WO2023139854A1

WO2023139854A1 - 電子機器及び電子機器の設計方法

Info

Publication number: WO2023139854A1
Application number: PCT/JP2022/037501
Authority: WO
Inventors: 洋平村上; 淳黒田; 将行佐東; 聡川路; 忠長澤
Original assignee: 京セラ株式会社
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2023-07-27

Abstract

電子機器は、送信波を送信する送信アンテナと、送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方の少なくとも一部を覆うカバー部と、送信波として送信される送信信号及び反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、を備える。送信アンテナが送信する送信波及び受信アンテナが受信する反射波の少なくとも一方の少なくとも一部は、カバー部を経て送信及び／又は受信される。カバー部の厚さは、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計される。

Description

電子機器及び電子機器の設計方法

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２２年１月１９日に日本国に特許出願された特願２０２２－００６６９６の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本開示は、電子機器及び電子機器の設計方法に関する。

　例えば自動車に関連する産業などの分野において、自車両と所定の物体との間の距離などを測定する技術が重要視されている。特に、近年、ミリ波のような電波を送信し、障害物などの物体に反射した反射波を受信することで、物体との間の距離などを測定するレーダ（RADAR（Radio Detecting and Ranging））の技術が、種々研究されている。このような距離などを測定する技術の重要性は、運転者の運転をアシストする技術、及び、運転の一部又は全部を自動化する自動運転に関連する技術などの発展に伴い、今後ますます高まると予想される。

　また、送信された電波が物体に反射した反射波を受信することで、当該物体の存在などを検出する技術について、種々の提案がされている。例えば特許文献１は、マイクロ波を利用することで、人の存在及び人の生体情報を検出し得る装置を提案している。また、例えば特許文献２は、マイクロ波レーダの反射信号に基づいて、生体の呼吸又は心拍の周波数のようなバイタルサインを検出する装置を提案している。さらに、特許文献３は、レドームに、送信アンテナ部から受信アンテナ部への電波の回り込みを抑制する仕切壁を設けることにより、送受信間のアイソレーションを向上させるレーダ装置を開示している。

特開２００２－７１８２５号公報特開２０２１－３２８８０号公報特開２０１２－９３３０５号公報

　一実施形態に係る電子機器は、
　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方の少なくとも一部を覆うカバー部と、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備える。
　前記送信アンテナが送信する送信波及び前記受信アンテナが受信する前記反射波の少なくとも一方の少なくとも一部は、前記カバー部を経て送信及び／又は受信される。
　前記カバー部の厚さは、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計される。

　一実施形態に係る電子機器の設計方法は、
　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方の少なくとも一部を覆うカバー部と、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備える電子機器の設計方法である。
　前記送信アンテナが送信する送信波及び前記受信アンテナが受信する前記反射波の少なくとも一方の少なくとも一部は、前記カバー部を経て送信及び／又は受信されるように構成される。
　前記設計方法は、前記カバー部の厚さを、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計するステップを含む。

　一実施形態に係る電子機器の設計方法は、
　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備える電子機器の設計方法である。
　前記電子機器は、当該電子機器における所定の仕様を、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計するステップを含む。

一実施形態に係る電子機器の構成を説明する斜視図である。一実施形態に係る電子機器の構成を説明する断面図である。一実施形態に係る電子機器の機能的な構成を示すブロック図である。一実施形態に係る電子機器の設計方法を説明するフローチャートである。一実施形態に係る各種のカバー部を備える電子機器の評価結果を示す図である。一実施形態に係る各種のカバー部を備える電子機器の評価結果を示す図である。一実施形態に係る電子機器を設計する際の評価系の機能的な構成を示すブロック図である。一実施形態に係る各種のカバー部を備える電子機器の評価結果を示す図である。一実施形態に係る各種のカバー部を備える電子機器の評価結果を示す図である。一実施形態に係る各種のカバー部を備える電子機器の評価結果を示す図である。一実施形態に係る電子機器の設計方法を説明するフローチャートである。

　適切なレドームを備えるレーダ装置のような、物体を良好な精度で検出し得る電子機器が望まれている。特に、例えば人体又は動物の心拍などのような微弱な振動を、ミリ波のような電波の送受信により良好な精度で検出し得るレーダ装置のような電子機器は、多種多様な分野において役立つことが期待される。本開示の目的は、適切なレドームを備えるレーダ装置のような、物体を良好な精度で検出し得る電子機器、及び、このような電子機器の設計方法を提供することにある。一実施形態によれば、適切なレドームを備えるレーダ装置のような、物体を良好な精度で検出し得る電子機器、及び、このような電子機器の設計方法を提供することができる。

　本開示において、「電子機器」とは、電力により駆動する機器としてよい。また、「ユーザ」とは、一実施形態に係る電子機器を使用する者（典型的には人間）又は動物としてよい。また、ユーザとは、一実施形態に係る電子機器の設計方法を使用する者としてもよい。ユーザは、一実施形態に係る電子機器を用いることで、人間などの対象の監視を行う者を含んでもよい。また、「対象」とは、一実施形態に係る電子機器によって監視される対象となる者（例えば人間又は動物）としてよい。さらに、ユーザは、対象を含むものとしてもよい。さらに、対象とは、人間又は動物などに限定されず、所定の物体としてもよい。ここで、所定の物体とは、例えば、ロボット、電動工具、及び音響機器などとしてもよい。

　一実施形態に係る電子機器は、当該電子機器の周囲に存在する人間などの対象の心拍を検出することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器が利用される場面として想定されるのは、例えば、会社、病院、老人ホーム、学校、スポーツジム、及び介護施設などのような、社会活動を行う者が使用する特定の施設などとしてよい。例えば、会社であれば従業員などの健康状態の把握及び／又は管理は、極めて重要である。同様に、病院であれば患者及び医療従事者など、また老人ホームであれば入居者及びスタッフなどの健康状態の把握及び／又は管理は、極めて重要である。一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、上述の、会社、病院、及び老人ホームなどの施設に限定されず、対象の健康状態の把握及び／又は管理などが望まれるような任意の施設としてよい。任意の施設は、例えば、ユーザの自宅などの非商業施設も含んでもよい。また、一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、屋内に限られず、屋外としてもよい。例えば、一実施形態に係る電子機器が利用される場面は、電車、バス、及び飛行機などの移動体内、並びに、駅及び乗り場などとしてもよい。また、一実施形態に係る電子機器が利用される場面として、自動車、航空機、若しくは船舶などの移動体、ホテル、ユーザの自宅、自宅でのリビングルーム、お風呂、トイレ、又は寝室などとしてもよい。

　一実施形態に係る電子機器は、例えば、介護施設などにおいて、要看護者又は要介護者などのような対象の心拍を検出又は監視する用途で用いられてよい。また、一実施形態に係る電子機器は、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の心拍に異常が認められる場合に、例えば本人及び／又は他の者に所定の警告を発してもよい。したがって、一実施形態に係る電子機器によれば、例えば本人及び／又は介護施設などのスタッフは、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の脈拍に異常が認められることを認識し得る。一方、一実施形態に係る電子機器は、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の心拍に異常が認められない（例えば正常と認められる）場合に、例えば本人及び／又は他の者にその旨を報知してもよい。したがって、一実施形態に係る電子機器によれば、例えば本人及び／又は介護施設などのスタッフは、例えば要看護者又は要介護者などのような対象の脈拍が正常であることを認識し得る。

　また、一実施形態に係る電子機器は、人間以外の他の動物を対象として、脈拍を検出してもよい。以下説明する一実施形態に係る電子機器は、一例として、ミリ波レーダのような技術に基づくセンサによって、人間の脈拍を検出するものとして説明する。

　一実施形態に係る電子機器は、任意の静止物に設置されてもよいし、任意の移動体に設置されてもよい。一実施形態に係る電子機器は、送信アンテナから、電子機器の周囲に送信波を送信することができる。また、一実施形態に係る電子機器は、受信アンテナから、送信波が反射された反射波を受信することができる。送信アンテナ及び受信アンテナの少なくとも一方は、電子機器に備えられるものとしてもよいし、例えばレーダセンサ等に備えられてもよい。

