CN112689766A - 检测装置、测定系统、监视系统以及程序 - Google Patents

检测装置、测定系统、监视系统以及程序 Download PDF

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Abstract

提供一种检测装置、测定系统、监视系统以及程序，该检测装置具备：基板；设置于基板的正电极和负电极；电场产生电路，其向正电极与负电极之间供给电流或电压，来从基板的一个第一面产生电场；保护电极，其设置在与正电极及负电极相比离第一面更远的位置，且隔着绝缘物与正电极及负电极中的至少一方相向；电位调整电路，其使对正电极和负电极中的对应于保护电极的电极施加的电位与保护电极的电位为相同电位；以及半导体元件，其输出同正电极与负电极之间的电场强度对应的电场强度检测值。

Description

检测装置、测定系统、监视系统以及程序
技术领域
本发明涉及一种用于检测生物体的状态的检测装置、测定系统、监视系统以及程序。
背景技术
以往，已知以下一种技术：从粘贴在身体表面上的电极对流通微弱电流，并且根据在身体表面上产生的电位差，将生物体内的导电率分布或导电率变化的分布进行图像化。在专利文献1中公开了一种驾驶员监视装置，该驾驶员监视装置通过将电阻抗断层成像(以下为EIT(Electrical Impedance Tomography))的技术应用于座椅安全带，能够监视汽车的驾驶员的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-136304号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术中，各电极与设置在座椅安全带的端部附近的测定电路连接，测定电路对在驾驶员监视装置与电极之间发送接收的电信号进行中继。这样，通过驾驶员佩戴座椅安全带，来使设置于该座椅安全带的电极对与驾驶员的身体表面接触，从而能够测定该驾驶员的状态。这样，为了检测生物体的状态，必须佩戴座椅安全带等。
因此，本发明是鉴于这些方面而完成的，其目的在于能够简便地检测生物体的状态。
用于解决问题的方案
本发明的第一方式提供一种检测装置，具备：基板；设置于所述基板的正电极和负电极；电场产生电路，其向所述正电极与所述负电极之间供给电流或电压，来从所述基板的一个第一面产生电场；保护电极，其设置在与所述正电极及所述负电极相比离所述第一面更远的位置，且隔着绝缘物与所述正电极及所述负电极中的至少一方相向；电位调整电路，其使对所述正电极和所述负电极中的对应于所述保护电极的电极施加的电位与所述保护电极的电位为相同电位；以及半导体元件，其输出同所述正电极与所述负电极之间的电场强度对应的电场强度检测值。
也可以是，所述保护电极具有与所述正电极相向的正极保护电极以及与所述负电极相向的负极保护电极。
也可以是，所述基板具有：第一电极层，其设置有所述正电极和所述负电极；第二电极层，其设置有所述保护电极；以及第三电极层，其设置有成为基准电位的基准电极，其中，所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层从所述基板的所述第一面起朝向与所述第一面相反一侧的面按所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层的顺序配置。
也可以是，所述基板在与所述第三电极层相比离所述第一面更远的位置处还具备搭载部，所述搭载部搭载加速度传感器、陀螺仪传感器以及六轴传感器中的至少一个。
也可以是，还具备电源层，所述电源层向所述电场产生电路、所述电位调整电路以及所述半导体元件提供电源。也可以是，还具备第一通信部，所述第一通信部生成基于由所述半导体元件输出的所述电场强度检测值的信号，并向所述基板的外部提供该信号。
本发明的第二方式提供一种测定系统，具备：第一方式的所述检测装置，其被配置为使从所述正电极和所述负电极产生的电场到达生物体的至少一部分；以及测定装置，其基于所述检测装置的检测结果来测定所述生物体的状态。
也可以是，所述测定装置具备：第二通信部，其与所述检测装置进行通信，来接收基于所述电场强度检测值的信号；以及估计部，其基于所接收到的接收信号，来估计所述生物体的动作、心搏以及血压中的至少一个。
也可以是，所述测定装置还具备预测部，所述预测部基于所述估计部的估计结果来预测所述生物体的将来的状态。
也可以是，在所述基板还设置有温度传感器，所述检测装置发送基于所述温度传感器的检测结果和所述电场强度检测值的信号，所述预测部基于所述温度传感器的连续时间的检测结果，来预测所述生物体的内部的盐分和水分的平衡状态、以及所述生物体的体温的变动中的至少一个。
也可以是，还具备搭载于座椅的座椅安全带，所述检测装置安装于所述座椅安全带，所述测定装置与一个或多个所述检测装置进行通信，来测定就座于所述座椅并系上所述座椅安全带的所述生物体的状态。
也可以是，一个或多个所述检测装置被安装在所述生物体所穿着的衣服上，所述测定装置与一个或多个所述检测装置进行通信，来测定所述生物体的状态。
本发明的第三方式提供一种监视系统，具备：第二方式的所述测定系统；获取部，其与所述测定装置分别连接，获取表示所述生物体的状态的测定结果；以及探测部，其探测所述生物体的状态中的异常的状态。
本发明的第四方式提供一种程序，当由计算机执行时，使所述计算机作为第三方式的所述监视系统的至少一部分发挥功能。
发明的效果
