JPWO2020148827A1 - 検出装置、状態特定装置、および測定方法 - Google Patents

Abstract

複数のセンサおよび各センサに接続される配線のレイアウトの自由度を向上させる。直列に接続された複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを検出する検出装置であって、抵抗体毎に異なる共振周波数の共振回路を形成するように、複数の抵抗体のそれぞれと並列に接続される、複数の容量素子および複数のインダクタンス素子と、複数の抵抗体を含む抵抗体群に電気信号を供給する信号供給部と、複数の抵抗体が電気信号に応じて出力する出力信号を取得する取得部と、複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを算出する解析部とを備える、検出装置を提供する。

Description

本発明は、検出装置、状態特定装置、および測定方法に関する。

従来、体表面の変位を複数のセンサで検出し、人の呼吸、心拍等の状態を検出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（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、複数のセンサをシートベルトに配列していたので、複数のセンサ毎に信号を授受するための配線を当該シートベルトに設けていた。しかしながら、シートベルトは長尺形状をしているので、絶縁性を保ちつつこのような配線を配置すると、複数のセンサおよび配線のレイアウトの自由度が限定されてしまうことがあった。

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、複数のセンサおよび各センサに接続される配線のレイアウトの自由度を向上できる検出装置、状態特定装置、および測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の検出装置は、直列に接続された複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを検出する検出装置であって、抵抗体毎に異なる共振周波数の共振回路を形成するように、前記複数の抵抗体のそれぞれと並列に接続される、複数の容量素子および複数のインダクタンス素子と、前記複数の抵抗体を含む抵抗体群の一端と他端との間に予め定められた電気信号を供給する信号供給部と、前記複数の抵抗体が前記電気信号に応じて出力する出力信号を、前記一端および前記他端から取得する取得部と、前記出力信号を周波数解析することで、前記複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを算出する解析部とを備える、検出装置を提供する。

前記複数の抵抗体は、帯状に形成された帯状抵抗体が有する複数の領域に含まれており、前記信号供給部は、前記帯状抵抗体の前記一端と前記他端との間に前記電気信号を供給し、前記取得部は、前記帯状抵抗体の前記一端および前記他端から前記出力信号を取得してよい。

前記信号供給部は、予め定められた第１周波数から第２周波数までの間の複数の周波数に対応する複数の周波数の前記電気信号を出力してよい。前記解析部は、前記複数の容量素子および前記複数のインダクタンス素子によって形成された複数の共振回路の共振周波数のそれぞれと、前記電気信号の周波数とが一致している場合における前記出力信号の信号強度に基づき、前記インピーダンスを算出してよい。

前記信号供給部は、予め定められたパルス幅のパルス信号を前記電気信号として出力してよい。前記解析部は、前記出力信号を周波数変換し、前記複数の容量素子および前記複数のインダクタンス素子によって形成された複数の共振回路の共振周波数における信号強度に基づき、前記インピーダンスをそれぞれ算出してよい。

前記複数の抵抗体は、折り曲げ可能な基体に設けられ、前記基体の曲率に応じてインピーダンスがそれぞれ変化し、前記基体、前記複数の容量素子、および前記複数のインダクタンス素子は、一体に形成された帯状構造体でよい。前記検出装置は、前記帯状構造体を、座席に設けられているシートベルトに装着するための装着部を更に備えてよい。前記帯状構造体は、座席に設けられているシートベルトに含まれてよい。

本発明の第２の態様の状態特定装置は、前記検出装置と、前記解析部が算出した前記インピーダンスの変化に基づき、前記シートベルトの曲率を算出する算出部と、前記シートベルトの曲率に基づき、当該シートベルトを装着したユーザの状態を特定する特定部とを備える、状態特定装置を提供する。

本発明の第３の態様の測定方法は、直列に接続された複数の抵抗体に共振回路がそれぞれ並列に接続されている状態において、それぞれの前記抵抗体のインピーダンスを測定する測定方法であって、前記複数の抵抗体を含む抵抗体群の一端と他端との間に予め定められた電気信号を供給するステップと、前記複数の抵抗体が前記電気信号に応じて出力する出力信号を、前記一端および前記他端から取得するステップと、前記出力信号を周波数解析することで、前記複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを算出するステップとを備える、測定方法を提供する。

本発明によれば、複数のセンサおよび各センサに接続される配線のレイアウトの自由度を向上させることができるという効果を奏する。

本実施形態に係る状態特定装置１０の構成例を示す。 本実施形態に係るシートベルト１００の構成例を示す。 本実施形態に係る検出装置２００の構成例を示す。 本実施形態に係る取得部２３０が取得する抵抗体群２０６の出力信号の一例を示す。 本実施形態に係る検出装置２００の動作フローの一例を示す。 本実施形態に係る検出装置２００の動作フローの変形例を示す。 本実施形態に係る検出回路２０８の変形例を示す。 本実施形態に係る容量素子２１２の一例を示す。 本実施形態に係るインダクタンス素子２１４の一例を示す。

＜状態特定装置１０の構成例＞
図１は、本実施形態に係る状態特定装置１０の構成例を示す。状態特定装置１０は、座席２０に座るユーザの身体の状態を特定する。状態特定装置１０は、シートベルト１００と、検出装置２００と、算出部３１０と、特定部３２０と備える。

