JP5664849B2 - 形状センサおよび情報入力装置 - Google Patents
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Description
本発明の第2の形状センサは、変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、この検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、上記外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部とを備え、上記ポリマーセンサ素子における配列方向の幅が、上記検出面内の端部領域よりも内部領域において細くなっているものである。
本発明の第2の情報入力装置は、上記本発明の第2の形状センサを備えたものである。
本発明の第3の情報入力装置は、形状センサと、加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも1つとを備えたものである。上記形状センサは、変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、この検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、上記外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部とを有しており、上記検出面が球状面となっている。
1.第1の実施の形態(X,Y軸方向にポリマーセンサ素子を配列:編み込み無し)
2.第1の実施の形態の変形例
変形例1(X軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列)
変形例2(Y軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列)
変形例3(検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置:編み込み無し)
変形例4(検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い:編み込み無し)
3.第2の実施の形態(X,Y軸方向に配列:編み込み有り(平織り形状の例))
4.第2の実施の形態の変形例
変形例5(検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置:編み込み有り)
変形例6(検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い:編み込み有り)
変形例7(綾織り形状の例)
変形例8(朱子織り形状の例)
5.適用例(情報入力装置への適用例)
[形状センサ1の構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る形状センサ(形状センサ1)の概略構成を模式的に表したものであり、図2は、この形状センサ1の一部を拡大して断面図で表したもの(図1中のII−II線に沿った断面構成)である。形状センサ1は、後述するように、外部物体から加わる力による検出面10(X−Y平面上)の変形(湾曲,撓み)に応じて、その外部物体の表面形状(ここでは、X軸,Y軸,Z軸方向の3次元形状)を検出することが可能なセンサである。具体的には、形状センサ1は、外部物体のうちの検出面10と接する部分の表面形状を検出することが可能となっている。
ここで、図2および図3を参照して、上記したポリマーセンサ素子11,12の詳細構成について説明する。図3は、これらのポリマーセンサ素子11,12の断面構成を表したものである。
次に、図4を参照して、このようなポリマーセンサ素子11,12の基本動作について説明する。図4は、ポリマーセンサ素子11,12の基本動作を、断面図を用いて模式的に表したものである。
続いて、本実施の形態の形状センサ1全体の作用および効果について、比較例(比較例1,2)と比較しつつ説明する。
この形状センサ1では、ポリマーセンサ素子11,12から構成される検出面10において外部物体からの力が加わると、ポリマーセンサ素子11,12が変形する(図1,図4)。
ここで、図5に示した比較例1に係る従来の形状センサ100では、ポリマーセンサ素子101からなる1枚のシートによって検出面が構成されており、このシート上に、一対の電極膜からなる複数の検出電極104A,104Bが配置されている。そして、各検出電極104A,104Bから得られる電圧が電圧検出部102により検出され、この各検出電極104,104Bでの電圧に基づいて、算出部103において外部物体の表面形状を検出する(検出データDout101を出力する)ようになっている。
一方、図6に示した比較例2に係る形状センサ200では、検出面(ポリマーセンサ素子201)における変形性を高めるため、上記比較例1と同様の単一シートを切り抜くことにより、複数の開口201Aが網目状に設けられている。これにより、ポリマーセンサ素子201からなる単一シート上には、複数の検出電極104A,104Bに加え、これら複数の開口201Aが設けられていることになる。なお、この比較例2の形状センサ200においても、上記比較例1と同様に、各検出電極204A,204Bから得られる電圧が電圧検出部202により検出され、これらの電圧に基づいて、算出部203において外部物体の表面形状を検出(検出データDout201を出力)している。
これに対して、本実施の形態の形状センサ1では、上記比較例1,2とは異なり、外部物体の表面形状を、検出面10内に並んで配置されたそれぞれ複数個のポリマーセンサ素子11,12を用いて検出している。以下、本実施の形態における外部物体の表面形状の検出動作について、詳細に説明する。
Vx(x0)=u(f(x0,y)) ……(1)
Vy(y0)=u(f(x,y0)) ……(2)
