JP7255748B2 - バイタルサイン検出装置およびそれをシートに備えた車両並びにバイタルサイン検出方法 - Google Patents

バイタルサイン検出装置およびそれをシートに備えた車両並びにバイタルサイン検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、被験者のバイタルサインを検出するバイタルサイン検出装置およびそれをシートに備えた車両、並びに、バイタルサイン検出方法に関するものである。
従来、この種のバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。このバイタルサイン検出装置および検出方法では、被験者に対し照射された電磁波の反射波に係る周波数解析結果が、被験者のバイタルサインが強く表れる身体状況における周波数特性を示す測定部位を、バイタルサインの検出に適した特定部位として、特定部によって特定する。そして、特定部により特定された特定部位に向けて電磁波が照射されるように、電磁波の照射領域の走査を制御部によって制御する。被験者のバイタルサインは、特定部により特定された特定部位において受信された反射波の解析結果に基づいて、検出部によって検出される。
また、従来、この種のバイタルサイン検出装置としては、例えば、特許文献２に開示された生体センサーもある。この生体センサーは、電磁波によって人の生体情報を検出する非接触型のものが、人が着座するシートに対して２組み設けられている。各組みの生体センサーは、異なる周波数の電磁波を人に向かって発する第一センサー及び第二センサーが隣り合って配置されて、構成されている。第一センサーと第二センサーのうち、いずれか一方は、ノイズ要素を含む生体情報の検出に用いられ、他方はノイズ要素の検出に用いられる。被験者の生体情報は、ノイズ要素の分の差分を取ることで抽出される。
特開２０１９－１１５４６４号公報 特開２０１９－１８０４５１号公報
しかしながら、特許文献１に開示された上記従来のバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法は、被験者のバイタルサインが強く表れる測定部位を特定して、単に、その測定部位から被験者のバイタルサインを検出する構成である。このため、検出される被験者のバイタルサインには、被験者のバイタルサインが強く表れる測定部位に重畳する被験者の体動等の雑音が含まれ、正しく被験者のバイタルサインを検出することができない。
また、特許文献２に開示された上記従来の生体センサーでは、生体センサーが有する第一センサーと第二センサーのうちのいずれか一方により検出されるノイズ要素を含む生体情報から、他方により検出されるノイズ要素の分の差分が取られることで、被験者のバイタルサインが正しく抽出される。しかしながら、被験者の体格や姿勢が変わると、第一センサーと第二センサーからそれぞれ被験者に照射される各電磁波の照射箇所が変わってしまい、生体情報が現れやすい部位に電磁波が照射されなくなる場合がある。このような場合、各センサーで検出される情報の差分を取っても、被験者のバイタルサインが正しく抽出されなくなる。また、第一センサーと第二センサーとを隣り合って配置しなければならないため、生体センサーが設けられる車両のシート等において生体センサーが占めるスペースが大きくなってしまう。このため、車両のシート等において生体センサーを配置する場所が限られてしまい、設計の自由度が低下する。また、第一センサーと第二センサーとの複数個のセンサーを用いることで、装置のコストが上がってしまう。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
被験者に向けて電磁波を出射する照射部と、被験者へ照射される電磁波の照射領域を照射部から出射される電磁波の指向性を変えることで走査する走査部と、被験者に当たって反射する電磁波を受信する受信部と、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第１指向性および被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第２指向性を受信部における電磁波の受信結果から決定する指向性決定部と、指向性決定部により第１指向性および第２指向性が決定される時に行われる電磁波の走査の制御、および、被験者へ照射される電磁波の指向性を指向性決定部で決定された第１指向性または第２指向性にする制御を走査部に対して行う制御部と、被験者で反射して受信部に受信される第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者で反射して受信部に受信される第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出部とを備えて、バイタルサイン検出装置を構成した。
また、本発明は、
照射部から被験者へ照射される電磁波の指向性を変えることで被験者への電磁波の照射領域を走査部によって走査する電磁波走査ステップと、
電磁波走査ステップで走査され被験者に当たって反射して受信部に受信される電磁波の受信結果に基づき、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第１指向性および被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第２指向性を指向性決定部によって決定する指向性決定ステップと、
指向性決定ステップで決定された第１指向性および第２指向性を持つ各電磁波を照射部から被験者へ出射させて、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域および被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域に電磁波を照射させる電磁波照射ステップと、
被験者で反射して受信部に受信される第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者で反射して受信部に受信される第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出ステップと、
バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者のバイタルサインの大きさを所定のしきい値と比較する比較ステップと、
比較ステップの比較結果、バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合に、電磁波走査ステップ、指向性決定ステップ、電磁波照射ステップおよびバイタルサイン抽出ステップを繰り返して実行するバイタルサイン再抽出ステップと
を備えて、バイタルサイン検出方法を構成した。
本構成によれば、１つの照射部から被験者へ出射される電磁波の指向性が、制御部の走査部に対する制御によって第１指向性と第２指向性とに変えられ、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域および被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域に、照射部から電磁波が照射される。被験者のバイタルサインは、被験者で反射して受信部に受信される第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者で反射して受信部に受信される第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分がバイタルサイン抽出部によって取られることで、被験者のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、正確に抽出される。