シートベルト１００は、座席２０に設けられ、当該座席２０に座るユーザの体に接するように固定される。シートベルト１００は、例えば、ユーザに急激な加速または減速等が加わった場合に、当該ユーザを座席２０に拘束するように機能する。シートベルト１００は、ユーザの身体の状態を検出するための複数のセンサを有している。複数のセンサのそれぞれは、例えば、物体の歪を測定するためのセンサである。図１においては、複数のセンサを模式的にＥ１からＥ８として示す。このようなシートベルト１００については、後に説明する。

検出装置２００は、シートベルト１００に設けられた複数のセンサに接続され、当該複数のセンサと電気信号を授受する。検出装置２００は、例えば、授受した電気信号に基づき、複数のセンサのそれぞれが有する抵抗体のインピーダンスの変化をそれぞれ検出する。検出装置２００の少なくとも一部は、座席２０およびシートベルト１００に設けられてよい。検出装置２００については、後に説明する。

算出部３１０は、検出装置２００が検出したインピーダンスの変化に基づき、ユーザの体に接しているシートベルト１００の曲率を算出する。算出部３１０は、例えば、シートベルト１００の時間的な変化を順次算出できることが好ましい。

特定部３２０は、算出部３１０が算出したシートベルト１００の曲率に基づき、シートベルト１００を装着したユーザの状態を特定する。例えば、ユーザの呼吸および心拍等により、当該ユーザに接するシートベルト１００の少なくとも一部の曲率が変動する。ユーザの呼吸および心拍等が正常であれば、シートベルト１００の曲率の変動は、略一定の周期で略一定の振幅の範囲で変化することになる。

そこで、特定部３２０は、複数のセンサに基づくシートベルト１００の複数の位置の曲率を解析して、ユーザの呼吸および心臓の鼓動の状態を特定する。特定部３２０は、例えば、過去に取得したシートベルト１００の曲率の変動と比較して、ユーザの状態を特定する。また、特定部３２０は、１つのまたは複数の閾値とシートベルト１００の曲率の変動とを比較して、ユーザの状態を特定してもよい。

以上の状態特定装置１０は、座席２０に座り、シートベルト１００を装着したユーザの身体の状態を特定することができる。これにより、状態特定装置１０は、ユーザの呼吸および心拍等の異常の発生等を特定できる。このような状態特定装置１０は、例えば、車両等に搭載され、車両の座席２０に座ったユーザの身体の状態を特定できる。この場合、状態特定装置１０は、特定した状態に基づいて車両を制御する監視装置等に適用できる。状態特定装置１０は、例えば、ユーザ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装置等を制御する。

以上のように、状態特定装置１０は、例えば、車、電車、飛行機等の乗り物に乗る人、映画館、劇場、遊戯場等の椅子に座る人、車椅子に乗る人、ベッド、寝台等で寝ている人等の身体の状態を特定し、異常の発生の有無等を監視できる。このような状態特定装置１０のシートベルト１００について次に説明する。

＜シートベルト１００の構成例＞
図２は、本実施形態に係るシートベルト１００の構成例を示す。図２は、シートベルト１００の平面図の一例である。シートベルト１００は、ベルト部１１０と、帯状構造体１２０と、装着部１３０とを有する。

ベルト部１１０は、帯状に形成され、ユーザに接するように装着される。ベルト部１１０の一端は、一例として、座席２０または座席２０が固定される車両等に固定されている。この場合、ベルト部１１０の他端は、座席２０または座席２０が固定される車両等に設けられている固定具等と脱着可能に嵌合する。ベルト部１１０は、例えば、繊維等を加工した布状の材料を有する。

帯状構造体１２０は、ベルト部１１０に取り付けられている。帯状構造体１２０には、ユーザの身体の動きに応じたベルト部１１０の曲率の変化を測定するための複数のセンサが設けられている。また、帯状構造体１２０には、複数のセンサのそれぞれと電気信号を授受する配線および電子部品等が設けられている。帯状構造体１２０は、例えば、複数のセンサと電子部品等が一体に形成されたシート状のモジュールとして機能する。帯状構造体１２０については、後に説明する。

装着部１３０は、座席２０に設けられているシートベルト１００に帯状構造体１２０を装着するための部位である。即ち、帯状構造体１２０は、シートベルト１００とは分離可能に設けられている。装着部１３０は、帯状構造体１２０を当該ベルト部１１０に固定できればよく、例えば、このような帯状構造体１２０に設けられている。これに代えて、装着部１３０は、ベルト部１１０および帯状構造体１２０に分離して設けられてよく、また、ベルト部１１０に設けられてもよい。

装着部１３０は、ユーザの身体の動きに応じたベルト部１１０の曲率の変化を、帯状構造体１２０に設けられた複数のセンサが検出できるように、当該帯状構造体１２０を固定する。装着部１３０は、ベルト、ボタン、ファスナー等の帯状構造体１２０を固定するための部材を含む。また、装着部１３０は、ベルト部１１０の短手方向に当該ベルト部１１０の周囲を覆うようなベルト状の形状を有してもよい。

