(57)【要約】  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。  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荷重検出素子（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。
2019225124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、  前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、  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  ことを特徴とする生体着座検出装置。
【請求項２】
前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、  前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、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ことを判定する周波数成分判定手段とを、含み、  前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段に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  ことを特徴とする請求項１の生体着座検出装置。
【請求項３】
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  ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
【請求項４】
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  ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
【請求項５】
前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の会話に対応する周波数成分である  ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
【請求項６】
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  ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
【請求項７】
前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０−３Ｎ〜１０３Ｎの測定荷重レンジを備える  ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１の生体着座検出装置。
【請求項８】
前記荷重センサは、  前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、  前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、  前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備える  ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１の生体着座検出装置。
【請求項９】
前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号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判定手段を含み、  前記荷重判定手段に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  ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１の生体着座検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【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。
【背景技術】
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０４８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、（ｂ）前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を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。【００１０】  第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、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ことを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段に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。【００１５】  第７発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のいずれか１の発明において、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０−３Ｎ〜１０３Ｎの測定荷重レンジを備える。【００１６】  第８発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のいずれか１の発明において、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の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。【００１７】  第９発明の要旨とするところは、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号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判定手段を含み、前記荷重判定手段に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。
【発明の効果】
【００１８】  第１発明の生体着座検出装置によれば、（ａ）座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、（ｂ）前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を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。【００１９】  第２発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、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ことを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段に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。【００２４】  第７発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０−３Ｎ〜１０３Ｎ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。【００２５】  第８発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えてい��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。【００２６】  第９発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号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判定手段を含み、前記荷重判定手段に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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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２】図１の座席を示す平面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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。
【図１４】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１５】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。
【発明を実施するための形態】
【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。尚、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。
【実施例】