根据本发明，发挥能够简便地检测生物体的状态这样的效果。
附图说明
图1是用于说明本实施方式所涉及的监视系统S的概要的图。
图2示出本实施方式所涉及的检测装置10的结构例。
图3示出本实施方式所涉及的半导体元件310的结构例。
图4示出在本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的周边产生的电场的强度分布的一例。
图5示出本实施方式所涉及的测定装置20的结构例。
图6示出本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的结构例。
图7示出在本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的周边产生的电流密度分布的一例。
图8示出将图6所示的正电极210和负电极220安装于人的胸部的状态下的、正电极210与负电极220之间的阻抗发生变化的情形。
图9示出本实施方式所涉及的电极对E的第一变形例的结构。
图10示出本实施方式所涉及的电极对E的第二变形例的结构。
图11示出本实施方式所涉及的保护电极230和电位调整电路318的结构例。
图12示出本实施方式所涉及的监视系统S的变形例。
具体实施方式
[监视系统S的概要]
图1是用于说明本实施方式所涉及的监视系统S的概要的图。监视系统S基于生物体携带的检测装置10所发送的检测信号，来监视该生物体的动作等。在本实施方式中，对生物体是人体的例子进行说明。监视系统S具备检测装置10、测定装置20以及监视装置30。
检测装置10由用户携带，且设置有传感器，该传感器输出根据用户的状态而发生变化的检测信号。例如，用户将检测装置10放入该用户所穿着的衬衫、上衣、内衣、睡衣、病号服、家居服等衣服的口袋等中来携带。另外，检测装置10也可以被粘贴或安装到用户的衣服上来被携带。检测装置10也可以被粘贴或安装在用户的身体表面。在后面叙述检测装置10的详细情况。
测定装置20基于检测装置10所具有的传感器的检测结果，来测定用户的状态。测定装置20例如测定用户的动作、呼吸以及心搏等状态。测定装置20既可以被安装在用户的衣服等上，也可以取而代之而与衣服分开地设置。检测装置10和测定装置20例如通过有线或无线来连接。在监视系统S中，例如按照每个用户设置这种检测装置10和测定装置20。取而代之，也可以按照一个或多个用户分别设置测定装置20。
在监视系统S中，例如按照每个用户设置这种检测装置10和测定装置20的组。具体地说，在监视系统S中，使基于检测装置10和测定装置20的测定结果与用于对使用该检测装置10和测定装置20的用户进行识别的信息相关联地存储。测定装置20例如经由网络12来将测定出的结果发送到监视装置30。图1示出测定装置20和检测装置10的多个组经由网络12与监视装置30进行通信的例子。此外，检测装置10和测定装置20也可以作为测定用户的状态的测定系统发挥功能。
取而代之，检测装置10例如也可以经由网络12来将测定出的结果发送到监视装置30。在该情况下，监视装置30也作为测定装置20发挥功能。此外，网络12可以是因特网，取而代之也可以是局域网。
监视装置30例如是服务器等计算机。监视装置30具有获取部40、存储部50、探测部60以及通知部70。获取部40与一个或多个测定装置20分别连接，来分别获取表示与测定装置20对应的用户的状态的测定结果。获取部40既可以经由网络12与多个测定装置20连接，也可以与多个测定装置20直接连接。
存储部50存储所获取到的多个测定装置20的测定结果。另外，存储部50也可以分别存储在监视系统S进行动作的过程中生成的(或利用的)中间数据、计算结果、阈值以及参数等。另外，存储部50也可以与监视系统S内的各部的请求相应地将所存储的数据提供给请求源。
探测部60探测一个或多个用户的状态中的异常的状态。探测部60例如探测多个用户中的动作、呼吸以及心搏等状态异常的用户。在该情况下，探测部60也可以探测该用户为异常的状态的持续时间等。探测部60例如探测多个用户中的心搏小于阈值的用户。在该情况下，探测部60也可以探测该用户的心搏小于阈值的状态的持续时间等。
通知部70与探测部60探测到异常的状态的用户的情况相应地向外部通知探测到异常的用户的情况。通知部70例如针对监视系统S的操作者等将探测到异常的情况显示在显示部等中。通知部70也可以发出声音等来通知探测到异常的情况。另外，通知部70也可以经由网络12向外部的服务器等通知探测到异常的情况。通知部70也可以对用户本人也通知探测到异常的情况。在该情况下，通知部70例如向用户所拥有的便携式终端等进行通知。
如上所述，本实施方式所涉及的监视系统S基于用户所携带的检测装置10的检测结果来测定用户的状态，因此不需要大规模的测定装置等。另外，监视系统S能够使用网络12等监视多个用户，因此能够与用户的所在地无关地测定用户的状态。监视系统S例如能够监视包含在家疗养中的用户等在内的多个用户的状态。下面说明这样的监视系统S所使用的检测装置10。
[检测装置10的结构例]
图2示出本实施方式所涉及的检测装置10的结构例。图2的(a)示出检测装置10的立体图的一例。图2的(b)示出本实施方式所涉及的检测装置10的截面的结构例。图2的(b)是图2的(a)中的A-A’线截面图的一例。
