JP6078899B2

JP6078899B2 - 睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法

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Publication number: JP6078899B2
Application number: JP2012189035A
Authority: JP
Inventors: 根本　新; 新根本
Original assignee: SLEEP SYSTEM LABORATORY INC.
Current assignee: SLEEP SYSTEM LABORATORY INC.
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: JP2014042773A

Description

本発明は、快適な睡眠を実現できるように睡眠環境温度を最適な温度に制御する睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法に関する。

睡眠は健康のバロメータであるといわれ、快適な睡眠をして気分のよい目覚めができれば、目覚めた際に颯爽とした気分となり健康を実感することは、日常において多く経験する。一方、不眠症や不眠傾向にある場合や、深夜労働等のために昼夜の生活が逆転した睡眠を強いられる場合等においては、その目覚めの後の気分は芳しくないことが多い。すなわち、意識的であるか無意識的であるかにかかわらず、睡眠の状態がその後の覚醒時の気分や行動に影響を及ぼし、ひいては覚醒後の昼間の活動の質を定めることになる。

このように、睡眠は、人間の身体活動及び心的活動に重要な影響を及ぼす要素であり、良好な睡眠をとることができれば身体的及び心的に健康的な日常活動が保証されるといってよい。従来から、快適な睡眠を確保することを目的として、睡眠時の環境温度を制御することが試みられている。このような試みを具現化した技術としては、例えば特許文献１乃至特許文献３に記載されているように、生体信号に基づいて睡眠深度や睡眠状態を判定し、判定した睡眠深度や睡眠状態に応じて睡眠環境温度を制御するものが提案されている。

ここで、いわゆる睡眠ポリソムノグラフ（ＰＳＧ）による国際睡眠深度判定基準では、脳波、眼球運動、筋電図等に基づいて、睡眠深度を、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階、及び、深いノンレム睡眠段階にわけており、浅いノンレム睡眠段階及び深いノンレム睡眠段階は、それぞれ、さらに２段階にわけられる。なお、浅いノンレム睡眠段階である第１のノンレム睡眠段階及び第２のノンレム睡眠段階は、いわゆる浅い睡眠状態を指し、深いノンレム睡眠段階である第３のノンレム睡眠段階及び第４のノンレム睡眠段階は、いわゆる深い睡眠状態を指す。健康成人の安定した睡眠においては、覚醒段階が１〜３％、第１のノンレム睡眠段階が数％、第２のノンレム睡眠段階が５０％、第３及び第４のノンレム睡眠段階が２０〜３０％、レム睡眠段階が２０〜３０％の比率であり、レム睡眠が約９０分周期で現れることが目安として知られている。

上述した特許文献１乃至特許文献３に記載された技術は、いずれも生体信号に基づいて睡眠深度を判定するものであるが、例えば特許文献４乃至特許文献６に記載されているように、国際睡眠深度判定基準における６段階の睡眠深度を考慮して睡眠環境温度を制御する技術も提案されている。

一般に、睡眠深度が深くなると深部体温が低下し、体表面からの熱放散が多くなることから、寝床内温度が上昇する。そのため、いずれの技術においても、深い睡眠状態では熱放散による温度上昇に応じて睡眠環境温度を低下させるような制御を行うのが通常である。

特開２００８−１１９４５４号公報特開２００９−２４７８４６号公報特開２００６−１９８０２３号公報特開２００３−３３９６７４号公報特開２００５−１５２３１０号公報特開２００５−１５２５３７号公報

ところで、本願発明者の鋭意研究により、浅い睡眠から深い睡眠へと遷移する際には所定のタイムラグがあることがわかった。上述した特許文献１乃至特許文献６をはじめとする従来の技術においては、この点を一切考慮していない。例えば特許文献４乃至特許文献６に記載された技術においては、レム睡眠状態と途中覚醒状態とを区別可能としているが、浅い睡眠から深い睡眠への遷移については何ら言及していない。そのため、従来の技術においては、浅い睡眠条件が終了した旨を示す生体信号の挙動に基づいて制御を行うことにより、未だ深い睡眠段階に到達していないにもかかわらず深い睡眠の温度設定としてしまい、利用者に寒い等の違和感を与えてしまうという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、浅い睡眠から深い睡眠へと遷移する際に最適な制御を行い、利用者に違和感を与えることなく浅い睡眠から深い睡眠へと誘導することができる睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法を提供することを目的とする。

本願発明者は、各睡眠深度における生体信号の挙動について鋭意研究を行った結果、最適に睡眠環境温度を制御する手法を見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる睡眠環境温度制御装置は、温度調節機能を有する寝具を利用している利用者の寝床内温度及び／又は前記寝具が配置された部屋の室温を含む睡眠環境温度を制御する睡眠環境温度制御装置において、前記利用者の生体信号を無侵襲且つ無拘束で検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段によって検出された生体信号に対して利得制御を行うことによってピーク値を一定に制御し、そのときの利得の値を用いて生体信号の強度を算出し、算出した生体信号強度のデータを正規化する生体信号強度算出手段と、前記生体信号強度算出手段によって算出されて正規化された生体信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値を算出する分散値算出手段と、前記分散値算出手段によって求められた前記生体信号強度の分散値の時系列データに基づいて、前記利用者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定手段と、前記睡眠深度判定手段によって判定された睡眠深度に基づいて、前記部屋に配置された空調装置及び／又は前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御する温度制御手段と、前記利用者の操作のもとに、入床時における前記空調装置及び／又は前記寝具の睡眠環境温度を設定する睡眠環境温度設定手段と、前記利用者の操作のもとに、前記睡眠環境温度設定手段によって設定された睡眠環境温度よりも低い温度であって、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階、及び、深いノンレム睡眠段階のそれぞれについての睡眠環境温度の目標設定温度と、所定の誘導温度とを設定する目標設定温度及び誘導温度設定手段とを備える。

ここで、前記睡眠深度判定手段は、少なくとも、深いノンレム睡眠段階と、それ以外の睡眠深度である覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階とを区別して判定可能であり、前記分散値が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定する。そして、前記温度制御手段は、前記睡眠深度判定手段によって判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定手段によって設定された睡眠環境温度の目標設定温度になるように前記空調装置を制御する、及び／又は、前記睡眠深度判定手段によって判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定手段によって設定された睡眠環境温度の目標設定温度に対応する目標投入熱量になるように前記寝具を制御するとともに、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移するまでの継続時間における途中で、浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも低く且つ深いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも高い誘導温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御する一方で、前記睡眠深度判定手段によって深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定された場合には、前記誘導温度での制御を行わずに即座に浅いノンレム睡眠段階に対応する目標設定温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御することを特徴としている。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる睡眠環境温度制御方法は、温度調節機能を有する寝具を利用している利用者の寝床内温度及び／又は前記寝具が配置された部屋の室温を含む睡眠環境温度を制御する睡眠環境温度制御方法において、所定の生体信号検出手段によって前記利用者の生体信号を無侵襲且つ無拘束で検出する生体信号検出工程と、信号処理を行うプロセッサが、前記生体信号検出工程にて検出された生体信号に対して利得制御を行うことによってピーク値を一定に制御し、そのときの利得の値を用いて生体信号の強度を算出し、算出した生体信号強度のデータを正規化する生体信号強度算出工程と、前記プロセッサが、前記生体信号強度算出工程にて算出されて正規化された生体信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値を算出する分散値算出工程と、前記プロセッサが、前記分散値算出工程にて求められた前記生体信号強度の分散値の時系列データに基づいて、前記利用者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定工程と、前記睡眠深度判定工程にて判定された睡眠深度に基づいて、前記部屋に配置された空調装置及び／又は前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御する温度制御工程と、前記利用者の操作のもとに、所定の睡眠環境温度設定手段を介して、入床時における前記空調装置及び／又は前記寝具の睡眠環境温度を設定する睡眠環境温度設定工程と、前記利用者の操作のもとに、所定の目標設定温度及び誘導温度設定手段を介して、前記睡眠環境温度設定工程にて設定された睡眠環境温度よりも低い温度であって、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階、及び、深いノンレム睡眠段階のそれぞれについての睡眠環境温度の目標設定温度と、所定の誘導温度とを設定する目標設定温度及び誘導温度設定工程とを備える。

