(57)【要約】【課題】圧電素子に対する荷重の有無をより精度よく判定することが可能な判定回路を提供する。【解決手段】判定回路は、圧電素子からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力する積分処理部と、電圧信号の電圧値と、圧電素子に対する荷重の有無を判定するための閾値とに基づいて、圧電素子に対する荷重の有無を判定する判定部と、判定部の判定結果と電圧値とに基づいて、閾値を変更する閾値設定部とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力する積分処理部と、
前記電圧信号の電圧値と、前記圧電素子に対する荷重の有無を判定するための閾値とに基づいて、前記圧電素子に対する荷重の有無を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果と前記電圧値とに基づいて、前記閾値を変更する閾値設定部とを備える、判定回路。
【請求項２】
前記判定部は、前記電圧値が前記閾値以上である場合には前記圧電素子に荷重が加えられていると判定し、前記電圧値が前記閾値未満である場合には前記圧電素子に荷重が加えられていないと判定する、請求項１に記載の判定回路。
【請求項３】
前記閾値設定部は、
前記判定部により前記荷重が加えられていないと判定された場合、現在の前記電圧値よりも大きい第１の値に前記閾値を変更し、
前記判定部により前記荷重が加えられていると判定された場合、現在の前記電圧値よりも小さい第２の値に前記閾値を変更する、請求項２に記載の判定回路。
【請求項４】
前記第１の値は、現在の前記電圧値よりも所定割合だけ大きい値であり、前記第２の値は、現在の前記電圧値よりも前記所定割合だけ小さい値である、請求項３に記載の判定回路。
【請求項５】
現在の前記電圧値が規定電圧値未満である場合には、前記第１の値は、現在の前記電圧値に所定値を加算した値であり、前記第２の値は、現在の前記電圧値から前記所定値を減算した値である、請求項３または４に記載の判定回路。
【請求項６】
前記判定部は、前記電圧値、または前記電圧値とバイアス値との加算値を所定の指数で累乗した累乗値が前記閾値以上である場合には前記圧電素子に荷重が加えられていると判定し、前記累乗値が前記閾値未満である場合には前記圧電素子に荷重が加えられていないと判定する、請求項１に記載の判定回路。
【請求項７】
前記閾値設定部は、
前記判定部により前記荷重が加えられていないと判定された場合、現在の前記累乗値よりも大きい値に前記閾値を変更し、
前記判定部により前記荷重が加えられていると判定された場合、現在の前記累乗値よりも小さい値に前記閾値を変更する、請求項６に記載の判定回路。
【請求項８】
前記所定の指数は、３以上である、請求項６または７に記載の判定回路。
【請求項９】
圧電素子からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力するステップと、
前記電圧信号の電圧値と、前記圧電素子に対する荷重の有無を判定するための閾値とに基づいて、前記圧電素子に対する荷重の有無を判定するステップと、
前記判定するステップの判定結果と前記電圧値とに基づいて、前記閾値を変更するステップとを含む、判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、判定回路、および判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械的な負荷の変化量（変位）に比例して電荷を発生させる圧電素子が知られている。このような特性を有する圧電素子は、各種のセンサとして用いられている。
【０００３】
例えば、特開２０１３−１４７１９５号公報（特許文献１）は、戸挟み検出装置を開示している。この戸挟み検出装置は、中空の弾性部材からなり、車両用ドアの閉止方向先端部に設けられた戸先弾性部材と、戸先弾性部材の内側面であって、車両用ドアの厚み方向中央部に設けられた圧電材と、圧電材から発生する電荷量の変化を検知することにより、車両用ドアが戸挟み状態であることを検出する検出器とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、戸袋圧電材に変形が生じたことにより戸挟み状態が検出されると、自動的に（あるいは、車掌の操作により）車両用ドアが開かれることで戸挟み状態が解消される。ここで、特許文献１のように、一時的な圧電材の変形を利用して戸挟み状態の有無を判定するのではなく、例えば、圧電材の定常的な変位を検出することで圧電材に対する荷重（負荷）の有無を継続的に把握したいとのニーズも存在する。この場合、圧電材に対する荷重の有無を精度よく継続的に判定することが求められる。
【０００６】
