JPWO2020017075A1 - 検出装置、シートベルト、及び監視システム - Google Patents

Abstract

検出装置は、人体の動きを検出する装置である。検出装置は、可撓性を有する基材と、基材に設けられており、人体の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、基材に設けられており、電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、を有する。基材は、例えばフレキシブル基板又は導電性繊維を含む布状の部材である。

Description

本発明は、生体の状態を検出するための検出装置、シートベルト、及び監視システムに関する。

従来、体表面上に貼付した電極対から微弱電流を流すとともに、体表面上に生じた電位差から、生体内の導電率分布又は導電率変化の分布を画像化する技術が知られている。特許文献１には、電気インピーダンストモグラフィ（以下、ＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography））の技術をシートベルトに適用することにより、自動車の運転手の状態を監視することができる運転手監視装置が開示されている。

特開２０１７−１３６３０４号公報

従来の技術においては、各電極が、シートベルトの端部付近に設けられた測定回路に接続されており、運転手監視装置と電極との間で送受信する電気信号を測定回路が中継していた。ところが、シートベルトは長尺形状をしており、約３ｍの長さであるので、電極と測定回路との間で電気信号が伝送される間にノイズが重畳されやすく、測定精度が低下してしまうという問題があった。運転中の運転者の健康状態を正確にモニターするためには、より精密な測定をしたいというさらなる課題もあり、この課題に対応するためにはノイズの低減は喫緊の課題になっている。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、生体の状態の検出精度を向上させることができる検出装置、シートベルト、及び監視システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、人体の動きを検出する検出装置である。当該検出装置は、可撓性を有する基材と、前記基材に設けられており、前記人体の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、を有する。

前記検出装置は、複数の前記電気素子と、前記複数の電気素子に対応する複数の前記半導体素子と、を有し、複数の前記半導体素子のそれぞれが、他の半導体素子に対応する前記電気素子よりも自身に対応する前記電気素子に近い位置に設けられていてもよい。

前記複数の半導体素子のそれぞれと、それぞれの半導体素子に対応する前記電気素子との間の複数の距離が同一であってもよい。

前記複数の半導体素子のそれぞれは、前記検出値を示すデジタルデータを、同一のシリアル信号線を介して送信してもよい。

前記電気素子として、前記基材の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサを有し、前記半導体素子は、前記曲率センサのインピーダンスを検出し、検出したインピーダンスの値を出力してもよい。複数の前記曲率センサが、前記基材の長手方向における異なる位置に、それぞれ異なる方向に設けられていてもよい。

前記電気素子として、前記基材に設けられた正電極と、前記正電極と異なる負電極と、前記正電極と前記負電極との間に電界を発生させる電界発生部と、を有し、前記半導体素子は、前記正電極と前記負電極との間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を出力してもよい。

前記負電極が前記正電極よりも小さく、前記正電極及び前記負電極が、前記基材の厚み方向における前記負電極の投影面が前記正電極の輪郭線内に含まれるように前記基材に設けられていてもよい。

前記正電極が、前記負電極と前記半導体素子とを接続する配線が設けられている位置を除く領域において前記負電極を包囲していてもよい。

前記基材に対して前記正電極及び前記負電極の側と反対側に設けられたガード電極と、前記ガード電極の電位を前記負電極と同電位にする電位調整回路と、をさらに有してもよい。

複数の前記正電極と、複数の前記負電極と、前記複数の正電極のいずれか及び前記複数の負電極のいずれかとの間に発生した電界の強度に対応する前記電界強度検出値を出力する複数の前記半導体素子と、複数の前記正電極から選択した１つの正電極と、複数の前記負電極から選択した１つの負電極との間に発生した電界の強度に対応する前記電界強度検出値を取得するように前記複数の半導体素子を制御する制御部と、を有してもよい。

前記電気素子として、前記基材の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサと、前記基材に設けられた正電極と、前記正電極と異なる負電極と、前記正電極と前記負電極との間に電界を発生させる電界発生部と、を有し、前記半導体素子は、前記正電極と前記負電極との間に発生した電界の強度の検出処理と、前記インピーダンスの検出処理とを時分割で切り替えながら実行してもよい。

前記曲率センサは、前記正電極又は前記負電極の少なくともいずれかに設けられていてもよい。

前記検出装置は、車両に搭載されたシートベルトに前記検出装置を装着するための装着部と、前記半導体素子が出力した電界強度検出値を示すデータを無線で外部装置に送信する通信部と、をさらに有してもよい。

本発明の第２の態様は、車両に搭載されるシートベルトである。当該シートベルトは、帯状の表側ベルトと、前記表側ベルトと結合された裏側ベルトと、前記表側ベルトと前記裏側ベルトとの間に設けられた検出装置と、を備え、前記検出装置は可撓性を有する基材と、前記基材に設けられており、前記シートベルトを装着した人の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、を有する。

本発明の第３の態様は監視システムである。当該監視システムは、車両に搭載されるシートベルトを装着した人の状態を検出する検出装置と、前記検出装置が検出した前記人の状態に基づいて前記車両を制御する監視装置と、を備える監視システムであって、前記検出装置は、可撓性を有する基材と、前記基材に設けられており、前記人の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、前記半導体素子が出力した前記検出値を含む信号を前記監視装置に送信する送信部と、を有する。

本発明によれば、生体の状態の検出精度を向上させることができるという効果を奏する。

監視システムの概要を説明するための図である。 シートベルトの形状を示す模式図である。 検出装置の構成を模式的に示す図である。 検出ＩＣの構成を示す図である。 正電極及び負電極の周辺に生じる電界の強度分布を示す図である。 中継回路の構成を示す図である。 電極の第１変形例の構成を示す図である。 正電極及び負電極の詳細構成を示す図である。 正電極及び負電極の周辺に生じる電流密度分布を示す図である。 正電極及び負電極を人の胸に装着した状態での正電極と負電極との間のインピーダンスが変化する様子を示す図である。 電極の第２変形例の構成を示す図である。 電極の第３変形例の構成を示す図である。 ガード電極が設けられた構成例を示す図である。 ＣＰＵが電界を発生する領域を制御する方法について説明するための図である。 本実施の形態に係るフレキシブル基板の他の例を示す図である。 曲率センサの形状を模式的に示す図である。 検出ＩＣの構成を示す図である。 形状センサ部及びインピーダンス検出部の構成を示す図である。 ΔＺ１の変化量に対する電位差Ｖ１−Ｖ２との関係を示す図である。 曲率センサのインピーダンスとフレキシブル基板の形状との関係を示す図である。 複数の曲率センサの配置方向の変形例を示す図である。 曲率センサの搭載位置の変形例の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る検出装置の構成例を模式的に示す図である。 検出装置のＣ−Ｃ線断面図である。 検出装置の構成を示す模式図である。 変形例としての検出装置の構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
［監視システムＳの概要］
図１は、監視システムＳの概要を説明するための図である。監視システムＳは、運転手及び乗員等のように自動車に乗っている人の状態を監視するためのシステムであり、シートベルト１００及び監視装置２００を備える。監視システムＳは、シートベルト１００に設けられた電極対Ｅにより電界を発生させ、電界を発生させている間に電極対Ｅに含まれる複数の電極間の電位差を測定することにより、自動車に乗っている人の身体の状態を特定する。以下の説明においては、自動車に乗っている人が運転手である場合を例にして説明するが、本明細書に記載した実施の形態は、運転手以外の人がシートベルト１００を装着する場合にも適用できる。

図２は、シートベルト１００の形状を示す模式図である。図２（ａ）は、シートベルト１００の平面図であり、図２（ｂ）は、シートベルト１００のＡ−Ａ線断面図である。シートベルト１００は、帯状の表側ベルト１０１と、表側ベルト１０１と結合された裏側ベルト１０２と、表側ベルト１０１と裏側ベルト１０２との間に設けられた検出装置１と、を有する。検出装置１は、運転手の身体付近の電界の強度を検出するシート状のデバイスである。検出装置１は、可撓性を有する基材の一例であるフレキシブル基板１０に設けられた、電界を発生する複数の電極対Ｅ（図１におけるＥ１〜Ｅ８）を有する。