ここで、前記睡眠深度判定工程では、少なくとも、深いノンレム睡眠段階と、それ以外の睡眠深度である覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階とを区別して判定可能であり、前記分散値が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定する。そして、前記温度制御工程では、前記睡眠深度判定工程にて判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定工程にて設定された睡眠環境温度の目標設定温度になるように前記空調装置を制御する、及び／又は、前記睡眠深度判定工程にて判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定工程にて設定された睡眠環境温度の目標設定温度に対応する目標投入熱量になるように前記寝具を制御するとともに、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移するまでの継続時間における途中で、浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも低く且つ深いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも高い誘導温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御する一方で、前記睡眠深度判定工程にて深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定された場合には、前記誘導温度での制御を行わずに即座に浅いノンレム睡眠段階に対応する目標設定温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御することを特徴としている。

このような本発明にかかる睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法は、無侵襲且つ無拘束で検出した生体信号に基づいて求めた生体信号強度の分散値を用いて睡眠深度を自動的に判定し、判定した睡眠深度に応じて睡眠環境温度を制御する。このとき、本発明にかかる睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法は、算出した生体信号強度のデータを正規化することにより、個人差をなくして一般化することができる。そして、本発明にかかる睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法は、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階への遷移の際に拙速に深いノンレム睡眠段階の温度設定とせずに、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する誘導温度となるように空調装置や寝具を制御する。一方、本発明にかかる睡眠環境温度制御装置及び睡眠環境温度制御方法は、深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移した場合には、誘導温度での制御を行わずに即座に浅いノンレム睡眠段階に対応する目標設定温度となるように空調装置や寝具を制御する。

本発明においては、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移する際に誘導温度を設定し、この誘導温度に基づく室温や寝床内温度を含む睡眠環境温度の制御を行うことから、浅い睡眠から深い睡眠へと遷移する際に利用者に違和感を与えることなく、適切に浅い睡眠から深い睡眠へと誘導することができる。

本発明の第１の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置の構成を示す図であり、図１において矢視方向からみたときの一部断面図である。本発明の第１の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置において、睡眠環境温度を制御する際の一連の手順を示すフローチャートである。目標設定温度等の設定用ダイアログの具体例を示す図である。心拍強度の時系列データの具体例を示す図である。心拍強度の分散値の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における具体例としての睡眠深度の判定結果の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における具体例としての目標設定温度の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における具体例としての室温の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第１の実施の形態における具体例としての温度制御した寝床内温度の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての睡眠深度の判定結果の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての目標設定温度の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての睡眠深度の判定結果の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての目標投入熱量の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての室温の時系列データの具体例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における具体例としての温度制御した寝床内温度の時系列データの具体例を示す図である。他の生体信号検出部の構成を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態は、睡眠環境温度を制御する睡眠環境温度制御装置である。特に、この睡眠環境温度制御装置は、利用者の生体信号に基づいて睡眠環境温度を最適に制御するものである。

まず、本発明の第１の実施の形態として、測定した寝床内温度に基づくフィードバック制御を行う睡眠環境温度制御装置について説明する。

図１に、本発明の第１の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置の処理をブロックとして表した構成を示し、図２に、図１において矢視方向からみたときの一部断面図を示している。すなわち、睡眠環境温度制御装置は、寝台２１上に横臥している利用者の生体信号を検出する生体信号検出部１と、この生体信号検出部１によって検出された生体信号を増幅する信号増幅部２と、この信号増幅部２によって増幅された生体信号に対してフィルタリング処理を施すフィルタ部３と、このフィルタ部３を通過した心拍信号及び／又は呼吸信号に対して自動的に利得制御を行う自動利得制御部４と、心拍信号及び／又は呼吸信号の強度を算出する信号強度算出部５と、この信号強度算出部５によって算出された心拍強度及び／又は呼吸強度の分散値を算出する分散値算出部６と、信号強度算出部５によって算出された心拍強度及び／又は呼吸強度、及び／又は、分散値算出部６によって算出された心拍強度及び／又は呼吸強度の分散値に基づいて、睡眠深度を判定する睡眠深度判定部７と、この睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度及び温度センサ１０によって測定された温度に基づいて寝台２１に敷設された温熱シート９まわりの寝床内温度（睡眠環境温度）を制御する温度制御部８とを備える。なお、これら各部のうち、少なくとも、信号強度算出部５、分散値算出部６、睡眠深度判定部７、及び、温度制御部８は、例えば、信号処理を行うコンピュータにおけるＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたＤＳＰ（Digital Processing Unit）等の専用プロセッサを用いて実装したりすることができる。

生体信号検出部１は、利用者の微細な生体信号を検出する無侵襲且つ無拘束センサである。具体的には、生体信号検出部１は、圧力検出チューブ１ａと、この圧力検出チューブ１ａの内部に収容されている空気の微小な圧力変動を検出するセンサである微差圧センサ１ｂとから構成され、無侵襲且つ無拘束な生体信号の検出手段を構成している。

圧力検出チューブ１ａとしては、生体信号の圧力変動範囲に対応して内部の圧力が変動するように適度な弾力を有するものを使用する。また、圧力検出チューブ１ａとしては、圧力変化を適切な応答速度で微差圧センサ１ｂに伝達するために、チューブの中空部の容積を適切に選択する必要がある。圧力検出チューブ１ａが適度な弾性と中空部容積とを同時に満足できない場合には、圧力検出チューブ１ａの中空部に適切な太さの芯線をチューブ長さ全体にわたって装填し、中空部の容積を適切にとることができる。

このような圧力検出チューブ１ａは、寝台２１上に敷設された硬質シート２２上に配置される。睡眠環境温度制御装置においては、硬質シート２２上に弾性を有するクッションシート２３が敷設されており、圧力検出チューブ１ａの上に利用者が横臥することになる。なお、圧力検出チューブ１ａは、クッションシート２３等に組み込んだ構成とすることにより、圧力検出チューブ１ａの位置を安定させる構造としてもよい。

