(57)【要約】  脈波に伴って静電容量が変化することを利用し、且つ、従来とは異なる方法を適用して、高精度に且つ容易に脈波を計測できる静電容量型脈波計測装置を提供する。脈波計測装置（１００）は、表層側電極（１１）、深層側電極（１２）、誘電層（１３）及びグランド電極（１４）を備える。人体（１）の動脈が表層側電極（１１）とグランド電極（１４）との配置方向に向かって流通する状態において、電源（２１）により入力電圧（Ｖｉｎ）を深層側電極（１２）に印加する場合に、計測器（３２）が、表層側電極（１１）とグランド電極（１４）との間の静電容量（Ｃｙ）を含む計測対象静電容量に応じた表層側電極（１１）の電位（Ｖｏ）を計測する。計測器（３２）による計測信号に基づいて、演算装置（３３）が、人体（１）の脈波を算出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の表面との間に絶縁性の被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する表層側電極と、
前記表層側電極から前記被接触部材とは反対側に離れて配置される深層側電極と、
前記表層側電極と前記深層側電極との間に介在する誘電層と、
前記表層側電極から前記被接触部材の面方向に離れて配置され、前記人体の表面との間に前記被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続し、且つ、グランド電位に接続されるグランド電極と、
前記表層側電極とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、
前記深層側電極に入力電圧を印加可能な電源と、
前記人体の動脈が前記表層側電極と前記グランド電極との配置方向に向かって流通する状態において、前記電源により前記入力電圧を前記深層側電極に印加する場合に、前記表層側電極と前記グランド電極との間の静電容量を含む計測対象静電容量に応じた前記表層側電極の電位を計測する計測器と、
前記計測器による計測信号に基づいて前記人体の脈波を算出する演算装置と、
を備える、静電容量型脈波計測装置。
【請求項２】
前記演算装置は、前記計測器により増幅された計測信号から所定の周波数帯域の信号を抽出して、前記脈波を算出する、請求項１に記載の静電容量型脈波計測装置。
【請求項３】
前記静電容量型脈波計測装置は、
前記深層側電極を前記電源に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第一入力用スイッチング素子と、
前記表層側電極とグランド電位との間に配置され、前記表層側電極をグランド電位に接続する状態と遮断する状態とを切り替える充放電用スイッチング素子と、
前記第一入力用スイッチング素子及び前記充放電用スイッチング素子を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記表層側電極及び深層側電極がグランド電位に接続されることで前記表層側電極の電荷を放電し、
放電の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記深層側電極に前記入力電圧が印加される状態にすることで、前記表層側電極と前記深層側電極との間に充電し、
前記計測器は、充電された状態で、前記計測対象静電容量に応じた前記表層側電極の電位を計測する、請求項１又は２に記載の静電容量型脈波計測装置。
【請求項４】
前記表層側電極と前記深層側電極との間の静電容量は、固定値に設定される、請求項３に記載の静電容量型脈波計測装置。
【請求項５】
前記静電容量型脈波計測装置は、
一端側を前記電源に接続可能であり、他端側を前記表層側電極に接続される並列キャパシタと、
前記深層側電極を前記電源に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第一入力用スイッチング素子と、
前記並列キャパシタの一端側を前記電源に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第二入力用スイッチング素子と、
前記表層側電極とグランド電位との間に配置され、前記表層側電極をグランド電位に接続する状態と遮断する状態とを切り替える充放電用スイッチング素子と、
前記第一入力用スイッチング素子、前記第二入力用スイッチング素子及び前記充放電用スイッチング素子を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記表層側電極及び前記深層側電極がグランド電位に接続されることで前記表層側電極の電荷を放電する第一状態とし、
前記第一状態の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記並列キャパシタの一端側のみに前記入力電圧が印加される状態にして、前記並列キャパシタの他端側の電位を計測する第二状態とし、
前記第二状態の後に、前記深層側電極及び前記並列キャパシタの一端側に前記入力電圧が印加される状態にすることで、前記表層側電極の電位を計測する第三状態とし、
前記第三状態の後に、前記深層側電極の一端側のみに前記入力電圧が印加される状態にすることで、前記表層側電極の電位を計測する第四状態とし、
前記演算装置は、前記第四状態における前記計測器による計測信号に基づいて、前記脈波を算出する、請求項１又は２に記載の静電容量型脈波計測装置。
【請求項６】
前記表層側電極と前記深層側電極との間の静電容量は、可変し、
前記並列キャパシタは、静電容量の異なる複数の並列キャパシタであり、
前記複数の並列キャパシタの少なくとも一つが、一端側を前記電源に接続され、他端側を前記表層側電極に接続され、
前記演算装置は、前記電源を前記複数の並列キャパシタの中から少なくとも一つを選択した場合に、前記第四状態における前記計測器による計測信号に基づいて、前記脈波を算出する、請求項５に記載の静電容量型脈波計測装置。
【請求項７】
人体の表面との間に絶縁性の被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する表層側電極と、
前記表層側電極から前記被接触部材の面方向に離れて配置され、前記人体の表面との間に前記被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する第二表層側電極と、
前記表層側電極とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、
前記第二表層側電極に入力電圧を印加可能な電源と、
前記人体の動脈が前記表層側電極と前記第二表層側電極との配置方向に向かって流通する状態において、前記電源により前記入力電圧を前記第二表層側電極に印加する場合に、前記表層側電極と前記第二表層側電極との間の静電容量を含む計測対象静電容量に応じた前記表層側電極の電位を計測する計測器と、
前記計測器による計測信号に基づいて前記人体の脈波を算出する演算装置と、
を備える、静電容量型脈波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型脈波計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１６８６０８号公報には、シートクッションの臀部下に付設される生体信号測定器が記載されている。生体信号測定器は、人がシートクッション上に位置するときに、脈波等によってシートクッションに伝達される振動を検出する。【０００３】
