JP6221346B2 - 物体変位検知装置、及び物体変位検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、非接触で物体の変位を検知する技術に関する。

自動車の乗員の生体信号を検知する生体信号検知装置が知られている。

生体信号検知装置は、人体が比較的安静なときは心拍などに起因する体表面の微小な変位を検知することができる。しかし、人体が大きく変動した場合は、大きな変位成分が支配的となり、微小な変位の検出精度が劣化する場合がある。

生体信号検知装置に関して、検知対象として小さな変位成分が設定されている状態で、大きな変位成分が検知された場合に検知動作を中断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２０４９３号公報

検知対象として小さな変位成分が設定されている状態で、大きな変位成分が検出された場合に検知動作を中断することにより、小さな変位成分の検知精度の劣化を防止することができる。しかし、全検知時間に対する検知時間により検知率を表した場合に、検知率は低下する。検知動作が中断されている時間の分だけ検知時間が短くなるためである。

検知された変位成分から検知対象物体の状態を把握し、推定する場合、検知率が高い程、状態を把握し、推定する精度は向上する。つまり、検知精度が向上する。しかし、大きな変位成分が検出された場合には、検知動作が中断されるため、状態を把握し、推定する精度が低下し、検知精度は低下する。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、非接触で物体の変位を検知する際の検知精度を向上させることである。

開示の一実施例の物体変位検知装置は、
検知の対象となる物体に送信した送信波と該送信波の前記物体による反射波に基づいて、前記物体の変位を検知する物体変位検知装置であって、
前記送信波と前記反射波とに基づいて、前記物体の変位を演算する変位量演算部と、
該変位量演算部により演算される変位に基づいて取得される変位波形の変曲点から使用する変曲点である第１の変曲点を選択する変曲点選択部と、
前記第１の変曲点が発生した時刻から、前記物体の変位のうちの周期性を有する所定の変位成分の、過去の計測結果に基づく代表的な周期の半分の時間が経過した時刻の近傍の所定範囲における前記変曲点である第２の変曲点を抽出する逆極性変曲点抽出部と、
前記第１の変曲点が発生した時刻と、前記第２の変曲点が発生した時刻とに基づいて、前記物体の前記変位成分に関する第１の変位成分情報であって、前記変位成分の実際の周期、又は当該周期に関連する量を含む第１の変位成分情報を演算する変位成分情報演算部と
を備える。

開示の実施例によれば、非接触で物体の変位を検知する際の検知精度を向上させることができる。

物体変位検知装置の一実施例を示す図である。 物体変位検知装置の一実施例を示す機能ブロック図である。 変位波形の一実施例を示す図である。 各変位成分に起因する変位と、各変位成分に起因する変位を合成することにより得られる物体表面の変位を示す図である。 加速度波形と、変曲点との関係を示す図である。 心拍に起因する変位の一例を示す図である。 変曲点の時刻設定（その１）の一実施例を示す図である。 変曲点の時刻設定（その２）の一実施例を示す図である。 変曲点の時刻設定（その３）の一実施例を示す図である。 物体変位検知装置の動作の一実施例を示すフローチャートである。 周期性の無い大きな変位に起因する変位の影響を示す図である。 物体変位検知装置の一実施例を示す機能ブロック図である。 物体変位検知装置の動作の一実施例を示す図である。 物体変位検知装置の動作の一実施例を示すフローチャートである。 物体変位検知装置の一実施例を示す図である。 物体変位検知装置の一実施例を示す機能ブロック図である。 物体変位検知装置の一実施例を示す図である。 物体変位検知装置の一実施例を示す機能ブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施例は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施例に限られない。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

＜実施例＞
＜物体変位検知装置１００＞
図１は、物体変位検知装置１００の一実施例を示す。

物体変位検知装置１００は、検知の対象となる物体に送信した送信波と該送信波の該検知の対象となる物体による反射波に基づいて、該検知の対象となる物体の変位を検知する。また、物体変位検知装置１００は、所定の時間における物体の変位を検知することにより物体の変位量を検知する。

物体変位検知装置１００は、車両などの移動体に搭載されるのが好ましい。物体変位検知装置１００の一実施例は、車両に搭載される。

車両に搭載される物体変位検知装置１００は、車両の周辺を監視する。この場合、物体変位検知装置１００により、該物体変位検知装置１００の搭載された車両の周辺の車が監視されるのが好ましい。物体変位検知装置１００により、該物体変位検知装置１００の搭載された車両の周辺の人、ものが監視されてもよい。つまり、該物体変位検知装置１００の搭載された車両の周辺の車、人、ものが、検知の対象となる物体（以下、「検知対象物体」という）とされる。

また、車両に搭載される物体変位検知装置１００は、車両内の状態を監視する。この場合、物体変位検知装置１００により、該物体変位検知装置１００の搭載された車両の乗員の状態、例えば乗員の動きが監視される。つまり、該物体変位検知装置１００の搭載された車両の乗員が、検知対象物体とされる。

物体変位検知装置１００は、変位計１０２と、Ａ／Ｄ変換器１０４と、変位成分情報抽出装置１０６とを備える。

変位計１０２は、検知対象物体の変位を非接触検知し、変位に応じた電圧値を出力する。変位計１０２は、Ａ／Ｄ変換器１０４へ、電圧値を入力する。変位計１０２は、マイクロ波で非接触検知するのが好ましい。また、変位計１０２は、レーザーで非接触検知するようにしてもよい。

