JPH0475452B2 - - Google Patents

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JPH0475452B2
JPH0475452B2 JP18313383A JP18313383A JPH0475452B2 JP H0475452 B2 JPH0475452 B2 JP H0475452B2 JP 18313383 A JP18313383 A JP 18313383A JP 18313383 A JP18313383 A JP 18313383A JP H0475452 B2 JPH0475452 B2 JP H0475452B2
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

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図1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弾性
体である。40a,40b,40cは受光素子、
50は光透過性の透明ガラス基板、30はガラス
基板の片面に光非透過性の金属を蒸着したもので
(以下遮光層と称す)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,60
b,60cを有する。70は空気の層、80a,
80b,80cは発光素子、90は発光素子80
a,80b,80cを搭載するセラミツク等の基
板である。第2図に受光素子40a,40b,4
0c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80a,80b,80cは概略円形で
ある。
なお、第1図にて受発光素子40a〜c,80
a〜cの電極部、各部の支持部を省略してあると
共に、受発光素子は本来マトリフス状に多素子配
列してあるが、各3素子に省略してあり、受発光
素子の駆動部および制御部等の電気回路系も省略
している。
動作としては、発光素子80aを電気的に駆動
することにより、点灯させると、発光素子80a
から出た光は光透過窓60a→ガラス基板50→
弾性体20→受圧部(反射部)10→弾性体20
→受光素子40aと進み、受光素子40aと受圧
部10との距離により受光素子40aにおける光
強度が図3のように変化する。この距離は外力F
が受圧部10を押す力の強度による弾性体20の
歪み(圧縮)量に対応しているので、受光素子出
力値を圧力値に換算できる。発光素子を80a→
80b→80cの順で順次駆動し、受光素子も4
0a→40b→40cの順で発光素子の駆動に対
応し出力値を検出し、圧力に換算することによ
り、複数点の圧力を検出できる。
以上が圧力センサの原理であるが、この構成に
おいてはいくつかの問題点を含んでいる。以下問
題点を記す。
(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
を通過する光量は少ない。一方受光素子への光
量を増しS/N比を高くする方が好ましいが、
そのために光透過窓径を大きくすると、第4図
aに示すように受光素子の裏面から光が直接入
射する。
(2) 反射面で反射した光が受光素子表面に入射す
る以外に第4図bに示すようにガラス基板50
の中に再び入射されて遮光層30により反射さ
れ、従つて受光素子40aの裏面から入射され
る。
(3) その他各部の配置関係によつては、第4図c
に示すようにガラス基板50の表面で反射した
後遮光層30で反射して受光素子裏面から入射
する。
上記(1)、(3)項は構成への制約に関係し、各素子
の配置等への制限が大きく(1)項の理由より光透過
窓径を大きくすると受光素子の内径および外径も
大きくする必要があり高密度に多素子を配置する
ことが難しく、(3)項はガラス基板表面における光
の入射角度に関係し発光素子の位置精度が要求さ
れ製造上問題があつた。また(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の一つで、
受光素子面と反射面の距離の変化に対し受光素子
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。
〔発明の課題〕
本発明はこれらの欠点を除去するため遮光層の
位置をガラス基板の反対側に配置するようにした
もので以下詳細に説明する。
[発明の概要] この発明の感圧センサは、外部圧力により弾性
