(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】P2023074967
(43)【公開日】2023-05-30
(54)【発明の名称】電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01S 13/58 20060101AFI20230523BHJP
G01S 7/02 20060101ALI20230523BHJP
A61B 5/11 20060101ALI20230523BHJP
A61B 5/0245 20060101ALI20230523BHJP
G01S 13/34 20060101ALI20230523BHJP
【ＦＩ】
G01S13/58 210
G01S7/02 216
A61B5/11 110
A61B5/0245 100A
G01S13/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021188191
(22)【出願日】2021-11-18
(71)【出願人】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100132045
【弁理士】
【氏名又は名称】坪内 伸
(72)【発明者】
【氏名】黒田 淳
(72)【発明者】
【氏名】佐原 徹
(72)【発明者】
【氏名】山本 顕嗣
(72)【発明者】
【氏名】本間 拓也
(72)【発明者】
【氏名】童 方偉
【テーマコード（参考）】
4C017
4C038
5J070
【Ｆターム（参考）】
4C017AA02
4C017AC20
4C017AC40
4C038VA04
4C038VB32
5J070AB17
5J070AB24
5J070AC02
5J070AC06
5J070AC11
5J070AC20
5J070AD05
5J070AD09
5J070AD13
5J070AE01
5J070AE09
5J070AF01
5J070AH12
5J070AH25
5J070AH31
5J070AH35
5J070AK40
5J070BA01
(57)【要約】
【課題】電波などの送受信により対象の変位を良好な精度で検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、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に基づいて、送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、を備える。複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置される。信号処理部は、複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された対象の変位を合成する。
【選択図】図１０
【解決手段】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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、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に基づいて、送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、を備える。複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置される。信号処理部は、複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された対象の変位を合成する。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、
を備え、
前記複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置され、
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成する、電子機器。
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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、
を備え、
前記複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置され、
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成する、電子機器。
【請求項2】
前記複数の受信アンテナアレイは、当該受信アンテナアレイにおいて複数の受信アンテナが並ぶ方向に直交する方向がそれぞれ異なるように配置される、請求項１に記載の電子機器。
【請求項3】
前記複数の受信アンテナアレイは、それぞれ平面型アンテナとして構成され、当該平面型アンテナにおける法線の方向がそれぞれ異なるように配置される、請求項１に記載の電子機器。
【請求項4】
前記複数の受信アンテナアレイは、当該受信アンテナアレイにおける受信面に垂直な方向がそれぞれ異なるように配置される、請求項１に記載の電子機器。
【請求項5】
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を前記複数次元の座標系に座標変換してから合成する、請求項１から４のいずれかに記載の電子機器。
【請求項6】
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位をオイラー角に基づく変換行列を用いて座標変換してから合成する、請求項５に記載の電子機器。
【請求項7】
前記信号処理部は、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記対象の振動を検出する、請求項１から６のいずれかに記載の電子機器。
【請求項8】
前記信号処理部は、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記対象である装置の振動を検出する、請求項１から７のいずれかに記載の電子機器。
【請求項9】
前記信号処理部は、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて、前記対象である人間又は動物の心拍を検出する、請求項１から８のいずれかに記載の電子機器。
【請求項10】
前記複数の受信アンテナアレイは、３つの受信アンテナアレイを含み、
前記信号処理部は、前記３つの受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を、同じ３次元の座標系において合成する、請求項１から９のいずれかに記載の電子機器。
前記信号処理部は、前記３つの受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を、同じ３次元の座標系において合成する、請求項１から９のいずれかに記載の電子機器。
【請求項11】
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を、同じ複数次元の座標系において合成する、請求項１から１０のいずれかに記載の電子機器。
【請求項12】
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を含む、電子機器の制御方法。
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を含む、電子機器の制御方法。
【請求項13】
電子機器に、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を実行させる、プログラム。
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
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の発展に伴い、今後ますます高まると予想される。
【0003】
また、送信された電波が所定の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、検出対象物の状況を画像化して評価可能にするマイクロ波イメージングシステムを提案している。また、例えば特許文献２は、レーダ信号を利用して、医療用の画像処理を行う方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－１１３６０３号公報
【特許文献2】特開平３－７３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
装置の振動、又は人体の心拍などのような振動を、例えばミリ波のような電波などの送受信により良好な精度で検出できれば、多種多様な分野において役立つことが期待できる。
【0006】
本開示の目的は、電波などの送受信により対象の変位を良好な精度で検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、
を備える。
前記複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置される。
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成する。
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をそれぞれ複数含む複数の受信アンテナアレイと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出する信号処理部と、
を備える。
前記複数の受信アンテナアレイは、それぞれ異なる向きに配置される。
前記信号処理部は、前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成する。
【0008】
一実施形態に係る電子機器の制御方法は、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を含む。
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を含む。
【0009】
一実施形態に係るプログラムは、
電子機器に、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を実行させる。
電子機器に、
送信アンテナから送信波を送信するステップと、
前記送信波が反射された反射波を、受信アンテナをそれぞれ複数含みそれぞれ異なる向きに配置された複数の受信アンテナアレイから受信するステップと、
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に基づいて、前記送信波を反射する対象の変位を検出するステップと、
