JP2022182179A - 電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム - Google Patents

電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

Figure 2022182179000001
【課題】電波の送受信により人体などの心拍を検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】電子機器は、送信波を送信する送信アンテナと、送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、送信波として送信される送信信号及び反射波として受信される受信信号に基づいて、送信波を反射する対象の心拍を検出する制御部と、を備える。制御部は、対象の方向に送信波のビームを形成することにより、対象の心拍を検出する。
【選択図】図２

Description

本開示は、電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムに関する。
例えば自動車に関連する産業などの分野において、自車両と所定の物体との間の距離などを測定する技術が重要視されている。特に、近年、ミリ波のような電波を送信し、障害物などの物体に反射した反射波を受信することで、物体との間の距離などを測定するレーダ（RADAR（Radio Detecting and Ranging））の技術が、種々研究されている。このような距離などを測定する技術の重要性は、運転者の運転をアシストする技術、及び、運転の一部又は全部を自動化する自動運転に関連する技術の発展に伴い、今後ますます高まると予想される。
また、送信された電波が所定の物体に反射した反射波を受信することで、当該物体の存在などを検出する技術について、種々の提案がされている。例えば特許文献１は、複数の受信アンテナによって受信された無線信号を利用して、人物のような動体が存在する方向等の推定を行う推定装置を提案している。また、例えば特許文献２は、レーダ技術を適用することにより、被験体の心拍数及び呼吸数の少なくとも一方を含むバイタルサインを、非接触で検出する方法を提案している。
特開２０１９－１３２８５０号公報 特開２０１８－１５３６１９号公報
人体などの心拍のような微弱な振動を、例えばミリ波のような電波の送受信により良好に検出できれば、利便性を高めることができる。
本開示の目的は、電波の送受信により人体などの心拍を検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することにある。
一実施形態に係る電子機器は、
送信波を送信する送信アンテナと、
前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出する制御部と、
を備える。
前記制御部は、前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出する。
一実施形態に係る電子機器の制御方法は、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を受信アンテナから受信するステップと、
前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出するステップと、
前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出するステップと、
を含む。
一実施形態に係るプログラムは、
電子機器に、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を受信アンテナから受信するステップと、
前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出するステップと、
前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出するステップと、
を実行させる。
一実施形態によれば、電波の送受信により人体などの心拍を検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することができる。
一実施形態に係る電子機器の使用態様を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る電子機器の構成の一部を示す機能ブロック図である。 一実施形態に係る送信信号の構成を説明する図である。 一実施形態に係る電子機器の動作を説明するフローチャートである。 一実施形態に係る制御部における処理の例を示す図である。 一実施形態に係る制御部における処理の例を示す図である。
以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本開示において、「電子機器」とは、電力により駆動する機器としてよい。また、「ユーザ」とは、一実施形態に係るシステム及び／又は電子機器を使用する者（典型的には人間）としてよい。ユーザは、一実施形態に係る電子機器を用いることで、人間などの対象の監視を行う者を含んでもよい。また、「対象」とは、一実施形態に係る電子機器によって監視される対象となる者（例えば人間又は動物）としてよい。さらに、ユーザは、対象を含むものとしてもよい。
一実施形態に係る電子機器は、当該電子機器の周囲に存在する人間などの対象の心拍を検出することができる。一実施形態に係る電子機器が利用される場面として想定されるのは、例えば、会社、病院、老人ホーム、学校、スポーツジム、及び介護施設などのような、社会活動を行う者が使用する特定の施設などとしてよい。例えば、会社であれば従業員などの健康状態の把握及び／又は管理は、極めて重要である。同様に、病院であれば患者及び医療従事者など、また老人ホームであれば入居者及びスタッフなどの健康状態の把握及び／又は管理は、極めて重要である。一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、上述の、会社、病院、及び老人ホームなどの施設に限定されず、対象の健康状態の把握及び／又は管理などが望まれる任意の施設としてよい。任意の施設は、例えば、ユーザの自宅などの非商業施設も含んでもよい。また、一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、屋内に限られず、屋外としてもよい。例えば、一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、電車、バス、及び飛行機などの移動体内、並びに、駅及び乗り場などとしてもよい。また、一実施形態に係る電子機器が利用される場面として、自動車、航空機、若しくは船舶などの移動体、ホテル、ユーザの自宅、自宅でのリビングルーム、お風呂、トイレ、又は寝室などとしてもよい。
一実施形態に係る電子機器は、例えば、介護施設などにおいて、要看護者又は要介護者などのような対象の心拍を検出又は監視する用途で用いられてよい。また、一実施形態に係る電子機器は、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の心拍に異常が認められる場合に、例えば本人及び／又は他の者に所定の警告を発してもよい。したがって、一実施形態に係る電子機器によれば、例えば本人及び／又は介護施設などのスタッフは、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の脈拍に異常が認められることを認識し得る。一方、一実施形態に係る電子機器は、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の心拍に異常が認められない（つまり正常と認められる）場合に、例えば本人及び／又は他の者にその旨を報知してもよい。したがって、一実施形態に係る電子機器によれば、例えば本人及び／又は介護施設などのスタッフは、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の脈拍が正常であることを認識し得る。
