JP6653819B1

JP6653819B1 - Wearable biological sensing system

Info

Publication number: JP6653819B1
Application number: JP2019163942A
Authority: JP
Inventors: 聡人野田
Original assignee: 学校法人南山学園
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: JP2021040807A

Abstract

【課題】本明細書は、小型で省電力のウエアラブル生体センシングシステムを提供する。【解決手段】センシングシステム２は、複数のセンサモジュール３０と、複数のアンテナモジュール２０と、コントローラ１０を備えている。センサモジュール３０は人体に固定可能であり、センサチップ３２とコイルアンテナ３５を備えている。複数のアンテナモジュール２０は、衣服４に取り付けられている。各アンテナモジュール２０は、センサモジュール３０に対向しており、コイルアンテナ２５とスイッチ２４を備えている。コントローラ１０は、特定のアンテナモジュール２０のスイッチ２４を閉じさせ、コイルアンテナ２５、３５を通じて通信可能となったセンサモジュール３０のセンサチップ３２へ電力を供給するとともにその出力信号を受信する。【選択図】図１The present specification provides a small and power-saving wearable biological sensing system. A sensing system includes a plurality of sensor modules, a plurality of antenna modules, and a controller. The sensor module 30 can be fixed to a human body, and includes a sensor chip 32 and a coil antenna 35. The plurality of antenna modules 20 are attached to the clothes 4. Each antenna module 20 faces the sensor module 30, and includes a coil antenna 25 and a switch 24. The controller 10 closes the switch 24 of the specific antenna module 20, supplies power to the sensor chip 32 of the sensor module 30 that has become communicable through the coil antennas 25 and 35, and receives the output signal. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本明細書が開示する技術は、生体に取り付けられた複数のセンサモジュールからセンサ情報を収集するウエアラブル生体センシングシステムに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a wearable living body sensing system that collects sensor information from a plurality of sensor modules attached to a living body.

生体（典型的には人体）に複数のセンサモジュールを取り付け、その複数のセンサモジュールの情報を集約して生体の各部の状態データを収集するシステムが提案されている（特許文献１、２）。センサとしては、温度センサ、心拍センサ、筋電位センサなどが挙げられる。生体の特定部位の状態を正確に計測し続けるには、生体に対してセンサを固定する必要がある。衣服にセンサを取り付ける態様では、生体の特定部位に対するセンサの位置が生体の動きによってずれてしまうからである。一方、センサの出力データを収集するコントローラを生体に取り付けるのは生体の動きを制約することになる。特許文献１のシステムでは、生体に取り付ける複数のセンサモジュールのそれぞれに近接するように衣服に複数の読み取り機を取り付ける。センサモジュールと読み取り機は無線タグを使った近接無線通信が可能である。また、読み取り機からセンサモジュールへの電力供給が可能になっている。センサモジュールに電源が不要となることから、センサモジュールの小型軽量化が図れる。センサモジュールと読み取り機は近接配置されるため、消費電力は小さい。 There have been proposed systems in which a plurality of sensor modules are attached to a living body (typically a human body), and information on the plurality of sensor modules is collected to collect state data of each part of the living body (Patent Documents 1 and 2). Examples of the sensor include a temperature sensor, a heart rate sensor, and a myoelectric potential sensor. In order to continue measuring the state of a specific part of the living body accurately, it is necessary to fix the sensor to the living body. This is because, in a mode in which the sensor is attached to clothes, the position of the sensor with respect to a specific part of the living body is shifted by the movement of the living body. On the other hand, attaching a controller for collecting output data of a sensor to a living body restricts the movement of the living body. In the system of Patent Literature 1, a plurality of readers are attached to clothes so as to approach each of a plurality of sensor modules attached to a living body. The sensor module and the reader can perform close proximity wireless communication using a wireless tag. Also, power can be supplied from the reader to the sensor module. Since a power supply is not required for the sensor module, the size and weight of the sensor module can be reduced. Since the sensor module and the reader are arranged close to each other, power consumption is small.

特許文献３には、体内に入れたカプセル型内視鏡に対して人体の外から電力を供給する装置が開示されている。その装置は、人体を囲む強力なコイルを備えており、コイルから電磁波で体内のカプセル型内視鏡へ電力を供給する。特許文献３の技術を応用し、生体を強力なコイルで囲み、生体の各所に取り付けられたセンサモジュールとコイルの間で給電と通信を行うことが可能である。 Patent Literature 3 discloses a device that supplies electric power from outside the human body to a capsule endoscope that is placed in the body. The device includes a strong coil surrounding the human body, and supplies electric power from the coil to the capsule endoscope in the body using electromagnetic waves. By applying the technique of Patent Document 3, it is possible to surround a living body with a powerful coil and perform power supply and communication between the sensor module and the coil attached to various parts of the living body.

特開２００７−１２５１０４号公報JP 2007-125104 A 特開２０１８−１８７０２３号公報JP 2018-187023 A 特開２０１０−１１９４５６号公報JP 2010-119456 A

特許文献１の技術では、センサモジュールと読み取り機は１対１の関係である。すなわち、センサモジュールと同数の読み取り機を衣服に取り付けなければならない。多数の読み取り機を取り付けると衣服が重くなるとともに、読み取り機の数に応じてシステム全体の消費電力が増大する。特許文献３の技術を適用し、複数のセンサモジュールに対して１個の強力な読み取り機でセンサデータを収集することが考えらえる。しかしながら、強力な読み取り機では生体の動きを制約することになる。また、読み取り機とセンサモジュールとの距離も長くなるため、無線通信や電力供給に要する電力も増大する。本明細書は、消費電力が小さく、かつ、生体の動きへの制約が小さい生体センシングシステム（ウエアラブル生体センシングシステム）を提供する。 In the technique of Patent Document 1, the sensor module and the reader have a one-to-one relationship. That is, the same number of readers as sensor modules must be attached to clothing. Attaching a large number of readers makes clothes heavier and increases the power consumption of the entire system according to the number of readers. Applying the technique of Patent Document 3 and collecting sensor data with a single powerful reader for a plurality of sensor modules is conceivable. However, a powerful reader will limit the movement of the living body. Further, since the distance between the reader and the sensor module becomes longer, the power required for wireless communication and power supply also increases. The present specification provides a living body sensing system (wearable living body sensing system) with low power consumption and little restriction on movement of a living body.

本明細書が開示するウエアラブル生体センシングシステムは、生体に固定可能な複数のセンサモジュールと、生体が装着可能な衣服と、衣服に取り付け可能な複数のアンテナモジュールと、コントローラを備えている。それぞれのセンサモジュールは、センサ素子と第１アンテナを備えている。それぞれのセンサモジュールは、粘着剤により生体へ固定可能であってよい。あるいは、複数のセンサモジュールは、生体に密着する伸縮性衣服に取り付けられていてもよい。いずれの場合も、生体に対するセンサモジュールの位置を固定することができる。 The wearable living body sensing system disclosed in this specification includes a plurality of sensor modules that can be fixed to a living body, clothing that can be worn by the living body, a plurality of antenna modules that can be attached to the clothing, and a controller. Each sensor module includes a sensor element and a first antenna. Each sensor module may be fixable to a living body with an adhesive. Alternatively, the plurality of sensor modules may be attached to a stretchable garment that adheres to the living body. In any case, the position of the sensor module with respect to the living body can be fixed.

衣服には、生地に沿って二次元的に広がっており互いに絶縁されている一対の導電体が組み込まれている。複数のアンテナモジュールは、一対の導電体と接続される。それぞれのアンテナモジュールは、衣服が生体に装着されたときに生体に固定されている複数のセンサモジュールのそれぞれと対向するように衣服に取り付け可能である。コントローラは、一対の導電体と接続されている。 Clothing includes a pair of conductors that extend two-dimensionally along the fabric and are insulated from each other. The plurality of antenna modules are connected to a pair of conductors. Each of the antenna modules can be attached to the clothes so as to face each of the plurality of sensor modules fixed to the living body when the clothes are worn on the living body. The controller is connected to the pair of conductors.

