(57)【要約】【課題】  簡易な構成で被測定者の生体情報を検出できる電波センサ装置を提供する。【解決手段】  電波センサ装置１は、被測定者Ｏに向けて送信アンテナ５から送信信号Ｓｔを出力する送信機３と、受信アンテナ７によって送信信号Ｓｔを被測定者Ｏが透過した信号を受信信号Ｓｒとして受信する受信機６とを備える。また、電波センサ装置１は、被測定者Ｏに装着される信号検出補助部材１２をさらに備える。信号検出補助部材１２は、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内に集光する集光作用を有する。これにより、信号検出補助部材１２は、送信アンテナ５から出力された送信信号Ｓｔを、被測定者Ｏの体内のうち、検出部位としての心臓に集中させることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者に向けて送信アンテナから送信信号を出力する送信手段と、
受信アンテナによって前記送信信号を前記被測定者が反射または透過した信号を受信信号として受信する受信手段とを備えた電波センサ装置において、
前記被測定者に装着され、前記受信信号による前記被測定者の体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材をさらに備え、
前記信号検出補助部材は、前記送信信号を前記被測定者の体内に集光する集光作用または周波数選択性をもって前記送信信号を反射する反射作用を有することを特徴とする電波センサ装置。
【請求項２】
前記信号検出補助部材は、反射率の異なる材料をリング状に形成したレンズ体によって構成してなる請求項１に記載の電波センサ装置。
【請求項３】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、前記被測定者を挟んで異なる位置に配置され、
前記送信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者の体内を透過して前記受信アンテナによって受信される構成としてなる請求項１または２に記載の電波センサ装置。
【請求項４】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、互いに異なる位置に配置され、
前記送信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者に反射して前記受信アンテナによって受信される構成としてなる請求項１または２に記載の電波センサ装置。
【請求項５】
前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、両者で兼用される単一の送受信アンテナによって構成され、
前記送受信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者に反射して前記送受信アンテナによって受信される構成としてなる請求項１または２に記載の電波センサ装置。
【請求項６】
前記信号検出補助部材は、前記被測定者が装着する装着物に設けられる構成としてなる請求項１ないし５のいずれかに記載の電波センサ装置。
【請求項７】
被測定者に向けて送信アンテナから送信信号を出力し、受信アンテナによって前記送信信号を前記被測定者が反射または透過した信号を受信し、受信信号に基づいて前記被測定者の体内情報を検出する電波センサ装置に使用され、前記受信信号による前記体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材であって、
前記被測定者に装着され、前記送信信号を前記被測定者の体内に集光する集光作用または周波数選択性をもって前記送信信号を反射する反射作用を有する構成とした信号検出補助部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定者の生体情報を測定するのに好適な電波センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば人体の心拍等の生体情報を測定するセンサ装置が知られている。このような従来技術によるセンサ装置では、測定精度を上げるために、被測定者の身体や衣服にセンサ部を配置し、生体情報を測定している（例えば、特許文献１，２，３，４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７２９６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３９４８４号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２４８８２号公報
【特許文献４】特開２０１２−７９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１，２に記載されたセンサ装置では、被測定者の身体や衣服にセンサ部を配置し、センシングしたデータを解析装置に出力し、被測定者の生体情報を測定する。しかし、この構成では、センサ部への電力供給が必要であるのに加え、センサ部から外部の解析装置に向けてデータを送信する通信手段が必要となる。この結果、センサ部が大型化すると共に、センサ部の回路構成が複雑化してしまうという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献３，４に記載されたセンサ装置では、共振回路を有する受動素子としてのセンサ部を被測定者に近接させて配置する。このとき、センサ部の共振周波数が体温等の生体情報に応じて変化するから、検出回路においてセンサ部の共振周波数を検知し、この共振周波数に基づいて生体情報を測定する。しかし、この構成では、センサ部が受動素子であるため、センサ部に電力供給する必要はないが、センサ部に共振が生じる最低限の共振回路を設ける必要がある。このため、センサ部の強度が低下し易く、例えばセンサ部を衣服に実装した場合にそのまま洗濯できない等の問題もある。
【０００６】