また、被験者の体格や姿勢が変わっても、照射部から被験者へ出射される電磁波の指向性は、制御部の走査部に対する制御によって、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第１指向性と、被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第２指向性とに変化させられる。このため、被験者の体格や姿勢が変わっても、照射部から被験者へ出射される電磁波は、被験者のバイタルサインが現れやすい照射領域と被験者のバイタルサインが現れにくい照射領域とに照射され、被験者のバイタルサインに含まれる雑音がバイタルサイン抽出部によって除去されて、被験者のバイタルサインだけが正確に抽出される。
また、１つの照射部を用いて上記のように被験者のバイタルサインが正確に抽出されるので、バイタルサイン検出装置がその設置箇所に占めるスペースを抑制でき、バイタルサイン検出装置の設置箇所の選択の幅が広がって、設計の自由度が高まる。また、バイタルサイン検出装置のコストを抑制することもできる。
また、本発明は、
被験者に向けて電磁波を出射する照射部と、
被験者へ照射される電磁波の照射領域を照射部から出射される電磁波の指向性を変えることで走査する走査部と、
被験者に当たって反射する、指向性の異なる複数の電磁波を受信する受信部と、
受信部で受信した複数の電磁波のうち、被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報と、被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報との差分を用いて、被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出部と
を備えて、バイタルサイン検出装置を構成した。
また、本発明は、
照射部から被験者へ照射される電磁波の指向性を変えることで被験者への電磁波の照射領域を走査部によって走査する電磁波走査ステップと、
電磁波走査ステップで走査され被験者に当たって反射して受信部に受信される指向性の異なる複数の電磁波を受信する電磁波受信ステップと、
受信部で受信した複数の電磁波のうち、被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報と、被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報との差分を用いて、被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出ステップと、
バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者のバイタルサインの大きさを所定のしきい値と比較する比較ステップと、
比較ステップの比較結果、バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合に、電磁波走査ステップ、電磁波受信ステップおよびバイタルサイン抽出ステップを繰り返して実行するバイタルサイン再抽出ステップと
を備えて、バイタルサイン検出方法を構成した。
本構成によれば、１つの照射部から被験者へ出射される電磁波の指向性が複数の指向性に変えられて、照射部から電磁波が照射される。照射部から照射された電磁波は、複数の指向性を持つ電磁波として受信部に受信される。そして、バイタルサイン抽出部において、受信部で受信された複数の電磁波のうち、被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報と、被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報との差分が取られることで、被験者のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者のバイタルサインが正確に抽出される。
また、被験者の体格や姿勢が変わっても、照射部から被験者へ出射される電磁波の指向性が走査部によって変えられることで、新たな複数の指向性を持つ電磁波が受信部に受信される。そして、バイタルサイン抽出部において、受信部で受信された新たな複数の電磁波を基に、被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報と、被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者の距離情報との差分が取られることで、被験者のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者の新たなバイタルサインが正確に抽出される。このため、被験者の体格や姿勢が変わっても、被験者のバイタルサインが正確に抽出される。
また、本構成においても、１つの照射部を用いて上記のように被験者のバイタルサインが正確に抽出されるので、バイタルサイン検出装置がその設置箇所に占めるスペースを抑制でき、バイタルサイン検出装置の設置箇所の選択の幅が広がって、設計の自由度が高まる。また、バイタルサイン検出装置のコストを抑制することもできる。
本発明によれば、被験者の体格や姿勢が変わっても被験者のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者のバイタルサインだけが常に正確に抽出され、しかも、設計の自由度が高まってコストを抑制することができるバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法が適用される、車両におけるシートに被験者が着座した状態を表わす概略側面図である。 本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出方法の大まかな処理を表わす概略フローチャート図である。 本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出方法の詳細な処理を表わす詳細フローチャート図である。 本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法で計算される被験者の体表面変位から被験者のバイタルサインが検出されることを説明するグラフである。 本発明の第２の実施形態によるバイタルサイン検出装置およびバイタルサイン検出方法が適用される、車両におけるシートに被験者が着座した状態を表わす概略側面図である。 本発明の第４の実施形態によるバイタルサイン検出装置を使ったバイタルサイン検出方法の概略を示すフローチャートである。 （ａ）は、各実施形態によるバイタルサイン検出装置が各箇所に配置される自動車の車室内を表す斜視図、（ｂ）は、各実施形態によるバイタルサイン検出装置が各箇所に配置される病院の病室内を表す斜視図である。
次に、本発明のバイタルサイン検出装置およびそれをシートに備えた車両並びにバイタルサイン検出方法を実施するための形態について、説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法がドライバーモニタリングシステム（ＤＭＳ）として適用される、車両におけるシート２に被験者３が着座した状態を表わす概略側面図である。本実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法は、車両を運転する被験者３の心拍数、心拍変動、呼吸数および呼吸の深さといったバイタルサインの指標となる被験者３の体表面変位、すなわち、バイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波照射箇所の体表面までの距離の変動を、バイタルサインとして検出する。