また、一実施形態に係る電子機器は、人間以外の他の動物を対象として、脈拍を検出してもよい。以下説明する一実施形態に係る電子機器は、例えばミリ波レーダのような技術に基づくセンサによって人間の脈拍を検出するものとして説明する。
一実施形態に係る電子機器は、任意の静止物に設置されてもよいし、任意の移動体に設置されてもよい。一実施形態に係る電子機器は、送信アンテナから、電子機器の周囲に送信波を送信することができる。また、一実施形態に係る電子機器は、受信アンテナから、送信波が反射された反射波を受信することができる。送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方は、電子機器に備えられるものとしてもよいし、例えばレーダセンサ等に備えられてもよい。
以下、典型的な例として、一実施形態に係る電子機器は、静止しているものとして説明する。一方、一実施形態に係る電子機器が脈拍を検出する対象は、静止していてもよいし、移動していてもよいし、静止した状態で身体を動かしていてもよい。一実施形態に係る電子機器は、通常のレーダセンサと同様に、電子機器の周囲の物体が移動し得るような状況において、電子機器と当該物体との間の距離などを測定することができる。また、一実施形態に係る電子機器は、電子機器及び物体の双方が静止していても、電子機器と物体との間の距離などを測定することができる。
一実施形態に係る電子機器について、以下、図面を参照して詳細に説明する。まず、一実施形態に係る電子機器による物体の検出の例を説明する。
図１は、一実施形態に係る電子機器の使用態様の一例を説明する図である。図１は、一実施形態に係る送信アンテナ及び受信アンテナを備えるセンサの機能を備える電子機器の例を示している。
図１に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、後述する送信部２０及び受信部３０を備えてよい。後述のように、送信部２０は送信アンテナを備えてよい。また、受信部３０は受信アンテナを備えてよい。電子機器１、送信部２０、及び受信部３０の具体的な構成については後述する。また、電子機器１は、電子機器１に含まれる制御部１０（図２）の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを、適宜含んでもよい。また、電子機器１は、電子機器１に含まれる制御部１０（図２）の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを、電子機器１の外部に備えてもよい。図１において、電子機器１は、移動せずに静止していてよい。
図１に示す例において、電子機器１は、送信アンテナを備える送信部２０及び受信アンテナを備える受信部３０を、１つ備えるように示してある。しかしながら、電子機器１は、例えば複数の送信部２０及び／又は複数の受信部３０を備えてもよい。また、後述のように、送信部２０は複数の送信アンテナを備えてもよい。また、受信部３０は複数の受信アンテナを備えてもよい。ここで、送信部２０及び／又は受信部３０が電子機器１に設置される位置は、図１に示す位置に限定されるものではなく、適宜、他の位置としてもよい。また、送信部２０及び／又は受信部３０の個数は、電子機器１による心拍の検出範囲及び／又は検出精度など各種の条件（又は要求）に応じて、１つ以上の任意の数としてよい。
電子機器１は、後述のように、送信アンテナから送信波として電磁波を送信する。例えば電子機器１の周囲に所定の物体（例えば図１に示す対象２００）が存在する場合、電子機器１から送信された送信波の少なくとも一部は、当該物体によって反射されて反射波となる。そして、このような反射波を例えば電子機器１の受信アンテナによって受信することにより、電子機器１は、当該対象をターゲットとして検出することができる。
送信アンテナを備える電子機器１は、典型的には、電波を送受信するレーダ（RADAR（Radio Detecting and Ranging））センサとしてよい。しかしながら、電子機器１は、レーダセンサに限定されない。一実施形態に係る電子機器１は、例えば光波によるLIDAR（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）の技術に基づくセンサとしてもよい。これらのようなセンサは、例えばパッチアンテナなどを含んで構成することができる。RADAR及びLIDARのような技術は既に知られているため、詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略することがある。
図１に示す電子機器１は、送信アンテナから送信された送信波の反射波を受信アンテナから受信する。このようにして、電子機器１は、電子機器１から所定の距離内に存在する所定の対象２００をターゲットとして検出することができる。例えば、図１に示すように、電子機器１は、電子機器１と所定の対象２００との間の距離Ｌを測定することができる。また、電子機器１は、電子機器１と所定の対象２００との相対速度も測定することができる。さらに、電子機器１は、所定の対象２００からの反射波が、電子機器１に到来する方向（到来角θ）も測定することができる。
図１において、ＸＹ平面は、例えば地表にほぼ平行な平面としてよい。この場合、図１に示すＺ軸の正方向は、鉛直上向きを示す。図１において、電子機器１は、ＸＹ平面と平行な平面上に配置されているものとしてよい。また、図１において、対象２００は、例えば、ＸＹ平面にほぼ平行な地表に立っている状態としてよい。
ここで、対象２００とは、例えば電子機器１の周囲に存在する人間などとしてよい。
また、対象２００とは、例えば電子機器１の周囲に存在する動物など、人間以外の生物としてもよい。上述のように、対象２００は、移動していてもよいし、停止又は静止していてもよい。本開示において、電子機器１が検出する物体は、任意の物体のような無生物の他に、人、犬、猫、及び馬、その他の動物などの生物も含む。本開示の電子機器１が検出する物体は、レーダ技術により検知される、人、物、及び動物などを含む物標を含む。
図１において、電子機器１の大きさと、対象２００の大きさとの比率は、必ずしも実際の比率を示すものではない。また、図１において、送信部２０及び受信部３０は、電子機器１の外部に設置した状態を示してある。しかしながら、一実施形態において、送信部２０及び／又は受信部３０は、電子機器１の各種の位置に設置してよい。例えば、一実施形態において、送信部２０及び／又は受信部３０は、電子機器１の内部に設置して、電子機器１の外観に現れないようにしてもよい。
以下、典型的な例として、電子機器１の送信アンテナは、ミリ波（３０ＧＨｚ以上）又は準ミリ波（例えば２０ＧＨｚ～３０ＧＨｚ付近）などのような周波数帯の電波を送信するものとして説明する。例えば、電子機器１の送信アンテナは、７７ＧＨｚ～８１ＧＨｚのように、４ＧＨｚの周波数帯域幅を有する電波を送信してもよい。
図２は、一実施形態に係る電子機器１の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。また、図３は、図２に示す電子機器１の制御部１０をより詳細に示す機能ブロック図である。以下、一実施形態に係る電子機器１の構成の一例について説明する。
ミリ波方式のレーダによって距離などを測定する際、周波数変調連続波レーダ（本開示において、ＦＭＣＷレーダ（Frequency Modulated Continuous Wave radar）と記す）が用いられることが多い。ＦＭＣＷレーダは、送信する電波の周波数を掃引して送信信号が生成される。したがって、例えば７９ＧＨｚの周波数帯の電波を用いるミリ波方式のＦＭＣＷレーダにおいて、使用する電波の周波数は、例えば７７ＧＨｚ～８１ＧＨｚのように、４ＧＨｚの周波数帯域幅を持つものとなる。７９ＧＨｚの周波数帯のレーダは、例えば２４ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、７６ＧＨｚの周波数帯などの他のミリ波／準ミリ波レーダよりも、使用可能な周波数帯域幅が広いという特徴がある。以下、例として、このような実施形態について説明する。本開示で利用されるＦＭＣＷレーダレーダ方式は、通常より短い周期でチャープ信号を送信するＦＣＭ方式（Fast-Chirp Modulation）を含むとしてもよい。信号生成部２１が生成する信号は、ＦＭ－ＣＷ方式の信号に限定されない。信号生成部２１が生成する信号は、ＦＭ－ＣＷ方式以外の各種の方式の信号としてもよい。任意の記憶部に記憶される送信信号列は、これら各種の方式によって異なるものとしてよい。例えば、上述のＦＭ－ＣＷ方式のレーダ信号の場合、時間サンプルごとに周波数が増加する信号及び減少する信号を使用してよい。上述の各種の方式は、公知の技術を適宜適用することができるため、より詳細な説明は省略する。