检测装置10作为用于检测用户的状态的传感器发挥功能。检测装置10是用于检测用户的身体附近的电场的强度的片状的设备。检测装置10具备基板100。基板100例如是能够安装电子部件等的多层基板。图2示出基板100是印刷电路板的例子。另外，基板100也可以具备具有挠性的基材。在该情况下，基板100也可以是柔性基板或由纤维构成的布状的构件。基板100具有第一电极层111、第二电极层112、第三电极层113、第一绝缘层121、第二绝缘层122、第三绝缘层123、部件层130、电源层140以及保护膜150。
第一电极层111、第一绝缘层121、第二电极层112、第二绝缘层122、第三电极层113、第三绝缘层123、部件层130以及电源层140从基板100的第一面起朝向与第一面相对一侧的面按第一电极层111、第一绝缘层121、第二电极层112、第二绝缘层122、第三电极层113、第三绝缘层123、部件层130以及电源层140的顺序配置。此外，在图2中，将基板100的朝向+X方向的面设为第一面。
在第一电极层111设置有正电极210和负电极220。正电极210和负电极220构成产生电场的电极对E。正电极210和负电极220层叠在第一绝缘层121的朝向+X方向的面上。图2示出在基板100的第一面侧由保护膜150覆盖正电极210、负电极220以及第一绝缘层121的一部分的例子。另外，保护膜150也可以被设置为覆盖基板100整体。取而代之，正电极210、负电极220以及第一绝缘层121的一部分也可以露出。
由正电极210和负电极220构成的电极对E是电气特性根据携带检测装置10的用户的运动而发生变化的电气元件的一例。例如，电极对E的近处的阻抗根据基于用户的呼吸或心搏等身体的状态的运动而发生变化。其结果，电极对E所产生的电场的状态发生变化，构成电极对E的电极之间的电位差发生变化。检测装置10通过检测构成这种电极对E的电极之间的阻抗的变化，来输出表示电极对E的近处的电场的强度的变化的检测值。
在第二电极层112设置有保护电极230。保护电极230设置在与正电极210及负电极220相比离第一面更远的位置，且隔着绝缘物与正电极210及负电极220中的至少一方相向。例如，保护电极230隔着第一绝缘层121与正电极210及负电极220相向。保护电极230层叠在第二绝缘层122的朝向+X方向的面上。
保护电极230例如具有与正电极210相向的正极保护电极232。在该情况下，作为一例，正极保护电极232形成为与正电极210大致相同的形状。正极保护电极232被施加与向正电极210施加的电位大致相同的电位。另外，保护电极230例如具有与负电极220相向的负极保护电极234。在该情况下，作为一例，负极保护电极234形成为与负电极220大致相同的形状。负极保护电极234被施加与向负电极220施加的电位大致相同的电位。
在第三电极层113设置有成为基准电位的基准电极240。基准电位例如是0V等接地电位。基准电极240层叠在第三绝缘层123的朝向+X方向的面上。作为一例，基准电极240形成为覆盖第三绝缘层123的朝向+X方向的面。
在部件层130设置有用于从电极对E产生电场的电路以及用于检测电极对E的电气特性的变化的半导体元件等。部件层130例如是在基板等绝缘材料设置有电路和元件等的构件。部件层130由一个或多个层构成。在后面叙述设置于部件层130的电路和元件。
电源层140向搭载于检测装置10的电路、元件等提供电源。电源层140优选具有能够充电的薄膜型的电池。在该情况下，电池更优选能够从基板100拆卸。图2将部件层130和电源层140示出为不同的层，但不限定于此。部件层130和电源层140也可以是共用的层。另外，层叠部件层130和电源层140的顺序也可以相反。
如上所述，本实施方式所涉及的检测装置10由多层构造的基板100、设置在基板100的正电极210、负电极220、保护电极230及基准电极240、以及与这些电极连接的电路及元件构成。检测装置10对测定装置20输出电场强度检测值，该电场强度检测值表示同构成电极对E的电极之间的电场的强度对应的值。
作为电场强度检测值，并不限定于电场的强度的值本身，只要是如阻抗值或者电流值及电阻值的组合等那样根据电场强度发生变化的值，则能够使用任意的值。检测装置10也可以对测定装置20输出基于电场的强度而被处理或加工后的信号。下面说明设置于这种检测装置10的电路和元件。
[半导体元件310的结构例]
图3示出本实施方式所涉及的半导体元件310的结构例。半导体元件310是设置于部件层130的集成电路的一例。半导体元件310输出同正电极210与负电极220之间的电场强度对应的电场强度检测值。半导体元件310具有电场产生电路312、电压检测电路314、A/D转换器316、电位调整电路318以及第一通信部320。
电场产生电路312向正电极210与负电极220之间供给电流或电压，从基板100的一个第一面产生电场。电场产生电路312例如通过向正电极210供给微弱电流而在正电极210与负电极220之间产生电场。例如，当在正电极210与负电极220之间流动位移电流时，在正电极210与负电极220之间产生与该位移电流相应的磁力线(磁场)，并进一步产生与所产生的该磁力线相应的电力线(电场)。而且，在从基板100的第一面离开的方向上重复产生磁场以及产生电场，来传播电波。这样，电场产生电路312向正电极210与负电极220之间供给电流或电压，使空间中产生电场和位移电流。电场产生电路312例如基于从外部接收到的控制信号等来决定供给微弱电流的定时和电流值。
电压检测电路314检测正电极210与负电极220之间的电位差。电压检测电路314例如检测在电场产生电路312使大致固定的电流流过电极对E的期间的、电极对E的电位差的变化。电极对E的电位差为与电极对E的近处的阻抗的变化对应的大小，例如，阻抗越大则电位差越大。电压检测电路314将同正电极210与负电极220之间的电位差相当的电压的信号提供给A/D转换器316。
