(57)【要約】【課題】圧電センサの出力信号から人体の心拍波形を含む信号成分を正確に得ることのできる心拍検出装置を提供する。【解決手段】心拍検出装置１０が、座席２に設けられた圧電センサ１の出力信号について周波数解析を行う信号処理手段１５と、信号処理手段１５の周波数解析結果に基づいて、出力信号に含まれる第１設定周波数範囲内の信号成分の振幅が設定振幅範囲内にあるとき、当該信号成分が座席２に人が着座していることを示す人体着座波形を含むと判定する判定手段１６とを備える。【選択図】図１
2008079931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座席に設けられた圧電センサの出力信号について周波数解析を行う信号処理手段と、
前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記出力信号に含まれる第１設定周波数範囲内の信号成分の振幅が設定振幅範囲内にあるとき、当該信号成分が前記座席に人が着座していることを示す人体着座波形を含むと判定する判定手段とを備える心拍検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記信号成分が前記人体着座波形を含むと判定した場合、前記圧電センサの出力信号から抽出される心拍信号候補を人体の心拍信号と判定する請求項１記載の心拍検出装置。
【請求項３】
前記圧電センサは、前記座席に複数個設けられる請求項１又は２記載の心拍検出装置。
【請求項４】
前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる第２設定周波数範囲内の２以上の信号成分から抽出される２以上の心拍信号候補が所定期間内に存在しており、且つ、前記２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、当該２以上の心拍信号候補のうちの少なくとも１つが人体の心拍信号であると判定するように構成されている請求項２記載の心拍検出装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる第２設定周波数範囲内の２以上の信号成分から抽出される２以上の心拍信号候補が所定期間内に存在しており、且つ、前記２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、当該２以上の心拍信号候補のそれぞれが人体の心拍信号であると判定するように構成されている請求項２記載の心拍検出装置。
【請求項６】
前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、前記複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、前記１つの圧電センサ及び前記他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、前記第１心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成されている請求項２記載の心拍検出装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、前記複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、前記１つの圧電センサ及び前記他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、前記第２心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成されている請求項２記載の心拍検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座席に設けられた圧電センサの出力信号に基づいて、座席に着座している人体の心拍を検出する心拍検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両の座席に着座している人体の心拍を検出することを目的とする心拍検出装置がある。心拍検出装置は、人体の腕などに心拍を検出するためのセンサを装着する拘束型の装置と、心拍を検出するためのセンサを人体に装着しない非拘束型の装置とに分けられる。拘束型の心拍検出装置は、人体の所定の場所にセンサを取り付ければ、確実に心拍を検出できる。しかし、人体の一部を拘束するため、人体の自由な動きが阻害され、心拍を検出されているという意識を被検出者に対して感じさせてしまうという問題がある。一方で、非拘束型の心拍検出装置は、人体の自由な動きを許容し、心拍を検出されているという意識を被検出者に対して感じさせない点で好ましい。
【０００３】
特許文献１に記載の非拘束型の心拍検出装置は、車両の座席に１つの圧電センサを設置し、その圧電センサを用いて、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）を検出しようとしている。具体的には、圧電センサの出力信号について周波数解析を行って、パワースペクトルを導出している。そして、そのパワースペクトルから心拍の周波数に相当する信号成分を抽出することで、座席に着座している人体の心拍を検出しようとしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４５６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非拘束型の心拍検出装置の問題点として、人体を拘束しないが故に、心拍以外の要因によって圧電センサが信号を出力することがある。