(57)【要約】【課題】外部導体を備えた接続線で発生するノイズをセンサ信号からより高効率に除去できる生体微振動センサ装置及びセンサ入力装置を提供すること。【解決手段】生体微振動センサ装置は、生体が発する微振動を検知し、センサ信号を出力するセンサ本体と、センサ信号が入力されるセンサ入力部（４）と、センサ本体からセンサ入力部にセンサ信号を伝導する接続線（３）と、を具備する。接続線は２本の芯線（３ａ、３ｂ）と、芯線を被覆する外部導体（３ｃ）と、を含む。センサ入力部は、計装アンプ部（１０）を含み、計装アンプ部は、芯線の電圧が印加される一対の差動入力端子（ＩＮ（＋）、ＩＮ（−））と、外部導体の電圧が印加される基準端子（Ｅ）と、を含む。【選択図】図２
2018175419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体が発する微振動を検知し、センサ信号を出力するセンサ本体と、
前記センサ信号が入力されるセンサ入力部と、
前記センサ本体から前記センサ入力部に前記センサ信号を伝導する接続線と、
を具備し、
前記接続線は、２本の芯線と、前記芯線を被覆する外部導体と、を含み、
前記センサ入力部は、計装アンプ部を含み、
前記計装アンプ部は、
前記芯線の電圧が印加される一対の差動入力端子と、
前記外部導体の電圧が印加される基準端子と、
を含むことを特徴とする生体微振動センサ装置。
【請求項２】
前記センサ本体は、前記微振動を前記生体の体表面上で検知することを特徴とする請求項１に記載の生体微振動センサ装置。
【請求項３】
生体が発する微振動をセンサ本体が検知して出力するセンサ信号を増幅する計装アンプ部を備え、
前記計装アンプ部は、
前記センサ本体から前記センサ信号を伝達する接続線の芯線の電圧が印加される一対の差動入力端子と、
前記接続線の、前記芯線を被覆する外部導体の電圧が印加される基準端子と、
を含むことを特徴とするセンサ入力装置。
【請求項４】
前記センサ本体は、前記微振動を前記生体の体表面上で検知することを特徴とする請求項３に記載のセンサ入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体微振動センサ装置及びセンサ入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体には、イビキ、脈動及び眼球運動等によって体表面上に微振動として伝達される生体信号が知られている。このような生体信号をセンサで検出し、導出することが行われている。
【０００３】
例えば、圧電素子を瞼に固定し、眼球運動を検出することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
従来、例えば、センサの感度が小さい場合、交流雑音や生体の動きなどで外部雑音が生体信号に混入して、必要な信号だけを取り出すことが困難であった。
【０００５】
このような外部雑音の対策としては、例えば、振動センサの信号を、判定手段に伝達する送路としてシールド線を用いることにより、シールド線の外部からのノイズを防ぐことが行われている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１には、シールド線が揺れたり、動いたりすることにより、シールド線内部のインピーダンスが変化して振動センサから伝達される身体振動信号にノイズが発生することが記載されている。
【０００７】
そして、ノイズの発生を抑える手段として、振動センサと判定手段との間にオペアンプを設け、振動センサの出力インピーダンスを低減させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−２０８５１３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】大山健一、外８名、“蝶形骨空洞手術における圧電素子を用いた術中眼球運動モニタリング”、日本内分泌学会雑誌、Ｖｏｌ．８４  Ｓｕｐｐｌ．Ｊｕｎｅ  ２００８、ｐ．４０−４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された振動センサの出力インピーダンスを低減させることでノイズを低減すると記載されているが、オペアンプの詳細については記載がない。
【００１１】