電極対Ｅは、シートベルト１００を装着した人の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子の一例である。シートベルト１００を装着した人の呼吸又は心拍等の身体の状態に基づく動きに応じて電極対Ｅの近傍のインピーダンスが変化する。その結果、電極対Ｅが発生する電界の状態が変化し、電極対Ｅを構成する複数の電極間の電位差が変化する。

詳細については後述するが、フレキシブル基板１０におけるそれぞれの電極対Ｅの近傍には、電極対Ｅの電気的特性の変化を検出するための半導体素子である検出ＩＣが設けられている。検出ＩＣは、例えば電極対Ｅを構成する複数の電極間のインピーダンスの変化を検出することにより、電極対Ｅの近傍の電界の強度の変化を示す検出値を出力する。検出装置１は、検出ＩＣが検出した電界の強度に対応する値を示す電界強度検出値を監視装置２００に対して出力する。電界強度検出値としては、電界の強度の値そのものに限定されず、インピーダンス値、又は電流値と抵抗値の組み合わせ等のように、電界強度に応じて変化する値であれば、任意の値を用いることができる。検出装置１は、電界の強度に基づき処理若しくは加工された信号を監視装置２００に対して出力してもよい。

監視装置２００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するＥＣＵ（Engine Control Unit）である。監視装置２００は、検出装置１から入力された電界強度検出値を解析することにより、運転手の身体の状態を特定することができる。監視装置２００は、例えば、電界強度検出値として取得した正電極１１と負電極１２との間の電位差の値、及び正電極１１に流した電流の値に基づいて、正電極１１と負電極１２との間のインピーダンスを算出することにより、運転手の身体の状態を特定する。監視装置２００は、特定した身体の状態に基づいて車両を制御する。監視装置２００は、例えば、運転手の心拍が停止したことを特定すると、車両のエンジンを停止させるように制御する。監視装置２００は、電界強度検出値を時刻に関連付けて記憶媒体に記憶させてもよい。

［検出装置１の構成］
図３は、検出装置１の構成を模式的に示す図である。図３（ａ）は、検出装置１の透視図であり、図３（ｂ）は、検出装置１のＢ−Ｂ線断面図である。

検出装置１は、フレキシブル基板１０と中継基板２０とを有する。フレキシブル基板１０は、一端が中継基板２０に固定されている。中継基板２０は、例えばプリント基板であり、ケーブルを介して監視装置２００に接続されている。中継基板２０は、例えば監視装置２００とともに座席の下部に収容されている。

フレキシブル基板１０には、複数の正電極１１（図３においては正電極１１ａ〜正電極１１ｃ）、複数の負電極１２（図３においては負電極１２ａ〜負電極１２ｃ）、及び複数の検出ＩＣ１３（図３においては検出ＩＣ１３ａ〜検出ＩＣ１３ｃ）が実装されている。正電極１１ａと負電極１２ａ、正電極１１ｂと負電極１２ｂ、及び正電極１１ｃと負電極１２ｃは、それぞれが電極対Ｅを構成する。

なお、図３に示す例においては、検出ＩＣ１３が、シートベルト１００の長手方向において、対応する正電極１１及び負電極１２に隣接する位置に設けられているが、検出ＩＣ１３は他の位置に設けられていてもよい。検出ＩＣ１３は、例えば、シートベルト１００の短手方向において、検出ＩＣ１３に対応する正電極１１及び負電極１２により構成される電極対Ｅに隣接する位置に設けられていてもよい。このような位置に検出ＩＣ１３が設けられている場合、シートベルト１００において電極対Ｅを配置する密度を高めることができるので、検出装置１の分解能を高めることができる。

フレキシブル基板１０には、複数の電極対Ｅのそれぞれに対応する複数の検出ＩＣ１３が設けられている。検出ＩＣ１３は、対応する電極対Ｅに含まれる正電極１１と負電極１２との間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を出力する半導体素子である。検出ＩＣ１３は、電界強度検出値として、例えば正電極１１と負電極１２との間の電位差の値、及び正電極１１に流した電流の値を出力する。

図４は、検出ＩＣ１３の構成を示す図である。検出ＩＣ１３は、電界発生部１３１と、電圧検出回路１３２と、Ａ／Ｄ変換器１３３と、シリアル通信回路１３４とを有する。電界発生部１３１は、中継基板２０から供給される電力に基づいて、正電極１１に微弱電流を供給することにより、正電極１１と負電極１２との間に電界を発生させる。電界発生部１３１は、例えば中継基板２０から受信した制御データに基づいて、微弱電流を供給するタイミング、及び電流値を決定する。

電圧検出回路１３２は、電界発生部１３１が正電極１１に微弱電流を供給している間における正電極１１と負電極１２との間の電位差を検出する。正電極１１と負電極１２との間の電位差は、電界の強度に対応する大きさとなり、電位差が大きければ大きいほど電界の強度が大きくなる。電圧検出回路１３２は、正電極１１と負電極１２との間の電位差に相当する電圧の信号をＡ／Ｄ変換器１３３に入力する。

Ａ／Ｄ変換器１３３は、電圧検出回路１３２から入力されたアナログ信号をデジタルデータに変換する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器１３３は、電圧検出回路１３２が出力した信号の電圧値に対応するデジタルデータを生成する。Ａ／Ｄ変換器１３３は、生成したデジタルデータをシリアル通信回路１３４に入力する。
シリアル通信回路１３４は、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）又はＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）（Ｉ２Ｃは登録商標）等の通信方式により定められているフォーマットにより、Ａ／Ｄ変換器１３３から入力されたデジタルデータ（電圧データ）を中継基板２０に送信する。

図５は、正電極１１及び負電極１２の周辺に生じる電界の強度分布を示す図である。図５において、色が濃い領域の電界強度は、色が薄い領域の電界強度よりも大きい。電界発生部１３１が正電極１１に微弱電流を供給することにより、正電極１１と負電極１２との間に強電界領域が生じていることがわかる。

検出装置１が運転手に装着された状態においては、運転手の呼吸及び心臓の鼓動によって、運転手の胸が変位する。また、心拍による血流のインピーダンス変化、又は呼吸による肺のインピーダンス変化に同期して、身体内を流れる電流の大きさが変化する。その結果、運転手の呼吸及び心臓の鼓動に応じて、正電極１１と負電極１２との間に生じた電界が変化する。電界が変化すると、正電極１１と負電極１２との間の電位差が変化する。監視装置２００は、電圧検出回路１３２が検出した正電極１１と負電極１２との間の電位差の変化に基づいて、運転手の呼吸及び心臓の鼓動の状態を特定し、異状の発生の有無を監視することができる。

複数の検出ＩＣ１３のそれぞれは、他の検出ＩＣ１３に対応する電極対Ｅよりも自身に対応する電極対Ｅに近い位置に設けられている。また、複数の検出ＩＣ１３のそれぞれと、それぞれの検出ＩＣ１３に対応する電極対Ｅとの間の複数の距離は同一である。すなわち、検出ＩＣ１３及び電極対Ｅの複数の組において、検出ＩＣ１３と、当該検出ＩＣ１３に対応する電極対Ｅ（正極及び負極のセット）との距離が一定である。当該距離は、例えば検出ＩＣ１３の中心位置と、電極対Ｅに含まれる正電極１１の中心位置と負電極１２の中心位置との中間位置と、の間の距離である。このように複数の検出ＩＣ１３のそれぞれと、対応する電極対Ｅとの距離が一定であることにより、複数の検出ＩＣ１３のそれぞれの電界強度の検出感度（すなわち、電界強度に対する電界強度検出値の大きさ）が略同一になる。したがって、検出装置１は、長尺状のシートベルト１００においても、位置によらず高い精度で電界の変化を検出することができる。

