JP2015205045A - Radio wave sensor device - Google Patents
Radio wave sensor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015205045A JP2015205045A JP2014087490A JP2014087490A JP2015205045A JP 2015205045 A JP2015205045 A JP 2015205045A JP 2014087490 A JP2014087490 A JP 2014087490A JP 2014087490 A JP2014087490 A JP 2014087490A JP 2015205045 A JP2015205045 A JP 2015205045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- transmission
- antenna
- multiband
- reception
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、被測定対象物の各種情報を測定するのに好適な電波センサ装置に関する。 The present invention relates to a radio wave sensor device suitable for measuring various types of information on an object to be measured.
一般に、例えば人体の心拍を測定する電波センサ装置が知られている。このような従来技術による電波センサ装置では、マイクロ波を人体に照射し、人体からの反射波や透過波に基づいて心拍を測定している(例えば、特許文献1,2,3,4参照)。
In general, for example, a radio wave sensor device for measuring a heartbeat of a human body is known. In such a conventional radio wave sensor device, a human body is irradiated with microwaves, and a heartbeat is measured based on a reflected wave or a transmitted wave from the human body (see, for example,
特許文献1ないし4に記載された電波センサ装置は、単一の周波数帯のマイクロ波を用いて心拍を測定している。このため、人体からの反射波や透過波には、心拍の信号成分以外に体動や呼吸による信号成分が混入することがあるのに加え、このような心拍以外の信号成分を分離し難い傾向がある。この結果、心拍の検出精度を高めるために、心拍の信号成分を抽出するための信号処理回路が複雑化するという問題がある。
The radio wave sensor devices described in
また、電波センサ装置は、生体に限らず例えば橋、トンネル等のような構造体の状態測定にも適用可能である。しかしながら、単一の周波数帯の電波を用いて構造体の状態を測定した場合には、例えば構造体の表面状態と内部状態のような互いに異なる複数種類の情報を同時に検出することができないという問題もある。 Moreover, the radio wave sensor device is applicable not only to a living body but also to the state measurement of a structure such as a bridge or a tunnel. However, when the state of the structure is measured using radio waves of a single frequency band, for example, it is not possible to simultaneously detect a plurality of different types of information such as the surface state and the internal state of the structure. There is also.
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対象物の複数種類の情報を同時に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。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a radio wave sensor device that can simultaneously detect a plurality of types of information on a measurement object with a simple configuration. is there.
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、1オクターブ以上離れて互いに異なる周波数の第1,第2の送信信号を生成する送信回路と、前記送信回路に接続され前記第1,第2の送信信号を被測定対象物に向けて出力するマルチバンド送信アンテナと、前記第1,第2の送信信号を前記被測定対象物が反射または透過した信号を受信するマルチバンド受信アンテナと、前記マルチバンド受信アンテナで受信した信号から前記第1の送信信号に応じた第1の受信信号と前記第2の送信信号に応じた第2の受信信号とを分離するダイプレクサと、前記第1の送信信号と同期した信号と前記第1の受信信号とをミキシングして第1の混合信号を出力し、前記第2の送信信号と同期した信号と前記第2の受信信号とをミキシングして第2の混合信号を出力する受信回路とを備えた構成としている。
In order to solve the above-described problem, the invention of
請求項2の発明は、前記マルチバンド送信アンテナと前記マルチバンド受信アンテナとは、前記被測定対象物を挟んで異なる位置に配置され、前記マルチバンド送信アンテナから出力された前記第1,第2の送信信号は、前記被測定対象物内を透過して前記マルチバンド受信アンテナによって受信される構成としている。 According to a second aspect of the present invention, the multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are arranged at different positions across the object to be measured, and the first and second output from the multiband transmitting antenna are provided. Is transmitted through the object to be measured and is received by the multiband receiving antenna.
請求項3の発明は、前記マルチバンド送信アンテナと前記マルチバンド受信アンテナとは、両者で兼用される単一のマルチバンドアンテナによって構成され、前記マルチバンドアンテナから出力された前記第1,第2の送信信号は、前記被測定対象物に反射して前記マルチバンドアンテナによって受信される構成としている。 According to a third aspect of the present invention, the multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are constituted by a single multiband antenna that is used by both, and the first and second output from the multiband antenna. The transmission signal is reflected by the object to be measured and received by the multiband antenna.
請求項4の発明では、前記マルチバンド送信アンテナ及び前記マルチバンド受信アンテナは、レンズアンテナによって構成している。 According to a fourth aspect of the present invention, the multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are constituted by lens antennas.
請求項5の発明は、前記第1の送信信号と前記第2の送信信号とは、前記被測定対象物である生体の複数種類の動作のうち異なる動作で検出感度が高くなるように設定し、前記第1の送信信号に応じた前記第1の受信信号と前記第2の送信信号に応じた前記第2の受信信号とに基づいて、一方の動作の影響を低下させて他方の動作を検出する検出回路をさらに備えている。 According to a fifth aspect of the present invention, the first transmission signal and the second transmission signal are set so that detection sensitivity is increased by different operations among a plurality of types of operations of a living body that is the measurement target. Based on the first reception signal corresponding to the first transmission signal and the second reception signal corresponding to the second transmission signal, the influence of one operation is reduced and the other operation is performed. A detection circuit for detecting is further provided.
請求項1の発明によれば、第1の送信信号と第2の送信信号とでは周波数が1オクターブ以上異なるから、例えば被測定対象物の複数種類の情報に応じて電波の反射率や透過率を相違させることができる。これに加えて、第1の送信信号に応じた第1の受信信号と第2の送信信号に応じた第2の受信信号との間でも周波数が1オクターブ以上異なるから、ダイプレクサを用いて両者を容易に分離することができる。このため、第1の受信信号によって検出された被測定対象物の情報と、第2の受信信号によって検出された被測定対象物の情報とを分離して抽出することができ、複雑な信号処理を行うことなく、被測定対象物における異なる2つの情報を同時に得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the frequency differs between the first transmission signal and the second transmission signal by one octave or more. Therefore, for example, the reflectivity and transmittance of radio waves according to a plurality of types of information on the measurement object Can be different. In addition to this, since the frequency is different by 1 octave or more between the first reception signal corresponding to the first transmission signal and the second reception signal corresponding to the second transmission signal, both of them are used using a diplexer. It can be easily separated. For this reason, it is possible to separate and extract information on the object to be measured detected by the first received signal and information on the object to be measured detected by the second received signal, and perform complicated signal processing. It is possible to simultaneously obtain two different pieces of information on the object to be measured without performing.
また、単一のマルチバンド送信アンテナによって第1,第2の送信信号を被測定対象物に向けて出力することができると共に、第1,第2の送信信号を被測定対象物が反射または透過した信号を、単一のマルチバンド受信アンテナによって受信することができる。このため、周波数毎に異なるアンテナを用いた場合に比べて、装置全体の構成を簡略化することができる。 Further, the first and second transmission signals can be output to the object to be measured by a single multiband transmission antenna, and the first and second transmission signals are reflected or transmitted by the object to be measured. The received signal can be received by a single multiband receiving antenna. For this reason, compared with the case where a different antenna for every frequency is used, the structure of the whole apparatus can be simplified.
請求項2の発明によれば、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを、被測定対象物を挟んで異なる位置に配置した。これにより、被測定対象物内を透過した第1,第2の送信信号をマルチバンド受信アンテナで受信することができる。このとき、第1の送信信号と第2の送信信号とでは被測定対象物に対する電波の透過率等を相違させることができるので、被測定対象物内を透過した信号から第1,第2の受信信号を分離することによって、被測定対象物における異なる2つの情報を得ることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを単一のマルチバンドアンテナによって兼用する構成した。これにより、マルチバンドアンテナは、第1,第2の送信信号を出力すると共に、被測定対象物に反射した第1,第2の送信信号を受信することができる。このとき、第1の送信信号と第2の送信信号とでは被測定対象物に対する電波の反射率等を相違させることができるので、被測定対象物に反射した信号から第1,第2の受信信号を分離することによって、被測定対象物における異なる2つの情報を得ることができる。また、マルチバンドアンテナはマルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとの両方として機能するので、これらを単一のマルチバンド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。
According to the invention of
さらに、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを単一のマルチバンドアンテナによって兼用するので、第1,第2の送信信号を生成する送信回路と第1,第2の混合信号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。 In addition, since the multiband transmission antenna and the multiband reception antenna are shared by a single multiband antenna, the transmission circuit that generates the first and second transmission signals and the reception that outputs the first and second mixed signals The circuit can be constituted by a transmission / reception circuit combining these. For this reason, the transmission circuit and the reception circuit can be easily synchronized as compared with the case where the transmission circuit and the reception circuit are provided separately.