前記複数の受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された前記対象の変位を合成するステップと、
を実行させる。
【発明の効果】
【0010】
一実施形態によれば、電波などの送受信により対象の変位を良好な精度で検出し得る電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】一実施形態に係る電子機器１００の使用態様を説明する図である。
【図2】一実施形態に係る電子機器１００の構成を概略的に示すブロック図である。
【図3】一実施形態に係る電子機器１００が処理する信号の構成を説明する図である。
【図4】一実施形態に係る電子機器１００による信号の処理を説明する図である。
【図5】一実施形態に係る電子機器１００による信号の処理を説明する図である。
【図6】一実施形態に係る電子機器１００による信号の処理を説明する図である。
【図7】一実施形態に係る電子機器１００のアンテナアレイにおけるアンテナの配置の例及び動作原理を概略的に示す図である。
【図8】一実施形態に係る電子機器１００のアンテナアレイにおけるアンテナの配置の例を示す図である。
【図9】一実施形態に係る電子機器１００による信号の処理の例を示す図である。
【図10】一実施形態に係る電子機器１におけるアンテナの配置の例を示す図である。
【図11】一実施形態に係る電子機器１による信号の処理の例を示す図である。
【図12】一実施形態に係る電子機器１による信号の処理の例を示す図である。
【図13】一実施形態に係る電子機器１による信号の処理の例を示す図である。
【図14】一実施形態に係る電子機器１による信号の処理の例を示す図である。
【図15】一実施形態に係る電子機器１の構成を概略的に示すブロック図である。
【図16】一実施形態に係る電子機器１による信号の処理の例を示す図である。
【図17】一実施形態に係る電子機器１のアンテナアレイにおけるアンテナの配置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0013】
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、一実施形態に係るシステム及び／又は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。ユーザは、一実施形態に係る電子機器を用いて、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物体又は生体（例えば人間又は動物）などを含んでもよい。さらに、ユーザは、対象に含まれるものとしてもよい。物体は、エンジン、工作装置、旋盤装置、加工装置、及び自動車などの乗り物などとしてよいが、特に限定されるものではなく、他の任意の装置としてもよい。
【0014】
また、一実施形態に係る電子機器は、装置を対象として、当該装置の変位を検出してもよい。この変位には、例えば、装置の振動が含まれるとしてよい。変位には、周期的な運動、非周期的な運動、及び／又は、ランダムな運動などが任意に組み合わされた運動の変位が含まれるとしてよい。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、工場、作業所、又は駐車場などを挙げることができる。一実施形態に係る電子機器は、装置を対象として、所定時間当たりの装置の変位により算出される振動速度を検出してもよい。この場合、一実施形態に係る電子機器は、以下の説明においても変位に変えて、又は変位と共に、振動速度を検出してよい。
【0015】
さらに、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。
【0016】
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（又は異常でない）ことを認識し得る。
【0017】
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、検出対象に、人間及び人間以外の他の動物の、心拍、動悸、鼓動、拍動、又は脈打ちその他の心臓の動きに伴う生体情報を含むとしてよい。一実施形態に係る電子機器は、検出対象に、人間及び人間以外の他の動物の動作を含むとしてよい。
【0018】
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。
【0019】
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（人間又は動物）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。
【0020】
後述のように、一実施形態に係る電子機器１は、少なくとも１つの送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナアレイと、を備える。そこで、まず、一実施形態に係る電子機器１の動作原理を説明するための前提として、一実施形態に係る電子機器１の部分的な構成とし得る電子機器１００について、図面を参照して説明する。以下、一実施形態に係る電子機器１の部分的な構成を示す電子機器１００を、単に「電子機器１００」とも記す。すなわち、以下説明する電子機器１００は、一実施形態に係る電子機器１から、いくつかの機能部及び／又は部品を、削除又は省略した構成を示すものとしてよい。
【0021】
まず、一実施形態に係る電子機器１００による物体の振動検出の例を説明する。以下の説明では、一実施形態に係る電子機器１００が、エンジン、工作装置、旋盤装置、加工装置その他の装置、又は自動車などの乗り物の振動を検出する例を説明する。
【0022】
【0023】
図１に示すように、電子機器１００は、後述する送信部及び受信部を備えてよい。後述のように、送信部は送信アンテナアレイ２４を備えてよい。また、受信部は受信アンテナアレイ３１を備えてよい。電子機器１００、送信部、及び受信部の具体的な構成については後述する。図１は、見易さのために、電子機器１００が送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１を備える状況を示してある。また、電子機器１００は、電子機器１００に含まれる信号処理部１０（図２）の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを、適宜含んでもよい。また、電子機器１００は、電子機器１００に含まれる信号処理部１０（図２）の少なくとも一部など、他の機能部の少なくともいずれかを、電子機器１００の外部に備えてもよい。図１において、電子機器１００は、移動していてもよいが、移動せずに静止していてよい。
【0024】
図１に示す例において、電子機器１００は、送信アンテナアレイ２４を備える送信部及び受信アンテナアレイ３１を備える受信部を、簡略化して示してある。電子機器１００は、例えば複数の送信部及び／又は複数の受信部を備えてもよい。送信部は、複数の送信アンテナから構成される送信アンテナアレイ２４を備えてよい。また、受信部は、複数の受信アンテナから構成される受信アンテナアレイ３１を備えてよい。ここで、送信部及び／又は受信部が電子機器１００に設置される位置は、図１に示す位置に限定されるものではなく、適宜、他の位置としてもよい。また、送信部及び／又は受信部の個数は、電子機器１００による心拍の検出範囲及び／又は検出精度など各種の条件（又は要求）に応じて、１つ以上の任意の数としてよい。
【0025】
電子機器１００は、後述のように、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１００の周囲に所定の物体（例えば図１に示す対象装置２００）が存在する場合、電子機器１００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１００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１００は、当該対象をターゲットとして検出することができる。
【0026】
送信アンテナアレイ２４を備える電子機器１００は、典型的には、電波を送受信するレーダ（RADAR（Radio Detecting and Ranging））センサとしてよい。しかしながら、電子機器１００は、レーダセンサに限定されない。一実施形態に係る電子機器１００は、例えば光波によるLIDAR（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）の技術に基づくセンサとしてもよい。これらのようなセンサは、例えばパッチアンテナなどを含んで構成することができる。RADAR及びLIDARのような技術は既に知られているため、詳細な説明は、適宜、簡略化又は省略することがある。さらに、一実施形態に係る電子機器１００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センサとしてもよい。
【0027】
図１に示す電子機器１００は、送信アンテナアレイ２４から送信された送信波の反射波を受信アンテナアレイ３１から受信する。このようにして、電子機器１００は、電子機器１００から所定の距離内に存在する所定の対象装置２００をターゲットとして検出することができる。例えば、図１に示すように、電子機器１００は、電子機器１００と所定の対象装置２００との間の距離Ｌを測定することができる。また、電子機器１００は、電子機器１００と所定の対象装置２００との相対速度も測定することができる。さらに、電子機器１００は、所定の対象装置２００からの反射波が、電子機器１００に到来する方向（到来角θ）も測定することができる。
【0028】
図１において、ＸＹ平面は、例えば地表にほぼ平行な平面としてよい。この場合、図１に示すＺ軸の正方向は、鉛直上向きを示すものとしてよい。図１において、電子機器１００は、ＸＹ平面と平行な平面上に配置されているものとしてよい。また、図１において、対象装置２００は、例えば、ＸＹ平面にほぼ平行な地表に立っている状態としてよい。
【0029】
ここで、対象装置２００とは、例えば電子機器１００の周囲に存在する装置などとしてよい。上述のように、対象装置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。対象装置２００は、エンジン、工作装置、旋盤装置、加工装置その他の装置及び自動車などの乗り物を含むとしてよい。本実施形態の電子機器１００は、エンジン、工作装置、旋盤装置、及び／又は加工装置その他の装置の振動を検知するとしてよい。対象装置２００は、工場、生産設備、又は研究所などに設置されているとしてよい。
【0030】
本開示において、電子機器１００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１００が検出する物体は、レーダ技術により検知される、人、物、及び動物などを含む物標を含んでもよい。以下、電子機器１００の周囲に存在する対象装置２００のような物体は、装置であるとして説明する。
【0031】
