特開 2022-38491 検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラム

(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】P2022038491

(43)【公開日】2022-03-10

(54)【発明の名称】検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0245 20060101AFI20220303BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20220303BHJP

   A61B 5/113 20060101ALI20220303BHJP

   G01R 27/26 20060101ALI20220303BHJP

   G01R 23/10 20060101ALI20220303BHJP

【ＦＩ】

A61B5/0245 100A

A61B5/00 101R

A61B5/113

G01R27/26 C

G01R23/10 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020143033

(22)【出願日】2020-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(72)【発明者】

【氏名】道関 隆国

(72)【発明者】

【氏名】田中 亜実

(72)【発明者】

【氏名】西川 久

(72)【発明者】

【氏名】高間 健輔

(72)【発明者】

【氏名】長畑 俊平

【テーマコード（参考）】

2G028

2G029

4C017

4C038

4C117

【Ｆターム（参考）】

2G028AA01

2G028BC07

2G028CG07

2G028CG13

2G028CG20

2G028EJ01

2G028MS02

2G029AA05

2G029AA06

2G029AB06

2G029AC03

2G029AD01

2G029AH05

4C017AA02

4C017AA09

4C017AA10

4C017AA14

4C017AB04

4C017AB05

4C017AC40

4C017BC16

4C038VA04

4C038VB28

4C038VB29

4C038VB33

4C038VC20

4C117XB01

4C117XD23

4C117XD24

4C117XE13

4C117XE20

4C117XE24

4C117XE30

4C117XJ11

(57)【要約】

【課題】環境の影響を抑えて高精度に検出対象の物性変化による周波数変化を検出できる検出装置を提案する。
【解決手段】検出装置１は、発振回路１２Ａが接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置される第１のセンサ１１Ａと、発振回路１２Ｂが接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置される第２のセンサ１１Ｂと、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号ＳＧ１を、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号ＳＧ２を基準信号としてダウンコンバートする周波数変換器１４と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、
発振回路が接続され、前記検出対象から前記第１の位置より離れた位置であって、前記第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、
前記第２の信号を基準信号として前記第１の信号をダウンコンバートすることによって、前記検出対象の物性変化による周波数変化を検出する
検出方法。

【請求項2】

前記第２の位置に配置される第２のセンサが、前記第１の位置に配置される第１のセンサに対して前記第１の位置に対する前記第２の位置となる距離で支持されており、
前記第１のセンサが前記第１の位置となるように前記検出対象に対してセットすることをさらに含む
請求項１に記載の検出方法。

【請求項3】

前記第１のセンサと前記第２のセンサとが同一の基板に配置されており、
前記基板を、前記第１のセンサが前記第１の位置となるように前記検出対象に対してセットすることをさらに含む
請求項２に記載の検出方法。

【請求項4】

前記検出対象を生体の心臓として前記第１の信号と前記第２の信号とを受け取る
請求項１～３のいずれか一項に記載の検出方法。

【請求項5】

前記第１の位置に複数のセンサが配置され、
前記複数のセンサそれぞれの静電容量の変化による周波数変化を示す信号のうちから前記第１の信号を選択する
請求項１～４のいずれか一項に記載の検出方法。

【請求項6】

前記検出対象に対する複数の位置それぞれに複数のセンサが配置され、
前記複数のセンサそれぞれの静電容量の変化による周波数変化を示す信号のうちから前記第１の信号及び前記第２の信号を選択する
請求項１～４のいずれか一項に記載の検出方法。

【請求項7】

発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置される第１のセンサと、
発振回路が接続され、前記検出対象から第１の位置より離れた位置であって、前記第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置される第２のセンサと、
前記第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を、前記第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を基準信号としてダウンコンバートする周波数変換器と、を備える
検出装置。

【請求項8】

コンピュータに、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記処理は、
発振回路が接続され、前記検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、
発振回路が接続され、前記検出対象から第１の位置より離れた位置であって、前記第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、
前記第２の信号を基準信号として前記第１の信号をダウンコンバートすることによって、前記検出対象の物性変化による周波数変化を検出する、ことを含む
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

検出対象を、他の変化を利用して検出する場合がある。例えば、特開２０１８－１８６８９０号公報（以下、特許文献１）は、静電容量の変化を利用して心臓などの生体内の対象物の動きを測定する方法を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１８６８９０号公報

【発明の概要】

【0004】

微小な変化を検出対象とするとき、静電容量の変化が小さくなる場合がある。そのような場合、周波数変化を利用して検出することが考えられる。しかしながら、周波数変化の測定結果は、振動や温度変化などの環境の影響を受ける場合がある。測定結果に周波数付近のノイズが含まれている場合、検出精度が低下する。そのため、環境の影響を抑えて高精度に検出対象の物性変化による周波数変化を検出できる検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラムが望まれる。

