(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の体表面に電磁波を照射する電磁波照射部と、
前記電磁波照射部が照射した電磁波が前記体表面で反射した反射波を受信し、前記照射した電磁波信号と受信した反射信号を乗算したＩ信号と前記Ｉ信号を所定の位相だけ遅らせたＱ信号を取得する反射波受信部と、
前記反射波受信部が取得したＩ信号とＱ信号に基づいて、Ｉ信号とＱ信号の角速度およびＩＱノルムを算出するＩ−Ｑノルム角速度算出部と、
前記Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度に基づいて、生体の生体情報を抽出する生体情報抽出部と、
前記Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度の大きさが第１閾値以内であるか否かに基づいて、前記生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定する出力判定部と、
を備え、
前記出力判定部は、生体情報の出力を行わないと判定した後、前記Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出したＩＱノルムが第２閾値以内、かつ、前記Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度の大きさが第１閾値以内である場合、前記生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うと判定することを特徴とする電波式生体センサ。
【請求項２】
前記Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した時系列の角速度のデータに基づいて、角速度の大きさを推定する推定部をさらに備え、
前記出力判定部は、前記推定部が推定した角速度の大きさに基づいて、第１閾値以内であるか否かに基づいて、前記生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電波式生体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラ―センサを用いた電波式生体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ドップラーセンサを用いて、人体表面に電磁波を照射し、その反射波のＩ信号とＱ信号からなる座標平面に基づいて、その反射波に含まれる生体情報を取得する技術が知られている。例えば、特許文献１は、電波式ドップラーセンサを用いて人体表面からの反射波の振幅成分と位相成分とを含む出力信号を検出して、人体の体動により発生した振幅成分を分離して心拍成分だけを抽出する心拍計測装置を開示する。この心拍計測装置は、電波式ドップラーセンサが出力する反射波の振幅成分と位相成分の情報を含む出力信号（Ｉ信号及びＱ信号）を振幅・位相変換手段において極座標変換して振幅成分信号と位相成分信号を心拍抽出手段に出力する。この心拍抽出手段は、振幅成分信号と位相成分信号とから独立成分分析の手法を用いて振幅成分出力に含まれる体動による振幅成分を分離して、正確な心拍だけを抽出する。
【０００３】
また、特許文献２は、乗員の生体信号の精度の劣化を防止する生体信号検知装置を開示する。この生体信号検知装置は、電波式の無変調ドップラーセンサにより乗員の動きを検知するセンサ部と、センサ部の出力の位相変化に基づいて、乗員の生体信号を抽出する生体信号抽出部と、センサ部の出力の位相変化量の積分値に基づいて、センサ部と乗員との推定距離を算出する距離算出部と、推定距離に基づいて、生体信号の信頼度を判定し、信頼度が低い場合には生体信号の出力を中止する生体信号出力判定部とを備える。
【０００４】
センサ部は、局部発振器、送信アンテナ、受信アンテナ、分配器、混合器などを備え、運転者に向けて送信信号を照射する。局部発振器からは、たとえばＴ（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆｔ）で表される周波数ｆＨｚの局部信号Ｔ（ｔ）が放射され、放射された電波の一部は反射され、Ｒ（ｔ）＝ｃｏｓ（２πｆｔ−４πｄ（ｔ）／λ−４πｘ（ｔ）／λ）で近似される受信信号Ｒ（ｔ）として受信アンテナで受信される（なお、ｄ（ｘ）は、センサ部と運転手との間の距離変位であり、ｘ（ｔ）は、運転手の心拍や呼吸を含む体表面の微小な距離変位、λは局部信号Ｔ（ｔ）の波長である）。
【０００５】