Ａ／Ｄ変換器１０４は、変位計１０２と接続される。Ａ／Ｄ変換器１０４は、変位計１０２からの電圧値をデジタル値へ変換する。Ａ／Ｄ変換器１０４は、変位成分情報抽出装置１０６へ、デジタル値へ変換した電圧値を入力する。

変位成分情報抽出装置１０６は、Ａ／Ｄ変換器１０４と接続される。変位成分情報抽出装置１０６には、Ａ／Ｄ変換器１０４からデジタル値へ変換した電圧値が入力される。変位成分情報抽出装置１０６は、デジタル値へ変換した電圧値から検知対象物体の変位量を演算し、該検知対象物体の変位量に基づいて目的とする変位成分情報を抽出し、出力する。

変位計１０２により検知対象物体の変位量が求められ、該検知対象物体に変位量が変位成分情報抽出装置１０６へ入力されてもよい。この場合、変位成分情報抽出装置１０６は、検知対象物体の変位量に基づいて目的とする変位成分情報を抽出し、出力する。

物体変位検知装置１００の一実施例は、変位計１０２により検知対象物体の変位が非接触検知され、変位に応じた電圧値が出力される場合について説明する。

＜変位成分情報抽出装置１０６＞
変位成分情報抽出装置１０６は、信号演算回路１０８と、演算結果保存装置１１０とを有する。

信号演算回路１０８は、CPU（図示なし）と、RAM（図示なし）と、ROM（図示なし）とを有する。CPUは、デジタル値へ変換した電圧値に基づいて、目的とする変位成分情報を抽出し、出力する。RAMは、データを一時的に記憶する。ROMは、変位成分情報を抽出する処理を実行するためのプログラム、及び各種処理を実行するための各プログラムを記憶する。

信号演算回路１０８が複数のCPUを有していてもよい。また、信号演算回路１０８が１又は複数のマイコンを有していてもよい。信号演算回路１０８に、マイコンとCPUとが混在していてもよい。

＜変位成分情報抽出装置１０６の機能＞
図２は、変位成分情報抽出装置１０６の機能の一実施例を示す。

図２の機能ブロック図により表される機能は、主に、信号演算回路１０８により実行される。つまり、信号演算回路１０８は、変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０として機能する。

信号演算回路１０８のCPUの内部に記憶されたアプリケーション（ファームウェア）に従って、CPUにより変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０としての機能が実行されるのが好ましい。

また、記憶部（図示無し）に記憶されたアプリケーションに従って、信号演算回路１０８のCPUにより変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０としての機能が実行されてもよい。

信号演算回路１０８のCPUは、変位量検知部１０８１として機能する。変位量検知部１０８１は、Ａ／Ｄ変換器１０４と接続される。変位量検知部１０８１は、Ａ／Ｄ変換器１０４からのデジタル値へ変換した電圧値に基づいて、変位量を検知する。変位量検知部１０８１は、変位量波形処理部１０８２へ、変位量情報を入力する。

信号演算回路１０８のCPUは、変位量波形処理部１０８２として機能する。変位量波形処理部１０８２は、変位量検知部１０８１と接続される。変位量波形処理部１０８２は、変位量検知部１０８１からの変位量情報をプロットすることにより時系列波形（以下、「変位波形」という）を求める。変位量波形処理部１０８２は、変位波形に基づいて、変曲点と、該変曲点の時刻を検出する。

変位量波形処理部１０８２は、変位波形を1回微分した波形（速度波形）のピーク（上ピーク）時刻とボトム（下ピーク）時刻を抽出するのが好ましい。また、変位量波形処理部１０８２は、変位波形を2回微分した波形（加速度波形）の横軸（時間軸）と交差する時刻を抽出するようにしてもよい。変位量波形処理部１０８２により抽出された時刻が変位波形の変曲点時刻となる。

また、変位量波形処理部１０８２は、変曲点の極性を判別する。変位波形の変曲点は検知対象物体が変位した際の加速度の正負が逆転する時刻を表す。どちらの方向を正または負とするかは任意である。

物体変位検知装置１００の一実施例では、加速度が負から正へ変化した場合の変曲点を「正変曲点」、加速度が正から負へ変化した場合の変曲点を「負変曲点」とする。変位量波形処理部１０８２は、抽出された各変曲点の極性を判別する。

図３は、変位波形の一実施例を示す。図３には、変位波形により求められる加速度波形も示される。

正変曲点と判別された変曲点は、抽出された順番にPH1、PH2、・・・・、PHnと表記する。同様に、負変曲点と判別された変曲点は抽出された順番にNH1、NH2、・・・・、NHnと表記する。

図３によれば、変位波形の変曲点として、PH1、NH1、PH2が得られる。

次に、各変位成分に起因する変位を合成することにより得られる物体表面の変位と、変曲点との関係について説明する。

物体変位検知装置１００により検知される物体表面の変位は、各変位成分に起因する変位量を合成したものとなる。具体的には、各変位成分に起因する変位量を加算した結果となる。

図４は、各変位成分に起因する変位と、各変位成分に起因する変位を合成することにより得られる物体表面の変位を示す。

図４の左図は、各変位成分に起因する変位を示す。図４の左図において、横軸は時間であり、縦軸は変位量である。図４の左図には、一例として、検知対象物体を人体とし、各変位成分を"心拍"、"呼吸"、"直線的な体動（体動）"とした場合について示す。

