JP7490160B1 - 生体情報取得装置および生体情報取得方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような背景から、心拍および呼吸運動などから生体の情報を取得し、健康状態の変化を推定する技術に関する研究が行われており、心拍および呼吸運動等、周期的な生体の運動に関する情報を高い精度で取得できる装置の開発が期待されている。また、従来、生体の運動に関する情報を非接触かつ非拘束で取得できる装置として、電波を用いたドップラーセンサが知られている。
図1は、本実施の形態に係る生体センサ装置を示す構成図である。図1において、本実施の形態に係る生体情報取得装置としての生体センサ装置には、信号発生器11と、分配回路21、22と、スイッチ31、32と、可変整合回路41、42と、アンテナ51、52と、直交検波回路61と、検知部71と、制御部81と、負荷抵抗91とが設けられており、たとえば心拍および呼吸などの生体波形を非接触で電波を用いて取得する。
分配回路21と分配回路22は、出力端子間のアイソレーションが取れていればよいので、ウィルキンソン型分配器またはアイソレーション端子が終端抵抗に接続された方向性結合器を用いて構成されていてもよい。なお、分配回路22は、実施の形態1における第2分配器を構成する。
スイッチ31およびスイッチ32は、2極双投の機能を有する回路であれば、機械式、電気式のどちらを用いて構成されていてもよい。なお、スイッチ31およびスイッチ32によって、実施の形態1における切換部(第1切換部)が構成される。
第1のスイッチ31および第2のスイッチは、制御部81からの制御信号に従い、信号の経路を切換える。
なお、本実施の形態では、可変整合回路41が、3つの可変素子と1つのインダクタとを備えた場合について説明する。図2は、可変整合回路41の構成図の一例である。
可変整合回路41は、制御部81の制御信号に従い、第1の可変素子414、第2の可変素子415、第3の可変素子416の値を制御する。制御部81の制御信号の詳細については後述する。
分配回路611と分配回路612とは、出力端子間のアイソレーションが取れていればよいので、ウィルキンソン型分配器またはアイソレーション端子が終端抵抗に接続された方向性結合器を用いて構成されていてもよい。
同様に、第2のミキサ614は、3つの端子6141、6142、6104を有し、入力端子6141と入力端子6142とから入力された信号を乗算し、出力端子6104から出力する。
本実施の形態において、第2の分配回路612の端子6102からローカル信号として入力された信号は、端子6121と6122とに2分配される。また、第1の分配回路611の端子6101から生体で反射された反射信号もしくはアンテナ間の通過信号として入力された信号は、端子6111と6112とに2分配される。
入力端子6101に入力された信号および入力端子6102に入力された信号は、第1のミキサ613で乗算され、出力端子6103から出力される。
なお、アナログデジタル変換器は専用の処理を行うハードウェアを用いても良いし、同処理を行うプログラムを用いても良い。
さらに制御部81では、反射測定モード1(モード1)、反射測定モード2(モード2)、通過測定モード(モード3)の3つのモードに従って、第1のスイッチ31と第2のスイッチ32に対し制御信号を出力する。
制御部81では、予め定められた一定の微小な所定期間である時間(T)の間に入力されたId信号の値とQd信号の値の時間平均値を算出し、Id信号の値とQd信号の値の時間平均値の絶対値が所定の閾値以下となるよう可変整合回路41、42に対し制御信号を出力する。なお、可変整合回路41は、実施の形態1における第1調節部を構成し、可変整合回路42は、実施の形態1における第2調節部を構成する。
制御部81が可変整合回路41、42に対し正確な制御信号を出力するためには、時間(T)が、少なくとも心拍および呼吸波形が測定できる一周期分の時間である必要がある。例えば、時間(T)が一周期分未満であると、制御部81は、正確な素子値の算出ができず、取得精度が大幅に劣化する可能性がある。
制御部81のハードウェア構成の具体例を概略的に示すブロック図を図4に示す。
制御プログラムは、電源が投入されるとスイッチ31と32を状態1に切り替えてモード1に設定し(ステップST101)、検知部71でデジタル信号に変換されたId信号とQd信号を受け取ると次の処理を実行する。デジタル信号に変換されたId信号とQd信号の値をある時間t秒間分、記憶装置812に記憶する(ステップST102)。
同様に、制御プログラムで可変整合回路42の可変素子の値を調整し(ステップST203)、Id信号とQd信号の値と可変素子の値をある時間t秒間分、記憶装置812に記憶する(ステップST204)。
この条件分岐は、ある時間Tx秒と時間を定めてST101処理に戻ることや、信号が測定レンジを超えたり微小となったりして測定不可能となった場合にST101処理に戻ることも考えられる。
図6においてST103の処理では、整合回路41の可変素子の値を決定する計算及び制御をおこなう。
そして、可変整合回路41へ調整値を出力する(ステップST1034)。
そして、可変整合回路42へ調整値を出力する(ステップST2034)。
閾値は、実際に測定を行う環境のノイズの影響によって決定する。例えば、周囲のノイズの数値を幾つか測定しておき、その最大値としても良いし、標準偏差を求めた値、もしくは最大値と平均値あるいは最頻値から、適宜適切な値を求めても良い。また、閾値は固定とせず、状況に応じて変化できるよう、例えば、一定間隔でノイズの測定を行い、再設定できるようにしてもよい。
これにより、Sに対するA(S)の変動が小さくなるため平均値を取る際の誤差が小さくなる。
また、たとえば可変整合回路41で端子4103に接続される負荷インピーダンスを端子4101に接続される回路のインピーダンスに整合するよう、調整値の計算を行うには、以下のような方法が考えられる。
まず、可変整合回路41のZ特性インピーダンス(Z0)が50Ωとなるよう、制御部81に入力されたId信号とQd信号の値と、可変整合回路41の現在の可変素子414~416の値から、計算し、I信号とQ信号の時間平均の絶対値が閾値を下回るよう可変素子414~416の容量を調整する方法が考えられる。
例えば、第1の可変素子414の値と第2の可変素子415の値をC1とし、第3の可変素子416の値をC2とする。そして、C1とC2それぞれの容量値が、a1≦C1≦a2、b1≦C2≦b2の間の値をとるとした場合、まず、最初にC1の値をa1に固定し、C2の値をb1からb2の間で順に変化させ、そのC1とC2の値を組み合わせた状態の可変整合回路で、I信号とQ信号の時間平均の全体値が、閾値を下回るか判断する。
更に、制御部81が受け取るId信号の値とQd信号の値とその平均値から、C1とC2の取りうる容量値として適切な値が格納されたテーブルを予め用意しておく方法が考えられる。
また、信号の経路b-1を、端子5101→端子4103→可変整合回路41→端子4101→端子3103→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子6101の経路とする。
I信号、Q信号は検知部71に入力される。
また、信号の経路b-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子6101の経路とする。
I信号、Q信号は検知部71に入力される。
また、信号の経路c-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3102→端子3201→スイッチ32→端子3204→端子6101の経路とする。
I信号、Q信号は検知部71に入力される。
