JP7087460B2 - 生体情報検出センサ - Google Patents

Description

本発明は、生体が着座するシートに配置され、当該生体の生体情報を検出する生体情報検出センサに関するものである。

従来より、この種の生体情報検出センサとして、次のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この生体情報検出センサは、第１圧電素子を搭載する第１基板と、第２圧電素子を搭載する第２基板とを有し、第１基板には、生体と接触して生体情報が印加される剛体が備えられている。また、第１基板と第２基板との間には、生体情報を減衰させる硬度を有する材料で構成された緩衝部材が配置されている。

このような生体情報検出センサでは、第１圧電素子には、剛体および第１基板を介して生体の脈拍または心拍等の生体情報が印加されると共に、第１基板を介して生体の振動に伴うノイズが印加される。また、第２圧電素子には、第１基板と第２基板との間に緩衝部材が配置されているため、剛体に印加された生体情報が第２基板に印加され難く、ノイズが主に印加される。このため、第１圧電素子は、生体情報およびノイズに応じた信号を出力し、第２圧電素子は、ノイズに応じた信号を出力する。したがって、第１圧電素子から出力される信号と第２圧電素子から出力される信号との差を演算することにより、ノイズに起因する信号がキャンセルされる。

特開２０１６－１２９６３５号公報

しかしながら、上記のような生体情報検出センサでは、例えば、車両用シートに配置されて乗員の生体情報を検出するのに適用される場合、乗員が車両用シートに着座することによる大きな押圧力により、緩衝部材が潰れてしまう可能性がある。そして、緩衝部材が潰れてしまうと、当該緩衝部材を介して第２基板に生体情報が伝播され易くなる。このため、上記のような生体情報検出センサでは、第２圧電素子からも生体情報に応じた信号が出力され、検出精度が低下する可能性がある。つまり、上記生体情報検出センサでは、大きな押圧力が印加され得る状況下で使用される場合には、検出精度が低下する可能性があるという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、大きな押圧力が印加される状況下においても、検出精度が低下することを抑止できる生体情報検出センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１では、生体が着座するシート（２）に配置され、生体の生体情報を検出する生体情報検出センサであって、一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、圧力に応じた信号を出力する第１圧電素子（２３）を有する第１センサ部（２０）と、圧力に応じた信号を出力する第２圧電素子（３１）を有する第２センサ部（３０）と、第１センサ部および第２センサ部を覆う状態で基板に備えられ、生体情報に起因する圧力が印加される保護部材（４０）と、第１圧電素子から出力される信号と第２圧電素子から出力される信号との差に基づいた検出信号を出力する信号処理回路（６０）と、を備え、第１センサ部および第２センサ部は、共通の基板に搭載されており、保護部材は、基板より生体が着座した際に当接する部分側に配置され、生体がシートに着座した際に押し潰されることで圧力を伝播するものであり、第１センサ部は、構造体（２１）、第１圧電素子が基板側から順に積層され、生体がシートに着座した際に生体情報が保護部材を介して伝播されることで生体情報を含む信号を出力し、構造体は、基板の一面からの高さが第２センサ部における基板の一面からの高さより高くされ、生体がシートに着座した際においても、基板の一面からの高さが第２センサ部における基板の一面からの高さより高くなる構成とされており、基板の一面には、第２センサ部を挟んで第１センサ部と反対側に、第１センサ部における構造体と同じ材料で構成され、基板の一面からの高さが第２センサ部における基板の一面からの高さより高くされた構造体（７１）を含むストッパ部（７０）が配置されている。

これによれば、構造体は、生体がシートに着座した際においても、基板の一面からの高さが第２センサ部における基板の一面からの高さより高くなる構成とされている。このため、生体がシートに着座した際、構造体により、保護部材のうちの構造体より基板側の部分が押し潰されることが抑制される。したがって、構造体より基板側に位置する第２センサ部に生体情報に起因する圧力が印加されることが抑制され、検出精度が低下することを抑制できる。