それぞれのアンテナモジュールは、第２アンテナとスイッチとスイッチ制御回路を備えている。第２アンテナは、衣服が生体に装着されたときに対応するセンサモジュールの第１アンテナと近接対向するように配置される。第１アンテナおよび第２アンテナは、近接無線通信が可能であり、典型的にはコイルアンテナでよい。スイッチは、第２アンテナを一対の導電体と接続したり遮断したりするように設けられている。それぞれのスイッチ制御回路には、予め固有の識別子が割り当てられている。それぞれのスイッチ制御回路は、一対の導電体を通じてコントローラから送られる識別子を含む指令信号に基づいてスイッチを開閉する。 Each antenna module includes a second antenna, a switch, and a switch control circuit. The second antenna is disposed so as to be closely opposed to the first antenna of the corresponding sensor module when the clothes are worn on the living body. The first antenna and the second antenna are capable of close proximity wireless communication, and typically may be coil antennas. The switch is provided so as to connect and disconnect the second antenna to and from the pair of conductors. Each switch control circuit is assigned a unique identifier in advance. Each switch control circuit opens and closes a switch based on a command signal including an identifier sent from the controller through the pair of conductors.

コントローラは、特定の識別子を含むとともにスイッチを閉じさせる指令信号を一対の導電体に流す。特定の識別子が割り当てられたスイッチ制御回路は指令信号に応答してスイッチを閉じる。コントローラは、スイッチが閉じられて第１アンテナと第２アンテナを介して通信可能になったセンサモジュールのセンサ素子（活性化センサ素子）へ一対の導電体と第１アンテナと第２アンテナを通じて電力を供給する。また、コントローラは、一対の導電体と第１アンテナと第２アンテナを通じて活性化センサ素子の出力信号を受信する。 The controller sends a command signal including the specific identifier and closing the switch to the pair of conductors. The switch control circuit to which the specific identifier is assigned closes the switch in response to the command signal. The controller supplies electric power to the sensor element (activation sensor element) of the sensor module in which the switch is closed and the communication is possible via the first antenna and the second antenna through the pair of conductors, the first antenna, and the second antenna. Supply. Further, the controller receives the output signal of the activated sensor element through the pair of conductors, the first antenna, and the second antenna.

本明細書が開示する生体センシングシステムでは、衣服に組み込まれた二次元的な一対の導電体に複数のアンテナモジュールを分散配置する。コントローラは、通信を行いたいセンサモジュールに対応するアンテナモジュールだけスイッチを閉じ、残りのアンテナモジュールのスイッチは開状態に保持する。そうすると、コントローラは、特定の第１／第２アンテナを通じて特定のセンサ素子（上記した活性化センサ素子）と通信可能になる。一方、他の第２アンテナは一対の導電体からは電気的に切り離されている。それゆえ、特定のセンサ素子へ電力を供給すべく一対の導電体に電力を流すと他の第２アンテナには電力が分散せず、スイッチが閉じられたアンテナモジュールを介してのみ、特定のセンサ素子に電力を供給することができる。従って効率よく特定のセンサ素子へ電力を供給することができる。 In the living body sensing system disclosed in this specification, a plurality of antenna modules are distributed and arranged on a pair of two-dimensional conductors incorporated in clothes. The controller closes the switch only for the antenna module corresponding to the sensor module with which communication is desired, and keeps the switches of the remaining antenna modules open. Then, the controller can communicate with a specific sensor element (the above-described activated sensor element) through the specific first / second antenna. On the other hand, the other second antenna is electrically separated from the pair of conductors. Therefore, when power is supplied to a pair of conductors to supply power to a specific sensor element, the power is not distributed to the other second antenna, and only through the antenna module in which the switch is closed, the specific sensor is used. Power can be supplied to the device. Therefore, power can be efficiently supplied to a specific sensor element.

また、センサモジュールとアンテナモジュールは第１／第２アンテナを通じて無線通信と無線電力伝送を行うので、生体の動きに対する制約が小さい。例えば半径２［ｃｍ］のコイルアンテナを採用した場合、第１アンテナと第２アンテナが（別言すれば、生体に固定されたセンサモジュールと衣服のアンテナモジュールが）概ね半径２［ｃｍ］の範囲でずれても、電力供給と通信が維持できる。 In addition, since the sensor module and the antenna module perform wireless communication and wireless power transmission through the first and second antennas, restrictions on movement of a living body are small. For example, when a coil antenna having a radius of 2 [cm] is used, the first antenna and the second antenna (in other words, the sensor module fixed to the living body and the clothing antenna module) have a radius of approximately 2 [cm]. , Power supply and communication can be maintained.

なお、コントローラは、一例として、振幅偏移変調方式で、一対の導電体を通じて指令信号を送信するとともに活性化センサ素子の出力信号を受信するように構成されていてよい。簡単な回路で振幅偏移変調方式による双方向通信を実現する技術は、例えば特許第６３７７２９０号公報に詳しく記載されているのでそちらを参照されたい。 In addition, as an example, the controller may be configured to transmit the command signal through the pair of conductors and receive the output signal of the activation sensor element by the amplitude shift keying method. The technology for realizing the bidirectional communication using the amplitude shift keying method with a simple circuit is described in detail in, for example, Japanese Patent No. 6377290, so please refer to that.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “Detailed description of the invention”.

実施例のウエアラブル生体センシングシステムの概要図である。It is a schematic diagram of a wearable living body sensing system of an example. アンテナモジュールとセンサモジュールの通信が低消費電力であることを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining that communication between an antenna module and a sensor module is low power consumption. ウエアラブル生体センシングシステムのブロック図である。It is a block diagram of a wearable living body sensing system. 一対の導電体とアンテナモジュールの接続構造の一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example of the connection structure of a pair of conductor and an antenna module.

図を参照して実施例のウエアラブル生体センシングシステム２を説明する。以下、説明の便宜上、ウエアラブル生体センシングシステム２を単純にセンシングシステム２と表記する。実施例のセンシングシステム２は、人体各所の温度を計測するシステムである。図１に、センシングシステム２の概要図を示す。 The wearable living body sensing system 2 according to the embodiment will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the wearable living body sensing system 2 is simply referred to as a sensing system 2 for convenience of explanation. The sensing system 2 of the embodiment is a system that measures the temperature of various parts of the human body. FIG. 1 shows a schematic diagram of the sensing system 2.

センシングシステム２は、人体に取り付ける複数のセンサモジュール３０と、人体が装着する衣服４と、衣服に取り付けられている複数のアンテナモジュール２０と、不図示のコントローラを備えている。図１では、いくつかのセンサモジュールには符号３０を省略した。同様に、いくつかのアンテナモジュールには符号２０を省略した。 The sensing system 2 includes a plurality of sensor modules 30 attached to a human body, clothes 4 worn by the human body, a plurality of antenna modules 20 attached to the clothes, and a controller (not shown). In FIG. 1, reference numeral 30 is omitted from some sensor modules. Similarly, reference numeral 20 is omitted for some antenna modules.

複数のセンサモジュール３０のそれぞれは、人体ＨＢの皮膚ＳＫに直接に貼着される。センサモジュール３０の電気的な構造は後に説明するが、センサモジュール３０は、コイルアンテナ３５とセンサチップ３２（および不図示の通信チップ３１）がシール状の外装３９に収められたデバイスである。センサチップ３２は、貼着された部位の温度を計測する温度センサ素子を含んでいる。通信チップ３１については後述する。外装３９の裏面には粘着剤が塗布されており、センサモジュール３０は粘着剤によって皮膚ＳＫに貼着される。複数のセンサモジュール３０のそれぞれは、温度を計測したい箇所に貼着される。温度を計測するセンサチップ３２を含むセンサモジュール３０が人体ＨＢの皮膚ＳＫに直接に貼着されるので、人体が動いても同じ部位の温度を計測し続けることができる。 Each of the plurality of sensor modules 30 is directly attached to the skin SK of the human body HB. Although the electrical structure of the sensor module 30 will be described later, the sensor module 30 is a device in which the coil antenna 35 and the sensor chip 32 (and the communication chip 31 (not shown)) are housed in a seal-shaped exterior 39. The sensor chip 32 includes a temperature sensor element that measures the temperature of the attached portion. The communication chip 31 will be described later. An adhesive is applied to the back surface of the exterior 39, and the sensor module 30 is attached to the skin SK with the adhesive. Each of the plurality of sensor modules 30 is attached to a location where temperature is to be measured. Since the sensor module 30 including the sensor chip 32 for measuring the temperature is directly attached to the skin SK of the human body HB, it is possible to continue measuring the temperature of the same part even when the human body moves.

