JP4901131B2

JP4901131B2 - 圧力分布センサ

Info

Publication number: JP4901131B2
Application number: JP2005156700A
Authority: JP
Inventors: 健太朗松本; 隆博荘田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP2006329909A

Description

本発明は、圧力の分布を検出する圧力分布センサに関する。

圧力分布センサは、例えば、互いに交差するように配列された、複数の行電極と複数の列電極との交差する各領域に静電容量や抵抗等からなる圧力検出素子を形成することにより構成され、マトリックス状に配列された複数の圧力検出素子に作用する圧力により変化する各圧力検出素子の静電容量や抵抗値を検出することにより、圧力の面内分布を検出する（例えば、特許文献１）。具体的には、例えば、行電極及び列電極のうち一方の各電極に所定順序で電圧を印加すると共に、他方の各電極の電圧値を所定順序で測定する。すなわち、全ての圧力検出素子の値をスキャニングすることにより、検出面内の圧力分布を得る。
一方、全ての圧力検出素子の値をスキャニングすると、高分解能の圧力分布を得ることができるが、各圧力検出素子の値を順次検出する必要があるので、検出処理に時間を要する。
このため、特許文献１では、検出に要する時間を短縮するべく、最も大きな圧力の作用している圧力検出素子を含む特定の電極を選別すると共に圧力が作用している圧力検出素子の数を認識し、この圧力が作用している電極の数と圧力検出素子の数とを乗じて接触面積を代表する値を算出する、技術を開示している。
特開平７−１９０８７０号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、最も大きな圧力の作用している圧力検出素子を検出するための計測点数を増やすと、その計測時間に非常に長時間を要する。また、特定の電極を選別して検出すると、未計測部分が発生し、未計測部分に外部圧力が作用してもそれを検出することができない。

本発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、圧力検出素子の検出処理時間を短縮しつつ必要な圧力分布検出を的確に行うことができる圧力分布センサを提供することにある。

本発明に係る圧力分布センサは、略平行に配置された複数の行電極と略平行に配置された複数の列電極との各交差部分に形成されてマトリクス状に配置された圧力検出素子と、圧力検出素子と電気的に接続されて圧力検出素子の状態を検出し得る状態検出手段と、を備えた圧力分布センサにおいて、圧力検出素子の各々を状態検出手段に接続し得る複数のスイッチ手段と、圧力検出素子と状態検出手段との接続を制御するスイッチ制御手段と、を有し、スイッチ制御手段は、複数の圧力検出素子を状態検出手段に共通に接続して当該複数の圧力検出素子の状態を検出させる第１検出モードと、第１検出モードよりも少ない数の圧力検出素子を状態検出手段に接続して当該圧力検出素子の状態を検出させる第２検出モードとをスイッチ手段の制御により実行することができ、スイッチ制御手段は、第１検出モードの実行中に所定基準以上の圧力を検出した圧力検出素子については第１検出モードが第２検出モードに切り替わり、所定基準以上の圧力を検出しなかった圧力検出素子については第１検出モードが維持されるように、スイッチ手段を制御する、ことを特徴としている。
この構成によれば、スイッチ手段により検出モードを切り替えるため、状況に応じて、高分解能での検出と、検出速度を優先した検出とを使い分けることが可能となる。また、圧力分布センサの検出面において、必要な部分だけ高分解能で検出することができ、的確に圧力分布を検出しつつ検出処理時間を短縮することができる。

上記構成において、スイッチ手段は、状態検出手段と各行電極及び各列電極との電気的な接続・非接続を切り替え、スイッチ制御手段は、行電極と列電極とが状態検出手段と電気的に接続されるよう各スイッチ手段を制御して、圧力検出素子と状態検出手段とを電気的に接続する、構成を採用できる。