図２に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、制御部１０を備えている。また、一実施形態に係る電子機器１は、送信部２０、及び受信部３０Ａ～３０Ｄなどの少なくともいずれかのような、他の機能部を適宜含んでもよい。図２に示すように、電子機器１は、受信部３０Ａ～３０Ｄのように、複数の受信部を備えてよい。本開示において、受信部３０Ａと、受信部３０Ｂと、受信部３０Ｃと、受信部３０Ｄとを区別しない場合、単に「受信部３０」と記す。
制御部１０は、図３に示すように、距離ＦＦＴ処理部１１、速度ＦＦＴ処理部１２、判定部１３、到来角推定部１４、振動源抽出部１５、振動要素抽出部１６、振動波形変換部１７、及び心拍データ抽出部１８を備えてよい。制御部１０に含まれるこれらの機能部については、さらに後述する。
送信部２０は、図２に示すように、信号生成部２１、シンセサイザ２２、位相制御部２３Ａ及び２３Ｂ、増幅器２４Ａ及び２４Ｂ、並びに、送信アンテナ２５Ａ及び２５Ｂを備えてよい。本開示において、位相制御部２３Ａと、位相制御部２３Ｂとを区別しない場合、単に「位相制御部２３」と記す。また、本開示において、増幅器２４Ａと、増幅器２４Ｂとを区別しない場合、単に「増幅器２４」と記す。また、本開示において、送信アンテナ２５Ａと、送信アンテナ２５Ｂとを区別しない場合、単に「送信アンテナ２５」と記す。
受信部３０は、図２に示すように、それぞれ対応する受信アンテナ３１Ａ～３１Ｄを備えてよい。本開示において、受信アンテナ３１Ａと、受信アンテナ３１Ｂと、受信アンテナ３１Ｃと、受信アンテナ３１Ｄとを区別しない場合、単に「受信アンテナ３１」と記す。また、複数の受信部３０は、それぞれ、図２に示すように、ＬＮＡ３２、ミキサ３３、ＩＦ部３４、及びＡＤ変換部３５を備えてよい。受信部３０Ａ～３０Ｄは、それぞれ同様の構成としてよい。図２においては、代表例として、受信部３０Ａのみの構成を概略的に示してある。
上述の電子機器１は、例えば送信アンテナ２５及び受信アンテナ３１を備えるものとしてよい。また、電子機器１は、制御部１０などの他の機能部の少なくともいずれかを適宜含んでもよい。
一実施形態に係る電子機器１が備える制御部１０は、電子機器１を構成する各機能部の制御をはじめとして、電子機器１全体の動作の制御を行うことができる。一実施形態において、制御部１０は、反射波として受信部３０が受信した受信信号に各種の信号処理を実行する機能を備えてよい。制御部１０は、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)のような、少なくとも１つのプロセッサを含んでよい。制御部１０は、まとめて１つのプロセッサで実現してもよいし、いくつかのプロセッサで実現してもよいし、それぞれ個別のプロセッサで実現してもよい。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、ＩＣ（Integrated Circuit）ともいう。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。一実施形態において、制御部１０は、例えばＣＰＵ及び当該ＣＰＵで実行されるプログラムとして構成してよい。制御部１０は、制御部１０の動作に必要なメモリ（任意の記憶部）を適宜含んでもよい。
ここで、任意の記憶部（制御部１０の動作に必要なメモリ）は、制御部１０において実行されるプログラム、及び、制御部１０において実行された処理の結果などを記憶してよい。また、任意の記憶部は、制御部１０のワークメモリとして機能してよい。任意の記憶部は、例えば半導体メモリ又は磁気ディスク等により構成することができるが、これらに限定されず、任意の記憶装置とすることができる。また、例えば、任意の記憶部は、本実施形態に係る電子機器１に挿入されたメモリカードのような記憶媒体としてもよい。また、任意の記憶部は、上述のように、制御部１０として用いられるＣＰＵの内部メモリであってもよい。
一実施形態において、任意の記憶部は、送信アンテナ２５から送信する送信波Ｔ及び受信アンテナ３１から受信する反射波Ｒによって物体を検出する範囲を設定するための各種パラメータを記憶してよい。
一実施形態に係る電子機器１において、制御部１０は、送信部２０及び受信部３０の少なくとも一方を制御することができる。この場合、制御部１０は、任意の記憶部に記憶された各種情報に基づいて、送信部２０及び受信部３０の少なくとも一方を制御してよい。また、一実施形態に係る電子機器１において、制御部１０は、信号生成部２１に信号の生成を指示したり、信号生成部２１が信号を生成するように制御したりしてもよい。
また、一実施形態において、制御部１０は、受信アンテナ３１から受信する反射波Ｒに各種の信号処理を行ってもよい。また、一実施形態において、制御部１０は、送信アンテナ２５から送信する送信波Ｔ及び／又は受信アンテナ３１から受信する反射波Ｒについて、各種の信号処理を行ってもよい。さらに、一実施形態において、制御部１０は、送信部２０及び受信部３０の少なくとも一方の機能の少なくとも一部を実装するものとしてもよい。
信号生成部２１は、制御部１０の制御により、送信アンテナ２５から送信波Ｔとして送信される信号（送信信号）を生成する。信号生成部２１は、送信信号を生成する際に、例えば制御部１０による制御に基づいて、送信信号の周波数を割り当ててよい。具体的には、信号生成部２１は、例えば制御部１０によって設定されたパラメータにしたがって、送信信号の周波数を割り当ててよい。例えば、信号生成部２１は、制御部１０又は任意の記憶部から周波数情報を受け取ることにより、例えば７７～８１ＧＨｚのような周波数帯域の所定の周波数の信号を生成する。信号生成部２１は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）のような機能部を含んで構成してよい。
信号生成部２１は、当該機能を有するハードウェアとして構成してもよいし、例えばマイコンなどで構成してもよいし、例えばＣＰＵのようなプロセッサ及び当該プロセッサで実行されるプログラムなどとして構成してもよい。以下説明する各機能部も、当該機能を有するハードウェアとして構成してもよいし、可能な場合には、例えばマイコンなどで構成してもよいし、例えばＣＰＵのようなプロセッサ及び当該プロセッサで実行されるプログラムなどとして構成してもよい。
一実施形態に係る電子機器１において、信号生成部２１は、例えばチャープ信号のような送信信号（送信チャープ信号）を生成してよい。特に、信号生成部２１は、周波数が周期的に線形に変化する信号（線形チャープ信号）を生成してもよい。例えば、信号生成部２１は、周波数が時間の経過に伴って７７ＧＨｚから８１ＧＨｚまで周期的に線形に増大するチャープ信号としてもよい。また、例えば、信号生成部２１は、周波数が時間の経過に伴って７７ＧＨｚから８１ＧＨｚまで線形の増大（アップチャープ）及び減少（ダウンチャープ）を周期的に繰り返す信号を生成してもよい。信号生成部２１が生成する信号は、例えば制御部１０において予め設定されていてもよい。また、信号生成部２１が生成する信号は、例えば任意の記憶部などに予め記憶されていてもよい。レーダのような技術分野で用いられるチャープ信号は既知であるため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。信号生成部２１によって生成された信号は、シンセサイザ２２に供給される。
図４は、信号生成部２１が生成するチャープ信号の例を説明する図である。
図４において、横軸は経過する時間を表し、縦軸は周波数を表す。図４に示す例において、信号生成部２１は、周波数が周期的に線形に変化する線形チャープ信号を生成する。図４においては、各チャープ信号を、ｃ１，ｃ２，…，ｃ８のように示してある。図４に示すように、それぞれのチャープ信号において、時間の経過に伴って周波数が線形に増大する。