図４の右図は、物体表面の変位を示す。図４の右図において、横軸は時間であり、縦軸は、検知対象物体を人体とし、各変位成分を"心拍"、"呼吸"、"直線的な体動"とした場合に、各変位成分に起因する変位を合成することにより得られる物体表面の変位、つまり変位波形を示す。

図５は、加速度波形と、変曲点との関係を示す。

図５には、図４の左図の "心拍"に起因する変位を２回微分した加速度波形と、図４の右図の変位波形を２回微分した加速度波形が示される。

図５によれば、２つの波形を比較すると、加速度が零となる時刻は、若干のずれはあるがほぼ近傍であるのが分かる。また、変曲点の極性も同様であるのが分かる。従って、変位波形を２回微分した加速度波形の変曲点は、心拍に起因する波形を２回微分した加速度波形の変曲点とみなすことができる。

図６は、心拍に起因する変位の一例を示す。図６において、横軸は時間、縦軸は変位量と加速度である。図６には、実線により心拍に起因する変位（心拍変位）の一周期が示され、破線により心拍に起因する変位の加速度（心拍変位加速度）が示される。

図６によれば、心拍変位の一周期の間に発生する変曲点は、以下の特徴を有するのが分かる。

特徴１：心拍変位の一周期の間に３つの変曲点が発生する。

特徴２：心拍変位の一周期の間に発生する３つの変曲点は隣り合う変曲点と極性が逆になる。

特徴３：１つ目の変曲点は直前の心拍における３つ目の変曲点でもある。また、３つ目の変曲点は次の心拍における１つ目の変曲点でもある。

特徴４：１つ目の変曲点と３つ目の変曲点の間隔が心拍周期となる。

特徴５：１つ目の変曲点と２つ目の変曲点の間隔、および２つ目の変曲点と３つ目の変曲点の間隔は心拍周期の約半分となる。

心拍に限らず周期性を持つ変位成分は、上述した特徴１−特徴５を有することが多い。例えば、変位対象物体が人体の場合には呼吸などについても、上述した特徴１−特徴５を有することが多い。

物体変位検知装置１００の一実施例は、検知対象物体を人体とし、心拍に起因する変位を検出する場合について説明する。心拍に起因する変位が検出されることにより、心拍情報が抽出される。

信号演算回路１０８のCPUは、変曲点選択部１０８４として機能する。変曲点選択部１０８４は、変位量波形処理部１０８２と接続される。変曲点選択部１０８４は、変位量波形処理部１０８２により検出された変曲点から、処理の対象とする変曲点（以下、「処理対象変曲点」という）を選択する。変曲点選択部１０８４は、正変曲点を選択するようにしてもよいし、負変曲点を選択するようにしてもよい。物体変位検知装置１００の一実施例は、正変曲点を選択する場合について説明する。変曲点選択部１０８４は、逆極性変曲点抽出部１０８６と変位成分情報演算部１０９０へ、処理対象変曲点を入力する。

信号演算回路１０８のCPUは、逆極性変曲点抽出部１０８６として機能する。逆極性変曲点抽出部１０８６は、変曲点選択部１０８４と接続される。逆極性変曲点抽出部１０８６は、変曲点選択部１０８４により選択された処理対象変曲点の時刻を検出し、該時刻から検知対象物体の変位波形の２分の１周期分時間が経過した付近に存在し、処理対象変曲点とは逆極性となる逆極性変曲点を抽出する。

逆極性変曲点抽出部１０８６は、処理対象変曲点の時刻(T_PHn)から心拍の一周期(ST)の２分の１の時間（0.5×ST）が経過した時刻付近[(T_PHn+0.5×ST)±Tw]に存在するPHnとは逆極性の変曲点を抽出するのが好ましい。Twは、心拍の一周期のばらつき範囲である。このばらつき範囲は、誤差と呼ばれてもよい。例えば、STおよびTwは過去の計測結果より設定されるのが好ましい。逆極性変曲点抽出部１０８６は、変曲点情報処理部１０８８へ、逆極性の変曲点を入力する。

信号演算回路１０８のCPUは、変曲点情報処理部１０８８として機能する。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点選択部１０８４と接続される。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点抽出部１０８６から入力される逆極性の変曲点の数に応じて、時刻を設定する。

（１）逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点の数が零個である場合
変曲点情報処理部１０８８は、処理対象変曲点の時刻(T_PHn)から心拍の一周期(ST)の２分の１の時間(0.5×ST)が経過した時刻を設定する。

図７は、変曲点の時刻設定（その１）の一実施例を示す。

逆極性変曲点抽出部１０８６から逆極性の変曲点が入力されなかった場合、変曲点情報処理部１０８８は、時刻(T_PHn＋0.5×ST)を設定する。該時刻(T_PHn＋0.5×ST)は、最新の２分の１心拍周期の時刻とされる。変曲点情報処理部１０８８は、変曲点選択部１０８４へ、該２分の１心拍周期の時刻を入力する。

（２）逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点の数が１個である場合
変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点の時刻を設定する。

図８は、変曲点の時刻設定（その２）の一実施例を示す。

逆極性変曲点抽出部１０８６から逆極性の変曲点が１つ入力された場合、変曲点情報処理部１０８８は、該逆極性の変曲点の時刻を設定する。該逆極性の変曲点の時刻は、最新の２分の１心拍周期の時刻とされる。変曲点情報処理部１０８８は、変曲点選択部１０８４へ、該２分の１心拍周期の時刻を入力する。

