(57)【要約】【課題】車両に設けられ、運転者の呼気に含まれるアルコールを精度高く検出するアルコール検出装置を提供すること。【解決手段】アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた水晶振動子と、前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去するための手段とを含む検証用のデータ作成手段と、を備えるように検出装置を構成し、アルコールによる周波数変化を明確にする。【選択図】図５
2009281822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、
前記アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第１の水晶振動子と、
前記第１の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、
前記第１の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第１の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去するための手段とを含む検証用のデータ作成手段と、
を備えたことを特徴とするアルコール検出装置。
【請求項２】
前記検証用のデータ作成手段は、請求項１に記載された構成とする代わりに前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、これら各時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のアルコール検出装置。
【請求項３】
運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第２の水晶振動子と、
前記第２の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、
前記第２の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第２の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを含む比較用のデータ作成手段と、
前記比較用のデータと前記検証用のデータとに基づいてアルコールを検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のアルコール検出装置。
【請求項４】
前記比較用のデータ作成手段は、請求項３に記載された構成とする代わりに前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、これら各時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載のアルコール検出装置。
【請求項５】
脈流部分の除去は時系列データに対して移動平均をとることにより行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のアルコール検出装置。
【請求項６】
運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置を備えた車両において、
請求項１ないし５のいずれか一つに記載のアルコール検出装置と
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記運転者の操作による車両の走行を制限するための制御部と、
を備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両に搭載されるアルコール検出装置とそのアルコール検出装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに罰則や取り締まりの強化などの対策がなされているにもかかわらず、運転者の飲酒運転による自動車などの車両が引き起こす事故は後を絶たない状況にあり、死亡事故などの重大事故が引き起こされている。このため、車両に運転者が飲酒状態であるか否かを判断し、運転者が飲酒状態と判断された場合にはそのエンジンを始動させないようにするアルコール・インターロック装置を設けることについて検討されている。
【０００３】
飲酒状態の指標となるアルコールを検出するセンサとして半導体センサにより構成された呼気式のアルコールセンサがあり、このアルコールセンサは、運転者が所定の部位に息を吹きかけることで、その呼気に含まれるアルコール臭気を検出するものである。このようなアルコールセンサを用いて前記アルコール・インターロック装置を構成することが考えられるが、このアルコールセンサは車両に搭載した場合にアルコールに対して十分な感度が得られない場合があるので、運転者がそのセンサの所定の部分に積極的に息を吹きかけなければ正確なアルコールの検出を行うことが難しく、ユーザへの受容性が低い。このような理由から、このアルコールセンサは単にアルコール臭気の濃度を測定してそのデータを取得する目的でのみ使用されることが多いのが現状である。
【０００４】
そこで、水晶片により構成された水晶振動子を用いた水晶センサを車両内に設けてアルコールを検出することが検討されている。この水晶センサは水晶発振回路を構成する前記水晶振動子にアルコールを吸着させ、その発振周波数（共振周波数）の時系列データの変化を捉えることにより、当該アルコールを感知するものであり、このセンサを利用することでアルコール臭気に対する感度を高めることができると考えられている。
【０００５】