衣服４には、生地４ａに沿って二次元的に広がっており、互いに絶縁されている一対の導電体５が組み込まれている。衣服４の生地４ａは絶縁性であり、生地４ａの表裏それぞれに、導電性の金属でコーティングされた糸が二次元メッシュ状に編み込まれている。二次元メッシュ状の糸が導電体５に相当する。図１では、理解を助けるため、二次元メッシュ状の糸をシートで模式的に表している。導電性の金属でコーティングされた糸を採用することで、生地４ａの柔軟性を損なわずに、一対の導電体５を組み込んだ衣服４を実現した。 The clothing 4 incorporates a pair of conductors 5 that are two-dimensionally spread along the cloth 4a and are insulated from each other. The cloth 4a of the garment 4 is insulative, and a thread coated with a conductive metal is woven in a two-dimensional mesh on each of the front and back sides of the cloth 4a. The two-dimensional mesh yarn corresponds to the conductor 5. In FIG. 1, the two-dimensional mesh-like yarn is schematically represented by a sheet to facilitate understanding. By using a thread coated with a conductive metal, the clothing 4 incorporating the pair of conductors 5 is realized without impairing the flexibility of the cloth 4a.

複数のアンテナモジュール２０は、コイルアンテナ２５と、後述するスイッチ制御回路を含んでいる。複数のアンテナモジュール２０は、衣服４に分散配置されており、それぞれのアンテナモジュール２０は、一対の導電体５に接続されている。それぞれのアンテナモジュール２０は、人体ＨＢが衣服４を着たときに、人体ＨＢに固定されたそれぞれのセンサモジュール３０と対向するように配置されている。より正確には、アンテナモジュール２０は、コイルアンテナ２５が対応するセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５と対向するように衣服４に配置されている。アンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５とセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５は数センチ以内の間隔で対向することになり、近距離無線通信を行うことができる。人体ＨＢが動くと衣服に取り付けられているアンテナモジュール２０はセンサモジュール３０に対して微妙に位置がずれる。しかし位置のずれは数センチ程度であり、人体ＨＢが動いている間もコイルアンテナ２５とコイルアンテナ３５の一部は対向状態が保持されるので通信可能である。 The plurality of antenna modules 20 include a coil antenna 25 and a switch control circuit described later. The plurality of antenna modules 20 are dispersedly arranged on the clothing 4, and each of the antenna modules 20 is connected to the pair of conductors 5. Each antenna module 20 is arranged so as to face each sensor module 30 fixed to the human body HB when the human body HB wears the clothes 4. More precisely, the antenna module 20 is arranged on the clothes 4 such that the coil antenna 25 faces the coil antenna 35 of the corresponding sensor module 30. The coil antenna 25 of the antenna module 20 and the coil antenna 35 of the sensor module 30 face each other at an interval of within several centimeters, and can perform short-range wireless communication. When the human body HB moves, the antenna module 20 attached to the clothes is slightly displaced with respect to the sensor module 30. However, the displacement is only about a few centimeters, and even while the human body HB is moving, the coil antenna 25 and a part of the coil antenna 35 are kept facing each other, so that communication is possible.

不図示のコントローラは、例えば人体ＨＢの腰に装着され、一対の導電体５と接続される。不図示のコントローラと複数のアンテナモジュール２０は、一対の導電体５を介して通信可能である。 The controller (not shown) is attached to, for example, the waist of the human body HB, and is connected to the pair of conductors 5. A controller (not shown) and the plurality of antenna modules 20 can communicate with each other via a pair of conductors 5.

図２を参照してセンシングシステム２の動作を概説する。センシングシステム２は、多数のセンサモジュール３０と多数のアンテナモジュール２０を含んでいるが、図２では、３個のセンサモジュール３０ａ−３０ｃと、３個のアンテナモジュール２０ａ−２０ｃのみを示してある。また、図２では、一対の導電体５を一枚のシートで模式的に示してある。一対の導電体５は衣服４の生地に組み込まれているため、図２の符号５が示すシートは衣服４も模している。３個のセンサモジュール３０ａ−３０ｃのいずれかを区別なく示すときにはセンサモジュール３０と表記し、３個のアンテナモジュール２０ａ−２０ｃのいずれかを区別なく示すときにはアンテナモジュール２０と表記する。 The operation of the sensing system 2 will be outlined with reference to FIG. Although the sensing system 2 includes many sensor modules 30 and many antenna modules 20, FIG. 2 shows only three sensor modules 30a to 30c and three antenna modules 20a to 20c. Further, in FIG. 2, the pair of conductors 5 is schematically shown by one sheet. Since the pair of conductors 5 is incorporated in the cloth of the garment 4, the sheet indicated by reference numeral 5 in FIG. When any of the three sensor modules 30a to 30c is shown without distinction, it is described as a sensor module 30, and when any of the three antenna modules 20a to 20c is shown without distinction, it is described as an antenna module 20.

複数のセンサモジュール３０は皮膚ＳＫに貼着されている。複数のアンテナモジュール２０は衣服４に分散配置されている。複数のアンテナモジュール２０のそれぞれは、コイルアンテナ２５が対応するセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５に対向するように配置されている。 The plurality of sensor modules 30 are attached to skin SK. The plurality of antenna modules 20 are distributed on the clothes 4. Each of the plurality of antenna modules 20 is arranged so that the coil antenna 25 faces the coil antenna 35 of the corresponding sensor module 30.

アンテナモジュール２０ａのコイルアンテナ２５とセンサモジュール３０ａのコイルアンテナ３５は近接対向しており、それらコイルアンテナ２５、３５を通してコントローラ１０はセンサモジュール３０ａのセンサチップ３２からセンサデータを取得することができる。同様に、アンテナモジュール２０ｂ（２０ｃ）のコイルアンテナ２５とセンサモジュール３０ｂ（３０ｃ）のコイルアンテナ３５は近接対向しており、それらコイルアンテナ２５、２５を通してコントローラ１０はセンサモジュール３０ｂ（３０ｃ）のセンサチップ３２からセンサデータを取得することができる。また、コントローラ１０は、導電体５とコイルアンテナ２５とコイルアンテナ３５を通じてセンサチップ３２へ電力を供給することができる。センサチップ３２は、コントローラ１０から電力供給を受けて動作する。 The coil antenna 25 of the antenna module 20a and the coil antenna 35 of the sensor module 30a face each other, and the controller 10 can acquire sensor data from the sensor chip 32 of the sensor module 30a through the coil antennas 25 and 35. Similarly, the coil antenna 25 of the antenna module 20b (20c) and the coil antenna 35 of the sensor module 30b (30c) are in close proximity to each other. 32 from the sensor data. Further, the controller 10 can supply electric power to the sensor chip 32 through the conductor 5, the coil antenna 25, and the coil antenna 35. The sensor chip 32 operates by receiving power supply from the controller 10.

各アンテナモジュール２０はスイッチ２４を備えており、スイッチ２４が開くとコイルアンテナ２５が一対の導電体５から遮断される。すなわち、スイッチ２４が開くとコイルアンテナ２５がコントローラ１０から遮断される。コントローラ１０は多数のアンテナモジュール２０の中から特定のアンテナモジュール（例えばアンテナモジュール２０ｂ）のスイッチ２４を閉じ、他のアンテナモジュール２０（２０ａ、２０ｃ）のスイッチ２４を開く。複数のアンテナモジュール２０が一対の導電体５に物理的に接続されているが、特定のアンテナモジュール２０ｂのスイッチ２４のみを閉じることで、一対の導電体５を介してコントローラ１０は、唯一のアンテナモジュール２０ｂのコイルアンテナ２５と電気的に接続される。 Each antenna module 20 includes a switch 24. When the switch 24 is opened, the coil antenna 25 is disconnected from the pair of conductors 5. That is, when the switch 24 is opened, the coil antenna 25 is cut off from the controller 10. The controller 10 closes the switch 24 of a specific antenna module (for example, the antenna module 20b) from among the many antenna modules 20, and opens the switches 24 of the other antenna modules 20 (20a, 20c). Although the plurality of antenna modules 20 are physically connected to the pair of conductors 5, by closing only the switch 24 of the specific antenna module 20 b, the controller 10 via the pair of conductors 5 can operate only one antenna 5. It is electrically connected to the coil antenna 25 of the module 20b.

コントローラ１０は、コイルアンテナ２５から放射する近距離通信信号を一対の導電体５に流す。そうすると、アンテナモジュール２０ｂのコイルアンテナ２５から近距離通信信号が放射されるが、他のアンテナモジュール２０ａ、２０ｃのコイルアンテナ２５からは信号が放射されない。図２では、アンテナモジュール２０ｂのコイルアンテナ２５から電磁波が放射され、その電磁波は対応するセンサモジュール３０ｂのコイルアンテナ３５を貫き、アンテナモジュール２０ｂとセンサモジュール３０ｂが通信できる様子を示している。すなわち、コントローラ１０は、一対の導電体５とアンテナモジュール２０ｂを介してセンサモジュール３０ｂのセンサチップ３２と通信可能となる。 The controller 10 causes the short-range communication signal radiated from the coil antenna 25 to flow through the pair of conductors 5. Then, the short-range communication signal is radiated from the coil antenna 25 of the antenna module 20b, but the signal is not radiated from the coil antennas 25 of the other antenna modules 20a and 20c. FIG. 2 shows a state where an electromagnetic wave is radiated from the coil antenna 25 of the antenna module 20b, the electromagnetic wave passes through the coil antenna 35 of the corresponding sensor module 30b, and the antenna module 20b and the sensor module 30b can communicate with each other. That is, the controller 10 can communicate with the sensor chip 32 of the sensor module 30b via the pair of conductors 5 and the antenna module 20b.