　以下、典型的な例として、一実施形態に係る電子機器は、静止しているものとして説明する。一方、一実施形態に係る電子機器が脈拍を検出する対象（人間）は、静止していてもよいし、移動していてもよいし、静止した状態で身体を動かしていてもよい。一実施形態に係る電子機器は、通常のレーダセンサと同様に、電子機器の周囲の物体が移動し得るような状況において、電子機器と当該物体との間の距離などを測定することができる。また、一実施形態に係る電子機器は、電子機器及び物体の双方が静止していても、電子機器と物体との間の距離などを測定することができる。

　一実施形態に係る電子機器について、以下、図面を参照して詳細に説明する。まず、一実施形態に係る電子機器の構成態様について説明する。

　図１及び図２は、一実施形態に係る電子機器の構成を説明する図である。図１は、一実施形態に係る電子機器の斜視図である。図２は、一実施形態に係る電子機器の断面図又は端面図とすることができる。また、図１及び図２ともに、一実施形態に係る電子機器の内部構造を透過させて示してある。

　図１及び図２に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、送信アンテナアレイ２４、受信アンテナアレイ３１、筐体７０、カバー部８０、及び基板９０を備えてよい。図１に示す電子機器１は、送受信がそれぞれ１チャンネルの場合の例を示してある。しかしながら、一実施形態に係る電子機器１は、送受信についてそれぞれ任意の数のチャンネルを有するものとしてもよい。

　送信アンテナアレイ２４は、例えばミリ波のような電波を送信するアンテナのアレイとしてよい。また、受信アンテナアレイ３１は、送信アンテナアレイ２４が送信した電波が例えば所定の物体などに反射した反射波を受信するアンテナのアレイとしてよい。図１に示す送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１は、それぞれ３つのパッチアンテナのアレイとして示してある。しかしながら、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１は、それぞれ、必要に応じて任意の数のパッチアンテナとしてよい。送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１は、例えば銅などの金属体で構成されてよい。

　図１及び図２に示すように、送信アンテナアレイ２４は、Ｚ軸正方向の成分を含む送信波を送信してよい。また、受信アンテナアレイ３１は、Ｚ軸負方向の成分を含む反射波を送信してよい。

　図１及び図２に示すように、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１は、それぞれ基板９０の上に形成されるものとしてよい。基板９０は、例えばガラスエポキシなどのような、低損失誘電体材料を用いて構成されてよい。基板９０の表面（Ｚ軸正方向の面）には、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１が配置されてよい。また、基板９０の裏面（Ｚ軸負方向の面）には、送信する信号を発生する回路、及び／又は、受信する信号を処理する回路などが配置されてよい。

　図１及び図２に示す基板９０は、例えば正方形などのような矩形状のものとして示してある。しかしながら、一実施形態において、基板９０は、必要に応じて任意の形状としてよい。また、基板９０は、必ずしも平面の板状の部材にも限定されず、例えば曲面上の部材としてもよい。また、基板９０の（Ｚ軸方向の）厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ～２ｍｍ程度の比較的薄型としてもよい。さらに、基板９０の（ＸＹ方向の）大きさも、特に限定されないが、例えば数ｃｍ程度の比較的小型としてもよい。

　筐体７０は、図１及び図２に示すように、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１並びに基板９０の少なくともいずれかを保護する構造を有してよい。例えば、筐体７０は、底面及び当該底面を囲む４つの側面を含んで構成されてよい。筐体７０は、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１並びに基板９０の少なくともいずれかを収容可能な任意の大きさとしてよい。また、筐体７０は、例えば基板９０を内側に収容可能な任意の形状としてよい。筐体７０は、例えば、ＡＢＳ、アクリル、又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂材料により構成されてよい。

　カバー部８０は、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１並びに基板９０を内包する筐体７０を覆うものとしてよい。また、カバー部８０は、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１の少なくとも一方の少なくとも一部を覆うように構成されてもよい。カバー部８０は、筐体７０と同様に、例えば、ＡＢＳ、アクリル、又はＰＥＴなどの樹脂材料により構成されてよい。カバー部８０は、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１の少なくとも一方の少なくとも一部を覆うことが可能な任意の大きさとしてよい。また、カバー部８０は、筐体７０の開口部に応じて設計された大きさを有してもよい。

　図１及び図２に示すカバー部８０は、例えば正方形などのような矩形状のものとして示してある。しかしながら、一実施形態において、カバー部８０は、必要に応じて任意の形状としてよい。また、カバー部８０は、必ずしも平面の板状の部材にも限定されず、例えば曲面上の部材としてもよい。また、カバー部８０は、例えば図１及び図２に示す筐体７０の少なくとも一部を含むものとしてもよい。以下、カバー部８０の（Ｚ軸方向の）厚さは、図２に示すようにＴｋと記す。カバー部８０の厚さＴｋは、例えば１ｍｍ～２ｍｍ程度としてもよい。さらに、カバー部８０の（ＸＹ方向の）大きさも、特に限定されないが、例えば数ｃｍ程度の比較的小型としてもよい。

　カバー部８０は、いわゆるレドーム(radome)として構成してよい。レドームは、風、雨、雪、砂、氷、太陽光線などの自然環境からアンテナを保護する役割を持ち、同時にアンテナ及び／又は電子機器を外観上隠すことができる。レドームは、一般的に、電波の透過率が高いグラスファイバー又はテフロン（登録商標）などの素材が用いられる。図１及び図２に示すような電子機器１（平面的なレーダ装置）の場合、レドームは例えば平面状のカバー部材としてよい。ここで、レドームとは、図１及び図２に示す電子機器１のカバー部８０のみを示すものとしてもよい。また、レドームとは、図１及び図２に示す電子機器１のカバー部８０のみならず、筐体７０の少なくとも一部をも含むものとしてもよい。

　図２に示すように、基板９０上に配置された送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１の少なくとも一方と、カバー部８０との間隔Ｇｐは、例えば２．４２ｍｍとしてよい。ここで、間隔Ｇｐは、６２ＧＨｚの電波の半波長（λ／２）の大きさに基づいて、２．４２ｍｍと設定してよい。

　以下、一実施形態に係る電子機器１は、ミリ波レーダの技術に基づくレーダ装置（レーダセンサ）であることを想定して説明する。しかしながら、一実施形態に係る電子機器１は、ミリ波レーダのレーダ装置に限定されず、例えばミリ波レーダ以外のレーダ装置としてもよい。また、一実施形態に係る電子機器１は、レーダ装置にも限定されず、例えば光波によるLIDAR（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）の技術に基づく装置としてもよい。さらに、一実施形態に係る電子機器１は、例えば音波又は超音波を送受信して物体を検出する技術に基づく装置としてもよい。

　ミリ波方式のレーダによって距離などを測定する際、周波数変調連続波レーダ（以下、ＦＭＣＷレーダ（Frequency Modulated Continuous Wave radar）と記す）が用いられることが多い。ＦＭＣＷレーダは、送信する電波の周波数を掃引して送信信号が生成される。したがって、例えば７９ＧＨｚの周波数帯の電波を用いるミリ波方式のＦＭＣＷレーダにおいて、使用する電波の周波数は、例えば７７ＧＨｚ～８１ＧＨｚのように、４ＧＨｚの周波数帯域幅を持つものとなる。７９ＧＨｚの周波数帯のレーダは、例えば２４ＧＨｚ、６０ＧＨｚ、７６ＧＨｚの周波数帯などの他のミリ波／準ミリ波レーダよりも、使用可能な周波数帯域幅が広いという特徴がある。

　本開示で利用されるＦＭＣＷレーダのレーダ方式は、通常より短い周期でチャープ信号を送信するＦＣＭ方式（Fast-Chirp Modulation）を含むとしてもよい。電子機器１が生成する信号は、ＦＭＣＷ方式の信号に限定されない。電子機器１が生成する信号は、ＦＭＣＷ方式以外の各種の方式の信号としてもよい。任意の記憶部に記憶される送信信号列は、これら各種の方式によって異なるものとしてよい。例えば、上述のＦＭＣＷ方式のレーダ信号の場合、時間サンプルごとに周波数が増加する信号及び減少する信号を使用してよい。上述の各種の方式は、公知の技術を適宜適用することができるため、より詳細な説明は省略する。