A/D转换器316将从电压检测电路314接收到的模拟信号转换为数字信号。即，A/D转换器316生成与电压检测电路314所输出的信号的电压值对应的数字数据。A/D转换器316将所生成的数字信号提供给第一通信部320。
电位调整电路318使正电极210和负电极220中的对应于保护电极230的电极的电位与保护电极230的电位为相同电位。电位调整电路318例如使正电极210和正极保护电极232在仍保持绝缘性的状态下为相同电位。另外，电位调整电路318例如使负电极220和负极保护电极234在仍保持绝缘性的状态下为相同电位。
第一通信部320基于从A/D转换器316接收到的数字信号，来生成基于由半导体元件310输出的电场强度检测值的发送信号，并向基板100的外部提供该信号。第一通信部320能够通过无线或有线与外部进行通信。作为一例，第一通信部320经由Bluetooth(注册商标)等无线信道与测定装置20进行通信。
另外，第一通信部320接收从外部发送来的控制信号，并向基板100的内部提供该控制信号。第一通信部320例如从测定装置20接收根据如上所述预先决定的通信方式的控制信号，并将该控制信号提供给电场产生电路312。
以上的半导体元件310根据来自电源层140的电源供给而进行动作。在该情况下，电源层140例如向电场产生电路312、电压检测电路314、A/D转换器316、电位调整电路318以及第一通信部320提供电源。此外，图3示出设置于部件层130的一个半导体元件310的例子，但不限定于此。电场产生电路312、电压检测电路314、A/D转换器316、电位调整电路318以及第一通信部320中的一个或多个构件也可以形成为各不相同的半导体元件并被安装于部件层130。下面说明利用这样的半导体元件310向用户辐射的电场。
[由电极对E产生的电场的强度分布]
图4示出在本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的周边产生的电场的强度分布的一例。图4示出使正电极210和负电极220平行排列的电极对E的例子。在图4中，颜色深的区域的电场强度大于颜色浅的区域的电场强度。可知通过电场产生电路312向正电极210供给微弱电流而在正电极210与负电极220之间产生强电场区域。
例如，用户的胸部由于该用户的呼吸以及心脏的搏动而发生位移。另外，在身体内流动的电流的大小与由心搏引起的血流的阻抗变化或由呼吸引起的肺的阻抗变化同步地发生变化。当向发生了这种变化的区域供给从正电极210和负电极220产生的电场时，在正电极210与负电极220之间产生的电场的强度水平根据用户的呼吸以及心脏的搏动而发生变化。
当电场强度发生变化时，正电极210与负电极220之间的电位差发生变化。测定装置20能够基于由电压检测电路314检测到的正电极210与负电极220之间的电位差的变化，来确定用户的呼吸以及心脏的搏动的状态。另外，监视装置30能够根据确定的用户的状态来监视有无发生异常。
这样，检测装置10的第一面被配置成朝向用户，以使从正电极210和负电极220产生的电场到达用户的身体的至少一部分。通过将检测装置10配置在例如用户的胸部等、能够在阻抗等根据用户的状态而发生变化的区域中产生电场的程度的位置，监视系统S能够简便地监视用户的状态。
如在图2中说明的那样，检测装置10形成为具有多个层构造的基板100。这样的层构造例如能够形成为数mm左右以下的厚度的板状。另外，作为一例，基板100的大小能够形成为能够收容于用户的胸袋等中的卡尺寸程度。因而，只要用户将检测装置10放入衣服的口袋等中来携带，则监视系统S能够监视该用户的状态。
在该情况下，在图4中，优选以使用户的身体位于比正电极210和负电极220更靠+X方向侧的方式配置检测装置10。另外，如图4中还示出那样，在正电极210与负电极220之间产生的电场也朝向-X方向产生。这种朝向-X方向的电场不能用作用于检测用户的状态的电场。另外，朝向-X方向的电场有时作为噪声对设置在比正电极210和负电极220更靠+X方向侧的电路和元件等造成影响。
因此，在检测装置10中设置有与正电极210和/或负电极220对应的保护电极230，使这种朝向-X方向的电场减小。另外，在检测装置10中，在比保护电极230更靠-X方向侧还设置有成为基准电位的第三电极层113。由此，在比第三电极层113更靠-X方向侧设置的部件层130中，能够使由电极对E产生的电场减小。
此外，说明了在以上的检测装置10中设置有一个由正电极210和负电极220构成的电极对E的例子，但不限定于此。检测装置10也可以设置有多个电极对E。在该情况下，也可以在部件层130与多个电极对E对应地设置多个半导体元件310。
在部件层130形成多个半导体元件310的情况下，优选的是，半导体元件310的各半导体元件310设置在比与其它的半导体元件310对应的电极对E更靠近与自身对应的电极对E的位置。另外，优选的是，使多个半导体元件310的各个半导体元件310与对应于各个半导体元件310的电极对E之间的多个距离相同。即，在半导体元件310和电极对E的多个组中，半导体元件310与对应于该半导体元件310的电极对E(正电极210和负电极220的组)之间的距离是固定的。该距离例如是电极对E中包括的正电极210的中心位置与负电极220的中心位置的中间位置同半导体元件310的中心位置之间的距离。
