JP5256022B2 - 近接センサー - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、２００５年１０月１２日出願の米国仮出願番号第６０／７２５，９０１号、２００５年１０月６日出願の米国仮出願番号第６０／７２５，００６号、および２００５年４月２７日出願の米国仮出願番号第６０／６７５，３１５号の優先権を主張する。上記出願の内容は参照によってここに含まれる。
［技術分野］
本発明は、近接センサーに関する。さらに詳しくは、本発明は電荷の移動の変化の検出によって対象物のセンサーに対する相対距離を検出するセンサーに関する。

センサーと対象物との間の実際の距離、または相対的な距離を検出する近接センサーは従来技術において知られている。例えばＡｒｉｅ Ａｒｉａｖの米国特許第６，６２１，２７８号は周期的に繰り返す波を送信することによって距離を測る方法を開示している。次にその波は媒体中の第２の位置で受信される。システムは、第２の位置で受信される周期的繰り返しの波の中の所定の場所を検出し、第２の位置で受信される波の数が整数であるように、第２の位置で受信される各周期的繰り返しの波の検出位置に応じて周期的繰り返しエネルギー波の送信周波数を継続的に変化させる。所定のパラメーターの測定値を得るための周波数の変更は、波の移動した距離を決定するために使用される。しかし、このシステムは、特に電気的な実装とセンサーの構造の両方でセンサーが過度に複雑になるという欠点がある。

主に対象物の有無を検出する他の種類のセンサーは、対象物が関心の領域内にあるときに反射エネルギーを受信する、超音波およびラジオ周波数の発振器と検出器を用いる。しかし、これらの検出器は、特に非常に短い距離においては、相対的または実際の距離を検出するには実用的に使用することが出来ない。ある設定において、これらの種類の装置で発するＲＦエネルギーの量は、干渉のために容認できない。その上、ある人々はＲＦエネルギーに継続的にさらされるのを心配する。

多くのアプリケーションは、低電力消費および関心範囲での相対的な距離の検出を必要とする。例えば、車椅子のクッションは、車椅子の中の人に床ずれができるのを防ぐためにその人を適切に沈みこませるのに充分な圧力まで膨らませる必要がある。しかし、車椅子に縛り付けられている人々は、対麻痺患者または四肢麻痺患者のように、しばしば彼らが適切にクッションの中に沈み込んでいるときに感じる能力を持たない。これらの人々に対しては、その人の身体の小さな部分のみが彼らの体重を支えているような過膨張状態ではないか、またはその人が底にべったり着いていて全くクッションで支持されていないような膨張不足状態ではないことを保証するために、その人のクッション内の沈みこみを定期的に検査しなければならない。同様に、空気で膨張するクッションでない場合も、適切なクッションの沈み込みを決定するときに問題がある。しかし現在では、クッション内の人の沈み込みを検出することのできるような方法はない。クッション内部での間接的な圧力測定だけは利用可能である。この種の測定は製造上の材料および構造上の形態に依存し、それらのすべてはその測定法の適用において、大きな制約を作り出す。

同様に、病院のベッドに縛り付けられている人々は、長期間ベッドに拘束されるときは床ずれを回避しなければならない。これを達成するために、通常膨張マットレスが使用され、マットレスの過膨張または膨張不足を防ぐための適切な膨張レベルを維持するためにマットレスの膨張レベルが監視される必要がある。さらに、その人の体重はその背中側全体に集中するために。膨張不足または過膨張に対して複数の位置が検査されなければならない。結果として、患者のマットレス内での沈み込みを検査するために、領域に分けられたセンサーが必要である。

本発明は、クッションまたはマットレス内の人の沈みこみの深さを測定するための、クッションまたはマットレスと共に使用する沈み込みセンサーを含み、それは、センサー、接地材および／またはシールド部材、および容量を測定する回路を含む。該センサーは、導電材料のシート、および導電材料の第２のシートを含む接地部材を含む。上記回路は、短いバースト電流をセンサーおよび参照コンデンサーに送るようになされている。回路はまた、電流のバーストがコンデンサーを充電する時間の長さを測定するようになされている。その測定時間に基づいて、回路はコンデンサーを充電する時間に基づいて対象物の近接度を計算する。本発明はまた、沈み込みセンサーを用いて実現される方法を含む。

本発明は、多くの異なった形態での実施例が可能であるため、ここでの開示は本発明の原理の例示であって、本発明の広範な態様を図示した実施例に限定するものではないと考えるべきであるという理解の下に、本発明の好ましい実施例を図で示し詳細に説明する。

本発明の好ましい実施例は、電荷移動測定技術および大面積の電気容量性シートを使用し、対象物の電気容量性シートからの距離を決定する近接センサーである。電荷移動測定技術は、短時間の低サイクルの電力バーストと共に使用される。バーストモードは、低いマイクロアンペア範囲の電力消費を可能にし、それによってラジオ周波数（ＲＦ）の放射を劇的に減少させ、電磁的な干渉（ＥＭＩ）に対する可能性を低め、しかも優れた応答時間を可能にする。内部的には、信号はデジタル的に処理され、必要な信号を発生させることが望ましい。電荷移動測定装置用のスイッチおよび電荷測定用ハードウェアの機能はすべて、電荷移動測定装置内にあることが好ましい。