例えば、心拍の周波数帯域に、座席上で人体が動いたこと（体動）や、物が座席に置かれたことなどによる信号成分が含まれることがある。従って、特許文献１に記載の心拍検出装置は、圧電センサの出力信号のうち、心拍の周波数に相当する信号成分を全て心拍と見なしているが、その中には上述したような座席上で人体が動いたことや、物が座席に置かれたことなどによる信号が含まれていると思われる。特に、座席に物が置かれた場合やアイドリングしている車両の振動等によって生じる信号を心拍信号と見なしてしまう虞がある。つまり、特許文献１に記載の心拍検出装置は、座席に人が着座しているか否かを把握すること無しに心拍信号と見なしているため、人体の心拍信号を正確に得ていないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、圧電センサの出力信号から座席に人が着座しているか否かを検出できる心拍検出装置を提供することにある。また、本発明の更なる目的は、圧電センサの出力信号から人体の心拍波形を含む信号成分を正確に得ることのできる心拍検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜１＞
上記目的を達成するための本発明に係る心拍検出装置の特徴構成は、座席に設けられた圧電センサの出力信号について周波数解析を行う信号処理手段と、
前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記出力信号に含まれる第１設定周波数範囲内の信号成分の振幅が設定振幅範囲内にあるとき、当該信号成分が前記座席に人が着座していることを示す人体着座波形を含むと判定する判定手段とを備える点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、座席に設けられた圧電センサの出力信号について、周波数解析と振幅解析とが行われる。つまり、圧電センサの出力信号について周波数解析が行われることで、人体着座波形の周波数に相当する信号成分が得られる。ここで、人体着座波形の周波数とは、例えば、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）、呼吸などに起因して発生する振動の周波数に相当する。更に、圧電センサが、座席に着座している人体の心拍を検出したとき、座席上で人体が動いたことを検出したとき、又は、座席に物が置かれたことを検出したときの信号成分の振幅が互いに異なることを考慮して、第１設定周波数範囲内の信号成分についての振幅解析が行われる。これにより、座席に物が置かれた場合や、座席上で人体の体動が行われている場合や、アイドリングしている車両の振動などによって生じる信号を除外できる。
従って、圧電センサの出力信号から座席に人が着座していることを示す人体着座波形を含む信号成分を正確に得ることのできる心拍検出装置を提供できる。
【０００９】
＜２＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記判定手段は、前記信号成分が前記人体着座波形を含むと判定した場合、前記圧電センサの出力信号から抽出される心拍信号候補を人体の心拍信号と判定する点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、座席に人が着座していると判定されているので、圧電センサの出力信号から抽出される心拍信号候補が人体の心拍信号であることが確実になる。よって、圧電センサの出力信号から人体の心拍波形を含む信号成分を正確に得ることができる。
【００１１】
＜３＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記圧電センサは、前記座席に複数個設けられる点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、座席に複数の圧電センサが設けられているので、人体が座席に対してどのような状態で着座していても、人体の心拍波形が、複数の圧電センサのうちの何れかによって検出される可能性が高くなる。
【００１３】
＜４＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる第２設定周波数範囲内の２以上の信号成分から抽出される２以上の心拍信号候補が所定期間内に存在しており、且つ、前記２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、当該２以上の心拍信号候補のうちの少なくとも１つが人体の心拍信号であると判定するように構成されている点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、判定手段は、座席に人が着座していると判定され、且つ、複数の圧電センサによって得られた心拍信号候補が所定期間内に存在すると、それらの心拍信号候補のうちの少なくとも１つはノイズなどではなく、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）があったことを起源とする心拍信号であると判定する。このように、複数の圧電センサから得られた心拍信号候補を比較することで、心拍信号候補が、人体の心拍信号であるか否かを高い精度で判定できる。
【００１５】
