JP6733141B2 - 変形検出センサ、入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、特定の周波数の信号波の送受信に基づき対象物の変形を検出する変形検出センサ、入力装置に関する。

例えば、対象物の移動速度を検出するレーダーとして、対象物との相対速度に対応するドップラー周波数を検出し、当該ドップラー周波数から相対速度を算出するものが多く知られている（ドップラーレーダー）。車両周囲の対象物の速度を検出するレーダーはその一例である。

ドップラー周波数の検出とは、対象物に電磁波を送信し、対象物によって反射された電磁波を受信し、送信波と受信波との違いを検出することである。

ドップラー周波数を利用した装置として、特許文献１及び特許文献２が開示されている。

特許文献１には、ドップラーレーダーを、車両周囲の対象物の速度を検出するレーダーとして適用した車両周囲環境報知システムが開示されている。

この特許文献１では、車両に取り付けられた４つのドップラーセンサと、車室内に取り付けられた４つのスピーカー部と、表示装置とによって構成されており、ドップラーセンサからは、車両に対する対象物の相対速度に対応するドップラー周波数のドップラー信号が出力されてスピーカー部に入力され、ドップラー周波数に対応した音が出力されるようになっている。このため、簡易な構成で、車両周囲の対象物を搭乗者に報知することができる。

また、特許文献２には、電波ドップラーセンサを使って腕の動きを、動作の仕方を含めて検出する制御装置が開示されている。

特許文献２では、物体の往復運動をドップラー信号として検出するセンサを備え、該センサで検出されたドップラー信号に基づいて、外部機器のオンオフを制御している。このため、複雑かつ高価な装置を用いることなく、人間の特定の往復運動を検出して通信装置等をオンオフ制御することができる。

特開２０１５−０２２６９９号公報 特開２００９−２３７８３９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２を含め、従来のドップラーセンサは、信号波を外部へ放射し、対象物で反射した信号波を受けて解析する構成である。言い換えれば、従来は、ドップラーセンサから出力される信号波を放出することが前提であり、基本的に、当該信号波を放出しない構成でドップラーセンサを適用する技術は確立されていない。

参考として、信号波を漏らさないで伝送するものとして、光ファイバー等の伝送配線構造がある。

本発明は上記事実を考慮し、変形可能な境界層で仕切られた領域内に閉じ込められて伝搬する信号波を用いて、当該境界層の変形を検出することができる変形検出センサ、入力装置を得ることが目的である。

本発明は、対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、を有し、前記制限部材が、内層に前記導電性の境界層が設けられ、外層に装飾層が設けられ、圧力を受けることで変形可能、かつ柔軟な布製部材である変形検出センサである。

本発明によれば、センサ部は、対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、反射しくる信号波を受信して、送信した信号波との周波数差に基づく信号を出力する。

制限部材は、センサ部を覆うように設けられ、センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限する導電性の境界層を備える。境界層は、センサ部で検出する対象物となり得る。

制限部材は、自在に変形可能であり、例えば、目的の外形に保持しておく。この状態で、センサ部は、当該外形が変形したことを検出することができる。

すなわち、センサ部は、制限部材が変形すると、境界層から反射した信号波が変化し、当該制限部材の変形を出力信号で認識することができる。

本発明は、センサ部の信号波を、特定の領域内に閉じ込めて利用するという、従来にない形態であり、例えば、制限部材を充填材によって弾性変形可能に保持し、外部からの押圧による変形を、センサ部の出力信号で認識することができる。

変形を検出するセンサの一例としては圧力センサが挙げられる。本発明のセンサユニットは、圧力センサで認識する構成に対して、当該圧力センサでは必須であった、硬質の圧力感知部を配置する必要がないので、例えば、制限部材として布を選択した場合、変形しても当該布の触感を維持することができる。

制限部材は、内層に前記導電性の境界層が設けられ、外層に装飾層が設けられた布製部材であり、圧力を受けて自在に変形させることができる。装飾層としては、例えば、生物感の触感を持たせることが挙げられる。

