生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度を得ることができる生体着座検出装置を提供することにある。(32)を有する荷重センサ(30)を備える荷重検出ユニット(20)と、荷重センサ(30)により検出された荷重を表す荷重信号(SW)に生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて、座席(12)の着座部(14)上の物体が生体であることを判定する着座判定手段(70)とを、含むことから、着座判定手段(70)により、高い周波数特性を有する荷重センサ(30)からの荷重信号(SW)に生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて座席(12)の着座部(14)上の物体が生体であることが判定されるので、正確な着座判定精度が得られる。[0001]本発明は、たとえば車両等の乗り物に設置されている座席上の物体が生体であることを検出する生体着座検出装置に関するものである。[0002]たとえば自動車に装備されているアクセルレバーを生体が着座しているときのみ操作可能とするためにアクセルレバーのロックを解除する、或いは、車両に装備されているエアーバックを生体が着座している座席のみに差動させる等のために、座席上の物体が荷物であるか生体であることを検出することができる生体着座検出装置が望まれている。[0003]たとえば特許文献1の生体着座検出装置がそれである。特許文献1に記載された生体着座検出装置は、車体の座席に配置されたケーブル状の圧電センサと、圧電センサからの出力信号に基づき前記座席上の乗員の体動を検出して乗員の在席を判定する在席判定手段とを備えている。圧電センサの出力信号は在席判定手段においてフィルタ部によって濾波された後、予め設定された設定値範囲(電圧判定値範囲)を超えたか否かが判定され、超えた場合には、乗員の体動があったことに基づいて、乗員が着座していると判定されるようになっている。[0005]ところで、上記従来の生体着座検出装置は、圧電センサからの出力信号をたとえば10Hz以下の信号を通過させる所定の濾波特性を有するフィルタを通し且つ増幅した後、さらに4Hz~6Hzのバンドパスフィルタを通した後に、予め設定された設定値と比較し、設定値を超える場合に乗員の体動たとえば心拍活動による身体の微小な体動と判断して乗員の着座を検出するようになっている。上記従来の生体着座検出装置では、圧電センサからの出力信号に含まれる生体の体動に対応する周波数成分をフィルタを用いて抽出し、抽出した信号の大きさに基づいて生体の体動を判定している。[0006]ところで、特許文献1の生体着座検出装置に用いられている圧電センサは、ポリフッ化ビニリデンのような樹脂系の円柱状の高分子圧電体と、その円柱状の高分子圧電体の外周面に設けられた円筒状の外側電極とからケーブル状に構成されている。このような圧電センサは、座席上の生体の動きを必ずしも十分に反映する周波数特性を有するものではなく、生体個体差に対して正確な着座判定精度を得ることができなかった。[0007]本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度を得ることができる生体着座検出装置を提供することにある。[0008]本発明者は以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、たとえば単結晶の圧電振動子を利用することで桁違いに高い周波数特性を有する着座センサを用いると、その着座センサから出力信号には従来では気づかなかった生体由来の波形が存在しており、その生体由来の波形に基づいて生体の着座を判定すると、多数の生体に対して正確な着座検出精度が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為なされたものである。有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことにある。より前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することにある。[0011]第3発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることにある。[0012]第4発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることにある。[0013]第5発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることにある。[0014]第6発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることにある。3Nの測定荷重レンジを備える。周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることにある。より判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにある。有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことから、着座判定手段により、高い周波数特性を有する荷重センサからの荷重信号に前記生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて前記座席上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。より前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。[0020]第3発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0021]第4発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0022]第5発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0023]第6発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。3Nの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号が得られる。周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることから、荷重を受けて前記一対の保持板の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。