＜５＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる第２設定周波数範囲内の２以上の信号成分から抽出される２以上の心拍信号候補が所定期間内に存在しており、且つ、前記２以上の圧電センサの出力信号のそれぞれに含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、当該２以上の心拍信号候補のそれぞれが人体の心拍信号であると判定するように構成されている点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、判定手段は、座席に人が着座していると判定され、且つ、複数の圧電センサによって得られた心拍信号候補が所定期間内に存在すると、それらの心拍信号候補のそれぞれはノイズなどではなく、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）があったことを起源とする心拍信号であると判定する。このように、複数の圧電センサから得られた心拍信号候補を比較することで、心拍信号候補が、人体の心拍信号であるか否かを高い精度で判定できる。
【００１７】
＜６＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、前記複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、前記１つの圧電センサ及び前記他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、前記第１心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成されている点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、判定手段は、座席に人が着座していると判定され、且つ、複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサによって得られた第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、他の圧電センサによって得られた第２心拍信号候補が存在すると、その第１心拍信号候補はノイズなどではなく、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）があったことを起源とする心拍信号であると判定している。このように、複数の圧電センサから得られた心拍信号候補を比較することで、心拍信号候補が、人体の心拍信号であるか否かを高い精度で判定できる。
【００１９】
＜７＞
本発明に係る心拍検出装置の別の特徴構成は、前記信号処理手段は、複数の前記圧電センサのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、
前記判定手段は、前記それぞれの出力信号に対する前記信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、前記複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、前記複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、前記１つの圧電センサ及び前記他の圧電センサの出力信号に含まれる前記第１設定周波数範囲内の信号成分が前記人体着座波形を含むと判定するとき、前記第２心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成されている点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、判定手段は、座席に人が着座していると判定され、且つ、複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサによって得られた第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、他の圧電センサによって得られた第２心拍信号候補が存在すると、その第２心拍信号候補はノイズなどではなく、座席に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）があったことを起源とする心拍信号であると判定する。このように、複数の圧電センサから得られた心拍信号候補を比較することで、人体の心拍信号であるか否かを高い精度で判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１実施形態＞
以下に、図面を参照して本発明に係る心拍検出装置１について説明する。本発明に係る心拍検出装置１は、座席２に着座している人体の心拍を検出することを目的としている。また、被検出者の自由な動きを許容し、心拍を検出されているという意識を被検出者に対して感じさせないために、非拘束型のセンサを採用している。
具体的には、図１に例示する非拘束型のセンサとしての圧電センサ１（１Ａ〜１Ｄ）は、座席２の着座部分に設けられている。また、座席２には複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄが設けられており、それにより、人体が座席２のどの部分に着座したとしても、人体の心拍を検出できるように構成されている。但し、人体の心拍を検出できるのであれば、圧電センサ１Ａ〜１Ｄを座席２の背もたれ部などに設けてもよい。
【００２２】