また、特許第４１４９８２９号公報には、一対の定電流電極と一対の電圧電極とを用いて、定電流電極に定電流を供給して、電圧電極にて生体インピーダンスの変化を表す電圧波形を脈波として取得することが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、脈波に伴って静電容量が変化することを利用し、且つ、従来とは異なる方法を適用して、高精度に且つ容易に脈波を計測できる静電容量型脈波計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の静電容量型脈波計測装置は、人体の表面との間に絶縁性の被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する表層側電極と、前記表層側電極から前記被接触部材とは反対側に離れて配置される深層側電極と、前記表層側電極と前記深層側電極との間に介在する誘電層と、前記表層側電極から前記被接触部材の面方向に離れて配置され、前記人体の表面との間に前記被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続し、且つ、グランド電位に接続されるグランド電極と、前記表層側電極とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、前記深層側電極に入力電圧を印加可能な電源と、前記人体の動脈が前記表層側電極と前記グランド電極との配置方向に向かって流通する状態において、前記電源により前記入力電圧を前記深層側電極に印加する場合に、前記表層側電極と前記グランド電極との間の静電容量を含む計測対象静電容量に応じた前記表層側電極の電位を計測する計測器と、前記計測器による計測信号に基づいて前記人体の脈波を算出する演算装置とを備える。【０００６】
上記の静電容量型脈波計測装置によれば、計測器は、人体の静電容量と、表層側電極と深層側電極との静電容量（以下、「電極間静電容量」と称する）と、人体と表層側電極との間の結合容量と、人体とグランド電極との間の結合容量とが直列接続された状態において、人体の静電容量と電極間静電容量との中間電位を測定する。ただし、表層側電極とグランド電位との間には、ブリッジ用キャパシタが接続される。つまり、ブリッジ用キャパシタは、人体の静電容量に並列接続されることになる。【０００７】
そして、当該中間電位は、人体の静電容量、電極間静電容量、各結合容量、及び、ブリッジ用キャパシタの静電容量の影響を受ける電位となる。また、人体の静電容量、又は、各結合容量が、脈波に伴う変化分を含むと考えられる。例えば、人体の静電容量は、人体の基本静電容量に加えて、脈波に伴う変化分を含むと考えられる。もしくは、脈波に伴って人体の表面と表層側電極との距離が変動することにより、各結合容量が、脈波に伴う変化分を含むとも考えられる。【０００８】
特に、人体の動脈の流通方向が、表層側電極とグランド電極の配置方向となることで、表層側電極とグランド電極との間の静電容量は、脈波の影響を確実に受ける。従って、演算装置が、当該中間電位から人体の動脈の静電容量の影響分を抽出することで、人体の脈波を確実に取得できる。【０００９】
また、ブリッジ用キャパシタが人体の静電容量に並列接続されるため、人体が表層側電極に電気的に接続していない場合において、電源とグランド電位との間には、深層側電極、表層側電極及びブリッジ用キャパシタを介する回路が形成される。つまり、人体が表層側電極に電気的に接続しているか接続していないかに関わらず、安定した回路が形成される。従って、計測器が、確実に当該中間電位を計測できる。【００１０】
さらに、表層側電極及びグランド電極は、絶縁性の被接触部材を挟んで人体の表面に電気的に接続する。仮に、表層側電極又はグランド電極が、人体の表面（例えば人体の皮膚）に直接接触すると、計測器は、種々の電気的ノイズの影響を受ける。そこで、被接触部材が挟まれることで、計測器が計測する電位は、電気的ノイズの影響が小さくなる。【００１１】
本発明の第二の静電容量型脈波計測装置は、人体の表面との間に絶縁性の被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する表層側電極と、前記表層側電極から前記被接触部材の面方向に離れて配置され、前記人体の表面との間に前記被接触部材を挟んで前記人体に電気的に接続する第二表層側電極と、前記表層側電極とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタと、前記第二表層側電極に入力電圧を印加可能な電源と、前記人体の動脈が前記表層側電極と前記第二表層側電極との配置方向に向かって流通する状態において、前記電源により前記入力電圧を前記第二表層側電極に印加する場合に、前記表層側電極と前記第二表層側電極との間の静電容量を含む計測対象静電容量に応じた前記表層側電極の電位を計測する計測器と、前記計測器による計測信号に基づいて前記人体の脈波を算出する演算装置とを備える。【００１２】
この場合、人体が表層側電極及び第二表層側電極に対して電気的に接続している状態において、計測器が計測する電位は、人体の静電容量などを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。そこで、演算装置は、人体が電気的に接続している状態において、計測器が計測する電位に基づいて、確実に人体の脈波を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態の静電容量型脈波計測装置の構成を示す図である。
【図２】図１の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続している状態を示す図である。
【図３】図１の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続していない状態を示す図である。
【図４】図２の等価回路において、スイッチング素子ＳＷ１０、ＳＷ１１、深層側電極の電位Ｖｉｎ１及び表層側電極の電位（出力電圧）Ｖｏの動作のタイミングチャートである。
【図５】図２に示す人体の電気的な非接続状態から図３に示す人体の電気的な接続状態へ移行するときの出力電圧Ｖｏの変化を示す図である。
【図６】図１の演算装置により得られる脈波の波形である。
【図７】第二実施形態の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続している状態を示す図である。
【図８】第二実施形態において、スイッチング素子ＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、深層側電極の電位Ｖｉｎ１、並列キャパシタの一端側の電位Ｖｉｎ２及び表層側電極の電位Ｖｏの動作のタイミングチャートである。
【図９】人体が電気的に接続していない状態において、ＳＷ１０を閉状態（ＯＮ）とし、ＳＷ１１、ＳＷ１２をグランド電位に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１０】人体が電気的に接続していない状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１をグランド電位、ＳＷ１２を電源に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１１】人体が電気的に接続していない状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１、ＳＷ１２を電源に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１２】人体が電気的に接続していない状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１を電源に、ＳＷ１２をグランド電位に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１３】人体が電気的に接続している状態において、ＳＷ１０を閉状態（ＯＮ）とし、ＳＷ１１、ＳＷ１２をグランド電位に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１４】人体が電気的に接続している状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１をグランド電位、ＳＷ１２を電源に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１５】人体が電気的に接続している状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１、ＳＷ１２を電源に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１６】人体が電気的に接続している状態において、ＳＷ１０を開状態（ＯＦＦ）とし、ＳＷ１１を電源に、ＳＷ１２をグランド電位に接続した場合の脈波計測装置の等価回路を示す。