図４に示す例において、ｃ１，ｃ２，…，ｃ８のように８つのチャープ信号を含めて、１つのサブフレームとしている。すなわち、図４に示すサブフレーム１及びサブフレーム２などは、それぞれｃ１，ｃ２，…，ｃ８のように８つのチャープ信号を含んで構成されている。また、図４に示す例において、サブフレーム１～サブフレーム１６のように１６のサブフレームを含めて、１つのフレームとしている。すなわち、図４に示すフレーム１及びフレーム２などは、それぞれ１６のサブフレームを含んで構成されている。また、図４に示すように、フレーム同士の間には、所定の長さのフレームインターバルを含めてもよい。図４に示す１つのフレームは、例えば３０ミリ秒から５０ミリ秒程度の長さとしてよい。
図４において、フレーム２以降も同様の構成としてよい。また、図４において、フレーム３以降も同様の構成としてよい。一実施形態に係る電子機器１において、信号生成部２１は、任意の数のフレームとして送信信号を生成してよい。また、図４においては、一部のチャープ信号は省略して示している。このように、信号生成部２１が生成する送信信号の時間と周波数との関係は、例えば任意の記憶部などに記憶しておいてよい。
このように、一実施形態に係る電子機器１は、複数のチャープ信号を含むサブフレームから構成される送信信号を送信してよい。また、一実施形態に係る電子機器１は、サブフレームを所定数含むフレームから構成される送信信号を送信してよい。
以下、電子機器１は、図４に示すようなフレーム構造の送信信号を送信するものとして説明する。しかしながら、図４に示すようなフレーム構造は一例であり、例えば１つのサブフレームに含まれるチャープ信号は８つに限定されない。一実施形態において、信号生成部２１は、任意の数（例えば任意の複数）のチャープ信号を含むサブフレームを生成してよい。また、図４に示すようなサブフレーム構造も一例であり、例えば１つのフレームに含まれるサブフレームは１６に限定されない。一実施形態において、信号生成部２１は、任意の数（例えば任意の複数）のサブフレームを含むフレームを生成してよい。信号生成部２１は、異なる周波数の信号を生成してよい。信号生成部２１は、周波数ｆがそれぞれ異なる帯域幅の複数の離散的な信号を生成してもよい。
図２に戻り、シンセサイザ２２は、信号生成部２１が生成した信号の周波数を、所定の周波数帯の周波数まで上昇させる。シンセサイザ２２は、送信アンテナ２５から送信する送信波Ｔの周波数として選択された周波数まで、信号生成部２１が生成した信号の周波数を上昇させてよい。送信アンテナ２５から送信する送信波Ｔの周波数として選択される周波数は、例えば制御部１０によって設定されてもよい。また、送信アンテナ２５から送信する送信波Ｔの周波数として選択される周波数は、例えば任意の記憶部に記憶されていてもよい。シンセサイザ２２によって周波数が上昇された信号は、位相制御部２３及びミキサ３３に供給される。位相制御部２３が複数の場合、シンセサイザ２２によって周波数が上昇された信号は、複数の位相制御部２３のそれぞれに供給されてよい。また、受信部３０が複数の場合、シンセサイザ２２によって周波数が上昇された信号は、複数の受信部３０におけるそれぞれのミキサ３３に供給されてよい。
位相制御部２３は、シンセサイザ２２から供給された送信信号の位相を制御する。具体的には、位相制御部２３は、例えば制御部１０による制御に基づいて、シンセサイザ２２から供給された信号の位相を適宜早めたり遅らせたりすることにより、送信信号の位相を調整してよい。この場合、位相制御部２３は、複数の送信アンテナ２５から送信されるそれぞれの送信波Ｔの経路差に基づいて、それぞれの送信信号の位相を調整してもよい。位相制御部２３がそれぞれの送信信号の位相を適宜調整することにより、複数の送信アンテナ２５から送信される送信波Ｔは、所定の方向において強め合ってビームを形成する（ビームフォーミング）。この場合、ビームフォーミングの方向と、複数の送信アンテナ２５がそれぞれ送信する送信信号の制御すべき位相量との相関関係は、例えば任意の記憶部に記憶しておいてよい。位相制御部２３によって位相制御された送信信号は、増幅器２４に供給される。
増幅器２４は、位相制御部２３から供給された送信信号のパワー（電力）を、例えば制御部１０による制御に基づいて増幅させる。電子機器１が複数の送信アンテナ２５を備える場合、複数の増幅器２４は、複数の位相制御部２３のうちそれぞれ対応するものから供給された送信信号のパワー（電力）を、例えば制御部１０による制御に基づいてそれぞれ増幅させてよい。送信信号のパワーを増幅させる技術自体は既に知られているため、より詳細な説明は省略する。増幅器２４は、送信アンテナ２５に接続される。
送信アンテナ２５は、増幅器２４によって増幅された送信信号を、送信波Ｔとして出力（送信）する。電子機器１が複数の送信アンテナ２５を備える場合、複数の送信アンテナ２５は、複数の増幅器２４のうちそれぞれ対応するものによって増幅された送信信号を、それぞれ送信波Ｔとして出力（送信）してよい。送信アンテナ２５は、既知のレーダ技術に用いられる送信アンテナと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。
このようにして、一実施形態に係る電子機器１は、送信アンテナ２５を備え、送信アンテナ２５から送信波Ｔとして送信信号（例えば送信チャープ信号）を送信することができる。ここで、電子機器１を構成する各機能部のうちの少なくとも１つは、１つの筐体に収められてもよい。また、この場合、当該１つの筐体は、容易に開けることができない構造としてもよい。例えば送信アンテナ２５、受信アンテナ３１、増幅器２４が１つの筐体に収められ、かつ、この筐体が容易に開けられない構造となっているとよい。さらに、ここで、電子機器１が静止物に設置される場合、送信アンテナ２５は、例えばレーダカバーのようなカバー部材を介して、静止物の外部に送信波Ｔを送信してもよい。この場合、レーダカバーは、例えば合成樹脂又はゴムのような、電磁波を通過させる物質で構成してよい。このレーダカバーは、例えば電子機器１のハウジングとしてもよい。レーダカバーのような部材で送信アンテナ２５を覆うことにより、送信アンテナ２５が外部との接触により破損したり不具合が発生したりするリスクを低減することができる。また、上記レーダカバー及びハウジングは、レドームとも呼ばれることがある。
図２に示す電子機器１は、送信アンテナ２５を２つ備える例を示している。しかしながら、一実施形態において、電子機器１は、任意の数の送信アンテナ２５を備えてもよい。一方、一実施形態において、電子機器１は、送信アンテナ２５から送信される送信波Ｔが所定方向にビームを形成するようにする場合、複数の送信アンテナ２５を備えてよい。一実施形態において、電子機器１は、任意の複数の送信アンテナ２５を備えてもよい。この場合、電子機器１は、複数の送信アンテナ２５に対応させて、位相制御部２３及び増幅器２４もそれぞれ複数備えてよい。そして、複数の位相制御部２３は、シンセサイザ２２から供給されて複数の送信アンテナ２５から送信される複数の送信波の位相を、それぞれ制御してよい。また、複数の増幅器２４は、複数の送信アンテナ２５から送信される複数の送信信号のパワーを、それぞれ増幅してよい。また、この場合、電子機器１は、複数の送信アンテナを含んで構成してよい。このように、図２に示す電子機器１は、複数の送信アンテナ２５を備える場合、当該複数の送信アンテナ２５から送信波Ｔを送信するのに必要な機能部も、それぞれ複数含んで構成してよい。
受信アンテナ３１は、反射波Ｒを受信する。反射波Ｒは、送信波Ｔが所定の対象２００に反射したものとしてよい。受信アンテナ３１は、例えば受信アンテナ３１Ａ～受信アンテナ３１Ｄのように、複数のアンテナを含んで構成してよい。受信アンテナ３１は、既知のレーダ技術に用いられる受信アンテナと同様に構成することができるため、より詳細な説明は省略する。受信アンテナ３１は、ＬＮＡ３２に接続される。受信アンテナ３１によって受信された反射波Ｒに基づく受信信号は、ＬＮＡ３２に供給される。