本開示のある局面における目的は、圧電素子に対する荷重の有無をより精度よく判定することが可能な判定回路、および判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある実施の形態に従う判定回路は、圧電素子からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力する積分処理部と、電圧信号の電圧値と、圧電素子に対する荷重の有無を判定するための閾値とに基づいて、圧電素子に対する荷重の有無を判定する判定部と、判定部の判定結果と電圧値とに基づいて、閾値を変更する閾値設定部とを備える。
【０００８】
好ましくは、判定部は、電圧値が閾値以上である場合には圧電素子に荷重が加えられていると判定し、電圧値が閾値未満である場合には圧電素子に荷重が加えられていないと判定する。
【０００９】
好ましくは、閾値設定部は、判定部により荷重が加えられていないと判定された場合、現在の電圧値よりも大きい第１の値に閾値を変更し、判定部により荷重が加えられていると判定された場合、現在の電圧値よりも小さい第２の値に閾値を変更する。
【００１０】
好ましくは、第１の値は、現在の電圧値よりも所定割合だけ大きい値であり、第２の値は、現在の電圧値よりも所定割合だけ小さい値である。
【００１１】
好ましくは、現在の電圧値が規定電圧値未満である場合には、第１の値は、現在の電圧値に所定値を加算した値であり、第２の値は、現在の電圧値から所定値を減算した値である。
【００１２】
好ましくは、判定部は、電圧値、または電圧値とバイアス値との加算値を所定の指数で累乗した累乗値が閾値以上である場合には圧電素子に荷重が加えられていると判定し、累乗値が閾値未満である場合には圧電素子に荷重が加えられていないと判定する。
【００１３】
好ましくは、閾値設定部は、判定部により荷重が加えられていないと判定された場合、現在の累乗値よりも大きい値に閾値を変更し、判定部により荷重が加えられていると判定された場合、現在の累乗値よりも小さい値に閾値を変更する。
【００１４】
好ましくは、所定の指数は、３以上である。
他の実施の形態に従う判定方法は、圧電素子からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力するステップと、電圧信号の電圧値と、圧電素子に対する荷重の有無を判定するための閾値とに基づいて、圧電素子に対する荷重の有無を判定するステップと、判定するステップの判定結果と電圧値とに基づいて、閾値を変更するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によると、圧電素子に対する荷重の有無をより精度よく判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態に従う判定システムの全体構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態に従うマットセンサの構成例を示す図である。
【図３】比較例１に従う判定方式を説明するための図である。
【図４】比較例２に従う判定方式を説明するための図である。
【図５】本実施の形態に従う判定方式を説明するための図である。
【図６】本実施の形態に従う判定回路の機能ブロック図である。
【図７】本実施の形態に従う判定回路により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施の形態の変形例に従う判定方式を説明するための図である。
【図９】本実施の形態に従う荷重判定結果の詳細を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１８】
＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に従う判定システム１０００の全体構成を説明するための図である。図１を参照して、判定システム１０００は、圧電素子を含むマットセンサ２０に対する荷重の有無を判定するためのシステムである。具体的には、判定システム１０００は、判定回路１０と、マットセンサ２０と、車両ＰＬＣ（programmable logic controller）３０とを含む。
【００１９】
マットセンサ２０は、例えば、新幹線等の車両への乗降用の踏み台（ステップ）として用いられる。マットセンサ２０への人や物による荷重に応じて、当該マットセンサ２０の格納が行われる。典型的には、マットセンサ２０は、荷重が加えられている場合には車両内へ格納されず、荷重が加えられなくなると車両内に格納される。
【００２０】