続いて、車椅子のクッションに関して、限定ではなく例示の方法で、本発明を述べる。図１を参照すると、膨張可能なクッション、例えば米国特許第４，５４１，１３６号に述べられているクッションが示されている。クッションの下には、本発明によるセンサー１２があり、クッション内の人の沈みこみを検出する。センサー１２はネオプレンゴムの２枚の外装シート１４を含む。ゴムシートの間には、薄い発泡体の層１６が挟まれており、発泡体の層１６の間にはセンサー層１８が挟まれている。図２のセンサー層１８は、非導電性シート２２に接着された導電性シート２０を含む。
導電性シート２０は、好ましくは銅で作られ、非導電性シート２２は、好ましくはポリエステルフィルムで作られる。センサー層１８も、導電性ポリマーのような他の導電性材料で作られる。導電性シート２０は、銅で作られるときは好ましくは０．０００５インチの厚みである。導電性シート２０は、好ましくはエッチングまたはダイカッティングによって領域２４に沿って不導通にされ、センサー領域および接地面領域が形成される。センサー層１８は銅とポリエステルシートとして述べたが、非導電性シートは必要ないか、または省略することが出来、導電性シートは任意の導電性材料、例えば導電性の編み紐、メッシュ、または非導電性基材上に導電性材料をスクリーン印刷したものから作られる。さらに、センサー領域２４は矩形として示したが、センサー領域２６は検査する対象物に対して最適な配置を与えるために適切な形状で適切な場所に置かれる。図２の例では、センサーの位置は、車椅子に座ったときに人の尻が位置する、センサーの後ろの部分に制約している。座ったときには人の殆どの体重はこの場所に分布するので、この場所が底にべったりする危険が最も高い場所である。しかしながら、センサーを任意の場所または複数の場所におくことは本発明の範囲内である。

車椅子クッションに関して電荷移動技術または容量技術を用いて、接地層によって解決される問題は、基準として使用する良い接地材がないということである。センサー領域２６の周りの領域にある接地面領域３９は、人とセンサーおよび接地領域２６および２８との間の距離に関して容量測定が行われることを可能にする。本発明は、図３に示すような回路３０に組み込まれる。回路は、例えばアリゾナ州チャンドラーのMicrochip Techのlogy, Inc.社から入手可能な１６ＬＦ８１８のようなマイクロコントローラー３２を一般的に含む。マイクロコントローラー３２は、３．５ボルトのバッテリー３４で電力を与えられる。マイクロコントローラー３２のイネーブルライン３６には、マイクロコントローラー３２への入力電圧を調整する電圧調整器が取り付けられている。クロックライン３８とデータライン４０には、電荷移動センサー４２が取り付けられている。データライン４０は、電荷移動センサー４２からマイクロコントローラーへ、対象物の距離、この場合はセンサー領域２６からの人の尻の距離、を示すデータを送る。データは、好ましくはセンサー領域からの人の相対的距離を表わす１６進数の形態である。好ましい実施例において、電荷移動センサー４２は、英国サザンプトンのQuantum Research of Hamble社から入手可能なＱｐｒｏ ＱＴ１１７である。接地配線４４は、接地面２８と同時に電荷移動センサー４２にも接続している。容量センサー４２は、センサー４２の２本の配線に取り付けられた、容量Ｃsを持ったコンデンサー４６も必要とする。コンデンサー４６の容量は、好ましくは０．０２２μＦで、ＣＯＧのような対温度安定性の誘電体であるが、その値はセンサーのサイズやアプリケーションで異なる。

マイクロコントローラー３２にはまた、警告器および表示器４８へのさまざまな出力、ＯのＦＦスイッチ５０およびオペレーター入力スイッチ５２からの入力、および、以下に述べるように回路３０がクッションの膨張の自動制御のためのフィードバックループとして使用される場合のような、他の制御器５４からの入力が取り付けられている。

図４を参照すると、電荷移動センサー４２は、所望の信号を得るためにバースト制御器５８および増幅器６２を使って、短時間の低サイクルのバーストを使用する。内部的には、信号はアナログデジタルコンバーター（ＡＤＣ）６０でデジタル処理され、所望の出力信号を得る。電荷移動センサー４２のスイッチ、および電荷測定のハードウェアは、センサー４２にすべて内蔵される。ＡＤＣ６０は、ＡＤＣ直接変換をもたらす構造の、所望のセンサー４２の充電および移動用両方のスイッチを含む１４ビットのシングルスロープスイッチトキャパシタＡＤＣである。バーストの長さはコンデンサー４６（Ｃｓ）に蓄積される充電速度に反比例し、それは今度はＣｓ、Ｃｘ（センサーの負荷容量）およびＶｃｃに依存する。Ｖｃｃは電荷参照電圧として使用される。大きな値のＣｘは、蓄積するＣｓにより迅速に電荷が送られるようにする。結果として、Ｃｓ、Ｃｘ、およびＶｃｃの値は予想される動作温度範囲を通して非常に安定していなければならない。ＡＤＣ６０の内部ではＣｓをフローティング移動コンデンサーとして取り扱う。その結果として、センサー２６はＳＮＳ１またはＳＮＳ２のどちらにも機能の差異なく接続することが可能である。バーストの間Ｃｓを通して蓄積される電荷の極はどちらのケースでも同じである。適切な動作のためにはＣｓはある範囲内になければならない。特にＣｘの負荷仕様を超えないようにするために、回路、線の長さ、線幅を最小化することによって負荷Ｃｘが予め大きく、センサー電極のサイズを大きくするように望んでした場合には、両端子の漏れ容量の量を制限することが必要である。回路基板の回路、配線、およびＳＮＳ１およびＳＮＳ２に関連する部品または接続するいかなる部品も近接に敏感であり、注意して取り扱うことが必要である。