図１において、電子機器１００の大きさと、対象装置２００の大きさとの比率は、必ずしも実際の比率を示すものではない。また、図１において、送信部の送信アンテナアレイ２４及び受信部の受信アンテナアレイ３１は、電子機器１００の外部に設置した状態を示してある。しかしながら、一実施形態において、送信部の送信アンテナアレイ２４及び／又は受信部の受信アンテナアレイ３１は、電子機器１００の各種の位置に設置してよい。例えば、一実施形態において、送信部の送信アンテナアレイ２４及び／又は受信部の受信アンテナアレイ３１は、電子機器１００の内部に設置して、電子機器１００の外観に現れないようにしてもよい。
【0032】
以下、典型的な例として、電子機器１００の送信アンテナは、ミリ波（３０ＧＨｚ以上）又は準ミリ波（例えば２０ＧＨｚ～３０ＧＨｚ付近）などのような周波数帯の電波を送信するものとして説明する。一方、電子機器１００の送信アンテナは、例えば７７ＧＨｚ～８１ＧＨｚのように、４ＧＨｚの周波数帯域幅を有する電波を送信してもよい。
【0033】
図２は、一実施形態に係る電子機器１００の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。以下、一実施形態に係る電子機器１００の構成の一例について説明する。
【0034】
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。以下、例として、このような実施形態について説明する。
【0035】
本開示で利用されるＦＭＣＷレーダレーダ方式は、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１００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１００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。
【0036】
図２に示すように、一実施形態に係る電子機器１００は、信号処理部１０を備えている。信号処理部１０は、信号発生処理部１１、受信信号処理部１２、及び振動変位抽出処理部１４を備えてよい。信号発生処理部１１は、送信信号の発生に関する処理を実行してよい。また、受信信号処理部１２は、例えば信号発生処理部１１によって送信された送信信号が反射された反射波として受信する受信信号に関する処理を実行してよい。具体的には、受信信号処理部１２は、対象装置２００までの距離、対象装置２００との相対速度、及び対象装置２００の方位角の少なくとも１つなどを測定（推定）してよい。振動変位抽出処理部１４は、振動の変位の抽出に関する処理を実行してよい。
【0037】
また、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、例えば、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。受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、対象装置２００の振動の包絡を抽出する処理を実行してもよい。また、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、振動の時系列データの周波数解析に基づいて、対象装置２００の振動変動を算出する処理を実行してもよい。
【0038】
また、本開示の電子機器が、生体を検出対象とした場合、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、例えば、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、本開示の電子機器が、生体を検出対象とした場合、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、対象の心音の包絡を抽出する処理を実行してもよい。本開示の電子機器が、生体を検出対象とした場合、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、例えば、対象の心拍間隔（ＲＲＩ）を抽出する処理を実行してもよい。また、本開示の電子機器が、生体を検出対象とした場合、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、抽出された対象の心拍間隔の時系列データの周波数解析を行う処理を実行してもよい。また、本開示の電子機器が、生体を検出対象とした場合、受信信号処理部１２及び／又は振動変位抽出処理部１４は、心拍間隔の時系列データの周波数解析に基づいて、対象の心拍変動を算出する処理を実行してもよい。
【0039】
また、図２に示すように、一実施形態に係る電子機器１００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１００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１００は、図２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２に示す機能部以外の機能部を含んでもよい。図２に示す電子機器１００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用いて構成してよい。一方で、一実施形態に係る電子機器１００において、信号処理部１０による信号処理は、従来の一般的なレーダとは異なる処理を含んでよい。
【0040】
一実施形態に係る電子機器１００が備える信号処理部１０は、電子機器１００を構成する各機能部の制御をはじめとして、電子機器１００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１００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。
【0041】
信号処理部１０の信号発生処理部１１は、電子機器１００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１００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は、送信ＤＡＣ２１に接続されてよい。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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２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１００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。
【0046】
このようにして、一実施形態に係る電子機器１００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。
【0047】
例えば、図２に示すように、電子機器１００の周囲に対象装置２００のような物体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、対象装置２００のような物体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、対象装置２００のような物体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。
【0048】
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対象装置２００のような物体によって反射されたものの少なくとも一部としてよい。
【0049】
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２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。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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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に接続されてよい。
【0053】
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１００から対象装置２００のような物体までの距離を算出する（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、対象装置２００のような物体の電子機器１００に対する相対速度を算出する（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、対象装置２００のような物体の電子機器１００から見た方位角を算出する（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）をそれぞれ行う。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もよい。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、対象装置２００のような物体の位置を得てよい。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、振動変位抽出処理部１４に供給されてよい。
【0054】
振動変位抽出処理部１４は、受信信号処理部１２よって生成された情報から、心拍に関する情報として、振動の変位を抽出する。振動変位抽出処理部１４による心拍に関する情報の抽出動作については、さらに後述する。振動変位抽出処理部１４によって抽出された心拍に関する情報は、通信インタフェース５０に供給されてよい。このため、振動変位抽出処理部１４及び／又は信号処理部１０は、通信インタフェース５０に接続されてよい。振動変位抽出処理部１４によって処理された各種の情報は、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。
【0055】
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などに出力する電気的インタフェースを含んで構成されてよい。通信インタフェース５０は、対象装置２００のような物体の位置、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）又はＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）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、対象装置２００のような物体の位置、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。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。