（３）逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点の数が２個以上である場合
変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点のうち、処理対象変曲点の時刻(T_PHn)から心拍の一周期(ST)の２分の１の時間(0.5×ST)が経過した時刻に最も近い変曲点の時刻を設定する。

図９は、変曲点の時刻設定（その３）の一実施例を示す。

逆極性変曲点抽出部１０８６から逆極性の変曲点が複数入力された場合、変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点抽出部１０８６からの逆極性の変曲点のうち、処理対象変曲点の時刻(T_PHn)から心拍の一周期(ST)の２分の１の時間(0.5×ST)が経過した時刻に最も近い変曲点の時刻を設定する。該変曲点の時刻は、最新の２分の１心拍周期の時刻とされる。例えば、心拍以外の変位成分に起因する変位や装置内でのノイズに起因する変位が生じた場合などにより、逆極性の変曲点が複数発生することがある。変曲点情報処理部１０８８は、変曲点選択部１０８４へ、該２分の１心拍周期の時刻を入力する。

変曲点情報処理部１０８８は、変曲点選択部１０８４へ２分の１心拍周期の時刻を入力することにより時刻を設定するとともに、変曲点選択部１０８４で選択する変曲点の極性を設定する。

変曲点情報処理部１０８８は、時刻を設定した後、逆極性変曲点抽出部１０８６へ、逆極性変曲点を抽出するように命令する。

信号演算回路１０８のCPUは、変位成分情報演算部１０９０として機能する。変位成分情報演算部１０９０は、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と接続される。変位成分情報演算部１０９０は、変曲点選択部１０８４からの処理対象変曲点に基づいて、変位成分を演算する。変曲点選択部１０８４から変位成分情報演算部１０９０へ、処理対象変曲点情報が連続的に入力されるのが好ましい。

変位成分情報演算部１０９０は、連続的に入力される処理対象変曲点に基づいて統計処理を行うことにより、以下の変位成分情報を演算する。統計処理を行う際に利用する２分の１心拍周期の時刻は、適宜変更されるのが好ましい。

（変位成分情報１）心拍周期
変位成分情報演算部１０９０は、連続する２回の２分の１心拍周期の時刻を加算することにより、心拍の一周期を演算する。

（変位成分情報２）心拍周期の平均値
変位成分情報演算部１０９０は、所定の時間における心拍の一周期の平均を演算することにより、心拍周期の平均値を演算する。

（変位成分情報３）心拍周期のゆらぎ
変位成分情報演算部１０９０は、過去に得られた心拍周期に基づいて、揺らぎ幅、標準偏差などを演算する。

（変位成分情報１）−（変位成分情報３）の変位成分情報は一例であり、(変位成分情報１)−(変位成分情報３)以外の変位成分が演算されてもよい。

変位成分情報演算部１０９０により演算された変位成分情報は、演算結果保存装置１１０へ入力されるとともに、出力されるのが好ましい。

変曲点選択部１０８４は、変曲点情報処理部１０８８から逆極性の変曲点の数が零個である場合に入力される２分の１心拍周期の時刻が連続して入力される回数をカウントするようにしてもよい。変曲点選択部１０８４は、カウントした値が所定の回数となった場合に、検知対象物体に目標とする変位成分が含まれないと判定するのが好ましい。変曲点選択部１０８４は、検知対象物体に目標とする変位成分が含まれないと判定した場合、変位成分情報演算部１０９０へ検知対象物体に目標とする変位成分が含まれないことを通知するようにしてもよい。例えば、変曲点選択部１０８４は、変曲点情報処理部１０８８から逆極性の変曲点の数が零個である場合に入力される２分の１心拍周期の時刻が連続して入力される回数が、３回の心拍に含まれる７変曲点分である７回になった場合に、変位成分情報演算部１０９０へ検知対象物体に目標とする変位成分が含まれないことを通知するようにしてもよい。

変曲点選択部１０８４は、逆極性の変曲点の数が零個である場合に入力される２分の１心拍周期の時刻が連続して入力される回数をカウント中に、逆極性の変曲点の数が１個以上である場合に入力される２分の１心拍周期の時刻が入力された場合には、カウント値をリセットするのが好ましい。

変位成分情報演算部１０９０は、変位成分情報を出力する。変位成分情報演算部１０９０は、逆極性変曲点抽出部１０８６へ、演算により得られた変位成分情報を入力するのが好ましい。逆極性変曲点抽出部１０８６は、変位成分情報演算部１０９０からの変位成分情報に基づいて、心拍の一周期(ST)、心拍の一周期のばらつき範囲(Tw)を更新するのが好ましい。

演算結果保存装置１１０は、信号演算回路１０８と接続される。演算結果保存装置１１０は、信号演算回路１０８からの変位成分情報を格納する。

＜物体変位検知装置１００の動作＞
図１０は、物体変位検知装置１００の動作の一実施例を示す。図１０には、主に変位成分情報抽出装置１０６の動作が示される。

ステップＳ１００２では、物体変位検知装置１００は、変位量を検知する。変位量検知部１０８１は、変位量を検知する。

ステップＳ１００４では、物体変位検知装置１００は、変位波形から変曲点を抽出し、極性を判別する。変位量波形処理部１０８２は、変位量に基づいて変位波形を求め、変曲点を抽出する。

