(57)【要約】【課題】無線センサ装置と検知対象との距離が変化しても、検出感度の低下を抑制できる無線センサ装置を提供する。【解決手段】検知対象３０に放射される送信信号と送信信号の検知対象からの反射信号とに基づいて検知信号を生成するセンサ部１０と、センサ部１０が生成した検知信号の信号処理を行う信号処理部２０と、を備えた無線センサ装置１であって、センサ部１０は、送信信号又は反射信号の位相状態である第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１と、第１位相状態に対して送信信号又は反射信号の位相が異なる第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２と、を生成し、信号処理部２０は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて位相情報を検出すると共に、検出した位相情報に基づいて所定の信号処理を行う。【選択図】図１
2016006468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象に放射される送信信号と前記送信信号の前記検知対象からの反射信号とに基づいて検知信号を生成するセンサ部と、
前記センサ部が生成した前記検知信号の信号処理を行う信号処理部と、
を備えた無線センサ装置であって、
前記センサ部は、
前記送信信号又は前記反射信号の位相状態である第１位相状態に対応した第１検知信号と、
前記第１位相状態に対して前記送信信号又は前記反射信号の位相が異なる第２位相状態に対応した第２検知信号と、
を生成し、
前記信号処理部は、
前記第１検知信号と前記第２検知信号とに基づいて位相情報を検出すると共に、
検出した前記位相情報に基づいて所定の信号処理を行うことを特徴とする無線センサ装置。
【請求項２】
前記第２位相状態は、
前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ異なる位相状態であり、
前記信号処理部は、
前記第１検知信号と前記第２検知信号とに基づいて、
直交座標における位相角を算出し、
算出された前記位相角に基づいて、
信号の位相補正を行うことを特徴とする、
請求項１に記載の無線センサ装置。
【請求項３】
前記第２位相状態は、
前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、
前記信号処理部は、
前記第１検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第１数値情報と、
前記第１検知信号と前記第１検知信号との混合信号に対応する第２数値情報と、
を用い、
前記第１数値情報を前記第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角を算出することを特徴とする、
請求項２に記載の無線センサ装置。
【請求項４】
前記第２位相状態は、
前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、
前記信号処理部は、
前記第１検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第１数値情報と、
前記第２検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第３数値情報と、
を用い、
前記第３数値情報を前記第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角を算出することを特徴とする、
請求項２に記載の無線センサ装置。
【請求項５】
前記第２位相状態は、
前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、
前記信号処理部は、
前記第１出力信号と前記第２出力信号との混合信号に対応する第１数値情報と、
前記第１出力信号と前記第１出力信号との混合信号に対応する第２数値情報と、
前記第２出力信号と前記第２出力信号との混合信号に対応する第３数値情報と、
を用い、
前記第１数値情報を前記第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角の第１算出値を算出すると共に、
前記第３数値情報を前記第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角の第２算出値を算出し、
前記第１算出値と前記第２算出値とのうちの一方を選択した値か、又は、前記第１算出値と前記第２算出値との平均値を前記位相角の算出値とすることを特徴とする、
請求項２に記載の無線センサ装置。
【請求項６】
前記センサ部は、
前記送信信号を放射し前記反射信号を受信するための送受信アンテナと、
前記送信信号を生成する信号発生回路と、
前記第１位相状態と前記第２位相状態とを発生させる移相器と、
前記送信信号の一部と前記第１位相状態に対応した前記反射信号とが入力される第１検波回路と、
前記送信信号の一部と前記第２位相状態に対応した前記反射信号とが入力される第２検波回路と、
を有し、
前記信号処理部は、
前記第１検知信号と前記第２検知信号とが入力される位相検出回路と、
前記第１検知信号と前記第２検知信号と前記位相情報とが入力される信号処理回路と、
を有することを特徴とする、
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の無線センサ装置。
【請求項７】
複数の前記信号処理部を備え、
前記信号処理部は、
所定の通過帯域を有し、前記第１検知信号が入力される第１フィルタと、
前記所定の通過帯域を有し、前記第２検知信号が入力される第２フィルタと、
を有し、
前記所定の通過帯域は、
前記信号処理部毎に異なる帯域となっていることを特徴とする、
請求項６に記載の無線センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線センサ装置に関し、特に、検知対象に放射される送信信号と送信信号の検知対象からの反射信号とに基づいて検知対象の動きを検出する無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ部と信号処理部とを備え、検知対象に放射される送信信号と送信信号の検知対象からの反射信号とに基づいて検知対象の動きを検出する無線センサ装置が実用化されている。このような無線センサ装置は、人の呼吸や心拍動作等の生体情報に関する動作を検出する生体センサ等として利用されている。【０００３】
従来の無線センサ装置としては、特許文献１に係る無線周波数センサ（無線センサ装置）等が提案されている。図１２は、特許文献１に係る無線周波数センサ４１０の構成を示す説明図である。【０００４】
図１２に示すように、無線周波数センサ４１０は、局部発振器４１１とＲＦ送信機４１２とＲＦ受信機４１３と増幅器４１４とミキサ４１５とローパスフィルタ４１６とを備えている。無線周波数センサ４１０は、更に、図示しない演算制御回路も備えている。【０００５】
局部発振器４１１は、高周波信号を生成している。ＲＦ送信機４１２は、自身が有するアンテナを用いて、局部発振器４１１が生成した高周波信号を人間などの被験者（検知対象）に向けて放射している。ＲＦ受信機４１３は、自身が有するアンテナを用いて、ＲＦ送信機４１２が放射した送信信号の、被験者（検知対象）からの反射信号を受信している。増幅器４１４は、ＲＦ受信機４１３が受信した反射信号を増幅している。【０００６】
ミキサ４１５は、送信信号の一部と増幅された反射信号とを混合している。ローパスフィルタ４１６は、ミキサ４１５の出力信号のノイズ成分を除去している。ローパスフィルタ４１６の出力信号は、被験者の呼吸や心拍動作等の動作に関する情報を含む未処理センサ信号となる。未処理センサ信号は、送信信号と反射信号との位相差に対応した信号である。【０００７】
無線周波数センサ４１０は、図示しない演算制御回路を更に備えている。そして、演算制御回路は、局部発振器４１１とＲＦ送信機４１２とＲＦ受信機４１３と増幅器４１４とミキサ４１５とローパスフィルタ４１６等の各種回路を制御している。また、演算制御回路は、ローパスフィルタ４１６から未処理センサ信号を入手し、入手した未処理センサ信号に基づいて、被験者の呼吸や心拍動作等の動作に関する動作情報を演算している。無線周波数センサ４１０は、このようにして、被験者の動きを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５３８７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような無線センサ装置では、検知対象の動きを検出している間に検知対象が移動して無線センサ装置と検知対象との距離が変化すると、それに対応して送信信号と反射信号との位相差が変化する。そして、このような無線センサ装置では、送信信号と反射信号との位相差を利用して検知対象の動きの検出するための信号を生成しているので、送信信号と反射信号との位相差によっては、検知対象の動きを検出する際の検出感度が大きく低下し、検知対象の動きの検出が困難になる場合があった。【００１０】