続いて、上記第1の実施の形態の変形例(変形例1〜4)について説明する。なお、上記第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図8(A)は、変形例1に係る形状センサ(形状センサ1A)の概略構成を表したものであり、図8(B)は、変形例2に係る形状センサ(形状センサ1B)の概略構成を表したものである。これらの変形例1,2では、上記第1の実施の形態とは異なり、検出面10内において、複数のポリマーセンサ素子が、1方向のみに沿って並んで配置されている。
図9(A)は、変形例3に係る形状センサ(形状センサ1C)の概略構成を表したものであり、図9(B)は、変形例4に係る形状センサ(形状センサ1D)の概略構成を表したものである。なお、これらの図においては、電圧検出部13,14および算出部15の図示は省略している。
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
続いて、上記第2の実施の形態の変形例(変形例5〜8)について説明する。なお、上記第1,第2の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図12(A)は、変形例5に係る形状センサ(形状センサ2A)の概略構成を表したものであり、図12(B)は、変形例6に係る形状センサ(形状センサ2B)の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部13,14および算出部15の図示は省略している。
図13(A)は、変形例7に係る形状センサ(形状センサ2C)の概略構成を表したものであり、図13(B)は、変形例8に係る形状センサ(形状センサ2D)の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部13,14および算出部15の図示は省略している。
続いて、これまで説明した各形状センサの情報入力装置への適用例(適用例1,2)について説明する。なお、上記した各実施の形態および各変形例における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図14は、本発明の形状センサの適用例1に係る情報入力装置(情報入力装置6)の概略構成を斜視図で模式的に表したものである。この適用例1の情報入力装置6は、上記実施の形態等で説明した形状センサ1(または形状センサ1C,1D,2,2A〜2D)と、前述した電圧検出部13,14および算出部15等を有する回路部60とを備えている。
また、上記適用例1で説明した情報入力装置6の他にも、例えば、上記実施の形態等で説明した形状センサ1と前述した回路部60とを備えた情報入力装置が、ウェアラブルである(ユーザが身につけたり、着用(装着)することが可能な)ように構成してもよい。具体的には、例えば、形状センサ1等におけるポリマーセンサ11,12を用いて生地を作製し、形状センサ1等を用いた衣服やグローブ、絆創膏状等のシートなどを作製するようにしてもよい。
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (11)
- 変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を備え、
前記ポリマーセンサ素子が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている
形状センサ。 - 変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を備え、
前記ポリマーセンサ素子における配列方向の幅が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において細くなっている
形状センサ。 - 前記検出面内の互いに直交する2方向に沿ってそれぞれ、複数のポリマーセンサ素子が並んで配置されている
請求項1または請求項2に記載の形状センサ。 - 前記直交する2方向のうちの一の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子と、他の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子とが、全体として互いに編み込まれてなる編み込み形状となっている
請求項3に記載の形状センサ。 - 前記編み込み形状が、平織り形状、綾織り形状または朱子織形状である
請求項4に記載の形状センサ。 - 前記複数のポリマーセンサ素子はそれぞれ、
一対の電極膜と、
前記一対の電極膜の間に挿設された高分子膜とを有する
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の形状センサ。 - 前記高分子膜は、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子化合物膜である
請求項6に記載の形状センサ。 - 形状センサを備え、
前記形状センサは、
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を有し、
前記ポリマーセンサ素子が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている
情報入力装置。 - 形状センサを備え、
前記形状センサは、
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を有し、
前記ポリマーセンサ素子における配列方向の幅が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において細くなっている
情報入力装置。 - ウェアラブルであるように構成されている
請求項8または請求項9に記載の情報入力装置。 - 形状センサと、
加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも1つと
を備え、
前記形状センサは、
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも1つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を有し、
前記検出面が球状面である
情報入力装置。
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