また、特許文献１は、ベッドに寝ている人又は椅子に座っている人の身体の動きによって発生する振動を検出している。イビキ、脈動、眼球運動等によって体表面上で発生する生体微振動を検出するには、より一層ノイズが少ないことが求められているが、有効なノイズ低減方法は未だ提案されていない。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、外部導体を備えた接続線で発生するノイズを低減できる生体微振動センサ装置及びセンサ入力装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様の生体微振動センサ装置は、生体が発する微振動を検知し、センサ信号を出力するセンサ本体と、前記センサ信号が入力されるセンサ入力部と、前記センサ本体から前記センサ入力部に前記センサ信号を伝導する接続線と、を具備し、前記接続線は、２本の芯線と、前記芯線を被覆する外部導体と、を含み、前記センサ入力部は、計装アンプ部を含み、前記計装アンプ部は、前記芯線の電圧が印加される一対の差動入力端子と、前記外部導体の電圧が印加される基準端子と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、接続線が不安定状態となり、センサ信号にノイズが重畳しても、差動増幅器の原理により、センサ信号に重畳した同相信号が減衰され、出力信号からノイズを低減することができる。
【００１５】
本発明の一態様の生体微振動センサ装置において、前記センサ本体は、前記微振動を前記生体の体表面上で検知することが好ましい。
【００１６】
本発明の一態様のセンサ入力装置は、生体が発する微振動をセンサ本体が検知して出力するセンサ信号を増幅する計装アンプ部を備え、前記計装アンプ部は、前記センサ本体から前記センサ信号を伝達する接続線の芯線の電圧が印加される一対の差動入力端子と、前記接続線の、前記芯線を被覆する外部導体の電圧が印加される基準端子と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様のセンサ入力装置において、前記センサ本体は、前記微振動を前記生体の体表面上で検知することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外部導体を備えた接続線で発生するノイズを低減できる生体微振動センサ装置及びセンサ入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態の生体微振動センサ装置を示す模式図である。
【図２】本実施の形態の生体微振動センサ装置における計装アンプ部を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本実施の形態の生体微振動センサ装置について説明する。図１は、本実施の形態の生体微振動センサ装置を示す模式図である。なお、図１に示す生体微振動センサ装置の模式図は、本発明を説明するために簡略化したものであり、生体微振動センサ装置が通常備える構成については備えているものとする。
【００２１】
図１に示すように、生体微振動センサ装置１は、本発明のセンサ本体の一例である圧電素子２を備えている。圧電素子２は、上部電極２ａと、圧電部材２ｂと、下部電極２ｃとを有し、上部電極２ａ及び下部電極２ｃで圧電部材２ｂを挟み込むように構成されている。
【００２２】
さらに、上部電極２ａ、圧電部材２ｂ及び下部電極２ｃの周囲を、絶縁体からなる絶縁ケース２ｄで覆うことができる。この場合、絶縁ケース２ｄの、下部電極２ｃに対応する部分には、絶縁体の厚さを厚くし、紙面下方向に突起した押圧部２ｅを設け、下部電極２ｃに応力が伝わるようすることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、圧電素子２として、圧電セラミックスを用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、圧電フィルム（ピエゾフィルム）を絶縁フィルムでカバーしたもの等、様々なタイプのものが使用できる。
【００２４】
圧電素子２等のセンサ本体は、生体が発する微振動（以下、生体微振動と記載する）を検知し、電気信号（以下、センサ信号と記載する）を出力するように構成されている。
【００２５】
生体微振動は、生体が発生するものであれば特に限定されないが、本発明の効果が最も顕著に表れるのは、例えば、イビキ、脈動又は眼球運動のような生体活動によって生体の体表面上に表われる微振動である。
【００２６】
なお、ここで生体には、人に限らず、人以外の動物が含まれる。また、体表面とは、例えば、皮膚であるが、特に限定されない。
【００２７】
センサ本体の生体への取付け方法は特に限定されないが、例えば、センサ本体が、図１に示すような圧電素子２である場合、生体の体表面に貼付等により取り付けられる。このとき、圧電素子２の押圧部２ｅ側を体表面側に向ける。皮膚と圧電素子２との間に何も存在せず直接取付けてもよいし、髪毛、衣服、ガーゼ、包帯等が皮膚との間に介在した状態で取付けてもよい。
【００２８】
圧電素子２は、本発明の接続線の一例である２芯シールド線３を介して、本発明のセンサ入力装置の一例である、入力ボックス４に接続されている。２芯シールド線３は、２つの芯線３ａ、３ｂと、芯線３ａ、３ｂを被覆するシールド外皮３ｃと、を有している。
【００２９】
芯線３ａ、３ｂは、例えば、金属導線（例えば、銅線）を、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の絶縁材料で被覆した電線である。ここで、芯線３ａ、３ｂは、中心導体又は信号線とも呼ばれる。