通过这样使多个半导体元件310的各半导体元件310与所对应的电极对E之间的距离固定，从而多个半导体元件310各自的电场强度的检测灵敏度(即，相对于电场强度的电场强度检测值的大小)大致相同。因而，检测装置10能够在基板100中与位置无关地以高精度检测电场的变化。
另外，多个半导体元件310的各半导体元件310例如从共用的第一通信部320向测定装置20发送表示电场强度检测值的数字数据。多个半导体元件310的各半导体元件310例如在从测定装置20接收到指定了自身的地址的命令的定时，向测定装置20发送包含电场强度检测值的数字数据。
多个半导体元件310例如基于从测定装置20输入的控制信号，在同一定时测定正电极210与负电极220之间的电位差。多个半导体元件310的各半导体元件310在自身发送电场强度检测值的定时之前临时保持表示测定出的电位差的电场强度检测值，在自身发送电场强度检测值的定时向测定装置20发送包含电场强度检测值的数字数据。
取而代之或者除此以外，用户也可以在不同的身体的位置携带多个检测装置10。通过这样，从而测定装置20能够在各测定定时同时确定多个不同的位置的近处的用户的身体的状态。下面说明这样的测定装置20。
[测定装置20的结构例]
图5示出本实施方式所涉及的测定装置20的结构例。测定装置20基于由检测装置10的第一通信部320发送来的信号，来测定用户等生物体的状态。测定装置20具备第二通信部410、控制部420、存储部430、估计部440、预测部450以及输出部460。
第二通信部410与检测装置10之间发送接收信号。第二通信部410例如接收基于由第一通信部320发送来的电场强度检测值的信号。第二通信部410例如向控制部420通知从一个或多个第一通信部320接收到的数字数据。在此，第二通信部410也可以将从第一通信部320接收到的数字数据与用于识别半导体元件310的识别信息相关联地向控制部420通知。另外，第二通信部410向第一通信部320发送用于控制检测装置10的信号。
第二通信部410还可以与监视装置30之间发送接收信号。第二通信部410例如向监视装置30发送测定装置20的测定结果。另外，第二通信部410也可以从监视装置30接收用于控制检测装置10的信号。
第二通信部410通过有线和/或无线与检测装置10及监视装置30分别进行通信。第二通信部410例如通过Wi-Fi(注册商标)等无线LAN、Bluetooth(注册商标)、便携式通信等来发送接收数据。另外，第二通信部410也可以从外部的数据库等发送接收信息。
控制部420使由第二通信部410接收到的数字数据存储在存储部430中。控制部420控制测定装置20内的动作定时等。例如，控制部420控制第二通信部410的通信定时。另外，控制部420控制测定装置20的测定定时、测定结果的发送定时等。作为一例，控制部420具有CPU等。
存储部430存储由第二通信部410接收到的数字数据。另外，存储部430也可以分别存储在测定装置20进行动作的过程中生成的(或利用的)中间数据、计算结果、阈值以及参数等。另外，存储部430也可以与测定装置20内的各部的请求相应地向请求源提供所存储的数据。存储部430例如具有ROM和RAM，例如在控制部420执行程序等的情况下，也存储该程序。
估计部440基于由第二通信部410接收到的接收信号，来估计用户的运动、心搏以及血压中的至少一个。估计部440例如根据电场强度的变化来计算阻抗的随时间的变动，根据该阻抗的随时间的变动来估计用户的状态。在该情况下，估计部440根据阻抗的变动周期和/或变动幅度来估计用户的状态。
另外，估计部440也可以通过将预先测定出的用户的状态与阻抗的变化之间的对应关系同阻抗的随时间的变动进行比较，来估计用户的状态。在该情况下，优选的是，存储部430预先存储用户的状态与阻抗的变化之间的对应关系。估计部440估计与阻抗的变化对应的、由呼吸引起的身体和/或肺的变动、由心脏的搏动引起的身体的变动、由心搏引起的血流的变动等用户的状态。估计部440例如基于来自控制部420的指示来估计用户的状态。
预测部450基于估计部440的估计结果来预测用户的将来的状态。预测部450例如基于用户的呼吸、心脏的搏动和/或血流的估计结果，来预测用户是否处于睡眠中、是否向睡眠状态转变、是否向从睡眠中醒来的状态转变。另外，预测部450也可以预测用户是否为睡眠时无呼吸状态、是否向无呼吸状态转变、是否从无呼吸状态向呼吸状态转变。
并且，预测部450也可以基于估计部440的定期的用户的状态的估计结果来预测该用户的健康状态、将来的健康状态等。预测部450也可以基于存储在外部或内部的统计信息来预测用户的状态。预测部450例如基于来自控制部420的指示来预测用户的状态。
输出部460输出估计部440的估计结果和/或预测部450的预测结果。输出部460例如也可以使估计结果和预测结果显示在显示器等显示装置中。输出部460也可以使估计结果和预测结果存储在存储部430中。输出部460例如基于来自控制部420的指示来输出估计结果和预测结果。
以上的本实施方式所涉及的测定装置20优选由集成电路等形成。另外，更优选的是，测定装置20构成为搭载有电池等的移动型的便携式装置。由此，测定装置20能够容易地保持在用户的口袋、带子、包等中。在该情况下，用户能够携带检测装置10和测定装置20。
