JPH0627675B2 - 二次元感圧センサ - Google Patents
二次元感圧センサInfo
- Publication number
- JPH0627675B2 JPH0627675B2 JP2275784A JP2275784A JPH0627675B2 JP H0627675 B2 JPH0627675 B2 JP H0627675B2 JP 2275784 A JP2275784 A JP 2275784A JP 2275784 A JP2275784 A JP 2275784A JP H0627675 B2 JPH0627675 B2 JP H0627675B2
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- JP
- Japan
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- light
- pressure
- light source
- flexible portion
- receiving
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/247—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
- G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は面状に加えられた圧力分布を精度よく検出で
きる二次元感圧センサに関する。
きる二次元感圧センサに関する。
（背景技術） 従来の二次元感圧センサとして、シリコーンゴム中に金
属粒子等を混入した加圧導電ゴムを用いたものが代表的
である。しかし、加圧導電ゴムは加圧力と抵抗値変化の
関係が急激に変化するスイッチ特性を示し、圧力のアナ
ログ検出に適さないばかりでなく、金属粒子等をゴムに
混入するため、弾性力の履歴現象や弾性力の劣化が起き
やすい等の欠点があった。
属粒子等を混入した加圧導電ゴムを用いたものが代表的
である。しかし、加圧導電ゴムは加圧力と抵抗値変化の
関係が急激に変化するスイッチ特性を示し、圧力のアナ
ログ検出に適さないばかりでなく、金属粒子等をゴムに
混入するため、弾性力の履歴現象や弾性力の劣化が起き
やすい等の欠点があった。
また上記欠点を除去するものとして、「特願昭58-02705
6」（特開昭59-153139号）に示すように、複数個の発光
素子からの光をそれぞれ受光素子の光透過窓および透明
な柔軟部を透過させて、光反射面からの反射光を各発光
素子に対応する受光素子で受光し、柔軟部の受圧面に加
わる圧力の変化に基づく発光素子と受光素子間の距離の
変化から受光々量の変化に対応した圧力の変化に相当す
る電気信号を得るようにした構成のものが提案されてい
る。
6」（特開昭59-153139号）に示すように、複数個の発光
素子からの光をそれぞれ受光素子の光透過窓および透明
な柔軟部を透過させて、光反射面からの反射光を各発光
素子に対応する受光素子で受光し、柔軟部の受圧面に加
わる圧力の変化に基づく発光素子と受光素子間の距離の
変化から受光々量の変化に対応した圧力の変化に相当す
る電気信号を得るようにした構成のものが提案されてい
る。
しかし、この技術は受圧感度が低いという欠点がある。
（発明の課題） 本発明は上記欠点を改善するもので、上記構成部品の
内、柔軟部を改良することにより、受圧感度を大幅に改
良した高精度二次元感圧センサを提供するもので、その
要点は、柔軟部として凹凸形状を設けた弾性体を使用
し、好ましくは、光反射膜として白色の弾性薄板を使用
することにある。
内、柔軟部を改良することにより、受圧感度を大幅に改
良した高精度二次元感圧センサを提供するもので、その
要点は、柔軟部として凹凸形状を設けた弾性体を使用
し、好ましくは、光反射膜として白色の弾性薄板を使用
することにある。
（発明の構成および作用） 第１図は本発明による二次元感圧センサの一実施例の構
成を示す略図的分解斜視図、第２図(a) 及び(b) は本発
明の断面図であり、第２図(a) は物体接触による外圧が
無い場合、第２図(b) は物体による圧力を受けた場合の
ものである。
成を示す略図的分解斜視図、第２図(a) 及び(b) は本発
明の断面図であり、第２図(a) は物体接触による外圧が
無い場合、第２図(b) は物体による圧力を受けた場合の
ものである。
これら図において、１は光源基板であって、多数の光源
２を例えばマトリクス状または他の所望のパターンに従
って、この基板１上に配列するかまたは基板１中に埋設
して配列する。３はこの光源基板１に対向配設されるセ
ンサ基板で、光源２から放射される光に対して透明であ
っても不透明であっても良い。４はこのセンサ基板３の
上にまたはこの基板３の中に埋設して光源２と等ピッチ
で設けた受光素子であって、これら受光素子４は、この
基板３が透明である場合には光の通過（この場合には透
過）領域の周囲に、また不透明の場合には各光源に夫夫
対向するようにしてセンサ基板３に設けた光通過用の孔
