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技術 物体検出シート及びこれを用いた生体検出システム

出願人 積水化学工業株式会社
発明者 岡林賞純
出願日 2014年1月10日 (6年2ヶ月経過) 出願番号 2014-003662
公開日 2015年7月23日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2015-132526
状態 特許登録済
技術分野 圧電、電歪、磁歪装置 可変コンデンサ 力の測定一般
主要キーワード 各圧電センサ ポリエチレンナフタレートシート アース部分 各静電容量センサ 音響ピックアップ 静電容量計 電気絶縁シート 使用要領
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

本発明は、誤報及び失報を防止しながら、測定対象者が載っているか否かを正確に検出することができる物体検出シートを提供する。

解決手段

本発明の物体検出シートAは、生体が載っているか否かを検出するための物体検出シートであって、圧電シート11の一面にシグナル電極12が積層一体化され且つ上記圧電シート11の他面にグランド電極13が積層一体化された圧電センサ部A1と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シート11aの一面に第一電極18が積層一体化され且つ上記弾性シート11aの他面に第二電極19が積層一体化された静電容量センサ部A2とを有することを特徴とする。

概要

背景

圧電シート絶縁性高分子材料電荷注入することにより、内部に帯電を付与した材料である。合成樹脂シートはこれを帯電させることによってセラミックス匹敵する非常に高い圧電性を示すことが知られている。このような合成樹脂シートを用いた圧電シートは、音響ピックアップや各種圧力センサーなどへの応用が提案されている。

圧電シートとして、特許文献1には、塩素化ポリオレフィンが付与されているシートであって、かつ、該シートが1×10-10クーロン/cm2以上の表面電荷密度を有するエレクトレットシートが開示されている。

概要

本発明は、誤報及び失報を防止しながら、測定対象者が載っているか否かを正確に検出することができる物体検出シートを提供する。 本発明の物体検出シートAは、生体が載っているか否かを検出するための物体検出シートであって、圧電シート11の一面にシグナル電極12が積層一体化され且つ上記圧電シート11の他面にグランド電極13が積層一体化された圧電センサ部A1と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シート11aの一面に第一電極18が積層一体化され且つ上記弾性シート11aの他面に第二電極19が積層一体化された静電容量センサ部A2とを有することを特徴とする。

目的

本発明は、圧電シートに迅速に又はゆっくりと押圧力が加えられる何れの場合、即ち、圧電シート上に物体が迅速に又はゆっくりと載置される何れの場合にあっても、物体の存在を正確に検出することができる物体検出シート及びこれを用いた生体検出システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

物体が載っているか否かを検出するための物体検出シートであって、圧電シートの一面にシグナル電極積層一体化され且つ上記圧電シートの他面にグランド電極が積層一体化された圧電センサ部と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化された静電容量センサ部とを有することを特徴とする物体検出シート。

請求項2

一枚の圧電シートの一面にシグナル電極が積層一体化され且つ上記シグナル電極に対応して上記圧電シートの他面にグランド電極が積層一体化されて圧電センサ部が形成されていると共に、上記圧電センサ部を除いた上記圧電シート部分を弾性シートとし、上記弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化されて静電容量センサ部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の物体検出シート。

請求項3

基材シートの一面に、圧電センサ部と静電容量センサ部とが配設されていることを特徴とする請求項1に記載の物体検出シート。

請求項4

複数の圧電センサ部及び静電容量センサ部を有しており、上記圧電センサ部と上記静電容量センサ部とが交互に配設されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の物体検出シート。

請求項5

圧電センサ部及び静電容量センサ部がそれぞれ縦方向及び横方向に配設されていることを特徴とする請求項4に記載の物体検出シート。

請求項6

圧電シートが発泡シートであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の物体検出シート。

請求項7

弾性シートが発泡シートであることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の物体検出シート。

請求項8

圧電シートの一面にシグナル電極が積層一体化され且つ上記圧電シートの他面にグランド電極が積層一体化された圧電センサ部と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化された静電容量センサ部とを有する物体検出シートと、上記静電容量センサ部の上記第一電極と上記第二電極との間の静電容量を測定する第一測定部と、上記圧電センサ部の圧電シートで発生する電位を測定する第二測定部と、上記第一測定部で測定された静電容量が予め定められた閾値以上又は上記第一測定部で測定された静電容量の変化量が予め定められた閾値以上である場合には上記第二測定部での上記圧電シートの電位の測定を開始し、上記第二測定部にて周期的な生体信号を検出した場合には上記物体検出シート上に生体が載っていることを出力部に出力し、上記第二測定部にて周期的な生体信号を検出しない場合には上記物体検出シート上に生体が載っていないことを出力部に出力する制御部とを有することを特徴とする生体検出システム

