JP6453722B2 - 生体センサー装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体信号を収集する技術に係り、特に生体信号の劣化を抑制し、着用者が衣服を着たときの不快感を和らげることができる生体センサー装置に関するものである。

近年、人体等に身に着けて使用する小型のウェアラブル生体信号受信装置が増えつつある。衣服にセンサーを取り付けたウェアラブル生体信号受信装置としては、例えば生体が発する心電、心拍、筋電、呼吸波等の微弱な生体信号を、ウェアラブル生体信号受信装置に内蔵したセンサーによって検知して電気信号に変換し、無線によって外部の装置に送信するものが知られている。

このような生体信号の常時モニタのためのウェアラブル生体信号受信装置においては、衣服と一体化して、生体信号受信部、電子回路部および電源部が構成されていることが重要であるのはもちろんのこと、生体信号受信部で検知した微弱な生体信号を外乱ノイズの影響をなるべく受けずに電子回路まで導き、電子回路で増幅することも同時に重要である。例えば、非特許文献１には、生体信号受信部（電極部）、配線、増幅部、信号処理部、無線送信部および電源部を、衣服と一体に構成したモニタリングシステムが開示されている。

Tim Morrison，Jason Silver，Brian Otis，"A Single-chip Encrypted Wireless 12-Lead ECG Smart Shirt for Continuous Health Monitoring"，2014 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers

しかしながら、非特許文献１に開示されたシステムにおいては、生体信号の増幅などの処理を行う部分と衣服とが一体化されてはいるが、生体信号受信部（電極部）と信号の増幅部とは数十ｃｍ程度の配線で接続されており、この配線によって微弱信号が伝送されることで外乱ノイズなどにより、信号の増幅部が受け取る生体信号が劣化するという課題があった。

また、生体信号の受信から無線送信までの全てのシステムを一体化してしまうと、装置のサイズが大きくなり、着用者が衣服を着たときに装置が着用者の体に当たるなどの不快感が生じる可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、生体信号の劣化を抑制し、着用者が衣服を着たときの不快感を和らげることができる生体センサー装置を提供することを目的とする。

本発明の生体センサー装置は、衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、前記受信ユニット部は、生体信号を検出する電極部と、この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方と、前記増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路に電力を供給する第１の電源部とを備え、前記信号処理部は、さらに、前記処理回路に電力を供給する第２の電源部を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の生体センサー装置の１構成例において、前記第１、第２の電源部のうち少なくとも一方は、それぞれ回路に電力を供給する二次電池と、ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して前記二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して前記二次電池を充電する充電機能部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の生体センサー装置は、衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線と、前記衣服に取り付けられ、前記信号処理部から前記受信ユニット部に電力を供給する第２の配線とを備え、前記受信ユニット部は、生体信号を検出する電極部と、この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、前記信号処理部は、さらに、信号処理部内の前記処理回路と前記受信ユニット部に電力を供給する電源部を備え、前記電源部は、信号処理部内の前記処理回路と前記受信ユニット部に電力を供給する二次電池と、ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して前記二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して前記二次電池を充電する充電機能部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の生体センサー装置は、衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、前記受信ユニット部は、生体信号を検出する電極部と、この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、前記信号処理部は、さらに、前記第１の配線によって伝送される生体信号を受けるための入力部に容量結合部を備え、前記受信ユニット部と前記信号処理部とが容量結合によって接続されることを特徴とするものである。
また、本発明の生体センサー装置は、衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、前記受信ユニット部は、生体信号を検出する電極部と、この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、前記電極部は、導電性の電極と、着用者の体と前記電極との間に配置される絶縁体膜とから構成され、前記受信ユニット部の増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路は、着用者の体と前記電極との間に前記絶縁体膜を介在させる静電容量結合によって前記着用者から発する生体信号を受信することを特徴とするものである。

本発明によれば、受信ユニット部の電極部の近傍に増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路を設けることによって、電極部から増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路までの配線の引き回しのために微弱な生体信号が劣化することを抑えることができ、ノイズに対する耐性を向上させることができる。また、本発明では、生体センサー装置を受信ユニット部と信号処理部とに分けて衣服上に分散させて配置することにより、従来のように全てのシステムを一体化する場合と比較して、個々の装置のサイズを小さくすることができ、着用者が衣服を着たときに装置が着用者の体に当たるという不快感を和らげることができる。

