JPWO2012115220A1 - 生体情報検出システム - Google Patents

Abstract

電磁波を走査しつつ照射して、測定対象領域内の生体に対する電磁波の送受信が適切になされるようにし、確実に位相差信号の時間的変化を検出して、生体の存在の有無や生体の状態等、所望の情報を適切に取得できる生体情報検出システムである。詳細には、電磁波送受信手段（１１）が測定対象領域に対し走査を伴いながら、強い指向性を与えて電磁波を照射し、且つ反射波を受信して、測定対象領域の各位置に対応する位相差信号を取得し、この位相差信号の時間的変化を検出することで、走査を行う中で生体に対し確実に電磁波を照射してその生体からの反射波を受信でき、生体の動きを示す時間的変化分を含む位相差信号の信号強度を高くして、時間的変化を確実に検出でき、測定対象領域における一又は複数の生体の存在及びその存在位置、存在範囲を精度よく把握できる。

Description

本発明は、測定対象領域に電磁波を照射して反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号を得、この位相差信号に基づいて測定対象領域内の生体の状態を検出する、生体情報検出システムに関する。

電磁波を測定対象物に照射し、測定対象物で反射する電磁波のドップラーシフトを利用して測定対象物の振動状態や変位を求める手法は従来から広く知られている。特に、マイクロ波−ミリ波帯の電磁波は、誘電体等の媒質を透過する性質も有しており、これらを利用して、人体において振動として現れる心臓の拍動や呼吸の動態を、人への電磁波照射で検出しようとする試みが近年提案されている。

こうした電磁波を用いることで、人体に対し非接触で且つ衣服を着たままでの測定が可能となり、人を拘束し検出用の電極を直接接触させて測定を実行するようなことはなく、また測定を強く意識させるなど、新たなストレスを与えることもなくなり、被測定者にかかる負担を最小限に抑えられる効果が得られる。

この電磁波を用いる測定システムは、単なる心拍数や呼吸数の測定といった人の日常生活における健康状態のモニタの役割にとどまらず、睡眠時無呼吸症候群や車両等運転時の居眠り検知などの人体における異常の発見、また、心拍測定に基づくストレス評価への応用も考えられる。このストレス評価に関しては、被測定者の測定に係り測定器具の直接接触などのストレス要因を排除できることで、正確なストレス評価を期待できる。この他、非接触で且つ遠隔位置から人の動きを計測できる特性により、侵入者監視等のセキュリティ対策への適用も考えられる。

こうした電磁波を用いる測定システムの一例としては、特開２００２−５８６５９号公報や特開２００９−５５９９７号公報に開示されるものがある。

特開２００２−５８６５９号公報 特開２００９−５５９９７号公報

従来の電磁波を用いる測定システムは、前記各特許文献に示されるものとなっており、それぞれマイクロ波帯の電磁波を用いて被測定者の微小な動きを検出して心拍等の情報を得る仕組みである。詳しくは、照射波に対する反射波の位相の時間的変化を検出することで、被測定者の心拍等測定対象の振動に基づく体表の微動を検出しようとするものである。この場合、こうした位相変化を精度よく検出することが、心拍等の正確な情報を得るための鍵となる。

位相変化の検出にあたっては、こうした位相変化を含む信号の信号レベルが大きい状態で検出できる箇所、例えば、心拍の情報を得る場合は胸部、に電磁波を照射して反射させ、反射波を受信するようにするのが好ましい。ただし、電磁波の送受信用アンテナとして指向性の強いアンテナを用いる場合、被測定者ごとの体格等の違いや、被測定者の移動で、電磁波の照射位置が信号レベルを大きく検出できる箇所からずれると、位相変化を適切に検出できる反射波が得られないこととなる。

このため、従来は、通常、指向性の弱いアンテナ、例えば無指向性アンテナ等を送受信に用いて測定範囲を広げ、被測定者の、測定対象の動きに基づく位相変化を反射波から確実に得られることが期待できる部位に、照射した電磁波が確実に当たり、且つ反射波を受信できるようにしていた。

ただし、この場合、照射範囲が広い分、ある部位に当って反射した反射波のレベル自体が小さくなるため、反射波から得られる位相変化を含む信号のレベルも小さくなってしまう。

また、生体のように通常は完全な静止状態とはならず、常に何らかの動きを伴うものが被験体となる場合、この被験体の測定対象外の動きがノイズとなって、反射波における振幅成分が大きく変化し、この振幅成分の大きな変化が位相変化の検出に影響を与える。よって、位相変化を含む信号のレベルが小さいと、こうした影響を強く受けて、検出した位相変化を、心拍や呼吸等の測定対象の動きを示すものとして有効に使用できなくなるおそれがあるという課題を有していた。

さらに、アンテナによる電磁波の照射範囲が広いため、意図せずに照射範囲に複数の生体が存在することが起こり得る。このように照射範囲に複数の生体が存在する場合には、いずれの生体からも反射波がアンテナに到達するので、測定対象の生体の動きに基づく位相変化を他から区別して検出することはできず、また反射波からは、照射範囲内に生体が単独で存在するか複数存在するかを識別することもできないという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、電磁波を走査しつつ照射して、測定対象領域内の生体に対する電磁波の送受信が適切になされるようにし、確実に位相差信号の時間的変化を検出して、生体の存在の有無や生体の状態等、所望の情報を適切に取得できる生体情報検出システムを提供することを目的とする。

本発明に係る生体情報検出システムは、測定対象の領域に対して、連続する所定周波数の電磁波を所定の狭指向性をもって照射すると共に反射波を受信し、且つ当該照射及び受信の走査を伴った実行で、前記領域全体の各位置ごとに照射波と反射波との位相差信号を出力する電磁波送受信手段と、前記測定対象領域における走査された各照射位置と対応付けて位相差信号を解析し、位相差信号に時間的変化が生じている場合には、当該変化が生じた信号の時間方向の範囲に対応する一又は複数の所定位置を生体の存在位置とし、当該存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出する信号解析手段とを備えるものである。

このように本発明によれば、電磁波送受信手段が測定対象領域に対し走査を伴いながら、強い指向性を与えて電磁波を照射し、且つ反射波を受信して、測定対象領域の各位置に対応する位相差信号を取得し、さらに信号解析手段で生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出するようにしている。これにより、走査を行う中で生体に対し確実に電磁波を照射してその生体からの反射波を受信でき、生体の動きを示す時間的変化分を含む位相差信号の信号強度を高くして、時間的変化を確実に検出でき、測定対象領域における一又は複数の生体の存在及びその存在位置、存在範囲を精度よく把握できる。そして、測定対象領域内の一又は複数の生体の存在を検知できることで、生体の大きさを非接触で取得したり、所定領域における生体を直接目視できない状況での生体の存在やその存在位置を検知でき、例えばセキュリティ対策や災害現場での生存者確認等に利用できる。また、位相差信号の時間的変化として、生体における体表の微動としてあらわれるバイタルサイン、例えば心拍や呼吸等、の略定常的な変化に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を検出すれば、バイタルサインの出現間隔も把握できることとなる。そして、こうした間隔から生体の状態を適切に評価でき、且つこの間隔情報を生体に適用する所定の装置における生体に対する動作の制御にも利用でき、生体の状態に対応した適切な動作を装置に行わせることができる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段を備え、前記電磁波送受信手段が、前記信号解析手段で検出した前記生体情報に対応する一又は複数の存在位置に対し、走査を伴いつつさらに電磁波を照射し、且つ反射波を受信する状態を、前記生体情報処理手段で前記バイタルサインの出現間隔情報を求めるのに必要な信号長の位相差信号が得られるまでの所定時間継続して、新たに位相差信号を出力し、前記信号解析手段が、新たに出力された前記位相差信号から、前記存在位置ごとに生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出し、前記生体情報処理手段が、存在位置ごとの位相差信号の時間的変化から、生体ごとの前記バイタルサインの出現間隔情報を求めるものである。

このように本発明によれば、一旦得られた生体の存在位置ごとに新たに電磁波送受信手段が電磁波の照射と反射波の受信を所定時間行い、出力された走査信号について信号解析手段がその時間的変化を検出し、さらに生体情報処理手段で生体ごとのバイタルサインの出現間隔情報、例えば、心拍間隔や脈拍間隔等の情報、を求めるようにしている。これにより、測定対象領域に存在する生体の状態をより詳細に把握できる。加えて、生体毎の心拍間隔や脈拍間隔といったバイタルサインの出現間隔は少しずつ異なっていることから、生体を区別することができ、正確に測定対象領域に存在する生体の数を把握できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記生体情報処理手段で得られた前記バイタルサインの出現間隔情報を存在位置と共に生体ごとにデータベースとして記録する記録手段と、前記記録手段に記録された生体の情報と、新たに前記生体情報処理手段で得られた生体ごとの前記バイタルサインの出現間隔情報とを照合し、生体を特定する照合手段とを備えるものである。

このように本発明によれば、生体ごとのバイタルサインの出現間隔情報、例えば、心拍間隔や脈拍間隔等の情報を、その生体の存在位置と共に記録手段に記録し、照合手段で記録した情報を新たに生体情報処理手段で求めた情報と照合して、生体の特定を行い、測定対象領域のどの位置にどの生体が存在しているかを判別できるようにしている。これにより、測定対象領域に対し生体の出入りがある場合でも、出入りの度に生体の識別、特定を可能として、生体ごとにその状態と存在位置を継続的に把握でき、直接生体を目視できない状況でも生体の状態を追跡監視できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記電磁波送受信手段が、生体の存在しうる範囲が既知である測定対象領域に対して、走査を伴いながら電磁波を照射し且つ反射波を受信して、位相差信号を出力し、前記信号解析手段が、前記生体情報として、前記生体の存在しうる既知の範囲における、実際の生体の存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を検出し、さらに信号解析手段が、生体情報に基づく生体の存在位置の、前記生体の存在しうる既知の範囲に対する大きさの割合を求め、当該割合より生体の大きさを推定するものである。

このように本発明によれば、電磁波送受信手段によって得られた位相差信号から、信号解析手段が生体の存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を検出し、実際の生体の存在位置が生体の存在しうる既知の範囲に対しどのような大きさとなっているかを求め、基準となる既知の範囲に対する比較推定から、測定された生体の大きさを得ている。これにより、生体の大きさを直接計測することなく短時間で把握できることとなり、生体の大きさに対応する位置調整制御の速やかな実行が図れる。特に生体が人の場合、人の体格を直接計測することなく把握して、人の体格差に対応するための各種制御に応用でき、人の体格に対応して位置調整制御を行うシステムを容易に構築できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、人を載せた状態で人に所定の施療を実行する施療装置における、人を載せる部位上の空間とされ、前記生体は前記施療を受ける人とされ、前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段と、当該生体情報処理手段で求められた前記バイタルサインの出現間隔情報に基づいて、前記施療装置による人への施療動作の強度及び／又は頻度の設定を調整制御する制御部とを備えるものである。