【図１７】図７に示す等価回路において、人体の電気的な非接続状態から接続状態へ移行するときの各状態の出力電圧Ｖｏの変化を示す図である。
【図１８】第三実施形態において、スイッチング素子ＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、深層側電極の電位Ｖｉｎ１、並列キャパシタの一端側の電位Ｖｉｎ２及び表層側電極の電位Ｖｏの動作のタイミングチャートである。
【図１９】第四実施形態における表層側電極、深層側電極及び誘電層を構成する装置図である。
【図２０】第四実施形態において、図７の脈波計測装置の等価回路を適用した場合に、人体の電気的な非接続状態から接続状態へ移行するときの各状態の出力電圧Ｖｏの変化を示す図である。
【図２１】第五実施形態の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続している状態を示す図である。
【図２２】図２１の第一の並列キャパシタが接続される状態において、人体の電気的な非接続状態から接続状態へ移行するときの各状態の出力電圧Ｖｏの変化を示す図である。
【図２３】図２１の第二の並列キャパシタが接続される状態において、人体の電気的な非接続状態から接続状態へ移行するときの各状態の出力電圧Ｖｏの変化を示す図である。
【図２４】第六実施形態の静電容量型脈波計測装置の構成を示す図である。
【図２５】図２４の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続している状態を示す図である。
【図２６】図２４の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続していない状態を示す図である。
【図２７】第七実施形態の静電容量型脈波計測装置の構成を示す図である。
【図２８】図２７の脈波計測装置の等価回路であって、人体が電気的に接続している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の静電容量型脈波計測装置１００について図１〜図６を参照して説明する。脈波計測装置１００は、人体１の脈波を計測する。ここで、人体１における異なる２か所の表面２，３間は、基本静電容量Ｃｈと動脈に伴う静電容量ΔＣｈとを並列接続された回路と表されるものとする。血液は、他の生体組織に比べて導電率が極めて高いため、他の臓器が無い部分では、血液の流量に応じて静電容量が変化する。つまり、動脈の脈波に応じて、静電容量が変化する。そこで、脈波計測装置１００は、動脈の脈波に応じて変化する静電容量を検出することで、人体１の脈波を計測する。
【００１５】
脈波計測装置１００は、例えば、車両用などのシートの座面、シートの肘掛けコンソール、人体１の手首バンド、便座などに適用される。脈波計測装置１００が座面及び便座に適用される場合には、人体１の大腿動脈の脈波が計測される。脈波計測装置１００が肘掛けコンソール又は手首バンドに適用される場合には、人体１の橈骨動脈又は尺骨動脈の脈波が計測される。上記の他、脈波計測装置１００は、人体１の各種動脈付近に配置される。
【００１６】
脈波計測装置１００は、図１に示すように、計測ユニット１０と、電源２１と、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１と、ブリッジ用キャパシタ２２と、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０と、コントローラ３１と、計測器３２と、演算装置３３を備える。ここで、人体１が電気的に接続している状態の脈波計測装置１００は、図２に示す等価回路となる。一方、人体１が電気的に接続していない状態の脈波計測装置１００は、図３に示す等価回路となる。
【００１７】
計測ユニット１０は、計測対象である人体の動脈付近に配置される。例えば、脈波計測装置１００が車両シートの座面に適用される場合には、計測ユニット１０は座面の表面側に埋設される。計測ユニット１０は、表層側電極１１と、深層側電極１２と、誘電層１３と、グランド電極１４とを備える。
【００１８】
表層側電極１１は、人体１の表面２との間に絶縁性の被接触部材４を挟んで人体に電気的に接続する。計測ユニット１０が車両シートの座面に埋設される場合、被接触部材４は、シートの表皮及び人体１が装着する衣類などである。被接触部材４は、シートの表皮のみでもよく、人体１が装着する衣類のみでもよい。つまり、表層側電極１１と人体１の表面２（皮膚）が直接接触することがないように、種々の被接触部材４が介在すればよい。表層側電極１１は、例えば、シートの座面の表面側に配置される。表層側電極１１は、例えば、帯状に形成され、シートの座面の左右方向に延びるように配置される。
【００１９】
深層側電極１２は、表層側電極１１から被接触部材４とは反対側に離れて配置される。つまり、深層側電極１２は、表層側電極１１に対して距離を隔てて対向する。誘電層１３は、表層側電極１１と深層側電極１２との間に介在する。本実施形態においては、誘電層１３の厚みは固定される。従って、表層側電極１１と深層側電極１２との静電容量Ｃｎ（以下、「電極間静電容量Ｃｎ」と称する。）は、固定値に設定される。
【００２０】
グランド電極１４は、表層側電極１１から被接触部材４の面方向に離れて配置される。グランド電極１４は、人体１の表面３との間に被接触部材４を挟んで人体１に電気的に接続し、且つ、グランド電位に接続される。グランド電極１４は、例えば、表層側電極１１と同様の帯状に形成され、シートの座面の左右方向に延びるように配置され、表層側電極１１に対して座面の前後方向に離れて配置される。つまり、シートの座面に人体１が着座した状態において、人体１の大腿動脈は、表層側電極１１とグランド電極１４との配置方向に向かって流通する。
【００２１】
電源２１は、定電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加する電源である。電源２１は、深層側電極１２に入力電圧Ｖｉｎを印加可能である。第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１は、深層側電極１２を電源２１に接続する状態と、深層側電極１２をグランド電位に接続する状態とを切り替える。
【００２２】
ブリッジ用キャパシタ２２は、表層側電極１１とグランド電位との間に接続される。ブリッジ用キャパシタ２２の静電容量は、Ｃｂである。深層側電極１２が電源２１に接続される場合には、ブリッジ用キャパシタ２２は、電極間静電容量Ｃｎに直列接続される。つまり、ブリッジ用キャパシタ２２は、電極間静電容量Ｃｎに対してブリッジ回路を構成する。充放電用スイッチング素子ＳＷ１０は、表層側電極１１とグランド電位との間に配置され、表層側電極１１をグランド電位に接続する状態と、表層側電極１１をグランド電位から遮断する状態とを切り替える。
【００２３】
コントローラ３１は、図４に示すように、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１及び充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を制御する。コントローラ３１は、以下に示す放電工程と充電工程とを交互に実行する。すなわち、コントローラ３１は、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることで、表層側電極１１の電荷をグランド電位に放電する（放電工程）。ここで、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態とは、深層側電極１２に対して入力電圧Ｖｉｎを印加していない状態に相当する。上記放電工程により、電極間静電容量Ｃｎの電荷を基準状態としてのグランド電位に設定することで、キャリブレーションを行うことができる。