５の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素子を任意の
形状の受光素子とし各光源に対し複数のこれら素子を設
け得るが、単一のリング状半導体受光素子とするのが好
適である。
２を例えばマトリクス状または他の所望のパターンに従
って、この基板１上に配列するかまたは基板１中に埋設
して配列する。３はこの光源基板１に対向配設されるセ
ンサ基板で、光源２から放射される光に対して透明であ
っても不透明であっても良い。４はこのセンサ基板３の
上にまたはこの基板３の中に埋設して光源２と等ピッチ
で設けた受光素子であって、これら受光素子４は、この
基板３が透明である場合には光の通過（この場合には透
過）領域の周囲に、また不透明の場合には各光源に夫夫
対向するようにしてセンサ基板３に設けた光通過用の孔
５の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素子を任意の
形状の受光素子とし各光源に対し複数のこれら素子を設
け得るが、単一のリング状半導体受光素子とするのが好
適である。
６は柔軟部であり、透明シリコーンゴムなどが使用でき
る。該柔軟部にはマトリクス状に一体形成された突起部
７を有している。
る。該柔軟部にはマトリクス状に一体形成された突起部
７を有している。
８は光反射膜であり、受圧部弾性特性上、板厚方向に対
しては変形しにくく、板面に沿う方向に対しては伸縮性
が大きいものが望ましく、例えば比較的硬度が高く厚さ
の薄い白色のシリコーンゴム等が適している。該光反射
膜８は突起部７と加硫により一体化されるか、またはシ
リコーンゴム系接着剤にて接着されている。このように
形成した各板１，３，６，８を第２図に示すようにこの
順序で組合せ配置して一体となす。この場合、光源基板
１とセンサ基板３とを密着させてもよいし或いは適当な
スペーサ（図示せず）を用いて離間配設させてもよい。
しては変形しにくく、板面に沿う方向に対しては伸縮性
が大きいものが望ましく、例えば比較的硬度が高く厚さ
の薄い白色のシリコーンゴム等が適している。該光反射
膜８は突起部７と加硫により一体化されるか、またはシ
リコーンゴム系接着剤にて接着されている。このように
形成した各板１，３，６，８を第２図に示すようにこの
順序で組合せ配置して一体となす。この場合、光源基板
１とセンサ基板３とを密着させてもよいし或いは適当な
スペーサ（図示せず）を用いて離間配設させてもよい。
次に本発明による二次元感圧センサの動作について説明
する。
する。
光源２から出た放射光９はセンサ基板３の光通過領域５
および柔軟部６を通り光反射膜８で反射されて受光素子
４に入射し、ここで光電変換された電気信号となる。
および柔軟部６を通り光反射膜８で反射されて受光素子
４に入射し、ここで光電変換された電気信号となる。
今、物体１０により矢印Ａで示す方向から圧力が加わる
と、その範囲における突起部７が圧縮され変形する。第
３図に加圧力に対する光反射膜８の圧力方向（矢印Ａ方
向）への変位量の測定結果の一例を示す。
と、その範囲における突起部７が圧縮され変形する。第
３図に加圧力に対する光反射膜８の圧力方向（矢印Ａ方
向）への変位量の測定結果の一例を示す。
また光反射面と受光素子４との距離に対する受光素子４
の出力信号特性は第４図に示す通りである。ここで距離
Ａは圧力が加わらず反射膜の変位がない場合の位置を示
し、距離Ｂは物体による圧力によって反射膜が受光素子
に近づいた場合の位置を示している。この図からわかる
ように、一定圧力に対する反射膜の変位量が大きい程、
受光素子の出力変化が大きく、センサの圧力感度を高め
ることができる。
の出力信号特性は第４図に示す通りである。ここで距離
Ａは圧力が加わらず反射膜の変位がない場合の位置を示
し、距離Ｂは物体による圧力によって反射膜が受光素子
に近づいた場合の位置を示している。この図からわかる
ように、一定圧力に対する反射膜の変位量が大きい程、
受光素子の出力変化が大きく、センサの圧力感度を高め
ることができる。
本発明によるセンサは柔軟部に突起部を設け、この突起
部で外圧を受けるため、実効受圧面積が物体の加圧面積
より小さくなっている。そのため、平板状の柔軟部に比
べて一定圧力に対する反射膜の変位量を大きくすること
ができるものである。尚、第５図に、実効受圧面積比率
に対する反射膜変位量の測定結果例を示す。ここで実効
受圧面積比率 100％は平板状の場合であって、突起部面
積を減少するに従い、反射膜の変位量が増大していくこ
とがわかる。
部で外圧を受けるため、実効受圧面積が物体の加圧面積
より小さくなっている。そのため、平板状の柔軟部に比
べて一定圧力に対する反射膜の変位量を大きくすること
ができるものである。尚、第５図に、実効受圧面積比率
に対する反射膜変位量の測定結果例を示す。ここで実効
受圧面積比率 100％は平板状の場合であって、突起部面
積を減少するに従い、反射膜の変位量が増大していくこ
とがわかる。
また、本発明では柔軟部の突起部７と受光素子７との相