請求項4の発明によれば、マルチバンド送信アンテナ及びマルチバンド受信アンテナをレンズアンテナによって構成した。ここで、一般的に、低周波の信号(電波)は伝搬損失が小さく、高周波の信号は伝搬損失が大きい傾向がある。一方、レンズアンテナは、低周波の信号では指向性及び利得が低く、高周波の信号では指向性及び利得が高い傾向がある。このため、第1,第2の送信信号で周波数が1オクターブ以上異なることによって、第1,第2の送信信号の間で伝搬損失に差が生じるときでも、レンズアンテナの指向性及び利得の特性によって、このような伝搬損失の差を低減することができる。この結果、レンズアンテナから第1,第2の送信信号を出力したときには、第1,第2の送信信号のうちいずれか一方が大きく減衰することがなく、第1,第2の送信信号を十分な信号強度をもって被測定対象物に照射することができる。また、被測定対象物が反射または透過した信号をレンズアンテナが受信したときには、第1,第2の受信信号のうちいずれか一方が大きく減衰することがなく、第1,第2の受信信号から被測定対象物の異なる情報を得ることができる。 According to the invention of claim 4, the multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are constituted by the lens antenna. Here, generally, low-frequency signals (radio waves) have a small propagation loss, and high-frequency signals tend to have a large propagation loss. On the other hand, lens antennas tend to have low directivity and gain for low-frequency signals and high directivity and gain for high-frequency signals. For this reason, even when a difference in propagation loss occurs between the first and second transmission signals due to the difference in frequency between the first and second transmission signals by one octave or more, the directivity and gain characteristics of the lens antenna Therefore, such a difference in propagation loss can be reduced. As a result, when the first and second transmission signals are output from the lens antenna, one of the first and second transmission signals is not significantly attenuated, and the first and second transmission signals are sufficient. The object to be measured can be irradiated with a high signal intensity. Further, when the lens antenna receives a signal reflected or transmitted by the object to be measured, either one of the first and second received signals is not greatly attenuated, and the first and second received signals are not attenuated. Different information on the object to be measured can be obtained.
請求項5の発明によれば、第1の送信信号と第2の送信信号とは、生体の異なる動作で検出感度が高くなるように設定した。このため、第1の送信信号で検出感度が高い生体の動作は、第2の送信信号では検出感度が低下する。同様に、第2の送信信号で検出感度が高い生体の動作は、第1の送信信号では検出感度が低下する。従って、例えば第2の送信信号に応じた第2の受信信号に不要な動作の信号成分が混入するときでも、検出回路は、第2の受信信号を用いて検出した情報から、第1の送信信号に応じた第1の受信信号を用いて検出した情報を除去することができる。これにより、不要な動作の情報を省いて、第2の送信信号で検出感度が高い生体の動作の情報を抽出することができる。この結果、単一の周波数の信号を用いた場合に比べて、高精度に生体の動作情報を得ることができる。 According to the invention of claim 5, the first transmission signal and the second transmission signal are set so that the detection sensitivity becomes high by different operations of the living body. For this reason, the operation | movement of the biological body with high detection sensitivity with a 1st transmission signal falls in a detection sensitivity with a 2nd transmission signal. Similarly, the operation of the living body having high detection sensitivity with the second transmission signal has low detection sensitivity with the first transmission signal. Therefore, for example, even when a signal component of an unnecessary operation is mixed in the second reception signal corresponding to the second transmission signal, the detection circuit detects the first transmission from the information detected using the second reception signal. Information detected using the first received signal corresponding to the signal can be removed. Thereby, unnecessary movement information can be omitted, and biological movement information having high detection sensitivity can be extracted from the second transmission signal. As a result, it is possible to obtain biological operation information with higher accuracy than when a single frequency signal is used.
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。 Hereinafter, a radio wave sensor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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、送信回路3、マルチバンド送信アンテナ6、マルチバンド受信アンテナ7、受信用ダイプレクサ8、受信回路9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を用いて被測定対象物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。
FIG. 1 shows a radio
まず、第1,第2の送信信号S1t,S2tを送信するマルチバンド送信アンテナ6側の回路について説明する。
First, a circuit on the
基準信号生成器2は、後述の送信回路3及び受信回路9の各発振器41,42,101,102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、第1,第2の送信信号S1t,S2t及び第1,第2の同期信号S1ref,S2refの同期を取るための基準となる信号である。
The reference signal S B, the first, second transmission signal S1 t, S2 t and a first, a serving as a reference signal for synchronizing the second synchronizing signal S1 ref, S2 ref.
送信回路3は、被測定対象物Oに対する第1,第2の送信信号S1t,S2tを生成する発振器41,42を含んで構成される。発振器41の入力側は基準信号生成器2に接続され、発振器41の出力側は後述の送信用ダイプレクサ5に接続されている。発振器42の入力側は基準信号生成器2に接続され、発振器42の出力側は送信用ダイプレクサ5に接続されている。
The
発振器41,42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、高周波信号である第1,第2の送信信号S1t,S2tをそれぞれ生成する。ここで、第1の送信信号S1tの周波数f1と第2の送信信号S2tの周波数f2とは、互いに異なると共に、1オクターブ以上離れた値に設定されている。具体的には、第1の送信信号S1tの周波数f1は、例えば10GHzに設定される。一方、第2の送信信号S2tの周波数f2は、第1の送信信号S1tの周波数f1よりも1オクターブ以上高い周波数として例えば24GHzに設定される。これにより、第1,第2の送信信号S1t,S2tは、被測定対象物Oに対する電波の反射率や透過率を相違させることができる。
また、第1,第2の送信信号S1t,S2tは、被測定対象物O(人体)の複数種類の動作のうち異なる動作で検出感度が高くなるように設定される。具体的には、第1の送信信号S1tは、主として人体の体動、呼吸に対する検出感度が高く、第2の送信信号S2tは、人体の体動、呼吸、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る。なお、周波数f1,f2は、24GHzと60GHzに設定してもよく、例えば被測定対象物O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。 Further, the first and second transmission signals S1 t and S2 t are set so that the detection sensitivity is increased by different operations among the plurality of types of operations of the measurement target object O (human body). Specifically, the first transmission signal S1 t has a high detection sensitivity mainly with respect to human body movement and respiration, and the second transmission signal S2 t has a detection sensitivity with respect to changes including human body movement, respiration, and heartbeat. Is set higher. The frequencies f1 and f2 may be set to 24 GHz and 60 GHz. For example, the frequencies f1 and f2 are appropriately set according to the size of the measurement target object O, the constituent material, the measurement operation, and the like.