フレキシブル基板１０には、複数の検出ＩＣ１３のそれぞれに給電するための電源パターン１４、及び複数の検出ＩＣのそれぞれから出力されるデータを中継基板２０に伝送するための信号パターン１５が形成されている。電源パターン１４及び信号パターン１５の表面は絶縁性を有する樹脂層により覆われている。

複数の検出ＩＣ１３のそれぞれは、電界強度検出値を示すデジタルデータを、同一のシリアル信号線である信号パターン１５を介して時分割で中継基板２０に送信する。信号パターン１５は、例えばＳＰＩ又はＩ２Ｃのシリアル通信方式でデジタルデータを伝送できるシリアル信号線である。複数の検出ＩＣ１３のそれぞれは、例えば、中継基板２０から自身のアドレスが指定されたコマンドを受信したタイミングで、電界強度検出値を含むデジタルデータを中継基板２０に送信する。

複数の検出ＩＣ１３は、例えば、中継基板２０から入力される制御信号に基づいて、同一のタイミングで、正電極１１と負電極１２との間の電位差を測定する。複数の検出ＩＣ１３のそれぞれは、自身が電界強度検出値を送信するタイミングまで、測定した電位差を示す電界強度検出値を一時的に保持し、自身が電界強度検出値を送信するタイミングで、電界強度検出値を含むデジタルデータを、中継基板２０を介して監視装置２００に送信する。このようにすることで、監視装置２００は、各測定タイミングにおいて、シートベルト１００における複数の異なる位置の近傍の運転手の身体の状態を同時に特定することができる。

中継基板２０には、中継回路２１が実装されている。中継回路２１は、電源パターン１４を介して複数の検出ＩＣ１３のそれぞれに給電する。また、中継回路２１は、信号パターン１５を介して複数の検出ＩＣ１３のそれぞれから送信されたデジタルデータを受信し、受信したデジタルデータを監視装置２００に転送する。

図６は、中継回路２１の構成を示す図である。中継回路２１は、給電部２１１と、シリアル通信部２１２と、ＣＰＵ２１３と、記憶部２１４と、通信部２１５とを有する。
給電部２１１は、複数の検出ＩＣ１３を動作させるための電力を発生し、ＣＰＵ２１３の制御に基づいて複数の検出ＩＣ１３への給電を開始する。

シリアル通信部２１２は、例えばＳＰＩ又はＩ２Ｃ等の通信方式で定められているフォーマットにより、複数の検出ＩＣ１３との間でデジタルデータを時分割多重化して送受信するための通信コントローラを有する。シリアル通信部２１２は、複数の検出ＩＣ１３それぞれを制御するための制御データを送信する。また、シリアル通信部２１２は、複数の検出ＩＣ１３それぞれが検出した電圧値を示すデジタルデータを受信する。シリアル通信部２１２は、それぞれの検出ＩＣ１３を識別するための識別情報に関連付けて、検出ＩＣ１３から受信したデジタルデータをＣＰＵ２１３に通知する。

ＣＰＵ２１３は、シリアル通信部２１２を介して検出ＩＣ１３から受信したデジタルデータを一時的に通信部２１５に記憶ささせる。ＣＰＵ２１３は、一時的に記憶させたデジタルデータを、通信部２１５を介して監視装置２００に送信する。

記憶部２１４は、例えばＲＯＭ及びＲＡＭを有しており、ＣＰＵ２１３が検出ＩＣ１３から受信したデジタルデータを記憶する。また、記憶部２１４は、ＣＰＵ２１３が実行するプログラムも記憶する。

通信部２１５は、ＣＰＵ２１３からの指示に基づいて、記憶部２１４に記憶されたデジタルデータを監視装置２００に送信する。また、通信部２１５は、監視装置２００からの制御データを受信し、受信した制御データをＣＰＵ２１３に通知する。通信部２１５は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）を介して監視装置２００との間でデータを送受信する。通信部２１５は、Bluetooth（登録商標）等の無線チャネルを介して監視装置２００との間でデータを送受信してもよい。さらに監視装置２００は、携帯通信網等を介してクラウドサーバー等のデータ蓄積・解析装置に測定データを送信してもよい。

［電極形状の変形例］
（第１変形例）
図７は、電極の第１変形例の構成を示す図である。図７に示す検出装置１は、図１に示した正電極１１及び負電極１２の代わりに正電極３１及び負電極３２を有する。負電極３２は正電極３１に包囲されている。具体的には、負電極３２が正電極３１よりも小さく、正電極３１及び負電極３２が、フレキシブル基板１０の厚み方向における負電極３２の投影面が正電極３１の輪郭線内に含まれるようにフレキシブル基板１０に設けられている。

図８は、正電極３１及び負電極３２の詳細構成を示す図である。図８（ａ）は、正電極３１及び負電極３２の平面図であり、図８（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図８に示す正電極３１は、輪郭が正方形であり、内側に負電極３２を収容可能な正方形の空隙領域を有するが、正電極３１の輪郭線形状及び内側の空隙領域の形状は任意である。

図９は、正電極３１及び負電極３２の周辺に生じる電流密度分布を示す図である。電流密度分布は、正電極３１及び負電極３２の周辺に生じている電界の強度分布と比例する。図９において、色が濃い領域の電流密度は、色が薄い領域の電流密度よりも大きい。電界発生部１３１が正電極３１に微弱電流を供給することにより、正電極３１と負電極３２との間に強電界領域が生じていることがわかる。正電極３１及び負電極３２が図７に示すように構成されていることにより、図１に示す構成よりも狭い範囲における電界の変化を検出することができる。なお、正電極３１と負電極３２との位置関係が逆になるように、すなわち負電極３２が正電極３１を包囲するように構成されていてもよい。

図１０は、図８に示した正電極３１及び負電極３２を人の胸に装着した状態での正電極３１と負電極３２との間のインピーダンスが変化する様子を示す図である。正電極３１及び負電極３２を人の胸の部分の衣服に貼り付けた状態で、正電極３１に周波数１ＭＨｚの微弱電流を流している間の正電極３１と負電極３２との間の電位差を測定した。そして、正電極３１及び負電極３２に流す微弱電流の大きさ（電流値）と測定した電位差とに基づいて、インピーダンスを算出した。使用した正電極３１の輪郭線形状は、一辺が４０ｍｍの正方形であった。

図１０には、心拍に同期したインピーダンスの変化（図１０におけるａ）、及び呼吸に同期したインピーダンスの変化（図１０におけるｂ）が示されている。深呼吸をした際にはインピーダンスの変化量が大きくなり（図１０におけるｃ）、呼吸を停止している間はインピーダンスの変化量が小さくなること（図１０におけるｄ）も確認できる。

なお、図７に示す例においては、検出ＩＣ１３が、シートベルト１００の長手方向において、対応する正電極３１に隣接する位置に設けられているが、検出ＩＣ１３は他の位置に設けられていてもよい。検出ＩＣ１３は、例えば、シートベルト１００の短手方向において、検出ＩＣ１３に対応する正電極３１に隣接する位置に設けられていてもよい。検出ＩＣ１３は、シールド面等を介して正電極３１又は負電極３２の裏面に設けられていてもよい。このような位置に検出ＩＣ１３が設けられている場合、正電極３１を高い密度で配置することができるので、検出装置１の分解能を高めることができる。

（第２変形例）
図１１は、電極の第２変形例の構成を示す図である。図１１（ａ）は、本変形例に係る正電極３３及び負電極３２の平面図であり、図１１（ｂ）は、Ｄの向きから正電極３３及び負電極３２を見た図である。正電極３３が、負電極３２と検出ＩＣ１３とを接続する配線３４が設けられている位置を除く領域において負電極３２を包囲している。配線３４が設けられている位置には正電極３３が設けられておらず、配線３４が正電極３３と重ならない。配線３４と正電極３３とが重なっていると、配線３４と正電極３３とが重なっている領域で電界が生じることでエネルギーの損失が発生する。負電極３２及び正電極３３が図１１に示すように構成されていることで、検出装置１はエネルギーの損失を抑制できるので、負電極３２と正電極３３との間の電位差の測定精度を向上させることができる。