受信信号Ｒ（ｔ）は、分配器で２つに分配されて２つの混合器に入力される。また、分配器で分配されたもう一方の局部信号Ｔ（ｔ）は、分配器で一方の位相のみがπ／４ラジアンシフトされた状態で２つに分配され、それぞれ２つの混合器に入力され、局部信号Ｔ（ｔ）と受信信号Ｒ（ｔ）とが混合される。２つの混合器では、乗算動作によってＤＣ領域に近いベースバンド成分と変調成分が出力されるが、その出力信号がそれぞれローパスフィルタを通過することによって、ベースバンド成分のみを含んだベースバンド受信信号の以下のように表される実数部Ｂｉ（ｔ）および虚数部Ｂｑ（ｔ）が得られる。
Ｂｉ（ｔ）＝１／２ｃｏｓ（４πｄ（ｔ）／λ＋４πｘ（ｔ）／λ）
Ｂｑ（ｔ）＝１／２ｃｏｓ（π／４＋４πｄ（ｔ）／λ＋４πｘ（ｔ）／λ）
これらは、ＡＤコンバータによってアナログ信号からデジタル信号に変換され、センサ部が出力した検出信号として、生体信号抽出部に入力される。
【０００６】
また、特許文献３は、非接触で生体の生体信号を取得し、生体信号に対して周波数解析などの複雑な処理をせずに、生体状態に関する情報を取得することのできる生体状態取得装置等を開示する。この生体状態取得装置は、生体の体表面に電磁波を送信し、その反射波をＩＱ検波して、Ｉ信号とＱ信号を出力するＩＱ検波器から出力されたＩ信号とＱ信号とを時系列に順次取得するＩＱ信号取得手段と、ＩＱ信号取得手段で取得した取得信号のＩＱ平面上の軌跡に基づいて、生体の状態を取得する生体状態取得手段とを有する。
【０００７】
また、特許文献４は、非接触で生体の生体信号を取得し、生体信号に対して周波数解析などの複雑な処理をせずに、生体状態に関する情報を取得することのできる生体状態取得装置等を開示する。この生体状態取得装置は、生体の体表面に電磁波を送信し、その反射波をＩＱ検波して、Ｉ信号とＱ信号とを時系列に順次取得し、取得した取得信号のＩＱ平面上の軌跡に基づいて、生体の状態を取得する。この生体状態取得装置は、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し、単位期間における心拍数を心拍情報として算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０５５５０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２０４９３号公報
【特許文献３】特開２０１１−０１５８８７号公報
【特許文献４】特開２０１４−０３９８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記の従来技術においては、人の身体が動くことにより生体の体表面に大きな変動が生じた場合、誤った生体情報を出力することがあった。
本発明は、ドップラ―センサを用いた電波式生体センサにおいて、正常な生体情報の出力を可能とする電波式生体センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、生体の体表面に電磁波を照射する電磁波照射部と、電磁波照射部が照射した電磁波が体表面で反射した反射波を受信し、照射した電磁波信号と受信した反射信号を乗算したＩ信号とそのＩ信号を所定の位相だけ遅らせたＱ信号を取得する反射波受信部と、反射波受信部が取得したＩ信号とＱ信号に基づいて、Ｉ信号とＱ信号の角速度およびＩＱノルムを算出するＩ−Ｑノルム角速度算出部と、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度に基づいて、生体の生体情報を抽出する生体情報抽出部と、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度の大きさが第１閾値以内であるか否かに基づいて、生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定する出力判定部とを備え、出力判定部は、生体情報の出力を行わないと判定した後、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出したＩＱノルムが第２閾値以内、かつ、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した角速度の大きさが第１閾値以内である場合、生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うと判定することを特徴とする電波式生体センサが提供される。
これによれば、生体表面に大きな変動が生じた場合、生体情報の出力を停止することにより、正確な生体情報の出力を可能とした電波式生体センサを提供することができる。さらに、ＩＱノルムが所定の閾値以内となった場合に出力を再開することで、正確な生体情報を出力することができる。
【００１２】