図１は、第１実施形態の心拍検出装置１の機能ブロック図である。心拍検出装置１は、座席２に設けられた圧電センサ１の出力信号について周波数解析を行う信号処理手段１５と、信号処理手段１５の周波数解析結果に基づいて、出力信号に含まれる設定周波数範囲（本発明の第１設定周波数範囲に相当）内の信号成分の振幅が設定振幅範囲内にあるとき、当該信号成分が座席２に人が着座している（即ち、人が座席２に着座したままほぼ静止している）ことを示す人体着座波形を含むと判定する判定手段１６とを備える。また、信号処理手段１５が、圧電センサ１の出力信号を増幅処理するようにしてもよい。更に、信号処理手段１５及び判定手段１６は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄからの出力信号を各別に処理可能である。
【００２３】
図２（ａ）は、信号処理手段１５に入力される１つの圧電センサ１の出力信号のグラフである。また、図３（ａ）は、信号処理手段１５に入力される別の圧電センサ１の出力信号のグラフである。図２（ａ）と図３（ａ）とは、同じ期間に得られた出力信号であるが、その信号波形は大きく異なっている。また、これらの出力信号は、座席２に人が着座しているときのものである。
【００２４】
圧電センサ１は座席２に設けられているので、座席２が振動して、その振動が圧電センサ１に伝わると、その振動の周波数及び振幅に応じた出力信号が圧電センサ１から出力される。座席２が振動するのは、座席２に着座している人体の血流の脈動（即ち、心拍）があったとき、人体が座席２に着座するとき、人体が座席２から立ち上がるとき、人が着座しながら体を動かすとき、座席２に物が置かれたときなどである。また、座席２が自動車などの車両に設置されているときには、車両自体の振動（例えば、アイドリングしている車両の振動）によっても座席２は振動する。
そこで、心拍検出装置１が備える信号処理手段１５は、座席２に設けられた圧電センサ１の出力信号について周波数解析を行うことで、先ず、圧電センサ１の出力信号から、人体着座波形の周波数帯域に相当する設定周波数範囲内の信号成分を区別している。
【００２５】
但し、人体が座席２に着座するとき、人体が座席２から立ち上がるとき、人が着座しながら体を動かすとき、座席２に物が置かれたとき、又は、アイドリングしている車両の振動によっても、それらを起源とする信号成分が、上記設定周波数範囲内に含まれることもある。しかし、信号成分の起源が異なればその信号成分の強さ、即ち、信号成分の振幅が異なる。例えば、人体が座席２に着座したときの振動を起源とする信号成分、人体が座席２から立ち上がったときの振動を起源とする信号成分、人が着座しながら体を動かしたときの振動を起源とする信号成分などの振幅は非常に大きくなる。一方で、座席２に人が着座していることを示す人体着座波形に相当する信号成分の振幅は比較的小さい。
そこで、心拍検出装置１が備える判定手段１６は、信号処理手段１５の周波数解析結果に基づいて、圧電センサ１の出力信号に含まれる設定周波数範囲内の信号成分の振幅が設定振幅範囲内にあるとき、その信号成分が座席２に人が着座していることを示す人体着座波形を含むと判定している。つまり、判定手段１６は、圧電センサ１の出力信号について周波数解析と振幅解析とを併せて行っている。
【００２６】
図１に示すように、信号処理手段１５は、圧電センサ１の出力信号に対して、第１フィルタ部１１を用いた信号処理と、第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３を用いた信号処理とを並行して行っている。そして、判定手段１６は、第１フィルタ部１１による信号処理結果と、第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理結果に基づいて、座席２に人が着座しているか否かの判定を行っている。
【００２７】
第１フィルタ部１１は、出力信号のうち、座席２が設置されている車両のアイドリングの周波数帯域（例えば、１０Ｈｚ以上）の信号成分をフィルタリング除去する周波数解析を行っている。つまり、座席２に人体も物も存在していない場合、第１フィルタ部１１による信号処理後の信号成分の振幅は非常に小さくなる。他方で、座席２に人体や物などの何かが存在している場合、第１フィルタ部１１による信号処理後の信号成分の振幅はある程度の大きさを持つ。よって、判定手段１６は、第１フィルタ部１１による信号処理結果に基づいて、即ち、第１フィルタ部１１による信号処理後の信号成分の振幅を解析することで、座席２が空席状態であるか、或いは、人や物などの在席状態であるかを判定できる。
以上のように、信号処理手段１５が有する第１フィルタ部１１と判定手段１６とで、圧電センサ１の出力信号についての周波数解析と振幅解析とを行っている。
【００２８】
第２フィルタ部１２は、出力信号のうち、心拍の周波数帯域に相当する設定周波数範囲内の信号成分をフィルタリング抽出する周波数解析を行っている。また、第３フィルタ部１３は、心拍の周波数帯域よりも低い周波数範囲の信号成分をフィルタリング抽出する周波数解析を行っている。よって、第３フィルタ部１３から出力される信号成分は、心拍の周波数帯域の信号成分より低い周波数帯域の信号成分である。この周波数帯域には、人の呼吸など、人が座席２に着座していることを示す人体着座波形の周波数が含まれている。つまり、第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３によって信号処理されることで抽出される信号成分は、本発明の第１設定周波数範囲内の周波数を有する信号成分である。
以上のように、信号処理手段１５が有する第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３と判定手段１６とで、圧電センサ１の出力信号についての周波数解析と振幅解析とを行っている。
【００２９】
以下に、第１実施形態の心拍検出装置１で行われる具体的な処理について説明する。