また、本発明では、受信ユニット部の第１の電源部と信号処理部の第２の電源部のうち少なくとも一方に、二次電池と、ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して二次電池を充電する充電機能部とを設けることにより、電源交換や電源の取り外しを必要としない電源供給を実現することができる。

また、本発明では、信号処理部から受信ユニット部の増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路に電力を供給する第２の配線を衣服に設け、信号処理部内の処理回路と受信ユニット部に電力を供給する電源部を信号処理部に設けることにより、生体センサー装置の電源部を受信ユニット部および信号処理部で共用することができ、電源部を１つだけにすることができる。

また、本発明では、信号処理部の電源部に、二次電池と、ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して二次電池を充電する充電機能部とを設けることにより、電源交換や電源の取り外しを必要としない電源供給を実現することができる。

また、本発明では、第１の配線によって伝送される生体信号を受けるための信号処理部の入力部に容量結合部を設けることにより、受信ユニット部と信号処理部とを容量結合によって接続するので、受信ユニット部における生体信号のＤＣレベル変動が信号処理部における生体信号受信に及ぼす悪影響を抑えることができる。

また、本発明では、着用者の体と電極との間に絶縁体膜を介在させる静電容量結合によって着用者から発する生体信号を受信することにより、体動などによる雑音が生体信号に混入し、信号品質が劣化することを抑制することができる。

また、本発明では、受信ユニット部に、筐体の衣服と対向する側の面に設けられた第１の係合手段と、増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路の出力端子と電気的に接続された第１のコネクタとを設け、信号処理部に、筐体の衣服と対向する側の面に設けられた第２の係合手段と、処理回路の入力部と電気的に接続された第２のコネクタとを設け、衣服に、受信ユニット部と対向する側の面に、第１の係合手段と係合するように設けられた第３の係合手段と、信号処理部と対向する側の面に、第２の係合手段と係合するように設けられた第４の係合手段と、第１の配線の一端と電気的に接続され、第１のコネクタと嵌合するように設けられた第３のコネクタと、第１の配線の他端と電気的に接続され、第２のコネクタと嵌合するように設けられた第４のコネクタとを設けることにより、受信ユニット部および信号処理部が衣服に対して着脱可能となり、衣服を洗濯する際に受信ユニット部および信号処理部を衣服から取り外したり、受信ユニット部や信号処理部が劣化したときに劣化した物を新品と交換したりすることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る生体センサー装置の受信ユニット部および信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る生体センサー装置の受信ユニット部と信号処理部の具体的な接続方法を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態において衣服から受信ユニットおよび信号処理部を外したときの状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る生体センサー装置の信号処理部および信号処理部内の容量結合部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図である。 本発明の第４の実施の形態に係る生体センサー装置の受信ユニット部および信号処理部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図である。 本発明の第５の実施の形態に係る生体センサー装置の受信ユニット部および信号処理部の電源部の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係る受信ユニット部の電極部の構成を示す断面図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されない。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図であり、図１（Ａ）は衣服の前側を示し、図１（Ｂ）は衣服の背中側を示している。

生体センサー装置は、衣服５に取り付けられ、衣服５を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部１，２と、衣服５に取り付けられ、受信ユニット部１，２が検出した生体信号を処理して図示しない外部装置等に無線で送信する信号処理部６と、衣服５に取り付けられ、受信ユニット部１，２と信号処理部６とを電気的に接続する配線３，４とから構成される。

これら受信ユニット部１，２と信号処理部６とは、衣服５に分散的に配置されて取り付けられている。図１（Ａ）、図１（Ｂ）の例では、着用者の胸部に相当する衣服５の位置に受信ユニット部１，２が取り付けられ、着用者の背中に相当する衣服５の位置に信号処理部６が取り付けられているが、本発明は図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示したような配置に限るものではない。

また、受信ユニット部１，２は、衣服５の表側（着用者の体と接触しない側）、裏側（着用者の体と接触する側）のどちらに設けてもよい。ただし、後述する受信ユニット部１，２の電極部が着用者の体と接触して、着用者から発する生体信号を検出するタイプの電極の場合、少なくとも電極部については衣服５の裏側に露出して着用者の体と接触するように配置する必要がある。同様に、配線３，４と信号処理部６とは、衣服５の表側、裏側のどちらに設けてもよい。