送信用ダイプレクサ5は、送信回路3と後述のマルチバンド送信アンテナ6との間に設けられ、第1,第2の送信信号S1t,S2tを合成して、マルチバンド送信アンテナ6に出力する。送信用ダイプレクサ5はローパスフィルタ5Aとハイパスフィルタ5Bとを含んで構成されている。
The transmission diplexer 5 is provided between the
ローパスフィルタ5Aは、入力側が発振器41に接続され、出力側がマルチバンド送信アンテナ6に接続されている。ハイパスフィルタ5Bは、入力側が発振器42に接続され、出力側がマルチバンド送信アンテナ6に接続されている。これらのフィルタ5A,5Bのカットオフ周波数は、周波数f1,f2の間の値に設定されている。これにより、ローパスフィルタ5Aは、発振器41側に向かう第2の送信信号S2tの漏洩を遮断する。同様に、ハイパスフィルタ5Bは、発振器42側に向かう第1の送信信号S1tの漏洩を遮断する。
Low-
マルチバンド送信アンテナ6は、第1,第2の送信信号S1t,S2tの両方が放射可能となっており、例えばパッチアンテナ、スロットアンテナ等のような各種のアンテナによって構成されている。マルチバンド送信アンテナ6の入力側は、送信回路3側にある送信用ダイプレクサ5に接続され、第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物Oに向けて出力する。ここで、マルチバンド送信アンテナ6は、被測定対象物Oを検知する領域が予め決まった範囲であれば、その範囲に第1,第2の送信信号S1t,S2tを照射するように、マルチバンド送信アンテナ6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。
The
次に、第1,第2の受信信号S1r,S2rを受信するマルチバンド受信アンテナ7側の回路について説明する。
Next, a circuit on the
マルチバンド受信アンテナ7は、マルチバンド送信アンテナ6と同様に構成され、被測定対象物Oを挟んで異なる位置に配置されている。マルチバンド受信アンテナ7は、被測定対象物Oが第1,第2の送信信号S1t,S2tを透過したときの信号(透過波)を受信する。このとき、マルチバンド受信アンテナ7は、被測定対象物O内を透過した第1,第2の送信信号S1t,S2tを、第1,第2の受信信号S1r,S2r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。マルチバンド受信アンテナ7の出力側は、後述の受信用ダイプレクサ8に接続されている。ここで、マルチバンド受信アンテナ7は、マルチバンド送信アンテナ6と同様に、被測定対象物Oを検知する領域の範囲に、マルチバンド受信アンテナ7の指向性を設定することが好ましい。
The
この場合、第1の受信信号S1rは、第1の送信信号S1tに対応し、第2の受信信号S2rは、第2の送信信号S2tに対応する。このため、第1,第2の受信信号S1r,S2rは、第1,第2の送信信号S1t,S2tの周波数f1,f2に被測定対象物Oの体動や心拍等によるドップラー周波数f1d,f2dが加算された信号となる。 In this case, the first reception signal S1 r corresponds to the first transmission signal S1 t , and the second reception signal S2 r corresponds to the second transmission signal S2 t . For this reason, the first and second received signals S1 r and S2 r are Doppler due to the body movement, heartbeat, and the like of the object to be measured O at the frequencies f1 and f2 of the first and second transmission signals S1 t and S2 t. The signal is obtained by adding the frequencies f1d and f2d.
受信用ダイプレクサ8は、マルチバンド受信アンテナ7と受信回路9との間に設けられ、送信用ダイプレクサ5と同様に構成されている。即ち、受信用ダイプレクサ8はローパスフィルタ8Aとハイパスフィルタ8Bとを含んで構成されている。
The reception diplexer 8 is provided between the
ローパスフィルタ8Aは、入力側がマルチバンド受信アンテナ7に接続され、出力側が第1の受信信号S1rを検波するためのミキサ111に接続されている。ハイパスフィルタ5Bは、入力側がマルチバンド受信アンテナ7に接続され、出力側が第2の受信信号S2rを検波するためのミキサ112に接続されている。これらのフィルタ8A,8Bのカットオフ周波数は、周波数f1,f2の間の値に設定されている。これにより、受信用ダイプレクサ8は、マルチバンド受信アンテナ7で受信した信号から第1の送信信号S1tに応じた第1の受信信号S1rと、第2の送信信号S2tに応じた第2の受信信号S2rとを分離し、第1の受信信号S1rをミキサ111に供給し、第2の受信信号S2rをミキサ112に供給する。
受信回路9は、発振器101,102とミキサ111,112とを含んで構成されている。受信回路9の入力側は受信用ダイプレクサ8に接続され、受信回路9の出力側は後述の検出回路12に接続されている。受信回路9は、第1の送信信号S1tと同期した第1の同期信号S1refと第1の受信信号S1rとをミキシングして第1の混合信号S1mを出力する。また、受信回路9は、第2の送信信号S2tと同期した第2の同期信号S2refと第2の受信信号S2rとをミキシングして第2の混合信号S2mを出力する。
The receiving circuit 9 includes oscillators 10 1 and 10 2 and mixers 11 1 and 11 2 . The input side of the reception circuit 9 is connected to the reception diplexer 8, and the output side of the reception circuit 9 is connected to a
発振器101,102は、発振器41,42と同様に構成される。発振器101の入力側は基準信号生成器2に接続され、発振器101の出力側はミキサ111に接続されている。発振器102の入力側は基準信号生成器2に接続され、発振器102の出力側はミキサ112に接続されている。発振器101,102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、第1,第2の送信信号S1t,S2tと同期した第1,第2の同期信号S1ref,S2refをそれぞれ生成する。このため、第1の同期信号S1refは、第1の送信信号S1tと同じ周波数f1を有し、第2の同期信号S2refは、第2の送信信号S2tと同じ周波数f2を有している。
The oscillators 10 1 and 10 2 are configured in the same manner as the oscillators 4 1 and 4 2 . Input side of the oscillator 10 1 is connected to a
ミキサ111,112は、それぞれ受信用ダイプレクサ8と発振器101,102との間に設けられている。ミキサ111は、発振器101による第1の同期信号S1refとマルチバンド受信アンテナ7により受信した第1の受信信号S1rとを混合して、第1の混合信号S1mを後述の検出回路12に向けて出力する。また、ミキサ112は、発振器102による第2の同期信号S2refとマルチバンド受信アンテナ7により受信した第2の受信信号S2rとを混合して、第2の混合信号S2mを後述の検出回路12に向けて出力する。
The mixers 11 1 and 11 2 are provided between the receiving diplexer 8 and the oscillators 10 1 and 10 2 , respectively. The mixer 11 1, and mixing the first received signal S1 r received by the first synchronization signal S1 ref
検出回路12は、ミキサ111,112に接続され、第1,第2の混合信号S1m,S2mが入力される。検出回路12は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、図2に示す心拍検出処理を実行する。具体的には、検出回路12は、第1,第2の混合信号S1m,S2mから第1,第2の検出信号S1d,S2dを検出する。第1の検出信号S1dは、例えば、第1の送信信号S1tが被測定対象物Oを透過したときに生じたドップラー周波数f1dの信号である。また、第2の検出信号S2dは、例えば、第2の送信信号S2tが被測定対象物Oを透過したときに生じたドップラー周波数f2dの信号である。そして、検出回路12は、第2の検出信号S2dから第1の検出信号S1dに応じた成分を除去して、ノイズ除去信号Snrを検出し、このノイズ除去信号Snrを用いて心拍を検出する。
The
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。
Next, the operation of the radio
まず、基準信号生成器2において、第1,第2の送信信号S1t,S2tの周波数f1,f2よりも低周波の基準信号SBを生成して、各発振器41,42,101,102に出力する。送信回路3の発振器41,42に出力された基準信号SBは、各発振器41,42においてアップコンバートされ、第1,第2の送信信号S1t,S2tが生成される。この場合、第1の送信信号S1tの周波数f1は、例えば10GHzに設定され、第2の送信信号S2tの周波数f2は、例えば24GHzに設定される。このように、第1,第2の送信信号S1t,S2tの周波数f1,f2は、1オクターブ以上離れた値に設定される。また、受信回路9の発振器101,102に出力された基準信号SBは、各発振器101,102においてアップコンバートされ、第1,第2の送信信号S1t,S2tと同期した、周波数f1,f2の第1,第2の同期信号S1ref,S2refが生成される。
First, the
送信回路3において生成された第1,第2の送信信号S1t,S2tは、送信用ダイプレクサ5に出力される。送信用ダイプレクサ5は、第1,第2の送信信号S1t,S2tを合成してマルチバンド送信アンテナ6に供給する。
The first and second transmission signals S1 t and S2 t generated in the
マルチバンド送信アンテナ6は、送信用ダイプレクサ5から入力された第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物O(人体)に向けて照射する。そして、被測定対象物O内を透過した第1,第2の送信信号S1t,S2tは、第1,第2の受信信号S1r,S2rとして、マルチバンド受信アンテナ7によって受信される。このとき、第1の送信信号S1tは、低周波で波長が長いため、例えば体動、呼吸等のように比較的大きな部位が変位する動作の影響を受け易い。このため、被測定対象物O内を透過した第1の送信信号S1tには、このような動作によるドップラー周波数f1dの成分が加わり、周波数f1とドップラー周波数f1dとが加算された第1の受信信号S1rとして受信される。
The
一方、第2の送信信号S2tは、高周波で波長が短いため、例えば体動、呼吸等のような比較的大きな部位が変位する動作に加えて、心拍等のような比較的小さな部位が変位する動作の影響も受ける。このため、被測定対象物O内を透過した第2の送信信号S2tには、このような動作によるドップラー周波数f2dの成分が加わり、周波数f2とドップラー周波数f2dとが加算された第2の受信信号S2rとして受信される。 On the other hand, the second transmission signal S2 t, because the wavelength at a high frequency is shorter, for example body movement, in addition to the operation relatively large sites, such as breathing or the like is displaced is relatively small sites, such as heart rate, such as displacement Also affected by the movement. For this reason, the second transmission signal S2 t transmitted through the object to be measured O is added with the component of the Doppler frequency f2d by such an operation, and the second reception in which the frequency f2 and the Doppler frequency f2d are added. It is received as a signal S2 r.