より判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにあることから、生体の着座だけでなく、生体が成人であるか幼児であるかも検出することができる。本発明の一実施例の生体着座検出装置が装着された座席を例示する斜視図である。図1の座席を示す平面図である。図1の座席に装着された荷重検出ユニットの構成を説明する側面図である。図3の荷重検出ユニットに用いられる荷重センサの要部を拡大して示す斜視図である。図4の荷重センサの要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。図4の荷重センサの要部の構成を説明する図4のVI-VI視縦断面図である。図1の生体着座検出装置の電気的構成を説明する図であって、荷重測定回路および電子制御装置の構成を説明するブロック線図である。図1の座席に物体を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。図1の座席に生体としての車両の搭乗者を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。図8の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。図9の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。図10の周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯を拡大して示す図である。図11の周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯を拡大して示す図である。荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯における信号強度の大きさおよびばらつきを、3種類の物体および4種類の生体についてそれぞれ示す図である。図7の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。[0028]以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比、形状等は必ずしも正確に描かれていない。[0029]図1は、本発明の一実施例の生体着座検出装置10が適用される車両用の座席12を示す斜視図である。図2は、車室内に設けられた座席12の平面図であり、図3は、座席12に装着された荷重検出ユニット20の構成を説明する側面図である。座席12は、生体たとえば搭乗者が腰掛ける着座部14と、着座部14の後端から立ち上がる背もたれ部16とを備えている。着座部14および背もたれ部16は、たとえば図示しない鋼製のパイプフレームにより支持されたウレタンフォーム等のクッション材18からそれぞれ構成されている。[0030]腰掛けた搭乗者の体重を支持する着座部14には、搭乗者の荷重を検出するための荷重検出ユニット20が設けられている。荷重検出ユニット20は、図3に詳しく示すように、クッション材18内に埋設され且つ互いに所定の間隔を隔てて対向する一対の荷重受板22および基板24と、基板24の中央部に固定され、荷重受板22に受けられ荷重受板22の撓みを通して伝達される荷重を検出する荷重センサ30とを備えている。[0031]図4は、荷重センサ30の要部を拡大して示す斜視図である。図5は、図4の荷重センサ30の要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。図6は、図4の荷重センサの要部構成を説明する図4のVI-VI視縦断面図である。32の周縁部を挟持する一対の保持板34および36と、を備えている。32を挟持するように、浅く矩形に凹んだ凹陥部34aおよび36aが形成されている。32の対角方向に相反するようにそれぞれ形成された一対の導体パターン38aおよび40aとが、それぞれ形成されている。32の表面および裏面に形成された導体パターン38aおよび40aの先端部が露出させられるようになっている。32および一対の保持板34および36が、相互に固定されている。32により挟持された補強状態で、保持されている。32には、例えば、温度安定性に優れたATカット水晶を用いている。32は、例えば長手方向Lすなわち荷重負荷方向の断面を小さくすることによって負荷荷重に対する水晶への負荷応力を増大させて感度の向上を図る為に、長手方向Lの長さが、長手方向Lに対して垂直な幅方向Wの長さよりも長くされている。32は、例えば薄板形状のATカット水晶ウェハの両面にスパッタ或いは蒸着により成膜した薄膜導体をLift-offプロセスを用いて中央電極38および40および導体パターン38aおよび40aを多数個分形成し、ダイシングにより個々に分割を行うことで形成される。具体的には、ATカット水晶ウェハ上に、先ず犠牲層をパターンニングし、次にCr及びAuをスパッタして電極を形成した後、犠牲層を除去する。[0035]このように構成された荷重センサ30では、その長手方向に荷重を受けて前記一対の保持板34および36の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が発生させられるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。荷重センサ30の立ち上がりを良くすることができる。3Nのような広範な測定荷重レンジを備える。10に備えられた荷重検出回路52および電子制御装置54を示している。32の発振を持続して行わせる為の発振回路56、発振回路56から出力される周期信号の周波数を読み取る為の周波数カウンタ58、及び発振回路56等へ電源を供給する為の電源回路60などを備えている。周波数カウンタ58からは、たとえば1~10ms程度のサンプリング周期毎に発振回路56の発振周波数を表す発振周波数信号を逐次出力する。[0037]電子制御装置54は、たとえば図示しないCPU、RAM、ROM、入出力インターフェースを含む所謂マイクロコンピュータであって、たとえば予めROMに記憶されたプログラムにしたがって入力信号を処理し、生体が座席12の着座部14に着座したか否か等を表す着座信号STを他の制御装置等へ出力する。66、荷重判定手段68、着座判定手段70を、制御機能の要部として備えている。32の振動周波数との間の予め記憶された関係から、荷重検出回路52からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ30が受けた荷重(N)を表す荷重信号SWを逐次出力する。