なお、本実施の形態では、判定システム１０００の判定回路１０が乗降用の踏み台として用いられるマットセンサ２０への荷重の有無を判定する構成について説明するが、当該構成に限られない。例えば、判定回路１０は、マットセンサ２０への荷重の有無に応じて自動ドアを開閉するようなシステムに用いられてもよく、圧電素子への荷重の有無を継続的に判定する必要のある任意のシステムに適用可能である。
【００２１】
図２は、本実施の形態に従うマットセンサ２０の構成例を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、マットセンサ２０の全体構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、マットセンサ２０の構造を示す分解図である。
【００２２】
図２を参照して、マットセンサ２０は、滑り止めマット２１と、ゴム板２２と、圧電素子で構成される圧電シート２３と、これらの部品を収容するための筐体２４とを含む。マットセンサ２０は、信号線（図示しない）により判定回路１０と電気的に接続される。圧電シート２３は、与えられた荷重に応じて電荷信号を発生し、この電荷信号が信号線を介して判定回路１０に出力される。
【００２３】
再び、図１を参照して、判定回路１０は、マットセンサ２０からの電荷信号に基づいて、マットセンサ２０に対する荷重の有無を判定する。具体的には、判定回路１０は、主なハードウェア構成として、チャージアンプ１０１と、ゲインアンプ１０２と、フィルタ１０３と、制御ユニット１０６と、リレー１０７とを含む。
【００２４】
チャージアンプ１０１は、積分回路を含み、マットセンサ２０からの電荷信号の入力を受け付けて、当該電荷信号を積分して電圧信号に変換する。積分回路は、公知のオペアンプ、およびフィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどのコンデンサにより構成される。チャージアンプ１０１では、圧電シート２３から出力される電荷の総量に対応する電圧信号（すなわち、積分信号）が得られ、それが保持される。これにより、マットセンサ２０への荷重の定常的な変位が検出される。
【００２５】
ゲインアンプ１０２は、チャージアンプ１０１から出力される電圧信号を所定倍に増幅し、増幅した信号をフィルタ１０３に出力する。フィルタ１０３は、アナログフィルタであり、当該増幅された信号からノイズ成分を除去する。フィルタ１０３は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等により構成される。
【００２６】
制御ユニット１０６は、例えば、マイクロプロセッサユニット、マイクロコントローラユニット等により構成される。制御ユニット１０６は、Ａ／Ｄコンバータと、各種演算処理を実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）等のメモリと、各種の入出力インターフェイスとを含む。
【００２７】
Ａ／Ｄコンバータは、所定のサンプリング周波数にて、フィルタ１０３から入力される信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータは、ディジタル変換した信号をＣＰＵへ出力する。ＣＰＵは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することで、判定回路１０の各部の動作を制御する制御部として機能する。
【００２８】
リレー１０７は、例えば、電磁リレーである。制御ユニット１０６は、マットセンサ２０への荷重の有無の判定結果に応じて（例えば、荷重ありと判定した場合に）、リレー１０７に信号を出力することにより、接点を開閉させる。
【００２９】
車両ＰＬＣ３０は、接点の開閉状態に応じて（すなわち、マットセンサ２０への荷重の有無の判定結果に応じて）、所定の処理（例えば、マットセンサ２０を格納するための処理等）を実行する。
【００３０】
＜判定方式＞
本実施の形態に従う判定方式について説明する。ここでは、まず、本実施の形態に従う判定方式の利点を明確にするため、２つの比較例に従う判定方式について説明する。
【００３１】
（比較例）
図３は、比較例１に従う判定方式を説明するための図である。図３の縦軸は、電圧信号の電圧値（より詳細には、フィルタ１０３から出力される信号の電圧値）を示しており、横軸は時間を示している。以下の説明では、この電圧信号の電圧値を「電圧値Ｖｓ」と表記する。また、ゲインアンプ１０２からの電圧出力は、例えば、０〜５Ｖであるとする。
【００３２】
比較例１に従う判定回路（以下、「判定回路Ａ」とも称する。）は、所定の周期（例えば、０．５秒ごと）で、電圧値Ｖｓを確認することによりマットセンサ２０に対する荷重の有無を判定する。なお、比較例１に従う判定回路Ａ、および後述の比較例２に従う判定回路（以下、「判定回路Ｂ」とも称する。）のハードウェア構成は、上述した本実施の形態に従う判定回路１０と同様である。