また、検出感度が大きく低下しない場合でも、無線センサ装置と検知対象との距離が頻繁に変化し、それに対応して送信信号と反射信号との位相差が変動したのでは、その影響で検知対象の動きの検出するための信号の位相や電位も変動し、検知対象の動作の解析が複雑になってしまう可能性が有った。このような場合にも、やはり、検知対象の動きを検出する際の検出感度が低下してしまう。【００１１】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、無線センサ装置と検知対象との距離が変化しても、検出感度の低下を抑制できる無線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】
【００１２】
この課題を解決するために、請求項１に記載の無線センサ装置は、検知対象に放射される送信信号と前記送信信号の前記検知対象からの反射信号とに基づいて検知信号を生成するセンサ部と、前記センサ部が生成した前記検知信号の信号処理を行う信号処理部と、を備えた無線センサ装置であって、前記センサ部は、前記送信信号又は前記反射信号の位相状態である第１位相状態に対応した第１検知信号と、前記第１位相状態に対して前記送信信号又は前記反射信号の位相が異なる第２位相状態に対応した第２検知信号と、を生成し、前記信号処理部は、前記第１検知信号と前記第２検知信号とに基づいて位相情報を検出すると共に、検出した前記位相情報に基づいて所定の信号処理を行うことを特徴とする。【００１３】
この構成の無線センサ装置では、センサ部は、所定の第１位相状態に対応した第１検知信号と、第１位相状態に対して送信信号又は反射信号の位相が異なる第２位相状態に対応した第２検知信号と、を生成している。そのため、無線センサ装置と検知対象との距離が変化して、第１位相状態と第２位相状態とのうちの一方の位相状態での検出感度が低下しても、他方の位相状態に切り替えることによって、検出感度の良好な状態を作り出すことができる。【００１４】
しかも、第１検知信号と第２検知信号とは異なる２つの位相状態に対応した信号なので、位相情報を検出するのに適した信号となる。そして、信号処理部は、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて位相情報を検出すると共に、検出した位相情報に基づいて所定の信号処理を行っている。そのため、無線センサ装置と検知対象との距離が頻繁に変化し、送信信号と反射信号との位相差が変動した場合でも、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて位相情報を検出し、検出した位相情報に基づいて信号に補正を加えることができる。その結果、無線センサ装置と検知対象との距離の変化に伴う、検出感度の低下を抑制することができる。【００１５】
請求項２に記載の無線センサ装置では、前記第２位相状態は、前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ異なる位相状態であり、前記信号処理部は、前記第１検知信号と前記第２検知信号とに基づいて、直交座標における位相角を算出し、算出された前記位相角に基づいて、信号の位相補正を行うことを特徴とする。【００１６】
この構成の無線センサ装置では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ異なる位相状態である。そのため、このような２つの位相状態に対応した第１検知信号と第２検知信号とを直交座標における２つの座標成分とし、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて直交座標における位相角を容易に算出することができる。しかも、信号処理部は、第１検知信号と第２検知信号とに基づいて、直交座標における位相角を算出し、算出された位相角に基づいて、信号の位相補正を行っている。そのため、信号の位相補正を行うことによって、補正前の信号を位相角の変動に影響され難い信号に変換することができる。その結果、送信信号と反射信号との位相差の変動に伴う信号の変動の影響を更に低減し、検出感度の低下を更に抑制することができる。【００１７】
請求項３に記載の無線センサ装置では、前記第２位相状態は、前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、前記信号処理部は、前記第１検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第１数値情報と、前記第１検知信号と前記第１検知信号との混合信号に対応する第２数値情報と、を用い、前記第１数値情報を前記第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角を算出することを特徴とする。【００１８】
この構成の無線センサ装置では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号を、直交座標における余弦成分として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号を、直交座標における正弦成分として使用することができる。【００１９】
そして、第１数値情報は、第１検知信号と第２検知信号との混合信号に対応する信号なので、第１数値情報は、第１検知信号と第２検知信号との積と比例する値、すなわち、位相角に対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、第２数値情報は、第１検知信号と第１検知信号との混合信号に対応する信号なので、第２数値情報は、第１検知信号の２乗と比例する値、すなわち、位相角に対する余弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、位相角は、第１数値情報を第２数値情報で除した値に対する逆正接関数という簡単な計算式を用いて算出することができる。その結果、位相角の算出が容易となる。【００２０】
請求項４に記載の無線センサ装置では、前記第２位相状態は、前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、前記信号処理部は、前記第１検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第１数値情報と、前記第２検知信号と前記第２検知信号との混合信号に対応する第３数値情報と、を用い、前記第３数値情報を前記第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角を算出することを特徴とする。【００２１】
この構成の無線センサ装置では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号を、直交座標における余弦成分として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号を、直交座標における正弦成分として使用することができる。【００２２】
そして、第１数値情報は、第１検知信号と第２検知信号との混合信号に対応する信号なので、第１数値情報は、第１検知信号と第２検知信号との積と比例する値、すなわち、位相角に対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、第３数値情報は、第２検知信号と第２検知信号との混合信号に対応する信号なので、第３数値情報は、第２検知信号の２乗と比例する値、すなわち、位相角に対する正弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、位相角は、第３数値情報を第１数値情報で除した値に対する逆正接関数という簡単な計算式を用いて算出することができる。その結果、位相角の算出が容易となる。【００２３】
請求項５に記載の無線センサ装置では、前記第２位相状態は、前記第１位相状態に対して前記反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態であり、前記信号処理部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号との混合信号に対応する第１数値情報と、前記第１出力信号と前記第１出力信号との混合信号に対応する第２数値情報と、前記第２出力信号と前記第２出力信号との混合信号に対応する第３数値情報と、を用い、前記第１数値情報を前記第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角の第１算出値を算出すると共に、前記第３数値情報を前記第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として前記位相角の第２算出値を算出し、前記第１算出値と前記第２算出値とのうちの一方を選択した値か、又は、前記第１算出値と前記第２算出値との平均値を前記位相角の算出値とすることを特徴とする。【００２４】
この構成の無線センサ装置では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号を、直交座標における余弦成分として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号を、直交座標における正弦成分として使用することができる。【００２５】