請求項9

物体検出シートは、一枚の圧電シートの一面に複数のシグナル電極が積層一体化され且つこれらのシグナル電極に対応して上記圧電シートの他面に複数のグランド電極が積層一体化されて圧電センサ部が複数、形成されていると共に、上記圧電センサ部を除いた上記圧電シート部分を弾性シートとし、上記弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化されて静電容量センサ部が形成されていることを特徴とする請求項8に記載の生体検出システム。

請求項10

物体検出シートは、基材シートの一面に、圧電センサ部と静電容量センサ部とが配設されていることを特徴とする請求項8に記載の生体検出システム。

請求項11

物体検出シートは、圧電センサ部と静電容量センサ部とが交互に縦方向及び横方向に配設されており、上記物体検出シートの外周縁部に配設された上記静電容量センサ部において、上記第一測定部で測定された静電容量が予め定められた閾値以上又は上記第一測定部で測定された静電容量の変化量が予め定められた閾値以上である場合には、制御部が警告信号を出力部に出力することを特徴とする請求項8に記載の生体検出システム。

技術分野

0001

本発明は、物体が載っているか否かを検出することができる物体検出シート及びこれを用いた生体検出システムに関する。

背景技術

0002

圧電シート絶縁性高分子材料電荷注入することにより、内部に帯電を付与した材料である。合成樹脂シートはこれを帯電させることによってセラミックス匹敵する非常に高い圧電性を示すことが知られている。このような合成樹脂シートを用いた圧電シートは、音響ピックアップや各種圧力センサーなどへの応用が提案されている。

0003

圧電シートとして、特許文献1には、塩素化ポリオレフィンが付与されているシートであって、かつ、該シートが1×10-10クーロン/cm2以上の表面電荷密度を有するエレクトレットシートが開示されている。

先行技術

0004

特開平8−284063号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記圧電シートは、これに加わる押圧力によって圧電シートが変形することにより、正電荷負電荷相対移動が生じて電位を発生させる。そして、圧電シートの両面に積層一体化したシグナル電極グランド電極とを測定モジュール導電線を用いて電気的に接続し、通常、グランド電極にアースをとることによってグランド電極を基準電極として圧電シートで発生した電位を測定する。

0006

圧電シートに押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルター時定数より十分に短い場合、即ち、圧電シートに迅速に押圧力が加えられる場合には、圧電シートは感度良く信号を検出することができる。

0007

一方、圧電シートに押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルターの時定数より長い場合、即ち、圧電シートにゆっくりと押圧力が加えられるような場合には、圧電シート内に押圧力によって生じる電荷が、ハイパスフィルターの特性に従い減衰するため、圧電シートで発生した電位を測定モジュールで正確に測定することできないことが多いという問題点を有する。

0008

本発明は、圧電シートに迅速に又はゆっくりと押圧力が加えられる何れの場合、即ち、圧電シート上に物体が迅速に又はゆっくりと載置される何れの場合にあっても、物体の存在を正確に検出することができる物体検出シート及びこれを用いた生体検出システムを提供する。

課題を解決するための手段

0009

本発明の物体検出シートは、物体が載っているか否かを検出するための物体検出シートであって、圧電シートの一面にシグナル電極が積層一体化され且つ上記圧電シートの他面にグランド電極が積層一体化された圧電センサ部と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化された静電容量センサ部とを有することを特徴とする。

0010

又、本発明の生体検出システムは、圧電シートの一面にシグナル電極が積層一体化され且つ上記圧電シートの他面にグランド電極が積層一体化された圧電センサ部と、厚み方向に弾性回復可能に圧縮可能な弾性シートの一面に第一電極が積層一体化され且つ上記弾性シートの他面に第二電極が積層一体化された静電容量センサ部とを有する物体検出シートと、上記静電容量センサ部の上記第一電極と上記第二電極との間の静電容量を測定する第一測定部と、上記圧電センサ部の圧電シートで発生する電位を測定する第二測定部と、上記第一測定部で測定された静電容量が予め定められた閾値以上又は上記第一測定部で測定された静電容量の変化量が予め定められた閾値以上である場合には上記第二測定部での上記圧電シートの電位の測定を開始し、上記第二測定部にて周期的な生体信号を検出した場合には上記物体検出シート上に生体が載っていることを出力部に出力し、上記第二測定部にて周期的な生体信号を検出しない場合には上記物体検出シート上に生体が載っていないことを出力部に出力する制御部とを有することを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明の物体検出シートは、上述の構成を有していることから、物体検出シート上に物体が迅速に又はゆっくりと載置された何れの場合においても正確に物体の存在を検出することができる。

0012

そして、本発明の物体検出シートを用いた生体検出システムは、物体検出シート上に載った生体による圧力を静電容量センサ部が検出すると共に、物体検出シート上に載ったものが生体であるか否かを圧電センサ部が検出するので、物体検出シート上に生体が載っているか否かを正確に検出することができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の物体検出シートを示した断面図である。
本発明の物体検出シートを示した模式斜視図である。
本発明の生体検出システムの機能構成を示した図である。
本発明の生体検出システムのハードウエア構成を示した図である。
本発明の生体検出システムの動作を示したフローチャートである。
本発明の物体検出シートの他の一例を示した断面図である。
本発明の生体検出システムの使用要領を示した斜視図である。