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、簡易な構成で被測定者の生体情報を検出することができる電波センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、被測定者に向けて送信アンテナから送信信号を出力する送信手段と、受信アンテナによって前記送信信号を前記被測定者が反射または透過した信号を受信信号として受信する受信手段とを備えた電波センサ装置において、前記被測定者に装着され、前記受信信号による前記被測定者の体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材をさらに備え、前記信号検出補助部材は、前記送信信号を前記被測定者の体内に集光する集光作用または周波数選択性をもって前記送信信号を反射する反射作用を有する構成としている。
【０００８】
請求項２の発明は、前記信号検出補助部材は、反射率の異なる材料をリング状に形成したレンズ体によって構成している。
【０００９】
請求項３の発明は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、前記被測定者を挟んで異なる位置に配置され、前記送信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者の体内を透過して前記受信アンテナによって受信される構成としている。
【００１０】
請求項４の発明は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、互いに異なる位置に配置され、前記送信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者に反射して前記受信アンテナによって受信される構成としている。
【００１１】
請求項５の発明は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、両者で兼用される単一の送受信アンテナによって構成され、前記送受信アンテナから出力された前記送信信号は、前記被測定者に反射して前記送受信アンテナによって受信される構成としている。
【００１２】
請求項６の発明は、前記信号検出補助部材は、前記被測定者が装着する装着物に設けられる構成としている。
【００１３】
請求項７の発明は、被測定者に向けて送信アンテナから送信信号を出力し、受信アンテナによって前記送信信号を前記被測定者が反射または透過した信号を受信し、受信信号に基づいて前記被測定者の体内情報を検出する電波センサ装置に使用され、前記受信信号による前記体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材であって、前記被測定者に装着され、前記送信信号を前記被測定者の体内に集光する集光作用または周波数選択性をもって前記送信信号を反射する反射作用を有する構成としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１，７の発明によれば、被測定者には、受信信号による体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材が装着される。ここで、信号検出補助部材が送信信号を集光する集光作用を有する場合には、送信アンテナから出力された送信信号を、信号検出補助部材により被測定者の体内のうち、例えば心臓等の生体情報の検出部位に集中させることができる。これにより、信号検出補助部材を省いた場合に比べて、送信信号を被測定者が反射または透過した信号に基づいて、検出部位の動作を高感度に検出することができる。この結果、例えばノイズに埋もれて測定しにくい心拍等の成分を容易に検出できる。
【００１５】
また、信号検出補助部材が周波数選択性をもって送信信号を反射する反射作用を有する場合には、送信信号を含む帯域の信号を反射し、他の帯域の信号を透過させることができる。このとき、被測定者の体表面に変動が生じたときには、被測定者に装着された信号検出補助部材も一緒に変動する。このため、信号検出補助部材を省いた場合に比べて、送信信号を信号検出補助部材が反射した信号の強度を高めることができる。これに加え、信号検出補助部材は送信信号以外の帯域の信号は反射しないから、送信信号以外の帯域の信号に基づくノイズを低減することができる。この結果、被測定者の体表面の変動を高精度に検出することができるから、体表面の変動に基づいて、例えば心拍等の体内情報も高感度に検出することができる。
【００１６】
さらに、信号検出補助部材は、送信信号を被測定者の体内に集光する集光作用または周波数選択性をもって送信信号を反射する反射作用を有するものであればよく、例えば反射率の異なる材料を用いた簡易なパターンによって形成することができる。このため、信号検出補助部材に複雑な回路を形成する必要がなく、簡易な構成で被測定者の生体情報を検出することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、信号検出補助部材は、反射率の異なる材料をリング状に形成したレンズ体によって構成している。この場合、反射率の異なる材料を例えば同心円状に交互に配置することによって、ゾーンプレートのようなフレネルレンズ効果を有するレンズ体を形成することができる。これにより、送信アンテナから照射される送信信号を、被測定者の体内に集光させることができる。また、信号検出補助部材は、反射率の異なる材料をリング状に形成したレンズ体によって構成したから、信号検出補助部材に複雑な回路を形成する必要がなく、信号検出補助部材の強度を高くすることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとを、被測定者を挟んで異なる位置に配置した。これにより、被測定者内を透過した送信信号を受信アンテナで受信することができる。このとき、受信アンテナが受信した受信信号は被測定者を透過した透過波であるから、受信信号によって、被測定者のうち例えば心臓のような検出部位の動作を直接的に計測することができる。このため、被測定者が反射した反射波を用いて計測した場合に比べて、心拍等の検出感度や検出精度を高めることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとを、互いに異なる位置に配置し、被測定者が反射した送信信号を受信アンテナで受信する構成とした。この結果、送信アンテナと受信アンテナとを比較的近距離に設置することができるため、送信手段と受信手段との間で容易に同期を取ることが可能となる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、送信アンテナと受信アンテナとを単一の送受信アンテナによって構成した。これにより、送受信アンテナは、送信信号を出力すると共に、被測定者が反射した送信信号を受信することができる。このとき、送受信アンテナは送信アンテナと受信アンテナとの両方として機能するので、これらを単一の送受信アンテナによって構成することができ、電波センサ装置を小型化することができる。
