(57)【要約】【課題】送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することで、生体に関して生体状態を検出できる生体情報検出装置および生体情報検出方法を提供すること。【解決手段】本発明の生体情報検出装置は、導体１１をシート状に敷設した検出手段１０と、導体１１にパルス信号を送信する送信部２２と、検出手段１０を伝播したパルス信号を受信する受信部２３と、送信部２２から送信したパルス信号と受信部２３で受信したパルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測する計測部２４と、計測部２４で計測した伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する生体状態検出部２５とを備え、検出手段１０を生体に近接させて用いることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体をシート状に敷設した検出手段と、前記導体にパルス信号を送信する送信部と、前記検出手段を伝播した前記パルス信号を受信する受信部と、前記送信部から送信した前記パルス信号と前記受信部で受信した前記パルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した前記伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する生体状態検出部とを備え、
前記検出手段を前記生体に近接させて用いることを特徴とする生体情報検出装置。
【請求項２】
呼吸に伴う前記生体の前記実効誘電率の前記変化から前記生体の状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の生体情報検出装置。
【請求項３】
前記生体状態検出部において、前記呼吸が所定時間継続して検出されない場合に、無呼吸状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の生体情報検出装置。
【請求項４】
前記導体として、等長の１対の前記導体を用い、一方の前記導体に対して他方の前記導体に逆位相の前記パルス信号を送信することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項５】
前記検出手段を、２枚の絶縁性フィルムの間に前記導体を挟んで構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項６】
前記絶縁性フィルムが可撓性を有することを特徴とする請求項５に記載の生体情報検出装置。
【請求項７】
前記検出手段を、布状あるいは網目状のシートに、絶縁被覆した前記導体を担持させて構成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項８】
前記導体を、ジグザグ状に配置したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項９】
前記検出手段を寝具としたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１０】
前記検出手段を衣服としたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置。
【請求項１１】
導体を生体に近接させて用いる生体情報検出方法であって、前記導体にパルス信号を送信し、前記導体を伝播した前記パルス信号を受信し、送信した前記パルス信号と受信した前記パルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測し、計測した前記伝播遅延時間から前記生体の実効誘電率の変化を検出することを特徴とする生体情報検出方法。
【請求項１２】
呼吸に伴う前記生体の前記実効誘電率の前記変化から前記生体の呼吸状態を検出することを特徴とする請求項１１に記載の生体情報検出方法。
【請求項１３】
前記導体を掛け寝具に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする請求項１２に記載の生体情報検出方法。
【請求項１４】
前記導体を敷き寝具に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする請求項１２に記載の生体情報検出方法。
【請求項１５】
前記導体を衣服に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする請求項１２に記載の生体情報検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば睡眠時の無呼吸症候群の状態検出を行える生体情報検出装置および生体情報検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
睡眠時の無呼吸症候群の状態検出を行う方法には、生体にセンサを接触させる方法と、生体にセンサを接触させない方法とがある。
生体にセンサを接触させない方法としては、呼吸による体動に応じた荷重変化を呼吸信号として生成して、呼吸信号の周波数の変化に基づいて無呼吸状態を判定する方法（特許文献１）、マイクロフォンにより呼吸信号といびき信号を音圧として検出し、圧力センサで体位の動きを検出する方法（特許文献２）、静電容量型の振動センサによって振動によって発生する電荷の量を計測する方法（特許文献３）、撮像装置による画像を分析する方法（特許文献４）などが提案されている。
一方、生体の誘電率と空気の誘電率との相違に着目し、計測される人体の静電容量によって生体の容積を測定することが提案されている（特許文献５）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４６８４号公報