さらに、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部が算出した時系列の角速度のデータに基づいて、角速度の大きさを推定する推定部をさらに備え、出力判定部は、推定部が推定した角速度の大きさに基づいて、第１閾値以内であるか否かに基づいて、生体情報抽出部が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定することを特徴としてもよい。
これによれば、生体表面の変位が測定可能な範囲を逸脱するか否かを推定することで、迅速に出力する否かを判定でき、誤った生体情報を出力することがなく正確な生体情報のみを出力することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドップラ―センサを用いた電波式生体センサにおいて、正確な生体情報の出力を可能とする電波式生体センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサを車両の車室内に設置した概略図。
【図２】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサのブロック図。
【図３】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサにおけるドップラーセンサのブロック図。
【図４】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサの推定部の推定方法を説明する説明図。
【図５】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサの出力判定部における出力の再開を説明する説明図。
【図６】本発明に係る第一実施例の電波式生体センサにおける制御を示すフローチャート。
【図７】Ｉ−Ｑ座標平面において角速度等を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。本発明に係る電波式生体センサは、ドップラーセンサを用いて人体表面に電磁波を照射し、その反射波に含まれる微細な動きを伴う生体情報を取得する場合において、人の身体が動くことにより生体の体表面に大きな変動が生じた場合をＩ信号／Ｑ信号の角速度の大きさが所定の閾値を超えることにより判定し、かかる場合に生体情報の出力を停止することで正確な生体情報の出力を可能とするものである。
【００１６】
＜第一実施例＞
図１乃至図３を参照し、本実施例における電波式生体センサ１００を説明する。電波式生体センサ１００は、人間の身体の一部が直接的または間接的に接する面を有する機器に設置され、その機器の使用者の生体情報を検知する。ここで、人間の身体の一部が接する面を有する機器（器具・器械・機械の総称）とは、具体的には、たとえば、人が座る椅子やソファ、人が横たわるベッド、病院内に設置される身体検査機器、車両や航空機内に設置され人が座る座席などを言う。
【００１７】
人間の身体の一部が接する面とは、椅子等では座面や背もたれ面、ベッドではマットレス上面等をいう。当該面は、人間の身体の一部が直接的・間接的のいずれかで接すればよく、人が衣服を着用して間接的に接触することでもよい。身体の一部とは、椅子等の座面では臀部や太腿であり、椅子等の背もたれやベッド等では背中が一般的である。身体検査機器では、人の肢体のいずれであってもよい。
【００１８】
使用者の生体情報とは、本明細書においては、心拍数（脈拍数）や脈波の大きさ、呼吸数や呼吸の大きさをいい、これらに由来しない皮膚や筋肉の動きを生じさせる咳やくしゃみなどは含まない。心拍や呼吸は、生体の体表面において微細な動きを生じさせており、電波式生体センサ１００は、かかる微細な動きを伴う生体情報を検出するものである。
【００１９】
本実施例では、図１に示すように車両の室内に設置される場合について説明する。電波式生体センサ１００は、運転者等が座る座席ＳＴの背もたれ部に設置されている。電波式生体センサ１００は、心拍や呼吸に伴う皮膚表面の微細な動きを検知することを目的としているので、前方のハンドルＷＬ方向から動きが大きい運転者の顔などに電波を照射して検知するよりも、比較的大きな動きが少ない運転者の背中が接する面となる背もたれ部に設置される方が好ましい。
【００２０】
図２に示すように、電波式生体センサ１００は、生体の体表面に電磁波を照射する電磁波照射部１０と、電磁波照射部１０が照射した電磁波が体表面で反射した反射波を受信すると共に検波や増幅等を行ったうえで、照射した電磁波の信号と受信した反射信号を乗算したＩ信号とそのＩ信号を所定の位相だけ遅らせたＱ信号を取得する反射波受信部２０と、電磁波照射部１０を制御する制御部６０とを備える。なお、電磁波照射部１０および反射波受信部２０は、ドップラーセンサＤＳを構成する。