マイクロコントローラー３２は、図５のフローチャートに従って動作する。第１ステップにおいて、１００で装置がパワーオンされ、継続的な監視状態１０２に入る。この状態から、マイクロコントローラー３２は、入力オペレーター入力スイッチ５２が判定ステップ１０４で押されたかどうかを監視する。もしまだであれば、マイクロコントローラー３２は監視状態１０２に戻る。もしスイッチ５２が押されていれば、次のステップは、その押下が３秒以下であるかどうかを判定ステップ１０６で判定することである。もし、３秒以下であれば、ステップ１０８でバッテリーの状態がチェックされ、かつ、人とセンサー領域２０６との距離の現状の読みがステップ１１０で決定される。

ステップ１０６において、もしボタンが３秒を超えて押されたと判定されたときは、ステップ１１２において、マイクロコントローラー３２は即座にアラーム４８を鳴らしてステップ１１４に進み、そこで回路は再び、ボタン５２が更に３秒を超えて押されたことを判定する。もしそうであれば、ステップ１１６において、マイクロコントローラー３２は、アラーム４８の早い連続警告音によってユーザーに示される一連の５つの感度設定の間中動作を繰り返す。次にステップ１１８において感度設定が記憶され、回路はステップ１１０に継続して現在距離を読み取る。

もし、ステップ１１４でボタン５２が追加の３秒間押されなかったと判定されれば、ステップ１２０で現在距離を表わす値が好ましい設定点として記憶され、回路はアラームを鳴らしてステップ１１０に進み、現在距離を読み取る。もしステップ１１０で人とセンサー領域２６との距離が読み取り不能であったときは、回路はステップ１２２に進み黄色と赤のＬＥＤを交互に点滅する。もし値が読み取り可能であれば、マイクロコントローラー３２はステップ１２４に継続し、設定点からの許容範囲内であると考えられる現状の設定点の上下の許容値を設定する。次に、ステップ１２６においてマイクロコントローラー３２は、現在の読み取り値が範囲内、または範囲よりも上または下であるかどうかを判定する。

もし読み値が範囲よりも上であれば、マイクロコントローラー３２は、ステップ１２８において、現在の読みが、直前に選択され記憶された感度プラス設定点よりも２カウント分よりも大きいかまたは等しいかどうかを判定する。もしその条件が真実ならば、マイクロコントローラー３２はステップ１３０に進み、そこでマイクロコントローラー３２は、現在それが使用されていないと判断し、読みが正常範囲になるまで何もしない。もし上記条件が真実でないならば、マイクロコントローラー３２は黄色のＬＥＤを点滅させ、クッションが過膨張であることを表示する。次にオプションとして、どちらの場合もマイクロコントローラー３２はステップ１３４に進み、そこで現状条件の日にちと時間を記録する。もし実施例が、膨張の状況を示すデータを記録するものでない場合は、マイクロコントローラーはステップ１３６に進む。

ステップ１３６において、もし現在の読みが許容の範囲よりも下である場合は、マイクロコントローラーは、もし現在の読みが膨張不足を決定する２番目の連続する読み取り値である場合は膨張不足を示す赤のＬＥＤを点滅させ、可聴のアラーム４８を鳴らし、ステップ１３４に進む。

ステップ１３４以後マイクロコントローラー３２は、ステップ１３８においてユーザーが可聴のアラーム４８を消すためにボタン５２を押したかどうかを判定する。もしＹＥＳであれば、マイクロコントローラー３２はステップ１４０に進み、２回目のボタン押下、または現在のセンサーの読みが許容範囲に伴う読みであることを示すまで可聴のアラーム４８を停止させる。ステップ１３８および１４０の後、マイクロコントローラー３２はステップ１０２に進む。

ステップ１２６において、もし設定点が許容範囲内であると判定されれば、マイクロコントローラー３２はステップ１４２に継続し、そこでマイクロコントローラー３２は現在の読みがボタン５２の押下によって開始されたのかどうかを判定する。もしＹＥＳならば、ステップ１４４において、緑のＬＥＤを点滅し、マイクロコントローラー３２はステップ１０２の監視状態に戻る。もしＮＯであれば、ステップ１４５において、マイクロコントローラー３２はタイマーを元に戻しステップ１０２に戻る。

ステップ１０２に戻って、もし監視状態で１０分間過ぎると、マイクロコントローラー３２はステップ１４８に進んでバッテリーチェックを行うことを経由してステップ１１０に進み自動的に現在の読みを開始する。

図６に示す他の実施例のように、上記センサーは、患者が膨張エアマットレスを使用するときに患者がべったり尻着きをしていないかどうかを判定するために病院で使用することが出来る。このとき、ベッドは、スプリング作用の支持体２０２を含むベッドフレーム２００を含む。スプリング作用の支持体の上には、シールド板２０４とセンサー板２０６が置かれる。センサー板２０６の上にエアマットレス２０８が置かれる。シールド板２０４は、センサー板２０６からベッド２００の金属部材、特にスプリング作用の支持体２０２を絶縁する。この最も単純なアプリケーションにおけるセンサー板２０６は、前述した実施例と同様、一枚の導電性シートを含む。被駆動シールドは、センサー板の下にあるベッドおよび椅子の金属部材を絶縁する。被駆動シールドのない装置では、好ましい沈み込みレベルおよびそのレベルで観察される相対的な読み値に基づいて設定点を作り出すユーザーによって周辺の金属の影響が取り除かれる。