【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。また、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。図４〜図６において、荷重センサ３０は、薄板形状の水晶単結晶板から成り単結晶振動子として機能する単結晶荷重検出素子３２と、単結晶荷重検出素子３２の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、単結晶荷重検出素子３２の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ単結晶荷重検出素子３２と同じ熱膨張係数を有する材質たとえば単結晶の水晶板から成り、単結晶荷重検出素子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。一対の保持板３４および３６の単結晶荷重検出素子３２に対向する面には、その周縁部だけで単結晶荷重検出素子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。【００３２】  単結晶荷重検出素子３２の表面および裏面には、厚み方向に対向するように中央部にそれぞれ形成された円形の一対の中央電極３８および４０と、一対の中央電極３８および４０から単結晶荷重検出素子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。保持板３４および３６の一対の側面には凹溝３４ｂおよび３６ｂがそれぞれ形成されており、それら凹溝３４ｂおよび３６ｂ内に、単結晶荷重検出素子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。それら導体パターン３８ａおよび４０ａの先端部に図示しない導線が電気的に接続されることで、単結晶荷重検出素子３２が後述の発振回路５６に接続されるようになっている。単結晶荷重検出素子３２の表面および裏面の周縁部にそれぞれ形成され矩形の固着面３２ａおよび３２ｂと、固着面３２ａに対向するように保持板３４の周縁部に形成された矩形の固着面３４ｃおよび固着面３２ｂに対向するように保持板３６の周縁部に形成された矩形の固着面３６ｃとが接���剤等によって相互に面接着されて、単結晶荷重検出素子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。これにより、単結晶荷重検出素子３２は、その周縁部が一対の保持板３４および３６により単結晶荷重検出素子３２により挟持された補強状態で、保持されている。【００３３】  単結晶荷重検出素子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。ＡＴカット単結晶荷重検出素子は、外部からの印加電圧により電極部に厚み滑り振動を生じ、外力に対して正確に比例した共振周波数での電気周期信号として出力を得ることができる。単結晶荷重検出素子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。【００３４】  このように構成される単結晶荷重検出素子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。この一連のプロセスを両面に行って電極をパターンニングし、電極完成後、ダイシングソーによってカットして複数個の単結晶荷重検出素子３２が形成される。【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。また、荷重センサ３０の立ち上がりを良くすることができる。このように構成された荷重センサ３０は、たとえば１０−３Ｎ〜１０３Ｎのような広範な測定荷重レンジを備える。【００３６】  図７は、生体着座検出装置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。荷重検出回路５２は、荷重センサ３０、荷重センサ３０の主要部である単結晶荷重検出素子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。電子制御装置５４は、荷重算出手段６２、周波数解析手段６４、周波数成分判定手段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。【００３８】  荷重算出手段６２は、たとえば単結晶荷重検出素子３２に加えられる負荷荷重と単結晶荷重検出素子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。また、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���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。【００４２】  周波数成分判定手段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。生体由来の波形の周波数成分とは、生体の呼吸周期に関連する脈動の周波数成分、心拍周期に関連する脈動の周波数、生体の会話（音声）や咀嚼動作に関連する脈動の周波数成分等の基本周波数および高調波周波数である。周波数成分判定手段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。【００４４】  図１４に示すように、物体からの荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図ＢＰ１、ＢＰ２、およびＢＰ３の最大値と、搭乗者からの荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図ＢＰ４、ＢＰ５、ＢＰ６、およびＢＰ７の最小値との間に設定された第４閾値Ｈ４を用いて、０．２Ｈｚ〜１０Ｈｚ、好適には、２〜７Ｈｚの周波数帯の少なくとも一部を含む周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度と大小関係比較することで生体由来の周波数成分が含まれているか否かが判定されることができる。周波数成分判定手段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��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。たとえば荷重信号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。【００４６】  着座判定手段７０は、所定以上の荷重が座席１２の着座部１４に加えられたとき、周波数成分判定手段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波形の周波数成分が含まれていないと判定された場合は、物体が着座部１４に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段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。この場合、荷重判定手段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。【００４８】  次いで、周波数成分判定手段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。しかし、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。【００５０】  本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０からの荷重信号ＳＷに高速フーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段６４と、周波数解析手段６４により得られた周波数スペクトルに、生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段６６とを、含み、着座判定手段７０は、周波数成分判定手段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。【００５５】  本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０は、単結晶荷重検出素子（単結晶振動子）３２に加えられる荷重とその単結晶荷重検出素子（単結晶振動子）３２を含む発振回路５６の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の単結晶荷重検出素子３２を含む発振回路５６の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０−３Ｎ〜１０３Ｎ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。【００５６】  本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０は、単結晶荷重検出素子３２としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の中央電極３８，４０と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の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���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。【００５８】  例えば、前述の実施例の生体着座検出装置１０において、着座判定手段７０は、所定以上の荷重が座席１２の着座部１４に加えられたとき、周波数成分判定手段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ないと判定された場合は、物体が着座部１４に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段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。しかし、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。【００５９】  また、前述の実施例では、荷重センサ３０の単結晶荷重検出素子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。しかし、荷重センサ３０の単結晶荷重検出素子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。しかし、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。また、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。
【符号の説明】
【００６２】１０：生体着座検出装置  １２：座席  １４：着座部  １６：背もたれ部  １８：クッション材  ２０：荷重検出ユニット  ２２：荷重受板  ２４：基板  ３０：荷重センサ  ３２：単結晶荷重検出素子  ３２ａ、３２ｂ：矩形の固着面  ３４、３６：保持板  ３４ａ、３６ａ：凹陥部  ３４ｂ、３６ｂ：凹溝  ３４ｃ、３６ｃ：矩形の固着面  ３８、４０：中央電極（一対の電極）  ３８ａ、４０ａ：導体パターン  ５２：荷重検出回路  ５４：電子制御装置  ５６：発振回路  ５８：周波数カウンタ  ６０：電源回路  ６２：荷重算出手段  ６４：周波数解析手段  ６６：周波数成分判定手段  ６８：荷重判定手段  ７０：着座判定手段  ＳＴ：着座信号  ＳＷ：荷重信号
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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