【0005】

ある実施の形態に従うと、検出方法は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、第２の信号を基準信号として第１の信号をダウンコンバートすることによって、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する。

【0006】

他の実施の形態に従うと、検出装置は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置される第１のセンサと、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置される第２のセンサと、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を基準信号としてダウンコンバートする周波数変換器と、を備える。

【0007】

他の実施の形態に従うと、コンピュータプログラムは、コンピュータに、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、処理は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、第２の信号を基準信号として第１の信号をダウンコンバートすることによって、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する、ことを含む。

【0008】

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１の実施の形態に係る検出システムの一例を示す構成概略図である。

【図2】図２は、静電容量の変化と周波数変化との関係を説明する概略図である。

【図3】図３は、心臓とセンシングパッドとの概略的なモデルの一例を示す図である。

【図4】図４は、ＬＣ共振回路における静電容量の変化量と周波数変化量との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、センサの配置と周波数検出の仕組みとを説明するための概略図である。

【図6】図６は、センサの実装例を説明するための概略図である。

【図7】図７は、検出装置を座席に搭載する例を説明するための概略図である。

【図8】図８は、検出装置を搭載した座席の背凭れの概略断面図である。

【図9】図９は、第１の実施の形態に係る検出方法を表したフローチャートである。

【図10】図１０は、比較例に係る検出装置を示す構成概略図である。

【図11】図１１は、実施の形態に係る検出装置で検出された周波数スペクトルである。

【図12】図１２は、比較例に係る検出装置で検出された周波数スペクトルである。

【図13】図１３は、図１１の周波数スペクトルよりから周波数変化を得る処理を説明するための図である。

【図14】図１４は、第１の実施の形態に係る検出システムの他の例を示す構成概略図である。

【図15】図１５は、第２の実施の形態に係る検出システムの一例を示す構成概略図である。

【図16】図１６は、センサの配置と周波数検出の仕組みとを説明するための概略図である。

【図17】図１７は、第２の実施の形態に係る検出方法を表したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜１．検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラムの概要＞

【0011】

（１）実施の形態に係る検出方法は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、第２の信号を基準信号として第１の信号をダウンコンバートすることによって、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する。

【0012】

検出対象は、他の変化を利用して検出できるものであって、例えば、心臓などの生体内部の動きなどである。物性変化は、動きや温度変化などである。

【0013】

検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置した第２のセンサからの第２の信号の周波数には、第１の信号の周波数と概ね同様の環境の影響が含まれる。また、第２の信号に含まれる、検出対象の物性変化による周波数の影響は、第１の信号の周波数に含まれるよりも少ない。従って、第２の信号を基準信号として第１の信号をダウンコンバートすることによって、環境の影響を抑えて検出対象の物性変化による周波数変化を検出することができる。

【0014】

（２）好ましくは、第２の位置に配置される第２のセンサが、第１の位置に配置される第１のセンサに対して第１の位置に対する第２の位置となる距離で支持されており、第１のセンサが第１の位置となるように検出対象に対してセットすることをさらに含む。

【0015】

これにより、第１の位置となるよう第１のセンサを検出対象に対してセットすることにより、第２のセンサも第２の位置に検出対象に対してセットされるようになる。その結果、複数のセンサを用いるものであるが、複数センサを適した位置に容易にセットできる。

【0016】

（３）好ましくは、第１のセンサと前記第２のセンサとが同一の基板に配置されており、基板を、第１のセンサが第１の位置となるように検出対象に対してセットすることをさらに含む。これにより、複数センサを適した位置に容易にセットできる。

【0017】

（４）好ましくは、検出対象物を生体の心臓として第１の信号と第２の信号とを受け取る。これにより、本検出方法によって、生体の心臓の鼓動を検出することができる。

【0018】

（５）好ましくは、第１の位置に複数のセンサが配置され、複数のセンサそれぞれの静電容量の変化による周波数変化を示す信号のうちから第１の信号を選択する。これにより、センサを検出対象に対して厳密に位置決めできない場合であっても適したセンサを用いて検出を行うことができる。

【0019】

（６）好ましくは、検出対象に対する複数の位置それぞれに複数のセンサが配置され、複数のセンサそれぞれの静電容量の変化による周波数変化を示す信号のうちから第１の信号及び第２の信号を選択する。これにより、センサを検出対象に対して厳密に位置決めできない場合であっても適したセンサを用いて検出を行うことができる。

【0020】

（７）実施の形態に係る検出装置は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置される第１のセンサと、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置される第２のセンサと、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を、第１のセンサの静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を基準信号としてダウンコンバートする周波数変換器と、を備える。この装置を用いることによって、（１）～（６）の検査方法を採ることができる。