一方、他のアンテナモジュール２０ａ、２０ｃのコイルアンテナ２５は一対の導電体５から電気的に切り離されているから、アンテナモジュール２０ａ、２０ｃのコイルアンテナ２５からは信号（電磁波）が放出されない。 On the other hand, since the coil antennas 25 of the other antenna modules 20a and 20c are electrically separated from the pair of conductors 5, no signal (electromagnetic wave) is emitted from the coil antennas 25 of the antenna modules 20a and 20c.

同時に多数のコイルアンテナ２５から電磁波（近距離通信信号）を放射する場合、コントローラ１０は、大きな電力の信号を導電体５に流さなければならない。一方、１個のコイルアンテナ２５のみから電磁波（近距離通信信号）を送るのであれば、コントローラ１０が出力する近距離通信信号の電力は小さくてよい。実施例のセンシングシステム２は、多数のアンテナモジュール２０（コイルアンテナ２５とスイッチ２４の組）を衣服４（一対の導電体５）に分散配置する。しかし、多数のコイルアンテナ２５を導電体５から切り離し、同じタイミングでは１個のコイルアンテナ２５だけから電磁波（近距離通信信号）を放出するため、消費電力が小さい。 When radiating electromagnetic waves (short-distance communication signals) from a large number of coil antennas 25 at the same time, the controller 10 must send a large power signal to the conductor 5. On the other hand, if an electromagnetic wave (short-range communication signal) is transmitted from only one coil antenna 25, the power of the short-range communication signal output by the controller 10 may be small. In the sensing system 2 of the embodiment, a large number of antenna modules 20 (a set of a coil antenna 25 and a switch 24) are dispersedly arranged on clothes 4 (a pair of conductors 5). However, since a large number of coil antennas 25 are separated from the conductor 5 and only one coil antenna 25 emits electromagnetic waves (short-range communication signals) at the same timing, power consumption is small.

それぞれのセンサモジュール３０は、他のセンサモジュール３０に対向するアンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５の放射信号の影響を受けない程度の距離を確保して設置される。なお、後述するように、１個のアンテナモジュールに対して数個のセンサモジュールが対応する場合がある。そのような場合には、それら数個のセンサモジュールは、それら以外のセンサモジュールに対応するアンテナモジュールのコイルアンテナの影響を受けない程度の距離を確保して設置される。 Each of the sensor modules 30 is installed at a distance such that it is not affected by the radiation signal of the coil antenna 25 of the antenna module 20 facing the other sensor module 30. As described later, there are cases where several sensor modules correspond to one antenna module. In such a case, the several sensor modules are installed with a distance that is not affected by the coil antenna of the antenna module corresponding to the other sensor modules.

１個のアンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５に対して小数個のセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５が対向するように配置しても、程度は小さくなるが同様の効果が得られる。 Even if the coil antennas 35 of a small number of sensor modules 30 are arranged so as to face the coil antennas 25 of one antenna module 20, the same effect can be obtained to a lesser extent.

図３に、センシングシステム２のブロック図を示す。センシングシステム２は、多数のセンサモジュール３０と多数のアンテナモジュール２０を備えているが、図３では、２個のセンサモジュール３０ａ、３０ｂと、２個のアンテナモジュール２０ａ、２０ｂのみを示した。センサモジュール３０ａ、３０ｂを区別なく示すときにはセンサモジュール３０と表記する。アンテナモジュール２０ａ、２０ｂを区別なく示すときにはアンテナモジュール２０と表記する。 FIG. 3 shows a block diagram of the sensing system 2. Although the sensing system 2 includes a large number of sensor modules 30 and a large number of antenna modules 20, FIG. 3 shows only two sensor modules 30a and 30b and only two antenna modules 20a and 20b. When the sensor modules 30a and 30b are indicated without distinction, they are referred to as the sensor module 30. When the antenna modules 20a and 20b are shown without distinction, they are described as the antenna module 20.

また、図３では、一対の導電体５を組み込んだ衣服４をグレーで模式的に示してある。また、一対の導電体５のうち、１本はグランド線５ｂであり、図３ではグランド線５ｂは破線で示してある。一対の導電体５のうち実線で表されている１本を信号線５ａと称する。また、以下では、説明を簡単にするため、一対の導電体５を単に導電体５と称する。 Also, in FIG. 3, the clothes 4 incorporating the pair of conductors 5 are schematically shown in gray. One of the pair of conductors 5 is a ground line 5b, and the ground line 5b is shown by a broken line in FIG. One of the pair of conductors 5 represented by a solid line is referred to as a signal line 5a. Hereinafter, the pair of conductors 5 will be simply referred to as conductors 5 for simplicity of description.

コントローラ１０は、近距離通信器１１、シリアル通信親機１２、変調器１３、２個のキャリア発生器１４、１５、直流電源１６、高周波チョークコイル１７を備えている。一方、それぞれのアンテナモジュール２０は、バッファアンプ２１、バンドパスフィルタ付き復調器（復調器２２）、シリアル通信子機２３、スイッチ２４、コイルアンテナ２５、高周波チョークコイル２６を備えている。それぞれのセンサモジュール３０は、通信チップ３１、センサチップ３２、コイルアンテナ３５を備えている。 The controller 10 includes a short-range communication device 11, a serial communication master device 12, a modulator 13, two carrier generators 14 and 15, a DC power supply 16, and a high-frequency choke coil 17. On the other hand, each antenna module 20 includes a buffer amplifier 21, a demodulator with a bandpass filter (demodulator 22), a serial communication slave unit 23, a switch 24, a coil antenna 25, and a high-frequency choke coil 26. Each sensor module 30 includes a communication chip 31, a sensor chip 32, and a coil antenna 35.

コントローラ１０の直流電源１６は、高周波チョークコイル１７を介して導電体５に接続されている。後述するように、コントローラ１０は導電体５に所定周波数の信号を流す。導電体５には直流成分（直流電源１６から供給される直流電力）と交流成分が流れる。アンテナモジュール２０は、高周波チョークコイル２６を介して導電体５から直流電力を取り出し、その直流電力をバッファアンプ２１、復調器２２、シリアル通信子機２３の駆動電力として用いる。 The DC power supply 16 of the controller 10 is connected to the conductor 5 via a high-frequency choke coil 17. As described later, the controller 10 causes a signal of a predetermined frequency to flow through the conductor 5. A DC component (DC power supplied from the DC power supply 16) and an AC component flow through the conductor 5. The antenna module 20 extracts DC power from the conductor 5 via the high-frequency choke coil 26, and uses the DC power as drive power for the buffer amplifier 21, the demodulator 22, and the serial communication device 23.

アンテナモジュール２０のスイッチ２４は、コイルアンテナ２５を導電体５に接続したり切り離したりする。スイッチ２４は、半導体スイッチである方が小型化できるので好適であるが、機械式でもよい。スイッチ２４は、シリアル通信子機２３で開閉される。シリアル通信子機２３は、一対の導電体５を通じてコントローラ１０から送られる指令信号に基づいてスイッチ２４を開閉する。すなわち、シリアル通信子機２３は、コントローラ１０からの指令信号に基づいてスイッチ２４を制御するスイッチ制御回路である。コントローラ１０のシリアル通信親機１２と複数のアンテナモジュール２０のシリアル通信子機２３は、マスタスレーブ方式を採用しており、シリアル通信親機１２（マスタ）が、複数のスレーブ（シリアル通信子機２３）を制御することができる。 The switch 24 of the antenna module 20 connects and disconnects the coil antenna 25 to and from the conductor 5. The switch 24 is preferably a semiconductor switch because it can be downsized, but may be a mechanical switch. The switch 24 is opened and closed by the serial communication slave unit 23. The serial communication slave unit 23 opens and closes the switch 24 based on a command signal sent from the controller 10 through the pair of conductors 5. That is, the serial communication slave unit 23 is a switch control circuit that controls the switch 24 based on a command signal from the controller 10. The serial communication master unit 12 of the controller 10 and the serial communication slave unit 23 of the plurality of antenna modules 20 adopt a master-slave method, and the serial communication master unit 12 (master) is connected to the plurality of slaves (serial communication slave units 23). ) Can be controlled.