制限部材として布製部材を適用することで、装飾層に対して、触る、揺らす、もたれる、押す、引っ張る、振るといった様々な作用で変形させることができる。

本発明は、対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、を有し、前記制限部材が、内層に前記導電性の境界層が設けられ、外層に装飾層が設けられ、圧力を受けることで伸縮可能、かつ柔軟な布製部材であることを特徴としている。

伸縮可能な布部材を適用することで、より柔軟性を持たせることができる。
本発明において、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限して、前記信号波を閉じ込めると共に前記制限部材における境界層よりも内側での変形を検出する。

本発明の変形検出センサにおいて、前記制限部材の一部には、送信する信号波を外部へ漏出させる貫通孔が設けられ、外部で移動する移動体で反射した信号波を受信可能とする。

制限部材の変形とともに、外部の移動を併せて検出することができる。

本発明の変形検出センサにおいて、前記制限部材の内側に設けられ、前記センサ部の出力が移動体で反射した信号波を含む場合に制限部材を変形させるアクチュエータをさらに有することを特徴とする。

制限部材をアクチュエータの動作で変形させることができる。

本発明の変形検出センサにおいて、前記制限部材の外側に設けられ、移動体の移動を検出する移動体検出手段と、前記移動体検出手段の出力に応じて制限部材を変形させるアクチュエータと、をさらに有することを特徴とする。

移動体検出手段を設けることで、制限部材の変形とは別に、移動体の接近でアクチュエータを動作させ、制限部材を変形させることができる。

本発明の変形検出センサにおいて、前記センサ部から出力される信号のレベルを、予め定めたしきい値と比較することで、切替スイッチの切替信号として適用することを特徴とする。

センサ部から出力される信号の強度は、変形度合いに比例するため、出力信号のレベル（例えば振幅）が予め定めたしきい値を超えた時点で、二値化した信号の切替契機することで、センサユニットを切替スイッチとして利用することができる。

本発明は、変形検出センサと、前記変形検出センサに対して、直接又は間接的に操作者の操作を伝達する伝達部材と、前記センサ部からの出力信号に基づき、前記制限部材の変形度合いに応じた強度で、変形を報知する報知手段と、を有する入力装置である。

入力装置では、伝達部材が、変形検出センサに対して、直接又は間接的に操作者の操作を伝達する。報知手段では、センサ部からの出力信号に基づき、前記制限部材の変形度合いに応じた強度で、変形を報知する。

これにより、例えば、入力装置に対する何気ない振る舞い（押圧等）が、意味のある情報として報知され、操作感を味わうことができる。

本発明は、変形検出センサと、前記変形検出センサに対して、直接又は間接的に操作者の操作を伝達する伝達部材と、前記センサ部からの出力信号に基づき、予め定めたしきい値以上の前記制限部材の変形を検出した場合に、操作遂行を報知する報知手段と、を有する入力装置である。

報知手段として、センサ部からの出力信号に基づき、予め定めたしきい値以上の制限部材の変形を検出した場合に、操作遂行を報知することで、操作遂行とは、変形の度合いが所定の目的に達したことを言い、例えば、スイッチの切替時期とすることができる。

本発明の入力装置において、前記報知手段が、操作者に対して、触覚を通じた報知を含むことを特徴とする。

例えば、報知手段が制限部材の変形度合いに応じた強度で、変形を報知する場合では、変形開始から変形終了までの過程を振動の強度差で認識することができる。

また、例えば、報知手段が予め定めたしきい値以上の制限部材の変形を検出による操作遂行（例えば、スイッチ切替）を報知する場合は、振動によって所謂クリック感を伝達することで操作遂行（例えば、スイッチ切替）を認識することができる。