なお、本実施の形態では、制御部81において、予め設定しておいた時間(T)が経過したかで判断を行い、時間(T)が経過した場合には、現在の時刻から時間(T)遡った間、記憶装置812に記憶させておいたId信号とQd信号の値の平均値を計算する場合について説明したが、時間(T)が経過したか判断するのではなく、制御部81がId信号とQd信号の値を受け取った回数を予め設定しておき、制御部81において、その回数だけId信号とQd信号の値を受けった場合には、予め設定しておいた回数分のId信号とQd信号の値から平均値を計算するようにしてもよい。
このように、時間(T)もしくは回数を増減させることにより、制御部の動作を効率的に行うことが可能となる。
可変整合回路41は、図8、図9、図10、図11、図12に示すような構成であってもよい。
例えば、図9に示す可変整合回路41は、図2に示す可変整合回路41の第1の可変素子414と第2の可変素子415をある固定の値としたキャパシタ素子414A、415Aに置き換えたものであり、図10に示す可変整合回路41は、図2の第3の可変素子416をある固定の値としたキャパシタ素子416Aに置き換えたものである。なお、キャパシタ素子414Aは、実施の形態1における第1容量素子を構成し、キャパシタ素子415Aは、実施の形態1における第2容量素子を構成し、キャパシタ素子416Aは、実施の形態1における第3容量素子を構成する。
実施の形態1では、分配器を用いた生体センサ装置について説明したが、本実施の形態では、分配器の代わりに方向性結合器を用いた場合について説明する。方向性結合器で分配器2つを代用することで低コストでより簡易な構成の生体センサ装置を得ることができる。
図13は、本実施の形態に係る生体センサ装置の構成図である。
図13において、101は方向性結合器である。本実施の形態では、方向性結合器101が4つの端子1011~1014を有した場合について説明する。
なお、図13において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
本実施の形態では、図13に示されるように、信号発生器11の出力端子1101と方向性結合器101の端子1011が接続され、方向性結合器101の端子1012と直交検波回路61の端子6102が接続され、方向性結合器の端子1013とスイッチ31の端子3101が接続され、方向性結合器の1014とスイッチ32の端子3201が接続されている。
信号発生器11の出力端子1101から出力された信号は、方向性結合器101の端子1011に入力され、端子1013と端子1014に信号が2分配される。
方向性結合器101の端子1014から出力された信号は、直交検波回路61の端子6102にローカル信号として入力される。また、方向性結合器101の端子1013から出力された信号は、スイッチ31の端子3101から入力し、端子3103から出力した場合には可変整合回路41に端子4101から入力し、端子4103からアンテナ51へ出力され、アンテナ51から電波として放射される。また、端子3104から出力した場合には可変整合回路42に端子4201から入力し、端子4203からアンテナ52へ出力され、アンテナ52から電波として放射される。
この端子1013に入力された反射信号の一部が、端子1012から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
この端子1013に入力された反射信号の一部が、端子1012から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
このとき、通過信号は方向性結合器を通過しないため、方向性結合器での結合損の影響を受けずに信号を検波することができる。
検知部71に入力された信号はデジタル変換されId信号、Qd信号として制御部81に入力される。
両信号の時間平均値の絶対値が閾値よりも大きい場合、制御部81から可変整合回路41および42へ制御信号を発信し、両信号の時間平均の絶対値が閾値以下となるように可変整合回路41、42の反射特性を調整する。
さらに、モード1、モード2、モード3で取得した信号でp-p値がもっとも大きいモードを選択し、生体信号の取得を継続する。
実施の形態1では、2分配回路と1つの直交検波回路を用いた生体センサ装置について説明したが、本実施の形態では、信号発生器に接続する2分配回路の代わりに3分配回路とし、さらに直交検波回路を2つ用いた場合について説明する。3分配回路を設け2つの直交検波回路を備えることで、通過信号で得られる生体信号の補完として反射信号からも生体信号を取得することができる構成となり、より検知精度の高い生体センサ装置が得られる。
図13は、本実施の形態に係る生体センサ装置の構成図である。
図13において、23は3分配回路、62は直交検波回路である。本実施の形態では、3分配回路23が4つの端子2301~2304を有し、直交検波回路62が4つの端子6201~6204を有した場合について説明する。
なお、図13において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
直交検波回路62は、直交検波回路61と同等の機能を有する回路で、2つの入力端子(第1の入力端子6201、第2の入力端子6202)と2つの出力端子(第1の出力端子6203、第2の出力端子6204)を有し、第1の入力端子6201に入力された信号を、第2の入力端子6202に入力されたローカル信号により、直交検波し、I(In Phase)信号を出力端子6203から出力し、I信号と90度位相の異なるQ(Quadrature)信号を出力端子6204に出力する。なお、直交検波回路61は、実施の形態3における第1検波信号生成部を構成し、直交検波回路62は、実施の形態3における第2検波信号生成部を構成する。
信号発生器11の出力端子1101から出力された信号は、3分配回路23の端子2301に入力され、端子2302と端子2303と端子2304に信号が3分配される。
3分配回路23の端子2303から出力された信号は、直交検波回路61の端子6102にローカル信号として入力される。同様に、3分配回路23の端子2304から出力された信号は、直交検波回路62の端子6202にローカル信号として入力される。
また、3分配回路23の端子2302から出力された信号は、2分配回路22の端子2201へ入力し、端子2203から出力し、スイッチ31の端子3103から入力し、端子3103から出力した場合には可変整合回路41に端子4101から入力し、端子4103からアンテナ51へ出力され、アンテナ51から電波として放射される。また、端子3104から出力した場合には可変整合回路42に端子4201から入力し、端子4203からアンテナ52へ出力され、アンテナ52から電波として放射される。
まずスイッチ31の経路が3101→3103もしくは3103→3101、3102→3104もしくは3104→3102となる場合について説明する。アンテナ51から放射された信号は、生体で反射され、反射信号としてアンテナ51に入力される。この反射信号は、可変整合回路41の端子4103へ入力され、端子4101から出力され、スイッチ31の端子3103へ入力され、端子3101から出力され、2分配回路22の端子2203に入力される。
この端子2203に入力された反射信号の一部が、端子2202から出力され、直交検波回路62の端子6201に入力される。
この端子1013に入力された反射信号の一部が、端子1012から出力され、直交検波回路62の端子6201に入力される。直交検波回路61の端子6102に入力された生体からの反射信号は、端子6101に入力されたローカル信号により直交検波され、位相が互いに90度異なるI信号、Q信号を直交検波回路61の端子6103、6104からそれぞれ出力する。I信号、Q信号は検知部71に入力される。S/Nの点で通過信号より劣るが、反射信号からも微小な生体信号を取得できる。
両信号の時間平均値の絶対値が閾値よりも大きい場合、制御部81から可変整合回路41および42へ制御信号を発信し、両信号の時間平均の絶対値が閾値以下となるように可変整合回路41、42の反射特性を調整する。
本実施の形態では、実施の形態1、2で示した直交検波回路61の代わりに、実施の形態3で示した直交検波回路61、62の代わりにミキサを用いた場合について説明する。直交検波回路をミキサに置き換えることで得られる信号はI信号のみであるが通過信号及び反射信号を取得することができより低コストに生体センサ装置を構成することができる。
