特開 2022-128421 ウェアラブルセンシング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128421

(43)【公開日】2022-09-01

(54)【発明の名称】ウェアラブルセンシング装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20220825BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20220825BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 H

G01R33/02 A

G01R33/02 D

G01R33/02 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022054

(22)【出願日】2022-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2021026082

(32)【優先日】2021-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度 国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業、総括実施型研究ＥＲＡＴＯ「川原万有情報網プロジェクト」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川原 圭博

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亮

(72)【発明者】

【氏名】笹谷 拓也

【テーマコード（参考）】

2F077

2G017

【Ｆターム（参考）】

2F077FF04

2F077FF39

2F077TT07

2F077TT23

2F077TT82

2G017AA02

2G017AD02

2G017BA05

(57)【要約】

【課題】人体に磁界の影響を与えることなく、より良好にセンシングする。
【解決手段】ウェアラブルセンシング装置は、導電糸を用いて衣類に組み込まれたリーダコイルとリーダコイルに交番電圧を供給する電源とを有するリーダ回路を備え、リーダコイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第１センサコイルのインピーダンス変化をセンシングする。リーダコイルは、巻回軸に対して一巻回方向の巻回と他巻回方向の巻回とを所定の間隔を持って交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成されており、リーダ回路は、リーダコイルの巻回の方向を変更する位置の少なくとも一部に電気的に等間隔に配置された複数のコンデンサを有する。そして、リーダ回路と共にバランスドブリッジ回路を構成し、リーダ回路に対してインピーダンス整合された参照回路を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電糸を用いて衣類に組み込まれたリーダコイルと前記リーダコイルに交番電圧を供給する電源とを有するリーダ回路を備え、リーダコイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第１センサコイルのインピーダンス変化をセンシングするウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、巻回軸に対して一巻回方向の巻回と他巻回方向の巻回とを所定の間隔を持って交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成されており、
前記リーダ回路は、前記リーダコイルの巻回の方向を変更する位置の少なくとも一部に電気的に等間隔に配置された複数のコンデンサを有し、
更に、
前記リーダ回路と共にバランスドブリッジ回路を構成し、前記リーダ回路に対してインピーダンス整合された参照回路を備える、
ことを特徴とするウェアラブルセンシング装置。

【請求項2】

請求項１記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記参照回路は、前記リーダコイルと同一の第２コイルと、前記複数のコンデンサと同一の複数の第２コンデンサと、前記電源と同一の第２電源と、を有し、前記リーダ回路と同一の回路として構成されている、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項3】

請求項１記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記参照回路は、前記リーダコイルとは巻回数が異なるメアンダコイルとして構成された第２コイルと、前記複数のコンデンサと同一であるが数の異なる複数の第２コンデンサと、前記電源とは電圧が異なる第２電源と、を有し、前記リーダ回路と同様の接続状態として構成された回路として構成されている、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項4】

請求項２または３に記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記参照回路の前記第２コイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第２センサコイルを備え、
前記参照回路をリーダ回路として機能させると共に前記リーダ回路を参照回路として機能させて前記第２コイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第２センサコイルのインピーダンス変化をセンシングする、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項5】

請求項４記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、前記衣類の筒状部位の一端側から中央に向けて配置され、
前記第２コイルは、前記衣類の前記周状部位の他端側から中央に向けて配置された、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項6】

請求項４記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、前記衣類の一対の筒状部位の一方の部位に配置され、
前記第２コイルは、前記衣類の前記一対の筒状部位の他方に部位も配置された、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項7】

請求項４記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の筒状部位の前面側に配置され、
前記第２コイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の前記筒状部位の後面側に配置された、
ウェアラブルセンシング装置。

【請求項8】

請求項４記載のウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の筒状部位を中心軸を含む面で分割したときの一方の半周面側に配置され、
前記第２コイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の前記筒状部位の前記一側面側と対をなす他方の半周面側に配置された、
ウェアラブルセンシング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェアラブルセンシング装置に関し、詳しくは、導電糸を用いて衣類に組み込まれたリーダコイルを有するウェアラブルセンシング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の技術としては、人体に固定する複数のセンサモジュールと、この複数のセンサモジュールに対向するように衣服に取り付けられた複数のアンテナモジュールと、コントローラとを備えるセンシングシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このセンシングシステムでは、複数のセンサモジュールはセンサチップとコイルアンテナとを有し、複数のアンテナモジュールはコイルアンテナとスイッチとを有ている。そして、コントローラにより、特定のアンテナモジュールのスイッチをオンとしてアンテナモジュールのコイルアンテナとセンサモジュールのコイルアンテナとを通じて通信可能となったセンサモジュールのセンサチップに電力を供給すると共にその出力信号を受信する。