微差圧センサ１ｂは、微小な圧力の変動を検出するセンサである。本実施の形態においては、微差圧センサ１ｂとして、低周波用のコンデンサマイクロフォンタイプのものを使用するが、これに限定されるものではなく、適切な分解能とダイナミックレンジとを有するものであればよい。本実施の形態において使用した低周波用のコンデンサマイクロフォンは、一般の音響用マイクロフォンが低周波領域に対して配慮されていないのに引き替え、受圧面の後方にチャンバーを設けることによって低周波領域の特性を大幅に向上させたものであり、圧力検出チューブ１ａ内の微小圧力変動を検出するのに好適なものである。また、このコンデンサマイクロフォンは、微小な差圧を計測するのに優れており、０．２Ｐａの分解能と約５０Ｐａのダイナミックレンジとを有し、通常使用されるセラミックを利用した微差圧センサと比較して数倍の性能を持つものであり、生体信号が体表面に通して圧力検出チューブ１ａに加えた微小な圧力を検出するのに好適なものである。また、周波数特性は、０．１Ｈｚ〜２０Ｈｚの間で略平坦な出力値を示し、心拍及び呼吸等の微小な生体信号を検出するのに適している。

本実施の形態においては、一方が利用者の胸部の部位の生体信号を検出し、他方が利用者の臀部の部位を検出するように、２組の圧力検出チューブ１ａが設けられており、利用者の就寝の姿勢にかかわらず生体信号を検出するように構成されている。なお、睡眠環境温度制御装置においては、胸部の部位又は臀部の部位の一方のみに圧力検出チューブ１ａを配置する構成としてもよい。このような生体信号検出部１によって検出された生体信号は、信号増幅部２に供給される。睡眠環境温度制御装置は、このような無侵襲且つ無拘束で生体信号を検出する構成とすることにより、日常生活において容易に使用することができ、特に高齢者の使用に極めて好適である。

信号増幅部２は、後の処理工程で処理できるように生体信号検出部１によって検出された信号を増幅し、さらに、明らかに異常なレベルの信号を除去する等して適切な信号整形処理を行う。この信号増幅部２によって増幅された生体信号は、フィルタ部３に供給される。

フィルタ部３は、信号増幅部２によって増幅された生体信号から不要な信号をバンドパスフィルタ等によって除去することにより、心拍信号及び呼吸信号を抽出する。すなわち、生体信号検出部１によって検出された生体信号は、人体から発する様々な振動が混ざり合った信号であり、その中に心拍信号や呼吸信号をはじめとして寝返りを示す体動信号等の様々な信号が含まれている。このうち、心拍信号は、心臓のポンプ機能に基づく圧力の変化（すなわち血圧）が振動となって生体信号に含まれるものである。また、呼吸信号は、肺の動きに基づく体動の変化が振動となって生体信号に含まれるものである。睡眠環境温度制御装置においては、これをフィルタ部３によって抽出することにより、心拍信号及び呼吸信号として認識する。このフィルタ部３を通過した心拍信号及び呼吸信号は、それぞれ、自動利得制御部４に供給される。なお、心拍信号及び呼吸信号のサンプル周期は、２０ミリ秒としている。

自動利得制御部４は、フィルタ部３の出力が所定の信号レベルの範囲内に入るように自動的に利得制御を行ういわゆるＡＧＣ回路である。この自動利得制御部４による利得制御は、例えば信号のピーク値が所定の上限閾値を超えた場合に出力信号の振幅が小さくなるように利得を設定するとともに、ピーク値が所定の下限閾値を下回った場合に振幅が大きくなるように利得を設定している。自動利得制御部４は、このような利得制御を行った際の利得の値（係数）を信号強度算出部５に供給する。

信号強度算出部５は、自動利得制御部４において心拍信号及び／又は呼吸信号に対して施した利得制御の係数に基づいて、心拍信号及び／又は呼吸信号の強度を算出する。なお、本願明細書においては、この利得制御の係数に基づく値を「強度」と称し、信号波形の振幅とは明確に区別している。具体的には、上述した自動利得制御部４から得られる利得の値は、信号の大きさが大きいときには小さく、また、信号の大きさが小さいときは大きく設定されることから、利得の値とは反比例の関係で信号強度が表されることになる。具体的には、後述する図５において、心拍信号波形の振幅とともに心拍信号の強度の１秒ピッチの時系列データを示しているが、利得の値は、波形振幅の包絡線と反比例したものに近似することができ、その結果、心拍強度は、波形振幅の包絡線に近似したものとなる。信号強度算出部５は、算出した心拍信号及び／又は呼吸信号の強度について個人差をなくして一般化するために、正規化して百分率表現値とした上で、分散値算出部６に供給する。

分散値算出部６は、信号強度算出部５によって算出された信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値ＨＩＤを算出する。なお、本実施の形態においては、ある時点において、その時点までの一定時間内にサンプリングしたデータのばらつきを示す指標を分散値と称するものとすると、そのデータの標準偏差を分散値として採用している。具体的には、分散値算出部６は、信号強度のデータが１秒毎に測定されているものとすると、一連の信号強度のデータのうち、例えば５０秒間のデータの分散値を算出する。この場合、ある時点から遡及して５０秒間のデータの分散値を算出し、その後、次の１秒後から遡及して５０秒間のデータの分散値を算出する、といった処理を繰り返し行う。この結果、分散値算出部６は、信号強度のばらつき（分散値）についての１秒間隔の時系列データを得ることができる。分散値算出部６は、このようにして得られた時系列データを睡眠深度判定部７に供給する。

睡眠深度判定部７は、分散値算出部６によって算出された心拍強度及び／又は呼吸強度の分散値に基づいて、利用者の睡眠深度、すなわち、覚醒段階、レム睡眠段階、第１のノンレム睡眠段階及び第２のノンレム睡眠段階（浅いノンレム睡眠段階）、並びに、第３のノンレム睡眠段階及び第４のノンレム睡眠段階（深いノンレム睡眠段階）の６段階の種別を判定する。なお、体動がある場合には、信号が大きく振れ且つその信号強度の分散値ＨＩＤも大きくなる。そこで、睡眠深度判定部７は、このような異常値の影響を除去するため、所定値を超える信号強度の分散値ＨＩＤをその所定値で置換する等の異常値処理を行う。そして、睡眠深度判定部７は、心拍強度及び／又は呼吸強度の時系列データや分散値ＨＩＤの時系列データ等を出力し、図示しない表示装置に表示させたり、印刷装置によって印刷させたり、記憶装置にデータとして記憶させたりするとともに、判定した睡眠深度情報を温度制御部８に供給する。

温度制御部８は、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度と、温度センサ１０によって測定された温度とに基づいて、寝台２１に敷設された温熱シート９の図示しない電源をオン／オフ制御することにより、寝床内温度を制御する。なお、温熱シート９は、一般には、温熱敷布団や電気毛布等を具体例とする温度調節機能を有する寝具であるが、換言すれば、睡眠環境温度制御装置は、温度調節機能を有する寝具であればシート状部材に限らず任意のものを適用することができ、温熱敷布団や電気毛布等の電気加熱方式のものの他、温度調節された流体を収容する温度調節マットや、温度調節された空気を寝床内に供給する空気供給手段を備えるもの等であってもよい。また、温度センサ１０は、温熱シート９まわりの寝床内温度、特に利用者の膝下における寝床内温度を測定するセンサと、温熱シート９を含む寝台２１が配置された部屋の室温を測定するセンサとから構成されている。すなわち、温度制御部８は、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度と、温度センサ１０によって測定された寝床内温度及び室温とに基づいて、睡眠環境温度を制御する。

このような睡眠環境温度制御装置は、図３に示すような一連の手順にしたがって、寝床内の温度測定を行い、睡眠深度に応じた睡眠環境温度制御を行う。なお、以下では、生体信号のうち心拍信号に基づいて処理を行うものとして説明する。