一実施形態に係る電子機器１は、複数の受信アンテナ３１から、例えばチャープ信号のような送信信号（送信チャープ信号）として送信された送信波Ｔが所定の対象２００によって反射された反射波Ｒを受信することができる。このように、送信波Ｔとして送信チャープ信号を送信する場合、受信した反射波Ｒに基づく受信信号は、受信チャープ信号と記す。すなわち、電子機器１は、受信アンテナ３１から反射波Ｒとして受信信号（例えば受信チャープ信号）を受信する。ここで、電子機器１が静止物に設置される場合、受信アンテナ３１は、例えばレーダカバーのようなカバー部材を介して、静止物の外部から反射波Ｒを受信してもよい。この場合、レーダカバーは、例えば合成樹脂又はゴムのような、電磁波を通過させる物質で構成してよい。このレーダカバーは、例えば電子機器１のハウジングとしてもよい。レーダカバーのような部材で受信アンテナ３１を覆うことにより、受信アンテナ３１が外部との接触により破損又は不具合が発生するリスクを低減することができる。また、上記レーダカバー及びハウジングは、レドームとも呼ばれることがある。
また、受信アンテナ３１が送信アンテナ２５の近くに設置される場合、これらをまとめて１つの電子機器１に含めて構成してもよい。すなわち、１つの電子機器１には、例えば少なくとも１つの送信アンテナ２５及び少なくとも１つの受信アンテナ３１を含めてもよい。例えば、１つの電子機器１は、複数の送信アンテナ２５及び複数の受信アンテナ３１を含んでもよい。このような場合、例えば１つのレーダカバーのようなカバー部材で、１つのレーダセンサを覆うようにしてもよい。
ＬＮＡ３２は、受信アンテナ３１によって受信された反射波Ｒに基づく受信信号を低ノイズで増幅する。ＬＮＡ３２は、低雑音増幅器（Low Noise Amplifier）としてよく、受信アンテナ３１から供給された受信信号を低雑音で増幅する。ＬＮＡ３２によって増幅された受信信号は、ミキサ３３に供給される。
ミキサ３３は、ＬＮＡ３２から供給されるＲＦ周波数の受信信号を、シンセサイザ２２から供給される送信信号に混合する（掛け合わせる）ことにより、ビート信号を生成する。ミキサ３３によって混合されたビート信号は、ＩＦ部３４に供給される。
ＩＦ部３４は、ミキサ３３から供給されるビート信号に周波数変換を行うことにより、ビート信号の周波数を中間周波数（ＩＦ（Intermediate Frequency）周波数）まで低下させる。ＩＦ部３４によって周波数を低下させたビート信号は、ＡＤ変換部３５に供給される。
ＡＤ変換部３５は、ＩＦ部３４から供給されたアナログのビート信号をデジタル化する。ＡＤ変換部３５は、任意のアナログ－デジタル変換回路（Analog to Digital Converter（ＡＤＣ））で構成してよい。ＡＤ変換部３５によってデジタル化されたビート信号は、制御部１０の距離ＦＦＴ処理部１１に供給される。受信部３０が複数の場合、複数のＡＤ変換部３５によってデジタル化されたそれぞれのビート信号は、距離ＦＦＴ処理部１１に供給されてよい。
図３に示す制御部１０の距離ＦＦＴ処理部１１は、受信部３０のＡＤ変換部３５から供給されたビート信号に基づいて、電子機器１と、対象２００との間の距離を推定するための処理を行う。距離ＦＦＴ処理部１１は、例えば高速フーリエ変換を行う処理部を含んでよい。この場合、距離ＦＦＴ処理部１１は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform（ＦＦＴ））処理を行う任意の回路又はチップなどで構成してよい。また、距離ＦＦＴ処理部１１は、高速フーリエ変換以外のフーリエ変換を行うとしてもよい。
距離ＦＦＴ処理部１１は、ＡＤ変換部３５によってデジタル化されたビート信号に対してＦＦＴ処理を行う（本開示において、適宜「距離ＦＦＴ処理」と記す）。例えば、距離ＦＦＴ処理部１１は、ＡＤ変換部３５から供給された複素信号にＦＦＴ処理を行ってよい。ＡＤ変換部３５によってデジタル化されたビート信号は、信号強度（電力）の時間変化として表すことができる。距離ＦＦＴ処理部１１は、このようなビート信号にＦＦＴ処理を行うことにより、各周波数に対応する信号強度（電力）として表すことができる。距離ＦＦＴ処理部１１において距離ＦＦＴ処理を行うことにより、ＡＤ変換部３５によってデジタル化されたビート信号に基づいて、距離に対応する複素信号を得ることができる。
距離ＦＦＴ処理部１１は、距離ＦＦＴ処理によって得られた結果においてピークが所定の閾値以上である場合、そのピークに対応する距離に、所定の対象２００があると判断してもよい。例えば、一定誤警報確率（ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate））による検出処理のように、外乱信号の平均電力又は振幅から閾値以上のピーク値が検出された場合、送信波を反射する物体（反射物体）が存在するものと判断する方法が知られている。
このように、一実施形態に係る電子機器１は、送信波Ｔとして送信される送信信号、及び、反射波Ｒとして受信される受信信号に基づいて、送信波Ｔを反射する対象２００をターゲットとして検出することができる。一実施形態において、上述のような動作は、例えば、電子機器１の制御部１０が行うものとしてよい。
距離ＦＦＴ処理部１１は、１つのチャープ信号（例えば図３に示すｃ１）に基づいて、所定の物体との間の距離を推定することができる。すなわち、電子機器１は、距離ＦＦＴ処理を行うことにより、図１に示した距離Ｌを測定（推定）することができる。ビート信号にＦＦＴ処理を行うことにより、所定の物体との間の距離を測定（推定）する技術自体は公知のため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。距離ＦＦＴ処理部１１によって距離ＦＦＴ処理が行われた結果（例えば距離の情報）は、速度ＦＦＴ処理部１２に供給されてよい。また、距離ＦＦＴ処理部１１によって距離ＦＦＴ処理が行われた結果は、後段の判定部１３、到来角推定部１４、及び／又は振動源抽出部１５などにも供給されてもよい。
速度ＦＦＴ処理部１２は、距離ＦＦＴ処理部１１によって距離ＦＦＴ処理が行われたビート信号に基づいて、電子機器１と、対象２００との相対速度を推定するための処理を行う。速度ＦＦＴ処理部１２は、例えば高速フーリエ変換を行う処理部を含んでよい。この場合、速度ＦＦＴ処理部１２は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform（ＦＦＴ））処理を行う任意の回路又はチップなどで構成してよい。速度ＦＦＴ処理部１２は、高速フーリエ変換以外のフーリエ変換を行うとしてもよい。
速度ＦＦＴ処理部１２は、距離ＦＦＴ処理部１１によって距離ＦＦＴ処理が行われたビート信号に対して、さらにＦＦＴ処理を行う（本開示において、適宜「速度ＦＦＴ処理」と記す）。例えば、速度ＦＦＴ処理部１２は、距離ＦＦＴ処理部１１から供給された複素信号にＦＦＴ処理を行ってよい。速度ＦＦＴ処理部１２は、チャープ信号のサブフレーム（例えば図３に示すサブフレーム１）に基づいて、所定の物体との相対速度を推定することができる。速度ＦＦＴ処理部１２において複数のチャープ信号について速度ＦＦＴ処理を行うことにより、距離ＦＦＴ処理部１１によって得られる距離に対応する複素信号に基づいて、相対速度に対応する複素信号が得られる。
上述のようにビート信号に距離ＦＦＴ処理を行うと、複数のベクトルを生成することができる。これら複数のベクトルに対して速度ＦＦＴ処理を行った結果におけるピークの位相を求めることにより、所定の物体との相対速度を推定することができる。すなわち、電子機器１は、速度ＦＦＴ処理を行うことにより、図１に示した電子機器１と所定の対象２００との相対速度を測定（推定）することができる。距離ＦＦＴ処理を行った結果に対して速度ＦＦＴ処理を行うことにより、所定の物体との相対速度を測定（推定）する技術自体は公知のため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。速度ＦＦＴ処理部１２によって速度ＦＦＴ処理が行われた結果（例えば速度の情報）は、判定部１３に供給されてよい。また、速度ＦＦＴ処理部１２によって速度ＦＦＴ処理が行われた結果は、後段の到来角推定部１４、及び／又は振動源抽出部１５などにも供給されてもよい。
また、速度ＦＦＴ処理部１２が速度ＦＦＴ処理を行う場合、不連続点が発生しないようにするために、ウインドウ制御をかける場合がある。その場合、速度ＦＦＴ処理部１２は、静止物の相対速度に隣接する相対速度を出力しなくてもよい。
