JPH11202043A - 生命体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した高周波信号にアップコンバートでき
同時に受信した高周波信号を中間周波信号にダウンコン
バートすることができ、且つ製造コストを低減させるこ
とができる生命体検出装置を提供する。 【解決手段】 生命体検出装置１０は、基本的に、基準
発振器１２と、基準発振器１２からの信号を逓倍する逓
倍器１４及び逓倍器４２と、逓倍器１４によって逓倍さ
れた高周波信号によって電波を送信する送信アンテナ１
６と、反射波を受信する受信アンテナ１８と、逓倍器４
２によって逓倍された信号を局部発振器出力として用い
て、受信アンテナ１８からの高周波信号を中間周波信号
に変換するミキサ２０と、中間周波信号を処理すること
によって生命体の微小変位に応じた信号を取り出す処理
回路２２と、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波のよう
な電波を送受信して生命体の呼吸・心拍による微小変位
を非接触で検出することにより生命体の存在を検出する
生命体検出装置に関し、例えば、がれきの下に生き埋め
になった人などを救助するために使用することができる
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の生命体検出装置としては、無変
調のマイクロ波を送信アンテナから送信し、反射波を受
信して、生命体の呼吸・心拍による微小変位によって変
調された信号があるかどうかを調べることによって、生
命体が存在するかどうかを検出する装置が提案されてい
る（例えば、「マイクロ波による生体表面微小変位計」
電子通信学会論文誌'82/3 Vol.J65-C No.3 pp177-18
4、または「１．５ＧＨｚ帯電波による呼吸・心拍計
測」1997年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエ
ティ大会）。

【０００３】この生命体検出装置で、例えば、がれきの
下に埋もれた人を検出するためには、がれきの中を電波
が透過するように１〜２ＧＨｚ位の電波が使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
高い周波数の電波を送受信する装置では、安定した高周
波信号を出力する発振源が必要不可欠である。この安定
した高周波信号を出力する発振源として通常ＰＰＬ発振
器を用いた技術が使用されるが、これは安定度の低い高
周波の発振器と安定度の非常に高い低周波の発振器と
を、デジタル回路で組み合わせることにより制御して、
結局安定な高周波信号を得る技術である。

【０００５】しかしながら、生命体検出装置では検出し
ようとする生命体の呼吸・心拍の周波数が１０〜１００
Ｈｚと非常に低いため、ＰＬＬ発振器で安定した信号を
得るのには限度があるという問題がある。即ち、ＰＬＬ
発振器では、基準入力信号と分周器との位相差が０にな
るようにディジタル制御するが、同期がずれたときにそ
のずれがノイズとして出力されてしまう。このようなノ
イズは、高周波領域では問題にならないが、１０〜１０
０Ｈｚと非常に低い領域においては悪影響をもたらす、
という課題がある。

【０００６】また、高価なＰＬＬ発振器を複数備えるこ
とは価格的にも不利である。本発明はかかる課題に鑑み
なされたもので、請求項１ないし３記載の発明は、安定
した高周波信号に周波数逓倍でき同時に受信した高周波
信号を中間周波信号に周波数逓減することができ、且つ
製造コストを低減させることができる生命体検出装置を
提供することをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のうち、請求項１記載の発明は、電波を送受信
して生命体からの微小変位を検出することにより生命体
の存在を検出する生命体検出装置において、基準発振器
と、基準発振器からの信号を逓倍する逓倍器と、逓倍器
によって逓倍された高周波信号によって電波を送信する
送信アンテナと、反射波を受信する受信アンテナと、前
記逓倍器によって逓倍する前の信号の一部の信号を局部
発振器出力として用いて、受信アンテナからの高周波信
号を中間周波信号に変換するミキサと、前記中間周波信
号を処理することによって生命体の微小変位に応じた信
号を取り出す処理回路と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】基準発振器からの信号を逓倍器で逓倍する
ことで高周波信号にアップコンバートし、送信アンテナ
から電波を送信する。また、受信アンテナで受信した高
周波信号を、ミキサで、逓倍器で逓倍する前の信号の一
部を局部発振出力として用いて混合することで中間周波
信号にダウンコンバートする。これにより、単一の基準
発振器だけで済み、ＰＬＬ発振器を用いる必要がない。