また、第１センサ部および第２センサ部が共通の基板に搭載されている。つまり、第１圧電素子および第２圧電素子が共通の基板に搭載されている。このため、構造の簡素化を図ることができる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。 図１に示す第１圧電素子および第２圧電素子の電気的な構成を示す回路図である。 図１に示す生体情報検出センサを車両用シートに備えた適用例を示す斜視模式図である。 図１に示す生体情報検出センサを車両用シートに備えた適用例を示す断面模式図である。 図１の下側弾性部材と異なる材料を用いて構成された下側弾性部材を有する第１センサ部に生体圧力が印加された際の模式図である。 図１に示す第１センサ部に生体圧力が印加された際の模式図である。 第２実施形態における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。 図６中の上側弾性部材が配置された第１圧電素子から出力される第１センサ信号と、上側弾性部材が配置されていない第１圧電素子から出力される第１センサ信号とを示す測定結果であり、高周波成分を印加した場合の測定結果である。 図６中の上側弾性部材が配置された第１圧電素子から出力される第１センサ信号と、上側弾性部材が配置されていない第１圧電素子から出力される第１センサ信号とを示す測定結果であり、低周波成分を印加した場合の測定結果である。 第３実施形態における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、ランダムに振動を印加した場合の第１圧電素子から出力される第１センサ信号を示す測定結果である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、ランダムに振動を印加した場合の第２圧電素子から出力される第２センサ信号を示す測定結果である。 図９Ａの第１センサ信号と図９Ｂの第２センサ信号を重ねた図である。 図９Ａの第１センサ信号と図９Ｂの第２センサ信号の差を演算した結果である。 図９Ａに示す第１センサ信号を周波数変換した結果である。 図９Ｂに示す第２センサ信号を周波数変換した結果である。 図９Ｃに示す第１センサ信号および第２センサ信号を周波数変換した結果である。 図９Ｄに示す演算結果を周波数変換した結果である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、１．５Ｈｚの振動を印加した場合の第１圧電素子から出力される第１センサ信号を示す測定結果である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、１．５Ｈｚの振動を印加した場合の第２圧電素子から出力される第２センサ信号を示す測定結果である。 図１１Ａの第１センサ信号と図１１Ｂの第２センサ信号を重ねた図である。 図１１Ａの第１センサ信号と図１１Ｂの第２センサ信号の差を演算した結果である。 図１１Ａに示す第１センサ信号を周波数変換した結果である。 図１１Ｂに示す第２センサ信号を周波数変換した結果である。 図１１Ｃに示す第１センサ信号および第２センサ信号を周波数変換した結果である。 図１１Ｄに示す演算結果を周波数変換した結果である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、車両を走行させた場合の第１圧電素子から出力される第１センサ信号を示す実験結果である。 図８に示す生体情報検出センサにおいて、車両を走行させた場合の第２圧電素子から出力される第２センサ信号を示す実験結果である。 図１３Ａの第１センサ信号と図１３Ｂの第２センサ信号を重ねた図である。 図１３Ａの第１センサ信号と図１３Ｂの第２センサ信号の差を演算した結果である。 第３実施形態の変形例における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。 第４実施形態における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。 他の実施形態における生体情報検出センサの構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の生体情報検出センサは、生体の心拍や脈拍等の生体情報を検出するのに利用されると好適である。

まず、本実施形態の生体情報検出センサの構成について図１および図２を参照しつつ説明する。図１に示されるように、生体情報検出センサ１は、基板１０を備えている。本実施形態では、基板１０は、アスカ－Ｃ硬度が５～２９程度であるポリウレタン等で構成される。また、本実施形態では、基板１０には、図２に示される信号処理回路６０が備えられ、信号処理回路６０には差動増幅器６１が備えられている。

基板１０の一面１０ａ上には、第１センサ部２０が配置されている。本実施形態では、第１センサ部２０は、適宜図示しない接着剤等を介し、基板１０側から構造体２１、下側弾性部材２２、第１圧電素子２３が順に積層されて構成されている。

構造体２１は、アスカ－Ｃ硬度が３０～５０であるＮＢＲスポンジやシリコーンスポンジ等の発泡ゴム等で構成されている。つまり、構造体２１は、基板１０よりアスカ－Ｃ硬度が高く、変形し難い材料で構成されている。なお、構造体２１は、基板１０の一面１０ａからの高さが後述する第２センサ部３０における基板１０の一面１０ａからの高さよりも高くされている。言い換えると、構造体２１は、厚さが後述する第２圧電素子３１の厚さよりも厚くされている。

下側弾性部材２２は、構造体２１よりもアスカ－Ｃ硬度が低い材料で構成されている。下側弾性部材２２は、本実施形態では、アスカ－Ｃ硬度が５以下である多孔質部材としてのウレタンフォーム等で構成されている。

第１圧電素子２３は、薄膜状の圧電フィルムが一対の電極に挟まれ、圧力に応じた信号を出力する一般的なものが用いられる。この場合、圧電フィルムは、チタン酸ジルコン酸鉛（すなわち、ＰＺＴ）等の無機圧電材料で構成されていてもよく、ポリフッ化ビニルデン（すなわち、ＰＶＤＦ）等の高分子材料で構成されていてもよい。さらには、圧電フィルムは、キラル高分子等の高分子材料で構成され、指向性を有する構成とされていてもよい。

なお、指向性を有する構成とは、本実施形態では、後述する図４のように配置された場合、脈拍や心拍等の生体情報が印加される方向の感度を有する構成ということもできる。また、第１圧電素子２３は、図１とは別断面において、電極に配線が備えられている。そして、第１圧電素子２３は、図２に示されるように、当該配線を介し、基板１０に備えられた差動増幅器６１における一方の入力端子に接続されている。つまり、第１圧電素子２３から出力される第１センサ信号は、差動増幅器６１における一方の入力端子に入力されるようになっている。

また、基板１０の一面１０ａ上には、第２センサ部３０が配置されている。つまり、第１センサ部２０と第２センサ部３０とは、共通の基板１０に搭載されている。第２センサ部３０は、第２圧電素子３１を有している。本実施形態では、第２圧電素子３１は、第１圧電素子２３と同様のもので構成されている。そして、第２圧電素子３１は、図２に示されるように、配線を介し、基板１０に備えられた差動増幅器６１における他方の入力端子に接続されている。つまり、第２圧電素子３１から出力される第２センサ信号は、差動増幅器６１における他方の入力端子に入力されるようになっている。このため、差動増幅器６１は、第１圧電素子２３から出力された第１センサ信号と、第２圧電素子３１から出力された第２センサ信号との差を検出信号として出力する。