判定手段１６は、第１フィルタ部１１による信号処理後の信号成分の振幅が第１閾値未満であるとき、座席２には何も存在していないという判定を行う。つまり、判定手段１６は、圧電センサ１が、第１フィルタ部１１によって除去されるアイドリングなどを起源とする周波数の振動の他には振動を検出していない、即ち、座席２が空席状態であると判定する。一方で、判定手段１６は、第１フィルタ部１１による信号処理後の信号成分の振幅が第１閾値以上であるとき、座席２には人体又は物などの何かが存在しているという判定を行う。尚、座席２に人体や物などの何が存在しているのかは、以下に説明する第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理を用いて行われる。
【００３０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図２（ａ）に示した圧電センサ１の出力信号に対して、第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理（周波数解析）が行われた後の信号成分の波形を示すグラフである。ただし、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、縦軸のスケールが異なるだけである。
判定手段１６は、第２閾値（Ｔｈ２）で上限値が設定される設定振幅範囲に第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理後の信号成分の振幅が入っているとき、座席２には物が存在しているという判定（振幅解析）を行う。また、判定手段１６は、第３閾値（Ｔｈ３）で下限値が設定される設定振幅範囲に第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理後の信号成分の振幅が入っているとき、座席２上で人体の体動が行われているという判定（振幅解析）を行う。更に、判定手段１６は、第２閾値（Ｔｈ２）で下限値が設定され且つ第３閾値（Ｔｈ３）で上限値が設定されている設定振幅範囲に第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３による信号処理後の信号成分の振幅が入っているとき、座席２に人が着座しているという判定（振幅解析）を行う。
【００３１】
以上のように、従来の心拍検出装置１では、圧電センサ１の出力信号から、人が座席２に着座しているか否かを判定していなかったが、本発明の心拍検出装置１では、圧電センサ１の出力信号から、人が座席２に着座しているか否かを判定しているため、圧電センサ１の出力信号から人体の心拍波形を含む信号成分を正確に得ることができる。
【００３２】
また、図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、第１フィルタ部１１、第２フィルタ部１２及び第３フィルタ部１３において信号処理（周波数解析）された後の信号成分（図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した波形）について、判定手段１６による座席状況判定を行った結果を説明するグラフである。つまり、判定手段１６は、圧電センサ１の出力信号についての周波数解析結果及び振幅解析結果に基づいて、座席２で物が検出されているか、座席２で人体の着座が検出されているか、座席２で人体の体動が検出されているか、或いは、座席２が空席であるかの座席状況判定を行っている。従って、図２（ａ）の圧電センサ１の出力信号から着座が常時検出されている一方で、図３（ａ）の圧電センサ１の出力信号から着座が不連続で検出されていることが分かる。よって、図３（ａ）の圧電センサ１の出力信号からは、人体の着座を正常に検出できておらず、この圧電センサ１から心拍信号を検出しようとしても、正確な心拍の検出を行うことができない。
【００３３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の心拍検出装置２０は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄの出力信号を比較する処理を行っている点で、第１実施形態の心拍検出装置２０と異なっている。
図５は、第２実施形態の心拍検出装置２０の機能ブロック図である。心拍検出装置２０は、座席２に設けられた圧電センサ１（１Ａ〜１Ｄ）の出力信号について周波数解析を行う信号処理手段２５と、信号処理手段２５の周波数解析結果に基づいて、座席２に人が着座しているか否か、及び、圧電センサ１の出力信号から抽出される心拍信号候補が人体の心拍信号であるか否かを判定する判定手段２６とを備えている。信号処理手段２５は、上記第１実施形態と同様に第１フィルタ部２１と第２フィルタ部２２と第３フィルタ部２３とを有している。これら第１フィルタ部２１〜第３フィルタ部２３の機能は、第１実施形態の第１フィルタ部１１〜第３フィルタ部１３の機能と同様である。つまり、信号処理手段２５は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行い、判定手段２６は、圧電センサ１の出力信号についての周波数解析結果及び振幅解析結果に基づいて、座席２で物が検出されているか、座席２で人体の着座が検出されているか、座席２で人体の体動が検出されているか、或いは、座席２が空席であるかの座席状況判定を行っている。
本実施形態の第４フィルタ部２４は、第２フィルタ部２２によって周波数解析されることで得られた、心拍波形に相当する周波数範囲の信号成分に対して、平滑化処理及びゼロクロス点抽出を行っている。つまり、第２フィルタ部２２及び第４フィルタ部２４によって信号処理されることで抽出される信号成分は、本発明の第２設定周波数範囲内の周波数を有する信号成分である。
