2.1　ミリ波センサ

　電波として最後のフロンティアであるミリ波による高速大容量通信や高分解能レーダが期待されて久しいが，近年になってようやくミリ波デバイスやモジュールを安価で入手できるようになった．その第1の理由はデバイス技術の発展で，CMOS（相補形MOS）によるミリ波モジュールの実用化が挙げられる．第2の理由として無線通信の高速大容量化や新しい電波応用分野の普及に伴い周波数が不足し，これまで余り使われることがなかった未開拓のミリ波帯に移行したためである．

　一方，利用する側では，全天候性と高分解能性の観点から車載用ミリ波レーダが大きく注目され，身近な技術として感じるようになったことも大きい．特にミリ波が有する高周波と広帯域性，小形・軽量・低価格，低干渉性から家庭用向けへの応用が期待されている⁽¹⁾．例えば，非接触センシングによるホームヘルスケア，浴室内などプライベート空間での見守り，屋内セキュリティ監視など様々な応用システムがにわかに注目され始めている．また2019年に入ると無線局免許が不要な60GHz帯が開放され，最大7GHzの帯域幅によって1mm以下の僅かな動きなどを捉えるようになったことも大きい⁽²⁾．

　ミリ波センサ（車載用レーダ等と区別するために，本稿ではミリ波センサと定義）の回路構成の例を図1(a)に示す．半導体をベースにしたセンサでは，限られた送信電力と簡易な回路構成から図1(b)のようにFCM（Fast Chirp Modulation）などデューティ比が高いFM変調が用いられている⁽¹⁾．FM信号はローカル発振器（PLO）に所定のFM変調を与え，各アンテナ素子から送信される．一方，受信信号は低雑音増幅器（LNA）を通して直接検波される．

　検波方式では，これまで微弱信号を効率良く増幅するためにスーパヘテロダイン方式が用いられていたが，近年では部品点数を減らして小形化を図るために受信信号は送信信号により直接検波している．（low-IF検波とも呼ばれている．）なお，直接検波は感度不足や相互変調ひずみなどの課題が指摘されていたがDSP技術の進歩によりシステムコストを低減しつつ，受信機性能を向上できるようになった⁽¹⁾．また，小さなアンテナ開口面から高い方位角分解能を実現するために仮想アレーMIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術が実用化されている⁽³⁾．以上のようにミリ波帯の高周波と広帯域性，MIMO技術などによりセンサの高度化を実現している．

2.2　センシング応用技術

　高齢者にとって，家庭内には様々な危険が潜んでおり，死亡事故は約1万2,000件と交通事故の約4倍にも上るが，これまで十分な対策や対応がないままに現在に至っている．特に，高齢者世帯数の増加に伴い，ベッドから離床時での転倒・転落や突発的な体調不良などによる事故が増えている．

　ミリ波が有する高周波と広帯域性，低プライバシー侵害性，低干渉性などに着目し，家庭内での見守りやヘルスケアを行うホームヘルスケアシステムが提案されており，その概要を図2に示す⁽⁴⁾．例えば，入浴中での事故は発見が遅れて重篤化するケースが多く，不慮の家庭内事故死の約半分を収める⁽³⁾．この，入浴や起床時などでは動きや状態を監視し，事故や危険な状態を検知した場合には緊急アラームなどにより重篤事故を防止することが可能である．また高齢者が多い介護施設では，事故の約6割を転倒が占めており，寝たきりや死亡につながることもある．なお，ミリ波はマイクロ波と異なり，ガラスや壁などによる減衰が大きく，隣接する部屋への干渉は小さい⁽⁵⁾．

　これまでビデオカメラが用いられることもあったが，近年ではプライバシー保護の観点から利用が難しくなっている．また赤外線センサについては，離床時や寝返りなど細かな動作の特定が難しく，布団や衣類などによる影響によって測定精度も低い．更に家庭内事故の予防だけでなく，日頃から自身の体調やストレスを把握することも重要になっている．特に就労年齢や健康寿命を延伸するためには自身の心拍や血圧など健康に関わる生体情報を常時測定し，体調管理することが求められている．そこで居間や寝室などで，さりげなく心拍や血圧などの生体信号を測定し，図2のようにクラウド上で体調管理するシステムが検討されている．特に，高齢者や忙しい就労者にとって日常的な測定への負担やストレスは大きく，非接触・無拘束で健康状態を把握することが期待されている．

3.1　心拍変動測定

3.2　連続血圧推定技術

　血圧は心身のストレスなどで上昇しやすく，日常生活を拘束することなく心拍変動や連続血圧の生体信号をさりげなく取得できれば本来の生理状態を把握できる．一般に，家庭や病院で見かける血圧計は血管壁の振動を圧力センサで測定するオシロメトリック法が採用されており，上腕部や手首の血管全体をカフで圧迫し，血流を一時的に止める必要がある．そのため連続測定が難しく，リスクの高い血圧サージなどを捉えることが難しい⁽¹⁰⁾．

　現在，脈波伝搬速度（PWV: Pulse Wave Velocity）法による連続血圧測定法の研究開発が活発に行われている．PWV法は，体表面の2箇所に機器を装着してそれぞれの波動（脈波）から2点間の距離と脈波の時間差からPWVを測定し，あらかじめ算出していた血圧とPWVの相関式から血圧を間接的に推定する．しかし，PWV法は，機器の装着や測定に伴う負荷が大きく，汎用性や無意識測定という観点から課題が多い．基本的に，血圧は心臓と血管との機能より生じた波動であり，カテーテルで測定しない限り血圧を直接測定することは難しく，心拍波形から血圧を数式で導出することもできない．したがって，PWV法と同じように血圧と相関が強い心拍波形の特徴量を抽出することによって血圧を推定できる．