WO2020017636A1 - 検出装置、測定システム、監視システム、およびプログラム - Google Patents

検出装置、測定システム、監視システム、およびプログラム Download PDF

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negative electrode
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吾 根武谷
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Ｐｏｓｈ Ｗｅｌｌｎｅｓｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a detection device, a measurement system, a monitoring system, and a program for detecting a state of a living body.
  • Patent Literature 1 discloses a driver monitoring device that can monitor the state of a driver of an automobile by applying a technique of electric impedance tomography (hereinafter, EIT (Electrical Impedance Tomography)) to a seat belt. ing.
  • EIT Electric Impedance Tomography
  • each electrode is connected to a measurement circuit provided near the end of the seat belt, and the measurement circuit relays an electric signal transmitted and received between the driver monitoring device and the electrode. .
  • the measurement circuit relays an electric signal transmitted and received between the driver monitoring device and the electrode.
  • an object of the present invention is to make it possible to easily detect the state of a living body.
  • a first aspect of the present invention provides a substrate, provided on the substrate, a positive electrode and a negative electrode, supplying a current or a voltage between the positive electrode and the negative electrode, one of the substrate
  • An electric field generation circuit for generating an electric field from the first surface and an electric field generation circuit provided at a position farther from the first surface than the positive electrode and the negative electrode, and insulated from at least one of the positive electrode and the negative electrode.
  • a semiconductor element that outputs a detected electric field strength value corresponding to the electric field strength between the positive electrode and the negative electrode.
  • the guard electrode may include a positive electrode guard electrode facing the positive electrode and a negative electrode guard electrode facing the negative electrode.
  • the substrate includes a first electrode layer provided with the positive electrode and the negative electrode, a second electrode layer provided with the guard electrode, and a third electrode provided with a reference electrode serving as a reference potential. And the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer, wherein the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer extend from the first surface of the substrate to a surface opposite to the first surface.
  • the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer may be arranged in this order.
  • the substrate may further include, at a position farther from the first surface than the third electrode layer, a mounting portion for mounting at least one of an acceleration sensor, a gyro sensor, and a six-axis sensor.
  • the power supply device may further include a power supply layer that supplies power to the electric field generation circuit, the potential adjustment circuit, and the semiconductor element.
  • the semiconductor device may further include a first communication unit that generates a signal based on the electric field strength detection value output from the semiconductor element and supplies the signal to the outside of the substrate.
  • a second aspect of the present invention is the detection device according to the first aspect, wherein the electric field generated from the positive electrode and the negative electrode is arranged to reach at least a part of a living body, and the detection device And a measuring device for measuring the state of the living body based on the detection result of the above.
  • the measurement device is configured to communicate with the detection device and receive a signal based on the electric field strength detection value, and based on the received signal, at least one of movement, heart rate, and blood pressure of the living body. And an estimating unit for estimating one.
  • the measurement device may further include a prediction unit that predicts a future state of the living body based on an estimation result of the estimation unit.
  • the substrate is further provided with a temperature sensor, the detection device transmits a signal based on the detection result of the temperature sensor and the electric field strength detection value, the prediction unit, the time of the temperature sensor At least one of the fluctuation of the body temperature of the living body and the balance state of the salt and water inside the living body may be predicted based on the detection result.
  • the apparatus further includes a seat belt mounted on a seat, wherein the detection device is mounted on the seat belt, and the measurement device communicates with one or more of the detection devices to seat the seat belt on the seat and The state of the tightened living body may be measured.
  • #One or more of the detection devices may be worn on clothes worn by the living body, and the measurement device may communicate with one or more of the detection devices to measure the state of the living body.
  • the measurement system an acquisition unit connected to the measurement device and acquiring a measurement result indicating the state of the living body, and an abnormality among the states of the living body.
  • a monitoring system comprising: a detection unit configured to detect an abnormal state.
  • a fourth aspect of the present invention provides a program which, when executed by a computer, causes the computer to function as at least a part of the monitoring system of the third aspect.
  • 1 shows a configuration example of a detection device 10 according to the present embodiment.
  • 2 shows a configuration example of a semiconductor element 310 according to the embodiment.
  • 4 shows an example of an intensity distribution of an electric field generated around a positive electrode 210 and a negative electrode 220 according to the embodiment.
  • 1 shows a configuration example of a measuring device 20 according to the present embodiment.
  • 2 shows a configuration example of a positive electrode 210 and a negative electrode 220 according to the present embodiment.
  • 4 shows an example of a current density distribution generated around a positive electrode 210 and a negative electrode 220 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows how the impedance between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 changes when the positive electrode 210 and the negative electrode 220 shown in FIG. 7 shows a configuration of a first modification of the electrode pair E according to the present embodiment.
  • 9 shows a configuration of a second modification of the electrode pair E according to the present embodiment.
  • 4 shows a configuration example of a guard electrode 230 and a potential adjustment circuit 318 according to the present embodiment.
  • 5 shows a modification of the monitoring system S according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overview of a monitoring system S according to the present embodiment.
  • the monitoring system S monitors an operation of the living body based on a detection signal transmitted by the detection device 10 carried by the living body.
  • the monitoring system S includes a detection device 10, a measurement device 20, and a monitoring device 30.
  • the detection device 10 is provided with a sensor that is carried by the user and outputs a detection signal that changes according to the state of the user.
  • the user carries the detection device 10 in a pocket of clothing such as a shirt, outerwear, underwear, pajamas, illness, and room clothes worn by the user and carries the user.
  • the detection device 10 may be carried on a user's clothing while being attached or worn.
  • the detection device 10 may be affixed or attached to the body surface of the user. Details of the detection device 10 will be described later.
  • the measuring device 20 measures the state of the user based on the detection result of the sensor included in the detecting device 10.
  • the measurement device 20 measures, for example, the user's movement, breathing, and heartbeat.
  • the measuring device 20 may be worn on the user's clothing or the like, and may be provided separately from the clothing instead.
  • the detection device 10 and the measurement device 20 are connected, for example, by wire or wirelessly. In the monitoring system S, for example, such a detecting device 10 and a measuring device 20 are provided for each user. Instead, the measuring device 20 may be provided for each of one or a plurality of users.
  • the monitoring system S for example, such a set of the detection device 10 and the measurement device 20 is provided for each user. Specifically, in the monitoring system S, a measurement result based on the detection device 10 and the measurement device 20 and information for identifying a user who uses the detection device 10 and the measurement device 20 are stored in association with each other.
  • the measurement device 20 transmits the measurement result to the monitoring device 30 via, for example, the network 12.
  • FIG. 1 shows an example in which a plurality of sets of the measurement device 20 and the detection device 10 communicate with the monitoring device 30 via the network 12. Note that the detection device 10 and the measurement device 20 may function as a measurement system that measures the state of the user.
  • the detection device 10 may transmit the measurement result to the monitoring device 30 via the network 12, for example.
  • the monitoring device 30 also functions as the measuring device 20.
  • the network 12 may be the Internet, and may be a local area network instead.
  • the monitoring device 30 is, for example, a computer such as a server.
  • the monitoring device 30 includes an acquisition unit 40, a storage unit 50, a detection unit 60, and a notification unit 70.
  • the acquisition unit 40 is connected to one or a plurality of measurement devices 20, respectively, and acquires each measurement result indicating the state of the user corresponding to the measurement device 20.
  • the acquisition unit 40 may be connected to the plurality of measurement devices 20 via the network 12, or may be directly connected to the plurality of measurement devices 20.
  • the storage unit 50 stores the acquired measurement results of the plurality of measurement devices 20.
  • the storage unit 50 may store intermediate data, calculation results, thresholds, parameters, and the like, which are generated (or used) by the monitoring system S during the operation. Further, the storage unit 50 may supply the stored data to a request source in response to a request from each unit in the monitoring system S.
  • the detecting unit 60 detects an abnormal state among the states of one or a plurality of users.
  • the detection unit 60 detects, for example, a user whose state of operation, breathing, heartbeat, or the like is abnormal among a plurality of users. In this case, the detecting unit 60 may detect the duration of the abnormal state of the user.
  • the detection unit 60 detects, for example, a user whose heart rate is less than a threshold value among a plurality of users. In this case, the detection unit 60 may detect the duration of the state in which the heartbeat of the user is less than the threshold.
  • the notifying unit 70 notifies the outside that the abnormal user has been detected in response to the detection unit 60 detecting the abnormal user.
  • the notification unit 70 displays, for example, on the display unit or the like, that the abnormality has been detected, for example, for the operator of the monitoring system S.
  • the notifying unit 70 may notify that the abnormality is detected by emitting a sound or the like.
  • the notification unit 70 may notify an external server or the like via the network 12 that the abnormality has been detected.
  • the notification unit 70 may notify the user himself that the abnormality has been detected. In this case, the notification unit 70 notifies, for example, a mobile terminal or the like owned by the user.
  • the monitoring system S measures the state of the user based on the detection result of the detection device 10 carried by the user, and thus does not require a large-scale measurement device or the like. Further, since the monitoring system S can monitor a plurality of users by using the network 12 or the like, it is possible to measure the status of the user regardless of the location of the user. The monitoring system S can monitor the status of a plurality of users including, for example, a user at home treatment. Next, the detection device 10 used by such a monitoring system S will be described.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the detection device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2A shows an example of a perspective view of the detection device 10.
  • FIG. 2B illustrates a configuration example of a cross section of the detection device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2B is an example of a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
  • the detection device 10 functions as a sensor that detects the state of the user.
  • the detection device 10 is a sheet-like device that detects the intensity of an electric field near the body of the user.
  • the detection device 10 includes a substrate 100.
  • the substrate 100 is, for example, a multilayer substrate to which electronic components and the like can be attached.
  • FIG. 2 shows an example in which the substrate 100 is a printed circuit board.
  • the substrate 100 may include a flexible base material.
  • the substrate 100 may be a flexible substrate or a cloth-like member made of fibers.
  • the substrate 100 includes a first electrode layer 111, a second electrode layer 112, a third electrode layer 113, a first insulating layer 121, a second insulating layer 122, a third insulating layer 123, a component layer 130, a power supply layer 140, and protection. It has a film 150.
  • the first electrode layer 111, the first insulating layer 121, the second electrode layer 112, the second insulating layer 122, the third electrode layer 113, the third insulating layer 123, the component layer 130, and the power supply layer 140 From the first surface toward the surface opposite to the first surface, the first electrode layer 111, the first insulating layer 121, the second electrode layer 112, the second insulating layer 122, the third electrode layer 113, the third insulating layer 123, a component layer 130, and a power supply layer 140 are arranged in this order.
  • the surface of the substrate 100 facing the + X direction is defined as a first surface.
  • a positive electrode 210 and a negative electrode 220 are provided on the first electrode layer 111.
  • the positive electrode 210 and the negative electrode 220 form an electrode pair E that generates an electric field.
  • the positive electrode 210 and the negative electrode 220 are stacked on the surface of the first insulating layer 121 facing the + X direction.
  • FIG. 2 illustrates an example in which the protective film 150 covers a part of the positive electrode 210, the negative electrode 220, and the first insulating layer 121 on the first surface side of the substrate 100. Further, the protective film 150 may be provided so as to cover the entire substrate 100. Instead, the positive electrode 210, the negative electrode 220, and a part of the first insulating layer 121 may be exposed.