【００２４】
また、コントローラ３１は、上記放電工程の後に、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１を電源２１側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にすることで、電極間静電容量Ｃｎに充電する（充電工程）。ここで、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１を電源２１側に接続した状態とは、電極間静電容量Ｃｎに対して入力電圧Ｖｉｎを印加する状態に相当する。
【００２５】
計測器３２は、コントローラ３１が充電工程を実行する場合（図４のｔ３〜ｔ４）において、電極間静電容量Ｃｎとブリッジ用キャパシタ２２の静電容量Ｃｂとの中間電位Ｖｏを計測する。つまり、計測器３２は、電源２１により入力電圧Ｖｉｎを深層側電極に印加する場合に、表層側電極１１の電位である出力電圧Ｖｏを計測する。
【００２６】
ここで、出力電圧Ｖｏは、式（１）により表される。ただし、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態と接続している状態とに応じて、出力電圧Ｖｏは異なる。式（１）において、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙは、式（２）により表される。人体１の表面２と表層側電極１１との間の結合容量はＣ１であり、人体１の表面３とグランド電極１４との間の結合容量はＣ２である。
【００２７】
【数１】
2016152714.tif 000003
【００２８】
【数２】
2016152714.tif 000004
【００２９】
式（１）（２）より、出力電圧Ｖｏは、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙ、表層側電極１１と深層側電極１２との間の静電容量Ｃｎ、及び、ブリッジ用キャパシタ２２の静電容量Ｃｂを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。ここで、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙは、人体１の基本静電容量Ｃｈと動脈に伴う静電容量ΔＣｈとを並列接続した容量と、人体１と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１と、人体１とグランド電極１４との間の結合容量Ｃ２とを直列接続した容量である。また、式（１）より明らかなように、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続していない状態においては、出力電圧Ｖｏ１は、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙを含まない計測対象静電容量に応じた電位となる。
【００３０】
図５に示すように、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態から、電気的に接続している状態へ変化した場合において、出力電圧Ｖｏは変化する。図５において、時刻Ｔ１において、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続する。図５及び式（１）（２）より明らかなように、人体１が電気的に接続している状態の出力電圧Ｖｏ２は、電気的に接続していない状態の出力電圧Ｖｏ１より小さい。さらに、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続している状態において、出力電圧Ｖｏ２は、人体１の動脈の影響を受けて、微小な振動波形となる。
【００３１】
ブリッジ用キャパシタ２２の静電容量Ｃｂ及び人体１等の静電容量Ｃｙが電極間静電容量Ｃｎに対して直列接続されており、計測器３２が、深層側電極１２の電位、すなわち電極間静電容量Ｃｎと静電容量Ｃｂ，Ｃｙとの間の電位（中間電位）を取得している。ここで、一般に、直列接続された２つのキャパシタの中間電位は不定である。
【００３２】
しかし、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることで、表層側電極１１の電荷が一旦放電される。すなわち、上記中間電位がグランド電位になる。この状態が基準状態とされる。つまり、基準状態における中間電位は、グランド電位に等しい。換言すると、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることによって、中間電位のキャリブレーションを行うことができる。
【００３３】
そして、計測器３２は、放電された後に、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にし且つ入力電圧Ｖｉｎを印加した状態にされた時に、表層側電極１１の電位を計測する。つまり、計測器３２が計測する電位は、人体１の静電容量Ｃｙなどを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。
【００３４】
さらに、計測器３２は直列接続された静電容量の中間電位を用いるため、例えば電流計測の場合に比べて、電気的ノイズの影響を受けにくくなり、高精度な静電容量の計測が可能となる。さらに、計測器３２は、中間電位を用いた計測であるため、高速な計測を可能とする。また、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にするキャリブレーションは、短時間で行うことができる。このことからも、高速な静電容量の計測が可能となる。
【００３５】
演算装置３３は、計測器３２により増幅された計測信号を、例えばバンドパスフィルタなどによって、計測信号から所定の周波数帯域（例えば、１Ｈｚ〜３Ｈｚ）の信号を抽出して、脈波を算出する。
【００３６】
ここで、演算装置３３が増幅された計測信号を処理する理由は、脈波の影響による信号の振幅は非常に小さいため、所定の周波数帯域の信号を抽出する際に、適切に所望の信号を抽出できないことがあるためである。また、演算装置３３が所定の周波数帯域の信号を抽出することで、人体１の基本静電容量Ｃｈの成分、人体１の表面２と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１及び人体１の表面３とグランド電極１４との間の結合容量Ｃ２は、大部分が除去され、脈波の影響分のみが抽出される。
【００３７】
演算装置３３が増幅された計測信号から所定の周波数帯域の信号を抽出した信号波形は、図６に示すような脈波となる。そして、演算装置３３が当該脈波のピーク数をカウントすることで、脈拍数を得ることができる。
【００３８】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の脈波計測装置２００について、図７〜図１７を参照して説明する。図７に示すように、脈波計測装置２００は、上記実施形態の脈波計測装置１００に対して、並列キャパシタ２３及び第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２をさらに備える。
【００３９】
並列キャパシタ２３は、一端側が電源２１に接続可能であり、他端側を表層側電極１１に接続される。つまり、並列キャパシタ２３の一端側及び深層側電極１２が電源２１に接続されている状態において、並列キャパシタ２３は、表層側電極１１と深層側電極１２との静電容量Ｃｎに対して並列接続される関係となる。並列キャパシタ２３の静電容量は、Ｃａである。第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２は、並列キャパシタ２３の一端側を電源２１に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える。