そして、位相角は、第１数値情報を第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として位相角を算出する算出方法と、第３数値情報を第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として位相角を算出する算出方法という、２つの算出方法を用いて算出することができる。その結果、位相角を簡単な数式を用いて算出することができ、位相角の算出が容易となる。【００２６】
しかも、この構成の無線センサ装置では、第１数値情報を第２数値情報で除した値に対する逆正接関数として位相角の第１算出値を算出すると共に、第３数値情報を第１数値情報で除した値に対する逆正接関数として位相角の第２算出値を算出し、第１算出値と第２算出値とのうちの一方を選択した値か、又は、第１算出値と第２算出値との平均値を位相角の算出値としている。そのため、第１算出値と第２算出値とのうちの一方の算出精度が低下した場合でも、他方を位相角の算出値として使用するか、又は、第１算出値と第２算出値との平均値を位相角の算出値として使用することによって、検出感度の低下を抑制することができる。【００２７】
請求項６に記載の無線センサ装置では、前記センサ部は、前記送信信号を放射し前記反射信号を受信するための送受信アンテナと、前記送信信号を生成する信号発生回路と、前記第１位相状態と前記第２位相状態とを発生させる移相器と、前記送信信号の一部と前記第１位相状態に対応した前記反射信号とが入力される第１検波回路と、前記送信信号の一部と前記第２位相状態に対応した前記反射信号とが入力される第２検波回路と、を有し、前記信号処理部は、前記第１検知信号と前記第２検知信号とが入力される位相検出回路と、前記第１検知信号と前記第２検知信号と前記位相情報とが入力される信号処理回路と、を有することを特徴とする。【００２８】
この構成の無線センサ装置では、センサ部は、移相器と第１検波回路と第２検波回路とを用いて、第１位相状態に対応した第１検知信号と、第２位相状態に対応した第２検知信号と、を容易に生成することができる。しかも、信号処理部は、信号処理部は、位相検出回路と信号処理回路とを用いて、位相情報の検出と信号処理とを容易に行うことができる。その結果、この構成の無線センサ装置では、検知対象の動作の検出が容易となる。【００２９】
請求項７に記載の無線センサ装置は、複数の前記信号処理部を備え、前記信号処理部は、所定の通過帯域を有し、前記第１検知信号が入力される第１フィルタと、前記所定の通過帯域を有し、前記第２検知信号が入力される第２フィルタと、を有し、前記所定の通過帯域は、前記信号処理部毎に異なる帯域となっていることを特徴とする。【００３０】
この構成の無線センサ装置では、複数の信号処理部を用いて、検知対象の動作から異なる複数の動作情報を検出することができる。しかも、複数の動作情報を検出する場合、動作情報毎に検出に適した周波数が異なる場合があるが、この構成の無線センサ装置では、第１フィルタの通過帯域と第２フィルタの通過帯域とは、信号処理部毎に異なる帯域となっている。そのため、センサ部が出力した検知信号から、信号処理部毎に動作の検出に適した周波数成分を取り出すことができる。その結果、この構成の無線センサ装置では、検知対象の異なる複数の動作を効率よく検出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、無線センサ装置と検知対象との距離が変化しても、検出感度の低下を抑制できる無線センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無線センサ装置１の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示すセンサ部１０の構成をより詳しく示す説明図である。
【図３】図１に示す信号処理部２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る反射信号の位相状態を示す説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る位相補正方法に関する説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る無線センサ装置１０１の構成を示す説明図である。
【図７】図６に示す信号処理部１２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る無線センサ装置２０１の構成を示す説明図である。
【図９】図８に示す信号処理部２２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る無線センサ装置３０１の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０に示す信号処理部３２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【図１２】特許文献１に係る無線周波数センサ４１０の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
［第１実施形態］
以下、本考案の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る無線センサ装置の構成について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る無線センサ装置１の構成を示す説明図である。図１（ａ）は、無線センサ装置１の全体構成を示す説明図であり、図１（ｂ）は、無線センサ装置１の構成をより詳しく示す説明図である。図２は、図１に示すセンサ部１０の構成をより詳しく示す説明図である。図３は、図１に示す信号処理部２０の構成をより詳しく示す説明図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る反射信号の位相状態を示す説明図である。図４において、横軸は時間であり、縦軸は反射信号ＲＸの位相である。
【００３４】
無線センサ装置１は、図１に示すように、センサ部１０と信号処理部２０とを備えている。そして、無線センサ装置１は、検知対象３０に放射される送信信号ＴＸと、送信信号の検知対象３０からの反射信号ＲＸと、に基づいて検知対象３０の動きを検出している。このような無線センサ装置１０は、人の呼吸や心拍動作等の生体情報に関する動作を検出する生体センサ等として利用される。
【００３５】
センサ部１０は、図１に示すように、送受信アンテナ１１と信号発生回路１２と移相器１３と第１検波回路１４と第２検波回路１５と制御回路１６とを有している。
【００３６】
送受信アンテナ１１は、送信信号ＴＸを放射し反射信号ＲＸを受信するためのアンテナである。センサ部１０は、送受信アンテナ１１を用いて検知対象３０に送信信号ＴＸを電磁波信号として放射すると共に、反射信号ＲＸを送受信アンテナ１１を用いて受信している。
【００３７】
信号発生回路１２は、図２に示すように、発振器１２ａと増幅器１２ｂとを有している。発振器１２ａは、所定の周波数の高周波信号を生成している。増幅器１２ｂは、発振器１２ａが生成した高周波信号の電力を所定のレベルに増幅している。そして、増幅器１２ｂの出力信号が送信信号ＴＸとして送受信アンテナ１１に給電される。以下、発振器１２ａが送信信号ＴＸとなる高周波信号を生成し、増幅器１２ｂが生成した高周波信号の電力を増幅することを、信号発生回路１２が送信信号ＴＸを生成すると略称する。信号発生回路１２が生成する送信信号ＴＸの周波数としては、２．４ＧＨｚ帯の周波数等が使用される。
【００３８】
移相器１３は、図２に示すように、線路長の異なる２つの伝送線路と２つのスイッチ素子とで構成され、送受信アンテナ１１と信号発生回路１２との間に配置されている。２つの伝送線路は、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとである。２つのスイッチ素子は、第１スイッチ素子１３ｃと第２スイッチ素子１３ｄとである。
【００３９】
第２伝送線路１３ｂの線路長は、送信信号ＴＸの周波数において、第１伝送線路１３ａの線路長よりも１／８波長だけ長くなるように設定されている。第１スイッチ素子１３ｃと第２スイッチ素子１３ｄとは連動して接続の切り替えを行い、送受信アンテナ１１と信号発生回路１２とが、第１伝送線路１３ａと第２伝送線路１３ｂとのうちのどちらか一方を介して接続されるようになっている。以下、送受信アンテナ１１と信号発生回路１２とが第１伝送線路１３ａを介して接続された状態を第１位相状態とし、送受信アンテナ１１と信号発生回路１２とが第２伝送線路１３ｂを介して接続された状態を第２位相状態として説明を進める。
【００４０】
信号発生回路１２が生成した送信信号ＴＸは、移相器１３を通過して検知対象３０に放射された後に、反射信号ＲＸとして再び移相器１３を通過する。そのため、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号ＲＸの位相が１／４波長に相当する分だけ遅れた状態、すなわち、第１位相状態に対して反射信号ＲＸの位相がπ／２（ラジアン）だけ位相が遅れた状態となる。
【００４１】