以上のシートベルト１００は、帯状構造体１２０をユーザに直接的または間接的に接触させて、当該ユーザの身体の状態を検出可能とする。帯状構造体１２０は、例えば、ユーザの胸に接触する。このような帯状構造体１２０は、ユーザの身体の異なる複数の個所にセンサを接触させることが望ましい。この場合、それぞれのセンサは、電源等を受け取るための配線と、検出結果を外部に出力するための配線とが、他の配線と絶縁を保ちつつ接続されることになる。

しかしながら、帯状構造体１２０は、幅がベルト部１１０の幅程度の長尺構造なので、複数のセンサと、複数のセンサのそれぞれに接続する配線とをレイアウトすることが困難になることがあった。そこで、本実施形態に係る検出装置２００は、直列に接続された複数のセンサを用い、複数のセンサのうち当該接続の両端部のセンサと電気的に接続して信号を授受することにより、複雑な電気配線を省略しつつ、複数のセンサのそれぞれの検出結果を算出する。このような検出装置２００について次に説明する。

＜個別の抵抗体２０２を用いた検出装置２００の構成例＞
図３は、本実施形態に係る検出装置２００の構成例を示す。検出装置２００は、帯状構造体１２０に設けられている複数の抵抗体２０２のインピーダンスをそれぞれ検出する。図３は、帯状構造体１２０の複数のセンサを、複数の抵抗体２０２とした例を示す。帯状構造体１２０は、例えば、基体２０４を有し、複数の抵抗体２０２は、当該基体２０４に形成されている。複数の抵抗体２０２は、基体２０４の一方の面に設けられてよく、これに代えて、基体２０４の両方の面に設けられていてもよい。ここで、複数の抵抗体２０２の個数をｎ、それぞれのインピーダンスをＲ_ｎとする。

基体２０４は、折り曲げ可能な材質で形成されている。基体２０４は、絶縁性の材質で形成されていることが望ましい。基体２０４は、例えば、フレキシブル基板である。このような基体２０４は、帯状構造体１２０がユーザに接触すると、ユーザの身体の形状に応じた曲率に曲げられる。また、基体２０４は、ユーザの呼吸等で身体の表面が変動すると、当該変動に応じた曲率になるように曲げられる。例えば、ユーザの呼吸および心臓の鼓動によって当該ユーザの胸が変位し、基体２０４は、当該変位に応じた曲率になるように曲げられる。そして、基体２０４に設けられた複数の抵抗体２０２は、直流信号を印加した場合、このような基体２０４の曲率に応じて抵抗値がそれぞれ変化するように形成されている。また、抵抗体２０２は、交流信号を印加した場合、インピーダンスがそれぞれ変化するように形成されている。抵抗体２０２は、例えば、主に抵抗成分を有する素子である。

複数の抵抗体２０２は、例えば、基体２０４に設けられた薄膜等であり、基体２０４が曲がって歪が発生することに応じてインピーダンスが変化する。複数の抵抗体２０２は、金属または半導体等を含む。なお、複数の抵抗体２０２は、基体２０４の歪を検出できる歪ゲージであることが望ましい。複数の抵抗体２０２のそれぞれは、直列に接続されている。検出装置２００は、このような直列に接続された複数の抵抗体２０２のそれぞれのインピーダンスを検出する。検出装置２００は、複数の容量素子２１２と、複数のインダクタンス素子２１４と、信号供給部２２０と、取得部２３０と、記憶部２４０と、解析部２５０と、制御部２６０とを備える。

複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４は、複数の抵抗体２０２のそれぞれと並列に接続されている。例えば、１つの容量素子２１２および１つのインダクタンス素子２１４は、１つの共振回路を形成するように、１つの抵抗体２０２に並列に接続されている。この場合、複数の容量素子２１２は、直列に接続されている。同様に、複数のインダクタンス素子２１４も直列に接続されている。ここで、複数の容量素子２１２の個数をｎ、それぞれの容量値をＣ_ｎとする。また、複数のインダクタンス素子２１４の個数をｎ、それぞれのインダクタンス値をＬ_ｎとする。

図３は、１つの容量素子２１２および１つのインダクタンス素子２１４の組が、抵抗体２０２毎に設けられ、ｎ個の抵抗体２０２と同数のｎ個の共振回路を形成している例を示す。この場合、ｎ個の抵抗体２０２と同様に、ｎ個の容量素子２１２は直列に接続され、ｎ個のインダクタンス素子２１４も直列に接続されている。この場合、それぞれｎ番目の抵抗体２０２、容量素子２１２およびインダクタンス素子２１４で形成されたｎ個の共振回路が、直列に接続されることになる。このような直列に接続されたｎ個の共振回路を検出回路２０８とする。なお、検出回路２０８は、樹脂等の保護膜で覆われていてもよい。

ここで、複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４は、抵抗体２０２毎に異なる共振周波数の共振回路を形成するように、素子定数等が予め定められている。例えば、複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４は、ｎ個の共振周波数を有するように、ｎ個の共振回路を形成する。ここで、ｎ個の共振周波数をｆ_ＲＥＳｎとする。このような複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４は、帯状構造体１２０に形成されることが望ましい。この場合、帯状構造体１２０は、例えば、基体２０４、複数の容量素子２１２、および複数のインダクタンス素子２１４が一体に形成されているモジュールとして機能する。