図15は、本実施の形態に係る生体センサ装置の構成図である。
図15において、102はミキサである。本実施の形態では、ミキサ102が3つの端子1021~1023を有した場合について説明する。なお、1021と1022は入力端子、1023は出力端子とする。
本実施の形態では、図15に示されるように、2分配回路21の端子2103とスイッチ32の端子3204との間に3つの端子1021~1023を有するミキサ102が設置されている。
なお、図15において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
信号発生器11の出力端子1101から出力された信号は、2分配回路21の端子2101に入力され、端子2102と端子2103に信号が2分配される。
また、信号の経路b-1を、端子5101→端子4103→可変整合回路41→端子4101→端子3103→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子3204→端子1021の経路とする。
また、信号の経路b-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子3204→端子1021の経路とする。
また、信号の経路c-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3102→端子3201→スイッチ32→端子3204→端子1021の経路とする。
信号の時間平均値の絶対値が閾値よりも大きい場合、制御部81から可変整合回路41、42へ制御信号を発信し、両信号の時間平均の絶対値が閾値以下となるように可変整合回路41、42の反射特性を調整する。調整後に経路c-1からc-2を通過する信号を取得する。さらに各経路となるモード(a-1→b-1、a-2→b-2、c-1→c-2)で最もp-p値の高いモードを選択することで位置に対するロバスト性の高いセンサを構成する。
本実施の形態では、増幅回路を更に追加した場合について説明する。増幅回路を追加することで取得信号の振幅を増幅することができ、精度高く信号を取得することが可能となる。
図16は、本実施の形態に係る生体センサ装置の構成図である。
図16において、103は増幅回路である。本実施の形態で用いる増幅回路103は、2つの端子1031、1032を有し、端子1031に入力された信号を増幅し、端子1032から出力する。なお、増幅回路103は、実施の形態5における増幅部を構成する。
なお、図16において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
まず、信号発生器11の出力端子1101から出力される信号が、第1の分配回路21の端子2101に入力され、端子2102と端子2103に信号が2分配される。
また、信号の経路b-1を、端子5101→端子4103→可変整合回路41→端子4101→端子3103→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子3204→端子1031の経路とする。
また、信号の経路b-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3101→端子2203→分配回路22→端子2202→端子3202→スイッチ32→端子3204→端子1031の経路とする。
また、信号の経路c-2を、端子5201→端子4203→可変整合回路42→端子4201→端子3104→スイッチ31→端子3102→端子3201→スイッチ32→端子3204→端子1031の経路とする。
I信号、Q信号は検知部71に入力される。
信号の時間平均値の絶対値が閾値よりも大きい場合、制御部81から可変整合回路41、42へ制御信号を発信し、両信号の時間平均の絶対値が閾値以下となるように可変整合回路41、42の反射特性を調整する。調整後に経路c-1からc-2を通過する信号を取得する。さらに各経路となるモード(a-1→b-1、a-2→b-2、c-1→c-2)で最もp-p値の高いモードを選択することで位置に対するロバスト性の高く、増幅回路103信号を増幅することで、S/Nを向上させることができるセンサを構成する。
実施の形態1では、第1のアンテナ51と第2のアンテナ52が単素子を用いた生体センサ装置について説明したが、本実施の形態では、第1、第2のアンテナを複数個用いた場合について説明する。
図16は本実施の形態に係る生体センサ装置の構成図である。本実施の形態では、アンテナの総本数をN個(N≧2)、第1のアンテナ51の本数をK個(K≧1)、第2のアンテナ52の本数を(N-K)個である場合、各アンテナに1つずつ可変整合回路が接続され、さらに信号の経路を切換えるSPKT(K=1の場合にはSPST、K=2の場合にはSPDTに対応)の機能を有するスイッチとSP(N-K)Tの機能を有するスイッチを有している。
図16において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
信号発生器11の出力端子1101から出力された信号は、第1の分配回路21の端子2101に入力され、端子2102と端子2103に信号が2分配される。
第1の分配回路21の端子2103から出力された信号は、直交検波回路61の端子6102にローカル信号として入力される。また、第1の分配回路21の端子2102から出力された信号は、第2の分配回路22の端子2201から入力し、端子2203から出力され、スイッチ31の端子3101から入力し、端子3103から出力した場合にはアンテナ切り換えスイッチ104の端子1041に入力し、可変整合回路41―Kの端子4101―Kから入力し、端子4103―Kからアンテナ51の端子510Kへ入力し、アンテナ51から電波として放射される。このときアンテナ切り換えスイッチ104はあらかじめ定められた順序で切り換えてもよいし、前回の状態と異なる状態へ切り換えてもよい。また、端子3104から出力した場合にはアンテナ切り換えスイッチ105の端子1051に入力し、可変整合回路42―Nの端子4201―Nから入力し、端子4203―Nからアンテナ52の端子520Nへ入力し、アンテナ52から電波として放射される。このときアンテナ切り換えスイッチ105はあらかじめ定められた順序で切り換えてもよいし、前回の状態と異なる状態へ切り換えてもよい。
この端子2203に入力された反射信号の一部が、端子2202から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
この端子2203に入力された反射信号の一部が、端子2202から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
このとき、通過信号は第2の分配回路22を通過しないため、方向性結合器での結合損の影響を受けずに信号を検波することができる。
図18は、制御部81で動作する制御プログラムのフローチャートである。
制御プログラムは、電源が投入されるとスイッチ31と32を状態1に切り替えてモード1に設定し(ステップST101)、検知部71でデジタル信号に変換されたId信号とQd信号を受け取ると次の処理を実行する。デジタル信号に変換されたId信号とQd信号の値をある時間t秒間分と、現在選択されている整合回路の番号を記憶装置812に記憶する(ステップST102)。
同様に、制御プログラムで可変整合回路41-kと可変整合回路42-kの可変素子の値を調整し(ステップST203)、Id信号とQd信号の値と可変素子の値をある時間t秒間分、記憶装置812に記憶する(ステップST204)。ST202~ST204の処理をk=Kとなるまで繰り返す。
この条件分岐は、ある時間Tx秒と時間を定めてST101処理に戻ることや、信号が測定レンジを超えたり微小となったりして測定不可能となった場合にST101処理に戻ることも考えられる。