ステップＳ１００６では、物体変位検知装置１００は、処理対象変曲点を選択する。変曲点選択部１０８４は、処理対象変曲点を選択する。

ステップＳ１００８では、物体変位検知装置１００は、処理対象変曲点の時刻を検出し、該時刻に基づいて逆極性変曲点を抽出する。逆極性変曲点抽出部１０８６は、処理対象変曲点の時刻に基づいて逆極性変曲点を抽出する。

ステップＳ１０１０では、物体変位検知装置１００は、ステップＳ１００８で抽出した逆極性変曲点が零個であるか否かを判定する。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点が零個であるか否かを判定する。

ステップＳ１０１２では、ステップＳ１０１０で逆極性変曲点が零個であると判定した場合、物体変位検知装置１００は、処理対象変曲点の時刻から変位波形の２分の１周期分の時間が経過した時刻を設定する。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点が零個である場合、処理対象変曲点の時刻から変位波形の２分の１周期分の時間が経過した時刻を設定する。

ステップＳ１０１４では、ステップＳ１０１０で逆極性変曲点が零個でないと判定した場合、物体変位検知装置１００は、ステップＳ１００８で抽出した逆極性変曲点が１個であるか否かを判定する。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点が１個であるか否かを判定する。

ステップＳ１０１６では、ステップＳ１０１４で逆極性変曲点が１個であると判定した場合、物体変位検知装置１００は、逆極性変曲点の時刻を設定する。変曲点情報処理部１０８８は、逆極性変曲点が１個である場合、逆極性変曲点の時刻を設定する。

ステップＳ１０１８では、ステップＳ１０１４で逆極性変曲点が１個でないと判定した場合、つまり逆極性変曲点が複数ある場合、物体変位検知装置１００は、処理対象変曲点の時刻から変位波形の２分の１周期分の時間が経過した時刻に最も近い変曲点の時刻を設定する。変曲点情報処理部１０８８は、処理対象変曲点の時刻から変位波形の２分の１周期分の時間が経過した時刻に最も近い変曲点の時刻を設定する。

ステップＳ１０２０では、物体変位検知装置１００は、ステップＳ１００６により選択された処理対象変曲点に基づいて、変位成分情報を演算する。変位成分情報演算部１０９０は、処理対象変曲点に基づいて、変位成分情報を演算する。

ステップＳ１０２２では、物体変位検知装置１００は、周期情報を更新する。逆極性変曲点抽出部１０８６は、周期情報を更新する。

ステップＳ１０２２の処理の終了後、ステップＳ１００２の処理から開始されるのが好ましい。

物体変位検知装置１００の一実施例によれば、周期性を持つ微小な変位成分を非接触で検知する際に、周期性の無い大きな変位が発生した場合においても検知を継続できる。具体的には、心拍による変位成分を非接触で検知する際に、体が動いた場合でも、心拍による変位成分の検知を継続できる。

周期性の無い大きな変位に起因する変位は、該変位の間、直線的に増加する割合が高いと想定される。つまり、周期性の無い大きな変位に起因して、一定速度で変位する割合が高いと想定される。直線的に増加する割合が高い場合、周期性の無い大きな変位に起因する変位に関して、ノイズ成分などの変曲点は発生しない。変曲点が発生しないため、変位の影響を受けにくく、検知精度を向上できる。

検知対象物体の変位は、該変位を構成する各変位成分を合成することにより得られる。検知対象物体を人体とした場合は、心拍や呼吸、体の動きなどの生体信号に起因する変位成分を合成した変位が体表面の変位として観測される。

観測された体表面の変位から、心拍などの周期性を有する変位成分を分離し、抽出する際に、フィルターを使用することが多い。つまり、フィルターを使用して、周波数成分を抽出する。周波数成分を抽出する際に、体が大きく前後するなどの大きな変位が発生した場合、該大きな変位には複数の周波数成分が含まれる。波形の一部に直線的な形状を持つ「矩形波」や「三角波」をフーリエ級数展開で表記する場合、波形を構成する三角関数の周波数範囲は非常に広帯域になるためである。大きな変位の一部には抽出対象の周波数と同じ周波数が含まれる場合もある。さらに、変位が大きいため、その強度も大きくなる。このため、大きな変位に起因する変位の周波数成分の一部はフィルターを通過し、検知信号として観測される場合がある。この場合、検知信号が目的とする変位成分に起因するのか、目的外の変位成分に起因するのかの判別がつかなくなる場合がある。

図１1は、周期性の無い大きな変位に起因する変位の影響を示す。図１１において、横軸は時間であり、縦軸は変位である。

図１１の左図は、大きな変位に起因する変位の一例として、大きな体動の発生区間を示す。大きな体動の発生区間において、微小変位成分と、大きな体動成分と、体表面の変位が示される。

体表面の変位は、大きな体動成分と微小変位成分とを合成したものである。大きな体動成分は、時間に対して変位が直線的に変化する。具体的には、大きな体動成分は直線的に増加した後に減少する。

図１１の右図は、物体変位検知装置１００の一実施例により検出される変位を示す。物体変位検知装置１００の一実施例は、大きな変位に起因する変位の変曲点（処理対象変曲点）に基づいて、変位が検知される。従って、ノイズが発生するのは、変曲点の時刻の一瞬である。

一方、フィルターを使用した場合には、大きな変位に起因するノイズの周波数成分が、大きな変位に起因する変位の発生期間中に常に発生する。

＜変形例（その１）＞
物体変位検知装置１００の一変形例は、図１を参照して説明した物体変位検知装置と略同一である。

＜変位成分情報抽出装置１０６の機能＞
図１２は、変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例を示す。