実施例

0014

本発明の物体検出シートの一例を図面を参照しながら説明する。物体検出シートAは、図1及び図2に示したように、圧電センサ部A1と静電容量センサ部A2とを有している。圧電センサ部A1及び静電容量センサ部A2は縦方向及び横方向に交互に配設されて全体として碁盤目状に配設されている。

0015

圧電センサ部A1は、圧電シート11と、この圧電シート11の一面に積層一体化されたシグナル電極12と、上記圧電シート11の他面に積層一体化されたグランド電極13と、シグナル電極12上に積層一体化された遮蔽電極14とを有している。

0016

圧電シート11としては、外力が加えられることによって電荷を発生させることができ且つ厚み方向に弾性的に復元可能に圧縮変形することができるシートが用いられ、脈波信号などの微弱な生体信号を精度良く検出でき、感度が高く、厚み方向の変形で電荷を発生しやすく、後述する静電容量センサーの弾性シートとしても用いることができることから、合成樹脂発泡シート分極を付与した圧電シートが好ましい。

0017

合成樹脂発泡シートを構成する合成樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン系樹脂ポリプロピレン系樹脂などのポリオレフィン系樹脂ポリフッ化ビニリデンポリ乳酸液晶樹脂などが挙げられる。無機系シートを構成する無機材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛チタン酸鉛ニオブ酸カリウムニオブ酸リチウムタンタル酸リチウムタングステン酸ナトリウム酸化亜鉛リチウムテトラボレート、Ba2NaNb5O5,Pb2KNb5O15などが挙げられる。

0018

合成樹脂発泡シートに分極を付与する方法としては、特に限定されず、例えば、(1)合成樹脂発泡シートを一対の平板電極で挟持し、帯電させたい表面に接触させている平板電極を高圧直流電源に接続すると共に他方の平板電極をアースし、合成樹脂発泡シートに直流又はパルス状の高電圧印加して合成樹脂に電荷を注入して合成樹脂発泡シートに分極を付与する方法、(2)電子線、X線などの電離性放射線紫外線を合成樹脂発泡シートの表面に照射して、合成樹脂発泡シートの近傍部の空気分子イオン化することによって合成樹脂発泡シートに分極を付与する方法、(3)合成樹脂発泡シートの一面に、アースされた平板電極を密着状態に重ね合わせ、合成樹脂発泡シートの他面側に所定間隔を存して直流の高圧電源に電気的に接続された針状電極又はワイヤー電極を配設し、針状電極の先端又はワイヤー電極の表面近傍への電界集中によりコロナ放電を発生させ、空気分子をイオン化させて、針状電極又はワイヤー電極の極性により発生した空気イオンを反発させて合成樹脂発泡シートに分極を付与する方法などが挙げられる。

0019

圧電シート11の一面にはその全面を被覆するように固定剤層10aを介して電気絶縁シート15が積層一体化されている。圧電シート11の他面にはその全面を被覆するように固定剤層10bを介して電気絶縁シート16が積層一体化されている。電気絶縁シート15上にはその全面を被覆するように固定剤層10cを介して電気絶縁シート17が積層一体化されている。なお、電気絶縁シート15〜17は、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートポリエチレンナフタレートシートポリ塩化ビニルシートなどが挙げられる。

0020

固定剤層を構成している固定剤10a〜10cは、反応系・溶剤系・水系・ホットメルト系接着剤又は粘着剤から構成されており、圧電シート11の感度を維持する観点から、誘電率の低い固定剤が好ましい。

0021

電気絶縁シート15における圧電シート11側の面15aには複数のシグナル電極12が所定間隔毎に縦方向及び横方向に碁盤目状に一体的に形成されている。電気絶縁シート16における圧電シート11側の面16aには圧電シート11を挟んで上記シグナル電極12に対向するようにグランド電極13が所定間隔毎に縦方向及び横方向に碁盤目状に一体的に形成されている。電気絶縁シート17における圧電シート11側の面17aには圧電シート11の厚み方向にシグナル電極12に重なり合うように遮蔽電極14が所定間隔毎に縦方向及び横方向に碁盤目状に一体的に形成されている。即ち、シグナル電極12、グランド電極13及び遮蔽電極14は圧電シート11の両面に該圧電シート11の厚み方向に互いに重なり合って圧電センサ部A1が複数、構成されている。複数の圧電センサ部A1は、図2に示したように、縦方向及び横方向に所定間隔を存して碁盤目状に配列されている。

0022

又、圧電センサ部A1が形成されていない圧電シート11部分には、この圧電シート11部分を弾性シート11aとし、この弾性シート11aの一面に第一電極18が積層一体化され且つ弾性シート11aの他面に第二電極19が積層一体化されて静電容量センサ部A2が構成されている。なお、圧電シートに付与された分極は、弾性シート11aの静電容量の測定に影響を及ぼさないので、弾性シート11aに分極が付与されていても問題はない。