ドップラー周波数f1d,f2dの成分を含む第1,第2の受信信号S1r,S2rは、マルチバンド受信アンテナ7によって受信され、受信用ダイプレクサ8に供給される。受信用ダイプレクサ8は、第1,第2の受信信号S1r,S2rを分離し、第1の受信信号S1rをミキサ111に供給し、第2の受信信号S2rをミキサ112に供給する。
The first and second received signals S1 r and S2 r including components of Doppler frequencies f1d and f2d are received by the
ミキサ111は、第1の同期信号S1refと第1の受信信号S1rとを混合して、第1の混合信号S1mを生成する。この場合、ミキサ111は、第1の同期信号S1refの周波数f1と第1の受信信号S1rの周波数(f1+f1d)との和または差の周波数を第1の混合信号S1mとして出力する。一方、ミキサ112は、ミキサ111と同様に、第2の同期信号S2refの周波数f2と第2の受信信号S2rの周波数(f2+f2d)との和または差の周波数を第2の混合信号S2mとして出力する。そして、各ミキサ111,112から出力された第1,第2の混合信号S1m,S2mは、検出回路12に入力される。
The mixer 11 1, and mixing the first synchronization signal S1 ref first reception signal S1 r, to generate a first mixed signal S1 m in. In this case, the mixer 11 1, a first synchronizing signal S1 ref frequency f1 outputs the sum or difference frequency between the first received signal S1 r of frequency (f1 + f1d) as the first mixed signal S1 m To do. Meanwhile, the mixer 11 2, similar to the mixer 11 1, and the frequency f2 of the second synchronizing signal S2 ref of the second received signal S2 r frequency (f2 + f2d) and the frequency of the sum or difference the second of and outputs as a mixed signal S2 m. The first and second mixed signals S1 m and S2 m output from the mixers 11 1 and 11 2 are input to the
次に、図2及び図3を用いて、検出回路12による心拍検出処理の動作について説明する。
Next, the operation of the heartbeat detection process by the
まず、ステップ1では、ミキサ111から入力された第1の混合信号S1mから第1の検出信号S1dを検出する。第1の検出信号S1dは、第1の混合信号S1m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、第1の同期信号S1refと第1の受信信号S1rとの差に応じた信号である。このとき、第1の検出信号S1dは、第1の送信信号S1tが低周波であるので、例えば被測定対象物Oの体動、呼吸によるドップラー周波数f1dに応じた信号である。
First, in
次に、ステップ2では、ミキサ112から入力された第2の混合信号S2mから第2の検出信号S2dを検出する。第2の検出信号S2dは、第2の混合信号S2m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、第2の同期信号S2refと第2の受信信号S2rとの差に応じた信号である。このとき、第2の検出信号S2dは、第2の送信信号S2tが高周波であるので、例えば被測定対象物Oの体動、呼吸、心拍によるドップラー周波数f2dに応じた信号である。
Next, in
次に、ステップ3では、第1,第2の検出信号S1d,S2dをサンプリングする。サンプリングは、例えば、A/D変換器によって行ってもよいし、ソフトウェア処理によって行ってもよい。
Next, in
ここで、図3(a)に示すように、第1の検出信号S1dは被測定対象物Oの体動、呼吸によるドップラー周波数f1dに対応しているので、サンプリングした第1の検出信号S1dの波形は、第2の検出信号S2dに比べて、その周期は大きくなる。また、図3(b)に示すように、第2の検出信号S2dは被測定対象物Oの体動、呼吸、心拍によるドップラー周波数f2dに対応しているので、サンプリングした第2の検出信号S2dの波形は、第1の検出信号S1dの波形に被測定対象物Oの心拍による特性が加わった形となる。 Here, as shown in FIG. 3 (a), the first detection signal S1 d body motion of the object to be measured O, since then corresponds to the Doppler frequency f1d respiratory, the first detection signal S1 sampled d is the waveform, as compared to the second detection signal S2 d, the period is increased. Further, as shown in FIG. 3 (b), the second detection signal S2 d body motion of the object to be measured O, respiration, because in corresponds to the Doppler frequency f2d by the heartbeat, the second detection signals sampled waveform S2 d is a form of heart due to the characteristics of the object to be measured O is applied to the waveform of the first detection signal S1 d.
続くステップ4では、第2の検出信号S2dから第1の検出信号S1dに応じた成分を除去して、ノイズ除去信号Snrを検出する。具体的には、ノイズ除去信号Snrは、例えば、図3(c)に示すように、サンプリングした第2の検出信号S2dの値からサンプリングした第1の検出信号S1dの値を減算することにより求められる。これにより、ノイズ除去信号Snrは、第2の検出信号S2dに比べて、第1の検出信号S1dに応じた体動、呼吸による成分が低下し、心拍による成分が抽出されたものになる。なお、第1,第2の検出信号S1d,S2dは、これらの振幅を適宜調整した後に、減算してもよい。また、例えばフィルタ処理等によって第1の検出信号S1dから体動、呼吸による成分を抽出した後に、第2の検出信号S2dから減算してもよい。 In the subsequent step 4, a component corresponding to the first detection signal S1 d is removed from the second detection signal S2 d , and the noise removal signal S nr is detected. Specifically, for example, as shown in FIG. 3C, the noise removal signal S nr subtracts the value of the sampled first detection signal S1 d from the value of the sampled second detection signal S2 d. Is required. As a result, the noise removal signal S nr is a component in which the component due to body movement and respiration corresponding to the first detection signal S1 d is reduced and the component due to the heartbeat is extracted as compared with the second detection signal S2 d. Become. The first and second detection signals S1 d and S2 d may be subtracted after their amplitudes are adjusted appropriately. Further, for example, body movement from the first detection signal S1 d by filtering or the like, after extracting the components due to respiration, may be subtracted from the second detection signal S2 d.
そして、ステップ5では、ステップ4で検出したノイズ除去信号Snrを用いて、心拍を検出する。例えば、ノイズ除去信号Snrのピーク数を検出することによって心拍数を測ることができ、ノイズ除去信号Snrの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。これにより、第1の受信信号S1rと第2の受信信号S2rとに基づいて、一方の動作としての体動、呼吸の影響を低下させて他方の動作としての心拍を検出することができる。 In step 5, the heartbeat is detected using the noise removal signal S nr detected in step 4. For example, it is possible to measure the heart rate by detecting the peak number of the noise cancellation signal S nr, it can measure the strength of the heartbeat by detecting the amplitude of the noise cancellation signal S nr. Accordingly, based on the first received signal S1 r and the second received signal S2 r , the influence of body movement and breathing as one operation can be reduced and the heartbeat as the other operation can be detected. .
かくして、第1の実施の形態によれば、第1の送信信号S1tと第2の送信信号S2tとでは周波数f1,f2が1オクターブ以上異なるから、例えば被測定対象物Oのうち体動、呼吸により変位する部位と心拍により変位する部位とに応じて電波の反射率や透過率を相違させることができる。これに加えて、第1の送信信号S1tに応じた第1の受信信号S1rと第2の送信信号S2tに応じた第2の受信信号S2rとの間でも周波数(f1+f1d,f2+f2d)が1オクターブ以上異なるから、受信用ダイプレクサ8を用いて両者を容易に分離することができる。このため、第1の受信信号S1rによって検出された体動、呼吸の情報と、第2の受信信号S2rによって検出された心拍の情報とを分離して抽出することができ、複雑な信号処理を行うことなく、被測定対象物Oにおける異なる2つの情報を同時に得ることができる。 Thus, according to the first embodiment, the frequencies f1 and f2 of the first transmission signal S1 t and the second transmission signal S2 t are different from each other by one octave or more. The reflectivity and transmittance of radio waves can be made different according to the part displaced by breathing and the part displaced by heartbeat. In addition to this, the frequency (f1 + f1d,...) Is also between the first reception signal S1 r corresponding to the first transmission signal S1 t and the second reception signal S2 r corresponding to the second transmission signal S2 t . Since f2 + f2d) is different by one octave or more, the reception diplexer 8 can be used to easily separate the two. Therefore, the first received signal S1 body motion detected by r, and the information of the breathing, can be extracted by separating the information of the heartbeat detected by the second receiving signal S2 r, complicated signal Two different pieces of information on the object to be measured O can be obtained at the same time without performing processing.