  • the electrode pair E formed by the positive electrode 210 and the negative electrode 220 is an example of an electric element whose electric characteristics change in accordance with the movement of the user who carries the detection device 10.
  • the impedance near the electrode pair E changes according to the movement based on the state of the body such as the user's breathing or heartbeat.
  • the state of the electric field generated by the electrode pair E changes, and the potential difference between the electrodes constituting the electrode pair E changes.
  • the detection device 10 outputs a detection value indicating a change in the intensity of the electric field near the electrode pair E by detecting a change in impedance between the electrodes constituting the electrode pair E.
  • a guard electrode 230 is provided on the second electrode layer 112.
  • the guard electrode 230 is provided at a position farther from the first surface than the positive electrode 210 and the negative electrode 220, and faces at least one of the positive electrode 210 and the negative electrode 220 via an insulator.
  • the guard electrode 230 faces the positive electrode 210 and the negative electrode 220 with the first insulating layer 121 interposed therebetween.
  • the guard electrode 230 is stacked on the surface of the second insulating layer 122 facing the + X direction.
  • the guard electrode 230 has, for example, a positive electrode guard electrode 232 facing the positive electrode 210.
  • the positive electrode guard electrode 232 is formed in substantially the same shape as the positive electrode 210, for example.
  • the same potential as the potential applied to the positive electrode 210 is applied to the positive electrode guard electrode 232.
  • the guard electrode 230 has, for example, a negative electrode guard electrode 234 facing the negative electrode 220.
  • the negative electrode guard electrode 234 is formed in substantially the same shape as the negative electrode 220, for example.
  • the potential substantially equal to the potential applied to the negative electrode 220 is applied to the negative electrode guard electrode 234.
  • the third electrode layer 113 is provided with a reference electrode 240 serving as a reference potential.
  • the reference potential is, for example, a ground potential such as 0V.
  • the reference electrode 240 is stacked on the surface of the third insulating layer 123 facing the + X direction.
  • the reference electrode 240 is formed, for example, so as to cover a surface of the third insulating layer 123 in the + X direction.
  • the component layer 130 is provided with a circuit for generating an electric field from the electrode pair E, a semiconductor element for detecting a change in the electrical characteristics of the electrode pair E, and the like.
  • the component layer 130 is, for example, a member in which a circuit, an element, and the like are provided on an insulating material such as a substrate.
  • the component layer 130 is composed of one or more layers. Circuits and elements provided in the component layer 130 will be described later.
  • the power supply layer 140 supplies power to circuits, elements, and the like mounted on the detection device 10.
  • the power supply layer 140 preferably includes a chargeable thin film battery. In this case, it is more desirable that the battery be removable from the substrate 100.
  • FIG. 2 shows the component layer 130 and the power supply layer 140 as separate layers, the present invention is not limited to this.
  • the component layer 130 and the power supply layer 140 may be a common layer. The order in which the component layer 130 and the power supply layer 140 are stacked may be reversed.
  • the detection device 10 includes the substrate 100 having a multilayer structure, the positive electrode 210, the negative electrode 220, the guard electrode 230, the reference electrode 240 provided on the substrate 100, and the electrodes And a circuit and an element connected to the circuit.
  • the detecting device 10 outputs to the measuring device 20 a detected electric field intensity value indicating a value corresponding to the electric field intensity between the electrodes constituting the electrode pair E.
  • the electric field strength detection value is not limited to the electric field strength value itself, and may be any value that changes according to the electric field strength, such as an impedance value or a combination of a current value and a resistance value. Can be used.
  • the detection device 10 may output a signal processed or processed based on the intensity of the electric field to the measurement device 20. Circuits and elements provided in such a detection device 10 will be described below.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the semiconductor element 310 according to the present embodiment.
  • the semiconductor element 310 is an example of an integrated circuit provided on the component layer 130.
  • Semiconductor element 310 outputs a detected electric field strength value corresponding to the electric field strength between positive electrode 210 and negative electrode 220.
  • the semiconductor element 310 includes an electric field generation circuit 312, a voltage detection circuit 314, an A / D converter 316, a potential adjustment circuit 318, and a first communication unit 320.
  • the electric field generating circuit 312 supplies a current or a voltage between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 to generate an electric field from one first surface of the substrate 100.
  • the electric field generating circuit 312 generates an electric field between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 by supplying a weak current to the positive electrode 210, for example.
  • a magnetic field line magnetic field
  • an electric current corresponding to the generated magnetic field line is generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220, and an electric current corresponding to the generated magnetic field line is generated. Further force lines (electric fields) are generated.
  • the electric field generation circuit 312 supplies a current or a voltage between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 to generate an electric field and a displacement current in the space.
  • the electric field generation circuit 312 determines a timing for supplying a weak current and a current value based on, for example, a control signal or the like received from the outside.
  • the voltage detection circuit 314 detects a potential difference between the positive electrode 210 and the negative electrode 220.
  • the voltage detection circuit 314 detects, for example, a change in the potential difference between the electrode pair E while the electric field generation circuit 312 supplies a substantially constant current to the electrode pair E.
  • the potential difference between the electrode pair E has a magnitude corresponding to a change in impedance near the electrode pair E. For example, the greater the impedance, the greater the potential difference.
  • the voltage detection circuit 314 supplies a signal of a voltage corresponding to a potential difference between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 to the A / D converter 316.
  • the A / D converter 316 converts an analog signal received from the voltage detection circuit 314 into a digital signal. That is, the A / D converter 316 generates digital data corresponding to the voltage value of the signal output by the voltage detection circuit 314. The A / D converter 316 supplies the generated digital signal to the first communication unit 320.
  • the potential adjustment circuit 318 makes the potential of the electrode corresponding to the guard electrode 230 of the positive electrode 210 and the negative electrode 220 equal to the potential of the guard electrode 230.
  • the potential adjustment circuit 318 sets the positive electrode 210 and the positive electrode guard electrode 232 to the same potential while maintaining insulation, for example.
  • the potential adjustment circuit 318 sets the negative electrode 220 and the negative electrode guard electrode 234 to the same potential while maintaining insulation, for example.
  • the first communication unit 320 generates a transmission signal based on the detected electric field intensity output from the semiconductor element 310 based on the digital signal received from the A / D converter 316, and supplies the transmission signal to the outside of the substrate 100.
  • the first communication unit 320 can communicate with the outside by wireless or wired.
  • the first communication unit 320 communicates with the measurement device 20 via a wireless channel such as Bluetooth (registered trademark), for example.
  • the first communication unit 320 receives a control signal transmitted from the outside and supplies the control signal to the inside of the substrate 100.
  • the first communication unit 320 receives, for example, a control signal according to the communication method predetermined as described above from the measurement device 20 and supplies the control signal to the electric field generation circuit 312.
  • the above semiconductor elements 310 operate by power supply from the power supply layer 140.
  • the power supply layer 140 supplies power to, for example, the electric field generation circuit 312, the voltage detection circuit 314, the A / D converter 316, the potential adjustment circuit 318, and the first communication unit 320.
  • FIG. 3 shows an example of one semiconductor element 310 provided in the component layer 130, the present invention is not limited to this.
  • One or more members of the electric field generation circuit 312, the voltage detection circuit 314, the A / D converter 316, the potential adjustment circuit 318, and the first communication unit 320 are formed as different semiconductor elements, respectively, and are formed on the component layer 130. May be implemented. The electric field radiated to the user by the semiconductor element 310 will be described below.
  • FIG. 4 shows an example of an intensity distribution of an electric field generated around the positive electrode 210 and the negative electrode 220 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows an example of the electrode pair E in which the positive electrode 210 and the negative electrode 220 are arranged in parallel.
  • the electric field strength in the dark color region is larger than the electric field strength in the light color region. It can be seen that a strong electric field region is generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 by the electric field generating circuit 312 supplying a weak current to the positive electrode 210.
  • the user's chest is displaced by the user's breathing and heartbeat.
  • the magnitude of the current flowing through the body changes in synchronization with the impedance change of the blood flow due to the heartbeat or the impedance change of the lung due to the respiration.
  • an electric field generated from the positive electrode 210 and the negative electrode 220 is supplied to an area where such a change occurs, a voltage is generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 in accordance with the user's respiration and heartbeat.
  • the intensity level of the applied electric field changes.
  • the potential difference between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 changes.
  • the measuring device 20 can specify the state of the user's breathing and heartbeat based on the change in the potential difference between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 detected by the voltage detection circuit 314.
  • the monitoring device 30 can monitor whether or not an abnormality has occurred, according to the state of the specified user.
  • the first surface of the detection device 10 is arranged so as to face the user so that the electric field generated from the positive electrode 210 and the negative electrode 220 reaches at least a part of the body of the user.
  • the detection device 10 By arranging the detection device 10 at a position where an electric field can be generated in an area where impedance or the like changes according to the state of the user, for example, the chest of the user, the monitoring system S easily monitors the state of the user. be able to.
  • the detection device 10 is formed as the substrate 100 having a plurality of layer structures, as described with reference to FIG.
  • a layer structure can be formed, for example, in a plate shape having a thickness of about several mm or less.
  • the size of the substrate 100 can be formed, for example, to a card size that can be accommodated in a user's breast pocket or the like. Therefore, the monitoring system S can monitor the state of the user only by the user putting the detection device 10 in a pocket of clothes or the like and carrying it.
  • the detection device 10 be arranged so that the user's body is located on the + X direction side of the positive electrode 210 and the negative electrode 220. Further, as shown in FIG. 4, the electric field generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 is also generated in the ⁇ X direction. Such an electric field directed in the ⁇ X direction cannot be used as an electric field for detecting the state of the user. Further, an electric field directed in the ⁇ X direction may affect circuits, elements, and the like provided on the + X direction side of the positive electrode 210 and the negative electrode 220 as noise.
  • the detection device 10 is provided with a guard electrode 230 corresponding to the positive electrode 210 and / or the negative electrode 220 to reduce such an electric field directed in the ⁇ X direction. Further, the detection device 10 is further provided with a third electrode layer 113 serving as a reference potential on the ⁇ X direction side of the guard electrode 230. Thereby, in the component layer 130 provided on the ⁇ X direction side of the third electrode layer 113, the electric field generated by the electrode pair E can be reduced.
  • the detection device 10 is provided with one electrode pair E including the positive electrode 210 and the negative electrode 220, but the present invention is not limited to this.
  • the detection device 10 may be provided with a plurality of electrode pairs E.
  • the component layer 130 may be provided with a plurality of semiconductor elements 310 corresponding to the plurality of electrode pairs E.
  • each of the semiconductor elements 310 is provided at a position closer to the electrode pair E corresponding to itself than the electrode pair E corresponding to another semiconductor element 310. It is desirable. Further, it is desirable that the plurality of distances between each of the plurality of semiconductor elements 310 and the electrode pair E corresponding to each of the plurality of semiconductor elements 310 be the same. That is, in a plurality of sets of the semiconductor element 310 and the electrode pair E, the distance between the semiconductor element 310 and the electrode pair E (the set of the positive electrode 210 and the negative electrode 220) corresponding to the semiconductor element 310 is constant. The distance is, for example, a distance between the center position of the semiconductor element 310 and an intermediate position between the center position of the positive electrode 210 and the center position of the negative electrode 220 included in the electrode pair E.