信号供給部２２０は、複数の抵抗体２０２を含む抵抗体群２０６の一端と他端との間に予め定められた電気信号を供給する。ここで、直列に接続された複数の抵抗体２０２を、抵抗体群２０６とした。信号供給部２２０は、例えば、直列に接続された複数の共振回路のうち、一端の共振回路と他端の共振回路に接続され、全ての共振回路に電気信号を供給する。図３は、信号供給部２２０が、直列に接続されたｎ個の共振回路のうち、１番目の共振回路とｎ番目の共振回路に接続された例を示す。このように、信号供給部２２０は、検出回路２０８に電気信号を供給する。

信号供給部２２０は、例えば、予め定められた第１周波数から第２周波数までの間の複数の周波数の複数の電気信号を順次出力する。第１周波数および第２周波数は、複数の共振回路のそれぞれの共振周波数が当該第１周波数から当該第２周波数の間に含まれるように、予め定められている。したがって、第１周波数は、複数の共振周波数の最低周波数よりも低い周波数であり、第２周波数は、複数の共振周波数の最高周波数よりも高い周波数である。信号供給部２２０は、振幅強度の最大値および最小値が予め定められた値の電気信号を出力する。

ここで、振幅強度は、電圧値または電流値である。例えば、信号供給部２２０が出力する電気信号の周波数をｆ_ＩＮとすると、当該電信号は、Ｉ_ＩＮ・ｃｏｓ（２π・ｆ_ＩＮ・ｔ＋θ_０）＋Ｃ_０、または、Ｖ_ＩＮ・ｃｏｓ（２π・ｆ_ＩＮ・ｔ＋θ_０）＋Ｃ_０と表現できる。ここで、Ｉ_ＩＮは予め定められた電流値の振幅強度、Ｖ_ＩＮは予め定められた電圧値の振幅強度、θ_０、θ_１、Ｃ_０、およびＣ_１は初期定数、ｔは時間を示す。

取得部２３０は、複数の抵抗体２０２が電気信号に応じて出力する出力信号を、抵抗体群２０６の一端および他端から取得する。取得部２３０は、例えば、複数の抵抗体２０２が出力する第１周波数から第２周波数までの間の複数の周波数の出力信号を取得する。取得部２３０は、一例として、ＡＤ変換器を有し、出力信号の振幅値の情報を取得する。

記憶部２４０は、取得部２３０が取得した信号を記憶する。また、記憶部２４０は、検出装置２００の設定値等の情報を格納してもよい。また、記憶部２４０は、検出装置２００の動作の過程で生成する（または利用する）中間データ、算出結果、閾値、およびパラメータ等をそれぞれ格納してもよい。また、記憶部２４０は、検出装置２００内の各部の要求に応じて、格納したデータを要求元に供給してもよい。

解析部２５０は、出力信号を周波数解析することで、複数の抵抗体２０２のそれぞれのインピーダンスを算出する。解析部２５０は、例えば、複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４によって形成された複数の共振回路の共振周波数のそれぞれと、取得部２３０が取得した出力信号の周波数とが一致している場合における出力信号の信号強度に基づき、インピーダンスを算出する。

例えば、１番目の抵抗体２０２のインピーダンスをＲ_１、１番目の抵抗体２０２を含む１番目の共振回路の共振周波数をｆ_ＲＥＳ１とする。この場合、信号供給部２２０が共振周波数ｆ_ＲＥＳ１に略一致する電気信号を抵抗体群２０６に供給した状態において、当該抵抗体群２０６が出力する周波数ｆ_ＲＥＳ１の出力信号に基づき、解析部２５０は、抵抗体２０２のインピーダンスＲ_１を算出する。信号供給部２２０は、電気信号の周波数ｆ_ＩＮを掃引するので、解析部２５０は、出力信号の周波数ｆ_ＩＮが複数の共振周波数ｆ_ＲＥＳｎのいずれかと一致する毎に、抵抗体群２０６の出力信号の強度に基づくインピーダンスを順次算出してよい。

制御部２６０は、信号供給部２２０、取得部２３０、記憶部２４０、および解析部２５０の動作を制御する。制御部２６０は、例えば、信号供給部２２０が電気信号を抵抗体群２０６に供給するタイミング、取得部２３０が抵抗体群２０６から出力信号を取得するタイミング、解析部２５０が出力信号を解析するタイミングを制御する。制御部２６０は、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

＜抵抗体群２０６の出力信号の一例＞
図４は、本実施形態に係る取得部２３０が取得する抵抗体群２０６の出力信号の一例を示す。図４は、横軸が周波数を示し、縦軸がインピーダンスを示す。例えば、信号供給部２２０が電流値の最大値および最小値が予め定められた値の電気信号Ｉ_ＩＮ・ｃｏｓ（２π・ｆ_ＩＮ・ｔ＋θ_０）＋Ｃ_０を出力する場合、取得部２３０は、インピーダンスに応じた出力信号の電圧の振幅値を取得する。また、信号供給部２２０が電圧値の最大値および最小値が予め定められた値の電気信号Ｖ_ＩＮ・ｃｏｓ（２π・ｆ_ＩＮ・ｔ＋θ_１）＋Ｃ_１を出力する場合、取得部２３０は、インピーダンスに応じた出力信号の電流の振幅値を取得する。図４は、取得部２３０が出力信号の電圧の振幅値を取得した例を示す。