また、単一のマルチバンド送信アンテナ6によって第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物Oに向けて出力することができると共に、第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物Oが透過した信号を、単一のマルチバンド受信アンテナ7によって受信することができる。このため、周波数毎に異なるアンテナを用いた場合に比べて、装置全体の構成を簡略化することができる。
In addition, the first and second transmission signals S1 t and S2 t can be output toward the object to be measured O by the single
また、マルチバンド送信アンテナ6とマルチバンド受信アンテナ7とを、被測定対象物Oを挟んで異なる位置に配置した。これにより、被測定対象物O内を透過した第1,第2の送信信号S1t,S2tをマルチバンド受信アンテナ7で受信することができる。このとき、マルチバンド受信アンテナ7が受信した第1,第2の受信信号S1r,S2rは人体を透過した透過波であるから、第1,第2の受信信号S1r,S2rによって、人体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、人体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。
Further, the
また、第1の送信信号S1tと第2の送信信号S2tとは、被測定対象物Oの異なる動作で検出感度が高くなるように設定した。即ち、第1の送信信号S1tは低周波で波長が長いため、大きな部位で変位が生じる体動、呼吸の検出に適していて、第2の送信信号S2tは高周波で波長が短いため、小さい部位で変位が生じる心拍の検出に適している。この点を考慮して、第1の送信信号S1tは、体動、呼吸の検出感度が高くなり、第2の送信信号S2tは、心拍の検出感度が高くなるようにした。 In addition, the first transmission signal S1 t and the second transmission signal S2 t were set so that the detection sensitivity was increased by different operations of the measurement target object O. That is, since the first transmission signal S1 t has a low frequency and a long wavelength, the first transmission signal S1 t is suitable for detection of body movement and respiration in which a large part is displaced, and the second transmission signal S2 t has a high frequency and a short wavelength. It is suitable for detecting heartbeats in which displacement occurs at a small site. In consideration of this point, the first transmission signal S1 t has high body motion and respiration detection sensitivity, and the second transmission signal S2 t has high heartbeat detection sensitivity.
従って、第2の送信信号S2tに応じた第2の受信信号S2rに不要な体動、呼吸等の信号成分が混入するときでも、検出回路12が、第2の受信信号S2rを用いて検出した情報から、第1の送信信号S1tに応じた第1の受信信号S1rを用いて検出した情報を除去することにより、体動、呼吸等の情報を省いて、心拍の情報を抽出することができる。この結果、単一の周波数の信号を用いた場合に比べて、高精度に被測定対象物Oの心拍情報を得ることができる。
Therefore, the
さらに、電波センサ装置1は第1,第2の送信信号S1t,S2tからなる電波を被測定対象物Oである人体に照射して心拍を計測するから、人体に電波センサ装置1を直接接触させる必要がなく(非接触)、人体を拘束する必要もない(非拘束)。このため、人体にストレスや緊張を与えない非侵襲の電波センサ装置1を提供できる。
Further, the first radio
次に、図4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、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを単一のマルチバンドアンテナによって兼用し、被測定対象物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。 Next, FIG. 4 shows a radio wave sensor device according to a second embodiment of the present invention. A feature of the second embodiment resides in that a multiband transmission antenna and a multiband reception antenna are combined with a single multiband antenna, and a reflected wave from the object to be measured O is measured. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
第2の実施の形態による電波センサ装置21は、送信回路3、受信回路23、ダイプレクサ27、マルチバンドアンテナ28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21を用いて被測定対象物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。
The radio
送受信回路22は、基準信号生成器2、送信回路3、受信回路23、ダイプレクサ27等を含んで構成されている。この送受信回路22は、基準信号生成器2で生成した基準信号SBを送信回路3の各発振器41,42でアップコンバートして第1,第2の送信信号S1t,S2tを生成する。この第1,第2の送信信号S1t,S2tは、後述のマルチバンドアンテナ28に供給され、マルチバンドアンテナ28から被測定対象物Oに向けて送信される。また、送受信回路22は、マルチバンドアンテナ28で受信した第1,第2の受信信号S1r,S2rを、受信回路23で第1,第2の同期信号S1ref,S2refと混合し、後述の検出回路29に出力する。
The transmission /
受信回路23は、送信回路3と後述のダイプレクサ27との間に設けられている。この受信回路23は、方向性結合器241,242,251,252とミキサ261,262とを含んで構成されている。
The
方向性結合器241,242は、発振器41,42と後述の方向性結合器251,252との間にそれぞれ設けられている。方向性結合器241は、送信回路3で生成された第1の送信信号S1tを、マルチバンドアンテナ28側の回路とミキサ261側の回路とに分配する。これにより、方向性結合器241は、発振器41からマルチバンドアンテナ28に向けて第1の送信信号S1tを伝送すると共に、発振器41からミキサ261に向けて第1の送信信号S1tを第1の同期信号S1refとして伝送する。一方、方向性結合器242は、送信回路3で生成された第2の送信信号S2tを、マルチバンドアンテナ28側の回路とミキサ262側の回路とに分配する。これにより、方向性結合器242は、発振器42からマルチバンドアンテナ28に向けて第2の送信信号S2tを伝送すると共に、発振器42からミキサ262に向けて第2の送信信号S2tを第2の同期信号S2refとして伝送する。
The
ここで、方向性結合器241の入力側は発振器41に接続され、出力側は方向性結合器251とミキサ261とに接続されている。また、方向性結合器242の入力側は発振器42に接続され、出力側は方向性結合器252とミキサ262とに接続されている。
Here, the input side of the
方向性結合器251,252は、方向性結合器241,242とダイプレクサ27との間にそれぞれ設けられている。方向性結合器251は、送信回路3で生成された第1の送信信号S1tをマルチバンドアンテナ28に向けて伝送する。また、方向性結合器251は、マルチバンドアンテナ28で受信した第1の受信信号S1rが方向性結合器241側の回路に漏洩するのを遮断し、第1の受信信号S1rをミキサ261に向けて伝送する。一方、方向性結合器252は、送信回路3で生成された第2の送信信号S2tをマルチバンドアンテナ28に向けて伝送する。また、方向性結合器252は、マルチバンドアンテナ28で受信した第2の受信信号S2rが方向性結合器242側の回路に漏洩するのを遮断し、第2の受信信号S2rをミキサ262に向けて伝送する。
The directional couplers 25 1 and 25 2 are provided between the
ここで、方向性結合器251には、方向性結合器241とミキサ261とダイプレクサ27とが接続されている。また、方向性結合器252には、方向性結合器242とミキサ262とダイプレクサ27とが接続されている。なお、方向性結合器251,252に代えて、例えばサーキュレータを用いてもよい。
Here, the directional coupler 25 1, and the
ミキサ261,262は、第1の実施の形態によるミキサ111,112とほぼ同様に構成され、それぞれ方向性結合器241,242,251,252と検出回路29との間に設けられている。ミキサ261は、発振器41による第1の同期信号S1refとマルチバンドアンテナ28により受信した第1の受信信号S1rとを混合して、第1の混合信号S1mを検出回路29に向けて出力する。また、ミキサ262は、発振器42による第2の同期信号S2refとマルチバンドアンテナ28により受信した第2の受信信号S2rとを混合して、第2の混合信号S2mを検出回路29に向けて出力する。ここで、ミキサ261の入力側には、方向性結合器241,251が接続され、出力側には検出回路29が接続されている。また、ミキサ262の入力側には、方向性結合器242,252が接続され、出力側には検出回路29が接続されている。
The mixers 26 1 , 26 2 are configured in substantially the same manner as the mixers 11 1 , 11 2 according to the first embodiment, and include