　図３は、一実施形態に係る電子機器１の機能的な構成を示すブロック図である。以下、一実施形態に係る電子機器１の機能的な構成の一例について説明する。

　図３に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、信号処理部１０を備えてよい。信号処理部１０は、信号発生処理部１１、受信信号処理部１２、時系列信号生成部１３、及び周波数フィルタ１４を含んでもよい。図３は、上述のように、電子機器１の機能的な構成を示している。このため、図３において、図１及び図２に示した機能部のうち、筐体７０、カバー部８０、及び基板９０の図示は省略してある。

　図３に示す機能部のうち、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１は、図１及び図２に示した基板９０の表面（Ｚ軸正方向の面）に設置されてよい。また、図３に示す機能部のうち、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１以外の機能部の少なくとも一部は、図１及び図２に示した基板９０の表面（Ｚ軸正方向の面）又は基板９０の裏面（Ｚ軸負方向の面）に設置されてよい。また、図３に示す機能部のうち、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１以外の機能部の少なくとも一部は、図１及び図２に示した筐体７０及びカバー部８０の内部又は外部に設置されてもよい。

　また、一実施形態に係る電子機器１は、送信部として、送信ＤＡＣ２１、送信回路２２、ミリ波送信回路２３、及び、送信アンテナアレイ２４を備えている。また、一実施形態に係る電子機器１は、受信部として、受信アンテナアレイ３１、ミキサ３２、受信回路３３、及び、受信ＡＤＣ３４を備えている。一実施形態に係る電子機器１は、図３に示す機能部のうち少なくともいずれかを含まなくてもよいし、図３に示す機能部以外の機能部を含んでもよい。図３に示す電子機器１は、ミリ波帯域等の電磁波を用いた一般的なレーダと基本的に同様に構成した回路を含んで構成してもよい。

　一実施形態に係る電子機器１が備える信号処理部１０は、電子機器１を構成する各機能部の制御をはじめとして、電子機器１全体の動作の制御を行うことができる。特に、信号処理部１０は、電子機器１が扱う信号について各種の処理を行う。信号処理部１０は、種々の機能を実行するための制御及び処理能力を提供するために、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)又はＤＳＰ(Digital Signal Processor)のような、少なくとも１つのプロセッサを含んでよい。信号処理部１０は、まとめて１つのプロセッサで実現してもよいし、いくつかのプロセッサで実現してもよいし、それぞれ個別のプロセッサで実現してもよい。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、ＩＣ（Integrated Circuit）ともいう。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。一実施形態において、信号処理部１０は、例えばＣＰＵ（ハードウェア）及び当該ＣＰＵで実行されるプログラム（ソフトウェア）として構成してよい。信号処理部１０は、信号処理部１０の動作に必要な記憶部（メモリ）を適宜含んでもよい。

　信号処理部１０の信号発生処理部１１は、電子機器１から送信する信号を発生する。一実施形態に係る電子機器１において、信号発生処理部１１は、例えばチャープ信号のような送信信号（送信チャープ信号）を生成してよい。特に、信号発生処理部１１は、周波数が周期的に線形に変化する信号（線形チャープ信号）を生成してもよい。例えば、信号発生処理部１１は、周波数が時間の経過に伴って７７ＧＨｚから８１ＧＨｚまで周期的に線形に増大するチャープ信号としてもよい。また、例えば、信号発生処理部１１は、周波数が時間の経過に伴って７７ＧＨｚから８１ＧＨｚまで線形の増大（アップチャープ）及び減少（ダウンチャープ）を周期的に繰り返す信号を生成してもよい。信号発生処理部１１が生成する信号は、例えば信号処理部１０において予め設定されていてもよい。また、信号発生処理部１１が生成する信号は、例えば信号処理部１０における任意の記憶部などに予め記憶されていてもよい。レーダのような技術分野で用いられるチャープ信号は既知であるため、より詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略する。信号発生処理部１１によって生成された信号は、送信ＤＡＣ２１に供給される。このため、信号発生処理部１１（信号処理部１０）は、送信ＤＡＣ２１に接続されてよい。

　送信ＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）２１は、信号発生処理部１１から供給されるデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する。送信ＤＡＣ２１は、一般的なデジタル・アナログ・コンバータを含めて構成してよい。送信ＤＡＣ２１によってアナログ化された信号は、送信回路２２に供給される。このため、送信ＤＡＣ２１は、送信回路２２に接続されてよい。

　送信回路２２は、送信ＤＡＣ２１によってアナログ化された信号を中間周波数(Intermediate Frequency：ＩＦ)の帯域に変換する機能を有する。送信回路２２は、一般的なＩＦ帯域の送信回路を含めて構成してよい。送信回路２２によって処理された信号は、ミリ波送信回路２３に供給される。このため、送信回路２２は、ミリ波送信回路２３に接続されてよい。

　ミリ波送信回路２３は、送信回路２２によって処理された信号を、ミリ波（ＲＦ波）として送信する機能を有する。ミリ波送信回路２３は、一般的なミリ波の送信回路を含めて構成してよい。ミリ波送信回路２３によって処理された信号は、送信アンテナアレイ２４に供給される。このため、ミリ波送信回路２３は、送信アンテナアレイ２４に接続されてよい。また、ミリ波送信回路２３によって処理された信号は、ミキサ３２にも供給される。このため、このため、ミリ波送信回路２３は、ミキサ３２にも接続されてよい。

　送信アンテナアレイ２４は、複数の送信アンテナをアレイ状に配列させたものである。図３においては、送信アンテナアレイ２４の構成を簡略化して示してある。送信アンテナアレイ２４は、ミリ波送信回路２３によって処理された信号を、電子機器１の外部に送信する。送信アンテナアレイ２４は、一般的なミリ波レーダにおいて用いられる送信アンテナアレイを含めて構成してよい。

　このようにして、一実施形態に係る電子機器１は、送信アンテナ（送信アンテナアレイ２４）を備え、送信アンテナアレイ２４から送信波として送信信号（例えば送信チャープ信号）を送信することができる。図１及び図２に示したように、送信アンテナアレイ２４から送信される送信波は、例えばレドームのようなカバー部８０を経る（透過する）ことにより、電子機器１の外部に送信されてよい。

　ここで、例えば、図３に示すように、電子機器１の周囲に物体２００が存在する場合を想定する。この場合、送信アンテナアレイ２４から送信された送信波の少なくとも一部は、物体２００によって反射される。送信アンテナアレイ２４から送信された送信波のうち、物体２００によって反射されるものの少なくとも一部は、受信アンテナアレイ３１に向けて反射され得る。

　受信アンテナアレイ３１は、反射波を受信する。ここで、当該反射波は、送信アンテナアレイ２４から送信された送信波のうち物体２００によって反射されたものの少なくとも一部としてよい。

　受信アンテナアレイ３１は、複数の受信アンテナをアレイ状に配列させたものである。図３においては、受信アンテナアレイ３１の構成を簡略化して示してある。受信アンテナアレイ３１は、送信アンテナアレイ２４から送信された送信波が反射された反射波を受信する。図１及び図２に示したように、受信アンテナアレイ３１は、上述のような反射波を、電子機器１の外部から、例えばレドームのようなカバー部８０を経る（透過する）ことにより受信してよい。

　受信アンテナアレイ３１は、一般的なミリ波レーダにおいて用いられる受信アンテナアレイを含めて構成してよい。受信アンテナアレイ３１は、反射波として受信された受信信号を、ミキサ３２に供給する。このため、受信アンテナアレイ３１は、ミキサ３２に接続されてよい。

　ミキサ３２は、ミリ波送信回路２３によって処理された信号（送信信号）と、受信アンテナアレイ３１によって受信された受信信号とを、中間周波数(ＩＦ)の帯域に変換する。ミキサ３２は、一般的なミリ波レーダにおいて用いられるミキサを含めて構成してよい。ミキサ３２は、合成された結果として生成される信号を、受信回路３３に供給する。このため、ミキサ３２は、受信回路３３に接続されてよい。

　受信回路３３は、ミキサ３２によってＩＦ帯域に変換された信号をアナログ処理する機能を有する。受信回路３３は、一般的なＩＦ帯域に変換する受信回路を含めて構成してよい。受信回路３３によって処理された信号は、受信ＡＤＣ３４に供給される。このため、受信回路３３は、受信ＡＤＣ３４に接続されてよい。