対位置関係は第６図に示すように重なって配置すること
ができる。この場合、光源からの光は柔軟部中だけを通
過するため余分な反射、屈折は起きないが、突起部と反
射膜との接触面を平坦に保つ必要がある。他の発明の実
施例として柔軟部を第７図(a) に示すように一枚の弾性
体にマトリクス状に多数の穴があいた構造にすることも
できる。第７図(b) の構成断面図で明らかなように柔軟
部の穴の部分を光が通過するため、光の減衰が生じな
い。また柔軟部を透明にする必要がなく弾性性能の設計
自由度が向上する効果がある。
対位置関係は第６図に示すように重なって配置すること
ができる。この場合、光源からの光は柔軟部中だけを通
過するため余分な反射、屈折は起きないが、突起部と反
射膜との接触面を平坦に保つ必要がある。他の発明の実
施例として柔軟部を第７図(a) に示すように一枚の弾性
体にマトリクス状に多数の穴があいた構造にすることも
できる。第７図(b) の構成断面図で明らかなように柔軟
部の穴の部分を光が通過するため、光の減衰が生じな
い。また柔軟部を透明にする必要がなく弾性性能の設計
自由度が向上する効果がある。
また、さらに他の発明の実施例として柔軟部および反射
膜の部分を第８図(a) に示すように白色シリコーンゴム
の薄板下面に突起部を一体的に形成してもよい。第８図
(b) の構成断面図でわかるように光の減衰が生じない効
果ばかりでなく、更に部品点数が減り、第１の実施例に
おける柔軟部７と反射膜８との接着工程が必要無くなり
コストを低減できる効果がある。
膜の部分を第８図(a) に示すように白色シリコーンゴム
の薄板下面に突起部を一体的に形成してもよい。第８図
(b) の構成断面図でわかるように光の減衰が生じない効
果ばかりでなく、更に部品点数が減り、第１の実施例に
おける柔軟部７と反射膜８との接着工程が必要無くなり
コストを低減できる効果がある。
（発明の効果） 上述したところから明らかのように、本発明の構成によ
れば、光源と受光素子とを対となしこれらを二次元的に
配列させ、しかも、光源からの光を反射膜で反射させて
受光素子に入射させるようにした構成で、特に受圧部に
凹凸形状を有する柔軟部を用いることにより、第５図に
示した通り、圧力に対する受圧部変形量を増大したもの
で圧力−電気信号変換効率を向上した二次元感圧センサ
を得ることができる。
れば、光源と受光素子とを対となしこれらを二次元的に
配列させ、しかも、光源からの光を反射膜で反射させて
受光素子に入射させるようにした構成で、特に受圧部に
凹凸形状を有する柔軟部を用いることにより、第５図に
示した通り、圧力に対する受圧部変形量を増大したもの
で圧力−電気信号変換効率を向上した二次元感圧センサ
を得ることができる。
尚、受光素子から得られた信号はアナログ信号であるか
ら、この信号をA/D 変換器を経て中央処理装置に供給し
そこで所望の処理を行えば接触する物体の形状や位置を
判断出来るので、本発明をロボットのハンドの感圧セン
サ等に利用することができる。
ら、この信号をA/D 変換器を経て中央処理装置に供給し
そこで所望の処理を行えば接触する物体の形状や位置を
判断出来るので、本発明をロボットのハンドの感圧セン
サ等に利用することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、第２図
(a) 及び(b) は本発明による感圧センサの組立てた状態
の断面図、第３図は圧力と反射膜変位量の関係を示す
図、第４図は反射面と受光素子間距離に対する受光素子
出力の関係を示す曲線図、第５図は実効受圧面積比率と
反射膜変位量との関係を示す図、第６図は本発明の別の
実施例の断面図、第７図(a)，(b)及び第８図(a),(b) は
他の発明の実施例を示す図である。 １……光源基板、２……光源、 ３……センサ基板、４……受光素子、 ５……光透過用孔、６……柔軟部、 ７……突起部、８……光反射膜。
(a) 及び(b) は本発明による感圧センサの組立てた状態
の断面図、第３図は圧力と反射膜変位量の関係を示す
図、第４図は反射面と受光素子間距離に対する受光素子
出力の関係を示す曲線図、第５図は実効受圧面積比率と
反射膜変位量との関係を示す図、第６図は本発明の別の
実施例の断面図、第７図(a)，(b)及び第８図(a),(b) は
他の発明の実施例を示す図である。 １……光源基板、２……光源、 ３……センサ基板、４……受光素子、 ５……光透過用孔、６……柔軟部、 ７……突起部、８……光反射膜。
フロントページの続き (72)発明者 安孫子 一松 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−135333（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】複数の光源の配列を有する光源基板と、該
光源の光を通過させると共に該光の通過領域の周囲に夫
々配列した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部によ