図8は、車両のアイドリング状態において、物体の一例として合計18kgのペットボトル9本を、図1の座席12の着座部14に載せた場合に荷重算出手段62によって得られた荷重信号SWの波形を示している。図9は、車両のアイドリング状態において、生体の一例として体重57kg、身長177cmの搭乗者を、図1の座席12の着座部14に着座させた場合に、荷重算出手段62によって得られた荷重信号SWを示している。[0039]図8の荷重信号SWの波形には、エンジンの振動と思われる細かな脈動波形を含むがうねりのない一定の荷重を示す波形が示されている。これに対して、図9では、3.5~4、2秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形、およびたとえば0.27秒程度の小周期T3で連続する小周期の脈動波形等を含む生体由来の波形が示されている。上記大周期T1の波形はたとえば生体の呼吸周期に対応し、上記中周期T2の波形はたとえば生体の心拍(脈拍)周期に対応している。上記小周期T3の波形は上記大周期T1の波形或いは中周期T2の波形の高調波に対応していると推定される。[0040]周波数解析手段64は、荷重算出手段62から出力された荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析を行い、周波数スペクトルを出力する。図10は、図8に示す、座席12の着座部14に2L入りのボトル9本すなわち合計18kgの物体を載置した場合に得られた荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示し、図11は、図9に示す、座席12の着座部14に体重57kg、身長177cmの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示している。[0041]合計18kgの物体を載置した場合に得られた荷重信号SWを周波数解析することで得られた図10の周波数スペクトルでは、34Hz付近のエンジンの振動ノイズENを含む僅かな車両ノイズが10Hz以上の帯域において発生しているが、図12に示すように、0~10Hzの波長帯にはノイズが認識されない。これに対して、体重57kg、身長177cmの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号SWを周波数解析することで得られた図11の周波数スペクトルでは、34Hz付近のエンジンの振動ノイズENを含む図10の場合よりも大きい車両ノイズが10Hz以上の帯域において発生しているとともに、図13に示すように、0~10Hzの波長帯には生体の活動に由来する大きなシグナルが認識される。0~10Hzの波長帯内のスペクトルのうち、0~2Hzの波長帯におけるスペクトルは生体の呼吸活動や心臓の心拍活動に由来する基本波に対応するシグナルであることが推定されるが、少なくとも2~7Hzの周波数帯にも生体由来の大きなシグナルが発生している。66は、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに、生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。66は、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに、たとえば3.5~4、2秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形の周波数成分の信号強度に対応する0.23~0.28Hzの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第1閾値を超えること、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形の周波数成分に対応する1.1~1.4Hzの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第2閾値を超えること、およびそれらの高調波と推定される2~7Hzの周波数帯の周波数スペクトルの信号強度の平均値PWAが予め設定された第3閾値を超えることの少なくとも一つが判定されることに基づいて、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。図13の2~7Hzの周波数帯には、周波数スペクトルの信号強度の平均値PWAが示されており、好適には、上記第3閾値は、その周波数スペクトルの信号強度の平均値PWよりも低い値に予め設定される。[0043]図14は、合計6kg、12kg、および18kgの荷重を有する3種類の物体からそれぞれ得られた荷重信号SWの周波数スペクトルの2~7Hzの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図BP1、BP2、およびBP3と、55kg、57kg、62kg、および65kgの体重を有する4人の搭乗者(生体)からそれぞれ得られた荷重信号SWの周波数スペクトルの2~7Hzの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図BP4、BP5、BP6、およびBP7とを、示している。66は、その信号強度が第4閾値H4を超えることに基づいて、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定してもよい。[0045]荷重判定手段68は、荷重算出手段62から出力された荷重信号SWの移動平均値を算出し、荷重信号SWの移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席12の着座部14に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する。荷重信号SWの移動平均値が成人を判定するために予め設定された荷重判定値を超えた場合には成人の着座と判定し、荷重信号SWの移動平均値がその荷重判定値を下回った場合には幼児の着座と判定する。66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに波形の生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定する。68の判定結果に基づいて、成人の着座であるか幼児の着座であるかも判定する。