【００２１】
図３は、ドップラーセンサＤＳの詳細を示すブロック図である。ドップラーセンサＤＳの発振器１３は、制御部６０の制御により所定の周波数で発振する。なお、周波数は通常マイクロ波帯が用いられ、特に限定されないが、生体情報取得用途の場合通常２４ＧＨｚが用いられることが多い。発振器１３が発振した電磁波は、分配器１２により分配され、その一方は、送信アンテナ１１から周波数ｆ０（例えば、２４ＧＨｚ）の電磁波として測定対象ＴＧに照射される。
【００２２】
周波数ｆ０の電磁波は、動きのある測定対象ＴＧに当たって反射し、周波数がｆｒに変化し、受信アンテナ２１は、その周波数ｆｒとなった反射波を受信する。なお、測定対象ＴＧは、送信アンテナ１１および受信アンテナ２１の方向に対して交差角αを有する方向へ相対速度ｖで動いているものとする。そうすると、反射波周波数ｆｒは、式（１）で求められる。
ｆｒ＝ｆ０±ｆｄ              ・・・（１）
なお、送信波周波数：ｆ０
ドップラ周波数ｆｄ＝（２ｆ０｜ｖ｜／ｃ０）・ｃｏｓα
光速：ｃ０
測定対象の相対移動速度：ｖ
送信波に対する測定対象の移動方向の交差角：α
【００２３】
受信アンテナ２１で受信した周波数ｆｒの反射波は、分配器１２で分配された他方の電磁波（周波数ｆ０）とミキサ２２において乗算演算され、ＤＣ領域に近いベースバンド成分と変調成分を含むＩ信号として、反射波受信部２０の一部であるＩ信号出力ポートＩＰから出力される。また、受信アンテナ２１で受信した周波数ｆｒの反射波であってπ／２だけ位相をずらした反射波は、同様に分配器１２で分配された他方の電磁波（周波数ｆ０）とミキサ２２において乗算演算され、ＤＣ領域に近いベースバンド成分と変調成分を含むＱ信号として、反射波受信部２０の一部であるＱ信号出力ポートＱＰから出力される。
【００２４】
電波式生体センサ１００は、さらに、反射波受信部２０がＩ信号出力ポートＩＰから出力するＩ信号およびＱ信号出力ポートＱＰから出力するＱ信号が入力されるローパスフィルタ１０１およびバンドパスフィルタ１０２と、ローパスフィルタ１０１およびバンドパスフィルタ１０２からそれぞれ後述する信号を取得する信号取得部３０を備える。ローパスフィルタ１０１は、Ｉ信号出力ポートＩＰおよびＱ信号出力ポートＱＰが出力するＩ信号およびＱ信号における高周波成分のノイズを除去しベースバンド成分のみを通過させ、Ｉ信号およびＱ信号を平滑化した信号（ＩとＱ）を出力する任意的なフィルタである。なお、電波式生体センサ１００は、心拍や呼吸などの生体情報を取得することを目的としているので、ローパスフィルタ１０１は、約１Ｈｚの心拍や、約０．３Ｈｚの呼吸を通過するフィルタであり、たとえば１０Ｈｚ以上は除去するフィルタである。
【００２５】
バンドパスフィルタ１０２は、Ｉ信号出力ポートＩＰおよびＱ信号出力ポートＱＰが出力するＩ信号およびＱ信号から、ＤＣ成分を除去し、各信号の微分値（ΔＩとΔＱ）を出力する選択的なフィルタである。
【００２６】
信号取得部３０は、ローパスフィルタ１０１から高周波成分を除去したＩ信号およびＱ信号と、バンドパスフィルタ１０２からＩ信号の微分値であるＩ信号微分値ΔＩおよびＱ信号の微分値であるＱ信号微分値ΔＱを受信する。なお、信号取得部３０は、マイクロコンピュータに実装されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを含むＡＤポートであってもよい。なお、このマイクロコンピュータは、制御部６０や、後述するＩ−Ｑノルム角速度算出部４０等の構成要素を実装されてもよい。
【００２７】
電波式生体センサ１００は、さらに、反射波受信部２０が取得したＩ信号とＱ信号、および、Ｉ信号とＱ信号に基づいてバンドパスフィルタ１０２が算出したＩ信号微分値ΔＩとＱ信号微分値ΔＱに基づいて、Ｉ信号とＱ信号の角速度を算出するＩ−Ｑノルム角速度算出部４０を備える。Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０は、以下のように、Ｉ信号、Ｑ信号、Ｉ信号微分値ΔＩ、およびＱ信号微分値ΔＱに基づいて、Ｉ信号とＱ信号の角速度ωおよびＩＱノルムＮＲＭを求める。
【００２８】
ドップラーセンサＤＳの送信アンテナ１１が送信する、時間ｔに伴う周波数ｆ０の送信波ｘｓ（ｔ）は、式（２）で表される。
ｘｓ（ｔ）＝Ａｓｃｏｓ（ωｓｔ）      ・・・（２）
なお、送信波振幅：Ａｓ
送信波角速度：ωｓ＝２πｆ０
【００２９】
また、ドップラーセンサＤＳの受信アンテナ２１が受信する、時間ｔに伴う周波数ｆｒの反射波ｘｒ（ｔ）は、式（３）で表される。