【００３３】
図３を参照して、閾値Ｔｈａは、マットセンサ２０に荷重（例えば、人や物がマットセンサ２０上に存在するとみなせる程度の荷重）が加えられている場合の電圧値Ｖｓに設定される。閾値Ｔｈｂは、マットセンサ２０に全く（あるいは、ほどんど）荷重が加えられていない場合の電圧値Ｖｓに設定される。また、期間Ｔ１、期間Ｔ２および期間Ｔ３は、実際にマットセンサ２０に対して荷重が加えられている荷重期間を示している。
【００３４】
図３の例では、判定回路Ａは、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈａ以上である場合には、マットセンサ２０に荷重が加えられていると判定し、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈｂ未満である場合には、マットセンサ２０に荷重が加えられていないと判定する。判定回路Ａは、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈａ未満かつ閾値Ｔｈｂ以上である場合には、前回の判定結果を維持する。なお、図３において、判定結果「荷重あり」を「１」で表記し、判定結果「荷重なし」を「０」で表記している。
【００３５】
時刻ｔ＝０におけるリセット状態において、電圧値Ｖｓ＝０、判定結果「荷重なし」が初期値として設定される。続いて、期間Ｔ１において、電圧値Ｖｓは急激に上昇し、期間Ｔ１が終了すると、電圧値Ｖｓは徐々に減少していく。
【００３６】
期間Ｔ１中の時刻ｔ＝１においては、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈａ未満かつ閾値Ｔｈｂ以上であるため、判定回路Ａによる判定結果は「荷重なし」となるが、この判定結果は、理想的な判定結果「荷重あり」と齟齬がある。
【００３７】
期間Ｔ１中の時刻ｔ＝１．５およびｔ＝２においては、判定回路Ａによる判定結果「荷重なし」と、理想的な判定結果「荷重なし」とが一致している。期間Ｔ１終了後の時刻ｔ＝２．５〜３．５においては、判定回路Ａによる判定結果と理想的な判定結果とに齟齬がある。期間Ｔ３の判定結果では、期間Ｔ１の判定結果と同様の傾向が確認される。また、期間Ｔ３終了後の時刻ｔ＝１２．５〜２０において、判定回路Ａによる判定結果と理想的な判定結果とに齟齬があり、比較的長い時間、当該齟齬が解消されていない。
【００３８】
期間Ｔ２においては、判定回路Ａによる判定結果は常に「荷重なし」であり、理想的な判定結果「荷重あり」と齟齬がある。このことは、マットセンサ２０への荷重の大きさによっては、「荷重あり」と判定されないことを示している。
【００３９】
図４は、比較例２に従う判定方式を説明するための図である。比較例２の判定方式では、マットセンサ２０に対する荷重の有無を判定するための閾値を１つにした点が、比較例１の判定方式と異なる。
【００４０】
図４を参照して、閾値Ｔｈｃは、図３中の閾値Ｔｈａと閾値Ｔｈｂとの間に設けられる。図４の例では、比較例２に従う判定回路Ｂは、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈｃ以上である場合には、マットセンサ２０に荷重が加えられていると判定し、電圧値Ｖｓが閾値Ｔｈｃ未満である場合には、マットセンサ２０に荷重が加えられていないと判定する。
【００４１】
比較例２では、期間Ｔ２中のｔ＝６およびｔ＝６．５において、判定回路Ｂによる判定結果「荷重あり」と、理想的な判定結果「荷重あり」とが一致しているため、期間Ｔ２においては、比較例１よりは各判定結果の齟齬が小さい。しかし、比較例２でも期間Ｔ１および期間Ｔ３における各判定結果は、比較例１と同様に齟齬が大きい。
【００４２】
比較例１および２に従う判定方式によると、荷重判定に用いられる閾値は予め固定されている。圧電素子からの電荷量は、環境変化（例えば、温度）、素子の経年変化等により変化するため、マットセンサ２０に荷重が加えられても当該閾値まで届かない場合も想定される。また、チャージアンプ１０１に内蔵される積分回路の特性により、荷重状態が長時間続くと出力信号が高い電圧（例えば、積分回路の素子の駆動電圧）で維持されてしまうため、固定閾値を用いた判定方式では精度の高い荷重判定ができない。
【００４３】
（本実施の形態に従う判定方式）
本実施の形態では、より高精度な荷重判定を実現するため、比較例のように固定の閾値を用いて荷重判定を行なうのではなく、可変の閾値を用いて荷重判定を行なう。
【００４４】