まず、睡眠環境温度制御装置においては、図３に示すように、ステップＳ１において、利用者の操作のもとに、入床時における温熱シート９の睡眠環境温度を任意に設定する。この工程は、利用者自身が、入床時における覚醒時点で入眠のために快適と考える温度又は投入熱量の設定ボリューム値を調整すればよい。入床時における覚醒時の寝床内快適温度は、各自個人によって異なるため、各自個人が設定するものとする。また、睡眠環境温度制御装置においては、入床時刻や、この入床時刻に基づいて入床前に快適な寝床前温度まで上昇させるための設定時間、入床後に快適な寝床前温度を保持する時間等を設定可能としてもよい。なお、睡眠環境温度制御装置は、これらのパラメータを自動的に設定して制御を開始するか手動設定によって制御を開始するかの選択ボタン等を設けてもよい。

続いて、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ２において、利用者の操作のもとに、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階（第１のノンレム睡眠段階及び第２のノンレム睡眠段階）、及び、深いノンレム睡眠段階（第３のノンレム睡眠段階及び第４のノンレム睡眠段階）のそれぞれについての寝床内温度の目標設定温度を任意に設定する。また、このステップＳ２では、後述する誘導温度としての目標設定温度も設定する。この工程は、例えば図４に示すような設定用ダイアログを用いて所望値を入力する等、利用者自身が各段階で快適と考える温度に設定すればよい。なお、睡眠深度が深くなると体表面からの熱放散が多くなることから、ステップＳ２において設定される温度は、ステップＳ１において設定された温度よりも低い値となる。

睡眠環境温度制御装置においては、以上の準備が終了して利用者が入床すると、ステップＳ３において、心拍強度信号を取り込む。すなわち、睡眠環境温度制御装置においては、生体信号検出部１によって検出された生体信号を信号増幅部２によって増幅し、フィルタ部３によって不要な信号をバンドパスフィルタ等によって除去して心拍信号と体動信号とを検出する。なお、体動信号は心拍信号と比較して大きい信号であることから、心拍信号は体動信号に内包された信号となる。体動信号は覚醒及び浅い睡眠時に発生し、特に覚醒時は頻発する場合が多いことから、睡眠環境温度制御装置においては、このような現象をも利用して睡眠深度の判定を行う。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、体動信号を含む心拍信号に対して自動利得制御部４によって利得制御を行うことによってピーク値を制御し、信号強度（振幅）を所定の範囲に制限する。これにより、睡眠環境温度制御装置においては、心拍信号に含まれる体動信号が異常に大きな値として検出・排除されることになり、データの信頼性が向上する効果がある。そして、睡眠環境温度制御装置においては、信号強度算出部５により、自動利得制御部４によって心拍信号に適用された利得の値を用いて信号強度を算出する。このとき、心拍強度信号のデータは、例えば１秒毎にサンプリングされ、図５に示すような心拍強度の時系列データが得られる。ここでは、利得の逆数と比例する関数を設定し、信号強度としている。なお、図５の心拍強度は、所定強度によって正規化したものである。

続いて、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ４において、分散値算出部６によって心拍強度の分散値ＨＩＤを算出する。具体的には、分散値算出部６は、各時点から遡及して例えば３０秒間のデータの分散値（標準偏差）を算出する。これにより、図６に示すような心拍強度の分散値ＨＩＤの時系列データが得られる。なお、図６に示す心拍強度の分散値ＨＩＤは、１００秒間のデータの分散値であり、その単位は、想定される最大の心拍強度の分散値を基準とする百分率であり、最大スケールを４５％としている。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ５において、睡眠深度判定部７による睡眠深度の判定を行う。ここで、深いノンレム睡眠段階への遷移は、浅いノンレム睡眠段階から突然生じるのではなく、必ず浅いノンレム睡眠段階を所定時間経過してから生じるということが本願発明者の研究によって判明した。具体的には、浅いノンレム睡眠段階時に心拍強度の分散値ＨＩＤが３．３％以下となり、その状態が約６００秒程度継続した場合に、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移する。そのため、睡眠環境温度制御装置は、深い睡眠状態では熱放散による温度上昇に応じて睡眠環境温度を低下させるが、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階への遷移時における温度も適切に制御し、浅いノンレム睡眠から深いノンレム睡眠へと誘導することを特徴としている。

すなわち、睡眠深度判定部７は、ステップＳ４にて得られた心拍強度の分散値ＨＩＤの時系列データに基づいて睡眠深度を判定する。例えば、睡眠深度判定部７は、心拍強度の分散値ＨＩＤの値とその保持時間（ある値が所定条件を時間的に連続して満たす場合の時間）とに基づいて各睡眠深度を判定する。なお、睡眠深度判定部７は、心拍強度の分散値ＨＩＤを用いて睡眠深度を適切に判定できる手法であれば任意の手法を採用することができる。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ６において、睡眠深度が覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階のいずれかであるかを判定する。ここで、睡眠環境温度制御装置においては、覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階のいずれかであると判定した場合には、ステップＳ７において、寝床内温度がステップＳ２にて各睡眠深度について設定した目標設定温度となるように、温度制御部８によって温熱シート９の温度を制御し、ステップＳ３からの処理を繰り返す。なお、睡眠環境温度制御装置においては、覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階を個別に判定し、目標設定温度も個別に設定するのではなく、深いノンレム睡眠段階ではない睡眠深度としてまとめて判定し、目標設定温度を一律に設定してもよい。

一方、睡眠環境温度制御装置においては、覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階のいずれでもないと判定した場合には、ステップＳ８へと処理を移行し、分散値ＨＩＤが所定値以下である状態が所定時間継続しているか否かを判定する。具体的には、分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が６００秒継続した場合に深いノンレム睡眠段階へと遷移することから、睡眠深度判定部７は、６００秒の継続時間における途中の所定時間（例えば２００秒）だけ分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が継続しているか否かを判定する。

ここで、睡眠環境温度制御装置においては、分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が２００秒継続するまで待機し、２００秒継続すると、ステップＳ９において、寝床内温度が浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも若干低い温度（以下、誘導温度という。）となるように、温度制御部８によって温熱シート９の温度を制御する。睡眠環境温度制御装置においては、このような浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する誘導温度を設けることにより、拙速に深いノンレム睡眠段階の温度設定とすることによる違和感をなくすことが可能となる。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ１０において、深いノンレム睡眠段階に完全に遷移したか否かを判定する。すなわち、睡眠深度判定部７は、分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が６００秒継続したか否かを判定する。睡眠環境温度制御装置においては、深いノンレム睡眠段階に遷移したと判定すると、ステップＳ１１において、寝床内温度が深いノンレム睡眠段階についての目標設定温度となるように、温度制御部８によって温熱シート９の温度を制御し、ステップＳ３からの処理を繰り返す。なお、ここでの目標設定温度は、誘導温度よりも低い値となる。すなわち、各段階での設定温度の関係は、ステップＳ１にて設定した入床時における設定温度＞ステップＳ２にて設定した覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階のそれぞれについての目標設定温度＞誘導温度＞深いノンレム睡眠段階についての目標設定温度となる。

睡眠環境温度制御装置においては、このような一連の手順にしたがって、各睡眠深度に応じた睡眠環境温度の制御を適切に行うことができる。

なお、睡眠環境温度制御装置においては、深いノンレム睡眠段階から寝返り等が発生した場合等、深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移する場合には、短時間で遷移することから、即座に浅いノンレム睡眠段階についての睡眠環境温度となるように制御を行えばよく、レム睡眠段階や覚醒段階へと遷移する際にも、即座に対応する目標設定温度となるように制御を行えばよい。