さらに、基板１０の一面１０ａ上には、第１センサ部２０および第２センサ部３０を覆うように保護部材４０が配置されている。具体的には、保護部材４０には、第１センサ部２０の外形に沿って壁面が形造られた凹部４０ａが形成されていると共に、第２センサ部３０の外形よりも大きい窪み部４０ｂが形成されている。なお、本実施形態では、窪み部４０ｂは、基板１０の一面１０ａから当該窪み部４０ｂにおける底面までの長さが、第１センサ部２０の構造体２１における基板１０の一面１０ａからの高さよりも長くされている。

そして、保護部材４０は、凹部４０ａ内に第１センサ部２０が収容されると共に当該凹部４０ａの壁面が第１センサ部２０と当接するように配置されている。より詳しくは、保護部材４０は、第１圧電素子２３と当接するように配置されている。また、保護部材４０は、窪み部４０ｂ内に第２センサ部３０が収容されると共に当該窪み部４０ｂと当接しないように、基板１０の一面１０ａ上に配置されている。つまり、保護部材４０は、第２センサ部３０との間に空間５０が構成されるように、基板１０の一面１０ａ上に配置されている。

なお、保護部材４０は、アスカ－Ｃ硬度が構造体２１より低く、アスカ－Ｃ硬度が５程度であるウレタンフォーム等で構成されている。また、保護部材４０は、押し潰されると硬度が高くなり、圧力を伝播し易くなる。言い換えると、保護部材４０は、押し潰されていない部分は、圧力を減衰する緩衝部材としての機能を発揮する。

以上が本実施形態における生体情報検出センサ１の構成である。次に、上記生体情報検出センサ１の作動について説明する。以下では、例として、車両用シートに生体情報検出センサ１を配置して生体情報検出装置を構成し、乗員の生体情報を検出するのに適用した例について説明する。

図３および図４に示されるように、座部２ａと背もたれ部２ｂを有する車両用シート２に生体情報検出センサ１が配置される場合、例えば、生体情報検出センサ１は、車両用シート２の座部２ａにおける内部に配置される。つまり、生体情報検出センサ１は、車両用シート２に乗員が着座した際、乗員の大腿部下方に位置するように配置される。より詳しくは、生体情報検出センサ１は、車両用シート２に乗員が着座した際、保護部材４０を挟んで基板１０が乗員の大腿部と反対側に位置するように配置される。つまり、生体情報検出センサ１は、保護部材４０が基板１０より車両用シート２に乗員が着座した際に当接する部分側に配置される。

このため、乗員の脈拍や心拍等の生体情報に起因する圧力（以下では、生体圧力という）は、保護部材４０側から基板１０側に向かって印加される。言い換えると、生体圧力は、保護部材４０に対し、第１センサ部２０における構造体２１、下側弾性部材２２、第１圧電素子２３の積層方向（以下では、単に積層方向という）に沿って印加される。

そして、車両用シート２に乗員が着座して大きな押圧力が印加されると、保護部材４０のうちの構造体２１より基板１０と反対側の部分が押し潰されることで生体圧力を伝播し易い状態となる。このため、保護部材４０に生体圧力が印加されると、構造体２１より基板１０と反対側に位置する第１圧電素子２３には、保護部材４０から生体圧力が印加され、生体情報に応じた信号が出力される。つまり、第１圧電素子２３から出力される第１センサ信号には、生体情報に応じた信号が含まれることになる。

また、本実施形態では、下側弾性部材２２がアスカ－Ｃ硬度が５以下の多孔質部材で構成されている。このため、感度の向上を図ることができる。ここで、第１センサ部２０の積層方向に生体圧力が印加された際の下側弾性部材２２の状態について、下側弾性部材２２が上記硬度を有する多孔質部材で構成されている場合と、他の部材で構成されている場合とを比較して説明する。なお、構造体２１は、上記のように下側弾性部材２２よりアスカ－Ｃ硬度が高い材料を用いて構成されているため、生体圧力によって変形し難くなっている。

まず、図５Ａを参照し、下側弾性部材Ｊ２２が上記下側弾性部材２２と異なる材料、例えば、アスカ－Ｃ硬度が５０程度であるウレタンゴムで構成されている場合について説明する。このような下側弾性部材Ｊ２２を用いた場合、第１センサ部２０の積層方向に生体圧力が印加されると、構造体２１のアスカ－Ｃ硬度が高いため、図５Ａ中の点線で示されるように、下側弾性部材Ｊ２２は、第１圧電素子２３側の面が全体的に下方に変位すると共に、側面が外側に膨らむように変形する。この際、第１圧電素子２３は、下側弾性部材Ｊ２２が全体的に下方に変位するため、下側弾性部材Ｊ２２の変位に伴って下方に変位するものの、下側弾性部材Ｊ２２の変位に起因する変形が少ない。このため、第１圧電素子２３は、第１圧電素子２３自体に印加された生体圧力に応じた信号を出力する。

