(57)【要約】  心拍測定装置（１）は、被測定者（Ｏ）に対し送信アンテナ（４）から送信信号（Ｓt）を送信する送信機（３）と、受信アンテナ（６）によって被測定者（Ｏ）から反射してきた信号を受信信号（Ｓr）として受信する受信機（５）と、送信信号（Ｓt）と受信信号（Ｓr）の同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する直交検波回路（７）とを備えている。これに加え、心拍測定装置（１）は、Ｉ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラム（Ｓs）を計算するフーリエ変換部（８）と、スペクトラム（Ｓs）の正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する信号処理部（９）とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者に対し送信アンテナから送信信号を送信する送信手段と、
受信アンテナによって前記被測定者から反射してきた信号を受信信号として受信する受信手段と、
前記送信信号と前記受信信号の同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する信号生成手段とを備えた心拍測定装置において、
前記Ｉ信号と前記Ｑ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムを計算するスペクトラム演算部と、
前記スペクトラムの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する信号処理部とを備えることを特徴とする心拍測定装置。
【請求項２】
前記送信信号の周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の心拍測定装置。
【請求項３】
前記スペクトラム演算部は、時間幅を心拍の間隔よりも短く設定して、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号をフーリエ変換するフーリエ変換部であることを特徴とする請求項１または２に記載の心拍測定装置。
【請求項４】
前記スペクトラム演算部は、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号をウェーブレット変換するウェーブレット変換部であることを特徴とする請求項１または２に記載の心拍測定装置。
【請求項５】
前記送信アンテナと前記受信アンテナは、これらに兼用される単一の送受信アンテナによって構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の心拍測定装置。
【請求項６】
前記送信手段および前記受信手段は、車両に搭載され、
前記送信手段は、前記被測定者として前記車両の運転手に前記送信信号を送信し、
前記受信手段は、前記運転手から反射してきた信号を前記受信信号として受信することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の心拍測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば人体の心拍の測定に用いて好適な心拍測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心拍測定装置として、ドップラ効果を利用したドップラセンサが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このようなドップラセンサは、被測定者に対し送信アンテナから送信信号を送信する送信手段と、受信アンテナによって前記被測定者から反射してきた信号を受信信号として受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号の同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する信号生成手段とを備えている。【０００３】
特許文献１には、ドップラセンサから出力される中間周波信号（ＩＦ信号）をフーリエ変換し、フーリエ変換後の信号に対して、フィルタ処理を実行することによって、心拍と呼吸を算出する構成が開示されている。【０００４】
特許文献２には、反射波をＩＱ検波（直交検波）し、ＩＱ平面上の取得信号の位置ベクトルのノルムの時系列データから心拍信号を抽出し、抽出した心拍信号の波形の周期的な変動に基づいて１心拍に対応する心拍信号を検出することが記載されている。【０００５】