複数のアンテナモジュール２０のそれぞれのシリアル通信子機２３には、固有の識別子が割り当てられている。コントローラ１０から送られる指令信号には識別子が含まれており、その識別子を有するシリアル通信子機２３が、コントローラ１０の指令信号に応答してスイッチ２４を制御する。すなわち、コントローラ１０は、複数のアンテナモジュール２０のスイッチ２４を個別に制御することができる。なお、全てのアンテナモジュール２０のスイッチ２４は初期状態では開かれている。 A unique identifier is assigned to each serial communication slave unit 23 of the plurality of antenna modules 20. The command signal sent from the controller 10 includes an identifier, and the serial communication device 23 having the identifier controls the switch 24 in response to the command signal from the controller 10. That is, the controller 10 can individually control the switches 24 of the plurality of antenna modules 20. The switches 24 of all the antenna modules 20 are open in an initial state.

コントローラ１０のシリアル通信親機１２とアンテナモジュール２０のシリアル通信子機２３は、一対の導電体５を介して通信が可能である。シリアル通信親機１２とシリアル通信子機２３の間の通信プロトコルには、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）の規格が用いられる。Ｉ２Ｃ通信規格では、クロック信号ＳＣＬとデータ信号ＳＤＡの２種類のデジタル信号が用いられる。一対の導電体５で２種類のデジタル信号を伝送するため、シリアル通信親機１２とシリアル通信子機２３の間でオンオフ変調方式による多重通信が行われる。オンオフ変調方式は、振幅偏移変調方式の一種である。 The serial communication master device 12 of the controller 10 and the serial communication slave device 23 of the antenna module 20 can communicate with each other via the pair of conductors 5. As a communication protocol between the serial communication master device 12 and the serial communication slave device 23, for example, I2C (Inter-Integrated Circuit) standard is used. In the I2C communication standard, two types of digital signals, a clock signal SCL and a data signal SDA, are used. Since two types of digital signals are transmitted by the pair of conductors 5, multiplex communication is performed between the serial communication master device 12 and the serial communication slave device 23 by an on-off modulation method. The on / off modulation method is a type of amplitude shift keying method.

シリアル通信親機１２とシリアル通信子機２３の間の多重通信について説明する。シリアル通信親機１２は、２種類のデジタル信号（クロック信号ＳＣＬとデータ信号ＳＤＡ）を変調器１３に送る。データ信号ＳＤＡには、特定のアンテナモジュール２０のシリアル通信子機２３に割り当てられた識別子と、スイッチ２４を閉じる信号が含まれる。すなわち、データ信号ＳＤＡが、コントローラ１０（シリアル通信親機１２）が特定のアンテナモジュール２０のシリアル通信子機２３に送る指令信号（識別子を含む）に相当する。 Multiplex communication between the serial communication master unit 12 and the serial communication slave unit 23 will be described. The serial communication master device 12 sends two types of digital signals (a clock signal SCL and a data signal SDA) to the modulator 13. The data signal SDA includes an identifier assigned to the serial communication device 23 of the specific antenna module 20 and a signal for closing the switch 24. That is, the data signal SDA corresponds to a command signal (including an identifier) that the controller 10 (the serial communication master device 12) sends to the serial communication slave device 23 of the specific antenna module 20.

変調器１３には、周波数の異なる２個のキャリア発生器１４、１５が接続されている。変調器１３は、一方の周波数（第１周波数）のキャリア波を使ってクロック信号ＳＣＬをオンオフ復調し、他方の周波数（第２周波数）キャリア波を使ってデータ信号ＳＤＡをオンオフ復調する。復調された２種類の信号（シリアル通信信号）は、導電体５へ流される。 The modulator 13 is connected to two carrier generators 14 and 15 having different frequencies. The modulator 13 performs on / off demodulation of the clock signal SCL using a carrier wave of one frequency (first frequency), and performs on / off demodulation of the data signal SDA using a carrier wave of the other frequency (second frequency). The two types of demodulated signals (serial communication signals) are sent to the conductor 5.

それぞれのアンテナモジュール２０では、バッファアンプ２１を介して復調器２２が導電体５を流れる交流成分を監視している。復調器２２にはバンドパスフィルタが付随しており、導電体５を流れる第１周波数と第２周波数の交流成分が抽出され、オンオフ変調されたそれぞれの信号がデジタル信号（クロック信号ＳＣＬとデータＳ信号ＤＡ）に復調される。復調されたデジタル信号（クロック信号ＳＣＬとデータ信号ＳＤＡ）は、シリアル通信子機２３に送られる。 In each antenna module 20, the demodulator 22 monitors the AC component flowing through the conductor 5 via the buffer amplifier 21. The demodulator 22 is provided with a band-pass filter, which extracts AC components of the first frequency and the second frequency flowing through the conductor 5 and converts the ON / OFF modulated signals into digital signals (clock signal SCL and data SCL). Signal DA). The demodulated digital signal (clock signal SCL and data signal SDA) is sent to serial communication device 23.

シリアル通信子機２３では、データ信号ＳＤＡに含まれる識別子が自身に割り当てられた識別子であるとき、データ信号ＳＤＡに含まれているスイッチ制御指令を実行する。すなわち、シリアル通信子機２３は、データ信号ＳＤＡに含まれる識別子が自身に割り当てられた識別子であるとき、スイッチ制御指令に基づいてスイッチ２４を閉じる。一方、データ信号ＳＤＡに含まれる識別子が自身に割り当てられた識別子でない場合、そのシリアル通信子機２３は反応しない。識別子を用いることで、コントローラ１０（シリアル通信親機１２）は、多数のアンテナモジュール２０のスイッチ２４を個別に制御することができる。以後、スイッチ２４が閉じられたアンテナモジュールをアンテナモジュール２０ａとする。 When the identifier included in the data signal SDA is the identifier assigned to itself, the serial communication slave device 23 executes the switch control command included in the data signal SDA. That is, when the identifier included in the data signal SDA is the identifier assigned to itself, the serial communication slave unit 23 closes the switch 24 based on the switch control command. On the other hand, if the identifier included in the data signal SDA is not the identifier assigned to itself, the serial communication slave unit 23 does not respond. By using the identifier, the controller 10 (the serial communication master device 12) can individually control the switches 24 of the many antenna modules 20. Hereinafter, the antenna module with the switch 24 closed is referred to as an antenna module 20a.

特定のアンテナモジュール２０ａのスイッチ２４を閉じたら、コントローラ１０の近距離通信器１１は、コイルアンテナ２５、３５を通じてセンサモジュール３０ａの通信チップ３１へ送る信号（近距離通信信号）を導電体５に流す。近距離通信器１１が流す近距離通信信号は、例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）の通信方式に則っている。近距離通信信号は、キャリア発生器１４、１５が発生するキャリアの周波数とは別の周波数が用いられる。近距離通信器１１の「近距離」とは、コイルアンテナ２５とコイルアンテナ３５の間の無線通信距離が数センチ程度の近距離であることを示している。 When the switch 24 of the specific antenna module 20a is closed, the short-range communication device 11 of the controller 10 causes a signal (short-range communication signal) to be sent to the communication chip 31 of the sensor module 30a through the coil antennas 25 and 35 to the conductor 5. . The short-range communication signal transmitted by the short-range communication device 11 conforms to, for example, an NFC (Near Field Communication) communication method. As the short-range communication signal, a frequency different from the frequency of the carrier generated by the carrier generators 14 and 15 is used. The “near distance” of the short-range communication device 11 indicates that the wireless communication distance between the coil antenna 25 and the coil antenna 35 is a short distance of about several centimeters.

コントローラ１０（近距離通信器１１）が送る近距離通信信号には、センサモジュール３０ａのセンサチップ３２の計測データの要求が含まれている。 The short-range communication signal transmitted by the controller 10 (the short-range communication device 11) includes a request for measurement data of the sensor chip 32 of the sensor module 30a.

なお、近距離通信器１１は、信号通信で用いる周波数と同じ周波数を使って電力を通信チップ３１とセンサチップ３２に供給する。電力もコイルアンテナ２５、３５を通じてセンサモジュール３０ａへ送られる。無線送電方式には、磁界結合方式あるいは、電界結合方式が採用される。 Note that the short-range communication device 11 supplies power to the communication chip 31 and the sensor chip 32 using the same frequency as that used for signal communication. Electric power is also sent to the sensor module 30a through the coil antennas 25 and 35. As the wireless power transmission method, a magnetic field coupling method or an electric field coupling method is adopted.