  • the detection device 10 can detect a change in the electric field on the substrate 100 with high accuracy regardless of the position.
  • Each of the plurality of semiconductor elements 310 transmits, for example, digital data indicating the detected electric field strength value from the common first communication unit 320 to the measurement device 20.
  • Each of the plurality of semiconductor elements 310 transmits digital data including the electric field strength detection value to the measurement device 20 at a timing when the semiconductor device 310 receives a command in which its own address is specified from the measurement device 20, for example.
  • the plurality of semiconductor elements 310 measure the potential difference between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 at the same timing, for example, based on a control signal input from the measurement device 20. Each of the plurality of semiconductor elements 310 temporarily holds the electric field strength detection value indicating the measured potential difference until the timing at which the semiconductor element 310 itself transmits the electric field strength detection value. The digital data including the intensity detection value is transmitted to the measuring device 20.
  • the user may carry the plurality of detection devices 10 at different body positions.
  • the measuring device 20 can simultaneously specify the user's body state near a plurality of different positions at each measurement timing. Next, such a measuring device 20 will be described.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the measuring device 20 according to the present embodiment.
  • the measuring device 20 measures a state of a living body such as a user based on a signal transmitted by the first communication unit 320 of the detecting device 10.
  • the measurement device 20 includes a second communication unit 410, a control unit 420, a storage unit 430, an estimation unit 440, a prediction unit 450, and an output unit 460.
  • the second communication unit 410 transmits and receives signals to and from the detection device 10.
  • the second communication unit 410 receives, for example, a signal based on the detected electric field strength value transmitted by the first communication unit 320.
  • the second communication unit 410 notifies the control unit 420 of digital data received from one or more first communication units 320, for example.
  • the second communication unit 410 may notify the control unit 420 of the digital data received from the first communication unit 320 in association with the identification information for identifying the semiconductor element 310.
  • the second communication unit 410 transmits a signal for controlling the detection device 10 to the first communication unit 320.
  • the second communication unit 410 may further transmit and receive signals to and from the monitoring device 30.
  • the second communication unit 410 transmits, for example, the measurement result of the measurement device 20 to the monitoring device 30.
  • the second communication unit 410 may receive a signal for controlling the detection device 10 from the monitoring device 30.
  • the second communication unit 410 communicates with the detection device 10 and the monitoring device 30 by wire and / or wirelessly.
  • the second communication unit 410 transmits and receives data via, for example, a wireless LAN such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), or mobile communication.
  • the second communication unit 410 may exchange information from an external database or the like.
  • the control unit 420 causes the storage unit 430 to store the digital data received by the second communication unit 410.
  • the control unit 420 controls operation timing and the like in the measuring device 20.
  • the control unit 420 controls the communication timing of the second communication unit 410.
  • the control unit 420 controls the measurement timing of the measurement device 20, the transmission timing of the measurement result, and the like.
  • the control unit 420 includes, for example, a CPU and the like.
  • the storage unit 430 stores the digital data received by the second communication unit 410.
  • the storage unit 430 may store intermediate data, calculation results, threshold values, parameters, and the like, which are generated (or used) by the measuring device 20 in the course of operation. Further, the storage unit 430 may supply the stored data to a request source in response to a request from each unit in the measurement device 20.
  • the storage unit 430 has, for example, a ROM and a RAM. For example, when the control unit 420 executes a program or the like, the storage unit 430 also stores the program.
  • the estimation unit 440 estimates at least one of the user's movement, heart rate, and blood pressure based on the reception signal received by the second communication unit 410.
  • the estimating unit 440 calculates, for example, a temporal change in impedance from a change in the electric field strength, and estimates the state of the user according to the temporal change in the impedance. In this case, the estimation unit 440 estimates the state of the user according to the variation period and / or the variation width of the impedance.
  • the estimating unit 440 may estimate the state of the user by comparing a previously measured correspondence between the state of the user and the change in impedance and the temporal change in impedance. In this case, it is desirable that the storage unit 430 previously stores the correspondence between the state of the user and the change in impedance.
  • the estimating unit 440 estimates the state of the user, such as a change in the body and / or lungs due to respiration, a change in the body due to a heartbeat, and a change in blood flow due to a heartbeat, corresponding to the change in impedance.
  • the estimating unit 440 estimates the state of the user based on an instruction from the control unit 420, for example.
  • the prediction unit 450 predicts the future state of the user based on the estimation result of the estimation unit 440.
  • the prediction unit 450 may determine whether or not the user is sleeping, whether or not the user has transitioned to a sleep state, and whether or not to wake up from sleep, based on the estimation result of the user's breathing, heartbeat, and / or blood flow, for example. It predicts whether or not the state has shifted to Further, the prediction unit 450 predicts whether or not the user is in a sleep apnea state, whether or not the user has shifted to an apnea state, and whether or not the user has shifted from an apnea state to a respiratory state. Is also good.
  • the prediction unit 450 may predict the user's health condition, future health condition, and the like based on the result of the periodic estimation of the user's condition by the estimation unit 440.
  • the prediction unit 450 may predict the state of the user based on externally or internally stored statistical information.
  • the prediction unit 450 predicts the state of the user based on an instruction from the control unit 420, for example.
  • the output unit 460 outputs the estimation result of the estimation unit 440 and / or the prediction result of the prediction unit 450.
  • the output unit 460 may display the estimation result and the prediction result on a display device such as a display, for example.
  • the output unit 460 may cause the storage unit 430 to store the estimation result and the prediction result.
  • the output unit 460 outputs an estimation result and a prediction result based on an instruction from the control unit 420, for example.
  • the measuring device 20 is desirably formed of an integrated circuit or the like. More preferably, the measuring device 20 is configured as a mobile portable device equipped with a battery or the like. Thus, the measuring device 20 can be easily held in the user's pocket, belt, bag, or the like. In this case, the user can carry the detection device 10 and the measurement device 20.
  • the measuring device 20 may be configured as a part of a terminal carried by the user.
  • the terminal is a communicable device such as a mobile phone, a smartphone, a game device, a tablet PC, a small PC, and a notebook PC.
  • the measuring device 20 is a portable device such as a mobile phone with at least one surface facing the user's body, the detecting device 10 and the measuring device 20 may be formed as an integrated device.
  • the measuring device 20 may function as the monitoring device 30.
  • the measuring device 20 and the monitoring device 30 are formed as an integrated device.
  • the detection device 10, the measurement device 20, and the monitoring device 30 may be formed as an integrated device.
  • the guard electrode 230 of the detection device 10 Since the guard electrode 230 of the detection device 10 has substantially the same potential as the corresponding electrode of the electrode pair E, the electric field generated by the electrode pair E leaks from the surface of the substrate 100 opposite to the first surface. Reduce the electric field. As a result, the detection device 10 reduces the leakage of the electric field to the surface opposite to the first surface while efficiently outputting the electric field to the user from the first surface side, thereby reducing the generation of noise and the like. it can. Therefore, even if the detection device 10 is formed integrally with the measurement device 20, for example, it is possible to prevent generation of noise that affects the measurement device 20.
  • the monitoring system S can form the detection device 10 in a small size, so that the user carries the first surface of the detection device 10 with the first surface facing the user's body. The state of the user can be easily detected.
  • the positive electrode 210 and the negative electrode 220 provided in such a detection device 10 will be described.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the positive electrode 210 and the negative electrode 220 according to the present embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view of the positive electrode 210 and the negative electrode 220
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB '.
  • the positive electrode 210 shown in FIG. 6 has a square outline, and has a square void area capable of accommodating the negative electrode 220 inside, but the contour shape of the positive electrode 210 and the shape of the internal void area are arbitrary. .
  • FIG. 7 shows an example of a current density distribution generated around the positive electrode 210 and the negative electrode 220 according to the present embodiment.
  • the current density distribution is proportional to the intensity distribution of the electric field generated around the positive electrode 210 and the negative electrode 220.
  • the current density in the dark color region is larger than the current density in the light color region. It can be seen that a strong electric field region is generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 by the electric field generating unit 131 supplying a weak current to the positive electrode 210.
  • the positional relationship between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 may be reversed, that is, the negative electrode 220 may be configured to surround the positive electrode 210.
  • FIG. 8 shows a state in which the impedance between the positive electrode 210 and the negative electrode 220 changes when the positive electrode 210 and the negative electrode 220 shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a state in which the positive electrode 210 and the negative electrode 220 are adhered to clothes on the part of the chest of a person and a weak current having a frequency of 1 MHz is applied to the positive electrode 210.
  • the example which measured the potential difference between them is shown.
  • the result of calculating the impedance based on the magnitude (current value) of the weak current flowing through the positive electrode 210 and the negative electrode 220 and the measured potential difference is shown.
  • the contour shape of the positive electrode 210 used was a square having a side of 40 mm.
  • FIG. 8 shows a change in impedance synchronized with the heartbeat (a in FIG. 8) and a change in impedance synchronized with respiration (b in FIG. 8). It can also be confirmed that the amount of change in impedance is large when taking a deep breath (c in FIG. 8), and that the amount of change in impedance is small while breathing is stopped (d in FIG. 8).
  • the electrode pair E an example in which the electrode pair E is formed in a shape as illustrated in FIG. 6 has been described, but is not limited thereto.
  • the electrode pair E may be formed in any shape as long as an electric field can be applied to the body of the user.
  • FIG. 9 shows a configuration of a first modification of the electrode pair E according to the present embodiment.
  • FIG. 9A is a plan view of the positive electrode 211 and the negative electrode 220 according to the first modification
  • FIG. 9B is a view of the positive electrode 211 and the negative electrode 220 from the direction of C. .
  • the positive electrode 211 surrounds the negative electrode 220 in a region other than the position where the wiring 311 connecting the negative electrode 220 and the semiconductor element 310 is provided.
  • the positive electrode 211 is not provided at the position where the wiring 311 is provided, and the wiring 311 does not overlap with the positive electrode 211.
  • the detection device 10 can suppress the loss of energy, so that the measurement accuracy of the potential difference between the positive electrode 211 and the negative electrode 220 is improved. Can be done.
  • FIG. 10 shows a configuration of a second modification of the electrode pair E according to the present embodiment.
  • FIG. 10A is a plan view of a positive electrode 212 and a negative electrode 220 according to the second modification
  • FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line DD ′.
  • the shape of the positive electrode 212 is square, and the negative electrode 220 is provided above the positive electrode 212 with the insulating member 222 interposed therebetween. With such a configuration, an electric field equivalent to that of the positive electrode 210 and the negative electrode 220 shown in FIG. 6 can be generated.
  • FIG. 11 shows a configuration example of the guard electrode 230 and the potential adjustment circuit 318 according to the present embodiment.
  • FIG. 11A shows an example in which a positive electrode guard electrode 232 is provided on a surface of the first insulating layer 121 opposite to the positive electrode 210 formed on the first surface side.
  • the positive electrode guard electrode 232 is connected to a potential adjustment circuit 318 having an operational amplifier.