【0056】
図２に示すように、一実施形態に係る電子機器１００は、通信インタフェース５０を介して、外部機器６０に有線及び無線の少なくとも一方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１００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１００が検出する振動、心拍、及び／又は心音の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。
【0057】
図３は、信号処理部１０の信号発生処理部１１が生成するチャープ信号の例を説明する図である。
【0058】
図３は、ＦＣＭ（Fast-Chirp Modulation（高速チャープ変調））方式を用いた場合における１フレームの時間的構造を示す。図３は、ＦＣＭ方式の受信信号の一例を示している。ＦＣＭは、図３においてｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎのように示すチャープ信号を、短い間隔（例えば最大測距距離から算出される電磁波のレーダと物標との間の往復時間以上）で繰り返す方式である。ＦＣＭにおいては、受信信号の信号処理の都合上、図３に示すようなサブフレーム単位に区分けして、送受信の処理を行うことが多い。
【0059】
図３において、横軸は経過する時間を表し、縦軸は周波数を表す。図３に示す例において、信号発生処理部１１は、周波数が周期的に線形に変化する線形チャープ信号を生成する。図３においては、各チャープ信号を、ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎのように示してある。図３に示すように、それぞれのチャープ信号において、時間の経過に伴って周波数が線形に増大する。
【0060】
図３に示す例において、ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎのようにいくつかのチャープ信号を含めて、１つのサブフレームとしている。すなわち、図３に示すサブフレーム１及びサブフレーム２などは、それぞれｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎのようにいくつかのチャープ信号を含んで構成されている。また、図３に示す例において、サブフレーム１，サブフレーム２，…，サブフレームＮのようにいくつかのサブフレームを含めて、１つのフレーム（１フレーム）としている。すなわち、図３に示す１フレームは、Ｎ個のサブフレームを含んで構成されている。また、図３に示す１フレームをフレーム１として、その後に、フレーム２，フレーム３，…などが続いてよい。これらのフレームは、それぞれフレーム１と同様に、Ｎ個のサブフレームを含んで構成されてよい。また、フレーム同士の間には、所定の長さのフレームインターバルを含めてもよい。図３に示す１つのフレームは、例えば３０ミリ秒から５０ミリ秒程度の長さとしてよい。
【0061】
一実施形態に係る電子機器１００において、信号発生処理部１１は、任意の数のフレームとして送信信号を生成してよい。また、図３においては、一部のチャープ信号は省略して示している。このように、信号発生処理部１１が生成する送信信号の時間と周波数との関係は、例えば信号処理部１０の記憶部などに記憶しておいてよい。
【0062】
このように、一実施形態に係る電子機器１００は、複数のチャープ信号を含むサブフレームから構成される送信信号を送信してよい。また、一実施形態に係る電子機器１００は、サブフレームを所定数含むフレームから構成される送信信号を送信してよい。
【0063】
以下、電子機器１００は、図３に示すようなフレーム構造の送信信号を送信するものとして説明する。しかしながら、図３に示すようなフレーム構造は一例であり、例えば１つのサブフレームに含まれるチャープ信号は任意としてよい。すなわち、一実施形態において、信号発生処理部１１は、任意の数（例えば任意の複数）のチャープ信号を含むサブフレームを生成してよい。また、図３に示すようなサブフレーム構造も一例であり、例えば１つのフレームに含まれるサブフレームは任意としてよい。すなわち、一実施形態において、信号発生処理部１１は、任意の数（例えば任意の複数）のサブフレームを含むフレームを生成してよい。信号発生処理部１１は、異なる周波数の信号を生成してよい。信号発生処理部１１は、周波数ｆがそれぞれ異なる帯域幅の複数の離散的な信号を生成してもよい。
【0064】
図４は、図３に示したサブフレームの一部を、他の態様で示した図である。図４は、信号処理部１０の受信信号処理部１２（図２）において行う処理である２Ｄ－ＦＦＴ（Two Dimensional Fast Fourier Transform）を行った結果として、図３に示した送信信号を受信した受信信号の各サンプルを示したものである。
【0065】
図４に示すように、サブフレーム１，…，サブフレームＮのような各サブフレームにおいて各チャープ信号ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎが格納されている。図４において、各チャープ信号ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，…，ｃｎは、それぞれ横方向に配列された升目によって示す各サンプルから構成されている。図４に示す受信信号は、図２に示した受信信号処理部１２によって、２Ｄ－ＦＦＴ、ＣＦＡＲ、及び／又は、各サブフレームの統合信号処理などが施される。
【0066】
【0067】
図５において、横方向はレンジ（距離）を表し、縦方向は速度を表している。図５に示す、塗りつぶされた升目ｓ１は、ＣＦＡＲの閾値処理を超えた信号を示す点群を示す。図５に示す、塗りつぶされていない升ｓ２は、ＣＦＡＲの閾値を超えなかった、点群のないｂｉｎ（２Ｄ－ＦＦＴサンプル）を示す。図５において算出されたレンジ－ドップラー平面上の点群は、方向推定によりレーダからの方位を算出されて、対象装置２００のような物体を示す点群として、２次元平面上の位置及び速度が算出される。ここで、方向推定は、ビームフォーマ及び／又は部分空間法により算出されてよい。代表的な部分空間法のアルゴリズムには、ＭＵＳＩＣ（MUltiple SIgnal Classification）、及び、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Technique）などがある。
【0068】
図６は、受信信号処理部１２が、方向推定を行った後に、図５に示したレンジ－ドップラー平面から、ＸＹ平面への点群座標の変換を行った結果の例を示す図である。図６に示すように、受信信号処理部１２は、ＸＹ平面上に点群ＰＧをプロットすることができる。ここで、点群ＰＧは、各点Ｐから構成されている。また、それぞれの点Ｐは、角度θ、及び、極座標における半径方向の速度Ｖｒを有している。
【0069】
受信信号処理部１２は、２Ｄ－ＦＦＴ及び角度推定の結果の少なくともいずれかに基づいて、送信波Ｔが送信された範囲に存在する物体を検出する。受信信号処理部１２は、それぞれ推定された距離の情報、速度の情報、及び角度情報に基づいて例えばクラスタリング処理を行うことにより、物体検出を行ってもよい。データをクラスタリングする際に用いるアルゴリズムとして、例えばＤＢＳＣＡＮ（Density-based spatial clustering of applications with noise）などが知られている。これは、密度に準拠したクラスタリングを行うアルゴリズムである。クラスタリング処理においては、例えば検出される物体を構成するポイントの平均電力を算出してもよい。受信信号処理部１２において検出された物体の距離の情報、速度の情報、角度情報、及び電力の情報は、例えば、通信インタフェース５０を介して、外部機器６０などに供給されてもよい。
【0070】
以上のように、電子機器１００は、送信アンテナ（送信アンテナアレイ２４）と、受信アンテナ（受信アンテナアレイ３１）と、信号処理部１０とを備えてよい。送信アンテナアレイ２４は、送信波Ｔを送信する。受信アンテナアレイ３１は、送信波Ｔが反射された反射波Ｒを受信する。そして、信号処理部１０は、送信波Ｔとして送信される送信信号、及び、反射波Ｒとして受信される受信信号に基づいて、送信波Ｔを反射する物体（例えば対象装置２００のような物体など）を検出する。
【0071】
次に、一実施形態に係る電子機器１００のアンテナアレイによる到来波の方向推定について、さらに説明する。
【0072】
図７は、一実施形態に係る電子機器１００の受信アンテナアレイ３１の構成、及び受信アンテナアレイ３１による到来波の方向推定の原理を説明する図である。図７は、受信アンテナアレイ３１による電波の受信の例を示している。
【0073】
図７に示すように、受信アンテナアレイ３１は、受信アンテナのようなセンサを一直線状に並べたものとしてよい。図７に示すように、一実施形態において、受信アンテナアレイ３１は、一直線に並べて配列される複数の受信アンテナを含んで構成されてよい。図７において、受信アンテナアレイ３１は、アンテナｘ１、ｘ２、ｘ３、…、ｘＭのような複数のアンテナを小円により示してある。受信アンテナアレイ３１は、任意の複数のアンテナにより構成されてよい。また、図７に示すように、受信アンテナアレイ３１を構成する複数のアンテナは、それぞれアレイピッチｄの間隔だけ離して並べたものとする。このように、各種物理的波動に対応するセンサ（アンテナ、超音波振動子、及びマイクロフォンなど）をアレイ状に配置したセンサアレイは、Uniform Linear Array（ＵＬＡ）とも呼ばれる。図７に示すように、物理的波動（電磁波及び音波など）は、例えばθ１及びθ２のような様々な方向から到来する。ここで、θ１及びθ２は、上述した到来角としてよい。このように、受信アンテナアレイ３１のようなセンサアレイは、物理的波動の到来方向に応じてセンサ間の測定値に生じる位相差を利用して、到来方向（到来角）を推定することができる。このように、波動の到来方向を推定する手法を、到来角推定、又は到来方向推定（Direction of Arrival：ＤｏＡ）とも記す。
【0074】
一実施形態に係る電子機器１００において、送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１の少なくとも一方は、複数のアンテナを直線状に配置したものとしてよい。これにより、例えばミリ波レーダにおいて電波の送受信の際の指向性を適切に狭めることができる。送信波を送信する際には、ビームフォーマにより、送信ビームの方向が制御されることが多い。一方、反射波を受信する際には、ビームフォーマよりも部分空間法（上述したＭＵＳＩＣ及びＥＳＰＲＩＴなど）により、反射波の到来方向が推定されることが多い。ビームフォーマ及び部分空間法では、図７に示すようなＵＬＡにおいて、様々な方向から到来する電磁波に対して、その到来方向に応じてセンサ間の測定値に位相差が生じる。したがって、その位相差を利用して、反射波の到来方向が推定することができる。