センサモジュール３０ａの通信チップ３１とセンサチップ３２は、高周波で送られる電力で動作し、近距離通信信号を受信する。通信チップ３１は、コントローラ１０（近距離通信器１１）の近距離通信信号に含まれている要求に応じて、センサチップ３２の計測データ（温度データ）を、コイルアンテナ３５、２５、および、一対の導電体５を通じてコントローラ１０（近距離通信器１１）へ返送する。 The communication chip 31 and the sensor chip 32 of the sensor module 30a operate with power transmitted at a high frequency and receive short-range communication signals. The communication chip 31 transmits the measurement data (temperature data) of the sensor chip 32 to the coil antennas 35, 25 and a pair in response to a request included in the short-range communication signal of the controller 10 (the short-range communication device 11). Is returned to the controller 10 (the short-range communication device 11) through the conductor 5 of FIG.

コントローラ１０は不図示の上位コンピュータと接続されている。コントローラ１０は、受信した温度データを、アンテナモジュール２０ａ（温度データを中継したアンテナモジュール２０ａ）のシリアル通信子機２３の識別子とともに不図示の上位コンピュータへ送る。上位コンピュータには識別子で特定されるシリアル通信子機２３を含むアンテナモジュール２０に対応するセンサモジュール３０（センサチップ３２）の人体への固定位置のデータが記憶されている。上位コンピュータは、受信した識別子によって、温度データの対象部位、すなわち、温度データを送ったセンサモジュール３０ａを特定することができる。 The controller 10 is connected to a host computer (not shown). The controller 10 sends the received temperature data to the host computer (not shown) together with the identifier of the serial communication slave unit 23 of the antenna module 20a (the antenna module 20a that relayed the temperature data). The host computer stores data on the fixed position of the sensor module 30 (sensor chip 32) corresponding to the antenna module 20 including the serial communication slave unit 23 specified by the identifier on the human body. The host computer can specify the target part of the temperature data, that is, the sensor module 30a that has sent the temperature data, based on the received identifier.

コントローラ１０（シリアル通信親機１２）は、特定のセンサモジュール３０ａから温度データを受信したのち、通信に利用していたアンテナモジュール２０ａのスイッチ２４を開く指令信号を導電体５へ流す。このときの指令信号にも、アンテナモジュール２０ａのシリアル通信子機２３の識別子が含まれている。アンテナモジュール２０ａのシリアル通信子機２３は、指令信号に自身の識別子が含まれていることを検知すると、スイッチ２４を開く。 After receiving the temperature data from the specific sensor module 30a, the controller 10 (serial communication master device 12) sends a command signal to the conductor 5 to open the switch 24 of the antenna module 20a used for communication. The command signal at this time also includes the identifier of the serial communication slave unit 23 of the antenna module 20a. When detecting that the command signal includes its own identifier, the serial communication slave unit 23 of the antenna module 20a opens the switch 24.

コントローラ１０は、複数のアンテナモジュール２０のスイッチ２４を順次に閉じ、それぞれのアンテナモジュール２０に対応するセンサモジュール３０からセンサデータを取得する。 The controller 10 sequentially closes the switches 24 of the plurality of antenna modules 20, and acquires sensor data from the sensor modules 30 corresponding to each of the antenna modules 20.

上記したセンシングシステム２の利点を述べる。センシングシステム２では、センサ素子（センサチップ３２）とコイルアンテナ３５含む複数のセンサモジュール３０を人体に貼着する。センサモジュール３０を人体に貼着するので、人体の動きに関わらず、センサ素子（センサチップ３２）の計測部位がずれない。 The advantages of the sensing system 2 described above will be described. In the sensing system 2, a plurality of sensor modules 30 including a sensor element (sensor chip 32) and a coil antenna 35 are attached to a human body. Since the sensor module 30 is attached to the human body, the measurement site of the sensor element (sensor chip 32) does not shift regardless of the movement of the human body.

一方、衣服４には、コイルアンテナ２５とスイッチ２４を含む複数のアンテナモジュールを分散配置する。それぞれのアンテナモジュール２０は、コイルアンテナ２５が対応するセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５に対向するように配置される。複数のアンテナモジュール２０は、衣服４に組み込まれた二次元状の導電体５を介してコントローラ１０に接続されている。コントローラ１０は、コイルアンテナ２５、３５による近距離無線通信でセンサモジュール３０と通信できる。近距離無線通信を用いることで、人体が動いてもコントローラ１０と各センサモジュール３０の間の通信が確保される。センシングシステム２は、センサモジュール３０を人体の皮膚に貼着するとともにセンサモジュール３０とコントローラ１０は近距離無線通信で通信するので人体の動きへの制約が小さい。 On the other hand, a plurality of antenna modules including a coil antenna 25 and a switch 24 are dispersedly arranged on the clothing 4. Each antenna module 20 is arranged so that the coil antenna 25 faces the coil antenna 35 of the corresponding sensor module 30. The plurality of antenna modules 20 are connected to the controller 10 via the two-dimensional conductor 5 incorporated in the clothing 4. The controller 10 can communicate with the sensor module 30 by short-range wireless communication using the coil antennas 25 and 35. By using the short-range wireless communication, communication between the controller 10 and each sensor module 30 is ensured even when the human body moves. In the sensing system 2, the sensor module 30 is attached to the skin of the human body, and the sensor module 30 and the controller 10 communicate by short-range wireless communication, so that the restriction on the movement of the human body is small.

コントローラ１０は、特定のアンテナモジュール２０のスイッチ２４を閉じ、残りのアンテナモジュール２０のスイッチ２４を開くことで、衣服４取り付けられた複数のコイルアンテナ２５のうち、特定のコイルアンテナ２５だけから信号（電磁波）を放出することができる。多数の残りのコイルアンテナ２５からは信号（電磁波）が放出されることがないので、このセンシングシステム２は省電力である。 The controller 10 closes the switch 24 of the specific antenna module 20 and opens the switches 24 of the remaining antenna modules 20, so that the signal (only from the specific coil antenna 25 among the plurality of coil antennas 25 attached to the clothes 4). Electromagnetic waves). Since no signal (electromagnetic wave) is emitted from many remaining coil antennas 25, the sensing system 2 is power saving.

実施例のセンシングシステム２は、磁界結合方式により、コイルアンテナ２５、３５を通じてコントローラ１０からセンサモジュール３０へ電力が送られる。多数のコイルアンテナ２５から同時に電力用の電磁波を放出すると、１個のコイルアンテナ２５の出力が小さくなってしまう。特定のアンテナモジュール２０のスイッチ２４のみを閉じ、電力用の電磁波を放出するコイルアンテナ２５を１個に限定することも、省電力化に大きく貢献する。実施例のセンシングシステム２は、消費電力が小さく、かつ、人体の動きへの制約が小さい。 In the sensing system 2 of the embodiment, electric power is transmitted from the controller 10 to the sensor module 30 through the coil antennas 25 and 35 by a magnetic field coupling method. If electromagnetic waves for power are emitted from many coil antennas 25 simultaneously, the output of one coil antenna 25 will be small. Limiting only the coil antenna 25 that emits electric power electromagnetic waves by closing only the switch 24 of the specific antenna module 20 greatly contributes to power saving. In the sensing system 2 of the embodiment, the power consumption is small, and the restriction on the movement of the human body is small.

実施例のセンシングシステム２は、アンテナとスイッチをセットにして複数セット（複数のアンテナモジュール）を衣服に分散配置することで、きわめて小型／安価に省電力のシステムを実現することができる。 The sensing system 2 of the embodiment can realize an extremely compact / low-cost power-saving system by disposing a plurality of sets (a plurality of antenna modules) on clothes by setting an antenna and a switch.

生地４ａに沿って二次元的に広がる一対の導電体５とアンテナモジュール２０の電気的接続構造の一例を図４に示す。先に述べたように、一対の導電体５は、絶縁性の生地４ａのおもてと裏のそれぞれにメッシュ状に縫い付けられた糸で構成される。糸は、金属でコーティングされており、導電性である。生地４ａのおもて面には一対の導電体５の一方（信号線５ａ）が広がっており、裏面には一対の導電体５の他方（グランド線５ｂ）が広がっている。 FIG. 4 shows an example of the electrical connection structure between the pair of conductors 5 and the antenna module 20 that spreads two-dimensionally along the cloth 4a. As described above, the pair of conductors 5 is formed of a thread sewn in a mesh shape on each of the front and back of the insulating cloth 4a. The yarn is coated with metal and is conductive. One of the pair of conductors 5 (signal line 5a) extends on the front surface of the cloth 4a, and the other (ground line 5b) of the pair of conductors 5 extends on the back surface.