  • the potential adjusting circuit 318 in the example shown in FIG. 11A is a voltage follower. Since the positive electrode 210 is connected to the positive input terminal of the operational amplifier and the positive guard electrode 232 is connected to the output terminal of the operational amplifier, the potential of the positive guard electrode 232 is equal to the potential of the positive electrode 210. . Although not shown in FIG. 11A, the potential adjustment circuit 318 may further include a circuit for making the potential of the negative electrode 220 equal to the potential of the negative electrode guard electrode 234 by a similar circuit configuration.
  • FIG. 11B shows an example in which a positive electrode guard electrode 232 and a negative electrode guard electrode 234 facing the positive electrode 210 and the negative electrode 220 shown in FIG. 6, respectively, are provided.
  • FIG. 11C shows an example in which a positive electrode guard electrode 232 and a negative electrode guard electrode 234 facing the positive electrode 212 and the negative electrode 220 shown in FIG. 10 are provided.
  • a negative electrode guard electrode 234 is provided between the positive electrode 212 and the negative electrode 220 via an insulator 222a and an insulator 222b.
  • the detection device 10 includes a potential adjustment circuit 318 for making the potential of the positive electrode guard electrode 232 equal to the potential of the positive electrode 210, and the detection device 10 of the negative electrode guard electrode 234. There is further provided a potential adjusting circuit 318 for making the potential equal to the potential of the negative electrode 220. Since the guard electrode 230 and the potential adjusting circuit 318 are provided in the detection device 10 in this manner, the electric field generated by the current flowing through the positive electrode 210 and the negative electrode 220 does not leak to the opposite side of the substrate 100. The electric field strength on the first surface side of the substrate 100 where the positive electrode 210 and the negative electrode 220 are formed increases. As a result, the monitoring system S can improve the detection accuracy of the amount of displacement of the sexual body.
  • the shape of the electrode is not limited to a square or a rectangle, but may be a circle, an ellipse, or a polygon other than a square and a rectangle.
  • the detection device 10 may further include a shield layer (ground potential layer) on at least one of the back surfaces of the positive electrode 210, the negative electrode 220, and the guard electrode 230.
  • the detection device 10 includes the guard electrode 230 and can reduce noise that affects circuits and elements provided in the component layer 130. Therefore, even when another type of sensor or the like is further mounted on the component layer 130, the component layer 130 can be operated without deteriorating the detection accuracy of the sensor due to noise or the like.
  • a temperature sensor may be further provided on the substrate 100 as an example of another type of sensor.
  • the first communication unit 320 transmits a signal based on the detection result of the temperature sensor and the electric field strength detection value to the measurement device 20.
  • the substrate 100 may be provided with a plurality of temperature sensors.
  • a plurality of temperature sensors are individually arranged in a trunk direction and an extracorporeal direction of a user via a heat insulating material, respectively, and are provided so as to be able to detect a difference between an outside air temperature and a body temperature.
  • the prediction unit 450 can further predict the fluctuation of the user's body temperature based on the successive detection results of the temperature sensor.
  • the prediction unit 450 may predict the state of balance between salt and water in the body based on a temporal change such as the body temperature of the user. Thereby, the monitoring system S can prevent the user from falling into heat stroke or the like, for example.
  • the detection device 10 is equipped with another type of sensor, and can transmit various detection results to the measurement device 20.
  • the substrate 100 may further include a mounting unit that mounts at least one of an acceleration sensor, a gyro sensor, a six-axis sensor, and the like at a position farther from the first surface than the third electrode layer 113.
  • the mounting unit is equipped with a sensor for detecting absolute position information, such as a GPS sensor and a Wi-Fi module, in addition to or instead of the sensor for detecting such relative movement / position variation. Is also good.
  • the mounting section may mount a magnetic sensor or the like that detects a change in the intensity of the displacement current generated in the detection space as the intensity of the magnetic field.
  • the mounting portion may be provided on the component layer 130, or may be provided on the surface of the substrate 100 opposite to the first surface instead.
  • a magnetic sensor may be used instead of the voltage detection circuit 314.
  • the semiconductor element 310 outputs a magnetic field strength detection value that detects a change in magnetic field strength corresponding to a change in electric field strength between the positive electrode 210 and the negative electrode 220.
  • a magnetic field corresponding to the displacement current is generated between the positive electrode 210 and the negative electrode 220, and an electric field corresponding to the generated magnetic field is generated. Occurs further. Then, generation of a magnetic field and generation of an electric field are repeated in a direction away from the first surface of the substrate 100, and a radio wave propagates.
  • the magnetic sensor detects a change in the magnetic field strength corresponding to such a change in the electric field strength.
  • the magnetic sensor is, for example, a high-sensitivity magnetic sensor capable of detecting a weak magnetic field of a unit such as ⁇ T (micro Tesla), nT (nano Tesla), pT (pico Tesla), and fT (femto Tesla).
  • the sensitivity becomes about 1 / r, so that the change in the impedance can be detected efficiently.