【０００９】局部発振器出力として用いる逓倍器によっ
て逓倍する前の信号の一部の信号は、そのまま用いるこ
ともできるが、第２の逓倍器によってさらに逓倍して用
いることとしてもよい。この場合に、前記逓倍器の倍率
と、第２の逓倍器の倍率との差が１になるようにする
と、中間周波信号は、逓倍器及び第２の逓倍器によって
逓倍する前の信号と同じ周波数となり、処理回路での検
波等の処理に好都合となる。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のものにおいて、前記処理回路は、前記中間周波信号
を監視するモニタと、前記逓倍器によって逓倍する前の
前記中間周波信号と同じ周波数を持つ信号の一部の信号
の位相を調整する移相器と、前記逓倍器によって逓倍す
る前の前記中間周波信号と同じ周波数を持つ信号の一部
の信号の振幅を調整する減衰器と、前記モニタで監視さ
れた前記中間周波信号の位相と振幅に基づき前記移相器
及び前記減衰器のそれぞれの調整量を制御する反射波除
去制御回路と、前記移相器及び減衰器によって位相及び
振幅が調整された信号を前記中間周波信号に合成する合
成器と、からなり、中間周波信号から無変調の反射波を
除去する反射波除去回路を備えることを特徴とする。

【００１１】逓倍器によって逓倍する前の中間周波信号
と同じ周波数を持つ信号から、移相器及び減衰器によっ
て、不要な無変調の反射波と逆位相で同振幅の信号を生
成することができる。また、請求項３記載の発明は、請
求項２記載のものにおいて、前記処理回路は、さらに、
前記反射除去回路からの出力を前記逓倍器によって逓倍
する前の前記中間周波信号と同じ周波数を持つ信号を用
いて検波する検波回路を備えることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１及び図３を用いて本発
明の実施の形態を説明する。図３に示したように本発明
の生命体検出装置１０では、生命体検出装置１０の送信
アンテナ及び受信アンテナを内蔵する棒状体１１をがれ
きの中に突き刺して、がれきの中に電波を送信し、返っ
てきた反射波を調べることによって、生命体Ｐの呼吸、
心拍による表面の微少変位によって変調された反射波か
ら生命体Ｐの存在を検出するものである。

【００１３】この生命体検出装置１０は、図１に示した
ように基本的に、基準発振器１２と、基準発振器１２か
らの信号を逓倍する逓倍器１４及び逓倍器４２と、逓倍
器１４によって逓倍された高周波信号によって電波を送
信する送信アンテナ１６と、反射波を受信する受信アン
テナ１８と、逓倍器４２によって逓倍された信号を局部
発振器出力として用いて、受信アンテナ１８からの高周
波信号を中間周波信号に変換するミキサ２０と、中間周
波信号を処理することによって生命体の微小変位に応じ
た信号を取り出す処理回路２２と、から構成される。処
理回路２２は、基本的に不必要な受信波を除去する反射
波除去回路５０と、中間周波信号をベースバンド帯域に
変換する直交検波回路６４から構成されている。

【００１４】この基本的概念に基づいて実際に構成され
る回路ブロック図を図２に示す。即ち、上記図１の構成
に加えて、必要に応じて、前段逓倍器２４、バンドパス
フィルタ２６，３４，４０，４６及び４８、アンプ２
８，３６，３８及び４４、電力分配器３０，３２及び４
９を備えている。図２を参照しながらこの回路の動作を
説明すると、基準発振器１２は、例えば安定な水晶発振
器で構成され周波数ｆ0の基準信号を発振するものであ
り、この基準発振器１２からの基準信号は、前段逓倍器
２４でｎ1倍され、フィルタ２６でろ過されて周波数ｆ1
（＝ｎ1×ｆ0）の信号のみが取り出され、アンプ２８で
増幅される。但し、周波数ｆ1の基準信号を発振する基
準発振器を用いることができれば、この前段逓倍器２４
は省略することが可能である。最終的に送信する電波の
周波数と逓倍器の可能な倍率との兼ね合いによって適宜
前段逓倍器２４を設定するとよい。

【００１５】周波数ｆ1の信号は、電力分配器３０及び
３２を通過して、逓倍器１４でｎ2倍され、フィルタ３
４でろ過されて周波数ｆ2（ｎ2×ｎ1×ｆ0）の信号のみ
が取り出され、アンプ３６で増幅される。こうして、所
望の高周波信号（周波数ｆ2）となり、送信アンテナ１
６から電波が送信される。反射波は受信アンテナ１８で
受信され、アンプ３８及びフィルタ４０を通過して周波
数ｆ2の高周波信号がミキサ２０へと送られる。一方、
前記電力分配器３２で分配された、逓倍器１４で逓倍さ
れる前の信号の一部は、再び第２の逓倍器４２でｎ3倍
され、アンプ４４で増幅され、フィルタ４６でろ過され
て周波数ｆ3（＝ｎ3×ｎ1×ｆ0）の信号のみが取り出さ
れて、ミキサ２０の局部発振出力として用いられる。