図５は、本実施の形態に従う判定方式を説明するための図である。図５を参照して、可変閾値Ｔｈ１が設けられている。本実施の形態に従う判定回路１０は、電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１以上である場合には「荷重あり」と判定し、電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１未満である場合には「荷重なし」と判定する。
【００４５】
可変閾値Ｔｈ１は、時刻ｔ＝０のリセット状態において、初期値（例えば、０．５Ｖ）に設定され、その後、電圧値Ｖｓおよび荷重判定結果に応じて順次変更される。具体的には、可変閾値Ｔｈ１は、現在の判定結果が「荷重なし」である場合には、現在の電圧値Ｖｓよりも大きい値に設定（変更）される。一方、可変閾値Ｔｈ１は、現在の判定結果が「荷重あり」である場合には、現在の電圧値Ｖｓよりも小さい値に変更される。
【００４６】
典型的には、現在の電圧値Ｖｓが規定電圧値（例えば、１．０Ｖ）以上である場合には、可変閾値Ｔｈ１は次のように設定される。具体的には、現在の判定結果が「荷重なし」である場合には、可変閾値Ｔｈ１は現在の電圧値Ｖｓよりも所定割合（例えば、１０％）だけ大きい値（例えば、現在の電圧値Ｖｓの１．１倍）に変更される。現在の判定結果が「荷重あり」である場合には、可変閾値Ｔｈ１は現在の電圧値Ｖｓよりも所定割合だけ小さい値（例えば、現在の電圧値Ｖｓの０．９倍）に変更される。
【００４７】
これに対して、現在の電圧値Ｖｓが規定電圧値未満である場合にも上記設定方式を適用すると、電圧値Ｖｓの微弱な変動で判定結果が切り替わる可能性がある。そこで、現在の電圧値Ｖｓが規定電圧値未満である場合には、可変閾値Ｔｈ１は次のように設定される。具体的には、現在の判定結果が「荷重なし」である場合には、可変閾値Ｔｈ１は現在の電圧値Ｖｓよりも所定値（例えば、０．４Ｖ）だけ大きい値に変更される。現在の判定結果が「荷重あり」である場合には、可変閾値Ｔｈ１は現在の電圧値Ｖｓよりも所定値だけ小さい値に変更される。
【００４８】
判定回路１０は、０．５秒ごとに、電圧値Ｖｓを確認することによりマットセンサ２０に対する荷重判定を行なう。また、時刻ｔにおいて設定される可変閾値Ｔｈ１、時刻ｔにおける判定結果Ｊ、および時刻ｔにおける電圧値Ｖｓを、それぞれＴｈ１（ｔ）、Ｊ（ｔ）、およびＶｓ（ｔ）と定義する。この場合、判定結果Ｊ（ｔ）は、時刻（ｔ−０．５）において設定された（すなわち、０．５秒前に設定された）可変閾値Ｔｈ１（ｔ−０．５）と、電圧値Ｖｓ（ｔ）とを比較することにより求められる。
【００４９】
例えば、可変閾値Ｔｈ１（０）＝０．５＞電圧値Ｖｓ（０．５）＝０．１であるため、判定結果Ｊ（０．５）は「荷重なし」となる。これにより、可変閾値Ｔｈ１（０．５）は、電圧値Ｖｓ（０．５）＝０．１に所定値（ここでは、０．４）を加算した０．５に設定される。なお、可変閾値Ｔｈ１（０．５）は、次回（すなわち、ｔ＝１）の荷重判定に用いられる。
【００５０】
次に、可変閾値Ｔｈ１（０．５）＝０．５＜電圧値Ｖｓ（１）＝０．６であるため、判定結果Ｊ（１）は「荷重あり」となる。これにより、可変閾値Ｔｈ１（１）は、電圧値Ｖｓ（１）＝０．６から０．４を減算した０．２に設定される。続いて、可変閾値Ｔｈ１（１）＝０．２＜電圧値Ｖｓ（１．５）＝４．１であるため、判定結果Ｊ（１．５）は「荷重あり」となる。これにより、可変閾値Ｔｈ１（１．５）は、電圧値Ｖｓ（１．５）＝４．１から所定割合（例えば、１０％）だけ小さい３．６９に設定される。以下、同様の手順により、荷重判定および可変閾値Ｔｈ１の設定が行なわれる。
【００５１】
図５を参照すると、期間Ｔ１中の時刻ｔ＝１〜２での判定回路１０の判定結果、期間Ｔ２中の時刻ｔ＝５．５〜６．５での判定回路１０の判定結果、および期間Ｔ３中の時刻ｔ＝９．５〜１２での判定回路１０の判定結果は、理想的な判定結果と一致している。一方、期間Ｔ１終了後および期間Ｔ３終了後の荷重が加えられていない期間（例えば、時刻ｔ＝２．５〜３、ｔ＝１２．５〜１７．５）において、判定回路１０の判定結果と、理想的な判定結果とに齟齬が確認される。なお、期間Ｔ２終了後おいては、判定回路１０の判定結果と理想的な判定結果とは一致している。
【００５２】
このことから、図５の結果によると、マットセンサ２０に荷重が加えられている場合には、適切に「荷重あり」と判定できており、比較例に従う判定方式よりも判定精度が向上していることがわかる。なお、期間Ｔ１および期間Ｔ３終了後においては、判定回路１０の判定結果と理想的な判定結果とに齟齬があるが、期間Ｔ２終了後においては、各判定結果は一致しているため、比較例に従う判定方式よりも判定精度はやや向上している。
【００５３】
＜機能構成＞
図６は、本実施の形態に従う判定回路１０の機能ブロック図である。図６を参照して、判定回路１０は、主たる機能構成として、積分処理部２０１と、判定部２０３と、閾値設定部２０５とを含む。