【0021】

（８）実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、処理は、発振回路が接続され、検出対象の近傍の第１の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第１の信号を受け取り、発振回路が接続され、検出対象から第１の位置より離れた位置であって、第１の位置における環境の影響を受ける第２の位置に配置されたセンサの、静電容量の変化による周波数変化を示す第２の信号を受け取り、第２の信号を基準信号として第１の信号をダウンコンバートすることによって、検出対象の物性変化による周波数変化を検出する、ことを含む。このコンピュータプログラムを実行することによって、コンピュータに（１）～（６）の検査方法による処理を実行させることができる。

【0022】

＜２．検出方法、検出装置、及び、コンピュータプログラムの例＞

【0023】

［第１の実施の形態］

【0024】

本実施の形態に係る検出システム１００は、他の変化を利用して検出対象の物性変化を検出する。物性変化は、動きや温度変化などである。他の変化を利用することで、検出対象物が生体内や装置内部にある場合でも、外側を損なうことなく内部の検出対象の物性変化の検出ができる。検出システム１００は、一例として、静電容量の変化を利用して心臓などの生体内の対象物の動きを検出する。

【0025】

図１を参照して、本実施の形態に係る検出システム１００は、検出装置１を含む。検出装置１は、人体２００の体内の心臓２０１の鼓動を検出するために用いられる。

【0026】

検出装置１は、複数のセンサを有する。第１の実施の形態に係る検出装置１では、複数のセンサは、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとである。第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂは、それぞれ、センサ素子であるセンシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂを含む。センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂは、導体である板状の電極を有している。

【0027】

センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂは、測定対象空間内に生体が入るように生体に近づけた状態で用いられる。センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂは、それぞれ、生体側を仮想的なグランドとして、当該グランドとの間に静電容量を有する。センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂの静電容量は、生体内における測定対象物の動きに応じて変化する。

【0028】

図２を参照して、測定対象とする心臓２０１の伸縮によってセンシングパッド１１Ａと心臓２０１との間の距離が変化する。それによってセンシングパッド１１Ａの静電容量Ｃ０が静電容量Ｃ０’に変化する。静電容量Ｃ０は、心臓２０１が拡張したときの静電容量であって、拡張時の心臓２０１の静電容量Ｃ１と、心臓２０１とセンシングパッド１１Ａとの間の距離に依存する静電容量Ｃ２との和（Ｃ０＝Ｃ１＋Ｃ２）である。静電容量Ｃ０’は、心臓２０１が収縮したときの静電容量であって、収縮時の心臓２０１の静電容量Ｃ３と、心臓２０１とセンシングパッド１１Ａとの間の距離に依存する静電容量Ｃ４との和（Ｃ０’＝Ｃ３＋Ｃ４）である。

【0029】

第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂは、それぞれ、センシングパッド１１Ａに接続されたＬＣ発振器１２Ａ、及び、センシングパッド１１Ｂに接続されたＬＣ発振器１２Ｂを含む。ＬＣ発振器１２Ａ，１２Ｂは、図２に示されたように発振回路にコイルとコンデンサとが接続されている。センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂは、それぞれ、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂの図示しないコンデンサと並列に接続されている。したがって、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂは、それぞれ、センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂの静電容量に応じた共振周波数で発振する。そのため、センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂの静電容量が変化すると、その変化に応じて、それぞれ、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂより出力される共振周波数も変化する。

【0030】

具体的には、心臓２０１の拡張時におけるセンシングパッド１１Ａの静電容量Ｃ０、心臓２０１の収縮時におけるセンシングパッド１１Ａの静電容量Ｃ０’、ＬＣ発振器１２Ａのコンデンサの静電容量をＣ、及び、コイルのインダクタンスをＬとすると、心臓２０１の拡張時のＬＣ発振器１２Ａの出力周波数（共振周波数）ｆｒ、及び、心臓２０１の収縮時のＬＣ発振器１２Ａの出力周波数（共振周波数）ｆｒ’は、それぞれ、図２に示されるように表される。

【0031】

そのため、人体外部に心臓壁の収縮を検出するためのセンシングパッドを設ければ、心臓壁の収縮による微小容量変化をＬＣ発振器の周波数変化で捉えることができる。つまり、センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂの静電容量の変化が、それぞれ、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂが出力する信号の周波数に反映される。

【0032】

心臓２０１の伸縮によるセンシングパッド１１Ａの容量変化は、一例として図３のように計算される。図３の例は、センシングパッド１１Ａの電極を、心臓よりも小さいサイズの４５ｍｍ×３０ｍｍの長方形板としている。センシングパッド１１Ａを背中に設け、心臓の反対側にグランドに接続された仮想の電極があると想定している。図３を参照して、この例の場合、上記の仮想的なグランドとセンシングパッド１１Ａとの間には、心臓壁、心臓内の血液、心臓壁、食道、大動脈内の血液、骨、筋肉、脂肪、皮膚、及び、座席のクッションが存在する。心臓が拡張したときと収縮したときとにおけるそれぞれの厚みＣ１～Ｃ１０は図３に示すように設定している。また、これらの要素の誘電率εも図３に示すように設定している。このような数値設定のもとで心臓の伸縮（鼓動）によるセンシングパッド１１Ａの静電容量の変化ΔＣを計算により求めると、約３ｆＦになる。