　受信ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）３４は、受信回路３３から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。受信ＡＤＣ３４は、一般的なアナログ・デジタル・コンバータを含めて構成してよい。受信ＡＤＣ３４によってデジタル化された信号は、信号処理部１０の受信信号処理部１２に供給される。このため、受信ＡＤＣ３４は、信号処理部１０（受信信号処理部１２）に接続されてよい。

　信号処理部１０の受信信号処理部１２は、受信ＤＡＣ３４から供給されるデジタル信号に各種の処理を施す機能を有する。例えば、受信信号処理部１２は、受信ＤＡＣ３４から供給されるデジタル信号に基づいて、電子機器１から物体２００までの距離を算出することができる（測距）。また、受信信号処理部１２は、受信ＤＡＣ３４から供給されるデジタル信号に基づいて、物体２００の電子機器１に対する相対速度を算出することができる（測速）。さらに、受信信号処理部１２は、受信ＤＡＣ３４から供給されるデジタル信号に基づいて、物体２００の電子機器１から見た方位角を算出することができる（測角）。

　具体的には、受信信号処理部１２には、Ｉ／Ｑ変換されたデータが入力されてよい。このようなデータが入力されることにより、受信信号処理部１２は、距離（Range）方向及び速度（Velocity）方向の高速フーリエ変換（２Ｄ－ＦＦＴ）をそれぞれ行ってよい。その後、受信信号処理部１２は、例えばＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）などの処理による雑音点の除去による誤警報の抑制及び一定確率化を行ってよい。そして、受信信号処理部１２は、ＣＦＡＲの基準を満たす点に対して到来角度推定を行うことにより、物体２００の位置を得ることとなる。受信信号処理部１２によって測距、測速、及び測角された結果として生成される情報は、時系列信号生成部１３に供給されてよい。

　時系列信号生成部１３は、受信信号処理部１２よって生成された情報に基づいて、例えば物体２００の振動のような運動を示す時系列の信号を生成する。上述のように、受信信号処理部１２は、物体２００を測距、測速、及び測角した結果の情報を生成することができる。したがって、時系列信号生成部１３は、これらの情報の少なくとも一部に基づいて、例えば物体２００が微細に振動しているような運動をしている場合、当該物体２００の振動を示す時系列の信号を生成することができる。時系列信号生成部１３によって生成された物体２００の振動を示す時系列の信号は、周波数フィルタ１４に供給されてよい。

　周波数フィルタ１４は、時系列信号生成部１３から供給される時系列の信号に、周波数フィルタリングを行う。例えば、周波数フィルタ１４は、マイクロドップラーの成分を抽出する処理を実行してよい。また、周波数フィルタ１４は、物体２００の振動などのような運動を抽出する処理を実行してよい。例えばミリ波レーダのようなレーダ装置は、電波を用いることにより、複数の物体について、距離、角度、及び速度を測定することができる。そこで、このようなレーダ装置は、受信した電波のドップラーシフトを使用して、物体の速度を検出することができる。ここで、検出される物体に動き及び／又は振動がある場合、ドップラーシフトは変化する。このドップラーシフトの時間変化は、マイクロドップラーと呼ばれる。マイクロドップラーを解析することにより、検出される物体の振動などの運動に関する情報を得ることができる。

　周波数フィルタ１４によってフィルタリングされた結果の情報は、例えば通信インタフェース５０などに供給されてよい。このため、周波数フィルタ１４（信号処理部１０）は、通信インタフェース５０に接続されてよい。周波数フィルタ１４から出力される結果の情報は、通信インタフェース５０以外の他の機能部に供給されてもよい。

　通信インタフェース５０は、信号処理部１０から供給される情報を例えば外部機器６０などに出力するインタフェースを含んで構成される。通信インタフェース５０は、物体２００の位置、速度、及び角度の少なくともいずれかの情報を、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などの信号として、外部機器６０などに出力してよい。例えば、物体２００の位置、速度、角度の少なくともいずれかの情報は、通信インタフェース５０を経て、外部機器６０などに供給されてよい。また、上述した物体２００が振動などの運動に関する情報も、通信インタフェース５０を経て、外部機器６０などに供給されてよい。このため、通信インタフェース５０は、外部機器６０などに接続されてよい。

　図３に示すように、一実施形態に係る電子機器１は、通信インタフェース５０を介して、外部機器６０に有線又は無線によって接続されてよい。一実施形態において、外部機器６０は、任意のコンピュータ及び／又は任意の制御機器などを含んで構成されてよい。また、一実施形態に係る電子機器１は、外部機器６０を含んで構成されてもよい。外部機器６０は、電子機器１が検出する物体２００の振動などの運動に関する情報が利用される態様に応じて、各種の構成とすることができる。したがって、外部機器６０について、より詳細な説明は省略する。

　以上説明したように、一実施形態に係る電子機器１は、送信アンテナアレイ２４から送信波として電磁波を送信する。例えば電子機器１の周囲に所定の物体（例えば図３に示す物体２００）が存在する場合、電子機器１から送信された送信波の少なくとも一部は、当該物体によって反射されて反射波となる。そして、このような反射波を例えば電子機器１の受信アンテナアレイ３１によって受信することにより、電子機器１は、当該物体をターゲットとして検出することができる。

　ここで、物体２００とは、例えば電子機器１の周囲に存在する人間などとしてよい。また、物体２００とは、例えば電子機器１の周囲に存在する動物など、人間以外の生物としてもよい。さらに、物体２００は、人間又は動物のような生物以外の物体としてもよい。上述のように、物体２００は、移動していてもよいし、停止又は静止していてもよい。本開示において、電子機器１が検出する物体は、任意の物体のような無生物の他に、人、犬、猫、及び馬、その他の動物などの生物も含む。本開示の電子機器１が検出する物体は、レーダ技術により検出される、人、物、及び動物などを含む物標を含んでもよい。

　一実施形態において、外部機器６０に供給される物体２００の振動などの運動に関する情報（例えば振動波形）を利用することにより、電子機器１のカバー部８０を設計することができる。

　以下、一実施形態に係る電子機器１のカバー部８０の設計について、さらに説明する。

　一実施形態に係る電子機器１は、上述のように、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナ３１を備えるミリ波レーダセンサのような、レーダ技術に基づく装置として実現することができる。また、一実施形態に係る電子機器１は、検出された物体のまでの距離及び当該物体の速度成分を用いて、ドップラー解析を行うことができる。ここで、一実施形態に係る電子機器１がレドームのようなカバー部８０（及び筐体７０）を備える場合、ドップラー特性の劣化を可能な限り回避するように、反射電力が抑制されるように構成することが望ましい。そこで、一実施形態に係る電子機器１の設計方法は、レドームのようなカバー部材８０（及び筐体７０）を適切に設計することに関する。また、一実施形態に係る電子機器１は、上述のような設計方法により適切に設計されたレドームのようなカバー部材８０（及び筐体７０）を備えてよい。

　一実施形態に係る電子機器１は、電磁波又は音波などを用いた距離測定（測距）、角度推定（測角）、及びドップラー速度を検出可能なミリ波帯域以上の高周波（例えば２０ＧＨｚ以上）のドップラーレーダとして実現することができる。そこで、一実施形態に係る電子機器１は、マイクロドップラーとして、ある位置に局在する振動を検出する、ミリ波以上の周波数帯を用いたレーダ装置として実現してもよい。このような場合、一実施形態に係る電子機器１は、レドームのようなカバー部８０（及び筐体７０）が最適に設計されるようにするのが望ましい。

　ミリ波以上の高周波のレーダによって検出し得る振動は、例えば、ロボット、電動工具、及び音響機器などの振動、並びに、剛体運動、人又は動物の心拍、呼吸、脈拍、動作など、多岐にわたる。一般に、レーダ装置がマイクロドップラーを検出するためには、ＦＣＭ又はＦＭＣＷなどにより、変調、送信、受信、及びミキシングを経て得られる、各チャープ信号に対応するＩＦ信号間の位相を正確に捉える必要がある。

　このため、一実施形態に係る電子機器１が、マイクロドップラーのような振動を検出するためには、次の２つの観点が重要となる。すなわち、
　第１の観点：送信アンテナアレイ２４と受信アンテナアレイ３１との間のアイソレーションを高めること
　第２の観点：送信アンテナアレイ２４から送信される送信波及び／又は受信アンテナアレイ３１が受信する反射波の例えばレドームのようなカバー部８０（及び筐体７０）による反射を低減すること

　送信アンテナアレイ２４のポートを１とし、受信アンテナアレイ３１のポートを２として、Ｓパラメータ（Scattering parameter）を定義すると、上述した第１の観点及び第２の観点は、以下のように記すことができる。すなわち、
　第１の観点：Ｓ_２１を低減すること
　第２の観点：Ｓ_１１及び／又はＳ_２２を低減すること

　上述した第１の観点及び第２の観点を実現するために、次のような設計事項を考慮することが想定される。すなわち、
　設計事項１：アンテナアレイ及び基本構造の設計
　設計事項２：クリアランス及びカバー部８０の厚さの設計
　設計事項３：電磁界解析による設計基準の絞り込み
　以下、これらの設計について、さらに説明する。

　設計事項１においては、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１のようなアンテナの指向性の制御を行ってよい。具体的には、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１のようなアンテナアレイの性能を向上させるためのアレイ設計を行ってよい。ここで、アレイ設計とは、例えば、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１のような、アレイの数、アレイの各チャンネル（アンテナ）に対する振幅及び位相の係数の設計による遠方界及び近傍界の設計としてよい。

　設計事項２においては、送信アンテナアレイ２４から送信される送信波の波長に基づいて、１次元的なモデルにより、次のような幾何学的な設計を行ってよい。
　・送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１とカバー部８０との間のクリアランス（図２に示す間隔Ｇｐ）が、空中において、送信波の半波長（λ／２）となるように設計する
　・カバー部８０の厚さ（図２に示す厚さＴｋ）が、レドームのようなカバー部８０を構成する材料による波長短縮率を考慮して、送信波の半波長（λ／２√ε）となるように設計する

　設計事項３においては、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１並びにカバー部８０の現実の配置が３次元的な広がりを有することを考慮して、実際の幾何学モデルに基づいて計算することにより最適化を行ってよい。実際の幾何学モデルに基づく計算を行う際には、電磁界シミュレーションなどにより計算を行うことで、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１並びにカバー部８０を最適化してよい。ここで、電磁界シミュレーションとしては、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）、及び有限差分周波数時間分割法（ＦＤＴＤ法：Finite Difference Time, Domain method）などを行ってよい。

　しかしながら、一実施形態に係る電子機器１のように、物体２００の振動の検出を行う場合、上記した設計のみでは、十分なチャープ信号間の位相の精度を達成できないことが想定される。そこで、一実施形態に係る電子機器１においては、チャープ信号間の位相精度に着目した評価設計を行う。すなわち、上記の設計事項１乃至設計事項３の設計結果情報、Ｓパラメータ、遠方界指向性、及び近傍界電磁界分布などによって、レーダの最終的な振動検出能力を解析的又は数値計算に算出することは困難である。このため、一実施形態に係る電子機器１においては、振動を検出する能力の評価システムを用いて、設計結果の評価を行ってカバー部８０（及び筐体７０）を設計する。

　このように、一実施形態に係る電子機器１は、振動体を用いたレーダの検出能力の評価手法を用いることにより設計したカバー部８０（及び筐体７０）を備えてよい。また、一実施形態において、振動体を用いたレーダの検出能力の評価手法を用いることにより、電子機器１のカバー部８０（及び筐体７０）を設計する方法を提供する。

　ここで、一実施形態に係る電子機器１において、上記の設計事項１乃至設計事項３を考慮して、カバー部８０（及び筐体７０）の設計を行ってもよい。例えば、上述した特許文献３（特開２０１２－９３３０５号公報）は、上述の上記の設計事項３に着目したものと考えることができる。特許文献３は、送受信アンテナ間に仕切壁を設けることにより、送受信アンテナ間のアイソレーションを向上させようとする試みを提案している。

　特許文献３は、ミリ波（本実施形態では７６．５ＧＨｚ）帯のレーダ波を送受信して、レーダ波を反射した物標（先行車両、路上の障害物、路側物など）に関する情報（距離，相対速度，方位など）を求める旨を開示している。そして、特許文献３に開示のレドームの正面壁には、内部空間を２つの直方体状の空間に仕切る仕切壁が、レドームの他の部位と共に一体成形されている。ここで、レドームの厚さは、仕切壁も含めて、使用するレーダ波の半波長程度（約２ｍｍ）に形成される旨が開示されている。

　しかしながら、上述のような設計においては、以下のような懸念が想定される。

　すなわち、送受信アンテナ間の仕切壁は、アンテナの近傍界及び遠方界指向性を、本来設計したアンテナアレイの特性から大幅に変化させる。したがって、このようにすることにより、受信間のアイソレーションが向上したとしても、アンテナ性能自体が悪化し得る。また、上述のように設計されたレドーム（仕切壁を含む）は、上述した第１の観点及び第２の観点に鑑みて、十分に所望の特性を達成できることを担保することができないことも想定される。

　したがって、一実施形態に係る電子機器１は、上述のような懸念を解決するために、レーダが振動を検出する性能を評価するシステムによって、カバー部８０（及び筐体７０）を設計する。一実施形態に係る電子機器１の設計方法によれば、振動を検出する能力を最大化したレドーム及び／又は筐体の構造を設計し得る。すなわち、一実施形態に係る電子機器１は、振動検出能力を最大化したレドーム／筐体構造を備えることができる。

　以下、図２に示したように、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１からカバー部８０までの間隔Ｇｐが２．４２ｍｍとした場合に、カバー部８０の厚さを最適化する例を示す。ここで、間隔Ｇｐは、６２ＧＨｚの電波の半波長（λ／２）の大きさに基づいて、２．４２ｍｍと設定してよい。

　図４は、一実施形態に係る電子機器１のカバー部８０を設計する方法を説明するフローチャートである。一実施形態において、図４のフローチャートに示すステップに従うことにより、電子機器１のカバー部８０を設計することができる。

　図４に示す設計方法が開始すると、まず、上述の設計事項１すなわちアンテナアレイ及び基本構造の設計を行う（ステップＳ１１）。ステップＳ１１においては、上述のように、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１のようなアンテナの指向性の制御を行ってよい。

　次に、上述の設計事項２すなわちクリアランス及びカバー部８０の厚さの設計を行う（ステップＳ１２）。ステップＳ１２においては、クリアランスとして、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１とカバー部８０との間隔Ｇｐ（図２参照）を設計してよい。また、ステップＳ１２においては、カバー部８０の厚さとして、図２に示す厚さＴｋを設計してよい。

　ステップＳ１１及びステップＳ１２は、逆の順序で実行してもよい。

　一実施形態において、ステップＳ１１及びステップ１２の設計を経ることにより、Ｎ個の設計基準を決定してよい（ステップＳ１３）。すなわち、ステップＳ１３の時点において、Ｎ個の構成態様が異なる電子機器１の設計パラメータを決定してよい。

　Ｎ個の設計基準が決定されたら、次に、それぞれ設計された電子機器１を用いて、電磁界解析を実行してよい（ステップＳ１４）。すなわち、ステップＳ１４において、Ｎ個の設計基準について、次々に電磁界解析を実行してよい。ステップＳ１４において、ある設計基準ｎ（≦Ｎ）について電磁界解析を実行した結果、所定の基本性能が満たされると判定されたら（ステップＳ１５のＹｅｓ）、ステップＳ１７の動作に進む。一方、ステップＳ１４において、ある設計基準ｎ（≦Ｎ）について電磁界解析を実行した結果、所定の基本性能が満たされないと判定されたら（ステップＳ１５のＮｏ）、次の設計基準ｎ＋１について（ステップＳ１６）、ステップＳ１４の電磁界解析を実行してよい。このようにして、ステップＳ１４乃至ステップＳ１６において、上述の設計事項３すなわち電磁界解析による設計基準の絞り込みを行ってよい。

　ステップＳ１５においては、Ｓパラメータ及び／又は動作利得（Realized gain）に基づいて、設計基準が基本性能を満たすか否か判断してよい。以下、ステップＳ１４乃至ステップＳ１６において実行される電磁界解析による設計基準の絞り込みの例について、さらに説明する。

　図５は、ステップＳ１４において電磁界解析を実行した例を示す図である。図５は、送信アンテナアレイ２４と受信アンテナアレイ３１との間のアイソレーションが、カバー部８０に依存する度合いを示す電磁界計算の結果（有限要素法）の例を示している。すなわち、図５は、カバー部８０の厚さＴｋをいくつか変更した場合に、上述した第１の観点であるＳ_２１が低減されるか否かを示す図である。

　図５の横軸は、送信波の周波数を示し、図５の縦軸は、上述した第１の観点であるＳ_２１を示す。すなわち、図５の縦軸は、ポート１からポート２への反射電力を示し、この値が小さいほど特性が良いことを示す。図５において、カバー部８０（レドーム）は、ＡＢＳ樹脂製とした例を示す。また、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋは、１．０ｍｍ～１．６ｍｍまで変化させたものと、ＰＥＴフィルム０．２ｍｍとして設定し、その中で良いものを６つ選択し、その計算値を掲載してある。

　また、ＡＢＳ樹脂の比誘電率が３．４であることを考慮すると、送信波が６２ＧＨｚである場合の波長は１．３１ｍｍとなる。したがって、その前後で±０．３ｍｍで設計基準を設定してある。また、非常に薄いＰＥＴフィルムは、電波を透過する可能性も高いため、図５において設計基準として設定してある。さらに、参考までに、レドームがない状態のものも、図５において示してある。図５に示す例においては、カバー部８０（レドーム）がない状態よりも、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋが１．４ｍｍである場合に最も良好な結果となっている。しかしながら、この結果だけから、設計結果が最良であるとは決定できない。

　図６は、カバー部８０の厚さＴｋをいくつか変更した場合における、電子機器１としての動作利得（Realized gain）の程度を示す図である。図６の横軸は、送信波の周波数を示し、図５の縦軸は、動作利得を示す。すなわち、図６の縦軸は、高い値ほど利得が高いことを示している。

　図６に示すように、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを０．２ｍｍのＰＥＴフィルムとした場合、カバー部８０（レドーム）がない状態よりも利得が高くなる。また、図６に示すように、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを０．２ｍｍのＰＥＴフィルムとした場合の次に利得が高いのは、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを１．４ｍｍとした場合になる。一方、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを１．５ｍｍとした場合、周波数特性が他と異なるようになることが分かる。この場合、特に６３ＧＨｚの帯域で最も利得が低くなった。

　図５及び図６の結果から分かるように、送受信間のアイソレーションが最も低くなる設計基準と、動作利得が最も良好な設計基準は、必ずしも同じにならない。したがって、ステップＳ１４乃至ステップＳ１６における電磁界解析による設計基準の絞り込みのみで、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋの最適な条件を導出できるわけではない。このため、一実施形態において、ステップＳ１４乃至ステップＳ１６における電磁界解析による設計基準の絞り込みは、あくまでも設計基準の絞り込みのための参考条件としてよい。

　そこで、一実施形態において、図４に示したステップＳ１５の結果絞り込まれたＭ（１≦Ｍ≦Ｎ）個の設計基準を満たす電子機器１の試作を作成し、当該電子機器１についてステップＳ１７及びステップＳ１８を実行してよい。ステップＳ１７においては、ステップＳ１４及びステップＳ１５をクリアした設計基準を満たす電子機器１の試作を用いて、物体２００の振動を検出する能力の評価を行う。ステップＳ１７において振動を検出する能力の評価が実行されたら、当該評価の結果に基づいて、電子機器１の最適な設計基準を選択することができる（ステップＳ１８）。

　ステップＳ１７において実行される物体２００の振動を検出する能力の評価とは、例えば、振動体及びリファレンス機（計測器）を用いた二乗振幅コヒーレンス（Magnitude-squared coherence：ＭＳＣ）の比較を行ってよい。この比較の結果、最適条件の電子機器１を選択することができる。以下、振動体及びリファレンス機（計測器）計測器を用いた二乗振幅コヒーレンス（ＭＳＣ）の比較について、さらに説明する。

　図７は、図４のステップＳ１７に示した振動検出能力の評価を行う評価系（以下、単に「評価システム」と記す）の概略構成を例示する図である。

　図７に示すように、評価システムは、評価される電子機器１のほかに、振動源２１０、リファレンス機３１０、信号発生器３２０、増幅器３３０、及びデータロガー３４０を含んで構成されてよい。

　図７に示す電子機器１は、例えば図４に示したステップＳ１５の結果絞り込まれたＭ（１≦Ｍ≦Ｎ）個の設計基準を満たすように試作された電子機器１としてよい。また、振動源２１０は、図３に示した物体２００として、振動する物体を含んで構成されてよい。一実施形態において、振動源２１０は、電気的な振動を物理的な振動に変換する例えばラウドスピーカなどを含んでよい。リファレンス機３１０は、一実施形態において、例えばレーザ振動計としてよい。信号発生器３２０は、振動源２１０から出力するテスト信号を発生する。増幅器３３０は、振動源２１０から出力するテスト信号を増幅する例えばオーディオアンプなどを含んでよい。データロガー３４０は、電子機器１及びリファレンス機３１０から出力されるデータをロギングする。

　図７に示す信号発生器３２０が発生する信号は、例えば５００Ｈｚ以下のチャープ信号としてよい。また、信号発生器３２０が発生する信号のダイナミックレンジは、例えば－３０ｄＢから０ｄＢまでとし、そのレベルが時間ごとに徐々に３ｄＢずつ減少するものとしてよい。このような信号により、振動源２１０（ラウドスピーカ）の振動振幅が大きい状態から小さい状態に変化させて、どのレベルで電子機器１の信号の検出が限界となるか確認できる。また、図７に示すように、振動源２１０と電子機器１との距離は、５０ｃｍとした。

　図８及び図９は、図７に示すような評価システムにおいて信号発生器３２０から振動源２１０に入力される信号の例を示す図である。図８は、信号の全体の時系列の波形を示している。図８の横軸は時間を示し、図８の縦軸は信号レベルを示す。また、図９は、１レベルのスペクトログラムを示している。図９の横軸は時間を示し、図９の縦軸は周波数を示す。図８及び図９に示すような結果によって、上述のような信号の諸元を確認することができる。

　図７に示す評価システム並びに図８及び図９に示す信号に基づいて、電子機器１によって検出される物体２００などの振動のデータのリファレンス機３１０に対する品質を検査することができる。検査を行う統計量について、以下、説明する。

　図７に示す評価システムにおいて、振動源２１０及びリファレンス機３１０を用いた二乗振幅コヒーレンスＣ_ｘｙは、次の式（１）のように示すことができる。ここで、図８及び図９に示す信号（オーディオ信号）の周波数をｆ［Ｈｚ］とする。また、リファレンス機３１０が検出した振動の時系列信号ベクトルをｘとし、電子機器１が検出した振動の時系列信号ベクトルをｙとする。さらに、ｘ及びｙの各々のパワースペクトル密度をＰ_ｘｘ（ｆ）及びＰ_ｙｙ（ｆ）とする。

　上記式（１）に示した二乗振幅コヒーレンスＣ_ｘｙを、所定の周波数帯域内で平均化することにより、次の式（２）に示すような最終的な統計量を得ることができる。

　図４のステップＳ１４に示した電磁界解析によって絞り込まれた設計基準に対し、上記式（２）によって計算される統計量を、ｆ_０＝２０［Ｈｚ］、ｆ_１＝４００［Ｈｚ］として、積分してよい。

　図１０は、以上の結果を、試作された電子機器１のいくつかの設計基準について、まとめて示す図である。図１０の横軸はチャープ信号のレベルを示し、図１０の縦軸は平均の二乗振幅コヒーレンス（Averaged magnitude-squared coherence）を示す。