【特許文献２】特開２００９−２８４２３号公報
【特許文献３】特開２００８−１２５５９５号公報
【特許文献４】特開２００２−１７５５８２号公報
【特許文献５】特開平９−８４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１から特許文献４で提案されているように、各種の検出方法が提案され、複数の検出方法を組み合わせることで、検出精度を高める試みもなされている。
本発明は、従来提案されていなかった新たな検出方法を提案するものであり、生体の実効誘電率の変化を検出するものである。
なお、特許文献５は、生体の静電容量に着目しているが、生体の容積を測定するものであり、特定の生体に対する実効誘電率の変化を計測できるものではない。
【０００５】
本発明は、送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することで、生体に関して生体状態を検出できる生体情報検出装置および生体情報検出方法を提供することを目的とする。
特に本発明は、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の状態を判定することができる生体情報検出装置および生体情報検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明の生体情報検出装置は、導体をシート状に敷設した検出手段と、前記導体にパルス信号を送信する送信部と、前記検出手段を伝播した前記パルス信号を受信する受信部と、前記送信部から送信した前記パルス信号と前記受信部で受信した前記パルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測する計測部と、前記計測部で計測した前記伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する生体状態検出部とを備え、前記検出手段を前記生体に近接させて用いることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の生体情報検出装置において、呼吸に伴う前記生体の前記実効誘電率の前記変化から前記生体の状態を判定することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の生体情報検出装置において、前記生体状態検出部において、前記呼吸が所定時間継続して検出されない場合に、無呼吸状態を判定することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記導体として、等長の１対の前記導体を用い、一方の前記導体に対して他方の前記導体に逆位相の前記パルス信号を送信することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記検出手段を、２枚の絶縁性フィルムの間に前記導体を挟んで構成したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の生体情報検出装置において、前記絶縁性フィルムが可撓性を有することを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記検出手段を、布状あるいは網目状のシートに、絶縁被覆した前記導体を担持させて構成したことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記導体を、ジグザグ状に配置したことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記検出手段を寝具としたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の生体情報検出装置において、前記検出手段を衣服としたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明の生体情報検出方法は、導体を生体に近接させて用いる生体情報検出方法であって、前記導体にパルス信号を送信し、前記導体を伝播した前記パルス信号を受信し、送信した前記パルス信号と受信した前記パルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測し、計測した前記伝播遅延時間から前記生体の実効誘電率の変化を検出することを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１１に記載の生体情報検出方法において、呼吸に伴う前記生体の前記実効誘電率の前記変化から前記生体の呼吸状態を検出することを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項１２に記載の生体情報検出方法において、前記導体を掛け寝具に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする。
請求項１４記載の本発明は、請求項１２に記載の生体情報検出方法において、前記導体を敷き寝具に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする。
請求項１５記載の本発明は、請求項１２に記載の生体情報検出方法において、前記導体を衣服に配設し、睡眠時の前記呼吸状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の生体情報検出装置によれば、送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することができるため、検出手段を近接させた生体に関して生体状態を検出することができる。
特に本発明の生体情報検出装置によれば、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の状態を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例による生体情報検出装置を示す構成図
【図２】本発明の他の実施例による生体情報検出装置を示す構成図
【図３】本発明の生体情報検出装置における検出手段を敷き寝具とした場合の使用状態説明図
【図４】本発明の生体情報検出装置における検出手段を掛け寝具とした場合の使用状態説明図
【図５】図１に示す生体情報検出装置の実験データを示すグラフ
【図６】図２に示す生体情報検出装置の実験データを示すグラフ
【図７】本発明の生体情報検出装置における計測部の原理を説明する図
【図８】本発明の生体情報検出装置における計測部の構成例を示す図
【図９】本発明の生体情報検出装置における計測部の他の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態による生体情報検出装置は、導体をシート状に敷設した検出手段と、導体にパルス信号を送信する送信部と、検出手段を伝播したパルス信号を受信する受信部と、送信部から送信したパルス信号と受信部で受信したパルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測する計測部と、計測部で計測した伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する生体状態検出部とを備え、検出手段を生体に近接させて用いるものである。本実施の形態によれば、送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することができるため、検出手段を近接させた生体に関して生体状態を検出することができる。
【００１０】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による生体情報検出装置において、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の状態を判定するものである。本実施の形態によれば、呼吸に伴う生体状態を判定することができる。
【００１１】
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による生体情報検出装置において、生体状態検出部において、呼吸が所定時間継続して検出されない場合に、無呼吸状態を判定するものである。本実施の形態によれば、実効誘電率の定期的な変化が所定時間継続して検出されないことで無呼吸状態を判定することができる。
【００１２】
本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置において、導体として、等長の１対の導体を用い、一方の導体に対して他方の導体に逆位相のパルス信号を送信するものである。本実施の形態によれば、コモンモードノイズを除去することができる。
【００１３】
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置において、検出手段を、２枚の絶縁性フィルムの間に導体を挟んで構成したものである。本実施の形態によれば、他の導体との接触によるノイズの影響を無くすことができる。
【００１４】
本発明の第６の実施の形態は、第５のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置であって、絶縁性フィルムが可撓性を有するものである。本実施の形態によれば、検出手段を生体にフィットさせることができ、生体の実効誘電率の変化を検出しやすい。
【００１５】
本発明の第７の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置であって、検出手段を、布状あるいは網目状のシートに、絶縁被覆した導体を担持させて構成したものである。本実施の形態によれば、絶縁被覆した導体を用いることで、他の導体との接触によるノイズの影響を無くすことができる。
【００１６】
本発明の第８の実施の形態は、第１から第７のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置であって、導体を、ジグザグ状に配置したものである。本実施の形態によれば、生体の実効誘電率の変化を広範囲で検出することができる。
【００１７】
本発明の第９の実施の形態は、第１から第８のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置であって、検出手段を寝具としたものである。本実施の形態によれば、生体が横になった状態で実効誘電率の変化を検出できるため、睡眠時の呼吸状態を検出できる。
【００１８】
本発明の第１０の実施の形態は、第１から第８のいずれかの実施の形態による生体情報検出装置であって、検出手段を衣服としたものである。本実施の形態によれば、生体に近接させた状態を保つことができるため、寝台に横になった状態（臥位）だけでなく、座った状態（座位）や立った状態（立位）でも実効誘電率の変化を検出でき、更には歩行やリハビリなどの動作状態でも実効誘電率の変化を検出できる。
【００１９】
本発明の第１１の実施の形態による生体情報検出方法は、導体にパルス信号を送信し、導体を伝播したパルス信号を受信し、送信したパルス信号と受信したパルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測し、計測した伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出するものである。本実施の形態によれば、送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することができるため、導体を近接させた生体に関して生体状態を検出することができる。
【００２０】