このように本発明によれば、電磁波送受信手段による測定対象領域を施療装置上とし、信号解析手段で検出された位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段が施療装置上の人のバイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等、に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得して、このピーク成分の間隔に対応する、心拍間隔や脈拍間隔などといった、バイタルサインの出現間隔情報を求め、こうした情報に基づいて施療装置の人への施療動作に係る設定を調整制御している。これにより、バイタルサインの出現間隔からわかる人の身体の状態、すなわち体調に応じた適切な施療動作を施療装置に行わせることができ、施療装置における施療で人に過度の負担をかけることもなく、人の状態に合った施療を実行させられる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記信号解析手段で推定した生体としての人の大きさに基づき、前記信号のピーク成分の信号強度が最大となる人への照射位置を推定する照射位置推定手段を備え、前記電磁波送受信手段が、推定された信号強度最大の照射位置に対し、電磁波を照射し且つ反射波を受信する非走査状態となり、前記施療装置による人への施療動作の間、前記電磁波送受信手段の非走査状態での位相差信号の出力、前記信号解析手段による生体情報の検出、前記生体情報処理手段によるバイタルサインの出現間隔情報の導出、及び前記制御部における施療動作の強度及び／又は頻度の設定の調整制御が、各々繰返し実行されるものである。

このように本発明によれば、位相差信号の時間的変化に基づいて信号解析手段で推定された人の大きさ、すなわち体格に応じて、照射位置推定手段が位相差信号の信号強度を最大とする照射位置を推定して以降、この照射位置に対して電磁波送受信手段が電磁波を照射し且つ反射波を受信して位相差信号を出力し、この位相差信号の時間的変化を信号解析手段が検出し、さらにこの位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段がバイタルサインの出現間隔情報、例えば、心拍間隔や脈拍間隔等の情報を求めて、こうした情報に基づいて施療装置の設定の調整制御を行うようにしている。これにより、人それぞれの体格に応じて異なる、バイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等に伴う略定常的な微動に対応する信号のピーク成分が最も強く表れることが期待できる身体部位に、電磁波送受信手段が電磁波を照射して、バイタルサインをなす微動を強く反映させた反射波を受信できる。その結果、略定常的な変化に応じて略周期的に生じるピーク成分を含む位相差信号の信号強度を十分に高めて、生体情報処理手段におけるバイタルサインの出現間隔情報の導出をより精度よく実行できる。そして、得られた精度の高い情報から人の状態を正確に把握できると共に、施療装置のより高精度な制御を実現できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記生体情報処理手段が、前記信号のピーク成分を、照射位置ごとの信号強度と合わせて取得して、信号のピーク成分の信号強度が最大となる照射位置を抽出し、前記電磁波送受信手段が、抽出された信号強度最大の照射位置に対し、電磁波を照射し且つ反射波を受信する非走査状態となり、前記施療装置による人への施療動作の実行中、前記電磁波送受信手段の非走査状態での位相差信号の出力、前記信号解析手段による生体情報の検出、前記生体情報処理手段によるバイタルサインの出現間隔情報の導出、及び前記制御部における施療動作の強度及び／又は頻度の設定の調整制御が、各々繰返し実行されるものである。

このように本発明によれば、位相差信号の時間的変化におけるピーク成分を、照射位置ごとの信号強度と対応付けて生体情報処理手段で取得し、この生体情報処理手段でさらにピーク成分における信号強度が最大となる照射位置を抽出し、この照射位置が得られた後は、この照射位置に対して電磁波送受信手段が電磁波を照射し且つ反射波を受信して位相差信号を出力し、この位相差信号の時間的変化を信号解析手段が検出し、さらにこの位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段があらためてバイタルサインの出現間隔情報を求めて、こうした情報に基づいて施療装置の設定の調整制御を行うようにしている。これにより、人それぞれの体格に応じて異なる、バイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等に伴う略定常的な微動に対応する信号のピーク成分が最も強く表れることが確認された身体部位に電磁波を照射して、バイタルサインをなす微動を強く反映させた反射波を受信できる。その結果、略定常的な変化に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を含む位相差信号の信号強度を最大限に大きいものとして、生体情報処理手段におけるバイタルサインの出現間隔情報の導出をより精度よく実行できる。そして、得られた精度の高い情報から人の状態を正確に把握できると共に、施療装置のより高精度な制御を実現できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、人を載せた状態で人に所定の施療を実行する施療装置における、人を載せる部位上の空間とされ、前記生体は前記施療を受ける人とされ、前記信号解析手段で推定した生体としての人の大きさに基づき、前記施療装置による人への施療動作範囲の設定を調整制御する制御部を備えるものである。

このように本発明によれば、電磁波送受信手段による測定対象領域を施療装置上とし、位相差信号の時間的変化に基づいて信号解析手段が人の大きさを推定し、この人の大きさ、すなわち体格に係る情報に基づいて、制御部が施療装置における人への施療動作範囲の設定を調整制御している。これにより、人それぞれの体格に応じて異なる、人の施療対象範囲に応じた適切な施療動作を施療装置に行わせることができ、施療装置でそれぞれの人に合った効果的な施療を実行できる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段を備え、前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、既知の範囲内の移動速度で生体が移動する既知の移動経路を含む所定空間とされ、前記電磁波送受信手段が、前記測定対象領域内で移動する生体の移動に合わせて走査を実行して、前記生体に対する電磁波の照射と反射波の受信を所定時間継続させ、前記生体情報処理手段が、信号解析手段で検出された位相差信号の時間的変化に基づいて、前記生体のバイタルサインの出現間隔情報を求めるものである。

このように本発明によれば、測定対象領域を生体が移動する既知の移動経路を含んだものとして、この移動経路を移動する生体に対し、電磁波送受信手段が電磁波の照射と反射波の受信を走査により継続的に実行し、検出した生体情報としての位相差信号の時間的変化のうち、生体の心拍や脈拍などのバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分の間隔から、生体情報処理手段でバイタルサインの出現間隔情報を求めて、生体の状態把握につなげられる。これにより、移動経路を移動する生体の状態を正確に把握できると共に、生体の状態を示すバイタルサインの出現間隔情報として心拍間隔の情報を求めれば、心拍等間隔変動に基づくストレス評価も行え、直接生体に接触せず、生体に意識させることなく生体の状態を確認して、生体への適切な対応が図れる。

また、本発明に係る生体情報検出システムは必要に応じて、前記電磁波送受信手段における走査が、アレイアンテナの位相制御による照射及び受信方向の偏向で実行されるものである。

このように本発明によれば、電磁波送受信手段における電磁波の走査を、アレイアンテナの位相制御により実現し、電磁波送受信手段のいずれの箇所も動かすことなく、強い指向性を与えた状態で生体に電磁波を照射して反射波を受信する過程を、測定対象領域の全体にわたり実行することにより、可動部分を設けずに済み、電磁波送受信手段を簡略な構成とすることができる。またアンテナを動かさない分、走査に係る動作用のスペースが不要となり、占有スペースを小さくすることができ、アンテナの配設箇所をより目立たない状態として、生体が人である場合にアンテナの存在を意識させにくくすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムのブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムの測定対象領域説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムの走査状態での三つの偏向角におけるアンテナ特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムにおける標準的な体格の人が着座した場合での非走査状態の照射位置説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムにおける大きな体格の人が着座した場合での非走査状態の照射位置説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムの他の適用対象装置説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体情報検出システムのブロック構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体情報検出システムの測定対象領域説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る生体情報検出システムの他例の構成説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る生体情報検出システムの通路通行者に対する電磁波照射及び反射波受信状態説明図である。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例１の照射状態で得られた位相差信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例１の照射状態で得られた位相差信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例２の照射状態で得られた位相差信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例２の照射状態で得られた位相差信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例３の照射状態で得られた位相差信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例３の照射状態で得られた位相差信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例４の照射状態で得られた位相差信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例４の照射状態で得られた位相差信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例５の照射状態で得られた位相差信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける実施例５の照射状態で得られた位相差信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムに対する比較例１として心電計で得られた信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける比較例１として心電計で得られた信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムに対する比較例２として心電計で得られた信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける比較例２として心電計で得られた信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムに対する比較例３として心電計で得られた信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける比較例３として心電計で得られた信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムに対する比較例４として心電計で得られた信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける比較例４として心電計で得られた信号の周波数パワースペクトルのグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムに対する比較例５として心電計で得られた信号の時間的変化のグラフである。 本発明に係る生体情報検出システムにおける比較例５として心電計で得られた信号の周波数パワースペクトルのグラフである。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る生体情報検出システムを前記図１ないし図５に基づいて説明する。本実施形態においては、測定対象領域が、人を載せた状態で人に所定の施療を実行する前記施療装置としての椅子型のマッサージ機における、人を載せる部位（座面、背もたれ面等）上の空間とされ、前記生体は施療、すなわちマッサージを受ける人とされるシステムの例について説明する。

前記各図において本実施形態に係る生体情報検出システム１は、マッサージ機６０上の測定対象領域５０に対し走査を行いつつマイクロ波帯の電磁波を照射すると共に反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号を出力する電磁波送受信手段１１と、測定対象領域における走査された各照射位置と関連付けて位相差信号を解析し、位相差信号に生じた時間的変化を、生体としての人の状態をあらわす生体情報として検出する信号解析手段１２と、前記生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得し、バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段１３と、信号強度が最大となる人への照射位置を推定する照射位置推定手段１４と、バイタルサインの出現間隔情報に基づいて、マッサージ機６０における人への施療動作の強度及び／又は頻度の設定を調整制御する制御部１５とを備える構成である。

前記電磁波送受信手段１１は、生体が存在する場合にはその生体が移動しない状態（例えば、人が座ったり寝たりした状態）で存在し、且つ生体の存在しうる範囲が既知（例えば、座ったり寝たりする位置があらかじめ決っている）である測定対象領域５０、すなわち、本実施形態の場合では、マッサージを受ける人が着座するマッサージ機６０の、人を載せる座面や背もたれ面等の部位上の空間（図２参照）に対して、走査を伴いながら、連続する正弦波であるマイクロ波帯の電磁波を照射し且つ反射波を受信して、照射波と反射波との位相差信号を出力するものである。

詳細には、電磁波送受信手段１１は、測定対象領域５０にマイクロ波を照射すると共に、その反射波を受信するアンテナ１１ａと、正弦波のマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器１１ｂと、発生したマイクロ波を被験体への照射波と参照波に分離する方向性結合器１１ｃと、照射波を減衰させる減衰器１１ｄと、反射波を増幅する増幅器１１ｅと、照射波をアンテナ１１ａに送信すると共にアンテナ１１ａからの反射波を増幅器１１ｅに送信するサーキュレータ１１ｆと、増幅器１１ｅからの反射波及び方向性結合器１１ｃからの参照波を用いてクオドラチャ検出処理を行うクオドラチャ検出器１１ｇと、クオドラチャ検出処理で得られた位相変化に基づく二つの信号から位相差信号を取得する演算部１１ｈと、アンテナ１１ａの照射方向を測定対象領域５０に対し変化させてマイクロ波の照射を走査状態とするアンテナ走査制御部１１ｉとを備える構成である。

この電磁波送受信手段１１では、同一の発振器出力に基づいた反射波と参照波を混合して、周波数差や位相差を検出する方式であるホモダイン干渉法を採用している。マイクロ波発振器１１ｂから出力されるマイクロ波は、方向性結合器１１ｃで照射波と参照波に分離され、照射波が測定対象領域５０に存在する人７０の所定箇所に照射される。