しかし、車両が悪路を走る場合に車体が受ける衝撃が水晶振動子に伝わり、当該水晶振動子の発振が影響を受け、発振周波数が変動し、その時系列データに一時的に急峻な変化を示す脈流がノイズとして生じるおそれがある。そして、脈流の発生が続くと、アルコールによる周波数変化が捉えられなくなってしまうおそれがある。具体的に例えばこの時系列データにおいて所定の時間、周波数が一定範囲のまま推移した場合に、運転者が飲酒状態であるか否かを判定するように判定手段が構成されている場合、この周波数変動によって周波数がその範囲を越えてしまうことにより、運転者が飲酒をしているのに飲酒をしていないものと前記判定手段が判定してしまう懸念がある。
【０００６】
また、このようにアルコールに対する感度が高まったときに、運転者が飲酒をしておらず、車両に乗り込んだ同伴者が飲酒をしているような場合、その同伴者の臭気を検出してエンジンを始動させないようなケースが発生するおそれがある。このような運用面の問題もアルコール・インターロック装置を設けることが阻害される要因となっていた。
【０００７】
ところで、特許文献１にはアルコールセンサを利用してインターロックを行う方法について記載されているが、上記の問題については記載されていない。特許文献２には、水晶片の異なる領域に個別に振動する領域を形成し、各振動領域の周波数の差分を演算することで振動の影響を抑える水晶センサを用いた感知装置について記載されている。水晶振動子は周囲の温度によりその発振周波数が変化するという温度特性を持ち、この温度特性の影響を避けるために上記の構成をとることは有効であるが、上記のように自動車は悪路を走る場合があるため、水晶片の各振動領域に夫々異なる応力が加わり、互いに異なる周波数変化が起こる場合がある。従って、車内の悪条件下でアルコール検出を行うためにはこの構成では不十分である。
【特許文献１】特開２００４−２４９８４７
【特許文献２】特開２００６−３３１９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は車両に設けられ、運転者の呼気に含まれるアルコールを精度高く検出するアルコール検出装置と、このアルコール検出装置の検出結果により前記運転者の操作によるその走行が制限される車両と、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のアルコール検出装置は、車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、
前記アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第１の水晶振動子と、
前記第１の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、
前記第１の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第１の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去するための手段とを含む検証用のデータ作成手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記検証用のデータ作成手段は、上記の構成とする代わりに前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、これら各時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを備えていてもよい。
【００１０】
運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、
当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第２の水晶振動子と、
前記第２の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、
前記第２の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第２の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを含む比較用のデータ作成手段と、
前記比較用のデータと前記検証用のデータとに基づいてアルコールを検出する検出手段と、
を備えていてもよく、前記比較用のデータ作成手段は、上記の構成とする代わりに前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、これら各時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを備えていてもよい。
【００１１】
脈流部分の除去は例えば時系列データに対して移動平均をとることにより行われる。
【００１２】
本発明の車両は、運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置を備えた車両において、
上述のアルコール検出装置と
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記運転者の操作による車両の走行を制限するための制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアルコール検出装置は、運転者の呼気中のアルコールを吸着するための吸着層が形成され、その吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、前記アルコールが吸着されない基準用（参照用）の振動領域とが形成された水晶振動子を備え、前記水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成し、この時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去している。従って、前記検証用の時系列データにおけるアルコールによる変化が脈流部分により紛れることが抑えられるので、この変化を明確に捉えることができるため、アルコール検出精度の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本実施の形態に係るアルコール検出装置について説明する。図１（ａ）（ｂ）は、アルコール検出装置１０が搭載された自動車１の外観の一例を示したものであり、アルコール検出装置１０は、水晶振動子を含んだセンサ部２Ａ，２Ｂと、その後段に接続されたセンサ部２Ａ，２Ｂからの周波数を演算する処理部４と、により構成されている。また、処理部４は後述するように自動車１のエンジンの動作などを制御する制御部５に接続されている。
【００１５】
運転席１１、助手席１２の上部には夫々前記センサ部２Ａ，２Ｂが設けられており、これらは運転席１１に座った運転者、助手席１２に座った助手の夫々の呼気に含まれるアルコール臭気を検出する。センサ部２Ａ，２Ｂは夫々同様に構成されており、図２（ａ）（ｂ）には代表してセンサ部２Ａの構成を示している。センサ部２Ａ，２Ｂは前記運転者、助手から夫々極力近い位置に設けることが、呼気のアルコールを確実に検出するために好ましい。
【００１６】
センサ部２Ａは例えばセラミックスからなる上側が開放されたパッケージ２１と、パッケージ２１内に設けられた基板２２と、水晶振動子３とを備えている。基板２２には例えば貫通孔２３が設けられており、水晶振動子３はその貫通孔をふさぐように設けられている。これによって水晶振動子３は、その裏面がパッケージ２１の表面と前記貫通孔２３とにより構成される密閉空間２４に接し、且つその表面が車内の雰囲気に接する例えばランジュバン型の水晶振動子として構成されている。尚、水晶振動子を含むセンサには貫通孔が設けられていなくても良く、また、ランジュバン型の水晶振動子に限定されるものでもない。
【００１７】
水晶振動子３は例えばＡＴカットにより形成された円形の水晶片３１と、例えば金からなる電極３２、３３、３４、３５とから構成されている。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は水晶振動子３の夫々表面、裏面、側面を夫々示している。電極３２〜３５は水晶片３１の表裏を夫々直径方向に沿って区画して見た場合における各半円領域において夫々矩形状に形成され、その矩形の周の一部が水晶片３１の外方へ向けて引き出されるように形成されている。
【００１８】
水晶振動子３の各電極３２〜３５において前記水晶片３１の外方へ向けて引き出された部分は、基板２２に設けられた電極２５ａ〜２５ｄに導電性接着剤２６を介して接着されており、また電極２５ａ〜２５ｄは基板２２内、パッケージ２１内に夫々設けられた導電路２７、２８を介してパッケージ２１の裏面に設けられた電極２９ａ〜２９ｄに夫々電気的に接続されている。従って、水晶振動子３の各電極３２〜３５がこれらの電極２９ａ〜２９ｄに夫々電気的に接続されている。
【００１９】
水晶片３１の面内では電極３２と３３と、電極３４と３５とが夫々互いに対向している。そして、水晶片３１においてこれら電極３２、３３に挟まれる領域と、電極３４，３５に挟まれる領域は振動領域３Ａ，３Ｂとして構成されている。電極３２、３３により振動領域３Ａが、電極３４、３５により振動領域３Ｂが夫々独立して振動し、周波数信号を出力することができる。各電極３２〜３５は、周波数温度特性を揃えるという目的を逸脱しない範囲において、互いの厚さをわずかに変えて各振動領域における主モードの発振周波数を例えば５０ｋＨｚ異ならせている。この例では振動領域３Ａが基準用の振動領域、振動領域３Ｂがアルコール検出用の振動領域として夫々構成される。
【００２０】
つまり、この水晶振動子３については１つの水晶片３１が２つの水晶振動子の機能を有するように構成されており、また前記各振動領域３Ａ、３Ｂは共通の水晶片３１に形成されているため、周囲の温度が変化したときに夫々の振動領域３Ａ，３Ｂから出力される発振周波数の変化量がほぼ揃った周波数温度特性を得ることができ、また自動車１の車体から受ける振動から受ける周波数の変化量についてもこのように各振動領域を１つの水晶片３１に構成することで、その差を抑えることができる。
【００２１】
前記振動領域３Ａにおいて車内の雰囲気に接するように構成された電極３２には、例えば図４（ａ）に示すように自動車１内の雰囲気に含まれるアルコール７１と反応しない吸着膜（感応膜）とは異なる誘電体からなる非感応膜であるブロック層７２が形成されている。ブロック層７２は、電極３２表面へのアルコール７１の吸着による振動領域３Ａから出力される発振周波数「Ｆ１」の変化を防ぐ役割を果たす。ここで電極３２は、ブロック層７２により被覆されずに剥き出しの状態としてもよいが、当該電極３２へのアルコール７１の吸着をより確実に抑えるためこのようなブロック層７２として設けることが好ましい。
【００２２】
また、振動領域３Ｂにおいて車内の雰囲気に接するように構成された電極３４には、例えば図４（ｂ）に示すようにアルコール７１と選択的に化学反応して結合する、例えば、ポリスチレン等のポリマー系物質に電荷を加えた誘電体からなる感応膜（吸着膜）である吸着層７３が設けられている。吸着層７３に対してアルコール７１が吸着されることによる質量負荷効果を利用して、振動領域３Ｂから出力される発振周波数を変化させ、その変化した発振周波数Ｆ２を取り出すことができる。この吸着層７３にアルコール７１が吸着された後、アルコール濃度の低いエア雰囲気に曝されることで、その吸着されたアルコール７１は当該吸着層７３から離れて、振動領域３Ｂから出力される発振周波数が変化する。
【００２３】
ここで水晶振動子３に設けられた第１の振動領域３Ａ及び第２の振動領域３Ｂは、センサ部２Ａ内にて共通の雰囲気に置かれるため、各々の領域２５ａ、２５ｂが置かれる温度条件はほぼ一致する。またこれらの領域２５ａ、２５ｂは共通の水晶片３１上に設けられているので、振動領域３Ａから出力される発振周波数「Ｆ１」と、振動領域３Ｂから出力される発振周波数「Ｆ２」とは互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになっている。
【００２４】
運転席１１側に設けられたセンサ部２Ａについて説明してきたが、助手席１２側に設けられたセンサ部２Ｂはセンサ部２Ａと同様に構成されており、センサ部２Ａと同様の水晶振動子３を備えている。これ以降は便宜上、振動領域３Ａに相当する領域を振動領域３Ｃ、振動領域３Ｂに相当する領域を振動領域３Ｄとし、これら振動領域３Ｃ、３Ｄから出力される周波数をＦ３、Ｆ４とする。発振周波数「Ｆ１」「Ｆ２」と同様に、振動領域３Ｃ、３Ｄから出力される発振周波数「Ｆ３」「Ｆ４」は互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになっている。
【００２５】
図５はアルコール検出装置１０のブロック図である。この図を参照しながらセンサ部２Ａ，２Ｂに接続された処理部４について説明する。処理部４は、発振回路４１Ａ〜４１Ｄ、スイッチ４３，４５、測定回路部４４，４６及び演算部５を備えている。センサ部２Ａの後段、センサ部２Ｂの後段には前記発振回路４１Ａ〜４１Ｄが設けられており、これら各発振回路４１Ａ〜４１Ｄにより各振動領域３Ａ〜３Ｄが発振する。
【００２６】
発振回路４１Ａ,４１Ｂの後段には、センサ部２Ａの各チャンネルからの出力信号を順次その後段の測定回路部４４に取り込むためのスイッチ部４３が設けられている。スイッチ部４３は、２つの発振回路４１Ａ、４１Ｂからの周波数信号を時分割して取り込む役割を果たし、各チャンネルの発振周波数を並行して求めることが可能となる。例えば１秒間をｎ分割（ｎは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、厳密には完全に同時に測定しているわけではないが、１秒間に少なくとも１回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することが可能となる。発振回路４１Ｃ,４１Ｄの後段に設けられたスイッチ部４５もスイッチ部４３と同様にセンサ部２Ｂの各チャンネルの周波数信号を順次その後段の測定回路部４６に取り込む役割を有している。
【００２７】
本例では測定回路部４４、４６は入力信号である周波数信号をディジタル処理して、各チャンネルの発振周波数を測定する役割を果たす。
【００２８】
続いて、測定回路部４４，４６の後段に設けられた演算部５について説明する。演算部５は、バス５１を備えており、バス５１にはＣＰＵ（中央演算処理装置）５２、データ処理プログラム５３、ノイズ除去プログラム５４を格納した記憶手段、第１メモリ５５、第２メモリ５６、第３メモリ５７及び既述の測定回路部４４，４６が接続されている。
【００２９】
データ処理プログラム５３は測定回路部４４，４６から出力される信号に基づいて各チャンネルの発振周波数に係わる時系列データを取得し、第１メモリ５５に格納する役割を果たす。またこのデータ取得動作と同時に、同一の時間帯における発振周波数「Ｆ１」と発振周波数「Ｆ２」との各時系列データの差分値「Ｆ１−Ｆ２」、発振周波数「Ｆ３」と発振周波数「Ｆ４」との各時系列データの差分値「Ｆ３−Ｆ４」を夫々演算し、さらに同一の時間帯におけるこれらのデータ「Ｆ１−Ｆ２」と「Ｆ３−Ｆ４」との差分「(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)」を演算して、これらの差分値の時系列データを取得する。そして取得した時系列データを第２メモリ５６に格納する。
【００３０】
ノイズ除去プログラム５４は、第２メモリに記憶された「Ｆ１−Ｆ２」、「Ｆ３−Ｆ４」、「(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)」の各時系列データについて例えばある所定の時点から若干過去に遡った所定の時点までの複数個の連続したデータの移動平均を、これら時系列データについて最新のデータが得られる度に順次演算し、これらの時系列データ「Ｆ１−Ｆ２」、「Ｆ３−Ｆ４」、「(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)」から夫々処理されて出力された時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」、「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」を第３のメモリ５７に格納する。
【００３１】
図６，図７に測定回路部４６で信号処理されて演算部５に出力された発振周波数「Ｆ１」「Ｆ２」、差分値のデータ「Ｆ１−Ｆ２」及び「（Ｆ１−Ｆ２）’」の一例について示す。グラフ中時刻ｔ１は運転者が車内で飲酒を行い、その運転者の呼気がセンサ部２Ａに流れ、その呼気中のアルコールがセンサ部２Ａの吸着層７３に吸着された時刻である。時刻ｔ２は運転者が車を降り、その呼気がセンサ部２Ａに流れなくなり、センサ部２Ａの周囲のアルコール濃度が低下して、アルコールが吸着層７３から離脱する時刻である。
【００３２】
上記のようにこのアルコール検出装置１０では同じ水晶片３１に振動領域３Ａ，３Ｂを形成しているので、別々の水晶片に各振動領域を形成する場合に比べて、振動領域３Ａ，３Ｂに加えられる衝撃に差が生じることが抑えられているが、しかし自動車１が悪路を走行したりアイドリングする場合などは車体が激しく振動し、各振動領域３Ａ，３Ｂに加えられる衝撃が互いに異なるため、図６（ａ）（ｂ）に示すようにその衝撃により、発振周波数「Ｆ１」、「Ｆ２」の時系列データにおいて、同じ時刻に互いに異なる大きさの脈流が現れる場合がある。
【００３３】
時刻ｔ１〜ｔ２の間、アルコールの吸着により本来なら時刻ｔ１以前、ｔ２以後に比べて発振周波数「Ｆ１」は周波数が低い状態に維持されるが、上記のように発振周波数「Ｆ１」、「Ｆ２」の時系列データに脈流が発生している結果として、図６（ｃ）に示すようにこれらの周波数の差分データである「Ｆ１−Ｆ２」においても脈流がノイズとして残り、従って、この差分データ「Ｆ１−Ｆ２」からはノイズに紛れてアルコールによる振動領域３Ａ，３Ｂ間の周波数変化が検出できない場合がある。そこで、この「Ｆ１−Ｆ２」の移動平均を演算することで、時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」を出力する。この「（Ｆ１−Ｆ２）’」は上記の振動による脈流部分がノイズとして除去されているか低減されているので、図６（ｄ）に示すようにセンサ部２Ａにおけるアルコールによる振動領域３Ａに対する振動領域３Ｂの周波数の変動が明確になっている。
【００３４】
また、この例ではセンサ部２Ｂでセンサ部２Ａと同じ水晶振動子３を用いており、センサ部２Ａの振動領域３Ｂ、センサ部２Ｂの振動領域３Ｄは夫々周囲の雰囲気のアルコール濃度が同じように変化した場合に略同じように発振する信号の周波数が変動する。振動領域３Ａ，３Ｂに加えられる衝撃が互いに異なった場合と同様に振動領域３Ｃ，３Ｄに加えられる衝撃が互いに異なることによって、図７（ａ）、（ｂ）に夫々示すように発振周波数「Ｆ３」、「Ｆ４」の時系列データにおいても上記の発振周波数「Ｆ１」、「Ｆ２」の時系列データと同様に、同じ時刻に互いに異なる大きさの脈流が現れ、時系列データ「Ｆ３−Ｆ４」に脈流がノイズとして残る場合がある。そこで、この例では前記「（Ｆ１−Ｆ２）」から「（Ｆ１−Ｆ２）’」を算出するのと同様に、図７（ｃ）に示す「Ｆ３−Ｆ４」の移動平均を演算することで、図７（ｄ）に示すように脈流部分をノイズとして除去ないし低減した時系列データ「（Ｆ３−Ｆ４）’」を出力し、アルコールによる振動領域３Ｃに対する振動領域３Ｄの周波数の変動を明確にしている。図に示した例では助手が飲酒をしておらず、運転者の呼気が僅かに助手席側のセンサ部２Ｂに流れてその呼気中のアルコールがセンサ部２Ｂに付着しているだけなので、「（Ｆ３−Ｆ４）’」の周波数の変化量は「（Ｆ１−Ｆ２）’」の変化量よりも小さくなっている。
【００３５】
また、「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}」の移動平均「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」を演算することで、センサ部２Ａの各振動領域間の変動とセンサ部２Ｂの各振動領域間の変動との差、つまりセンサ部２Ａ，２Ｂでどちらにアルコールが多く吸着されているかを明確にしている。図８（ａ）、（ｂ）は図６及び図７で示したＦ１〜Ｆ４に基づいて演算される「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}」、「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」の夫々一例である。そして、後述するように制御部６がこれらの周波数の時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」、「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」に基づいて、エンジンの動作の制御を行う。
【００３６】
データ処理部５のバス５１には例えばコンピュータからなる制御部６が接続されている。制御部６は上記のノイズが低減された各時系列データ（Ｆ１−Ｆ２）’、（Ｆ３−Ｆ４）’及び{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’に基づいて、後述するように運転者が飲酒状態であるか否かを判定し、これらの各時系列データと共にその飲酒状態の判定結果を当該制御部６に接続されたディスプレイなどにより構成された表示部６１に表示する。
【００３７】
また、制御部６１には例えば自動車１の速度を制限するスピードリミッタを含み、エンジンの動作を制御するためのエンジンコントローラ６２が接続されている。エンジンコントローラ６２からは制御部６にその動作状態に応じた信号が出力され、制御部６はその信号と運転者が飲酒状態であるか否かの判定結果とに基づいてエンジンコントローラ６２に制御信号を出力し、作動中のエンジンの動作を抑制して自動車１の走行速度を低下させた後、自動車１を停止させたり、あるいは停止状態を維持させ、運転者の操作による自動車１の走行を制限する。また、制御部６が、運転者が飲酒状態であると判定した場合にはアラーム発生部６３に信号を送信し、その信号を受けたアラーム発生部６３が車内にアラームを鳴らす。
【００３８】
また、制御部６にはキー検出部６４が接続されている。キー検出部６４は自動車のキーの位置を検出する位置検出手段を備えており、キーが車外から車内に持ち込まれるとキー検出部６４は制御部６にそれに対応した電気信号を送信し、その信号を受けた制御部６が例えば処理部４の不図示の電源スイッチをオンにして当該処理部４が起動し、各発振回路４１Ａ〜４１Ｄにより各振動領域３Ａ〜３Ｄが発振すると共にスイッチ４３、４５が切り替わり、周波数の測定が開始される。また、それとは逆にキーが車内から車外に持ち出されると、キー検出部６４は、制御部６にそれに対応した電気信号を送信し、制御部６が処理部４の電源スイッチを落とし、各発振回路４１Ａ〜４１Ｄによる各振動領域３Ａ〜３Ｄの発振及びスイッチ４３，４４の切り替わりが停止する。このようないわゆるスタンバイ機能を有することで、振動領域が常時発振する場合に比べて、消費電力を低下させることができるので好ましい。
【００３９】