【００３０】
本発明の外部導体の一例であるシールド外皮３ｃは、例えば、導電金属（例えば、銅線、銅箔）で構成された横巻、編組又はテープなどで構成される。芯線３ａ、３ｂと、シールド外皮３ｃとの間に、導電性樹脂層（例えば、カーボン入り樹脂層）を設けてもよい。
【００３１】
また、２芯シールド線３のシールド外皮３ｃの外周は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の絶縁材料からなる絶縁層（不図示）で覆われている。
【００３２】
２芯シールド線３の芯線３ａ、３ｂの圧電素子２側（入力側）の端部は、それぞれ、圧電素子２の上部電極２ａ及び下部電極２ｃの一部に、例えばハンダ付けにより、接続され、互いに導通可能に構成されている。
【００３３】
２芯シールド線３の芯線３ａ、３ｂの入力ボックス４側（出力側）の端部には、それぞれ、プラグ５ａ、５ｂが接続されている。プラグ５ａ、５ｂは、入力ボックス４の入力端子（ＩＮ）に備えられた、ジャック（マイナス側）４ａ及びジャック（プラス側）４ｂに、着脱自在に接続可能に構成されている。
【００３４】
シールド外皮３ｃには、リード線６の一端部が接続され、互いに導通可能に構成されている。リード線６の他端部には、プラグ６ａが接続されている。プラグ６ａは、入力ボックス４の基準端子（Ｅ）に備えられたジャック４ｃに、着脱自在に接続可能に構成されている。
【００３５】
入力ボックス４の出力端子（ＯＵＴ）に備えられたジャック４ｄは、接続線７の一端部に設けられたプラグ７ａが着脱自在に接続可能に構成されている。一方、接続線７の他端部に設けられたプラグ７ｂは、データ処理装置８の入力端子（ＩＮ）に備えられたジャック８ａに、着脱自在に接続可能に構成されている。
【００３６】
接続線７は、例えば、金属導線（例えば、銅線）を、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の絶縁材料で被覆した電線である。
【００３７】
このような構成により、圧電素子２から出力されたセンサ信号は、２芯シールド線３の芯線３ａ、３ｂを通って入力ボックス４の入力端子（ＩＮ）に入力される。また、入力されたセンサ信号は、入力ボックス４で増幅され、出力端子（ＯＵＴ）から出力信号として出力される。当該出力信号は、接続線７を通ってデータ処理装置８の入力端子（ＩＮ）へ入力される。
【００３８】
入力ボックス４で増幅されたセンサ信号（出力信号）は、データ処理装置８において、データ処理が施される。データ処理装置８が行うデータ処理は、例えば、センサ信号の記録、記憶、解析、分析、印刷、表示、増幅及びフィルタリングを含む。データ処理装置８は、例えば、演算部（ＣＰＵ等）、記憶部（メモリ、ハードディスク等）、表示部（ディスプレイ等）、印刷部（プリンタ等）及びユーザインタフェース（キーボード、ボタン、マウス、タッチパネル等）を含む。データ処理装置８は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット等の情報処理端末装置であってもよい。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る生体微振動センサ装置１の入力ボックス４が備える計装アンプ部について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態の生体微振動センサ装置における計装アンプ部を示す回路図である。図２に示す計装アンプ部１０は、入力段を構成する一対のオペアンプ１１、１２と、これらのオペアンプ１１、１２の各出力の電圧差を増幅するオペアンプ１３とにより構成される。
【００４０】
オペアンプ１１の非反転入力端子（＋）には、差動入力端子としての入力端子ＩＮ（−）に接続された、２芯シールド線３の芯線３ａの電圧Ｖｉｎ−が印加されるように構成されている。したがって、オペアンプ１１の非反転入力端子（＋）には、圧電素子２（図１参照）の上部電極２ａから出力されたセンサ信号が入力される。
【００４１】
また、オペアンプ１１の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ１を介してオペアンプ１２の反転入力端子（−）と接続されている。また、オペアンプ１１の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプ１１の出力と接続されている。
【００４２】
オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）には、差動入力端子としての入力端子ＩＮ（＋）に接続された、２芯シールド線３の芯線３ｂの電圧Ｖｉｎ＋が印加されるように構成されている。したがって、オペアンプ１２の非反転入力端子（＋）には、圧電素子２（図１参照）の下部電極２ｃから出力されたセンサ信号が入力される。