　図１０からわかるように、以上のように構成された電子機器１は、カバー部８０（レドーム）がない状態において、平均の二乗振幅コヒーレンスが最も高くなる。また、電子機器１は、信号レベルが－１２～－３０ｄＢの時、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋが１．４ｍｍの場合において、平均の二乗振幅コヒーレンスが最も高くなる。また、電子機器１は、信号レベルが０～－１２ｄＢの時も、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋが１．４ｍｍの場合において、他の場合よりも平均の二乗振幅コヒーレンスが比較的高いと言える。一方、１．５ｍｍは、全ての信号レベルにおいて二乗振幅コヒーレンスが低くなる。したがって、以上のように構成された電子機器１は、カバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを１．４ｍｍとすることにより、振動を検出する能力を最大化し得る。

　したがって、一実施形態に係る電子機器１の設計方法によれば、電子機器１のカバー部８０（レドーム）の厚さＴｋを最適化できる。また、このようにして設計された一実施形態に係る電子機器１は、電子機器１のカバー部８０（レドーム）の厚さＴｋが最適化されることにより、物体（特に物体の振動などの運動）を良好な精度で検出し得る

（他の実施形態）
　以下、他の実施形態について説明する。

　他の実施形態において、図４に示したステップの全てを実行するのではなく、適宜、少なくとも一部のステップを省略してもよい。例えば、他の実施形態において、図４に示したステップＳ１４乃至ステップＳ１６をスキップすることにより、電磁界解析を省いてもよい。

　また、他の実施形態において、図５に示した振動源２１０は、ラウドスピーカに限定されず、例えば、圧電振動子又は静電型スピーカ／アクチュエータなど、面的な振動を発生可能な任意のトランスデューサとしてもよい。

　また、他の実施形態において、図８及び図９に示したような振動源２１０に対する入力信号は、チャープ信号に限定されず、例えば周波数ステップごとに離散的に変化する周波数ステップ信号としてもよい。

　また、他の実施形態は、一実施形態に係る電子機器１のカバー部８０（レドーム）の厚さＴｋのみを設計するものに限定されない。例えば、他の実施形態は、筐体７０全体、送信アンテナアレイ２４、及び／又は受信アンテナアレイ３２の設計など、振動を検出する機器の任意のハードウェアを設計するものとしてもよい。

　また、図８及び図９に示したような振動源２１０に入力するチャープ信号は、例えば、ステップトーン信号、又はＴＳＰ（time stretched pulse）信号などとしてもよい。

　また、図８及び図９に示したような振動源２１０に入力する信号の帯域及び／又はダイナミックレンジは、任意に設定されるものとしてもよい。

　上記の式（２）においては、周波数帯域内の平均を算出した。しかしながら、他の実施形態において、統計的な中央値（メジアン）、最大値、又は最小値など、別の統計量を用いてもよい。また、上記の式（２）のように平均化する際、周波数として重要な帯域の重みづけを行うために、重みづけ係数ｗ（ｆ）を乗算して、例えば次の式（３）のように算出してもよい。

（設計基準を検討する対象について）
　上述した実施形態においては、レドームのようなカバー部８０（及び筐体７０）の設計を検討（最適化）することにより、例えばレーダ装置のような電子機器が物体を検出する精度を良好なものにした。特に、上述した実施形態においては、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１とカバー部８０との間のクリアランス（間隔Ｇｐ）の設計、及び／又は、カバー部８０の厚さ（厚さＴｋ）の設計を最適化する場合について説明した。一方、上述した実施形態は、間隔Ｇｐの設計及び／又は厚さＴｋの設計の最適化に限定されない。また、上述した実施形態は、カバー部８０及び／又は筐体７０の設計の最適化にも限定されない。すなわち、上述した実施形態において、設計基準を検討する対象は、間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋのサイズに限定されず、またカバー部８０及び／又は筐体７０にも限定されない。

　上述のように、レーダ装置がマイクロドップラーを検出するためには、ＦＣＭ又はＦＭＣＷなどにより、変調、送信、受信、及びミキシングを経て得られる、各チャープ信号に対応するＩＦ信号間の位相を正確に捉える必要がある。しかしながら、レーダ装置においては、使用される種々のハードウェア及び／又はソフトウェアなどに起因して、ノイズが発生したり、信号が劣化したりすることがある。すると、上述のような各チャープ信号に対応するＩＦ信号間の位相を正確に捉えにくくなる。この場合、チャープ間の位相の精度が劣化するため、マイクロドップラー信号を正確に検出しにくくなる。そこで、上述した実施形態においては、第１の観点（Ｓ_２１を低減すること）並びに第２の観点（Ｓ_１１及び／又はＳ_２２を低減すること）に基づいて、間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋを設計基準の対象として検討した。

　一方、間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋ以外の対象を設計基準の対象として変更する場合も、使用される種々のハードウェア及び／又はソフトウェアに起因して、ノイズが発生したり、信号が劣化したりすることがある。したがって、上述した間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋ以外の対象も設計基準の対象に含めて検討することにより、レーダ装置が物体を検出する精度をより良好なものにし得る。以下、上述した間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋ以外の対象も設計基準の対象に含めて検討する場合について説明する。

　図１１は、一実施形態に係る電子機器１を設計する方法を説明するフローチャートである。図１１は、図４において説明した方法において、電子機器１のカバー部８０以外の対象も設計基準の対象に含めて設計する方法を説明する図である。図１１において、すでに図４で説明したのと同様又は類似となる説明は、適宜、簡略化又は省略する。一実施形態において、図１１のフローチャートに示すステップに従うことにより、電子機器１を設計することができる。

　図１１に示す設計方法が開始すると、まず、電子機器１における設計基準の対象として、所定の対象についての設計を行う（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において設計を行う所定の対象とは、電子機器１における種々の観点に基づく各種の対象としてよい。例えば、所定の対象とは、カバー部８０及び／又は筐体７０の形状、サイズ、素材、又は構造などとしてよい。また、所定の対象とは、例えば、送信アンテナアレイ２４及び／又は受信アンテナアレイ３１のチャンネル数などとしてもよい。また、所定の対象とは、例えば、送信アンテナアレイ２４及び／又は受信アンテナアレイ３１を構成するアンテナ素子の数、形状、サイズ、素材、又は配置などとしてもよい。また、所定の対象とは、例えば、送信アンテナアレイ２４及び／又は受信アンテナアレイ３１を構成するアンテナ素子同士の距離、アンテナ素子同士の接続態様、アンテナ素子に給電する給電点の数、又はアンテナ素子に給電する給電点までの距離などとしてもよい。その他、所定の対象とは、電子機器１を構成するハードウェア及び／ソウトウェアについての各種の対象としてよい。所定の対象とは、電子機器１においてノイズに影響を与え得る各種の対象としてよい。

　ステップＳ２１においては、図４に示したステップＳ１１のように、アンテナアレイ及び基本構造の設計を行ってもよい。また、ステップＳ２１において、図４に示したステップＳ１２のように、クリアランス（送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１とカバー部８０との間隔Ｇｐ）及びカバー部８０の厚さ（厚さＴｋ）の設計を行ってもよい。すなわち、ステップＳ２１においては、上述の設計事項１及び／又は設計事項２の少なくとも一部を含む観点に基づく設計を行ってもよい。

　一実施形態において、ステップＳ２１の設計を経ることにより、例えばＮ個の設計基準を決定してよい（ステップＳ２２）。すなわち、ステップＳ２２の時点において、Ｎ個の構成態様が異なる電子機器１の設計パラメータを決定してよい。

　Ｎ個の設計基準が決定されたら、次に、それぞれ設計された電子機器１を用いて、所定の設計シミュレーションを実行してよい（ステップＳ２３）。すなわち、ステップＳ２３において、Ｎ個の設計基準について、次々に所定の設計シミュレーションを実行してよい。

　ステップＳ２３において行う所定の設計シミュレーションとは、ステップＳ２１において設計した所定の対象について基本となる所定の性能を満たすか否かを判定するためのシミュレーションとしてよい。例えば、ステップＳ２１において所定の対象としてカバー部８０のサイズについて設計したとする。この場合、ステップＳ２２において、電子機器１のカバー部８０についてＮ個の異なるサイズを決定してよい。そして、ステップＳ２３において、電子機器１におけるＮ個の異なるサイズのカバー部８０について、順次、カバー部８０のサイズに関する設計シミュレーションを行ってよい。ここで行う設計シミュレーションとは、カバー部８０のサイズの設計をシミュレートすることにより、Ｎ個の異なるサイズのカバー部８０のいずれかが、基本となる所定の性能を満たすか否か判定されるものとしてよい。図４に示したステップＳ１４において行った電磁界解析は、ステップＳ２３において行う所定の設計シミュレーションの具体的な一例としてもよい。