本発明の入力装置において、前記報知手段が、前記操作者の腕部を加振することにより、変形を報知することを特徴とする。

腕部には、指を動かすための筋があり、この筋を刺激することで、指で制限部材を押圧したことを報知することができる。
本発明の変形検出センサにおいて、前記センサ部が、準ミリ波以上の周波数を送信し、前記境界層の変形度合いに比例して受信波の周波数がシフトするドップラー効果を利用したドップラーセンサであることを特徴とする。
ドップラーセンサの送信した信号波を特定の領域内に閉じ込める構成としたため、送信した信号波の周波数と、受信波（受信した信号波）の周波数との差に基づき、制限部材の変形度合いを認識することができる。
本発明の変形検出センサにおいて、前記制限部材における境界層よりも内方の領域に充填され、当該制限部材を特定の外形に保持する絶縁性の充填部材をさらに有し、前記充填部材が、弾性力を備えた素材であり、前記制限部材の外形を内部から圧力をかけた状態で維持することを特徴とする。
制限部材には、境界層よりも内方の領域に絶縁性の充填材が充填されており、充填部材によって、制限部材を予め定めた外形となるように内部から圧力をかけた状態で弾性力をもって外形を維持することができる。
例えば、弾性力を備えた素材としては、発泡ビーズ、フェルト、ウレタン、スポンジが挙げられる。また、ゲル状の流体や、制限部材に気密性があれば気体であってもよい。
弾性力を持たせることで、センサユニット全体が柔らかい触感となる。柔らかい触感を持つ物品は、例えば、クッション、ソファ、座席、ぬいぐるみ、車両の内装トリム等に代表される緩衝機能を持つ物品が代表的である。

以上説明した如く本発明では、変形可能な境界層で仕切られた領域内に閉じ込められて伝搬する信号波を用いて、当該境界層の変形を検出することができるという優れた効果を有する。

第１の実施の形態に係るセンサユニットであり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 第１の実施の形態に係るセンサユニットの回路構成図であり、（Ａ）はセンサユニットのドップラーセンサの回路構成図、（Ｂ）はドップラーセンサを含む信号処理部の回路構成図である。 第１の実施の形態に係るセンサユニットの正面図であり、（Ａ）は導電性布部材を直接人の指で押圧した状態、（Ｂ）は押圧を解除した状態を示す。 第１の実施の形態に係るセンサユニットの正面図であり、（Ａ）は導電性布部材を介在物で押圧した状態、（Ｂ）は押圧を解除した状態を示す。 第１の実施の形態に係るセンサユニットの出力波形であり、（Ａ）は変形していないときの特性図、（Ｂ）は１回押圧したときの特性図、（Ｃ）は複数回連続して押圧したときの特性図である。 第２の実施の形態に係る入力装置の概略図である。 第２の実施の形態に係る入力装置の動作回路構成図である。 変形例１に係るセンサユニットの概略図である。 変形例２に係るセンサユニットの正面図である。 変形例３に係るセンサユニットの正面図であり、（Ａ）は基本形、（Ｂ）は導電性布部材が突出した形状を示す。

（第１の実施の形態）
図１には、第１の実施の形態に係る変形検出センサの一例としてのセンサユニット１０が示されている。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示される如く、センサユニット１０は、円板状のベース部１２を備え、ベース部１２の上には、絶縁体である柔軟性のある発泡ビーズ１４が充填されて、基本形に成形された導電性布部材１６が支持されている。第１の実施の形態では、センサユニット１０は、前記基本形として、円柱状に成形され、図１（Ａ）に示す平面視では、円形となるように形成されている。

図１（Ｃ）に示される如く、導電性布部材１６は二層構成の布製部材であり、内層１６Ａは導電層とすることが必須である。一方、外層１６Ｂは、センサユニット１０を装飾品として機能させるための装飾層とされており、所謂肌触りのよい素材（例えば、生物感のある素材）であることが好ましいが、特に限定されるものではない。

第１の実施の形態では、制限部材としての導電性布部材１６（特に内層１６Ａ）は、ＭｅｄＴｅｘ社製、「ＴＭ Ｐ−１３０」が適用可能である。制限部材（特に内層１６Ａ）としては、布製に限らず、導電性があり、かつ薄膜形状であれば、金属膜、導電ゴム等を用いてもよい。

第１の実施の形態のセンサユニット１０は、基本形としては円柱状であるが、幾何学的に正確な円柱である必要はなく、質感が柔らかい触感を持つ物品であればよい。すなわち、導電性布部材１６自体の柔軟性、及び発泡ビーズ１４の弾力性により、弾性変形可能となっている。