0023

電気絶縁シート15における弾性シート11a側の面15aには複数の第一電極18が所定間隔毎に縦方向及び横方向に碁盤目状に一体的に形成されている。電気絶縁シート16における弾性シート11a側の面16aには圧電シート11を挟んで上記第一電極18に対向するように第二電極19が所定間隔毎に縦方向及び横方向に碁盤目状に一体的に形成されている。即ち、第一電極18及び第二電極19は弾性シート11aの両面に該圧電シート11の厚み方向に互いに重なり合って静電容量センサ部A2が複数、構成されている。静電容量センサ部A2は、縦方向及び横方向に所定間隔を存して碁盤目状に配列されている。

0024

従って、物体検出シートAには、図2に示したように、複数の圧電センサ部A1と静電容量センサ部A2とが交互に且つ縦方向及び横方向に碁盤目状に配設されている。そして、上記物体検出シートAは、圧電センサ部A1の圧電シート11と、静電容量センサ部A2の弾性シート11aとを同一の発泡シートから形成していることから、圧電センサ部A1と、静電容量センサ部A2との相対位置が不測に変動するようなことはなく、圧電センサ部A1と静電容量センサ部A2とによって所望位置にて物体の存在の検出を精度良く行うことができる。

0025

電気絶縁シート上に電極を形成する方法としては、例えば、(1)電気絶縁シート上に、バインダー中に導電性微粒子を含有させてなる導電ペーストを塗布、乾燥させる方法、(2)電気絶縁シート上に蒸着によって電極を形成する方法、(3)電気絶縁シート上に、銅シートなどの金属シートを積層一体化する方法などが挙げられる。

0026

物体検出シートA上に圧電センサ部A1において荷重が加わると、圧電シート11が弾性的に復元可能に圧縮されて圧電シート11にて電荷が発生する。圧電シート11にて発生した電荷は、汎用測定手段を用いて電位として測定される。後述する生体検出システムAでは、圧電シート11にて発生した電荷は、後述する第二測定部3にて電位として測定される。

0027

又、物体検出シートA上に静電容量センサ部A2において荷重が加わると、弾性シート11aがその厚み方向に圧縮されて弾性的に復元可能に変形し、第一電極18と第二電極19との間の距離が変化する。このように第一電極18と第二電極19との間の距離が変化すると、第一電極18と第二電極19との間の静電容量が変化する。第一電極18と第二電極19との間の静電容量は、汎用の測定手段を用いて測定される。物体検出シートAの第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定するために用いられる測定モジュールとしては、例えば、静電容量計LCRメータなどが挙げられる。後述する生体検出システムAでは、第一電極18と第二電極19との間の静電容量は、後述するように常時又は所定の時間間隔毎に、第一測定部2で測定されており、第一測定部2で測定された測定値に基づいて後述する制御部4が物体検出シートA上に何らかの物体が存在していることを検出する。

0028

上記物体検出シートAの圧電センサ部A1の圧電シート11にて電荷が発生した場合、電荷の発生によって生じた電位を汎用の測定モジュールによって測定する。なお、圧電センサ部A1のシグナル電極12と及びグランド電極13はそれぞれ、測定モジュールと導電線を介して電気的に接続されている。グランド電極13と測定モジュールとを接続している導電線の途中において通常、アースをとり、グランド電極13を基準電極とする。

0029

圧電シート11と測定モジュールとは導電線を介して電気的に接続しているため、圧電シート11で発生した電荷は、導電線及び測定モジュールの回路を通じて導電線のアース部分から外部に徐々に放散する。

0030

従って、圧電シート11に押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルターの時定数より長い場合、即ち、圧電シート11にゆっくりと押圧力が加えられるような場合には、圧電シート11への押圧力によって圧電シート11内に電荷が十分に溜まる前に、圧電シート11内の電荷が導電線及び測定モジュール内の回路を通じてアースから外部に徐々に放散してしまい、圧電シートで発生した電位を測定モジュールで正確に測定することができないことが多い。

0031

一方、圧電シート11に押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルターの時定数より十分に短い場合、即ち、圧電シート11に迅速に押圧力が加えられる場合には、圧電シート11への押圧力によって圧電シート11内に電荷が瞬時に溜まり、圧電シート11にて生じた電位の測定にあたって、導電線のアース部分からの電荷の放散を無視することでき、圧電シート11で生じた電位を測定モジュールは感度良く測定することができる。

0032

又、静電容量センサ部A2では、弾性シート11aがその厚み方向に圧縮されて弾性的に復元可能に変形することによって第一電極18と第二電極19との間の距離が変化し、この距離の変化に伴う静電容量の変化が測定される。