図２（Ａ）は受信ユニット部１の詳細な構成を示すブロック図、図２（Ｂ）は信号処理部６の詳細な構成を示すブロック図である。図２（Ａ）に示すように、受信ユニット部１は、着用者から発する生体信号を検出する、導電性材料からなる電極部１０と、電極部１０が検出した生体信号を増幅して出力するか、または生体信号を増幅率１で出力するアナログ増幅部１１と、アナログ増幅部１１に電力を供給する電源部１２と、アナログ増幅部１１によって増幅された生体信号を出力する接続端子部１３とを備えている。電源部１０の材料としては、例えば導電性高分子がある。

図２（Ａ）の構成のうち、アナログ増幅部１１と電源部１２とは、例えば樹脂等の絶縁材料からなる筐体の内部に収納され、電極部１０と接続端子部１３とが筐体の表面に設けられるようになっている。
電極部１０が検出する生体信号としては、例えば心電、心拍、筋電、あるいは呼吸波等がある。

アナログ増幅部１１は、電極部１０から受信する生体信号を増幅する増幅回路に加えて、生体信号に含まれる外乱ノイズを低減するフィルタ回路を内蔵していてもよい。また、アナログ増幅部１１は、電極部１０から受信する生体信号の強度に応じた増幅率を設定する回路を備えていてもよい。つまり、アナログ増幅部１１は、接続端子部１３に出力する生体信号の強度を一定にする可変利得機能を備えていてもよい。

また、アナログ増幅部１１は、増幅率が１であっても、接続端子部１３に出力する信号が外乱を受け難くするために、低出力インピーダンスで信号出力するヴォルテージフォロワ回路のようなインピーダンス変換回路を備えていてもよい。

電源部１２は、一次電池または充電が可能な二次電池（不図示）と、一次電池または二次電池の電圧をアナログ増幅部１１が必要とする電源電圧に変換してアナログ増幅部１１に供給する電源回路（不図示）とから構成される。ただし、電圧変換は、一次電池または二次電池の仕様とアナログ増幅部１１の仕様に応じて行われるものであり、必須の処理ではない。
図２（Ａ）では、受信ユニット部１の構成を示しているが、受信ユニット部２の構成も受信ユニット部１と同じである。

図２（Ｂ）に示すように、信号処理部６は、配線３，４を介して受信ユニット部１，２と接続される端子であるアナログ入力部１４，１５と、アナログ入力部１４，１５から入力されるアナログの生体信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Analog-to-digital）変換部１６と、ＡＤ変換部１６の出力デジタル信号に対して各種の信号処理を行うデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７による信号処理後のデータを蓄積するデータ蓄積部１８と、デジタル信号処理部１７による信号処理後のデータを図示しないアンテナを介して外部装置に無線送信する無線送信部１９と、ＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９に電力を供給する電源部２０とを備えている。

ＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９とは、生体信号を処理する処理回路を構成している。この処理回路は、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のプログラム処理装置、およびＲＦ（Radio Frequency）回路等を含んで構成される。

図２（Ｂ）の構成のうち、ＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９と電源部２０とは、例えば樹脂等の絶縁材料からなる筐体の内部に収納され、受信ユニット部１，２と接続される端子であるアナログ入力部１４，１５が筐体の表面に設けられるようになっている。

電源部２０としては、一次電池または充電が可能な二次電池と、一次電池または二次電池の電圧をＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９とが必要とする電源電圧に変換してＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９に供給する電源回路とから構成される。ただし、電源部１２の場合と同様に電圧変換は必須の処理ではない。

図２（Ｂ）の例では、２つの受信ユニット部１，２に応じてアナログ入力部１４，１５を１つずつ設ける例を示している。つまり、図３に示すように、受信ユニット部１の接続端子部１３は、配線３を介して信号処理部６のアナログ入力部１５と接続され、受信ユニット部２の接続端子部１３は、配線４を介して信号処理部６のアナログ入力部１４と接続される。