ST103の処理は、整合回路41―kの可変素子の値を決定する計算及び制御をおこなう。また整合回路42―kの図2の可変素子414、415及び416に対応する素子を可変整合回路42―kの端子4201-nとアンテナ切り替えスイッチ1052-nとが接続する終端素子91による反射振幅がおよそ1となるようにあらかじめ定められた値に調整する(ステップST1031)。
そして、可変整合回路41―kへ調整値を出力する(ステップST1037)。
そして、可変整合回路42へ調整値を出力する(ステップST2037)。
閾値は、実際に測定を行う環境のノイズの影響によって決定する。例えば、周囲のノイズの数値を幾つか測定しておき、その最大値としても良いし、標準偏差を求めた値、もしくは最大値と平均値あるいは最頻値から、適宜適切な値を求めても良い。また、閾値は固定とせず、状況に応じて変化できるよう、例えば、一定間隔でノイズの測定を行い、再設定できるようにしてもよい。
これにより、Sに対するA(S)の変動が小さくなるため平均値を取る際の誤差が小さくなる。
また、たとえば可変整合回路41―kで端子4103―kに接続される負荷インピーダンスを端子4101―kに接続される回路のインピーダンスに整合するよう、調整値の計算を行うには、以下のような方法が考えられる。
まず、可変整合回路41のZ特性インピーダンス(Z0)が50Ωとなるよう、制御部81に入力されたId信号とQd信号の値と、可変整合回路41―kの現在の可変素子414~416に相当する素子の値から、計算し、I信号とQ信号の時間平均の絶対値が閾値を下回るよう可変素子414~416に相当する素子の容量を調整する方法が考えられる。
まず、可変整合回路41のZ特性インピーダンス(Z0)が50Ωとなるよう、制御部81に入力されたId信号とQd信号の値と、可変整合回路41―kの現在の可変素子414~416に相当する素子の値から、計算し、I信号とQ信号の時間平均の絶対値が閾値を下回るよう可変素子414~416に相当する素子の容量を調整する方法が考えられる。
例えば、第1の可変素子414に相当する素子の値と第2の可変素子415に相当する素子の値をC1とし、第3の可変素子416に相当する素子の値をC2とする。そして、C1とC2それぞれの容量値が、a1≦C1≦a2、b1≦C2≦b2の間の値をとるとした場合、まず、最初にC1の値をa1に固定し、C2の値をb1からb2の間で順に変化させ、そのC1とC2の値を組み合わせた状態の可変整合回路で、I信号とQ信号の時間平均の全体値が、閾値を下回るか判断する。
更に、制御部81が受け取るId信号の値とQd信号の値とその平均値から、C1とC2の取りうる容量値として適切な値が格納されたテーブルを予め用意しておく方法が考えられる。
次に、検知部71から出力されたId信号とQd信号を受け取ると、記憶装置812に記憶する(ステップST1081)。
制御プログラムは、予め設定しておいた時間(T)が経過したか判断する(ステップST1082)。
そして、可変整合回路41―kもしくは可変整合回路42―kへ調整値を出力する(ステップST109)。
なお、本実施の形態では、時間平均の取り方として、ある測定時間をT秒間とし、Id信号とQd信号の全時間平均を取る方法としたが、このほかに、T秒間を更に細かい区間に区切り、その区間で波形を加重平均する方法でもよい。
閾値は、実際に測定を行う環境のノイズの影響によって決定する。例えば、周囲のノイズの数値を幾つか測定しておき、その最大値としても良いし、標準偏差を求めた値、もしくは最大値と平均値あるいは最頻値から、適宜適切な値を求めても良い。また、閾値は固定とせず、状況に応じて変化できるよう、例えば、一定間隔でノイズの測定を行い、再設定できるようにしてもよい。
これにより、Sに対するA(S)の変動が小さくなるため平均値を取る際の誤差が小さくなる。
実施の形態6では、第1のアンテナ51と第2のアンテナ52の数だけ整合回路が接続されていたが、本実施の形態では整合回路41、42とアンテナ51、52の間にスイッチ106、107を設けた場合について説明する。なお、スイッチ106は、実施の形態7における第3切換部を構成する。
図20において、図1と同一符号は、同一または、相当部分を示している。
信号発生器11の出力端子1101から出力された信号は、第1の分配回路21の端子2101に入力され、端子2102と端子2103に信号が2分配される。
第1の分配回路21の端子2103から出力された信号は、直交検波回路61の端子6102にローカル信号として入力される。また、第1の分配回路21の端子2102から出力された信号は、第2の分配回路22の端子2201から入力し、端子2203から出力され、スイッチ31の端子3101から入力し、端子3103から出力した場合には可変整合回路41の端子4101から入力し、端子4103からアンテナ切り換えスイッチ106の端子1061に入力する。アンテナ切り換えスイッチ106の端子1061に入力した信号はアンテナ切り換えスイッチ106の端子1062-Kへ出力し、アンテナ51の端子510Kへ入力し、アンテナ51から電波として放射される。このときアンテナ切り換えスイッチ106はあらかじめ定められた順序で切り換えてもよいし、前回の状態と異なる状態へ切り換えてもよい。アンテナ切り換えスイッチ107の端子1071に入力した信号はアンテナ切り換えスイッチ107の端子1072-Nへ出力し、アンテナ52の端子520Nへ入力し、アンテナ52から電波として放射される。このときアンテナ切り換えスイッチ107はあらかじめ定められた順序で切り換えてもよいし、前回の状態と異なる状態へ切り換えてもよい。
この端子2203に入力された反射信号の一部が、端子2202から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
この端子2203に入力された反射信号の一部が、端子2202から出力され、スイッチ32の端子3202へ入力され、端子3204から出力され、直交検波回路61の端子6101に入力される。
このとき、通過信号は第2の分配回路22を通過しないため、方向性結合器での結合損の影響を受けずに信号を検波することができる。
検知部71に入力された信号はデジタル変換されId信号、Qd信号として制御部81に入力される。
両信号の時間平均値の絶対値が閾値よりも大きい場合、制御部81から可変整合回路41および42へ制御信号を発信し、両信号の時間平均の絶対値が閾値以下となるように可変整合回路41、42の反射特性を調整する。このときすべてのアンテナの中でもっとも反射係数の大きい2つのアンテナを選択し、モード3へと移行する。さらに、モード1、モード2、モード3でもっともp-p値が大きいモードを選択し、取得を継続することで感度向上、位置に対するロバスト性を向上させることが可能となる。
本実施の形態では実施の形態1において、制御部81が変換係数を用いて処理を行う場合を説明する。
図18は、制御部81のハードウェア構成を概略的に示すブロック図で、実施の形態1の図4の記憶装置812に変換係数8121を備えた場合を示している。
また、図1の回路構成が変更されたときは、変換係数8121を再設定する必要がある。例えば、可変整合回路41とスイッチ31を同軸ケーブルで接続するとき、そのケーブル長が変化した場合には変換係数8121を再設定する。
図1の回路構成を用いて、可変整合回路41の設定値を変化させて得られる可変整合回路41の端子4101からみたアンテナの反射係数ΓmをVNA(ベクトルネットワークアナライザ)などで測定し、同一設定値でのI信号、Q信号を同様に測定し、互いに対応する値を記録しておく。
ここで、I信号、Q信号に対応する電圧をそれぞれVI、VQ、心拍波形信号Vr=VI-jVQとすると、複素数である変換係数8121は(1)式から計算できる。
また、変換係数8121は、反射係数Γmと対応する心拍波形信号Vrを用いて可変整合回路41の設定値ごとにそれぞれ算出してもよいし、反射係数Γmと対応する心拍波形信号Vrを用いて可変整合回路41の設定値ごとに振幅項・位相項をそれぞれ計算し、すべての点の平均値から算出してもよい。