図４に示すように、取得部２３０が取得する出力信号は、複数の極値を有する。複数の極値は、複数の共振回路の共振周波数ｆ_ＲＥＳｎのそれぞれと略一致する周波数に発生する。例えば、信号供給部２２０が出力する電気信号の周波数ｆ_ＩＮが複数の共振周波数ｆ_ＲＥＳｎのいずれの周波数にも一致しない場合、電気信号のほとんどは、直列に接続された複数の容量素子２１２を通過する。即ち、複数の直列に並ぶ共振器回路全体のインピーダンスは低減し、抵抗体群２０６に流れる電流はほとんどなく、取得部２３０は振幅値が低減した出力信号を取得することになる。

これに対し、信号供給部２２０が出力する電気信号の周波数ｆ_ＩＮがｋ番目の共振周波数ｆ_ＲＥＳｋに略一致する場合を考える。ここで、各共振回路が抵抗、容量、およびインダクタンスをそれぞれ１つずつ有するＲＣＬ並列共振回路を構成するので、ｋ番目の共振回路の共振周波数ｆ_ＲＥＳｋは、１／｛２π・（Ｌ_ｋ・Ｃ_ｋ）^１／２｝となる。周波数ｆ_ＩＮがこのような共振周波数ｆ_ＲＥＳｋに略一致する場合、ｋ番目の共振回路においては、電気信号のほとんどが抵抗体２０２を通過する。

なお、ｋ番目の共振回路以外のｎ−１個の共振回路においては、共振周波数が電気信号の周波数ｆ_ＩＮと一致しないので、それぞれの共振器に含まれる抵抗体２０２にはほとんど電流が流れずに容量素子２１２を通過する。したがって、複数の直列に並ぶ共振器回路全体のインピーダンスは、ｋ番目の共振回路に含まれるｋ番目の抵抗体２０２のインピーダンスＲＥＳ_ｋと略等しくなる。即ち、取得部２３０は、振幅値がインピーダンスＲＥＳ_ｋに応じた値となる出力信号を取得することになる。取得部２３０は、例えば、振幅値がＩ_ＩＮ・ＲＥＳ_ｋに応じた極値を取得する。したがって、解析部２５０は、当該振幅値に基づき、ｋ番目の抵抗体２０２のインピーダンスＲＥＳ_ｋを算出できる。

例えば、ｎ個の共振回路の共振周波数ｆ_ＲＥＳｎが全て異なる周波数の場合、信号供給部２２０が第１周波数から第２周波数までの周波数を掃引して電気信号を生成することにより、取得部２３０が取得する出力信号にはｎ個の極値が観測される。したがって、解析部２５０は、ｎ個の極値の振幅値に基づき、ｎ個の抵抗体２０２のインピーダンスＲ_ｎをそれぞれ算出できる。

以上のように、本実施形態に係る検出装置２００は、ｎ個の抵抗体２０２のそれぞれが共振回路の一部となるように、容量素子２１２およびインダクタンス素子２１４を抵抗体２０２毎に並列に配置する。これにより、本実施形態に係る検出装置２００は、ｎ個の抵抗体２０２のそれぞれにインピーダンスを検出するための配線を設けなくても、ｎ個の抵抗体２０２のインピーダンスＲ_ｎをそれぞれ検出することができる。したがって、このような検出装置２００によれば、センサとして機能する複数の抵抗体２０２が実装される基体２０４におけるレイアウトの自由度を向上させ、シートベルト１００に装着可能な帯状構造体１２０を容易に実現できる。このような検出装置２００の動作について次に説明する。

＜検出装置２００の動作フローの第１例＞
図５は、本実施形態に係る検出装置２００の動作フローの一例を示す。検出装置２００は、図５のＳ４１０からＳ４５０の動作を実行することにより、帯状構造体１２０に設けられている複数の抵抗体２０２のインピーダンスをそれぞれ検出する。なお、検出装置２００の検出動作の前に、シートベルト１００に装着された帯状構造体１２０の少なくとも一部がユーザに接触するように、座席２０に座ったユーザがシートベルト１００を締めているものとする。

まず、Ｓ４１０において、制御部２６０は、信号供給部２２０から検出回路２０８に電気信号を供給させる。なお、検出装置２００が検出を開始した時点での、電気信号の周波数は、第１周波数となる。

次に、Ｓ４２０において、制御部２６０は、取得部２３０に検出回路２０８からの出力信号を取得させる。取得部２３０は、取得した出力信号を記憶部２４０に記憶する。なお、取得部２３０は、出力信号の周波数の情報に対応付けて出力信号を記憶することが望ましい。

次に、Ｓ４３０において、制御部２６０は、信号供給部２２０が出力する電気信号の周波数が第２周波数であるか否かを確認する。制御部２６０は、周波数が第２周波数ではない場合（Ｓ４３０：Ｎｏ）、Ｓ４４０に進み、信号供給部２２０の周波数掃引を継続させる。

即ち、Ｓ４４０において、制御部２６０は、信号供給部２２０が出力する電気信号の周波数を第１周波数から第２周波数に向けて掃引するように変化させる。ここで、周波数の変化量は、例えば、予め定められた変化量である。予め定められた変化量は、一定の値でよく、これに代えて、共振回路の共振周波数ｆ_ＲＥＳｎのいずれかに近づくと変化量が小さくなるように定められてもよい。そして、制御部２６０は、Ｓ４１０に戻り、検出回路２０８への電気信号の供給と抵抗体群２０６からの出力信号の取得とを繰り返す。

また、Ｓ４３０において、制御部２６０は、周波数が第２周波数の場合（Ｓ４３０：Ｙｅｓ）、周波数の掃引と出力信号の取得を終了させ、Ｓ４５０に進む。この場合、記憶部２４０には、図４に示すような複数の極値を有する出力信号の情報が記憶されることになる。

次に、Ｓ４５０において、制御部２６０は、解析部２５０に出力信号を周波数解析させる。解析部２５０は、出力信号の極値毎に、対応する抵抗体２０２のインピーダンスを算出する。なお、解析部２５０による周波数解析については、図４等で説明したので、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施形態に係る検出装置２００は、直列に接続されている複数の抵抗体２０２を有する検出回路２０８に電気信号を供給して周波数解析することで、簡素な配線で接続された抵抗体２０２のインピーダンスをそれぞれ検出できる。なお、図５において、制御部２６０が、信号供給部２２０に周波数を掃引しつつ電気信号を出力させ、取得部２３０に出力信号を取得させる例を説明したが、これに限定されることはない。これに代えて、制御部２６０は、信号供給部２２０に周波数を掃引させつつ電気信号を出力させ、当該電気信号に基づく出力信号が１つの共振周波数と略一致したこと、または、出力信号にピークが検出されたことに応じて、解析部２５０に出力信号を解析させてもよい。

＜電気信号がパルス信号である例＞
また、以上の本実施形態に係る検出装置２００は、信号供給部２２０が周波数の異なる複数の電気信号を出力する例を説明したが、これに限定されることはない。信号供給部２２０は、信号供給部２２０は、予め定められたパルス幅のパルス信号を電気信号として出力してもよい。ここで、パルス信号は、当該パルス信号をフーリエ変換等で周波数軸に変換すると、第１周波数から第２周波数までの間の周波数帯域に閾値以上の信号成分を有する程度に、パルス幅および波高値が予め定められることが望ましい。

このようなパルス信号は、実質的に複数の周波数成分が含まれているので、例えば、１つのパルス信号を検出回路２０８に供給し、当該パルス信号に応じた検出回路２０８からの出力信号を周波数変換することで、図４に示すような複数の極値を有する出力信号を取得できる。そこで、解析部２５０は、出力信号を周波数変換してから、複数の共振回路の共振周波数における信号強度に基づき、複数の抵抗体２０２のインピーダンスをそれぞれ算出する。このような検出装置２００の動作について次に説明する。

＜検出装置２００の動作フローの第２例＞
図６は、本実施形態に係る検出装置２００の動作フローの変形例を示す。検出装置２００は、図６のＳ５１０からＳ５４０の動作を実行することにより、帯状構造体１２０に設けられている複数の抵抗体２０２のインピーダンスをそれぞれ検出する。なお、変形例の動作フローにおいても、検出装置２００の検出動作の前に、座席２０に座ったユーザがシートベルト１００を締めているものとする。

まず、Ｓ５１０において、制御部２６０は、信号供給部２２０からパルス信号を電気信号として検出回路２０８に供給させる。次に、Ｓ５２０において、制御部２６０は、取得部２３０に検出回路２０８からの出力信号を取得させる。次に、Ｓ５３０において、制御部２６０は、解析部２５０に出力信号を周波数変換させる。解析部２５０は、例えば、取得部２３０が取得した検出回路２０８からの出力信号をＦＦＴにより周波数変換してよい。次に、Ｓ５４０において、制御部２６０は、解析部２５０に出力信号を周波数解析させる。解析部２５０は、出力信号の極値毎に、対応する抵抗体２０２のインピーダンスを算出する。検出装置２００は、このような有限のパルス幅を用いたインパルス応答により、検出回路２０８からの出力信号をより短い時間で取得できる。

以上の本実施形態に係る検出装置２００において、帯状構造体１２０がシートベルト１００に装着される例を説明した。これにより、当該帯状構造体１２０を検出装置２００としての機能を有さない従来の座席２０のシートベルト１００に装着することにより、当該座席２０に座るユーザの状態を検出することが可能になる。なお、帯状構造体１２０がユーザの身体の変動を検出できれば、このような構成に限定されることはない。帯状構造体１２０は、座席２０に設けられているシートベルト１００に含まれていてもよい。

帯状構造体１２０は、例えば、ベルト部１１０の一部として形成されてもよい。この場合、帯状構造体１２０は、ベルト部１１０に固定されてもよい。これに代えて、帯状構造体１２０を構成する部材がベルト部１１０に固定されてもよい。また、複数の抵抗体２０２、複数の容量素子２１２、複数のインダクタンス素子２１４、およびこれらを接続する配線がベルト部１１０に設けられてもよい。このように、センサとして機能する複数の抵抗体２０２がベルト部１１０に固定されることで、当該複数の抵抗体２０２をユーザの身体の変動を検出できる位置に容易に位置決めすることができる。