【0075】
次に、一実施形態に係る電子機器１００のアンテナアレイによる到来波の２方向の角度推定について、さらに説明する。
【0076】
図８は、直交する２つの角度の到来方向を推定するためのアンテナの配置例を示す図である。
【0077】
図８に示すように、一実施形態に係る電子機器１００において、送信アンテナアレイ２４及び／又は受信アンテナアレイ３１は、複数のパッチアンテナユニットのアレイを含んで構成してよい。
【0078】
図８に示す送信アンテナアレイ２４において、１つのパッチアンテナユニットは、図に示す方向１の方向に電気的に接続された複数の素子を含んで構成されてよい。それぞれのパッチアンテナユニットにおいて、複数の素子は、例えば基板上のストリップライン等の配線によって電気的に接続されてよい。それぞれのパッチアンテナユニットにおいて、複数の素子のそれぞれは、送信波の波長λの半分よりも短い間隔ｄ１，ｔだけ離間して配置されてよい。図８において、それぞれのパッチアンテナユニットは、２つ以上の任意の数の素子を電気的に接続したものとしてよい。図８においては、電気的に接続された素子の一部を省略して示してある。
【0079】
また、図８に示すように、送信アンテナアレイ２４は、複数のパッチアンテナユニットを、図に示す方向２の方向にアレイした配置としてよい。それぞれのパッチアンテナユニットは、送信波の波長λの半分よりも短い間隔ｄ２，ｔだけ離間して配置されてよい。一実施形態において、送信アンテナアレイ２４は、２つ以上の任意の数のパッチアンテナユニット含んでよい。
【0080】
図８に示すように、一実施形態において、受信アンテナアレイ３１は、送信アンテナアレイ２４における複数の素子の配置を変更したものとしてよい。すなわち、図８に示す受信アンテナアレイ３１において、１つのパッチアンテナユニットは、図に示す方向２の方向に電気的に接続された複数の素子を含んで構成されてよい。それぞれのパッチアンテナユニットにおいて、複数の素子は、例えば基板上のストリップライン等の配線によって電気的に接続されてよい。それぞれのパッチアンテナユニットにおいて、複数の素子のそれぞれは、送信波の波長λの半分よりも短い間隔ｄ２，ｓだけ離間して配置されてよい。図８において、それぞれのパッチアンテナユニットは、２つ以上の任意の数の素子を電気的に接続したものとしてよい。図８においては、電気的に接続された素子の一部を省略して示してある。
【0081】
また、図８に示すように、受信アンテナアレイ３１は、複数のパッチアンテナユニットを、図に示す方向１の方向にアレイした配置としてよい。それぞれのパッチアンテナユニットは、送信波の波長λの半分よりも短い間隔ｄ１，ｓだけ離間して配置されてよい。一実施形態において、受信アンテナアレイ３１は、２つ以上の任意の数のパッチアンテナユニット含んでよい。
【0082】
送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１に含まれる素子は全て同一平面上（例えば同一基板の表層上）に配置されてよい。また、送信アンテナアレイ２４と受信アンテナアレイ３１とは近接して配置されてよい（モノスタティック）。さらに、図８に示す方向１と方向２とは、幾何学的に直交してよい。
【0083】
図８に示すような送信アンテナアレイ２４及び受信アンテナアレイ３１によって、送信アンテナ及び受信アンテナのそれぞれの指向性を適切に狭めることができる。また、図８に示すような送信アンテナアレイ２４を用いて、送信波（送信信号）を送信するタイミングごとに、それぞれの送信波を送信する方向を制御することにより、図８に示す方向２の方向についてのビームフォーマを実現することができる。さらに、図８に示すような受信アンテナアレイ３１を用いることにより、図８に示す方向１の方向について、反射波の到来方向の推定を実現することができる。このようにして、実質的に直交する２つの角度について反射波の到来方向の推定が可能となる。したがって、対象装置２００のような物体を示す点群を３次元的に取得することが可能になる。
【0084】
次に、一実施形態に係る電子機器１００によって、対象装置２００の振動を検出する手法について説明する。
【0085】
一実施形態に係る電子機器１００は、ミリ波レーダなどの送信波を対象装置２００に対して送信し、対象装置２００が反射した反射波を受信した結果に基づいて、対象装置２００の振動を検出する。上述のように、対象装置２００は、エンジン、工作装置、旋盤装置、及び加工装置、又は自動車などの乗り物などとしてよいが、特に限定されるものではなく、他の任意の装置であってよい。ここで、上述した２Ｄ－ＦＦＴ、ＣＦＡＲ処理、及び到来方向推定を行った結果などから、対象装置２００の心拍間を検出する手法について検討する。まず、図４及び図５において行った２Ｄ－ＦＦＴの結果として、振動の発現の態様について説明する。
【0086】
なお、一実施形態に係る電子機器１００が生体情報を検出する場合、電子機器１００は、ミリ波レーダなどの送信波を対象装置２００に対して送信し、対象の心臓が存在する胸部において反射した反射波を受信した結果に基づいて、対象の心拍を検出する。上述のように、対象は、人間としてもよいし、動物としてもよい。
【0087】
図９は、対象装置２００に対して送信された送信波の反射波を受信して２Ｄ－ＦＦＴの処理を行った結果の例を示す図である。図９は、２Ｄ－ＦＦＴの結果として、対象装置２００の振動を示すスペクトラムを示している。図９は、対象装置２００の振動に相当するレンジ－ドップラースペクトラムを示す。図９において、横軸は距離(Range)を表し、縦軸は速度(Velocity)を表す。一実施形態に係る電子機器１００の信号処理部１０（例えば振動変位抽出処理部１４）は、例えば図９に示すようなピークＨｍが、対象装置２００の振動であるとして抽出してもよい。
【0088】
図９に示すピークＨｍは、ドップラー方向（速度方向）に多くの成分を有している。これは、検出された対象装置２００が、多くの振動成分（剛体運動及び／又は微細振動）を含んでいることを示している。実際の振動速度は、２次元信号ｓに対して、１つのチャープ信号内の一部分を加算した信号である１次元の時系列のＩＱ信号ｓｖの位相を取り出した信号ｄｖが、振動体の振動変位となる。実際の振動速度を生じさせる振動体の振動変位は、２次元信号ｓに対して、１つのチャープ信号内の一部分を加算した信号である１次元の時系列のＩＱ信号ｓｖの位相を取り出した信号ｄｖにより示される。上述の２次元信号ｓは、図９に示すピークＨｍの信号成分のみを図９に示す２Ｄ－ＦＦＴ平面上でフィルタリングした、２次元信号Ｓの逆フーリエ変換である。
【0089】
ここで、上述の振動変位ｄｖは、振動体からレーダに向かう動径方向の成分しか検出することができない。本来、振動体は、３軸の振動変位を持つものであるが、上述の方法によれば、動径方向に対する射影だけが、ｄｖとして得られることになる。したがって、物体の本来の振動をレーダにより復元しようとしても、十分な情報を復元できない恐れがある。
【0090】
上述のように、図８に示したような受信アンテナアレイ３１によれば、図８に示す方向２についてのビームフォーマを実現することができ、図８に示す方向１について反射波の到来方向の推定を実現することができる。したがって、実質的に直交する２つの角度について反射波の到来方向の推定が可能となり、対象装置２００のような物体を示す点群を３次元的に取得することが可能になる。すなわち、図８に示したようなアンテナを用いて方向推定を行うことにより、距離、アジマス、及びエレベーションの角度を計算することができるため、物体を示す点群を３次元に取得することができる。しかしながら、取得される各データ点が保有している速度の情報は、依然として前述のｄｖのみである。
【0091】
以上説明したように、ドップラーレーダによって例えば人の体動のような振動を検知する場合、一組の送受信アンテナアレイにより、振動する対象の特定の部分の測距、測角（方向推定）、及び振動速度を抽出することができる。しかしながら、上述のような手法では、レーダのドップラーシフトにおいて、対象からレーダに向かう動径方向の速度のみしか計測できない。
【0092】
そこで、以下説明する一実施形態に係る電子機器１は、振動する対象の振動速度を抽出する際に、レーダに向かう動径方向に対する法線方向の速度も含めて計測可能にする。すなわち、一実施形態に係る電子機器１は、例えば準ミリ波帯以上の周波数（例えば２０ＧＨｚ以上）を利用したドップラーレーダを複数組み合わせることにより、１つの機器で２次元以上の振動の計測を可能にする。一実施形態に係る電子機器１は、例えば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の検出（測速）を行うドップラーレーダによって、物体の微細振動をマイクロドップラーとして検知可能にする。
【0093】
以下、上述のような一実施形態に係る電子機器１について説明する。
【0094】
一実施形態に係る電子機器１は、主として、次のような観点の特徴を備えるものとしてよい。すなわち、一実施形態に係る電子機器１は、（Ａ）アンテナの配置及び構成に関する特徴、及び／又は、（Ｂ）システムの設計に関する特徴、を備えるものとしてよい。以下、これらの特徴について、さらに説明する。
【0095】
（Ａ）アンテナの配置及び構成に関する特徴
一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ（受信アンテナアレイ）を、少なくとも２つ、例えば３つ備えてよい。また、一実施形態に係る電子機器１における複数の受信アンテナは、それぞれ同じ向きにならないように配置されてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１における複数の受信アンテナは、それぞれ異なる向きに配置されてよい。さらに、一実施形態に係る電子機器１において、それぞれのアンテナは、各アンテナの中心間が所定の距離以下となるように配置されてよい。ここで、所定の距離は、各アンテナの中心から振動体までの距離がレーダのレンジ（距離）分解能以下となる距離としてよい。また、振動体までの距離は、レーダモジュールの仕様として設定される最小設置距離により決定されてよい。以下、一実施形態に係る電子機器１における上述のような観点の特徴を、単に「特徴Ａ」とも記す。特徴Ａの詳細については、さらに後述する。
一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナ（受信アンテナアレイ）を、少なくとも２つ、例えば３つ備えてよい。また、一実施形態に係る電子機器１における複数の受信アンテナは、それぞれ同じ向きにならないように配置されてよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１における複数の受信アンテナは、それぞれ異なる向きに配置されてよい。さらに、一実施形態に係る電子機器１において、それぞれのアンテナは、各アンテナの中心間が所定の距離以下となるように配置されてよい。ここで、所定の距離は、各アンテナの中心から振動体までの距離がレーダのレンジ（距離）分解能以下となる距離としてよい。また、振動体までの距離は、レーダモジュールの仕様として設定される最小設置距離により決定されてよい。以下、一実施形態に係る電子機器１における上述のような観点の特徴を、単に「特徴Ａ」とも記す。特徴Ａの詳細については、さらに後述する。