【００２１】
さらに、送信アンテナと受信アンテナとを単一の送受信アンテナで兼用しているので、送信手段と受信手段とを組み合わせて構成することができる。このため、送信手段と受信手段とが分離して設けられた場合に比べて、送信手段と受信手段との間で容易に同期を取ることができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、信号検出補助部材は、被測定者が装着する装着物に設けられる構成としている。これにより、信号検出補助部材を、装着物として、例えば、被測定者の衣服や車両のシートベルト等に設けることができる。この結果、被測定者が衣服、シートベルト等を装着することによって、信号検出補助部材を被測定者に容易に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施の形態による電波センサ装置の全体構成を示す回路図である。
【図２】信号検出補助部材を単体で示す正面図である。
【図３】第２の実施の形態による電波センサ装置の全体構成を示す回路図である。
【図４】第３の実施の形態による電波センサ装置の全体構成を示す回路図である。
【図５】第４の実施の形態による電波センサ装置の信号検出補助部材を被測定者の衣服に実装した場合を示す正面図である。
【図６】第４の実施の形態による電波センサ装置をベッド上の被測定者に用いた状態を示す概略図である。
【図７】第５の実施の形態による電波センサ装置の信号検出補助部材を車両のシートベルトに実装した場合を示す正面図である。
【図８】第５の実施の形態による電波センサ装置を車両シート上の被測定者に用いた状態を示す概略図である。
【図９】変形例による電波センサ装置の全体構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態による電波センサ装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
図１に、第１の実施の形態による電波センサ装置１を示す。電波センサ装置１は、送信機３、受信機６、検出回路１１、信号検出補助部材１２等を含んで構成される。なお、本実施の形態では、電波センサ装置１を用いて被測定者Ｏとしての人体の心拍を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
基準信号生成器２は、後述の発振器４及び受信回路８の発振器９に対して基準信号ＳＢとして、例えば１０ＭＨｚ等の信号を出力する。この基準信号ＳＢは、送信信号Ｓｔ及び同期信号Ｓrefの同期を取るための基準となる信号である。
【００２７】
送信機３は、発振器４と送信アンテナ５等を含んで構成される。この送信機３は、被測定者Ｏに向けて送信アンテナ５から送信信号Ｓｔを出力する送信手段を構成する。
【００２８】
送信回路としての発振器４は、被測定者Ｏに対する送信信号Ｓｔを生成する。発振器４の入力側は基準信号生成器２に接続され、発振器４の出力側は送信アンテナ５に接続されている。発振器４は、基準信号生成器２で生成された基準信号ＳＢをアップコンバートし、高周波信号である送信信号Ｓｔを生成する。ここで、送信信号Ｓｔの周波数ｆは、人体の心拍を含む変化に対する検出感度が高くなるように設定され、例えば１０ＧＨｚに設定される。なお、周波数ｆは、例えば２４ＧＨｚ，６０ＧＨｚでもよく、被測定者Ｏのうち検出部位（例えば心臓）の大きさ、構成物質、計測する動作等に応じて適宜設定される。また、発振器４の出力側には送信信号Ｓｔを電力増幅する電力増幅器を設け、送信機３はこの電力増幅器を含む構成としてもよい。
【００２９】
送信アンテナ５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。この送信アンテナ５は、例えば被測定者Ｏの前方に配置され、被測定者Ｏに向けて送信信号Ｓｔを照射する。送信アンテナ５の入力側は、発振器４に接続され、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏに向けて出力する。ここで、送信アンテナ５は、被測定者Ｏを検知する領域が予め決まった範囲であれば、その範囲のみに送信信号Ｓｔを照射するように、送信アンテナ５の指向性を設定することが好ましい。この場合、不要な電磁波の放射を抑制して、損失を低減することができる。
【００３０】
受信機６は、受信アンテナ７と受信回路８等を含んで構成される。この受信機６は、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏが透過した信号を受信信号Ｓｒとして受信する受信手段を構成する。
【００３１】
受信アンテナ７は、送信アンテナ５と同様に構成され、被測定者Ｏを挟んで異なる位置に配置されている。具体的には、受信アンテナ７は、例えば被測定者Ｏの後方に配置され、被測定者Ｏ内を透過した送信信号Ｓｔを受信信号Ｓｒとして受信する。このとき、受信アンテナ７は、被測定者Ｏ内を透過した送信信号Ｓｔを、受信信号Ｓｒとして受信可能な各種のアンテナによって構成されている。受信アンテナ７の出力側は、受信回路８のミキサ１０に接続されている。ここで、受信アンテナ７は、送信アンテナ５と同様に、被測定者Ｏを検知する領域の範囲に、受信アンテナ７の指向性を設定することが好ましい。この場合、受信信号Ｓｒは、送信信号Ｓｔの周波数ｆに被測定者Ｏの体動や心拍等によるドップラー周波数ｆｄが加算された信号となる。
【００３２】
受信回路８は、発振器９とミキサ１０とを含んで構成されている。受信回路８の入力側は基準信号生成器２及び受信アンテナ７に接続され、受信回路８の出力側は後述の検出回路１１に接続されている。受信回路８は、送信信号Ｓｔと同期した同期信号Ｓrefと、受信信号Ｓｒとをミキシングして混合信号Ｓｍを出力する。