また、起床時には快適な目覚めを促すことが重要であり、そのために深部体温を上げることによって覚醒させる温度制御を行うのが望ましい。そのため、睡眠環境温度制御装置においては、起床予定時刻を設定可能とし、起床予定時刻前３０分といったような起床予定時刻が近づいた時点で徐々に寝床内温度を上昇させるように目標設定温度を設定してもよい。睡眠環境温度制御装置においては、このような制御を行うことにより、利用者の深部体温が徐々に上昇し、その睡眠深度が浅くなるために、室内の照明や外光あるいは音（目覚まし時計）等の刺激により、容易に且つ快適に目覚めさせることができる。

さらに、睡眠環境温度制御装置においては、温度センサ１０によって測定される室温の変化を加味した制御を行ってもよく、具体的には、室温が１℃低下する度に、目標設定温度を通常の目標設定温度よりも０．５℃上昇させる。睡眠環境温度制御装置においては、室温の変化に応じて目標設定温度を変更することにより、快適な寝床内温度を得ることができる。

以下では、実際の制御例について説明する。

まず、目標設定温度条件及び睡眠深度判定条件は以下のとおりである。

すなわち、深いノンレム睡眠段階における目標設定温度Ｔ０Ｄを３８℃（室温が１０℃の場合）とした。この目標設定温度Ｔ０Ｄに設定するための深いノンレム睡眠段階の判定は、上述したように、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合に行うものとした。ただし、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、連続した同じ睡眠深度であると判定してもよい蓋然性が高いことから、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態の合間に、分散値ＨＩＤ≧Ｓ３となる状態が所定の短時間ｔｓ≦Ｓ０（約４０秒）発生した場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合には、連続した深いノンレム睡眠段階であると判定した。

また、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する目標設定温度Ｔ０Ｍを４０℃（室温が１０℃の場合）とした。この目標設定温度Ｔ０Ｍに設定するための判定は、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合に行うものとした。なお、上述したように、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合には、目標設定温度Ｔ０Ｍに設定した。

さらに、覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度Ｔ０Ｌを一律に４２℃（室温が１０℃の場合）とした。この目標設定温度Ｔ０Ｌに設定するための判定は、深いノンレム睡眠段階から、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ２（４％）を上回る状態が所定時間ｔｍ３（４０秒程度）継続した場合に行うものとした。すなわち、体動等が発生した場合には、所定時間ｔｍ３経過後に、即座に目標設定温度Ｔ０Ｌに設定することにした。

さらにまた、室温に対応した制御として、温度センサ１０によって測定された室温が１℃低下する度に、目標設定温度を通常の目標設定温度よりも０．５℃上昇させるものとした。

また、温熱シート９の制御内容は以下のとおりである。

電源のオン／オフ制御が可能な温熱シート９を用いて寝床内温度を制御した。具体的には、温度制御部８が温熱シート９の電源をオン／オフ制御し、所定時間ｔ１だけ経過した後の温度Ｔ１を温度センサ１０によって測定し、この温度Ｔ１に基づくフィードバック制御を行った。より具体的には、目標設定温度をＴ０とすると、温度差Ａ＝（Ｔ１−Ｔ０）を算出し、この温度差Ａが目標範囲に入るまで同様のオン／オフ制御を繰り返した。電源をオン／オフ制御する目標範囲は、以下のとおりである。
温度差ＡがＡ１以上且つＡ２未満（Ａ１＝１℃、Ａ２＝２℃）の場合には、電源オフ
温度差ＡがＡ２以上の場合には、電源オフ
温度差Ａが−Ａ１以下且つ−Ａ２未満の場合には、電源オフ
温度差Ａが−Ａ２以下の場合には、電源オン

このような条件及び制御内容で、実際に利用者が就寝している状態で寝床内温度の制御を行った。図７に示すような睡眠深度の判定結果が得られたところ、目標設定温度は、図８に示すようになった。そして、図９に示すような室温変化が存在した環境下で寝床内温度を制御した結果、図１０に示すように、室温変化を反映した温度制御を実現することができた。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置においては、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移する際に誘導温度を設定し、この誘導温度に基づく寝床内温度の制御を行うことにより、利用者に寒い等の違和感を与えることなく、適切に深いノンレム睡眠段階へと誘導することができる。したがって、睡眠環境温度制御装置においては、深いノンレム睡眠段階を長くすることができ、利用者に安眠を提供することができ、早期対応型の睡眠深度に応じた睡眠環境温度制御を実現することができる。また、睡眠環境温度制御装置においては、心拍強度の分散値ＨＩＤの他、上述した所定時間ｔｍ１、ｔｍ２、ｔｍ３、ｔｓ等の時間的パラメータ、さらには、目標設定温度を任意に設定可能であることから、睡眠深度の判定処理を利用者が容易に変更することができるという利点も奏する。

つぎに、本発明の第２の実施の形態として、寝床内温度を測定することなく、睡眠深度と室温とに基づくフィードフォワード制御を行う睡眠環境温度制御装置について説明する。

図１１に、本発明の第２の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置の処理をブロックとして表した構成を示している。なお、図１１において矢視方向からみたときの一部断面図は図２と同様である。すなわち、睡眠環境温度制御装置は、第１の実施の形態として示した生体信号検出部１、信号増幅部２、フィルタ部３、自動利得制御部４、信号強度算出部５、分散値算出部６、及び、睡眠深度判定部７の他に、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度及び温度センサ１６によって測定された温度に基づいて寝台２１に敷設された温熱シート９まわりの寝床内温度及び／又は空調装置１７によって制御される室温（これら寝床内温度及び室温を睡眠環境温度とする）を制御する温度制御部１５とを備える。なお、これら各部のうち、少なくとも、信号強度算出部５、分散値算出部６、睡眠深度判定部７、及び、温度制御部１５は、上述したように、ＣＰＵやメモリ等のハードウェアを用いて実行可能なプログラムとして実装したり、コンピュータに装着可能な拡張ボードに搭載されたＤＳＰ等の専用プロセッサを用いて実装したりすることができる。

温度制御部１５は、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度と、温度センサ１６によって測定された温度とに基づいて、寝台２１に敷設された温熱シート９の図示しない電源をオン／オフ制御することにより、寝床内温度を制御する。また、温度制御部１５は、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度と、温度センサ１６によって測定された温度とに基づいて、空調装置１７を制御して室温を制御することもできる。なお、温度センサ１６は、寝台２１が配置された部屋の室温を測定するセンサから構成されている。すなわち、温度制御部１５は、睡眠深度判定部７によって判定された睡眠深度と、温度センサ１６によって測定された室温とに基づいて、睡眠環境温度をフィードフォワード制御を行うものであり、寝床内温度測定をせずに、寝床内温度を制御する。即ち寝床内温度を測定することによるフィードバック制御は行わない。

このような睡眠環境温度制御装置は、第１の実施の形態と同様に、先に図３に示したような一連の手順にしたがって、睡眠深度に応じた睡眠環境温度制御を行う。なお、以下では、生体信号のうち心拍信号に基づいて処理を行うものとして説明する。