【0033】

図４に示された、９８ＭＨｚのＬＣ発振器を用いた場合の容量変化と周波数変化の関係を参照すると、９８ＭＨｚのＬＣ発振器を用いることで設計が容易になる。図４を参照して、この場合、心臓伸縮による３ｆＦの容量変化を検出するためには、ＬＣ発振器の１５ＫＨｚ程度の周波数変化を検出すればよいことがわかる。

【0034】

図１を参照して、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂは、それぞれ増幅器１３Ａ及び増幅器１３Ｂを介して周波数変換器１４に接続されている。これにより、第１のセンサ１０Ａからの第１の信号ＳＧ１と第２のセンサ１０Ｂからの第２の信号ＳＧ２とが周波数変換器１４に入力される。

【0035】

周波数変換器１４は、一例として、一般的なＦＭ受信器で採用されているスーパーヘテロダイン方式により周波数を変換する。周波数変換器１４は、第１の信号ＳＧ１と第２の信号ＳＧ２といずれか１つの信号の周波数を、他のいずれか１つの信号を基準信号としてダウンコンバートした、第３の信号ＳＧ３を出力する。

【0036】

周波数変換器１４は増幅器１５を介して周波数カウンタ１６に接続されている。第３の信号ＳＧ３は増幅器１５で増幅された後、周波数カウンタ１６にて周波数が検出される。

【0037】

周波数カウンタ１６は送信器１７に接続され、周波数カウンタ１６での検出結果が送信される。受信器８は、送信器１７に無線接続されており、送信器１７から送信された情報を受信する。処理装置７は、受信器８に接続されており、受信器８で受信した情報に対して所定の処理を行う。

【0038】

処理装置７は、周波数カウンタ１６によって検出された周波数の変化から、心臓２０１の鼓動による周波数の変化を抽出する処理を行う。また、処理装置７は、鼓動だけでなくその他の臓器等の動き、例えば呼吸に伴う肺等の動きによる周波数の変化をも抽出する処理を行う。処理装置７は、例えば、上記の処理を実行するためのソフトウエアがインストールされたコンピュータにより構成される。

【0039】

処理装置７での上記処理は、周波数カウンタ１６によって検出される周波数の解析処理を含む。解析処理は、一例として、周波数スペクトルを得て検出された周波数の分布を求め、特定の周波数において逆フーリエ高速変換（逆ＦＦＴ）することによって特定の周波数帯における周波数変化を得る処理を含む。

【0040】

本実施の形態に係る検出装置１は、図５に示されたように、複数のセンシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂのうちの１つを第１の位置２０２に配置し、他の１つを検出対象から第２の位置２０３に配置する。図５の例では、センシングパッド１１Ａを第１の位置２０２に配置し、センシングパッド１１Ｂを第２の位置２０３に配置している。

【0041】

第１の位置２０２は検出対象の近傍の位置であって、この例では、人体２００内の心臓２０１に近い領域である。これにより、心臓２０１の鼓動をセンシングパッド１１Ａの静電容量で検出することができる。第２の位置２０３は、心臓２０１から第１の位置２０２より離れた位置であって、第１の位置２０２における環境の影響を受け得る位置である。この例では、第１の位置２０２から距離Ｌ、下方に離れた、腹部付近の領域である。

【0042】

影響を受ける環境とは、第１の位置２０２において検出される周波数の変化に影響を与え得る環境であって、振動や温度などである。これらは、センシングパッド１１Ａによる検出の際のノイズとなる。

【0043】

第１のセンサ１０Ａからの第１の信号ＳＧ１より検出される周波数Ｆ１には、ＬＣ発振器１２Ａによって発生する周波数ｆｘと、第１の位置２０２で測定される心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ１と、環境による周波数の影響ｆｎと、が含まれる。また、第２のセンサ１０Ｂからの第２の信号ＳＧ２より検出される周波数Ｆ２には、ＬＣ発振器１２Ｂによって発生する周波数ｆｙと、第２の位置２０３で測定される心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ２と、環境による周波数の影響ｆｎと、が含まれる。

【0044】

第１の信号ＳＧ１及び第２の信号ＳＧ２を受け取った周波数変換器１４において、第２の信号ＳＧ２を基準信号として第１の信号ＳＧ１をダウンコンバートする。これにより、第３の信号ＳＧ３の周波数Ｆ３は、周波数Ｆ１と周波数Ｆ２との差分になる。