ｘｒ（ｔ）＝Ａｒｃｏｓ（［ωｓ±ωｄ］ｔ＋φ）      ・・・（３）
なお、受信波振幅：Ａｒ
ドップラ角速度：ωｄ＝２πｆｄ
測定対象との距離に依存する位相：φ
【００３０】
そして、送信波と反射波をミキサ２２に入力して乗算演算された信号は、式（４）で表される。
ｘｓ（ｔ）ｘｒ（ｔ）＝ＡｓＡｒｃｏｓ（ωｓｔ）ｃｏｓ（［ωｓ＋ωｄ］ｔ＋φ）
＝（ＡｓＡｒ／２）｛ｃｏｓ（ωｄｔ＋φ）＋ｃｏｓ（［２ωｓ＋ωｄ］ｔ＋φ）｝
・・・（４）
【００３１】
ローパスフィルタ１０１により高周波成分を除去された場合、式（４）における第２項の変調成分が分離される。そうすると、ローパスフィルタ１０１によりドップラ周波数成分を抽出した後のＩ信号であるＩ（ｔ）は、式（５）で表される。
Ｉ（ｔ）＝（ＡｓＡｒ／２）ｃｏｓ（ωｄｔ＋φ）      ・・・（５）
【００３２】
また、Ｉ信号からπ／２だけ位相を遅らせたＱ信号であるＱ（ｔ）は、式（６）で表される。
Ｑ（ｔ）＝（ＡｓＡｒ／２）ｃｏｓ（ωｄｔ＋φ−π／２）      ・・・（６）
式（５）で示されるＩ信号および式（６）で示されるＱ信号が、信号取得部３０に入力される。
【００３３】
また、Ｉ信号微分値ΔＩは、
ΔＩ≒ｄＩ／ｄｔ
であり、Ｑ信号微分値ΔＱは、
ΔＱ≒ｄＱ／ｄｔ
であるから、式（５）と式（６）をそれぞれ時間ｔで微分すると、Ｉ信号微分値ΔＩとＱ信号微分値ΔＱが算出できる。
【００３４】
なお、図７に示すようなＩ−Ｑ座標平面における角速度ωは、
ω＝ｄθ／ｄｔ
なお、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｉ−Ｉｏｆｆｓｅｔ）／（Ｑ−Ｑｏｆｆｓｅｔ）
Ｉｏｆｆｓｅｔ：電波式生体センサの設置条件により定まる定数
Ｑｏｆｆｓｅｔは：電波式生体センサの設置条件により定まる定数
と表すことができるので、角速度ωは、（数１）で表すことができる。
【数１】
0006597491.tif 000002
また、ＩＱノルムＮＲＭは、式（７）で表すことができる。
ＮＲＭ＝√（（Ｉ−Ｉｏｆｆｓｅｔ）２＋（Ｑ−Ｑｏｆｆｓｅｔ）２）      ・・・（７）
なお、バンドパスフィルタ１０２がない場合、角速度は、たとえば、ΔＩをＩ信号の時間差分、ΔＱをＱ信号の時間差分をとることにより求められる。
【００３５】
また、電波式生体センサ１００は、さらに、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した角速度ωに基づいて、生体の生体情報を抽出する生体情報抽出部５０を備える。生体情報抽出部５０は、抽出する生体情報の特徴に基づき抽出する。たとえば、生体情報抽出部５０は、前段におけるバンドパスフィルタ１０２により通過させた周波数成分が心拍成分と呼吸の両方の周波数成分を通過させている場合、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が出力した角速度ωは、呼吸の周期成分と心拍の周期成分の２つが合成されたものとなっている。
【００３６】
このように、呼吸の周期成分と心拍の周期成分の２つが合成された角速度ωが、生体情報抽出部５０に入力された場合、生体情報抽出部５０は、一般的な呼吸や心拍の周期に照らし合わせて、心拍や呼吸の回数や、それぞれのピークの高さからそれらの強さを抽出することができる。このように、人体表面に電磁波を照射し、その反射波のＩ信号とＱ信号の座標平面における角速度に基づいて複数の生体情報を取得し、一般的な心拍数や呼吸数などの周波数成分に基づいて特定の生体情報を抽出することにより、様々な生体情報を一度に取得できる。
【００３７】
また、電波式生体センサ１００は、さらに、角速度ωの大きさが所定の閾値以内であるか否かに基づいて、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定する出力判定部８０と、出力判定部８０の判定に基づいて、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報を使用する外部機構に出力するための外部出力部７０を備える。出力判定部８０は、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した角速度ωの大きさまたは後述する推定部９０が推定した角速度ωの大きさが、所定の閾値以内にある場合は、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報の出力を行うと判定する。逆に、出力判定部８０は、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した角速度ωの大きさ等が、所定の閾値を超える場合は、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報の出力を行わないと判定する。
【００３８】
ここで、図７を参照して、所定の閾値について説明する。図７における円の大きさは、反射波の受信アンテナ２１における受信強度の大きさを示し、測定対象ＴＧである生体表面の状態（距離、反射面の傾き、反射率など）によって変動する。ドップラーセンサＤＳと生体表面の距離がｄである場合、その距離ｄの変位量Δｄは、式（８）で表される。
Δｄ＝λ・Δθ／４π      ・・・（８）
なお、λ：送信波の波長（たとえば、周波数が２４ＧＨｚの場合１２．５ｍｍ）
【００３９】
人の身体が動くことにより生体の体表面に大きな変動が生じた場合、ドップラーセンサＤＳと生体表面の距離ｄの変位量Δｄが大きくなり、その結果Δθも大きく変動する。Δθは角度であるから、たとえば３６０度以上になると実際にどの程度変動があったのか判断できなくなる。したがって、所定の閾値（第１閾値）とは、サンプリング間隔であるｄｔに依存するものであるが、Δθが３６０度（プラスマイナスを考慮すれば１８０度）を超えない程度の角速度ωを言う。
【００４０】
外部出力部７０は、出力判定部８０が生体情報の出力を行うと判定した場合は、生体情報を使用する外部機構に出力し、出力判定部８０が生体情報の出力を行わないと判定した場合は、生体情報を使用する外部機構に出力しない。このように、電波式生体センサ１００は、ドップラーセンサＤＳを用いて人体表面に電磁波を照射し、その反射波に含まれる微細な動きを伴う生体情報を取得する場合において、生体の体表面に所定の閾値を超える大きな変動が生じた場合、これをＩ信号／Ｑ信号の角速度ωの大きさが所定の閾値を超えることにより判定することで、かかる場合に生体情報の出力を停止できる。これにより、電波式生体センサ１００は、正確な生体情報を出力することができる。
【００４１】
また、電波式生体センサ１００は、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した時系列の角速度のデータに基づいて、角速度の大きさを推定する推定部９０を選択的に備えることができる。電波式生体センサ１００が推定部９０を備える場合、出力判定部８０は、推定部９０が推定した角速度ωの大きさが所定の閾値（第１閾値）以内であるか否かに基づいて、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報の出力を行うか否かを判定する。
【００４２】
推定部９０は、たとえば図４に示すように角速度を推定する。すなわち、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した時系列の角速度のデータ（本図実線部分）から判断して、角速度ωの変化率が徐々に大きくなってきており、所定の閾値を超えると本図の点線上の推定値のように推定される場合、この推定値に基づいて生体情報の出力を行うか否かを判定する。なお、図４に示す推定の方法は例であり、推定値は、たとえば角速度の二乗値としてもよい。これによれば、生体表面の変位が測定可能な範囲を逸脱するか否かを推定することで、実際に角速度ωが所定の閾値を超える前に迅速に出力するか否かを判定でき、誤った生体情報を出力することなく正確な生体情報のみを出力することができる。
【００４３】
また、出力判定部８０は、生体情報の出力を行わないと判定した後、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出したＩＱノルムＮＲＭが所定の閾値（第２閾値）以内、かつ、Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０が算出した角速度の大きさが所定の閾値（第１閾値）以内である場合、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報の出力を行うと判定する。ＩＱノルムＮＲＭに関する所定の閾値（第２閾値）は、たとえば図５に示す方法に定められる。本図に示すように、出力判定部８０は、角速度ωの絶対値が十分小さい期間を安定期間とし、その安定期間におけるＩＱノルムＮＲＭの変動幅を学習しておく。たとえば、ＩＱノルムＮＲＭに関する所定の閾値（第２閾値）は、安定期間の平均値と分散から求めることができ、例として、第２閾値は、平均値±３σ（σ：偏差）とすることができる。この場合、本図の上限閾値は、平均値＋３σ、下限閾値は平均値−３σとすることができる。
【００４４】