本発明の第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態による生体情報検出装置において、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の呼吸状態を検出するものである。本実施の形態によれば、呼吸に伴う生体状態を判定することができる。
【００２１】
本発明の第１３の実施の形態は、第１２の実施の形態による生体情報検出装置において、導体を掛け寝具に配設し、睡眠時の呼吸状態を検出するものである。本実施の形態によれば、生体が横になった状態で実効誘電率の変化を検出できるため、睡眠時の呼吸状態を検出できる。
【００２２】
本発明の第１４の実施の形態は、第１２の実施の形態による生体情報検出装置において、導体を敷き寝具に配設し、睡眠時の呼吸状態を検出するものである。本実施の形態によれば、生体が横になった状態で実効誘電率の変化を検出できるため、睡眠時の呼吸状態を検出できる。
【００２３】
本発明の第１５の実施の形態は、第１２の実施の形態による生体情報検出装置において、導体を衣服に配設し、睡眠時の呼吸状態を検出するものである。本実施の形態によれば、生体が横になった状態で実効誘電率の変化を検出できるため、睡眠時の呼吸状態を検出できる。
【実施例】
【００２４】
以下本発明の一実施例による生体情報検出装置について説明する。
図１は本実施例による生体情報検出装置を示す構成図である。
本実施例による生体情報検出装置は、導体１１をシート状に敷設した検出手段１０と、検出手段１０に送信したパルス信号と検出手段１０から受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する制御手段２０とから構成されている。
検出手段１０は、２枚の絶縁性フィルムの間に導体１１を挟んで構成することで、他の導体との接触によるノイズの影響を無くすことができる。
絶縁性フィルムは、可撓性を有することが好ましく、可撓性を有する絶縁性フィルムを用いることで、検出手段１０を生体にフィットさせることができ、生体の実効誘電率の変化を検出しやすい。
検出手段１０は、絶縁性フィルムを用いる代わりに、布状あるいは網目状のシートに、絶縁被覆した導体１１を担持させて構成してもよい。絶縁被覆した導体１１を用いることで、他の導体との接触によるノイズの影響を無くすことができる。
導体１１は、図示のように、ジグザグ状に配置することで、生体の実効誘電率の変化を検出しやすい。
【００２５】
制御手段２０は、パルス信号を発生させるパルス発生部２１と、発生させたパルス信号を導体１１に送信する送信部２２と、送信部２２から送信したパルス信号と検出手段１０を伝播したパルス信号を受信する受信部２３と、送信部２２から送信したパルス信号と受信部２３で受信したパルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測する計測部２４と、計測部２４で計測した伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出する生体状態検出部２５と、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の状態を判定する判定部２６とを備えている。
受信部２３で受信したパルス信号や計測部２４で計測する伝播遅延時間は、時間データとともにメモリ２７に格納され、メモリ２７に格納したデータを元に判定部２６にて判定が行われる。なお、メモリ２７には、判定部２６にて判定された情報も格納される。
【００２６】
送信部２２から検出手段１０に至る信号線３１にはラインドライバ３２を設け、ラインドライバ３２の出力側の信号線３１からは、基準信号線３３がラインレシーバ３４を介して受信部２３に接続されている。
検出手段１０から受信部２３に至る信号線３５には、ラインレシーバ３６を設けている。
基準信号線３３からのパルス信号に対して信号線３５からのパルス信号は、検出手段１０の近傍に存在する物質の誘電率に影響して遅延する。例えば人体は、その約７０％の体液を有し、呼吸の動作によって、胸郭や腹部の体積が変化し体液分布が変わる。また、呼吸による膨張・収縮動作によって、人体と検出手段１０との相対的な位置関係が変動する。水は非常に誘電率の大きな物質であるため、これらの変化に伴い、検出手段１０内の導体１１を伝播する電気信号の伝播速度を決定する導体１１近傍の物質の総合的な誘電率（これを実効誘電率と称する）が変化する。この実効誘電率の変化によってパルス信号の伝搬スピードが変化するため、パルス信号の伝搬遅延時間を計測することで人体変化を計測でき、呼吸に伴う生体状態を判定することができる。
【００２７】
図２は本発明の他の実施例による生体情報検出装置を示す構成図である。図１と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。
検出手段１０に敷設する導体１１は、等長の１対の導体１１ａ、１１ｂで構成している。
送信部２２から検出手段１０に至る信号線３１は、ラインドライバ３２によって、一方の信号線３１ａと他方の信号線３１ｂとに分岐し、一方の信号線３１ａに対して他方の信号線３１ｂには逆位相のパルス信号が送信される。
一方の信号線３１ａは一方の導体１１ａと接続され、他方の信号線３１ｂは他方の導体１１ｂと接続される。
一方の導体１１ａと接続される一方の信号線３５ａと、他方の導体１１ｂと接続される他方の信号線３５ｂとは、ラインレシーバ３６に接続される。
一方の信号線３１ａと他方の信号線３１ｂとからは、逆位相のパルス信号が基準信号線３３ａ、３３ｂによってラインレシーバ３４に送信される。
本実施例のように、導体１１として、等長の１対の導体１１ａ、１１ｂを用い、一方の導体１１ａに対して他方の導体１１ｂに逆位相のパルス信号を送信し、一方の導体１１ａのパルス信号と他方の導体１１ｂのパルス信号との電位差を用いることで、コモンモードノイズを除去することができる。
