動センサは、心臓の直下で生体振動を測定することが好ましいが、心臓から１０ｃｍ程度離れていても、十分に信頼に値するデータを取得することができたことが確認された。

【0060】

図１３は、寝具に振動センサを設置し、睡眠中の人の生体振動を一晩測定して取得した生体情報であり、横軸は測定開始からの時間であり、縦軸は、（Ａ）が１－λ（λは心拍間隔の変動と呼吸パターンの瞬時位相差の位相コヒーレンス（以下、「位相コヒーレンス」という））、（Ｂ）が１分間の心拍数、（Ｃ）が１分間の呼吸数、（Ｄ）が鼾の強度（エネルギー）である。図１３において、点線１３１は入床したタイミングであり、測定開始から約６時間５０分の時点であり、点線１３２は、離床したタイミングであり、測定開始から約１４時間５５分の時点であり、入床から離床までの約８時間測定し続けた。

【0061】

図１３（Ａ）の（１－λ）は、睡眠状態を示す指標である。位相コヒーレンス（λ）は、睡眠中の脳波におけるδ波と相関しており、δ波の振幅が大きくなると位相コヒーレンス（λ）が１に近づき、δ波の振幅が小さくなると位相コヒーレンス（λ）が０に近づく傾向がある。δ波は睡眠の深さの指標であり、睡眠の深度が深い場合（δ波が優勢の場合）は、心拍間隔の変動と呼吸パターンの位相差のばらつきは少なく（位相コヒーレンスが１に近い）、睡眠の深度が浅くなるとばらつきが大きくなる（位相コヒーレンスが０に近い）。したがって、（１－λ）は、０に近づくと睡眠の深度が深く、１に近づくと睡眠の深度が浅くなることを意味している。図１３（Ａ）によれば、（１－λ）が測定開始から約８時間１０分～４０分の期間、約１１時間２０分～５５分の期間において０に近づいており、睡眠の深度が深いことが確認できる。図１３（Ｂ）は１分間の心拍数であり、図１１及び１２においてＢＢＩを求めたのと同様に、心拍間隔を求めて算出している。図１３（Ｃ）は１分間の呼吸数であり、０．５ＨｚのＬＰＦ（ローパスフィルタ）によって生体振動信号から呼吸成分を抽出して算出した。なお、これらの信号処理によって取得した心拍間隔及び呼吸成分から、位相コヒーレンス（λ）を算出するための心拍間隔の変動と呼吸パターンとを算出した。図１３（Ｄ）は、図１０と同様のアルゴリズムを用いて鼾が発生している期間を算出したものであり、各時間における３０Ｈｚ～１５０Ｈｚのパワーを積分したエネルギーの時系列データにおいて、鼾発生の閾値Ｅ_th以上で持続時間の閾値Ｔ_th以上連続した領域が示されている。図１３から、睡眠が深い状態のときには、鼾がほとんど発生していないことが確認できる。

【符号の説明】

【0062】

１ 振動センサ
１０ 振動センサ本体
１０ａ 帯状部分
１０ｂ 接続部
２０ 芯材
２０ａ 筒状又は柱状部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】