そして、人７０で反射された反射波の信号を増幅器１１ｅで増幅した後、この反射波と、照射波に一致する前記参照波とをクオドラチャ検出器１１ｇで混合して、反射波と参照波の位相変化Δφに基づく余弦成分（Ｅ_rｃｏｓΔφ）と正弦成分（Ｅ_rｓｉｎΔφ）を取得し、これらから演算部１１ｈでΔφに直接比例する位相差信号を算出する。

前記アンテナ１１ａは、マッサージ機６０に着座した人に電磁波を照射し且つ反射波を受信可能となるマッサージ機６０の所定箇所、例えば背もたれ部等に内蔵される平面アレイアンテナであり、公知の時間遅延走査方式でビーム偏向して走査を行う仕組みである。

詳細には、アンテナ走査制御部１１ｉからのトリガーが遅延線を通ることで、並べて配置された各アンテナ毎に照射波の遅延量（位相ずれ）の差異を規則的に生じさせられるようになっており、アンテナ走査制御部１１ｉでトリガー周波数を変化させることで、各アンテナから照射される照射波の位相を調整制御して、各アンテナごとの位相ずれに伴うアンテナ全体での照射の向き（ビーム偏向角）を変化させ、照射波に所定方向への狭い指向性を与えつつ、走査を行える仕組みである。図３に示すアンテナ特性の実測結果からも、制御のみで任意の偏向角を与えて走査を行う状態でも、十分に狭い指向性として、測定対象領域５０の各部位について順次集中的に電磁波を照射し且つ反射波を受信して高い信号強度を得られることがわかる。

アンテナの指向性に係る特性の目安としては、アンテナから所定距離離れた測定対象となる人の身体の表面で、照射波のビーム幅が、生体の心臓や動脈付近の状態を適切に捉えられる大きさとしての約１０ないし２０ｃｍとなるようにするのが好ましい。
この場合、アンテナを上記のビーム幅となるような狭指向性で、且つ、主ローブの絶対利得（main lobe magnitude）が２５ｄＢｉ以上となるようにすることで、全体として健康被害等に対する安全性を確保可能な照射出力電力に抑えつつ、測定対象の表面位置で、システムの受信可能な反射波を生じさせられる最小電力密度、例えば、０．１４μＷ／ｃｍ²以上の、測定に十分な電力密度が効率よく得られることとなる。なお、システムの受信可能な反射波を生じさせる最小電力密度の値は、受信側の雑音レベルなど受信性能との関係で決るものであり、高性能の受信システムを用いれば、雑音をさらに小さくできるため、必要とする電力密度もより小さくできる。

こうした電力密度ｐは、全電力Ｐ、照射面積Ａを用いて、ｐ＝Ｐ／Ａであらわせる。特に、指向性のあるアンテナでは、主ローブでのアンテナからの距離ｚにおけるビーム幅ｗ（ｚ）と、このビーム幅の照射範囲内における平均電力Ｐｍを用いると、ｐ＝Ｐｍ／［π・｛ｗ（ｚ）｝²］であらわせる。すなわち、照射出力電力が同じ場合、アンテナに指向性を与え、ビーム幅を測定に適した範囲内で可能な限り小さくすることにより、表面位置での電力密度を大きくし、反射波の強度を高くして、得られる生体情報の精度向上に繋げられることがわかる。電力密度を基準に考えると、ビーム幅を小さくするほど出力電力を抑えられ、効率よく運用できる。
一方、測定対象の表面位置における十分な電力密度を確保した状態で、ビーム幅を大きくした場合、出力電力の点で効率は低下するものの、検出範囲を大きくできることで前記ピーク成分等を含む所望の信号を捉えやすくなるなど、測定は容易となる。

この時間遅延走査方式の場合、アンテナ１１ａから照射される照射波の周波数が、走査される各照射方向ごとに、反射波の受信や位相差信号の算出に影響を与えない程度ながら、それぞれわずかに異なるものとなっているため、反射波を受信して位相差信号を求める際に、反射波の周波数を判別するようにすれば、その周波数からどの向きの照射波が反射されたのかを取得でき、その時点の位相差信号が測定対象領域のどの位置に対応しているかがわかる。よって、位相差信号の時間的変化が検出されて、生体が存在していると見なされる場合、その存在位置も容易に特定できることとなる。

なお、走査の方法についてはこの時間遅延走査方式に限られるものではなく、アレイアンテナの各経路に移相器を設け、その位相ずれ量を制御することにより、アンテナ全体での照射波の偏向の向きを変化させる位相走査方式で走査を行うようにすることもできる。

また、アンテナ１１ａとしては、このように平面型のアレイアンテナにおける各アンテナからの照射波の位相ずれ量を調整制御することにより走査可能としているが、この他、マイクロ波帯域に適した導波管アンテナ等の固定式アンテナを機械的に動かして照射及び受信の向きを変更し、走査を行えるようにしたものでもかまわない。

前記クオドラチャ検出器１１ｇは、直交する二つの参照波信号成分（Ａｃｏｓωｔ、Ａｓｉｎωｔ）を反射波の信号成分（Ｂｃｏｓ（ωｔ＋Δφ））に混合して復調することで、位相変化の余弦と正弦の各信号成分（Ｅ_rｃｏｓΔφ及びＥ_rｓｉｎΔφ）を得るものである。なお、振幅成分Ｅ_rは、参照波信号成分の振幅Ａと反射波信号成分の振幅Ｂの積である。

前記演算部１１ｈは、クオドラチャ検出器１１ｇで得られた位相変化Δφの余弦と正弦の各信号成分（Ｅ_rｃｏｓΔφ及びＥ_rｓｉｎΔφ）を用いて、
Δφ＝ｔａｎ^-1（Ｅ_rｓｉｎΔφ／Ｅ_rｃｏｓΔφ）
の関係から、Δφに直接比例する成分を算出でき、信号の振幅（成分Ｅ_r）と位相（成分φ）を分離して、位相差信号を取得するものである。位相変化Δφは、測定対象の反射面の移動量に対応することから、位相差信号は、反射面の変位に伴って変化するものとなる。

そして、マイクロ波が照射されるマッサージ機６０上の人においては、座面に座って移動しない状態においても、生体であるために完全な静止状態とはなっておらず、体の各部で筋肉等のわずかな動きを生じる状態にある。こうした動きに伴う体表位置の変化が、前記位相変化Δφに反映されることで、得られた位相差信号には時間的変化が生じることとなる。この位相差信号の時間的変化から、生体としての人の存在の有無や、その測定対象領域における存在位置を知ることができる。

特に、人体のうち所定箇所では、人のバイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、略定常的な変化である心臓の拍動（心拍）や脈拍、また、起きている状態でのまばたきなど、に伴う皮膚あるいは筋肉の微細変化が生じている。これが前記位相変化Δφに反映されることで、得られた位相差信号には、こうした人のバイタルサインをなす略定常的な微動に対応したピーク成分が含まれる。このピーク成分は微動に応じて略周期的にあらわれるものとなっており、この位相差信号の時間的変化のうちの、略周期的なピーク成分の間隔から、心拍や脈拍、まばたき等の間隔、すなわち、バイタルサインの出現間隔を求めることができる。

前記アンテナ走査制御部１１ｉは、トリガー周波数を調整制御して、アレイアンテナの合成の結果としての、アンテナ１１ａからの照射方向を変化させるものである。このアンテナ走査制御部１１ｉは、アンテナ１１ａの照射方向（受信方向）を所定角度に向けた状態で、アンテナ１１ａがこの角度における電磁波照射と、測定対象領域５０の人７０からの反射波の到来可能性がある所定時間が経過するまで反射波の受信とを行う過程を、少しずつアンテナの照射方向を変化させながら繰返させる走査を行って、測定対象領域５０の全体にわたる測定を実行可能とする。

このアンテナ走査制御部１１ｉからは、照射方向の時間的な変化に係る情報が出力されて、信号解析手段１２で、位相差信号の時間的変化と測定対象領域５０中の照射位置との対応関係を得るのに用いられる。

前記信号解析手段１２は、測定対象領域５０における走査された各照射位置と対応付けて位相差信号を解析し、位相差信号に時間的変化が生じている場合には、この変化が生じた信号の時間方向の範囲に対応する測定対象領域５０中の所定位置を、実際の人の存在位置として、この存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出するものである。

この信号解析手段１２で、生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出することにより、生体としての人の存在の有無や、その測定対象領域における存在位置を把握できる。さらに、この生体情報からは、心拍や脈拍、まばたき等といった、人のバイタルサインの出現間隔を求めることができる。

測定対象領域５０はマッサージ機６０上の空間であるため、生体情報としての位相差信号の時間的変化は、生体としての人が存在しうる既知の範囲である、マッサージ機６０の座面や背もたれ面上における、実際の人の存在位置に対応することとなる。信号解析手段１２は、この生体情報に基づき、人の存在位置の、マッサージ機６０の座面や背もたれ面に対する大きさの割合を求め、この割合から人の大きさ、すなわち人の体格を推定する。

前記生体情報処理手段１３は、信号解析手段１２で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに人のバイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等、に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得し、このピーク成分の発生時間間隔に対応するバイタルサインの出現間隔情報、例えば心拍や脈拍、まばたき等の間隔の情報を求めるものである。

位相差信号のピーク成分の取得にあたっては、例えば、心拍を対象とする場合、位相差信号において所定の閾値を超え且つ所定間隔をなす各ピーク成分の発生時を、測定対象の心拍に対応するピーク発生時として認定する。より詳細には、ピーク成分の値が所定の閾値より大きいものについて、それぞれピーク間隔を取得し、得られたピーク間隔のいずれも、位相差信号波形上で測定対象となるピーク成分の発生予想間隔、すなわち測定対象である心拍の平常時間隔の近い範囲内に収る場合は、適切なピーク間隔として、各ピーク成分をそのまま測定対象である心拍に対応するものとして認定する仕組みである。こうして得られた位相差信号の心拍に対応する各ピーク成分から、心拍間隔を測定でき、さらに心拍間隔変動（ＨＲＶ）を取得し、この心拍間隔変動についてwavelet変換等により周波数の時間推移を求め、ストレス評価等に用いることができる。

なお、ピーク成分が明確でない場合には、位相差信号について相互相関の手法によりノイズ成分を除去してピークを明確化したり、最大エントロピー法を用いたスペクトル推定でピーク周波数を求め、この周波数の逆数をとってピーク成分の間隔を導出する、等の手法を用いるのが好ましい。

前記照射位置推定手段１４は、信号解析手段１２で推定した人の体格に基づき、心拍等の、バイタルサインをなす略定常的な微動に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分について、その信号強度が最大となる人への照射位置を推定するものである。例えば、心拍を対象とする場合、拍動を生じる心臓に近い体表である、人の胸部が前記信号強度を最大とすることから、照射位置推定手段１４は推定した体格から人の胸部位置を推定することとなる。

こうして照射位置推定手段１４で信号強度最大の位置が推定されると、この位置情報に基づいて、電磁波送受信手段１１におけるアンテナ走査制御部１１ｉが、アンテナ１１ａを前記信号強度最大の照射位置に対し電磁波を照射し且つ反射波を受信する状態に調整制御し、それ以降は、マッサージ機６０が施療動作を停止して施療を受ける人が代るまで、この状態を維持させて、電磁波送受信手段１１は非走査状態となる。例えば、心拍を対象とする場合、図４に示すような標準的な体格の人に比べて、図５に示すような大きい体格の人では、実際に胸部がより上方に位置するのに対応して、照射位置推定手段１４で体格が大きく推定されるほど、推定される胸部位置もより上方の位置となり、非走査状態におけるアンテナ１１ａからの照射位置も変化することとなる。