　ステップＳ２３において、ある設計基準ｎ（≦Ｎ）について設計シミュレーションを実行した結果、所定の基本性能が満たされると判定されたら（ステップＳ２４のＹｅｓ）、ステップＳ２６の動作に進む。一方、ステップＳ２３において、ある設計基準ｎ（≦Ｎ）について電磁界解析を実行した結果、所定の基本性能が満たされないと判定されたら（ステップＳ２４のＮｏ）、次の設計基準ｎ＋１について（ステップＳ２５）、ステップＳ２３の設計シミュレーションを実行してよい。このようにして、ステップＳ２３乃至ステップＳ２５において、設計シミュレーションによって設計基準の絞り込みを行ってよい。

　ステップＳ２４においては、図４のステップＳ１５で説明したように、例えばＳパラメータ及び／又は動作利得（Realized gain）に基づいて、設計基準が基本性能を満たすか否か判断してよい。

　次に、ステップＳ２４の結果絞り込まれたＭ（１≦Ｍ≦Ｎ）個の設計基準を満たす電子機器１の試作を作成し、当該電子機器１についてステップＳ２６及びステップＳ２７を実行してよい。ステップＳ２６においては、ステップＳ２３及びステップＳ２４をクリアした設計基準を満たす電子機器１の試作を用いて、物体２００の振動を検出する能力の評価を行う。ステップＳ２６において振動を検出する能力の評価が実行されたら、当該評価の結果に基づいて、電子機器１の最適な設計基準を選択することができる（ステップＳ２７）。

　ステップＳ２６において実行される物体２００の振動を検出する能力の評価とは、例えば、図４のステップＳ１７と同様に、振動体及びリファレンス機（計測器）を用いた二乗振幅コヒーレンス（Magnitude-squared coherence：ＭＳＣ）の比較を行ってよい。この比較の結果、最適条件の電子機器１を選択することができる。

　ステップＳ２６においては、図４において説明したステップＳ１７と同様に、図７に示すような評価システムを用いて、物体２００の振動を検出する能力の評価を行ってよい。

　図７に示す電子機器１は、例えば図１１に示したステップＳ２４の結果絞り込まれたＭ（１≦Ｍ≦Ｎ）個の設計基準を満たすように試作された電子機器１としてよい。また、振動源２１０は、図３に示した物体２００として、振動する物体を含んで構成されてよい。一実施形態において、振動源２１０は、電気的な振動を物理的な振動に変換する例えばラウドスピーカなどを含んでよい。リファレンス機３１０は、一実施形態において、例えばレーザ振動計としてよい。

　一方、一実施形態において、リファレンス機３１０は、レーザ振動計以外のものとしてもよい。一実施形態において、リファレンス機３１０は、例えば、音又は音声を集音する単一のマイクロフォンとしてもよいし、所定の方向の音又は音声を検出するマイクロフォンアレイとしてもよい。また、一実施形態において、リファレンス機３１０は、検出対象に接触することにより、振動を検出する圧電式振動センサ（例えばピエゾセンサなど）としてもよい。この場合、図７に示したリファレンス機３１０は、振動源２１０から離間して配置されるのではなく、振動源２１０に接触するように配置されてよい。また、一実施形態において、リファレンス機３１０は、高速度カメラ及び音場の光学計測手法を用いたＰＰＳＩ手法(Parallel Phase-Shifting Interferometry)に基づく構成を採用してもよい。

　以上説明したように、一実施形態において、上述した間隔Ｇｐ及び／又は厚さＴｋ以外の対象も設計基準の対象に含めて検討することにより、レーダ装置が物体を検出する精度をより良好なものにしてもよい。

　このように、一実施形態に係る電子機器１の設計方法において、電子機器１における所定の仕様を、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計するステップを含んでよい。

　図１１に示した実施形態において、図１１に示したステップの全てを実行するのではなく、適宜、少なくとも一部のステップを省略してもよい。例えば、図１１に示した実施形態において、ステップＳ２３乃至ステップＳ２５をスキップすることにより、設計シミュレーションを省いてもよい。

　本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能である。複数の機能部等は、１つに組み合わせられたり、分割されたりしてよい。上述した本開示に係る各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施され得る。つまり、本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

　上述した実施形態は、電子機器１としての実施のみに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器の設計方法として実施してもよい。

　また、上述した実施形態に係る電子機器１は、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１など、いわゆるレーダセンサを構成する部品を含むものとして説明した。しかしながら、一実施形態に係る電子機器は、例えば信号処理部１０のような構成として実施してもよい。この場合、信号処理部１０は、例えば、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１などが扱う信号を処理する機能を有するものとして実施してよい。

　１　電子機器
　１０　信号処理部
　１１　信号発生処理部
　１２　受信信号処理部
　１３　時系列信号生成部
　１４　算出部
　２１　送信ＤＡＣ
　２２　送信回路
　２３　ミリ波送信回路
　２４　送信アンテナアレイ
　３１　受信アンテナアレイ
　３２　ミキサ
　３３　受信回路
　３４　受信ＡＤＣ
　５０　通信インタフェース
　６０　外部機器
　７０　筐体
　８０　カバー部
　９０　基板
　２００　物体
　２１０　振動源（ラウドスピーカ）
　３１０　リファレンス機（レーザ振動計）
　３２０　信号発生器
　３３０　増幅器（オーディオアンプ）
　３４０　データロガー

Claims

　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方の少なくとも一部を覆うカバー部と、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備え、
　前記送信アンテナが送信する送信波及び前記受信アンテナが受信する前記反射波の少なくとも一方の少なくとも一部は、前記カバー部を経て送信及び／又は受信され、
　前記カバー部の厚さは、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計される、電子機器。
　前記信号処理部は、前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体の振動を検出する、請求項１に記載の電子機器。
　前記信号処理部は、前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する人体又は動物の心拍を検出する、請求項２に記載の電子機器。
　前記カバー部の厚さは、前記送信アンテナが送信する送信波及び前記受信アンテナが受信する前記反射波の少なくとも一方の少なくとも一部が前記カバー部を経て送信及び／又は受信される方向の成分を含む厚さである、請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
　前記カバー部の厚さは、所定の振動源及び所定のリファレンス機を動作させることにより算出される二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計される、請求項１から４のいずれかに記載の電子機器。
　前記二乗振幅コヒーレンスは、前記リファレンス機が検出した前記振動源の振動の時系列信号ベクトル、及び、電子機器１が検出した前記振動源の振動の時系列信号ベクトルのパワースペクトル密度に基づいて算出される、請求項５に記載の電子機器。
　前記カバー部の厚さは、平均の二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計される、請求項１から６のいずれかに記載の電子機器。
　前記カバー部の少なくとも一部はレドームを含む、又は、前記カバー部はレドームの少なくとも一部を含む、請求項１から７のいずれかに記載の電子機器。
　前記カバー部の厚さは、電磁界解析の結果にも基づいて設計される、請求項１から８のいずれかに記載の電子機器。
　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信アンテナ及び前記受信アンテナの少なくとも一方の少なくとも一部を覆うカバー部と、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備える電子機器の設計方法であって、
　前記送信アンテナが送信する送信波及び前記受信アンテナが受信する前記反射波の少なくとも一方の少なくとも一部は、前記カバー部を経て送信及び／又は受信されるように構成され、
　前記カバー部の厚さを、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計するステップを含む、電子機器の設計方法。
　送信波を送信する送信アンテナと、
　前記送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナと、
　前記送信波として送信される送信信号及び前記反射波として受信される受信信号の少なくとも一方に基づいて、前記送信波を反射する物体を検出する信号処理部と、
　を備える電子機器の設計方法であって、
　前記電子機器は、当該電子機器における所定の仕様を、二乗振幅コヒーレンスに基づいて設計するステップを含む、電子機器の設計方法。