(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に予め設定される、生体信号検知装置。
【請求項２】
前記所望の生体信号は、生体の呼吸数である、請求項１に記載の生体信号検知装置。
【請求項３】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に予め設定される、生体信号検知装置。
【請求項４】
前記所望の生体信号は、生体の脈拍数である、請求項３に記載の生体信号検知装置。
【請求項５】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１’）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は可変であり、
前記周波数を変化させるように前記発振部を制御する制御部（２１）をさらに備え、
前記検知部は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、
前記制御部は、前記検知された周波数変化に対する反射波レベル変化に基づいて、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、生体信号検知装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記所望の生体信号が生体の呼吸数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、請求項５に記載の生体信号検知装置。
【請求項７】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１’）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は可変であり、
前記周波数を変化させるように前記発振部を制御する制御部（２１）をさらに備え、
前記検知部は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、
前記制御部は、前記検知された周波数変化に対する反射波レベル変化に基づいて、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、生体信号検知装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記所望の生体信号が生体の脈拍数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、請求項７に記載の生体信号検知装置。
【請求項９】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は予め設定された単一周波数であり、
前記発振部の負荷インピーダンスに対し、前記電極に生じるインピーダンスを整合させるインピーダンス自動整合部（１２ｄ）をさらに備え、前記インピーダンス自動整合部は、前記電極に生じるインピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、前記検知された反射波レベル変化に基づいて、前記インピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域に前記電極に生じるインピーダンスを整合させる、生体信号検知装置。
【請求項１０】
前記インピーダンス自動整合部は、前記所望の生体信号が生体の呼吸数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域に前記インピーダンスを整合させる、請求項９に記載の生体信号検知装置。
【請求項１１】
被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置であって、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記被検体としての生体が前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを備え、
前記検知部は、前記生体の体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は予め設定された単一周波数であり、
前記発振部の負荷インピーダンスに対し、前記電極に生じるインピーダンスを整合させるインピーダンス自動整合部（１２ｄ）をさらに備え、前記インピーダンス自動整合部は、前記電極に生じるインピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、前記検知された反射波レベル変化に基づいて、前記インピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域に前記電極に生じるインピーダンスを整合させる、生体信号検知装置。
【請求項１２】
前記インピーダンス自動整合部は、前記所望の生体信号が生体の脈拍数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域に前記インピーダンスを整合させる、請求項１１に記載の生体信号検知装置。
【請求項１３】
複数種類の前記生体信号の各々ごとに、前記信号増幅部（１４Ａ，１４Ｂ）および前記信号処理部（１９，２０）を備えた、請求項５から８のいずれかに記載の生体信号検知装置。
【請求項１４】
前記反射波レベルの変化を表わす信号と、所定レベルの基準信号とを比較することにより、前記被検体としての生体が前記電極に正しく近接または接触しているかを判定する基準信号設定部（２２）をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の生体信号検知装置。
【請求項１５】
前記電極は、櫛状である、請求項１から１４のいずれかに記載の生体信号検知装置。
【請求項１６】
前記電極部は、前記電極と、前記検知部とのインピーダンス整合を取るためのインピーダンス変換手段（１２ｃ）をさらに有する、請求項１から１４のいずれかに記載の生体信号検知装置。
【請求項１７】
前記電極部は、前記インピーダンス変換手段と前記電極との間に接続され、前記電極のインピーダンスを補正してインピーダンス整合を実現するためのインピーダンス整合回路（Ｌａ，Ｌｂ）をさらに有する、請求項１から１４のいずれかに記載の生体信号検知装置。
【請求項１８】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に予め設定される、マッサージ機。
【請求項１９】
前記所望の生体信号は、生体の呼吸数である、請求項１８に記載のマッサージ機。
【請求項２０】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に予め設定される、マッサージ機。
【請求項２１】
前記所望の生体信号は、生体の脈拍数である、請求項２０に記載のマッサージ機。
【請求項２２】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１’）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は可変であり、
前記周波数を変化させるように前記発振部を制御する制御部（２１）をさらに含み、
前記検知部は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、
前記制御部は、前記検知された周波数変化に対する反射波レベル変化に基づいて、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、マッサージ機。
【請求項２３】
前記制御部は、前記所望の生体信号が生体の呼吸数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、請求項２２に記載のマッサージ機。
【請求項２４】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１’）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は可変であり、
前記周波数を変化させるように前記発振部を制御する制御部（２１）をさらに含み、
前記検知部は、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、
前記制御部は、前記検知された周波数変化に対する反射波レベル変化に基づいて、前記周波数の変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、マッサージ機。
【請求項２５】
前記制御部は、前記所望の生体信号が生体の脈拍数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域における周波数に前記可変の周波数を設定するように前記発振部を制御する、請求項２４に記載のマッサージ機。
【請求項２６】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は予め設定された単一周波数であり、
前記発振部の負荷インピーダンスに対し、前記電極に生じるインピーダンスを整合させるインピーダンス自動整合部（１２ｄ）をさらに含み、前記インピーダンス自動整合部は、前記電極に生じるインピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、前記検知された反射波レベル変化に基づいて、前記インピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域に前記電極に生じるインピーダンスを整合させる、マッサージ機。
【請求項２７】
前記インピーダンス自動整合部は、前記所望の生体信号が生体の呼吸数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域よりも大きい領域に前記インピーダンスを整合させる、請求項２６に記載のマッサージ機。
【請求項２８】
ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機であって、
前記ユーザに対して施療を行なうマッサージユニット（７）と、
前記ユーザからの生体信号を検知する生体信号検知装置（２）と、
前記所定のプログラムおよび前記検知された生体信号に従って前記マッサージユニットを駆動する動作制御部（３）とを備え、
前記生体信号検知装置は、
高周波信号を供給する発振部（１１）と、
前記ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ前記発振部から前記高周波信号を受けるように結合された電極（１２ａ，１２ｂ）を有する電極部（１２）と、
前記ユーザが前記電極に近接または接触したときに、前記高周波信号を受けている前記電極に生じるインピーダンスの変化を検知する検知部（１３）と、
前記検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する信号増幅部（１４）と、
前記信号処理部によって抽出された信号から前記所望の生体信号を生成する信号処理部（１９，２０）とを含み、
前記検知部は、前記ユーザの体動に応じて前記電極に生じるインピーダンス変化に対応する、前記高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給し、
前記発振部から供給される前記高周波信号の周波数は予め設定された単一周波数であり、
前記発振部の負荷インピーダンスに対し、前記電極に生じるインピーダンスを整合させるインピーダンス自動整合部（１２ｄ）をさらに含み、前記インピーダンス自動整合部は、前記電極に生じるインピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化を検知し、前記検知された反射波レベル変化に基づいて、前記インピーダンスの変化に対する前記反射波レベルの変化率が最小値の領域に前記電極に生じるインピーダンスを整合させる、マッサージ機。
【請求項２９】
前記インピーダンス自動整合部は、前記所望の生体信号が生体の脈拍数であるときに、前記反射波レベルの変化率が最小値の領域に前記インピーダンスを整合させる、請求項２８に記載のマッサージ機。
【請求項３０】
前記生体信号検知装置は、複数種類の前記生体信号の各々ごとに、前記信号増幅部（１４Ａ，１４Ｂ）および前記信号処理部（１９，２０）をさらに含む、請求項２２から２５のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項３１】
前記生体信号検知装置は、前記反射波レベルの変化を表わす信号と、所定レベルの基準信号とを比較することにより、前記被検体としての生体が前記電極に正しく近接または接触しているかを判定する基準信号設定部（２２）をさらに含む、請求項１８から２５のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項３２】
前記電極は、櫛状である、請求項１８から３１のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項３３】
前記電極部は、前記電極と、前記検知部とのインピーダンス整合を取るためのインピーダンス変換手段（１２ｃ）をさらに有する、請求項１８から３１のいずれかに記載のマッサージ機。
【請求項３４】
前記電極部は、前記インピーダンス変換手段と前記電極との間に接続され、前記電極のインピーダンスを補正してインピーダンス整合を実現するためのインピーダンス整合回路（Ｌａ，Ｌｂ）をさらに有する、請求項１８から３１のいずれかに記載のマッサージ機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、生体信号検知装置およびそれを用いたマッサージ機に関し、特に、人体のような生体の脈拍数、呼吸数等の生体信号を検知する生体信号検知装置、およびそのような生体信号検知装置を用いたマッサージ機に関する。
背景技術
生体、たとえば人体の脈拍数、呼吸数を検知する手段として、光学式センサ、静電容量式センサ、圧力センサなど様々なセンサが用いられているが、現在のところ、光学式センサが最も一般的に用いられている。
一方、従来のマッサージ機では、予め決められたプログラムどおりのマッサージ動作を行なうだけであったが、近年では、マッサージの対象となるユーザの脈拍数、呼吸数などの生体信号を検知して、検知結果を反映したマッサージ動作、すなわち施療を行なうようにプログラムされたマッサージ機が実用化されている。
しかしながら、従来は、人体の脈拍数、呼吸数を検出するためには、上述のような形式の何らかのセンサを、ユーザの体のどこかに装着する必要があり、したがって人体が何らかの形態で拘束されることになり、使用上非常に煩わしいこととなっていた。
このように人体を拘束するセンサを用いず、マッサージ機に着座するだけで上述の生体信号を検出することができるマッサージ機が開発されており、たとえば、特開平９−２４８２８４号公報に開示されている。
このような方式による従来の椅子型マッサージ機は、光学式センサを用いたものである。光学式センサは、一端が発光部に接続され、他端が受光部に接続された柔軟な光ファイバからなり、これを人体に接触させて用いる。
すなわち、人体に接触している光ファイバが、脈動、呼吸などの人体の微小な体動によってたわむため、発光部から受光部へ光ファイバを介して導かれる光の量が変動し、この光量の変動を捉えることによって、脈動数、呼吸数などの生体信号を得ることができる。
上述の従来の椅子型のマッサージ機では、ユーザがマッサージ機の座面に着座したときに、ユーザの体重がかかる部分が座面上の一点に集中するような機構的構造を有しており、その体重が集中する部分に光学式センサの光ファイバの一部が接するような形で光学式センサが配設される。そして、ユーザの体動による光ファイバのたわみによって生じる光量変化を検出し、その検出信号をフィルタ処理して、脈拍数、呼吸数などの所望の生体信号を抽出するように構成されている。
しかしながら、このような光学式センサを用いた従来の椅子型のマッサージ機では、ユーザの体動を集中的に光ファイバに伝えるためのマッサージ機の機構的構造が複雑なものとなり、製造コストの増大を招くことになる。
また、光量変化に基づく生体信号の検出では、人体の物理的な動き（縦方向および横方向の動きが混在する）である脈拍数と呼吸数とをフィルタ処理で抽出するのは信号処理上困難な面があり、検出の精度に問題があった。
この発明の目的は、生体を拘束することなく、高精度に、脈拍数、呼吸数などの生体信号を検知することができる生体信号検知装置を提供することである。
この発明の他の目的は、そのような生体信号検知装置を組み込むことによって、構造がより簡素化され、製造コストの増大が抑えられたマッサージ機を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、そのような生体信号検知装置を組み込むことによって、高精度に検出された生体信号に基づいた施療を行なうことができるマッサージ機を提供することである。
発明の開示
この発明は、被検体としての生体からの生体信号を検知する生体信号検知装置に関し、発振部と、電極部と、検知部と、信号増幅部と、信号処理部とを備えている。発振部は、高周波信号を供給する。電極部は、被検体としての生体が近接または接触し得るように配され、かつ発振部から高周波信号を受けるように結合された電極を有する。検知部は、被検体としての生体が電極に近接または接触したときに、高周波信号を受けている電極に生じるインピーダンスの変化を検知する。信号増幅部は、検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する。信号処理部は、信号増幅部によって抽出された信号から所望の生体信号を生成する。検知部は、生体の体動に応じて電極に生じるインピーダンス変化に対応する、高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給する。発振部から供給される高周波信号の周波数は、周波数の変化に対する反射波レベルの変化率の大きな領域における周波数に予め設定される。
この発明の生体信号検知装置では、披検体が近接または接触し得るように配された電極において、体動により生じるインピーダンス変化を検知して生体信号を得るように構成されているので、生体を拘束することなく、高精度に、脈拍数、呼吸数などの生体信号を検知することができる。
さらにこの発明は、ユーザに対して所定のプログラムに基づいた施療を自動的に行なうマッサージ機に関し、マッサージユニットと、生体信号検知装置と、動作制御部とを備えている。マッサージユニットは、ユーザに対し施療を行なう。生体信号検知装置は、ユーザからの生体信号を検知する。動作制御部は、所定プログラムおよび検知された生体信号に従ってマッサージユニットを駆動する。生体信号検知装置は、発振部と、電極部と、検知部と、信号増幅部と、信号処理部とを含んでいる。発振部は、高周波信号を供給する。電極部は、ユーザが近接または接触し得るように配され、かつ発振部から高周波信号を受けるように結合された電極を有する。検知部は、ユーザが電極に近接または接触したときに、高周波信号を受けている電極に生じるインピーダンスの変化を検知する。信号増幅部は、検知されたインピーダンス変化に対応する信号から所望の生体信号に応じた信号を抽出するフィルタ機能を有する。信号処理部は、信号増幅部によって抽出された信号から所望の生体信号を生成する。検知部は、ユーザの体動に応じて電極に生じるインピーダンス変化に対応する、高周波信号の反射波レベルの変化を表わす信号を生成して供給する。発振部から供給される高周波信号の周波数は、周波数の変化に対する反射波レベルの変化率の大きな領域における周波数に予め設定される。
この発明のマッサージ機では、ユーザが近接または接触し得るように配された電極において、体動により生じるインピーダンス変化を検知して生体信号を得る生体信号検知装置が組み込まれているので、高精度に検知された生体信号に基づいた施療を、より簡素化された安価な構造で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明による生体信号検知装置が適用されるマッサージ機の電気的構成を示す概略ブロック図である。
図２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第 1 の実施形態を示すブロック図である。
図３は、図２に示した生体信号検知装置２が、椅子型のマッサージ機に装着された様子を模式的に示す図である。
図４は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の発振部１１の構成を詳細に示す回路図である。
図５は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の検知部１３の構成を詳細に示す回路図である。
図６は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の信号増幅部１４の前段部分の構成を詳細に示す回路図である。
図７は、信号増幅部１４により実際に得られた脈拍波形を示す波形図である。
図８Ａは、信号増幅部１４の後段部分の構成を示す回路図である。
図８Ｂは、脈拍数をカウントするためのパルス波形を示す波形図である。
図９は、信号増幅部１４により実際に得られた呼吸波形を示す波形図である。
図１０Ａは、信号増幅部１４の後段部分の構成を示す回路図である。
図１０Ｂは、呼吸数をカウントするためのパルス波形を示す波形図である。
図１１は、この発明によるマッサージ機のマッサージ動作（施療方法）を示すフロー図である。
図１２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第２の実施形態を示すブロック図である。
図１３は、ユーザが電極上に着座している場合における反射波特性を示すグラフである。
図１４は、図１２に示した発振部１１’および制御部２１の詳細な構成を示す回路図である。
図１５は、インピーダンス自動整合機能を持たせた電極部１２の機能ブロック図である。
図１６は、図１５のインピーダンス整合機能を実現した回路例を示す回路図である。
図１７は、図１５の電極部１２により実行される脈拍検知のためのインピーダンス自動整合動作を示すフロー図である。
図１８は、図１５の電極部１２により実行される呼吸検知のためのインピーダンス自動整合動作を示すフロー図である。
図１９は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第３の実施形態を示すブロック図である。
図２０は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第４の実施形態を示すブロック図である。
図２１は、図２０における基準信号設定部２２の構成を示す回路図である。
図２２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第５の実施形態を示すブロック図である。
図２３は、電極１２ａ、１２ｂの他の形態を示す模式図である。
図２４は、電極１２ａ、１２ｂのさらに他の形態を示す模式図である。
図２５は、電極１２ａ、１２ｂのさらに他の形態を示す模式図である。
図２６は、電極１２ａ、１２ｂのさらに他の形態を示す模式図である。
図２７は、電極１２ａ、１２ｂのさらに他の形態を示す模式図である。
図２８は、電極１２ａ、１２ｂのさらに他の形態を示す模式図である。
図２９は、電極部１２の他の形態を示す回路図である。
図３０は、電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。
図３１は、電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。
図３２は、電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。
発明を実施するための最良の形態
［この発明によるマッサージ機の全体構成］
図１は、この発明による生体信号検知装置が適用されるマッサージ機の電気的構成を示す概略ブロック図である。
図１を参照して、このマッサージ機は、主として、スイッチ入力回路１と、生体信号検知装置２と、動作制御部３と、リミットスイッチ入力回路４と、表示回路５と、出力回路６と、マッサージユニット７と、電源回路８とを備えている。
また、動作制御部３は、中央処理装置（ＣＰＵ）３ａと、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）３ｂと、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３ｃとを含んでいる。マッサージユニット７は、たとえば、椅子型のマッサージ機の背もたれ部に設けられ、ソレノイド７ａと、モータ７ｂとを含んでいる。
スイッチ入力回路１は、図示しないが、電源スイッチの他に、マッサージユニット７の各種動作、たとえば、もむ、たたく、上昇する、下降する、などの動作を指定するキースイッチをも含んでいる。
生体信号検知装置２は、この発明による新規は検出原理を用いた生体信号検知装置であって、脈拍数、呼吸数などの生体信号を生成して、動作制御部３のＣＰＵ３ａに与える。生体信号検知装置２の詳細については、後述する。
使用時に、ユーザがスイッチ入力回路１の図示しない電源スイッチをオンにすると、ＣＰＵ３ａは、これに応じて電源回路８を起動し、電源回路８は、マッサージ機の各部に電源供給する。
ＣＰＵ３ａは、スイッチ入力回路１を介するユーザの指定に応じて、マッサージユニット７を駆動するための信号を発生して、出力回路６に与える。出力回路６は、この信号に応じて、マッサージユニット７を構成するソレノイド７ａおよびモータ７ｂを駆動し、ユーザが指定した動作を実現する。
ＣＰＵ３ａはまた、表示回路５を駆動して、ユーザによる指定内容など、必要な情報をユーザに表示する。
リミットスイッチ入力回路４は、背もたれ部上でのマッサージユニット７の上下動の範囲を規定するための回路であり、マッサージユニット７が上昇して上限の位置に達すれば、または下降して下限の位置に達すれば、リミットスイッチが起動してマッサージユニット７の上下動を停止させる。
この発明による生体信号検知装置２によって検知された生体信号に基づく図１のマッサージ機の全体の動作については後述する。
［第１の実施形態による生体信号検知装置］
図２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第 1 の実施形態を示すブロック図である。
図２を参照して、生体信号検知装置２は、発振部１１と、電極部１２と、検知部１３と、信号増幅部１４と、出力端子１５とを備えている。より詳細に、電極部１２は、電極１２ａ、１２ｂと、トランス１２ｃとを含んでいる。
この生体信号検知装置２の動作の概略について説明する。発振部１１は、高周波信号を供給し、電極１２ａ、１２ｂは、アイソレーションおよび実数値変換用のトランス１２ｃを介して高周波信号を受ける。より詳細に、このトランス１２ｃの 1 次側巻き線の両端がそれぞれ検知部１３と接地電位とに接続されており、２次側巻き線の両端がそれぞれ電極１２ａ、１２ｂに接続されている。
電極１２ａ、１２ｂにおけるインピーダンスは、後術するように人体の体動によって変動するため、電極において消費される高周波信号エネルギも、人体の体動に応じて変動する。このため、電極で消費されなかった高周波信号エネルギの変動が反射波レベルの変動として検知部１３によって検知される。検知された反射波レベルの変動は、信号増幅部１４で増幅されかつ信号処理され、生体信号として出力端子１５から出力される。出力された生体信号は、図１に示すＣＰＵ３ａに与えられる。
図３は、図２に示した生体信号検知装置２が、椅子型のマッサージ機に装着された様子を模式的に示す図である。
図３を参照して、マッサージ機の座面１７の表面部材の裏側に電極１２ａ、１２ｂが配設されており、その他の回路要素、すなわち図２に示したトランス１２ｃ、発振部１１、検知部１３、および信号増幅部１４を一体として構成した回路ユニット１６が、背もたれ部１８内部に配されている。回路ユニット１６の出力端子１５から出力される生体信号は、図示省略しているが、マッサージ機内部に配される動作制御部３のＣＰＵ３ａ（図１参照）に与えられる。
なお、図３においては、通常は背もたれ部１８に設けられるマッサージユニット７（図１参照）などの周知の構成要素は図示省略されている。また、図１におけるその他の回路要素４、５、６、および８も、マッサージ機内に設けられるが、図３においては、図示省略されている。
なお、電極１２ａ、１２ｂは、座面１７に限らず、背もたれ部１８に設けてもよい。また図３では図示していないが、肘掛付の椅子型マッサージ機では、肘掛部分に設けてもよい。要は、後述する検知原理により、マッサージ機の表面部材および／またはユーザの着衣を介してユーザの体動を捉えることができる部位であれば、マッサージ機のどの部位に電極１２ａ、１２ｂを設けてもよい。
次に、図４は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の発振部１１の構成を詳細に示す回路図である。
図４を参照して、発振部１１は、たとえば水晶発振器のような発振器１１０ａを含み、高周波のパルス信号を出力する発振回路１１ａと、このパルス信号を正弦波に変換するための２段のローパスフィルタ１１ｂ、１１ｃと、アッテネータ１１ｄとを備えている。
発振部１１の高周波出力として正弦波信号を出力するのは、正弦波の場合にのみ、発振部１１と、電極１２ａ、１２ｂとの間でインピーダンス整合が取られたときに正弦波成分の全エネルギが電極で消耗されて電極からの反射波レベルがゼロとなるからである。換言すると、正弦波信号でなければ、インピーダンスの整合に関わらず、常に負荷である電極から非正弦波成分のエネルギが反射されることになるからである。
次に、図５は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の検知部１３の構成を詳細に示す回路図である。
検知部１３は、発振部１１の発振出力が結合される端子Ｐ1と、電極部１２の入力端（トランス１２ｃの一次側巻き線の一端）が結合される端子Ｐ2と、周知の構成を有するＭ結合回路１３ａ、１３ｂと、検波回路１３ｃとを備えている。
Ｍ結合回路１３ａは、端子Ｐ1、Ｐ2の間に挿入された 1 次側コイルＮ１ａと、２次側コイルＮ２ａおよびその両端に並列接続された抵抗Ｒとから構成される。Ｍ結合回路１３ｂは、端子Ｐ2と接地電位との間に挿入された１次側コイルＮ１ｂと、２次側コイルＮ２ｂとから構成される。なお、２次側コイルＮ２ａ、Ｎ２ｂは、接地電位と、検知部１３の出力端との間に直列に接続されている。さらに、２次側コイルＮ２ｂの一端と、出力端との間にはさらに、ダイオードＤとコンデンサＣとからなる検波回路１３ｃが挿入される。
次に、この検知部１３による生体信号の検出原理について、以下に詳細に説明する。
たとえば、図３に示す椅子型マッサージ機において、ユーザが着座面１７上に正しく、すなわちユーザの臀部が電極１２ａ、１２ｂ上に位置するように着座しているものとする。
発振部１１から供給される高周波の正弦波信号がこれらの電極に供給されると、２つの電極１２ａ、１２ｂの間で、マッサージ機の表面部材、ユーザの着衣、およびユーザの人体組織（主に脂肪成分）を介して高周波電流の流れが生じる。
ここで、電極表面と人体表面との間の、体動による距離の変化は、電極における高周波インピーダンスの虚数成分の変化に相当し、体動による人体組織の変形は、高周波インピーダンスの実数成分の変化に相当する。
着座しているユーザの脈拍および呼吸による人体の微動により、前者の距離変化および後者の組織変形が周期的に生じ、この結果、脈拍および呼吸に応じた高周波インピーダンスの変化が電極に生じることになる。
発振部１１から供給される高周波信号は、電極１２ａ、１２ｂとの間でインピーダンス整合が取れていれば電極ですべて消費されるが、このような電極におけるインピーダンス変化に応じて、電極で消費されるエネルギが変化することになり、余ったエネルギが反射波として、電極部１２から検知部１３を介して発振部１１に戻ることになる。ここで、検知部１３のＭ結合回路１３ａ、１３ｂは方向性結合器を構成し、電極で消費されなかったエネルギの一部分を取りだし、反射波出力として、後段の信号増幅器１４に与える。
なお、コイルを用いたＭ結合回路は、方向性結合器の周知の一例に過ぎず。その他に、コンデンサ、マイクロストリップラインなどを用いて検知部１３を構成することもできる。
次に、図６は、図２に示した第 1 の実施形態による生体信号検知装置２の信号増幅部１４の前段部分の構成を詳細に示す回路図である。
信号増幅部１４の前段部分は、増幅器１４ａと、フィルタ１４ｂと、増幅器１４ｃと、フィルタ１４ｄとから構成されている。信号増幅部１４の前段部分には、上述のように検知部１３から、電極１２ａ、１２ｂにおける反射波レベルの変化を表わす信号が与えられ、増幅されるとともに、適宜定数が設定された複数のフィルタを通過させられることにより、脈拍、呼吸に応じた信号が取り出される。
図７は、信号増幅部１４のフィルタ定数を適宜設定することにより、実際に得られた脈拍波形を示す波形図である。この図７の例は、呼吸停止した安静状態で測定した脈拍波形を示している。
このような脈拍波形は、信号増幅部１４の後段部分の回路に与えられ、そこで脈拍数の計数動作が実行される。
図８Ａは、信号増幅部１４の、脈拍数の計数動作のための後段部分の構成を示す回路図である。脈拍波形を示す入力信号は、コンパレータ１９によって、比較電源２０から供給される一定の比較電圧と比較され、図８Ｂに示すパルス波形がコンパレータ１９から出力される。図示しないカウンタは、一定期間このパルス波形のパルス数をカウントすることにより、生体信号としての脈拍数を算出する。
図９は、信号増幅部１４のフィルタ定数を適宜設定することにより、実際に得られた呼吸波形を示す波形図である（細かな脈拍波形が重畳されている）。この図７の例は、呼吸有りの安静状態で測定した呼吸波形を示している。
このような呼吸波形は、信号増幅部１４の後段部分の回路に与えられ、そこで呼吸数の計数動作が実行される。
図１０Ａは、信号増幅部１４の、呼吸数の計数動作のための後段部分の構成を示す回路図である。呼吸波形を示す入力生体信号は、コンパレータ１９の前段に配されたローパスフィルタによって脈拍波形成分が除去され、その後コンパレータ１９によって、比較電源２０から供給される一定の比較電圧と比較され、図１０Ｂに示すパルス波形がコンパレータ１９から出力される。図示しないカウンタは、一定期間このパルス波形のパルス数をカウントすることにより、生体信号としての呼吸数を算出する。
なお、図８Ａおよび図１０Ａに示す処理は、上述のように信号増幅部１４で実行してもよいが、これらの図に示す処理をＣＰＵ３ａで実行してもよく、また図６に示す信号増幅部１４とＣＰＵ３ａとの間に、図８Ａおよび図１０Ａに示す回路を外部回路として設けてもよい。
次に、図１１は、上述のようにして生体信号検知装置２から得られた生体信号、たとえば脈拍数を利用して実行される、この発明によるマッサージ機のマッサージ動作（施療方法）を示すフロー図である。なお、このようなマッサージ動作は、動作制御部３のＲＯＭ３ｂに格納されているプログラムに基づいて、ＣＰＵ３ａにより実行されるものとする。
まず、ユーザによってマッサージの開始が指示されると、上述のようにして生体信号検知装置２により脈拍数が計測され（ステップＳ１）、ＣＰＵ３ａに与えられるとともに、ＲＡＭ３ｃに格納される（ステップＳ２）。
そして、ステップＳ３において施療を行ないながら、ステップＳ４において脈拍数の計測を続行する。ステップＳ１において計測された施療前の脈拍数と、ステップＳ４において計測された現在の脈拍数とが、ステップＳ５において比較され、ステップＳ６において、現在の脈拍数が施療前の脈拍数未満になったか否かが判定される。現在の脈拍数が施療前の脈拍数未満になっていないと判定されると、ステップＳ３に戻って施療を続行し、現在の脈拍数が施療前の脈拍数未満になったと判定されると、脈拍数が低下してユーザの身体がリラックスできたものと判断して、施療を自動的に終了する。
［第２の実施形態による生体信号検知装置］
図１２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第２の実施形態を示すブロック図である。
図１２に示した第２の実施形態による生体信号検知装置２は、以下の点で図２に示した第１の実施形態による生体信号検知装置２と異なっており、共通する部分の説明はここでは繰返さない。
すなわち、図１２の生体信号検知装置２においては、発振部１１’は、可変の発振周波数の発振出力を供給することができ、さらに信号増幅部１４からの信号を受けて発振部１１’の発振周波数を制御する制御部２１が設けられている。
この第２の実施形態による生体信号検知装置２は、発振部１１’の可変周波数をスキャンしながら電極部１２からの反射波をモニタし、その結果に基づいて、最適の発振周波数を見出そうとするものである。
図１３は、ユーザが電極１２ａ、１２ｂ上に着座している場合における高周波信号の周波数変位と、それに対応する電極部１２からの反射波エネルギの割合（反射波率）との関係、すなわち着座時の反射波特性を示すグラフである。
先に述べたように、電極部１２における高周波インピーダンス変化は、実数成分の変化と、虚数成分の変化とを含んでいる。実数成分の変化は、主として、着座しているユーザの体動による人体組織（主に脂肪組織）の変形により中を流れる電流の実数値が変化することによる。また、虚数成分の変化は、主として、体動による電極表面と人体表面との間の間隔（静電容量）の変動による電流の高周波成分の変化によるものであり、インピーダンス変化のレベルには、実数成分の変化よりも虚数成分の変化の方がはるかに大きく寄与している。
図１３の反射波特性のグラフに戻って、矢印（Ａ）で示す範囲は、虚数成分の変化および実数成分の変化により、高周波信号の周波数変位に対する反射波レベルの変化の傾斜が大きい部分であり、検知感度の良好な部分である。
この（Ａ）で示す高感度範囲の周波数を使用すれば、良好な呼吸検知が可能となる。しかしその一方で、脈拍を検知しようとすれば、呼吸の影響が大きく、この範囲（Ａ）の周波数では脈拍の検知は困難である。
すなわち、呼吸による体動が電極と人体との間隔を大きく変動させ、虚数成分の変化が大きくなりすぎるため、虚数変化の影響を受ける範囲（Ａ）では、呼吸による反射波レベル変化は脈拍による反射波レベル変化よりもはるかに大きくなり、同一レンジでは脈拍を検知することはできなくなる。
これに対し、矢印（Ｂ）で示す範囲は、反射波特性の最小値部分であり、拡大すればほぼ平坦になっている。すなわち、この平坦な範囲（Ｂ）では、周波数の変化（虚数成分の変化）に対しては、反射波レベルの変動はなく、実数成分の変化に対してのみ反射波レベルの変化が生じる。
上述の呼吸の反射波レベル変化は、周波数の変化（虚数成分の変化）が支配的であるのに対し、脈拍の反射波レベル変化は、虚数成分の変化だけではなく実数成分の変化にも支配される。
したがって、範囲（Ｂ）の反射波特性の最小値部分の高周波信号を用いれば、実数成分のみに起因する反射波レベルの検出が可能となり、呼吸の影響を受けることなく脈拍のみを検知することが可能となる。
以上のように、呼吸を検知しようとするときには、範囲（Ａ）内の傾斜のきつい領域の発振周波数を用いるのが好ましく、脈拍を検知しようとするときには、範囲（Ｂ）の最小値部分の発振周波数を用いるのが好ましい。たとえば、図２に示す第１の実施形態の発振部１１における発振周波数を、予め実験的に得られた図１３のような反射波特性グラフに基づいて、検知対象（呼吸または脈拍）に応じて範囲（Ａ）内の周波数または範囲（Ｂ）内の周波数に固定すればよい。
これに対して、図１２に示す第２の実施形態では、まず発振部１１’の可変発振周波数をスキャンしながら電極部１２からの反射波レベルを、信号増幅部１４を介して制御部２１でモニタし、図１３に示す反射波特性を得て、その反射波特性に基づいて検知対象に応じた発振周波数を選定するように構成している。
図１４は、図１２に示した発振部１１’および制御部２１の詳細な構成を示す回路図である。
図１４において、制御部２１のＣＰＵ２１ｂは、発振部１１’の発振周波数を変化させる制御信号を発生し、この制御信号はＤ／Ａ変換機２１ｃによってアナログ直流電圧に変換されて発振部１１’の可変コンデンサＶＣ1、ＶＣ2に与えられる。このアナログ直流電圧を所定の範囲内で変化させると、これに応じて可変コンデンサＶＣ1、ＶＣ2の静電容量が変化し、発振部１１’の発振周波数も変化する。この結果、電極部１２における高周波インピーダンスも変化し、電極部１２からの反射波レベルも変化する。
検知部１３から信号増幅部１４を介して入力された、電極部１２からの反射波レベル信号は、制御部２１のＡ／Ｄ変換機２１ａによってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ２１ｂに取込まれる。この１回の周波数のスキャンにより、ＣＰＵ２１ｂには、図１３に示すような反射波特性データが得られ、ＣＰＵ２１ｂは、呼吸を検知するのか脈拍を検知するのかに応じて、範囲（Ａ）または（Ｂ）内の適切な周波数に、発振部１１’の発振周波数を設定する。
着座するユーザの体内組織の特性や着座の姿勢などにより、電極部１２における高周波インピーダンスは変化し、これに整合する発振周波数も変化するものである。図２に示す第１の実施形態の生体信号検知装置２では、発振部１１から供給される高周波信号の周波数はユーザに関わりなく予め固定されていた。これに対し、図１２の第２の実施形態では、施療前にユーザが着座した状態で発振周波数のスキャンを行ない、そのユーザ（その生体組織の特性および着座姿勢）に適した反射波特性データを得て最適の発振周波数を見出しているので、常に検知対象（呼吸または脈拍）に最適の発振周波数を用いて生体信号を検知することができる。
なお、図２に示した第２の実施形態のように、発振部１１の発振周波数が固定されている場合には、実際にマッサージ機に着座したユーザの生体組織の特性や着座の姿勢などによって反射波特性はその都度変化するため、最適の発振周波数が使用できるとは限らない。
そこで、図１５に示す電極部１２の変形例では、発振部１１の発振周波数が固定されている場合に、電極部１２側で高周波インピーダンスの実数成分および虚数成分を自動整合することにより、図１３に示すような反射波特性上で、呼吸の検知に適した高周波インピーダンス状態または脈拍の検知に適した高周波インピーダンス状態を実現しようとするものである。
図１５は、そのような電極部１２の機能ブロック図である。図１５を参照して、電極部１２は、電極１２ａ、１２ｂの前段に、インピーダンス自動整合部１２ｄを備えている。インピーダンス自動整合部１２ｄは、電極部１２の高周波インピーダンスの実数成分の自動整合を行なうための実数整合部１２ｅと、電極部１２の高周波インピーダンスの虚数成分の自動整合を行なうための虚数整合部１２ｆとを含んでいる。
図１６は、図１５の機能ブロック図に示すインピーダンス自動整合部１２ｄを具体化した回路例を示す回路図である。図１６を参照して、図示しない制御部（ＣＰＵ）から、実数整合部１２ｅに実数制御電圧が与えられ、虚数整合部１２ｆには、可変コンデンサの静電容量を制御するためのモータＭを駆動する信号が与えられる。
図１７は、このようなインピーダンス自動整合部１２ｄにより実行される脈拍検知のための動作を示すフロー図である。
図１７を参照して、まず虚数整合部１２ｆにより虚数成分を原点へ移動させ（ステップＳ１１）、実数整合部１２ｅにより実数成分を原点へ移動させる（ステップＳ１２）。
次に、虚数整合部１２ｆは、図１３に示したような反射波特性図上の最小値位置へ虚数成分を移動させ（ステップＳ１３）、実数整合部１２ｅは、反射波特性図上の最小値位置へ実数成分を移動させる（ステップＳ１４）。
そして、虚数成分および実数成分の移動先における反射波値が設定基準範囲内であることが判定されれば（ステップＳ１５）、脈拍の検知に適した最小値領域に達したものと判定し、設定基準範囲内でないと判定されれば（ステップＳ１５）、反射波値の最小値に達していないものと判定し、ステップＳ１３および１４の虚数成分および実数成分の移動を続行する。
ステップＳ１５で、反射波値の最小値領域に達したと判定されると、設定基準時間が経過したか否かが判定され（ステップＳ１６）、設定基準時間の経過が判定されるとステップＳ１５に戻り、反射波値が未だ最小値領域にあるか否かが判定される。
反射波値が未だ最小値領域にある限り、ステップＳ１５および１６のループが繰返され、その間、虚数成分の影響を受けることなく脈拍の良好な検知を続けることができる。
一方、その間に、ステップＳ１５において、反射波値の最小値領域からずれたことが判定されると、ステップＳ１３および１４により虚数成分および実数成分のさらなる調整が行なわれるため、常に反射波値の最小値領域において、脈拍の良好な検知を続けることができるようインピーダンスが自動整合される。
次に、図１８は、このようなインピーダンス自動整合部１２ｄにより実行される呼吸検知のための動作を示すフロー図である。
図１８を参照して、まず虚数整合部１２ｆにより虚数成分を原点へ移動させ（ステップＳ２１）、実数整合部１２ｅにより実数成分を原点は移動させる（ステップＳ２２）。
次に、虚数整合部１２ｆは、図１３に示したような反射波特性図上の最小値位置へ虚数成分を移動させ（ステップＳ２３）、実数整合部１２ｅは、反射波特性図上の最小値位置へ実数成分を移動させる（ステップＳ２４）。
そして、虚数成分および実数成分の移動先における反射波値が第１の設定基準範囲内であることが判定されれば（ステップＳ２５）、最小値領域に達したものと判定し、設定基準範囲内でないと判定されれば（ステップＳ２５）、未だ反射波値の最小値に達していないものと判定し、ステップＳ２３および２４の虚数成分および実数成分の移動を続行する。
ステップＳ２５で、虚数成分の影響を受けない反射波値の最小値領域に達したと判定されると、虚数整合部１２ｆは、反射波特性図上の所定の方向に虚数成分を移動させる（ステップＳ２６）。これにより、虚数成分は、虚数成分が支配的である反射波特性の傾斜が急峻な領域に入り、移動先における反射波値が第２の設定基準範囲内であることが判定されれば（ステップＳ２７）、電極における高周波インピーダンスは呼吸の検知に適した範囲内にあるものと判断する。そして、設定基準時間が経過したか否かが判定され（ステップＳ２８）、設定基準時間の経過が判定されるとステップＳ２７に戻り、反射波値が未だ傾斜の急峻な領域にあるか否かが判定される。
反射波値が未だ急峻は領域にある限り、ステップＳ２７および２８のループが繰返され、その間、虚数成分が支配的な呼吸の良好な検知を続けることができる。
一方、その間に、ステップＳ２７において、反射波値の傾斜急峻領域からずれたことが判定されると、ステップＳ２７および２８のループが設定時間内に設定回数だけ繰り返されたか否かが判定される（ステップＳ２９）。
そして、設定回数だけループしていなければ、ステップＳ２６に戻って虚数成分数の移動を続行し、設定回数だけループしていれば、ステップＳ２３および２４に戻って一旦反射波の最小位置に戻ってから、傾斜急峻領域への移動をやり直す。
このように、ステップＳ２６、２３および２４により虚数成分および実数成分のさらなる調整が行なわれるため、常に反射波値の傾斜急峻域において、呼吸の良好な検知を続けることができるようインピーダンスの自動整合が行なわれる。
［第３の実施形態による生体信号検知装置］
図１９は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第３の実施形態を示すブロック図である。
図１９に示す生体信号検知装置２は、以下の点を除いて、図１２に示した第２の実施形態による生体信号検知装置２と同じである。すなわち、図１２の実施形態における信号増幅部１４を、脈拍波形を抽出するようにフィルタの定数が設定された脈拍信号増幅部１４Ａと、呼吸波形を抽出するようにフィルタの定数が設定された呼吸信号増幅部１４Ｂとに分離したものである。
これにより、脈拍数を示す生体信号を出力端子１５Ａから、呼吸数を示す生体信号を出力端子１５Ｂから、それぞれ独立して出力することが可能となる。
なお、特に脈拍数を得たい場合には、図１２の第２の実施形態と同様に検知部１３から信号増幅部１４Ａを介して制御部２１に与えられる反射波レベル信号に応じて、発振部１１’の発振周波数が反射波特性の最小値領域に設定される。
［第４の実施形態による生体信号検知装置］
図２０は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第４の実施形態を示すブロック図である。図２０に示す生体信号検知装置２は、以下の点を除いて、図２に示した第１の実施形態による生体信号検知装置２と同じである。すなわち、図２の構成に加えて基準信号設定部２２および出力端子２３が設けられている。
たとえば椅子型マッサージ機の場合、座面上に人体ではなく何らかの荷物が置かれたり、ユーザが正しくない姿勢で腰掛けるような場合かある。このような場合に生体信号の検知が正しく行なえないことをユーザに知らせる必要がある。
ユーザが正しく着座している場合にはインピーダンスが整合し、電極からの反射波レベルは低下する。これに対し、上述のように人体でなかったりユーザが正しく着座していない場合にはインピーダンスが整合せず、電極からの反射波レベルは増大する。
したがって、その中間レベルを基準レベルとして設定し、反射波レベルが基準レベルを下回ればユーザが正しく着座しているものと判断し、基準レベルを超えれば、人体以外の物が座面に置かれているかまたはユーザが正しくない姿勢で着座しているものと判断することができる。
図２０の実施の形態では、基準信号設定部２２にそのような中間レベルが基準レベルとして設定されており、信号増幅部１４を介して検知部１３から得られる反射波レベルに基づいて上述の判断がなされる。
図２１は、この基準信号設定部２２の構成を示す回路図である。図２１において、図２０の検知部１３から信号増幅部１４を介して入力される反射波レベルと、中間レベルとしての基準電圧とがコンパレータ２７で比較され、その比較結果が出力端子２３から出力される。この情報は、図１のＣＰＵ３ａに与えられ、必要な制御や表示に用いられる。
［第５の実施形態による生体信号検知装置］
図２２は、図１のマッサージ機に適用される生体信号検知装置２の第５の実施形態を示すブロック図である。
図２２に示す実施形態は、図１２に示す第２の実施形態に、上述の図２０の第４の実施形態による基準信号設定部２２および出力端子２３を付加したものである。その他の構成は、図１２に示した第２の実施形態の構成と同じなので、ここでは説明を繰返さない。
なお、上述の各実施形態を通じて、電極１２ａ、１２ｂは、同一形状の一対の電極を使用し、ユーザが着座したときにその体の一部が確実に接触または近接するように、左右対称または上下対称の位置に配置される。
また、電極の形状は、コモンモード電流の軽減と、感度の向上のため、左右および上下対称であることが必要である。この条件を満たせば、電極の形状そのものは、検知目的に合わせて自由に選択することができる。
たとえば図２３は、長円形の電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図である。また、図２４は、長方形の電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図である。
ユーザが電極上に着座したり電極に接触したりする場合、ユーザに違和感がないように、電極は柔軟であること、たとえばメッシュ状であることが望ましい。図２５は、メッシュ状の長円形の電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図であり、図２６は、メッシュ状の長方形の電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図である。
図２５および２６のように電極をメッシュ状とすることで、電極の高周波特性を損なうことなく柔軟性を確保することができる。なお、電極の材質としては、銀、金、銅、アルミなどが好ましい。
さらに、電極を柔軟にするために、たとえば櫛状にすることも好ましい。図２７は、櫛歯が電極の長手方向に平行に配置された電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図であり、図２８は、櫛歯が長手方向に直交するように配置された電極１２ａ、１２ｂの形態を示す模式図である。図２７および２８のように電極を櫛状とすることで、電極の高周波特性を損なうことなく柔軟性を確保することができ、さらに電極間静電容量が増加し、電極の放射電力が減少する。なお、電極の材質としては、銀、金、銅、アルミなどが好ましい。
次に、図２９は、電極部１２の他の形態を示す回路図である。図２に示した第１の実施形態の生体信号検知装置２では、発振部１１の発振周波数は固定されていた。したがって、発振部１１と電極部１２との間で実際にインピーダンス整合が取れるようインピーダンスの虚数成分、実数成分を補正する必要がある。図１５から図１８を参照してインピーダンスの自動整合機能についてはすでに詳細に説明したが、以下の例では、回路素子の付加によりインピーダンスの成分補正を個別に実行する場合について説明する。
図２９において、アイソレーションの機能およびインピーダンスの実数値の整合機能を有するインピーダンス変換手段としてのトランス１２ｃと、電極１２ａ、１２ｂとの間に、コイルＬａ、Ｌｂが挿入されており、これによってインピーダンスが整合するようにインピーダンスの虚数成分が補正される。また、コイルの代わりにコンデンサを用いてもよい。
図３０は、インピーダンス補正のための電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。この例では、トランス１２ｃの１次側に切換タップ２４を設け、その切換によりトランス１２ｃの巻き数比を可変とし、電極のインピーダンスの実数値を容易に補正することができるように構成したものである。
図３１は、インピーダンス補正のための電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。図３１の例は、図２９の例におけるコイルＬａに代えて２つのコイルＬａ1、Ｌａ2を設け、コイルＬｂに代えて２つのコイルＬｂ1、Ｌｂ2を設け、スイッチ２５ａ、２５ｂによってそれぞれいずれかのコイルを選択することにより、インピーダンスの虚数成分の補正がより容易となり、インピーダンス整合を取りやすくなるように構成したものである。また、コイルの代わりにコンデンサを用いてもよい。
図３２は、インピーダンス補正のための電極部１２のさらに他の形態を示す回路図である。図３２の例は、図２９の例におけるコイルＬａ、Ｌｂに代えて、π型整合回路２６を設けたものである。
この整合回路２６は、可変コイルＬａｖ、Ｌｂｖと、可変コンデンサＣａｖ、Ｃｂｖとからなる平衡回路用に修正されたπ型整合回路である。この例の電極部１２においては、整合回路２６の可変コイルＬａｖ、Ｌｂｖと、可変コンデンサＣａｖ、Ｃｂｖとを調整してインピーダンスの整合を取ることができる。可変コイルＬａｖ、Ｌｂｖと、可変コンデンサＣａｖ、Ｃｂｖとをモータなどの動力源で駆動すれば、図１５ないし図１８の実施形態と同様にインピーダンス整合の自動化を図ることができる。
なお、図３２では、π型整合回路を用いているが、これに代えてＴ型整合回路、Ｌ型整合回路など、他の形式の整合回路を用いてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明による生体信号検知装置は、呼吸数、脈拍数などの生体信号を、生体を拘束することなく高精度に検知する生体信号検知装置として有用であり、特に、マッサージ機に組み込んだときに、高精度に検知された生体信号に基づいた施療を、安価な構成で行なうことができ、極めて有用である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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