ダイプレクサ27は、受信回路23と後述のマルチバンドアンテナ28との間に設けられている。このダイプレクサ27は、第1,第2の送信信号S1t,S2tを合成してマルチバンドアンテナ28に出力する。また、ダイプレクサ27は、マルチバンドアンテナ28で受信した信号から第1の送信信号S1tに応じた第1の受信信号S1rと、第2の送信信号S2tに応じた第2の受信信号S2rとを分離する。
The
ダイプレクサ27はローパスフィルタ27Aとハイパスフィルタ27Bとを含んで構成されている。ローパスフィルタ27Aは、方向性結合器251とマルチバンドアンテナ28とに接続されている。ハイパスフィルタ27Bは、方向性結合器252とマルチバンドアンテナ28とに接続されている。これらのフィルタ27A,27Bのカットオフ周波数は、周波数f1,f2の間の値に設定されている。これにより、ローパスフィルタ27Aは、方向性結合器251側に向かう第2の送信信号S2t及び第2の受信信号S2rの漏洩を遮断する。同様に、ハイパスフィルタ27Bは、方向性結合器252側に向かう第1の送信信号S1t及び第1の受信信号S1rの漏洩を遮断する。
The
マルチバンドアンテナ28は、第1,第2の送信信号S1t,S2t及び第1,第2の受信信号S1r,S2r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、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとは、両者で兼用される単一のマルチバンドアンテナ28によって構成される。マルチバンドアンテナ28は、送受信回路22側にあるダイプレクサ27に接続され、第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物Oに向けて出力する。また、マルチバンドアンテナ28は、被測定対象物Oが第1,第2の送信信号S1t,S2tを反射したときの信号(反射波)を受信する。このとき、マルチバンドアンテナ28は、被測定対象物Oが反射した第1,第2の送信信号S1t,S2tを第1,第2の受信信号S1r,S2rとして受信する。ここで、マルチバンドアンテナ28は、被測定対象物Oを検知する領域が予め決まった範囲であれば、その範囲に第1,第2の送信信号S1t,S2tを照射し、その範囲から第1,第2の受信信号S1r,S2rを受信するように、マルチバンドアンテナ28の指向性を設定することが好ましい。
The
検出回路29は、ミキサ261,262に接続され、第1,第2の混合信号S1m,S2mが入力される。検出回路29は、第1の実施の形態の検出回路12とほぼ同様に構成され、第1,第2の混合信号S1m,S2mから第1,第2の検出信号S1d,S2dを検出する。第1の検出信号S1dは、例えば、第1の送信信号S1tが被測定対象物Oを反射するときに生じたドップラー周波数f1dの信号である。また、第2の検出信号S2dは、例えば、第2の送信信号S2tが被測定対象物Oを反射する時に生じたドップラー周波数f2dの信号である。そして、検出回路29は、第2の検出信号S2dから第1の検出信号S1dに応じた成分を除去して、ノイズ除去信号Snrを検出し、このノイズ除去信号Snrを用いて心拍を検出する。
The
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、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを単一のマルチバンドアンテナ28によって兼用する構成とした。これにより、マルチバンドアンテナ28は、第1,第2の送信信号S1t,S2tを出力すると共に、被測定対象物Oとしての人体が反射した第1,第2の送信信号S1t,S2tを受信することができる。このとき、第1の送信信号S1tと第2の送信信号S2tとでは、被測定対象物Oのうち体動、呼吸により変位する部位と心拍により変位する部位とに応じて電波の反射率等を相違させることができる。この結果、被測定対象物Oに反射した信号から第1,第2の受信信号S1r,S2rを分離することによって、被測定対象物Oにおける体動、呼吸の情報と心拍の情報とを得ることができる。
Thus, in the second embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those in the first embodiment. According to the radio
また、マルチバンドアンテナ28はマルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとの両方として機能するので、これらを単一のマルチバンドアンテナ28によって構成することができ、電波センサ装置21を小型化することができる。
Moreover, since the
さらに、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとを単一のマルチバンドアンテナ28によって兼用するので、第1,第2の送信信号S1t,S2tを生成する送信回路3と第1,第2の混合信号S1m,S2mを出力する受信回路23とを、これらを組み合わせた送受信回路22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3と受信回路23との間で容易に同期をとることができる。
Furthermore, since the multiband transmission antenna and the multiband reception antenna are shared by the
次に、図5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、マルチバンドアンテナをレンズアンテナによって構成したことにある。なお、第3の実施の形態では、前述した第1,第2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。 Next, FIG. 5 shows a radio wave sensor device according to a third embodiment of the present invention. The feature of the third embodiment resides in that the multiband antenna is constituted by a lens antenna. Note that in the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第3の実施の形態による電波センサ装置31は、第2の実施の形態による電波センサ装置21と同様に構成される。電波センサ装置31は、送受信回路22、検出回路29、レンズアンテナ32等を含んで構成される。
The radio
レンズアンテナ32は、送受信回路22に接続され、一次放射器32Aとレンズ32Bとを含んで構成されている。このレンズアンテナ32は、第1,第2の送信信号S1t,S2tを被測定対象物Oに向けて出力し、また、被測定対象物Oに反射した第1,第2の送信信号S1t,S2tを第1,第2の受信信号S1r,S2rとして受信する。
The
レンズアンテナ32は、第2の実施の形態のマルチバンドアンテナ28と同様に、第1,第2の送信信号S1t,S2t及び第1,第2の受信信号S1r,S2rが送受信可能な構成となっている。この場合、レンズアンテナ32は、マルチバンド送信アンテナとマルチバンド受信アンテナとに兼用される単一のマルチバンドアンテナを構成している。
The
レンズ32Bは、一次放射器32Aの信号照射方向に設けられている。このレンズ32Bは、例えば所定の誘電率分布をもったミリ波用の凸レンズにより構成される、球面波を平面波に変換する。即ち、一次放射器32Aから照射された第1,第2の送信信号S1t,S2tは、レンズ32Bにより球面波から平面波に変換され、指向性が高くなる。このとき、第1の送信信号S1tよりも高周波である第2の送信信号S2tは、よりレンズ効果が高くなり、指向性も高くなる。この場合、レンズ32Bを用いることによる、第1,第2の送信信号S1t,S2tの利得の変化(改善)率は、高周波である第2の送信信号S2tの方が大きくなる。この結果、レンズ32Bを用いることにより、第1の送信信号S1tと第2の送信信号S2tとの伝搬損失等の周波数特性差を小さくすることができる。なお、レンズ32Bは、例えばフレネルレンズにより構成してもよいし、所望の利得や指向性が得られれば、ミリ波用の凸レンズに限らない。
The
かくして、第3の実施の形態でも、第1,第2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。電波センサ装置31は、マルチバンド送信アンテナ及びマルチバンド受信アンテナをレンズアンテナ32によって構成した。ここで、一般的に、低周波の信号(電波)は伝搬損失が小さく、高周波の信号は伝搬損失が大きい傾向がある。一方、レンズアンテナ32は、低周波の信号では指向性及び利得が低く、高周波の信号では指向性及び利得が高い傾向がある。このため、第1,第2の送信信号S1t,S2tで周波数f1,f2が1オクターブ以上異なることによって、第1,第2の送信信号S1t,S2tの間で伝搬損失に差が生じるときでも、レンズアンテナ32の指向性及び利得の特性によって、このような伝搬損失の差を低減することができる。この結果、レンズアンテナ32から第1,第2の送信信号S1t,S2tを出力したときには、第1,第2の送信信号S1t,S2tのうちいずれか一方が大きく減衰することがなく、第1,第2の送信信号S1t,S2tを周波数特性差の小さい十分な信号強度をもって、被測定対象物Oに照射することができる。
Thus, in the third embodiment, substantially the same operational effects as those in the first and second embodiments can be obtained. In the radio
また、被測定対象物Oが反射した信号をレンズアンテナ32が受信したときには、第1,第2の受信信号S1r,S2rのうちいずれか一方が大きく減衰することがなく、第1,第2の受信信号S1r,S2rから被測定対象物Oの異なる情報を得ることができる。
Further, when the
なお、第3の実施の形態では、レンズアンテナを用いて球面波を平面波に変換する構成としたが、例えばパラボラアンテナ等のように所定の反射面を有するリフレクタアンテナを用いてよい。 In the third embodiment, a spherical wave is converted into a plane wave using a lens antenna. However, a reflector antenna having a predetermined reflecting surface such as a parabolic antenna may be used.