第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１は、シート２の内部に配置され、概略構成が図２のブロック図に示される。バイタルサイン検出装置１は、照射部１１、走査部１２、受信部１３、指向性決定部１４、制御部１５およびバイタルサイン抽出部１６を備えて構成される。これら各部は、マイクロコンピュータのソフトウエア制御処理によって、または、電子回路のハードウエア構成によって、または、これらマイクロコンピュータのソフトウエア制御処理と電子回路のハードウエア構成との両者によって、実現される。一般的には、照射部１１はアンテナとして、走査部１２、受信部１３、指向性決定部１４、制御部１５およびバイタルサイン抽出部１６はＩＣ（集積回路）として、構成される。
照射部１１は、１つまたは複数の送信アンテナと、この送信アンテナから電波を出射させる送信器とを有するドップラーレーダやＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave radar）レーダなどによって構成される。バイタルサイン抽出部１６を除く、照射部１１、走査部１２、受信部１３、指向性決定部１４および制御部１５は、これらレーダを構成する。アンテナは、電波レンズを用いたアンテナや、回路基板における導体パターンによって形成されるパッチアンテナなどで、構成される。本実施形態では、照射部１１が出射する電磁波を電波として説明するが、電磁波には音波や光波等が広く含まれる。走査部１２は、被験者３へ照射される電波の照射領域を、照射部１１から出射される電波の指向性を変えることで、走査する。したがって、照射部１１は、電磁波を出射し、かつ、出射する電磁波の指向性を可変な構成となっている。
照射部１１から出射される電波の指向性は、照射部１１から出射する電波の位相・振幅をアナログビームフォーミング方式で変更したり、受信部１３に受信される電波の位相・振幅を制御・計算するデジタルビームフォーミング方式で変更したりすることで、変えられる。アナログビームフォーミング方式では、走査部１２または制御部１５から照射部１１が受け取る電波の位相・振幅情報によって、照射部１１から出射させる電波の指向性が変えられる。デジタルビームフォーミング方式では、制御部１５または走査部１２によって受信部１３で受信された電波の位相・振幅を計算することで、照射部１１から出射させる電波の指向性を変更することと同様の効果が得られる。
受信部１３は、１つまたは複数の受信アンテナを有し、走査部１２によって走査されて被験者３に当たって反射する電波を受信する。指向性決定部１４は、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に電波を照射させる電波の第１指向性、および、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に電波を照射させる電波の第２指向性を、受信部１３における電波の受信結果から決定する。図１には、この第１指向性を有する電波Ａおよび第２指向性を有する電波Ｂが例示されている。本実施形態では、第１指向性の電波Ａと第２指向性の電波Ｂとの各周波数帯は同じに設定されている。
受信部１３は、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１指向性の電磁波を基に計算される、バイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者３で反射して受信部１３に受信される第２指向性の電磁波を基に計算される、バイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分を、被験者３の体表面変位として算出する算出部を備える。指向性決定部１４は、第１指向性および第２指向性の各候補となる電磁波の照射方向を決め、照射部１１から出射される電磁波の照射方向が決めた照射方向になるよう制御部１５に指示する候補決定部と、第１指向性および第２指向性を決定し、照射部１１から出射される電磁波の指向性が決定した第１指向性および第２指向性になるよう制御部１５に指示する方向決定部とを有する。
候補決定部は、第１指向性および第２指向性の各候補について、照射部１１から被験者３へ向けて出射される電磁波の照射範囲と、その照射範囲で電磁波を走査する走査角の大きさとを決める。例えば、第１指向性の候補については、照射部１１のメインローブの方向を基準に±３０°の電磁波の照射範囲で、走査角を１°の大きさに決める。この場合、電磁波は、例えば、照射部１１のメインローブの方向を基準に、＋３０°，＋２９°，＋２８°…の方向へ照射されて走査される。第２指向性の候補については、第１指向性の候補について決めた電磁波の照射範囲と異なる照射範囲と、その照射範囲で電磁波を走査する走査角の大きさとを決める。その後、候補決定部は、決めた照射範囲および走査角の大きさで照射部１１から電磁波が出射されるよう制御部１５に指示する。
方向決定部は、候補決定部で第１指向性の候補と決められた照射方向へ照射されて被験者３に当たり、受信部１３に受信される電磁波の複数の受信波形を、予め用意された第１指向性を有する電磁波のモデル波形と比較し、各受信波形とモデル波形との類似度を算出して、第１指向性を決定する。第１指向性を有する電磁波の波形は、被験者３が誰であっても概略似た傾向を持つ波形となるため、その概略波形がモデル波形とされる。また、そのモデル波形と各受信波形との類似度の算出は、動的時間伸縮法（Dynamic Time Warping）や相互相関関数（Cross Correlation Function）といった波形比較手法が用いられて行われる。モデル波形との類似度が最も高い受信波形の電磁波が有する指向性が、第１指向性と決定される。
制御部１５は、指向性決定部１４により第１指向性および第２指向性が決定される時に行われる電波の走査の制御、および、被験者３へ照射される電波を指向性決定部１４で決定された第１指向性または第２指向性にする制御を走査部１２に対して行う。制御部１５の走査部１２に対するこの制御により、照射部１１から被験者３への電波Ａと電波Ｂの照射は、所定の照射時間で所定の時間間隔で行われる。所定の照射時間は例えば数１０μｓｅｃ～常時、所定の時間間隔は例えば常時～１０ｍｓｅｃ程度とされる。所定の時間間隔が常時とされると、各電波Ａ，Ｂは照射部１１から出射され続けることとなる。電波Ａと電波Ｂとは同時に出射される場合もあり、また、切り替えられながら出射される場合もある。バイタルサイン抽出部１６は、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１指向性の電波Ａを基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者３で反射して受信部１３に受信される第２指向性の電波Ｂを基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報との、受信部１３の算出部で算出された差分に基づいて、被験者３のバイタルサインを抽出する。
図３は、第１の実施形態によるバイタルサイン検出方法の大まかな処理を表わす概略フローチャートである。
被験者３のバイタルサインの検出に際して、まず、図３のステップ（以下Ｓと記す）１０１で電波走査ステップが行われる。この電波走査ステップでは、走査部１２に対する制御部１５の制御により、照射部１１から被験者３へ照射される電波の指向性を変えることで、被験者３への電波の照射領域が走査部１２によって走査される。この走査は、指向性決定部１４の候補決定部で決められた、照射部１１から被験者３へ向けて出射される電磁波の照射範囲と、その照射範囲で電磁波を走査する走査角の大きさとで行われる。次に、Ｓ１０２の指向性決定ステップにおいて、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に電波を照射させる電波Ａの第１指向性、および、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に電波Ｂを照射させる電波の第２指向性が、指向性決定部１４の方向決定部によって決定される。この指向性の決定は、Ｓ１０１の電波走査ステップで走査され、被験者３に当たって反射して受信部１３に受信される電波の受信結果に基づいて、受信電波の波形とモデル波形との類似度が算出されて、行われる。