【００４０】
コントローラ３１は、図８に示すように、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１、第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２及び充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を制御する。各状態において、人体１が電気的に接続していない状態と接続している状態とについての等価回路は、図９〜図１６に示すとおりである。
【００４１】
図８のｔ１〜ｔ２の第一状態において、人体１が電気的に接続していない場合には、図９に示す等価回路となる。図８のｔ１〜ｔ２の第一状態において、人体１が電気的に接続している場合には、図１３に示す等価回路となる。このとき、出力電圧Ｖｏ１１（Ｖｏ１１１，Ｖｏ１１２）は、式（３）に示すとおりである。
【００４２】
【数３】
2016152714.tif 000005
【００４３】
図８のｔ２〜ｔ３の第二状態において、人体１が電気的に接続していない場合には、図１０に示す等価回路となる。図８のｔ２〜ｔ３の第二状態において、人体１が電気的に接続している場合には、図１４に示す等価回路となる。このとき、出力電圧Ｖｏ１２（Ｖｏ１２１，Ｖｏ１２２）は、式（４）に示すとおりである。
【００４４】
【数４】
2016152714.tif 000006
【００４５】
図８のｔ３〜ｔ４の第三状態において、人体１が電気的に接続していない場合には、図１１に示す等価回路となる。図８のｔ３〜ｔ４の第三状態において、人体１が電気的に接続している場合には、図１５に示す等価回路となる。このとき、出力電圧Ｖｏ１３（Ｖｏ１３１，Ｖｏ１３２）は、式（５）に示すとおりである。
【００４６】
【数５】
2016152714.tif 000007
【００４７】
図８のｔ４〜ｔ５の第四状態において、人体１が電気的に接続していない場合には、図１２に示す等価回路となる。図８のｔ４〜ｔ５の第四状態において、人体１が電気的に接続している場合には、図１６に示す等価回路となる。このとき、出力電圧Ｖｏ１４（Ｖｏ１４１，Ｖｏ１４２）は、式（６）に示すとおりである。
【００４８】
【数６】
2016152714.tif 000008
【００４９】
図１７に示すように、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態から、電気的に接続している状態へ変化した場合において、出力電圧Ｖｏは変化する。図１７において、時刻Ｔ１において、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続する。
【００５０】
演算装置３３は、人体１が電気的に接続している状態において、第四状態の出力電圧Ｖｏ１４２に基づいて、脈波を算出する。詳細には、演算装置３３は、増幅された出力信号Ｖｏ１４２から所定の周波数帯域の信号を抽出して、脈波を算出する。ここで、演算装置３３は、第四状態の出力電圧Ｖｏ１４２を処理しているため、分解能が大きくなり、脈波の算出が確実となる。
【００５１】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の脈波計測装置３００は、第二実施形態の脈波計測装置２００に対して、計測器３２のキャリブレーションのタイミングが異なる。上記の脈波計測装置２００においては、計測器３２は、第一状態（図８のｔ１〜ｔ２）においてキャリブレーションを行った。すなわち、計測器３２が取得する出力電圧Ｖｏは、第一状態における出力電圧Ｖｏ１１（Ｖｏ１１１，Ｖｏ１１２）をゼロ（基準）とする値であった。
【００５２】
本実施形態の脈波計測装置３００においては、図１８に示すように、計測器３２は、第二状態（図１８のｔ２〜ｔ３）においてキャリブレーションを行う。すなわち、計測器３２が取得する出力電圧Ｖｏは、第二状態における出力電圧Ｖｏ２２（Ｖｏ２２１，Ｖｏ２２２）をゼロ（基準）とする値とする。
【００５３】
図１８のｔ１〜ｔ２の第一状態における出力電圧Ｖｏ２１（Ｖｏ２１１，Ｖｏ２１２）は、式（７）に示すとおりである。図１８のｔ２〜ｔ３の第二状態における出力電圧Ｖｏ２２（Ｖｏ２２１，Ｖｏ２２２）は、式（８）に示すとおりである。図１８のｔ３〜ｔ４の第三状態における出力電圧Ｖｏ２３（Ｖｏ２３１，Ｖｏ２３２）は、式（９）に示すとおりである。図１８のｔ４〜ｔ５の第四状態における出力電圧Ｖｏ２４（Ｖｏ２４１，Ｖｏ２４２）は、式（１０）に示すとおりである。
【００５４】
【数７】
2016152714.tif 000009
【００５５】
【数８】
2016152714.tif 000010
【００５６】
【数９】
2016152714.tif 000011
【００５７】
【数１０】
2016152714.tif 000012
【００５８】
計測器３２は、第四状態の出力電圧Ｖｏ２４を取得する。そして、演算装置３３は、人体１が電気的に接続している状態において計測器３２が取得した第四状態の出力電圧Ｖｏ２４２に基づいて、所定の周波数帯域の信号を抽出することで、脈波を算出する。
【００５９】
＜第四実施形態＞
第四実施形態の脈波計測装置４００において、図１９に示すように、計測ユニット１０を構成する誘電層１３が圧縮変形可能な材料により形成される。つまり、表層側電極１１と深層側電極１２との間の電極間静電容量Ｃｎは可変となる。例えば、計測ユニット１０の柔軟性を確保するために、誘電層１３が圧縮変形可能とすることがある。計測ユニット１０がシートの座面に配置される場合において、人体１の体重によって誘電層１３が圧縮変形することがある。この場合、電極間静電容量Ｃｎは、大きくなる。
【００６０】
図２０に示すように、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態から、電気的に接続している状態へ変化した場合において、出力電圧Ｖｏは変化する。図２０において、時刻Ｔ１は、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続する時点であり、Ｔ２は、誘電層１３が圧縮変形開始する時点であり、Ｔ３は、誘電層１３の圧縮変形が安定した状態となった時点である。
【００６１】
つまり、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に電気的に接続することによって、第四状態の出力電圧Ｖｏ１４は一旦低下し、誘電層１３の圧縮に伴って、第四状態の出力電圧Ｖｏ１４は上昇し始める。この場合、誘電層１３の圧縮変形が安定した後において、計測器３２は、動脈の脈波に応じて変化する深層側電極１２の電位を取得する。そして、演算装置３３が、計測信号に基づいて脈波を算出する。
【００６２】
＜第五実施形態＞
第五実施形態の脈波計測装置５００は、第四実施形態の脈波計測装置４００のように、誘電層１３が圧縮変形する構成が適用される。さらに、脈波計測装置５００は、図２１に示すように、それぞれ並列に接続可能に設けられ、静電容量の異なる複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂを備える。第一の並列キャパシタ２３ａの静電容量は、Ｃａ１であり、第二の並列キャパシタ２３ｂの静電容量は、Ｃａ２とする。説明上、例えば、静電容量Ｃａ１が、静電容量Ｃａ２より小さいとする。
【００６３】
さらに、脈波計測装置５００は、選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２を備える。一方の選択スイッチＳＷ５１は、複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの中から選択された一つと第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２とを接続する。他方の選択スイッチＳＷ５２は、複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの中から選択された一つと表層側電極１１とを接続する。