判定部１３は、距離ＦＦＴ処理部１１によって距離ＦＦＴ処理が行われた結果、及び／又は、速度ＦＦＴ処理部１２によって速度ＦＦＴ処理が行われた結果に基づいて、距離及び／又は相対速度についての判定処理を行う。判定部１３は、所定の距離及び／又は所定の相対速度において、物体を検出したか否かを判定する。以下、判定部１３による判定について、さらに説明する。
一般的なＦＭ－ＣＷレーダの技術においては、受信信号からビート周波数を抽出したものに高速フーリエ変換処理を行うなどした結果に基づいて、ターゲットが存在するか否かを判定することができる。ここで、受信信号からビート周波数を抽出して高速フーリエ変換処理を行うなどした結果には、クラッタ（不要反射成分）などによる雑音（ノイズ）の成分も含まれる。したがって、受信信号を処理した結果から雑音成分を取り除き、ターゲットの信号のみを抽出するための処理を実行してもよい。
ターゲットが存在するか否かを判定する手法として、受信信号の出力に閾値を設定し、反射信号の強度が当該閾値を超える場合にターゲットが存在するとみなす方式がある（threshold detection方式）。この方式を採用すると、クラッタの信号強度が当該閾値を超える場合もターゲットと判定することになり、いわゆる「誤警報」を発することになる。このクラッタの信号強度が閾値を超えるか否かは確率統計的なものである。このクラッタの信号強度が閾値を超える確率は、「誤警報確率」と呼ばれる。この誤警報確率を低く一定に抑制するための手法として、一定誤警報確率（Constant False Alarm Rate）を用いることができる。
本開示において、一定誤警報確率（Constant False Alarm Rate）を、単にＣＦＡＲとも記す。ＣＦＡＲにおいて、雑音の信号強度（振幅）はレイリー（Rayleigh）分布に従うという仮定が用いられる。この仮定に基づくと、ターゲットを検出したか否かを判定するのに用いる閾値を算出するための重みを固定すれば、雑音の振幅にかかわらず、ターゲット検出の誤り率が理論的に一定になる。
一般的なレーダの技術におけるＣＦＡＲとして、Cell Averaging ＣＦＡＲ（本開示において、ＣＡ－ＣＦＡＲとも記す）という方式が知られている。ＣＡ－ＣＦＡＲにおいては、所定の処理を施した受信信号の信号強度の値（例えば振幅値）が、一定のサンプリング周期ごとに、順次、シフトレジスタに入力されてよい。このシフトレジスタは、中央に検査セル（cell under test）を有し、当該検査セルの両側にそれぞれ複数個の参照セル（reference cell）を有する。信号強度の値がシフトレジスタに入力されるたびに、以前に入力された信号強度の値は、シフトレジスタの一端側（例えば左端側）から他端側（例えば右端側）のセルに、１つずつ移動される。また、入力のタイミングと同期して、参照セルの各値は平均化される。このようにして得られた平均値は、規定の重みを乗じられ、閾値として算出される。このようにして算出された閾値よりも検査セルの値が大きい場合、検査セルの値がそのまま出力される。一方、算出された閾値よりも検査セルの値が大きくない場合、０（ゼロ）値が出力される。このように、ＣＡ－ＣＦＡＲにおいては、参照セルの平均値から閾値を算出して、ターゲットが存在するか否かを判定することにより、検出結果を得ることができる。
ＣＡ－ＣＦＡＲにおいては、例えば複数のターゲットが近接して存在している場合、アルゴリズムの性質上、ターゲットの近傍において算出される閾値が大きくなる。このため、十分な信号強度を有しているにも関わらず、検出されないターゲットもあり得る。同様に、クラッタの段差がある場合、そのクラッタの段差の近傍においても算出される閾値が大きくなる。この場合も、クラッタの段差の近傍にある小さなターゲットが検出されないこともあり得る。
上述のＣＡ－ＣＦＡＲに対し、参照セルにおける値のメディアン（中央値）、又は、参照セルにおける値を小さい順に並べ替えたときの規定番目の値から閾値を得る手法として、Order Statistic ＣＦＡＲ（本開示において、ＯＳ－ＣＦＡＲとも記す）という手法がある。ＯＳ－ＣＦＥＲは、順序統計（ordered statistics）に基づいて閾値を設定し、その閾値を超える場合にターゲットが存在すると判定する手法である。このＯＳ－ＣＦＡＲによれば、上述のようなＣＡ－ＣＦＡＲにおける問題点に対処し得る。ＯＳ－ＣＦＡＲは、ＣＡ－ＣＦＡＲとは部分的に異なる処理を行うことにより、実現することができる。以下、一実施形態に係る電子機器１においてＯＳ－ＣＦＡＲ処理を実行するものとして説明する。
判定部１３は、ＯＳ－ＣＦＡＲにより物体検出の判定を行ってよい。この場合、判定部１３は、静止物体の領域と静止物体でない領域とにおいて、異なる閾値を用いて判定を行ってもよい。また、上述したウインドウ制御を行っている場合、判定部１３は、静止物体と隣接する相対速度の領域を検出しないようにしてもよい。判定部１３は、ＯＳ－ＣＦＡＲで使用する雑音の領域として、同一の相対速度において距離の異なる領域を使用してもよい。
到来角推定部１４は、判定部１３による判定の結果に基づいて、所定の対象２００から反射波Ｒが到来する方向（到来角）を推定する。到来角推定部１４は、判定部１３によって閾値を満たしたと判定された点について、到来角の推定を行ってよい。電子機器１は、複数の受信アンテナ３１から反射波Ｒを受信することで、反射波Ｒが到来する方向を推定することができる。例えば、複数の受信アンテナ３１は、所定の間隔で配置されているものとする。この場合、送信アンテナ２５から送信された送信波Ｔが所定の対象２００に反射されて反射波Ｒとなり、所定の間隔で配置された複数の受信アンテナ３１はそれぞれ反射波Ｒを受信する。そして、到来角推定部１４は、複数の受信アンテナ３１がそれぞれ受信した反射波Ｒの位相、及びそれぞれの反射波Ｒの経路差に基づいて、反射波Ｒが受信アンテナ３１に到来する方向を推定することができる。すなわち、電子機器１は、速度ＦＦＴ処理が行われた結果に基づいて、図１に示した到来角θを測定（推定）することができる。
速度ＦＦＴ処理が行われた結果に基づいて、反射波Ｒが到来する方向を推定する技術は各種提案されている。例えば、既知の到来方向推定のアルゴリズムとしては、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）、及びＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique）などが知られている。したがって、公知の技術についてのより詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。到来角推定部１４によって推定された到来角θの情報（角度情報）は、制御部１０において、振動源抽出部１５などに適宜供給されてよい。
以上のように、一実施形態において、制御部１０は、距離ＦＦＴ処理部１１、速度ＦＦＴ処理部１２、及び到来角推定部１４の少なくともいずれかから供給される情報に基づいて、送信波Ｔが送信された範囲に存在する物体を検出することができる。制御部１０は、供給された距離の情報、速度の情報、及び角度情報に基づいて例えばクラスタリング処理を行うことにより、物体検出を行ってもよい。データをクラスタリングする際に用いるアルゴリズムとして、例えばＤＢＳＣＡＮ（Density-based spatial clustering of applications with noise）などが知られている。クラスタリング処理においては、例えば検出される物体を構成するポイントの平均電力を算出してもよい。制御部１０において検出された物体の距離の情報、速度の情報、角度情報、及び電力の情報は、例えば他の機器などに供給されてもよい。制御部１０は、物体を構成する点群の平均電力を算出してもよい。
振動源抽出部１５は、振動源抽出部１５に入力される情報に基づいて、人体の心拍のような体動を含む振動源を抽出する。振動源抽出部１５は、各種のアルゴリズムに基づいて、人体の心拍のような体動を含む振動源を抽出してよい。例えば、受信アンテナ３１から受信した反射波Ｒは、対象２００との相対速度に応じたドップラーシフトが含まれる。ここで、対象２００が人間である場合、ドップラーシフトが時間的に変化することから、人間の体動であると判定することができる。一方、対象２００が人間でない、例えば機械などである場合、ドップラーシフトが時間的に変化せずに一定値になることから、人間の体動でないと判定することができる。振動源抽出部１５によって抽出された振動源の情報は、例えば振動要素抽出部１６などに供給されてよい。