次に、Ｓ１０３の電波照射ステップで、上記の指向性決定ステップで決定された第１指向性および第２指向性を持つ各電波Ａ，Ｂを上述した所定の照射時間および所定の時間間隔で照射部１１から被験者３へ出射させて、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域、および、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に、電波を照射させる。次に、Ｓ１０４のバイタルサイン抽出ステップで、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１指向性の電波Ａから計算される被験者３までの距離情報と、被験者３で反射して受信部１３に受信される第２指向性の電波Ｂから計算される被験者までの距離情報との差分に基づいて、被験者３の体表面変位を検出し、被験者３のバイタルサインを抽出する。
次に、Ｓ１０５の比較ステップで、上記のバイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者３のバイタルサインの大きさが、所定のしきい値と比較される。被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値以上で、Ｓ１０５の比較結果がＹｅｓの場合、Ｓ１０４の処理に戻ってＳ１０４の処理が繰り返される。一方、被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合、処理はＳ１０１の処理に戻り、Ｓ１０１の電波走査ステップ、Ｓ１０２の指向性決定ステップ、Ｓ１０３の電波照射ステップおよびＳ１０４のバイタルサイン抽出ステップが繰り返して実行され、バイタルサイン再抽出ステップが行われる。このバイタルサイン再抽出ステップにより、指向性決定部１４の候補決定部で決められた、照射部１１から被験者３へ向けて出射される電磁波の照射範囲における全ての走査角についての走査が行われる。
図４は、第１の実施形態によるバイタルサイン検出方法の詳細な処理を表わす詳細フローチャートである。
被験者３のバイタルサインの抽出にあたり、詳細には、まず、図４のＳ２０１が行われる。このＳ２０１では、指向性決定部１４により、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に照射させる電波Ａの第１指向性、および、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に照射させる電波Ｂの第２指向性のそれぞれについて、上述した候補決定部により複数の候補が決定される。この候補の決定は、第１および第２の各指向性のそれぞれについて独立に候補が決定されてもよいし、第１および第２の各指向性の組み合わせとして、候補が決定されてもよい。
次に、Ｓ２０２で、走査部１２に対する制御部１５の制御により、第１および第２の各指向性についての複数の候補のうちの上述した候補決定部で決定された１つの候補の指向性で、照射部１１から被験者３へ電波を出射させる。次に、Ｓ２０３で、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１および第２の各指向性の電波Ａ，Ｂから、被験者３の体表面変位、すなわち、バイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所の体表面までの距離の変動が、各指向性について受信部１３で計算される。
次に、Ｓ２０１で決定された各指向性の全ての複数の候補について、被験者３の体表面変位が計算されたか否か、Ｓ２０４で判断される。各指向性の全ての複数の候補について被験者３の体表面変位が計算されておらず、Ｓ２０４の判断結果がＮｏの場合、処理はＳ２０２に戻ってＳ２０２およびＳ２０３の処理が繰り返されて行われる。この繰り返し処理により、各指向性の全ての複数の候補について被験者３の体表面変位が計算される。
各指向性の全ての複数の候補について被験者３の体表面変位が計算され、Ｓ２０４の判断結果がＹｅｓになると、次に、Ｓ２０５の処理が行われる。このＳ２０５の処理では、複数候補の第１指向性の電波Ａについて計算された被験者３の複数の体表面変位の中で、バイタルサインの特徴を持つ体表面変位を生じさせる最も強い電波Ａの指向性、すなわち、モデル波形との類似度が最も高い波形の電波Ａの指向性が、指向性決定部１４により、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に電波Ａを照射させる第１指向性と決定される。また、複数候補の第２指向性の電波Ｂについて計算された被験者３の複数の体表面変位の中で、被験者３の体動や車両の振動といった雑音の特徴を持つ体表面変位を生じさせる最も強い電波Ｂの指向性が、指向性決定部１４により、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に電波Ｂを照射させる第２指向性と決定される。
次に、Ｓ２０６で、走査部１２に対する制御部１５の制御により、上記のように決定された第１指向性を持つ電波Ａ、および上記のように決定された第２指向性を持つ電波Ｂが、照射部１１から被験者３へ向けて出射される。次に、Ｓ２０７で、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１および第２の各指向性の電波Ａ，Ｂから、被験者３の体表面変位が各指向性について受信部１３で計算される。
被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に照射されて受信部１３に受信される第１指向性の電波Ａから計算される被験者３の体表面変位には、被験者３のバイタルサインと被験者３の体動や車両の振動といった雑音とが合わさって含まれていると考えられる。また、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に照射されて受信部１３に受信される第２指向性の電波Ｂから計算される被験者３の体表面変位には、被験者３のバイタルサインが含まれず、被験者３の体動や車両の振動といった雑音だけが含まれていると考えられる。したがって、次に、Ｓ２０８で、第１および第２の各指向性について計算された被験者３の体表面変位の差分が取られて、被験者３のバイタルサインが抽出される。
この体表面変位の差分は、受信部１３に受信される第１指向性の電波Ａから計算される被験者３の体表面変位から、受信部１３に受信される第２指向性の電波Ｂから計算される被験者３の体表面変位を減算することで、算出される。また、各電波Ａ，Ｂから計算される被験者３の体表面変位にカルマンフィルタや適用フィルタを適用し、体表面変位に突発的に現れるサージ信号を鈍らせたり、ある程度の時間における体表面変位の平均値を取ってから、上記の減算をすることでも、体表面変位の差分が算出される。また、独立成分分析、独立ベクトル分析といった音源分離手法によって、各電波Ａ，Ｂから、体動や振動とバイタルサインとを分離することでも、被験者３の体表面変位の差分を取ることができる。
図５は、Ｓ２０５の処理で決定された第１指向性の電波Ａから計算される被験者３の体表面変位、Ｓ２０５の処理で決定された第２指向性の電波Ｂから計算される被験者３の体表面変位、および、これら体表面変位の差分の各時間変化を表わすグラフである。同グラフの横軸は時間[秒]で、縦軸は被験者３の体表面変位の変位量[μｍ]を表わす。この体表面変位の変位量は、ある時間区分における平均値を０として表わされている。また、点線で示す特性線２１は第１指向性の電波Ａから計算される被験者３の体表面変位、一点鎖線で示す特性線２２は第２指向性の電波Ｂから計算される被験者３の体表面変位、実線で示す特性線２３は各体表面変位の差分の各時間変化を表わしている。差分を示す特性線２３が表わす特性は、被験者３のバイタルサインを表わしている。この特性線２３の波形のように、バイタルサインが明確に現れている波形が、受信部１３に受信される各受信波形と比較される前述したモデル波形として使われる。