【００３４】
図６（ａ）は、信号処理手段２５に入力される１つの圧電センサ１の出力信号のグラフである。また、図６（ｂ）は、第２フィルタ部２２及び第３フィルタ部２３において信号処理（周波数解析）された後の信号成分について、第１実施形態と同様の座席状況判定を行った結果を説明するグラフである。これらのグラフは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したものと同じである。
【００３５】
図６（ｃ）は、第２フィルタ部２２及び第４フィルタ部２４において信号処理（周波数解析）することで得られた心拍信号候補のグラフである。具体的には、第２フィルタ部２２によって周波数解析した後の信号成分について、第４フィルタ部２４において平滑化処理を行い、及び、ゼロクロス点の抽出（即ち、心拍信号候補の抽出）を行っている。つまり、図６（ｃ）は、圧電センサ１の出力信号に含まれる心拍信号候補のグラフである。
ここで、信号処理手段２５には、座席２に設置されている複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄの出力信号が入力されているので、図６（ｃ）に示す心拍信号候補のデータも圧電センサ１Ａ〜１Ｄと同じ数だけ得られる。つまり、第２実施形態の心拍検出装置２０において、信号処理手段２５は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのそれぞれの出力信号について周波数解析を各別に行っている。そして、周波数解析後の複数の心拍信号候補のデータは判定手段２６に入力される。
【００３６】
ここで、上記心拍信号候補は、座席２における人体の着座の判定結果とは関係なく抽出されるものである。従って、心拍信号候補は、座席２上で発生する人の体動や、物の振動等に起因する信号の可能性もある。そこで、本実施形態では、上述したのと同様に、この心拍信号候補が検出された圧電センサ１の出力信号が、第２フィルタ部２２及び第３フィルタ部２３並びに判定手段２６における周波数解析結果及び振幅解析結果によって人体の着座を示す人体着座波形を含むと判定された場合に、圧電センサ１の出力信号から抽出される心拍信号候補が心拍信号であると判定手段２６が判定するようにした。これにより、心拍信号を一層確実に検出することができる。
更に、心拍信号候補が心拍信号であると判定するためには、次のような方法を用いることもできる。
【００３７】
図７は、座席２に設けられた複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄの出力信号に含まれる心拍信号候補に関するデータを、圧電センサ１（１Ａ〜１Ｄ）毎に示したグラフである。但し、図７では、圧電センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃについてのみ図示している。そして、これら心拍信号候補に関するデータは、信号処理手段２５から判定手段２６に入力される。
圧電センサ１の出力信号から、より確実に心拍信号を抽出するためには、各圧電センサ１の出力信号を比較する手法がある。つまり、同一の心拍（即ち、同一の血流の脈動）を起源とすると見なせる心拍信号候補が複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄで検出されれば、それが心拍信号であることが確実になる。
よって、第２実施形態の心拍検出装置２０において、判定手段２６は、それぞれの出力信号に対する信号処理手段２５の周波数解析結果に基づいて、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのうちの２以上の圧電センサ１の出力信号に含まれる設定周波数範囲（本発明の第２設定周波数範囲）内の信号成分から抽出される２以上の心拍信号候補が所定期間内に存在しており、且つ、上記２以上の圧電センサ１の出力信号に含まれる設定周波数範囲（本発明の第１設定周波数範囲に相当）内の信号成分が上記人体着座波形を含むと判定するとき、当該２以上の心拍信号候補のうちの少なくとも１つが人体の心拍信号であると判定する。
【００３８】
具体的には、図７に示すように、圧電センサ１Ａは心拍信号候補ＰＡ１、ＰＡ２を検出している。また、圧電センサ１Ｂは心拍信号候補ＰＢ１、ＰＢ２を検出し、圧電センサ１Ｃは心拍信号候補ＰＣ１を検出している。先ず、判定手段２６は、時間的に最も早く検出された心拍信号候補ＰＡ１を出力した圧電センサ１Ａを基準にする。そして、判定手段２６は、心拍信号候補ＰＡ１のピーク時刻後の所定期間：ｔＡ１内に他の圧電センサ１で心拍信号候補が検出されている場合、それらの心拍信号候補は心拍信号であると判定する。但し、この心拍信号候補は、第２フィルタ部２２及び第３フィルタ部２３並びに判定手段２６における周波数解析結果及び振幅解析結果によって人体の着座を示す人体着座波形を含むと判定された信号成分を出力した圧電センサ１によって検出されたものである。
【００３９】