各アンテナモジュール２０はタックコネクタ４０を有している。タックコネクタ４０は、ピン４１ａを備えたタグ４１、ピン４１ａを係止するピン受け４３、ピンを囲む絶縁カラー４２、導電プレート４５、回路基板４４を備えている。タグ４１とピン受け４３は導電性の金属で作られており、絶縁カラー４２は絶縁性の物質（例えば樹脂）で作られている。 Each antenna module 20 has a tack connector 40. The tack connector 40 includes a tag 41 having pins 41a, a pin receiver 43 for locking the pins 41a, an insulating collar 42 surrounding the pins, a conductive plate 45, and a circuit board 44. The tag 41 and the pin receiver 43 are made of a conductive metal, and the insulating collar 42 is made of an insulating material (for example, resin).

絶縁カラー４２を通してタグ４１のピン４１ａは導電体５を備えた生地４ａを貫通する。導電性のタグ４１は生地４ａの裏側の導電体（すなわちグランド線５ｂ）と導通する。生地４ａのおもて側には、タグ４１に対向するように、導電プレート４５と回路基板４４が配置される。導電プレート４５と回路基板４４には貫通孔が設けられており、ピン４１ａはそれらの貫通孔を通り、生地４ａの裏側に突出する。ピン４１ａの先端にピン受け４３が嵌められる。タグ４１とピン受け４３の間で、生地４ａ、導電プレート４５、回路基板４４が挟まれる。 The pins 41 a of the tag 41 penetrate the cloth 4 a provided with the conductor 5 through the insulating collar 42. The conductive tag 41 is electrically connected to the conductor (that is, the ground line 5b) on the back side of the cloth 4a. A conductive plate 45 and a circuit board 44 are arranged on the front side of the cloth 4 a so as to face the tag 41. The conductive plate 45 and the circuit board 44 are provided with through holes, and the pins 41a pass through the through holes and protrude to the back side of the cloth 4a. The pin receiver 43 is fitted to the tip of the pin 41a. The cloth 4a, the conductive plate 45, and the circuit board 44 are sandwiched between the tag 41 and the pin receiver 43.

回路基板４４には、図２で示したバッファアンプ２１、復調器２２、シリアル通信子機２３、スイッチ２４、高周波チョークコイル２６が実装されている。 On the circuit board 44, the buffer amplifier 21, the demodulator 22, the serial communication slave unit 23, the switch 24, and the high-frequency choke coil 26 shown in FIG.

導電プレート４５（および信号線５ａ）とピン４１ａの間には絶縁カラー４２があり、両者は絶縁される。回路基板４４の上面と下面には電極が露出している。下面の電極は、導電プレート４５を介して生地４ａのおもて面の信号線５ａと導通する。上面の電極は、タグ４１とピン受け４３を介して生地４ａの裏面のグランド線５ｂと導通する。回路基板４４のスイッチ２４の出力端と、ピン受け４３が、信号線４６を通してコイルアンテナ２５（図４では不図示）と接続される。図４のタックコネクタ４０は、二次元的に広がる導電体５を組み込んだ生地４ａの任意の箇所に取り付けることができる。Ｉ２Ｃ規格のシリアル通信回路は小型のデバイスが普及しており、バッファアンプ２１、復調器２２、シリアル通信子機２３、スイッチ２４、高周波チョークコイル２６を含む回路基板４４は小型化が容易である。 An insulating collar 42 is provided between the conductive plate 45 (and the signal line 5a) and the pin 41a, and both are insulated. Electrodes are exposed on the upper and lower surfaces of the circuit board 44. The lower electrode is electrically connected to the signal line 5a on the front surface of the cloth 4a via the conductive plate 45. The electrode on the upper surface is electrically connected to the ground line 5b on the back surface of the cloth 4a via the tag 41 and the pin receiver 43. The output end of the switch 24 of the circuit board 44 and the pin receiver 43 are connected to the coil antenna 25 (not shown in FIG. 4) through the signal line 46. The tack connector 40 shown in FIG. 4 can be attached to an arbitrary portion of the cloth 4a into which the conductor 5 that spreads two-dimensionally is incorporated. As for the serial communication circuit of the I2C standard, a small device is widespread, and the circuit board 44 including the buffer amplifier 21, the demodulator 22, the serial communication slave unit 23, the switch 24, and the high-frequency choke coil 26 can be easily reduced in size.

実施例のセンシングシステム２の構成をまとめると以下の通りである。実施例のセンシングシステム２は、複数のセンサモジュール３０、複数のアンテナモジュール２０、衣服４、コントローラ１０を備えている。それぞれのセンサモジュール３０は、センサチップ３２（センサ素子）とコイルアンテナ３５を備えている。各センサモジュール３０は、柔軟な外装３９に包まれており、粘着剤で人体ＨＢに固定可能である。衣服４には、一対の導電体５が組み込まれている。一対の導電体５は、生地４ａに沿って二次元的に広がっており互いに絶縁されている。 The configuration of the sensing system 2 of the embodiment is summarized as follows. The sensing system 2 of the embodiment includes a plurality of sensor modules 30, a plurality of antenna modules 20, clothes 4, and a controller 10. Each sensor module 30 includes a sensor chip 32 (sensor element) and a coil antenna 35. Each sensor module 30 is wrapped in a flexible exterior 39 and can be fixed to the human body HB with an adhesive. A pair of conductors 5 are incorporated in the clothes 4. The pair of conductors 5 are two-dimensionally spread along the cloth 4a and are insulated from each other.

それぞれのアンテナモジュール２０は、衣服４に取り付けられており、一対の導電体５と接続されている。それぞれのアンテナモジュール２０は、コイルアンテナ２５、スイッチ２４、シリアル通信子機２３を備えている。コイルアンテナ２５は、衣服４が人体ＨＢに装着されたときに対応するセンサモジュール３０のコイルアンテナ３５と近接対向するように配置されている。スイッチ２４は、コイルアンテナ２５を一対の導電体５と接続したり遮断したりするデバイスである。シリアル通信子機２３には固有の識別子が割り当てられている。シリアル通信子機２３は、一対の導電体５を通じてコントローラ１０から送られる識別子を含む指令信号に基づいてスイッチ２４を開閉する。 Each antenna module 20 is attached to clothing 4 and connected to a pair of conductors 5. Each antenna module 20 includes a coil antenna 25, a switch 24, and a serial communication slave unit 23. The coil antenna 25 is arranged so as to be closely opposed to the coil antenna 35 of the corresponding sensor module 30 when the clothes 4 are worn on the human body HB. The switch 24 is a device that connects and disconnects the coil antenna 25 to and from the pair of conductors 5. A unique identifier is assigned to the serial communication slave unit 23. The serial communication slave unit 23 opens and closes the switch 24 based on a command signal including an identifier sent from the controller 10 through the pair of conductors 5.

コントローラ１０も、一対の導電体５と電気的に接続されている。コントローラ１０は、特定の識別子を含むとともにスイッチ２４を閉じさせる指令信号を一対の導電体５に流す。特定の識別子を有するシリアル通信子機２３は、指令信号に応じてスイッチ２４を閉じ、コイルアンテナ２５を一対の導電体５に接続する。コントローラ１０は、特定の識別子以外の識別子を有するシリアル通信子機２３に接続されているスイッチ２４は開状態に保持する。コントローラ１０は、特定の識別子が割り当てられたシリアル通信子機２３が指令信号に応答してスイッチ２４が閉じられて通信可能になったセンサモジュール３０のセンサチップ３２（活性化センサ素子）へ一対の導電体５とコイルアンテナ２５、３５を通じて電力を供給するとともに活性化センサ素子の出力信号を受信する。 The controller 10 is also electrically connected to the pair of conductors 5. The controller 10 sends a command signal including a specific identifier and closing the switch 24 to the pair of conductors 5. The serial communication slave unit 23 having the specific identifier closes the switch 24 in response to the command signal, and connects the coil antenna 25 to the pair of conductors 5. The controller 10 holds the switch 24 connected to the serial communication device 23 having an identifier other than the specific identifier in an open state. The controller 10 transmits a pair of signals to the sensor chip 32 (activated sensor element) of the sensor module 30 in which the switch 24 is closed and the communication is enabled by the serial communication cordless handset 23 to which the specific identifier is assigned in response to the command signal. Power is supplied through the conductor 5 and the coil antennas 25 and 35, and an output signal of the activated sensor element is received.