（第３変形例）
図１２は、電極の第３変形例の構成を示す図である。図１２（ａ）は、本変形例に係る正電極３５及び負電極３２の平面図であり、図１２（ｂ）は、Ｅ−Ｅ線断面図である。正電極３５の形状は正方形であり、負電極３２は、絶縁部材３６を挟んで正電極３５の上方に設けられている。このような構成によっても、図８に示した正電極３１及び負電極３２と同等の電界を発生させることができる。

［ガード電極］
検出装置１は、フレキシブル基板１０に対して正電極及び負電極の側と反対側に設けられたガード電極をさらに有してもよい。この場合、検出ＩＣ１３は、ガード電極の電位を負電極と同電位にする電位調整回路を有する。

図１３は、ガード電極が設けられた構成例を示す図である。図１３（ａ）は、図３に示したフレキシブル基板１０に対して正電極１１と反対側にガード電極３７が設けられた電極対Ｅの例を示している。ガード電極３７は、オペアンプ１３５により構成される電位調整回路に接続されている。

図１３（ａ）に示す例における電位調整回路はボルテージフォロワである。正電極１１がオペアンプ１３５の正側入力端子に接続されており、ガード電極３７はオペアンプ１３５の出力端子に接続されていることにより、ガード電極３７の電位は正電極１１の電位と等しくなっている。図１３（ａ）には示していないが、検出装置１は、フレキシブル基板１０に対して負電極１２と反対側に設けられたガード電極と、当該ガード電極の電位を負電極１２の電位と等しくするための電位調整回路とをさらに有してもよい。

図１３（ｂ）は、フレキシブル基板１０に対して、図８に示した正電極３１及び負電極３２それぞれの反対側にガード電極３７ａ及びガード電極３７ｂが設けられた例を示している。図１３（ｃ）は、フレキシブル基板１０に対して、図１２に示した正電極３５の反対側にガード電極３７ｃが設けられた例を示している。図１３（ｃ）に示す例においては、正電極３５と負電極３２との間に、絶縁体３６ａ及び絶縁体３６ｂを介してガード電極３７ｄが設けられている。

図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）には示していないが、検出装置１は、ガード電極３７ａの電位を正電極３１の電位と等しくするための電位調整回路、ガード電極３７ｂの電位を負電極３２の電位と等しくするための電位調整回路、ガード電極３７ｃの電位を正電極３５の電位と等しくするための電位調整回路を有してもよい。このように検出装置１にガード電極及び電位調整回路が設けられていることにより、正電極１１、正電極３１又は正電極３５に電流が流れることにより発生した電界がフレキシブル基板１０の反対側に漏れないので、正電極１１、正電極３１又は正電極３５の側の電界強度が大きくなる。その結果、監視システムＳは、人体の変位量の検出精度を向上させることができる。

なお、電極形状は、正方形又は長方形に限らず、円、楕円、又は正方形及び長方形以外の多角形でもよい。さらに、正電極３１、負電極３２、及びガード電極３７の少なくともいずれかの裏面にシールド層（グランド電位層）を設けてもよい。

また、シールド層が設けられる場合、ガード電極３７の下方（すなわちフレキシブル基板１０から遠い側）に絶縁部材を設け、絶縁部材の下方にシールド層を設けてもよい。すなわち、この場合、ガード電極３７とシールド層との間に絶縁部材が設けられた構成となる。このような構成により、正電極１１、正電極３１又は正電極３５の側の電界強度がさらに大きくなる。

［電界発生領域の制御］
監視システムＳは、検出装置１に設けられた複数の電極のうち、どの電極に電流を流すかを制御することにより、電界を発生する領域を制御することができる。具体的には、ＣＰＵ２１３は、例えば監視装置２００からの指示に基づいて、複数の正電極から選択した１つの正電極と、複数の負電極から選択した１つの負電極との間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を取得するように複数の検出ＩＣ１３を制御する制御部として機能する。複数の検出ＩＣ１３は、複数の正電極のいずれか及び複数の負電極のいずれかとの間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を出力する。

図１４は、ＣＰＵ２１３が電界を発生する領域を制御する方法について説明するための図である。図１４において、正電極３１ａ、正電極３１ｂ、正電極３１ｃのうち白い領域には微弱電流が流され、正電極３１ａ、正電極３１ｂ、正電極３１ｃのうち斜線の領域はグランド電位に設定され、微弱電流が流されていない。図１４（ａ）に示す状態においては、正電極３１ａ、正電極３１ｂ、正電極３１ｃのそれぞれに微弱電流が流されるので、正電極３１ａと負電極３２ａとの間、正電極３１ｂと負電極３２ｂとの間、正電極３１ｃと負電極３２ｃとの間のそれぞれにおいて図９に示したような電界が発生する。

これに対して、図１４（ｂ）に示す状態においては、正電極３１ａ及び正電極３１ｃからは微弱電流が流れない。したがって、正電極３１ｂと負電極３２ｂとの間、正電極３１ｂと正電極３１ａとの間、及び正電極３１ｂと正電極３１ｃとの間に電界が発生する。その結果、図１４（ａ）に示す状態と異なる態様の電界が発生する。

図１４（ｃ）に示す状態においては、負電極３２ｂにも正電極３１ｂと同じ微弱電流が流れるように制御されている。この状態においては、正電極３１ｂ及び負電極３２ｂと正電極３１ａ及び負電極３２ａとの間、並びに正電極３１ｂ及び負電極３２ｂと正電極３１ｃ及び負電極３２ｃとの間に電界が生じる。なお、図１４におけるグランド電位は、交流電圧における負電位であってもよい。

このように、検出ＩＣ１３ａ、検出ＩＣ１３ｂ、検出ＩＣ１３ｃのそれぞれが、ＣＰＵ２１３から受信する制御信号に基づいて、電流を流す対象とする電極を切り替えることにより、電界を発生する領域を変化させることができる。監視システムＳが、このように電界を発生する領域を変化させることで、さまざまな電界発生状態を用いて人体の変位状態を測定できるので、実質的な測定分解能を高めることができる。

［形状センサによる変位量の検出］
図１５は、本実施の形態に係るフレキシブル基板１０の他の例を示す図である。図１５に示すフレキシブル基板１０は、複数の形状センサ部１７（形状センサ部１７ａ、形状センサ部１７ｂ、形状センサ部１７ｃ、形状センサ部１７ｄ）をさらに有する点で、図７に示したフレキシブル基板１０と異なる。形状センサ部１７は、自身が設けられた位置におけるフレキシブル基板１０の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサ１７１（歪ゲージともいう）を含む。

図１６は、曲率センサ１７１の形状を模式的に示す図である。図１６（ａ）に示すように、曲率センサ１７１は、Ｘ方向の複数の部分とＹ方向の複数の部分を有する導電性を有する配線を有する。当該配線は、Ｘ方向の各部分の長さよりもＹ方向の各部分の長さの方が大きく、櫛形に形成されている。曲率センサ１７１が、Ｙ方向の異なる位置におけるＺ方向の位置が異なるように曲げられると、曲率センサ１７１を構成する複数の配線間の距離が変化することにより、曲率センサ１７１のインピーダンスが変化する。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示した曲率センサ１７１を示す記号である。図１６（ｂ）に示す矢印は、図１６（ａ）におけるＹ方向、すなわち配線が長い方向に対応している。図１６（ｃ）は、複数の曲率センサ１７１をフレキシブル基板１０に配置した状態を示す模式図である。図１６（ｃ）に示す例においては、曲率センサ１７１ａ、曲率センサ１７１ｂ、曲率センサ１７１ｃ、曲率センサ１７１ｄが等間隔に配置されている。