[0047]図15は、電子制御装置54の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図13において、ステップS1(以下、ステップを省略する)では、座席12の着座部14に所定以上の荷重が検出されたか否かが判断される。このS1の判断が否定されるうちは待機させられるが、S1の判断が肯定されると、荷重算出手段62に対応するS2において、図8に示す予め記憶された関係から、荷重検出回路52からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ30が受けた荷重(N)を表す荷重信号SWが逐次算出される。次に、周波数解析手段64に対応するS3において、上記の荷重信号SWから高速フーリエ解析を用いて周波数解析が行われ、周波数スペクトルが出力される。66に対応するS4において、上記周波数スペクトルに、予め設定された生体由来の周波数成分、たとえば4秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形の周波数成分、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形の周波数成分等が含まれているか否かが判定される。このS4の判断が否定される場合は、S8において、物体が座席12の着座部14に載置されていると決定される。S4の判断が肯定される場合は、荷重判定手段68に対応するS5において、座席12の着座部14に加えられている荷重が予め設定された成人判定値を超えるか否かが判断される。このS5の判断が否定される場合は、S7において幼児或いは小児の着座であると決定されるが、S5の判断が肯定される場合は、S6において成人の着座であると決定される。これらS6、S7、およびS8は、着座判定手段70に対応している。[0049]上述のように、本実施例の生体着座検出装置10によれば、座席12の着座部14に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶振動子を有する荷重センサ30を備える荷重検出ユニット20と、荷重センサ30により検出された荷重を表す荷重信号SWに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、座席12の着座部14上の物体が生体であることを判定する着座判定手段70とを、含むことから、着座判定手段70により、高い周波数特性を有する荷重センサ30からの荷重信号SWに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて座席12の着座部14上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。66により生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、座席12の着座部14上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。[0051]本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の心拍に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0052]本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の呼吸に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0053]本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の会話に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。[0054]本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分は、周波数解析手段64により得られた周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。3Nの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号SWが得られる。周縁部を挟持する一対の保持板34,36と、を備えていることから、荷重を受けて一対の保持板34,36の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。[0057]以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定するものであった。着座判定手段70は、たとえば生体由来の波形を予め記憶し、その記憶された生体由来波形が荷重検出回路52から出力された荷重信号SWに含まれるか否かを、パターンマッチング手法を用いて判定することにより、荷重信号SWに生体由来の波形が含まれるか否かを判定し、含まれると判定された場合は、生体の着座を判定するものであってもよい。32を含む発振回路56の周波数と荷重センサ30に加えられる荷重との予め定められた関係から実際の周波数に基づいて荷重信号SWが算出されていた。32を構成する水晶単結晶の発生する電荷に対応する出力電圧と荷重センサ30に加えられる荷重との関係から実際の出力電圧に基づいて荷重信号SWが算出されても良い。[0060]また、前述の実施例の荷重センサ30は、温度補償に関する回路装置が備えられていない。車室内温度は温度変動が大きい場合があるので、そのような場合には、荷重検出精度を維持するために温度補償を行なう回路装置が備えられてもよい。このような温度補償を行なう回路装置としては、荷重センサ30と同様に構成された温度リファレンス用荷重センサを荷重が加えられない状態で追加し、荷重センサ30から得られた荷重信号SWと上記温度リファレンス用荷重センサから得られた荷重信号SWrとの差分値を荷重信号として用いるようにするものでもよい。別の温度補償を行なう回路装置としては、サーミスタや熱電対等の温度センサを荷重センサ30に設けて荷重センサ30の温度を検出し、予め実験的に求めた温度補正値と荷重センサ30の温度との関係から実際の荷重センサ30の温度に基づいて温度補正値を求め、その温度補正値を用いて荷重信号SWを補正するようにするものでもよい。[0061]尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。名古屋大学の公開特許情報を掲載しています。ご関心のある案件がございましたら、下記まで電子メールでご連絡ください。同じキーワードでJ-STORE内を検索することが出来ます。