変形し、一方の面上に光反射面を有する光透過性
弾性体と、 光透過性基板と、 導電性部材からなり、光を透過させるほぼ円形
の複数の光透過窓を形成するように前記光透過性
基板の一方の面上に形成された遮光層と、 10μm未満の厚さを有し、前記遮光層上に形成
された光透過性の電気的絶縁層と、 前記遮光層の各光透過窓の直径以上の直径を有
し、互いに間隔を置いて前記遮光層の各光透過窓
に対向するように、前記電気的絶縁層上に配列さ
れると共に、それぞれの中央部に光透過窓を形成
したほぼ円環状の複数の受光素子と を備え、前記光透過性基板は前記受光素子、及び
前記光透過窓の部分で前記電気的絶縁層を介して
前記光透過性弾性体の地方の面に接するように配
置され、 更に、前記光透過性基板の他方の面に対向して
配置された他の基板の面上に搭載され、該面上に
投影した前記各受光素子のほぼ中心軸上にほぼ発
光の中心軸をそれぞれ有するほぼ円形の複数の発
光素子と、 前記各発光素子及び前記各受光素子を駆動する
電気回路と を備え、前記他の基板は前記発光素子からの光を
前記発光素子の裏面に直接入射させないように前
記遮光層から離された距離に配置されている構成
を特徴とするものである。
[実施例] 第5図は本発明の第1の実施例であつて、受発
光素子1組の周辺についてのみ断面図を記す。真
空蒸着法にてクロム(あるいはニクロム)をガラ
ス基板50の上面(受光素子側)に蒸着して、導
電性部材からなり、光を透過させるほぼ円形の複
数の光透過窓(第5図において太線により示した
ガラス基板50上の細線の部分)を設けるよう
に、前記光透過性基板の一方の面上に形成された
ほぼ円形の遮光層30を形成する。更に、遮光層
30と受光素子40aとの間を電気的に絶縁させ
るために、光透過性を有する絶縁層100をシリ
コン(又はアルミナ)の酸化物を用いてスパツタ
法(あるいはグロー放電法)にてその上に形成し
た後、更に、間隔を置いて遮光層30の各光透過
窓に対向するように絶縁層100上に配列された
複数の受光素子40aをスパツタ法等にて形成す
る。この場合に、各受光素子40aの中央部に
は、光透過窓(第5図において太線により示した
受光素子40a間の細線の部分)が形成されるの
で、各受光素子40aは、第5図に示すように、
遮光層の各光透過窓の直径以上の直径を有すると
共に、各受光素子40aのほぼ中央軸がほぼ発光
素子80aの中心軸と一致し、かつ第6図に参照
番号40により示すように、ほぼ円環状をなす。
絶縁層100の厚さはガラス基板の厚さに比較し
十分薄いので(本実施例ではガラス基板の厚さは
約1mm、絶縁層の厚さは10μm未満である。)、従
来のものと異なり、受光素子の直下に遮光層30
があるのと、ほぼ等価になり、従来例のような受
光素子下面からの光の入射がほとんどない。
第6図は本実施例の感圧センサの概略構成を示
す斜視図である。図では受発光素子を各々4×4
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10μの薄膜フイルム、弾性体
20は厚さ2mmの透明シリコーンゴムで構成され
ていて電気回路部は図示しない。各受光素子40
および発光素子80は各々マトリクス駆動を行つ
ており、受光素子40はアモルフアスシリコンで
構成されている。
第7図に電気回路系のブロツク図を示す。20
0は受光素子群とそのマトリツクス駆動部、21
0は発光素子群とそのマトリクス駆動部、220
はアナログマルチプレクサ、230は増幅器、2
40はA/D変換器、250はROM(Read
Only Memeory)でA/D変換器240の出力
信号がROM250のアドレス信号に結線されて
いて、ROMの出力データがインターフエース部
260を通し外部出力端子270より外部に送出
される。300は制御部である。動作はまず発光
素子群の一つの発光素子を制御部300の信号に
よりマトリクス210を選択し点灯させその対と
なつた受光素子(点灯した発光素子の真上に位置
する受光素子)の出力をマトリクス200および
アナログマルチプレクサ220を用いて制御部3
00により指定し、選択する。アナログマルチプ
レクサ220の出力は増幅器230で増幅され、
A/D変換器240にてデイジタル量に変換され
る。このデイジタル値は、第3図の受光素子と反
射面の距離に対応する量であるので、ROM25
0を用いて圧力値に変換する。ROM250には
あらかじめ弾性体20(受圧部10も含む)の圧
力に対する歪率の関係から距離と圧力との間の関
係を表わすテーブルが内蔵されている。そして変
換された圧力値がインターフエース部260を介
し外部出力端子270より送出される。また弾性
体20は力がかかり歪を受けるが力が除去される
と数100mSの間にほとんどもとの位置迄復帰し、
再び次の圧力を検出できる状態になることは言う
までもない。なお本実施例で用いているガラス基
板50は光透過性を有する石英あるいはプラスチ
ツク等でもよいことはいうまでもない。
〔発明の効果〕
本実施例では受光素子と遮光層を薄い絶縁体
(光透過性)をはさんで受光素子搭載用基板の同
一面に形成することにより従来例の欠点であつた
センサ裏面からの光の入射を除去でき光を用いた
感圧センサの測定精度を向上できると共に、構成
上の自由度(たとえば各素子の大きさ等)が増し
製造時の受光素子と発光素子の位置精度を従来よ
り下げても性能上の劣化を小さく押えることがで
き製造工程が簡単になる。
本発明は弾性体の歪量を受発光素子を用いて光
学的に測定しているので、高密度に多点の圧力が
検出でき、ロボツト用ハンド等に実装し触覚セン
サに応用できる。
【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図は基板上の受光素子の形状及び配列を
示す平面図、第3図は受光素子の出力特性を示す
図、第4図a〜cは従来例の受光素子裏面からの
光入射経路を示す図、第5図は本発明の実施例に
おけるセンサ構成の断面図、第6図は本発明の実
施例におけるセンサ構成の斜視図、第7図は本発
明の実施例における電気回路系のブロツク図であ
る。 10……受圧部、20……弾性体、30……遮
光層、40,40a,40b,40c……受光素
子、50……受光素子搭載用基板、60a,60
b,60c……光透過窓、70……空気の層、8
0,80a,80b,80c……発光素子、90
……発光素子搭載用基板、100……絶縁層、2
00……受光素子群とマトリクス駆動部、210
……発光素子群とマトリクス駆動部、220……
アナログマルチプレクサ、230……増幅器、2
40……A/D変換器、250……ROM、26
0……インターフエース部、300……制御部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 外部圧力により弾性変形し、一方の面上に光
    反射面を有する光透過性弾性体と、 光透過性基板と、 導電性部材からなり、光を透過させるほぼ円形
    の複数の光透過窓を形成するように前記光透過性
    基板の一方の面上に形成された遮光層と、 10μm未満の厚さを有し、前記遮光層上に形成
    された光透過性の電気的絶縁層と、 前記遮光層の各光透過窓の直径以上の直径を有
    し、互いに間隔を置いて前記遮光層の各光透過窓
    に対向するように、前記電気的絶縁層上に配列さ
    れると共に、それぞれの中央部に光透過窓を形成
    したほぼ円環状の複数の受光素子と を備え、前記光透過性基板は前記受光素子、及び
    前記光透過窓の部分で前記電気的絶縁層を介して
    前記光透過性弾性体の地方の面に接するように配
    置され、 更に、前記光透過性基板の他方の面に対向して
    配置された他の基板の面上に搭載され、該面上に
    投影した前記各受光素子のほぼ中心軸上にほぼ発
    光の中心軸をそれぞれ有するほぼ円形の複数の発
    光素子と、 前記各発光素子及び前記各受光素子を駆動する
    電気回路と を備え、前記他の基板は前記発光素子からの光を
    前記発光素子の裏面に直接入射させないように前
    記遮光層から離された距離に配置されていること
    を特徴とする感圧センサ。
JP18313383A 1983-10-03 1983-10-03 感圧センサ Granted JPS6076633A (ja)

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JP2010197066A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Casio Computer Co Ltd 圧力センサ及び圧力センサの圧力測定方法
CN112160263A (zh) * 2020-10-19 2021-01-01 东阳汉林传感器有限公司 一种用于玻璃栈道的应力检测警示设备

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