フレキシブル基板１０においては、図３における検出ＩＣ１３の代わりに、曲率センサ１７１を含む回路に定電圧又は定電流を印加することによって電位差を検出する回路とともに、複数の形状センサ部１７それぞれのインピーダンス変化に伴って生じた電位差を検出する回路を有する複数の検出ＩＣ１６が設けられている。複数の検出ＩＣ１６のそれぞれは、インピーダンスを示すデジタルデータを、同一のシリアル信号線を介して中継基板２０に送信する。

図１７は、検出ＩＣ１６の構成を示す図である。検出ＩＣ１６は、検出ＩＣ１３が有していた電界発生部１３１、電圧検出回路１３２、Ａ／Ｄ変換器１３３及びシリアル通信回路１３４に加えて、インピーダンス検出部１６１と、Ａ／Ｄ変換器１６２と、シリアル通信回路１６３とを有する。

インピーダンス検出部１６１は、曲率センサ１７１のインピーダンスを検出する。具体的には、インピーダンス検出部１６１は、曲率センサ１７１のインピーダンスを算出し、算出したインピーダンスをＡ／Ｄ変換器１６２に入力する。Ａ／Ｄ変換器１６２は、入力されたインピーダンスに対応するアナログ信号をデジタルデータに変換し、デジタルデータをシリアル通信回路１６３に入力する。シリアル通信回路１６３は、シリアル通信回路１３４と同等の機能を有しており、Ａ／Ｄ変換器１６２から入力されたデジタルデータ（インピーダンスデータ）としてＳＰＩ又はＩ２Ｃ等のシリアル通信線を介して送信する。

このように検出装置１が形状センサ部１７を有する場合、監視装置２００は、検出ＩＣ１６が出力した電界強度検出値とともに、検出ＩＣ１６が出力した曲率センサ１７１のインピーダンスにさらに基づいて運転手の身体の状態を特定する。呼吸や心拍によって胸部形状が僅かに変化するため、形状センサ部１７の曲率変化により運転手の身体の状態を特定することは、外部の電気機器等に起因する電界の変化の影響を受ける可能性がある場合に好適である。形状センサ部１７の曲率変化による身体の状態の検出感度は電界強度検出方法よりも減少する場合が多いが、ペースメーカー装着者等のように電界を印加することによる悪影響が懸念される事例では、有利な効果が見込まれる。

監視装置２００は、同一のタイミングで検出装置１が取得した電界強度検出値及びインピーダンスのそれぞれに基づいて特定される複数の身体の状態が一致していない場合、身体の状態の特定に当該電界強度検出値及びインピーダンスを使用しないようにしてもよい。監視装置２００は、車両走行の安全性を高めるために、複数の身体の状態が一致していない場合、いずれか一方が、身体の状態の異常を示している場合、車両を停止させる必要があると判定してもよい。

なお、図１７においては、検出ＩＣ１６がシリアル通信回路１３４及びシリアル通信回路１６３を有する例を示しているが、検出ＩＣ１６がシリアル通信回路１６３を有しておらず、Ａ／Ｄ変換器１６２が、インピーダンスを示すデジタルデータをシリアル通信回路１３４に入力してもよい。この場合、シリアル通信回路１３４は、Ａ／Ｄ変換器１３３から入力された電位差を示すデジタルデータと、Ａ／Ｄ変換器１６２から入力されたインピーダンスを示すデジタルデータとを多重化して送信する。

監視装置２００が、同一のタイミングで検出された正電極１１と負電極１２との電位差、及び形状センサ部１７のインピーダンスを特定できるように、Ａ／Ｄ変換器１３３とＡ／Ｄ変換器１６２とは、同一のサンプリングクロックに基づいて、電位差を示すアナログ信号及びインピーダンスを示すアナログ信号を取得してもよい。また、シリアル通信回路１３４は、同一のタイミングのサンプリングクロックの変化点でサンプリングされた電位差を示すデジタルデータ及びインピーダンスを示すデジタルデータを関連付けて送信してもよい。シリアル通信回路１３４は、例えば、電位差を示すデジタルデータ及びインピーダンスを示すデジタルデータを、連続する２バイトのデータとして送信する。

図１８は、形状センサ部１７及びインピーダンス検出部１６１の構成を示す図である。インピーダンス検出部１６１は、電源部１６４及び演算部１６５を有する。電源部１６４は、形状センサ部１７に電力を供給する電源として機能する。図１８（ａ）に示す例において、形状センサ部１７は、電源と基準電位との間に曲率センサ１７１と並列に接続された抵抗Ｒ１、並びに抵抗Ｒ１及び曲率センサ１７１と並列に設けられた抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を有する。演算部１６５は、形状センサ部１７に電源が供給されている状態において、抵抗Ｒ１と曲率センサ１７１との間の第１電位Ｖ１、及び抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間の第２電位Ｖ２を取得し、取得した第１電位Ｖ１及び第２電位Ｖ２に基づいて、曲率センサ１７１のインピーダンスを算出する。

電源部１６４が供給する電圧をＶｃｃ、曲率センサ１７１のインピーダンスをＺ１とすると、以下の式（１）の関係が成り立つ。
Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｃｃ×（（Ｚ１／（Ｒ１＋Ｚ１））−（Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）））・・（１）
Ｖｃｃ、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が既知であれば、この式（１）の関係を用いることで、演算部１６５は曲率センサ１７１のインピーダンスを算出することができる。

図１８（ｂ）に示す例においては、形状センサ部１７が、図１８（ａ）におけるＲ３の代わりに曲率センサ１７１ａを有する。曲率センサ１７１ａは、例えばフレキシブル基板１０に対して曲率センサ１７１と反対側に設けられている。この場合、曲率センサ１７１ａのインピーダンスをＺ２とすると、２以下の式（２）の関係が成り立つ。
Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｃｃ×（（Ｚ１／（Ｒ１＋Ｚ１））−（Ｚ２／（Ｒ２＋Ｚ２）））・・（２）

曲率センサ１７１と曲率センサ１７１ａとが、同じ曲率で互いに反対側に曲がるように設けられている場合、曲率センサ１７１におけるインピーダンスＺ１の変化量をΔＺ１、曲率センサ１７１ａにおけるインピーダンスＺ２の変化量をΔＺ２とするとΔＺ１＝−ΔＺ２となる。Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒで既知、初期のＺ１が既知でＺ１＝Ｚ２の場合、曲率センサ１７１を一定量曲げた後の電位差は上記の式（２）に代入することで以下の式（３）を得られる。
Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｃｃ×（（（Ｚ１＋ΔＺ１）／（Ｒ＋（Ｚ１＋ΔＺ１）））−（（Ｚ１−ΔＺ１）／（Ｒ＋（Ｚ１−ΔＺ１））））・・（３）
となる。

一方、式（１）は、以下のように変形することができる。
Ｖ１−Ｖ２＝Ｖｃｃ×（（（Ｚ１＋ΔＺ１）／（Ｒ１＋（Ｚ１＋ΔＺ１）））−（Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）））・・（４）

ここで、Ｖｃｃ＝１Ｖ、Ｒ１＝１００Ω、Ｒ２＝１００Ω、Ｒ３＝１００Ω、Ｚ１＝１００Ω（基準値）、Ｚ２＝Ｚ１＝１００Ω（基準値）として、ΔＺ１を１％ずつ±１０％まで変化させた場合におけるΔＺ１の変化量に対する電位差Ｖ１−Ｖ２との関係をシミュレーションした。図１９は、ΔＺ１の変化量に対する電位差Ｖ１−Ｖ２との関係を示す図である。図１９における実線は、曲率センサ１７１と曲率センサ１７１ａとを使用した場合を示しており、破線は、曲率センサ１７１のみを使用した場合を示している。

曲率センサ１７１のみを使用した式（４）の場合に比べて、曲率センサ１７１及び曲率センサ１７１ａを用いた式（３）の方が、ΔＺ１の変化量に対する電位差Ｖ１−Ｖ２の変化量が２倍大きくなっていることがわかる。すなわちインピーダンス変化量ΔＺ１を２倍の変化量として測定・算出することができる。