【００３３】
発振器９は、発振器４と同様に構成される。発振器９の入力側は基準信号生成器２に接続され、発振器９の出力側はミキサ１０に接続されている。発振器９は、基準信号生成器２から出力された基準信号ＳＢをアップコンバートし、送信信号Ｓｔと同期した同期信号Ｓrefを生成する。このため、同期信号Ｓrefは、送信信号Ｓｔと同じ周波数ｆを有している。
【００３４】
ミキサ１０は、受信アンテナ７と発振器９との間に設けられている。ミキサ１０は、発振器９による同期信号Ｓrefと受信アンテナ７により受信した受信信号Ｓｒとを混合して、混合信号Ｓｍを後述の検出回路１１に向けて出力する。
【００３５】
検出回路１１は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、ミキサ１０に接続され、混合信号Ｓｍが入力される。具体的には、検出回路１１は、混合信号Ｓｍから検出信号Ｓｄを検出する。検出信号Ｓｄは、例えば、送信信号Ｓｔが被測定者Ｏを透過したときに生じたドップラー周波数ｆｄの信号である。そして、検出回路１１は、このドップラー周波数ｆｄを用いて心拍を検出する。
【００３６】
信号検出補助部材１２は、シート状に形成され、被測定者Ｏに装着されている。この信号検出補助部材１２は、例えば被測定者Ｏの胸部のうち心臓と対応した位置に配置され、送信アンテナ５から出力された送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内に集光し、受信信号Ｓｒによる体内情報の検出感度を高めるものである。図２に示すように、信号検出補助部材１２は、例えば金属と非金属といった反射率の異なる２つの材料が同心円状に交互に形成されている。具体的には、信号検出補助部材１２は、例えば金属繊維等が布地に編み込まれてシート状に薄く形成されている。この信号検出補助部材１２は、反射率の異なる材料の輪帯により透過部分１２Ａと反射部分１２Ｂとを有し、透過部分１２Ａによってリング状のスリットを形成している。
【００３７】
このとき、各輪帯の幅は、円の中心から外側に行くに従って、短くなっている。即ち、信号検出補助部材１２は、反射率（透過率）の異なる材料をリング状に形成した、例えばゾーンプレート（回折レンズ）のようなレンズ体により構成され、電磁波を集光するレンズ効果を有する。これにより、信号検出補助部材１２は、円の外側に行くに従い幅が短くなるスリット（透過部分１２Ａ）を設けているので、送信アンテナ５から照射される送信信号Ｓｔを、スリットによる回折現象を利用して、被測定者Ｏの体内のうち例えば検出部位としての心臓に集光させる。
【００３８】
なお、信号検出補助部材１２の各輪帯の形状、大きさは、送信信号Ｓｔができるだけ心臓に集中するようにするために、送信信号Ｓｔの周波数ｆ、検出部位（心臓）の大きさ、位置、被測定者Ｏの体格等を考慮して適宜設定される。
【００３９】
次に、本実施の形態による電波センサ装置１の動作について説明する。
【００４０】
まず、基準信号生成器２において、送信信号Ｓｔの周波数ｆよりも低周波の基準信号ＳＢを生成して、各発振器４，９に出力する。送信回路としての発振器４に出力された基準信号ＳＢは、発振器４においてアップコンバートされ、送信信号Ｓｔが生成される。そして、発振器４において生成された送信信号Ｓｔは、送信アンテナ５に供給される。この場合、送信信号Ｓｔの周波数ｆは、例えば１０ＧＨｚに設定される。また、受信回路８の発振器９に出力された基準信号ＳＢは、発振器９においてアップコンバートされ、送信信号Ｓｔと同期した、周波数ｆの同期信号Ｓrefが生成される。
【００４１】
送信アンテナ５は、発振器４から入力された送信信号Ｓｔを被測定者Ｏ（人体）に向けて照射する。この場合、信号検出補助部材１２は、反射率の異なる材料によりレンズ効果を有するレンズ体として形成されているので、送信信号Ｓｔを体内の検出部位である心臓に集光する。具体的には、送信信号Ｓｔは、信号検出補助部材１２の透過部分１２Ａからなるスリットによって回折し、位相が揃った合成波は体内に向けて照射される。これにより、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの検出部位である心臓に集中して照射することができる。
【００４２】
そして、被測定者Ｏ内を透過した送信信号Ｓｔは、受信信号Ｓｒとして、受信アンテナ７によって受信される。このとき、送信信号Ｓｔは、心拍等の動作の影響を受ける。このため、被測定者Ｏ内を透過した送信信号Ｓｔには、心拍の動作によるドップラー周波数ｆｄの成分が加わり、周波数ｆとドップラー周波数ｆｄとが加算された受信信号Ｓｒとして受信される。
【００４３】
ドップラー周波数ｆｄの成分を含む受信信号Ｓｒは、受信アンテナ７によって受信され、受信回路８のミキサ１０に供給される。ミキサ１０は、同期信号Ｓrefと受信信号Ｓｒとを混合して、混合信号Ｓｍを生成する。この場合、ミキサ１０は、同期信号Ｓrefの周波数ｆと受信信号Ｓｒの周波数（ｆ+ｆｄ）との和または差の周波数を混合信号Ｓｍとして出力する。そして、ミキサ１０から出力された混合信号Ｓｍは、検出回路１１に入力される。
【００４４】
検出回路１１は、ミキサ１０から入力された混合信号Ｓｍから検出信号Ｓｄを検出する。検出信号Ｓｄは、混合信号Ｓｍを例えば位相検波または包絡線検波（振幅検波）したものであり、同期信号Ｓrefと受信信号Ｓｒとの差に応じた信号である。このとき、検出信号Ｓｄは、送信信号Ｓｔが被測定者Ｏの体内に集光するので、被測定者Ｏの心拍等によるドップラー周波数ｆｄに応じた信号である。
【００４５】
そして、検出回路１１は、検出信号Ｓｄに対してサンプリング等の波形処理を行い、例えば、ピーク数を検出することによって心拍数を測り、また、振幅を検出することによって心拍の強弱を測ることができる。
【００４６】