【0045】

例えば、車両の搭乗者の鼓動を検出する場合、環境による周波数の影響ｆｎは車両によって搭乗者に与えられた振動の影響である。図５のようにセンシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂを配置することによって、第１の信号ＳＧ１と第２の信号ＳＧ２との両方に振動による周波数の影響ｆｎが含まれる。

【0046】

このとき、第３の信号ＳＧ３の周波数Ｆ３は周波数Ｆ１と周波数Ｆ２との差分であるため、図５に表されたようにＦ３＝（ｆｘ－ｆｙ）＋（Δｆ１－Δｆ２）となる。つまり、第１の信号ＳＧ１と第２の信号ＳＧ２との両方に振動による周波数の影響ｆｎが含まれることによって、第３の信号ＳＧ３の周波数Ｆ３から環境による周波数の影響ｆｎが排される。

【0047】

ここで、距離Ｌが大きいとき、第２の位置２０３で測定される心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ２は０に近くなる。言い換えると、センシングパッド１１Ｂは、周波数の影響Δｆ２が０に近くなる位置である第２の位置２０３に配置されることが好ましい。これにより、周波数Ｆ３の（Δｆ１－Δｆ２）の項がΔｆ１に近づく、つまり、第１の位置２０２で測定される心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ１に近づく。

【0048】

また、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂそれぞれの周波数を、差分が検出対象による静電容量の変化を表す周波数となるよう設定する。この例の場合、図３で算出された静電容量の変化ΔＣ（３ｆＦ）となるように設定する。一例として、ＬＣ発振器１２Ａ及びＬＣ発振器１２Ｂそれぞれの周波数を９９ＭＨｚ、９６ＭＨｚとする。これにより、第３の信号ＳＧ３の周波数Ｆ３の変化によって心臓２０１の鼓動が検出できる。

【0049】

第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂは、同一の環境条件となるように人体２００に対して配置されることが望まれる。心臓２０１の鼓動など、人体２００を人として検出対象が人の体内にある場合、着座した状態の人に第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂを配置する。

【0050】

そこで、好ましくは、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを距離Ｌを保つように支持して検出装置１を構成する。つまり、第２のセンサ１０Ｂが、第１のセンサ１０Ａに対して、第１の位置２０２に対する第２の位置２０３となる距離で支持される。これにより、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとの一方を適切な位置に配置することで、他方のセンサも適切な位置に配置される。すなわち、第１のセンサ１０Ａが第１の位置２０２となるように心臓２０１に対してセットすることで、第２のセンサ１０Ｂが第２の位置２０３にセットされるようになる。

【0051】

第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを距離Ｌを保つように支持して検出装置１を構成するために、一例として、図６に示されたように、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを同一の基板２０に配置する。これにより、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとの距離Ｌが固定される。そのため、基板２０を、第１のセンサ１０Ａが第１の位置２０２となるように人体２００に対してセットすることで、第２のセンサ１０Ｂが第２の位置２０３にセットされるようになる。

【0052】

図６に示されたように、一例として、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとは、それぞれ、支持部材２１Ａ，２１Ｂによって基板２０の同一面側に支持される。好ましくは、支持部材２１Ａ，２１Ｂは可撓性を有する部材であって、例えば針金などである。これにより、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとが、それぞれ、人体２００に接触しやすくなる。

【0053】

より好ましくは、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを支持する基板２０が、さらに、支持板３０に取り付けられている。支持板３０は、例えば鉄板などの、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを同一面に支持した状態で基板２０を固定する扁平な部材である。基板２０が支持板３０に取り付けられることによって、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとの双方に対して振動などの環境条件が概ね等しく与えられるようになる。

【0054】

また、基板２０が支持板３０に取り付けられることによって、図７に示されたように、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを座席などに取り付けやすくなる。すなわち人体２００の心臓２０１を検出対象として鼓動を検出する場合、一例として、図７のように被検者が着座する座席の背凭れ５０に検出装置１を取り付けることが考えられる。このような場合に、取り付けやすくなる。

【0055】

詳しくは、図７及び図８を参照して、検出装置１を取り付ける背凭れ５０は、カバー５２に覆われたクッション材５１を有する。クッション材５１は、被験者が着座したときに背中の接する側の逆側の面（裏面とする）からくりぬかれ、検出装置１に応じた大きさの空洞５１Ａが形成されている。

【0056】

好ましくは、空洞５１Ａの第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂに応じた位置のクッション材５１はすべて、又は、概ね取り除かれている。これにより、検出対象により近い位置でセンシングできる。空洞５１Ａの第１のセンサ１０Ａに応じた位置は、着座した被検者が背凭れ５０に凭れた際に心臓２０１付近となる位置である。空洞５１Ａの第２のセンサ１０Ｂに応じた位置は、第１のセンサ１０Ａに応じた位置より心臓から遠くなる位置であって、例えば腹部付近となる位置である。

【0057】

検出装置１においては、第１のセンサ１０Ａと第２のセンサ１０Ｂとを支持する基板２０が支持板３０に取り付けられており、その状態で、第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂが表面に向くように裏面から空洞５１Ａにセットされる。

【0058】

空洞５１Ａに第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂそれぞれに応じた位置が上記のように設けられていることによって、背凭れ５０に着座した被検者の検出対象とする心臓２０１の位置に適した位置に第１のセンサ１０Ａ及び第２のセンサ１０Ｂを配置することができる。

【0059】

また、その箇所においてクッション材５１はすべて、又は、概ね取り除かれているため、センシングパッド１１Ａ及びセンシングパッド１１Ｂが着座した被検者にカバー５２を挟んで接することになる。そのため、検出精度を向上させることができる。

【0060】

検出システム１００を用いて、図９に表された検出方法で検出対象である心臓２０１の鼓動を検出する。図９を参照して、初めに、センシングパッド１１Ａを心臓２０１に適した第１の位置２０２にセットし、センシングパッド１１Ｂを第１の位置２０２より離れた位置であって、第１の位置２０２における環境の影響を受ける第２の位置２０３にセットする（ステップＳ１）。心臓２０１の鼓動を検出する場合、図５に表されたように、第１の位置２０２は、心臓２０１付近であり、第２の位置２０３は、例えば腹部付近などの心臓２０１から第１の位置２０２よりも遠い位置である。

【0061】

ステップＳ１でセットされたセンシングパッド１１Ａからの第１の信号ＳＧ１及びセンシングパッド１１Ｂからの第２の信号ＳＧ２は周波数変換器１４に入力される（ステップＳ２）。周波数変換器１４では、第２の信号ＳＧ２を基準信号として第１の信号ＳＧ１がダウンコンバートされ、第３の信号ＳＧ３が出力される（ステップＳ３）。ダウンコンバートされることにより、第３の信号ＳＧ３の周波数Ｆ３は、第１の信号ＳＧ１の周波数Ｆ１と第２の信号ＳＧ２の周波数Ｆ２との差分になる。

【0062】

ステップＳ３で得られた第３の信号ＳＧ３から周波数カウンタ１６によって周波数Ｆ３が検出され、周波数Ｆ３を示す情報が処理装置７に送信される。処理装置７によって逆ＦＦＴなどのデータ変換処理が行われる(ステップＳ４）。この処理によって、処理装置７では、心臓の鼓動によるセンシングパッド１１Ａの静電容量の変化ΔＣである３ｆＦ付近の周波数帯における周波数変化を得、それによって心臓２０１の鼓動を検出することができる。

【0063】

発明者らは、検出装置１の検出精度を検証するために、図１０に表された比較例に係る検出装置１ａを用いて比較実験を行った。図１０を参照して、比較例に係る検出装置１ａは、第１のセンサ１０Ａと同様のセンサ１０を有する。一方、検出装置１ａにおいては、第２のセンサ１０Ｂに替えて、水晶振動子に接続された局部発振器が周波数変換器１４に接続されている。これにより、周波数変換器１４には、センサ１０からの信号と、特定周波数の信号とが入力される。検出装置１ａで周波数変換器１４は、特定周波数の信号を基準信号としてセンサ１０からの信号をダウンコンバートする。

【0064】

図１１が、検出装置１で得られた周波数帯ごとのスペクトルを表している。図１２が、検出装置１ａで得られた図１２の周波数帯ごとのスペクトルを表している。図１１及び図１２においては、曲線ＳＰ１が人体２００の心臓２０１の測定によって得られたスペクトル、曲線ＳＰ２が振動のみの測定によって得られたスペクトルを表している。

【0065】

図１１では、曲線ＳＰ１が１．２Ｈｚ付近で突出し、その周波数において曲線ＳＰ２は突出していない。これに対して、図１２は、同様に曲線ＳＰ１が１．２Ｈｚ付近で突出しているものの、曲線ＳＰ２もその付近で高い値を示している。

【0066】

図１１及び図１２の比較によって、検出装置１では、振動のある環境条件下でも心臓２０１の鼓動による周波数成分を検出できる。これに対して、検出装置１ａでは、振動による周波数成分が心臓２０１の鼓動による周波数成分より大きくなり、正確に鼓動を検出できない。つまり、この実証実験より、本実施の形態に係る検出装置１による検出手法が検出装置１ａで表された従来の検出手法よりも、各段に環境条件の影響を抑え、高精度で検出できることが検証された。