【００５４】
積分処理部２０１は、圧電素子（例えば、マットセンサ２０の圧電シート２３）からの荷重に応じた電荷信号を積分して電圧信号を出力する。典型的には、積分処理部２０１は、チャージアンプ１０１、ゲインアンプ１０２およびフィルタ１０３により実現される。
【００５５】
判定部２０３は、積分処理部２０１から出力される電圧信号の電圧値Ｖｓと、マットセンサ２０に対する荷重の有無を判定するための可変閾値Ｔｈ１とに基づいて、マットセンサ２０に対する荷重の有無を判定する。典型的には、判定部２０３は、制御ユニット１０６により実現される。
【００５６】
具体的には、判定部２０３は、電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１以上である場合にはマットセンサ２０に荷重が加えられている（すなわち、「荷重あり」）と判定し、電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１未満である場合にはマットセンサ２０に荷重が加えられていない（すなわち、「荷重なし」）と判定する。判定部２０３の判定結果を示す信号は、例えば、リレー１０７の開閉状態を切り替える信号として利用される。
【００５７】
閾値設定部２０５は、マットセンサ２０に対する荷重の有無を判定するための可変閾値Ｔｈ１を設定する。典型的には、閾値設定部２０５は、制御ユニット１０６により実現される。
【００５８】
閾値設定部２０５は、判定部２０３の判定結果および電圧値Ｖｓに基づいて、可変閾値Ｔｈ１を設定（変更）する。詳細には、閾値設定部２０５は、判定部２０３により「荷重なし」と判定された場合、現在の電圧値Ｖｓよりも大きい値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。典型的には、閾値設定部２０５は、現在の電圧値Ｖｓよりも所定割合（例えば、１０％）だけ大きい値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。ただし、閾値設定部２０５は、現在の電圧値Ｖｓが規定電圧値（例えば、１．０Ｖ）未満である場合には、現在の電圧値Ｖｓに所定値（例えば、０．４Ｖ）を加算した値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。
【００５９】
一方、閾値設定部２０５は、判定部２０３により「荷重あり」と判定された場合、現在の電圧値Ｖｓよりも小さい値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。典型的には、閾値設定部２０５は、現在の電圧値Ｖｓよりも所定割合だけ小さい値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。ただし、閾値設定部２０５は、現在の電圧値Ｖｓが規定電圧値未満である場合には、現在の電圧値Ｖｓから所定値を減算した値に可変閾値Ｔｈ１を変更する。
【００６０】
＜処理手順＞
図７は、本実施の形態に従う判定回路１０により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、フローチャートのスタート時点において、判定回路１０はリセット状態に設定されているものとする。判定回路１０は、周期的に（例えば、０．５秒ごとに）、以下の処理を繰り返し実行する。
【００６１】
図７を参照して、判定回路１０は、マットセンサ２０から電荷信号を取得して（ステップＳ１０）、当該電荷信号を積分して電圧信号に生成する（ステップＳ１１）。判定回路１０は、電圧信号の電圧値Ｖｓが、現在設定されている可変閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００６２】
電圧信号の電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１以上である場合には（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、判定回路１０は、マットセンサ２０に荷重が加えられている（すなわち、「荷重あり」）と判定する（ステップＳ１４）。このとき、判定回路１０は、「荷重あり」の判定結果を示す信号をリレー１０７に出力する。続いて、判定回路１０は、次回の荷重判定で用いられる可変閾値Ｔｈ１を電圧値Ｖｓよりも小さい値に変更して（ステップＳ１６）、処理を終了する。
【００６３】
一方、電圧信号の電圧値Ｖｓが可変閾値Ｔｈ１未満である場合には（ステップＳ１２においてＮＯ）、判定回路１０は、マットセンサ２０に荷重が加えられていない（すなわち、「荷重なし」）と判定する（ステップＳ１８）。このとき、判定回路１０は、「荷重なし」の判定結果を示す信号をリレー１０７に出力する。続いて、判定回路１０は、次回の荷重判定で用いられる可変閾値Ｔｈ１を電圧値Ｖｓよりも大きい値に変更して（ステップＳ２０）、処理を終了する。