次に、図４，Ｓ２０８で抽出された被験者３のバイタルサインの大きさが、Ｓ２０９で、所定のしきい値と比較される。この際、バイタルサインの大きさとして、所定期間におけるバイタルサインの平均値が用いられる。次に、抽出された被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値以上であるか否か、Ｓ２１０で、判断される。抽出された被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値以上で、Ｓ２１０の判断結果がＹｅｓの場合、処理はＳ２０６に戻り、Ｓ２０６～Ｓ２０９の処理が繰り返される。この繰り返し処理により、被験者３のバイタルサインが継続的に抽出される。
Ｓ２１０における所定のしきい値には、例えば、図５に特性線２３で表わされるバイタルサインを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して得られるバイタルサイン信号強度の周波数変化波形において求められる、バイタルサイン信号強度Ｓの雑音電力Ｎに対する電力比ＳＮＲ（シグナルノイズ電力比）の予め決められた値が用いられる。このＳＮＲの値が予め決められた値より大きいと、Ｓ２１０で、被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えるものと判断される。
また、バイタルサイン検出装置１がＦＭＣＷレーダから構成される場合、受信部１３に受信される反射信号のＩＦ（中間周波数）信号にＦＦＴを適用して得られるＩＦ波形の、被験者３がいると想定される周波数（距離）範囲における、ＳＮＲの予め決められた値、または、信号強度の予め決められた値を、Ｓ２１０における所定のしきい値に用いることもできる。ＦＭＣＷレーダでは、ＩＦ信号にＦＦＴを適用すると、距離に対応する反射電力を見ることができ、被験者３がいると想定される周波数（距離）範囲における反射電力が高い信号は、バイタルサインと判断される。このため、受信部１３に受信される反射信号のＩＦ信号にＦＦＴを適用して得られるＩＦ波形の、被験者３がいると想定される周波数（距離）範囲におけるＳＮＲの値または信号強度の値が予め決められた値より大きいと、Ｓ２１０で、被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えるものと判断される。
一方、抽出された被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えず、Ｓ２１０の判断結果がＮｏの場合、処理はＳ２０１に戻り、Ｓ２０１～Ｓ２０９の処理が繰り返される。この繰り返し処理により、被験者３のバイタルサインが現れやすい新たな照射領域に電波Ａを照射させる新たな第１指向性と、被験者３のバイタルサインが現れにくい新たな照射領域に電波Ｂを照射させる新たな第２指向性とが決定され、新たな各照射領域に各電波Ａ，Ｂが照射されて、被験者３のバイタルサインが新たに継続的に抽出されることとなる。
このような第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法によれば、１つの照射部１１から被験者３へ出射される電波Ａ，Ｂの指向性が、制御部１５の走査部１２に対する制御によって第１指向性と第２指向性とに変えられ、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域および被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に、照射部１１から電波Ａ，Ｂが照射される。被験者３のバイタルサインは、被験者３で反射して受信部１３に受信される第１指向性の電波Ａを基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報と、被験者３で反射して受信部１３に受信される第２指向性の電波Ｂを基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分がバイタルサイン抽出部１６によって取られることで、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、正確に抽出される。
また、被験者３の体格や姿勢が変わっても、照射部１１から被験者３へ出射される電波Ａ，Ｂの指向性は、制御部１５の走査部１２に対する制御によって、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域に電波Ａを照射させる第１指向性と、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に電波Ｂを照射させる第２指向性とに変化させられる。このため、被験者３の体格や姿勢が変わっても、照射部１１から被験者３へ出射される電波Ａ，Ｂは、被験者３のバイタルサインが現れやすい照射領域と被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域とに照射され、被験者３のバイタルサインに含まれる体動や振動といった雑音がバイタルサイン抽出部１６によって除去されて、被験者３のバイタルサインだけが正確に抽出される。
また、第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法によれば、１つの照射部１１を用いて上記のように被験者３のバイタルサインが正確に抽出されるので、バイタルサイン検出装置１がその設置箇所に占めるスペースを抑制でき、バイタルサイン検出装置１の設置箇所の選択の幅が広がって、設計の自由度が高まる。また、バイタルサイン検出装置１のコストを抑制することもできる。
この結果、第１の実施形態によれば、被験者３の体格や姿勢が変わっても被験者３のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者３のバイタルサインだけが常に正確に抽出され、しかも、設計の自由度が高まってコストを抑制することができるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法を提供することができる。
また、第１の実施形態では、第１指向性の電波Ａと第２指向性の電波Ｂとの各周波数帯は同じに設定されているため、従来の生体センサーのように、異なる周波数帯の電波を発する必要がないので、バイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法の設計がし易くなる。このため、被験者３のバイタルサインの正確な抽出を低コストで行うことに資することができる。なお、第１指向性の電波Ａと第２指向性の電波Ｂとの各周波数帯は必ずしも同じ周波数帯である必要はなく、異なる周波数帯に設定してもよい。
図６は、第２の実施形態によるバイタルサイン検出装置が適用される際における、車両におけるシート２に被験者３が着座した状態を表わす概略側面図である。この第２の実施形態によるバイタルサイン検出装置は、上記の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１に加えて、シート２の内部に反射体３１が配置されている点以外は、上記の第１の実施形態によるバイタルサイン検出装置１と同様な構成をしている。反射体３１は、金属などの電波を反射し易い材質から構成され、照射部１１から出射された第２指向性の電波Ｂを受信部１３に反射する。