変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例は、図２を参照して説明した変位成分情報抽出装置１０６に、変位状態監視部１０９２と、変位成分情報抽出部１０９４と、出力情報選択部１０９６とを備えたものである。

図１２の機能ブロック図により表される機能は、主に、信号演算回路１０８により実行される。つまり、信号演算回路１０８は、変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０と、変位状態監視部１０９２と、変位成分情報抽出部１０９４と、出力情報選択部１０９６として機能する。

信号演算回路１０８のCPUの内部に記憶されたアプリケーション（ファームウェア）に従って、CPUにより変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０と、変位状態監視部１０９２と、変位成分情報抽出部１０９４と、出力情報選択部１０９６としての機能が実行されるのが好ましい。

また、記憶部（図示無し）に記憶されたアプリケーションに従って、信号演算回路１０８のCPUにより変位量検知部１０８１と、変位量波形処理部１０８２と、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と、変位成分情報演算部１０９０と、変位状態監視部１０９２と、変位成分情報抽出部１０９４と、出力情報選択部１０９６としての機能が実行されてもよい。

変位成分情報演算部１０９０は、変曲点選択部１０８４と、逆極性変曲点抽出部１０８６と、変曲点情報処理部１０８８と接続される。変位成分情報演算部１０９０は、第１の変位成分情報を演算し、出力情報選択部１０９６へ入力する。変位成分情報演算部１０９０は、第１の変位成分情報を入力する際に、逆極性の変曲点の数の情報を出力情報選択部１０９６へ入力する。このため、変曲点情報処理部１０８８は、変位成分情報演算部１０９０へ、逆極性の変曲点の数の情報を入力する。具体的には、逆極性の変曲点の数が零個であるのか、１個であるのか、２個以上であるのかを示す情報を入力する。

信号演算回路１０８のCPUは、変位状態監視部１０９２として機能する。変位状態監視部１０９２は、変位量検知部１０８１と接続される。変位状態監視部１０９２は、変位量検知部１０８１からの変位量情報に基づいて、検知対象物体の単位時間当りの変位状態を判定する。

変位状態監視部１０９２は、検知対象物体の単位時間当りの変位状態として、以下の（変位状態１）−（変位状態３）のうちのいずれかであるかを判定するのが好ましい。

（変位状態１）特定の位置を中心として、検知対象物体の変位成分の想定される変位量と同程度の変位量および周期で振幅運動をしている
（変位状態２）有意性のある変位が確認できない状態（基本的には静止状態。微小変位は発生しているかもしれないが観測ができない状態）
（変位状態３）（１）、（２）以外の状態
変位状態監視部１０９２は、出力情報選択部１０９６へ、判定結果を入力する。

信号演算回路１０８のCPUは、変位成分情報抽出部１０９４として機能する。変位成分情報抽出部１０９４は、変位量検知部１０８１と接続される。変位成分情報抽出部１０９４は、変位量検知部１０８１からの変位量情報に基づいて、抽出対象の周波数成分を抽出する。変位成分情報抽出部１０９４は、変位量検知部１０８１からの変位量情報に基づいて時間連続波形を作成し、該時間連続波形から抽出対象の周波数成分をフィルターにより抽出するのが好ましい。変位成分情報抽出部１０９４は、抽出対象の周波数成分の特徴量を抽出する。特徴量は、ピークの時刻、ピークの間隔などであるのが好ましい。変位成分情報抽出部１０９４は、特徴量に基づいて、第２の変位成分情報を抽出する。変位成分情報抽出部１０９４は、出力情報選択部１０９６へ、第２の変位成分情報を入力する。

変位成分情報抽出部１０９４は、予め想定される範囲以外の特徴量が抽出された場合には、第２の変位成分情報の抽出ができないと判定するのが好ましい。この場合、変位成分情報抽出部１０９４は、出力情報選択部１０９６へ、判定情報を入力するのが好ましい。

信号演算回路１０８のCPUは、出力情報選択部１０９６として機能する。出力情報選択部１０９６は、変位成分情報演算部１０９０と、変位状態監視部１０９２と、変位成分情報抽出部１０９４と接続される。

出力情報選択部１０９６には、変位成分情報演算部１０９０から第１の変位成分情報および逆極性の変曲点の数の情報が入力され、変位状態監視部１０９２から検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果が入力され、変位成分情報抽出部１０９４から第２の変位成分情報が入力される。

出力情報選択部１０９６は、変位成分情報抽出部１０９４から第２の変位成分情報の抽出ができない判定情報が入力された場合、変位成分情報演算部１０９０から入力された第１の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、変位成分情報抽出部１０９４から第２の変位成分情報の抽出ができない判定情報が入力されない場合、変位成分情報演算部１０９０からの逆極性の変曲点の数の情報と、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果とに基づいて、変位成分情報演算部１０９０からの第１の変位成分情報又は変位成分情報抽出部１０９４からの第２の変位成分情報を選択する。

図１３は、出力情報選択部１０９６の動作を示す。

出力情報選択部１０９６は、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果が変位状態１である場合には、逆極性の変曲点の数に応じて、第１の変位成分情報又は第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が零個である場合には、第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が１個である場合には、第１の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が２個以上である場合には、第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果が変位状態２である場合には、逆極性の変曲点の数に応じて、第１の変位成分情報又は第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が零個である場合には、第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が１個である場合には、第１の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、逆極性の変曲点の数が２個以上である場合には、第２の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果が変位状態３である場合には、逆極性の変曲点の数に拘わらず、第１の変位成分情報を選択する。