第１検波回路１４は、図２に示すように、ミキサ回路１４ａとローパスフィルタ１４ｂと信号変換回路１４ｃとを有している。ミキサ回路１４ａは、第１伝送線路１３ａの信号発生回路１２側に接続されている。そして、ミキサ回路１４ａには、送信信号ＴＸの一部と第１位相状態に対応した反射信号ＲＸとが入力され、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの混合信号が出力される。ローパスフィルタ１４ｂには、ミキサ回路１４ａの出力信号が入力され、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの混合信号の低周波成分が出力される。信号変換回路１４ｃには、ローパスフィルタ１４ｂの出力信号が入力され、ローパスフィルタ１４ｂの出力信号の電位を量子化したデジタル信号が出力される。
【００４２】
そして、本実施形態では、信号変換回路１４ｃの出力信号が、第１検波回路１４が出力する第１検知信号Ｓａ１となる。第１検波回路１４には、送信信号ＴＸの一部と第１位相状態に対応した反射信号ＲＸとが入力されるので、第１検知信号Ｓａ１は、第１位相状態に対応した検知信号となる。そして、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１は、呼吸や心拍動作等の検知対象３０の動作に対応して、その大きさと符号とが時々刻々に変化する量子化された値となる。
【００４３】
第２検波回路１５は、図２に示すように、ミキサ回路１５ａとローパスフィルタ１５ｂと信号変換回路１５ｃとを有している。ミキサ回路１５ａは、第２伝送線路１３ｂの信号発生回路１２側に接続されている。そして、ミキサ回路１５ａには、送信信号ＴＸの一部と第２位相状態に対応した反射信号ＲＸとが入力され、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの混合信号が出力される。ローパスフィルタ１５ｂには、ミキサ回路１５ａの出力信号が入力され、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの混合信号の低周波成分が出力される。信号変換回路１５ｃには、ローパスフィルタ１５ｂの出力信号が入力され、ローパスフィルタ１５ｂの出力信号の電位を量子化したデジタル信号が出力される。
【００４４】
そして、本実施形態では、信号変換回路１５ｃの出力信号が、第２検波回路１５が出力する第２検知信号Ｓａ２となる。第２検波回路１５には、送信信号ＴＸの一部と第２位相状態に対応した反射信号ＲＸとが入力されるので、第２検知信号Ｓａ２は、第２位相状態に対応した検知信号となる。そして、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２は、呼吸や心拍動作等の検知対象３０の動作に対応して、その大きさと符号とが時々刻々に変化する量子化された値となる。
【００４５】
制御回路１６は、移相器１３の位相状態の切り替えタイミングを制御している。図４に示すように、第１位相状態となる期間を第１期間ｔ１とし、第２位相状態となる期間を第２期間ｔ２とすると、制御回路１６は、第１期間ｔ１と第２期間ｔ２とが交互に繰り返されるように、センサ部１０を制御している。
【００４６】
尚、第１期間ｔ１と第２期間ｔ２とを足し合わせた時間である切り替え周期ｔ０は、第１検知信号Ｓａ１や第２検知信号Ｓａ２に影響を及ぼさないように、第１検知信号Ｓａ１や第２検知信号Ｓａ２に含まれる信号の周期と比較して十分短く設定されている。
【００４７】
信号処理部２０は、図１に示すように、位相検出回路２１と信号処理回路２２とを有している。位相検出回路２１は、図３に示すように、２つのミキサ回路と２つのローパスフィルタと演算回路２１ｇとを有している。２つのミキサ回路は、ミキサ回路２１ａとミキサ回路２１ｃとである。２つのローパスフィルタは、ローパスフィルタ２１ｂとローパスフィルタ２１ｄとである。
【００４８】
ミキサ回路２１ａは、２つの入力端子と１つの出力端子とを有している。ミキサ回路２１ａの２つの入力端子には、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とがそれぞれ入力され、ミキサ回路２１ａの出力端子から第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が出力される。ミキサ回路による混合信号生成の原理は公知なので、詳細な説明は省略するが、ミキサ回路に２つの信号が入力された場合、２つの入力信号の積と比例する混合信号がミキサ回路から出力される。
【００４９】
ローパスフィルタ２１ｂは、ミキサ回路２１ａの出力信号を平準化している。そして、ローパスフィルタ２１ｂの出力信号の電位が第１数値情報Ｂ１となる。第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積が平準化された値と比例する値となる。
【００５０】
ミキサ回路２１ｃは、２つの入力端子と１つの出力端子とを有している。ミキサ回路２１ｃの２つの入力端子には、共に第１検知信号Ｓａ１が入力され、ミキサ回路２１ｃの出力端子から第１検知信号Ｓａ１と第１検知信号Ｓａ１との混合信号が出力される。ローパスフィルタ２１ｄは、ミキサ回路２１ｃの出力信号を平準化している。そして、ローパスフィルタ２１ｄの出力信号の電位が第２数値情報Ｂ２となる。第２数値情報Ｂ２は、第１検知信号Ｓａ１と第１検知信号Ｓａ１との混合信号が平準化された数値情報なので、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１の２乗が平準化された値と比例する値となる。
【００５１】
演算回路２１ｇは、演算用の半導体を有した回路である。演算回路２１ｇには、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とが入力される。そして、演算回路２１ｇは、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とに基づいて、ＩＱ座標と呼ばれる直交座標における位相角を算出し、算出した位相角に関する位相情報を信号処理回路２２に伝達している。尚、ＩＱ座標はＩＱ変調と呼ばれるデジタル変調方式で一般的に用いられる直交座標であるが、本実施形態で使用される直交座標も便宜的にＩＱ座標と呼ぶこととする。
【００５２】
信号処理回路２２は、信号処理用の半導体を有した回路である。信号処理回路２２には、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とが入力される。また、信号処理回路２２には、前述した位相情報が位相検出回路２１から伝達される。そして、信号処理回路２２は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて動作解析用の補正前信号Ｓｃを生成すると共に、伝達された位相情報に基づいて補正前信号Ｓｃに補正を加えて補正信号Ｓｄを生成している。そして、信号処理回路２２は、補正信号Ｓｄを用いて検知対象３０の動作を解析し、解析結果に対応した動作情報Ｓｏｕｔを出力している。
【００５３】
次に、動作解析用の補正前信号Ｓｃの生成方法とその補正方法について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る位相補正方法に関する説明図である。図５（ａ）は、補正前信号Ｓｃの状態を示す説明図であり、図５（ｂ）は、補正信号Ｓｄの状態を示す説明図である。図５において、横軸はＩＱ座標におけるＩ座標軸であり、縦軸はＩＱ座標におけるＱ座標軸である。
【００５４】
まず、補正前信号Ｓｃの生成方法について説明する。前述したように、第１検知信号Ｓａ１は第１位相状態に対応した信号であり、第２検知信号Ｓａ２は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れた第２位相状態に対応した信号である。そのため、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とを、ＩＱ座標と呼ばれる直交座標におけるＩ座標成分（余弦成分）とＱ座標成分（正弦成分）として利用することができる。そして、本実施形態では、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１が補正前信号ＳｃのＩ座標成分となり、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２が補正前信号ＳｃのＱ座標成分となるように、補正前信号Ｓｃを生成している。
【００５５】
このようにして生成された補正前信号Ｓｃは、呼吸や心拍動作等の検知対象３０の動作に対応して、その振幅と位相とが時々刻々に変化する信号となる。そして、外乱ノイズや検知対象３０の移動が無い場合には、補正前信号Ｓｃは、図５（ａ）に示すように、原点を通りＩ座標軸に対する角度がφとなるＩＱ座標上の線分Ｌ１に沿って変動する。以下、ある瞬間における補正前信号Ｓｃの、Ｉ座標成分を瞬時Ｉ座標成分Ｃｉとし、Ｑ座標成分を瞬時Ｑ座標成分Ｃｑとし、振幅（原点からの距離）を瞬時振幅Ｃとして説明を進める。また、線分Ｌ１のＩ座標軸に対する角度φを補正前信号Ｓｃの位相角φとして説明を進める。
【００５６】
補正前信号Ｓｃが前述した信号である場合、瞬時Ｉ座標成分Ｃｉと瞬時振幅Ｃと位相角φと電位Ａ１との間には、Ｃｉ＝Ｃ・ｃｏｓφ＝Ａ１、という関係式が成立する。また、瞬時Ｑ座標成分Ｃｑと瞬時振幅Ｃと位相角φと電位Ａ２との間には、Ｃｑ＝Ｃ・ｓｉｎφ＝Ａ２、という関係式が成立する。このように、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１は、位相角φに対する余弦関数と比例する値となり、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２は、位相角φに対する正弦関数と比例する値となる。