本発明によれば、圧力検出素子の検出処理時間を短縮しつつ必要な圧力分布検出を的確に行うことができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る圧力分布センサの構成図である。
この圧力分布センサは、略平行に配置されると共にシート状に形成された複数の行電極１０、略平行に配置されると共にシート状に形成された複数の列電極２０、複数の行電極１０と複数の列電極２０との各交差部分に形成されてマトリクス状に配置された圧力検出素子３０、検出部７０と各行電極１０との電気的な接続・非接続を切り替えるスイッチ手段としてのスイッチアレイ４０、検出部７０と各列電極２０との電気的な接続・非接続を切り替えるスイッチ手段としてのスイッチアレイ５０、スイッチアレイ４０，５０を制御して圧力検出素子３０と検出部７０との接続を制御するスイッチ制御手段としてのスイッチ制御部６０、圧力検出素子３０と電気的に接続されて各圧力検出素子３０の状態を検出し得る状態検出手段としての検出部７０等から構成されている。

行電極１０と列電極２０とは、例えば、図示しない２枚の絶縁性フィルムの両面にそれぞれ形成されており、行電極１０と列電極２０とが所定間隔で対向するように、２枚の絶縁性フィルムが張り合わされている。

圧力検出素子３０は、行電極１０と列電極２０とが交差部分において対向することにより形成される静電容量からなる。すなわち、圧力の作用により、行電極１０と列電極２０との距離が変化すると、静電容量も変化するため、この静電容量を検出することにより、圧力の検出を行う。

スイッチアレイ４０は、複数（６個）の独立したスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を備えており、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は、各行電極１０と検出部７０との接続・非接続を行う。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のうち複数のスイッチを同時に接続すると、スイッチが接続された行電極１０同士は短絡されて検出部７０に共通に電気的に接続される。

スイッチアレイ５０は、複数（６個）の独立したスイッチＳＷ１〜ＳＷ６を備えており、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は、各列電極１０と検出部７０との接続・非接続を行う。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６のうち複数のスイッチを同時に接続すると、スイッチが接続された列電極１０同士は短絡されて検出部７０に共通に電気的に接続される。

スイッチ制御部６０は、スイッチアレイ４０，５０へスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接続・非接続を指令する制御指令を出力すると共に、検出部７０にスイッチアレイ４０，５０のそれぞれ有するスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の接続状態を示す情報を出力する。また、スイッチ制御部６０は、検出部７０から後述する検出モード切替信号を受けて、検出モードを切り替える。尚、スイッチ制御部６０の具体的な制御方法については後述する。

検出部７０は、スイッチアレイ４０，５０の有するスイッチＳＷ１〜ＳＷ６により電気的に接続された圧力検出素子３０の状態を検出する。また、検出部７０は、複数の圧力検出素子３０が共通に（同時に）接続された場合には、各圧力検出素子３０の有する静電容量を合成した合成容量を検出する。すなわち、複数の圧力検出素子３０が検出部７０に共通に接続された場合には、圧力検出素子３０は並列に接続されるので、検出部７０はこの並列接続された静電容量を検出する。

次に、上記圧力分布センサの有する複数の検出モードについて説明する。

最高分解能低速検出モード
この検出モードでは、図１に示すように、スイッチアレイ４０のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のいずれか一つを接続すると共に、スイッチアレイ５０のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のいずれか一つを接続して、３６個の圧力検出素子３０の状態を順次検出する。
検出部７０では、圧力検出素子３０に圧力が印加されていないときの基準となる静電容量値を保持しており、この基準静電容量値と検出した静電容量値とに基づいて圧力検出素子３０に印加される圧力を算出する。

尚、３６個の圧力検出素子３０の状態を一つずつ検出するため、高い分解能が得られるが、一つの圧力検出素子３０の検出に要する時間をＴｓとすると、全ての圧力検出素子３０を検出するには、３６Ｔｓの時間が必要であり、検出時間を短縮する観点から、本実施形態では、通常は、この検出モードは用いない。