【0067】

本実施の形態に係る検出システム１００では、処理装置７において、検出装置１で得られた図１１のスペクトルを用いて処理を実行し、心臓２０１の鼓動を検出する。図１３の上図は、図１１のスペクトルの５Ｈｚまでを示したものである。処理装置７では図１３の上図のスペクトルの１～５Ｈｚの周波数において逆ＦＦＴを行い、下図の結果を得る。すなわち、図１３の下図に示されたように、心臓２０１の鼓動が周波数変化で検出されている。特に、本検出システム１００では、直接心臓２０１の伸縮による動きを検出するため、図１３の下図に示されたように、実施の伸縮に応じた細かい変化が波形上に現れている。つまり、本検出システム１００では、高精度で心臓２０１の伸縮による動きが検出できることが検証された。

【0068】

なお、以上の説明では、検出装置１が周波数変換器１４を有してダウンコンバートし、周波数カウンタ１６で周波数を検出するものとしているが、これら処理の少なくとも一部は処理装置７でのソフトウエア処理で実現されてもよい。一例として、図１４に示されたように、検出装置１は周波数変換器１４及び周波数カウンタ１６を含まず、第１のセンサ１０Ａからの第１の信号ＳＧ１及び第２のセンサ１０Ｂからの第２の信号ＳＧ２が送信器１７から処理装置７に送信される。本実施の形態に係る検出システム１００は、このように構成されるものであってもよい。

【0069】

［第２の実施の形態］

【0070】

第２の実施の形態に係る検出装置１では、検出装置１の有する複数のセンサは、３以上のセンサである。図１５を参照して、一例として、検出装置１は、第１～第４のセンサ１０Ａ～１０Ｄの４つのセンサを有する。また、第１のセンサ１０Ａからの信号ＳＧ１を、他のセンサ１０Ｂ～１９Ｄそれぞれの信号ＳＧ２～ＳＧ４を基準信号として用いてダウンコンバートするための周波数変換器１４Ａ～１４Ｃを有する。

【0071】

各センサ１０Ａ～１０Ｄの構造は、第１の実施の形態に係る検出装置１の有するものと同じであって、それぞれ、ＬＣ発振器１２Ａ～１２に接続されたセンシングパッド１１Ａ～１１Ｄを有する。各センサ１０Ａ～１０Ｄは、それぞれ増幅器１３Ａ～１３Ｄを介して信号ＳＧ１～ＳＧ４を出力する。

【0072】

第２の実施の形態に係る検出装置１では、図１６に示されたように、第１のセンサ１０Ａのセンシングパッド１１Ａを心臓２０１の近傍に設置し、他のセンシングパッド１１Ｂ～１１Ｃをそれぞれ、心臓２０１から離れた位置に配置する。

【0073】

第２の実施の形態に係る検出装置１では、第１のセンサ１０Ａで得られた第１の信号ＳＧ１は、周波数変換器１４Ａ～１４Ｃに入力される。また、周波数変換器１４Ａ～１４Ｃには、それぞれ、信号ＳＧ２～ＳＧ４が入力される。これにより、周波数変換器１４Ａ～１４Ｃは、それぞれ、信号ＳＧ２～ＳＧ４を基準信号として第１の信号ＳＧ１をダウンコンバートする。

【0074】

ここで、第１の信号ＳＧ１は、それぞれ、スイッチ１８Ａ～１８Ｃを介して周波数変換器１４Ａ～１４Ｃに入力される。すなわち、スイッチ１８Ａ～１８ＣがＯＮである場合には、第１の信号ＳＧ１は周波数変換器１４Ａ～１４Ｃに入力され、そうでないときには入力されない。言い換えると、第１の信号ＳＧ１に対して、信号ＳＧ２～ＳＧ４のうちのスイッチ１８Ａ～１８ＣがＯＮである信号が基準信号となってダウンコンバートされる。

【0075】

この構成によって、基準信号として用いる信号を信号ＳＧ２～ＳＧ４のうちから選択可能となる。言い換えると、スイッチ１８Ａ～１８ＣのＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、それぞれ、心臓２０１から離れた位置に設置したセンシングパッド１１Ｂ～１１Ｃのうち、適したセンシングパッドからの信号を基準信号として用いることができる。

【0076】

スイッチ１８Ａ～１８ＣのＯＮ／ＯＦＦの制御は、処理装置７によって行われてもよい。すなわち、検出装置１及び処理装置７は、それぞれ、通信器１７Ｂ，８Ｂを有して、処理装置７から検出装置１に送信された制御信号に従ってスイッチ１８Ａ～１８ＣがＯＮ／ＯＦＦされてもよい。または、スイッチ１８Ａ～１８Ｃがそれぞれ図示しない物理的なスイッチを備え、ユーザ操作に従ってＯＮ／ＯＦＦされてもよい。

【0077】

第２の実施の形態に係る検出システム１００では、図１７に表された検出方法で検出対象である心臓２０１の鼓動を検出する。図１７を参照して、初めに、図１６に表されたように、センシングパッド１１Ａを心臓２０１に適した第１の位置２０２にセットし、他のセンシングパッド１１Ｂ～１１Ｄを第１の位置２０２より離れた位置であって、第１の位置２０２における環境の影響を受ける第２の位置２０３にセットする（ステップＳ１１）。