以上のように、本実施の形態では、各電極部１０の近傍に個別にアナログ増幅部１１と電源部１２とを設けることによって、電極部１０からアナログ増幅部１１までの配線の引き回しのために微弱な生体信号が劣化することを抑えることができ、ノイズに対する耐性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、生体センサー装置を受信ユニット部１，２と信号処理部６とに分けて衣服５上に分散させて配置することにより、非特許文献１のように全てのシステムを一体化して衣服に取り付ける場合と比較して、個々の装置のサイズを小さくすることができ、着用者が衣服５を着たときに装置が着用者の体に当たるという不快感を和らげることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。図４（Ａ）は衣服５ａの前側を示し、図４（Ｂ）は衣服５ａの背中側を示している。

本実施の形態の受信ユニット部１ａは、第１の実施の形態の受信ユニット部１に対して、受信ユニット部１ａの筐体の衣服５ａと対向する側の面に設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段２１と、受信ユニット部１ａの接続端子部１３と電気的に接続されたコネクタ２４とを追加したものである。

本実施の形態の受信ユニット部２ａは、第１の実施の形態の受信ユニット部２に対して、受信ユニット部２ａの筐体の衣服５ａと対向する側の面に設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段２２と、受信ユニット部２ａの接続端子部１３と電気的に接続されたコネクタ２５とを追加したものである。

本実施の形態の信号処理部６ａは、第１の実施の形態の信号処理部６に対して、信号処理部６ａの筐体の衣服５ａと対向する側の面に設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段２３と、信号処理部６ａのアナログ入力部１４と電気的に接続されたコネクタ２６と、信号処理部６ａのアナログ入力部１５と電気的に接続されたコネクタ２７とを追加したものである。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は衣服５ａから受信ユニット部１ａ，２ａおよび信号処理部６ａを外したときの状態を示す図であり、図５（Ａ）は衣服５ａの前側を示し、図５（Ｂ）は衣服５ａの背中側を示している。

本実施の形態の衣服５ａは、第１の実施の形態の衣服５に対して、衣服５ａの受信ユニット部１ａと対向する側の面に、係合手段２１と係合するように設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段５１と、衣服５ａの受信ユニット部２ａと対向する側の面に、係合手段２２と係合するように設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段５２と、衣服５ａの信号処理部６ａと対向する側の面に、係合手段２３と係合するように設けられた例えば面ファスナーやスナップボタンなどの係合手段５３と、配線３の一端と電気的に接続され、コネクタ２４と嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタ５４と、配線４の一端と電気的に接続され、コネクタ２５と嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタ５５と、配線４の他端と電気的に接続され、コネクタ２６と嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタ５６と、配線３の他端と電気的に接続され、コネクタ２７と嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタ５７とを追加したものである。

衣服５ａに受信ユニット部１ａを取り付ける際には、受信ユニット部１ａの係合手段２１が設けられた面と衣服５ａとを向かい合わせて、係合手段２１と係合手段５１とを係合させると共に、コネクタ２４とコネクタ５４とを嵌合させるようにすればよい。これにより、受信ユニット部１ａの機械的固定と電気的接続を実現することができる。衣服５ａから受信ユニット部１ａを外す際には、コネクタ２４を衣服５ａのコネクタ５４から外し、受信ユニット部１ａを衣服５ａから剥がすようにすればよい。

同様に、衣服５ａに受信ユニット部２ａを取り付ける際には、受信ユニット部２ａの係合手段２２が設けられた面と衣服５ａとを向かい合わせて、係合手段２２と係合手段５２とを係合させると共に、コネクタ２５とコネクタ５５とを嵌合させるようにすればよい。衣服５ａから受信ユニット部２ａを外す際には、コネクタ２５を衣服５ａのコネクタ５５から外し、受信ユニット部２ａを衣服５ａから剥がすようにすればよい。

衣服５ａに信号処理部６ａを取り付ける際には、信号処理部６ａの係合手段２３が設けられた面と衣服５ａとを向かい合わせて、係合手段２３と係合手段５３とを係合させると共に、コネクタ２６とコネクタ５６とを嵌合させ、さらにコネクタ２７とコネクタ５７とを嵌合させるようにすればよい。衣服５ａから信号処理部６ａを外す際には、コネクタ２６，２７を衣服５ａのコネクタ５６，５７から外し、信号処理部６ａを衣服５ａから剥がすようにすればよい。

非特許文献１のように生体信号の受信から無線送信までの全てのシステムを一体化してしまうと、衣服を洗濯する際に、例えば、電極や電源のように洗濯に耐えられない構成部品を衣服から取り外したり、劣化した構成部品を交換したりすることができないという課題があった。

