JPH0426413B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は小型にして検出精度の高い感圧センサ
に関するものである。

（背景技術） 従来の感圧センサの構成の断面図を第１図に示
す。１０はポリエステル・フイルム等の薄膜の片
面（外部圧力Ｆと直接接触しない面）にアルミニ
ウム等の蒸着を施して反射面とした受圧部、２０
は光透過性の良いシリコーン・ゴム等で構成され
た柔軟部である。３０ａ，３０ｂ，３０ｃは受光
素子、４０は透明ガラス基板、５０はガラス基板
４０の片面に光非透過性の金属を蒸着したもの
（以下遮光層と称す）で、一部光を透過させるた
めの非蒸着部（以下光透過窓と称す）６０ａ，６
０ｂ，６０ｃを有する。７０は空気層、８０ａ，
８０ｂ，８０ｃは発光素子、９０は発光素子８０
ａ，８０ｂ，８０ｃを塔載するセラミツク等の基
板である。

第２図に受光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを上
面（外部圧力Ｆ側）より見た形状を示す。また光
透過窓６０ａ，６０ｂ，６０ｃおよび発光素子８
０ａ，８０ｂ，８０ｃは略円形である。なお、第
１図において受光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃお
よび発光素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの電極部、
各部の支持部は図示せず、受発光素子は本来各々
マトリクス状に多素子配列しているが、各３素子
に省略して示しており、受発光素子の駆動部およ
び制御部等の電気回路系も図示しない。

この動作としては、発光素子８０ａを電気的に
駆動して点灯させると、発光素子８０ａから出た
光は光透過窓６０ａを透過し、ガラス基板４０、
柔軟部２０を経て受圧部（反射面）１０にて反射
され、再び柔軟部２０を経て受光素子３０ａに照
射される。ここで受光素子３０ａに照射される光
量は、受光素子３０ａと受圧部１０との距離によ
り変化し、受光素子３０ａの出力は、前記距離に
応じて第３図に示すような変化となる。この距離
は加えられた外力Ｆによる受圧部１０の歪み量
（圧縮量）に対応しているので、受光素子出力を
圧力値に換算できる。発光素子を８０ａ，８０
ｂ，８０ｃと順次駆動すると同時に受光素子を３
０ａ，３０ｂ，３０ｃと順次選択してその出力を
圧力値い換算することにより、複数点の圧力が検
出可能となる。

以上が感圧センサの原理であるが、上記構成に
おける問題点を次に示す。

(1) 一般に発光素子として発光ダイオード等が用
いられるが、指向性があまりないので光透過窓
６０ａを通過する光量が少なくＳ／Ｎが悪くな
る。また通過光量を多くするには、孝透過窓６
０ａの径を大きくすればよいが、大きくすると
第４図ａに示すように受光素子３０ａの裏面か
ら光が直接入射する。

(2) 受圧部（反射面）１０で反射した光が受行素
子３０ａの表面に入射する以外に、第４図ｂに
示すように、ガラス基板４０の中に再び入射
し、遮光層５０で反射して受光素子３０ａの裏
面から入射する。

上記(1)項は、構成上の制約を生じ、光透過窓径
を大きくするためには受光素子の内径および外径
も大きくする必要があり、したがつて多素子を高
密度に配置することが難しくなり、また第４図ａ
中破線で示すように、受光素子と発光素子との相
対位置がずれた場合にも、受光素子の裏面から光
が直接入射するため、受発光素子の相対位置に高
い精度が要求され製造上問題があつた。また、上
記(2)項は第３図に示したセンサ特性を劣化させる
大きな原因となり、受光素子と受圧部（反射面）
との距離変化に対して受光素子の出力変化があま
り大きく取れない等の悪影響を及ぼしていた。

その他、ガラス基板の一面に受光素子を形成し
他面に遮光層を形成するので、製造工程が増すと
ともにそれらの位置合わせ（受光素子と光透過窓
の中心位置を合わせる）が必要であつた。

（発明の課題） 本発明の目的は、上述した欠点を除去し、構成
が容易でかつ検出精度の高い感圧センサを提供す
ることにあり、その特徴は、外部圧力により変形
可能で一方の表面に光反射面を有する光透過性の
柔軟部材層と、該層の他方の表面に接してもうけ
られる基板層と、基板層の柔軟部材層に接する面
に搭載される受光素子と、基板の他方の面に搭載
され中心部に光透過窓を形成した略円形の受光素
子と、前記基板層の受光素子搭載面と異なる他方
の面に対向して配設された別基板の表面に搭載さ
れ該表面に投影した前記受光素子の光透過素子の
光透過窓の略中央に位置する略円形の発光素子と
を有し、該素子の発光を柔軟部材層の変形に従つ
て光反射面で反射し前記受光素子で受光すること
により外部圧力に対応する受光圧力を提供する感
圧センサにおいて、前記基板層が厚さ方向に繊維
の長手方向を有する光フアイバープレートにより
構成される感圧センサにある。

（発明の構成および作用） 第５図は、本発明の実施例の構成を示す断面図
であり、受発光素子１組の周辺についてのみ示し
てある。本発明において従来例と異なる点は、受
光素子３０ａを形成する基板にフアイバープレー
トを用いたことである。１００は繊維束の方向を
厚さ方向としたフアイバープレートであり、フア
イバープレート１００の上面（受圧部１０側）に
スパツタ法等により受光素子３０ａを形成してあ
る。発光素子８０ａから出た光はフアイバープレ
ート１００に入射し、各フアイバー繊維内を伝播
して他端から広がつた光となり、柔軟部２０を経
て受圧部（反射面）で反射され受光素子３０ａに
照射される。

フアイバーから上面（受圧部１０側）に出る光
の広がり角はフアイバーの開口数によつて決ま
り、この開口数を選ぶことにより広がり角を種々
設定できる。

ここで、フアイバープレート１００における、
受光素子３０ａの位置に対応したフアイバー繊維
に対して、発光素子８０ａから出た光の入射角は
大きくなり、フアイバー繊維内を伝播されず、し
たがつて受光素子３０への下面からの光の入射は
ほとんどなくなる。

また、第５図内に破線で示したように受光素子
３０ａと発光素子８０ａとの相対位置がずれても
下面からの光入射はほとんどない。

下面からの光入射をなくすための設定要素とし
ては、フアイバープレート１００と発光素子８０
ａとの距離、受光素子３０ａの内径および発光素
子８０ａの寸法等があるが、従来例に比してその
設定の自由度は大きくなる。

一方、従来例における第４図ｂに示したよう
な、受圧部（反射面）からの反射光が再びガラス
基板内を通つて遮光層にて反射されて受光素子の
下面から入射するような問題が解決できるのはい
うまでもない。

第６図は本実施例の概略構成を示す斜視図であ
り、各々４×４個の受発光素子を２mm間隔に配列
した例である。実施例では、受圧部１０は厚さ数
10μｍの薄膜フイルム、柔軟部２０は厚さ２mmの
透明シリコーン・ゴム、受光素子３０はアモルフ
アス・シリコン、発光素子８０はLEDで構成さ
れている。また受光素子３０および発光素子８０
は、図示しない電気回路部により各々マトリクス
駆動を行なつている。

第７図は電気回路系を示すブロツク図である。
２００，２１０は各々マトリクス配列された発光
素子群および受光素子群、２００，２３０はアナ
ログ・マルチプレクサ、２４０は制御回路、２５
０は増幅器、２６０はサンプル・ホールド回路、
２７０はＡ／Ｄ変換器、２８０は信号処理回路で
あり、発光素子群２００および受光素子群２１０
は各々アナログ・マルチプレクサ２２０，２３０
によりマトリクス駆動される。

動作は、先ず発光素子群２００における一つの
発光素子と、受行素子群２１０における前記発光
素子に対応した受光素子とを、各々アナログ・マ
ルチプレクサ２２０および２３０を制御回路２４
０からの信号によつて切り換えることにより選択
駆動する。発光素子群２００における選択された
発光素子には、アナログ・マルチプレクサ２２０
を介して、電圧Ｖが印加され、前記素子が発光す
ると、受光素子群２１０における発光素子に対応
した受光素子の出力がアナログ・マルチプレクサ
２３０を介して増幅器２５０に増幅されてサンプ
ル・ホールド回路２６０に入力される。サンプ
ル・ホールド回路２６０には制御装置２４０によ
り、駆動に同期したホールド信号が入力され、増
幅器２５０からの信号がホールドされてＡ／Ｄ変
換器２７０に送出される。Ａ／Ｄ変換器２７０で
は、前記ホールド信号がデイジタル信号に変換さ
れる（変換のタイミングは制御回路２４０にて設
定される）。このデイジタル信号は受光素子と反
射面との距離に応じた信号であるので信号処理回
路２８０により圧力値に変換され、圧力信号とし
て出力される。

ここで圧力値への変換は、例えば（加圧力→柔
軟部の圧縮率→反射面変位量→受光素子出力）の
関係を表わすテーブルを容易にすることにより行
なわれる。

以上が１組の受発光素子に対する動作であり、
全素子に対しては、同様にして制御回路２４０に
より各受光素子を順次駆動され、したがつて受圧
面全面に対して走査が行なわれる （発明の効果） 本発明は、以上説明したように、厚さ方向に繊
維束の方向を有するフアイバープレートの片面に
受光素子を形成することにより、遮光層を形成せ
ずに受光素子裏面からの光入射を除去でき感圧セ
ンサの検出精度を向上できるとともに、構成上の
位置精度に対する許容量を大きくすることがで
き、したがつて製造時間を短縮でき、かつ高密度
に配列することが可能になるという利点があり、
例えばロボツト用ハンド等に実装し触覚センサと
して用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の感圧センサの構成を示す断面
図、第２図は受光素子の形状を示す平面図、第３
図は受光素子と反射面との距離変化に対する受光
素子の出力特性を示す図、第４図ａ及びｂは従来
例の受光素子裏面への光照射径路を示す図、第５
図は本発明の実施例の構成を示す断面図、第６図
は本発明の実施例の構成を示す斜視図、第７図は
本発明の実施例における電気回路系を示すブロツ
ク図である。 １０……受圧部（反射面）、２０……柔軟部、
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ……受光素子、４
０……ガラス基板、５０……遮光層、６０ａ，６
０ｂ，６０ｃ……光透過窓、７０……空気層、８
０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ……発光素子、９０
……発光素子搭載用基板、１００……フアイバー
プレート、２００……発光素子群、２１０……受
光素子群、２２０，２３０……アナログ・マルチ
プレクサ、２４０……制御装置、２５０……増幅
器、２６０……サンプル・ホールド回路、２７０
……Ａ／Ｄ変換器、２８０……信号処理回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外部圧力により変形可能で一方の表面に光反
   射面を有する光透過性の柔軟部材層と、該層の他
   方の表面に接してもうけられる基板層と、基板層
   の柔軟部材層に接する面に搭載され中心部に光透
   過窓を形成した略円形の受光素子と、前記基板層
   の受光素子搭載面と異なる他方の面に対向して配
   設された別基板の表面に搭載され該表面に投影し
   た前記受光素子の光透過窓の略中央に位置する略
   円形の発光素子とを有し、該素子の発光を柔軟部
   材層の変形に従つて光反射面で反射し前記受光素
   子で受光することにより外部圧力に対応する受光
   出力を提供する感圧センサにおいて、前記基板層
   が厚さ方向に繊維の長手方向を有する光フアイバ
   ープレートにより構成されることを特徴とする感
   圧センサ。