被験者３のバイタルサインが現れにくい第２指向性の電波Ｂから得られる被験者３の体表面変位の計算結果は、電波Ｂが被験者３に照射される場合と、反射体３１に照射される場合とで、同じ結果になると考えられる。したがって、この第２の実施形態によるバイタルサイン検出装置によれば、照射部１１から被験者３へ出射される電波の指向性を、被験者３のバイタルサインが現れにくい照射領域に電波Ｂを照射させる第２指向性に変える制御は、制御部１５の走査部１２に対する制御によって、照射部１１から出射された電波Ｂを反射体３１に照射させる指向性にすることで、容易にかつ確実に行えるようになる。このため、図４，Ｓ２０１～Ｓ２０４の処理において、第２指向性の候補の決定を行う処理が不要となり、指向性決定部１４の制御処理を簡略化しながら、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音をバイタルサイン抽出部１６によって容易にかつ確実に除去できるようになる。
なお、上記の第１の実施形態および第２の実施形態では、電磁波の第１指向性および第２指向性を決めるときに、図３，Ｓ１０１で、照射部１１から被験者３へ電磁波を照射すると共に、被験者３のバイタルサインを抽出するときに、決めた指向性で、図３，Ｓ１０３において、照射部１１から被験者３へ電磁波を再度照射する場合について、説明した。しかし、照射部１１から被験者３へ複数の指向性を持つ電磁波を１度だけ照射し、その照射で被験者３から反射した複数の指向性を持つ電磁波を受信部１３で受信し、受信した電磁波から電磁波の第１指向性および第２指向性を決めて、決めた各指向性の電磁波から被験者３のバイタルサインを抽出するように構成してもよい。
このような構成を有する本発明の第３の実施形態によるバイタルサイン検出装置１は、被験者３に向けて電磁波を出射する照射部１１と、被験者３へ照射される電磁波の照射領域を照射部１１から出射される電磁波の指向性を変えることで走査する走査部１２と、被験者３に当たって反射する、指向性の異なる複数の電磁波を受信する受信部１３と、受信部１３で受信した複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報と、被験者３のバイタルサイン以外、つまり、体動や振動といった雑音を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報との差分を用いて、被験者３のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出部１６とから構成される。
また、上記のような構成を有するバイタルサイン検出方法は、照射部１１から被験者３へ照射される電磁波の指向性を変えることで被験者３への電磁波の照射領域を走査部１２によって走査する電磁波走査ステップと、電磁波走査ステップで走査され被験者３に当たって反射して受信部１３に受信される指向性の異なる複数の電磁波を受信する電磁波受信ステップと、受信部１３で受信した複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報と、被験者３のバイタルサイン以外、つまり、体動や振動といった雑音を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報との差分を用いて、被験者３のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出ステップと、バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者３のバイタルサインの大きさを所定のしきい値と比較する比較ステップと、比較ステップの比較結果、バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合に、上記の電磁波走査ステップ、電磁波受信ステップおよびバイタルサイン抽出ステップを繰り返して実行するバイタルサイン再抽出ステップとを備えて、構成される。
このような第３の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法によれば、１つの照射部１１から被験者３へ出射される電磁波の指向性が複数の指向性に変えられて、照射部１１から電磁波が照射される。照射部１１から照射された電磁波は、複数の指向性を持つ電磁波として受信部１３に受信される。そして、バイタルサイン抽出部１６において、受信部１３で受信された複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報と、被験者３のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報との差分が取られることで、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者３のバイタルサインが正確に抽出される。
また、被験者３の体格や姿勢が変わっても、照射部１１から被験者３へ出射される電磁波の指向性が走査部１２によって変えられることで、新たな複数の指向性を持つ電磁波が受信部１３に受信される。そして、バイタルサイン抽出部１６において、受信部１３で受信された新たな複数の電磁波を基に、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報と、被験者３のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報との差分が取られることで、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者３の新たなバイタルサインが正確に抽出される。このため、被験者３の体格や姿勢が変わっても、被験者３のバイタルサインが正確に抽出される。
また、この第３の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法においても、１つの照射部１１を用いて上記のように被験者３のバイタルサインが正確に抽出されるので、バイタルサイン検出装置１がその設置箇所に占めるスペースを抑制でき、バイタルサイン検出装置１の設置箇所の選択の幅が広がって、設計の自由度が高まる。また、バイタルサイン検出装置１のコストを抑制することもできる。
また、上記の第３の実施形態によるバイタルサイン検出装置１に、さらに、指向性決定部１４と、制御部１５とを備えるように構成してもよい。この構成をした第４の実施形態によるバイタルサイン検出装置１の場合、指向性決定部１４は、受信部１３で受信された複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波の第１指向性および被験者３のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波の第２指向性を受信部１３における電磁波の受信結果から決定し、記憶部に記憶する。また、制御部１５は、照射部１１から出射される電磁波の指向性を変える時に行われる電磁波の走査の制御を走査部１２に対して行う。また、バイタルサイン抽出部１６は、記憶部に記憶された電磁波の第１指向性および第２指向性を読み出し、読み出した第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報と、読み出した第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、被験者３のバイタルサインを抽出する。
図７は、上記の第４の実施形態によるバイタルサイン検出装置１を使ったバイタルサイン検出方法の概略を示すフローチャートである。