次に上述の自動車１においてアルコール臭気が検出される手順について説明する。先ず、例えば運転者によりこの自動車１のキーが車内に持ち込まれ、キー検出部６４がそれを検出し、制御部６に電気信号を送信する。制御部６は処理部４を起動させ、センサ部２Ａの振動領域３Ａ、３Ｂ及びセンサ部２Ｂの振動領域３Ｃ、３Ｄが発振を開始する。振動領域３Ａ，３Ｂから出力される周波数信号及び振動領域３Ｃ，３Ｄから出力される周波数信号は夫々時分割されて、測定回路部４４，４６に夫々取り込まれ、Ａ／Ｄ変換された後、各ディジタル値が信号処理される。そして振動領域３Ａ，３Ｂの周波数信号から、前記周波数「Ｆ１、Ｆ２」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば１／２秒ずつ、ずれて）第１メモリ５５に記憶されると共に振動領域３Ａ，３Ｂの周波数信号から、前記周波数「Ｆ３、Ｆ４」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば１／２秒ずつ、ずれて）第１メモリ６８に記憶される動作が継続される。
【００４０】
運転席１１に運転者が、助手席に助手が夫々座ると、夫々の呼気がセンサ部２Ａ，センサ部２Ｂに流れる。そして、運転者の呼気中にアルコールが含まれている場合にはそのアルコールがセンサ部２Ａの振動領域３Ｂの吸着層７３に吸着され、質量負荷効果によりこの振動領域３Ｂから出力される周波数「Ｆ２」が低下する。同様に助手の呼気中にアルコールが含まれている場合、そのアルコールがセンサ部２Ｂの吸着層７３に吸着され、質量負荷効果により振動領域３Ｄから出力される周波数「Ｆ４」が低下する。呼気に含まれるアルコールが多いほど、吸着層７３に吸着されるアルコールが多くなり、周波数の低下が大きくなる。つまり呼気のアルコール濃度と、各振動領域３Ｂ，３Ｄの周波数の低下とは対応するため、この周波数の低下に基づいて運転者が飲酒状態であるか否かを判断することができる。
【００４１】
このようにして各振動領域３Ａ〜３Ｄから出力された周波数の時系列データは第１メモリ５５に記憶されると共に、周波数「Ｆ２」と周波数「Ｆ１」との差分及び周波数「Ｆ３」と「Ｆ４」との差分が演算され、これら差分の時系列データ「Ｆ１−Ｆ２」，「Ｆ３−Ｆ４」が第２メモリ５６に記憶される。また、これら「Ｆ１−Ｆ２」，「Ｆ３−Ｆ４」と同時にこれら振動領域３Ａ，３Ｂ間の周波数の差分の時系列データ「{（Ｆ１−Ｆ２）−（Ｆ３−Ｆ４）}」が第２のメモリ５６に記憶される。
【００４２】
これらの差分の周波数は、各振動領域からの周波数を順次演算部５に取り込むタイミングの中で求めるようにしてもよく、例えば「Ｆ１−Ｆ２」を求める場合においては振動領域３Ａの周波数「Ｆ１」を取り込み、次いで振動領域３Ｂの周波数「Ｆ２」を取り込んだ後、「Ｆ１」から「Ｆ２」を差し引いて、その差分を第２メモリ５６に書き込むといった手法でもよいし、各振動領域の周波数の時系列データを取得した後、これらデータの時間軸を合わせて、差分の時系列データを作成してもよい。
【００４３】
処理部４は、差分の時系列データ「Ｆ１−Ｆ２」，「Ｆ３−Ｆ４」，「{（Ｆ１−Ｆ２）−（Ｆ３−Ｆ４）}」の作成を続ける一方で、これら時系列データにおいて所定の時点から過去へ遡った連続する複数のデータの移動平均を順次演算することでノイズを除去した時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」及び「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」を算出し、これらのデータが第３のメモリ５７に記憶されると共に表示部６１に表示される。
【００４４】
このように時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」及び「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’」を演算しながら、制御部６は図９に示すフローチャートに従って運転者が飲酒をしているか否かを判定する。先ず、制御部６は、第３の記憶部５７に記憶された「（Ｆ１−Ｆ２）’」が、その最新のデータが得られた時点から例えば３０秒程度過去に遡った所定の期間において予め設定された第１の基準値以上に保たれているか否かを判定する（ステップ１）。第１の基準値は運転者が飲酒をしているか否かの指標となる数値であるが、同じ車内の雰囲気にセンサ部２Ａ，２Ｂが設けられているため、助手が飲酒している場合にその呼気中のアルコールが運転席１１側へと流れ込み、そのセンサ部２Ａに吸着することも考えられる。そこで、第１の基準値はそのように助手席１２側からのアルコールの流れ込みがあったとしても運転者が飲酒していると判断されるような比較的高い値に設定され、この「（Ｆ１−Ｆ２）’」が第１の基準値以上である場合に制御部６は運転者が飲酒状態であると判定する。
【００４５】
制御部６は、「（Ｆ１−Ｆ２）’」が第１の基準値よりも低いと判定した場合に、続いてこの「（Ｆ１−Ｆ２）’」が前記所定の期間、予め設定された第２の基準値以上に保たれているか否かを判定する（ステップ２）。この第２の基準値は運転者が飲酒をしているか否かの指標となる数値であるが、第１の基準値よりも低い値である。そして、「（Ｆ１−Ｆ２）’」が第２の基準値よりも低い場合、制御部６は運転者が飲酒状態ではないと判定する。
【００４６】
前記（Ｆ１−Ｆ２）’が前記第２の基準値以上に保たれている場合、続いて制御部６はその所定の期間において（Ｆ３−Ｆ４）’が第３の基準値以上であるか否かを判定する（ステップ３）。この第３の基準値は、助手が飲酒をしているか否かの指標となる数値であり、例えば第２の基準値と同じ数値である。そして、制御部６が（Ｆ３−Ｆ４）’について第３の基準値よりも低いと判定した場合、この場合は助手が飲酒をしておらず、運転者の呼気中のアルコールにより（Ｆ１−Ｆ２）’が前記第２の基準値以上になっているものと考えられるので、制御部６は運転者が飲酒状態であると判定する。
【００４７】