【００５７】
尚、位相角φは、無線センサ装置１と検知対象３０との距離によって決まる角度であり、無線センサ装置１と検知対象３０との距離が変化した場合には、無線センサ装置１と検知対象３０との距離の変化に合わせて位相角φも変動する。
【００５８】
次に、位相角φの算出方法について説明する。前述したように、ローパスフィルタ２１ｂの出力信号である第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積（（Ｃ・ｃｏｓφ）・（Ｃ・ｓｉｎφ））が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、ローパスフィルタ２１ｄの出力信号である第２数値情報Ｂ２は、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１の２乗（（Ｃ・ｃｏｓφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数の２乗と比例する値となる。
【００５９】
このように、第１数値情報Ｂ１は、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となり、第２数値情報Ｂ２は、位相角φに対する余弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２と位相角φとの間には、Ｂ１／Ｂ２＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝ｔａｎφ、という関係式が成立する。そして、この関係式を利用して、第１数値情報Ｂ１を第２数値情報Ｂ２で除した値の逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ１／Ｂ２））として位相角φを算出することができる。
【００６０】
位相検出回路２１は、このような関係式を利用して、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とを用いて位相角φを算出し、位相情報として信号処理回路２２に出力している。
【００６１】
次に、補正前信号Ｓｃの補正方法について説明する。信号処理回路２２は、補正前信号Ｓｃを生成した後に、位相角φに基づいて補正前信号Ｓｃに補正を加えて補正信号Ｓｄを生成している。本実施形態では、位相情報に基づいて加えられる補正は、図５（ｂ）に示すように、補正前信号Ｓｃの位相を、位相角φの符号を反転した−φという角度だけシフトさせることである。このことは、すなわち、補正前信号Ｓｃを、補正前信号Ｓｃと瞬時振幅が同じで位相角が０の状態の信号に変換することと等価である。
【００６２】
ある瞬間における補正信号Ｓｄの、Ｉ座標成分を瞬時Ｉ座標成分Ｄｉとし、Ｑ座標成分を瞬時Ｑ座標成分Ｄｑとし、振幅（原点からの距離）を瞬時振幅Ｄとすると、補正信号Ｓｄの瞬時Ｉ座標成分Ｄｉは、補正信号Ｓｄの瞬時振幅Ｄと等しい値、すなわち補正前信号Ｓｃの瞬時振幅Ｃと等しい値となる。補正信号Ｓｄの瞬時Ｑ座標成分Ｄｑは０となる。そして、補正信号Ｓｄは、補正前信号Ｓｃの変化に伴い、Ｉ座標軸に沿って変化する信号となる。
【００６３】
このように、位相角が０の状態に変換された補正信号Ｓｄは、無線センサ装置１と検知対象３０との距離の変化によって位相角φが変動しても、位相角φの変動に影響され難い信号となる。そして、信号処理回路２２は、補正信号Ｓｄの時間変化に基づいて検知対象３０の動作を解析し、解析結果に対応した動作情報Ｓｏｕｔを出力している。このような補正信号Ｓｄを用いて検知対象３０の動作を解析する方法は公知なので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の無線センサ装置１のような装置では、検知対象３０の動きを検出している間に検知対象３０が移動して無線センサ装置１と検知対象３０との距離が変化すると、それに対応して送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差が変化する。そして、このような装置では、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差を利用して検知対象３０の動きの検出するための検知信号を生成しているので、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差がヌルポイントと呼ばれる特定の条件となった時には、検知対象３０の動きを検出する際の検出感度が大きく低下し、検知対象３０の動きの検出が困難になる場合があった。
【００６５】
ヌルポイントの発生原理については公知なので詳細な説明は省略するが、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差が０又はπ（ラジアン）のときに検出感度が大きく低下し、その中間の状態、すなわち、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差がπ／２（ラジアン）付近又は−π／２（ラジアン）付近のときに検出感度が良好となる。
【００６６】
また、検出感度が大きく低下しない場合でも、無線センサ装置１と検知対象３０との距離が頻繁に変化し、それに対応して送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差が変動したのでは、その影響で検知対象３０の動作を解析するための信号の振幅や位相も変動し、検知対象３０の動作の解析が複雑になってしまう可能性が有った。このような場合にも、やはり、検知対象３０の動きを検出する際の検出感度が低下してしまう。
【００６７】
それに対して、本実施形態の無線センサ装置１では、センサ部１０は、反射信号ＲＸの位相状態である第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１と、第１位相状態に対して反射信号ＲＸの位相が異なる第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２と、を生成している。そのため、無線センサ装置１と検知対象３０との距離が変化して、第１位相状態と第２位相状態とのうちの一方の位相状態での検出感度が低下しても、他方の位相状態に切り替えることによって、検出感度の良好な状態を作り出すことができる。
【００６８】
例えば、第１位相状態における送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差が０（ヌルポイント状態）となった場合には、第１位相状態に対応する第１検知信号Ｓａ１での検知感度が大きく低下するが、第２位相状態における送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差は−π／２（ラジアン）となり、第２位相状態に対応する第２検知信号Ｓａ２での検知感度は良好となる。
【００６９】
しかも、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とは異なる２つの位相状態に対応した信号なので、位相情報を検出するのに適した信号となる。そして、信号処理部２０は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて位相情報を検出すると共に、検出した位相情報に基づいて所定の信号処理を行っている。そのため、無線センサ装置１と検知対象３０との距離が頻繁に変化し、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差が変動した場合でも、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて位相情報を検出し、検出した位相情報に基づいて信号に補正を加えることができる。その結果、無線センサ装置１と検知対象３０との距離の変化に伴う、検出感度の低下を抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態の無線センサ装置１では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号ＲＸの位相がπ／２（ラジアン）だけ異なる位相状態である。そのため、このような２つの位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とをＩＱ座標と呼ばれる直交座標における２つの座標成分とし、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づく第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とを用いてＩＱ座標における位相角φを容易に算出することができる。しかも、信号処理部２０は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づく第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とを用いてＩＱ座標における位相角φを算出し、算出された位相角φに基づいて補正前信号Ｓｃの位相補正を行っている。そして、補正前信号Ｓｃの位相補正を行うことによって、補正前信号Ｓｃを位相角φの変動に影響され難い補正信号Ｓｄに変換することができる。その結果、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差の変動に伴う信号の変動の影響を更に低減し、検出感度の低下を更に抑制することができる。