【００４３】
また、オペアンプ１２の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプ１２の出力に接続されている。
【００４４】
オペアンプ１１の出力は、抵抗Ｒ４を介してオペアンプ１３の非反転入力端子（＋）に接続される。オペアンプ１２の出力は抵抗Ｒ５を介してオペアンプ１３の反転入力端子（−）に入力される。オペアンプ１３の非反転入力端子（＋）は、オペアンプ１３の出力と抵抗Ｒ６を介して接続される。
【００４５】
オペアンプ１３の反転入力端子（−）には、基準電位Ｖｒｅｆが、抵抗Ｒ７を介して入力される。
【００４６】
オペアンプ１３の出力は、計装アンプ部１０の出力電圧Ｖｏｕｔとして、出力される。
【００４７】
本実施の形態では、計装アンプ部１０において、オペアンプ１１、１２により芯線３ａ、３ｂを介して印加される電圧間の電位差をとることで、芯線３ａ、３ｂから入力されるセンサ信号の同相信号を除去し、センサ信号のノイズを低減し、オペアンプ１３で増幅し、基準端子（Ｅ）を介して印加される基準電位Ｖｒｅｆを電位基準として出力電圧Ｖｏｕｔとして出力することができる。
【００４８】
次に、上述のような構成からなる生体微振動センサ装置１の２芯シールド線３におけるノイズの発生について説明する。
【００４９】
２芯シールド線３のシールド外皮３ｃは、外部で発生したノイズが芯線３ａ、３ｂを通るセンサ信号に影響を及ぼすのを抑制するのに有用である。一般的には、シールド外皮３ｃは、接地（グラウンド接続）される。
【００５０】
圧電素子２を、生体の体表面に取り付け、微振動を検出するとき、シールド外皮３ｃは、安定状態では電荷を有していないので、その電位は零とみなせる。しかし、２芯シールド線３が曲がったり、揺れたり（不安定状態）して、雑音信号が重畳すると、シールド外皮３ｃは、電荷を有するようになる。この結果、芯線３ａ、３ｂを通じて入力ボックス４に入力されるセンサ信号にも、同様に同相信号として重畳され、ノイズの要因となる。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、シールド外皮３ｃと、入力ボックス４の基準端子（Ｅ）とを、リード線６で接続して、シールド外皮３ｃの電圧を、計装アンプ部１０の基準端子（Ｅ）に基準電位Ｖｒｅｆとして印加し、オペアンプ１３の反転入力端子（−）に抵抗Ｒ７を介して入力するような構成とした。
【００５２】
これにより、本実施の形態に係る生体微振動センサ装置１においては、２芯シールド線３が安定状態であり、シールド外皮３ｃの電位が零電位である場合、出力電圧Ｖｏｕｔは、基準電位Ｖｒｅｆと引き算された電圧になり、ノイズは重畳されない。
【００５３】
また、２芯シールド線３が不安定状態になり、ノイズがセンサ信号に重畳しても、計装アンプ部１０において、差動増幅器の原理により、センサ信号に重畳した同相信号が減衰され、出力電圧Ｖｏｕｔからノイズが見えなくなる。この結果、シールド外皮３ｃを備えた２芯シールド線３で発生するノイズを低減できる。
【００５４】
本発明の実施の形態は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【００５５】
上記実施の形態では、本発明の接続線の一例として２芯シールド線３を例に挙げて説明したが、芯線は２本以上であってもよい。また、接続線として、同軸ケーブルを使用してもよい。
【００５６】
また、入力ボックス４及びデータ処理装置８を接続線７で接続した場合を例に挙げて説明しているが、無線で接続してもよい。
【００５７】
また、データ処理装置８が通信手段を備え、ネットワークを介して接続された別のデータ処理装置の一例であるサーバ装置にデータを送信し、サーバ装置がデータを処理するように構成してもよい。
【００５８】
また、計装アンプ部１０は、図２に示す構成に限定されず、例えば、２つのオペアンプで構成されていてもよいし、モノリシック計装アンプであっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上説明したように、本発明は、外部導体を備えた接続線で発生するノイズをセンサ信号からより高効率に除去できるので、イビキ測定装置、脈動測定装置、眼球運動測定装置の他、生体が発する微振動を測定する装置に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  生体微振動センサ装置
２  圧電素子（センサ本体）
３  ２芯シールド線（接続線）
３ａ、３ｂ  芯線
３ｃ  シールド外皮（外部導体）
４  入力ボックス（センサ入力装置）
６  リード線
７  接続線
８  データ処理装置
１０  計装アンプ部
１１、１２、１３  オペアンプ
【図１】
2018175419.tif 000003
【図２】
2018175419.tif 000004