【0003】

また、非導電性の基布に導電性繊維もしくは導電性媒質により形成された共振構造を備えるものも提案されている（例えば、特許文献２参照）この技術では、入射した電磁波と共振することにより入射した電磁波を変化させ、物理量に応じた変形により電磁波に対する変化度合を変化させる。これにより、衣服の美観・外見を大きく損なうことなく、繊維のみでウェアラブルなセンサデバイスを実現するとしている。

【0004】

さらに、有機繊維を芯に丸撚りしたアルミ箔導電性繊維に、他種の導電糸をアルミ箔導電糸に巻きつけた導電繊維も提案されている（例えば特許文献３参照）。この導電繊維では、アルミ箔の亀裂、剥離による断線を防ぎ、しなやかで屈曲性の良いものとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６６５３８１９号

【特許文献2】特開２０１９－１４８５９９号公報

【特許文献3】特開２０１６－０６１００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来この種の技術としては、健康管理や行動認識などのために、これらに必要なセンサを衣服や人体に配置してセンシングすることが行なわれている。上述の特許文献１に記載されたシステムでは、センサモジュールを人体に取り付けると共にアンテナモジュールを衣服に取り付けるため、センサモジュールとアンテナモジュールとの位置がズレると、コイルアンテナの結合度が低くなり、電力の供給やセンサ出力信号の受信が良好に行なうことができない場合が生じる。また、コイルアンテナの巻回軸に生じる磁界が人体を貫く場合には人体に対する磁界の影響も考慮する必要がある。

【0007】

本発明のウェアラブルセンシング装置は、人体に磁界の影響を与えることなく、より良好にセンシングすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のウェアラブルセンシング装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0009】

本発明のウェアラブルセンシング装置は、
導電糸を用いて衣類に組み込まれたリーダコイルと前記リーダコイルに交番電圧を供給する電源とを有するリーダ回路を備え、リーダコイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第１センサコイルのインピーダンス変化をセンシングするウェアラブルセンシング装置であって、
前記リーダコイルは、巻回軸に対して一巻回方向の巻回と他巻回方向の巻回とを所定の間隔を持って交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成されており、
前記リーダ回路は、前記リーダコイルの巻回の方向を変更する位置の少なくとも一部に電気的に等間隔に配置された複数のコンデンサを有し、
更に、
前記リーダ回路と共にバランスドブリッジ回路を構成し、前記リーダ回路に対してインピーダンス整合された参照回路を備える、
ことを特徴とする。

【0010】

この本発明のウェアラブルセンシング装置では、リーダコイルは、巻回軸に対して一巻回方向の巻回と他巻回方向の巻回とを所定の間隔を持って交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成されている。リーダコイルの巻回軸では、一巻回方向の巻回による磁界と他巻回方向の巻回による磁界とが打ち消すから磁界は生じない。このため、人体にリーダコイルによる磁界の影響を与えるのを抑制することができる。また、本発明のウェアラブルセンシング装置では、リーダ回路は、リーダコイルの巻回の方向を変更する位置の少なくとも一部に電気的に等間隔に配置された複数のコンデンサを有する。第１センサコイルのインピーダンス変化を感度よくセンシングするには、リーダコイルのインダクタンスを大きくすると共に周波数を高くすることが考えられるが、リーダコイルの巻回数を多くしてインダクタンスを大きくするとコイルがコンデンサのように機能するため、周波数を下げる必要が生じる。一方、コイルに複数のコンデンサを適度に分散配置すると、コイルのインダクタンスを大きくしても高い周波数とすることができる。このように、リーダコイルに複数のコンデンサを取り付けることにより、リーダコイルの巻回数を多くしてインダクタンスを大きくしても高い周波数で機能させることができ、センシングの感度をより高くすることができる。さらに、本発明のウェアラブルセンシング装置では、リーダ回路と共にバランスドブリッジ回路を構成し、前記リーダ回路に対してインピーダンス整合された参照回路を備える。これにより、高感度でセンシングすることができる。これらの結果、人体に磁界の影響を与えることなく、より良好にセンシングすることができる。