また、フレキシブル基板１０の両側に曲率センサ１７１及び曲率センサ１７１ａが設けられており、かつＲ１＝Ｒ２である場合、温度によりＺ１及びＺ２が変化したとしても、温度によるインピーダンス変化量は、それぞれΔＺ１＝ΔＺ２となる。この場合、上記の式（２）における（Ｚ１／（Ｒ１＋Ｚ１））−（Ｚ２／（Ｒ２＋Ｚ２）は略一定となる。したがって、演算部１６５は、温度変化の影響を補償して曲率センサ１７１及び曲率センサ１７１ａのインピーダンス変化を高感度で算出することができる。

図２０は、曲率センサ１７１のインピーダンスとフレキシブル基板１０の形状との関係を示す図である。図２０（ａ）の横軸は複数の曲率センサ１７１それぞれの位置を示しており、縦軸はインピーダンスを示している。図２０（ａ）における黒い丸（●）は、曲率センサ１７１が変形していない状態のインピーダンスを示している。図２０（ａ）における白い三角（△）は、それぞれの曲率センサ１７１が同一の曲率で変形している状態のインピーダンスを示している。

図２０（ｂ）は、複数の曲率センサ１７１が図２０（ａ）における●が示すインピーダンスを有する場合のフレキシブル基板１０の形状の模式図である。図２０（ｃ）は、複数の曲率センサ１７１が図２０（ａ）における△が示すインピーダンスを有する場合のフレキシブル基板１０の形状の模式図である。監視装置２００は、このようなインピーダンスと曲率との関係を用いることにより、中継回路２１を介して受信した複数の曲率センサ１７１それぞれのインピーダンス値に基づいて、フレキシブル基板１０の形状を特定することができる。

なお、複数の検出ＩＣ１６のそれぞれは、正電極と負電極（図１７の例では、正電極１１と負電極１２）との間に発生した電界の強度の検出処理と、インピーダンスの検出処理とを時分割で切り替えながら実行してもよい。具体的には、検出ＩＣ１６は、正電極と負電極との間に電界を発生させている間には、インピーダンス検出部１６１が曲率センサ１７１のインピーダンスを測定せず、電圧検出回路１３２が、正電極と負電極との間の電位差を測定する。検出ＩＣ１６は、正電極と負電極との間に電界を発生させていない間には、電圧検出回路１３２が電位差を測定せず、インピーダンス検出部１６１が曲率センサ１７１のインピーダンスを測定する。このように、検出ＩＣ１６が時分割で電界強度の検出処理とインピーダンスの検出処理とを実行することで、一方の検出処理をしている間に他方に電気的な影響が及ばないので、測定精度が向上する。

［複数の曲率センサ１７１の配置方向の変形例］
図２１は、複数の曲率センサ１７１の配置方向の変形例を示す図である。図２１に示す検出装置１は、フレキシブル基板１０の長手方向における異なる位置に、それぞれ異なる方向に設けられた複数の曲率センサ１７１を有する。具体的には、図２１に示すフレキシブル基板１０には、配線が長い方向であるＹ方向がフレキシブル基板１０の短手方向と一致する曲率センサ１７１と、Ｙ方向がフレキシブル基板１０の長手方向と一致する曲率センサ１７１とが、１個ずつ順番に配置されている。より具体的には、曲率センサ１７１ａ、曲率センサ１７１ｃ及び曲率センサ１７１ｅが、Ｙ方向がフレキシブル基板１０の短手方向と一致するように設けられており、曲率センサ１７１ｂ、曲率センサ１７１ｄ及び曲率センサ１７１ｆが、Ｙ方向がフレキシブル基板１０の長手方向と一致するように設けられている。

曲率センサ１７１ａ、曲率センサ１７１ｃ及び曲率センサ１７１ｅは、フレキシブル基板１０の短手方向においてフレキシブル基板１０が変形することによりインピーダンスが変化し、曲率センサ１７１ｂ、曲率センサ１７１ｄ及び曲率センサ１７１ｆは、フレキシブル基板１０の長手方向においてフレキシブル基板１０が変形することによりインピーダンスが変化する。したがって、監視装置２００は、複数の曲率センサ１７１それぞれのインピーダンスに基づいて、複数の曲率センサ１７１それぞれが設けられた位置における多様な変形状態を特定することができる。

［曲率センサ１７１の搭載位置の変形例］
以上の説明においては、曲率センサ１７１がフレキシブル基板１０に直接実装されている場合を例示したが、曲率センサ１７１は、正電極又は負電極のいずれかに実装されていてもよい。図２２は、曲率センサ１７１の搭載位置の変形例の構成を示す図である。図２２においては、曲率センサ１７１が正電極３３に実装されている。このように、曲率センサ１７１が正電極又は負電極のいずれかに実装されていることで、電極対及び曲率センサ１７１の実装密度を高めることができるので、測定分解能を向上させることができる。

［他の変形例］
上記の説明においては、検出装置１が中継基板２０を有し、検出ＩＣ１３と中継基板２０との間でシリアル通信によりデータの送受信が行われる場合を例示したが、検出装置１は中継基板２０を有していなくてもよい。この場合、検出ＩＣ１３は、ＳＰＩ又はＩ２Ｃ等のシリアル通信方式を用いて、電界強度検出値を監視装置２００に直接送信する。

また、上記の説明においては、検出装置１がフレキシブル基板１０の一方の面に電極対Ｅ及び検出ＩＣ１３を有する場合を例示したが、検出装置１は、フレキシブル基板１０の両方の面に電極対Ｅ及び検出ＩＣ１３を有してもよい。この場合、監視装置２００は、シートベルト１００の長手方向における同一の位置のフレキシブル基板１０の両面に設けられた複数の電極対Ｅに対応する複数の検出ＩＣ１３が出力した複数の電界強度検出値を用いて、同一の位置における電界強度を特定する。このようにすることで、監視装置２００は、運転手が裏向きにシートベルト１００を装着した場合であっても、運転手の状態を適切に特定することができる。

フレキシブル基板１０の両面に電極対Ｅ及び検出ＩＣ１３が設けられている場合、監視装置２００は、例えば、運転手に近い側に設けられた検出ＩＣ１３が出力した電界強度検出値と他方の検出ＩＣ１３が出力した電界強度検出値とに含まれている同相ノイズ成分を除去してもよい。上記の構成によりノイズの影響を軽減できるので、監視装置２００は、運転手の状態を特定する精度を向上させることができる。

［検出装置１による効果］
以上説明したように、検出装置１は、正電極と負電極との間に電界を発生させる電界発生部１３１と、フレキシブル基板１０に設けられており、正電極と負電極との間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を監視装置２００に出力する検出ＩＣ１３とを有する。このように、検出ＩＣ１３が、電界強度に対応する検出値を特定することにより、正電極及び負電極を含む電極対Ｅと監視装置２００との距離が大きい場合であっても、線路抵抗の影響による正電極と負電極との間の電位差の測定誤差を軽減することができる。

また、検出装置１は、複数の電極対Ｅに対応する複数の検出ＩＣ１３が、同一のシリアル通信信号線を介して、電界強度検出値を中継基板２０に送信する。したがって、検出装置１が多数の電極対Ｅを有する場合であっても、監視装置２００までの配線数を少なくすることができるので、面積が限られたシートベルト１００において電極対Ｅを設ける密度を高めることができる。その結果、検出装置１は、電界強度を検出する際の分解能を高めることができる。

＜第２の実施形態＞
［シートベルトに装着可能な検出装置］
第１の実施形態においては、シートベルト１００に正電極１１及び負電極１２が設けられていたが、第２の実施形態においては、シートベルトに着脱可能な検出装置２に正電極及び負電極が設けられている点で第１の実施形態と異なる。