【0096】
（Ｂ）システムの設計に関する特徴
一実施形態に係る電子機器１は、上述の特徴Ａに記したようなアンテナセットを１つのレーダモジュールに格納してよい。そして、一実施形態に係る電子機器１は、複数系統の受信システムを統合してよい。さらに、一実施形態に係る電子機器１は、各アンテナによって検知される角度を、グローバルな座標上の角度に補正することにより一致させてよい。一実施形態に係る電子機器１は、統合された受信システムにより、例えば振動する対象などの変位（又は速度若しくは加速度など）の３次元的な検出を可能にする。以下、一実施形態に係る電子機器１における上述のような観点の特徴を、単に「特徴Ｂ」とも記す。特徴Ｂの詳細については、さらに後述する。
一実施形態に係る電子機器１は、上述の特徴Ａに記したようなアンテナセットを１つのレーダモジュールに格納してよい。そして、一実施形態に係る電子機器１は、複数系統の受信システムを統合してよい。さらに、一実施形態に係る電子機器１は、各アンテナによって検知される角度を、グローバルな座標上の角度に補正することにより一致させてよい。一実施形態に係る電子機器１は、統合された受信システムにより、例えば振動する対象などの変位（又は速度若しくは加速度など）の３次元的な検出を可能にする。以下、一実施形態に係る電子機器１における上述のような観点の特徴を、単に「特徴Ｂ」とも記す。特徴Ｂの詳細については、さらに後述する。
【0097】
次に、上述した特徴Ａ及び特徴Ｂのそれぞれについて、より詳細に説明する。
【0098】
（特徴Ａの詳細）
図１０は、一実施形態に係る電子機器１におけるアンテナの配置の例を示す図である。一実施形態に係る電子機器１は、少なくとも１つの送信アンテナアレイ２４と、複数の受信アンテナアレイ３１と、を備えてよい。図１０に示す一実施形態に係る電子機器１は、１つの送信アンテナアレイ２４と、３つの受信アンテナアレイ３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃとを備えている。以下、受信アンテナアレイ３１Ａ、受信アンテナアレイ３１Ｂ、及び受信アンテナアレイ３１Ｃのような複数の受信アンテナアレイを特に区別しない場合、単に「受信アンテナアレイ３１」と記すことがある。
図１０は、一実施形態に係る電子機器１におけるアンテナの配置の例を示す図である。一実施形態に係る電子機器１は、少なくとも１つの送信アンテナアレイ２４と、複数の受信アンテナアレイ３１と、を備えてよい。図１０に示す一実施形態に係る電子機器１は、１つの送信アンテナアレイ２４と、３つの受信アンテナアレイ３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃとを備えている。以下、受信アンテナアレイ３１Ａ、受信アンテナアレイ３１Ｂ、及び受信アンテナアレイ３１Ｃのような複数の受信アンテナアレイを特に区別しない場合、単に「受信アンテナアレイ３１」と記すことがある。
【0099】
ここで、送信アンテナアレイ２４は、図２などにおいて説明した電子機器１００の送信アンテナアレイ２４と同様に構成してもよい。一方、一実施形態に係る電子機器１において、送信アンテナアレイ２４は、必ずしもアレイとして構成されたアンテナでなくてもよいし、必ずしも複数のアンテナ素子によって構成されていなくてもよい。例えば、一実施形態に係る電子機器１において、送信アンテナアレイ２４の代わりに、アレイ状に配置されていない複数のアンテナ素子を、送信アンテナとして採用してもよい。また、例えば、一実施形態に係る電子機器１において、送信アンテナアレイ２４の代わりに、１つのアンテナ素子を、送信アンテナとして採用してもよい。以下、一実施形態に係る電子機器１において、送信アンテナは、図１０に示すように、例えばパッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）のような、平面型の送信アンテナアレイ２４であるものとして説明する。
【0100】
図１０に示すように、一実施形態に係る電子機器１において、送信アンテナアレイ２４は、例えば、ｘ軸上、ｙ軸上、及びｚ軸上においてそれぞれ原点Ｏからの距離がαとなる点を通る平面上に配置されてよい。すなわち、送信アンテナアレイ２４は、図１０に示す原点Ｏからα／√３の距離にある平面ｘ＋ｙ＋ｚ－α＝０上にあるものとしてよい。また、送信アンテナアレイ２４の中心は、例えば、図１０に示すｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって規定される空間における直線ｘ＝ｙ＝ｚ上（又は当該直線の近傍）にあるものとしてよい。ここで、送信アンテナアレイ２４の中心とは、送信アンテナアレイ２４を構成する（例えばアレイ状に配置された）複数のアンテナ素子の中心としてよい。
【0101】
上述のように送信アンテナを配置することにより、レーダモジュールの中心線を、送信アンテナの中心を通る法線ｎと一致させることができる。ここで、レーダモジュールとは、送信アンテナ及び／又は受信アンテナを含むモジュールとしてよい。また、このように送信アンテナを配置することにより、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向のそれぞれに、電磁波のエネルギーを均等に配分することができる。
【0102】
一方、受信アンテナアレイ３１は、図２などにおいて説明した電子機器１００の受信アンテナアレイ３１と同様に構成してよい。一実施形態に係る電子機器１は、必要に応じて、２つ以上の送信アンテナアレイ２４を備えてもよいし、２つ又は４つ以上の受信アンテナアレイ３１を備えてもよい。以下、一実施形態に係る電子機器１において、受信アンテナアレイ３１は、図１０に示すように、例えばパッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）のような、平面型のアンテナアレイであるものとして説明する。
【0103】
図１０に示すように、一実施形態に係る電子機器１において、受信アンテナアレイ３１は、それぞれ同じ向きにならないように、例えば、それぞれ異なる向きに配置されてよい。ここで、アンテナの「向き」とは、例えばアンテナアレイの場合、当該アンテナアレイを構成する複数のアンテナが並ぶ方向に直交する方向としてよい。また、アンテナの「向き」とは、例えば平面型アンテナの場合、当該平面型アンテナの平面に垂直な方向としてよい。
さらに、一実施形態において、アンテナの「向き」とは、受信アンテナにおける受信面に垂直な方向としてもよい。一実施形態において、アンテナの「向き」とは、例えば平面型アンテナの放射面に垂直な方向としてもよい。
さらに、一実施形態において、アンテナの「向き」とは、受信アンテナにおける受信面に垂直な方向としてもよい。一実施形態において、アンテナの「向き」とは、例えば平面型アンテナの放射面に垂直な方向としてもよい。
【0104】
図１０に示す受信アンテナアレイ３１Ａは、ＸＹ平面上に配置されている。受信アンテナアレイ３１Ａは、図１０に示すように、ＸＹ平面上において、例えば原点Ｏの近傍などのような位置に配置されてもよい。また、受信アンテナアレイ３１Ａは、図１０に示すＸＹ平面の近傍などに配置されてもよい。図１０に示す受信アンテナアレイ３１Ｂは、ＹＺ平面上に配置されている。受信アンテナアレイ３１Ｂは、図１０に示すように、ＹＺ平面上において、例えば原点Ｏの近傍などのような位置に配置されてもよい。また、受信アンテナアレイ３１Ｂは、図１０に示すＹＺ平面の近傍などに配置されてもよい。図１０に示す受信アンテナアレイ３１Ｃは、ＺＸ平面上に配置されている。受信アンテナアレイ３１Ｃは、図１０に示すように、ＺＸ平面上において、例えば原点Ｏの近傍などのような位置に配置されてもよい。また、受信アンテナアレイ３１Ｃは、図１０に示すＺＸ平面の近傍などに配置されてもよい。図１０に示す受信アンテナアレイ３１の配置は、一例を示すものである。したがって、受信アンテナアレイ３１は、図１０に示す配置とは異なるように配置されてもよい。
【0105】
図１０に示す例において、受信アンテナアレイ３１ＡはＸＹ平面上に配置され、受信アンテナアレイ３１ＢはＹＺ平面上に配置され、受信アンテナアレイ３１ＣはＺＸ平面上に配置されている。このため、受信アンテナアレイ３１Ａの向きは図１０に示すＺ軸と平行になり、受信アンテナアレイ３１Ｂの向きは図１０に示すＸ軸と平行になり、受信アンテナアレイ３１Ｃの向きは図１０に示すＹ軸と平行になる。
【0106】
次に、複数の受信アンテナアレイ３１は、互いの間隔が例えば近距離のような所定の距離内になるように配置されてよい。複数の受信アンテナアレイ３１は、同一のターゲットとなる物体を、それぞれ点群の座標として検出可能である。上述のように、各受信アンテナアレイ３１の中心間の距離を小さくすることにより、ターゲットに対しての距離差を無視することができる。ここで、受信アンテナアレイ３１の中心とは、受信アンテナアレイ３１を構成する（例えばアレイ状に配置された）複数のアンテナ素子の中心としてよい。
【0107】
一実施形態において、複数の受信アンテナアレイ３１同士の間隔は、それぞれ、ターゲットとなる所定の物体（対象装置２００）に対して、レーダの距離（レンジ）分解能よりも小さくなるようにしてよい。例えば、複数の受信アンテナアレイ３１のうち任意の２つの受信アンテナアレイｉとｊとの距離をｄｉｊとし、受信アンテナアレイｉとターゲットとの距離をＤｉとし、受信アンテナアレイｊとターゲットとの距離をＤｊとする。ここで、受信アンテナアレイｉ、受信アンテナアレイｊ、及びターゲットの位置は、それぞれ、受信アンテナアレイｉの中心の位置、受信アンテナアレイｊの中心の位置、及びターゲットの中心の位置としてよい。この場合、以下の式（１）が成り立つ。
【0108】
【数1】
【0109】
上記式（１）において不等号が成り立つ場合、受信アンテナアレイｉ及びｊ（の中心点）の位置並びにターゲット（の中心点）の位置は、図１１に示すような配置になる。すなわち、上記式（１）において不等号が成り立つ場合、受信アンテナアレイｉ及びｊ（の中心点）並びにターゲット（の中心点）は、一直線上に並ばない。
【0110】
一方、上記式（１）において等号が成り立つ場合、受信アンテナアレイｉ及びｊ（の中心点）の位置並びにターゲット（の中心点）の位置は、図１２に示すような配置になる。すなわち、上記式（１）において等号が成り立つ場合、受信アンテナアレイｉ及びｊ（の中心点）並びにターゲット（の中心点）は、一直線上に並ぶ。図１２に示すように、受信アンテナアレイｉ及びｊ並びにターゲットが一直線上に並ぶのは、図１０において対象装置２００がいずれかの受信アンテナアレイ３１の裏側に存在する場合である。したがって、一実施形態に係る電子機器１の構成においては、上記式（１）において不等号が成立する場合のみを考慮すれば足りる。以上から、一実施形態に係る電子機器１において、３つの受信アンテナアレイ３１は、いずれかの２つの受信アンテナアレイ３１の中心の間隔がレンジを変化させないように配置されてよい。このため、一実施形態に係る電子機器１において、複数の受信アンテナアレイ３１は、任意の２つの受信アンテナアレイｉとｊとの距離をｄｉｊとし、レーダのレンジ分解能をｒｓとして、以下の式（２）を満たすように配置されてよい。