【0011】

本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記参照回路は、前記リーダコイルと同一の第２コイルと、前記複数のコンデンサと同一の複数の第２コンデンサと、前記電源と同一の第２電源と、を有し、前記リーダ回路と同一の回路として構成されているものとしてもよい。こうすれば、より良好なインピーダンス整合を行なうことができ、より感度よくセンシングすることができる。

【0012】

また、本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記参照回路は、前記リーダコイルとは巻回数が異なるメアンダコイルとして構成された第２コイルと、前記複数のコンデンサと同一であるが数の異なる複数の第２コンデンサと、前記電源とは電圧が異なる第２電源と、を有し、前記リーダ回路と同様の接続状態として構成された回路として構成されているものとしてもよい。こうすれば、リーダコイルと第２コイルとの体格を異なるものとすることができる。

【0013】

参照回路が第２コイルと複数の第２コンデンサと第２電源を備える態様の本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記参照回路の前記第２コイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第２センサコイルを備え、前記参照回路をリーダ回路として機能させると共に前記リーダ回路を参照回路として機能させて前記第２コイルの巻回線の間に配置された少なくとも１つの第２センサコイルのインピーダンス変化をセンシングするものとしてもよい。即ち、リーダ回路による第１センサコイルのインピーダンス変化のセンシングと，参照回路による第２センサコイルのインピーダンス変化のセンシングとを行なうものとするのである。これにより、リーダ回路におけるリーダコイルの巻回線の間にセンサコイルを配置するだけでなく、参照回路における第２コイルの巻回線の間にもセンサコイルを配置することができる。

【0014】

参照回路をリーダ回路として機能させる態様の本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記リーダコイルは、前記衣類の筒状部位の一端側から中央に向けて配置され、前記第２コイルは、前記衣類の前記周状部位の他端側から中央に向けて配置されたものとしてもよい。例えば、参照回路をリーダ回路と同一の構成としてシャツに配置する場合には、シャツの胴部分の上半分にリーダコイルと第２コイルのうちの一方を配置し、シャツの胴部分の下半分にリーダコイルと第２コイルのうちの他方を配置するものとすればよい。また、参照回路の第２コイルの巻回数をリーダ回路のリーダコイルの巻回数の半分とした構成としてシャツに配置する場合には、シャツの胴部分の上から１／３までに第２コイルを配置すると共にシャツの胴部分の上から１／３から下端までにリーダコイルを配置したり、逆に、シャツの胴部分の上から２／３までにリーダコイルを配置し、シャツの胴部分の上から２／３から下端までに第２コイルを配置するものとすればよい。

【0015】

また、参照回路をリーダ回路として機能させる態様の本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記リーダコイルは、前記衣類の一対の筒状部位の一方の部位に配置され、前記第２コイルは、前記衣類の前記一対の筒状部位の他方に部位も配置されたものとしてもよい。例えば、参照回路をリーダ回路と同一の構成としてシャツに配置する場合には、右袖にリーダコイルと第２コイルのうちの一方を配置し、左袖にリーダコイルと第２コイルのうちの他方を配置するものとしたり、ズボンに配置する場合には、右股下部分にリーダコイルと第２コイルのうちの一方を配置し、左股下部分にリーダコイルと第２コイルのうちの他方を配置するものとすればよい。

【0016】

さらに、参照回路をリーダ回路として機能させる態様の本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記リーダコイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の筒状部位の前面側に配置され、前記第２コイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の前記筒状部位の後面側に配置されたものとしてもよい。例えば、参照回路をリーダ回路と同一の構成としてシャツに配置する場合には、シャツの前身頃にリーダコイルと第２コイルのうちの一方を配置し、シャツの後身頃にリーダコイルと第２コイルのうちの他方を配置するものとすればよい。