【００７１】
また、本実施形態の無線センサ装置１では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１を、ＩＱ座標におけるＩ座標成分（余弦成分）として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２を、ＩＱ座標におけるＱ座標成分（正弦成分）として使用することができる。
【００７２】
そして、第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積（（Ｃ・ｃｏｓφ）・（Ｃ・ｓｉｎφ））が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、第２数値情報Ｂ２は、第１検知信号Ｓａ１と第１検知信号Ｓａ１との混合信号が平準化された数値情報なので、第２数値情報Ｂ２は、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１の２乗（（Ｃ・ｃｏｓφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、位相角φは、第１数値情報Ｂ１を第２数値情報Ｂ２で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ１／Ｂ２））という簡単な計算式を用いて算出することができる。その結果、位相角φの算出が容易となる。
【００７３】
尚、本実施形態では、ローパスフィルタ２１ｂやローパスフィルタ２１ｄによって平準化された第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とを用いて位相角φを算出し、算出された位相角φに基づいて補正前信号Ｓｃに補正を加えている。無線センサ装置１の周辺にノイズ発生源が存在する場合には、このように、ローパスフィルタ２１ｂやローパスフィルタ２１ｄによって平準化された第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２とを用いて位相角φを算出することによって、外来ノイズの影響を軽減することができる。
【００７４】
また、本実施形態の無線センサ装置１では、センサ部１０は、移相器１３と第１検波回路１４と第２検波回路１５とを用いて、第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１と、第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２と、を容易に生成することができる。しかも、信号処理部２０は、位相検出回路２１と信号処理回路２２とを用いて、位相角φ等の位相情報の検出と位相補正等の信号処理とを容易に行うことができる。その結果、本実施形態の無線センサ装置１では、検知対象３０の動作の検出が容易となる。
【００７５】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
まず、本発明の第２実施形態に係る無線センサ装置１０１の構成について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る無線センサ装置１０１の構成を示す説明図である。図７は、図６に示す信号処理部１２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【００７７】
無線センサ装置１０１は、図６に示すように、センサ部１０と信号処理部１２０とを備えている。信号処理部１２０は、図６に示すように、位相検出回路１２１と信号処理回路２２とを有している。このように、無線センサ装置１０１は、第１実施形態に係る無線センサ装置１の信号処理部２０が信号処理部１２０に置き換わったものである。また、信号処理部１２０は、信号処理部２０の位相検出回路２１が位相検出回路１２１に置き換わったものである。
【００７８】
位相検出回路１２１は、図７に示すように、２つのミキサ回路と２つのローパスフィルタと演算回路２１ｇとを有している。２つのミキサ回路は、ミキサ回路２１ａとミキサ回路２１ｅとである。２つのローパスフィルタは、ローパスフィルタ２１ｂとローパスフィルタ２１ｆとである。このように、位相検出回路１２１は、位相検出回路２１のミキサ回路２１ｃとローパスフィルタ２１ｄとが、ミキサ回路２１ｅとローパスフィルタ２１ｆとに置き換わったものである。
【００７９】
ミキサ回路２１ｅは、２つの入力端子と１つの出力端子とを有している。ミキサ回路２１ｅの２つの入力端子には、共に第２検知信号Ｓａ２が入力され、ミキサ回路２１ｅの出力端子から第２検知信号Ｓａ２と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が出力される。ローパスフィルタ２１ｆは、ミキサ回路２１ｅの出力信号を平準化している。そして、ローパスフィルタ２１ｆの出力信号の電位が第３数値情報Ｂ３となる。第３数値情報Ｂ３は、第２検知信号Ｓａ２と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２の２乗（（Ｃ・ｓｉｎφ）＾２）が平準化された値と比例する値となる。
【００８０】
演算回路２１ｇの構成は、第１実施形態と同じであるが、演算回路２１ｇには、第１数値情報Ｂ１と第３数値情報Ｂ３とが入力される。そして、演算回路２１ｇは、第１数値情報Ｂ１と第３数値情報Ｂ３とを用いて、ＩＱ座標と呼ばれる直交座標における位相角φを算出している。
【００８１】
第１数値情報Ｂ１は、第１実施形態と同様に、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積（（Ｃ・ｃｏｓφ）・（Ｃ・ｓｉｎφ））が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。一方、第３数値情報Ｂ３は、前述したように、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２の２乗（（Ｃ・ｓｉｎφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する正弦関数の２乗と比例する値となる。
【００８２】
このように、第１数値情報Ｂ１は、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となり、第３数値情報Ｂ３は、位相角φに対する正弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、第１数値情報Ｂ１と第３数値情報Ｂ３と位相角φとの間には、Ｂ３／Ｂ１＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝ｔａｎφ、という関係式が成立する。そして、この関係式を利用して、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値の逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））として位相角φを算出することができる。
【００８３】
本実施形態では、位相検出回路１２１は、この関係式を利用して、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））として位相角φを算出し、位相情報として信号処理回路２２に出力している。
【００８４】
信号処理回路２２は、第１実施形態と同様に、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて補正前信号Ｓｃを生成すると共に、位相角φに基づいて補正前信号Ｓｃに補正を加えて補正信号Ｓｄを生成している。そして、信号処理回路２２は、補正信号Ｓｄを用いて検知対象３０の動作を解析し、解析結果に対応した動作情報Ｓｏｕｔを出力している。
【００８５】
次に、本実施形態の効果について説明する。尚、本実施形態では、第１実施形態と異なる効果についてのみ説明する。本実施形態の無線センサ装置１０１では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１を、ＩＱ座標におけるＩ座標成分（余弦成分）として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２を、ＩＱ座標におけるＱ座標成分（正弦成分）として使用することができる。
【００８６】