これに対して、本実施の形態では、受信ユニット部１ａ，２ａおよび信号処理部６ａを衣服５ａに対して着脱可能とすることにより、衣服５ａを洗濯する際に受信ユニット部１ａ，２ａおよび信号処理部６ａを衣服５ａから取り外したり、受信ユニット部１ａ，２ａや信号処理部６ａが劣化したときに劣化した物を新品と交換したりすることが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。図６（Ａ）は衣服５の前側を示し、図６（Ｂ）は衣服５の背中側を示している。

本実施の形態の信号処理部６ｂは、第１の実施の形態の信号処理部６に対して、容量結合部３０，３１を追加したものである。第１の実施の形態で説明した生体センサー装置では、受信ユニット部１，２と信号処理部６とが電源部１２，２０を個別に有しているため、受信ユニット部１，２における生体信号のＤＣレベル変動が信号処理部６における生体信号受信に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施の形態では、受信ユニット部１，２と信号処理部６ｂとの間を容量結合とすることで、このような問題を抑えることを可能とする。

図７（Ａ）は信号処理部６ｂの詳細な構成を示すブロック図、図７（Ｂ）は容量結合部３０の詳細な構成を示すブロック図であり、図２（Ａ）、図２（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。図７（Ｂ）に示すように、容量結合部３０は、一端がアナログ入力部１４と接続されたキャパシタ３２と、一端が信号処理部６ｂの電源の正極側と接続され、他端がキャパシタ３２の他端と接続された抵抗等のバイアスレベル設定用素子３３と、一端が信号処理部６ｂの電源の負極側と接続され、他端がキャパシタ３２の他端と接続された抵抗等のバイアスレベル設定用素子３４と、入力端子がキャパシタ３２の他端と接続されたバッファ回路５０（ボルテージフォロア回路）とから構成される。

キャパシタ３２およびバイアスレベル設定用素子３３，３４によって、信号処理部６ｂ自身の電源の負極側（グランド）をＤＣレベルの基準として、受信ユニット部２から信号処理部６ｂのアナログ入力部１４に入力される生体信号のＤＣレベルを規定することができる。
バッファ回路５０の出力端子はＡＤ変換部１６の第１の入力端子と接続される。

図７（Ｂ）では、容量結合部３０の構成を示しているが、容量結合部３１の構成も容量結合部３０と同様である。容量結合部３１のキャパシタ３２はアナログ入力部１５と接続される。容量結合部３１のバッファ回路５０の出力端子はＡＤ変換部１６の第２の入力端子と接続される。容量結合部３０，３１以外の信号処理部６ｂの構成は信号処理部６と同じである。

なお、ＡＤ変換部１６は２チャンネル以上の複数チャンネルの同時サンプリング機能を備えていてもよいし、１チャンネルのサンプリング機能を備えていてもよい。ＡＤ変換部１６が複数チャンネルの同時サンプリング機能を備えている場合には、受信ユニット部１，２からの生体信号を個別に同時サンプリングすることができる。ＡＤ変換部１６が１チャンネルのサンプリング機能を備えている場合には、ＡＤ変換部１６の内部のマルチプレクサで受信ユニット部１，２からの生体信号を切り替えてサンプリングすることになるので、２チャンネルの同時サンプリングはできないが、ＡＤ変換部１６のコストを抑えることができる。

こうして、本実施の形態では、受信ユニット部１，２における生体信号のＤＣレベル変動が信号処理部６における生体信号受信に及ぼす悪影響を抑えることができる。
本実施の形態では、第１の実施の形態の信号処理部６に容量結合部３０，３１を追加した例を説明しているが、第２の実施の形態の信号処理部６ａに容量結合部３０，３１を追加してもよい。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。図８（Ａ）は衣服５の前側を示し、図８（Ｂ）は衣服５の背中側を示している。また、図９（Ａ）は本実施の形態の受信ユニット部１ｃの詳細な構成を示すブロック図、図９（Ｂ）は本実施の形態の信号処理部６ｃの詳細な構成を示すブロック図であり、図２（Ａ）、図２（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。

本実施の形態の受信ユニット部１ｃは、第１の実施の形態の受信ユニット部１から電源部１２を取り除き、この電源部１２の代わりに、受信ユニット部１ｃのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源入力端子６０を新たに追加したものである。この電源入力端子６０は、受信ユニット部１ｃのアナログ増幅部１１の電源端子と電気的に接続されている。