【0017】

また、参照回路をリーダ回路として機能させる態様の本発明のウェアラブルセンシング装置において、前記リーダコイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の筒状部位を中心軸を含む面で分割したときの一方の半周面側に配置され、
前記第２コイルは、半周で折り返すように形成され、前記衣類の前記筒状部位の前記一側面側と対をなす他方の半周面側に配置されたものとしてもよい。例えば、参照回路をリーダ回路と同一の構成としてシャツに配置する場合には、シャツの胴部の右半周面にリーダコイルと第２コイルのうちの一方を配置し、シャツの胴部の左半周面にリーダコイルと第２コイルのうちの他方を配置するものとすればよい。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態のウェアラブルセンシング装置２０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】実施形態のウェアラブルセンシング装置２０にセンサコイルＳ１～Ｓ５を配置したときのセンシングの様子を示す説明図である。

【図3】リーダコイルＲＣとセンサコイルＳとの磁気的な結合状態を示す説明図である。

【図4】センサコイルＳのインピーダンスが変化したときの共振周波数の変化を示す説明図である。

【図5】リーダコイルＲＣとセンサコイルＳ１～Ｓ５との磁気的な結合状態を示す説明図である。

【図6】センサコイルＳ１～Ｓ５の共振周波数を示す説明図である。

【図7】リーダコイルＲＣにコンデンサ分散配置を施した場合を説明する説明図である。

【図8】実施形態のウェアラブルセンシング装置２０をバランスドブリッジ回路として示す回路図である。

【図9】参照回路として半導体チップを用いた場合とリーダ回路と同一の回路（実施形態）を用いた場合の周波数の変化に対するコイル間のインピーダンスエラーを示す説明図である。

【図10】参照回路として半導体チップを用いた場合とリーダ回路と同一の回路（実施形態）を用いた場合の異なる共振周波数に対する感度を示す説明図である。

【図11】実施形態のウェアラブルセンシング装置２０にセンサコイルＳ１～Ｓ５を配置してセンシングしたときの共振周波数に対するΔＺｉｎを示す説明図である。

【図12】変形例のウェアラブルセンシング装置１２０の構成の概略を示す構成図である。

【図13】変形例のウェアラブルセンシング装置２２０の構成の概略を示す構成図である。

【図14】変形例のウェアラブルセンシング装置３２０の構成の概略を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０は、図示するように、第１リーダ回路３０と、第２リーダ回路４０と、オペアンプＡｍと、ＰＣ５０とを備える。

【0020】

第１リーダ回路３０は、衣類としてのシャツ２２の胴部２４に編み込まれた第１リーダコイル３２と、リーダコイル３２に分散配置された複数の第１コンデンサ３４と、交番電圧の第１電源Ｖ１と、により構成されている。

【0021】

第１リーダコイル３２は、導電糸により胴部２４の中央より上部側に編み込まれており、胴部２４の中心を巻回軸とし、巻回軸を一巻回方向（例えば時計回り方向））の巻回と他巻回方向（例えば反時計回り方向）の巻回とを所定の間隔を持って交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成されている。複数の第１コンデンサ３４は、第１リーダコイル３２の巻回の方向を変更する位置（図中左側の折り返し位置）に電気的に等間隔となるように配置されている。第１リーダコイル３２の一方の端子は第１電源Ｖ１の一方の端子に接続されており、他方の端子はオペアンプＡｍの反転入力端子に接続されている。なお、第１電源Ｖ１の他方の端子は接地されている。

【0022】

第２リーダ回路４０は、第１リーダコイル３２と同一で胴部２４の中央より下部側に編み込まれた第２リーダコイル４２と、第１リーダコイル３２に分散配置された複数の第１コンデンサ３４と同一で第２リーダコイル４２に同様に分散配置された複数の第２コンデンサ４２と、第１電源Ｖ１と同一ではあるが逆位相の第２電源Ｖ２と、を備える。第２リーダコイル４２の一方の端子は第２電源Ｖ２の一方の端子に接続されており、他方の端子はオペアンプＡｍの反転入力端子に接続されている。なお、第２電源Ｖ２の他方の端子は接地されている。

【0023】

オペアンプＡｍは、負帰還回路に取り付けられた抵抗Ｒａｍｐと共に周知の反転増幅回路を構成し、非反転入力端子は接地されている。オペアンプＡｍの出力端子はＰＣ５０に入力されている。

【0024】

ＰＣ５０は、ＣＰＵを中心とする周知のマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に、ＲＯＭやＲＡＭ、入出力ポートなどを備える。