なお、柔らかい触感を持つ物品とは、クッション、ソファ、座席、ぬいぐるみ、車両の内装トリム等に代表される緩衝機能を持つ物品である。また、導電性布部材１６に充填する絶縁体は発泡ビーズ１４に限定されず、フェルト、ウレタン、スポンジ等、他の弾力性のある固形の絶縁体であってもよい。また、ゲル状の流体又は粒状体であってもよい。さらには、導電性布部材１６に気密性があれば気体であってもよい。

柔らかい触感は、基本的には、感応試験等によって境界を設定すればよい。一例として、第１の実施の形態のセンサユニット１０では、当該センサユニット１０を所定の圧力（日常で人が指でスイッチ操作するときの押圧力「数１０グラム程度」）で押圧したときに、ほぼ抵抗なく変形する程度の柔らかさとされている。言い換えれば、第１の実施の形態における「柔らかい触感」の範囲は、所定の解像度計測範囲で全く変形が認められない材質は排除され、所定の解像度計測範囲で変形が認められる材質は含まれる。

第１の実施の形態のセンサユニット１０では、当該センサユニット１０に対して、外部から圧力を加えることで凹み、圧力を加えることを解除すれば、基本形に戻ることが前提である。

但し、発泡ビーズ１４の材質、充填量等により影響される弾性度合いによっては、完全に基本形に戻らない場合もある。すなわち、第１の実施の形態のセンサユニット１０は、必要に応じて、一部又は全部を可塑変形するように成形する場合を含むものとする。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示される如く、ベース部１２は、回路基板１８が取り付けられている。回路基板１８は、センサユニット１０の変形を検出するドップラーセンサ２０及び複数の電子部品で構成された信号処理部２２（図２（Ｂ）参照）を備えている。なお、回路基板１８は、ナイロン繊維２４によって覆われており、前記発泡ビーズ１４が回路基板１８上の電子部品に干渉しないように、及び発泡ビーズ１４が漏出しないように保護されている。

ここで、ドップラーセンサ２０は、イノセント社製、２４ＧＨｚの「ＩＰＭ−１６５」が適用可能である。なお、上記製品は第１の実施の形態のセンサユニット１０に適用可能な一例であり、これらの製品に限定されるものはない。

また、例えば、ドップラーセンサ２０において、要求される周波数帯は、準ミリ波（１０〜３０ＧＨｚ）以上であればよい。

図２（Ａ）に示される如く、ドップラーセンサ２０は、発振器２６と、発振器２６に接続する送信アンテナ２８と、受信アンテナ３０と、発振器２６及び受信アンテナ３０に接続するミキサ３２と、備えている。

発振器２６は、ｆ０（＝２４．１２５ＧＨｚ）の信号を生成して出力する。この発振器２６からの出力信号は、送信アンテナ２８及びミキサ３２に入力されるようになっている。

送信アンテナ２８は、発振器２６から出力される信号波（電磁波）を所定方向に送信する。受信アンテナ３０は、対象物（第１の実施の形態では、境界層としての導電性布部材１６の内層１６Ａの内面）によって反射された電磁波を受信する。送信アンテナ２８及び受信アンテナ３０には、例えば、パッチアンテナやホーンアテナ等を用いることができる。

ドップラーセンサ２０の検出範囲は、送信アンテナ２８、受信アンテナ３０のパターンや、送信される信号のレベル等によって決まるものである。

ミキサ３２は、入力側が受信アンテナ３０及び発振器２６に接続されており、出力側は、外部出力端子３４に接続されている。

ミキサ３２には、入力された発振器２６からの電磁波（信号）と、受信アンテナ３０から受信した電磁波（信号）とが入力され、２つの信号の差の周波数の信号が生成されて出力されるようになっている。

ここで、ドップラーセンサ２０からは、発振器２６から出力される電磁波が出力アンテナ２８を介して出力されるが、ベース部材１２上のドップラーセンサ２０は、導電性布部材１６によって覆われているため、出力される電磁波は、導電性布部材１６の内層１６Ａを境界とした領域内に閉じ込められることになる。