例えば、振動源抽出部１５は、図５に示すような振動スペクトルにおいて、所定の速度範囲以上にまたがるような距離に、人体の心拍のような体動を含む振動源があると判定して抽出してもよい。図５は、２次元の高速フーリエ変換（２Ｄ ＦＦＴ）を行った結果を示す図である。図５において、横軸は距離(Range)を表し、縦軸は速度(Velocity)を表す。振動源抽出部１５は、例えば図５に示すようなピークＨｍが人体の心拍のような体動を含む振動源であるとして抽出してもよい。
また、振動源抽出部１５は、例えば周波数フィルタ、及び／又は、時間空間周波数分解により、人体の心拍のような体動を含む振動源を抽出してもよい。例えば、振動源抽出部１５は、図６に示すような心音（例えば第１心音Ｓ１及び第２心音Ｓ２）を抽出してもよい。また、振動源抽出部１５は、例えば第１心音Ｓ１及び第２心音Ｓ２のような心音の包絡線を抽出してもよい。図６において、横軸は時間を表し、縦軸は信号強度を表す。
２Ｄ ＦＦＴの計算結果例を示す図５において、Ｈｍは、人の体動に起因したドップラーシフトの分散を示している。図６において、縦方向に長く広がるのが輝線である。この輝線を検知することで、前述のように、振動源抽出部１５は、振動源抽出部１５に入力される情報に基づいて、人体の心拍のような体動を含む振動源を抽出する。振動源抽出部１５は、各種のアルゴリズムに基づいて、人体の心拍のような体動を含む振動源を抽出してよい。
ここで、輝線の検知について、さらに説明する。一実施形態において、輝線の検知は、例えば以下に記すようなステップに基づいて実行してもよい。
ステップ１：２Ｄ ＦＦＴの計算結果にＣＦＡＲを作用させた後の結果（点群）の絶対値をＦ（ｉ，ｊ）として、ある閾値Ｆｔｈに対して、Ｆ（ｉ，ｊ）＞＝Ｆｔｈを満たす点群を抽出し、これをＦ’（ｉ，ｊ）とする。ここで、Ｆ’（ｉ，ｊ）は、点群である。
ステップ２：点群Ｆ’（ｉ，ｊ）に対して、ＤＢＳＣＡＮ等でグルーピングを行う。それらのｋ番目のグループをＧｋとし、その縦幅（輝線の縦幅）をＴｋする。
ステップ３：ドップラーシフトの縦幅の閾値Ｔｔｈを設定し、Ｔｋ＞Ｔｔｈを満たすｋを探索して、Ｇｋが存在する距離(Range)を、人が存在する距離(Range)であると判断する。
振動源抽出部１５は、振動源の振動に基づく心拍数又は心拍間隔の抽出を、次のようにして行ってもよい。すなわち、例えば振動源抽出部１５は、図６に示すように、第１心音Ｓ１及び第２心音Ｓ２を抽出したとする。この場合、振動源抽出部１５は、第１心音Ｓ１の中心時間と次の第１心音Ｓ１の中心時間との間隔、又は、第１心音Ｓ１の包絡線のピークと次の第１心音Ｓ１の包絡線のピークとの間隔に基づいて、心拍間隔又は心拍数（１分間相当の心拍の数）を算出してよい。
振動要素抽出部１６は、振動源抽出部１５によって抽出された振動源の情報に基づいて、人体の心拍のような体動を含む振動の要素を抽出する。振動要素抽出部１６によって抽出された振動要素の情報は、例えば振動波形変換部１７に供給されてよい。
一実施形態において、振動要素抽出部１６は、振動源の要素抽出を、例えば以下に示すようなステップに基づいて実行してもよい。
ステップ１：振動要素抽出部１６は、２Ｄ ＦＦＴの結果から、振動源の情報のみを抽出する。ここで、振動源の情報のみを抽出する手法としては、例えば、前述の振動源抽出部１５による振動源の抽出方法、所定の速度範囲以上にまたがるような距離に人体の心拍のような体動を含む振動源があると判定して抽出する方法、又は図５に示すようなピークＨｍが人体の心拍のような体動を含む振動源であるとして抽出する方法などの手法を用いてもよい。振動源の情報のみが抽出されたら、その結果に逆ＦＦＴ等を行うことにより、時系列振動波形を生成する。
ステップ２：振動要素抽出部１６は、生成した時系列振動波形に対して、周波数フィルタ、及び／又は、離散／連続ウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換を用いた周波数選別を実施し、目的の振動要素を抽出する。
振動波形変換部１７は、振動要素抽出部１６によって抽出された振動の要素に基づいて、振動の波形を変換する。振動波形変換部１７によって変換された振動波形の情報は、例えば心拍データ抽出部１８に供給されてよい。
一実施形態において、振動波形変換部１７は、ドップラーシフトφを振動速度に変換するために、例えば下記の式（１）に示すような変換処理を用いてもよい。
ｖ＝ｃ＊ｆ＊ａｒｇ（φ）／（４π＊Ｔｓ） （１）
ただし、上記式（１）において、ｖは振動速度、ｃは光速度、ｆはチャープの中心周波数、Ｔｓはチャープ間の時間を示すものとする。
心拍データ抽出部１８は、前段までの情報を処理した結果に基づいて、人体の心拍のデータを抽出する。心拍データ抽出部１８によって抽出された対象２００の心拍のデータは、例えば人間である対象２００の心拍の検出結果として、制御部１０から出力されてよい。
図２に示す電子機器１は、２つの送信アンテナ２５及び４つの受信アンテナ３１を備えている。しかしながら、一実施形態に係る電子機器１は、任意の数の送信アンテナ２５及び任意の数の受信アンテナ３１を備えてもよい。例えば、２つの送信アンテナ２５及び４つの受信アンテナ３１を備えることにより、電子機器１は、仮想的に８本のアンテナにより構成される仮想アンテナアレイを備えるものと考えることができる。このように、電子機器１は、例えば仮想８本のアンテナを用いることにより、図４に示す１６のサブフレームの反射波Ｒを受信してもよい。
次に、一実施形態に係る電子機器１の動作について説明する。
図７は、電子機器１が行う動作を説明するフローチャートである。以下、電子機器１が行う動作の流れを概略的に説明する。図５に示す動作は、例えば電子機器１によって、電子機器１の周囲に存在する人間の心拍を検出する際に開始してよい。
図５に示す処理が開始すると、制御部１０は、電子機器１の送信アンテナ２５から送信波を送信するように制御する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、制御部１０は、例えば、図４に示した１フレーム分の送信波を送信するように制御してよい。
ステップＳ１１において送信波が送信されると、制御部１０は、当該送信波が物体に反射した反射波を、電子機器１の受信アンテナ３１から受信するように制御する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２において反射波が受信されると、制御部１０は、送信波及び反射波に基づいて、電子機器１の周囲に存在する人間の体動を検出したか否か判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３において、制御部１０は、送信波及び反射波に基づくビート信号に、距離ＦＦＴ処理及び速度ＦＦＴ処理を行ってよい。この場合、距離ＦＦＴ処理部１１が距離ＦＦＴ処理を行い、速度ＦＦＴ処理部１２が速度ＦＦＴ処理を行ってよい。振動源抽出部１５は、距離ＦＦＴ処理及び速度ＦＦＴ処理が行われた結果に基づいて、人体の心拍のような体動を検出したか否か判定してよい。
ステップＳ１３において人体の心拍のような体動が検出された場合、制御部１０及び位相制御部２３の少なくとも一方は、検出された体動の方向にビームを形成する、すなわちビームフォーミングを行うように制御する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４において体動の方向にビームが形成されたら、制御部１０は、ビームを向けた体動から、人間の心拍を検出する（ステップＳ１５）。一般的に、心拍のような微弱な振動を電波によって検出しようとすると、検知範囲が狭くなる傾向にある。しかしながら、電子機器１は、検出された体動の方向にビームフォーミングを行うことにより、人体の心拍のような微弱な体動を良好に検出し得る。