車椅子クッションの近接度検知器と丁度同じように、回路３０は、シールド板２０４がベッドの金属構造からの絶縁をもたらすように駆動されることを除けば、同じように動作する。センサー板とシールド板２０４の距離は、好ましくは約１／８インチから約３／８インチである。病院のベッドの場面で困らせられる一つの問題は、ベッドおよびマットレスの支持構造における金属の量である。複合ユニットの場合（後述）、センサーまたはセンサー領域の下の被駆動シールドは、シールド板２０４の位置の方向にあるセンサー板をシールドし、所望の方向の感度を増大し、導電材料の変化、および、ベッドまたは他の装置との相対的な位置の変化を伴うノイズ発生装置における変化を無視する。

この点に関して図７を参照すると、元の回路３０は回路３０’を形成するように改良される。回路３０に対応する回路３０’の各番号は変わらない。しかし、回路３０はさらに電荷移送センサー４２の出力によって駆動される増幅器３０２を含み、シールド板２０４を駆動してベッド２００の金属部分からセンサー板２０６を絶縁するように働く。

図８に示す他の実施例において、ベッド２００はセンサー板２０６内に複数のセンサー４００乃至４１４を備える。例えば、第１のセンサー４００は患者の頭の領域に置かれ、さらに２つのセンサーが患者の肩の領域に置かれ、さらに他のセンサー４０６が患者の尻の部分に、最後にさらに２つのセンサーが患者の足の領域に置かれる。ベッドレールの近くには捕捉センサー４１２および４１４も配置され、患者がベッドの一方に回転してレールのところに捕捉された可能性の表示を与える。

センサー４００乃至４１４はすべて電荷移動センサーに導電的に取り付けられ、単一のセンサー板２０６を形成する。シールド板２０４は、センサー４００乃至４１４の大きさと形状に対応した部分に同じ様に分割される。結果として、４００乃至４１４の各センサーに一つの電荷移動センサー４２が必要となる。

さらにより多くのセンサーでも監視できる能力を与えるために、図９に示すような回路３０’’を備えることが出来る。この回路は、電荷移動センサー２０４の出力と複数のセンサー２０６，２０６’および２０６’’との間にマルチプレクサー５００が挿入されていること以外は回路３０’と同じである。今度は、マルチプレクサー５００は、センサー２０６からセンサー２０６’に、またセンサー２０６’’にと切り替え、センサー２０６、２０６’、２０６’’から横たわっている人の関連する位置の距離を測定する。このように、一つだけの回路３０’’は多数のセンサー４００乃至４１４をポーリングすることが必要である。用意した電荷移動センサーのタイミング上の制約によって、限定された数のセンサーをデイジーチェーン接続にすることが出来る。また、漏れ容量が合理的に複合化することが出来るセンサーの数を決めるので、センサーの数を最大化するために、多重化とデイジーチェーンセンサーの組み合わせが実施される。このように、図１７に示すように、例えば回路に多重接続した８つのデイジーチェーンで各チェーンが８つのセンサーを持つようにセンサーを配置することで、６４個のセンサー組み込むことが出来る。

この点に関して図１０を参照すると、エアクッション内で患者の沈み込みを判定する１３個のセンサー５００乃至５２４と、患者がベッドレールに捕捉されるようになったかどうかを判定するさらに２つのセンサー５２６および５２８が用意されている実施例が示されている。これらのセンサー５００乃至５２８はそれぞれの回路にデイジーチェーン接続されても良いし、多重化されても良い。さらに、デイジーチェーン接続されたセンサーと多重化されたセンサーの組み合わせで動作させても良い。

図１１において、さらに他の実施例が示されており、ベッドのカバー領域は広いが、より少ないセンサー６００乃至６１０による。この配列は、人が適切に沈み込んでいるかどうかではなく、むしろ彼らがベッドにいるかいないかを監視するのにより適している。このようなアプリケーションは、病院や介護所で有用であろう。ここでも、これらのセンサー６００乃至６１０は、自身の回路に接続されていても良いし、多重化されても良い。

請求項において規定されている本発明の他のアプリケーションは、車椅子用のクッションの自動膨張または自動収縮におけるフィードバックループとして使用することである。図１２を参照すると、そのような実施例が示されている。クッション１０の膨張状態に基づいて、マイクロコントローラー３２の出力は、エアを加える位置、エアを逃がす位置または閉めたままにする位置を変えるようにバルブ７００に特定的に知らせる。バルブ７００は、膨張不足状態が検出されたときに圧縮空気を供給する圧縮空気源７０２に繋がれている。同じ様に、バルブ７００は、過膨張状態が検出されたときは適切な膨張レベルが達成されるまでクッション１０からエアをゆっくりと放出する。同様に、病院のベッド用のエアロスの少ないクッションでは、回路は、ベッド送風器制御にフィードバックを与えるなどしてマットレスの膨張を制御するフィードバックループとして機能する。

上記に示した実施例において、検出された対象物の近接の程度をマイクロプロセッサーに示すことによって、マイクロプロセッサーに接近の程度を手動で“教える”ことが必要である。その方法で、マイクロプロセッサーは判っている範囲内の検出対象物の相対的な近接度を判定することが出来る。図１３の実施例において、装置はセンサー内にセンサーを含む。

この実施例において、より小さな第２のセンサー８０２に比べてより大きな面積を持った第１のセンサー８００が用意されている。図１３の実施例において、より小さな第２のセンサー８０２は、第１のより大きなセンサー８００に囲まれている。第１および第２のセンサー８００および８０２の下には、それらと電気的に絶縁されて接地板８０４と被駆動シールドがある。