まず、睡眠環境温度制御装置においては、図３に示したように、ステップＳ１において、利用者の操作のもとに、入床時における温熱シート９の温度（寝床内温度）と室温とを含む睡眠環境温度を任意に設定する。この工程は、利用者自身が、入床時における覚醒時点で入眠のために快適と考える室温や温熱シート９への投入熱量の設定ボリューム値を調整すればよい。入床時における覚醒時の睡眠環境快適温度は、各自個人によって異なるため、各自個人が設定するものとする。また、睡眠環境温度制御装置においては、入床時刻や、この入床時刻に基づいて入床前に快適な寝床前睡眠環境温度まで上昇させるための設定時間、入床後に快適な寝床前睡眠環境温度を保持する時間等を設定可能としてもよい。なお、睡眠環境温度制御装置は、これらのパラメータを自動的に設定して制御を開始するか手動設定によって制御を開始するかの選択ボタン等を設けてもよい。

続いて、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ２において、利用者の操作のもとに、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階（第１のノンレム睡眠段階及び第２のノンレム睡眠段階）、及び、深いノンレム睡眠段階（第３のノンレム睡眠段階及び第４のノンレム睡眠段階）のそれぞれについての室温の目標設定温度や温熱シート９の目標設定温度（目標投入熱量に対応）を任意に設定する。また、このステップＳ２では、後述する誘導温度としての目標設定温度や、この誘導温度に対応する目標投入熱量も設定する。この工程は、先に図４に示したような設定用ダイアログを用いて所望値を入力する等、利用者自身が各段階で快適と考える温度に設定すればよい。なお、睡眠深度が深くなると体表面からの熱放散が多くなることから、ステップＳ２において設定される温度や投入熱量は、ステップＳ１において設定された温度や投入熱量よりも低い値となる。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、体動信号を含む心拍信号に対して自動利得制御部４によって利得制御を行うことによってピーク値を制御し、信号強度（振幅）を所定の範囲に制限する。これにより、睡眠環境温度制御装置においては、心拍信号に含まれる体動信号が異常に大きな値として検出・排除されることになり、データの信頼性が向上する効果がある。そして、睡眠環境温度制御装置においては、信号強度算出部５により、自動利得制御部４によって心拍信号に適用された利得の値を用いて信号強度を算出する。このとき、心拍強度信号のデータは、例えば１秒毎にサンプリングされ、先に図５に示したような心拍強度の時系列データが得られる。

続いて、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ４において、分散値算出部６によって心拍強度の分散値ＨＩＤを算出する。具体的には、分散値算出部６は、各時点から遡及して例えば３０秒間のデータの分散値（標準偏差）を算出する。これにより、先に図６に示したような心拍強度の分散値ＨＩＤの時系列データが得られる。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ６において、睡眠深度が覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階のいずれかであるかを判定する。ここで、睡眠環境温度制御装置においては、覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階のいずれかであると判定した場合には、ステップＳ７において、室温や寝床内温度を含む睡眠環境温度がステップＳ２にて各睡眠深度について設定した目標設定温度や目標投入熱量となるように、温度制御部１５により、空調装置１７の温度を制御したり、温熱シート９への投入熱量を制御したりし、ステップＳ３からの処理を繰り返す。なお、睡眠環境温度制御装置においては、覚醒段階、レム睡眠段階、又は、浅いノンレム睡眠段階を個別に判定し、目標設定温度も個別に設定するのではなく、深いノンレム睡眠段階ではない睡眠深度としてまとめて判定し、目標設定温度を一律に設定してもよい。

ここで、睡眠環境温度制御装置においては、分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が２００秒継続するまで待機し、２００秒継続すると、ステップＳ９において、室温や寝床内温度を含む睡眠環境温度が浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも若干低い温度（以下、誘導温度という。）となるように、温度制御部１５により、空調装置１７の温度を制御したり、温熱シート９への投入熱量を制御したりする。睡眠環境温度制御装置においては、このような浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する誘導温度を設けることにより、拙速に深いノンレム睡眠段階の温度設定とすることによる違和感をなくすことが可能となる。

そして、睡眠環境温度制御装置においては、ステップＳ１０において、深いノンレム睡眠段階に完全に遷移したか否かを判定する。すなわち、睡眠深度判定部７は、分散値ＨＩＤが３．３％以下である状態が６００秒継続したか否かを判定する。睡眠環境温度制御装置においては、深いノンレム睡眠段階に遷移したと判定すると、ステップＳ１１において、室温や寝床内温度を含む睡眠環境温度が深いノンレム睡眠段階についての目標設定温度や目標投入熱量となるように、温度制御部１５により、空調装置１７の温度を制御したり、温熱シート９への投入熱量を制御したりし、ステップＳ３からの処理を繰り返す。なお、ここでの目標設定温度は、誘導温度よりも低い値となる。すなわち、各段階での設定温度の関係は、ステップＳ１にて設定した入床時における設定温度＞ステップＳ２にて設定した覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階のそれぞれについての目標設定温度（目標投入熱量）＞誘導温度（それに対応する投入熱量）＞深いノンレム睡眠段階についての目標設定温度（目標投入熱量）となる。

なお、この第２の実施の形態においても、深いノンレム睡眠段階から寝返り等が発生した場合等、深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移する場合には、短時間で遷移することから、即座に浅いノンレム睡眠段階についての睡眠環境温度となるように制御を行えばよく、レム睡眠段階や覚醒段階へと遷移する際にも、即座に対応する目標設定温度となるように制御を行えばよい。

また、この第２の実施の形態においても、起床予定時刻を設定可能とし、起床予定時刻前３０分といったような起床予定時刻が近づいた時点で徐々に寝床内温度を上昇させるように目標設定温度を設定してもよい。

さらに、睡眠環境温度制御装置においては、温度センサ１６によって測定される室温の変化を加味した温熱シート９への投入熱量制御を行ってもよく、具体的には、室温が１℃低下する度に、寝床内温度の目標設定温度を通常の目標設定温度よりも０．５℃上昇させるような温熱シート９への投入熱量の制御を行う。睡眠環境温度制御装置においては、室温の変化に応じて温熱シート９への投入熱量を変更することにより、快適な睡眠環境温度を得ることができる。

以下では、実際の制御例について説明する。

まず、夏季における空調装置１７の制御例について説明する。空調装置１７による睡眠環境温度の制御は、入床時における覚醒時点で利用者が適温と考える温度設定をしておき、そこから睡眠深度に応じて室温を下げていくという制御内容となる。

目標設定温度条件及び睡眠深度判定条件は以下のとおりである。

すなわち、覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階における室温としての目標設定温度ＴＬを一律に２８℃とした。深いノンレム睡眠段階からこれらの段階へと移行する際の目標設定温度ＴＬに設定するための判定は、深いノンレム睡眠段階から、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ２（４％）を上回る状態が所定時間ｔｍ３（４０秒程度）継続した場合に行うものとした。すなわち、体動等が発生した場合には、所定時間ｔｍ３経過後に、即座に目標設定温度ＴＬに設定することにした。

また、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する室温としての目標設定温度ＴＭを２７℃とした。この目標設定温度ＴＭに設定するための判定は、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合に行うものとした。なお、上述したように、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合には、目標設定温度ＴＭに設定した。

さらに、深いノンレム睡眠段階における室温としての目標設定温度ＴＤを２６℃とした。この目標設定温度ＴＤに設定するための深いノンレム睡眠段階の判定は、上述したように、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合に行うものとした。ただし、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、連続した同じ睡眠深度であると判定してもよい蓋然性が高いことから、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態の合間に、分散値ＨＩＤ≧Ｓ３となる状態が所定の短時間ｔｓ≦Ｓ０（約４０秒）発生した場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合には、連続した深いノンレム睡眠段階であると判定した。