そして、第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第１数値情報Ｂ１は、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積（（Ｃ・ｃｏｓφ）・（Ｃ・ｓｉｎφ））が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、第３数値情報Ｂ３は、第２検知信号Ｓａ２と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第３数値情報Ｂ３は、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２の２乗（（Ｃ・ｓｉｎφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する正弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、位相角φは、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））という簡単な計算式を用いて算出することができる。その結果、第１実施形態と同様に、位相角φの算出が容易となる。
【００８７】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態や第２実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
まず、本発明の第３実施形態に係る無線センサ装置２０１の構成について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る無線センサ装置２０１の構成を示す説明図である。図９は、図８に示す信号処理部２２０の構成をより詳しく示す説明図である。
【００８９】
無線センサ装置２０１は、図８に示すように、センサ部１０と信号処理部２２０と制御回路１６とを備えている。信号処理部２２０は、図８に示すように、位相検出回路２２１と信号処理回路２２とを有している。このように、無線センサ装置２０１は、第１実施形態に係る無線センサ装置１の信号処理部２０が信号処理部２２０に置き換わったものである。また、信号処理部２２０は、信号処理部２０の位相検出回路２１が位相検出回路２２１に置き換わったものである。
【００９０】
位相検出回路２２１は、図９に示すように、３つのミキサ回路と３つのローパスフィルタと演算回路２１ｇとを有している。３つのミキサ回路は、ミキサ回路２１ａとミキサ回路２１ｃとミキサ回路２１ｅとである。３つのローパスフィルタは、ローパスフィルタ２１ｂとローパスフィルタ２１ｄとローパスフィルタ２１ｆとである。このように、位相検出回路２２１は、位相検出回路２１にミキサ回路２１ｅとローパスフィルタ２１ｆとが追加されたものである。
【００９１】
ミキサ回路２１ｅは、２つの入力端子と１つの出力端子とを有している。ミキサ回路２１ｅの２つの入力端子には、共に第２検知信号Ｓａ２が入力され、ミキサ回路２１ｅの出力端子から第２検知信号Ｓａ２と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が出力される。ローパスフィルタ２１ｆは、ミキサ回路２１ｅの出力信号を平準化している。そして、ローパスフィルタ２１ｆの出力信号の電位が第３数値情報Ｂ３となる。第３数値情報Ｂ３は、第２検知信号Ｓａ２と第２検知信号Ｓａ２との混合信号が平準化された数値情報なので、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２の２乗（（Ｃ・ｓｉｎφ）＾２）が平準化された値と比例する値となる。
【００９２】
演算回路２１ｇの構成は、第１実施形態と同じであるが、演算回路２１ｇには、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２と第３数値情報Ｂ３とが入力される。そして、演算回路２１ｇは、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２と第３数値情報Ｂ３とを用いて、ＩＱ座標と呼ばれる直交座標における位相角φを算出している。
【００９３】
第１数値情報Ｂ１は、第１実施形態と同様に、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１と第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２との積（（Ｃ・ｃｏｓφ）・（Ｃ・ｓｉｎφ））が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となる。また、第２数値情報Ｂ２は、第１実施形態と同様に、第１検知信号Ｓａ１の電位Ａ１の２乗（（Ｃ・ｃｏｓφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する余弦関数の２乗と比例する値となる。また、第３数値情報Ｂ３は、第２実施形態と同様に、第２検知信号Ｓａ２の電位Ａ２の２乗（（Ｃ・ｓｉｎφ）＾２）が平準化された値と比例する値、すなわち、位相角φに対する正弦関数の２乗と比例する値となる。
【００９４】
このように、第１数値情報Ｂ１は、位相角φに対する余弦関数と正弦関数との積と比例する値となり、第２数値情報Ｂ２は、位相角φに対する余弦関数の２乗と比例する値となり、第３数値情報Ｂ３は、位相角φに対する正弦関数の２乗と比例する値となる。そのため、第１数値情報Ｂ１と第２数値情報Ｂ２と第３数値情報Ｂ３と位相角φとの間には、Ｂ１／Ｂ２＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝ｔａｎφ、Ｂ３／Ｂ１＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝ｔａｎφ、という２つの関係式が成立する。
【００９５】
本実施形態では、位相検出回路２２１は、これらの関係式を利用して、第１数値情報Ｂ１を第２数値情報Ｂ２で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ１／Ｂ２））として位相角φの第１算出値を算出すると共に、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））として位相角φの第２算出値を算出し、第１算出値と第２算出値とを位相情報として信号処理回路２２に出力している。
【００９６】
信号処理回路２２は、第１実施形態と同様に、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とに基づいて補正前信号Ｓｃを生成すると共に、位相角φに基づいて補正前信号Ｓｃに位相補正を加えて補正信号Ｓｄを生成している。そして、信号処理回路２２は、補正信号Ｓｄを用いて検知対象３０の動作を解析し、解析結果に対応した動作情報Ｓｏｕｔを出力している。但し、本実施形態では、信号処理回路２２は、所定の基準に従って、位相角φの第１算出値と第２算出値とのうちの一方を選択し、選択した側の算出値を用いて補正前信号Ｓｃの位相補正を行っている。
【００９７】
第１算出値と第２算出値とのうちのどちらを位相角φとして選択するかについては様々な方法が考えられるが、本実施形態では、信号処理回路２２は、電位Ａ１の大きさ（絶対値）と電位Ａ２の大きさ（絶対値）とに基づいて位相角φの選択を行っている。
【００９８】
例えば、電位Ａ１の大きさ（絶対値）が電位Ａ２の大きさ（絶対値）よりも大きい場合、Ａ２の２乗と比例する第３数値情報Ｂ３を用いて位相角φを算出するよりも、Ａ１の２乗と比例する第２数値情報Ｂ２を用いて位相角φを算出する方が位相角φの算出精度を高める易い。そのため、このような場合には、第１算出値が位相角φとして選択される。また、電位Ａ２の大きさ（絶対値）が電位Ａ１の大きさ（絶対値）よりも大きい場合、Ａ１の２乗と比例する第２数値情報Ｂ２を用いて位相角φを算出するよりも、Ａ２の２乗と比例する第３数値情報Ｂ３を用いて位相角φを算出する方が位相角φの算出精度を高め易い。そのため、このような場合には、第２算出値が位相角φとして選択される。
【００９９】
次に、本実施形態の効果について説明する。尚、本実施形態では、第１実施形態と異なる効果についてのみ説明する。本実施形態の無線センサ装置２０１では、第２位相状態は、第１位相状態に対して反射信号の位相がπ／２（ラジアン）だけ遅れる位相状態なので、第１位相状態に対応した第１検知信号Ｓａ１を、ＩＱ座標におけるＩ座標成分（余弦成分）として使用し、第２位相状態に対応した第２検知信号Ｓａ２を、ＩＱ座標におけるＱ座標成分（正弦成分）として使用することができる。
【０１００】
そして、位相角φは、第１数値情報Ｂ１を第２数値情報Ｂ２で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ１／Ｂ２））として位相角φを算出する算出方法と、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））として位相角φを算出する算出方法という、２つの算出方法を用いて算出することができる。その結果、位相角φを簡単な数式を用いて算出することができ、第１実施形態や第２実施形態と同様に、位相角φの算出が容易となる。
【０１０１】
しかも、本実施形態の無線センサ装置２０１では、第１数値情報Ｂ１を第２数値情報Ｂ２で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ１／Ｂ２））として位相角φの第１算出値を算出すると共に、第３数値情報Ｂ３を第１数値情報Ｂ１で除した値に対する逆正接関数（ｔａｎ−１（Ｂ３／Ｂ１））として位相角φの第２算出値を算出し、第１算出値と第２算出値とのうちの一方を位相角φの算出値として選択している。そのため、第１算出値と第２算出値とのうちの一方の算出精度が低下した場合でも、他方を位相角φの算出値として使用することによって、検出感度の低下を抑制することができる。