第１のセンサー８００は、対象とする面全体（例えば、車椅子クッションのアプリケーションにおける人のお尻の下の領域）に渡って接触点を予想するために非常に大きく作られる。大きなセンサー８００は、センサーの上の人の大きさに強く依存する電荷移動の読みを与える。結果として、車椅子クッションの例における人の接近の程度の範囲を手動で設定することなしに、大きさの判らない人の正確な近接度を判定することは困難である。

単に例として、大きな人は、センサー８００に対するその人の接近量の程度は７６から１２０の間の値の範囲である。小さな人は、彼らの接近の程度は１００から１５０の間の値の範囲である。したがって、大きな人は最も接近した移動量の程度が７６の読みを示し、小さな人は１００の読みを示し、大きさの不明な人の近接量を決定するのは困難である。

しかし、小さなセンサー８０２の電荷移動だけはセンサーの上にいる人の大きさに依存しない。それは、センサーの上にいる人との関連においてセンサーの領域が小さいからである。しかし、残念なことに小さなセンサー８０２は対象とする大きな領域を監視することが出来ない。

図１３の実施例において、マルチプレクサーまたはスイッチ８０６（図１５）、例えばメーン州サウスポートランドのFairchild Semiconductor社から入手可能なＦＳＡ３１５７のような１極２投のアナログスイッチが、電荷移動センサー４２を、小さなセンサー８０２、または大きなセンサー８００と小さなセンサー８０２両方のどちらかに交互に電気的に接続するために使用される。次にマイクロコントローラー３２が小さなセンサー８０２の近接値を読み取り、小さな領域上での対象物の相対的近接度を決定する。次に、大きなセンサー８００と小さなセンサー８０２が電荷移動センサー４２に電気的に接続され、対象とする対象物の近接度が決定される。この値と小さなセンサーで決定された値との相関を取ることによって、小さなセンサー８０２の現在値に基づいて、大きなセンサー８００および小さなセンサー８０２を合わせたものの近接度の範囲を決定することができる。あるいは、大きなセンサー８００および小さなセンサー８０２を合わせたものとの相関を取るために小さなセンサー８０２の値を使用するのではなく、大きなセンサー８００の値のみを検出し、小さなセンサー８０２との相関を取って大きなセンサー領域上のみの近接度を得ることもできる。

さらに、小さなセンサー８０２の近接値を検出するときに、大きなセンサー８００を接地板８０４に電気的に接続することが望ましい。これは、スイッチ８０６を制御して周辺のセンサー領域をアースまたはセンサーの一部に接続するマイクロコントローラーからの制御ラインを使用して行われる。あるいはこのことは、電荷移動装置のフレーム出力を使用し、装置がパワーオンするたびに最初の読み取り後にロジックを切り替えることによって行われる。

図１３および１４は、被駆動シールドおよび接地板を持つように示されているが、被駆動シールドを持たない実施例も本発明の範囲から逸脱することなく実現可能であることが認識されるであろう。

図１６を参照すれば、本発明の他の実施例がセンサーまたはセンサー群の相対的近接値
を図に表わす視覚ディスプレーが提供されている。この実施例において、図１４のセンサーアレイおよびその関連するマイクロコントローラー３２（図１６において、参照番号９００として示されている）が読み取り装置９０２に電気的に接続され、該読み取り装置はセンサーおよびマイクロコントローラー３２とディスプレー装置との間のインターフェースを提供する回路（好ましい実施例においてはコンピューター）を含む。読み取り装置９０２は、好ましくはＵＳＢケーブル９０６を介してディスプレー装置９０４に接続される。ディスプレー装置９０４はアレイ内の各センサーのデジタル値を継続して読み取り、その値を図表で表わすプログラムを走らせる。読み取り装置９０２は、分離したユニットである必要はない。その機能はセンサー回路またはディスプレー装置に組み込まれても良い。

センサーはキャリブレーションを行わず、また特定の近接値レベルは多くの要素（例えば、センサーの大きさ、形状、材質、およびマットレスまたはクッションの密度および厚み）によって影響を受けるため、ディスプレー装置９０４は、特定のシステム各々の各センサーに対して実際のデジタル値と近接レベルとの間を相関させる方法を提供しなければならない。例えばそれは、各センサーに対する最大値および最小値の表を提供することが出来る。最大値は、無限大（最も遠い近接度にあるもの）の近接レベルからの結果である実際のデジタル値に設定され、最小値は、ゼロ（最も近い近接度にあるもの）の近接レベルからの結果である実際値に設定される。すると、最大値と最小値の範囲内のデジタル値が翻訳され、近接値としてより意味をなすものとして表示される。これらの値は手動で決定され入力されるか、またはディスプレー装置内でオートレンジモードの方法で決定され入力される。このモードにおいては、各センサーのデジタル値をモニターし、新たな最大値および最小値を観察するたびに、または技術者が各センサーに適切な近接刺激および遠隔刺激を与えたときに自動的に表の登録値を調整する。

本発明は上記で、病院のベッドまたは車椅子のカバーに関連して用いられる分離した装置として説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、装置は車椅子のクッションまたは病院のマットレス、または車椅子または病院のベッドと一体的に形成することが出来る。

近接センサーの他のアプリケーションは、病院および介護所の職員に患者がベッドまたは椅子に居るか居ないかについて知らせる、ベッド／椅子使用中検知器としてである。同様にそれは、身体不自由な患者がトイレットのシートに長すぎる時間残されたときに知らせるトイレットシート使用中装置として役立つ。さらにそれは、衝突時のエアバッグの展開を制御するための車のシート使用中検出に使用することが出来る。他のアプリケーションは、航空機のシート使用中検知用である。