【００６４】
＜変形例＞
上述した実施の形態では、可変閾値Ｔｈ１を用いた荷重判定方式を採用することにより判定精度の向上が確認された。しかしながら、荷重期間終了後の一定期間において、判定回路１０での判定結果と理想的な判定結果とに齟齬も確認された。そこで、本実施の形態の変形例では、荷重判定精度をさらに向上させるための荷重判定方式について説明する。
【００６５】
図８は、本実施の形態の変形例に従う判定方式を説明するための図である。変形例では、積分処理部２０１から出力される電圧信号の電圧値Ｖｓではなく、電圧値Ｖｓに所定の演算処理を施した電圧値Ｖｓｂを用いて荷重判定が行なわれる。
【００６６】
具体的には、電圧値Ｖｓｂは、電圧値Ｖｓに所定バイアス値（例えば、１．０Ｖ）を加算した加算値（すなわち、Ｖｓ＋１）を所定の指数（ここでは、３）で累乗した累乗値（すなわち、Ｖｓｂ＝（Ｖｓ＋１）３）である。なお、電圧値Ｖｓに所定バイアス値を加算する理由は、電圧値Ｖｓが１．０未満である場合に、電圧値Ｖｓの累乗値が電圧値Ｖｓよりも小さくならないようにするためである。
【００６７】
判定回路１０は、電圧値Ｖｓｂが可変閾値Ｔｈ２以上である場合には「荷重あり」と判定し、電圧値Ｖｓｂが可変閾値Ｔｈ２未満である場合には「荷重なし」と判定する。
【００６８】
可変閾値Ｔｈ２は、時刻ｔ＝０のリセット状態において、初期値（例えば、３．０Ｖ）に設定され、その後、電圧値Ｖｓｂおよび荷重判定結果に応じて順次変更される。具体的には、可変閾値Ｔｈ２は、現在の判定結果が「荷重なし」である場合には、現在の電圧値Ｖｓｂよりも大きい値に設定され、現在の判定結果が「荷重あり」である場合には、現在の電圧値Ｖｓｂよりも小さい値に設定される。
【００６９】
典型的には、現在の判定結果が「荷重なし」である場合には、可変閾値Ｔｈ２は現在の電圧値Ｖｓｂよりも所定割合（例えば、１０％）だけ大きい値に設定される。現在の判定結果が「荷重あり」である場合には、可変閾値Ｔｈ２は現在の電圧値Ｖｓｂよりも所定割合だけ小さい値に設定される。
【００７０】
判定回路１０は、０．５秒ごとに、電圧値Ｖｓｂを確認することによりマットセンサ２０に対する荷重判定を行なう。また、時刻ｔにおいて設定される可変閾値Ｔｈ２、時刻ｔにおける判定結果Ｊｂ、および時刻ｔにおける電圧値Ｖｓｂを、それぞれＴｈ２（ｔ）、Ｊｂ（ｔ）、およびＶｓｂ（ｔ）と定義する。この場合、判定結果Ｊｂ（ｔ）は、時刻（ｔ−０．５）において設定された可変閾値Ｔｈ１（ｔ−０．５）と、電圧値Ｖｓｂ（ｔ）とを比較することにより求められる。
【００７１】
例えば、可変閾値Ｔｈ２（０）＝３．０＞電圧値Ｖｓｂ（０．５）＝１．３３であるため、判定結果Ｊｂ（０．５）は「荷重なし」となる。そのため、可変閾値Ｔｈ２（０．５）は、電圧値Ｖｓｂ（０．５）＝１．３３よりも所定割合だけ大きい１．４６に設定される。なお、可変閾値Ｔｈ２（０．５）は、次回（すなわち、ｔ＝１）の荷重判定に用いられる。
【００７２】
次に、可変閾値Ｔｈ２（０．５）＝１．４６＜電圧値Ｖｓｂ（１）＝４．１であるため、判定結果Ｊ（１）は「荷重あり」となる。そのため、可変閾値Ｔｈ２（１）は、電圧値Ｖｓｂ（１）＝４．１よりも所定割合だけ小さい３．６９に設定される。以下、同様の手順により、荷重判定および可変閾値Ｔｈ２の変更が行なわれる。
【００７３】
図８を参照すると、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を含む全期間において、判定回路１０の判定結果と、理想的な判定結果とが一致していることが確認できる。図８の結果によると、マットセンサ２０に荷重が加えられているときには「荷重あり」と判定され、マットセンサ２０に荷重が加えられなくなると「荷重なし」と迅速に判定されている。すなわち、上述した実施の形態に従う判定方式よりも判定精度がさらに向上している。
【００７４】
変形例に従う判定回路１０の主な機能構成は以下のように説明できる。具体的には、判定部２０３は、電圧値Ｖｓとバイアス値との加算値を所定の指数で累乗した累乗値（すなわち、電圧値Ｖｓｂ）が可変閾値Ｔｈ２以上である場合にはマットセンサ２０に荷重が加えられていると判定し、電圧値Ｖｓｂが可変閾値Ｔｈ２未満である場合にはマットセンサ２０に荷重が加えられていないと判定する。
【００７５】
閾値設定部２０５は、判定部２０３により「荷重なし」と判定された場合には現在の電圧値Ｖｓｂよりも大きい値に可変閾値Ｔｈ２を変更し、「荷重あり」と判定された場合には現在の電圧値Ｖｓｂよりも小さい値に可変閾値Ｔｈ２を変更する。
【００７６】
＜判定結果の詳細＞