これに対し、図５Ｂに示されるように、下側弾性部材２２をアスカ－Ｃ硬度が５以下の多孔質部材で構成した場合、第１センサ部２０の積層方向に生体圧力が印加されると、図５Ｂ中の点線で示されるように、下側弾性部材２２は、第１圧電素子２３側の面の中央部が内部に収縮するように変形する。そして、第１圧電素子２３は、下側弾性部材２２に固定されているため、下側弾性部材２２の変形に伴って変形する。つまり、第１圧電素子２３は、中央部が構造体２１側に変位するように変形する。このため、第１圧電素子２３は、第１圧電素子２３自体に印加された生体圧力、および第１圧電素子２３の変形に応じた信号を出力する。すなわち、下側弾性部材２２は、生体情報を増幅する増幅器としての機能も有しているといえる。したがって、このような下側弾性部材２２を用いることにより、感度の向上を図ることができる。

なお、下側弾性部材２２は、変形することによって生体圧力を減衰させる機能も有している。このため、本実施形態のように、第１圧電素子２３の下方に配置することにより、第１圧電素子２３の感度を向上させつつ、構造体２１側に生体圧力が伝播されることを抑制できる。

一方、第２センサ部３０は、保護部材４０との間に空間５０が構成されるように配置されている。つまり、第２センサ部３０は、保護部材４０から生体圧力が直接印加され難くなっている。

また、保護部材４０のうちの構造体２１より基板１０側の部分は、構造体２１によって押し潰され難くなっている。このため、保護部材４０から基板１０に生体圧力が伝播されることも抑制され、基板１０を介して第２センサ部３０に生体圧力が伝播されることが抑制される。

なお、構造体２１は、上記のように、アスカ－Ｃ硬度が高く、変形し難い材料で構成されているが、より具体的には、想定され得る圧力が保護部材４０に印加されたとしても変形し難い材料で構成されている。なお、ここでの想定される圧力とは、検出対象の生体情報に起因するもののみではなく、適用される条件下で想定される圧力のことを意味している。例えば、車両用シート２に配置される場合には、乗員の生体情報のみではなく、乗員が着座した際や動いた際等に発生する圧力も含まれる。

さらに、本実施形態では、基板１０は、第１センサ部２０における構造体２１よりもアスカ－Ｃ硬度が低くされている。このため、基板１０が構造体２１のアスカ－Ｃ硬度以上とされている場合と比較して、生体圧力が基板１０に印加された際、当該基板１０にて生体圧力が減衰され易くなる。したがって、保護部材４０から第１センサ部２０を介して基板１０に印加された生体圧力、および保護部材４０から基板１０に直接印加された生体圧力が第２センサ部３０に伝播されることが抑制される。つまり、本実施形態では、第２圧電素子３１から生体圧力に伴う信号が出力され難くなっている。

また、生体情報検出センサ１には、車両用シート２が搭載される車両の振動、乗員の筋収縮による体表面の微細運動、および乗員が体勢を変化させたり大腿部を揺らしたり等した際に発生する振動も印加される。この場合、これらの動きに伴う振動は、生体情報と比較すると極めて大きな振動となり、このような大きな振動の場合には座部２ａ全体が振動する。つまり、生体情報検出センサ１の全体が振動し、基板１０の全体が振動する。このため、第１圧電素子２３は、基板１０から振動に起因する圧力（以下では、ノイズ圧力という）が印加され、ノイズ圧力に応じた信号も出力する。つまり、第１圧電素子２３は、第１センサ信号として、生体圧力に応じた信号と、ノイズ圧力に応じた信号を出力する。また、第２圧電素子３１は、基板１０からノイズ圧力が印加され、ノイズ圧力に応じた信号を出力する。そして、差動増幅器６１は、第１圧電素子２３から出力された第１センサ信号と、第２圧電素子３１から出力された第２センサ信号との差を検出信号として出力する。この際、第１センサ信号に含まれるノイズ信号と第２センサ信号に含まれるノイズ信号とがキャンセルされるため、検出信号としてノイズ圧力に応じた信号が低減された信号が出力される。

以上説明したように、本実施形態では、構造体２１は、保護部材４０より硬度が高い材料で構成され、基板１０からの高さが第２センサ部３０における基板１０からの高さより高くされている。このため、乗員が車両用シート２に着座した際等における大きな押圧力が印加された際、保護部材４０のうちの構造体２１より基板１０側の部分が押し潰されることが抑制される。したがって、保護部材４０のうちの構造体２１より基板１０側の部分を介して第２センサ部３０に生体情報が印加されることを抑制できる。したがって、検出精度が低下することを抑制できる。

また、保護部材４０には、第２センサ部３０との間に空間５０を構成する窪み部４０ｂが形成されている。このため、保護部材４０から直接第２センサ部３０に生体圧力が印加されることが抑制され、さらに検出精度が低下することを抑制できる。

さらに、第１センサ部２０および第２センサ部３０が共通の基板１０に搭載されている。つまり、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１が共通の基板１０に搭載されている。このため、構造の簡素化を図ることができ、ひいては製造工程の簡略化を図ることができる。

また、下側弾性部材２２は、アスカ－Ｃ硬度が５以下の多孔質部材で構成され、構造体２１は、下側弾性部材２２よりアスカ－Ｃ硬度が高い材料で構成されている。このため、第１圧電素子２３側から生体圧力が印加されると、下側弾性部材２２は、第１圧電素子２３側の面の中央部が内部に収縮するように変形する。そして、第１圧電素子２３も下側弾性部材２２の変形に伴って変形する。したがって、下側弾性部材２２に増幅器としての機能も発揮させることができ、感度の向上を図ることができる。

さらに、基板１０は、構造体２１よりもアスカ－Ｃ硬度の低い材料で構成されている。このため、基板１０が構造体２１のアスカ－Ｃ硬度以上の材料で構成されている場合と比較して、生体圧力が基板１０に印加された際、当該基板１０にて生体圧力を減衰させ易くなる。したがって、生体圧力が基板１０を介して第２センサ部３０に印加されることを抑制できる。つまり、第２センサ信号に、生体圧力に応じた信号が含まれることを抑制できる。

また、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１を指向性を有する材料で構成した場合、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１は、生体圧力が印加される方向に感度を有するように配置される。つまり、図４中の上下方向に感度を有するように配置される。このため、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１を指向性を有する材料で構成した場合には、車両の前後方向における振動等によって基板１０が車両の前後方向に振動したとしても、当該振動に起因する圧力を信号として出力しない。このため、さらに検出精度が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、第１圧電素子２３の上方に上側弾性部材を追加したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図６に示されるように、第１センサ部２０は、第１圧電素子２３を挟んで下側弾性部材２２と反対側に配置される上側弾性部材２４を有している。つまり、第１センサ部２０は、第１圧電素子２３の上方に配置される上側弾性部材２４を有している。言い換えると、第１センサ部２０は、基板１０側から構造体２１、下側弾性部材２２、第１圧電素子２３、上側弾性部材２４が順に積層されて構成されている。上側弾性部材２４は、下側弾性部材２２より高周波数成分を減衰し易く、下側弾性部材２２より低周波数成分を減衰し難い材料で構成されている。例えば、上側弾性部材２４は、このような特性を有する材料として、アスカ－Ｃ硬度が３０程度であり、粘弾性を有するウレタンエラストマー材やシリコーンゲル等で構成されている。

なお、生体の心拍や脈拍等の生体情報に起因する圧力は、１～１．２Ｈｚ程度の低周波数成分である。また、筋収縮による体表面の微細運動等における生体の振動等による動きは、２０～３０Ｈｚ程度の高周波数成分となり、乗員が体勢を変化させたり大腿部を揺らしたり等した際に発生する振動、および車両の振動等も生体情報に起因する圧力よりも高周波成分となる。このため、上側弾性部材２４は、生体の振動等に起因する高周波数成分を減衰し易く、生体情報に起因する低周波数成分を減衰し難い材料で構成されているともいえる。

ここで、本発明者らは、上側弾性部材２４をアスカ－Ｃ硬度が３０であるウレタンエラストマー材で構成した場合について検討を行い、図７Ａおよび図７Ｂに示す測定結果を得た。なお、図７Ａは、振動加振機能を備えたドライビングシミュレータの車両用シート２に生体情報検出センサ１を配置し、１０～１００Ｈｚの高周波数を有する振動をランダムに印加した場合の測定結果である。図７Ｂは、振動加振機能を備えたドライビングシミュレータの車両用シート２に生体情報検出センサ１を配置し、１～１．５Ｈｚの低周波数を有する振動をランダムに印加した場合の測定結果である。また、図７Ａおよび図７Ｂは、上側弾性部材２４を配置した場合の測定と、上側弾性部材２４を配置していない場合の測定とを別々に行い、得られた各測定結果を重ねた図である。

図７Ａに示されるように、上側弾性部材２４を配置した場合には、上側弾性部材２４を配置していない場合より、高周波成分に関する信号が小さくなることが確認される。また、図７Ｂに示されるように、上側弾性部材２４を配置しても、上側弾性部材２４を配置していない場合と同様の振幅を有する信号となることが確認される。つまり、本実施形態では、上側弾性部材２４は、高周波成分を減衰し易く、低周波成分を減衰し難い材料で構成されていることが確認される。なお、ここでは、上側弾性部材２４をウレタンエラストマー材で構成した場合の測定結果を示したが、上側弾性部材２４をシリコーンゲルで構成しても同様の結果となる。

以上説明した本実施形態では、第１圧電素子２３の上方に上側弾性部材２４が配置されている。そして、上側弾性部材２４は、下側弾性部材２２より高周波数成分を減衰し易い材料で構成されている。このため、第１圧電素子２３は、保護部材４０から上側弾性部材２４を介してノイズ圧力が印加されることが抑制される。つまり、第１圧電素子２３の上方側からノイズ圧力が印加されることが抑制される。このため、第１圧電素子２３に印加されるノイズ圧力と第２圧電素子３１に印加されるノイズ圧力の差を低減でき、検出精度の向上を図ることができる。