低分解能高速検出モード
本実施形態においては、第１検出モードとして、例えば図２に示すような、低分解能高速検出モードを採用している。この検出モードは、圧力分布センサに圧力が作用していない状態で実行され、圧力検出素子３０の状態の検出に要する時間を短縮すべく、図２に示すように、圧力検出素子３０を４個毎に検出する。尚、図２において、実線で囲む範囲が一度に検出する各検出領域である。

例えば、スイッチアレイ４０側のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を接続した状態で、スイッチアレイ５０側のスイッチＳＷ１，ＳＷ２、スイッチＳＷ３，ＳＷ４、スイッチＳＷ５，ＳＷ６を順次接続する。次いで、スイッチアレイ４０側のスイッチＳＷ３，ＳＷ４を接続した状態で、スイッチアレイ５０側のスイッチＳＷ１，ＳＷ２、スイッチＳＷ３，ＳＷ４、スイッチＳＷ５，ＳＷ６を順次接続する。次いで、スイッチアレイ４０側のスイッチＳＷ５，ＳＷ６を接続した状態で、スイッチアレイ５０側のスイッチＳＷ１，ＳＷ２、スイッチＳＷ３，ＳＷ４、スイッチＳＷ５，ＳＷ６を順次接続する。全ての領域の検出に要する時間は、９Ｔｓであり、広範囲を高速にセンシングすることができる。

ここで、検出部７０の検出する値は、４つの圧力検出素子３０のもつ静電容量を加算した値であり、検出部７０では、圧力検出素子３０に圧力が印加されていないときの４つの基準静電容量値と検出した４つの圧力検出素子３０のもつ静電容量とから各検出領域（図２において実線で囲まれた９つの部分）に作用する圧力を算出する。すなわち、４つの圧力検出素子３０で形成される各検出領域毎に圧力を検出するため、図１に示した場合と比べて分解能は低下するが、検出に要する時間は大幅に短縮できる。
尚、図２においては、第１検出モードとして、４つの圧力検出素子３０を検出部７０に共通に接続して同時に検出する場合を示したが、例えば、図３に示すように、９個の圧力検出素子３０を検出部７０に共通に接続して同時に検出することも可能である。この場合には、全ての検出領域の検出に要する時間は４Ｔｓとなり、検出時間をさらに短縮できる。

高分解能検出モード
本実施形態においては、第２検出モードとして、例えば、図４に示すような高分解能検出モードを採用している。
この検出モードは、上記した第１検出モードとしての低分解能高速検出モードよりも少ない数の圧力検出素子３０を検出部７０に接続して圧力検出素子３０の状態を検出させるモードである。
そして、第１検出モードとしての低分解能高速検出モードの実行中に、所定基準以上の圧力を検出した圧力検出素子３０については、第２検出モードとしての高分解能検出モードに切り替える。

具体的には、検出部７０は、低分解能高速検出モードを実行中に、例えば、図２に示す検出領域Ｒ１において検出された圧力が所定基準以上と判断した場合には、スイッチ制御部６０に対して低分解能高速検出モードから高分解能検出モードへ切り替える切替信号を出力する。
そして、スイッチ制御部６０は、上記切替信号を受けて、例えば、図４に示すような高分解能検出モードに切り替える。

高分解能検出モードでは、図４に示すように、スイッチアレイ４０，５０のスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とは、個別に開閉し、スイッチアレイ４０，５０のスイッチＳＷ３，ＳＷ４及びスイッチアレイ４０，５０のスイッチＳＷ５，ＳＷ６をそれぞれ同時に開閉する。これにより、上記検出領域Ｒ１は、検出モードの切替により、各圧力検出素子３０毎に検出されて、高分解能な検出が実行され、他の領域では高速検出が維持される。
すなわち、所定基準以上の圧力を検出した領域の分解能を部分的に高めると共に、他の領域については低分解能のまま検出を行う。
この結果、所定基準以上の圧力を検出した領域の圧力分布を的確に検出することができると共に、検出に要する時間が長くなるのを必要最小限に止めることができる。
図４に示す例では、検出に必要な時間は、１６Ｔｓである。
尚、高分解能検出モードを実行中に所定基準よりも圧力が低下した場合には、低分解能高速検出モードが再び実行される。