さらにまた、起床時には、その予定時刻の３０分前から室温を２９℃まで上昇させるように室温としての目標設定温度ＴＲを設定した。

このような条件で、実際に利用者が就寝している状態で温度制御部１５によって空調装置１７の制御を行った。図１２に示すような睡眠深度の判定結果が得られたところ、図１３に示すような室温制御を実現することができた。

つぎに、冬季における温熱シート９の制御例について説明する。温熱シート９による睡眠環境温度の制御は、入床時における覚醒時点で利用者が適温と考える温度設定をしておき、そこから睡眠深度に応じて投入熱量を少なくしていくという制御内容となる。

温熱シート９の制御内容は以下のとおりである。

電源のオン／オフ制御が可能な温熱シート９を用いて寝床内温度を制御した。具体的には、予め決められたパターンにしたがって温度制御部１５が温熱シート９の電源をオン／オフ制御し、投入熱量を制御した。このとき、寝床内温度は一切測定していない。

なお、温熱シート９への投入熱量のパターンは、以下のように、決められた所定時間Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ（ここでは１００秒）内で、電源をオンする時間Ｔｏｎと電源をオフする時間Ｔｏｆｆとの比率として、予め設定した。
Ｅ００パターン：Ｔｏｎ＝０％、Ｔｏｆｆ＝１００％（初期投入熱量の０％）
Ｅ１０パターン：Ｔｏｎ＝１０％、Ｔｏｆｆ＝９０％（初期投入熱量の１０％）
Ｅ２０パターン：Ｔｏｎ＝２０％、Ｔｏｆｆ＝８０％（初期投入熱量の２０％）
Ｅ３０パターン：Ｔｏｎ＝３０％、Ｔｏｆｆ＝７０％（初期投入熱量の３０％）
Ｅ４０パターン：Ｔｏｎ＝４０％、Ｔｏｆｆ＝６０％（初期投入熱量の４０％）
Ｅ５０パターン：Ｔｏｎ＝５０％、Ｔｏｆｆ＝５０％（初期投入熱量の５０％）
Ｅ６０パターン：Ｔｏｎ＝６０％、Ｔｏｆｆ＝４０％（初期投入熱量の６０％）
Ｅ７０パターン：Ｔｏｎ＝７０％、Ｔｏｆｆ＝３０％（初期投入熱量の７０％）
Ｅ８０パターン：Ｔｏｎ＝８０％、Ｔｏｆｆ＝２０％（初期投入熱量の８０％）
Ｅ９０パターン：Ｔｏｎ＝９０％、Ｔｏｆｆ＝１０％（初期投入熱量の９０％）
Ｅ１００パターン：Ｔｏｎ＝１００％、Ｔｏｆｆ＝０％（初期投入熱量の１００％）

また、目標投入熱量及び睡眠深度判定条件は以下のとおりである。

すなわち、覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階における目標投入熱量をＥ６０パターン（室温が１５℃の場合）とした。これらの段階へと移行する際の目標投入熱量に設定するための判定は、深いノンレム睡眠段階から、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ２（４％）を上回る状態が所定時間ｔｍ３（４０秒程度）継続した場合に行うものとした。すなわち、体動等が発生した場合には、所定時間ｔｍ３経過後に、即座に目標投入熱量をＥ６０パターンに設定することにした。

また、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと誘導する目標投入熱量をＥ４０パターンとした。この目標投入熱量に設定するための判定は、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合に行うものとした。なお、上述したように、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ１（２００秒）継続した場合には、Ｅ４０パターンの目標投入熱量に設定した。

さらに、深いノンレム睡眠段階における目標投入熱量をＥ２０パターンとした。この目標投入熱量に設定するための深いノンレム睡眠段階の判定は、上述したように、１００秒間の分散値ＨＩＤが所定値Ｓ３（３．３％）以下である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合に行うものとした。ただし、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が断続的に発生する場合であっても、連続した同じ睡眠深度であると判定してもよい蓋然性が高いことから、分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態の合間に、分散値ＨＩＤ≧Ｓ３となる状態が所定の短時間ｔｓ≦Ｓ０（約４０秒）発生した場合であっても、全体として分散値ＨＩＤ≦Ｓ３である状態が所定時間ｔｍ２（６００秒）継続した場合には、連続した深いノンレム睡眠段階であると判定した。

さらにまた、起床時には、その予定時刻の３０分前から寝床内温度を上昇させるように目標投入熱量をＥ７０パターンに設定した。

また、室温に対応した制御として、温度センサ１６によって測定された室温が１℃低下する度に、目標投入熱量を通常の目標投入熱量よりも５％上昇させるものとした。

このような条件及び制御内容で、実際に利用者が就寝している状態で温熱シート９への投入熱量の制御を行った。図１４に示すような睡眠深度の判定結果が得られたところ、目標投入熱量は、図１５に示すようになった。そして、図１６に示すような室温変化が存在した環境下で投入熱量を制御しながら寝床内温度を測定した結果、図１７に示すように、室温変化を反映した寝床内温度制御を実現することができた。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態として示す睡眠環境温度制御装置においては、フィードフォワード制御を行うことから、フィードバック制御に必要となる煩雑な寝床内温度測定を行うことなく、極めて簡便な構成でありながら、寝床内温度を含む睡眠環境温度の制御を実現することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述した実施の形態では、心拍信号を検出する方法として、利用者の身体の下に敷設した無拘束の生体信号検出部１によって得られた生体信号から心拍信号を抽出する方法を示したが、本発明は、継続的に心拍信号又は心拍信号と同等の信号が得られる検出手段であれば適用可能である。例えば、本発明は、手首や上腕部等の身体に装着するタイプの心拍計や脈拍計であってデータを連続的に記録することが可能なものであれば生体信号検出部１として適用可能である。

また、生体信号検出部１としては、上述した中空チューブを用いる代わりに、図１８に示すようなエアマット式の検出手段を用いてもよい。すなわち、図１８に示す生体信号検出部３０は、内部に空気を封入したエアマット３０ａの一端にエアチューブ３０ｂが接続され、さらに、このエアチューブ３０ｂに微差圧センサ３０ｃが接続されて構成される。なお、微差圧センサ３０ｃは、中空チューブを用いた生体信号検出部１の場合において説明したものと同様のものを用いることができる。

さらに、上述した実施の形態では、心拍信号に基づく処理を中心に説明したが、本発明は、呼吸信号に基づいて呼吸強度やその分散値を求め、睡眠深度判定に用いるようにしてもよく、心拍信号による判定と呼吸信号による判定との論理積によって最終的な睡眠深度判定を行うようにしてもよい。

さらにまた、上述した実施の形態では、心拍強度のばらつきを示す分散値として標準偏差を採用したが、本発明は、例えば、分散、偏差平方和、所定範囲等の統計量を採用してもよい。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

１，３０生体信号検出部
１ａ圧力検出チューブ
１ｂ，３０ｃ微差圧センサ
２信号増幅部
３フィルタ部
４自動利得制御部
５信号強度算出部
６分散値算出部
７睡眠深度判定部
８，１５温度制御部
９温熱シート
１０，１６温度センサ
１７空調装置
２１寝台
２２硬質シート
２３クッションシート
３０ａエアマット
３０ｂエアチューブ