図２３は、第２の実施形態に係る検出装置２の構成例を模式的に示す図である。図２３（ａ）は、検出装置２がシートベルト１１０に装着される前の検出装置２の平面図である。検出装置２は、第１領域４１と第２領域４２とを有する。第１領域４１は、運転手の身体の状態を検出するための電極、センサ、及び半導体素子が設けられている領域である。図２４は、図２３（ｂ）に示した状態の検出装置２のＦ−Ｆ線断面図である。図２５は、検出装置２の構成を示す模式図である。

検出装置２は、例えば第１領域４１に設けられたフレキシブル基板１０と中継基板５０とを有する。フレキシブル基板１０は、第１の実施形態に示したフレキシブル基板１０と同等であり、図３に示すように正電極１１、負電極１２及び検出ＩＣ１３を有してもよく、図８に示すように正電極３１、負電極３２及び検出ＩＣ１３を有してもよく、図１５に示すように正電極３１、負電極３２、検出ＩＣ１６及び形状センサ部１７を有してもよい。これらのいずれにおいても、検出ＩＣ１３及び検出ＩＣ１６は、ＳＰＩ又はＩ２Ｃ等のシリアル通信方式により、電界強度を示す測定値又は形状を示す測定値を含むデジタルデータを中継基板５０へと送信する。

中継基板５０は、中継基板２０と同様に、フレキシブル基板１０から受信したデジタルデータを監視装置２００に転送する。検出装置２は、シートベルト１１０に着脱可能に設けられることから、中継基板５０は、Bluetooth等の無線チャネルを用いてデジタルデータを監視装置２００に送信することが望ましい。そこで、中継基板５０は、フレキシブル基板１０から受信したデジタルデータを無線データに変換する中継回路５１を有する。中継回路５１は、図６に示した中継回路２１と同等の構成を有するが、通信部２１５が、検出ＩＣ１３が出力した電界強度検出値を示すデータを無線で外部装置に送信する無線通信機能を有する点で中継回路２１と異なる。

また、中継基板５０が監視装置２００とケーブルで接続されておらず、中継基板５０が電力の供給を受けない場合にも中継基板５０がフレキシブル基板１０に設けられた素子に電力を供給できるように、中継基板５０には電池５２が設けられている。電池５２は、例えば充電可能な二次電池である。電源コンセントに中継基板５０を接続することなく電池５２を充電可能にするために、中継基板５０は、無線充電用回路を有してもよい。

第１領域４１と第２領域４２には、第１領域４１と第２領域４２とを結合させるための面ファスナー又はボタン等の結合部４３ａ、４３ｂが設けられている。結合部４３ａ、４３ｂは、検出装置２をシートベルト１１０に装着させるための装着部として機能する。運転手又は運転手が勤務する会社の職員等のユーザは、第１領域４１と第２領域４２との間にシートベルト１１０を挟み込むように検出装置２を折り曲げて、結合部４３ａ、４３ｂにより第１領域４１と第２領域４２とを結合させることで、第１の実施形態の検出装置１と同等の機能を実現することができる。なお、検出装置２の長さが短い場合、身体の状態（例えば胸の位置）によってシートベルト形状が十分に変化しないことが想定される。この場合、中継基板５０などに加速度センサやジャイロセンサなどのセンサを追加することで、身体の変位を定量的に検出することが可能となる。

図２４に示すように、検出装置２においては、電極対Ｅが運転手の身体側に電界を発生させるように設けられている。すなわち、電極対Ｅは、検出装置２が折り曲げられた状態でフレキシブル基板１０に対して第２領域４２の側と反対の側に位置するように設けられている。また、図２４に示すように、検出装置２は、フレキシブル基板１０が視認されないようにフレキシブル基板１０を覆うカバー部４４を有してもよい。

また、以上の説明においては、第１領域４１にフレキシブル基板１０及び中継基板５０が設けられている構成を例示したが、第１領域４１及び第２領域４２のそれぞれにフレキシブル基板１０及び中継基板５０が設けられていてもよい。検出装置２がこのように構成されている場合、運転手が検出装置２をシートベルト１１０に装着する向き、又は運転手がシートベルト１１０を装着する面によらず、監視システムＳが運転手の状態を監視することができる。

また、第２の実施形態においては、監視装置２００が車両に固定されておらず、運転手が持ち運びできるものであってもよい。さらに、監視装置２００は、中継基板５０から受信したデータを他の装置（例えばコンピュータ）に送信してもよい。

シートベルト１１０を装着する人が、シートベルト１１０において、検出装置２が心拍や呼吸を検出しやすい位置に検出装置２を取り付けられるようにするために、シートベルト１１０に位置合わせ用のマークが付されていてもよい。位置合わせ用のマークは、例えば、人がシートベルト１１０を装着した状態で、検出装置２の中心位置が人の胸の中心位置と一致するように検出装置２を取り付けられるようにするためのマークである。

すなわち、位置合わせ用のマークは、シートベルト１１０の先端から所定の距離だけ離れた位置に設けられている。所定の距離は、例えばシートベルト１１０の先端から平均的な人がシートベルト１１０を装着した状態での胸の中心位置までの距離に、検出装置２の長手方向の長さの半分の長さを加算又は減算した距離である。このようなマークがシートベルト１１０に設けられていることにより、検出装置２はシートベルト１１０を装着した人の身体の状態の検出精度を向上させることができる。

シートベルト１１０には、マークとともに、又はマークに代えて、所定の位置において検出装置２と結合するための結合部材が設けられていてもよい。結合部材は、例えば、検出装置２に設けられたスナップボタンと結合するスナップボタン、又は検出装置２に設けられた面ファスナーと結合する面ファスナーである。

［検出装置２による効果］
検出装置２は、シートベルト１１０に着脱可能に構成されており、検出装置２がシートベルト１１０に装着された状態で運転手がシートベルト１１０を着用した場合に、検出装置２は運転手の身体の状態を示す信号を監視装置２００に送信することができる。このように検出装置２がシートベルト１１０に着脱可能に構成されていることで、監視システムＳは、検出装置１が設けられていない車両であっても、検出装置２をシートベルト１１０に装着することにより、運転手の状態を監視することが可能になる。

＜変形例＞
［電気素子の変形例］
以上の説明においては、人体の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子として電界を発生する電極対Ｅが設けられた検出装置を例示したが、検出装置に電極対Ｅが設けられていなくてもよい。この場合、検出装置には、電気素子として、例えば基材の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサが設けられている。この場合、半導体素子としての検出ＩＣは、曲率センサのインピーダンスを検出し、検出したインピーダンスの値を出力する。

図２６は、変形例としての検出装置３の構成を示す図である。検出装置３は、基材としてのフレキシブル基板１０と、フレキシブル基板１０に設けられた複数の曲率センサ１７１（図２６においては曲率センサ１７１ａ〜曲率センサ１７１ｃ）とを有する。複数の曲率センサ１７１は、フレキシブル基板１０の長手方向における異なる位置に設けられている。複数の曲率センサ１７１は、例えば、隣接する曲率センサ１７１が互いに異なる方向に設けられている。曲率センサ１７１は、曲率に応じてインピーダンスが変化する。したがって、曲率センサ１７１は、人の動きに応じてフレキシブル基板１０の曲率が変化することに伴ってインピーダンスが変化する。

複数の曲率センサ１７１それぞれの近傍には、曲率センサ１７１のインピーダンスを検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する検出ＩＣ１６（図２６においては検出ＩＣ１６ａ〜検出ＩＣ１６ｃ）が設けられている。このように、検出装置３においては、複数の曲率センサ１７１それぞれの近傍に検出ＩＣ１６が設けられているため、高い精度で曲率センサ１７１のインピーダンスを検出することができるので、電極対Ｅを用いることなく、人の呼吸又は心拍等の微小な動きを検出することができる。

検出装置３は、図３に示す検出装置１と同様に、中継基板２０を有する。また、フレキシブル基板１０には、図３に示すフレキシブル基板１０と同様に、電源パターン１４、及び信号パターン１５が形成されている。