【００６４】
従って、複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの中から選択された一つのみが、一端側を電源２１又はグランド電位に接続され、他端側を表層側電極１１に接続される。複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの残りは、電源２１、グランド電位、表層側電極１１の何れにも接続されていない。ただし、図示しないが、複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの残りは、両端共に、グランド電位に接続するようにしてもよい。
【００６５】
選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２が第一の並列キャパシタ２３ａを選択している場合に、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態から、電気的に接続している状態へ変化すると、第四状態の出力電圧Ｖｏ３４は図２２に示すように変化する。ただし、図２２は、第二状態の出力電圧Ｖｏ３２がゼロ（基準）となるものとして表示する。
【００６６】
一方、選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２が第二の並列キャパシタ２３ｂを選択している場合に、人体１が表層側電極１１及びグランド電極１４に対して電気的に接続していない状態から、電気的に接続している状態へ変化すると、第四状態の出力電圧Ｖｏ４４は図２３に示すように変化する。ただし、図２３は、第二状態の出力電圧Ｖｏ４２がゼロ（基準）となるものとして表示する。
【００６７】
ここで、選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２が第一の並列キャパシタ２３ａを選択している場合に、第四状態の出力電圧Ｖｏ３４（Ｖｏ３４１，Ｖｏ３４２）は、式（１１）に示すとおりである。
【００６８】
【数１１】
2016152714.tif 000013
【００６９】
選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２が第二の並列キャパシタ２３ｂを選択している場合に、第四状態の出力電圧Ｖｏ４４（Ｖｏ４４１，Ｖｏ４４２）は、式（１２）に示すとおりである。
【００７０】
【数１２】
2016152714.tif 000014
【００７１】
第二の並列キャパシタ２３ｂが選択される場合における第四状態の出力電圧Ｖｏ４４２は、第一の並列キャパシタ２３ａが選択される場合における第四状態の出力電圧Ｖｏ３４２より小さくなる。例えば、演算装置３３は、第二の並列キャパシタ２３ｂが選択される場合の計測器３２により増幅された計測信号から所定の周波数帯域の信号を抽出することで、より確実に脈波を算出できる。このように、演算装置３３は、適宜、脈波を算出するのに適した並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの何れか一つを選択する。
【００７２】
なお、第五実施形態では、選択スイッチＳＷ５１，ＳＷ５２により、第一の並列キャパシタ２３ａ、第二の並列キャパシタ２３ｂの何れか一つのみを選択する構成としたが、第一の並列キャパシタ２３ａ、第二の並列キャパシタ２３ｂのそれぞれを個別に選択できる選択スイッチを設け、第一の並列キャパシタ２３ａ、第二の並列キャパシタ２３ｂの両方を選択する構成としても良い。
【００７３】
＜第六実施形態＞
第六実施形態の脈波計測装置６００は、図２４に示すように、第一実施形態の脈波計測装置から深層側電極１２をなくす一方、グランド電極１４に代わりに第二表層側電極１５を配置する。また、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１は、第二表層側電極１５を電源２１に接続する状態と、第二表層側電極１５をグランド電位に接続する状態とを切り替える構成とする。
【００７４】
コントローラ３１は、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１及び充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を制御する。コントローラ３１は、以下に示す放電工程と充電工程とを交互に実行する。すなわち、コントローラ３１は、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることで、表層側電極１１の電荷をグランド電位に放電する（放電工程）。ここで、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１をグランド電位側に接続した状態とは、第二表層側電極１５に対して入力電圧Ｖｉｎを印加していない状態に相当する。上記放電工程により、表層側電極１１と第二表層側電極１５の間の静電容量Ｃｚ（Ｃｚ１又はＣｚ２）の電荷を基準状態としてのグランド電位に設定することで、キャリブレーションを行うことができる。
【００７５】
また、コントローラ３１は、上記放電工程の後に、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１を電源２１側に接続した状態にし、且つ、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にすることで、電極間静電容量Ｃｚに充電する（充電工程）。ここで、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１を電源２１側に接続した状態とは、電極間静電容量Ｃｚに対して入力電圧Ｖｉｎを印加する状態に相当する。
【００７６】
計測器３２は、コントローラ３１が充電工程を実行する場合において、電極間静電容量Ｃｚとブリッジ用キャパシタ２２の静電容量Ｃｂとの中間電位Ｖｏ６を計測する。つまり、計測器３２は、電源２１により入力電圧Ｖｉｎを第二表層側電極１５に印加する場合に、表層側電極１１の電位である出力電圧Ｖｏ６を計測する。
【００７７】
ここで、人体１が電気的に接続している状態の脈波計測装置６００は、図２５に示す等価回路となる。一方、人体１が電気的に接続していない状態の脈波計測装置６００は、図２６に示す等価回路となる。人体１が表層側電極１１及び第二表層側電極１５に対して電気的に接続している状態においては、図２５に示すように、電極間静電容量Ｃｚは、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈを含む静電容量Ｃｚ１となる。一方、人体１が表層側電極１１及び第二表層側電極１５に対して電気的に接続していない状態においては、図２６に示すように、電極間静電容量Ｃｚは、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈとは無関係の静電容量Ｃｚ２となる。
【００７８】
そして、出力電圧Ｖｏ６は、式（１３）により表される。ただし、人体１が表層側電極１１及び第二表層側電極１５に対して電気的に接続していない状態と接続している状態とに応じて、出力電圧Ｖｏ６は異なる。計測器３２は、放電された後に、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にし且つ入力電圧Ｖｉｎを印加した状態にされた時に、表層側電極１１の電位を計測する。つまり、人体１が表層側電極１１及び第二表層側電極１５に対して電気的に接続している状態において、計測器３２が計測する電位は、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈなどを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。そこで、演算装置３３は、人体１が電気的に接続している状態において、出力電圧Ｖｏ６１に基づいて、脈波を算出する。