  • the detection device 10 can be formed small. Therefore, one or a plurality of detection devices 10 may be mounted on clothes worn by the user. Then, the measurement device 20 communicates with one or more detection devices 10 to measure the state of the user. In this case, it is desirable that the detection device 10 is formed in a card type.
  • the detection device 10 may be formed integrally with another type of card.
  • the detection device 10 is formed integrally with a card used for a purpose different from the purpose of detecting the state of the user, such as an ID card, a prepaid card, a credit card, a point card, a commuter pass, a consultation ticket, and the like. Accordingly, the user can easily carry the detection device 10 and, for example, can easily perform continuous measurement for a long time.
  • the monitoring system S described above can detect the state of the user even if the user is at home or goes out of home and moves by train, car, or the like, because the detection device 10 can be carried by the user. be able to.
  • the detection device 10 may be mounted on a jig or the like that is mounted on the user.
  • FIG. 12 shows a modification of the monitoring system S according to the present embodiment.
  • one or a plurality of detection devices 10 are mounted on a seat belt 500 mounted on a seat.
  • the measuring device 20 communicates with one or more detecting devices 10 to measure the state of the user sitting on the seat and fastening the seat belt.
  • the plurality of detection devices 10 can be easily brought into close contact with the body of the user, it is possible to accurately detect a change in impedance at a plurality of locations and improve the measurement accuracy of the measurement device 20. it can.
  • the measuring device 20 is provided, for example, inside a car provided with the seat belt 500.
  • the monitoring device 30 is provided, for example, outside the vehicle.
  • Such a monitoring system S can easily monitor the state of the user traveling in the car from a remote place.
  • the present invention has been described using the embodiment.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. is there.
  • the specific embodiment of the distribution / integration of the apparatus is not limited to the above-described embodiment, and all or a part of the apparatus may be functionally or physically distributed / integrated in an arbitrary unit. Can be.
  • new embodiments that are generated by arbitrary combinations of the plurality of embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effect of the new embodiment caused by the combination has the effect of the original embodiment.

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Abstract

基板と、基板に設けられている、正電極および負電極と、正電極および負電極の間に電流または電圧を供給して、基板の一方の第１面から電界を発生させる電界発生回路と、正電極および負電極よりも第１面から遠い位置に設けられており、正電極および負電極の少なくとも一方に対して、絶縁物を介して対向しているガード電極と、正電極および負電極のうちガード電極に対応する電極に印加された電位と、ガード電極の電位とを同電位にする電位調整回路と、正電極および負電極の間の電界強度に対応する電界強度検出値を出力する半導体素子とを備える、検出装置、測定システム、監視システム、およびプログラムを提供する。

Description

検出装置、測定システム、監視システム、およびプログラム
　本発明は、生体の状態を検出するための検出装置、測定システム、監視システム、およびプログラムに関する。
　従来、体表面上に貼付した電極対から微弱電流を流すとともに、体表面上に生じた電位差から、生体内の導電率分布または導電率変化の分布を画像化する技術が知られている。特許文献１には、電気インピーダンストモグラフィ（以下、ＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography））の技術をシートベルトに適用することにより、自動車の運転手の状態を監視することができる運転手監視装置が開示されている。
特開２０１７－１３６３０４号公報
　従来の技術においては、各電極が、シートベルトの端部付近に設けられた測定回路に接続されており、運転手監視装置と電極との間で送受信する電気信号を測定回路が中継していた。このように、運転手がシートベルトを装着することにより、当該シートベルトに設けられている電極対が運転手の体表面に接触し、当該運転手の状態が測定可能となっていた。このように、生体の状態を検出するためには、シートベルト等を装着しなければならなかった。
　そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、生体の状態を簡便に検出できるようにすることを目的とする。
　本発明の第１の態様は、基板と、前記基板に設けられている、正電極および負電極と、前記正電極および前記負電極の間に電流または電圧を供給して、前記基板の一方の第１面から電界を発生させる電界発生回路と、前記正電極および前記負電極よりも前記第１面から遠い位置に設けられており、前記正電極および前記負電極の少なくとも一方に対して、絶縁物を介して対向しているガード電極と、前記正電極および前記負電極のうち前記ガード電極に対応する電極に印加された電位と、前記ガード電極の電位とを同電位にする電位調整回路と、前記正電極および前記負電極の間の電界強度に対応する電界強度検出値を出力する半導体素子とを備える、検出装置を提供する。
　前記ガード電極は、前記正電極に対向する正極ガード電極と、前記負電極に対向する負極ガード電極とを有してもよい。
　前記基板は、前記正電極および前記負電極が設けられている第１電極層と、前記ガード電極が設けられている第２電極層と、基準電位となる基準電極が設けられている第３電極層とを有し、前記第１電極層、前記第２電極層、および前記第３電極層は、前記基板の前記第１面から前記第１面とは反対側の面に向けて、前記第１電極層、前記第２電極層、および前記第３電極層の順に配置されていてもよい。
　前記基板は、前記第３電極層よりも前記第１面から遠い位置に、加速度センサ、ジャイロセンサ、および６軸センサのうち少なくも１つを搭載する搭載部を更に備えてもよい。
　前記電界発生回路、前記電位調整回路、および前記半導体素子に電源を供給する電源層を更に備えてもよい。前記半導体素子が出力する前記電界強度検出値に基づく信号を生成し、前記基板の外部に供給する第１通信部を更に備えてもよい。
　本発明の第２の態様は、前記正電極および前記負電極から発生された電界が、生体の少なくとも一部に届くように配置されている、第１の態様の前記検出装置と、前記検出装置の検出結果に基づき、前記生体の状態を測定する測定装置とを備える、測定システムを提供する。
　前記測定装置は、前記検出装置と通信して、前記電界強度検出値に基づく信号を受信する第２通信部と、受信した受信信号に基づき、前記生体の動き、心拍、および血圧のうち少なくとも１つを推定する推定部とを備えてもよい。
　前記測定装置は、前記推定部の推定結果に基づき、前記生体の将来の状態を予測する予測部を更に備えてもよい。
　前記基板には、温度センサが更に設けられており、前記検出装置は、前記温度センサの検出結果と前記電界強度検出値とに基づく信号を送信し、前記予測部は、前記温度センサの継時的な検出結果に基づき、前記生体の体温の変動、前記生体の内部の塩分および水分のバランス状態のうち、少なくとも１つを予測してもよい。
　座席に搭載されたシートベルトを更に備え、前記検出装置は、前記シートベルトに装着され、前記測定装置は、１または複数の前記検出装置と通信して、前記座席に着座して前記シートベルトを締めている前記生体の状態を測定してもよい。
　１または複数の前記検出装置は、前記生体が着用している衣服に装着され、前記測定装置は、１または複数の前記検出装置と通信して、前記生体の状態を測定してもよい。
　本発明の第３の態様は、第２の態様の前記測定システムと、前記測定装置にそれぞれ接続され、前記生体の状態を示す測定結果を取得する取得部と、前記生体の状態のうち、異常な状態を検知する検知部とを備える、監視システムを提供する。
　本発明の第４の態様は、コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを第３の態様の前記監視システムの少なくとも一部として機能させる、プログラムを提供する。
　本発明によれば、生体の状態を簡便に検出できるという効果を奏する。
本実施形態に係る監視システムＳの概要を説明するための図である。 本実施形態に係る検出装置１０の構成例を示す。 本実施形態に係る半導体素子３１０の構成例を示す。 本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の周辺に生じる電界の強度分布の一例を示す。 本実施形態に係る測定装置２０の構成例を示す。 本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の構成例を示す。 本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の周辺に生じる電流密度分布の一例を示す。 図６に示した正電極２１０および負電極２２０を人の胸に装着した状態での正電極２１０と負電極２２０との間のインピーダンスが変化する様子を示す。 本実施形態に係る電極対Ｅの第１変形例の構成を示す。 本実施形態に係る電極対Ｅの第２変形例の構成を示す。 本実施形態に係るガード電極２３０および電位調整回路３１８の構成例を示す。 本実施形態に係る監視システムＳの変形例を示す。
［監視システムＳの概要］
　図１は、本実施形態に係る監視システムＳの概要を説明するための図である。監視システムＳは、生体が携帯している検出装置１０が送信する検出信号に基づき、当該生体の動作等を監視する。本実施形態において、生体が人体である例を説明する。監視システムＳは、検出装置１０と、測定装置２０と、監視装置３０とを備える。
　検出装置１０は、ユーザに携帯され、ユーザの状態に応じて変化する検出信号を出力するセンサが設けられている。例えば、ユーザは、当該ユーザが着用しているシャツ、上着、下着、パジャマ、病衣、部屋着等の被服のポケット等に検出装置１０を入れて携帯する。また、検出装置１０は、ユーザの被服に貼付または装着されて携帯されてもよい。検出装置１０は、ユーザの体表面に貼付または装着されてもよい。検出装置１０の詳細については、後述する。
　測定装置２０は、検出装置１０が有するセンサの検出結果に基づき、ユーザの状態を測定する。測定装置２０は、例えば、ユーザの動作、呼吸、および心拍等の状態を測定する。測定装置２０は、ユーザの被服等に装着されていてよく、これに代えて、被服とは別個に設けられていてもよい。検出装置１０および測定装置２０は、例えば、有線または無線で接続されている。監視システムＳにおいて、例えば、このような検出装置１０および測定装置２０がユーザ毎に設けられている。これに代えて、測定装置２０は、１または複数のユーザ毎に設けられていてもよい。