このバイタルサイン検出方法では、まず、Ｓ３０１の電磁波走査ステップで、操作部１２に対する制御部１５の制御により、照射部１１から被験者３へ照射される電波の指向性を変えることで、被験者３への電波の照射領域が走査部１２によって走査される。次に、Ｓ３０２の電磁波受信ステップで、Ｓ３０１の電磁波走査ステップで走査されて、被験者３に当たって反射して受信部１３に受信される、指向性の異なる複数の電磁波が受信される。次に、Ｓ３０３の指向性決定ステップで、指向性決定部１４により、受信部１３で受信された複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波の第１指向性、および、被験者３のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波の第２指向性が、受信部１３における電磁波の受信結果から決定される。決定された電磁波の第１指向性および第２指向性は指向性決定部１４により記憶部に記憶される。
次に、Ｓ３０４の指向性読み出しステップで、記憶部に記憶された電磁波の第１指向性および第２指向性がバイタルサイン抽出部１６によって読み出される。そして、Ｓ３０５のバイタルサイン抽出ステップで、読み出された第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報と、読み出された第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置１から被験者３への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、バイタルサイン抽出部１６により、被験者３のバイタルサインが抽出される。次に、Ｓ３０６の比較ステップで、上記のＳ３０５のバイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される被験者３のバイタルサインの大きさが、所定のしきい値と比較される。被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値以上で、Ｓ３０６の比較結果がＹｅｓの場合、Ｓ３０５の処理に戻ってＳ３０５の処理が繰り返される。一方、被験者３のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合、処理はＳ３０１の処理に戻り、Ｓ３０１の電波走査ステップ、Ｓ３０２の電磁波受信ステップ、Ｓ３０３の指向性決定ステップ、Ｓ３０４の指向性読み出しステップおよびＳ３０５のバイタルサイン抽出ステップが繰り返して実行され、バイタルサイン再抽出ステップが行われる。
このような第４の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法によっても、上記の第３の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法と同様に、受信部１３で受信された複数の電磁波のうち、被験者３のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報と、被験者３のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される被験者３の距離情報との差分が取られることで、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音が除去されて、被験者３のバイタルサインが正確に抽出される。また、被験者３の体格や姿勢が変わっても、走査部１２に対する制御部１５の制御により、照射部１１から被験者３へ出射される電磁波の指向性が走査部１２によって変えられることで、新たな複数の指向性を持つ電磁波が受信部１３に受信されて、被験者３の新たなバイタルサインが正確に抽出される。このため、被験者３の体格や姿勢が変わっても、被験者３のバイタルサインが正確に抽出される。また、この第４の実施形態によるバイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法においても、１つの照射部１１を用いて上記のように被験者３のバイタルサインが正確に抽出されるので、バイタルサイン検出装置１がその設置箇所に占めるスペースを抑制でき、バイタルサイン検出装置１の設置箇所の選択の幅が広がって、設計の自由度が高まる。また、バイタルサイン検出装置１のコストを抑制することもできる。
また、上記の第３および第４の各実施形態でも、第１指向性の電波Ａと第２指向性の電波Ｂとの各周波数帯が同じに設定されることで、従来の生体センサーのように、異なる周波数帯の電波を発する必要がないので、バイタルサイン検出装置１およびバイタルサイン検出方法の設計がし易くなる。このため、被験者３のバイタルサインの正確な抽出を低コストで行うことに資することができる。
また、上記の第３および第４の各実施形態でも、第２の実施形態によるバイタルサイン検出装置と同様に、シート２の内部に反射体３１を配置するように構成してもよい。このような構成のバイタルサイン検出装置によれば、照射部１１から出射された電波Ｂを反射体３１に照射させる指向性にすることで、被験者３のバイタルサインに含まれる雑音をバイタルサイン抽出部１６によって容易にかつ確実に除去できるようになる。
なお、上記の各実施形態では、図８（ａ）に示す自動車の車室内のように、バイタルサイン検出装置１がシート４１に配置された場合について説明したが、ダッシュボード４２や、ルームミラー４３、車両室内の天井４４、シートベルト４５、グローブボックス４６等にバイタルサイン検出装置１を配置するように構成してもよい。
上記の各実施形態では、本発明を自動車のドライバーモニタリングシステムに適用した場合について説明したが、飛行機や電車等の車両の運転室のシートに各実施形態によるバイタルサイン検出装置を設けて、飛行機や電車等の車両のドライバーモニタリングシステムに適用することもできる。また、図８（ｂ）に示す病院の病室内のように、医療施設におけるベッド５１や、壁５２、天井５３、椅子５４、照明５５等に本発明のバイタルサイン検出装置を配置することで、患者等のバイタルサインを検出して、患者等の見守りに適用することもできる。
１…バイタルサイン検出装置
２…シート
３…被験者
１１…照射部
１２…走査部
１３…受信部
１４…指向性決定部
１５…制御部
１６…バイタルサイン抽出部
３１…反射体
Ａ…第１指向性の電波
Ｂ…第２指向性の電波

Claims (12)

  1. 被験者に向けて電磁波を出射する照射部と、
    前記被験者へ照射される電磁波の照射領域を前記照射部から出射される電磁波の指向性を変えることで走査する走査部と、
    前記被験者に当たって反射する、指向性の異なる複数の電磁波を受信する受信部と、
    前記受信部で受信した複数の電磁波のうち、前記被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される前記被験者の距離情報と、前記被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される前記被験者の距離情報との差分を用いて、前記被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出部と
    を備えるバイタルサイン検出装置。
  2. 前記受信部で受信した複数の電磁波のうち、前記被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波の第１指向性および前記被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波の第２指向性を前記受信部における電磁波の受信結果から決定し、記憶部に記憶する指向性決定部と、
    前記照射部から出射される電磁波の指向性を変える時に行われる電磁波の走査の制御を前記走査部に対して行う制御部とを備え、
    前記バイタルサイン抽出部は、前記記憶部に記憶された電磁波の前記第１指向性および前記第２指向性を読み出し、読み出した前記第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、読み出した前記第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、前記被験者のバイタルサインを抽出する