另外，测定装置20也可以构成为用户所携带的终端的一部分。终端例如是便携式电话、智能手机、游戏机、平板型PC、小型PC以及笔记本型PC等能够通信的设备。此外，在测定装置20是如便携式电话那样能够以使至少一个面朝向用户的身体的方式携带的设备的情况下，检测装置10和测定装置20也可以形成为一体的装置。
另外，在测定装置20具有能够执行测定结果的数据处理的程度的处理能力的情况下，测定装置20也可以作为监视装置30发挥功能。在该情况下，测定装置20和监视装置30形成为一体的装置。并且，检测装置10、测定装置20以及监视装置30也可以形成为一体的装置。
检测装置10的保护电极230成为与电极对E中的对应的电极大致相同的电位，因此使电极对E所产生的电场中的、从基板100的与第一面相反一侧的面泄漏的电场减少。由此，检测装置10从第一面侧有效地向用户输出电场，并且减少电场向与第一面相反一侧的面的泄漏，从而能够减少噪声等的发生。因而，即使检测装置10例如形成为与测定装置20成为一体，也能够防止对测定装置20造成影响的那样的噪声的产生。
如上所述，本实施方式所涉及的监视系统S能够将检测装置10形成为小型，因此用户通过以使检测装置10的第一面朝向用户的身体的方式携带，从而能够简便地检测该用户的状态。下面叙述设置在这种检测装置10中的正电极210和负电极220。
[正电极210和负电极220]
图6示出本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的结构例。图6的(a)是正电极210和负电极220的俯视图，图6的(b)是B-B’线截面图。图6所示的正电极210的轮廓是正方形，在正电极210的内侧具有能够收容负电极220的正方形的空隙区域，但正电极210的轮廓线形状以及内侧的空隙区域的形状是任意的。
图7示出在本实施方式所涉及的正电极210和负电极220的周边产生的电流密度分布的一例。电流密度分布与在正电极210及负电极220的周边产生的电场的强度分布成比例。在图7中，颜色深的区域的电流密度大于颜色浅的区域的电流密度。可知通过电场产生部131向正电极210供给微弱电流而在正电极210与负电极220之间产生强电场区域。此外，也可以构成为正电极210与负电极220之间的位置关系相反，即构成为负电极220包围正电极210。
图8示出将图6所示的正电极210和负电极220安装于人的胸部的状态下的、正电极210与负电极220之间的阻抗发生变化的情形。图8示出在将正电极210和负电极220粘贴到人的胸部部分的衣服上的状态下、测定出在正电极210中流动频率为1MHz的微弱电流的期间的、正电极210与负电极220之间的电位差的例子。而且，示出基于正电极210和负电极220中流动的微弱电流的大小(电流值)和测定出的电位差来计算阻抗而得到的结果。所使用的正电极210的轮廓线形状是一边为40mm的正方形。
在图8中示出与心搏同步的阻抗的变化(图8中的a)以及与呼吸同步的阻抗的变化(图8中的b)。也能够确认：在进行深呼吸时阻抗的变化量变大(图8中的c)，在停止呼吸的期间阻抗的变化量变小(图8中的d)。关于以上的本实施方式所涉及的电极对E，说明了以图6所示那样的形状形成的例子，但不限定于此。只要能够对用户的身体施加电场，则电极对E也可以形成为任意的形状。
[电极对E的第一变形例]
图9示出本实施方式所涉及的电极对E的第一变形例的结构。图9的(a)是第一变形例所涉及的正电极211和负电极220的俯视图，图9的(b)是从C的方向观察正电极211和负电极220而得到的图。正电极211在除设置有将负电极220与半导体元件310连接的布线311的位置以外的区域中包围负电极220。在设置有布线311的位置处未设置正电极211，布线311不与正电极211重叠。当布线311与正电极211重叠时，有时在布线311与正电极211重叠的区域中产生电场，在该情况下，发生能量的损耗。通过如图9所示那样构成正电极211和负电极220，从而检测装置10能够抑制能量的损耗，因此能够提高正电极211与负电极220之间的电位差的测定精度。
[电极对E的第二变形例]
图10示出本实施方式所涉及的电极对E的第二变形例的结构。图10的(a)是第二变形例所涉及的正电极212和负电极220的俯视图，图10的(b)是D-D’线截面图。正电极212的形状是正方形，负电极220隔着绝缘构件222设置在正电极212的上方。根据这样的结构，也能够产生与图6所示的正电极210和负电极220同等的电场。
[保护电极230]
图11示出本实施方式所涉及的保护电极230和电位调整电路318的结构例。图11的(a)示出在第一绝缘层121的、同形成于第一面侧的正电极210相反一侧的面设置有正极保护电极232的例子，来作为一例。正极保护电极232与具有运算放大器的电位调整电路318连接。
图11的(a)所示的例子中的电位调整电路318是电压跟随器。正电极210与运算放大器的正侧输入端子连接，正极保护电极232与运算放大器的输出端子连接，由此，正极保护电极232的电位与正电极210的电位相等。虽然在图11的(a)中未示出，但电位调整电路318也可以还具有通过同样的电路结构来使负电极220的电位与负极保护电极234的电位相等的电路。
图11的(b)示出设置有与图6所示的正电极210和负电极220分别相向的正极保护电极232和负极保护电极234的例子。图11的(c)示出设置有与图10所示的正电极212和负电极220分别相向的正极保护电极232和负极保护电极234的例子。在图11的(c)所示的例子中，在正电极212与负电极220之间隔着绝缘体222a和绝缘体222b设置有负极保护电极234。