次に、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、電波センサ装置を用いて橋やトンネル等の構造体の内部をスキャンする構成としたことにある。なお、第4の実施の形態では、前述した第1,第2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。 Next, FIG. 6 shows a radio wave sensor device according to a fourth embodiment of the present invention. The feature of the fourth embodiment is that the inside of a structure such as a bridge or a tunnel is scanned using a radio wave sensor device. Note that in the fourth embodiment, identical symbols are assigned to configurations identical to those in the first and second embodiments described above, and descriptions thereof are omitted.
第4の実施の形態による電波センサ装置41は、第2の実施の形態による電波センサ装置21と同様に構成される。電波センサ装置41は、送受信回路22、マルチバンドアンテナ42、検出回路43等を含んで構成される。
The radio
マルチバンドアンテナ42は、送受信回路22に接続され、第2の実施の形態のマルチバンドアンテナ28と同様に、第1,第2の送信信号S1t,S2t及び第1,第2の受信信号S1r,S2r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。ここで、マルチバンドアンテナ42は、橋等の構造体である被測定対象物Oをスキャンするために、例えばビームの走査が可能な各種の走査機構42Aを備えている。
The
検出回路43は、第2の実施の形態の検出回路29とほぼ同様に構成され、第1,第2の混合信号S1m,S2mから第1,第2の検出信号S1d,S2dを検出する。この検出回路43は、送受信回路22に接続され、例えば画像処理装置(図示せず)を含んで構成されている。この場合、検出回路43は、第1の検出信号S1dとしての、第1の送信信号S1tと第1の受信信号S1rとの位相差または振幅差を検出する。また、検出回路43は、第2の検出信号S2dとしての、第2の送信信号S2tと第2の受信信号S2rとの位相差または振幅差を検出する。そして、検出回路43は、第1,第2の検出信号S1d,S2dを画像処理装置で合成し、被測定対象物Oの内部構造の画像を生成する。この場合、例えば、周波数f1に応じた第1の検出信号S1dによって、構造体の表面近傍の画像が得られ、周波数f2に応じた第2の検出信号S2dによって、構造体の内部の画像が得られる。
The
かくして、第4の実施の形態でも、第1,第2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。電波センサ装置41は、単一のマルチバンドアンテナ42を用いて、被測定対象物Oとしての構造体に向けて第1,第2の送信信号S1t,S2tを出力し、反射した第1,第2の受信信号S1r,S2rを受信する構成としている。また、電波センサ装置41の検出回路43は、第1,第2の受信信号S1r,S2rに基づく第1,第2の検出信号S1d,S2dにより、被測定対象物Oの内部構造を検出する。これにより、第1の検出信号S1dによって検出された被測定対象物Oの情報と、第2の検出信号S2dによって検出された被測定対象物Oの情報とを合成することができ、複雑な信号処理を行うことなく、非接触で被測定対象物Oにおける異なる2つの情報を同時に得ることができる。
Thus, in the fourth embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those in the first and second embodiments. The radio
次に、図7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、電波センサ装置を用いて被測定対象物との距離や角度及び被測定対象物の速度等を検出する構成としたことにある。なお、第5の実施の形態では、前述した第1,第2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。 Next, FIG. 7 shows a radio wave sensor device according to a fifth embodiment of the present invention. A feature of the fifth embodiment resides in that a radio wave sensor device is used to detect the distance and angle with the object to be measured, the speed of the object to be measured, and the like. Note that in the fifth embodiment, identical symbols are assigned to configurations identical to those in the first and second embodiments described above, and descriptions thereof are omitted.
第5の実施の形態による電波センサ装置51は、第2の実施の形態による電波センサ装置21と同様に構成される。電波センサ装置51は、送受信回路22、マルチバンドアンテナ28、検出回路52等を含んで構成される。
The radio
検出回路52は、第2の実施の形態の検出回路29とほぼ同様に構成され、第1,第2の混合信号S1m,S2mから第1,第2の検出信号S1d,S2dを検出する。この検出回路52は、送受信回路22に接続され、例えば低周波の第1の送信信号S1tを用いて車等の被測定対象物O1の情報を検出し、高周波の第2の送信信号S2tを用いて人等の被測定対象物O2の情報を検出する。
The
ここで、第1の送信信号S1tは低周波で波長が長いため、より遠くの被測定対象物O1の検出に適していて、第2の送信信号S2tは高周波で波長が短いため、より近くの被測定対象物O2の検出に適している。この場合、検出回路52は、第1,第2の検出信号S1d,S2dを用いて、第1,第2の送信信号S1t,S2tを送信してから第1,第2の受信信号S1r,S2rを受信するまでの時間を測定することにより、電波センサ装置51と被測定対象物O1,O2との距離を検出することができる。また、その際に、ドップラー周波数f1d,f2dを測定することにより、被測定対象物O1,O2の速度を検出することができる。さらに、例えば、第1,第2の送信信号S1t,S2tと第1,第2の受信信号S1r,S2rとの位相を検波して、電波センサ装置51と被測定対象物O1,O2との角度を検出することもできる。
Here, since the first transmission signal S1 t has a low frequency and a long wavelength, the first transmission signal S1 t is suitable for detecting a farther object to be measured O1, and the second transmission signal S2 t has a high frequency and a short wavelength. It is suitable for the detection of a near object to be measured O2. In this case, the
かくして、第5の実施の形態でも、第1,第2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。電波センサ装置51は、単一のマルチバンドアンテナ28を用いて、被測定対象物O1,O2に向けて第1,第2の送信信号S1t,S2tを照射し、被測定対象物O1,O2からの反射波である第1,第2の受信信号S1r,S2rを受信する構成としている。これにより、第1の検出信号S1dによって検出された被測定対象物O1の情報と、第2の検出信号S2dによって検出された被測定対象物O2の情報とを検出することができ、広い周波数帯域を使用しなくても、異なる2つの被測定対象物O1,O2における複数の情報を同時に得ることができる。
Thus, in the fifth embodiment, it is possible to obtain substantially the same operational effects as those in the first and second embodiments. The radio
なお、前記第1の実施の形態では、検出回路12において、第1,第2の混合信号S1m,S2mからドップラー周波数f1d,f2dである第1,第2の検出信号S1d,S2d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、第1,第2の混合信号から、第1,第2の送信信号と第1,第2の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5の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment, in the
また、前記第1の実施の形態では、図3に示すように、第1,第2の検出信号S1d,S2dの時間変化に基づいて、ノイズ除去信号Snrや心拍等の情報を求めた。しかし、本発明はこれに限らず、第1,第2の検出信号の周波数スペクトルに基づいて、ノイズ除去信号や各種の情報を求めてもよい。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。 Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, information such as the noise removal signal S nr and heart rate is obtained based on the temporal change of the first and second detection signals S1 d and S2 d. It was. However, the present invention is not limited to this, and a noise removal signal and various types of information may be obtained based on the frequency spectra of the first and second detection signals. The same applies to the second, third, fourth, and fifth embodiments.
また、前記第1の実施の形態では、第1の送信信号S1tを低周波である周波数f1とし、第2の送信信号S2tを高周波である周波数f2とした。しかし、本発明はこれに限らず、第1の送信信号を高周波とし、第2の送信信号S2tを低周波としてもよい。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。さらに、前記各実施の形態では、周波数の異なる2種類の送信信号S1t,S2tを用いるものとしたが、3種類以上の送信信号を用いてもよい。 In the first embodiment, the first transmission signal S1 t is a low frequency f1, and the second transmission signal S2 t is a high frequency f2. However, the present invention is not limited to this, the first transmission signal and a high frequency, a second transmission signal S2 t may be a low frequency. The same applies to the second, third, fourth, and fifth embodiments. Further, in each of the above embodiments, two types of transmission signals S1 t and S2 t having different frequencies are used, but three or more types of transmission signals may be used.