出力情報選択部１０９６は、変位成分情報演算部１０９０へ、選択した変位成分情報を入力するのが好ましい。変位成分情報演算部１０９０は、逆極性変曲点抽出部１０８６へ、出力情報選択部１０９６からの変位成分情報を入力するのが好ましい。逆極性変曲点抽出部１０８６は、変位成分情報演算部１０９０からの変位成分情報に基づいて、心拍の一周期(ST)、心拍の一周期のばらつき範囲(Tw)を更新するのが好ましい。

＜物体変位検知装置１００の動作＞
図１４は、物体変位検知装置１００の動作の一変形例を示す。図１４には、主に変位成分情報抽出装置１０６の動作が示される。

ステップＳ１４０２では、物体変位検知装置１００は、変位量を検知する。変位量検知部１０８１は、変位量を検知する。

ステップＳ１４０４では、物体変位検知装置１００は、変曲点に基づいて変位成分情報を演算する。つまり、図１０のステップＳ１００４−Ｓ１０２０が実行される。

ステップＳ１４０６では、物体変位検知装置１００は、変位状態を判定する。変位状態監視部１０９２は、変位状態を判定する。

ステップＳ１４０８では、物体変位検知装置１００は、周波数成分に基づいて変位成分情報を抽出する。変位成分情報抽出部１０９４は、周波数成分に基づいて変位成分情報を抽出する。

ステップＳ１４１０では、物体変位検知装置１００は、出力情報を選択する。出力情報選択部１０９６は、出力情報を選択する。

ステップＳ１４１２では、物体変位検知装置１００は、周期情報を更新する。逆極性変曲点抽出部１０８６は、周期情報を更新する。

図１４に示されるフローチャートにおいて、ステップＳ１４０４−Ｓ１４０８は、異なる順番で実行されてもよい。

物体変位検知装置１００の一変形例によれば、変曲点に基づいて演算される変位成分情報および周波数成分に基づいて抽出される変位成分情報の何れかを選択できる。変曲点に基づいて変位成分情報を演算する方法は、大きな変位が発生した場合に効果が高い。周波数成分に基づいて変位成分情報を抽出する方法は、大きな変位が発生しない場合に効果が高く、様々な要因で発生する周期性の無いランダムな微小変位などを除去できる。つまり、検知対象物体が比較的安静状態であれば、周期性の無いランダムな微小変位成分を除去し、精度よく、目的とする変位成分情報を抽出することが可能である。例えば、人体が比較的安静状態であれば、周期性の無いランダムな微小変位成分を除去し、精度よく、目的とする心拍情報を抽出することが可能である。

変曲点に基づいて演算される変位成分情報および周波数成分に基づいて抽出される変位成分情報の何れかを、逆極性の変曲点の数および変位状態に基づいて選択することにより、相互補完動作を実現できる。つまり、大きな体動などの大きな変位が発生した状態で人体を検知する場合に、心拍成分などの小さな変位成分の情報の抽出が安定的にかつ高精度で実現できる。

＜変形例（その２）＞
図１５は、物体変位検知装置１００の一変形例を示す。物体変位検知装置１００の一変形例は、図１を参照して説明した物体変位検知装置に、バンドパスフィルター１１４と、第２のＡ／Ｄ変換器１１６を備えたものである。

バンドパスフィルター１１４は、変位計１０２と接続される。バンドパスフィルター１１４は、変位計１０２からの電圧波形から抽出の対象となる周波数成分の波形を抽出する。バンドパスフィルター１１４により抽出された周波数成分の波形は、第２のＡ／Ｄ変換器１１６へ入力される。

第２のＡ／Ｄ変換器１１６は、バンドパスフィルター１１４から出力される電圧をデジタル値へ変換する。第２のＡ／Ｄ変換器１１６によりデジタル値へ変換された電圧は変位成分情報抽出装置１０６へ入力される。

＜変位成分情報抽出装置１０６の機能＞
図１６は、変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例を示す。

変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例は、図１２を参照して説明した変位成分情報抽出装置１０６において変位成分情報抽出部１０９４を省略したものである。第２のＡ／Ｄ変換器１１６の出力信号は、出力情報選択部１０９６へ入力される。

出力情報選択部１０９６は、第２のＡ／Ｄ変換器１１６からの出力信号に基づいて、第２の変位成分情報を求める。

出力情報選択部１０９６は、変位成分情報演算部１０９０からの逆極性の変曲点の数の情報と、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果とに基づいて、変位成分情報演算部１０９０からの第１の変位成分情報又は第２の変位成分情報を選択する。

＜物体変位検知装置１００の動作＞
物体変位検知装置１００の動作の一変形例は、図１４と略同一である。

＜変形例（その３）＞
図１７は、物体変位検知装置１００の一変形例を示す。物体変位検知装置１００の一変形例は、図１を参照して説明した物体変位検知装置に、デジタルフィルター１１８を備えたものである。

デジタルフィルター１１８は、Ａ／Ｄ変換器１０４と接続される。デジタルフィルター１１８は、Ａ／Ｄ変換器１０４によりデジタル値へ変換した電圧値に基づいて形成される電圧波形から抽出の対象となる周波数成分の波形を抽出する。デジタルフィルター１１８により抽出された周波数成分の波形は、変位成分情報抽出装置１０６へ入力される。