また、以上の本実施形態に係る検出装置２００において、複数の抵抗体２０２のそれぞれが別個独立の部材である例を説明したが、これに限定されることはない。抵抗体２０２のそれぞれは、１つまたは複数の集合抵抗体の一部であってもよい。例えば、複数の抵抗体２０２は、帯状に形成された帯状抵抗体が有する複数の領域に含まれてよい。

＜帯状抵抗体２１０を用いた検出回路２０８＞
図７は、本実施形態に係る検出回路２０８の変形例を示す。図７に示す変形例の検出回路２０８において、図３に示された検出回路２０８の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。変形例の検出回路２０８は、複数の抵抗体２０２を含む帯状抵抗体２１０を有する。

帯状抵抗体２１０は、例えば、当該帯状抵抗体２１０の長手方向において、それぞれの抵抗体２０２を分割する位置に電気配線がそれぞれ接続される。そして、当該電気配線に、複数の容量素子２１２および複数のインダクタンス素子２１４が対応して接続される。これにより、図３に示す検出回路２０８と等価な回路を構成することができる。この場合、信号供給部２２０は、帯状抵抗体２１０の一端と他端との間に電気信号を供給し、取得部２３０は、帯状抵抗体２１０の一端および他端から出力信号を取得する。

これにより、解析部２５０は、帯状抵抗体２１０を複数に分割した領域毎に、インピーダンスを算出することができる。即ち、複数の抵抗体２０２を対応する別個独立の素子とすることなく、例えば、１つの帯状抵抗体２１０として形成できるので、検出回路２０８をより簡便な構成にすることができる。

また、図３および図７で説明した、本実施形態に係る検出回路２０８は、電源回路を必要としないので、検出装置２００の設計の自由度を向上させることができる。例えば、帯状構造体１２０を別個独立のモジュールとして形成し、当該帯状構造体１２０と信号供給部２２０および取得部２３０とを有線で接続することにより、当該帯状構造体１２０は、電源回路を含まない簡便なモジュールとすることができる。

これに代えて、例えば、帯状構造体１２０を別個独立のモジュールとして形成し、当該帯状構造体１２０と信号供給部２２０および取得部２３０とを無線で接続してもよい。この場合、当該帯状構造体１２０は、検出回路２０８に供給する電気信号および検出回路２０８からの出力信号を送受信するための回路を更に有すればよく、検出回路２０８は簡易な構成のままでよい。

このように、帯状構造体１２０を別個独立のモジュールとした場合、信号供給部２２０、取得部２３０、記憶部２４０、解析部２５０、および制御部２６０等は、シートベルト１００とは異なる位置に設けられてよい。このような検出装置２００の少なくとも一部は、例えば、座席２０の下部等に一体となって収容されていることが望ましい。また、図１で説明した状態特定装置１０を構成する場合、信号供給部２２０、取得部２３０、記憶部２４０、解析部２５０、および制御部２６０のうち少なくとも一部は、算出部３１０および特定部３２０のうち少なくとも一部と一体に形成されてもよい。

＜繊維で形成された帯状抵抗体２１０の例＞
以上の帯状構造体１２０が布等の繊維で形成されている場合、または、シートベルト１００の繊維に含まれている場合、複数の抵抗体２０２、複数の容量素子２１２、複数のインダクタンス素子２１４、およびこれらを接続する配線の少なくとも一部は、繊維を含んでよい。例えば、抵抗体２０２は、抵抗材料が繊維に付着、吸着、結合、または印刷されて形成されていてよく、これに代えて、抵抗体２０２は、抵抗材料が付着、吸着、結合、または印刷された繊維が帯状構造体１２０の繊維に織り込まれていてもよい。

また、例えば、容量素子２１２は、導電性材料が複数個所に付着、吸着、結合、または印刷された容量性を有する繊維が、布に織り込まれて形成されている。このような容量素子２１２の一例を図８に示す。容量素子２１２は、非導電性繊維３３２と、導電性材料３３４とを含む。非導電性繊維３３２は、例えば、ポリマー等である。これに代えて、非導電性繊維３３２は、ゴム等の弾性体でもよい。また、導電性材料３３４は、導電フィルム等である。これに代えて、導電性材料３３４は、導電性の材料を含む導電インク等が付着されて形成されていてもよい。また、容量素子２１２は、１または複数の非導電性繊維３３２と、１または複数の導電性の繊維とを組み合わせて形成されていてもよい。

また、例えば、インダクタンス素子２１４は、導電性の繊維が絶縁性材料に巻き付けられた繊維が布に織り込まれて形成されている。導電性の繊維は、例えば、導電性材料が１つまたは複数個所に付着、吸着、結合、または印刷されて形成された繊維でよい。このようなインダクタンス素子２１４の一例を図９に示す。インダクタンス素子２１４は、非導電性繊維３３６と、導電性繊維３３８とを含む。非導電性繊維３３６は、ポリマーまたはゴム等の弾性体である。導電性繊維３３８は、導電性の材料が付着されて導電性を有する繊維である。インダクタンス素子２１４の定数は、導電性繊維３３８の巻き数、直径、長さ等に応じて定めることができる。