前記制御部１５は、生体情報処理手段１３で求められたバイタルサインの出現間隔情報に基づいて、マッサージ機６０による人への施療動作の強度や頻度の設定を調整制御するものである。例えば、生体情報処理手段１３で位相差信号の時間的変化から心拍間隔を求めている場合に、通常状態よりも心拍間隔が大きく、マッサージ機６０上の人がリラックスしていると見なされる状況では、十分なマッサージ効果が得られるよう、制御部１５はマッサージ機６０に対し、施療動作の強度を大きくしたり、施療動作の頻度を高くした動作モードに設定するような調整制御を実行する。一方、心拍間隔のより小さい通常の活動状態に近いと見なされる状況では、人のリラックス状態への移行を促すよう、制御部１５は、施療動作の強度を小さくしたり、施療動作の頻度を低くした動作モードに設定するような調整制御を実行することとなる。

この制御部１５によるマッサージ機６０の調整制御は、マッサージ機６０による人への施療動作の間、繰返し実行されることとなり、こうした制御のために、同じくマッサージ機６０による人への施療動作の間、電磁波送受信手段１１の非走査状態での位相差信号の出力、信号解析手段１２による生体情報の検出、及び、生体情報処理手段１３によるバイタルサインの出現間隔情報の導出もそれぞれ繰返し行われる。

前記電磁波送受信手段１１の演算部１１ｈ及びアンテナ走査制御部１１ｉ、並びに、信号解析手段１２、生体情報処理手段１３、照射位置推定手段１４、及び制御部１５は、そのハードウェア構成として、ＣＰＵやメモリ、入出力インターフェース等を備えるコンピュータとなっており、メモリ等に格納されるプログラムにより、コンピュータを前記演算部１１ｈ、アンテナ走査制御部１１ｉ、信号解析手段１２、生体情報処理手段１３、照射位置推定手段１４、及び制御部１５として動作させる仕組みである。演算部１１ｈで得られた位相差信号や、信号解析手段１２で求められた測定対象のピーク成分の間隔等の測定、算出結果は、このコンピュータのメモリ等に測定毎に記録保存される。なお、前記演算部１１ｈ、アンテナ走査制御部１１ｉ、信号解析手段１２、生体情報処理手段１３、照射位置推定手段１４、及び制御部１５は、それぞれ独立に、あるいは複数まとめた状態として、複数のコンピュータをなすものとすることもできる。また、こうしたコンピュータは、ＣＰＵやメモリ、ＲＯＭ等を一体的に形成されたマイクロコンピュータとしてもかまわない。

次に、本実施形態に係る生体情報検出システムの使用状態について説明する。前提として、生体としての人７０が、マッサージ機６０に着座し、アンテナ１１ａの正面側の測定対象領域５０となる座面や背もたれ面等の人を載せる部位上の空間に身体を位置させており、また、測定対象領域５０は生体以外のものが静止した環境下である一方、人７０は拘束されておらず動きが生じる状況（非静止状態）となっているものとする。さらに、生体情報処理手段１３では、バイタルサインとしての心拍の間隔の情報を求めていくものとする。

まず、電磁波送受信手段１１が、測定対象領域５０に対し、あらかじめ設定された測定時間の間で、走査を伴いつつアンテナ１１ａから連続のマイクロ波を照射すると共に反射波を受信し、測定対象領域５０全体の各位置ごとに照射波と反射波との位相差信号を出力する。この位相差信号と、同時にアンテナ走査制御部１１ｉから出力される照射方向の時間的変化に係る情報が、信号解析手段１２に入力される。

信号解析手段１２は、得られた位相差信号を測定対象領域５０の各照射位置と対応付けて解析し、位相差信号における、人７０の微動に伴って時間的変化が生じている範囲に対応する領域内の位置を人７０の存在位置とし、且つ位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出する。この生体情報の検出により、マッサージ機６０への人の着座が認識されることとなる。

さらに、信号解析手段１２は、人７０の存在位置の、前記生体の存在しうる既知の範囲としてのマッサージ機６０の座面や背もたれ面に対する大きさの割合を求め、この割合から人の大きさ、すなわち人の体格を推定する。

続いて、照射位置推定手段１４は、信号解析手段１２で推定した人の体格に基づき、心拍に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分について、その信号強度が最大となる人への照射位置、すなわち、拍動を生じる心臓に近い体表である人の胸部位置を推定する。

照射位置推定手段１４で信号強度最大が見込める胸部位置が推定されたら、この位置情報に基づき、電磁波送受信手段１１のアンテナ走査制御部１１ｉが、アンテナ１１ａを推定された胸部位置に対し電磁波を照射し且つ反射波を受信する状態（図４、図５参照）に調整制御する。電磁波送受信手段１１はこれ以降、マッサージ機６０が施療動作を停止して施療を受ける人が代るまで、アンテナ１１ａの照射方向を維持し、走査を行わない非走査状態で、アンテナ１１ａから連続のマイクロ波を照射すると共に反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号を出力することとなる。

この後、マッサージ機６０が同一人に使用される間、信号解析手段１２が、得られた位相差信号を解析し、位相差信号の時間的変化を生体情報として検出する。そして、生体情報処理手段１３が、信号解析手段１２で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、人の心拍に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得し、このピーク成分の発生時間間隔に対応する心拍間隔の情報を求める。さらに、制御部１５が、心拍間隔の情報に基づいて、マッサージ機６０による人７０への施療動作の強度や頻度の設定を調整制御する。こうした制御部１５の制御により、マッサージ機６０は、心拍間隔としてあらわれる人の状態に対応する適切な強度や頻度で、施療動作を実行することができる。

一方、生体情報処理手段１３により心拍間隔が継続的に取得されることで、心拍間隔変動（ＨＲＶ）も得られることとなり、別途ストレス解析手段を用いて、この心拍間隔変動を順次周波数解析すれば、特に、wavelet変換によりＨＲＶの時間・周波数スペクトルを表示可能な形式で取得していけば、約０．０３〜０．１５Ｈｚの帯域（ＬＦ成分）と、０．１５〜約０．４５Ｈｚの帯域（ＨＦ成分）におけるそれぞれのスペクトルピークの時間変化が比較的短時間で抽出可能な状態となり、これをストレス評価に用いた場合、ＨＦよりＬＦのピークがより強く現れる時間帯を人体にストレスが印加された状態と見なせ、また、ＬＦよりＨＦのピークがより強く現れる時間帯を人体のリラックス状態と見なすことができ、短い時間でストレス評価が行える。

この場合、心電計を用いる従来のストレス評価手法と異なり、直接被験者の身体に接触せず、且つ拘束することもなく、心拍間隔の検出、評価を行えることで、被験者へ緊張等与えることなく心拍の間隔変動を確実に捉えられることとなり、ストレス評価を適切に行え、評価精度を向上させられる。

なお、こうしてストレス解析、評価して得られた結果の情報を、制御部１５によるマッサージ機６０における施療動作の強度や頻度の設定についての調整制御に用いるようにすることもできる。すなわち、人がリラックス状態にあると見なされる状況では、例えば、マッサージ機６０に対し、施療動作の強度を大きくしたり、施療動作の頻度を高くした動作モードに設定するような調整制御を制御部１５が実行することとなる。また、ストレス状態と見なされる状況では、制御部１５は、人のリラックス状態への移行を促すために、例えば、施療動作の強度を小さくしたり、施療動作の頻度を低くした動作モードに設定するような調整制御を実行する。

このように、本実施形態に係る生体情報検出システムは、電磁波送受信手段１１がマッサージ機６０上の測定対象領域５０に対し走査を伴いながら、強い指向性を与えて電磁波を照射し、且つそこからの反射波を受信して、測定対象領域５０の各位置に対応する位相差信号を取得し、さらに信号解析手段１２で生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出することにより、生体のわずかな動きにも対応して変化することで生体の存在を示す位相差信号の、変化を含む信号の出力レベルを高くして、変化を確実に検出でき、測定対象領域５０における人の存在及びその存在範囲を精度よく把握でき、マッサージ機６０上の人の体格を非接触で取得できる。そして、信号取得にあたって、狭指向性のアンテナを用い、照射と反射波の受信を実行する範囲を絞ることで、生体に対して安全な比較的低い出力電力の範囲で、測定対象の表面部位における電力密度を可能な限り高めることができ、効率よく精度の高い測定が行える。

また、この体格に基づいて取得した最適位置に対し、電磁波送受信手段１１が走査を行わず固定状態で電磁波を照射し且つ反射波を受信することで、位相差信号の信号強度をさらに高めることができ、位相差信号の時間的変化から導かれる情報の精度を向上させられる。さらに、検出された位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段１３がマッサージ機６０上の人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得して、このピーク成分の間隔に対応するバイタルサインの出現間隔情報を求め、こうした情報に基づいてマッサージ機６０の人への施療動作に係る設定を調整制御することにより、バイタルサインの出現間隔からわかる人の身体の状態、すなわち体調に応じた適切な施療動作をマッサージ機６０に行わせることができ、マッサージ機６０における施療で人に過度の負担をかけることもなく、より人に合った施療を実行できる。

なお、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいては、生体情報処理手段１３で求められた、バイタルサインの出現間隔情報としての心拍間隔の情報に基づいて、制御部１５がマッサージ機６０による人への施療動作の強度や頻度の設定を調整制御する構成としているが、この他、マッサージ機を複数の人で共用する場合、マッサージ機を使用する複数の人のバイタルサインの出現間隔情報を記録手段に記録して、使用の際に生体情報を検出し、バイタルサインの出現間隔情報を求めて、記録されたものと比較することで個人を識別、認証したり、個人の識別を経て、個人ごとに登録されたマッサージ機の施療情報（好みの施療モードや自動コースなど）を自動的に読出し、それに沿った施療を自動実行したりする構成とすることもできる。

また、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいて、制御部１５は、生体情報処理手段１３で求められたバイタルサインの出現間隔情報に基づいて、マッサージ機６０による人への施療動作の強度や頻度の設定を調整制御する構成としているが、この他、信号解析手段で推定した生体としての人の大きさ、すなわち体格に係る情報に基づき、制御部がマッサージ機における人への施療動作範囲の設定を調整制御する構成とすることもでき、人それぞれの体格に応じて異なる、人の施療対象範囲に応じた適切な施療動作をマッサージ機に行わせることができ、マッサージ機で人に対し効果的な施療を実行できる。

また、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいては、信号解析手段１２で位相差信号の時間的変化から推定した人の体格に基づいて、照射位置推定手段１４が、心拍等のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分について、その信号強度が最大となる人への照射位置を推定し、この推定された信号強度最大の位置の情報に基づいて、電磁波送受信手段１１が、前記信号強度最大の照射位置に対し電磁波を照射し且つ反射波を受信する状態、すなわち非走査状態に移行する構成としているが、これに限らず、生体情報処理手段が、位相差信号の略周期的なピーク成分を、照射位置ごとの信号強度と合わせて取得して、信号のピーク成分の信号強度が最大となる照射位置を抽出し、この抽出された信号強度最大の照射位置に対し、電磁波送受信手段が電磁波を照射し且つ反射波を受信する非走査状態に移行する構成とすることもできる。