虽然在图11的(b)和图11的(c)中未示出，但检测装置10还具有用于使正极保护电极232的电位与正电极210的电位相等的电位调整电路318、以及用于使负极保护电极234的电位与负电极220的电位相等的电位调整电路318。通过这样在检测装置10中设置保护电极230和电位调整电路318，从而由于电流流过正电极210和负电极220而产生的电场不会泄漏到基板100的相反一侧，因此基板100的形成有正电极210和负电极220的第一面侧的电场强度变大。其结果，监视系统S能够提高生物体的位移量的检测精度。
此外，电极形状不限于正方形或长方形，也可以是圆、椭圆或者正方形和长方形以外的多边形。另外，在检测装置10中，也可以在正电极210、负电极220以及保护电极230中的至少任一个电极的背面还设置屏蔽层(接地电位层)。
如上所述，本实施方式所涉及的检测装置10具备保护电极230，能够减少对设置于部件层130的电路及元件造成影响的噪声。因而，即使在部件层130进一步搭载其它种类的传感器等，也能够在不使传感器的检测精度因噪声等降低的情况下进行动作。
因此，也可以在基板100还设置温度传感器作为其它种类的传感器的一例。在该情况下，第一通信部320向测定装置20发送基于温度传感器的检测结果和电场强度检测值的信号。并且，也可以在基板100设置多个温度传感器。例如，多个温度传感器被设置为隔着隔热材料在用户的躯干方向和体外方向上分别独立地配置来能够检测外部气温与体温之差。
根据这些，预测部450能够基于温度传感器的连续时间的检测结果，来进一步预测用户的体温的变动。另外，预测部450也可以基于用户的体温等的随时间的变动，来预测体内的盐分和水分的平衡状态。由此，监视系统S例如能够防用户陷入中暑等于未然。
如上所述，检测装置10能够搭载其它种类的传感器来将各种检测结果发送到测定装置20。例如，基板100也可以在与第三电极层113相比离第一面更远的位置处还具备搭载部，该搭载部搭载加速度传感器、陀螺仪传感器以及六轴传感器等中的至少一个。此外，搭载部也可以除了搭载这种用于检测相对的运动量/位置变动的传感器之外，还搭载或者代替它们而搭载GPS传感器、Wi-Fi模块等用于检测绝对位置信息的传感器。另外，搭载部也可以搭载磁传感器等，该磁传感器检测在检测空间内产生的位移电流的强度变化来作为磁场的强度。搭载部既可以设置于部件层130，也可以取而代之而设置于基板100的与第一面相反一侧的面。
另外，也可以代替电压检测电路314而使用磁传感器。在该情况下，半导体元件310输出对同正电极210与负电极220之间的电场强度的变化对应的磁场强度的变化进行检测而得到的磁场强度检测值。
如上所述，当在正电极210与负电极220之间流动位移电流时，在正电极210与负电极220之间产生与该位移电流相应的磁场，进一步产生与所产生的该磁场相应的电场。而且，在从基板100的第一面离开的方向上重复产生磁场以及产生电场，来传播电波。
而且，在传播了电波的空间中存在具有阻抗的物质的情况下，电场强度根据该阻抗的大小而发生变化。于是，磁场也与变化的电场相应地发生变化。磁传感器检测与这样的电场强度的变化对应的磁场强度的变化。磁传感器例如是能够检测μT(微特斯拉)、nT(纳特斯拉)、pT(皮特斯拉)、fT(飞特斯拉)这样的单位量级的微弱的磁场的高灵敏度磁传感器。
在电压检测电路314检测正电极210与负电极220之间的电位差中，当将到成为测定对象的位置为止的距离设为r时，灵敏度约为1/r2。与此相对地，当通过使用这样的磁传感器来直接测定磁场的变化时，灵敏度约为1/r，因此能够有效地检测阻抗的变化。
如上所述，检测装置10能够形成为小型。因此，一个或多个检测装置10也可以被安装在用户所穿着的衣服上。然后，测定装置20与一个或多个检测装置10进行通信来测定用户的状态。在该情况下，检测装置10优选形成为卡型。
在此，检测装置10也可以与其它种类的卡形成为一体。例如，检测装置10与ID卡、预付卡、信用卡、积分卡、月票、挂号卡等这样的、用于与检测用户的状态的用途不同的用途的卡形成为一体。由此，用户易于携带检测装置10，例如也能够容易地执行跨越长时间的连续测定。
由于用户能够携带检测装置10，因此例如用户无论在自家中还是从自家外出而利用电车、汽车等进行移动，以上的监视系统S都能够检测用户的状态。取而代之或除此以外，检测装置10也可以搭载于由用户佩戴的夹具等。
图12示出本实施方式所涉及的监视系统S的变形例。在变形例的监视系统S中，一个或多个检测装置10被安装于搭载于座椅的座椅安全带500。然后，测定装置20与一个或多个检测装置10进行通信，来测定就坐于座椅并系上座椅安全带的用户的状态。在该情况下，例如由于能够使多个检测装置10容易地紧贴于用户的身体，因此能够高精度地检测多个部位的阻抗的变化，能够提高测定装置20的测定精度。
测定装置20例如设置在设置有座椅安全带500的车的内部。另外，监视装置30例如设置在车的外部。这样的监视系统S能够容易地远程监视车行驶中的用户的状态。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式中记载的范围，在其主旨的范围内能够进行各种变形和变更。例如，装置的分散/合并的具体实施方式不限于以上的实施方式，关于其全部或一部分，能够以任意的单位在功能上或物理上进行分散/合并来构成。另外，由多个实施方式的任意的组合产生的新的实施方式也包含在本发明的实施方式中。由组合产生的新的实施方式的效果兼有原来的实施方式的效果。