【0025】

図２は、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０にセンサコイルＳ１～Ｓ５を配置したときのセンシングの様子を示す説明図である。センサコイルＳ１～Ｓ５は、共振周波数が重ならないようように適度にインダクタンスやキャパシタンスが異なるコイルとして構成されており、図示しないセンサ部に接続されている。第１リーダコイル３２と第２リーダコイル４２に図中矢印のように電流を流すと、各コイル３２，４２の右側に示すようなコイル回りに磁界が生じる。シャツ２２の胴部２４の中心軸方向では、各コイル３２，４２がメアンダコイルとして構成されているため、磁界は打ち消される。このため、シャツ２２を着たときに人体への磁界の影響は抑制される。一方、各リーダコイル３２，４２の隣接する巻線間では、磁界が強め合っているが、衣類の表面だけであるから、人体への磁界の影響は小さい。巻線間にセンサコイルＳ１～Ｓ５をその巻回軸が各リーダコイル３２，４２の巻回軸に直交するように配置すると、各センサコイル３２，４２の巻線間に生じる磁界が各センサコイルＳ１～Ｓ５を貫くようになり、各リーダコイル３２，４２と各センサコイルＳ１～Ｓ５とに磁気的結合が生じる。センサコイルＳ１～Ｓ５のセンサ部は、例えば感圧素子や感温素子などのセンシングデバイスとして構成されており、圧力や温度、歪みなどの物理的な状態量の変化に応じてそのインピーダンスを変化させる。このため、センサコイルＳ１～Ｓ５は、物理的な状態量に応じて共振周波数を変化させるものとなる。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１電源Ｖ１および第２電源Ｖ２の周波数を変化させてセンサコイルＳ１～Ｓ５の共振周波数を検出し、センサの物理的な状態量の変化を共振周波数の変化として検出する。

【0026】

次に、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０におけるセンシングについて説明する。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、パッシブインダクティブテレメトリとして機能する。図３は、リーダコイルＲＣとセンサコイルＳとの磁気的な結合状態を示す説明図であり、図４は、センサコイルＳのインピーダンスが変化したときの共振周波数の変化を示す説明図である。図５は、リーダコイルＲＣとセンサコイルＳ１～Ｓ５との磁気的な結合状態を示す説明図であり、図６は、センサコイルＳ１～Ｓ５の共振周波数を示す説明図である。図３に示すように、リーダコイルＲＣに交番電圧を印加してリーダコイルＲＣに磁界を生じさせると、その磁界がセンサコイルＳを貫き、リーダコイルＲＣとセンサコイルＳとに磁気的結合が生じ、リーダコイルＲＣに印加する交番電圧の周波数を順次変化させることにより、センサコイルＳの共振周波数を検出することができる。センサコイルＳに接続されたセンサ部のインピーダンスを変化させると、図４に示すように、検出されるセンサコイルＳの共振周波数はｆ０からｆ０’に変化する。このように、リーダコイルＲＣに交番電圧を印加することにより、リーダコイルＲＣと磁気的に結合したセンサコイルＳのセンサ部のインピーダンス変化を検出することができる。このため、センサコイルＳには電源は不要となる。いま、共振周波数の変化範囲が重複しないように適度にインダクタンスやキャパシタンスが異なるように調整した複数のセンサコイルＳ１～Ｓ５を用いれば、図５および図６に示すように、１つのリーダコイルＲＣにより複数のセンサコイルＳ１～Ｓ５のセンサ部のインピーダンス変化を共振周波数の変化として検出することができるようになる。図２の例では、第１リーダコイル３２によりセンサコイルＳ１～Ｓ３のセンサ部のインピーダンス変化を検出し、第２リーダコイル４２によりセンサコイルＳ４，Ｓ５のセンサ部のインピーダンス変化を検出する。

【0027】

センシングの感度は、リーダコイルとセンサコイルとの距離が小さくなるほど良好となり、リーダコイルのインダクタンスが大きいほど良好となり、リーダコイルに印加する交番電圧の周波数が高いほど良好となる。図２に示すように、各リーダコイル３２，４２と各センサコイルＳ１～Ｓ５との距離については変更することはできないから、各リーダコイル３２，４２のインダクタンスを大きくすると共に各リーダコイル３２，４２に印加する交番電圧の周波数を高くするのが好ましい。一般に、インダクタンスを大きくするために巻回数を多くするとリーダコイルはコンデンサ的に機能するようになり、交番電圧の周波数を小さくする必要が生じる。図７に示すように、リーダコイルＲＣに複数のコンデンサＣ１～Ｃ３を程度に分散配置すると、リーダコイルＲＣは高い周波数としてもインダクタンスの高いコイルとして機能する。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、図１および図２に示すように、各リーダコイル３２．４２の巻回の方向を変更する位置（図中左側の折り返し位置）に電気的に等間隔となるように複数のコンデンサ３４，４４を配置することにより、各リーダコイル３２，４２を高い周波数でも機能するインダクタンスの大きなコイルとしてセンシングの感度を良好なものとしている。

【0028】

実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、センシングの感度を良好なものとするために、バランスドブリッジ回路を用いている。図８は、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０をバランスドブリッジ回路として示す回路図である。第１リーダ回路３０をインピーダンスＺｒｅｆで一定の参照回路とし、第２リーダ回路４０のインピーダンスＺｉｎが変化したときのオペアンプＡｍの出力Ｖｏｕｔを考えると、出力Ｖｏｕｔは、電源電圧をＶｉｎとすると、次式（１）により求めることができる。式（１）中、ΔＺはＺｉｎ－Ｚｒｅｆである。

【0029】

【数1】

【0030】

いま、標準状態でのＺｉｎがＺｒｅｆに等しくＺｉｎの標準状態からのズレをΔＺｉｎとすると、ΔＺ＝ΔＺｉｎとなる。センサコイルＳのインピーダンス変化に基づくセンサコイルＳと第２リーダコイル４２との磁気的な結合状態の変化は、即ち共振周波数の変化はΔＺｉｎとして現われるから、これがオペアンプＡｍから増幅されて出力Ｖｏｕｔとして出力される。ここで、標準状態のＺｉｎが１００Ωであると共にＺｒｅｆが９９Ωの事例１と、標準状態のＺｉｎが１００Ωであると共にＺｒｅｆが９０Ωの事例２とにおけるΔＺの感度を考える。ΔＺｉｎが１Ωの場合、事例１では１Ω（標準状態でのＺｉｎ－Ｚｒｅｆ）に対する１Ωの変化量であるから、変化量比（変化量／（標準状態でのＺｉｎ－Ｚｒｅｆ））は１／１＝１となる。一方、事例２では１０Ω（標準状態でのＺｉｎ－Ｚｒｅｆ）に対する１Ωの変化量となるから、変化量比は１／１０＝０．１となり、事例１に比して１／１０となる。変化量比はセンシング感度を意図するから、ＺｉｎとＺｒｅｆとの差分が小さいほど感度が良好となる。このため、リーダ回路に対してインピーダンス整合を施した参照回路を用いることにより、センシングの感度を良好なものとすることができる。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダ回路３０と第２リーダ回路４０とを同一の構成とすることにより、リーダ回路と参照回路のインピーダンス整合を図っている。なお、第２リーダ回路４０をインピーダンスＺｉｎで一定の参照回路とし、第１リーダ回路３０のインピーダンスＺｒｅｆが変化したときのオペアンプＡｍの出力Ｖｏｕｔを考えれば、出力ＶｏｕｔはＺｉｎとＺｒｅｆを入れ替えた式（１）となり、第１リーダ回路３０を参照回路として考えたときと同様となる。即ち、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダ回路３０の第１リーダコイル３２によりセンサコイルＳ１～Ｓ３のインピーダンス変化を検出するときには第２リーダ回路４０を参照回路として機能させており、逆に、第２リーダ回路４０の第２リーダコイル４２によりセンサコイルＳ４，Ｓ５のインピーダンス変化を検出するときには第１リーダ回路３０を参照回路として機能させている。

【0031】

参照回路としてインピーダンスＺｒｅｆが標準状態のＺｉｎと同一となる半導体チップ（ＬＣＲ回路）を用いることも可能であるが、半導体チップを用いた場合、一部の周波数を共振周波数とするセンサコイルに対しては良好な感度を示すが、それ以外の周波数では感度が低くなる場合が生じる。図９は、参照回路として半導体チップを用いた場合とリーダ回路と同一の回路（実施形態）を用いた場合の周波数の変化に対するコイル間のインピーダンスエラーを示す説明図であり、図１０は、参照回路として半導体チップを用いた場合とリーダ回路と同一の回路（実施形態）を用いた場合の異なる共振周波数に対する感度を示す説明図である。図中、実線が実施形態であり、一点鎖線が半導体チップを用いた場合である。図９に示すように、半導体チップを用いた場合には図中中央の範囲の周波数ではコイル間のインピーダンスエラーは小さいが、それ以外の周波数ではインピーダンスエラーが閾値を超えて大きくなる。一方、実施形態では、広範囲な周波数で閾値未満のインピーダンスエラーとなる。この結果、図１０に示すように、半導体チップを用いた場合には図中中央の範囲の周波数を共振周波数（ｆ２）とするセンサコイルに対しては良好な感度を示すが、それ以外の周波数を共振周波数（ｆ１，ｆ３）とするセンサコイルに対しては感度が低くなる。一方、実施形態では、広範囲な周波数を共振周波数（ｆ１～ｆ３）とするセンサコイルに対して良好な感度となる。実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、広範囲な周波数でセンシングの感度を良好なものとするために、第１リーダ回路３０と第２リーダ回路４０とを同一の構成としている。

【0032】

図１１は、図２に示すように実施形態のウェアラブルセンシング装置２０にセンサコイルＳ１～Ｓ５を配置してセンシングしたときの共振周波数に対するΔＺｉｎを示す説明図である。図中、ｆ１～ｆ３はセンサコイルＳ１～Ｓ３の共振周波数であり、ｆ４，ｆ５はセンサコイルＳ４，Ｓ５の共振周波数である。第１リーダコイル３２の巻線間に配置されたセンサコイルＳ１～Ｓ３に対するΔＺｉｎがプラス側（上側）に現われ、第２リーダコイル４２の巻線間に配置されたセンサコイルＳ４，Ｓ５に対するΔＺｉｎがマイナス側（下側）に現われるのは、第１電源Ｖ１と第２電源Ｖ２が逆位相であることに基づく。

【0033】

以上説明した実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダコイル３２や第２リーダコイル４２を導電糸を用いてシャツ２２の胴部２４にメアンダコイルとして編み込むから、シャツ２２を着たときに人体への磁界の影響を抑制することができ、第１リーダコイル３２や第２リーダコイル４２の巻線間にセンサコイルＳ１～Ｓ５を配置することにより、センサコイルＳ１～Ｓ５のセンサ部における物理的な状態量の変化を検出することができる。また、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、パッシブインダクティブテレメトリを採用しているから、センサコイルＳ１～Ｓ５に電源を持たせる必要がない。これにより、センサコイルを簡易で軽量なものとすることができる。さらに、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダコイル３２や第２リーダコイル４２に複数のコンデンサ３４，４４を適度に分散配置したことにより、センシング感度を良好なものとすることができる。加えて、実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、バランスドブリッジ回路を用いて検出するから、センシング感度を良好なものとすることができる。特に、第１リーダ回路３０と第２リーダ回路４０とを同一の構成とし、第１リーダコイル３２の巻線間に配置したセンサコイルＳ１～Ｓ３のインピーダンス変化を検出するときには第２リーダ回路４０を参照回路として機能させ、第２リーダコイル４２の巻線間に配置したセンサコイルＳ４，Ｓ５のインピーダンス変化を検出するときには第１リーダ回路３０を参照回路として機能させることにより、センシング感度をより良好とすると共により多くのセンサコイルのインピーダンス変化を同時にセンシングすることができる。

【0034】

実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダコイル３２と第２リーダコイル４２とを巻回軸を一巻回方向（例えば時計回り方向））の一周の巻回と他巻回方向（例えば反時計回り方向）の一周の巻回とを交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成したが、一巻回方向の複数周の巻回と他巻回方向の複数周の巻回とを交互に行なって得られるメアンダコイルとして構成しても構わない。この場合、同一方向の複数周の巻回は密に行ない、隣接する他方向の複数周の巻回とある程度の距離を持つようにメアンダコイルを構成し、隣接する複数周の巻回の間にセンサコイルを配置するのが好ましい。

【0035】

実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、第１リーダコイル３２と第２リーダコイル４２とを同一の巻回数のメアンダコイルとしたが、インピーダンス整合が図られていれば巻回数の異なるメアンダコイルとしても構わない。図１２は変形例のウェアラブルセンシング装置１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のウェアラブルセンシング装置１２０では、第１リーダ回路１３０は、巻回数の少ないメアンダコイルとして構成された第１リーダコイル１３２と少数のコンデンサ１３４とを備え、第２リーダ回路１４０は、巻回数の多いメアンダコイルとして構成された第２リーダコイル１４２と多数のコンデンサ１４４とを備える。インピーダンス整合を図るためには、第２リーダコイル１４２のインピーダンスをａ倍すると第１リーダコイル１３２のインピーダンスに等しくなるようにすると共に、第１電源Ｖ１の交番電圧を第２電源Ｖ２の交番電圧のａ倍とすればよい。この場合のオペアンプＡｍの出力Ｖｏｕｔは次式（２）により求めることができる。式（２）中、Ｚ１が第１リーダコイル１４２のインピーダンスであり、Ｚ２が第２リーダコイル１４２のインピーダンスであり、ΔＺはＺ２－Ｚ１である。このようにすれば、巻回数の異なる２つのメアンダコイルを用いてウェアラブルセンシング装置１２０を構成することができる。

【0036】

【数2】

【0037】

実施形態のウェアラブルセンシング装置２０では、シャツ２２の胴部２４の中央より上側に第１リーダコイル３２を編み込み、胴部２４の中央より下側に第２リーダコイル４２を編み込んだが、シャツ２２の胴部２４を中心軸を含む面で分割したときの一方の半周面に第１リーダコイルを編み込み、胴部２４の他方の半周面に第２リーダコイルを編み込むものとしてもよい。例えば、図１３の変形例のウェアラブルセンシング装置２２０に示すように、シャツ２２の胴部２４の前身頃に第１リーダコイル２３２を編み込み、胴部２４の後身頃に第２リーダコイル２４２を編み込むものとしてもよい。この場合、第１リーダコイル２３２および第２リーダコイル２４２は、半周したところで折り返すものとし、この折り返し部に複数のコンデンサ２３４，２４４を配置すればよい。また、胴部２４の右半分側に第１リーダコイル２３２を編み込み、胴部２４の左半分側に第２リーダコイル２４２を編み込むものとしてもよい。

【0038】

また、図１４の変形例のウェアラブルセンシング装置３２０に示すように、ズボンの一対の股下部のうちの一方の股下部に第１リーダコイル３３２を編み込み、他方の股下部に第２リーダコイル３４２を編み込むものとしてもよいし、図示しないが、シャツの一対の袖のうちの一方の袖に第１リーダコイルを編み込み、シャツの他方の袖に第２リーダコイルを編み込むものとしてもよい。

【0039】

実施例や変形例のウェアラブルセンシング装置２０では、シャツやズボンに第１リーダコイル３２，３３２と第２リーダコイル４２．３４２を編み込むものとしたが、他の衣類、例えばセーターや帽子、靴下などに第１リーダコイルと第２リーダコイルとを編み込むものとしてもよい。

【0040】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、第１リーダコイル３２や第２リーダコイル４２が「リーダコイル」に該当し、第１電源Ｖ１や第２電源Ｖ２が電源に相当し、第１リーダ回路３０や第２リーダ回路が「リーダ回路」に相当し、センサコイルＳ１～Ｓ５が「第１センサコイル」に相当し、複数のコンデンサ３４，４４が「複数のコンデンサ」に相当する。第１リーダ回路３０が「リーダ回路」に相当するときには、第２リーダ回路が「参照回路」に相当し、第２リーダ回路４０が「リーダ回路」に相当するときには第１リーダ回路が「参照回路」に相当する。

【0041】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0042】

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、ウェアラブルのセンシング装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0044】

２０，１２０，２２０，３２０ ウェアラブルセンシング装置、２２ シャツ、２４ 胴部、３０，１３０ 第１リーダ回路、４０，１４０ 第２リーダ回路、３２，１３２，２３２，３３２ 第１リーダコイル、３４，４４、１３４，１４４、２３４，２４４ 複数のコンデンサ、４２，１４２，２４２，３４２ 第２リーダコイル、５０ ＰＣ、Ａｍ オペアンプ、Ｖ１ 第１電源、Ｖ２ 第２電源、Ｒａｍｐ 抵抗。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】