［基材の種類］
以上の説明においては、基材としてフレキシブル基板１０を例示したが、基材として他の部材が使用されてもよい。例えば、基材が、繊維により構成された布状の部材であってもよい。この場合、基材は、非導電性繊維と、電気信号を伝達する導電性繊維とが編まれた布状の部材であり、電源パターン１４及び信号パターン１５として導電性繊維が用いられる。また、電極対Ｅとして、長方形状に基材に編み込まれた導電性繊維が用いられてもよい。

さらに、非導電性繊維の一部が、曲率によってインピーダンスが変化する曲率センサとして機能する繊維により構成されていてもよい。曲率センサとして機能する繊維は、例えば、直線状のポリマーの周囲に導電性繊維が螺旋状に巻かれた繊維として構成される。この場合、布状の部材に検出ＩＣが設けられていてもよく、検出ＩＣが設けられていなくてもよい。このように、基材として繊維により構成された布状の部材が用いられ、布状の部材を構成する繊維が曲率センサとして機能することにより、検出装置の厚みを小さくすることができる。

また、以上の説明においては、フレキシブル基板１０と中継基板２０、中継基板５０とが別体の基板である場合を例示したが、中継基板２０、中継基板５０がフレキシブル基板１０と一体化しており、中継基板２０、中継基板５０に搭載されている部品がフレキシブル基板１０に搭載されていてもよい。逆に、フレキシブル基板１０に搭載されている部品が中継基板２０、中継基板５０に搭載されていてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

例えば、以上の説明においては、シートベルトに検出装置を設けて運転手の身体の状態を特定する場合を例示したが、検出装置の構成及び用途はこれに限らない。本発明は、人体に装着可能な任意の態様の検出装置に適用することができる。

また、正電極、負電極、形状センサ及び各種の配線は、上記の形態に限定されない。正電極、負電極、形状センサ及び各種の配線は、例えば導電性繊維により構成することもできる。

また、以上の説明においては、検出装置に複数の検出ＩＣ、複数の電極対、又は複数の曲率センサが設けられている構成を例示したが、検出装置の構成はこのような構成に限らない。検出装置が、１つの電極対と、当該電極対により生じた電界の変化を検出する１つの検出ＩＣ１３を有してもよい。また、検出装置が、１つの曲率センサ１７１と、当該曲率センサ１７１による電圧又は電流の変化を検出する１つの検出ＩＣ１６を有してもよい。

１ 検出装置
２ 検出装置
３ 検出装置
１０ フレキシブル基板
１１ 正電極
１２ 負電極
１３ 検出ＩＣ
１４ 電源パターン
１５ 信号パターン
１６ 検出ＩＣ
１７ 形状センサ部
２０ 中継基板
２１ 中継回路
３１ 正電極
３２ 負電極
３３ 正電極
３４ 配線
３５ 正電極
３６ 絶縁部材
３７ ガード電極
４１ 第１領域
４２ 第２領域
４３ 結合部
４４ カバー部
５０ 中継基板
５１ 中継回路
５２ 電池
１００ シートベルト
１０１ 表側ベルト
１０２ 裏側ベルト
１１０ シートベルト
１３１ 電界発生部
１３２ 電圧検出回路
１３３ Ａ／Ｄ変換器
１３４ シリアル通信回路
１３５ オペアンプ
１６１ インピーダンス検出部
１６２ Ａ／Ｄ変換器
１６３ シリアル通信回路
１６４ 電源部
１６５ 演算部
１７１ 曲率センサ
２００ 監視装置
２１１ 給電部
２１２ シリアル通信部
２１４ 記憶部
２１５ 通信部

Claims (16)

1. 人体の動きを検出する検出装置であって、
   可撓性を有する基材と、
   前記基材に設けられており、前記人体の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、
   前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、
   を有する検出装置。
2. 複数の前記電気素子と、
   前記複数の電気素子に対応する複数の前記半導体素子と、
   を有し、
   複数の前記半導体素子のそれぞれが、他の半導体素子に対応する前記電気素子よりも自身に対応する前記電気素子に近い位置に設けられている、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記複数の半導体素子のそれぞれと、それぞれの半導体素子に対応する前記電気素子との間の複数の距離が同一である、
   請求項２に記載の検出装置。
4. 前記複数の半導体素子のそれぞれは、前記検出値を示すデジタルデータを、同一のシリアル信号線を介して送信する、
   請求項２又は３に記載の検出装置。
5. 前記電気素子として、前記基材の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサを有し、
   前記半導体素子は、前記曲率センサのインピーダンスを検出し、検出したインピーダンスの値を出力する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。
6. 複数の前記曲率センサが、前記基材の長手方向における異なる位置に、それぞれ異なる方向に設けられている、
   請求項５に記載の検出装置。
7. 前記電気素子として、
   前記基材に設けられた正電極と、
   前記正電極と異なる負電極と、
   前記正電極と前記負電極との間に電界を発生させる電界発生部と、
   を有し、
   前記半導体素子は、前記正電極と前記負電極との間に発生した電界の強度に対応する電界強度検出値を出力する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 前記負電極が前記正電極よりも小さく、前記正電極及び前記負電極が、前記基材の厚み方向における前記負電極の投影面が前記正電極の輪郭線内に含まれるように前記基材に設けられている、
   請求項７に記載の検出装置。
9. 前記正電極が、前記負電極と前記半導体素子とを接続する配線が設けられている位置を除く領域において前記負電極を包囲している、
   請求項７又は８に記載の検出装置。
10. 前記基材に対して前記正電極及び前記負電極の側と反対側に設けられたガード電極と、
    前記ガード電極の電位を前記負電極と同電位にする電位調整回路と、
    をさらに有する、
    請求項７から９のいずれか一項に記載の検出装置。
11. 複数の前記正電極と、
    複数の前記負電極と、
    前記複数の正電極のいずれか及び前記複数の負電極のいずれかとの間に発生した電界の強度に対応する前記電界強度検出値を出力する複数の前記半導体素子と、
    複数の前記正電極から選択した１つの正電極と、複数の前記負電極から選択した１つの負電極との間に発生した電界の強度に対応する前記電界強度検出値を取得するように前記複数の半導体素子を制御する制御部と、
    を有する、
    請求項７から１０のいずれか一項に記載の検出装置。
12. 前記電気素子として、
    前記基材の曲率に応じてインピーダンスが変化する曲率センサと、
    前記基材に設けられた正電極と、
    前記正電極と異なる負電極と、
    前記正電極と前記負電極との間に電界を発生させる電界発生部と、
    を有し、
    前記半導体素子は、前記正電極と前記負電極との間に発生した電界の強度の検出処理と、前記インピーダンスの検出処理とを時分割で切り替えながら実行する、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。
13. 前記曲率センサは、前記正電極又は前記負電極の少なくともいずれかに設けられている、
    請求項１２に記載の検出装置。
14. 車両に搭載されたシートベルトに前記検出装置を装着するための装着部と、
    前記半導体素子が出力した電界強度検出値を示すデータを無線で外部装置に送信する通信部と、
    をさらに有する、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の検出装置。
15. 車両に搭載されるシートベルトであって、
    帯状の表側ベルトと、
    前記表側ベルトと結合された裏側ベルトと、
    前記表側ベルトと前記裏側ベルトとの間に設けられた検出装置と、
    を備え、
    前記検出装置は
    可撓性を有する基材と、
    前記基材に設けられており、前記シートベルトを装着した人の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、
    前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、
    を有するシートベルト。
16. 車両に搭載されるシートベルトを装着した人の状態を検出する検出装置と、
    前記検出装置が検出した前記人の状態に基づいて前記車両を制御する監視装置と、
    を備える監視システムであって、
    前記検出装置は、
    可撓性を有する基材と、
    前記基材に設けられており、前記人の動きに応じて電気的特性が変化する電気素子と、
    前記基材に設けられており、前記電気素子の電気的特性の変化を検出し、検出した結果に対応する検出値を出力する半導体素子と、
    前記半導体素子が出力した前記検出値を含む信号を前記監視装置に送信する送信部と、
    を有する監視システム。
    
    
    

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