（Ｆ３−Ｆ４）’が第２の基準値以上である場合は、続いて制御部６は{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’について判定する（ステップ４）。ここで{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’が予め設定された第４の基準値例えば０よりも大きい、つまりセンサ部２Ａにおける周波数の低下がセンサ部２Ｂにおける周波数の低下に比べて大きくなっている場合は、運転者の呼気中のアルコール濃度が助手の呼気中のアルコール濃度より高い場合なので、運転者が飲酒状態であると判定する。
【００４８】
逆に{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’が前記第３の基準値よりも低い、つまりセンサ部２Ｂの周波数の低下がセンサ部２Ａの周波数の低下に比べて大きくなっている場合は、助手の呼気中のアルコール濃度が運転者の呼気中のアルコール濃度よりも高いので、この助手の呼気がセンサ部２Ａに流れ込んでいるものとして、制御部６は運転者が飲酒状態ではないと判定する。
【００４９】
運転者が飲酒状態ではないと判定された場合、制御部６はエンジンの動作に干渉せず、運転者の操作に従って、エンジンが動作する。一方で、運転者が飲酒状態であると判定された場合、制御部６はエンジンがすでに動作している場合にはその動きを抑制し、例えばエンジンコントローラ６２を構成するスピードリミッタにより徐々に自動車１を減速させ、やがてエンジンの動作を停止させて自動車１の走行を停止させる。また、エンジンが停止している場合にはその停止状態を維持させ、運転者が車のイグニッションを回してエンジンをかけようとする動作を行ったとしても、エンジンの動作が行われないようにする。このようにエンジンの動作を制御すると共に、制御部６は表示画面６１に運転者が飲酒状態である旨を表示し、アラーム発生部６３により車内にアラームを発生させる。
【００５０】
この自動車１においては、共通の水晶片３１から形成された振動領域３Ａ，３Ｂが形成された水晶振動子３を備えたセンサ部２Ａと、演算部５と、を備えている。振動領域３Ａ，３Ｂが自動車１の走行中やアイドリング時などにおいて互いに異なる強さや異なる方向の衝撃を受けて、前記「Ｆ１」「Ｆ２」について互いに異なる大きさの脈流部分が発生することが抑えられるので、前記演算部５によって演算されるその差分値の時系列データである「Ｆ１−Ｆ２」に脈流部分が残ることが抑えられ、さらに演算部５は「Ｆ１−Ｆ２」に残った脈流部分について、それがノイズとして除去されるように差分値の時系列データ「（Ｆ１−Ｆ２）’」を算出している。従ってこの「（Ｆ１−Ｆ２）’」においてはアルコールによる変化が明確になっており、この「（Ｆ１−Ｆ２）’」に基づいて運転者の飲酒状態の判定を行うので、高い精度を持ってその判定を行うことができる。特にこのように所定の期間における周波数の時系列データの推移をみて、飲酒の判定を行う場合にこの時系列データのノイズが除去されることは有効である。
【００５１】
また、この実施形態では助手席にもセンサ部３Ｂを設けて、センサ部２Ａの振動領域間の周波数差とセンサ部２Ｂの振動領域間の周波数差との差を演算し、それに基づいて運転者の飲酒状態について判定しているので、運転者の志向性を高くできる、つまり助手の飲酒によって飲酒をしていない運転者が飲酒状態と誤判定されることを防ぎ、より精度高く運転者の飲酒状態を判定することができる。なお、センサ部２Ｂは後部座席に設けて、その後部座席に座った者の呼気中のアルコールを検出することで、この者の飲酒による前記誤判定を防いでもよい。
【００５２】
「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」の各々における周波数の変動と、運転者、助手の呼気中のアルコール濃度との対応関係を予め調べておき、表示部６１に「（Ｆ１−Ｆ２）’」、「（Ｆ３−Ｆ４）’」の変化に応じてリアルタイムで運転者、助手の夫々の呼気中のアルコール濃度が表示部６１に表示されるようになっていてもよい。
【００５３】
また、上記の実施形態では、各振動領域から得られた時系列データの差分データ「Ｆ１−Ｆ２」、「Ｆ３−Ｆ４」について移動平均をとり、「（Ｆ１−Ｆ２）’」「（Ｆ３−Ｆ４）’」を取得し、これらのデータに基づいて飲酒状態の判定を行っているが、このように各振動領域から得られた時系列データの差分データのノイズを除去する代わりに、振動領域から得られた時系列データのノイズを除去し、然る後ノイズが除去された前記時系列データの差分を演算して判定を行ってもよい。具体的に、「Ｆ１」，「Ｆ２」，「Ｆ３」，「Ｆ４」の各時系列データについて移動平均をとって、これらの時系列データのノイズが除去された「Ｆ１’」，「Ｆ２’」，「Ｆ３’」，「Ｆ４’」を算出して、これを第２メモリ５６に記憶し、さらに演算部５が「Ｆ１’−Ｆ２’」，「Ｆ３’−Ｆ４’」「（Ｆ１’−Ｆ２’）−（Ｆ３’−Ｆ４’）」を演算して、その演算結果を第３メモリ５７に記憶する。そして制御部６は、（Ｆ１−Ｆ２）’、（Ｆ３−Ｆ４）’、{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}’の代わりに「Ｆ１’−Ｆ２’」，「Ｆ３’−Ｆ４’」「（Ｆ１’−Ｆ２’）−（Ｆ３’−Ｆ４’）」の各時系列データに基づいて、上記の実施形態と同様に判定を行う。このような構成であっても前記実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