1,21,31,41,51 電波センサ装置
3 送信回路
6 マルチバンド送信アンテナ
7 マルチバンド受信アンテナ
8 受信用ダイプレクサ(ダイプレクサ)
9,23 受信回路
12,29,43,52 検出回路
27 ダイプレクサ
28,42 マルチバンドアンテナ
32 レンズアンテナ
1, 21, 31, 41, 51 Radio
9, 23
Claims (5)
前記送信回路に接続され前記第1,第2の送信信号を被測定対象物に向けて出力するマルチバンド送信アンテナと、
前記第1,第2の送信信号を前記被測定対象物が反射または透過した信号を受信するマルチバンド受信アンテナと、
前記マルチバンド受信アンテナで受信した信号から前記第1の送信信号に応じた第1の受信信号と前記第2の送信信号に応じた第2の受信信号とを分離するダイプレクサと、
前記第1の送信信号と同期した信号と前記第1の受信信号とをミキシングして第1の混合信号を出力し、前記第2の送信信号と同期した信号と前記第2の受信信号とをミキシングして第2の混合信号を出力する受信回路とを備えた電波センサ装置。 A transmission circuit that generates first and second transmission signals having different frequencies apart from each other by one octave or more;
A multiband transmission antenna connected to the transmission circuit and outputting the first and second transmission signals toward the object to be measured;
A multiband receiving antenna for receiving the first and second transmission signals that are reflected or transmitted by the object to be measured;
A diplexer for separating a first reception signal corresponding to the first transmission signal and a second reception signal corresponding to the second transmission signal from a signal received by the multiband reception antenna;
The signal synchronized with the first transmission signal and the first reception signal are mixed to output a first mixed signal, and the signal synchronized with the second transmission signal and the second reception signal are combined. A radio wave sensor device comprising: a receiving circuit that mixes and outputs a second mixed signal.
前記マルチバンド送信アンテナから出力された前記第1,第2の送信信号は、前記被測定対象物内を透過して前記マルチバンド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に記載の電波センサ装置。 The multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are arranged at different positions across the object to be measured,
2. The radio wave sensor according to claim 1, wherein the first and second transmission signals output from the multiband transmission antenna are configured to be transmitted through the object to be measured and received by the multiband reception antenna. apparatus.
前記マルチバンドアンテナから出力された前記第1,第2の送信信号は、前記被測定対象物に反射して前記マルチバンドアンテナによって受信される構成としてなる請求項1に記載の電波センサ装置。 The multiband transmitting antenna and the multiband receiving antenna are configured by a single multiband antenna that is used by both,
The radio wave sensor device according to claim 1, wherein the first and second transmission signals output from the multiband antenna are configured to be reflected by the object to be measured and received by the multiband antenna.
前記第1の送信信号に応じた前記第1の受信信号と前記第2の送信信号に応じた前記第2の受信信号とに基づいて、一方の動作の影響を低下させて他方の動作を検出する検出回路をさらに備えてなる請求項1ないし4のいずれかに記載の電波センサ装置。 The first transmission signal and the second transmission signal are set so that the detection sensitivity is increased by different operations among a plurality of types of operations of the living body that is the measurement object,
Based on the first reception signal corresponding to the first transmission signal and the second reception signal corresponding to the second transmission signal, the influence of one operation is reduced and the other operation is detected. The radio wave sensor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a detection circuit for performing the operation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014087490A JP2015205045A (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Radio wave sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014087490A JP2015205045A (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Radio wave sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015205045A true JP2015205045A (en) | 2015-11-19 |
Family
ID=54602435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014087490A Pending JP2015205045A (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Radio wave sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015205045A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019509473A (en) * | 2016-01-27 | 2019-04-04 | ライフ ディテクション テクノロジーズ,インコーポレーテッド | System and method for detecting physical changes without physical contact |
JP2020109387A (en) * | 2018-12-28 | 2020-07-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Estimation method and estimation device |
JP2020118482A (en) * | 2019-01-21 | 2020-08-06 | 住友電気工業株式会社 | Radar reflector and information recording device |
JP2020141997A (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | 株式会社デンソー | Biological information detection device |
JP2021010657A (en) * | 2019-07-08 | 2021-02-04 | 株式会社Soken | Measurement system for calculating rri of person |
US11253163B2 (en) | 2016-01-27 | 2022-02-22 | Life Detection Technologies, Inc. | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
JP7362480B2 (en) | 2017-02-03 | 2023-10-17 | ユニバーシティ・オブ・ノートル・ダム・デュ・ラック | Heart and lung monitoring using coherent signal distribution |
-
2014
- 2014-04-21 JP JP2014087490A patent/JP2015205045A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019509473A (en) * | 2016-01-27 | 2019-04-04 | ライフ ディテクション テクノロジーズ,インコーポレーテッド | System and method for detecting physical changes without physical contact |
US11896357B2 (en) | 2016-01-27 | 2024-02-13 | Life Detection Technologies, Inc. | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
US11684283B2 (en) | 2016-01-27 | 2023-06-27 | Life Detection Technologies, Inc. | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
US11253163B2 (en) | 2016-01-27 | 2022-02-22 | Life Detection Technologies, Inc. | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
JP7081735B2 (en) | 2016-01-27 | 2022-06-07 | ライフ ディテクション テクノロジーズ,インコーポレーテッド | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
US11523745B2 (en) | 2016-01-27 | 2022-12-13 | Life Detection Technologies, Inc. | Systems and methods for detecting physical changes without physical contact |
JP7362480B2 (en) | 2017-02-03 | 2023-10-17 | ユニバーシティ・オブ・ノートル・ダム・デュ・ラック | Heart and lung monitoring using coherent signal distribution |
JP2020109387A (en) * | 2018-12-28 | 2020-07-16 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Estimation method and estimation device |
JP7281784B2 (en) | 2018-12-28 | 2023-05-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Estimation method and estimation device |
JP7191291B2 (en) | 2019-01-21 | 2022-12-19 | 住友電気工業株式会社 | Radar reflector and information recording device |
JP2020118482A (en) * | 2019-01-21 | 2020-08-06 | 住友電気工業株式会社 | Radar reflector and information recording device |
JP7156103B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-10-19 | 株式会社デンソー | Biological information detector |
JP2020141997A (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | 株式会社デンソー | Biological information detection device |
JP7226152B2 (en) | 2019-07-08 | 2023-02-21 | 株式会社Soken | Measurement system for calculating human RRI |
JP2021010657A (en) * | 2019-07-08 | 2021-02-04 | 株式会社Soken | Measurement system for calculating rri of person |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2015205045A (en) | Radio wave sensor device | |
US10101282B2 (en) | Scattering tomography method and scattering tomography device | |
US8698636B2 (en) | Wireless detection apparatus and method | |
US20090209850A1 (en) | Pulsed ultra-wideband sensor and the method thereof | |
JP2019513456A5 (en) | ||
CN104274184A (en) | Radar system for medical use | |
US11344215B2 (en) | Handheld and portable scanners for millimeter wave mammography and instant mammography imaging | |
CN109167168B (en) | MIMO antenna array, MIMO array antenna and security inspection system | |
US11112486B2 (en) | Radar apparatus | |
Stanko et al. | Millimeter resolution with radar at lower terahertz | |
JP2006258496A (en) | Millimeter wave imaging device | |
JP2011116325A (en) | Radar cross section (rcs) imaging system | |
Oloumi et al. | UWB radar for high resolution breast cancer scanning: system, architectures, and challenges | |
AU2011231932A1 (en) | Apparatus and method for detecting skin cancer using THz radiation | |
Marimuthu et al. | Stepped frequency continuous wave software defined radar for medical imaging | |
TWI515447B (en) | Apparatus and method for detection | |
US9310469B2 (en) | Radar performance monitor, pulse-compression radar apparatus, and radar performance measuring method | |
KR101912519B1 (en) | Hybrid microwave imaging system and operating method thereof | |
JP5628857B2 (en) | Two-dimensional image reconstruction method | |
CN111157989A (en) | Millimeter wave processing device and millimeter wave scanning system | |
KR20120085183A (en) | Medical diagnostic apparatus | |
KR101233402B1 (en) | Hybrid milimeter wave image sensor with detect distance between sensor and target using single antenna | |
JP2005077344A (en) | Electric wave image processing system | |
Marimuthu et al. | Low cost microwave imaging system using eight element switched antenna array | |
WO2019059115A1 (en) | Radar device and antenna device |