コントローラ１０は振幅偏移変調方式で、一対の導電体５を通じて指令信号を送信するとともに活性化センサ素子の出力信号を受信する。 The controller 10 transmits a command signal through the pair of conductors 5 and receives an output signal of the activation sensor element by an amplitude shift keying method.

複数のセンサモジュール３０は、人体ＨＢに密着する伸縮性衣服に取り付けられていてもよい。そのような態様であっても各センサモジュール３０は人体の皮膚に固定され得る。 The plurality of sensor modules 30 may be attached to elastic clothing that is in close contact with the human body HB. Even in such an embodiment, each sensor module 30 can be fixed to the skin of a human body.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。アンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５のサイズと、センサモジュール３０のコイルアンテナ３５のサイズは異なっていてもよい。アンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５は、センサモジュール３０のコイルアンテナ３５よりも大径であることが好ましい。アンテナモジュール２０とセンサモジュール３０の位置ずれの許容範囲は、大きい方のコイルアンテナのサイズで規定される。センサモジュール３０のコイルアンテナ３５を小さくすることで、人体に貼着するセンサモジュールを小さくすることができる。一方、アンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５を大きくすることで、位置ずれの許容範囲を大きくすることができる。 Points to keep in mind regarding the technology described in the embodiment will be described. The size of the coil antenna 25 of the antenna module 20 and the size of the coil antenna 35 of the sensor module 30 may be different. The coil antenna 25 of the antenna module 20 preferably has a larger diameter than the coil antenna 35 of the sensor module 30. The allowable range of the displacement between the antenna module 20 and the sensor module 30 is defined by the size of the larger coil antenna. By reducing the size of the coil antenna 35 of the sensor module 30, the size of the sensor module attached to the human body can be reduced. On the other hand, by increasing the size of the coil antenna 25 of the antenna module 20, the allowable range of the displacement can be increased.

１個のアンテナモジュールに対して小数個のセンサモジュールが対向していてもよい。その場合は、少数個のセンサモジュールは、１個のアンテナモジュールのコイルアンテナに対向するように配置される。アンテナモジュールの１個のコイルアンテナに複数のセンサモジュールのコイルアンテナを対向させることで、アンテナモジュールの衣服への取り付けが容易になる。 A small number of sensor modules may be opposed to one antenna module. In that case, a small number of sensor modules are arranged so as to face the coil antenna of one antenna module. By attaching the coil antennas of the plurality of sensor modules to one coil antenna of the antenna module, the antenna module can be easily attached to clothes.

また、コントローラは、一対の導電体５を通じて、アンテナモジュール２０の総数よりも小さい数のアンテナモジュール２０（活性化アンテナモジュール）に対してスイッチ２４を閉じさせる指令信号を送信し、残りのアンテナモジュール２０に対してスイッチ２４を開状態に保持する指令信号を送信するようにしてもよい。その場合、コントローラは、一対の導電体５、活性化アンテナモジュールのコイルアンテナ、および、活性化アンテナモジュールに対向しているセンサモジュール（活性化センサモジュール）のコイルアンテナを通じて活性化センサモジュールのセンサ素子へ電力を供給する。コントローラは、活性化センサモジュールのコイルアンテナ、活性化アンテナモジュールのコイルアンテナ、および、一対の導電体５を通じて活性化センサモジュールのセンサチップの出力信号を受信する。 Further, the controller transmits a command signal for closing the switch 24 to a smaller number of antenna modules 20 (activated antenna modules) than the total number of the antenna modules 20 through the pair of conductors 5, and transmits the remaining antenna modules 20. , A command signal for holding the switch 24 in the open state may be transmitted. In this case, the controller includes a pair of conductors 5, a coil antenna of the activation antenna module, and a sensor element of the activation sensor module through the coil antenna of the sensor module (activation sensor module) facing the activation antenna module. Supply power to The controller receives the output signal of the sensor chip of the activated sensor module through the coil antenna of the activated sensor module, the coil antenna of the activated antenna module, and the pair of conductors 5.

本明細書が開示するセンシングシステムは、温度以外の別の物理状態（例えば脈拍、筋電位など）を計測するセンサチップ（センサ素子）を用いてもよい。また、本明細書が開示する技術は、人体以外の生体（動物）の各所の物理量（温度など）を計測するシステムに適用してもよい。 The sensing system disclosed in this specification may use a sensor chip (sensor element) that measures another physical state (eg, pulse, myoelectric potential, etc.) other than temperature. Further, the technology disclosed in the present specification may be applied to a system that measures a physical quantity (such as a temperature) of each part of a living body (animal) other than a human body.

実施例のアンテナモジュール２０のシリアル通信子機２３が、コントローラ１０からの指令に基づいてスイッチ２４を制御するスイッチ制御回路の一例に相当する。コントローラ１０とスイッチ制御回路の間の通信は、Ｉ２Ｃの規格以外のプロトコルで行われてもよい。また、コントローラとスイッチ制御回路の間の通信には、オンオフ変調（振幅偏移変調）以外の変調方式（例えば周波数変調方式）が採用されてもよい。あるいは、コントローラとスイッチ制御回路の通信には、時分割の多重通信方式が採用されてもよい。 The serial communication slave unit 23 of the antenna module 20 according to the embodiment corresponds to an example of a switch control circuit that controls the switch 24 based on a command from the controller 10. Communication between the controller 10 and the switch control circuit may be performed using a protocol other than the I2C standard. Further, for communication between the controller and the switch control circuit, a modulation method (for example, a frequency modulation method) other than on / off modulation (amplitude shift keying) may be adopted. Alternatively, the communication between the controller and the switch control circuit may employ a time-division multiplex communication method.

センサモジュール３０のコイルアンテナ３５が第１アンテナの一例であり、アンテナモジュール２０のコイルアンテナ２５が第２アンテナの一例である。第１アンテナと第２アンテナの間の通信には、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）技術を使った通信方式が用いられてもよい。 The coil antenna 35 of the sensor module 30 is an example of a first antenna, and the coil antenna 25 of the antenna module 20 is an example of a second antenna. Communication between the first antenna and the second antenna may use a communication method using an RFID (Radio Frequency Identifier) technology.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.

２：ウエアラブル生体センシングシステム４：衣服４ａ：生地５：導電体１０：コントローラ１１：近距離通信器１２：シリアル通信親機１３：変調器１４、１５：キャリア発生器１６：直流電源１７、２６：高周波チョークコイル２０、２０ａ−２０ｃ：アンテナモジュール２１：バッファアンプ２２：復調器２３：シリアル通信子機２４：スイッチ２５、３５：コイルアンテナ３０、３０ａ−３０ｃ：センサモジュール３１：通信チップ３２：センサチップ 2: Wearable living body sensing system 4: Clothes 4a: Fabric 5: Conductor 10: Controller 11: Short-range communication device 12: Serial communication base unit 13: Modulator 14, 15: Carrier generator 16: DC power supply 17, 26: High-frequency choke coil 20, 20a-20c: antenna module 21: buffer amplifier 22: demodulator 23: serial communication slave unit 24: switch 25, 35: coil antenna 30, 30a-30c: sensor module 31: communication chip 32: sensor chip

Claims

A plurality of sensor modules each having a sensor element and a first antenna, and capable of being fixed to a living body,
Clothes that can be worn by the living body, and a pair of conductors that are two-dimensionally spread along the fabric and are insulated from each other.
Which is connected a pair of conductors, a plurality of antenna module attachable to the garment so as to respectively face the plurality of the sensor module is secured to the living body when the garment is mounted on the living body When,
A controller connected to the pair of conductors,
With
Each of the antenna modules is
A second antenna disposed so as to be closely opposed to the first antenna of the sensor module corresponding to when the clothes are worn on the living body;
A switch for connecting or disconnecting the second antenna with the pair of conductors;
An identifier is assigned, a switch control circuit that opens and closes the switch based on a command signal including the identifier sent from the controller through the pair of conductors,
With
The controller is
Flowing the command signal including the specific identifier and closing the switch to the pair of conductors,
In response to the command signal, the switch control circuit to which the specific identifier has been assigned closes the switch to enable communication with the sensor element (activated sensor element) of the sensor module. Supplying power through the body, the first antenna, and the second antenna and receiving an output signal of the activated sensor element;
Wearable biological sensing system.

The wearable living body sensing system according to claim 1, wherein the controller transmits the command signal through the pair of conductors and receives an output signal of the activation sensor element in an amplitude shift keying system.

The wearable living body sensing system according to claim 1, wherein each of the sensor modules is fixable to the living body with an adhesive.

A plurality of the sensor module is attachable to stretch the garment in close contact with the living body, wearable biometric sensing system according to claim 1 or 2.