本発明の、家畜用のアプリケーションもいくつかある。例えば、馬は出産前に馬屋の中で横たわる。馬のブリーダーは、通常出産間際の馬に目を凝らし続ける。馬をチェックしている負担を軽減するために、馬屋の床にセンサーを置くことが出来る。動物が横たわったときに、ブリーダーは回路によって馬のところに行くように知らされる。さらに、それは、馬を監視するために馬用のトレーラーに使用することが出来る。

同様に、それは老人の転倒モニターとして人にも使用することができる。センサーは人の体に付けられ、床との接近が検知されたときに助けを求める警報が自動的に鳴る。可能性のある場所は人の尻、または肩である。最後に、導電性の層が人の胴に近接して接触していれば呼吸および心臓の鼓動のような患者の生存サインの監視に使用することが出来る。

上記の例は、請求項によって定義されるように、広い適用範囲を持ち、詳細に図示し説明した実施例のみに限定されない。その代わり本発明は、請求項の明示された言葉に限定されるべきであり、また請求項は、明細書中に示した実施例に勝手に限定されるべきではない。保護の範囲は付随の請求項の範囲によって限定されるのみであって、審査官はその基本に立って請求項を審査すべきである。

図１は、本発明の一実施例による、車椅子クッション用近接検出装置の展開斜視図である。 図２は、本発明の一実施例による、近接度検知装置の導電性層および非導電性層の図解図である。 図３は、本発明の一実施例による、回路図である。 図４は、本発明の一実施例による、電荷移送装置の回路図である。 図５Ａ乃至５Ｄは、図３における回路のハードウェアおよびソフトウェアの動作を示すフローチャートである。 図５Ａ乃至５Ｄは、図３における回路のハードウェアおよびソフトウェアの動作を示すフローチャートである。 図５Ａ乃至５Ｄは、図３における回路のハードウェアおよびソフトウェアの動作を示すフローチャートである。 図５Ａ乃至５Ｄは、図３における回路のハードウェアおよびソフトウェアの動作を示すフローチャートである。 図６は、本発明の一実施例による、ベッド用エアクッション用の近接度検知器の展開斜視図である。 図７は、本発明の一実施例による、回路図である。 図８は、本発明の一実施例による、ベッド用近接度検知器上のセンサー配置図である。 図９は、本発明の他の実施例による、回路図である。 図１０は、本発明のさらに他の実施例による、ベッドクッション用近接度検知器上のセンサー配置図である。 図１１は、本発明のさらに他の実施例による、ベッドクッション用近接度検知器上のセンサー配置図である。 図１２は、本発明の一実施例による、自動的に調節する車椅子クッションの展開斜視図である。 図１３は、本発明の一実施例による、比較的大きな面積の第１のセンサーと、比較的小さな面積の第２のセンサーを含む装置の具体例の斜視図である。 図１４は、本発明の一実施例による、比較的大きな面積の第１のセンサーと、接地面を有する比較的小さな面積の第２のセンサーを含む装置の具体例の斜視図である。 図１５は、図１４の実施例の動作回路図である。 図１６は、視覚表示装置を含む本発明の一実施例の図である。 図１７は、本発明のさらに他の実施例による、ベッドクッション用近接度検知器上のセンサーの配置図である。

符号の説明

１０ クッション
１２ 沈み込みセンサー
１４ 外装シート
１６ 発泡体の層
１８ センサー
２０ 導電性シート
２２ 非導電性シート
２４ 領域
２６ センサー領域
２８ 接地面領域
３０ 回路
３０’ 回路
３０’’ 回路
３２ マイクロコントローラー
３４ バッテリー
３６ イネーブルライン
３８ クロックライン
３９ 接地面領域
４０ データライン
４２ 電荷移動センサー
４４ 接地配線
４６ コンデンサー
４８ 表示器
５０ ＯのＦＦスイッチ
５２ スイッチ
５４ 他の制御器
５８ バースト制御器
６０ アナログデジタルコンバーター
６２ 増幅器
２００ ベッドフレーム
２０２ 支持体
２０４ シールド板
２０６ センサー領域
２０６’ センサー領域
２０６’’ センサー領域
３０２ 増幅器
４００ センサー
５００ マルチプレクサー
５００ センサー
６００ センサー
７００ バルブ
７０２ 圧縮空気源
８００ 第１のセンサー
８０２ 第２のセンサー
８０４ 接地板
８０６ スイッチ
９００ マイクロコントローラー
９０２ 読み取り装置
９０４ ディスプレー装置
９０６ ＵＳＢケーブル

Claims (42)