0033

従って、圧電シート11の時のように電荷の放散を考慮する必要はなく、静電容量センサ部A2の弾性シート11aに対する押圧力の加え方にかかわらず、静電容量センサ部A2にて生じた静電容量の変化を測定することができるものの、静電容量センサ部A2で生じる静電容量の変化は、圧電センサ部A1で発生する電位の変化ほど鋭敏に測定できない。

0034

又、圧電センサ部A1の圧電シート11に保持することができる電荷は、圧電シート11の面積が大きくなればなるほど大きくなり、圧電シート11の面積が小さくなればなるほど小さくなる。

0035

従って、物体検出シートにおいて、圧電センサ部A1の数を増やして測定点を増やそうとした場合、物体検出シートの大きさ自体は予め定められているため、圧電センサ部A1の面積を小さくせざるを得ず、その結果、圧電シート11の面積も小さくなり、圧電シート11に保持できる電荷量も小さくなる。その結果、特に、圧電シート11にゆっくりと押圧力が加えられるような場合において、圧電シート11で発生した電位を測定モジュール65で正確に測定することができないことが多くなる。

0036

一方、静電容量センサ部A2では、弾性シート11a内に溜まる電荷量は測定に関係ないことから、静電容量センサ部A2での測定精度は、弾性シート11aの大きさに依存せず、弾性シート11aの大きさが小さくても大きくても、静電容量センサ部A2にて静電容量の変化を精度良く測定することができる。

0037

更に、圧電シート11はその厚み方向の寸法が変動することによって電荷を発生させることから、圧電シート11上に物体が載置され、物体が圧電シート11上に載置されてから動かない状況では、圧電シート11は電荷を発生せず、圧電シート11上の物体の存在を検出することができない。

0038

一方、静電容量センサ部A2では、物体検出シート上に物体を載置した後に物体が動かない状態においても、物体検出シート上に物体が存在していることを検出することができる。

0039

そこで、上記物体検出シートAでは、外部からの押圧力によって感度良く反応し、特に、圧電シート11に押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が短い場合に感度良く測定できる圧電センサ部A1と、この圧電センサ部A1よりも感度が低いものの、押圧力の加え方にかかわらず、安定的に測定することができる静電容量センサ部A2とを有していることによって、外部からの押圧力の加えられ方がどのような場合であっても、物体検出シートAは、この物体検出シートA上に載置された物体による押圧力を検出し、物体の存在や物体の動きを精度良く検出することができる。

0040

上記物体検出シートAを用いて、例えば、生体検出システムBを構成することができる。生体検出システムBは、機能的には、図3に示したように、物体検出シートAと、物体検出シートAの第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定する第一測定部2と、圧電シート11で発生する電位を測定する第二測定部3と、制御部4と、出力部5とを有している。又、生体検出システムBは、物理的には、図4に示したように、物体検出シートAと、CPU(Central Processing Unit)61と、ROM(Read Only Memory)62と、RAM(Random Access Memory)63と、SSD(Solid State Drive)やHDD(Hard Disk Drive)などの補助記憶装置64と、測定モジュール65と、ディスプレイプリンタなどの出力モジュール66とを有している。

0041

図3において説明した生体検出システムBの各機能は、図4に示したCPU61やRAM63上に所定のプログラムを読み込ませることにより、CPU61の制御のもとで測定モジュール65及び出力モジュール66を作動させると共に、RAM63や補助記憶装置64におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

0042

生体検出システムBの制御部4は、CPU61を備えたものであってROM62などに記憶されているプログラムを実行することで生体検出システムBが具備する各種機能を制御する。

0043

物体検出シートAの各静電容量センサ部A2を構成している第一電極18及び第二電極19はそれぞれ、第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定するために、一対として測定モジュール65に導電線を介して電気的に接続されている。各静電容量センサ部A2を構成している第一電極18と第二電極19との間の静電容量は、測定モジュール65(第一測定部2)にて互いに独立して測定されている。

0044

物体検出シートAの各圧電センサ部A1を構成しているシグナル電極12、グランド電極13及び遮蔽電極14はそれぞれ、圧電シート11で発生した電位を測定するために、これらを一組として測定モジュール65に導電線を介して電気的に接続されている。各圧電センサ部A1の圧電シート11で発生した電位は測定モジュール65(第一測定部3)にて互いに独立して測定されている。物体検出シートAの各静電容量センサ部A2を構成している第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定するために電気的に接続されている測定モジュールと、物体検出シートAの各圧電センサ部A1を構成している圧電シート11で発生する電位を測定するためにシグナル電極12及びグランド電極13に接続されている測定モジュールとは、同一であってもよいし相違していてもよい。

0045

グランド電極13及び遮蔽電極14は互いに電気的に接続された上で測定モジュール65に電気的に接続されている一方、シグナル電極12は、グランド電極13及び遮蔽電極14と電気的に絶縁されている。グランド電極13及び遮蔽電極14と、測定モジュール65とを接続している導電線を途中で二つに分岐させて、一方の分岐線を測定モジュール65に、他方の分岐線においてアースをとることによって、グランド電極13を基準電位としてシグナル電極12の電位を測定モジュール65によって測定することができる。又、グランド電極13を基準となる一定の電位に保持し、これを基準電極としてシグナル電極12を通じて圧電シート11で発生した電位を測定するように構成してもよい。