図９（Ａ）では、受信ユニット部１ｃの構成を示しているが、受信ユニット部２ｃの構成も受信ユニット部１ｃと同じである。すなわち、受信ユニット部２ｃは、第１の実施の形態の受信ユニット部２から電源部１２を取り除き、受信ユニット部２ｃのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源入力端子６０を追加したものである。この電源入力端子６０は、受信ユニット部２ｃのアナログ増幅部１１の電源端子と電気的に接続されている。

本実施の形態の信号処理部６ｃは、第１の実施の形態の信号処理部６に対して、受信ユニット部１ｃのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源出力端子６１と、受信ユニット部２ｃのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源出力端子６２とを追加したものである。電源出力端子６１，６２は、電源部２０の出力端子と電気的に接続されている。

衣服５には、配線３５，３６が追加されている。衣服５に取り付けられた配線３５の一端は受信ユニット部１ｃの電源入力端子６０と接続され、配線３５の他端は信号処理部６ｃの電源出力端子６１と接続されている。また、衣服５に取り付けられた配線３６の一端は受信ユニット部２ｃの電源入力端子６０と接続され、配線３６の他端は信号処理部６ｃの電源出力端子６２と接続されている。

第１〜第３の実施の形態では、受信ユニット部１，２，１ａ，２ａおよび信号処理部６，６ａ，６ｂが個別に電源部１２，２０を有する例を説明している。これに対して、本実施の形態では、信号処理部６ｃのみが電源部２０を有し、信号処理部６ｃから受信ユニット部１ｃ，２ｃに対して電力を供給している。これにより、本実施の形態では、生体センサー装置の電源部を受信ユニット部１ｃ，２ｃおよび信号処理部６ｃで共用することができ、電源部を１つだけにすることができる。

なお、本実施の形態では、電源部の共用を第１の実施の形態に適用した例で説明しているが、第２、第３の実施の形態に適用してもよい。
ただし、第２の実施の形態に適用する場合には、受信ユニット部１ａから電源部１２を取り除き、受信ユニット部１ａのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源入力端子６０と、この電源入力端子６０と電気的に接続されたコネクタとを追加する必要がある。また、受信ユニット部２ａから電源部１２を取り除き、受信ユニット部２ａのアナログ増幅部１１に電力を供給するための電源入力端子６０と、この電源入力端子６０と電気的に接続されたコネクタとを追加する必要がある。

また、第２の実施の形態に適用する場合には、信号処理部６ａに、電源出力端子６１，６２と、電源出力端子６１と電気的に接続されたコネクタと、電源出力端子６２と電気的に接続されたコネクタとを追加する必要がある。

さらに、第２の実施の形態に適用する場合には、衣服５ａに、配線３５の一端と電気的に接続され、受信ユニット部１ａの電源入力端子６０のコネクタと嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタと、配線３６の一端と電気的に接続され、受信ユニット部２ａの電源入力端子６０のコネクタと嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタと、配線３５の他端と電気的に接続され、信号処理部６ａの電源出力端子６１のコネクタと嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタと、配線３６の他端と電気的に接続され、信号処理部６ａの電源出力端子６２のコネクタと嵌合するように衣服５ａに設けられたコネクタとを追加する必要がある。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は本発明の第５の実施の形態に係る生体センサー装置の構成を説明する図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。図１０（Ａ）は衣服５の前側を示し、図１０（Ｂ）は衣服５の背中側を示している。

本実施の形態の受信ユニット部１ｄは、第１の実施の形態の受信ユニット部１に対して、電源部１２の代わりに、非接触で電力を受電して二次電池を充電することが可能、または自然エネルギーにより発電して二次電池を充電することが可能な電源部４０を設けたものである。

同様に、本実施の形態の受信ユニット部２ｄは、第１の実施の形態の受信ユニット部２に対して、電源部１２の代わりに、非接触で電力を受電して二次電池を充電することが可能、または自然エネルギーにより発電して二次電池を充電することが可能な電源部４１を設けたものである。

本実施の形態の信号処理部６ｄは、第１の実施の形態の信号処理部６に対して、電源部２０の代わりに、非接触で電力を受電して二次電池を充電することが可能、または自然エネルギーにより発電して二次電池を充電することが可能な電源部４２を設けたものである。