続いて図１０に他のアルコール検出装置の構成例を示す。上記の実施形態と同様に形成されている箇所については同じ符号を付している。この実施形態においては、発振回路４１Ａ，４１Ｂの後段にミキシング回路７１が、発振回路４１Ｃ，４１Ｄの後段にミキシング回路７２が夫々設けられている。ミキシング回路７１は発振回路４１Ａ，４１Ｂから入力された信号に基づいて、その周波数の差分の信号データを演算し、同様にミキシング回路７２は発振回路４１Ｃ，４１Ｄから入力された信号に基づいて、その周波数の差分の信号データを演算し、演算された各データは処理部４において後段に送信され、メモリに記憶される。つまり、この例では演算部５に送信される前に「Ｆ１−Ｆ２」、「Ｆ３−Ｆ４」が演算されている。このように「Ｆ１−Ｆ２」、「Ｆ３−Ｆ４」が演算された後は上記の実施形態と同様にこれらに基づいて、演算部５が「{(Ｆ１−Ｆ２)−(Ｆ３−Ｆ４)}」を演算し、これらの差分値の時系列データの移動平均が演算され、ノイズが除去された時系列データが出力される。このような構成としても上記の構成の装置と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
評価試験
上記の実施形態に従って周波数「Ｆ１」、「Ｆ２」及び「Ｆ１−Ｆ２」の時系列データを測定し、その結果を図１１に示す。図中のグラフにおいて縦軸はＦ１，Ｆ２の周波数、横軸は時間を示している。周波数「Ｆ２」は時刻３５０１秒付近における振動領域３Ｂへのアルコール吸着により、「Ｆ１−Ｆ２」の周波数もこの「Ｆ２」の変化に応じて変化する。従って、実施形態で説明したようにこのような周波数変化を利用して運転者の飲酒を検出することができる。なお、グラフ中「Ｆ１−Ｆ２」はこれらＦ１、Ｆ２に対する変化を明確に示すために一つのグラフ中に示したので各時点での計算値はグラフ縦軸の周波数の値には対応していないが、その変化量は縦軸のスケールの間隔に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のアルコール検出装置を搭載した自動車の外観図である。
【図２】上記アルコール検出装置を構成するセンサ部の構成図である。
【図３】上記センサ部に組み込まれる水晶振動子の平面図及び縦断側面図である。
【図４】前記水晶振動子に設けられた吸着層及び非吸着層の縦断側面図である。
【図５】前記アルコール検出装置の構成図である。
【図６】出力される周波数の時系列データの一例である。
【図７】出力される周波数の時系列データの一例である。
【図８】出力される周波数の時系列データの一例である。
【図９】運転者が飲酒状態であるか否かを判断するためのフローチャートである。
【図１０】他のアルコール検出装置の構成図である。
【図１１】評価試験の結果を示したグラフ図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      自動車
２Ａ，２Ｂ      センサ部
３        水晶振動子
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ  振動領域
４                処理部
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ    発振回路
５                演算部
５３              データ処理プログラム
５４              ノイズ除去プログラム
６                制御部
６１              表示部
６２              エンジンコントローラ
【図１】
2009281822.tif 000003
【図２】
2009281822.tif 000004
【図３】
2009281822.tif 000005
【図４】
2009281822.tif 000006
【図５】
2009281822.tif 000007
【図６】
2009281822.tif 000008
【図７】
2009281822.tif 000009
【図８】
2009281822.tif 000010
【図９】
2009281822.tif 000011
【図１０】
2009281822.tif 000012
【図１１】
2009281822.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月3日(2008.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009281822.tif 000014
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2009281822.tif 000015
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009281822.tif 000016
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009281822.tif 000017
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009281822.tif 000018
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2009281822.tif 000019
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2009281822.tif 000020
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2009281822.tif 000021
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2009281822.tif 000022
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2009281822.tif 000023
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2009281822.tif 000024