    ことを特徴とする請求項１に記載のバイタルサイン検出装置。
  3. 被験者に向けて電磁波を出射する照射部と、
    前記被験者へ照射される電磁波の照射領域を前記照射部から出射される電磁波の指向性を変えることで走査する走査部と、
    前記被験者に当たって反射する電磁波を受信する受信部と、
    前記被験者のバイタルサインが現れやすい前記照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第１指向性および前記被験者のバイタルサインが現れにくい前記照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第２指向性を前記受信部における電磁波の受信結果から決定する指向性決定部と、
    前記指向性決定部により前記第１指向性および前記第２指向性が決定される時に行われる電磁波の走査の制御、および、前記被験者へ照射される電磁波の指向性を前記指向性決定部で決定された前記第１指向性または前記第２指向性にする制御を前記走査部に対して行う制御部と、
    前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、前記被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出部と
    を備えるバイタルサイン検出装置。
  4. 前記受信部は、前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分を算出する算出部を備えることを特徴とする請求項３に記載のバイタルサイン検出装置。
  5. 前記指向性決定部は、
    前記第１指向性および前記第２指向性の各候補となる電磁波の照射方向を決め、前記照射部から出射される電磁波の照射方向が決めた照射方向になるよう前記制御部に指示する候補決定部と、
    前記第１指向性および前記第２指向性を決定し、前記照射部から出射される電磁波の指向性が決定した前記第１指向性および前記第２指向性になるよう前記制御部に指示する方向決定部とを有する
    ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバイタルサイン検出装置。
  6. 前記候補決定部は、各前記候補について、前記照射部から前記被験者へ向けて出射される電磁波の照射範囲と、前記照射範囲で電磁波を走査する走査角の大きさとを決め、決めた前記照射範囲および前記走査角の大きさで前記照射部から電磁波が出射されるよう前記制御部に指示することを特徴とする請求項５に記載のバイタルサイン検出装置。
  7. 前記方向決定部は、前記候補決定部で前記第１指向性の候補と決められた照射方向へ照射されて前記被験者に当たり、前記受信部に受信される電磁波の複数の受信波形を、予め用意された前記第１指向性を有する電磁波のモデル波形と比較し、各前記受信波形と前記モデル波形との類似度を算出して、前記第１指向性を決定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のバイタルサイン検出装置。
  8. 前記第１指向性の電磁波と前記第２指向性の電磁波との各周波数帯は同じであることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載のバイタルサイン検出装置。
  9. 前記照射部から出射された前記第２指向性の電磁波を前記受信部に反射する反射体を備えることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載のバイタルサイン検出装置。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のバイタルサイン検出装置をシートに備える車両。
  11. 照射部から被験者へ照射される電磁波の指向性を変えることで被験者への電磁波の照射領域を走査部によって走査する電磁波走査ステップと、
    前記電磁波走査ステップで走査され前記被験者に当たって反射して受信部に受信される指向性の異なる複数の電磁波を受信する電磁波受信ステップと、
    前記受信部で受信した複数の電磁波のうち、前記被験者のバイタルサインを示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される前記被験者の距離情報と、前記被験者のバイタルサイン以外を示す信号強度が最も強い電磁波を基に計算される前記被験者の距離情報との差分を用いて、前記被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出ステップと、
    前記バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される前記被験者のバイタルサインの大きさを所定のしきい値と比較する比較ステップと、
    前記比較ステップの比較結果、前記バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される前記被験者のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合に、前記電磁波走査ステップ、前記電磁波受信ステップおよび前記バイタルサイン抽出ステップを繰り返して実行するバイタルサイン再抽出ステップと
    を備えるバイタルサイン検出方法。
  12. 照射部から被験者へ照射される電磁波の指向性を変えることで被験者への電磁波の照射領域を走査部によって走査する電磁波走査ステップと、
    前記電磁波走査ステップで走査され前記被験者に当たって反射して受信部に受信される電磁波の受信結果に基づき、前記被験者のバイタルサインが現れやすい前記照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第１指向性および前記被験者のバイタルサインが現れにくい前記照射領域に電磁波を照射させる電磁波の第２指向性を指向性決定部によって決定する指向性決定ステップと、
    前記指向性決定ステップで決定された前記第１指向性および前記第２指向性を持つ各電磁波を前記照射部から前記被験者へ出射させて、前記被験者のバイタルサインが現れやすい前記照射領域および前記被験者のバイタルサインが現れにくい前記照射領域に電磁波を照射させる電磁波照射ステップと、
    前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第１指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報と、前記被験者で反射して前記受信部に受信される前記第２指向性の電磁波を基に計算されるバイタルサイン検出装置から前記被験者への電磁波の照射箇所までの距離情報との差分に基づいて、前記被験者のバイタルサインを抽出するバイタルサイン抽出ステップと、
    前記バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される前記被験者のバイタルサインの大きさを所定のしきい値と比較する比較ステップと、
    前記比較ステップの比較結果、前記バイタルサイン抽出ステップにおいて抽出される前記被験者のバイタルサインの大きさが所定のしきい値を越えない場合に、前記電磁波走査ステップ、前記指向性決定ステップ、前記電磁波照射ステップおよび前記バイタルサイン抽出ステップを繰り返して実行するバイタルサイン再抽出ステップと
    を備えるバイタルサイン検出方法。
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