図１１（Ａ）は受信ユニット部１ｄの電源部４０の構成を示すブロック図、図１１（Ｂ）は信号処理部６ｄの電源部４２の構成を示すブロック図である。
受信ユニット部１ｄの電源部４０は、二次電池４００と、二次電池４００の電圧をアナログ増幅部１１が必要とする電源電圧に変換してアナログ増幅部１１に供給する電源回路４０１と、電磁誘導現象や電磁界共鳴現象を用いた既知のワイヤレス給電システムの受電回路４０２と、自然エネルギーにより発電する発電部４０３と、受電回路４０２で受電した電力または発電部４０３で発電した電力で二次電池４００を充電する充電回路４０４とを備えている。受電回路４０２と発電部４０３と充電回路４０４とは、充電機能部を構成している。ここでは、受電回路４０２と発電部４０３の両方を設けているが、どちらか一方のみを設けるようにすればよい。

受電回路４０２は、コイルやコンデンサ等の素子で形成される回路である。この受電回路４０２に対しては、電磁誘導現象や電磁界共鳴現象を用いた既知のワイヤレス給電システムの給電装置（不図示）から非接触で電力を送電することができる。

発電部４０３としては、公知のシリコン系、化合物系または有機系の太陽電池を用いることができる。第１の実施の形態で説明したとおり、電源回路４０１における電圧変換は、二次電池４００の仕様とアナログ増幅部１１の仕様に応じて行われるものであり、必須の処理ではない。
図１１（Ａ）では、電源部４０の構成を示しているが、電源部４１の構成も電源部４０と同じである。

信号処理部６ｄの電源部４２は、二次電池４２０と、二次電池４２０の電圧をＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９とが必要とする電源電圧に変換してＡＤ変換部１６とデジタル信号処理部１７とデータ蓄積部１８と無線送信部１９とに供給する電源回路４２１と、既知のワイヤレス給電システムの受電回路４２２と、自然エネルギーにより発電する発電部４２３と、受電回路４２２で受電した電力または発電部４２３で発電した電力で二次電池４２０を充電する充電回路４２４とを備えている。受電回路４２２と発電部４２３と充電回路４２４とは、充電機能部を構成している。電源部４０の場合と同様に、受電回路４２２と発電部４２３のどちらか一方のみを設けるようにすればよい。

受電回路４０２の場合と同様に、受電回路４２２に対しては、電磁誘導現象や電磁界共鳴現象を用いた既知のワイヤレス給電システムの給電装置（不図示）から非接触で電力を送電することができる。

発電部４２３としては、発電部４０３と同様に、太陽電池を用いることができる。第１の実施の形態で説明したとおり、電源回路４２１における電圧変換は必須の処理ではない。

こうして、本実施の形態では、ワイヤレス給電システムの給電装置から受信ユニット部１ｄ，２ｄおよび信号処理部６ｄの電源部４０〜４２に非接触で送電して二次電池４００，４２０を充電したり、発電部４０３，４２３で発電した電力で二次電池４００，４２０を充電したりすることができるので、電源交換や電源の取り外しを必要としない電源供給を実現することができる。

なお、本実施の形態では、電源部４０〜４２を第１の実施の形態に適用した例で説明しているが、第２〜第４の実施の形態に適用してもよい。ただし、第４の実施の形態に適用する場合には、信号処理部６ｃの電源部４２のみ必要で、電源部４０，４１は不要であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では、受信ユニット部１ｄ，２ｄと信号処理部６ｄの両方に電源部４０〜４２を設けているが、これに限るものではなく、受信ユニット部１ｄ，２ｄには電源部１２を設けて、信号処理部６ｄのみに電源部４２を設けてもよいし、受信ユニット部１ｄ，２ｄに電源部４０，４１を設けて、信号処理部６ｄには電源部２０を設けるようにしてもよい。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第６の実施の形態に係る受信ユニット部１の電極部１０の構成を示す断面図であり、図２（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付してある。

本実施の形態の受信ユニット部１の電極部１０は、湿式電極として生体と接する金属、導電性高分子、導電性を有するゲル等からなる電極１０２と、電極１０２と衣服の着用者（生体）の体１００との間に配置される絶縁体膜１０１とから構成される。