【０１０２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態において、前述した第１実施形態と同一の構成である場合、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０３】
まず、本発明の第４実施形態に係る無線センサ装置３０１の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係る無線センサ装置３０１の構成を示す説明図である。
【０１０４】
無線センサ装置３０１は、図１０に示すように、センサ部１０と２つの信号処理部３２０とを備えている。信号処理部３２０は、図１１に示すように、位相検出回路２１と信号処理回路２２と第１フィルタ２３と第２フィルタ２４とを有している。このように、無線センサ装置３０１は、複数の信号処理部を有した無線センサ装置である。そして、信号処理部３２０は、第１実施形態の信号処理部２０に第１フィルタ２３と第２フィルタ２４とが追加された構成となっている。
【０１０５】
第１フィルタ２３は、低周波における所定の通過帯域を有したバンドパスフィルタである。第１フィルタ２３には、第１検知信号Ｓａ１が入力され、第１検知信号Ｓａ１から検出したい検知対象３０の動作に適した所定の周波数成分を取り出している。そして、本実施形態では、第１検知信号Ｓａ１の代わりに第１フィルタ２３の出力信号が位相検出回路２１と信号処理回路２２とに入力される。
【０１０６】
第２フィルタ２４は、第１フィルタ２３と同じ通過帯域を有したバンドパスフィルタである。第２フィルタ２４には、第２検知信号Ｓａ２が入力され、第２検知信号Ｓａ２から検出したい検知対象３０の動作に適した所定の周波数成分を取り出している。そして、本実施形態では、第２検知信号Ｓａ２の代わりに第２フィルタ２４の出力信号が位相検出回路２１と信号処理回路２２とに入力される。
【０１０７】
尚、第１フィルタ２３の通過帯域と第２フィルタ２４の通過帯域とは、信号処理部３２０毎に異なる帯域となっている。ずなわち、２つの信号処理部３２０のうちの一方では、第１フィルタ２３の通過帯域と第２フィルタ２４の通過帯域とは、人の呼吸に対応した通過帯域（０．７Ｈｚ〜１Ｈｚ程度）となっている。また、２つの信号処理部３２０のうちの他方では、第１フィルタ２３の通過帯域と第２フィルタ２４の通過帯域とは、人の心拍動作に対応した通過帯域（１Ｈｚ〜２Ｈｚ程度）となっている。
【０１０８】
そして、本実施形態では、２つの信号処理部３２０のうちの一方が、人の呼吸に関する動作解析を行い、人の呼吸に関する動作情報を出力している。また、２つの信号処理部３２０のうちの他方が、人の心拍動作に関する動作解析を行い、人の心拍動作に関する動作情報を出力している。
【０１０９】
次に、本実施形態の効果について説明する。尚、本実施形態では、第１実施形態と異なる効果についてのみ説明する。本実施形態の無線センサ装置３０１では、複数の信号処理部３２０を用いて、検知対象３０の動作から異なる複数の動作情報を検出することができる。しかも、複数の動作情報を検出する場合、動作情報毎に検出に適した周波数が異なる場合があるが、本実施形態の無線センサ装置３０１では、第１フィルタ２３の通過帯域と第２フィルタ２４の通過帯域とは、信号処理部３２０毎に異なる帯域となっている。そのため、センサ部１０が出力した検知信号から、信号処理部３２０毎に動作の検出に適した周波数成分を取り出すことができる。その結果、本実施形態の無線センサ装置３０１では、検知対象３０の異なる複数の動作を効率よく検出することができる。
【０１１０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することができる。
【０１１１】
例えば、本発明の実施形態において検出する動作は、前述した以外の動作であっても構わない。例えば、検出する動作は、人の脈動等の呼吸や心拍動作以外の動作であっても構わない。また、検出する動作は、人以外の物体の周期的な動作であっても構わない。
【０１１２】
また、本発明の実施形態において、送受信アンテナ１１は、送信アンテナと受信アンテナとを組み合わせたアンテナであっても構わない。そして、送信アンテナと受信アンテナとには、それぞれフィルタや増幅器等の回路が接続されていても構わない。
【０１１３】
また、本発明の実施形態において、信号発生回路１２が生成する送信信号ＴＸの周波数は、前述した以外の周波数であっても構わない。例えば、送信信号ＴＸの周波数は、数百ＭＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の周波数であっても構わない。
【０１１４】
また、本発明の実施形態において、２つの位相状態に切り替えることできるのであれば、移相器１３の構成は前述した以外の構成であっても構わない。例えば、移相器１３は、所定の線路長の伝送線路の端部に可変容量素子等を接続したような構成であっても構わない。
【０１１５】
また、本発明の実施形態において、第１検波回路１４と第２検波回路１５とには、異なる２つの位相状態の送信信号ＴＸがそれぞれ入力されても構わない。そして、その場合、第１検波回路１４と第２検波回路１５とには、同じ位相状態の反射信号ＲＸが入力されても構わない。検出感度の低下は、送信信号ＴＸと反射信号ＲＸとの位相差によって生じるので、このように、異なる２つの位相状態の送信信号ＴＸを用いた場合でも、異なる２つの位相状態の反射信号ＲＸを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本発明の実施形態において、センサ部１０の第１検波回路１４は信号変換回路１４ｃを有しておらず、第２検波回路１５は信号変換回路１５ｃを有していなくても構わない。その場合、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とは、アナログの検知信号となるが、第１検知信号Ｓａ１と第２検知信号Ｓａ２とがアナログの検知信号であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
また、本発明の第３実施形態において、位相検出回路２２１は、２つの算出方法で算出した位相角φのうちのどちらを信号処理回路２２に伝達するかを位相検出回路２２１側で判断し、２つの算出方法で算出した位相角φのうちのどちらか一方に関する位相情報のみを信号処理回路２２に伝達しても構わない。
【０１１８】
また、本発明の第３実施形態において、信号処理回路２２は、位相角φの第１算出値と第２算出値とのうちの一方を選択し、選択した側の算出値を位相角φの算出値として使用しているが、信号処理回路２２は、第１算出値と第２算出値との平均値を位相角φの算出値として使用しても構わない。このような場合でも、第１算出値と第２算出値とのうちの一方の算出精度が低下した時に、算出精度が低下した側の算出値の影響を低減し、検出感度の低下を抑制することができる。
【０１１９】
また、本発明の第４実施形態において、無線センサ装置３０１が備える信号処理部２０の数は３つ以上であっても構わない。また、無線センサ装置３０１が備える信号処理部は、第１実施形態に示す信号処理部２０ではなく、第２実施形態に示す信号処理部１２０や第３実施形態に示す信号処理部２２０であっても構わない。
【符号の説明】
【０１２０】
１  無線センサ装置
１０  センサ部
１１  送受信アンテナ
１２  信号発生回路
１２ａ  発振器
１２ｂ  増幅器
１３  移相器
１３ａ  第１伝送線路
１３ｂ  第２伝送線路
１３ｃ  第１スイッチ素子
１３ｄ  第２スイッチ素子
１４  第１検波回路
１４ａ  ミキサ回路
１４ｂ  ローパスフィルタ
１４ｃ  信号変換回路
１５  第２検波回路
１５ａ  ミキサ回路
１５ｂ  ローパスフィルタ
１５ｃ  信号変換回路
１６  制御回路
２０  信号処理部
２１  位相検出回路
２１ａ  ミキサ回路
２１ｂ  ローパスフィルタ
２１ｃ  ミキサ回路
２１ｄ  ローパスフィルタ
２１ｅ  ミキサ回路
２１ｆ  ローパスフィルタ
２１ｇ  演算回路
２２  信号処理回路
２３  第１フィルタ
２４  第２フィルタ
３０  検知対象
１０１  無線センサ装置
１２０  信号処理部
１２１  位相検出回路
２０１  無線センサ装置
２２０  信号処理部
２２１  位相検出回路
３０１  無線センサ装置
３２０  信号処理部
【図１】
2016006468.tif 000003
【図２】
2016006468.tif 000004
【図３】
2016006468.tif 000005
【図４】
2016006468.tif 000006
【図５】
2016006468.tif 000007
【図６】
2016006468.tif 000008
【図７】
2016006468.tif 000009
【図８】
2016006468.tif 000010
【図９】
2016006468.tif 000011
【図１０】
2016006468.tif 000012
【図１１】
2016006468.tif 000013
【図１２】
2016006468.tif 000014
【国際調査報告】
2016006468.tif 000015
2016006468.tif 000016