　監視システムＳにおいて、例えば、このような検出装置１０および測定装置２０の組がユーザ毎に設けられている。具体的には、監視システムＳにおいては、検出装置１０および測定装置２０に基づく測定結果と、当該検出装置１０および測定装置２０を用いるユーザを識別する情報とが関連付けて記憶されている。測定装置２０は、例えばネットワーク１２を介して、測定した結果を監視装置３０に送信する。図１は、測定装置２０および検出装置１０の複数の組が、ネットワーク１２を介して監視装置３０と通信する例を示す。なお、検出装置１０および測定装置２０は、ユーザの状態を測定する測定システムとして機能してもよい。
　これに代えて、検出装置１０は、例えば、ネットワーク１２を介して、測定した結果を監視装置３０に送信してもよい。この場合、監視装置３０は、測定装置２０としても機能する。なお、ネットワーク１２は、インターネットでよく、これに代えて、ローカルエリアネットワークでもよい。
　監視装置３０は、例えば、サーバ等のコンピュータである。監視装置３０は、取得部４０と、記憶部５０と、検知部６０と、通知部７０とを有する。取得部４０は、１または複数の測定装置２０にそれぞれ接続され、測定装置２０に対応するユーザの状態を示す測定結果それぞれを取得する。取得部４０は、ネットワーク１２を介して複数の測定装置２０と接続されていてもよく、複数の測定装置２０と直接接続されていてもよい。
　記憶部５０は、取得した複数の測定装置２０の測定結果を記憶する。また、記憶部５０は、監視システムＳが動作の過程で生成する（または利用する）中間データ、算出結果、閾値、およびパラメータ等をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部５０は、監視システムＳ内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。
　検知部６０は、１または複数のユーザの状態のうち、異常な状態を検知する。検知部６０は、例えば、複数のユーザのうち、動作、呼吸、および心拍等の状態が異常となっているユーザを検知する。この場合、検知部６０は、当該ユーザが異常となっている状態の継続時間等を検知してもよい。検知部６０は、例えば、複数のユーザのうち心拍が閾値未満となっているユーザを検知する。この場合、検知部６０は、当該ユーザの心拍が閾値未満となっている状態の継続時間等を検知してもよい。
　通知部７０は、検知部６０が異常な状態のユーザを検知したことに応じて、異常なユーザを検知したことを外部に通知する。通知部７０は、例えば、監視システムＳのオペレータ等に対して、異常が検知されたことを表示部等に表示する。通知部７０は、音声等を発して異常を検知したことを通知してもよい。また、通知部７０は、ネットワーク１２を介して、外部のサーバ等に異常を検知したことを通知してもよい。通知部７０は、ユーザ本人に対しても、異常を検知したことを通知してもよい。この場合、通知部７０は、例えば、ユーザが所有している携帯端末等に通知する。
　以上のように、本実施形態に係る監視システムＳは、ユーザが携帯する検出装置１０の検出結果に基づいて、ユーザの状態を測定するので、大規模な測定装置等を必要としない。また、監視システムＳは、ネットワーク１２等を用いて複数のユーザを監視することができるので、ユーザの所在地とは無関係にユーザの状態を測定することができる。監視システムＳは、例えば、自宅療養中のユーザ等を含めた複数のユーザの状態を監視できる。このような監視システムＳが用いる検出装置１０について次に説明する。
［検出装置１０の構成例］
　図２は、本実施形態に係る検出装置１０の構成例を示す。図２（ａ）は、検出装置１０の斜視図の一例を示す。図２（ｂ）は、本実施形態に係る検出装置１０の断面の構成例を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ－Ａ’線断面図の一例である。
　検出装置１０は、ユーザの状態を検出するセンサとして機能する。検出装置１０は、ユーザの身体付近の電界の強度を検出するシート状のデバイスである。検出装置１０は、基板１００を備えている。基板１００は、例えば、電子部品等を取り付け可能な多層基板である。図２は、基板１００がプリント基板である例を示す。また、基板１００は、可撓性を有する基材を有してもよい。この場合、基板１００は、フレキシブル基板または繊維により構成された布状の部材であってもよい。基板１００は、第１電極層１１１、第２電極層１１２、第３電極層１１３、第１絶縁層１２１、第２絶縁層１２２、第３絶縁層１２３、部品層１３０、電源層１４０、および保護膜１５０を有する。
　第１電極層１１１、第１絶縁層１２１、第２電極層１１２、第２絶縁層１２２、第３電極層１１３、第３絶縁層１２３、部品層１３０、および電源層１４０は、基板１００の第１面から第１面とは反対側の面に向けて、第１電極層１１１、第１絶縁層１２１、第２電極層１１２、第２絶縁層１２２、第３電極層１１３、第３絶縁層１２３、部品層１３０、および電源層１４０の順に配置されている。なお、図２において、基板１００の＋Ｘ方向を向く面を第１面とする。
　第１電極層１１１には、正電極２１０および負電極２２０が設けられている。正電極２１０および負電極２２０は、電界を発生する電極対Ｅを構成する。正電極２１０および負電極２２０は、第１絶縁層１２１の＋Ｘ方向を向く面に積層されている。図２は、基板１００の第１面側において、正電極２１０、負電極２２０、および第１絶縁層１２１の一部を保護膜１５０が覆う例を示す。また、保護膜１５０は、基板１００全体を覆うように設けられてもよい。これに代えて、正電極２１０、負電極２２０、および第１絶縁層１２１の一部は、露出していてもよい。
　正電極２１０および負電極２２０による電極対Ｅは、検出装置１０を携帯するユーザの動きに応じて電気的特性が変化する電気素子の一例である。例えば、ユーザの呼吸または心拍等の身体の状態に基づく動きに応じて、電極対Ｅの近傍のインピーダンスが変化する。その結果、電極対Ｅが発生する電界の状態が変化し、電極対Ｅを構成する電極間の電位差が変化する。検出装置１０は、このような電極対Ｅを構成する電極間のインピーダンスの変化を検出することにより、電極対Ｅの近傍の電界の強度の変化を示す検出値を出力する。
　第２電極層１１２には、ガード電極２３０が設けられている。ガード電極２３０は、正電極２１０および負電極２２０よりも第１面から遠い位置に設けられており、正電極２１０および負電極２２０の少なくとも一方に対して、絶縁物を介して対向している。例えば、ガード電極２３０は、第１絶縁層１２１を挟んで正電極２１０および負電極２２０と対向する。ガード電極２３０は、第２絶縁層１２２の＋Ｘ方向を向く面に積層されている。
　ガード電極２３０は、例えば、正電極２１０に対向する正極ガード電極２３２を有する。この場合、正極ガード電極２３２は、一例として、正電極２１０と略同一形状に形成されている。正極ガード電極２３２は、正電極２１０に印加される電位と略同一の電位が印加される。また、ガード電極２３０は、例えば、負電極２２０に対向する負極ガード電極２３４を有する。この場合、負極ガード電極２３４は、一例として、負電極２２０と略同一形状に形成されている。負極ガード電極２３４は、負電極２２０に印加される電位と略同一の電位が印加される。
　第３電極層１１３には、基準電位となる基準電極２４０が設けられている。基準電位は、例えば、０Ｖ等のグラウンド電位である。基準電極２４０は、第３絶縁層１２３の＋Ｘ方向を向く面に積層されている。基準電極２４０は、一例として、第３絶縁層１２３の＋Ｘ方向を向く面を覆うように形成される。
　部品層１３０には、電極対Ｅから電界を発生させるための回路、および、電極対Ｅの電気的特性の変化を検出するための半導体素子等が設けられている。部品層１３０は、例えば、基板等の絶縁材料に回路および素子等が設けられている部材である。部品層１３０は、１または複数の層で構成されている。部品層１３０に設けられている回路および素子については、後述する。
　電源層１４０は、検出装置１０に搭載されている回路、素子等に電源を供給する。電源層１４０は、充電可能な薄膜型の電池を有することが望ましい。この場合、電池は、基板１００から取り外し可能であることがより望ましい。図２は、部品層１３０および電源層１４０を別個の層として示しているが、これに限定されることはない。部品層１３０および電源層１４０は、共通の層であってもよい。また、部品層１３０および電源層１４０が積層される順番は、逆でもよい。
　以上のように、本実施形態に係る検出装置１０は、多層構造の基板１００と、基板１００に設けられている正電極２１０、負電極２２０、ガード電極２３０、および基準電極２４０と、これらの電極に接続されている回路および素子とで構成されている。検出装置１０は、電極対Ｅを構成する電極間の電界の強度に対応する値を示す電界強度検出値を測定装置２０に対して出力する。
　電界強度検出値としては、電界の強度の値そのものに限定されず、インピーダンス値、または電流値と抵抗値の組み合わせ等のように、電界強度に応じて変化する値であれば、任意の値を用いることができる。検出装置１０は、電界の強度に基づき処理若しくは加工された信号を測定装置２０に対して出力してもよい。このような検出装置１０に設けられている回路および素子について、次に説明する。
［半導体素子３１０の構成例］
　図３は、本実施形態に係る半導体素子３１０の構成例を示す。半導体素子３１０は、部品層１３０に設けられている集積回路の一例である。半導体素子３１０は、正電極２１０および負電極２２０の間の電界強度に対応する電界強度検出値を出力する。半導体素子３１０は、電界発生回路３１２、電圧検出回路３１４、Ａ／Ｄ変換器３１６、電位調整回路３１８、および第１通信部３２０を有する。
　電界発生回路３１２は、正電極２１０および負電極２２０の間に電流または電圧を供給して、基板１００の一方の第１面から電界を発生させる。電界発生回路３１２は、例えば、正電極２１０に微弱電流を供給することにより、正電極２１０と負電極２２０との間に電界を発生させる。例えば、正電極２１０および負電極２２０の間に変位電流が流れると、当該変位電流に応じた磁力線（磁界）が正電極２１０および負電極２２０の間に発生し、発生した当該磁力線に応じた電気力線（電界）が更に発生する。そして、基板１００の第１面から離れる方向に、磁界の発生と電界の発生を繰り返し、電波が伝搬する。このように、電界発生回路３１２は、正電極２１０と負電極２２０の間に電流または電圧を供給して、空間中に電界および変位電流を発生させる。電界発生回路３１２は、例えば、外部から受信した制御信号等に基づいて、微弱電流を供給するタイミング、および電流値を決定する。
　電圧検出回路３１４は、正電極２１０と負電極２２０との間の電位差を検出する。電圧検出回路３１４は、例えば、電界発生回路３１２が電極対Ｅに略一定の電流を流している間における、電極対Ｅの電位差の変化を検出する。電極対Ｅの電位差は、電極対Ｅの近傍のインピーダンスの変化に対応する大きさとなり、例えば、インピーダンスが大きければ大きいほど電位差が大きくなる。電圧検出回路３１４は、正電極２１０と負電極２２０との間の電位差に相当する電圧の信号をＡ／Ｄ変換器３１６に供給する。
　Ａ／Ｄ変換器３１６は、電圧検出回路３１４から受け取ったアナログ信号をデジタル信号に変換する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３１６は、電圧検出回路３１４が出力した信号の電圧値に対応するデジタルデータを生成する。Ａ／Ｄ変換器３１６は、生成したデジタル信号を第１通信部３２０に供給する。
　電位調整回路３１８は、正電極２１０および負電極２２０のうちガード電極２３０に対応する電極の電位と、ガード電極２３０の電位とを同電位にする。電位調整回路３１８は、例えば、正電極２１０および正極ガード電極２３２を、絶縁性を保ったまま同電位にする。また、電位調整回路３１８は、例えば、負電極２２０および負極ガード電極２３４を、絶縁性を保ったまま同電位にする。
　第１通信部３２０は、Ａ／Ｄ変換器３１６から受け取ったデジタル信号に基づき、半導体素子３１０が出力する電界強度検出値に基づく送信信号を生成し、基板１００の外部に供給する。第１通信部３２０は、無線または有線により、外部と通信可能である。第１通信部３２０は、一例として、Bluetooth（登録商標）等の無線チャネルを介して、測定装置２０と通信する。
　また、第１通信部３２０は、外部から送信された制御信号を受信して、基板１００の内部に当該制御信号を供給する。第１通信部３２０は、例えば、上述のように予め定められた通信方式による制御信号を測定装置２０から受けとって、当該制御信号を電界発生回路３１２に供給する。
　以上の半導体素子３１０は、電源層１４０からの電源供給によって動作する。この場合、電源層１４０は、例えば、電界発生回路３１２、電圧検出回路３１４、Ａ／Ｄ変換器３１６、電位調整回路３１８、および第１通信部３２０に電源を供給する。なお、図３は、部品層１３０に設けられている１つの半導体素子３１０の例を示すが、これに限定されることはない。電界発生回路３１２、電圧検出回路３１４、Ａ／Ｄ変換器３１６、電位調整回路３１８、および第１通信部３２０のうち、１または複数の部材は、それぞれ異なる半導体素子として形成されて部品層１３０に実装されていてもよい。このような半導体素子３１０によって、ユーザに放射される電界について、次に説明する。
［電極対Ｅによる電界の強度分布］
　図４は、本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の周辺に生じる電界の強度分布の一例を示す。図４は、正電極２１０および負電極２２０が平行に並ぶ電極対Ｅの例を示す。図４において、色が濃い領域の電界強度は、色が薄い領域の電界強度よりも大きい。電界発生回路３１２が正電極２１０に微弱電流を供給することにより、正電極２１０と負電極２２０との間に強電界領域が生じていることがわかる。
　例えば、ユーザの呼吸および心臓の鼓動によって、当該ユーザの胸が変位する。また、心拍による血流のインピーダンス変化、または呼吸による肺のインピーダンス変化に同期して、身体内を流れる電流の大きさが変化する。このような変化が生じている領域に正電極２１０および負電極２２０から発生させた電界を供給させると、ユーザの呼吸および心臓の鼓動に応じて、正電極２１０と負電極２２０との間に生じた電界の強度レベルが変化する。
　電界強度が変化すると、正電極２１０と負電極２２０との間の電位差が変化する。測定装置２０は、電圧検出回路３１４が検出した正電極２１０と負電極２２０との間の電位差の変化に基づいて、ユーザの呼吸および心臓の鼓動の状態を特定することができる。また、監視装置３０は、特定したユーザの状態に応じて、異状の発生の有無を監視することができる。
　このように、正電極２１０および負電極２２０から発生した電界がユーザの身体の少なくとも一部に届くように、検出装置１０の第１面がユーザを向くように配置される。例えばユーザの胸部といった、ユーザの状態に応じてインピーダンス等が変化する領域に電界を発生できる程度の位置に、検出装置１０を配置することにより、監視システムＳは、ユーザの状態を簡便に監視することができる。
　検出装置１０は、図２で説明したように、複数の層構造を有する基板１００として形成される。このような層構造は、例えば、数ｍｍ程度以下の厚さの板状に形成することができる。また、基板１００の大きさは、一例として、ユーザの胸ポケット等に収容できるカードサイズ程度に形成することができる。したがって、ユーザが被服のポケット等に検出装置１０を入れて携帯するだけで、監視システムＳは、当該ユーザの状態を監視することができる。
　この場合、図４において、正電極２１０および負電極２２０よりも＋Ｘ方向側にユーザの身体が位置するように、検出装置１０が配置されていることが望ましい。また、図４にも示すように、正電極２１０と負電極２２０との間に生じた電界は、－Ｘ方向に向けても生じている。このような－Ｘ方向に向く電界は、ユーザの状態を検出するための電界としては用いることができない。また、－Ｘ方向に向く電界は、正電極２１０および負電極２２０よりも＋Ｘ方向側に設けられている回路および素子等に対して、雑音として影響を及ぼすことがある。
　そこで、検出装置１０には、正電極２１０および／または負電極２２０に対応するガード電極２３０が設けられており、このような－Ｘ方向に向く電界を低減させる。また、検出装置１０には、更に、基準電位となる第３電極層１１３がガード電極２３０よりも－Ｘ方向側に設けられている。これにより、第３電極層１１３よりも－Ｘ方向側に設けられている部品層１３０においては、電極対Ｅが発生させる電界を低減させることができる。
　なお、以上の検出装置１０には、正電極２１０および負電極２２０による電極対Ｅが１つ設けられている例を説明したが、これに限定されることはない。検出装置１０は、複数の電極対Ｅが設けられていてもよい。この場合、部品層１３０には、複数の電極対Ｅに対応して、複数の半導体素子３１０が設けられてよい。
　部品層１３０において複数の半導体素子３１０が形成される場合、半導体素子３１０のそれぞれは、他の半導体素子３１０に対応する電極対Ｅよりも自身に対応する電極対Ｅに近い位置に設けられていることが望ましい。また、複数の半導体素子３１０のそれぞれと、それぞれの半導体素子３１０に対応する電極対Ｅとの間の複数の距離は同一であることが望ましい。すなわち、半導体素子３１０および電極対Ｅの複数の組において、半導体素子３１０と、当該半導体素子３１０に対応する電極対Ｅ（正電極２１０および負電極２２０のセット）との距離が一定である。当該距離は、例えば半導体素子３１０の中心位置と、電極対Ｅに含まれる正電極２１０の中心位置と負電極２２０の中心位置との中間位置と、の間の距離である。
　このように複数の半導体素子３１０のそれぞれと、対応する電極対Ｅとの距離が一定であることにより、複数の半導体素子３１０のそれぞれの電界強度の検出感度（すなわち、電界強度に対する電界強度検出値の大きさ）が略同一になる。したがって、検出装置１０は、基板１００において、位置によらず高い精度で電界の変化を検出することができる。
　また、複数の半導体素子３１０のそれぞれは、例えば、電界強度検出値を示すデジタルデータを、共通の第１通信部３２０から測定装置２０に送信する。複数の半導体素子３１０のそれぞれは、例えば、測定装置２０から自身のアドレスが指定されたコマンドを受信したタイミングで、電界強度検出値を含むデジタルデータを測定装置２０に送信する。
　複数の半導体素子３１０は、例えば、測定装置２０から入力される制御信号に基づいて、同一のタイミングで、正電極２１０と負電極２２０との間の電位差を測定する。複数の半導体素子３１０のそれぞれは、自身が電界強度検出値を送信するタイミングまで、測定した電位差を示す電界強度検出値を一時的に保持し、自身が電界強度検出値を送信するタイミングで、電界強度検出値を含むデジタルデータを、測定装置２０に送信する。
　これに代えて、または、これに加えて、ユーザは、複数の検出装置１０を異なる身体の位置に携帯してもよい。このようにすることで、測定装置２０は、各測定タイミングにおいて、複数の異なる位置の近傍のユーザの身体の状態を同時に特定することができる。このような測定装置２０について、次に説明する。
［測定装置２０の構成例］
　図５は、本実施形態に係る測定装置２０の構成例を示す。測定装置２０は、検出装置１０の第１通信部３２０が送信した信号に基づき、ユーザ等の生体の状態を測定する。測定装置２０は、第２通信部４１０と、制御部４２０と、記憶部４３０と、推定部４４０と、予測部４５０と、出力部４６０とを備える。
　第２通信部４１０は、検出装置１０と信号を送受信する。第２通信部４１０は、例えば、第１通信部３２０が送信した電界強度検出値に基づく信号を受信する。第２通信部４１０は、例えば、１または複数の第１通信部３２０から受信したデジタルデータを制御部４２０に通知する。ここで、第２通信部４１０は、半導体素子３１０を識別するための識別情報に関連付けて、第１通信部３２０から受信したデジタルデータを制御部４２０に通知してもよい。また、第２通信部４１０は、検出装置１０を制御するための信号を第１通信部３２０に送信する。
　第２通信部４１０は、更に、監視装置３０と信号を送受信してよい。第２通信部４１０は、例えば、測定装置２０の測定結果を監視装置３０に送信する。また、第２通信部４１０は、監視装置３０から検出装置１０を制御するための信号を受信してもよい。
　第２通信部４１０は、有線および／または無線により、検出装置１０および監視装置３０とそれぞれ通信する。第２通信部４１０は、例えば、Wi-Fi（登録商標）等の無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）、携帯通信等により、データを送受信する。また、第２通信部４１０は、外部のデータベース等から情報を授受してもよい。
　制御部４２０は、第２通信部４１０が受信したデジタルデータを記憶部４３０に記憶ささせる。制御部４２０は、測定装置２０内の動作タイミング等を制御する。例えば、制御部４２０は、第２通信部４１０の通信タイミングを制御する。また、制御部４２０は、測定装置２０の測定タイミング、測定結果の送信タイミング等を制御する。制御部４２０は、一例として、ＣＰＵ等を有する。
　記憶部４３０は、第２通信部４１０が受信したデジタルデータを記憶する。また、記憶部４３０は、測定装置２０が動作の過程で生成する（または利用する）中間データ、算出結果、閾値、およびパラメータ等をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部４３０は、測定装置２０内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。記憶部４３０は、例えばＲＯＭおよびＲＡＭを有しており、例えば、制御部４２０がプログラム等を実行する場合、当該プログラムも記憶する。
　推定部４４０は、第２通信部４１０が受信した受信信号に基づき、ユーザの動き、心拍、および血圧のうち少なくとも１つを推定する。推定部４４０は、例えば、電界強度の変化からインピーダンスの時間的な変動を算出し、当該インピーダンスの時間的な変動に応じてユーザの状態を推定する。この場合、推定部４４０は、インピーダンスの変動周期および／または変動幅に応じて、ユーザの状態を推定する。
　また、推定部４４０は、予め測定されたユーザの状態とインピーダンスの変化との対応関係と、インピーダンスの時間的な変動とを比較することで、ユーザの状態を推定してもよい。この場合、記憶部４３０は、ユーザの状態とインピーダンスの変化との対応関係を予め記憶していることが望ましい。推定部４４０は、インピーダンスの変化に対応する、呼吸による身体および／または肺の変動、心臓の鼓動による身体の変動、心拍による血流の変動等のユーザの状態を推定する。推定部４４０は、例えば、制御部４２０からの指示に基づいて、ユーザの状態を推定する。
　予測部４５０は、推定部４４０の推定結果に基づき、ユーザの将来の状態を予測する。予測部４５０は、例えば、ユーザの呼吸、心臓の鼓動、および／または血流の推定結果に基づき、ユーザが睡眠中であるか否か、睡眠状態へと移行しているか否か、睡眠から覚めている状態へと移行しているか否かを予測する。また、予測部４５０は、ユーザが睡眠時無呼吸状態であるか否か、無呼吸状態へと移行しているか否か、無呼吸状態から呼吸状態へと移行しているか否かを予測してもよい。
　更に、予測部４５０は、推定部４４０による定期的なユーザの状態の推定結果に基づき、当該ユーザの健康状態、将来の健康状態等を予測してもよい。予測部４５０は、外部または内部に記憶されている統計的な情報に基づき、ユーザの状態を予測してよい。予測部４５０は、例えば、制御部４２０からの指示に基づいて、ユーザの状態を予測する。
　出力部４６０は、推定部４４０の推定結果および／または予測部４５０の予測結果を出力する。出力部４６０は、例えば、ディスプレイ等の表示装置に、推定結果および予測結果を表示させてもよい。出力部４６０は、記憶部４３０に推定結果および予測結果を記憶させてもよい。出力部４６０は、例えば、制御部４２０からの指示に基づいて、推定結果および予測結果を出力する。
　以上の本実施形態に係る測定装置２０は、集積回路等で形成されていることが望ましい。また、測定装置２０は、バッテリー等を搭載したモバイル型の携帯型装置として構成されていることがより望ましい。これにより、測定装置２０は、ユーザのポケット、ベルト、バッグ等に容易に保持することができる。この場合、ユーザは、検出装置１０および測定装置２０を携帯することができる。
　また、測定装置２０は、ユーザが携帯する端末の一部として構成されていてもよい。端末は、例えば、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機器、タブレット型ＰＣ、小型ＰＣ、およびノート型ＰＣ等といった通信可能なデバイスである。なお、測定装置２０が携帯電話のように、少なくとも一方の面をユーザの身体に向けて携帯可能なデバイスの場合、検出装置１０および測定装置２０は、一体の装置として形成されていてもよい。
　また、測定装置２０が測定結果のデータ処理を実行できる程度の処理能力を有する場合、測定装置２０は、監視装置３０として機能してもよい。この場合、測定装置２０および監視装置３０は、一体の装置として形成される。更に、検出装置１０、測定装置２０、および監視装置３０は、一体の装置として形成されていてもよい。
　検出装置１０のガード電極２３０は、電極対Ｅのうち対応する電極と略同電位となるので、電極対Ｅが発生する電界のうち、基板１００の第１面とは反対側の面から漏洩する電界を低減させる。これにより、検出装置１０は、第１面側から効率的に電界をユーザへと出力しつつ、第１面とは反対側の面への電界の漏洩を低減させて、雑音等の発生を低減できる。したがって、検出装置１０は、例えば、測定装置２０と一体となって形成されていても、測定装置２０に影響を及ぼすような雑音の発生を防止できる。
　以上のように、本実施形態に係る監視システムＳは、検出装置１０を小型に形成することができるので、ユーザが検出装置１０の第１面をユーザの身体に向けて携帯することにより、当該ユーザの状態を簡便に検出できる。このような検出装置１０に設けられる正電極２１０および負電極２２０について、次に述べる。
［正電極２１０および負電極２２０］
　図６は、本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の構成例を示す。図６（ａ）は、正電極２１０および負電極２２０の平面図であり、図６（ｂ）は、Ｂ－Ｂ’線断面図である。図６に示す正電極２１０は、輪郭が正方形であり、内側に負電極２２０を収容可能な正方形の空隙領域を有するが、正電極２１０の輪郭線形状および内側の空隙領域の形状は任意である。
　図７は、本実施形態に係る正電極２１０および負電極２２０の周辺に生じる電流密度分布の一例を示す。電流密度分布は、正電極２１０および負電極２２０の周辺に生じている電界の強度分布と比例する。図７において、色が濃い領域の電流密度は、色が薄い領域の電流密度よりも大きい。電界発生部１３１が正電極２１０に微弱電流を供給することにより、正電極２１０と負電極２２０との間に強電界領域が生じていることがわかる。なお、正電極２１０と負電極２２０との位置関係が逆になるように、すなわち負電極２２０が正電極２１０を包囲するように構成されていてもよい。
　図８は、図６に示した正電極２１０および負電極２２０を人の胸に装着した状態での正電極２１０と負電極２２０との間のインピーダンスが変化する様子を示す。図８は、正電極２１０および負電極２２０を人の胸の部分の衣服に貼り付けた状態で、正電極２１０に周波数１ＭＨｚの微弱電流を流している間の正電極２１０と負電極２２０との間の電位差を測定した例を示す。そして、正電極２１０および負電極２２０に流す微弱電流の大きさ（電流値）と測定した電位差とに基づいて、インピーダンスを算出した結果を示す。使用した正電極２１０の輪郭線形状は、一辺が４０ｍｍの正方形であった。
　図８には、心拍に同期したインピーダンスの変化（図８におけるａ）、および呼吸に同期したインピーダンスの変化（図８におけるｂ）が示されている。深呼吸をした際にはインピーダンスの変化量が大きくなり（図８におけるｃ）、呼吸を停止している間はインピーダンスの変化量が小さくなること（図８におけるｄ）も確認できる。以上の本実施形態に係る電極対Ｅにおいて、図６に示すような形状で形成されている例を説明したが、これに限定されることはない。電極対Ｅは、ユーザの身体に電界を印加することができれば、任意の形状に形成されていてもよい。
［電極対Ｅの第１変形例］