＜変位成分情報抽出装置１０６の機能＞
図１８は、変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例を示す。

変位成分情報抽出装置１０６の機能の一変形例は、図１２を参照して説明した変位成分情報抽出装置１０６において変位成分情報抽出部１０９４を省略したものである。デジタルフィルター１１８の出力信号は、出力情報選択部１０９６へ入力される。

出力情報選択部１０９６は、デジタルフィルター１１８からの出力信号に基づいて、第２の変位成分情報を求める。

出力情報選択部１０９６は、変位成分情報演算部１０９０からの逆極性の変曲点の数の情報と、変位状態監視部１０９２からの検知対象物体の単位時間当りの変位状態の判定結果とに基づいて、変位成分情報演算部１０９０からの第１の変位成分情報又は第２の変位成分情報を選択する。

＜物体変位検知装置１００の動作＞
物体変位検知装置１００の動作の一変形例は、図１４と略同一である。

物体変位検知装置１００の一実施例、一変形例によれば、変位量が異なる複数の変位成分の合成により発生する物体表面変位を、電磁波等を用いて非接触検知する場合に、検知信号より目的とする変位成分情報を精度よく分離抽出することができる。

以上、本発明は特定の実施例及び変形例を参照しながら説明されてきたが、各実施例及び変形例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に従った装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

１００ 物体変位検知装置
１０２ 変位計
１０４ Ａ／Ｄ変換器
１０６ 変位成分情報抽出装置
１０８ 信号演算回路
１１０ 演算結果保存装置
１１２ 第１のＡ／Ｄ変換器
１１４ バンドパスフィルター
１１６ 第２のＡ／Ｄ変換器
１１８ デジタルフィルター
１０８１ 変位量検知部
１０８２ 変位量波形処理部
１０８４ 変曲点選択部
１０８６ 逆極性変曲点抽出部
１０８８ 変曲点情報処理部
１０９０ 変位成分情報演算部
１０９２ 変位状態監視部
１０９４ 変位成分情報抽出部
１０９６ 出力情報選択部

Claims (6)

1. 検知の対象となる物体に送信した送信波と該送信波の前記物体による反射波に基づいて、前記物体の変位を検知する物体変位検知装置であって、
   前記送信波と前記反射波とに基づいて、前記物体の変位を演算する変位量演算部と、
   該変位量演算部により演算される変位に基づいて取得される変位波形の変曲点から使用する変曲点である第１の変曲点を選択する変曲点選択部と、
   前記第１の変曲点が発生した時刻から、前記物体の変位のうちの周期性を有する所定の変位成分の、過去の計測結果により設定される代表的な周期の半分の時間が経過した時刻の近傍の所定範囲における前記変曲点である第２の変曲点を抽出する逆極性変曲点抽出部と、
   前記第１の変曲点が発生した時刻と、前記第２の変曲点が発生した時刻とに基づいて、前記物体の前記変位成分に関する第１の変位成分情報であって、前記変位成分の実際の周期、又は当該周期に関連する量を含む第１の変位成分情報を演算する変位成分情報演算部と
   を備える物体変位検知装置。
2. 前記変位波形を微分して得られる速度波形に基づいて、前記変曲点を検出する変位量波形処理部を更に有する、
   請求項１に記載の物体変位検知装置。
3. 該逆極性変曲点抽出部により抽出された前記第２の変曲点の数に基づいて、前記物体の前記変位成分の実際の周期の半分の時間に相当する時刻を設定する変曲点情報処理部を更に有し、
   前記変位成分情報演算部は、前記変曲点情報処理部により設定された時刻に基づき、前記第１の変位成分情報を演算する、
   請求項１又は２に記載の物体変位検知装置。
4. 前記変位波形から所定の周波数成分を抽出し、該周波数成分に基づいて、前記物体の前記変位成分に関する第２の変位成分情報を取得する第２の変位成分情報抽出部と、
   前記変位に基づいて、前記物体の変位状態を判定する変位状態監視部と、
   前記変位状態監視部により判定される変位状態に基づいて、前記第１の変位成分情報および前記第２の変位成分情報のいずれかを選択する選択部と
   を有する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の物体変位検知装置。
5. 前記選択部は、前記逆極性変曲点抽出部により抽出された前記第２の変曲点の数に基づいて、前記第１の変位成分情報および前記第２の変位成分情報のいずれかを選択する、
   請求項４に記載の物体変位検知装置。
6. 検知の対象となる物体に送信した送信波と該送信波の該検知の対象となる物体による反射波に基づいて、該検知の対象となる物体の変位を検知する物体変位検知装置における物体変位検知方法であって、
   前記送信波と前記反射波とに基づいて、前記物体の変位を演算し、
   該物体の変位に基づいて取得される変位波形の変曲点から使用する変曲点である第１の変曲点を選択し、
   前記第１の変曲点が発生した時刻から、前記物体の変位のうちの周期性を有する所定の変位成分の、過去の計測結果により設定される代表的な周期の半分の時間が経過した時刻の近傍の所定範囲における前記変曲点である第２の変曲点を抽出し、
   前記第１の変曲点が発生した時刻と、前記第２の変曲点が発生した時刻とに基づいて、前記物体の前記変位成分に関する第１の変位成分情報であって、前記変位成分の実際の周期、又は当該周期に関連する量を含む第１の変位成分情報を取得する、
   物体変位検知方法。
   

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