1. 占有者の沈み込みの深さが調節可能なクッションまたはマットレスと、
   導電性材料を含むセンサーと、
   前記センサーから電気的に絶縁されるとともに当該センサーと同一平面に設けられ、少なくとも部分的に前記センサーを取り囲む第２の導電性材料を含む接地材と、
   参照コンデンサーを含み、前記センサーおよび前記コンデンサーに短い電流のバーストを送り、前記電流のバーストが前記参照コンデンサーを充電する時間の長さを測定し、前記参照コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物としての前記占有者と前記センサーとの近接度を計算するようになされた回路とを含み、かつ、
   前記回路は、前記占有者が前記クッションまたはマットレス内に深く沈み込み過ぎるときに表示を与えるようになっていることを特徴とする、
   沈み込みセンサーアセンブリ。
2. クッションまたはマットレス内に居る人の沈み込みの深さを計測するための、前記クッションまたはマットレスと共に使用する沈み込みセンサーであって、
   導電性材料を含むセンサーと、
   前記センサーから電気的に絶縁され、少なくとも部分的に前記センサーを取り囲む第２の導電性材料を含む接地材と、
   参照コンデンサーを含み、前記センサーおよび前記コンデンサーに短い電流のバーストを送り、前記電流のバーストが前記参照コンデンサーを充電する時間の長さを測定し、前記参照コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物の近接度を計算するようになされた回路とを含み、かつ、
   前記沈み込みセンサーが平らに置かれたときは、前記センサーおよび前記接地材が同一平面であることを特徴とする、沈み込みセンサー。
3. 前記センサーおよび前記接地材上に配置された少なくとも一層の非導電性材料をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
4. さらに前記センサーおよび前記接地材および前記非導電材料は、発泡体の層で挟まれていることを特徴とする、請求項３記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
5. 前記センサーはネオプレンゴムからなる２枚の外装シートの間に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
6. 前記沈み込みセンサーアセンブリはクッションと一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
7. 前記沈み込みセンサーアセンブリはマットレスと一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
8. 前記回路はマイクロプロセッサーおよび容量センサーを含むことを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
9. 前記センサーを、前記センサーから被駆動シールドの方向の電磁干渉または金属物質の影響から絶縁する前記被駆動シールドを更に含むことを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
10. 前記センサーは複数のセンサーを含み、前記接地材は複数の接地材を装備していることを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
11. 前記回路は、二つ以上のセンサーに接続されており、対象物の各センサーに対する近接度を決定することを特徴とする、請求項１０記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
12. 第１のセンサーよりも小さな領域をカバーする導電性材料を含む第２のセンサーを更に含むことを特徴とする、請求項１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
13. 前記回路は、前記第１のセンサーからの近接度測定値に対して近接度の目盛を決定する第２のセンサーからの近接度測定値を得るようになされたことを特徴とする、請求項１２記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
14. 前記回路は、二つ以上のセンサーおよびまた前記回路にも接続され、前記センサーを前記回路に選択的に接続するようになされたマルチプレクサーを含む請求項１０の沈み込みセンサーアセンブリ。
15. 占有者の沈み込みの深さが調節可能なクッションまたはマットレスと、
    導電性材料シートを含むセンサーと、
    前記センサーから電気的に絶縁されるとともに当該センサーと同一平面に設けられ、少なくとも部分的に前記センサーを取り囲む接地材と、
    前記センサーの近くに配置され、概して前記センサーと同じ形状と範囲を有する第２の導電性材料シートを含むシールドと、
    参照コンデンサーを含む回路であって、
    前記センサーおよび前記参照コンデンサーに短い電流のバーストを送り、
    前記電流のバーストが前記参照コンデンサーを充電するのに要する時間の長さを計測し、前記参照コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物としての前記占有者と前記センサーとの相対的な近接度を計算し、
    前記シールドを駆動して前記シールドを外部の充電または電磁的干渉から絶縁し、かつ、
    前記占有者が前記クッションまたはマットレス内に深く沈み込み過ぎるときに表示を与えるようになっている回路、
    とを含む、沈み込みセンサーアセンブリ。
16. 前記センサー上に配置された少なくとも一層の非導電性材料を含むことを特徴とする、請求項１５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
17. さらに、前記センサーおよび前記非導電性材料は、発泡体の層で挟まれていることを特徴とする、請求項１６記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
18. 前記センサーは、２枚の外装シートの間に配置されていることを特徴とする、請求項１５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
19. 前記沈み込みセンサーアセンブリは、クッションと一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
20. 前記沈み込みセンサーアセンブリは、マットレスと一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
21. 平らに置かれたときに、前記センサーで作られる平面と前記シールドで作られる平面は、平行であることを特徴とする、請求項１５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
22. 前記センサーは、複数のセンサーを含み、前記シールドは前記複数のセンサーを絶縁する大きさであることを特徴とする、請求項２１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
23. 前記回路は、二つ以上の複数のセンサーに接続されており、前記センサーの各々の対象物の近接度を判定することを特徴とする、請求項２２記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
24. 前記回路は、二つ以上のセンサーおよび前記回路に接続され、前記センサーを選択的に前記回路に接続するようになされたマルチプレクサーを含むことを特徴とする、請求項２３記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
25. 占有者の沈み込みの深さが調節可能なクッションまたはマットレスと、
    導電性材料のシートを含むセンサーと、
    前記センサーから電気的に絶縁されるとともに当該センサーと同一平面に設けられ、少なくとも部分的に前記センサーを取り囲む接地材と、
    前記センサーの近くに配置され、概して前記センサーと同じ形状と範囲を有する第２の導電性材料シートを含むシールドと、
    参照コンデンサーを具備し、前記センサーおよび前記参照コンデンサーに短い電流のバーストを送り、前記電流のバーストが前記参照コンデンサーを充電するのに要する時間の長さを計測し、前記参照コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて近接した物体としての前記占有者と前記センサーとの相対的な近接度を計算し、相対的な出力をマイクロコントローラーに与える回路とを含み、かつ、