Claims

温度調節機能を有する寝具を利用している利用者の寝床内温度及び／又は前記寝具が配置された部屋の室温を含む睡眠環境温度を制御する睡眠環境温度制御装置において、
前記利用者の生体信号を無侵襲且つ無拘束で検出する生体信号検出手段と、
前記生体信号検出手段によって検出された生体信号に対して利得制御を行うことによってピーク値を一定に制御し、そのときの利得の値を用いて生体信号の強度を算出し、算出した生体信号強度のデータを正規化する生体信号強度算出手段と、
前記生体信号強度算出手段によって算出されて正規化された生体信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値を算出する分散値算出手段と、
前記分散値算出手段によって求められた前記生体信号強度の分散値の時系列データに基づいて、前記利用者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定手段と、
前記睡眠深度判定手段によって判定された睡眠深度に基づいて、前記部屋に配置された空調装置及び／又は前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御する温度制御手段と、
前記利用者の操作のもとに、入床時における前記空調装置及び／又は前記寝具の睡眠環境温度を設定する睡眠環境温度設定手段と、
前記利用者の操作のもとに、前記睡眠環境温度設定手段によって設定された睡眠環境温度よりも低い温度であって、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階、及び、深いノンレム睡眠段階のそれぞれについての睡眠環境温度の目標設定温度と、所定の誘導温度とを設定する目標設定温度及び誘導温度設定手段とを備え、
前記睡眠深度判定手段は、少なくとも、深いノンレム睡眠段階と、それ以外の睡眠深度である覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階とを区別して判定可能であり、前記分散値が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定し、
前記温度制御手段は、前記睡眠深度判定手段によって判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定手段によって設定された睡眠環境温度の目標設定温度になるように前記空調装置を制御する、及び／又は、前記睡眠深度判定手段によって判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定手段によって設定された睡眠環境温度の目標設定温度に対応する目標投入熱量になるように前記寝具を制御するとともに、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移するまでの継続時間における途中で、浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも低く且つ深いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも高い誘導温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御する一方で、前記睡眠深度判定手段によって深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定された場合には、前記誘導温度での制御を行わずに即座に浅いノンレム睡眠段階に対応する目標設定温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御すること
を特徴とする睡眠環境温度制御装置。
前記利用者の寝床内温度を測定する寝床内温度測定手段を備え、
前記温度制御手段は、前記睡眠深度判定手段によって判定された睡眠深度と、前記寝床内温度測定手段によって測定された温度とに基づいて、前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御すること
を特徴とする請求項１記載の睡眠環境温度制御装置。
前記寝具が配置された部屋の室温を測定する室温測定手段を備え、
前記室温測定手段によって測定された室温の変化に応じて目標設定温度を変更すること
を特徴とする請求項２記載の睡眠環境温度制御装置。
前記部屋の室温を測定する室温測定手段を備え、
前記温度制御手段は、前記睡眠深度判定手段によって判定された睡眠深度と、前記室温測定手段によって測定された室温とに基づいて、前記部屋に配置された空調装置及び／又は前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御すること
を特徴とする請求項１記載の睡眠環境温度制御装置。
前記室温測定手段によって測定された室温の変化に応じて目標設定温度を変更すること
を特徴とする請求項４記載の睡眠環境温度制御装置。
前記温度制御手段は、覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階についての設定温度＞誘導温度＞深いノンレム睡眠段階についての設定温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御すること
を特徴とする請求項２乃至請求項５のうちいずれか１項記載の睡眠環境温度制御装置。
前記温度制御手段は、目覚めの際には睡眠環境温度を上昇させるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御すること
を特徴とする請求項２乃至請求項５のうちいずれか１項記載の睡眠環境温度制御装置。
前記温度制御手段は、設定された入床時刻に基づいて入床前に所定温度まで睡眠環境温度を上昇させること
を特徴とする請求項２乃至請求項５のうちいずれか１項記載の睡眠環境温度制御装置。
前記寝具は、電気加熱方式のものであること
を特徴とする請求項１記載の睡眠環境温度制御装置。
前記寝具は、温度調節された流体を収容する温度調節マットであること
を特徴とする請求項１記載の睡眠環境温度制御装置。
前記寝具は、温度調節された空気を寝床内に供給する空気供給手段を備えること
を特徴とする請求項１記載の睡眠環境温度制御装置。
温度調節機能を有する寝具を利用している利用者の寝床内温度及び／又は前記寝具が配置された部屋の室温を含む睡眠環境温度を制御する睡眠環境温度制御方法において、
所定の生体信号検出手段によって前記利用者の生体信号を無侵襲且つ無拘束で検出する生体信号検出工程と、
信号処理を行うプロセッサが、前記生体信号検出工程にて検出された生体信号に対して利得制御を行うことによってピーク値を一定に制御し、そのときの利得の値を用いて生体信号の強度を算出し、算出した生体信号強度のデータを正規化する生体信号強度算出工程と、
前記プロセッサが、前記生体信号強度算出工程にて算出されて正規化された生体信号強度のデータについて、所定時間のデータのばらつきを示す分散値を算出する分散値算出工程と、
前記プロセッサが、前記分散値算出工程にて求められた前記生体信号強度の分散値の時系列データに基づいて、前記利用者の睡眠深度を判定する睡眠深度判定工程と、
前記睡眠深度判定工程にて判定された睡眠深度に基づいて、前記部屋に配置された空調装置及び／又は前記寝具を制御して睡眠環境温度を制御する温度制御工程と、
前記利用者の操作のもとに、所定の睡眠環境温度設定手段を介して、入床時における前記空調装置及び／又は前記寝具の睡眠環境温度を設定する睡眠環境温度設定工程と、
前記利用者の操作のもとに、所定の目標設定温度及び誘導温度設定手段を介して、前記睡眠環境温度設定工程にて設定された睡眠環境温度よりも低い温度であって、覚醒段階、レム睡眠段階、浅いノンレム睡眠段階、及び、深いノンレム睡眠段階のそれぞれについての睡眠環境温度の目標設定温度と、所定の誘導温度とを設定する目標設定温度及び誘導温度設定工程とを備え、
前記睡眠深度判定工程では、少なくとも、深いノンレム睡眠段階と、それ以外の睡眠深度である覚醒段階、レム睡眠段階、及び、浅いノンレム睡眠段階とを区別して判定可能であり、前記分散値が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定し、
前記温度制御工程では、前記睡眠深度判定工程にて判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定工程にて設定された睡眠環境温度の目標設定温度になるように前記空調装置を制御する、及び／又は、前記睡眠深度判定工程にて判定された各睡眠深度に応じた、前記目標設定温度及び誘導温度設定工程にて設定された睡眠環境温度の目標設定温度に対応する目標投入熱量になるように前記寝具を制御するとともに、浅いノンレム睡眠段階から深いノンレム睡眠段階へと遷移するまでの継続時間における途中で、浅いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも低く且つ深いノンレム睡眠段階における目標設定温度よりも高い誘導温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御する一方で、前記睡眠深度判定工程にて深いノンレム睡眠段階から浅いノンレム睡眠段階へと遷移したものと判定された場合には、前記誘導温度での制御を行わずに即座に浅いノンレム睡眠段階に対応する目標設定温度となるように前記空調装置及び／又は前記寝具を制御すること
を特徴とする睡眠環境温度制御方法。