る受圧部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が
前記光反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光
素子に入射する二次元感圧センサにおいて、柔軟部が前
記受光素子の配列と等間隔で形成される突起部を有する
透明弾性体により構成され、該突起部が受光素子の間に
位置するように構成されることを特徴とする二次元感圧
センサ。 - 【請求項２】複数の光源の配列を有する光源基板と、該
光源の光を通過させると共に該光の通過領域の周囲に夫
々配列した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部によ
る受圧部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が
前記光反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光
素子に入射する二次元感圧センサにおいて、柔軟部が前
記受光素子の配列と同一位置に形成される突起部を有す
る透明弾性体により構成されることを特徴とする二次元
感圧センサ。 - 【請求項３】複数の光源の配列を有する光源基板と、該
光源の光を通過させると共に該光の通過領域の周囲に夫
々配列した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部によ
る受圧部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が
前記光反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光
素子に入射する二次元感圧センサにおいて、前記柔軟部
が前記受光素子の配列と同一位置に形成される穴を有す
る弾性体により構成され、該穴が発光素子の光を通過さ
せることを特徴とする二次元感圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2275784A JPH0627675B2 (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 二次元感圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2275784A JPH0627675B2 (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 二次元感圧センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60168028A JPS60168028A (ja) | 1985-08-31 |
| JPH0627675B2 true JPH0627675B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=12091553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2275784A Expired - Lifetime JPH0627675B2 (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 二次元感圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627675B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5209126A (en) * | 1991-01-04 | 1993-05-11 | Bonneville Scientific | Force sensor |
| EP2034287A1 (en) * | 2007-09-10 | 2009-03-11 | Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Optical sensor for measuring a force distribution |
| WO2023002866A1 (ja) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | 株式会社村田製作所 | センサ装置 |
| JP7613414B2 (ja) * | 2022-04-26 | 2025-01-15 | 株式会社村田製作所 | 疑似刀剣及び疑似刀剣システム |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP2275784A patent/JPH0627675B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60168028A (ja) | 1985-08-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |