JP7157312B2 - センサ出力変換回路およびシート - Google Patents

Description

本発明は、センサの出力を変換するセンサ出力変換回路と、センサ出力変換回路を備えたシートに関する。

従来、着座者が座るシートに圧力センサを搭載して、着座者の着座姿勢を推定する装置が知られている（特許文献１）。

特開平１１－０６４１３１号公報

しかしながら、従来技術では、圧力センサの出力特性を変更する回路が設けられていないことから、圧力センサの出力特性が一定であるため、体重の異なる様々な着座者がシートに座った場合には、圧力センサに加わる圧力が着座者ごとに大きく変わり、圧力センサにおいて圧力を精度良く検出することができなくなるおそれがある。具体的には、例えば、圧力センサが、圧力が小さいときに応答性が高く、圧力が大きくなるに従って応答性が低くなるような出力特性を持つ場合には、大きな体重の着座者がシートに座った際における圧力センサでの圧力の検出の精度が悪くなるおそれがある。

そこで、本発明は、センサの出力特性を変更可能とすることで、センサでの物理量の検出精度の悪化を抑制することを目的とする。

前記した課題を解決するため、本発明に係るセンサ出力変換回路は、センサに内蔵され、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ側抵抗と、電源とグラウンドの間で、前記センサ側抵抗に直列接続される第１抵抗と、前記センサ側抵抗と前記第１抵抗の間の配線が非反転入力端子に接続されるオペアンプと、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子とを繋ぐとともに、第２抵抗を備えた負帰還回路と、前記第２抵抗と前記反転入力端子を繋ぐ配線に接続されるとともに、グラウンドに接続される第３抵抗と、を備える。
前記第３抵抗は、複数の調整用抵抗と、当該複数の調整用抵抗の接続状態を切り替えるスイッチとからなり、前記スイッチは、制御装置からの信号に基づいて切り替え可能となっている。

この構成によれば、制御装置からスイッチに信号を送って、スイッチを切り替え、スイッチによって複数の調整用抵抗の接続状態を切り替えることで、オペアンプから出力される出力値を変更することができるので、センサの出力特性を変更することができ、センサでの物理量の検出精度の悪化を抑制することができる。

また、前記スイッチは、前記複数の調整用抵抗のそれぞれに設けられていてもよい。

これによれば、例えばスイッチの数が調整用抵抗の数よりも少ない構成に比べ、第３抵抗の抵抗値、つまり複数の調整用抵抗の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

また、前記スイッチは、トランジスタであってもよい。

これによれば、制御装置からの信号によってスイッチを良好に切り替えることができる。

また、前記第１抵抗は、グラウンドに接続されていてもよい。

また、前記複数の調整用抵抗は、それぞれ抵抗値が異なっていてもよい。

これによれば、例えば複数の調整用抵抗が同じ抵抗値である構成に比べ、第３抵抗の抵抗値、つまり複数の調整用抵抗の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

また、前記複数の調整用抵抗は、並列接続されていてもよい。

これによれば、例えばスイッチがトランジスタである場合には、複数の調整用抵抗を直列接続する形態に比べ、出力ポートの数が少なくても、第３抵抗の抵抗値、つまり複数の調整用抵抗の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

また、前記調整用抵抗の数をｎとした場合、ｎ個の調整用抵抗のうちｋ番目の調整用抵抗の抵抗値は、最も小さな抵抗値に２^ｋ－１を掛けた値であってもよい。

これによれば、複数の調整用抵抗の抵抗値が、最も小さな抵抗値から順に２倍ずつずれていくので、第３抵抗の抵抗値を適切な範囲で変更することができる。

また、前記第２抵抗の抵抗値は、前記ｎ個の調整用抵抗のうちｎ－１番目の調整用抵抗の抵抗値と同じであってもよい。

これによれば、倍率Ａｖの式が、以下のようになる。
Ａｖ＝１＋２^ｎ－２・ｐ_１＋２^ｎ－３・ｐ_２＋・・・＋ｐ_ｎ－１＋ｐ_ｎ／２
ｐ_１～ｐ_ｎ：０または１
これにより、倍率Ａｖを、１から最大値（上記の式でｐ_１～ｐ_ｎをすべて１にしたときの値）までの範囲において、０．５刻みで細かく変更することができる。

また、前記調整用抵抗の数は、４つであってもよい。

また、前記４つの調整用抵抗の抵抗値は、１２５Ω、２５０Ω、５００Ω、１ｋΩであってもよい。

これによれば、オペアンプの倍率（増幅率）を、１～８．５の範囲で変更することができる。

また、本発明に係るシートは、前記センサ出力変換回路を備えたシートであって、着座者を支持する座面を有するシート本体を備える。
前記センサは、前記シート本体の前記座面側に配置された圧力センサである。

これによれば、シート本体に設けた圧力センサの出力特性を変更することが可能になるので、着座者の体重の違いによる圧力センサでの圧力の検出精度の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、センサの出力特性を変更することが可能になるので、センサでの物理量の検出精度の悪化を抑制することができる。

また、スイッチを複数の調整用抵抗のそれぞれに設けることで、例えばスイッチの数が調整用抵抗の数よりも少ない構成に比べ、第３抵抗の抵抗値、つまり複数の調整用抵抗の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

また、スイッチをトランジスタとすることで、制御装置からの信号によってスイッチを良好に切り替えることができる。

また、複数の調整用抵抗の抵抗値をそれぞれ異なる値にすることで、例えば複数の調整用抵抗が同じ抵抗値である構成に比べ、第３抵抗の抵抗値、つまり複数の調整用抵抗の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

また、ｎ個の調整用抵抗のうちｋ番目の調整用抵抗の抵抗値を、最も小さな抵抗値に２^ｋ－１を掛けた値とすることで、複数の調整用抵抗の抵抗値が、最も小さな抵抗値から順に２倍ずつずれていくので、第３抵抗の抵抗値を適切な範囲で変更することができる。

また、第２抵抗の抵抗値を、ｎ個の調整用抵抗のうちｎ－１番目の調整用抵抗の抵抗値と同じにすることで、倍率Ａｖを、１から最大値までの範囲において、０．５刻みで細かく変更することができる。

また、４つの調整用抵抗の抵抗値を、１２５Ω、２５０Ω、５００Ω、１ｋΩとすることで、オペアンプの倍率（増幅率）を、１～８．５の範囲で変更することができる。

また、センサ出力変換回路をシートに設けた圧力センサに適用することで、着座者の体重の違いによる圧力センサでの圧力の検出精度の悪化を抑制することができる。

一実施形態に係るシートの構成を説明する図である。 センサ出力変換回路を示す回路図である。 圧力センサに加わる圧力と、出力電圧と、第３抵抗の抵抗値に応じて変化するオペアンプの倍率との関係を示すグラフである。 複数の調整用抵抗を直列接続した形態を示す回路図である。 直列接続の形態における、出力ポートの出力状態と合成抵抗値との関係を示す表である。 並列接続の形態における、出力ポートの出力状態と合成抵抗値との関係を示す表である。 並列接続の形態における、実際の合成抵抗値とパターン（出力ポートの出力状態）との関係を示すグラフである。 直列接続の形態における、実際の合成抵抗値とパターン（出力ポートの出力状態）との関係を示すグラフである。

次に、本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の乗物用シートＳは、シートの一例であり、例えば、車両に設置される車両用シートとして構成される。乗物用シートＳは、シート本体Ｓ０と、制御装置１００と、センサ出力変換回路４０（図２参照）とを備えている。

シート本体Ｓ０は、シートクッションＳ１およびシートバックＳ２を有する。シートクッションＳ１およびシートバックＳ２は、クッションパッド２０と、クッションパッド２０を被覆する表皮１０とを備えている。クッションパッド２０は、ウレタンフォームなどからなり、図示せぬフレームによって支持されている。表皮１０は、合成皮革や布地などからなっている。表皮１０の外面は、着座者を支持する座面となっている。

シートクッションＳ１とシートバックＳ２には、表皮１０の下に複数の圧力センサＰＳ１～ＰＳ６が設けられている。圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、シート本体Ｓ０に座っている着座者の動作を特定するための測定値を取得するセンサである。圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、シート本体Ｓ０に着座する着座者に対向する座面の状態を検知可能に配置され、シート本体Ｓ０に座っている着座者からの圧力値を取得する。

各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、シート本体Ｓ０の座面側に配置されている。詳しくは、各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、クッションパッド２０と表皮１０との間に配置されている。各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、乗物用シートＳの左右の中心に対して左右対称に１対ずつ設けられている。
具体的には、シートクッションＳ１には、圧力センサＰＳ１～ＰＳ３が設けられている。圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２は、シートクッションＳ１における着座者の臀部に対応する位置に配置されている。圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２は、着座者の臀部からの圧力を測定する第１クッションセンサＳＣ１を構成している。圧力センサＰＳ２は、圧力センサＰＳ１の少し前に配置されている。なお、第１クッションセンサＳＣ１は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２のいずれか一方のみを備えていてもよい。

圧力センサＰＳ３は、着座者の大腿の下に位置している。圧力センサＰＳ３は、着座者の大腿からの圧力値を測定する第２クッションセンサＳＣ２を構成している。圧力センサＰＳ３は、圧力センサＰＳ１および圧力センサＰＳ２から前方に大きく離れて配置されている。

シートバックＳ２には、圧力センサＰＳ４～ＰＳ６が設けられている。圧力センサＰＳ４は、着座者の腰の後ろに対応する位置に設けられている。圧力センサＰＳ５は、圧力センサＰＳ４の少し上に配置されている。圧力センサＰＳ４および圧力センサＰＳ５は、いずれも、着座者の腰からの圧力を測定する第１バックセンサＳＢ１を構成している。なお、第１バックセンサＳＢ１は、圧力センサＰＳ４および圧力センサＰＳ５のいずれか一方のみを備えていてもよい。

圧力センサＰＳ６は、圧力センサＰＳ４および圧力センサＰＳ５から上方に大きく離れて配置されている。圧力センサＰＳ６は、着座者の背中の上部に対応して位置している。圧力センサＰＳ６は、着座者の背中の上部からの圧力値を測定する第２バックセンサＳＢ２を構成している。

なお、圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、例えば、外部からの圧力によって電気抵抗が変化する素子であり、圧力値が大きい程、検出信号の電圧が高くなる（もしくは低くなる）。圧力センサＰＳ１～ＰＳ６としては、例えば、入力される圧力が大きくなるほど一対の電極同士の接触面積が大きくなって抵抗値が小さくなる感圧センサや、入力される圧力が大きくなるほど抵抗の歪が大きくなって抵抗値が大きくなる歪ゲージなどを利用することができる。ただし、感圧センサは、歪ゲージよりも、圧力変化に対する抵抗値の変化量が大きいため、感圧センサを用いるのが望ましい。

各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６は、後述するセンサ出力変換回路４０（図２参照）に組み込まれ、このセンサ出力変換回路４０を介して制御装置１００に接続されている。なお、センサ出力変換回路４０は、シート本体Ｓ０に設けられた複数の圧力センサＰＳ１～ＰＳ６のそれぞれに対して１つずつ設けられている。

表皮１０の外面における各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６に対応した位置には、位置表示部となる塗料３１が塗布されている。塗料３１は、表皮１０の外面１０Ａに塗布されることで、表皮１０の外側に露出している。塗料３１の色は、表皮１０の外面１０Ａとは異なる色となっている。具体的には、例えば表皮１０の外面１０Ａが黒色である場合には、塗料３１の色は、黄色などの黒色に対して目立つ色とすることができる。

このような塗料３１は、着座者が乗物用シートＳに着座する前に、シート本体Ｓ０の外側から各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６の位置を視認可能に表示している。

制御装置１００は、各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６から、圧力値を取得可能に圧力センサＰＳ１～ＰＳ６と接続されている。制御装置１００は、各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６で検出した情報を、対象機器、例えばスマートフォンＳＰに送信可能となっている。

制御装置１００およびスマートフォンＳＰは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、書換可能な不揮発性メモリ等を有し、予め記憶されたプログラムを実行する。なお、スマートフォンＳＰは、ディスプレイＤＳＰをさらに備えている。

制御装置１００には、ブルートゥース（登録商標）またはＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの近距離無線通信を可能にする近距離通信機３Ａが接続されている。制御装置１００は、近距離通信機３Ａを介してスマートフォンＳＰと通信可能であり、スマートフォンＳＰにインストールされたアプリと連携してスマートフォンＳＰに所定の画面や音声を提供するとともに、スマートフォンＳＰで入力されたデータを取得することができるようになっている。

このようなシート本体Ｓ０、制御装置１００およびスマートフォンＳＰからなるシステムでは、例えば、スマートフォンＳＰ上で、１００ｍ走のゲームを提供することができる。この場合、制御装置１００は、シート本体Ｓ０上で着座者が左右の脚を交互に上下させることで、ディスプレイＤＳＰ上に表示されたゲーム内のキャラクタを走らせる操作をする信号を出力する。

このようなゲームを行う場合において、着座者は、シート本体Ｓ０に着座する前に、シート本体Ｓ０に塗布された塗料３１の位置を視認することができるので、各圧力センサＰＳ１～ＰＳ６の位置を容易に確認することができる。これにより、着座者は、自分の左右の大腿を左右の圧力センサＰＳ３の上に適切にセットすることができるため、各圧力センサＰＳ３を有効に利用して、ゲームを楽しむことができる。

図２に示すように、センサ出力変換回路４０は、センサ側抵抗Ｒｆｓｒと、第１抵抗Ｒｍと、オペアンプＯＰと、負帰還回路４１と、第３抵抗Ｒｐｄと、を備える。センサ側抵抗Ｒｆｓｒは、圧力センサＰＳ１に内蔵され、測定対象の物理量としての圧力の変化に応じて抵抗値が変化する抵抗である。なお、以下の説明では、圧力センサＰＳ１に対応したセンサ出力変換回路４０を代表して説明し、その他の圧力センサＰＳ２～ＰＳ６に対応した各センサ出力変換回路４０については、同様の構造であるため、説明を省略する。

第１抵抗Ｒｍは、電源ＥＰとグラウンドＧＮＤの間で、センサ側抵抗Ｒｆｓｒに直列接続されている。詳しくは、第１抵抗Ｒｍのセンサ側抵抗Ｒｆｓｒとは反対側の端部が、グラウンドＧＮＤに接続され、センサ側抵抗Ｒｆｓｒの第１抵抗Ｒｍとは反対側の端部が、電源ＥＰに接続されている。第１抵抗Ｒｍの抵抗値は、１００Ωとなっている。

オペアンプＯＰは、非反転入力端子（＋）と反転入力端子（－）と、１つの出力端子を備えた増幅器である。非反転入力端子（＋）は、センサ側抵抗Ｒｆｓｒと第１抵抗Ｒｍの間の配線Ｗに接続されている。出力端子から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、負帰還回路４１を介して反転入力端子（－）にフィードバックされるとともに、制御装置１００に出力される。

負帰還回路４１は、オペアンプＯＰの出力端子と反転入力端子（－）とを繋ぐとともに、第２抵抗Ｒｐｕを備えた回路である。第２抵抗Ｒｐｕの抵抗値は、５００Ωとなっている。なお、本実施形態では、負帰還回路４１に第２抵抗Ｒｐｕを設けているが、本発明はこれに限定されず、第２抵抗Ｒｐｕを設けずに、負帰還回路４１を配線のみで構成してもよい。つまり、オペアンプＯＰの出力端子を、反転入力端子（－）に直接接続してもよい。

第３抵抗Ｒｐｄは、第２抵抗Ｒｐｕと反転入力端子（－）を繋ぐ配線４１Ａに接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。第３抵抗Ｒｐｄは、４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４と、これらの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の接続状態を切り替える４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４とからなっている。４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４は、並列接続され、それぞれ抵抗値が異なっている。具体的には、４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちｋ番目の調整用抵抗の抵抗値は、最も小さな抵抗値に２^ｋ－１を掛けた値となっている。本実施形態では、各調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４を抵抗値が小さいものから順に並べた場合、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の順になることとする。そのため、本実施形態では、第１調整用抵抗Ｒ１の抵抗値が最も小さな値となり、第２調整用抵抗Ｒ２の抵抗値がＲ１の２倍、第３調整用抵抗Ｒ３の抵抗値がＲ１の４倍、第４調整用抵抗Ｒ４の抵抗値がＲ１の８倍となっている。具体的に、本実施形態では、第１調整用抵抗Ｒ１の抵抗値は、１２５Ω、第２調整用抵抗Ｒ２の抵抗値は、２５０Ω、第３調整用抵抗Ｒ３の抵抗値は、５００Ω、第４調整用抵抗Ｒ４の抵抗値は、１ｋΩとなっている。

スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、トランジスタであり、制御装置１００の出力ポートｐ１～ｐ４からの信号に基づいて切り替え可能となっている。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４のそれぞれに設けられている。詳しくは、第１スイッチＳＷ１は、第１調整用抵抗Ｒ１に直列接続され、グラウンドＧＮＤに接続されている。同様に、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４は、それぞれ対応する第２調整用抵抗Ｒ２、第３調整用抵抗Ｒ３および第４調整用抵抗Ｒ４に直列接続され、それぞれグラウンドＧＮＤに接続されている。

このセンサ出力変換回路４０では、制御装置１００が、電源ＥＰを制御して、直列接続されたセンサ側抵抗Ｒｆｓｒおよび第１抵抗Ｒｍに電圧Ｖｐｐを印加すると、電圧Ｖｐｐが、センサ側抵抗Ｒｆｓｒと第１抵抗Ｒｍとで分圧される。これにより、センサ側抵抗Ｒｆｓｒと第１抵抗Ｒｍ間の電位、つまり第１抵抗Ｒｍにかかる電圧Ｖｉｎは、以下の式（１）で表される。
Ｖｉｎ＝｛Ｒｍ／（Ｒｆｓｒ＋Ｒｍ）｝・Ｖｐｐ ・・・（１）

そして、この電圧ＶｉｎがオペアンプＯＰの非反転入力端子（＋）に入力されると、オペアンプＯＰの出力端子から出力電圧Ｖｏｕｔが制御装置１００に出力される。ここで、負帰還回路４１が第２抵抗Ｒｐｕを備えるとともに、負帰還回路４１に第３抵抗Ｒｐｄが接続されることから、出力電圧Ｖｏｕｔは、以下の式（２）で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ａｖ・Ｖｉｎ＝Ａｖ・｛Ｒｍ／（Ｒｆｓｒ＋Ｒｍ）｝・Ｖｐｐ ・・・（２）
Ａｖ：オペアンプＯＰの倍率（増幅率）

ここで、倍率Ａｖは、第２抵抗Ｒｐｕと第３抵抗Ｒｐｄによって決まる値であり、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の切り替えによって、様々な値に変化する。詳しくは、スイッチＳＷ１～ＳＷ４の切り替えによって第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値、つまり調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の合成抵抗値が変化することで、倍率Ａｖが変化する。第３抵抗Ｒｐｄは、以下の式（３）で表される。
Ｒｐｄ＝１／（ｐ_１／Ｒ１＋ｐ_２／Ｒ２＋ｐ_３／Ｒ３＋ｐ_４／Ｒ４） ・・・（３）
ｐ_１～ｐ_４：０または１

ここで、ｐ_１～ｐ_４は、出力ポートｐ１～ｐ４からスイッチＳＷ１～ＳＷ４へ出力する信号の出力状態（ＨＩＧＨ・ＬＯＷ）を示す値であり、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４のＯＮ・ＯＦＦに対応している。なお、この回路では、出力ポートｐ１～ｐ４の出力をＨＩＧＨにすると、スイッチＳＷ１～ＳＷ４がＯＮになって調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４がグラウンドＧＮＤに接続される。また、出力ポートｐ１～ｐ４の出力をＬＯＷにすると、スイッチＳＷ１～ＳＷ４がＯＦＦになって調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４とグラウンドＧＮＤとの接続が切られる。そして、式（３）において、ｐ_１～ｐ_４には、スイッチＳＷ１～ＳＷ４がＯＦＦのときには０が代入され、ＯＮのときには１が代入される。

また、倍率Ａｖは、以下の式（４）で表される。
Ａｖ＝１＋Ｒｐｕ／Ｒｐｄ ・・・（４）

本実施形態では、第２抵抗Ｒｐｕを５００Ωとし、各調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４を１２５Ω、２５０Ω、５００Ω、１ｋΩとしたので、倍率Ａｖを、１～８．５の範囲で０．５刻みに切り替えることができる。

このように第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値を切り替えることで、倍率Ａｖを切り替えることができるので、圧力センサＰＳ１の出力値である出力電圧Ｖｏｕｔを、図３に示すように切り替えることができ、圧力センサＰＳ１の出力特性を切り替えることができる。図３は、横軸を圧力センサＰＳ１に加わる圧力とし、縦軸を出力電圧Ｖｏｕｔとしたグラフである。

図３のグラフより、倍率Ａｖを１～５倍の範囲において０．５刻みで大きくしていくと、出力電圧Ｖｏｕｔも倍率Ａｖに応じて細かく段階的に大きくなる。また、出力電圧Ｖｏｕｔは、倍率Ａｖが大きくなるほど、傾きが大きくなる。なお、制御装置１００で入力可能な最大電圧は決まっており、ここでは、電源ＥＰの最大値と同じ５Ｖとする。制御装置１００は、５Ｖを超える出力電圧Ｖｏｕｔが入力されると、入力された出力電圧Ｖｏｕｔを５Ｖとして扱うように構成されている。例えば、制御装置１００は、出力電圧Ｖｏｕｔが５Ｖを超えた場合に出力電圧Ｖｏｕｔを５Ｖに制限するための回路などを備えている。なお、倍率Ａｖを５．５～８．５倍にしたときの出力電圧Ｖｏｕｔについては、図示を省略するが、出力電圧Ｖｏｕｔの変化の傾向については同様である。

具体的に、倍率Ａｖを５倍にしたときの出力電圧Ｖｏｕｔのグラフは、圧力センサＰＳ１に加わる圧力が０～Ｆ１の範囲においては、右肩上がりの第１の傾きで変化し、圧力がＦ１～Ｆ２の範囲では、第１の傾きよりも大きな第２の傾きで変化し、圧力がＦ２を超えている範囲においては、５Ｖを超えるため、制御装置１００において５Ｖとして扱われる結果、傾きは略０となる。同様に、倍率Ａｖを２．５～４．５倍にしたときの出力電圧Ｖｏｕｔのグラフも、圧力が０～Ｆ１の範囲においては、それぞれ右肩上がりの所定の傾きで変化し、圧力がＦ１から所定の圧力までは、所定の傾きよりも大きな傾きとなり、圧力が所定の圧力を超えると、傾きは略０となる。出力電圧Ｖｏｕｔが５Ｖに達したときの圧力（以下、「到達時圧力」ともいう。）は、倍率Ａｖが小さくなるにつれて、大きくなっている。例えば、倍率Ａｖが４．５倍のときの出力電圧Ｖｏｕｔの到達時圧力は、Ａｖ＝５のときの到達時圧力Ｆ２よりも大きなＦ３となっている。

ここで、出力電圧Ｖｏｕｔの傾きが大きいほど、応答性や分解能が高くなり、傾きが略０の場合には、もはや圧力センサＰＳ１からの出力に基づいて圧力を推定することができなくなる。そのため、例えば着座者の体重が小さい場合（圧力が０～Ｆ２）には、制御装置１００が、第１スイッチＳＷ１をＯＮにし、その他のスイッチＳＷ２～ＳＷ４をＯＦＦにすることで、倍率Ａｖを５にして、圧力センサＰＳ１の応答性や分解能を高くすることができる。また、例えば着座者の体重が大きい場合（例えば圧力がＦ６より高い）には、制御装置１００が、すべてのスイッチＳＷ１～ＳＷ４をＯｆｆにすることで、倍率Ａｖを１にして、圧力センサＰＳ１の応答性や分解能を高くすることができる。

以上、本実施形態のセンサ出力変換回路４０によれば、次の各効果を奏することができる。
スイッチＳＷ１～ＳＷ４によって４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の接続状態を切り替えることで、オペアンプＯＰから出力される圧力センサＰＳ１の出力値を変更することができるので、圧力センサＰＳ１の出力特性を変更することができ、圧力センサＰＳ１での圧力の検出精度の悪化を抑制することができる。

特に本実施形態では、スマートフォンＳＰ上に表示されたゲーム内のキャラクタを操作するためのコントローラとして使用されるシート本体Ｓ０に設けた圧力センサＰＳ１～ＰＳ６の出力特性を変更することが可能になる。そのため、着座者の体重の違いによる圧力センサＰＳ１～ＰＳ６での圧力の検出精度の悪化を抑制することができ、体重の異なる様々な着座者に対して同等の操作性を提供することができる。

スイッチＳＷ１～ＳＷ４を４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４のそれぞれに設けたので、例えばスイッチの数が調整用抵抗の数よりも少ない構成に比べ、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値、つまり４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

スイッチＳＷ１～ＳＷ４をトランジスタとしたので、制御装置１００からの信号によってスイッチＳＷ１～ＳＷ４を良好に切り替えることができる。

４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値をそれぞれ異なる値にすることで、例えば４つの調整用抵抗が同じ抵抗値である構成に比べ、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値、つまり４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の合成抵抗値のパターンを多くすることができる。

４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちｋ番目の調整用抵抗の抵抗値を、最も小さな抵抗値に２^ｋ－１を掛けた値とすることで、４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値が、最も小さな抵抗値から順に２倍ずつずれていくので、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値を適切な範囲で変更することができる。

第２抵抗Ｒｐｕの抵抗値を、４個の調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４のうち３番目の調整用抵抗Ｒ３の抵抗値と同じにしたので、倍率Ａｖを０．５刻みで細かく変更することができる。

４つの調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値を、１２５Ω、２５０Ω、５００Ω、１ｋΩとしたので、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値を６６．７～１ｋΩの範囲で変更することができ、オペアンプの倍率（増幅率）を、１～８．５の範囲で変更することができる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以下の他の形態に示すように、適宜変形して実施することが可能である。以下の説明において、前記実施形態と略同様の構造となる部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

前記実施形態では、複数の調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４を並列接続したが、本発明はこれに限定されず、直列接続してもよい。例えば、図４に示すように、５つの調整用抵抗Ｒ１１～Ｒ１５を直列接続してもよい。

詳しくは、図４の形態において、第３抵抗Ｒｐｄは、５つの調整用抵抗Ｒ１１～Ｒ１５と、これらの調整用抵抗Ｒ１１～Ｒ１５の接続状態を切り替える４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４とからなっている。５つの調整用抵抗Ｒ１１～Ｒ１５は、直列接続され、それぞれ抵抗値が同じ値、例えば２００Ωとなっている。詳しくは、第１調整用抵抗Ｒ１１は、第２抵抗Ｒｐｕと反転入力端子（－）を繋ぐ配線４１Ａに接続され、第２調整用抵抗Ｒ１２は、第１調整用抵抗Ｒ１１に直列接続され、第３調整用抵抗Ｒ１３は、第２調整用抵抗Ｒ１２に直列接続されている。第４調整用抵抗Ｒ１４は、第３調整用抵抗Ｒ１３に直列接続され、第５調整用抵抗Ｒ１５は、第４調整用抵抗Ｒ１４に直列接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。

スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、トランジスタであり、制御装置１００の出力ポートｐ１～ｐ４からの信号に基づいて切り替え可能となっている。第１スイッチＳＷ１は、第１調整用抵抗Ｒ１１と第２調整用抵抗Ｒ１２との間の配線に接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第２調整用抵抗Ｒ１２と第３調整用抵抗Ｒ１３との間の配線に接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。

第３スイッチＳＷ３は、第３調整用抵抗Ｒ１３と第４調整用抵抗Ｒ１４との間の配線に接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。第４スイッチＳＷ４は、第４調整用抵抗Ｒ１４と第５調整用抵抗Ｒ１５との間の配線に接続されるとともに、グラウンドＧＮＤに接続されている。

この形態では、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値は、以下の式（４）で表される。
Ｒｐｄ＝Ｒ１１＋ｐ_１・［Ｒ１２＋ｐ_２・｛Ｒ１３＋ｐ_３・（Ｒ１４＋ｐ_４・Ｒ１５）｝］ ・・・（４）
ｐ_１～ｐ_４：０または１

なお、式（４）において、ｐ_１～ｐ_４に代入される数値は、前記実施形態とは逆になっている。つまり、式（４）において、ｐ_１～ｐ_４には、スイッチＳＷ１～ＳＷ４がＯＮのときには０が代入され、ＯＦＦのときには１が代入される。この形態によれば、図５に示すように、各出力ポートｐ１～ｐ４の信号の出力状態（ＨＩＧＨ・ＬＯＷ）、つまり各スイッチＳＷ１～ＳＷ４のＯＮ・ＯＦＦに応じて、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値（合成抵抗値）を、２００Ω、４００Ω、６００Ω、８００Ω、１０００Ωというように比例的に変化させることができる。

なお、直列接続の形態では、４つの出力ポートｐ１～ｐ４に対して、第３抵抗Ｒｐｄの抵抗値（合成抵抗値）を５パターンしか作ることができない。また、調整用抵抗の数も５つにする必要がある。

これに対し、並列接続の形態では、図６に示すように、４つの出力ポートｐ１～ｐ４に対して、合成抵抗値を１６パターン作ることができる。詳しくは、並列接続の形態では、出力ポートの数をｎとしたときに、合成抵抗値のパターンを、２^ｎパターンも作ることができるので、直列接続の形態よりも、合成抵抗値のパターンを多くすることができる。さらに、並列接続の形態では、調整用抵抗の数も４つで済み、低コスト化を図ることができる。

ただし、並列接続の形態では、例えば図６に示すパターン９，１０の合成抵抗値１２５Ω、１１１Ωのように、近い値となる合成抵抗値が存在する。そのため、図７に示すように、調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の製造誤差によっては、合成抵抗値の大小関係が逆転してしまうパターンが生じるおそれがある。ここで、図７において、実線で示すグラフは、製造誤差が略０であるときのグラフであり、破線で示すグラフは、製造誤差があるときのグラフである。

これに対し、直列接続の形態では、図５に示すように、各パターンでの合成抵抗値を大きくずらしておく、例えば２００Ωずつずらしておくことで、図８に示すように、調整用抵抗Ｒ１１～Ｒ１５に製造誤差が生じても、合成抵抗値の大小関係が逆転してしまうことはない。ここで、図８において、実線で示すグラフは、製造誤差が略０であるときのグラフであり、破線で示すグラフは、製造誤差があるときのグラフである。

前記実施形態では、シートとして、自動車などの乗物で使用される乗物用シートＳを例示したが、本発明はこれに限定されず、その他のシート、例えば、家屋などの室内で使用される座椅子や椅子などであってもよい。

前記実施形態では、センサ側抵抗Ｒｆｓｒを電源ＥＰに接続し、第１抵抗ＲｍをグラウンドＧＮＤに接続したが、本発明はこれに限定されず、第１抵抗Ｒｍとセンサ側抵抗Ｒｆｓｒの配置を入れ替え、第１抵抗Ｒｍを電源ＥＰに接続し、センサ側抵抗ＲｆｓｒをグラウンドＧＮＤに接続してもよい。

前記実施形態では、センサとして圧力センサＰＳ１～ＰＳ６を例示したが、本発明はこれに限定されず、センサは、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ側抵抗を有するセンサであればどのようなセンサであってもよい。例えば、センサは、温度の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ側抵抗を有する温度センサなどであってもよい。

前記実施形態では、調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の数を４つとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば２つ、または、３つであってもよく、また、５つ以上であってもよい。また、スイッチの数は、調整用抵抗の数に応じて適宜変更すればよい。また、調整用抵抗Ｒ１～Ｒ４の抵抗値等も任意に設定することができる。なお、調整用抵抗の数をｎとした場合、ｎ個の調整用抵抗のうちｋ番目の調整用抵抗の抵抗値を、最も小さな抵抗値に２ｋ－１を掛けた値にしてもよい。ここで、ｋ：１～ｎである。