図20は、制御部81で動作する整合プログラムの処理フローの一例である。
制御プログラムは、整合する回路を選択する(ステップST201)。整合する回路に合わせてスイッチ31とスイッチ32の経路を切換える制御信号を送信する(ステップST202)。
次に制御プログラムは、デジタル信号に変換したId信号とQd信号の値を、記憶装置812に記憶する(ステップST203)。
その結果、時間(T)がまだ経過していない場合(ステップST204:NO)には、ステップST203の処理に戻り、時間(T)が経過した場合(ステップST204:YES)には、現在の時刻から時間(T)遡った間、記憶装置812に記憶させておいたI信号とQ信号の値の平均値を計算する(ステップST205)。
そして、最後に制御プログラムは、可変整合回路41へ調整値を出力する(ステップST208)。
本実施の形態では実施の形態8において可変整合回路41の一例を用いて、制御部81で可変整合回路41を調整する場合を説明する。
図21に、本実施の形態で説明する可変整合回路41の構成を示し、図22に、図21の等価回路を示す。
また、図23に、本実施の形態で説明する制御フローの一例を示す。
417は第1の可変素子414に接続する第1の寄生抵抗、418は第2の可変素子415に接続する第2の寄生抵抗、419は第3の可変素子416に接続する第3の寄生抵抗、である。なお、第1の寄生抵抗417は、実施の形態9における第1直列抵抗を構成し、第2の寄生抵抗418は、実施の形態9における第1直列抵抗を構成し、第3の寄生抵抗419は、実施の形態9における第2直列抵抗を構成する。
制御プログラムは、整合する回路を選択する(ステップST201)。整合する回路に合わせてスイッチ31とスイッチ32の経路を切換える制御信号を送信する(ステップST202)。
次に制御プログラムは、デジタル信号に変換したId信号とQd信号の値を、記憶装置812に記憶する(ステップST203)。
その結果、時間(T)がまだ経過していない場合(ステップST204:NO)には、ステップST203の処理に戻り、時間(T)が経過した場合(ステップST204:YES)には、現在の時刻から時間(T)遡った間、記憶装置812に記憶させておいたId信号とQd信号の値の平均値を計算する(ステップST205)。
まず、はじめに、制御プログラムのサブルーチンステップST2071での計算について説明する。
記憶装置812に記憶させておいたI信号とQ信号の時間平均値をそれぞれVI、VQ、心拍波形信号Vr=VI-jVQとすると、心拍波形信号Vrに変換係数8121(=Aejθ)を乗算することで、可変整合回路41の参照面t1からみたアンテナ1の反射係数Γmを算出する。
ステップST2071で算出した反射係数Γmから、可変整合回路41の参照面t1からみたアンテナ1のインピーダンスZ=R+jXを計算し、このインピーダンスZと現在の整合回路41の回路定数と、信号発生器11から発生する信号の周波数をωとを用いて、端子4103に接続するアンテナのインピーダンスをZa=Ra+jXaを計算する。
アンテナ51のインピーダンスZa=Ra+jXaの実部と虚部はそれぞれ(3)、(4)式となる。
サブルーチンステップST2072で求めたアンテナ51のインピーダンスZaと、参照面t1からみたアンテナ51の反射係数Γmが0になる条件(Z=R0=50Ω)から可変整合回路41の各容量値を計算し、それぞれ(5)、(6)式となる。
(5)、(6)式を用いて、可変容量値C1、C2を調整することでΓmを低減することができる。
たとえば可変素子が可変容量ダイオードであるとき、調整値は、予め制御部81に可変容量ダイオードとその容量値とする印加電圧のテーブルを備え、算出された容量値からテーブルの情報により調整値となる印加電圧値を可変整合回路41に指示しても良い。
信号を発生させる信号発生部と、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第1アンテナ及び第2アンテナと、
前記第1アンテナに接続され、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第1調節部と、
前記第2アンテナに接続され、前記第2アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第2調節部と、
前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、を取得し、取得した信号に基づいて前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する制御部と、を備えた
ことを特徴とする生体情報取得装置。
(付記2)
前記信号発生部と前記第1アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第2アンテナと前記制御部とが接続可能な第2状態で前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記信号発生部と前記第1アンテナとが接続可能であると共に前記第2アンテナと前記制御部とが接続可能な第3状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、に基づいて検波信号を生成する検波信号生成部を備え、
前記制御部は、前記第1~第3状態での最もp-p値の大きい信号を選択する機能を備え、すべての状態で生体信号を取得する機能を備えた
ことを特徴とする付記1記載の生体情報取得装置。
(付記3)
前記制御部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、生体信号の一周期以上である所定期間に亘って受信した信号に基づいて、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする付記1または2記載の生体情報取得装置。
(付記4)
前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態の間で、信号の経路を切換える切換部を備え、
前記制御部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号に基づいて前記切換部による信号の経路の切換えを制御する
ことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記5)
前記制御部は、前記検波信号生成部が生成した検波信号に基づいて、前記切換部による信号の経路の切換え並びに前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記6)
前記検波信号生成部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、を乗算するミキサを有する
ことを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記7)
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号を増幅する増幅部を備え、
前記検波信号生成部は、前記増幅部が増幅した信号に基づいて検波信号を生成する
ことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記8)
前記信号発生部からの信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナと、前記検波信号生成部と、に向けて分配する第1分配器と、
前記第1分配器と前記第1アンテナ及び前記第2アンテナとの間に配置され、前記第1分配器によって前記第1アンテナ及び前記第2アンテナに向けて分配された信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナに向けて通過させると共に、前記第1アンテナが受信した信号及び前記第2アンテナが受信した信号を前記信号発生部と、前記検波信号生成部と、に向けて分配する第2分配器と、を備えた
ことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記9)
前記信号発生部からの信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナと、前記検波信号生成部と、に向けて分配し、前記第1アンテナが受信した信号及び前記第2アンテナが受信した信号を前記信号発生部と、前記検波信号生成部と、に向けて分配する方向性結合器を備えた
ことを特徴とする付記1乃至8のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記10)
前記第1調節部は、前記第1アンテナからの信号が入力される第1入力端子及び第2入力端子と、前記第1入力端子及び前記第2入力端子から入力された信号を前記制御部に向けて出力する出力端子と、接地された接地端子と、前記第1入力端子と前記出力端子との間に配置された第1容量素子と、前記第2入力端子と前記接地端子との間に配置された第2容量素子と、前記出力端子と前記接地端子の間に配置された第3容量素子と、を有し、
前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子の少なくとも1つは、容量を変更可能であり、
前記第1調節部は、前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子のうち容量を変更可能なものの容量を変更することによって、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節する
ことを特徴とする付記1乃至9のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記11)
前記第1調節部は、前記第1入力端子と前記第2入力端子との間に配置されたインダクタ素子を有する
ことを特徴とする付記1乃至10のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記12)
前記切換部は、第1切換部であり、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第3アンテナと、
前記第3アンテナに接続され、前記第3アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第3調節部と、
前記第1状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、を切換え、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第4状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、の間で、信号の経路を切換える第2切換部を備えた
ことを特徴とする付記1乃至11のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記13)
前記制御部は、前記検波信号生成部が生成する検波信号の振幅が大きくなるように、前記第2切換部による信号の経路の切換えを制御する
ことを特徴とする付記1乃至12のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記14)
前記切換部は、第1切換部であり、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第3アンテナと、
信号の経路を切換える第3切換部と、を備え、
前記第1調節部は、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナに接続され、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナからの負荷インピーダンスを調節し、
前記第3切換部は、前記第1状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、を切換え、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第4状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、の間で、信号の経路を切換える
ことを特徴とする付記1乃至13のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記15)
前記制御部は、所定期間において前記検波信号生成部が生成する検波信号の時間平均が小さくなるように、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする付記1乃至14のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記16)
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの一方が受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する第1検波信号生成部と、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの他方が受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する第2検波信号生成部と、を備え、
前記制御部は、前記第1検波信号生成部及び前記第2検波信号生成部が生成した検波信号に基づいて、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする付記1乃至15のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記17)
前記信号発生部と前記第1アンテナ、前記信号発生部と前記第1検波信号生成部、前記信号発生部と前記第2検波信号生成部、前記第1アンテナと前記第1検波信号生成部、及び前記第2アンテナと前記第2検波信号生成部が互いに接続される第1状態と、前記信号発生部と前記第2アンテナ、前記信号発生部と前記第1検波信号生成部、前記信号発生部と前記第2検波信号生成部、前記第1アンテナと前記第2検波信号生成部、及び前記第2アンテナと前記第1検波信号生成部が互いに接続される第2状態と、の間で、信号の経路を切換える切換部を備え、
前記第1検波信号生成部は、前記第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記第2状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、
前記第2検波信号生成部は、前記第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記第2状態で前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する
ことを特徴とする付記1乃至16のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記18)
前記制御部は、所定期間の前記検波信号生成部が生成した検波信号の時間平均値と複素数で与えられる変換係数とを乗算して算出された前記第1調節部及び前記第1アンテナを含む反射係数と、前記第1調節部の回路定数と、に基づいて前記第1アンテナの負荷インピーダンスを算出し、算出した負荷インピーダンスに基づいて前記反射係数が低減するように、前記第1調節部を制御する
ことを特徴とする付記1乃至17のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記19)
前記第1容量素子および前記第2容量素子に寄生する第1直列抵抗と、
前記第3容量素子に寄生する第2直列抵抗と、を備え、
前記信号発生部は、連続波信号を発生させ、
前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子は、それぞれ容量を変更可能であり、