特許文献３には、血流による反射率の変化から心拍を検出するドップラセンサが記載されている。また、特許文献３には、ドップラセンサの検出した振幅成分と位相成分の２つの信号に基づいて、振幅成分から人体の体動に起因する成分を分離する処理を行い、心拍だけを抽出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１３２３９号公報
【特許文献２】特開２０１４−３９８３８号公報
【特許文献３】特開２００６−５５５０４号公報
【発明の概要】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された心肺機能監視装置は、フーリエ変換後の信号に対して、フィルタ処理を実行することによって、心拍と呼吸を算出する。このため、心拍による周波数成分と体動による周波数成分とが重なった場合には、検知できないという問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載されたドップラセンサは、ＩＱ平面上の時系列の動きを見ている。このため、雑音がある場合に信号の検知ができなくなる。
【０００９】
特許文献３に記載されたドップラセンサは、血流による反射率の変化から心拍を検出している。しかしながら、血流による反射率の変化は非常に小さく、雑音に弱い。このため、極めて小さな体動でなければ、心拍と分離できないという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、心拍成分を精度良く抽出することができる心拍測定装置を提供することにある。
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、被測定者に対し送信アンテナから送信信号を送信する送信手段と、受信アンテナによって前記被測定者から反射してきた信号を受信信号として受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号の同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する信号生成手段とを備えた心拍測定装置において、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムを計算するスペクトラム演算部と、前記スペクトラムの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する信号処理部とを備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、心拍成分を精度良く抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による心拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＱ平面上の受信信号の動きを示す説明図である。
【図３】被測定者の動きとスペクトラムとの関係を示す説明図である。
【図４】受信信号、フーリエ変換区間およびスペクトラムの関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による心拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による心拍測定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の心拍測定装置を車両に搭載した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態による心拍測定装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１に、第１の実施の形態による心拍測定装置１を示す。心拍測定装置１は、送信機３、受信機５、直交検波回路７、フーリエ変換部８、信号処理部９等を備えている。送信機３および直交検波回路７は、局部発振器２に接続されている。心拍測定装置１は、ドップラ効果を利用したドップラセンサであり、被測定者Ｏ（人体）の心拍を、被測定者Ｏとは非接触で測定する。
【００１６】
局部発振器２は、単一の周波数ｆ0のＲＦ信号（高周波信号）を生成する。このとき、ＲＦ信号の周波数ｆ0は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内に設定されている。
【００１７】
送信機３は、被測定者Ｏに対し送信アンテナ４から送信信号Ｓtを送信する送信手段を構成している。送信機３は、電力増幅器３Ａ（ＰＡ）を備えている。電力増幅器３Ａの入力側は、局部発振器２に接続されている。電力増幅器３Ａの出力側は、送信アンテナ４に接続されている。送信機３は、局部発振器２によるＲＦ信号を、電力増幅器３Ａによって電力増幅し、送信信号Ｓtとして送信アンテナ４から被測定者Ｏに向けて送信する。
【００１８】
送信アンテナ４は、送信信号Ｓtが放射可能な各種のアンテナによって構成されている。送信アンテナ４の入力側は、送信機３（電力増幅器３Ａ）に接続されている。送信アンテナ４は、例えば被測定者Ｏの前方に配置され、送信機３から入力される送信信号Ｓtを、被測定者Ｏの胸部に向けて照射する。
【００１９】
受信機５は、受信アンテナ６によって被測定者Ｏから反射してきた信号を受信信号Ｓrとして受信する受信手段を構成している。受信機５は、低雑音増幅器５Ａ（ＬＮＡ）を備えている。低雑音増幅器５Ａの入力側は、受信アンテナ６に接続されている。低雑音増幅器５Ａの出力側は、直交検波回路７に接続されている。受信機５は、被測定者Ｏが送信信号Ｓtを反射したときに、このときの反射波を受信アンテナ６によって受信信号Ｓrとして受信する。受信機５は、低雑音増幅器５Ａによって受信信号Ｓrを増幅し、直交検波回路７に出力する。
【００２０】
受信アンテナ６は、送信アンテナ４と同様に構成されている。受信アンテナ６は、例えば送信アンテナ４と同様に被測定者Ｏの前方に配置され、被測定者Ｏが送信信号Ｓtを反射したときの反射波を受信信号Ｓrとして受信する。受信アンテナ６は、受信信号Ｓrを受信可能な各種のアンテナによって構成されている。
【００２１】
なお、送信アンテナ４および受信アンテナ６は、被測定者Ｏの前方に限らず、受信信号Ｓrに被測定者Ｏの心拍によるドップラ効果が生じる位置であれば、いずれの位置（例えば被測定者Ｏの後方）に配置してもよい。
【００２２】
直交検波回路７は、送信信号Ｓtと受信信号Ｓrの同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する信号生成手段を構成している。直交検波回路７は、受信信号Ｓrに対して直交検波を行う。直交検波回路７は、ミキサ７Ａ，７Ｂと移相器７Ｃとによって構成されている。ミキサ７Ａは、局部発振器２に接続されている。ミキサ７Ａは、受信信号Ｓrと局部発振器２によるＲＦ信号とを混合してＩ信号（同相信号）を出力する。ミキサ７Ｂは、ＲＦ信号の位相を９０°シフトさせる移相器７Ｃを介して局部発振器２に接続されている。ミキサ７Ｂは、受信信号Ｓrと移相器７Ｃを通過したＲＦ信号とを混合してＱ信号（直交信号）を出力する。直交検波回路７は、Ｉ信号とＱ信号をフーリエ変換部８に出力する。
【００２３】
フーリエ変換部８および信号処理部９は、例えばマイクロコンピュータ等のような演算装置１０によって構成されている。演算装置１０は、Ｉ信号およびＱ信号をＡＤ変換器によってディジタル信号に変換するＡＤ変換器（図示せず）を有している。これに加えて、演算装置１０は、各種のプログラムが格納された記憶部（図示せず）を有している。演算装置１０は、各種のプログラムを実行することによって、フーリエ変換部８および信号処理部９として動作する。
【００２４】
フーリエ変換部８は、Ｉ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムＳsを計算するスペクトラム演算部を構成している。フーリエ変換部８は、時間幅Ｔwを心拍の間隔Ｔhbよりも短く設定して、Ｉ信号とＱ信号をフーリエ変換する。このため、Ｉ信号およびＱ信号は、フーリエ変換部８に入力され、予め決められた時間幅Ｔwに区切られてフーリエ変換される。図４に示すように、フーリエ変換部８は、区切られた時間幅Ｔwを少しずつずらしながら、それぞれの区間でフーリエ変換を行い、スペクトラムＳsの時間変化を演算する。時間幅Ｔwをずらす値は、時間幅Ｔwよりも小さい値（例えば時間幅Ｔwの半分）である。
【００２５】
ここで、心拍数の正常値は、例えば６０〜１００回／分程度である。このとき、心拍の間隔Ｔhbは、例えば０．６〜１秒程度になる。このため、フーリエ変換部８は、心拍の間隔Ｔhbよりも短い値として、例えば０．３〜０．５秒程度の時間幅Ｔwを設定し、Ｉ信号とＱ信号を時間幅Ｔwで区切って、フーリエ変換する。
【００２６】
フーリエ変換されたデータは、正と負の周波数領域を持っている。フーリエ変換部８は、ある一定時間（時間幅Ｔw）の信号に含まれる周波数成分を計算し、その周波数成分の時間変化を連続して出力する。フーリエ変換部８は、スペクトラムＳsを信号処理部９に出力する。
【００２７】
信号処理部９は、スペクトラムＳsの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する。信号処理部９は、スペクトラムＳsの時間変化を解析し、正と負の周波数成分を比較する。具体的には、信号処理部９は、スペクトラムＳsについて同一周波数で正と負の信号強度を比較する。信号処理部９は、例えば両者の差異が２０％以内であるとき、即ち一方（例えば正側）の信号強度が他方（例えば負側）の信号強度の±２０％の範囲内にあるときには、信号強度が同じ範囲であると判定する。一方、信号処理部９は、例えば両者の差異が２０％を超えているときには、信号強度が異なる範囲であると判定する。信号処理部９は、心拍信号として、正と負の周波数成分で信号強度が同じ範囲であるものを抽出する。
【００２８】
なお、信号強度が同じ範囲は、例示したものに限らず、実際の測定結果等に応じて適切な値が適宜設定される。また、フーリエ変換部８および信号処理部９は、演算装置１０の演算処理によって実現するものとしたが、それぞれハードウエアの処理回路によって構成してもよい。
【００２９】
次に、本実施の形態による心拍測定装置１による心拍測定の動作について、図１ないし図４を参照しつつ説明する。
【００３０】
心拍測定装置１は、例えば被測定者Ｏから数ｍ離れた位置に設置される。心拍測定装置１は、送信アンテナ４から被測定者Ｏに対し送信信号Ｓt（ＲＦ信号）を出力し、被測定者Ｏで反射して戻ってきた反射波（ＲＦ信号）を受信信号Ｓrとして受信アンテナ６で受信する。このとき、反射波には、被測定者Ｏの動きに伴ってドップラ効果が生じ、被測定者Ｏの動きに応じた位相変動が生じる。受信信号Ｓrは、直交検波回路７のミキサ７Ａ，７Ｂによりダウンコンバートされ、Ｉ信号とＱ信号が生成される。Ｉ信号とＱ信号は、振幅をＡ(t)、送信信号の周波数をｆ0、心拍測定装置１と被測定者Ｏの距離をｄ(t)、光速をｃ、雑音等による位相変動をφ(t)とすると、以下の数１および数２の式のように表される。
【００３１】
【数１】
2019044195.tif 000003
【００３２】
【数２】
2019044195.tif 000004
【００３３】
図２に心拍測定装置１（直交検波回路７）の出力信号（Ｉ信号およびＱ信号）の一例を示す。ターゲット（例えば被測定者Ｏの胸表面）が移動するに従い、受信信号Ｓrの位相が回転し、ＩＱ平面上で円周上を動く。心拍測定装置１と被測定者Ｏの距離が送信信号Ｓtの半波長分変化すると、ＩＱ平面上で１周する。心拍測定装置１と被測定者Ｏが近付くときは、ＩＱ平面上で左回りに回転する。心拍測定装置１と被測定者Ｏが遠ざかるときは、ＩＱ平面上で右回りに回転する。心拍測定装置１と被測定者Ｏの距離の変動が送信信号Ｓtの半波長に対して充分小さいときは、図２中の軌跡は円周上の一部分のみ動き、ほぼ直線的な動きとなる。
【００３４】
図３にＩＱ信号をフーリエ変換したスペクトラムの周波数成分を例示する。被測定者Ｏの動きが大きい場合には、図２に示したように、ＩＱ平面上で円周上を動く。図３（Ａ）に示すように、心拍測定装置１と被測定者Ｏが近付き、ＩＱ平面上で左回りに回転するときは、スペクトラムＳsの周波数成分は、正の周波数成分として表れる。図３（Ｂ）に示すように、心拍測定装置１と被測定者Ｏが遠ざかり、ＩＱ平面上で右回りに回転するときは、スペクトラムＳsの周波数成分は、負の周波数成分として表れる。図３（Ｃ）に示すように、逆に被測定者Ｏの動きが小さい場合には、周波数成分は正側と負側にほぼ同じ成分を持つ。
【００３５】
図４に心拍による受信信号Ｓr（Ｉ信号とＱ信号）のスペクトラムＳsの一例を示す。ここで、送信信号Ｓtの周波数ｆ0は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内である。このため、送信信号Ｓtの波長は、３ｍｍないし３０ｍｍになり、その半波長は、１．５ｍｍないし１５ｍｍになる。このとき、心拍に伴う胸表面の動きは、概ね０．５ｍｍないし１．０ｍｍであり、送信信号Ｓtの半波長よりも小さい。このため、図２中の軌跡は、円周上の一部分のみ動き、ほぼ直線的な動きとなる。この結果、図４に示すように、心拍のスペクトラムＳsの周波数成分は、正側と負側にほぼ同じ成分を持つ。
【００３６】
ここで、Ｉ信号およびＱ信号は、時間幅Ｔwに区切られてフーリエ変換される。このとき、Ｉ信号およびＱ信号のうち時間幅Ｔwで区切られる部分は、徐々にシフトする。このため、スペクトラムＳsの信号強度は、Ｉ信号およびＱ信号のうちフーリエ変換される部分がずれるのに従って、時間変化する。心拍のスペクトラムＳsの周波数成分が正側と負側にほぼ同じ成分を持つ点については、両者の振幅は、ほぼ同じ大きさとなる。従って、信号処理部９は、正と負の周波数成分で信号強度が同じ範囲であるものを抽出することによって、心拍信号を抽出することができる。
【００３７】
かくして、スペクトラム演算部８は、被測定者Ｏからの反射波（受信信号Ｓr）のＩ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムＳsを計算し、信号処理部９は、スペクトラムＳsの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する。このとき、心拍のように小さい動きに対する信号の周波数成分は、正と負の周波数領域で同様に現われる。これに対し、体動のように大きな動きに対する信号の周波数成分は、正と負で異なる成分を有する。このため、信号処理部９は、スペクトラムＳsの正と負の周波数成分を比較して、正と負の周波数領域で同じ成分を取り出すことによって、心拍による信号を抽出することができる。この結果、心拍による信号と体動による信号とを分離することができ、体動による影響があっても、心拍成分を精度良く抽出することができる。
【００３８】
また、送信信号Ｓtの周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内であるから、送信信号Ｓtの波長は、３ｍｍないし３０ｍｍになり、その半波長は、１．５ｍｍないし１５ｍｍになる。このとき、心拍に伴う胸表面の動きは、概ね０．５ｍｍないし１．０ｍｍであり、送信信号Ｓtの半波長よりも小さい。一方、呼吸に伴う胸表面の動きは、概ね１０ｍｍであり、送信信号Ｓtの半波長と同程度の大きさになる。このため、送信信号Ｓtの周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内に設定することによって、心拍は小さな動きとして捕らえ、呼吸は大きな動きとして捕らえることができ、心拍と呼吸を精度良く分離することができる。
【００３９】
さらに、スペクトラム演算部は、Ｉ信号とＱ信号をフーリエ変換するフーリエ変換部８によって構成されている。このとき、心拍による胸表面の動きは、１回の心拍の間に瞬時に振動する時間帯と、殆ど動いていない時間帯とが存在する。これに対し、フーリエ変換部８は、フーリエ変換の時間幅Ｔwが心拍の間隔Ｔhbよりも短く設定されているから、周波数成分の時間変化を精度良く観測することができ、個別の鼓動を、時間を追って観測することができる。このため、心拍の検知精度が向上する。
【００４０】
次に、図５に、本発明の第２の実施の形態による心拍測定装置１１を示す。第２の実施の形態の特徴は、スペクトラム演算部は、Ｉ信号とＱ信号をウェーブレット変換するウェーブレット変換部によって構成されたことにある。なお、心拍測定装置１１の説明に際し、第１の実施の形態による心拍測定装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
心拍測定装置１１は、送信機３、受信機５、直交検波回路７、ウェーブレット変換部１２、信号処理部９等を備えている。
【００４２】
ウェーブレット変換部１２および信号処理部９は、例えばマイクロコンピュータ等のような演算装置１０によって構成されている。演算装置１０は、各種のプログラムを実行することによって、ウェーブレット変換部１２および信号処理部９として動作する。
【００４３】
ウェーブレット変換部１２は、Ｉ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムＳsを計算するスペクトラム演算部を構成している。ウェーブレット変換部１２は、フーリエ変換する際に、解析する周波数帯域により時間幅を変える。具体的には、ウェーブレット変換部１２は、低い周波数帯域は時間幅を広くし、高い周波数帯域は時間幅を狭くする。これにより、同時に広帯域な信号解析を行うことができる。
【００４４】
フーリエ変換されたデータは、正と負の周波数領域を持っている。ウェーブレット変換部１２は、可変な時間幅の信号に含まれる周波数成分を計算し、その周波数成分の時間変化を連続して出力する。ウェーブレット変換部１２は、スペクトラムＳsを信号処理部９に出力する。
【００４５】
かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、スペクトラム演算部は、Ｉ信号とＱ信号をウェーブレット変換するウェーブレット変換部１２によって構成されている。この場合、ウェーブレット変換部１２は、フーリエ変換するときに、解析する周波数帯域に応じて時間幅を変える。このため、ウェーブレット変換部１２は、低い周波数帯域は時間幅を広くし、高い周波数帯域は時間幅を狭くすることで、同時に広帯域な信号解析を行うことができる。
【００４６】
次に、図６に、本発明の第３の実施の形態による心拍測定装置２１を示す。第３の実施の形態の特徴は、送信アンテナと受信アンテナは、これらに兼用される単一の送受信アンテナによって構成されたことにある。なお、心拍測定装置１１の説明に際し、第１の実施の形態による心拍測定装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４７】
心拍測定装置２１は、送信機３、受信機５、直交検波回路７、フーリエ変換部８、信号処理部９等を備えている。送信機３および受信機５は、サーキュレータ２２を介して、送受信アンテナ２３に接続されている。
【００４８】
送受信アンテナ２３は、送信信号Ｓtの送信と、受信信号Ｓrの受信との両方に使用される。このため、送受信アンテナ２３は、送信信号Ｓtが放射可能であり、かつ、その反射波からなる受信信号Ｓrが受信可能な各種のアンテナによって構成されている。サーキュレータ２２は、送信機３から出力された送信信号Ｓtを送受信アンテナ２３に供給すると共に、送受信アンテナ２３から受信した受信信号Ｓrを受信機５に伝送する。
【００４９】
かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、送信アンテナと受信アンテナは、単一の送受信アンテナ２３によって構成されている。このため、送信アンテナと受信アンテナとを別個に設けた場合に比べて、装置全体を小型化することができる。
【００５０】
なお、第３の実施の形態による心拍測定装置２１は、第１の実施の形態によるフーリエ変換部８を備えるものとしたが、第２の実施の形態によるウェーブレット変換部１２を備えるものとしてもよい。
【００５１】
また、図７に示すように、心拍測定装置１は、車両Ｖに搭載されてもよい。この場合、送信機３および受信機５は、車両Ｖに搭載される。具体的には、送信機３および受信機５は、運転手Ｄと対面する位置として、例えば車両ＶのステアリングホイールＳの周囲に設けられている。送信機３は、被測定者として車両Ｖの運転手Ｄに送信信号Ｓtを送信する。受信機５は、運転手Ｄから反射してきた信号を受信信号Ｓrとして受信する。これにより、車両Ｖの運転手Ｄの心拍を検出することができる。車両Ｖには、第１の実施の形態による心拍測定装置１に限らず、第２，第３の実施の形態による心拍測定装置１１，２１を搭載してもよい。
【００５２】
また、前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【００５３】
次に、上記の実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明は、被測定者に対し送信アンテナから送信信号を送信する送信手段と、受信アンテナによって前記被測定者から反射してきた信号を受信信号として受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信信号の同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号を生成する信号生成手段とを備えた心拍測定装置において、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムを計算するスペクトラム演算部と、前記スペクトラムの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する信号処理部とを備えることを特徴としている。
【００５４】
本発明によれば、スペクトラム演算部は、被測定者からの反射波のＩ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムを計算し、信号処理部は、スペクトラムの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する。このとき、心拍のように小さい動きに対する信号の周波数成分は、正と負の周波数領域で同様に現われる。これに対し、体動のように大きな動きに対する信号の周波数成分は、正と負で異なる成分を有する。このため、信号処理部は、スペクトラムの正と負の周波数成分を比較して、正と負の周波数領域で同じ成分を取り出すことによって、心拍による信号を抽出することができる。この結果、心拍による信号と体動による信号とを分離することができ、体動による影響があっても、心拍成分を精度良く抽出することができる。
【００５５】
本発明では、前記送信信号の周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内であることを特徴としている。