以上のように、本実施形態によれば、圧力分布センサに圧力が作用していない状態では、複数の圧力検出素子３０を共通に検出部７０に接続して圧力検出を行う低分解能高速検出モードが実行され、共通に接続された各検出領域で圧力を検出した場合には、当該検出領域を部分的に高分解能に検出するので、検出に要する時間の短縮化を実現しつつ、圧力分布の検出を的確に行うことができる。

上記実施形態では、最高分解能低速検出モードを使用しない場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、必要に応じて最高分解能低速検出モードを実行することが可能である。

上記実施形態では、図２に示した低分解能高速検出モードと図４に示した高分解能検出モードとの間で検出モードを切り替える場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、所定の条件により、図２に示した低分解能高速検出モードと図３に示した低分解能高速検出モードとの間で検出モードを切り替える構成としてもよい。

上記実施形態では、圧力検出素子３０を静電容量により形成した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、抵抗素子を各交差部分に形成し、圧力に応じて変化する抵抗素子の抵抗値を検出して圧力分布を検出する構成とすることも可能である。

上記実施形態では、図２ないし図４に示したように、隣合う複数の圧力検出素子３０を共通に（同時に）検出部７０に接続して各検出領域を形成した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、隣合わない複数の圧力検出素子３０を共通に（同時に）検出部７０に接続して各検出領域を形成することも可能であり、複数の圧力検出素子３０を共通に（同時に）検出部７０に接続する場合の態様については種々変形可能である。

本発明の一実施形態に係る圧力分布センサの構成図である。圧力分布センサの低分解能高速検出モードの一例を示す図である。圧力分布センサの低分解能高速検出モードの他の例を示す図である。圧力分布センサの高分解能検出時モードの一例を示す図である。

符号の説明

１０…行電極
２０…列電極
３０…圧力検出素子
４０，５０…スイッチアレイ
６０…スイッチ制御部
７０…検出部

Claims

略平行に配置された複数の行電極と略平行に配置された複数の列電極との各交差部分に形成されてマトリクス状に配置された圧力検出素子と、前記圧力検出素子と電気的に接続されて前記圧力検出素子の状態を検出し得る状態検出手段とを備えた圧力分布センサにおいて、
前記圧力検出素子の各々を前記状態検出手段に接続し得る複数のスイッチ手段と、
前記複数のスイッチ手段を制御して前記圧力検出素子と前記状態検出手段との接続を制御するスイッチ制御手段と、を有し、
前記スイッチ制御手段は、複数の前記圧力検出素子を前記状態検出手段に共通に接続して当該複数の圧力検出素子の状態を検出させる第１検出モードと、前記第１検出モードよりも少ない数の圧力検出素子を前記状態検出手段に接続して当該圧力検出素子の状態を検出させる第２検出モードとを前記スイッチ手段の制御により実行することができ、
前記スイッチ制御手段は、前記第１検出モードの実行中に所定基準以上の圧力を検出した前記圧力検出素子については前記第１検出モードが前記第２検出モードに切り替わり、前記所定基準以上の圧力を検出しなかった前記圧力検出素子については前記第１検出モードが維持されるように、前記スイッチ手段を制御する、
ことを特徴とする圧力分布センサ。
前記スイッチ手段は、前記状態検出手段と各前記行電極及び各前記列電極との電気的な接続・非接続を切り替え、
前記スイッチ制御手段は、前記行電極と前記列電極とが前記状態検出手段と電気的に接続されるよう各スイッチ手段を制御して、前記圧力検出素子と前記状態検出手段とを電気的に接続する、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力分布センサ。