調整用抵抗の数をｎとした場合、第２抵抗の抵抗値は、ｎ個の調整用抵抗のうちｎ－１番目の調整用抵抗の抵抗値と同じにするとよい。これによれば、倍率Ａｖの式が、以下のようになる。
Ａｖ＝１＋２^ｎ－２・ｐ_１＋２^ｎ－３・ｐ_２＋・・・＋ｐ_ｎ－１＋ｐ_ｎ／２
ｐ_１～ｐ_ｎ：０または１
これにより、倍率Ａｖを、１から最大値（上記の式でｐ_１～ｐ_ｎをすべて１にしたときの値）までの範囲において、０．５刻みで細かく変更することができる。

また、複数の調整用抵抗は、直列に接続してもよいし、直列と並列の組み合わせで接続してもよい。

前記実施形態では、スイッチＳＷ１～ＳＷ４をトランジスタで構成したが、本発明はこれに限定されず、制御装置からの信号に基づいて切り替え可能なスイッチであればどのように構成してもよい。例えば、スイッチとして、リレー・ＦＥＴ・デジタル回路（ＡＮＤ回路、ＯＲ回路、ＸＯＲ回路）のＩＣを使ってもよい。

前記した実施形態および変形例で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。

４０ センサ出力変換回路
４１ 負帰還回路
４１Ａ 配線
１００ 制御装置
ＥＰ 電源
ＧＮＤ グラウンド
ＯＰ オペアンプ
ＰＳ１～ＰＳ６ 圧力センサ
Ｒ１～Ｒ４ 調整用抵抗
Ｒｆｓｒ センサ側抵抗
Ｒｍ 第１抵抗
Ｒｐｄ 第３抵抗
Ｒｐｕ 第２抵抗
ＳＷ１～ＳＷ４ スイッチ
Ｗ 配線

Claims (7)

1. センサに内蔵され、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ側抵抗と、
   電源とグラウンドの間で、前記センサ側抵抗に直列接続される第１抵抗と、
   前記センサ側抵抗と前記第１抵抗の間の配線が非反転入力端子に接続されるオペアンプと、
   前記オペアンプの出力端子と反転入力端子とを繋ぐとともに、第２抵抗を備えた負帰還回路と、
   前記第２抵抗と前記反転入力端子を繋ぐ配線に接続されるとともに、グラウンドに接続される第３抵抗と、を備えるセンサ出力変換回路であって、
   前記第３抵抗は、
   直列接続された 複数の調整用抵抗と、
   当該複数の調整用抵抗の接続状態を切り替えるスイッチであって、各調整用抵抗の間に一端が接続された複数のスイッチとからなり、
   各スイッチの他端は、グラウンドに接続され、
   前記スイッチは、制御装置からの信号に基づいて切り替え可能となっていることを特徴とするセンサ出力変換回路。
2. 前記スイッチは、トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ出力変換回路。
3. 前記第１抵抗は、グラウンドに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ出力変換回路。
4. 前記複数の調整用抵抗は、それぞれ抵抗値が異なることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ出力変換回路。
5. 前記調整用抵抗の数は、５つであり、
   前記スイッチの数は、４つであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ出力変換回路。
6. ５つの前記調整用抵抗の抵抗値は、それぞれ同じ値であることを特徴とする請求項５に記載のセンサ出力変換回路。
7. 着座者を支持する座面を有するシート本体と、前記シート本体の前記座面側に配置されたセンサと、センサ出力変換回路と、制御装置と、を備えるシートであって、
   前記センサ出力変換回路は、
   前記センサに内蔵され、測定対象の物理量の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ側抵抗と、
   電源とグラウンドの間で、前記センサ側抵抗に直列接続される第１抵抗と、
   前記センサ側抵抗と前記第１抵抗の間の配線が非反転入力端子に接続されるオペアンプと、
   前記オペアンプの出力端子と反転入力端子とを繋ぐとともに、第２抵抗を備えた負帰還回路と、
   前記第２抵抗と前記反転入力端子を繋ぐ配線に接続されるとともに、グラウンドに接続される第３抵抗と、を備え、
   前記第３抵抗は、
   複数の調整用抵抗と、
   当該複数の調整用抵抗の接続状態を切り替えるスイッチであって、前記制御装置からの信号に基づいて切り替え可能なスイッチとからなり、
   前記制御装置は、
   前記センサからの情報に基づいて着座者の体重が所定値以下であるかを判定し、
   着座者の体重が所定値以下であると判定した場合には、前記スイッチを制御して前記オペアンプの増幅率を第１値に設定し、
   着座者の体重が所定値以下でないと判定した場合には、前記スイッチを制御して前記オペアンプの増幅率を前記第１値よりも小さな第２値に設定することを特徴とするシート。

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