0046

生体検出システムBの動作について図5のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、物体検出シートA上に物体が存在しているか否かを検出する〔ステップ1(S1)〕。具体的には、第一測定部2において物体検出シートAの各静電容量センサ部A2を構成している第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定する。

0047

物体検出シートA上に物体が存在していると、物体検出シートAの弾性シート11aが物体の荷重によって弾性復元可能に圧縮変形し、その結果、第一電極18と第二電極19との間の距離が狭くなり、第一電極18と第二電極19との間の静電容量が大きくなる。

0048

本発明の生体検出システムBでは、物体検出シートA上に物体が存在しているか否かは静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量の変化によって測定される。静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量は、物体検出シートA上に載った物体によるゆっくりとした弾性シート11aに対する加圧にも鋭敏に変化し、この静電容量の変化を第一測定部2において測定する。従って、第一測定部2は、弾性シート11aに対するゆっくりとした加圧による静電容量の変化を鋭敏に検出することができることから、物体検出シートA上の物体がゆっくりとした動きで変位した場合、例えば、測定対象者がゆっくりとした動作で体位を変化させた場合にあっても、物体の変化を鋭敏に測定する。なお、物体検出シートA上の物体が通常又は機敏な動きで変位した場合、例えば、測定対象者が通常又は機敏な動作で体位を変化させた場合にあっても、第一測定部2は、弾性シート11aに対する通常又は迅速な加圧による静電容量の変化を勿論、検出することができる。又、物体検出シートA上に載った物体が物体検出シートA上に載置された後に物体検出シートA上にて動かない状態となっても、第一測定部2は、物体検出シートA上に物体が存在していることを検出することができる。

0049

そして、物体検出シートAにおいて、複数の圧電センサ部A1及び静電容量センサ部A2が交互に縦方向及び横方向に碁盤目状に配列されている場合には、各静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量はそれぞれ独立して第一測定部2にて測定されていることから、各静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量をそれぞれ測定することができ、各静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量に基づき、物体検出シートA上のどの位置に物体が載っているのかを正確に測定することができる。

0050

一方、物体検出シートAの圧電センサ部A1においても、物体検出シートAに加えられる圧力によって圧電シート11が圧縮されて圧電シート11において電荷が発生し、この電荷を第二測定部にて電位として測定する。圧電シート11は測定モジュール65と導電線にて接続され、圧電シート11で発生した電位は測定モジュール65で測定される。圧電シート11で発生した電荷は、導電線及び測定モジュールの回路を通じてアースから外部に徐々に放散する。従って、圧電シート11に押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルターの時定数より長い場合、即ち、圧電シート11にゆっくりと押圧力が加えられるような場合には、圧電シート11への押圧力によって圧電シート11内に電荷が十分に溜まる前に、圧電シート11内の電荷が導電線及び測定モジュール内の回路を通じてアースから外部に徐々に放散してしまい、圧電シート11で発生した電位を測定モジュール65で正確に測定することができないことが多い。そこで、本発明の物体検出シートでは、物体検出シート上に載った物体がゆっくりとした動きで変位した場合、例えば、物体検出シート上に載った測定対象者がゆっくりとした動作によって体位を変化させた場合にあっても、物体の変位、例えば、測定対象者の体位の変化を正確に測定するために静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量を第二測定部3において測定している。

0051

第一測定部2によって測定された各静電容量センサ部A2の静電容量の測定結果電気信号として制御部4に送られ、制御部4において、予め定められた閾値と、第一測定部2にて測定された静電容量の測定結果とを比較する。第一測定部2にて測定された、各静電容量センサ部A2の静電容量の測定結果のうちの少なくとも一つの静電容量センサ部A2の静電容量の測定結果が閾値以上であった場合、又は、第一測定部2にて測定された、各静電容量センサ部A2の静電容量の変化量のうちの少なくとも一つの静電容量センサ部A2の静電容量の変化量が閾値以上であった場合には、例えば、図7に示したように、物体検出シートA上に物体Cが存在していると判断する。なお、図7では、物体検出シートA上にマットレスなどの下敷部材Dが配設され、この下敷部材D上に物体Cが存在した状態を示している。下敷部材Dは、物体検出シートAによる物体の検出に影響を及ぼさなければ特に限定されず、下敷部材Dを用いることなく、物体検出シートA上に物体Cを載置するような場合であってもよい。静電容量センサ部A2は、圧電シートセンサ部A1と異なり、弾性シート11a、第一電極18及び第二電極19の面積は測定精度に殆ど影響を与えないので、物体検出シートAの静電容量センサ部A2の面積を小さくして、静電容量センサ部A2の数を増やし、第一測定部2による測定点を増やして、物体検出シートA上の物体Cの存在の有無をより正確に検出することができる。一方、第一測定部2にて測定された全ての静電容量センサ部A2の測定結果が閾値未満であり且つ第一測定部2にて測定された全ての静電容量センサ部A2における静電容量の変化量が閾値未満である場合には、物体検出シートA上に物体は存在していないと制御部4において判断する〔ステップ2(S2)〕。なお、第一測定部2は、常時又は所定の時間間隔毎に、第一電極18と第二電極19との間の静電容量を測定している。