　図９は、本実施形態に係る電極対Ｅの第１変形例の構成を示す。図９（ａ）は、第１変形例に係る正電極２１１および負電極２２０の平面図であり、図９（ｂ）は、Ｃの向きから正電極２１１および負電極２２０を見た図である。正電極２１１が、負電極２２０と半導体素子３１０とを接続する配線３１１が設けられている位置を除く領域において負電極２２０を包囲している。配線３１１が設けられている位置には正電極２１１が設けられておらず、配線３１１が正電極２１１と重ならない。配線３１１と正電極２１１とが重なっていると、配線３１１と正電極２１１とが重なっている領域で電界が生じることがあり、この場合、エネルギーの損失が発生する。正電極２１１および負電極２２０が図９に示すように構成されていることで、検出装置１０はエネルギーの損失を抑制できるので、正電極２１１と負電極２２０との間の電位差の測定精度を向上させることができる。
［電極対Ｅの第２変形例］
　図１０は、本実施形態に係る電極対Ｅの第２変形例の構成を示す。図１０（ａ）は、第２変形例に係る正電極２１２および負電極２２０の平面図であり、図１０（ｂ）は、Ｄ－Ｄ’線断面図である。正電極２１２の形状は正方形であり、負電極２２０は、絶縁部材２２２を挟んで正電極２１２の上方に設けられている。このような構成によっても、図６に示した正電極２１０および負電極２２０と同等の電界を発生させることができる。
［ガード電極２３０］
　図１１は、本実施形態に係るガード電極２３０および電位調整回路３１８の構成例を示す。図１１（ａ）は、一例として、第１絶縁層１２１の第１面側に形成されている正電極２１０とは反対側の面に正極ガード電極２３２が設けられている例を示している。正極ガード電極２３２は、オペアンプを有する電位調整回路３１８に接続されている。
　図１１（ａ）に示す例における電位調整回路３１８はボルテージフォロワである。正電極２１０がオペアンプの正側入力端子に接続されており、正極ガード電極２３２はオペアンプの出力端子に接続されていることにより、正極ガード電極２３２の電位は正電極２１０の電位と等しくなっている。図１１（ａ）には示していないが、電位調整回路３１８は、同様の回路構成により、負電極２２０の電位と負極ガード電極２３４の電位とを等しくする回路をさらに有してもよい。
　図１１（ｂ）は、図６に示した正電極２１０および負電極２２０にそれぞれ対向する正極ガード電極２３２および負極ガード電極２３４が設けられた例を示している。図１１（ｃ）は、図１０に示した正電極２１２および負電極２２０にそれぞれ対向する正極ガード電極２３２および負極ガード電極２３４が設けられた例を示している。図１１（ｃ）に示す例においては、正電極２１２と負電極２２０との間に、絶縁体２２２ａおよび絶縁体２２２ｂを介して負極ガード電極２３４が設けられている。
　図１１（ｂ）および図１１（ｃ）には示していないが、検出装置１０は、正極ガード電極２３２の電位を正電極２１０の電位と等しくするための電位調整回路３１８、負極ガード電極２３４の電位を負電極２２０の電位と等しくするための電位調整回路３１８を更に有する。このように検出装置１０にガード電極２３０および電位調整回路３１８が設けられていることにより、正電極２１０および負電極２２０に電流が流れることにより発生した電界が基板１００の反対側に漏れないので、基板１００の正電極２１０および負電極２２０が形成されている第１面側の電界強度が大きくなる。その結果、監視システムＳは、性体の変位量の検出精度を向上させることができる。
　なお、電極形状は、正方形または長方形に限らず、円、楕円、または正方形および長方形以外の多角形でもよい。また、検出装置１０は、正電極２１０、負電極２２０、およびガード電極２３０の少なくともいずれかの裏面にシールド層（グランド電位層）を更に設けてもよい。
　以上のように、本実施形態に係る検出装置１０は、ガード電極２３０を備え、部品層１３０に設けられている回路および素子に対して影響を及ぼす雑音を低減させることができる。したがって、部品層１３０には、他の種類のセンサ等を更に搭載しても、雑音等によってセンサの検出精度を低下させることなく動作させることができる。
　そこで、基板１００には、他の種類のセンサの一例として、温度センサが更に設けられてもよい。この場合、第１通信部３２０は、温度センサの検出結果と電界強度検出値とに基づく信号を測定装置２０に送信する。更に、基板１００には、複数の温度センサが設けられてもよい。例えば、複数の温度センサは、断熱素材を介してユーザの体幹方向と体外方向にそれぞれ個別に配置され、外部気温と体温との差を検出できるように設けられている。
　これらにより、予測部４５０は、温度センサの継時的な検出結果に基づき、ユーザの体温の変動を更に予測することができる。また、予測部４５０は、ユーザの体温等の経時的な変動に基づき、体内の塩分および水分のバランス状態を予測してもよい。これにより、監視システムＳは、例えば、ユーザが熱中症等に陥ることを未然に防ぐことができる。
　以上のように、検出装置１０は、他の種類のセンサを搭載して、種々の検出結果を測定装置２０に送信できる。例えば、基板１００は、第３電極層１１３よりも第１面から遠い位置に、加速度センサ、ジャイロセンサ、および６軸センサ等のうち少なくも１つを搭載する搭載部を更に備えてもよい。なお、搭載部は、このような相対的な運動量・位置変動を検出するセンサに加えて、またはこれらに代えて、ＧＰＳセンサ、Ｗｉ－Ｆｉモジュール等の絶対位置情報を検出するセンサを搭載してもよい。また、搭載部は、検出空間内に生じた変位電流の強度変化を磁界の強さとして検出する磁気センサ等を搭載してもよい。搭載部は、部品層１３０に設けられてもよく、これに代えて、基板１００の第１面とは反対側の面に設けられてもよい。
　また、磁気センサは、電圧検出回路３１４の代わりに用いられてもよい。この場合、半導体素子３１０は、正電極２１０および負電極２２０の間の電界強度の変化に対応する磁界強度の変化を検出した磁界強度検出値を出力する。
　上述したように、正電極２１０および負電極２２０の間に変位電流が流れると、当該変位電流に応じた磁界が正電極２１０および負電極２２０の間に発生し、発生した当該磁界に応じた電界が更に発生する。そして、基板１００の第１面から離れる方向に、磁界の発生と電界の発生を繰り返し、電波が伝搬する。
　そして、電波が伝搬した空間において、インピーダンスを有する物質が存在した場合、電界強度が当該インピーダンスの大きさに応じて変化する。すると、変化した電界に応じて磁界も変化する。磁気センサは、このような電界強度の変化に対応する磁界強度の変化を検出する。磁気センサは、例えば、μＴ（マイクロテスラ）、ｎＴ（ナノテスラ）、ｐＴ（ピコテスラ）、ｆＴ（フェムトテスラ）といった単位程度の微弱な磁場を検出可能な高感度磁気センサである。
　電圧検出回路３１４による正電極２１０と負電極２２０との間の電位差の検出は、測定対象となる位置までの距離をｒとすると、感度が約１／ｒ２となる。これに対して、このような磁気センサを用いることにより磁界の変化を直接測定すると、感度は約１／ｒとなるので、効率的にインピーダンスの変化を検出することができる。
　以上のように、検出装置１０は、小型に形成することができる。そこで、１または複数の検出装置１０が、ユーザが着用している衣服に装着されてもよい。そして、測定装置２０は、１または複数の検出装置１０と通信して、ユーザの状態を測定する。この場合、検出装置１０は、カード型に形成されていることが望ましい。
　ここで、検出装置１０は、他の種類のカードと一体に形成されてもよい。例えば、検出装置１０は、ＩＤカード、プリペイドカード、クレジットカード、ポイントカード、定期券、診察券等といった、ユーザの状態を検出する用途とは異なる用途に用いられるカードと一体に形成される。これにより、ユーザは、検出装置１０を携帯しやすくなり、例えば、長時間にわたる連続測定も容易に実行できる。
　以上の監視システムＳは、検出装置１０をユーザが携帯することができるので、例えば、ユーザが自宅にいても、自宅から外出して電車、自動車等で移動しても、ユーザの状態を検出することができる。これに代えて、または、これに加えて、検出装置１０は、ユーザに装着される治具等に搭載されてもよい。
　図１２は、本実施形態に係る監視システムＳの変形例を示す。変形例の監視システムＳにおいて、１または複数の検出装置１０は、座席に搭載されたシートベルト５００に装着される。そして、測定装置２０は、１または複数の検出装置１０と通信して、座席に着座してシートベルトを締めているユーザの状態を測定する。この場合、例えば、複数の検出装置１０をユーザの身体に容易に密着させることができるので、複数箇所のインピーダンスの変化を精度良く検出することができ、測定装置２０の測定精度を向上させることができる。
　測定装置２０は、例えば、シートベルト５００が設けられている車の内部に設けられている。また、監視装置３０は、例えば、車の外部に設けられている。このような監視システムＳは、車を走行中のユーザの状態を遠隔から容易に監視することができる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部または一部について、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
１０　検出装置
１２　ネットワーク
２０　測定装置
３０　監視装置
４０　取得部
５０　記憶部
６０　検知部
７０　通知部
１００　基板
１１１　第１電極層
１１２　第２電極層
１１３　第３電極層
１２１　第１絶縁層
１２２　第２絶縁層
１２３　第３絶縁層
１３０　部品層
１４０　電源層
２１０　正電極
２１１　正電極
２１２　正電極
２２０　負電極
２２２　絶縁部材
２３０　ガード電極
２３２　正極ガード電極
２３４　負極ガード電極
２４０　基準電極
３１０　半導体素子
３１１　配線
３１２　電界発生回路
３１４　電圧検出回路
３１６　Ａ／Ｄ変換器
３１８　電位調整回路
３２０　第１通信部
４１０　第２通信部
４２０　制御部
４３０　記憶部
４４０　推定部
４５０　予測部
４６０　出力部
５００　シートベルト

Claims (14)

  1. 　基板と、
    　前記基板に設けられている、
    　　正電極および負電極と、
    　　前記正電極および前記負電極の間に電流または電圧を供給して、前記基板の一方の第１面から電界を発生させる電界発生回路と、
    　　前記正電極および前記負電極よりも前記第１面から遠い位置に設けられており、前記正電極および前記負電極の少なくとも一方に対して、絶縁物を介して対向しているガード電極と、
    　　前記正電極および前記負電極のうち前記ガード電極に対応する電極に印加された電位と、前記ガード電極の電位とを同電位にする電位調整回路と、
    　　前記正電極および前記負電極の間の電界強度に対応する電界強度検出値を出力する半導体素子と
    　を備える、検出装置。
  2. 　前記ガード電極は、前記正電極に対向する正極ガード電極と、前記負電極に対向する負極ガード電極とを有する、請求項１に記載の検出装置。
  3. 　前記基板は、
    　前記正電極および前記負電極が設けられている第１電極層と、
    　前記ガード電極が設けられている第２電極層と、
    　基準電位となる基準電極が設けられている第３電極層と
    　を有し、
    　前記第１電極層、前記第２電極層、および前記第３電極層は、前記基板の前記第１面から前記第１面とは反対側の面に向けて、前記第１電極層、前記第２電極層、および前記第３電極層の順に配置されている、請求項１または２に記載の検出装置。
  4. 　前記基板は、前記第３電極層よりも前記第１面から遠い位置に、加速度センサ、ジャイロセンサ、および６軸センサのうち少なくも１つを搭載する搭載部を更に備える、請求項３に記載の検出装置。
  5. 　前記電界発生回路、前記電位調整回路、および前記半導体素子に電源を供給する電源層を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。
  6. 　前記半導体素子が出力する前記電界強度検出値に基づく信号を生成し、前記基板の外部に供給する第１通信部を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の検出装置。
  7. 　前記正電極および前記負電極から発生された電界が、生体の少なくとも一部に届くように配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の前記検出装置と、
    　前記検出装置の検出結果に基づき、前記生体の状態を測定する測定装置と
    　を備える、測定システム。
  8. 　前記測定装置は、
    　前記検出装置と通信して、前記電界強度検出値に基づく信号を受信する第２通信部と、
    　受信した受信信号に基づき、前記生体の動き、心拍、および血圧のうち少なくとも１つを推定する推定部と
    　を備える、請求項７に記載の測定システム。
  9. 　前記測定装置は、前記推定部の推定結果に基づき、前記生体の将来の状態を予測する予測部を更に備える、請求項８に記載の測定システム。
  10. 　前記基板には、温度センサが更に設けられており、
    　前記検出装置は、前記温度センサの検出結果と前記電界強度検出値とに基づく信号を送信し、
    　前記予測部は、前記温度センサの継時的な検出結果に基づき、前記生体の体温の変動、前記生体の内部の塩分および水分のバランス状態のうち、少なくとも１つを予測する、請求項９に記載の測定システム。
  11. 　座席に搭載されたシートベルトを更に備え、
    　前記検出装置は、前記シートベルトに装着され、
    　前記測定装置は、１または複数の前記検出装置と通信して、前記座席に着座して前記シートベルトを締めている前記生体の状態を測定する、
    　請求項７から１０のいずれか一項に記載の測定システム。
  12. 　１または複数の前記検出装置は、前記生体が着用している衣服に装着され、
    　前記測定装置は、１または複数の前記検出装置と通信して、前記生体の状態を測定する、
    　請求項７から１０のいずれか一項に記載の測定システム。
  13. 　請求項７から１２のいずれか一項に記載の前記測定システムと、
    　前記測定装置にそれぞれ接続され、前記生体の状態を示す測定結果を取得する取得部と、
    　前記生体の状態のうち、異常な状態を検知する検知部と
    　を備える、監視システム。
  14. 　コンピュータにより実行されると、前記コンピュータを請求項１３に記載の前記監視システムの少なくとも一部として機能させる、プログラム。

     
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