このように着用者の体１００と電極１０２との間に絶縁体膜１０１を介在させることにより、着用者の汗などによって電極１０２と着用者の体１００との間で発生する電位差の経時変化を抑制することができる。このような容量結合方式においては、絶縁体膜１０１を介して現れる微弱電圧をアナログ増幅部１１で増幅することになる。本実施の形態の電極部１０の構成により、体動などによる雑音が混入し、信号品質が劣化することを抑制できる。

図１２では、受信ユニット部１の電極部１０の構成を示しているが、受信ユニット部２の電極部１０の構成も受信ユニット部１と同じである。
なお、本実施の形態の電極部１０の構成を第２〜第５の実施の形態に適用してもよい。

本発明は、人体等に身に着けて使用するウェアラブル生体信号受信装置に適用することができる。

１，２，１ａ，２ａ，１ｃ，２ｃ，１ｄ，２ｄ…受信ユニット部、３，４…配線、５，５ａ…衣服、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…信号処理部、１０…電極部、１１…アナログ増幅部、１２，２０，４０，４１，４２…電源部、１３…接続端子部、１４，１５…アナログ入力部、１６…ＡＤ変換部、１７…デジタル信号処理部、１８…データ蓄積部、１９…無線送信部、２１〜２３，５１〜５３…係合手段、２４〜２７，５４〜５７…コネクタ、３０，３１…容量結合部、３２…キャパシタ、３３，３４…バイアスレベル設定用素子、５０…バッファ回路、６０…電源入力端子、６１，６２…電源出力端子、１００…着用者身体、１０１…絶縁体膜、１０２…電極、４００，４２０…二次電池、４０１，４２１…電源回路、４０２，４２２…受電回路、４０３，４２３…発電部、４０４，４２４…充電回路。

Claims (5)

1. 衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、
   前記受信ユニット部は、
   生体信号を検出する電極部と、
   この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方と、
   前記増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路に電力を供給する第１の電源部とを備え、
   前記信号処理部は、さらに、前記処理回路に電力を供給する第２の電源部を備えることを特徴とする生体センサー装置。
2. 請求項１記載の生体センサー装置において、
   前記第１、第２の電源部のうち少なくとも一方は、
   それぞれ回路に電力を供給する二次電池と、
   ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して前記二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して前記二次電池を充電する充電機能部とを備えることを特徴とする生体センサー装置。
3. 衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線と、
   前記衣服に取り付けられ、前記信号処理部から前記受信ユニット部に電力を供給する第２の配線とを備え、
   前記受信ユニット部は、
   生体信号を検出する電極部と、
   この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、
   前記信号処理部は、さらに、信号処理部内の前記処理回路と前記受信ユニット部に電力を供給する電源部を備え、
   前記電源部は、
   信号処理部内の前記処理回路と前記受信ユニット部に電力を供給する二次電池と、
   ワイヤレス給電システムの給電装置から非接触で電力を受電して前記二次電池を充電するか、または自然エネルギーにより発電して前記二次電池を充電する充電機能部とを備えることを特徴とする生体センサー装置。
4. 衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、
   前記受信ユニット部は、
   生体信号を検出する電極部と、
   この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、
   前記信号処理部は、さらに、前記第１の配線によって伝送される生体信号を受けるための入力部に容量結合部を備え、
   前記受信ユニット部と前記信号処理部とが容量結合によって接続されることを特徴とする生体センサー装置。
5. 衣服に取り付けられ、前記衣服を着用する着用者の生体信号を検出する受信ユニット部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を処理する処理回路を備えた信号処理部と、
   前記衣服に取り付けられ、前記受信ユニット部が検出した生体信号を前記信号処理部に送る第１の配線とを備え、
   前記受信ユニット部は、
   生体信号を検出する電極部と、
   この電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅して出力する増幅回路、および前記電極部の近傍に設けられ、前記電極部が検出した生体信号を増幅率１で出力するヴォルテージフォロワ回路のどちらか一方とを備え、
   前記電極部は、導電性の電極と、着用者の体と前記電極との間に配置される絶縁体膜とから構成され、
   前記受信ユニット部の増幅回路またはヴォルテージフォロワ回路は、着用者の体と前記電極との間に前記絶縁体膜を介在させる静電容量結合によって前記着用者から発する生体信号を受信することを特徴とする生体センサー装置。

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