ステップＳ１５において心拍が検出されたら、制御部１０は、送信波のビームが体動の対象を追跡するように制御する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、制御部１０は、例えば以下のアルゴリズムに従って、体動の対象を追跡するように制御してよい。すなわち、まず、検知対象によって反射される反射波について２Ｄ ＦＦＴを行った後のアンテナＩＱ信号の時系列データを用いて、次の式（２）乃至式（５）に示すようなＲＬＳ（Recursive least squares）アルゴリズムに基づいて、共分散行列を求める。以下の式において、νは忘却係数を示し、ｋは時間を示す。
Figure 2022182179000002
Figure 2022182179000003
Figure 2022182179000004
Figure 2022182179000005
上記式において、次の式（６）は、Ｌ次元ゲインベクトルを示す。
Figure 2022182179000006
また、上記式において、次の式（７）は、入力信号の共分散行列の逆行列（Ｌ×Ｌ行列）を示す。
Figure 2022182179000007
また、上述の入力信号の共分散行列は、次の式（８）のように示すことができる。
Figure 2022182179000008
上述のようなＲＬＳアルゴリズムに基づいて共分散行列を求めたら、次の時点における検出対象が移動する共分散行列を算出してよい。そして、次の式（９）に示すようなウィナー解を使用して、送信波のビームのウェイトを算出することにより、検出対象に追従することができる。
Figure 2022182179000009
上記式（９）において、Ｗｏｐｔは、ウィナー解によるアンテナ重みを示している。式（９）において、Ｒｘｘは、上述のＰ（ｋ）を示す。また、ｒｘｓは、応答ベクトルであり、アンテナごとの位相振幅の相関値（サンプル平均）を示す。
ステップＳ１６において対象を追跡したら、制御部１０は、図７に示す動作を終了してよい。
一方、ステップＳ１３において体動が検出されない場合、制御部１０及び位相制御部２３の少なくとも一方は、送信波のビームのパターンを変更してから（ステップＳ１７）、図７に示す動作を終了してよい。ステップＳ１７において、制御部１０及び位相制御部２３の少なくとも一方は、例えば送信波のビームの方向を変更してよい。
図７に示す動作は、例えば所定タイミングで又は不定期に、繰り返し実行してよい。例えば、図７に示す動作は、送信波のフレーム単位で、繰り返し実行してもよい。
このように、一実施形態に係る電子機器１において、制御部１０は、送信波として送信される送信信号及び反射波として受信される受信信号に基づいて、送信波を反射する対象の心拍を検出する。また、一実施形態に係る電子機器１において、制御部１０は、対象２００（例えば人間）の方向に送信波のビームを形成することにより、対象２００の心拍を検出する。この場合、制御部１０は、対象２００となる人体の体動を検出した場合、その体動が検出された方向に送信波のビームを形成してもよい。また、制御部１０は、対象２００となる人体の体動を検出した場合、送信波のビームがその体動を追跡するように制御してもよい。
また、一実施形態に係る電子機器１において、制御部１０は、対象２００となる人体の体動を検出しない場合、送信波のビームのパターンを変更してもよい。この場合、制御部１０は、対象２００となる人体の体動を検出しない場合、送信波のビームの方向を変更してもよい。
一実施形態に係る電子機器１によれば、人体の体動を検知した場合、その体動を検知した方向にビームフォーミングを行って、心拍を検出することができる。また、一実施形態に係る電子機器１によれば、人体の体動を検知しない合、ビームのパターンを変更することによりビームフォーミングの方向を変えて、再度体動の検出を行うことができる。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、電波の送受信により人体などの心拍を検出し得る。
以上説明したように、一実施形態に係る電子機器１は、例えば複数の送信アンテナ、及び複数の受信アンテナを備えるミリ波センサを使用して、心拍のような微弱振動を検知する。一実施形態に係る電子機器１は、対象を検出していない場合、送信アンテナのビームフォーミングパターンを、アンテナの送信位相を変えて行いながら、対象の体動を検出する。一方、一実施形態に係る電子機器１は、対象の体動を検知したら、その体動の方向にビームフォーミングを行い、心拍の検知を行う。このように、一実施形態に係る電子機器１によれば、人体の方向を自動的に検出することで、信号品質を向上することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、心拍の検出精度及び／又は検知範囲を向上することができる。このため、一実施形態に係る電子機器１によれば、人間の心拍を高い精度で検出することができる。
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、１つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。つまり、本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。
上述した実施形態は、電子機器１としての実施のみに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器の制御方法として実施してもよい。さらに、例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器が実行するプログラムとして実施してもよい。
１ 電子機器
１０ 制御部
１１ 距離ＦＦＴ処理部
１２ 速度ＦＦＴ処理部
１３ 判定部
１４ 到来角推定部
１５ 振動源抽出部
１６ 振動要素抽出部
１７ 振動波形変換部
１８ 心拍データ抽出部
２０ 送信部
２１ 信号生成部
２２ シンセサイザ
２３ 位相制御部
２４ 増幅器
２５ 送信アンテナ
３０ 受信部
３１ 受信アンテナ
３２ ＬＮＡ
３３ ミキサ
３４ ＩＦ部
３５ ＡＤ変換部

Claims (7)

  1. 送信波を送信する送信アンテナと、
    前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
    前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出する制御部と、
    を備える電子機器であって、
    前記制御部は、前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出する、電子機器。
  2. 前記制御部は、前記対象となる人体の体動を検出した場合、前記体動が検出された方向に前記送信波のビームを形成する、請求項１に記載の電子機器。
  3. 前記制御部は、前記対象となる人体の体動を検出した場合、前記送信波のビームが前記体動を追跡するように制御する、請求項２に記載の電子機器。
  4. 前記制御部は、前記対象となる人体の体動を検出しない場合、前記送信波のビームのパターンを変更する、請求項１に記載の電子機器。
  5. 前記制御部は、前記対象となる人体の体動を検出しない場合、前記送信波のビームの方向を変更する、請求項４に記載の電子機器。
  6. 送信アンテナから送信波を送信するステップと、
    前記送信波が反射された反射波を受信アンテナから受信するステップと、
    前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出するステップと、
    前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出するステップと、
    を含む、電子機器の制御方法。
  7. 電子機器に、
    送信アンテナから送信波を送信するステップと、
    前記送信波が反射された反射波を受信アンテナから受信するステップと、
    前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号に基づいて、前記送信波を反射する対象の心拍を検出するステップと、
    前記対象の方向に前記送信波のビームを形成することにより、前記対象の心拍を検出するステップと、
    を実行させる、プログラム。
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