【００１６】こうして、ミキサ２０にて周波数ｆ2の高
周波信号は、周波数ｆ3の局部発振信号と混合されて、
フィルタ４８でろ過されて中間周波信号にダウンコンバ
ートされる。この中間周波信号の周波数は、後述の処理
回路２２での処理を都合良く行うために、前段逓倍器２
４で逓倍された周波数ｆ1と同じ周波数となるように選
択されると良い。即ち、

【００１７】

【数１】ｆ2−ｆ3＝ｆ1 が成り立つように、各逓倍器１４、４２の倍率は、

【００１８】

【数２】ｎ2・ｎ1−ｎ3・ｎ1＝ｎ1 ∴ ｎ2−ｎ3＝１ となるように選択されると良い。尚、第２の逓倍器４２
は省略することも可能であるが、ミキサ２０における漏
れを防止するべく中間周波信号と局部発振信号との間に
周波数の差がでるように、第２の逓倍器４２を設けるこ
とが好ましい。即ち、

【００１９】

【数３】ｆ3≠ｆ1 即ち、ｎ3≠１ となっている。こうして中間周波信号ｆ1となった受信
信号は、次の処理回路２２で処理される。

【００２０】処理回路２２は、主に、反射波除去回路５
０と直交検波回路６４とを有している。反射波除去回路
５０は、受信アンテナ１８で受信される生命体によって
変調された信号以外の壁や地面からの不要反射波を除去
するためのものであり、フィルタ４８からの中間周波信
号を監視するモニタ５２と、前記電力分配器３０で分配
された、逓倍器１４で逓倍される前の信号の一部の信号
の位相を調整する移相器５４と、移相器５４で位相が調
整された信号の振幅を調整する減衰器５６と、モニタ５
２で監視された前記中間周波信号の位相と振幅に基づき
移相器５４で調整するべき移相量及び前記減衰器５６で
調整するべき減衰量をそれぞれ算出し、移相器５４及び
減衰器５６をそれぞれ制御する反射波除去制御回路５８
と、移相器５４及び減衰器５６によって振幅と位相が調
整された信号を前記中間周波信号に合成する合成器６０
と、からなる。

【００２１】不要反射波は、生命体からの信号に比べて
大きくなることが多く、その場合には生命体からの信号
を検出することができなくなるおそれがある。そのた
め、反射波除去回路５０では、逓倍器１４で逓倍する前
の周波数ｆ１の信号を用いて、生命体によって変調され
ていない無変調の反射波と逆位相で同振幅を持つ信号を
移相器５４及び減衰器５６によって生成し、この信号を
合成器６０で中間周波信号に合成している。これによっ
て、不要反射波をキャンセルし、変調された生命体から
の信号があった場合にその信号のみを残すことができ
る。

【００２２】次に、直交検波回路６４は、直交検波する
ことにより生体の表面変位に依存したsinとcosの信号を
出力するもので、電力分配器６６と、電力分配器３０及
び電力分配器４９にて分配された逓倍器１４で逓倍する
前の信号から０゜及び９０°位相の異なる信号をそれぞ
れ出力する９０°ハイブリッド６８と、９０°ハイブリ
ッド６８からの出力を電力分配器６６からの出力にそれ
ぞれ掛け合わせるミキサ７０、７４と、ミキサ７０、７
４に接続されたフィルタ７２、７６とから構成される。
これにより、ミキサ７０及び７４からの出力Ｅ1、Ｅ2
は、それぞれ

【００２３】

【数４】Ｅ1＝Ｅm・sin２β（Ｒ0＋ｍ（ｔ）） Ｅ2＝Ｅm・cos２β（Ｒ0＋ｍ（ｔ）） となる。ここで、Ｅmは生命体から反射された信号の振
幅、β＝２π／λ、Ｒ0は生命体とアンテナの距離の平
均、ｍ（ｔ）は生命体表面の微小変位を表している。上
記式からｍ（ｔ）を求めると、低い周波数１０〜１００
Ｈｚのきれいな正弦波信号が得られる。

【００２４】尚、直交検波回路６４に代えて、直線検波
回路とし、前記電力分配器３０及び電力分配器４９にて
分配された逓倍器１４で逓倍する前の信号を用いて直線
検波し、ｍ（ｔ）を求めることも可能である。このよう
に本実施の形態による生命体検出装置１０では、安定し
た基準発振器１２を１つだけ用いており、逓倍器１４で
逓倍することで高周波信号にアップコンバートし、受信
した高周波信号を、電力分配器３２から分配した逓倍器
１４で逓倍する前の信号の一部を局部発振出力として用
いてミキシングすることで安定して同期のとれた中間周
波信号にダウンコンバートすることができる。