附图标记说明
10：检测装置；12：网络；20：测定装置；30：监视装置；40：获取部；50：存储部；60：探测部；70：通知部；100：基板；111：第一电极层；112：第二电极层；113：第三电极层；121：第一绝缘层；122：第二绝缘层；123：第三绝缘层；130：部件层；140：电源层；210：正电极；211：正电极；212：正电极；220：负电极；222：绝缘构件；230：保护电极；232：正极保护电极；234：负极保护电极；240：基准电极；310：半导体元件；311：布线；312：电场产生电路；314：电压检测电路；316：A/D转换器；318：电位调整电路；320：第一通信部；410：第二通信部；420：控制部；430：存储部；440：估计部；450：预测部；460：输出部；500：座椅安全带。

Claims (14)

1.一种检测装置，具备：
基板；
设置于所述基板的正电极和负电极；
电场产生电路，其向所述正电极与所述负电极之间供给电流或电压，来从所述基板的一个第一面产生电场；
保护电极，其设置在与所述正电极及所述负电极相比离所述第一面更远的位置，且隔着绝缘物与所述正电极及所述负电极中的至少一方相向；
电位调整电路，其使对所述正电极和所述负电极中的对应于所述保护电极的电极施加的电位与所述保护电极的电位为相同电位；以及
半导体元件，其输出同所述正电极与所述负电极之间的电场强度对应的电场强度检测值。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述保护电极具有与所述正电极相向的正极保护电极以及与所述负电极相向的负极保护电极。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，
所述基板具有：
第一电极层，其设置有所述正电极和所述负电极；
第二电极层，其设置有所述保护电极；以及
第三电极层，其设置有成为基准电位的基准电极，
其中，所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层从所述基板的所述第一面起朝向与所述第一面相反一侧的面按所述第一电极层、所述第二电极层以及所述第三电极层的顺序配置。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，
所述基板在与所述第三电极层相比离所述第一面更远的位置处还具备搭载部，所述搭载部搭载加速度传感器、陀螺仪传感器以及六轴传感器中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的检测装置，其特征在于，
还具备电源层，所述电源层向所述电场产生电路、所述电位调整电路以及所述半导体元件提供电源。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的检测装置，其特征在于，
还具备第一通信部，所述第一通信部生成基于由所述半导体元件输出的所述电场强度检测值的信号，并向所述基板的外部提供该信号。
7.一种测定系统，具备：
根据权利要求1至6中的任一项所述的所述检测装置，其被配置为使从所述正电极和所述负电极产生的电场到达生物体的至少一部分；以及
测定装置，其基于所述检测装置的检测结果来测定所述生物体的状态。
8.根据权利要求7所述的测定系统，其特征在于，
所述测定装置具备：
第二通信部，其与所述检测装置进行通信，来接收基于所述电场强度检测值的信号；以及
估计部，其基于所接收到的接收信号，来估计所述生物体的动作、心搏以及血压中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的测定系统，其特征在于，
所述测定装置还具备预测部，所述预测部基于所述估计部的估计结果来预测所述生物体的将来的状态。
10.根据权利要求9所述的测定系统，其特征在于，
在所述基板还设置有温度传感器，
所述检测装置发送基于所述温度传感器的检测结果和所述电场强度检测值的信号，
所述预测部基于所述温度传感器的连续时间的检测结果，来预测所述生物体的内部的盐分和水分的平衡状态、以及所述生物体的体温的变动中的至少一个。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的测定系统，其特征在于，
还具备搭载于座椅的座椅安全带，
所述检测装置安装于所述座椅安全带，
所述测定装置与一个或多个所述检测装置进行通信，来测定就座于所述座椅并系上所述座椅安全带的所述生物体的状态。
12.根据权利要求7至10中的任一项所述的测定系统，其特征在于，
一个或多个所述检测装置被安装在所述生物体所穿着的衣服上，
所述测定装置与一个或多个所述检测装置进行通信，来测定所述生物体的状态。
13.一种监视系统，具备：
根据权利要求7至12中的任一项所述的所述测定系统；
获取部，其与所述测定装置分别连接，获取表示所述生物体的状态的测定结果；以及
探测部，其探测所述生物体的状态中的异常的状态。
14.一种程序，
当由计算机执行时，使所述计算机作为根据权利要求13所述的所述监视系统的至少一部分发挥功能。
CN201980060127.3A 2018-07-19 2019-07-19 检测装置、测定系统、监视系统以及程序 Pending CN112689766A (zh)

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