【００７９】
【数１３】
2016152714.tif 000015
【００８０】
＜第七実施形態＞
上記実施形態においては、図１及び図２に示すように、人体１における異なる２か所の表面２，３間は、基本静電容量Ｃｈと動脈に伴う静電容量ΔＣｈとを並列接続された回路として表されるものとした。
【００８１】
この他に、人体１における異なる２か所の表面２，３間は、図２７及び図２８に示すように、基本静電容量Ｃｈ、動脈に伴う静電容量ΔＣｈ、及び、抵抗Ｒを並列接続された回路として表されるとも考えられる。この場合、表面２，３間の電圧変化は、抵抗Ｒの存在により、動脈に伴う静電容量ΔＣｈの影響をほとんど受けないことになる。
【００８２】
ただし、動脈の振動に伴って、人体１の表面２と表層側電極１１との間に存在する被接触部材４が僅かに圧縮変形する。そのため、人体１の表面２と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１が変化する。同様に、動脈の振動に伴って、人体１の表面３とグランド電極１４との間に存在する被接触部材４が僅かに圧縮変形する。そのため、人体１の表面３とグランド電極１４との間の結合容量Ｃ２が変化する。
【００８３】
そうすると、上記実施形態において、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙは、式（２）で表したが、本実施形態においては、式（１４）により表される。式（１４）において、結合容量Ｃ１，Ｃ２が、脈波に伴って変化する値となる。また、表層側電極１１とグランド電極１４との配置方向は、人体１の大腿動脈の流通方向にほぼ一致させている。そのため、結合容量Ｃ１，Ｃ２は、ほぼ同様に変化するものと考えられる。
【００８４】
従って、図５に示す出力電圧Ｖｏ２は、結合容量Ｃ１，Ｃ２、すなわち人体１の動脈の影響を受けて、微小な振動波形となる。そのため、上記実施形態と同様に、演算装置３３は、人体１の脈波を得ることができる。
【００８５】
【数１４】
2016152714.tif 000016
【００８６】
なお、第七実施形態においては、人体１における異なる２か所の表面２，３間に、抵抗Ｒを含む回路とし、且つ、動脈の振動に伴って被接触部材４が僅かに圧縮変形するものとした。このことを、第六実施形態の脈波計測装置６００の構成に同様に適用することもできる。つまり、図２４において、人体１における異なる２か所の表面２，３間が、基本静電容量Ｃｈ、動脈に伴う静電容量ΔＣｈ、及び、抵抗Ｒを並列接続された回路として表される。さらに、人体１の表面２と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１が変化し、且つ、人体１の表面３と第二表層側電極１５との間の結合容量Ｃ２が変化する。この場合も、同様に、演算装置３３は、人体１の脈波を得ることができる。
【００８７】
＜実施形態の効果＞
第一実施形態〜第五実施形態、及び第七実施形態の脈波計測装置１００，２００，３００，４００，５００は、人体１の表面との間に絶縁性の被接触部材４を挟んで人体１に電気的に接続する表層側電極１１と、表層側電極１１から被接触部材４とは反対側に離れて配置される深層側電極１２と、表層側電極１１と深層側電極１２との間に介在する誘電層１３と、表層側電極１１から被接触部材４の面方向に離れて配置され、人体１の表面との間に被接触部材４を挟んで人体１に電気的に接続し、且つ、グランド電位に接続されるグランド電極１４とを備える。
【００８８】
さらに、脈波計測装置１００，２００，３００，４００，５００は、表層側電極１１とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタ２２と、深層側電極１２に入力電圧を印加可能な電源２１と、人体１の動脈が表層側電極１１とグランド電極１４との配置方向に向かって流通する状態において、電源２１により入力電圧Ｖｉｎを深層側電極１２に印加する場合に、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙを含む計測対象静電容量に応じた表層側電極１１の電位Ｖｏを計測する計測器３２と、計測器３２による計測信号に基づいて人体１の脈波を算出する演算装置３３とを備える。
【００８９】
計測器３２は、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈと、表層側電極１１と深層側電極１２との電極間静電容量Ｃｎと、人体１と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１と、人体１とグランド電極１４との間の結合容量Ｃ２とが直列接続された状態において、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈと電極間静電容量Ｃｎとの中間電位を測定する。ただし、表層側電極１１とグランド電位との間には、ブリッジ用キャパシタ２２が接続される。つまり、ブリッジ用キャパシタ２２は、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈに並列接続されることになる。
【００９０】
そして、当該中間電位は、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈ、電極間静電容量Ｃｎ、各結合容量Ｃ１，Ｃ２、及び、ブリッジ用キャパシタ２２の静電容量Ｃｂの影響を受ける電位となる。また、人体の静電容量、又は、各結合容量が、脈波に伴う変化分を含むと考えられる。例えば、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈは、人体１の基本静電容量Ｃｈに加えて、脈波に伴う変化分ΔＣｈを含むと考えられる。もしくは、脈波に伴って人体の表面と表層側電極との距離が変動することにより、各結合容量が、脈波に伴う変化分を含むとも考えられる。
【００９１】
特に、人体１の動脈の流通方向が、表層側電極１１とグランド電極１４の配置方向となることで、表層側電極１１とグランド電極１４との間の静電容量Ｃｙは、脈波の影響を確実に受ける。従って、演算装置３３が、当該中間電位から人体１の動脈の静電容量ΔＣｈの影響分を抽出することで、人体１の脈波を確実に取得できる。
【００９２】
また、ブリッジ用キャパシタ２２が人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈに並列接続されるため、人体１が表層側電極１１に電気的に接続していない場合において、電源２１とグランド電位との間には、深層側電極１２、表層側電極１１及びブリッジ用キャパシタ２２を介する回路が形成される。つまり、人体１が表層側電極１１に電気的に接続しているか接続していないかに関わらず、安定した回路が形成される。従って、計測器３２が、確実に当該中間電位を計測できる。
【００９３】
さらに、表層側電極１１及びグランド電極１４は、絶縁性の被接触部材４を挟んで人体１の表面に電気的に接続する。仮に、表層側電極１１又はグランド電極１４が、人体１の表面（例えば人体の皮膚）に直接接触すると、計測器３２は、種々の電気的ノイズの影響を受ける。そこで、被接触部材４が挟まれることで、計測器３２が計測する電位は、電気的ノイズの影響が小さくなる。
【００９４】
また、脈波計測装置１００，２００，３００，４００，５００において、演算装置３３は、計測器３２により増幅された計測信号から所定の周波数帯域の信号を抽出して、脈波を算出する。脈波の影響による振動の振幅は非常に小さいため、所定の周波数帯域の信号を抽出する際に、適切に所望の信号を抽出できないことがある。そこで、計測器３２が増幅した計測信号を用いることで、確実に脈波を得ることができる。また、演算装置３３が所定の周波数帯域の信号を抽出することで、人体１の基本静電容量Ｃｈの成分、人体１の表面と表層側電極１１との間の結合容量Ｃ１及び人体１の表面とグランド電極１４との間の結合容量Ｃ２は、大部分が除去され、脈波の影響分のみが抽出される。