【００２８】
図３および図４は本発明の生体情報検出装置における検出手段を寝具とした場合の使用状態説明図である。
【００２９】
図３は検出手段１０を敷き寝具４１とした場合を示している。
図３に示すように、本発明の生体情報検出装置は、敷き寝具４１の少なくとも一部に検出手段１０が配設され、被験者Ａが敷き寝具４１に背臥位となることで生体情報を検出することができる。
敷き寝具４１は、例えば敷き布団やマットレスであり、検出手段１０は、人体の背部に少なくとも位置させることが好ましい。
【００３０】
図４は検出手段１０を掛け寝具４２とした場合を示している。
図４に示すように、本発明の生体情報検出装置は、掛け寝具４２の少なくとも一部に検出手段１０が配設され、被験者Ａが寝台４３に背臥位となり、被験者Ａに掛け寝具４２を掛けることで生体情報を検出することができる。
掛け寝具４２は、例えば掛け布団、毛布、タオルケットであり、検出手段１０は、人体の胸郭または腹部に少なくとも位置させることが好ましい。
【００３１】
図５および図６は本発明の生体情報検出装置の実験データを示すグラフである。
図５は、図１に示す装置を用い、図３に示すように検出手段１０を敷き寝具４１とした場合の実験データである。
図５（ａ）は、縦軸がパルス信号の伝播遅延量、横軸が経過時間であり、約６００秒間のデータを示している。なお、区間Ｂが呼吸を意図的に停止した期間である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）における通常呼吸期間における周波数成分の分析結果、図５（ｃ）は、図５（ａ）における呼吸停止期間における周波数成分の分析結果であり、縦軸が振幅（強度）、横軸が周波数（０〜約５Ｈｚ）である。
図５（ａ）に示すように、通常呼吸期間では、呼吸に伴う周期的な伝播遅延量の変化が見られ、呼吸停止期間では、周期的な伝播遅延量の変化は見られない。
図５（ａ）に示す通常呼吸期間で見られる周期的な伝播遅延量の変化は、図５（ｂ）に示すように、０．２Ｈｚ近傍で呼吸に伴う周期のスペクトルを確認できる。これに対して、図５（ｃ）に示すように、呼吸停止期間では、０．２Ｈｚ近傍でのスペクトルは確認できない。
【００３２】
図６は、図２に示す装置を用い、図４に示すように検出手段１０を掛け寝具４２とした場合の実験データである。
図６は、縦軸がパルス信号の伝播遅延量、横軸が経過時間である。なお、区間Ｃが呼吸を意図的に停止した期間である。
図６では、平衡信号をパルス信号として用いているため、コモンモードノイズの影響が少なく、図５と比較して周期的な伝播遅延量の変化が明確に現れている。
なお、図６において、時間の経過とともにパルス信号の伝播遅延量が減少しているが、この減少は、生体情報検出装置のスタート時に生じるもので、図６に示すように時間の経過とともに収束する。従って、呼吸以外の要因による実効誘電率の変化、すなわち例えば外部環境の変化による実効誘電率の変化や寝返りなどの体動による実効誘電率の変化によってもパルス信号の伝播スピードは変化するが、呼吸に伴う周期的な実効誘電率の変化や呼吸の周期のスペクトルを検出することで、呼吸状態を正確に検出できる。
【００３３】
以上のように、導体１１を敷き寝具４１または掛け寝具４２に配設し、検出手段１０を寝具とすることで、生体が横になった状態で実効誘電率の変化を検出できるため、睡眠時の呼吸状態を検出できる。
そして、図１または図２に示す生体状態検出部２５において、呼吸が所定時間継続して検出されない場合に、実効誘電率の周期的な変化が所定時間継続して検出されないことで無呼吸状態を判定することができる。
【００３４】
本発明は、導体１１にパルス信号を送信し、導体１１を伝播したパルス信号を受信し、送信したパルス信号と受信したパルス信号とを比較して伝播遅延時間を計測し、計測した伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することで、送信したパルス信号と受信したパルス信号との伝播遅延時間から生体の実効誘電率の変化を検出することができるため、導体１１を近接させた生体に関して生体状態を検出することができる。
また本発明は、呼吸に伴う生体の実効誘電率の変化から生体の呼吸状態を検出することで、呼吸に伴う生体状態を判定することができる。
なお、検出手段１０を衣服とすることで、生体に近接させた状態を保つことができるため、寝台４３に横になった状態（臥位）だけでなく、座った状態（座位）や立った状態（立位）でも実効誘電率の変化を検出でき、更には歩行やリハビリなどの動作状態でも実効誘電率の変化を検出できる。
【００３５】
図７は本発明の生体情報検出装置における計測部の原理を説明する図、図８および図９は本発明の生体情報検出装置における計測部の構成例を示す図である。
【００３６】
図７は、図１および図２に示す実施例において、受信部２３で受信した受信したパルス信号の僅かな伝播遅延時間を計測する計測部２４の原理を説明するための図である。
送信部２２から送出されたパルス信号は２つに分岐し、一方のパルス信号は、一方のラインドライバ３２ａによって駆動され、信号線３１を通り、検出手段１０に敷設された導体１１を通ってラインレシーバ３６に至る。他方のパルス信号は、他方のラインドライバ３２ｂから、ラインドライバ３２ｂに近接したラインレシーバ３４にすぐに至る。これらの２つのパルス信号には、経路の違いにより、検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率を反映した時間差が生じる。２つのパルス信号は排他的論理和回路５０によって位相比較され、２つのパルス信号の時間差に応じたパルス幅のパルスが生成される。これらのパルスはＬＰＦ（低域通過フィルタ）５１によって平均化される。パルス信号は一定の周期で繰り返し送出されるため、ＬＰＦ５１によって高周波成分を遮断することにより、そのパルス幅に応じた直流電圧信号に変換される。この直流電圧信号と基準電圧５２との差を差動増幅回路５３によって増幅することにより、検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率を反映した電気信号が得られる。但し、ＬＰＦ５１の遮断周波数は、その出力が観測対象の事象の変化に十分追従できるように設定する必要がある。