また、上側弾性部材２４は、下側弾性部材２２より低周波数成分を減衰し難い材料で構成されている。このため、上側弾性部材２４によって生体圧力を減衰してしまうことを抑制できる。つまり、感度が低下してしまうことを抑制できる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態に対して、第２圧電素子３１の上方にも上側弾性部材を追加したものであり、その他に関しては上記第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図８に示されるように、第２センサ部３０は、第２圧電素子３１を挟んで基板１０と反対側に配置される上側弾性部材３２を有している。つまり、第２センサ部３０は、第２圧電素子３１の上方に配置される上側弾性部材３２を有している。言い換えると、第２センサ部３０は、基板１０側から第２圧電素子３１、上側弾性部材３２が順に積層されて構成されている。本実施形態では、第２センサ部３０における上側弾性部材３２は、第２センサ部３０における上側弾性部材２４と同様のもので構成されている。

ここで、本発明者らは、本実施形態の生体情報検出センサ１を振動加振機能を備えたドライビングシミュレータの車両用シート２に配置して検討を行い、図９Ａ～図９Ｄ、図１０Ａ～図１０Ｄ、図１１Ａ～図１１Ｄ、図１２Ａ～図１２Ｄに示す測定結果を得た。なお、図９Ａおよび図９Ｂは、車両用シート２に乗員が着座した状態で０．１～１０Ｈｚの周波数を有する振動をランダムに印加した場合の測定結果である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、車両用シート２に乗員が着座した状態で１．５Ｈｚの周波数を有する振動を印加した場合の測定結果である。

図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、および図１２Ｂに示されるように、第１圧電素子２３から第１センサ信号が出力され、第２圧電素子３１から第２センサ信号が出力されていることが確認される。そして、図９Ｃ、図１０Ｃ、図１１Ｃ、および図１２Ｃに示されるように、第１センサ信号と第２センサ信号とを重ね合わせると、第１センサ信号と第２センサ信号とが完全には一致せず、各ピーク部分でずれが発生していることが確認される。これは、上記のように、第１センサ信号が生体圧力およびノイズ圧力に応じた信号となると共に第２センサ信号がノイズ圧力に応じた信号となるためである。

このため、図９Ｄ、図１０Ｄ、図１１Ｄ、および図１２Ｄに示されるように、第１センサ信号と第２センサ信号との差を演算すると、第１センサ信号に含まれるノイズ信号と第２センサ信号に含まれるノイズ信号とがキャンセルされた検出信号となる。以上より、検出信号は、ノイズ圧力に応じた信号が低減された信号となっていることが確認される。つまり、本発明者らは、振動加振機能を備えたドライビングシミュレータでの測定結果上では、検出信号がノイズ圧力に応じた信号が低減された信号となることを確認した。

なお、例えば、図９Ｄ等では、矢印Ａで示す大きなピークの後に矢印Ｂで示す微小なピークが示されている。この微小なピークは、ノイズ圧力に起因するものではなく、心周期のうちの心房収縮期におけるＱ波や等容性収縮期におけるＳ波に相当するピークである。また、図１０Ｄおよび図１２Ｄに示されるように、生体情報に起因する圧力は、約１．２Ｈｚ程度の低周波成分であることも確認される。

そして、本発明者らは、本実施形態の生体情報検出センサ１を車両用シート２に配置して実際に車両を走行させ、図１３Ａ～図１３Ｄに示す実験結果を得た。なお、図１３Ａ～図１３Ｄは、車両を８０ｋｍ／ｈで走行させた場合の実験結果である。

図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、第１圧電素子２３から第１センサ信号が出力されていると共に、第２圧電素子３１から第２センサ信号が出力されていることが確認される。そして、図１３Ｃに示されるように、第１センサ信号と第２センサ信号とを重ね合わせると、上記図９Ｃおよび図１１Ｃと同様に、第１センサ信号と第２センサ信号とが完全に一致せず、各ピーク部分でずれが発生していることが確認される。

このため、図１３Ｄに示されるように、第１センサ信号と第２センサ信号との差を演算すると、第１センサ信号に含まれるノイズ信号と第２センサ信号に含まれるノイズ信号とがキャンセルされた検出信号となる。つまり、上記測定結果と同様の結果となることが確認される。なお、信号処理回路６０は、上記測定結果のように、第１センサ信号および第２センサ信号に基づいて周波数変換した結果も出力するようにしてもよい。

以上説明した本実施形態では、第２圧電素子３１の上方にも上側弾性部材３２が配置されている。そして、第１圧電素子２３の上方に配置される上側弾性部材２４および第２圧電素子３１の上方に配置される上側弾性部材３２は、同じ構成とされている。このため、基板１０側から第１圧電素子２３へ印加されるノイズの影響と、基板１０側から第２圧電素子３１へ印加されるノイズの影響の差を低減できる。したがって、さらに検出精度の向上を図ることができる。

また、第２センサ部３０は、保護部材４０との間に空間５０が構成されるように配置されており、保護部材４０と当接している第１センサ部２０と比較すると、基板１０が振動した際に第１センサ部２０より大きく振動し易い。しかしながら、本実施形態では、第２圧電素子３１の上方にも上側弾性部材３２が配置されているため、第２圧電素子３１上に所定の錘部材が配置された状態となる。このため、基板１０が振動した際に第２センサ部３０が第１センサ部２０より大きく振動することを抑制できる。つまり、基板１０が振動した際に第１センサ部２０と第２センサ部３０との振動の大きさの差を低減できる。したがって、第１センサ信号および第２センサ信号に含まれるノイズ信号の大きさの差を低減でき、さらに検出信号にノイズ圧力に応じた信号が含まれることを抑制できる。