前記制御部は、所定期間の前記検波信号生成部が生成した検波信号の時間平均値と複素数で与えられる変換係数とを乗算して算出された前記第1調節部及び前記第1アンテナを含む反射係数と、前記第1調節部の回路定数と、に基づいて前記第1アンテナの負荷インピーダンスZaを算出し、算出した負荷インピーダンスに基づいて前記反射係数が0になる条件から、前記反射係数をΓm、前記第1アンテナの負荷インピーダンスをZa、前記反射係数をΓm、前記第1容量素子及び前記第2容量素子の容量値をC1、前記第3容量素子の容量値をC2、前記第1直列抵抗の抵抗値をR1、前記第2直列抵抗の抵抗値をR2、前記信号発生部が発生させる連続波信号の周波数をωとして、前記第1調節部の調節量が、式(5)および(6)を満たすように前記第1調節部を制御する
ことを特徴とする付記1乃至18のいずれか1項記載の生体情報取得装置。
(付記20)
信号発生部と、第1アンテナ及び第2アンテナと、前記第1アンテナに接続された第1調節部と、前記第2アンテナに接続された第2調節部と、制御部と、を備えた装置が行う生体情報取得方法であって、
前記信号発生部が、信号を発生させるステップと、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、前記信号発生部からの信号を送信するステップと、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナから送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信するステップと、
前記第1調節部が、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節するステップと、
前記第2調節部が、前記第2アンテナからの負荷インピーダンスを調節するステップと、
前記制御部が、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、を取得し、取得した信号に基づいて前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御するステップと、を備えた
ことを特徴とする生体情報取得方法。
Claims (20)
- 信号を発生させる信号発生部と、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第1アンテナ及び第2アンテナと、
前記第1アンテナに接続され、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第1調節部と、
前記第2アンテナに接続され、前記第2アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第2調節部と、
前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、を取得し、取得した信号に基づいて前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する制御部と、を備えた
ことを特徴とする生体情報取得装置。 - 前記信号発生部と前記第1アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第2アンテナと前記制御部とが接続可能な第2状態で前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記信号発生部と前記第1アンテナとが接続可能であると共に前記第2アンテナと前記制御部とが接続可能な第3状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、に基づいて検波信号を生成する検波信号生成部を備え、
前記制御部は、前記第1~第3状態での最もp-p値の大きい信号を選択する機能を備え、すべての状態で生体信号を取得する機能を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の生体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、生体信号の一周期以上である所定期間に亘って受信した信号に基づいて、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の生体情報取得装置。 - 前記第1状態、前記第2状態及び前記第3状態の間で、信号の経路を切換える切換部を備え、
前記制御部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号に基づいて前記切換部による信号の経路の切換えを制御する
ことを特徴とする請求項2記載の生体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記検波信号生成部が生成した検波信号に基づいて、前記切換部による信号の経路の切換え並びに前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記検波信号生成部は、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、を乗算するミキサを有する
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが受信した信号を増幅する増幅部を備え、
前記検波信号生成部は、前記増幅部が増幅した信号に基づいて検波信号を生成する
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記信号発生部からの信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナと、前記検波信号生成部と、に向けて分配する第1分配器と、
前記第1分配器と前記第1アンテナ及び前記第2アンテナとの間に配置され、前記第1分配器によって前記第1アンテナ及び前記第2アンテナに向けて分配された信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナに向けて通過させると共に、前記第1アンテナが受信した信号及び前記第2アンテナが受信した信号を前記信号発生部と、前記検波信号生成部と、に向けて分配する第2分配器と、を備えた
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記信号発生部からの信号を前記第1アンテナ及び前記第2アンテナと、前記検波信号生成部と、に向けて分配し、前記第1アンテナが受信した信号及び前記第2アンテナが受信した信号を前記信号発生部と、前記検波信号生成部と、に向けて分配する方向性結合器を備えた
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記第1調節部は、前記第1アンテナからの信号が入力される第1入力端子及び第2入力端子と、前記第1入力端子及び前記第2入力端子から入力された信号を前記制御部に向けて出力する出力端子と、接地された接地端子と、前記第1入力端子と前記出力端子との間に配置された第1容量素子と、前記第2入力端子と前記接地端子との間に配置された第2容量素子と、前記出力端子と前記接地端子の間に配置された第3容量素子と、を有し、
前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子の少なくとも1つは、容量を変更可能であり、
前記第1調節部は、前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子のうち容量を変更可能なものの容量を変更することによって、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節する
ことを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項記載の生体情報取得装置。 - 前記第1調節部は、前記第1入力端子と前記第2入力端子との間に配置されたインダクタ素子を有する