【００９５】
また、第一実施形態及び第七実施形態の静電容量型脈波計測装置１００は、深層側電極１２を電源２１に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１と、表層側電極１１とグランド電位との間に配置され、表層側電極１１をグランド電位に接続する状態と遮断する状態とを切り替える充放電用スイッチング素子ＳＷ１０と、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１及び充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を制御するコントローラ３１とを備える。
【００９６】
コントローラ３１は、表層側電極１１及び深層側電極１２がグランド電位に接続されることで表層側電極１１の電荷を放電し、放電の後に、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にし且つ深層側電極１２に入力電圧Ｖｉｎが印加される状態にすることで、表層側電極１１と深層側電極１２との間に充電する。そして、計測器３２は、充電された状態で、計測対象静電容量に応じた表層側電極１１の電位を計測する。充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を閉状態にすることによって、表層側電極１１の電位のキャリブレーションを行うことができる。従って、充電後に計測器３２が計測する電位は、人体１の静電容量Ｃｙなどを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。
【００９７】
また、第一実施形態及び第七実施形態の脈波計測装置１００において、表層側電極１１と深層側電極１２との間の電極間静電容量Ｃｎは、固定値に設定される。つまり、人体１が計測ユニット１０に荷重を付加したとしても、電極間静電容量Ｃｎが変化しないため、基準を安定して得ることができる。なお、基準とは、例えば、図５のｔ１〜ｔ２のグランド電位とすることができる。
【００９８】
また、第二実施形態〜第五実施形態の脈波計測装置２００，３００，４００，５００は、一端側を電源２１に接続可能であり、他端側を表層側電極１１に接続される並列キャパシタ２３，２３ａ，２３ｂと、深層側電極１２を電源２１に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１と、並列キャパシタ２３，２３ａ，２３ｂの一端側を電源２１に接続する状態とグランド電位に接続する状態とを切り替える第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２と、表層側電極１１とグランド電位との間に配置され、表層側電極１１をグランド電位に接続する状態と遮断する状態とを切り替える充放電用スイッチング素子ＳＷ１０と、第一入力用スイッチング素子ＳＷ１１、第二入力用スイッチング素子ＳＷ１２及び充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を制御するコントローラ３１とを備える。
【００９９】
コントローラ３１は、表層側電極１１及び深層側電極１２がグランド電位に接続されることで表層側電極１１の電荷を放電する第一状態とする。コントローラ３１は、第一状態の後に、充放電用スイッチング素子ＳＷ１０を開状態にし且つ並列キャパシタ２３，２３ａ，２３ｂの一端側のみに入力電圧Ｖｉｎが印加される状態にして、並列キャパシタ２３，２３ａ，２３ｂの他端側の電位を計測する第二状態とする。コントローラ３１は、第二状態の後に、深層側電極１２及び並列キャパシタ２３，２３ａ，２３ｂの一端側に入力電圧Ｖｉｎが印加される状態にすることで、表層側電極１１の電位を計測する第三状態とする。コントローラ３１は、第三状態の後に、深層側電極１２の一端側のみに入力電圧Ｖｉｎが印加される状態にすることで、表層側電極１１の電位を計測する第四状態とする。そして、演算装置３３は、第四状態における計測器３２による計測信号に基づいて、脈波を算出する。
【０１００】
コントローラ３１が上記動作を行うことにより、計測器３２は、第四状態の出力電圧Ｖｏ１４，Ｖｏ２４を、確実に取得できる。従って、演算装置３３は、高精度に脈波を算出できる。
【０１０１】
また、第五実施形態の脈波計測装置５００において、表層側電極１１と深層側電極１２との間の電極間静電容量Ｃｎは、可変する。また、脈波計測装置５００における並列キャパシタは、静電容量の異なる複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂである。複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの少なくとも一つが、一端側を電源２１に接続され、他端側を表層側電極１１に接続される。
【０１０２】
演算装置３３は、電源２１を複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの中から少なくとも一つを選択した場合に、第四状態における計測器３２による計測信号に基づいて、脈波を算出する。
【０１０３】
演算装置３３は、適宜、脈波を算出するのに適した並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの少なくとも一つを選択する。例えば、複数の並列キャパシタ２３ａ，２３ｂの中から、第三状態の出力電圧Ｖｏ３３２，４３２が小さくなるよう方を選択する。そうすることで、分解能が大きくなり、脈波の算出が確実となる。
【０１０４】
また、第六実施形態の脈波計測装置６００は、人体１の表面との間に絶縁性の被接触部材４を挟んで人体１に電気的に接続する表層側電極１１と、表層側電極１１から被接触部材４の面方向に離れて配置され、人体１の表面との間に被接触部材４を挟んで人体１に電気的に接続する第二表層側電極１５と、表層側電極１１とグランド電位との間に接続されるブリッジ用キャパシタ２２とを備える。
【０１０５】
さらに、脈波計測装置６００は、第二表層側電極１５に入力電圧Ｖｉｎを印加可能な電源２１と、人体１の動脈が表層側電極１１と第二表層側電極１５との配置方向に向かって流通する状態において、電源２１により入力電圧Ｖｉｎを第二表層側電極１５に印加する場合に、表層側電極１１と第二表層側電極１５との間の静電容量Ｃｚを含む計測対象静電容量に応じた表層側電極１１の電位Ｖｏ６を計測する計測器３２と、計測器３２による計測信号に基づいて人体１の脈波を算出する演算装置３３とを備える。
【０１０６】
この場合、人体１が表層側電極１１及び第二表層側電極１５に対して電気的に接続している状態において、計測器３２が計測する電位は、人体１の静電容量Ｃｈ，ΔＣｈなどを含む計測対象静電容量に応じた電位となる。そこで、演算装置３３は、人体１が電気的に接続している状態において、計測器３２が計測する電位に基づいて、確実に人体１の脈波を算出することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１：人体、  ２，３：人体の表面、  ４：被接触部材、  １０：計測ユニット、  １１：表層側電極、  １２：深層側電極、  １３：誘電層、  １４：グランド電極、  ２１：電源、  ２２：ブリッジ用キャパシタ、  ２３，２３ａ，２３ｂ：並列キャパシタ、  ３１：コントローラ、  ３２：計測器、  ３３：演算装置、  １００，２００，３００，４００，５００：静電容量型脈波計測装置、  ＳＷ１０：充放電用スイッチング素子、  ＳＷ１１：第一入力用スイッチング素子、  ＳＷ１２：第二入力用スイッチング素子、  Ｖｉｎ：入力電圧、  Ｖｏ：出力電圧、  ΔＣｈ：動脈に伴う静電容量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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