（第３実施形態の変形例）
上記第３実施形態の変形例について説明する。上記第３実施形態において、図１４に示されるように、第１センサ部２０は、上側弾性部材２４が配置されていない構成とされていてもよい。つまり、第２センサ部３０のみに錘部材としての上側弾性部材３２が配置された構成とされていてもよい。このような構成としても、基板１０が振動した際に第１センサ部２０と第２センサ部３０との振動の大きさの差を低減できるため、第１センサ信号および第２センサ信号に含まれるノイズ信号の大きさの差を低減できる。なお、このような構成とする場合には、第２圧電素子３１上には、錘部材として機能する部材が配置されていればよく、弾性部材ではなくてもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第３実施形態に対して、ストッパ部を配置したものであり、その他に関しては上記第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図１５に示されるように、基板１０の一面１０ａ上には、第１センサ部２０および第２センサ部３０に加えて、ストッパ部７０が配置されている。具体的には、ストッパ部７０は、第２センサ部３０を挟んで第１センサ部２０と反対側に配置されている。つまり、第２センサ部３０が第１センサ部２０とストッパ部７０との間に配置されるように、ストッパ部７０が配置されている。

ストッパ部７０は、構造体７１と弾性部材７２が積層されて構成されている。本実施形態では、構造体７１は、第１センサ部２０における構造体２１と同じ材料で構成され、弾性部材７２は、第１センサ部２０における下側弾性部材２２と同じ材料で構成されている。そして、第１センサ部２０における構造体２１および下側弾性部材２２の積層方向に沿った方向の長さと、ストッパ部７０における構造体７１、弾性部材７２の積層方向に沿った方向の長さとが等しくされている。つまり、ストッパ部７０における構造体７１は、基板１０の一面１０ａからの高さが第２センサ部３０における基板１０の一面１０ａからの高さよりも高くされている。

以上説明した本実施形態によれば、第２センサ部３０を挟んで第１センサ部２０と反対側にストッパ部７０が配置されている。このため、保護部材４０のうちの第１センサ部２０における構造体２１とストッパ部７０における構造体７１との間の部分では、さらに押し潰されることが抑制される。したがって、生体情報に起因する圧力が第２センサ部に印加されることがさらに抑制される。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、信号処理回路６０は、基板１０に備えられていなくてもよく、基板１０とは別に備えられた外部回路に備えられていてもよい。

また、上記各実施形態において、信号処理回路６０には、差動増幅器６１と共に、アナログ－デジタル変換回路（すなわち、Ａ／Ｄ変換回路）が備えられていてもよい。この場合、差動増幅器６１と、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１との間にアナログ－デジタル変換回路を備えるようにしてもよい。つまり、第１圧電素子２３から出力される第１センサ信号および第２圧電素子３１から出力される第２センサ信号はアナログ信号であるため、これらのセンサ信号をデジタル信号に変換して差動増幅器６１に入力するようにしてもよい。また、差動増幅器６１から出力される検出信号がアナログ－デジタル変換回路に入力されるようにしてもよい。つまり、差動増幅器６１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して外部回路に出力するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態において、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１は、異なる材料で構成されていてもよい。この場合は、例えば、信号処理回路６０に補正回路等を設ける等して各センサ信号の特性補正を行い、その後に差動増幅器６１に各センサ信号が入力されるようにすればよい。

また、上記各実施形態において、保護部材４０に窪み部４０ｂが形成されておらず、第２センサ部３０と保護部材４０とが当接していてもよい。このような構成としても、保護部材４０のうちの構造体２１より基板１０側の部分が押し潰されることが抑制される。つまり、第２センサ部３０近傍の保護部材４０は、押し潰されないことで生体圧力を減衰させる緩衝部材として機能する。このため、第２センサ部３０に生体圧力が印加されることが抑制され、検出精度が低下することが抑制される。

さらに、上記第１実施形態において、図１６に示されるように、下側弾性部材２２が備えられていなくてもよい。つまり、第１センサ部２０は、構造体２１と第１圧電素子２３のみを有する構成とされていてもよい。また、特に図示しないが、上記第２～第４実施形態においても、下側弾性部材２２が備えられていなくてもよい。

そして、上記各実施形態において、構造体２１は、保護部材４０が押し潰されて構造体２１が押し潰された際、構造体２１の高さが第２センサ部３０の高さよりも高く維持されるのであれば、保護部材４０の硬度以下の硬度を有する材料で構成されていてもよい。例えば、構造体２１は、アスカ－Ｃ硬度が５以下であるウレタンフォームやクロロプレンゴム等で構成されていてもよい。なお、このような構成とする場合には、例えば、構造体２１が押し潰される前の状態において、構造体２１の高さを第２センサ部３０の高さよりも所定量だけ高くするようにすればよい。