図９は、本実施の形態に従う荷重判定結果の詳細を説明するための図である。図９に示す表には、時刻ｔ＝０〜ｔ＝２０までの判定結果が示されている。表中の状態「リセット」はリセット状態を示しており、状態「あり」は、マットセンサ２０に荷重が加えられている状態を示しており、状態「なし」は、荷重が加えられていない状態を示している。また、表中の「可変閾値」の「判定」は、図５の判定結果に対応しており、表中の「可変閾値（３乗数）」の「判定」は、図８の判定結果に対応している。
【００７７】
ここで、表中の「可変閾値（２乗数）」の「判定」は、上述の変形例において、所定の指数を２にした場合（すなわち、Ｖｓｂ＝（Ｖｓ＋１）２）の判定結果を示している。この場合、「可変閾値」の判定結果よりも判定精度は向上しているが、ｔ＝１２．５およびｔ＝１３において理想的な判定結果との齟齬が確認できる。一方、表中の「可変閾値（３乗数）」の判定結果によると、上述したように全期間にわたって適切に荷重状態を判定できていることが確認できる。
【００７８】
また、表中の「判定（４乗）」、「判定（５乗）」、「判定（６乗）」は、それぞれ所定の指数を４、５、６にした場合の判定結果を示している。これによると、所定の指数を４〜６に設定した場合においても、全期間にわたって適切に判定されていることが確認できる。なお、図解の容易化のため、電圧値および可変閾値の具体的な数値は記載していない。
【００７９】
以上より、所定の指数を３以上に設定することで、全期間にわたって適切な荷重判定が可能であるといえる。なお、所定の指数を大きくすると、制御ユニット１０６の処理負荷が大きくなる。そのため、所定の指数は、要求される判定精度と処理負荷とを鑑みて、ユーザにより適宜決定される。
【００８０】
＜利点＞
本実施の形態によると、可変閾値を採用してマットセンサ２０に対する荷重判定を行なうことにより、当該荷重の有無をより精度よく判定することができる。また、電圧信号の電圧値の累乗値と可変閾値との比較により荷重判定を行なうことにより、当該荷重の有無の判定精度をさらに向上させることができる。
【００８１】
＜その他の実施の形態＞
（１）上述した実施の形態の変形例において、電圧値Ｖｓｂが、電圧値Ｖｓに所定バイアス値を加算した加算値を所定の指数で累乗した累乗値に設定される構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、電圧値Ｖｓｂが、電圧値Ｖｓを所定の指数で累乗した累乗値に設定される構成であってもよい。この場合、電圧値Ｖｓが１．０未満である場合に判定精度に影響を与える可能性があるものの、電圧値Ｖｓが１．０以上の場合には良好な判定精度を確保できると考えられる。
【００８２】
（２）上述した実施の形態において、コンピュータを機能させて、上述のフローチャートで説明したような制御を実行させるプログラムを提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ（Compact  Disk  Read  Only  Memory）、二次記憶装置、主記憶装置およびメモリカードなどの一時的でないコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
【００８３】
プログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム（ＯＳ）の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずＯＳと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本実施の形態にかかるプログラムに含まれ得る。
【００８４】
また、本実施の形態にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本実施の形態にかかるプログラムに含まれ得る。
【００８５】
（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【００８６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８７】
１０  判定回路、２０  マットセンサ、２１  滑り止めマット、２２  ゴム板、２３  圧電シート、２４  筐体、１０１  チャージアンプ、１０２  ゲインアンプ、１０３  フィルタ、１０６  制御ユニット、１０７  リレー、２０１  積分処理部、２０３  判定部、２０５  閾値設定部、１０００  判定システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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