かくして、第１の実施の形態によれば、被測定者Ｏには、受信信号Ｓｒによる体内情報の検出感度を高める信号検出補助部材１２が装着されている。この場合、信号検出補助部材１２は、例えばゾーンプレートからなるレンズ体によって構成され、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内の検出部位である心臓に集光する集光作用を有している。そして、被測定者Ｏに信号検出補助部材１２を設けているので、送信アンテナ５から出力された送信信号Ｓｔが被測定者Ｏに近付くに従って広がるときでも、広がった送信信号Ｓｔを信号検出補助部材１２によって被測定者Ｏの心臓に集光することができる。これにより、心臓に照射する送信信号Ｓｔの強度を高めることができるから、信号検出補助部材１２を省いた場合に比べて、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏが透過した信号に基づいて、心臓の動作を高感度に検出することができる。この結果、ノイズに埋もれて測定しにくい心拍等の成分を容易に検出できる。
【００４７】
また、信号検出補助部材１２により、送信信号Ｓｔを心臓付近に集光することが可能となるので、体動や呼吸のような比較的大きい動きに左右されずに心臓自体やその周囲の動きを測定することもできる。
【００４８】
また、信号検出補助部材１２は、反射率の異なる材料をリング状に形成したレンズ体によって構成している。この場合、反射率の異なる材料を用いて、簡易な同心円状のパターンを形成することによって、レンズ効果を有するレンズ体を形成することができる。これにより、送信アンテナ５から照射される送信信号Ｓｔを、回折現象を利用して、被測定者Ｏに集光させることができる。この結果、信号検出補助部材１２に複雑な回路を形成する必要がなく、簡易な構成で被測定者Ｏの心拍等のような生体情報を検出することができる。
【００４９】
また、送信アンテナ５と受信アンテナ７とを、被測定者Ｏを挟んで異なる位置に配置した。これにより、被測定者Ｏ内を透過した送信信号Ｓｔを受信アンテナ７で受信することができる。このとき、受信アンテナ７が受信した受信信号Ｓｒは人体を透過した透過波であるから、受信信号Ｓｒによって、被測定者Ｏの心臓の動作を直接的に計測することができる。このため、被測定者Ｏが反射した反射波を用いて計測した場合に比べて、心拍の検出感度や検出精度を高めることができる。
【００５０】
また、信号検出補助部材１２は、簡易な構造により形成されているので、電子回路が組み込まれているセンサと比較して、機械的な強度や耐久性を高めることができる。このため、信号検出補助部材１２が例えば衣服等に実装されている場合でも、衣服等と一緒にそのまま洗濯することが可能となる。また、信号検出補助部材１２は簡易な構成により形成されているので、信号検出補助部材１２を安価に提供できる。
【００５１】
次に、図３に、本発明の第２の実施の形態による電波センサ装置を示す。第２の実施の形態の特徴は、送信アンテナと受信アンテナとを互いに異なる位置に配置し、被測定者Ｏからの反射波を計測する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態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。
【００５２】
第２の実施の形態による電波センサ装置２１は、第１の実施の形態と同様に、送信機３、検出回路１１、受信機２２等を含んで構成される。しかし、電波センサ装置２１は、受信アンテナ２３を送信アンテナ５と互いに異なる位置に配置し、２つの信号検出補助部材２４，２５を設けた点で、第１の実施の形態の電波センサ装置１と相違している。なお、本実施の形態では、電波センサ装置２１を用いて被測定者Ｏとしての人体の心拍を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００５３】
受信機２２は、受信アンテナ２３と受信回路８等を含んで構成され、受信アンテナ２３によって送信アンテナ５から出力され被測定者Ｏが反射した送信信号Ｓｔを受信する受信手段を構成する。
【００５４】
受信アンテナ２３は、第１の実施の形態の受信アンテナ７とほぼ同様に構成され、送信アンテナ５とは互いに異なる位置で被測定者Ｏに対して同じ方向、具体的には被測定者Ｏの前方に配置されている。この場合、受信アンテナ２３の配置は、被測定者Ｏに反射した受信信号Ｓｒを受信できる位置に、後述の第２の信号検出補助部材２５に応じて適宜設定される。
【００５５】
第１の信号検出補助部材２４は、第１の実施の形態の信号検出補助部材１２とほぼ同様に構成され、被測定者Ｏに装着されている。この第１の信号検出補助部材２４は、送信アンテナ５から出力された送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内のうち検出部位としての心臓に集光する。
【００５６】
第２の信号検出補助部材２５も、第１の実施の形態の信号検出補助部材１２と同様に構成され、被測定者Ｏに装着されている。この第２の信号検出補助部材２５は、被測定者Ｏの心臓により受信信号Ｓｒとして反射された送信信号Ｓｔを、受信アンテナ２３に向けて集光する。即ち、第１の信号検出補助部材２４のスリットにより回折した送信信号Ｓｔは、心臓に反射して、受信信号Ｓｒとして被測定者Ｏから離れるに従って一定の広がりをもって伝搬する。このとき、反射した受信信号Ｓｒは、第２の信号検出補助部材２５のスリットにより回折し、位相が揃った合成波として受信アンテナ２３に向けて集光する。
【００５７】
ここで、第１の信号検出補助部材２４と第２の信号検出補助部材２５とは互いに異なる位置に配置される。また、第１の信号検出補助部材２４の配置は、第１の信号検出補助部材２４によって被測定者Ｏの検出部位に送信信号Ｓｔを集光できるようにするために、例えば送信アンテナ５の位置や送信信号Ｓｔの伝搬方向等に応じて適宜設定される。また、第２の信号検出補助部材２５の配置は、第２の信号検出補助部材２５によって受信アンテナ２３に受信信号Ｓｒを集光できるようにするために、例えば受信アンテナ２３の位置や受信信号Ｓｒの伝搬方向等に応じて適宜設定される。
【００５８】
かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第２の実施の形態の電波センサ装置２１によれば、受信アンテナ２３は送信アンテナ５とは異なる位置に配置されている。これにより、被測定者Ｏに反射した送信信号Ｓｔを受信アンテナ２３で受信することができる。この結果、送信アンテナ５と受信アンテナ２３とを比較的近距離に設置することができるため、送信機３と受信機２２との間で容易に同期を取ることが可能となる。