また、上記各実施形態において、生体情報検出センサ１の配置箇所は適宜変更可能である。例えば、生体情報検出センサ１は、車両用シート２における臀部下に配置されていてもよい。また、生体情報検出センサ１は、車両用シート２の背もたれ部２ｂの内部に配置されていてもよい。生体情報検出センサ１を背もたれ部２ｂの内部に配置する場合は、保護部材４０を挟んで基板１０が乗員の背部と反対側に位置するように配置される。そして、第１圧電素子２３および第２圧電素子３１を指向性を有する材料で構成した場合には、車両の天地方向における振動等によって基板１０が車両の天地方向に振動したとしても、当該振動に起因する圧力を信号として出力することが抑制される。また、背もたれ部２ｂに生体情報検出センサ１を配置する場合には、例えば、乗員の腰部と対向する部分、またはその近傍に生体情報検出センサ１を配置することができる。このような構成では、乗員が姿勢を変えた際等にも腰部は車両用シート２に当接したままとなり易いため、常に生体圧力が生体情報検出センサ１に印加されるようにできる。

また、上記各実施形態において、生体情報検出センサ１は、車両用シート２に備えられるのではなく、着座した状態で振動等する健康器具のシート、ジェットコースター等の遊戯器具におけるシート、または策道に備えられたシート等に備えられていてもよい。また、生体情報検出センサ１は、移動しないシートに備えられていてもよく、ドライビングシミュレータにおけるシートに備えられていてもよい。さらに、生体情報検出センサ１は、乗員が着座するシートとしての座布団やクッションに備えられていてもよい。

さらに、上記第４実施形態において、ストッパ部７０は、構造体７１のみで構成されていてもよい。また、ストッパ部７０は、第１センサ部２０における基板１０の一面１０ａからの高さと等しくなるように、構造体７１または弾性部材７２の高さが調整されていてもよいし、弾性部材７２上に異なる部材が積層されていてもよい。

１０ 基板
１０ａ 一面
２０ 第１センサ部
２３ 第１圧電素子
３０ 第２センサ部
３１ 第２圧電素子
４０ 保護部材
５０ 空間
６０ 信号処理回路

Claims (9)

1. 生体が着座するシート（２）に配置され、前記生体の生体情報を検出する生体情報検出センサであって、
   一面（１０ａ）を有する基板（１０）と、
   圧力に応じた信号を出力する第１圧電素子（２３）を有する第１センサ部（２０）と、
   圧力に応じた信号を出力する第２圧電素子（３１）を有する第２センサ部（３０）と、
   前記第１センサ部および前記第２センサ部を覆う状態で前記基板に備えられ、前記生体情報に起因する圧力が印加される保護部材（４０）と、
   前記第１圧電素子から出力される信号と前記第２圧電素子から出力される信号との差に基づいた検出信号を出力する信号処理回路（６０）と、を備え、
   前記第１センサ部および前記第２センサ部は、共通の前記基板に搭載されており、
   前記保護部材は、前記基板より前記生体が着座した際に当接する部分側に配置され、前記生体が前記シートに着座した際に押し潰されることで前記圧力を伝播するものであり、
   前記第１センサ部は、構造体（２１）、前記第１圧電素子が、前記基板側から前記構造体、前記第１圧電素子の順に積層され、前記生体が前記シートに着座した際に前記生体情報が前記保護部材を介して伝播されることで前記生体情報を含む信号を出力し、
   前記構造体は、前記基板の一面からの高さが前記第２センサ部における前記基板の一面からの高さより高くされ、前記生体が前記シートに着座した際においても、前記基板の一面からの高さが前記第２センサ部における前記基板の一面からの高さより高くなる構成とされており、
   前記基板の一面には、前記第２センサ部を挟んで前記第１センサ部と反対側に、前記第１センサ部における構造体と同じ材料で構成され、前記基板の一面からの高さが前記第２センサ部における前記基板の一面からの高さより高くされた構造体（７１）を含むストッパ部（７０）が配置されている生体情報検出センサ。
2. 前記構造体は、前記保護部材より硬度が高い材料で構成されている請求項１に記載の生体情報検出センサ。
3. 前記保護部材は、前記第２センサ部との間に空間（５０）を構成する窪み部（４０ｂ）が形成されている請求項１または２に記載の生体情報検出センサ。
4. 前記第１センサ部は、前記構造体と前記第１圧電素子との間に配置される下側弾性部材（２２）を有し、
   前記下側弾性部材は、前記構造体より硬度の低い材料で構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の生体情報検出センサ。
5. 前記下側弾性部材は、アスカ－Ｃ硬度が５以下の多孔質部材で構成されている請求項４に記載の生体情報検出センサ。
6. 前記第１センサ部は、前記第１圧電素子上に積層され、前記生体情報に起因する周波数成分より高い高周波数成分を減衰させる材料で構成された上側弾性部材（２４）を有している請求項１ないし５のいずれか１つに記載の生体情報検出センサ。
7. 前記第２センサ部は、前記第２圧電素子上に積層され、前記上側弾性部材と同じ材料で構成された上側弾性部材（３２）を有している請求項６に記載の生体情報検出センサ。
8. 前記第２センサ部は、前記第２圧電素子上に積層された錘部材（３２）を有している請求項２に記載の生体情報検出センサ。
9. 前記基板は、前記構造体よりも硬度が低くされている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の生体情報検出センサ。

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