    前記回路は、前記占有者が前記クッションまたはマットレス内に深く沈み込み過ぎるときに表示を与えるようになっていることを特徴とする、
    沈み込みセンサーアセンブリ。
26. 前記センサー上に配置された、少なくとも一層の非導電体材料を更に含むことを特徴とする、請求項２５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
27. 前記非導電体材料は発泡体であることを特徴とする、請求項２６記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
28. 前記センサーはネオプレンゴムからなる２枚の外装シートの間に配置されていることを特徴とする、請求項２５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
29. 前記沈み込みセンサーアセンブリは、クッションと共に一体的に形成されていることを特徴とする、請求項２５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
30. 前記沈み込みセンサーアセンブリは、マットレスと共に一体的に形成されていることを特徴とする、請求項２５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
31. 平らに置かれたときに、前記センサーによって形成される面と前記シールドによって形成される面とが平行であることを特徴とする、請求項２５記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
32. 前記センサーは、複数のセンサーを含み、前記シールドは前記複数のセンサーを絶縁する大きさであることを特徴とする、請求項３１記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
33. 前記回路は、二つ以上の複数のセンサーに接続されており、前記センサーの各々の対象物の近接度を判定することを特徴とする、請求項３２記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
34. 前記回路は、二つ以上のセンサーおよび前記回路に接続され、前記センサーを選択的に前記回路に接続するようになされたマルチプレクサーを含むことを特徴とする、請求項３３記載の沈み込みセンサーアセンブリ。
35. クッションまたはマットレス内の人の適切な沈み込みを決定する方法であって、
    前記クッションまたはマットレスの下に、導電体材料のシートと前記導電体材料のシートから電気的に絶縁されるとともに当該導電体材料のシートと同一平面に設けられ、少なくとも部分的に前記導電体材料のシートを取り囲む接地材とを含む沈み込みセンサーを設けるステップと、
    前記沈み込みセンサーおよびコンデンサーに短い電流バーストを送り、前記コンデンサーを充電するのに要する電流バーストの時間の長さを測定し、前記コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物としての前記人と前記沈み込みセンサーとの近接度を計算することで、前記沈み込みセンサーを、前記クッションまたはマットレス内での人の沈み込みを判定するために前記人の前記沈み込みセンサーに対する近接度を検知するために使用するステップと、
    前記クッションまたはマットレス内で前記人が沈み込みすぎているか、または沈み込み不足であるときに信号を発生するステップとを含む方法。
36. クッションまたはマットレス内の人の適切な沈み込みを決定する方法であって、
    前記クッションまたはマットレスの下に導電体材料のシートを含む第１のセンサーと前記第１のセンサーに近接して同一平面に第２の導電性材料シートを含む接地材を設けるステップと、
    前記センサーおよびコンデンサーに短い電流バーストを送るステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要する電流バーストの時間の長さを測定するステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物としての前記人と前記センサーとの近接度を計算するステップと、
    前記クッションまたはマットレス内で前記人が沈み込みすぎているか、または沈み込み不足であるときに表示を与えるステップとを含む方法。
37. 導電性材料シートを含むシールドを備え、前記シールドを駆動して前記センサーを漏れ容量および電磁的干渉から絶縁するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３６記載の方法。
38. 前記導電性材料のシートに、前記第１のセンサーよりも小さな領域の第２のセンサーを設けるステップと、
    前記第２のセンサーおよび前記コンデンサーに短い電流バーストを送るステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要する時間の長さを測定するステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて前記対象物の近接度を計算するステップと、
    前記第２のセンサーから得られた計算から前記第１のセンサーによる計算のための目盛を決定するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項３６記載の方法。
39. クッションまたはマットレス内の人の適切な沈み込みを決定する方法であって、
    前記クッションまたはマットレスの下に導電体材料のシートを含む第１のセンサーと第２の導電性材料シートを含む接地材を同一平面に設けるステップと、
    前記センサーおよびコンデンサーに短い電流バーストを送るステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要する電流バーストの時間の長さを測定するステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて対象物としての前記人と前記センサーとの近接度を計算するステップと、
    前記クッションまたはマットレス内で前記人が沈み込みすぎているか、または沈み込み不足であるときに表示を与えるステップとを含む方法。
40. 導電性材料シートを含むシールドを備え、前記シールドを駆動して前記センサーを漏れ容量および電磁的干渉から絶縁するステップを更に含むことを特徴とする、請求項３９記載の方法。
41. 前記導電性材料のシートに、前記第１のセンサーよりも小さな領域の第２のセンサーを設けるステップと、
    前記第２のセンサーおよび前記コンデンサーに短い電流バーストを送るステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要する時間の長さを測定するステップと、
    前記コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて前記対象物の近接度を計算するステップと、
    前記第２のセンサーから得られた計算から前記第１のセンサーによる計算のための目盛を決定するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項３９記載の方法。
42. クッションまたはマットレス内に居る人の沈み込みの深さを計測するための、前記クッションまたはマットレスと共に使用する沈み込みセンサーであって、
    導電性材料のシートを含むセンサーと、
    前記センサーから電気的に絶縁されるとともに当該センサーと同一平面に設けられ、少なくとも部分的に前記センサーを取り囲む接地材と、
    前記センサーの近くに配置され、概して前記センサーと同じ形状と範囲を有する第２の導電性材料シートを含むシールドと、
    参照コンデンサーを具備し、前記センサーおよび前記参照コンデンサーに短い電流のバーストを送り、前記電流のバーストが前記参照コンデンサーを充電するのに要する時間の長さを計測し、前記参照コンデンサーを充電するのに要した時間に基づいて、近接した物体としての前記人と前記センサーとの相対的な近接度を計算し、相対的な出力をマイクロコントローラーに与える回路とを含み、かつ、
    前記沈み込みセンサーが平らに置かれたときは、前記センサーおよび前記シールドが平行であることを特徴とする、沈み込みセンサー。
    
    

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