つまり、判定手段２６は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのうちの２以上の圧電センサ１の出力信号のそれぞれに含まれる設定周波数範囲（上記第２設定周波数範囲に相当）内の２以上の信号成分の波形（即ち、心拍信号候補）のピーク時刻が同じ期間：ｔＡ１内にそれぞれ存在しており、且つ、上記２以上の圧電センサ１の出力信号のそれぞれに含まれる設定周波数範囲（上記第１設定周波数範囲に相当）内の信号成分が人体着座波形を含むと判定しているとき、それら２以上の信号成分のそれぞれが人体の心拍信号を含むと判定（即ち、上記心拍信号候補が心拍信号であると判定）する。図７に示した心拍信号候補ＰＡ１については、心拍信号候補ＰＢ１及びＰＣ１が期間：ｔＡ１内に存在している。よって、判定手段２６は、心拍信号候補ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＣ１は心拍信号であると判定する。ここで、判定手段２６が、期間：ｔＡ１内に幾つの心拍信号候補が存在すればそれらを心拍信号であると判定するのかは適宜変更可能である。
【００４０】
その後、判定手段２６は、基準とした圧電センサ１Ａが検出した次の心拍信号候補ＰＡ２についても同様の解析を行って、それが心拍信号と見なしても良いか否かを判定する。図７に示した例では、心拍信号候補ＰＡ２、ＰＢ２も心拍信号であると見なされる。
【００４１】
以上のように、座席２に人が着座していると判定された状態において、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄによって検出された心拍信号候補が現れた時刻を互いに比較することで、その心拍信号候補が本当に心拍信号であるのか否かが客観的に判定される。但し、上記期間：ｔＡ１は、同一の血流の脈動に基づく出力と見なし得る時間間隔である。つまり、上記期間：ｔＡ１は、血流の脈動が幾つかの圧電センサ１に伝搬する時間差内に設定される。
【００４２】
また、判定手段２６は、座席２に設置された複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのうち、どの圧電センサ１が人体の心拍信号を高い頻度で検出しているかを判定するために、各圧電センサ１の点数化を行っている。具体的には、判定手段２６は、上述のようにして判定された心拍信号を検出した圧電センサ１に対して点数を与えている。つまり、基準とする圧電センサ１Ａで検出された心拍信号ＰＡ１のピーク時刻から所定期間：ｔＡ２内に他の圧電センサ１Ｃで検出された心拍信号ＰＣ１が存在しているので、各圧電センサ１Ａ、１Ｃには点数が与えられる。図７に示した範囲では、圧電センサ１Ａには１点が、圧電センサ１Ｂには０点が、圧電センサ１Ｃには１点が付けられる。ここで、期間：ｔＡ２≦ｔＡ１で設定してもよい。
そして、判定手段２６は、複数の圧電センサ１Ａ〜１Ｄのうち、１つの圧電センサ１の出力信号に基づく心拍信号を出力する必要があるとき、最も点数の高い圧電センサ１からの心拍信号を出力するように構成される。
【００４３】
＜別実施形態＞
＜１＞
第２実施形態の心拍検出装置２０では、基準とする心拍信号候補のピーク時刻後の所定期間内に他の心拍信号候補のピーク時刻が存在しているか否かを判定していたが、基準とする圧電センサの出力信号から抽出された心拍信号候補のピーク時刻の前後の所定期間内に、他の圧電センサの出力信号から抽出された心拍信号候補のピーク時刻が存在しているか否かを判定するように改変してもよい。例えば、図８は、座席に設けられた複数の圧電センサの出力信号に含まれる心拍信号候補に関するデータを、圧電センサ毎に示したグラフである。そして、判定手段２６は、基準とする圧電センサ１Ａの心拍信号候補のピーク時刻の前後の所定期間：２×ｔＡ１（ピーク時刻前の期間：ｔＡ１とピーク時刻後の期間：ｔＡ１との和。以下、同様。）に他の心拍信号候補のピーク時刻が存在しているか否かを判定している。
【００４４】
また、各圧電センサ１の点数化も同様に行われる。
具体的には、圧電センサ１Ａを基準とすると、心拍信号ＰＡ１のピーク時刻から所定期間：２×ｔＡ２（ピーク時刻前の期間：ｔＡ２とピーク時刻後の期間：ｔＡ２との和。以下、同様。）内に他の圧電センサ１Ｃで検出された心拍信号ＰＣ１が存在しているので、各圧電センサ１Ａ、１Ｃには点数が与えられる。
また、圧電センサ１Ｂを基準とすると、心拍信号ＰＢ１のピーク時刻から所定期間：ｔＢ２内に他の圧電センサ１Ｃで検出された心拍信号ＰＣ１が存在しているので、各圧電センサ１Ｂ、１Ｃには点数が与えられる。
更に、圧電センサ１Ｃを基準とすると、心拍信号ＰＣ１のピーク時刻から所定期間：ｔＣ２内に他の圧電センサ１Ａ、１Ｂで検出された心拍信号ＰＣ１が存在しているので、各圧電センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃには点数が与えられる。
【００４５】
＜２＞
判定手段２６は、基準とする圧電センサから出力される心拍信号候補のピーク時刻について上記判定を行うだけでなく、他の圧電センサから出力される心拍信号候補についても上記判定を行うように改変してもよい。つまり、図８に例示するように、判定手段２６は、圧電センサ１Ｂの心拍信号候補ＰＢ１についても、そのピーク時刻の前後の所定期間：２×ｔＢ１内に他の圧電センサから出力される心拍信号候補のピーク時刻が存在しているか否かを判定する。そして、判定手段２６は、期間：２×ｔＢ１内に他の圧電センサから出力される心拍信号候補のピーク時刻が存在しているとき、その期間：２×ｔＢ１内に存在している心拍信号候補ＰＡ１、ＰＣ１が心拍信号であると見なす。同様に、判定手段２６は、圧電センサ１Ｃの心拍信号候補ＰＣ１についても、そのピーク時刻の前後の所定期間：２×ｔＣ１内に他の圧電センサから出力される心拍信号候補のピーク時刻が存在しているか否かを判定する。そして、判定手段２６は、期間：２×ｔＣ１内に他の圧電センサから出力される心拍信号候補のピーク時刻が存在しているとき、その期間：２×ｔＣ１内に存在している心拍信号候補ＰＡ１、ＰＢ１が心拍信号であると見なす。
【００４６】