【0111】
【数2】
【0112】
（特徴Ｂの詳細）
一実施形態に係る電子機器１において、図１０に示したような送信アンテナアレイ２４及び３つの受信アンテナアレイ３１は、１つのレーダモジュールの内部に格納してもよい。このような構成により、一実施形態に係る電子機器１において、１つのデータポイントに対して得られる振動の変位を３次元的なベクトルとして取得することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、ターゲットとなる所定の物体（対象／対象装置２００）の振動変位などを３次元的に検出することが可能になる。
一実施形態に係る電子機器１において、図１０に示したような送信アンテナアレイ２４及び３つの受信アンテナアレイ３１は、１つのレーダモジュールの内部に格納してもよい。このような構成により、一実施形態に係る電子機器１において、１つのデータポイントに対して得られる振動の変位を３次元的なベクトルとして取得することができる。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、ターゲットとなる所定の物体（対象／対象装置２００）の振動変位などを３次元的に検出することが可能になる。
【0113】
上述のように、一実施形態に係る電子機器１において、複数の受信アンテナアレイ３１は、同一のターゲットとなる物体を、それぞれ点群の座標として検出可能である。また、上述のように、一実施形態に係る電子機器１において、各受信アンテナアレイ３１の中心間の距離を小さくして、ターゲットに対しての距離差を無視することができる。このような構成により、複数の受信アンテナアレイ３１のそれぞれは、距離（レンジ）及び方向の推定により得られるアジマス及びエレベーションのような２つの角度に基づいて、ターゲットとして検出される点群の座標を計算することができる。
【0114】
一実施形態に係る電子機器１は、上述のように複数の受信アンテナアレイ３１によってそれぞれ検出されたターゲットの座標を、例えばオイラー角に基づく変換行列を用いて、座標変換してよい。
【0115】
ここで、オイラー角に基づく座標変換は、以下の（ｉ）乃至（ｉｉｉ）ようにして行うことができる。
（ｉ）ｚ軸周りに角度φの回転を行うことにより、座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換する。
（ｉｉ）ｘ軸周りに角度θの回転を行うことにより、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を、座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）に変換する。
（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）の変換後にｚ”軸周りに角度ψの回転を行うことにより、座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）を、座標（ｘ”’，ｙ”’，ｚ”’）に変換する。
以上の３段階の変換によって座標系を回転することができる。変換後の座標（ｘ”’，ｙ”’，ｚ”’）と元の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、例えば以下の式（３）のように算出することができる。
（ｉ）ｚ軸周りに角度φの回転を行うことにより、座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換する。
（ｉｉ）ｘ軸周りに角度θの回転を行うことにより、座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を、座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）に変換する。
（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）の変換後にｚ”軸周りに角度ψの回転を行うことにより、座標（ｘ”，ｙ”，ｚ”）を、座標（ｘ”’，ｙ”’，ｚ”’）に変換する。
以上の３段階の変換によって座標系を回転することができる。変換後の座標（ｘ”’，ｙ”’，ｚ”’）と元の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、例えば以下の式（３）のように算出することができる。
【0116】
【数3】
【0117】
一実施形態において、例えば図１３に示すように、送信アンテナアレイ２４を基準とした座標系を設定してもよい。図１３に示す座標系は、ｘ”’軸、ｙ”’軸、及びｚ”’軸によって規定されている。図１３に示す座標系において、送信アンテナアレイ２４は、ｘ”’ｙ”’平面上に配置されている。また、図１３に示す座標系において、送信アンテナアレイ２４の中心は、ｘ”’ｙ”’平面の原点（又はその近傍）に一致するように配置されている。図１３に示すような送信アンテナアレイ２４を基準とした座標系を、以下、「グローバル座標系」とも記す。一実施形態に係る電子機器１は、受信アンテナアレイ３１によって検出した対象の点群を、図１３に示すようなグローバル座標系における座標に変換してもよい。
【0118】
例えば、一実施形態に係る電子機器１は、図１０に示した受信アンテナアレイ３１Ａを基準とする座標系を、図１３に示すようなグローバル座標系に変換する場合、上記式（３）において、φ＝－４５°、θ＝－４５°、ψ＝－４５°として、座標変換を実行してよい。受信アンテナアレイ３１Ｂ及び受信アンテナアレイ３１Ｃを基準とする座標系をグローバル座標系に変換する場合も、上記同様に座標変換を実行してよい。一実施形態に係る電子機器１は、上述のようにしてグローバル座標系において生成された対象の点群を、それぞれ重畳してよい。
【0119】
上述したように、一実施形態に係る電子機器１は、例えば装置の振動などの微弱な変位を検出することができる。さらに、一実施形態に係る電子機器１は、人体の心拍などのような微弱な振動を検出することができる。一実施形態に係る電子機器１によって検出される対象は特に限定されない。一実施形態に係る電子機器１によって検出される対象は、エンジン、工作装置、旋盤装置、及び加工装置、又は自動車などの乗り物などとしてよいが、特に限定されるものではなく、他の任意の装置であってよい。一実施形態に係る電子機器１によって、振動する対象の変位を算出する場合の動作について、さらに説明する。
【0120】
図１４は、一実施形態に係る電子機器１において、３つの受信アンテナアレイ３１がそれぞれ検出する変位の合成を概念的に示す図である。図１４においては、説明のため、一実施形態に係る電子機器１の３つの受信アンテナアレイ３１のみを示し、送信アンテナアレイ２４の図示は省略してある。
【0121】
図１４に示す通り、対象装置２００の振動による変位は、対象装置２００が検出される点（点群のうちの１つの点）と各受信アンテナアレイ３１の中心点とを結んだ直線上において、マイクロドップラーとして算出される。図１４に示すベクトルｄｖ，１は、対象装置２００が検出される点と受信アンテナアレイ３１Ａの中心点とを通る直線上において、対象装置２００の振動による変位に起因するマイクロドップラーとして算出されるベクトルである。また、図１４に示すベクトルｄｖ，２は、対象装置２００が検出される点と受信アンテナアレイ３１Ｂの中心点とを通る直線上において、対象装置２００の振動による変位に起因するマイクロドップラーとして算出されるベクトルである。また、図１４に示すベクトルｄｖ，３は、対象装置２００が検出される点と受信アンテナアレイ３１Ｃの中心点とを通る直線上において、対象装置２００の振動による変位に起因するマイクロドップラーとして算出されるベクトルである。
【0122】
図１４に示すように、ベクトルｄｖ，１、ベクトルｄｖ，２、及びベクトルｄｖ，３は、一次独立である。したがって、対象装置２００として検出される振動の変位は、以下の式（４）に示すようなベクトルに基づいて算出することができる。
【0123】
【数4】
【0124】
以上説明したように、一実施形態に係る電子機器１において、検出した１つの物体２００について得られる振動の変位ベクトルは、ｄｖ，１、ｄｖ，２、及びｄｖ，３の３つとなる。すなわち、一実施形態に係る電子機器１において、例えば送信アンテナアレイ２４Ａが受信する反射波に基づいて、振動の変位ベクトルｄｖ，１が得られる。また、一実施形態に係る電子機器１において、例えば送信アンテナアレイ２４Ｂが受信する反射波に基づいて、振動の変位ベクトルｄｖ，２が得られる。さらに、一実施形態に係る電子機器１において、例えば送信アンテナアレイ２４Ｃが受信する反射波に基づいて、振動の変位ベクトルｄｖ，３が得られる。したがって、一実施形態に係る電子機器１によれば、ターゲットとなる所定の物体（対象／対象装置２００）の振動変位などを３次元的に検出することが可能になる。
【0125】
図１５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。図１５に示す一実施形態に係る電子機器１のブロック図において、図２に示したブロック図と同様な部材又は当該部材に対応する部材は、同様の参照符号を付して示してある。図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した電子機器１００と部分的に重複した構成を有するため、図２に示した電子機器１００と同様又は類似の説明は、適宜、簡略化又は省略する。
【0126】
図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した電子機器１００と比べて、受信系に関連する機能部を複数（図１５に示す例においては３つ）備えている。すなわち、図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した受信アンテナアレイ３１に代えて、受信アンテナアレイ３１Ａ、３１Ｂ、及び３１Ｃを備えてよい。同様に、図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示したミキサ３２に代えて、ミキサ３２Ａ、３２Ｂ、及び３２Ｃを備えてよい。図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した受信回路３３に代えて、受信回路３３Ａ、受信回路３３Ｂ、及び受信回路３３Ｃを備えてよい。図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した受信ＡＤＣ３４に代えて、受信ＡＤＣ３４Ａ、受信ＡＤＣ３４Ｂ、及び受信ＡＤＣ３４Ｃを備えてよい。これら受信系に関連する各機能部は、それぞれ図２において説明した対応する機能部と同様に機能するものとしてよい。