【００５９】
また、第２の実施の形態の電波センサ装置２１は、第１，第２の信号検出補助部材２４，２５を設けている。これにより、送信アンテナ５から照射された送信信号Ｓｔを、第１の信号検出補助部材２４を用いて、被測定者Ｏの体内のうち検出部位としての心臓に集光することができる。一方、被測定者Ｏの体内で反射した送信信号Ｓｔ（受信信号Ｓｒ）を、第２の信号検出補助部材２５を用いて、受信アンテナ２３に集光することができる。これにより、心臓に照射する送信信号Ｓｔ及び受信アンテナ２３に照射する受信信号Ｓｒの強度をそれぞれ高めることができる。この結果、第１，第２の信号検出補助部材２４，２５を省いた場合に比べて、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏが反射した信号に基づいて、心臓の動作を高感度に検出することができ、心拍等の成分を容易に検出できる。
【００６０】
なお、第２の実施の形態では、第１，第２の信号検出補助部材２４，２５を設ける構成としたが、第１，第２の信号検出補助部材２４，２５のうちいずれか一方を省く構成としてもよい。
【００６１】
次に、図４に、本発明の第３の実施の形態による電波センサ装置を示す。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とを単一の送受信アンテナによって兼用し、被測定者Ｏからの反射波を計測する構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１の実施の形態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。
【００６２】
第３の実施の形態による電波センサ装置３１は、送受信機３２、送受信回路３３、送受信アンテナ３８等を含んで構成される。なお、本実施の形態では、電波センサ装置３１を用いて被測定者Ｏとしての人体の心拍を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００６３】
送信手段及び受信手段を構成する送受信機３２は、送受信回路３３、送受信アンテナ３８等を含んで構成されている。この送受信機３２は、基準信号生成器２で生成した基準信号ＳＢを送受信回路３３の発振器３４でアップコンバートして送信信号Ｓｔを生成する。そして、この送信信号Ｓｔは、送受信アンテナ３８から被測定者Ｏに向けて送信される。また、送受信機３２は、送受信アンテナ３８で受信した受信信号Ｓｒを、送受信回路３３で同期信号Ｓrefと混合し、検出回路１１に出力する。
【００６４】
送受信回路３３は、基準信号生成器２と後述の送受信アンテナ３８との間に設けられている。この送受信回路３３は、発振器３４、方向性結合器３５，３６、ミキサ３７等を含んで構成されている。
【００６５】
発振器３４は、第１の実施の形態の発振器４，９とほぼ同様に構成され、被測定者Ｏに対する送信信号Ｓｔ及び同期信号Ｓrefを生成する。発振器３４の入力側は基準信号生成器２に接続され、発振器３４の出力側は方向性結合器３５に接続されている。
【００６６】
方向性結合器３５は、発振器３４と後述の方向性結合器３６との間に設けられている。方向性結合器３５は、発振器３４で生成された送信信号Ｓｔを、送受信アンテナ３８側の回路とミキサ３７側の回路とに分配する。これにより、方向性結合器３５は、発振器３４から送受信アンテナ３８に向けて送信信号Ｓｔを伝送すると共に、発振器３４からミキサ３７に向けて送信信号Ｓｔを同期信号Ｓrefとして伝送する。ここで、方向性結合器３５の入力側は発振器３４に接続され、出力側は方向性結合器３６とミキサ３７とに接続されている。
【００６７】
方向性結合器３６は、方向性結合器３５と送受信アンテナ３８との間に設けられている。方向性結合器３６は、発振器３４で生成された送信信号Ｓｔを送受信アンテナ３８に向けて伝送する。また、方向性結合器３６は、送受信アンテナ３８で受信した受信信号Ｓｒが方向性結合器３５側の回路に漏洩するのを遮断し、受信信号Ｓｒをミキサ３７に向けて伝送する。ここで、方向性結合器３６には、方向性結合器３５とミキサ３７と送受信アンテナ３８とが接続されている。なお、方向性結合器３６に代えて、例えばサーキュレータを用いてもよい。
【００６８】
ミキサ３７は、第１の実施の形態によるミキサ１０とほぼ同様に構成され、それぞれ方向性結合器３５，３６と検出回路１１との間に設けられている。ミキサ３７は、発振器３４による同期信号Ｓrefと送受信アンテナ３８により受信した受信信号Ｓｒとを混合して、混合信号Ｓｍを検出回路１１に向けて出力する。ここで、ミキサ３７の入力側には、方向性結合器３５，３６が接続され、出力側には検出回路１１が接続されている。
【００６９】
送受信アンテナ３８は、送信信号Ｓｔ及び受信信号Ｓｒが送受信可能な各種のアンテナによって構成されている。即ち、送信アンテナと受信アンテナとは、両者で兼用される単一の送受信アンテナ３８によって構成される。送受信アンテナ３８は、例えば被測定者Ｏの前方に配置されている。送受信アンテナ３８は、送受信回路３３の方向性結合器３６に接続され、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏに向けて照射する。また、送受信アンテナ３８は、被測定者Ｏが送信信号Ｓｔを反射したときの信号（反射波）を受信する。このとき、送受信アンテナ３８は、被測定者Ｏが反射した送信信号Ｓｔを受信信号Ｓｒとして受信する。ここで、送受信アンテナ３８は、被測定者Ｏを検知する領域が予め決まった範囲であれば、その範囲に送信信号Ｓｔを照射し、その範囲から受信信号Ｓｒを受信するように、送受信アンテナ３８の指向性を設定することが好ましい。
【００７０】
かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第３の実施の形態の電波センサ装置３１によれば、送信アンテナと受信アンテナとを単一の送受信アンテナ３８によって兼用する構成とした。これにより、送受信アンテナ３８は、送信信号Ｓｔを出力すると共に、被測定者Ｏとしての人体が反射した送信信号Ｓｔを受信することができる。このとき、送受信アンテナ３８から照射された送信信号Ｓｔを、信号検出補助部材１２を用いて、被測定者Ｏの体内のうち検出部位としての心臓に集光することができる。また、被測定者Ｏの体内で反射した送信信号Ｓｔ（受信信号Ｓｒ）を、信号検出補助部材１２を用いて、送受信アンテナ３８に集光することができる。これにより、心臓に照射する送信信号Ｓｔ及び送受信アンテナ３８に照射する受信信号Ｓｒの強度をそれぞれ高めることができる。この結果、信号検出補助部材１２を省いた場合に比べて、送信信号Ｓｔを被測定者Ｏが反射した信号に基づいて、心臓の動作を高感度に検出することができ、心拍等の成分を容易に検出できる。
【００７１】
また、送受信アンテナ３８は送信アンテナと受信アンテナとの両方として機能するので、これらを単一の送受信アンテナ３８によって構成することができ、電波センサ装置３１を小型化することができる。
【００７２】
さらに、送信アンテナと受信アンテナとを単一の送受信アンテナ３８によって兼用するので、送信信号Ｓｔを生成する送信回路と混合信号Ｓｍを出力する受信回路とを、これらを組み合わせた送受信回路３３によって構成することができる。このため、送信回路と受信回路とが分離して設けられた場合に比べて、送信回路と受信回路との間で容易に同期をとることができる。
【００７３】
次に、図５及び図６に、本発明の第４の実施の形態による電波センサ装置を示す。第４の実施の形態の特徴は、信号検出補助部材を被測定者Ｏの装着物である衣服に設けたことにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第１の実施の形態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。また、本実施の形態では、電波センサ装置を用いて被測定者Ｏとしての人体の心拍を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
第４の実施の形態による電波センサ装置４１は、第１の実施の形態と同様に、送信機４２、受信機４４等を含んで構成される。送信手段としての送信機４２は、第１の実施の形態の送信機３とほぼ同様に構成され、例えば、天井４３に設置されている。受信手段としての受信機４４は、第１の実施の形態の受信機６とほぼ同様に構成され、例えば、マット４５の内部に設置されている。この場合、被測定者Ｏがマット４５上に横たわることによって、送信機４２と受信機４４とは、被測定者Ｏを挟んで上，下方向の異なる位置に配置される。なお、送信機４２と受信機４４とは、被測定者Ｏを挟んで異なる位置に配置されれば、天井４３とマット４５以外の構造物に設置してもよい。
【００７５】
図５に示すように、信号検出補助部材４６は、被測定者Ｏが装着する装着物としての衣服４７に設けられている。信号検出補助部材４６は、第１の実施の形態の信号検出補助部材１２とほぼ同様に構成され、衣服４７のうち被測定者Ｏの心臓と対面した胸部位置に配置される。これにより、被測定者Ｏがマット４５上で仰向け状態で横たわると、信号検出補助部材４６は、天井４３に設けられた送信機４２から出力された送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内の検出部位としての心臓に集光する。この場合、信号検出補助部材４６は、衣服４７の布地と、該布地と反射率の異なる金属繊維等とをリング状に編み込むことにより、被測定者Ｏの胸部付近にシート状に薄く形成されている。
【００７６】
かくして、第４の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第４の実施の形態では、信号検出補助部材４６を被測定者Ｏの衣服４７に設けた。このため、被測定者Ｏが衣服４７を装着することによって、信号検出補助部材４６を被測定者Ｏに容易に取り付けることができる。また、送信機４２を天井４３に設けると共に、受信機４４をマット４５に設ける構成とした。この場合、送信機４２から放射された送信信号Ｓｔは、被測定者Ｏの胸部付近の、衣服４７に設けられた信号検出補助部材４６により、被測定者Ｏの体内の検出部位としての心臓に集光される。そして、被測定者Ｏを透過した送信信号Ｓｔは、受信信号Ｓｒとしてマット４５内に設けられた受信機４４に受信される。この結果、電波センサ装置４１を用いて、被測定者Ｏを拘束せずに（非拘束）、被測定者Ｏに痛みや苦痛を与えることなく（非侵襲）、被測定者Ｏの生体情報を測定することができる。
【００７７】
次に、図７及び図８に、本発明の第５の実施の形態による電波センサ装置を示す。第５の実施の形態の特徴は、信号検出補助部材を被測定者Ｏの装着物であるシートベルトに設けたことにある。なお、第５の実施の形態では、前述した第１の実施の形態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。また、本実施の形態では、電波センサ装置を用いて被測定者Ｏとしての人体の心拍を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００７８】
第５の実施の形態による電波センサ装置５１は、第１の実施の形態と同様に、送信機５２、受信機５４等を含んで構成される。送信手段としての送信機５２は、第１の実施の形態の送信機３とほぼ同様に構成され、例えば、自動車のステアリングコラム５３に設置されている。受信手段としての受信機５４は、第１の実施の形態の受信機６とほぼ同様に構成され、例えば、シート５５の内部、具体的にはシート５５の背もたれの内部に設置されている。この場合、被測定者Ｏがシート５５に着席すると、送信機５２と受信機５４とは、被測定者Ｏを挟んで前，後方向の異なる位置に配置される。なお、送信機５２と受信機５４とは、被測定者Ｏを挟んで異なる位置に配置されれば、ステアリングコラム５３とシート５５以外の構造物に設置してもよい。
【００７９】
図７に示すように、信号検出補助部材５６は、被測定者Ｏが装着する装着物としてのシートベルト５７に設けられている。信号検出補助部材５６は、第１の実施の形態の信号検出補助部材１２とほぼ同様に構成され、送信機５２から出力された送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内の検出部位としての心臓に集光する。この場合、信号検出補助部材５６は、シートベルト５７に沿って移動可能とするためのスライド機構５６Ａに設けられている。これにより、スライド機構５６Ａを調整することにより、被測定者Ｏの胸部（心臓）付近に信号検出補助部材５６を配置することができる。