また、例えば、配線は、導電性繊維である。導電性繊維は、導電性の材料が付着されて導電性を有する繊維である。以上のように、複数の抵抗体２０２、複数の容量素子２１２、複数のインダクタンス素子２１４、およびこれらを接続する配線の少なくとも一部は、繊維を用いて形成することができる。したがって、これらの素子は、帯状構造体１２０に織り込むことができるので、当該帯状構造体１２０を簡易に構成することができる。この場合、基体２０４は無くてもよい。また、帯状構造体１２０の少なくとも一部は、導電性の材料および非導電性の材料が印刷されて形成されていてもよい。

以上の本実施形態に係る状態特定装置１０の少なくとも一部は、一例として、コンピュータ等である。コンピュータは、例えば、プログラム等を実行することにより、本実施形態に係る取得部２３０、解析部２５０、制御部２６０、算出部３１０、および特定部３２０のうちの少なくとも一部として機能する。

コンピュータは、ＣＰＵ等のプロセッサを備え、記憶部２４０に記憶されたプログラムを実行することによって、取得部２３０、解析部２５０、制御部２６０、算出部３１０、および特定部３２０の少なくとも一部として機能する。コンピュータは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を更に備えてもよい。

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およ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１００に帯状構造体１２０を設けてユーザの身体の状態を特定する場合を例示したが、帯状構造体１２０の構成およ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帯状構造体１２０に適用することができる。また、本発明は、直列に接続されたデバイスのインピーダンスを簡易な構成で測定する測定装置に適用することもできる。

１０ 状態特定装置
２０ 座席
１００ シートベルト
１１０ ベルト部
１２０ 帯状構造体
１３０ 装着部
２００ 検出装置
２０２ 抵抗体
２０４ 基体
２０６ 抵抗体群
２０８ 検出回路
２１０ 帯状抵抗体
２１２ 容量素子
２１４ インダクタンス素子
２２０ 信号供給部
２３０ 取得部
２４０ 記憶部
２５０ 解析部
２６０ 制御部
３１０ 算出部
３２０ 特定部
３３２ 非導電性繊維
３３４ 導電性材料
３３６ 非導電性繊維
３３８ 導電性繊維

Claims (11)

1. 直列に接続された複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを検出する検出装置であって、
   抵抗体毎に異なる共振周波数の共振回路を形成するように、前記複数の抵抗体のそれぞれと並列に接続される、複数の容量素子および複数のインダクタンス素子と、
   前記複数の抵抗体を含む抵抗体群の一端と他端との間に予め定められた電気信号を供給する信号供給部と、
   前記複数の抵抗体が前記電気信号に応じて出力する出力信号を、前記一端および前記他端から取得する取得部と、
   前記出力信号を周波数解析することで、前記複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを算出する解析部と
   を備える、検出装置。
2. 前記複数の抵抗体は、帯状に形成された帯状抵抗体が有する複数の領域に含まれており、
   前記信号供給部は、前記帯状抵抗体の前記一端と前記他端との間に前記電気信号を供給し、
   前記取得部は、前記帯状抵抗体の前記一端および前記他端から前記出力信号を取得する、
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記信号供給部は、予め定められた第１周波数から第２周波数までの間の複数の周波数に対応する複数の周波数の前記電気信号を出力する、請求項１または２に記載の検出装置。
4. 前記解析部は、前記複数の容量素子および前記複数のインダクタンス素子によって形成された複数の共振回路の共振周波数のそれぞれと、前記電気信号の周波数とが一致している場合における前記出力信号の信号強度に基づき、前記インピーダンスを算出する、請求項３に記載の検出装置。
5. 前記信号供給部は、予め定められたパルス幅のパルス信号を前記電気信号として出力する、請求項１または２に記載の検出装置。
6. 前記解析部は、前記出力信号を周波数変換し、前記複数の容量素子および前記複数のインダクタンス素子によって形成された複数の共振回路の共振周波数における信号強度に基づき、前記インピーダンスをそれぞれ算出する、請求項５に記載の検出装置。
7. 前記複数の抵抗体は、折り曲げ可能な基体に設けられ、前記基体の曲率に応じてインピーダンスがそれぞれ変化し、
   前記基体、前記複数の容量素子、および前記複数のインダクタンス素子は、一体に形成された帯状構造体である、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出装置。
8. 前記帯状構造体を、座席に設けられているシートベルトに装着するための装着部を更に備える、請求項７に記載の検出装置。
9. 前記帯状構造体は、座席に設けられているシートベルトに含まれている、請求項７に記載の検出装置。
10. 請求項８または９に記載の検出装置と、
    前記解析部が算出した前記インピーダンスの変化に基づき、前記シートベルトの曲率を算出する算出部と、
    前記シートベルトの曲率に基づき、当該シートベルトを装着したユーザの状態を特定する特定部と
    を備える、状態特定装置。
11. 直列に接続された複数の抵抗体に共振回路がそれぞれ並列に接続されている状態において、それぞれの前記抵抗体のインピーダンスを測定する測定方法であって、
    前記複数の抵抗体を含む抵抗体群の一端と他端との間に予め定められた電気信号を供給するステップと、
    前記複数の抵抗体が前記電気信号に応じて出力する出力信号を、前記一端および前記他端から取得するステップと、
    前記出力信号を周波数解析することで、前記複数の抵抗体のそれぞれのインピーダンスを算出するステップと
    を備える、測定方法。

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