＜３＞
判定手段２６が、上述した所定期間内に存在する心拍信号候補の全てを心拍信号と見なすのではなく、基準とする圧電センサから出力される心拍信号候補のみを心拍信号と見なすように構成してもよい。
つまり、判定手段２６は、複数の圧電センサのそれぞれの出力信号に対する信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、上記１つの圧電センサ及び上記他の圧電センサの出力信号に含まれる第１設定周波数範囲内の信号成分が人体着座波形を含むと判定するとき、第１心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成してもよい。
【００４７】
具体的には、図８に例示するように、心拍信号候補ＰＡ１を基準とすると、心拍信号候補（第１心拍信号候補）ＰＡ１のピーク時刻の前後の所定期間：ｔＡ１内に、他の心拍信号候補（第２心拍信号候補）ＰＢ１、ＰＣ１のピーク時刻が存在している。但し、この心拍信号候補は、第２フィルタ部２２及び第３フィルタ部２３並びに判定手段２６における周波数解析結果及び振幅解析結果によって人体の着座を示す人体着座波形を含むと判定された信号成分を出力した圧電センサ１によって検出されたものである。
よって、判定手段２６は、基準とした心拍信号候補ＰＡ１は心拍信号であると判定するが、他の心拍信号候補ＰＢ１、ＰＣ１は心拍信号であると判定しない。これは、心拍信号候補ＰＢ１、ＰＣ１などを基準とした場合も同様である。ここで、判定手段２６が、所定期間内に他の心拍信号候補が幾つ存在すれば、基準とした心拍信号候補を心拍信号であると判定するのかは適宜変更可能である。
【００４８】
或いは、判定手段２６が、所定期間内に存在する心拍信号候補の全てを心拍信号と見なすのではなく、基準とする圧電センサから出力される心拍信号候補の他の心拍信号候補を心拍信号と見なすように構成してもよい。
つまり、判定手段２６は、複数の圧電センサのそれぞれの出力信号に対する信号処理手段の周波数解析結果に基づいて、複数の圧電センサのうちの１つの圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第１信号成分から抽出される第１心拍信号候補のピーク時刻から所定期間内に、複数の圧電センサのうちの他の圧電センサの出力信号に含まれる第２設定周波数範囲内の第２信号成分から抽出される第２心拍信号候補が存在しており、且つ、上記１つの圧電センサ及び上記他の圧電センサの出力信号に含まれる第１設定周波数範囲内の信号成分が人体着座波形を含むと判定するとき、第２心拍信号候補が人体の心拍信号であると判定するように構成してもよい。
【００４９】
具体的には、図８に例示するように、心拍信号候補ＰＡ１を基準とすると、心拍信号候補（第１心拍信号候補）ＰＡ１のピーク時刻の前後の所定期間：ｔＡ１内に、他の心拍信号候補（第２心拍信号候補）ＰＢ１、ＰＣ１のピーク時刻が存在している。但し、この心拍信号候補は、第２フィルタ部２２及び第３フィルタ部２３並びに判定手段２６における周波数解析結果及び振幅解析結果によって人体の着座を示す人体着座波形を含むと判定された信号成分を出力した圧電センサ１によって検出されたものである。
よって、判定手段２６は、基準とした心拍信号候補ＰＡ１の他の心拍信号候補ＰＢ１、ＰＣ１は心拍信号であると判定するが、基準とした心拍信号候補ＰＡ１は心拍信号であると判定しない。これは、心拍信号候補ＰＢ１、ＰＣ１などを基準とした場合も同様である。ここで、判定手段２６が、所定期間内に他の心拍信号候補が幾つ存在すれば、それら他の心拍信号候補を心拍信号であると判定するのかは適宜変更可能である。
【００５０】
＜４＞
座席２に対する圧電センサ１の設置数、設置位置は適宜調整可能である。例えば、座席２の着座部分のうち、人体の大腿部が接する部位に複数の圧電センサ１を配列する方法などもある。
【００５１】
＜５＞
上記実施形態において、上記第１設定周波数範囲と上記第２設定周波数範囲とが同一の周波数帯域の場合や、一部が互いにオーバーラップする周波数帯域の場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態の心拍検出装置の機能ブロック図
【図２】（ａ）は圧電センサの出力信号のグラフであり、（ｂ）は座席状況判定を行った結果を説明するグラフ
【図３】（ａ）は圧電センサの出力信号のグラフであり、（ｂ）は座席状況判定を行った結果を説明するグラフ
【図４】図２（ａ）に示した圧電センサの出力信号に対して、第２フィルタ部及び第３フィルタ部による信号処理（周波数解析）が行われた後の信号成分の波形を示すグラフ
【図５】第２実施形態の心拍検出装置の機能ブロック図
【図６】（ａ）は圧電センサの出力信号のグラフであり、（ｂ）は座席状況判定を行った結果を説明するグラフであり、（ｃ）は第２フィルタ部及び第４フィルタ部において信号処理することで得られた心拍信号候補のグラフ
【図７】座席に設けられた複数の圧電センサの出力信号に含まれる心拍信号候補に関するデータを、圧電センサ毎に示したグラフ
【図８】座席に設けられた複数の圧電センサの出力信号に含まれる心拍信号候補に関するデータを、圧電センサ毎に示したグラフ
【符号の説明】
【００５３】
１  圧電センサ
２  座席
１０  心拍検出装置
１５  信号処理手段
１６  判定手段
２０  心拍検出装置
２５  信号処理手段
２６  判定手段
【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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