ことを特徴とする請求項10記載の生体情報取得装置。 - 前記切換部は、第1切換部であり、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第3アンテナと、
前記第3アンテナに接続され、前記第3アンテナからの負荷インピーダンスを調節する第3調節部と、
前記第1状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、を切換え、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第4状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、の間で、信号の経路を切換える第2切換部を備えた
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記制御部は、前記検波信号生成部が生成する検波信号の振幅が大きくなるように、前記第2切換部による信号の経路の切換えを制御する
ことを特徴とする請求項12記載の生体情報取得装置。 - 前記切換部は、第1切換部であり、
前記信号発生部からの信号を送信可能かつ送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信可能な第3アンテナと、
信号の経路を切換える第3切換部と、を備え、
前記第1調節部は、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナに接続され、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナからの負荷インピーダンスを調節し、
前記第3切換部は、前記第1状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記信号発生部とが接続されかつ前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、を切換え、前記信号発生部と前記第2アンテナとが接続可能であると共に前記第1アンテナと前記制御部とが接続可能な第4状態で、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち一方と前記制御部とが接続される状態と、前記第1アンテナ及び前記第3アンテナのうち他方と前記制御部とが接続される状態と、の間で、信号の経路を切換える
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記制御部は、所定期間において前記検波信号生成部が生成する検波信号の時間平均が小さくなるように、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの一方が受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する第1検波信号生成部と、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナの他方が受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する第2検波信号生成部と、を備え、
前記制御部は、前記第1検波信号生成部及び前記第2検波信号生成部が生成した検波信号に基づいて、前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の生体情報取得装置。 - 前記信号発生部と前記第1アンテナ、前記信号発生部と前記第1検波信号生成部、前記信号発生部と前記第2検波信号生成部、前記第1アンテナと前記第1検波信号生成部、及び前記第2アンテナと前記第2検波信号生成部が互いに接続される第1状態と、前記信号発生部と前記第2アンテナ、前記信号発生部と前記第1検波信号生成部、前記信号発生部と前記第2検波信号生成部、前記第1アンテナと前記第2検波信号生成部、及び前記第2アンテナと前記第1検波信号生成部が互いに接続される第2状態と、の間で、信号の経路を切換える切換部を備え、
前記第1検波信号生成部は、前記第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記第2状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、
前記第2検波信号生成部は、前記第1状態で前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成し、前記第2状態で前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記信号発生部からの信号と、に基づいて検波信号を生成する
ことを特徴とする請求項16記載の生体情報取得装置。 - 前記制御部は、所定期間の前記検波信号生成部が生成した検波信号の時間平均値と複素数で与えられる変換係数とを乗算して算出された前記第1調節部及び前記第1アンテナを含む反射係数と、前記第1調節部の回路定数と、に基づいて前記第1アンテナの負荷インピーダンスを算出し、算出した負荷インピーダンスに基づいて前記反射係数が低減するように、前記第1調節部を制御する
ことを特徴とする請求項4記載の生体情報取得装置。 - 前記第1容量素子および前記第2容量素子に寄生する第1直列抵抗と、
前記第3容量素子に寄生する第2直列抵抗と、を備え、
前記信号発生部は、連続波信号を発生させ、
前記第1容量素子、前記第2容量素子及び前記第3容量素子は、それぞれ容量を変更可能であり、
前記制御部は、所定期間の前記検波信号生成部が生成した検波信号の時間平均値と複素数で与えられる変換係数とを乗算して算出された前記第1調節部及び前記第1アンテナを含む反射係数と、前記第1調節部の回路定数と、に基づいて前記第1アンテナの負荷インピーダンスZaを算出し、算出した負荷インピーダンスに基づいて前記反射係数が0になる条件から、前記反射係数をΓm、前記第1アンテナの負荷インピーダンスをZa、前記反射係数をΓm、前記第1容量素子及び前記第2容量素子の容量値をC1、前記第3容量素子の容量値をC2、前記第1直列抵抗の抵抗値をR1、前記第2直列抵抗の抵抗値をR2、前記信号発生部が発生させる連続波信号の周波数をωとして、前記第1調節部の調節量が、次式(1)および(2)を満たすように前記第1調節部を制御する
ことを特徴とする請求項10記載の生体情報取得装置。
- 信号発生部と、第1アンテナ及び第2アンテナと、前記第1アンテナに接続された第1調節部と、前記第2アンテナに接続された第2調節部と、制御部と、を備えた装置が行う生体情報取得方法であって、
前記信号発生部が、信号を発生させるステップと、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、前記信号発生部からの信号を送信するステップと、
前記第1アンテナ及び前記第2アンテナが、前記第1アンテナ及び前記第2アンテナから送信された前記信号発生部からの信号の生体による反射波を受信するステップと、
前記第1調節部が、前記第1アンテナからの負荷インピーダンスを調節するステップと、
前記第2調節部が、前記第2アンテナからの負荷インピーダンスを調節するステップと、
前記制御部が、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第1アンテナで受信した信号と、前記第1アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、前記第2アンテナから送信された信号の生体による反射信号を前記第2アンテナで受信した信号と、を取得し、取得した信号に基づいて前記第1調節部及び前記第2調節部の調節量を制御するステップと、を備えた
ことを特徴とする生体情報取得方法。
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