生体表面が大きく変動して、本図に示す角速度ωが第２閾値（上限閾値または下限閾値）を超えている不安定期間では、角速度ω自体も大きく第１閾値を超えているので、出力判定部８０は、生体情報の出力は行わないと既に判定している状態である。そして、ＩＱノルムＮＲＭの変動が収束してきて、ＩＱノルムＮＲＭが第２閾値（上限閾値または下限閾値）以内になった時、不安定期間が終了し、出力判定部８０は、生体情報の出力を再開することを判定する。このように、安定期間からの逸脱を角速度ωで判定し、安定期間への復帰をＩＱノルムＮＲＭで判定するのは、安定性を判断するのは角速度ωで判断することが優れているが、一旦範囲を逸脱すると角速度が求まらないため、ＩＱノルムＮＲＭを使って判別する。これにより、ＩＱノルムＮＲＭが所定の閾値以内となった場合に出力を再開することで、正確な生体情報を出力することができる。
【００４５】
図６は、電波式生体センサ１００における制御を示すフローチャートである。なお、フローチャートにおけるＳはステップを表す。電波式生体センサ１００の信号取得部３０は、Ｓ１００において、ローパスフィルタ１０１を通過したＩ信号とＱ信号、および、バンドパスフィルタ１０２を通過したＩ信号微分値ΔＩとＱ信号微分値ΔＱを取得する。Ｉ−Ｑノルム角速度算出部４０は、Ｓ１０２において、信号取得部３０が取得したＩ信号とＱ信号およびＩ信号微分値ΔＩとＱ信号微分値ΔＱ、および電波式生体センサ１００の設置条件により定まるオフセットから、上述した（数１）に基づいて角速度ωを、式（７）に基づいてＩＱノルムＮＲＭを算出する。
【００４６】
出力判定部８０は、Ｓ１０４において、後述する異常フラグを検査し、前回の判定で生体情報の出力が行われたか否か（出力可能状態か否か）を検査する。前回の判定で出力が行われた場合、出力判定部８０は、Ｓ１０６において、推定部９０が角速度ωの時系列データから判断して所定の閾値（第１閾値）を超えると推定される場合には、すなわち生体表面に所定の閾値を超える大きな変動が生ずるであろうと推測された場合、生体情報の出力を行わない状態（出力不可状態）であるとする。
【００４７】
出力判定部８０は、Ｓ１０８において、生体情報の出力が行われるか否か（出力可能状態か否か）を検査する。出力判定部８０が生体情報を出力可能であると判定した場合、すなわちＳ１０６において推定部９０の推定結果が第１閾値を超えなかった場合、推定部９０は、Ｓ１１０において、角速度ωを改めて推定する。そして、外部出力部７０は、Ｓ１１２において、生体情報抽出部５０が抽出した生体情報を外部機構へ出力する。Ｓ１０８において出力判定部８０が生体情報を出力不可と判定した場合、出力判定部８０は、Ｓ１１６において、異常フラグをオンにし、その後終了して、生体情報の出力は行わない。この異常フラグは、Ｓ１０４において検査されるものである。
【００４８】
Ｓ１０４において、異常フラグがオンである、すなわち前回の判定で出力が行われなかった場合、出力判定部８０は、Ｓ１１４において、ＩＱノルムＮＲＭの変動幅が所定の閾値（第２閾値）以内か否かを検査する。所定の閾値以内であった場合には、Ｓ１０６に戻り、推定部９０において角速度ωの推定が行われる。また、ＩＱノルムＮＲＭが所定の閾値を超える場合には、終了し、生体情報の出力は行わない。
【００４９】
このように、電波式生体センサ１００は、角速度ωが所定の閾値を超えることで生体表面が大きく変動したと判断し、その場合には心拍などの生体情報は出力しないことで、正常な生体情報のみを出力できる。また、推定部９０が角速度ωを推定することで、迅速に出力できるか否かを判断することができる。また、生体情報の出力を一旦止めた場合、ＩＱノルムＮＲＭにより出力の再開を判断することで、正確な生体情報のみを出力できる。
【００５０】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１００    電波式生体センサ
１０      電磁波照射部
１１      送信アンテナ
１２      分配器
１３      発振器
２０      反射波受信部
２１      受信アンテナ
２２      ミキサ
３０      信号取得部
４０      Ｉ−Ｑノルム角速度算出部
５０      生体情報抽出部
６０      制御部
７０      外部出力部
８０      出力判定部
９０      推定部
１０１    ローパスフィルタ
１０２    バンドパスフィルタ
ＤＳ      ドップラーセンサ
ＷＬ      ハンドル
ＳＴ      座席
ＴＧ      測定対象
ＩＰ      Ｉ信号出力ポート
ＱＰ      Ｑ信号出力ポート
【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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