【００８０】
かくして、第５の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。第５の実施の形態では、信号検出補助部材５６を被測定者Ｏの装着物であるシートベルト５７に設けた。このため、被測定者Ｏがシートベルト５７を装着することによって、信号検出補助部材５６を被測定者Ｏに容易に取り付けることができる。また、送信機５２をステアリングコラム５３に設けると共に、受信機５４をシート５５に設ける構成とした。この場合、送信機５２から放射された送信信号Ｓｔは、被測定者Ｏの胸部付近の、シートベルト５７に設けられた信号検出補助部材５６により、被測定者Ｏの体内の検出部位としての心臓に集光される。そして、被測定者Ｏを透過した送信信号Ｓｔは、受信信号Ｓｒとしてシート５５内に設けられた受信機５４に受信される。この結果、電波センサ装置５１を用いて、被測定者Ｏを拘束せずに（非拘束）、被測定者Ｏに痛みや苦痛を与えることなく（非侵襲）、被測定者Ｏの生体情報を測定することができる。
【００８１】
なお、前記第３の実施の形態では、信号検出補助部材１２は送信信号Ｓｔを被測定者Ｏの体内の検出部位としての心臓に集光する集光作用を有するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図９に示す変形例による電波センサ装置６１のような構成としてもよい。即ち、信号検出補助部材６２は、周波数選択性をもって送信信号Ｓｔを反射する反射作用を有するものとしてもよい。具体的には、例えば、信号検出補助部材６２をＦＳＳ（Frequency Selective Surface）パターンにより作成し、送信信号Ｓｔを含む特定の周波数帯域を反射する反射作用を有するように形成する。
【００８２】
これにより、送受信アンテナ３８から放射された送信信号Ｓｔは信号検出補助部材６２に反射して、受信信号Ｓｒとして送受信アンテナ３８に受信される。このとき、信号検出補助部材６２は周波数選択性を有するので、送信信号Ｓｔを含む帯域の信号を限定して反射させ、他の帯域の信号を透過させることができる。また、体動や呼吸等により被測定者Ｏの体表面に変動が生じたときには、被測定者Ｏに装着された信号検出補助部材６２も一緒に変動する。このため、信号検出補助部材６２を省いた場合に比べて、送信信号Ｓｔを信号検出補助部材６２が反射した信号の強度を高めることができる。これに加え、信号検出補助部材６２は送信信号Ｓｔ以外の帯域の信号は反射しないから、送信信号Ｓｔ以外の帯域の信号に基づくノイズを低減することができる。この結果、被測定者Ｏの体表面の変動を高精度に検出することができるから、体表面の変動に基づいて、例えば心拍等の体内情報も高感度に検出することができる。
【００８３】
また、前記第１の実施の形態では、信号検出補助部材１２をリング状に形成したゾーンプレートのようなレンズ体により構成した。しかし、本発明はこれに限らず、送信信号を被測定者の体内に集光できるものであれば、信号検出補助部材の形状はリング状に限定されない。また、信号検出補助部材は、例えば、屈折現象を利用するフレネルレンズを用いてもよい。このことは、第２，第３，第４，第５の実施の形態についても同様である。
【００８４】
また、前記第１の実施の形態では、検出回路１１において、混合信号Ｓｍからドップラー周波数ｆｄである検出信号Ｓｄを検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、検出回路において、混合信号から、送信信号と受信信号との位相差または振幅差を検出する構成としてもよい。このことは、第２，第３，第４，第５の実施の形態についても同様である。
【００８５】
また、前記第１の実施の形態では、信号検出補助部材１２を被測定者Ｏの前側（送信アンテナ５側）に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、前側の信号検出補助部材に加えて、信号検出補助部材を被測定者の後側（受信アンテナ側）に設ける構成としてもよい。このことは、第４，第５の実施の形態についても同様である。
【００８６】
また、前記第４の実施の形態では、送信機４２と受信機４４とは被測定者Ｏを挟んで上，下方向の異なる位置の構造体に配置され、送信信号Ｓｔの透過波を受信機４４において受信する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、受信機を送信機側の構造体に配置し、送信信号の反射波を受信機において受信する構成としてもよい。このことは、第５の実施の形態についても同様である。
【００８７】
さらに、前記各実施の形態では、１種類の周波数ｆによる送信信号Ｓｔを用いるものとしたが、２種類以上の周波数による送信信号を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１，２１，３１，４１，５１，６１  電波センサ装置
３，４２，５２  送信機（送信手段）
５  送信アンテナ
６，２２，４４，５４  受信機（受信手段）
７，２３  受信アンテナ
１２，４６，５６，６２  信号検出補助部材
２４  第１の信号検出補助部材
２５  第２の信号検出補助部材
３２  送受信機（送信手段及び受信手段）
３８  送受信アンテナ
４７  衣服（装着物）
５７  シートベルト（装着物）
【図１】
2015208451.tif 000003
【図２】
2015208451.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015208451.tif 000007
【図６】
2015208451.tif 000008
【図７】
2015208451.tif 000009
【図８】
2015208451.tif 000010
【図９】
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