0052

制御部4において予め定められている閾値は、生体検出システムBを用いて測定しようとする生体の想定される重量に基づいて設定される。例えば、生体検出システムBを用いて生体信号を測定しようとする生体が大人を想定している場合は、子供であると想定している場合に比べて閾値は大きく設定される。従って、生体信号を測定しようとする生体が大人を想定している場合、子供が物体検出シートA上に載ったとしても、制御部4は、子供が物体検出シートA上に載っていないものと判断することから閾値の設定は、想定している生体の重量範囲を考慮した上で設定する必要がある。

0053

制御部4が物体検出シートA上に物体は存在していないと判断した場合は、制御部4の指示により、第一測定部2において、第一電極18と第二電極19との間の静電容量を引き続き測定し、制御部4において、第一測定部2で測定された測定値と、予め定められた閾値との大小を継続して比較し続ける。

0054

一方、制御部4が物体検出シートA上に物体が存在していると判断した場合は、第二測定部3において、各圧電センサ部A1の圧電シート11にて発生する電位の測定を開始する〔ステップ3(S3)〕。制御部4は、第二測定部3において各圧電センサ部A1から検出された信号に基づいて物体検出シートA上にある物体が生体であるか否かを判断する〔ステップ4(S4)〕。

0055

生体は呼吸信号や脈波信号などの周期的な生体信号を発することから、制御部4には、生体検出システムBが対象とする生体が発する周期的な生体信号の情報が記憶されており、この記憶された周期的な生体信号の情報に基づいて、制御部4は、第二測定部3から受信した信号が周期的な生体信号を含むか否かを判断する。周期的な生体信号の情報としては、呼吸信号や脈波信号が挙げられるが、生体であれば必ず発生する脈波信号が好ましい。生体信号は、圧電シートに押圧力を加え始めてから押圧力を解除するまでの時間が、電気的に接続された回路と圧電シートに形成されるハイパスフィルターの時定数より十分に短いため、圧電センサ部A1の圧電シート11にて発生する電位を精度良く測定することができる。

0056

制御部4は、第二測定部3が各圧電センサ部A1から受信した信号に周期的な生体信号が全く含んでいないと判断した場合、制御部4は、物体検出シートA上に載っている物体は被験者(生体)ではないと判断し、第二測定部3による物体検出シートAでの測定を中止し、出力部5に物体検出シートA上に生体が載っていないこと、即ち、物体検出シートA上に測定対象者が存在していないことを出力部5に出力する〔ステップ5(S5)〕。

0057

一方、制御部4は、第二測定部3が少なくとも一つの圧電センサ部A1から受信した信号に生体信号が含まれていると判断した場合、物体検出シートA上に測定対象者が載っていると判断し、物体検出シートA上に測定対象者が存在していることを出力部5に出力すると共に、第二測定部3において圧電シート11にて発生する電位の測定を継続して行う〔ステップ6(S6)〕。

0058

制御部4は、必要に応じて、第二測定部3にて測定された、物体検出シートAからの生体信号をディスプレイ、プリンタなどの出力モジュール66、及び/又は、補助記憶装置64などの出力部5に出力し、更に必要に応じて記憶する。

0059

更に、第二測定部3が少なくとも一つの圧電センサ部A1から受信した信号に生体信号が含まれており、第二測定部3によって圧電シート11にて発生する電位を測定している場合に、制御部4が、各圧電センサ部A1から第二測定部3が受信した信号に周期的な生体信号が全く含んでいないと判断した状態となったとき、制御部4は、物体検出シートA上に載っていた測定対象者が物体検出シートAから離れた(物体検出シートA上に存在しない)と判断し、第二測定部3による物体検出シートAでの測定を中止し、出力部5に物体検出シートA上の生体、即ち、測定対象者が物体検出シートAから離れたことを出力する〔ステップ5(S5)〕。

0060

以上の如く、本発明の生体検出システムBは、第一測定部2から得られる第一電極18と第二電極19との間の静電容量の値に基づいて物体検出シートA上に物体が載っているか否かを判断し、更に、圧電シート11にて発生する電位を電気信号として制御部4が受信して制御部4にて物体検出シートA上の物体が生体(測定対象者)であるか否かを判断しており、物体検出シートA上の生体、即ち、測定対象者の存在の有無を正確に検出することができる。

0061

又、第二測定部3から受信した信号に周期的な生体信号を含んでいると制御部4が判断している時に、第一測定部2にて測定された、物体検出シートAの外周縁部に配設された静電容量センサ部A2の第一電極18と第二電極19との間の静電容量の少なくとも一つの測定結果が、閾値以上となった場合又は、第一測定部2にて測定された上記静電容量の変化量の少なくとも一つの測定結果が閾値以上となった場合には、制御部4は、測定対象者が物体検出シートAの外周縁部に存在していると判断し、出力部5に警告信号を出力し、介護人に測定対象者が物体検出シートAから脱落する虞れがあることを報告し、測定対象者が物体検出シートAから脱落するのを未然に防止することができる。

0062

上記物体検出シートでは、圧電シートの一部、即ち、圧電センサ部が形成されていない圧電シート部分を弾性シートとして用いて静電容量センサ部を構成した場合を説明したが、図6に示したように、基材シート7を別途、用意し、この基材シート7上に圧電センサ部A1と静電容量センサ部A2とを一体的に配設することによって物体検出シートAを構成してもよい。なお、基材シート7としては、電気絶縁性を有しておれば、特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレートシート、ポリエチレンナフタレートシート、ポリ塩化ビニルシートなどが挙げられる。

0063

圧電センサ部A1は、圧電シート11と、この圧電シート11の一面に積層一体化されたシグナル電極12と、上記圧電シート11の他面に積層一体化されたグランド電極13と、シグナル電極12上に積層一体化された遮蔽電極14とを有している。なお、圧電シート11、シグナル電極12及びグランド電極13は上記と同様であるので説明を省略する。

0064

圧電シート11の一面にはその全面を被覆するように固定剤層10aを介して電気絶縁シート15が積層一体化されている。圧電シート11の他面にはその全面を被覆するように固定剤層10bを介して電気絶縁シート16が積層一体化されている。電気絶縁シート15上にはその全面を被覆するように固定剤層10cを介して電気絶縁シート17が積層一体化されている。なお、電気絶縁シート15〜17及び固定剤層を構成している固定剤10a〜10cは、上記と同様であるので説明を省略する。

0065

電気絶縁シート15における圧電シート11側の面15aにはシグナル電極12が一体的に形成されている。電気絶縁シート16における圧電シート11側の面16aには圧電シート11を挟んで上記シグナル電極12に対向するようにグランド電極13が一体的に形成されている。電気絶縁シート17における圧電シート11側の面17aには圧電シート11の厚み方向にシグナル電極12に重なり合うように遮蔽電極14が一体的に形成されている。即ち、シグナル電極12、グランド電極13及び遮蔽電極14は圧電シート11の両面に該圧電シート11の厚み方向に互いに重なり合って圧電センサ部A1が構成されている。

0066

又、弾性シート11aの一面に第一電極18が積層一体化され且つ弾性シート11aの他面に第二電極19が積層一体化されて静電容量センサ部A2が構成されている。なお、弾性シート11aとしては、物体検出シートA上に加わった荷重によって弾性的に復元可能に変形する材料から形成されている。このような材料としては、発泡シート、不織布、織布、編布などが挙げられるが、弾性復元力に優れ、荷重によって容易に変形し且つ荷重が除かれた時には円滑に元の状態に弾性的に復元することから、発泡シートが好ましい。

0068

弾性シート11aの一面にはその全面を被覆するように固定剤層10aを介して電気絶縁シート15が積層一体化されている。弾性シート11aの他面にはその全面を被覆するように固定剤層10bを介して電気絶縁シート16が積層一体化されている。電気絶縁シート15上にはその全面を被覆するように固定剤層10cを介して電気絶縁シート17が積層一体化されている。なお、電気絶縁シート15〜17及び固定剤層を構成している固定剤10a〜10cは、上記電気絶縁シート及び固定剤層を構成している固定剤と同様であるので説明を省略する。

0069

電気絶縁シート15における弾性シート11a側の面15aには複数の第一電極18が一体的に形成されている。電気絶縁シート16における弾性シート11a側の面16aには弾性シート11aを挟んで上記第一電極18に対向するように第二電極19が一体的に形成されている。即ち、第一電極18及び第二電極19は弾性シート11aの両面に該弾性シート11aの厚み方向に互いに重なり合って静電容量センサ部A2が複数、構成されている。

0070

そして、基材シート7の一面に、複数の圧電センサ部A1及び静電容量センサ部A2が交互に縦方向及び横方向に碁盤目状に配設されて物体検出シートAが構成されている。この物体検出シートAを用いた生体検出システム及びその使用要領は上記と同様であるので説明を省略する。

0071

2 第一測定部
3 第二測定部
4 制御部
5 出力部
7基材シート
11圧電シート
12シグナル電極
13グランド電極
14遮蔽電極
11a弾性シート
18 第一電極
19 第二電極
A物体検出シート
A1圧電センサ部
A2静電容量センサ部
B 生体検出システム

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