【0078】

ステップＳ１１でセットされたセンシングパッド１１Ａからの第１の信号ＳＧ１と、センシングパッド１１Ｂ～１１Ｄからの信号ＳＧ２～ＳＧ４は、それぞれ、周波数変換器１４Ａ～１４Ｃに入力される（ステップＳ１２）。このとき、スイッチ１８Ａ～１８ＣのＯＮ／ＯＦＦが制御されることによって、信号ＳＧ２～ＳＧ４のうちから基準信号として用いられるものが選択される（ステップＳ１３）。

【0079】

周波数変換器１４Ａ～１４Ｃのうち、ステップＳ１３で選択されて信号が入力された変換器において、第１の信号ＳＧ１が他方の信号を基準信号としてダウンコンバートされる（ステップＳ１４）。ダウンコンバートされた信号から周波数カウンタ１６によって周波数が検出され、検出された周波数を示す情報が処理装置７に送信される。処理装置７によって逆ＦＦＴなどのデータ変換処理が行われる(ステップＳ４）。

【0080】

図５で説明されたように、基準信号として用いられる信号の周波数に含まれる、検出対象である心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ２が０に近いほど、第１の信号ＳＧ１の周波数変化から心臓２０１の鼓動の検出精度が向上する。しかしながら、外部からセンシングパッドを設置するので適切な位置がわかりづらい場合もある。しかしながら、このように構成することにより、複数の候補位置にセンシングパッドを設置し、その中から心臓２０１の鼓動による周波数の影響Δｆ２が小さいものを選択することができる。これにより、検出精度を向上させることができる。

【0081】

なお、上の例では、センシングパッド１１Ａは検出対象の心臓２０１の近傍に設置されるものと固定されているが、複数のセンシングパッド１１Ａ～１１Ｄのいずれが心臓２０１の近傍であっても心臓２０１から離れた位置に設置されてもよいように構成されていてもよい。

【0082】

この場合、検出装置１では、複数のセンサ１０Ａ～１０Ｄそれぞれからの信号ＳＧ１～ＳＧ４は、すべての組み合わせでダウンコバート可能なように周波数変換器が備えられて、スイッチを介してセンサ１０Ａ～１０Ｄに接続されている。

【0083】

これにより、上記と同様に、スイッチのＮ／ＯＦＦが制御されることによって、信号ＳＧ１～ＳＧ４のうちから、ダウンコンバートする信号と基準信号として用いられる信号とが選択される。このため、各センシングパッドの位置決めを厳密に行わなくても、各信号の周波数に応じて適した信号を用いることができる。その結果、検出精度を向上させることができる。

【0084】

＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0085】

１ ：検出装置
１ａ ：検出装置
７ ：処理装置
８ ：受信器
８Ｂ ：通信機
１０ ：センサ
１０Ａ ：第１のセンサ
１０Ｂ ：第２のセンサ
１０Ｃ ：第３のセンサ
１０Ｄ ：第４のセンサ
１１Ａ ：センシングパッド
１１Ｂ ：センシングパッド
１１Ｃ ：センシングパッド
１１Ｄ ：センシングパッド
１２Ａ ：ＬＣ発振器
１２Ｂ ：ＬＣ発振器
１３Ａ ：増幅器
１３Ｂ ：増幅器
１３Ｃ ：増幅器
１３Ｄ ：増幅器
１４ ：周波数変換器
１４Ａ ：周波数変換器
１４Ｂ ：周波数変換器
１４Ｃ ：周波数変換器
１５ ：増幅器
１６ ：周波数カウンタ
１７ ：送信器
１７Ｂ ：通信器
１８Ａ ：スイッチ
１８Ｂ ：スイッチ
１８Ｃ ：スイッチ
２０ ：基板
２１Ａ ：支持部材
２１Ｂ ：支持部材
３０ ：支持板
５０ ：背凭れ
５１ ：クッション材
５１Ａ ：空洞
５２ ：カバー
１００ ：検出システム
２００ ：人体
２０１ ：心臓
２０２ ：第１の位置
２０３ ：第２の位置
Ｆ１ ：周波数
Ｆ２ ：周波数
Ｆ３ ：周波数
Ｌ ：距離
ＳＧ１ ：第１の信号
ＳＧ２ ：第２の信号
ＳＧ３ ：第３の信号
ＳＧ４ ：第４の信号
ｆｎ ：影響
ｆｘ ：周波数
ｆｙ ：周波数
ΔＣ ：変化
Δｆ１ ：影響
Δｆ２ ：影響
ε ：誘電率

【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】

【図15】

【図16】

【図17】