【0127】
さらに、図１５に示す一実施形態に係る電子機器１は、図２に示した電子機器１００の信号処理部１０に代えて、信号処理部１０’を備えてよい。図１５に示すように、信号処理部１０’は、図２に示した信号処理部１０の受信信号処理部１２に代えて、受信信号処理部１２Ａ、受信信号処理部１２Ｂ、及び受信信号処理部１２Ｃを備えてよい。また、図１５に示すように、信号処理部１０’は、図２に示した信号処理部１０の振動変位抽出処理部１４に代えて、振動変位抽出処理部１４Ａ、振動変位抽出処理部１４Ｂ、及び振動変位抽出処理部１４Ｃを備えてよい。これらの各機能部は、それぞれ図２において説明した対応する機能部と同様に機能するものとしてよい。
【0128】
図１５に示すように、一実施形態に係る電子機器１の信号処理部１０’は、座標変換処理部１３Ａ、１３Ｂ、及び１３Ｃを備えてよい。以下、座標変換処理部１３Ａ、座標変換処理部１３Ｂ、及び座標変換処理部１３Ｃのような複数の座標変換処理部を特に区別しない場合、単に「座標変換処理部１３」と記すことがある。
【0129】
図１５に示す座標変換処理部１３は、それぞれ接続された受信信号処理部１２から供給される座標の情報を、異なる座標系における座標に変換する処理を実行する。一実施形態において、座標変換処理部１３は、上述したオイラー角に基づく座標変換（上記式（３）参照）を実行するものとしてよい。座標変換処理部１３によってそれぞれ座標変換された座標の情報は、それぞれ図１５に示す後段の振動変位抽出処理部１４に供給されてよい。振動変位抽出処理部１４は、それぞれ方向における振動の変位を抽出してよい。
よい。
よい。
【0130】
また、図１５に示すように、一実施形態に係る電子機器１の信号処理部１０’は、振動変位合成処理部１５を備えてよい。振動変位合成処理部１５は、各方向の振動変位抽出処理部１４から供給される座標変換された座標の情報を合成する処理を行ってよい（上記式（４）参照）。すなわち、振動変位合成処理部１５は、それぞれの方向における受信波の到来方向の推定による各受信アンテナアレイ３１と振動する対象装置２００の検出位置とのなす角の角度に基づいて、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向への射影を行ってよい。これにより、振動変位合成処理部１５は、上述のｄｖ，ｘ、ｄｖ，ｙ、及びｄｖ，ｚを算出して、変位ベクトルｄｖ，１、ｄｖ，２、及びｄｖ，３を時系列に沿って１つのデータとしてまとめる処理を行ってよい。
【0131】
このように、一実施形態に係る電子機器１は、少なくとも１つの送信アンテナ（例えば送信アンテナアレイ２４）と、複数の受信アンテナアレイ３１と、信号処理部１０’と、を備えてよい。一実施形態において、複数の受信アンテナアレイ３１は、送信波が反射された反射波を受信する受信アンテナをそれぞれ複数含んでよい。また、複数の受信アンテナアレイ３１は、上述したように、それぞれ異なる向きに配置されてよい。信号処理部１０’は、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に基づいて、送信波を反射する対象の変位を検出する。また、信号処理部１０’は、複数の受信アンテナアレイ３１によってそれぞれ検出された対象の変位を、同じ複数次元の座標系において合成してよい。
【0132】
一実施形態に係る電子機器１は、例えば、複数の受信アンテナアレイ３１として、３つの受信アンテナアレイ３１を含んでもよい。この場合、信号処理部１０’は、３つの受信アンテナアレイによってそれぞれ検出された対象の変位を、同じ３次元の座標系において合成してもよい。また、一実施形態において、信号処理部１０’は、複数の受信アンテナアレイ３１によってそれぞれ検出された前記対象の変位を、例えばオイラー角に基づく変換行列を用いるなどして、複数次元の座標系に座標変換してから合成してもよい。
【0133】
また、一実施形態に係る電子機器１において、信号処理部１０’は、送信信号及び受信信号に基づいて、対象の変位に基づいて、対象装置の振動を検出してもよいし、対象である人間又は動物の心拍を検出してもよい。
【0134】
以上説明したように、一実施形態に係る電子機器１によれば、例えば装置の振動を良好に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１によれば、電波などの送受信により、装置の振動を検出して、装置の状態の推定に利用することができる。
【0135】
また、一実施形態に係る電子機器１によれば、例えば人体の心拍などのような微弱な振動を良好に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１によれば、電波などの送受信により、例えば人体の心拍などを良好な精度で検出することができる。
【0136】
（電子機器１の動作による効果）
以下、一実施形態に係る電子機器１による物体検出の効果について、さらに記す。
以下、一実施形態に係る電子機器１による物体検出の効果について、さらに記す。
【0137】
従来、通常のレーダセンサを用いて物体の振動の変位（速度及び／又は加速度）を３次元的に検出することは困難であった。一実施形態に係る電子機器１によれば、例えば図１６に示すように、対象の振動の変位を３次元的に検出することができる。図１６は、一実施形態に係る電子機器１によって、１点として検出される同一の振動体のｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向における振動の変位を１秒間にわたって取得した例を示すグラフである。各軸方向における振動の変位は、相関する周波数成分を有するものとなる。このため、物体が振動する変位の時系列的な波形は、各軸方向において類似する部分がある。
一方、物体が振動する変位の各軸方向における時系列的な波形において、周波数の構成及び／又は全体的な振動の変位のレベルは、それぞれ異なるものとなる。
一方、物体が振動する変位の各軸方向における時系列的な波形において、周波数の構成及び／又は全体的な振動の変位のレベルは、それぞれ異なるものとなる。
【0138】
このように、一実施形態に係る電子機器１によれば、例えばレーダを用いて物体が振動する変位（速度及び／又は加速度）を、３次元的に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１によれば、例えば装置の振動を良好な精度で検出することができる。さらに、一実施形態に係る電子機器１によれば、電波などの送受信により、例えば人体の心拍などを良好な精度で検出することができる。
【0139】
（他の実施形態）
以下、他の実施形態について説明する。
以下、他の実施形態について説明する。
【0140】
図１０に示した例において、一実施形態に係る電子機器１が備える各受信アンテナアレイ３１の向きは、それぞれ直交するものとして説明した。しかしながら、一実施形態において、電子機器１が備える各受信アンテナアレイ３１の向きは、それぞれ直交しないように配置してもよい。このように、各受信アンテナアレイ３１の向きがそれぞれ直交しないように配置される場合、上述同様に、各受信アンテナアレイ３１が配置される角度の情報に基づいて、それぞれｘ、ｙ、ｚ方向への射影を行うことができる。このような処理により、一実施形態に係る電子機器１は、各方向のベクトルｄｖ，ｘ、ｄｖ，ｙ、及びｄｖ，ｚを算出することができる。
【0141】
図１０に示した例において、送信アンテナアレイ２４及び各受信アンテナアレイ３１は、１つのレーダモジュールに格納される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１において、送信アンテナアレイ２４及び各受信アンテナアレイ３１は、適宜、複数のレーダモジュールに分けて格納されてもよい。
【0142】
図１０に示した例において、一実施形態に係る電子機器１は、３つの受信アンテナアレイ３１を備える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１は、例えば２つの受信アンテナアレイ３１を備えることにより、物体の振動を２次元的に検出してもよい。
【0143】
図１５に示した例において、一実施形態に係る電子機器１は、外部機器６０に対して、物体が振動する変位に関する情報を出力する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１は、信号処理部１０’において、物体が振動する変位に基づいて、物体が振動する速度及び／又は物体が振動する加速度などに関する情報を算出することにより出力してもよい。
【0144】
一実施形態において、電子機器１が備える送信アンテナアレイ２４及び／又は受信アンテナアレイ３１は、図８に示したような配置に限定されない。例えば、一実施形態において、電子機器１が備える受信アンテナアレイ３１は、図１７に示すような構成のものとしてもよい。図１７は、ＵＲＡ（Uniform rectangular array）受信アンテナの例を示す図である。図１７に示すようなＵＲＡ受信アンテナを採用して、送信アンテナアレイ２４においてビームフォーマによって指向性を変化させずに、ＵＲＡ受信アンテナのみによって２つの角度の到来方向推定を行ってもよい。
【0145】
また、図２に示した電子機器１００において、信号処理部１０が、心拍抽出部１３及び算出部１４のような機能部を備えるものとして説明した。しかしながら、一実施形態において、心拍抽出部１３及び／又は算出部１４が行う処理は、外部のコンピュータ又はプロセッサなどによって行われるものとしてもよい。
【0146】
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。
【0147】
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のような機器の制御方法として実施してもよい。さらに、例えば、上述した実施形態は、電子機器１のような機器が実行するプログラムとして実施してもよい。
【0148】
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。
【符号の説明】
【0149】
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 座標変換処理部
１４ 振動変位抽出処理部
１５ 振動変化合成処理部
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
１００ 電子機器
２００ 対象装置
１０ 信号処理部
１１ 信号発生処理部
１２ 受信信号処理部
１３ 座標変換処理部
１４ 振動変位抽出処理部
１５ 振動変化合成処理部
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
１００ 電子機器
２００ 対象装置
【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】