この場合、生体情報処理手段で信号強度最大の照射位置を抽出した後は、この照射位置に対して電磁波送受信手段が電磁波を照射し且つ反射波を受信して位相差信号を出力し、この位相差信号の時間的変化を信号解析手段が検出し、さらにこの位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段があらためてバイタルサインの出現間隔情報を求めて、こうした情報に基づいて施療装置の設定の調整制御を行うようにする。これにより、人のバイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等の動きを強く反映させた反射波を確実に受信して、略定常的な微動に応じて略周期的に生じるピーク成分を含む位相差信号の信号強度を最大限に大きいものとして、位相差信号におけるピーク成分を際立たせ、生体情報処理手段におけるバイタルサインの出現間隔情報の導出をより精度よく実行でき、人の状態を正確に把握できると共に、施療装置のより高精度な制御を実現できる。

また、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいては、マッサージ機６０の座面や背もたれ面等の人を載せる部位上の空間を測定対象領域５０とし、照射波と反射波との位相差信号における時間的変化から、生体情報処理手段１３でマッサージ機６０上に着座した人７０の心拍間隔の情報を求め、これに基づいてマッサージ機６０の施療動作の強度や頻度の設定を調整制御する構成としているが、こうしたマッサージ機６０への適用に限られるものではない。例えば、図６に示すように、トレッドミル８０における走行面上の空間を測定対象領域５０とし、トレッドミル８０で走るトレーニングを行っている人の心拍間隔を、その人と接することなく取得し、必要に応じてトレッドミル８０の動作設定を調整制御するシステム構成とすることもできる。

この場合、トレッドミル８０に電磁波送受信手段のアンテナ１６を配設し、このアンテナ１６から走査を伴いつつ電磁波を照射すると共に反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号における時間的変化からトレーニング中の人７０の体格を推定し、体格から導いた最適照射位置でさらに位相差信号の時間的変化を検出するようにして、心拍間隔を高精度に求められることとなる。トレッドミル８０上の人に直接接することなく離れた位置から心拍間隔の測定が行え、この心拍間隔から心拍数を算出すれば、トレーニング中の本人又はインストラクターなど他の人が心拍数をほとんど時間遅れなく把握可能となり、トレーニングのペース配分等の参考情報として有効に使用できる。この他、必要に応じ、心拍間隔の情報に基づいてトレッドミル８０の動作設定を調整制御するようにすれば、自動的にトレーニング中の人の状態に応じた動作状態とすることができ、トレーニングのコントロールに不慣れな初心者でもオーバーペース等に至ることなく適切なトレーニングを行える。そして、トレーニング中の人は、従来のように測定用機器の身体への装着の必要がなく、装着の煩わしさや機器を身に付けることによるストレスを感じずに済み、トレーニングに集中できる。

また、これ以外に、運転者状態のモニタとして、電磁波送受信手段のアンテナを自動車の運転座席に埋め込み、運転者を拘束することなく、心拍間隔等の情報を取得するシステムを構築することもできる。この場合も、照射波と反射波との位相差信号における時間的変化から運転者の体格を推定し、体格から導いた最適照射位置でさらに位相差信号の時間的変化を検出するようにして、心拍間隔を高精度に求められる。この心拍間隔からさらに心拍間隔変動を導き、運転中のストレス評価を行って、運転者の休憩・休養をとるための指標や、居眠り運転への警告などの情報を与えるシステムとすることもできる。

この他にも、家庭用の健康関連機器において、こうした機器に電磁波送受信手段のアンテナを併設し、機器の動作と並行して、アンテナから走査を伴いつつ電磁波を照射すると共に反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号における時間的変化から使用者の心拍間隔を求めて、機器使用時における使用者の状態を評価し、評価に基づいて機器を制御する機器モニタシステムに適用することができる。すなわち、心拍間隔の異常な変化のある状態と見なせば機器の動作強度を弱くするなど、機器の稼動レベルを制御することとなる。さらに、心拍間隔変動を求めて、機器使用時における使用者のストレス状態をほぼ実時間からの遅れなく評価し、ストレスのある状態と見なせば機器の動作強度を弱くするなど、機器の稼動レベルを制御するシステムにも適用できる。この他、機器使用中のストレス状態からさらに疲労度などを評価し、使用者の機器使用への適合性に対する指標とするストレス解析システムに適用することもできる。

また、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいて、生体情報処理手段１３は、位相差信号の時間的変化から、マッサージ機６０上の人におけるバイタルサインの出現間隔情報として、心拍間隔の情報を求める構成としているが、これに限らず、心拍に代えて呼吸の間隔の情報を求める構成にすることもできる。呼吸にはストレス時には浅く速くなり、リラックス時には深くゆっくりしたものとなる傾向が見られ、電磁波送受信手段で取得した位相差信号には、呼吸に基づいて、ストレス時に振幅が小さく且つピーク成分の間隔が小さくなり、またリラックス時に振幅が大きく且つピーク成分の間隔が大きくなっている振動波形成分が含まれることから、呼吸間隔の情報を求めると、特にストレス評価を行う場合に、心拍の場合と同様にストレス評価を行うことができ、有効である。

さらに、心拍等と同様に略定常的な変化としてあらわれる、まぶたの上下動（まばたき）の間隔を求める構成とすることもでき、まばたきの間隔を取得すると、まぶたの動きの周波数が眠気の深さを示す傾向があることを利用し、居眠り検出等に応用できる。

さらに、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいて、電磁波送受信手段１１は、一つのマイクロ波発振器出力に基づいた反射波と参照波を生じさせて、位相差検出に用いるホモダイン方式を採用する構成としているが、これに限らず、例えば、二つのマイクロ波発振器を用い、一方の発振器から出力されて被験体に照射され、被験体表面で反射された反射波と、他方の発振器から出力されたマイクロ波とをミキサ部で周波数混合して中間周波数に変換された反射波信号を得、この反射波信号を、二つの発振器の各マイクロ波出力をミキサ部で周波数混合して得られた中間周波数の参照波信号と共に出力するヘテロダイン方式を採用することもできる。この場合、二つの発振器を用いて、反射波信号と参照波信号をそれぞれ中間周波数としていることで、各信号線路中に挿入されて不要成分を減衰させるバンドパスフィルタ等のフィルタのバンド幅を狭帯域化することができ、各信号における不要成分の影響を除去して測定精度を向上させられる。また、反射波信号と参照波信号をそれぞれ中間周波数に変換した形で出力することで、後段側では直流成分の増幅を考慮する必要が無く、簡略な構成とすることができる。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る生体情報検出システムを前記図７及び図８に基づいて説明する。
前記各図において本実施形態に係る生体情報検出システム２は、前記第１の実施形態同様、電磁波送受信手段２０と、信号解析手段２５と、生体情報処理手段２６とを備える一方、異なる点として、電磁波送受信手段２０が、照射用アンテナ２１ａと受信用アンテナ２１ｃをそれぞれ用い、また、マイクロ波発振器２１ｂと共に高周波発振器２１ｅ及びアップコンバータ２１ｇを使用するヘテロダイン方式で照射波や参照波を発生させるものとされ、生体としての人７０が複数存在しうる空間である室内等の測定対象領域５０に対し走査を行いつつマイクロ波帯の電磁波を照射し、且つ反射波を受信する構成を有するものである。

前記電磁波送受信手段２０は、生体としての人７０が存在すると予想される測定対象領域５０に対し走査を行いつつマイクロ波を照射すると共に、人７０等からの反射波を受信し、照射波と反射波との位相差信号を出力するものである。

詳細には、電磁波送受信手段２０は、測定対象領域に対しマイクロ波を照射すると共に反射波を受信し、反射波信号及びクオドラチャ検出用の参照波信号を出力する送受信部２１と、この送受信部２１から出力される反射波信号について、信号出力レベルを調整する調整部２２と、調整部２２で調整された反射波信号及び前記参照波信号を用いてクオドラチャ検出処理を行い、反射波と同相成分の信号及び直交成分の信号を得るクオドラチャ検出部２３と、クオドラチャ検出部２３から出力された前記同相成分信号及び直交成分信号から、照射波と反射波との位相差信号を算出する演算部２４とを備える構成である。

前記送受信部２１は、測定対象領域５０にマイクロ波を照射する照射用アンテナ２１ａと、この照射用アンテナ２１ａからの照射波を生じさせるためのマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器２１ｂと、反射波を受信する受信用アンテナ２１ｃと、マイクロ波発振器２１ｂで発生したマイクロ波を照射波生成用成分と反射波信号生成用成分とに分離する方向性結合器２１ｄと、参照波信号となる中間周波数の高周波（ＶＨＦあるいはＵＨＦ帯）を発生させる高周波発振器２１ｅと、高周波発振器２１ｅで発生した高周波を照射波生成用成分と参照波信号成分とに分ける分配器（パワースプリッタ）２１ｆと、方向性結合器２１ｄで分離されたマイクロ波と分配器２１ｆで分離された高周波とから、元のマイクロ波から中間周波数分ずれたマイクロ波となる照射波を発生させるアップコンバータ２１ｇと、受信用アンテナ２１ｃで受信した反射波と方向性結合器２１ｄを経たマイクロ波とから反射波信号を得るミキサ部２１ｈと、各アンテナ２１ａ、２１ｃの向きを測定対象領域に対し変化させてマイクロ波の照射を走査状態とするアンテナ駆動機構２１ｉと、このアンテナ駆動機構２１ｉを制御するアンテナ制御部２１ｊとを備える構成である。

この送受信部２１から出力される各信号のうち、ミキサ部２１ｈで得られた中間周波数の反射波信号は、調整部２２へ出力される。また、高周波発振器２１ｅで発生し分配器２１ｆを経た中間周波数の参照波信号は、クオドラチャ検出部２３へ出力される。

送受信部２１では、マイクロ波発振器２１ｂを一つのみ使用し、高周波発振器２１ｅ及びアップコンバータ２１ｇを併用して照射波や参照波を発生させるヘテロダイン方式を採用している。マイクロ波発振器を二つ設けるヘテロダイン方式の場合では、二つのマイクロ波発振器を使用する際の安定度は両者の揺らぎが重畳されたものとなるのに対し、このアップコンバータ２１ｇを用いた場合には、安定度は高周波発振器２１ｅのみの揺らぎで決定することから、揺らぎ成分を極めて小さくでき、位相測定精度を向上させることができる。

前記照射用アンテナ２１ａ及び受信用アンテナ２１ｃは、マイクロ波帯域に適した導波管アンテナであり、測定対象領域５０に対する向きをアンテナ駆動機構２１ｉにより変化させられるものである。なお、これらのアンテナとしては、前記第１の実施形態同様、アレイアンテナを用い、アレイアンテナをなす各アンテナからの照射波の位相ずれ量を調整制御することによりアンテナ全体で走査可能とする構成としてもかまわない。

これらのアンテナの指向性に係る特性の目安としては、アンテナから所定距離離れた測定対象となる領域の各部で、照射波のビーム幅が、領域内の一人一人を個別に捉えられる大きさとしての、約１００ｃｍ以内となるようにするのが好ましい。
この場合、アンテナを上記のビーム幅となるような狭指向性で、且つ、主ローブの絶対利得が２５ｄＢｉ以上となるようにすることで、前記第１の実施形態同様、システム全体として健康被害等に対する安全性を確保可能な照射出力電力に抑えつつ、測定対象の表面位置では、システムの受信可能な反射波信号を生じさせる最小電力密度以上の、測定には十分な電力密度が効率よく得られることとなる。

前記アンテナ駆動機構２１ｉは、照射用アンテナ２１ａ及び受信用アンテナ２１ｃを支持した基台部分を機械的に動かして、測定対象領域５０に対する各アンテナの向きを変化させるものであり、各アンテナによる電磁波の照射及び反射波の受信の向きを変更することで、走査を行える仕組みである。

前記アンテナ制御部２１ｊは、アンテナ駆動機構２１ｉの駆動制御を行い、照射用アンテナ２１ａ及び受信用アンテナ２１ｃが適切な方向を向くようにするものである。具体的には、照射用アンテナ２１ａ及び受信用アンテナ２１ｃを所定の向きとした状態で、照射用アンテナ２１ａがこの向きにおける電磁波照射を行い、また受信用アンテナ２１ｃが測定対象領域５０の人７０からの反射波の到来可能性がある所定時間が経過するまで反射波の受信を行う過程を、アンテナ駆動機構２１ｉが少しずつ各アンテナの向きを変化させながら繰返させるように制御し、走査を行うことで、測定対象領域５０の全体にわたる測定を実行可能とする。

このアンテナ制御部２１ｊからは、照射方向の時間的な変化に係る情報が出力されて、信号解析手段２５で、位相差信号の時間的変化と測定対象領域５０中の照射位置との対応関係を得るのに用いられる。

前記調整部２２は、送受信部２１から出力される反射波信号の信号出力レベルを調整して所定出力範囲の反射波信号を得るものであり、詳細には、ゲイン可変アンプと検出制御部を備え、ゲイン可変アンプからの出力を検出制御部で検出、監視して、あらかじめ設定した一定の出力となるようにゲイン可変アンプのゲインを制御する、いわゆるＡＧＣ（自動利得調整）を実行する構成となっている。

この調整部２２で所定の出力レベルに調整された反射波信号は、分配器２１ｆで分けられた中間周波数の参照波信号と共にクオドラチャ検出部２３に入力され、クオドラチャ検出処理が行われることとなる。なお、調整部２２は、ゲイン可変アンプからの出力に基づく調整の他、演算部２４に入力される同相成分信号と直交成分信号の各振幅成分が適切な範囲となるように、演算部２４から調整部２２に制御指示を送信し、信号出力レベルの調整を行うようにすることもできる。

この調整部２２で反射波信号の出力レベルを一定に調整することで、後段のクオドラチャ検出部２３で得られる同相成分信号と直交成分信号における振幅成分が大きく変化することはなくなり、演算部での位相変化の算出が、振幅成分の変化の影響を受けず、適切な値を得られることとなる。

前記クオドラチャ検出部２３は、調整部２２で調整された反射波信号と、送受信部２１から出力された中間周波数の参照波信号を用いてクオドラチャ検出処理を行い、一般的なマイクロ波受信回路で得られる反射波信号と同相成分の信号及び直交成分の信号を得るものである。

クオドラチャ検出部２３では、クオドラチャ検出処理として、参照波信号（Ａｃｏｓωｔ）と反射波信号（Ｂｃｏｓ（ωｔ＋Δφ））とを組合わせて復調することで、位相変化の同相成分信号（Ｅ_rｃｏｓΔφ）と直交成分信号（Ｅ_rｓｉｎΔφ）を得ることができる。これら二つの信号を得ることで、演算部２４では容易な演算処理で振幅成分Ｅrと位相差成分Δφを分離して位相差信号を取得できる。なお、振幅成分Ｅ_rは、参照波信号の振幅Ａと反射波信号の振幅Ｂの積である。

前記演算部２４は、クオドラチャ検出部２３から出力された前記同相成分信号及び直交成分信号から、照射波と反射波との位相差信号（位相変化に直接比例する成分）を算出する構成である。詳細には、クオドラチャ検出器２３で得られた位相変化Δφの同相成分信号（Ｅ_rｃｏｓΔφ）と直交成分信号（Ｅ_rｓｉｎΔφ）を用いて、
Δφ＝ｔａｎ^-1（Ｅ_rｓｉｎΔφ／Ｅ_rｃｏｓΔφ）
の関係から、Δφに直接比例する成分を算出でき、信号の振幅（成分Ｅ_r）と位相（成分φ）を分離して、位相差信号を取得するものである。位相変化Δφは、測定対象領域における反射面の移動量に対応することから、位相差信号は、反射面の変位に伴って変化するものとなる。

そして、マイクロ波が照射される測定対象領域５０に存在する、生体としての人においては、その場から移動しない状態においても、生体であるために完全な静止状態とはなっておらず、体の各部で筋肉等のわずかな動きを生じる状態にある。こうした動きに伴う体表位置の変化が、前記位相変化Δφに反映されることで、得られた位相差信号には時間的変化が生じることとなる。この位相差信号の時間的変化から、生体としての人の存在の有無や、測定対象領域における存在位置を知ることができる。

また、位相差信号の時間的変化には、前記第１の実施形態同様、人のバイタルサインをなす略定常的な微動に対応したピーク成分が含まれる。このピーク成分は微動に応じて略周期的にあらわれるものとなっており、この位相差信号の時間的変化のうちの、略周期的なピーク成分の間隔から、バイタルサインの出現間隔、例えば心拍や脈拍、まばたき等の間隔、を求めることができる。

前記信号解析手段２５は、測定対象領域５０における走査された各照射位置と対応付けて位相差信号を解析し、位相差信号に時間的変化が生じている場合には、この変化が生じた信号の時間方向の範囲に対応する測定対象領域５０中の一又は複数の所定位置を、実際の人の存在位置として、この存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出するものである。

この信号解析手段２５で、生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出することにより、測定対象領域における一又は複数の人の存在の有無や、その存在位置を把握できる。

前記生体情報処理手段２６は、前記第１の実施形態同様、信号解析手段２５で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに人のバイタルサインをなす略定常的な微動、例えば、心拍や脈拍、まばたき等、に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得し、このピーク成分の発生時間間隔に対応するバイタルサインの出現間隔情報、例えば心拍や脈拍、まばたき等の間隔の情報を求めるものである。

この生体情報処理手段２６をはじめとして、前記電磁波送受信手段２０の演算部２１ｈ及びアンテナ制御部２１ｊ、並びに、信号解析手段２５は、前記第１の実施形態同様、そのハードウェア構成として、ＣＰＵやメモリ、入出力インターフェース等を備えるコンピュータとなっており、メモリ等に格納されるプログラムにより、コンピュータを前記演算部２１ｈ、アンテナ制御部２１ｊ、信号解析手段２５、生体情報処理手段２６として動作させる仕組みである。

次に、本実施形態に係る生体情報検出システムの使用状態について説明する。前提として、生体としての人７０が、測定対象領域５０となる室内空間に一又は複数存在しており、また、測定対象領域５０は生体以外のものが静止した環境下である一方、人７０は拘束されておらず動きが生じる状況（非静止状態）となっているものとする。さらに、生体情報処理手段２６では、バイタルサインとしての心拍の間隔の情報を求めるものとする。

まず、電磁波送受信手段２０の送受信部２１が、測定対象領域５０に対し、あらかじめ設定された測定時間の間で、アンテナ駆動機構２１ｉにより照射用アンテナ２１ａ及び受信用アンテナ２１ｃの向きを変化させる走査を伴いつつ、アンテナ１１ａから連続のマイクロ波を照射すると共に反射波を受信用アンテナ２１ｃで受信し、測定対象領域５０全体の各位置ごとに照射波と反射波との位相差信号を出力する。この位相差信号と、同時にアンテナ制御部２１ｊから出力される照射方向の時間的変化に係る情報が、信号解析手段２５に入力される。

信号解析手段２５は、得られた位相差信号を測定対象領域５０の各照射位置と対応付けて解析し、位相差信号における、人７０の動きに伴って時間的変化が生じている範囲に対応する領域内の位置を人７０の存在位置とし、且つ位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出する。こうして、生体情報としての位相差信号の時間的変化の検出により、測定対象領域５０における人の存在及びその存在位置を把握できることとなる。

人の存在位置の把握後、電磁波送受信手段２０は、測定対象領域５０における一又は複数の存在位置に対し、走査を伴いつつさらに電磁波を照射し、且つ反射波を受信する状態を、存在位置ごとに所定時間、すなわち、生体情報処理手段２６において、心拍に応じて生じる略周期的なピーク成分の間隔から心拍間隔の情報を求めるのに、必要となる信号長の位相差信号が得られるまでにかかる時間分、継続して実行し、新たに位相差信号を出力する。

そして信号解析手段２５は、新たに出力された位相差信号から、存在位置ごとに生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出する。さらに、生体情報処理手段２６は、存在位置ごとに、位相差信号の時間的変化から、人の心拍に応じて生じる信号の略周期的なピーク成分を取得し、このピーク成分の発生時間間隔に対応する心拍間隔の情報を求める。こうして、測定対象領域に存在する一又は複数の人について、心拍間隔という形でその状態を把握できることとなる。

また、この生体情報処理手段２６により心拍間隔が取得されることにより、さらに心拍間隔変動（ＨＲＶ）を求めることもできる。前記第１の実施形態同様、この心拍間隔変動を順次周波数解析すれば、約０．０３〜０．１５Ｈｚの帯域（ＬＦ成分）と、０．１５〜約０．４５Ｈｚの帯域（ＨＦ成分）におけるそれぞれのスペクトルピークの時間変化が比較的短時間で視認可能な状態となり、これを用いて測定対象領域における一又は複数の人について、ストレス評価を行うこともできる。ストレス評価では、ＨＦよりＬＦのピークがより強く現れる時間帯を人体にストレスが印加された状態と見なせ、また、ＬＦよりＨＦのピークがより強く現れる時間帯を人体のリラックス状態と見なすことができ、短い時間で評価が行える。

この心拍間隔変動に基づくストレス評価においては、人の身体に直接接触せずに測定を行って、人に測定を知られることなく、また人へ緊張等の測定精度を下げる要因を与えることなく、心拍の間隔を確実に捉えられることとなり、ストレス評価を適切に行え、評価精度を向上させられる。

こうした本実施形態に係る生体情報検出システムの適用例としては、測定対象領域における人の存在の有無やその存在位置を把握できることで、例えば、本来人の存在しない場所を測定対象領域とすれば、侵入者検知を行うシステムとすることができる。また、事故や災害等の現場を測定対象領域とすれば、こうした事故や災害等で生埋め状態となって、直接目視できない状況にある人の存在（生存）やその存在位置の確認にも応用できる。この他、セキュリティを重視する場所で、一般の人だけでなく、不審者やテロリストなどの犯罪者が入り込むことも予想されるような場所においては、この場所を測定対象領域とし、領域内の人の存在とその存在位置を把握すると共に、人ごとに心拍等のバイタルサインの状態変化を測定し、さらに心拍間隔等からストレス評価を実行する。この場合、不審者等はその目的とする犯罪行為に起因するストレス状態にあることが予測される点に基づき、ストレス評価でストレスの微妙な兆候を見分けて、不審な人物を察知し、警備関係者等の適切な対応を促すシステムとすることができる。

また、健康状態のモニタとして、一又は複数の人の存在が予想される測定対象領域となる、日常生活の場である室内空間や病室等における、室内全体に電磁波照射が行える箇所、例えば、天井や壁など、に電磁波送受信手段２０の送受信部（アンテナ）２１を設置し、測定対象領域における人の存在とその存在位置を把握すると共に、人ごとに活動時や睡眠中などにおける人の心拍や呼吸等のいわゆるバイタルサインの状態変化を測定し、健康状態の評価を行えるシステムを得ることができる（図８参照）。さらに、自動車に同乗する人数を把握するモニタとして、電磁波送受信手段の各アンテナを、自動車の車室内全体に電磁波照射が行える所定箇所に埋め込み、運転者や同乗者を特に拘束することなく、位相差信号の時間的変化を検出して、測定対象領域である自動車内における人の存在とその存在位置を把握し、車内の人数を取得することもできる。この人数は、パワーユニットの駆動制御やエアコンの出力制御のための情報として有効に利用できる。加えて、ストレス評価も行う場合、車室内における人の存在位置から運転者を割出し、運転者について運転中の心拍間隔等からストレス評価を実行するようにすれば、運転者の休憩・休養をとるための指標や、居眠り運転への警告などの情報を与えるシステムを得ることができる。

この他にも、一又は複数の作業者の作業環境である空間を測定対象領域として、これに電磁波送受信手段の各アンテナを設置し、作業者を拘束することなく、位相差信号の時間的変化を検出して、測定対象領域における人の存在とその存在位置を把握し、また人ごとに心拍間隔変動を導いて作業中のストレス評価を行い、作業時間中のストレス状態からさらに疲労度などを評価し、作業者の作業への適合性に対する指針や、休憩時間などへの指標とするストレス解析システムに適用したりすることもできる。

このように、本実施形態に係る生体情報検出システムは、電磁波送受信手段２０が測定対象領域５０に対し走査を伴いながら、強い指向性を与えて電磁波を照射し、且つ反射波を受信して、測定対象領域５０の各位置に対応する位相差信号を取得し、さらに信号解析手段２５で生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出するようにしている。これにより、生体のわずかな動きにも対応する位相差信号の時間的変化に基づいて、測定対象領域５０における一又は複数の生体の存在及びその存在位置を精度よく把握できる。そして、測定対象領域内の一又は複数の生体の存在を検知できることで、セキュリティ対策としての人を直接目視できない状況での存在の確認、あるいは事故や災害等で生埋め状態にある人の検知等に応用できる。また、一旦得られた人の存在位置ごとに新たに電磁波送受信手段２０が電磁波の照射と反射波の受信を十分な時間にわたって実行し、得られた位相差信号の時間的変化を信号解析手段２５が検出し、さらに生体情報処理手段２６で人の心拍間隔の情報、を求めている。これにより、測定対象領域５０に存在する人の状態をより詳細に把握し、評価できると共に、人それぞれで心拍間隔は少しずつ異なっていることから、人を区別することができ、正確に測定対象領域５０に存在する人の数を把握できる。

なお、前記実施形態に係る生体情報検出システムにおいては、測定対象領域５０に存在する一又は複数の人７０について、位相差信号の時間的変化から、生体情報処理手段２６で人のバイタルサインの出現間隔情報を求め、人の状態を把握する構成としているが、この他、図９に示すように、生体情報処理手段２６で得られた生体としての人７０のバイタルサインの出現間隔情報をその存在位置と共に生体ごとにデータベースとして記録する記録手段２７と、この記録手段２７に記録された生体の情報を用いて、新たに生体情報処理手段２６で得られた人ごとのバイタルサインの出現間隔情報との比較、照合を行って、人を特定する照合手段２８とを備える構成とすることもできる。この場合、記録手段２７に記録した情報を、新たに求めた情報と照合手段２８で照合して、人７０の特定を行い、測定対象領域５０のどの位置にどの人が存在しているかを判別できることとなる。そして、測定対象領域に対し人の出入りがある場合でも、出入りの度に人の識別、特定を可能として、人ごとにその状態と存在位置を継続的に把握でき、直接人を目視できない状況でも人の状態を追跡監視できる。

（本発明の第３の実施形態）
前記第１及び第２の各実施形態に係る生体情報検出システムにおいて、電磁波送受信手段による測定対象領域への電磁波照射及び反射波受信の実行に係る走査は、測定対象領域全体にわたる電磁波の照射等を目的として行い、走査の実行に際し、測定対象領域における生体の状態は特に影響を及さない構成としているが、この他、電磁波送受信手段が、測定対象領域内で移動する生体の移動に合わせて走査を実行して、この生体に対する電磁波の照射と反射波の受信を継続する構成とすることもできる。

この場合、電磁波送受信手段による測定対象領域は、既知の範囲内の移動速度で生体が移動する既知の移動経路を含む所定空間とされるが、こうしたシステム構成は、ある決った領域を通行する人の心拍間隔を取得し、さらに必要に応じ心拍間隔変動からストレス評価を行って、通行する人の状態をその人に直接接することなく遠隔位置で把握するモニタシステムに適用できる。

例えば、図１０に示すように、空港等で出入りする人が必ず通る通路９０を測定対象領域とし、通路９０を通る人７０の通行に係る移動に対応して、電磁波送受信手段のアンテナ３１ａをその送受信の向きや位置などを調整して走査可能として通路９０に配設する。そして、この測定対象領域である通路９０へのマイクロ波の照射と反射波の受信を、通路９０を通る人７０の移動に合わせて走査しながら連続して行って、移動する人の動きに対応する位相差信号の時間的変化を信号解析手段で検出し、さらに生体情報処理手段で移動する人の心拍間隔を導く。この心拍間隔から心拍数を算出したり、さらに必要に応じて心拍間隔変動を求めてストレス評価を実行することで、この通路を通る人７０に意識させることなく、その人の状態を監視することができる。

これにより、人の心拍数が平常時と異なる異常状態にあることを識別できることで、心拍に影響を及す病気、特に感染症への罹患の可能性をいち早く察知できるなど、感染症対策に利用できる。さらに、ストレス評価により、ストレス状態にある人も識別できることで、外見が一般の人と区別できないテロリストについてのセキュリティ対策に応用できる。すなわち、テロリストはその目的とするテロ行為に起因するストレス状態にあることが予測される点に基づき、ストレスの微妙な兆候を見分けることで、テロリストの疑いのある人を察知し、警備関係者等の適切な対応に繋げることができる。

本発明の生体情報検出システムで、走査に準じる形で電磁波の照射状態を複数設定し、各々得られた反射波から、生体としての人の存在の有無の判別可能性について検証すると共に、人が存在する場合において、導出した心拍に係る情報（心拍周波数）を、比較例としての心電計による心拍測定結果から求めた心拍周波数と比較評価した。

具体的には、前記実施形態に係る生体情報検出システムを用いて、走査に準じて測定対象領域における電磁波の照射状態を変え、人が存在する場合には心拍に対応するピーク成分を含むこととなる位相差信号を各状態について取得し、位相差信号の周波数解析で心拍周波数を求める。

照射状態は、アンテナから１ｍ離れた人の額が、電磁波の照射の目標としてアンテナの正面中央に位置する状態（実施例１）と、この状態からアンテナがずれて、アンテナから１ｍ離れた人の身体の一部のみが電磁波の照射範囲に含まれる状態（実施例２）と、アンテナから２．５ｍ離れた人の額がアンテナの正面中央に位置する状態（実施例３）と、この状態からアンテナがずれて、アンテナから２．５ｍ離れた人の身体の一部のみが電磁波の照射範囲に含まれる状態（実施例４）と、アンテナからの電磁波の照射範囲に全く人が存在しない状態（実施例５）の、五通りを設定し、これらについてそれぞれ位相差信号を取得した。

位相差信号を取得する電磁波送受信手段のアンテナは、送受それぞれがホーンアンテナとされる。また、アンテナから照射される電磁波は、周波数が１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波である。マイクロ波は、マイクロ波発振器で生成され、方向性結合器やアップコンバータを経てアンテナから照射される。

アンテナで受信された人等からの反射波は、ミキサ部を介し調整部に達してレベル調整された後、クオドラチャ検出部に入る。クオドラチャ検出部で位相変化に基づく信号成分を得、さらにこれを演算部で処理して、位相差信号が出力される。マイクロ波を照射するアンテナ正面側に人が存在する場合、位相差信号には心臓の拍動に対応する体表反射面の動き（振動）のピーク成分が含まれることとなる。人が存在しない場合も、壁等からの反射波が受信されて、人が存在する場合と同様のプロセスで位相差信号が取得される。

電磁波送受信手段で得られた位相差信号に対しては、生体情報処理手段が、周波数解析を行い、位相差信号に含まれる被験体の心拍に応じて生じる信号のピーク成分について、このピーク成分の発生頻度を表す周波数（心拍周波数）のパワースペクトルを求める。そして、心拍の取り得る周波数範囲における最大ピーク位置（スペクトルピーク）の周波数の値を、心拍周波数と認定し、心拍間隔の情報とする。

こうしたマイクロ波の照射による信号取得と同時に、心電計による心拍測定も行った。心電計の電極は一般的な心電計測定同様に人（被験者）の身体複数箇所に直接当接させて測定を実施した。マイクロ波の照射及び反射波受信と、心電計測定のいずれの場合も、測定対象領域で人が着座して移動しない状況下で行われ、その継続時間は３０秒となっている。ただし、マイクロ波の照射範囲に人が存在しない前記実施例５の場合のみ、継続時間は２０秒である。

前記実施例１ないし５の各状態について、電磁波送受信手段で得られた、人が存在する場合には心拍に対応するピーク成分を含むこととなる位相差信号の時間的変化の波形を、横軸を経過時間［秒］、縦軸を振幅［Ｖ］としてプロットしたグラフを、図１１、図１３、図１５、図１７、及び図１９にそれぞれ示す。

また、前記実施例１ないし５の各状態について、位相差信号の周波数解析により得られた、信号中のピーク成分の発生頻度を表す周波数パワースペクトルを、横軸を周波数［Ｈｚ］、縦軸をスペクトル強度［ａｒｂ．ｕ．］としてプロットしたグラフを、図１２、図１４、図１６、図１８、及び図２０にそれぞれ示す。

さらに、比較例１ないし５として、前記実施例１ないし５の測定と同時の、心電計による心拍測定で得られた、心拍のピークの現れた信号波形を、横軸を経過時間［秒］、縦軸を振幅［Ｖ］としてプロットしたグラフを、図２１、図２３、図２５、図２７、及び図２９にそれぞれ示す。また同様に、比較例１ないし５について、信号の周波数解析により得られた周波数パワースペクトルを、横軸を周波数［Ｈｚ］、縦軸をスペクトル強度［ａｒｂ．ｕ．］としてプロットしたグラフを、図２２、図２４、図２６、図２８、及び図３０に示す。こうして、位相差信号について求めた周波数パワースペクトルと、心電計の測定結果から同様に得られたパワースペクトルとを比較する。

実施例１のマイクロ波照射状態で得られた位相差信号と、これと同時測定の比較例１としての、心電計で得た拍動をあらわす信号とは、図１１、図２１にそれぞれ示されるように、信号レベルは異なるものの、図１２、図２２にそれぞれ示される周波数パワースペクトルの最大ピーク位置の周波数はほぼ一致しており、マイクロ波を用いて得た結果と心電計で得た結果とが精度よく対応し、マイクロ波を用いて心拍周波数が問題なく得られていることがわかる。

同様に、実施例３のマイクロ波照射状態で得られた位相差信号と、これと同時測定の比較例３としての、心電計で得た拍動をあらわす信号とは、図１５、図２５にそれぞれ示されるように、信号レベルは異なるものの、図１６、図２６にそれぞれ示される周波数パワースペクトルの最大ピーク位置の周波数はほぼ一致しており、マイクロ波を用いて得た結果と心電計で得た結果とが精度よく対応し、マイクロ波を用いて心拍周波数が問題なく得られていることがわかる。
上記から、アンテナが適切に人に向いた状態となっている場合、心拍周波数の導出に関しては、人とアンテナとの距離はあまり影響を及さないことがわかる。

これらに対し、実施例２のマイクロ波照射状態で得られた位相差信号は、図１３、図２３にそれぞれ示されるように、同時測定の比較例２としての、心電計で得た拍動をあらわす信号とのレベル差が大きく、加えて、照射範囲にいる人とアンテナとの距離が同じ条件となっている実施例１の信号と比べても、信号レベルが小さくなっている。また、図１４、図２４にそれぞれ示されるように、周波数パワースペクトルの最大ピーク位置の周波数が、心電計の信号から得たそれと異なるものとなっており、照射位置のずれにより、心臓の拍動に対応する体表反射面の動きを十分に捉えられず、心拍周波数が適切に得られないことがわかる。

同じく、実施例４のマイクロ波照射状態で得られた位相差信号は、図１７、図２７にそれぞれ示されるように、同時測定の比較例４としての、心電計で得た拍動をあらわす信号とのレベル差が大きく、加えて、照射範囲にいる人とアンテナとの距離が同じ条件となっている実施例３の信号と比べても、信号レベルが小さくなっている。また、図１８、図２８にそれぞれ示されるように、周波数パワースペクトルの最大ピーク位置の周波数が、心電計の信号から得たそれと異なるものとなっており、照射位置のずれにより、心臓の拍動に対応する体表反射面の動きを十分に捉えられず、心拍周波数が適切に得られないことがわかる。

さらに、人からの反射波のない実施例５のマイクロ波照射状態で得られた位相差信号は、図１９、図２９にそれぞれ示されるように、同時測定の比較例５としての、心電計で得た拍動をあらわす信号とのレベル差が極めて大きく、且つ、他の各実施例の信号と比べても、信号レベルが著しく小さくなっている。加えて、図２０、図３０にそれぞれ示されるように、周波数パワースペクトルのスペクトル強度も各実施例と比べて小さく、且つ最大ピーク位置も、心電計の信号から得られたものや、他の各実施例のように明確にあらわれていない。照射範囲に人がいない場合、人がいる場合と比べて、取得される位相差信号や周波数スペクトルに大きな差異が生じることは明らかである。

このように、測定対象領域で照射状態を変えつつ、マイクロ波を照射して反射波を受信し、位相差信号を出力したり、位相差信号から周波数パワースペクトルを求める中で、人が照射範囲に存在する場合と存在しない場合では、得られる位相差信号等が大きく異なることが確認できた。こうした点に基づき、信号レベルやスペクトル形状などに閾値を設定して判定を行えば、人の存在の有無を判別できることは明らかである。そして、マイクロ波の照射、受信で走査を伴わせ、この走査中でのある時点での照射位置と、得られる位相差信号とを関連付けるようにすると、領域内での人の存在位置を検出できることも明白である。

また、アンテナの照射範囲に人が入っている状況で、アンテナが人の心臓の拍動に対応する微小な動きを生じている体表位置を捉えた場合には、位相差信号から求めた周波数パワースペクトルに基づいて、人の心拍周波数を非接触ながら心電計による測定同様の精度で得られることも確認できた。こうした心拍周波数から、さらに領域内で存在を検出された複数の人を区別したり、ＨＲＶを求めるなどしてストレス評価を行い、人の状態を把握したりする応用も十分に実現可能である。

１、２ 生体情報検出システム
１１、２０ 電磁波送受信手段
１１ａ、１６ アンテナ
１１ｂ マイクロ波発振器
１１ｃ 方向性結合器
１１ｄ 減衰器
１１ｅ 増幅器
１１ｆ サーキュレータ
１１ｇ クオドラチャ検出器
１１ｈ 演算部
１１ｉ アンテナ走査制御部
１２、２５ 信号解析手段
１３、２６ 生体情報処理手段
１４ 照射位置推定手段
１５ 制御部
２１ 送受信部
２１ａ 照射用アンテナ
２１ｂ マイクロ波発振器
２１ｃ 受信用アンテナ
２１ｄ 方向性結合器
２１ｅ 高周波発振器
２１ｆ 分配器
２１ｇ アップコンバータ
２１ｈ ミキサ部
２１ｉ アンテナ駆動機構
２１ｊ アンテナ制御部
２２ 調整部
２３ クオドラチャ検出部
２４ 演算部
２７ 記録手段
２８ 照合手段
３１ａ アンテナ
５０ 測定対象領域
６０ マッサージ機
７０ 人
８０ トレッドミル
９０ 通路

Claims (10)

1. 測定対象の領域に対して、連続する所定周波数の電磁波を所定の狭指向性をもって照射すると共に反射波を受信し、且つ当該照射及び受信の走査を伴った実行で、前記領域全体の各位置ごとに照射波と反射波との位相差信号を出力する電磁波送受信手段と、
   前記測定対象領域における走査された各照射位置と対応付けて位相差信号を解析し、位相差信号に時間的変化が生じている場合には、当該変化が生じた信号の時間方向の範囲に対応する一又は複数の所定位置を生体の存在位置とし、当該存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を、前記存在位置に存在する生体の状態をあらわす生体情報として検出する信号解析手段とを備えることを
   特徴とする生体情報検出システム。
2. 前記請求項１に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段を備え、
   前記電磁波送受信手段が、前記信号解析手段で検出した前記生体情報に対応する一又は複数の存在位置に対し、走査を伴いつつさらに電磁波を照射し、且つ反射波を受信する状態を、前記生体情報処理手段で前記バイタルサインの出現間隔情報を求めるのに必要な信号長の位相差信号が得られるまでの所定時間継続して、新たに位相差信号を出力し、
   前記信号解析手段が、新たに出力された前記位相差信号から、前記存在位置ごとに生体情報としての位相差信号の時間的変化を検出し、
   前記生体情報処理手段が、存在位置ごとの位相差信号の時間的変化から、生体ごとの前記バイタルサインの出現間隔情報を求めることを
   特徴とする生体情報検出システム。
3. 前記請求項２に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記生体情報処理手段で得られた前記バイタルサインの出現間隔情報を存在位置と共に生体ごとにデータベースとして記録する記録手段と、
   前記記録手段に記録された生体の情報と、新たに前記生体情報処理手段で得られた生体ごとの前記バイタルサインの出現間隔情報とを照合し、生体を特定する照合手段とを備えることを
   特徴とする生体情報検出システム。
4. 前記請求項１に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記電磁波送受信手段が、生体の存在しうる範囲が既知である測定対象領域に対して、走査を伴いながら電磁波を照射し且つ反射波を受信して、位相差信号を出力し、
   前記信号解析手段が、前記生体情報として、前記生体の存在しうる既知の範囲における、実際の生体の存在位置に対応する位相差信号の時間的変化を検出し、
   さらに信号解析手段が、生体情報に基づく生体の存在位置の、前記生体の存在しうる既知の範囲に対する大きさの割合を求め、当該割合より生体の大きさを推定することを
   特徴とする生体情報検出システム。
5. 前記請求項４に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、人を載せた状態で人に所定の施療を実行する施療装置における、人を載せる部位上の空間とされ、前記生体は前記施療を受ける人とされ、
   前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段と、
   当該生体情報処理手段で求められた前記バイタルサインの出現間隔情報に基づいて、前記施療装置による人への施療動作の強度及び／又は頻度の設定を調整制御する制御部とを備えることを
   特徴とする生体情報検出システム。
6. 前記請求項５に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記信号解析手段で推定した生体としての人の大きさに基づき、前記信号のピーク成分の信号強度が最大となる人への照射位置を推定する照射位置推定手段を備え、
   前記電磁波送受信手段が、推定された信号強度最大の照射位置に対し、電磁波を照射し且つ反射波を受信する非走査状態となり、
   前記施療装置による人への施療動作の間、前記電磁波送受信手段の非走査状態での位相差信号の出力、前記信号解析手段による生体情報の検出、前記生体情報処理手段によるバイタルサインの出現間隔情報の導出、及び前記制御部における施療動作の強度及び／又は頻度の設定の調整制御が、各々繰返し実行されることを
   特徴とする生体情報検出システム。
7. 前記請求項５に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記生体情報処理手段が、前記信号のピーク成分を、照射位置ごとの信号強度と合わせて取得して、信号のピーク成分の信号強度が最大となる照射位置を抽出し、
   前記電磁波送受信手段が、抽出された信号強度最大の照射位置に対し、電磁波を照射し且つ反射波を受信する非走査状態となり、
   前記施療装置による人への施療動作の実行中、前記電磁波送受信手段の非走査状態での位相差信号の出力、前記信号解析手段による生体情報の検出、前記生体情報処理手段によるバイタルサインの出現間隔情報の導出、及び前記制御部における施療動作の強度及び／又は頻度の設定の調整制御が、各々繰返し実行されることを
   特徴とする生体情報検出システム。
8. 前記請求項４に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、人を載せた状態で人に所定の施療を実行する施療装置における、人を載せる部位上の空間とされ、前記生体は前記施療を受ける人とされ、
   前記信号解析手段で推定した生体としての人の大きさに基づき、前記施療装置による人への施療動作範囲の設定を調整制御する制御部を備えることを
   特徴とする生体情報検出システム。
9. 前記請求項１に記載の生体情報検出システムにおいて、
   前記信号解析手段で検出された生体情報としての位相差信号の時間的変化から、さらに生体としての人のバイタルサインをなす略定常的な微動に応じて略周期的に生じる信号のピーク成分を取得し、前記バイタルサインの出現間隔情報を求める生体情報処理手段を備え、
   前記電磁波送受信手段による測定対象領域が、既知の範囲内の移動速度で生体が移動する既知の移動経路を含む所定空間とされ、
   前記電磁波送受信手段が、前記測定対象領域内で移動する生体の移動に合わせて走査を実行して、前記生体に対する電磁波の照射と反射波の受信を所定時間継続させ、
   前記生体情報処理手段が、信号解析手段で検出された位相差信号の時間的変化に基づいて、前記生体のバイタルサインの出現間隔情報を求めることを
   特徴とする生体情報検出システム。
10. 前記請求項１ないし９のいずれかに記載の生体情報検出システムにおいて、
    前記電磁波送受信手段における走査が、アレイアンテナの位相制御による照射及び受信方向の偏向で実行されることを
    特徴とする生体情報検出システム。

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