【００２５】また、基準発振器１２を１つだけ使用すれ
ばよいので、ＰＬＬ発振器を複数使用するような通常の
方式に比べて、製造コストを低減させることができる。
さらに、同じく逓倍器１４で逓倍する前の信号の一部を
電力分配器３０で分配し、さらにそれを反射波除去回路
５０及び直交検波回路６４に用いることにより、それぞ
れ同期がとれ安定した不要反射波除去及び直交検波が行
われる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、基準発振器と、基準発振器からの信号を逓
倍する逓倍器と、逓倍器によって逓倍された高周波信号
によって電波を送信する送信アンテナと、反射波を受信
する受信アンテナと、前記逓倍器によって逓倍する前の
信号の一部の信号を局部発振器出力として用いて受信ア
ンテナからの高周波信号を中間周波信号に変換するミキ
サと、を備えたことにより、安定した基準発振器を１つ
だけ用いるだけで、逓倍器で逓倍することで高周波信号
に周波数逓倍し、受信した高周波信号を、逓倍器で逓倍
する前の信号の一部を局部発振出力として用いてミキシ
ングすることで安定して同期のとれた中間周波信号に周
波数逓減することができる。

【００２７】基準発振器を１つだけ使用すればよいの
で、ＰＬＬ発振器を複数使用するような通常の方式に比
べて、製造コストを低減させることができる。また、請
求項２記載の発明によれば、逓倍器によって逓倍する前
の信号の一部の信号に対して移相器及び減衰器によって
位相と振幅を調整し、これを中間周波信号に合成するこ
とで、同期のとれた安定した反射波除去を行うことがで
きる。

【００２８】また、請求項３記載の発明によれば、逓倍
器によって逓倍する前の前記中間周波信号と同じ周波数
を持つ信号を用いて検波することで、同期のとれた安定
した検波を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生命体検出装置の概念を示すブロック
図である。

【図２】図１の概念に基づいて構成された生命体検出装
置の回路ブロック図である。

【図３】生命体検出装置の使用状態を表す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 生命体検出装置 １２ 基準発振器 １４ 逓倍器 １６ 送信アンテナ １８ 受信アンテナ ２０ ミキサ ２２ 処理回路 ５０ 反射波除去回路 ５２ モニタ ５４ 移相器 ５６ 減衰器 ５８ 反射波除去制御回路 ６０ 合成器 ６４ 直交検波回路（検波回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 眞二 神奈川県横浜市都筑区佐江戸町181番地 株式会社タウ技研内 (72)発明者 尾崎 俊明 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 鶴岡 勉 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメック内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波を送受信して生命体からの微小変位
   を検出することにより生命体の存在を検出する生命体検
   出装置において、 基準発振器と、 基準発振器からの信号を逓倍する逓倍器と、 逓倍器によって逓倍された高周波信号によって電波を送
   信する送信アンテナと、 反射波を受信する受信アンテナと、 前記逓倍器によって逓倍する前の信号の一部の信号を局
   部発振器出力として用いて、受信アンテナからの高周波
   信号を中間周波信号に変換するミキサと、 前記中間周波信号を処理することによって生命体の微小
   変位に応じた信号を取り出す処理回路と、を備えたこと
   を特徴とする生命体検出装置。
2. 【請求項２】 前記処理回路は、前記中間周波信号を監
   視するモニタと、前記逓倍器によって逓倍する前の前記
   中間周波信号と同じ周波数を持つ信号の一部の信号の位
   相を調整する移相器と、前記逓倍器によって逓倍する前
   の前記中間周波信号と同じ周波数を持つ信号の一部の信
   号の振幅を調整する減衰器と、前記モニタで監視された
   前記中間周波信号の位相と振幅に基づき前記移相器及び
   前記減衰器のそれぞれの調整量を制御する反射波除去制
   御回路と、前記移相器及び減衰器によって位相及び振幅
   が調整された信号を前記中間周波信号に合成する合成器
   と、からなり、中間周波信号から無変調の反射波を除去
   する反射波除去回路を備えることを特徴とする請求項１
   記載の生命体検出装置。
3. 【請求項３】 前記処理回路は、さらに、前記反射除去
   回路からの出力を前記逓倍器によって逓倍する前の前記
   中間周波信号と同じ周波数を持つ信号を用いて検波する
   検波回路を備えることを特徴とする請求項２記載の生命
   体検出装置。