【００５６】
本発明によれば、送信信号の周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内であるから、送信信号の波長は、３ｍｍないし３０ｍｍになり、その半波長は、１．５ｍｍないし１５ｍｍになる。このとき、心拍に伴う胸表面の動きは、概ね０．５ｍｍないし１．０ｍｍであり、送信信号の半波長よりも小さい。一方、呼吸に伴う胸表面の動きは、概ね１０ｍｍであり、送信信号の半波長と同程度の大きさになる。このため、送信信号の周波数は、１０ＧＨｚないし１００ＧＨｚの範囲内に設定することによって、心拍は小さな動きとして捕らえ、呼吸は大きな動きとして捕らえることができ、心拍と呼吸を精度良く分離することができる。
【００５７】
本発明では、前記スペクトラム演算部は、時間幅を心拍の間隔よりも短く設定して、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号をフーリエ変換するフーリエ変換部であることを特徴としている。
【００５８】
このとき、心拍による胸表面の動きは、１回の心拍の間に瞬時に振動する時間帯と、殆ど動いていない時間帯とが存在する。これに対し、フーリエ変換部は、フーリエ変換の時間幅が心拍の間隔よりも短く設定されているから、周波数成分の時間変化を精度良く観測することができ、個別の鼓動を、時間を追って観測することができる。このため、心拍の検知精度が向上する。
【００５９】
本発明では、前記スペクトラム演算部は、前記Ｉ信号と前記Ｑ信号をウェーブレット変換するウェーブレット変換部であることを特徴としている。
【００６０】
ウェーブレット変換部は、フーリエ変換するときに、解析する周波数帯域に応じて時間幅を変える。このため、ウェーブレット変換部は、低い周波数帯域は時間幅を広くし、高い周波数帯域は時間幅を狭くすることで、同時に広帯域な信号解析を行うことができる。
【００６１】
本発明では、前記送信アンテナと前記受信アンテナは、これらに兼用される単一の送受信アンテナによって構成されることを特徴としている。
【００６２】
このため、送信アンテナと受信アンテナとを別個に設けた場合に比べて、装置全体を小型化することができる。
【００６３】
本発明では、前記送信手段および前記受信手段は、車両に搭載され、前記送信手段は、前記被測定者として前記車両の運転手に前記送信信号を送信し、前記受信手段は、前記運転手から反射してきた信号を前記受信信号として受信することを特徴としている。これにより、車両の運転手の心拍を検出することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１，１１，２１  心拍測定装置
３  送信機（送信手段）
４  送信アンテナ
５  受信機（受信手段）
６  受信アンテナ
７  直交検波回路（信号生成手段）
８  フーリエ変換部（スペクトラム演算部）
９  信号処理部
１２  ウェーブレット変換部（スペクトラム演算部）
２３  送受信アンテナ
【図１】
2019044195.tif 000005
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
かくして、フーリエ変換部８は、被測定者Ｏからの反射波（受信信号Ｓr）のＩ信号とＱ信号から正と負の周波数領域のスペクトラムＳsを計算し、信号処理部９は、スペクトラムＳsの正と負の周波数成分を比較して心拍成分を抽出する。このとき、心拍のように小さい動きに対する信号の周波数成分は、正と負の周波数領域で同様に現われる。これに対し、体動のように大きな動きに対する信号の周波数成分は、正と負で異なる成分を有する。このため、信号処理部９は、スペクトラムＳsの正と負の周波数成分を比較して、正と負の周波数領域で同じ成分を取り出すことによって、心拍による信号を抽出することができる。この結果、心拍による信号と体動による信号とを分離することができ、体動による影響があっても、心拍成分を精度良く抽出することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、図６に、本発明の第３の実施の形態による心拍測定装置２１を示す。第３の実施の形態の特徴は、送信アンテナと受信アンテナは、これらに兼用される単一の送受信アンテナによって構成されたことにある。なお、心拍測定装置２１の説明に際し、第１の実施の形態による心拍測定装置１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【国際調査報告】
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