検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率の変化により生じるパルス信号の時間差の変化は極僅かであるため、十分な検出感度を得るために、差動増幅回路５３の増幅度は極めて大きく設定する。
【００３７】
観測対象の事象による実効誘電率の変化により生じるパルス信号の時間差の変化を検出するには、２つのパルス信号の伝播経路長の差によって元々生じる時間差に相当する電圧分に応じて、基準電圧５２を適切に設定してこれを差し引く必要がある。
図８は、差動増幅回路５３の出力の飽和を防止する構成例を示す図である。
排他的論理和回路５０によって位相比較されたパルス信号は、一方のＬＰＦ５１ａによって平均化され直流電圧信号に変換されると同時に、他方のＬＰＦ５１ｂによっても平均化され、差動増幅回路５３に与える基準電圧５２を生成する。
一方のＬＰＦ５１ａを構成する抵抗ＲおよびキャパシタＣによる時定数ＣＲは、位相比較されたパルスの繰り返し周期に比べて十分に大きな値に設定する。一方、他方のＬＰＦ５１ｂを構成する抵抗ＲｒｅｆおよびキャパシタＣｒｅｆによる時定数ＲｒｅｆＣｒｅｆは、一方のＬＰＦ５１ａの時定数ＣＲよりも十分大きく、さらに、実効誘電率の変化として観測対象とする事象の変化周期に対しても十分に大きな値に設定する。
これにより、観測対象の事象により実効誘電率が変化し、位相比較されたパルスのパルス幅が変化した時、一方のＬＰＦ５１ａの出力は直流電圧の変化としてこれを反映する一方、他方のＬＰＦ５１ｂの出力はこれに追従できず、時定数ＲｒｅｆＣｒｅｆに相当する時間にわたってこれを平均した電圧を示す。差動増幅回路５３は、これら二者の差を検出して大きく増幅するため、実効誘電率が時間平均値からどれだけ偏移したかを感度良く検出することができる。
【００３８】
なお、検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率は、観測対象とする事象による以外に種々の要因によって変化する可能性がある。例えば、図３あるいは図４に示す方法で睡眠時の呼吸状態を観測する場合、被験者Ａの呼吸が変化することによる影響以外に、寝返りを打つ等、被験者Ａの動きのために検出手段１０と被験者Ａとの位置関係が変化することによる影響が想定される。
【００３９】
図９は、さらに好ましい構成例を示す図である。
本構成例は、寝返りを打つ等、被験者Ａの動きのために検出手段１０と被験者Ａとの位置関係が変化することによる影響を無くし、基準電圧５２を適正値に保ち、差動増幅回路５３の出力が一時的に飽和することを防止できる。
差動増幅回路５３に与える基準電圧５２を生成する他方のＬＰＦ５１ｂは、第一の抵抗Ｒｒｅｆ1と第二の抵抗Ｒｒｅｆ2およびキャパシタＣｒｅｆによって構成され、他方のＬＰＦ５１ｂには、位相検波されたパルスではなく、参照信号として任意にパルス幅を設定できるパルス信号を入力する。パルス幅はデジタル的に容易に制御することができる。他方のＬＰＦ５１ｂは、このパルス信号を平均化するとともに、第一の抵抗Ｒｒｅｆ1と第二の抵抗Ｒｒｅｆ2によって分圧した電圧を生成する。これによって差動増幅回路５３の出力を監視し、これが飽和に近付いた場合、基準電圧５２を制御して速やかに適正値に近づけることができる。他方のＬＰＦ５１ｂを、一方のＬＰＦ５１ａと同じ構成ではなく、第一の抵抗Ｒｒｅｆ1と第二の抵抗Ｒｒｅｆ2による分圧を用いているのは、基準電圧５２を調節する分解能を高めるためである。
【００４０】
なお、上記実施例においては、検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率の変化を生体情報の検出のために用いることについて述べたが、本発明による測定原理は、検出手段１０の周囲の空間の実効誘電率の変化が起きる要因が何であっても用いることが可能であり、同等の効果を有することは言うまでもない。例えば、人体以外の物体の検知、その動きの検知、物質中に含まれる水分量の評価、液中の気泡の検知や気泡密度の評価、等にも用いることができる。
また、検出手段１０に送出する電気信号としてパルス信号を用いる場合について説明したが、伝播遅延時間の変化は電気信号の波形によらず生じるものであって、正弦波信号を用いても同等の効果を奏することは言うまでもない。この場合、位相比較のための排他的論理和回路５０に替えてダブルバランストミキサ等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明による生体情報検出装置によれば、人だけでなく、ペットや家畜などの動物についても生体状態を検出することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  検出手段
１１  導体
１１ａ  導体
１１ｂ  導体
２０  制御手段
２１  パルス発生部
２２  送信部
２３  受信部
２４  計測部
２５  生体状態検出部
２６  判定部
４１  敷き寝具
４２  掛け寝具
Ａ  被験者
Ｂ  区間
Ｃ  区間
【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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【図８】
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【図９】
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