言い換えれば、第１の実施の形態のドップラーセンサ２０は、導電性布部材１６を境界とする領域内での変形、すなわち、導電性布部材１６の変形を検出するようになっている。

上記構成において、受信アンテナ３０によって受信した電磁波は、導電性布部材１６が変形すると、ドップラー効果によって周波数が変化する。

例えば、導電性布部材１６が外部から押圧されて内方に凹陥された場合は（図３又は図４参照）、ドップラーセンサ２０側からは対象物が近づくことになるため、周波数は、発振器２６から出力される信号波の周波数をｆ０、受信アンテナ３０で受信する信号波をｆｄとすると、ミキサ３２の出力周波数は、ｆ０＋ｆｄに変化する。

一方、導電性布部材１６が内部から押圧されて外方に突出した場合は（後述する変形例３、図１０参照）、ドップラーセンサ２０側からは対象物が遠ざかることになるため、ミキサ３２の出力周波数は、ｆ０−ｆｄに変化する。

図２（Ｂ）に示される如く、ドップラーセンサ２０の出力端子３４は、信号処理部２２に接続されている。信号処理部２２は、上流側から順に、第１の増幅器３６、第１のローパスフィルタ３８、第２の増幅器４０、第２のローパスフィルタ４２、バッファ４４が、それぞれ直列に接続されている。

第１の増幅器３６及び第２の増幅器４０は、ドップラーセンサ２０からのドップラー信号のレベルを増幅（例えば、１０００倍程度）する役目を有している。増幅された信号は、接続されるアクチュエータに応じて、バッファ４４によってさらに増幅されるようになっている。

ここで、センサユニット１０が、基本形（図１の円柱状）を維持しているときは、図５（Ａ）に示される如く、バッファ４４の出力信号（電圧）は一定である。

一方、図３に示される如く、センサユニット１０を、人の指４６で外部から押圧し、その後離すと、弾性力を持つセンサユニット１０は、内方に凹陥され（図３（Ａ）参照）、その後、元に戻る（図３（Ｂ）参照）。

この基本形から変形を、ドップラーセンサ２０が検出することで、変形中の動きに応じて、バッファ４４の出力信号（電圧）は、振幅が大きくなる。この振幅が大きくなった範囲が変形中の期間である。図５（Ｂ）は１回押圧した場合、図５（Ｃ）は連続して押圧した場合の特性図である。なお、振幅の大きさが変形量又は変形速度に対応する場合がある。

以下に第１の実施の形態の作用を説明する。

図１に示されるセンサユニット１０は基本形であり、図５（Ａ）に示される如く、バッファ４４の出力信号（電圧）は一定値を保っている。なお、図５（Ａ）では、電圧値０Ｖを維持しているように記載したが、一定の出力があってもよい。

何れにしても、センサユニット１０が基本形の場合は、許容誤差内の振幅で維持され、当該信号により、センサユニット１０に誰も（何も）触れていない状態であることが認識できる。

次に、図３に示される如く、人の指４６でセンサユニット１０の一部を外部から押圧し（図３（Ａ）参照）、その後、人の指４６による押圧を解除すると（図３（Ｂ）参照）、その指４６の動作に応じて、導電性布部材１６が内方に凹陥され、元に戻る変形をする。

このとき、ドップラーセンサ２０では、図５（Ｂ）に示される如く、前記指４６による変形動作中の周波数差が大きくなり、バッファ４４の出力信号（電圧）の振幅が大きくなる。このため、センサユニット１０が誰か（何か）によって変形したことが認識できる。これは、スイッチに置き換えれば、基本形がオフであり、変形中はオンであるということができ、センサユニット１０を切替スイッチとして適用することができる。

なお、同様の動作は、人の指４４に限定されるものではなく、図４に示される如く、介在物４８を介してセンサユニット１０が押圧された場合も同様に、変形を認識することができる。なお、介在物４８は、硬い部材、軟らかい部材に限定されるものではなく、センサユニット１０を凹ませる程度の強度を持った部材であればよい。

また、図５（Ｃ）に示される波形は、前記指４６や介在物４８によってセンサユニット１０を押圧することに変わりはないが、押圧及び押圧解除を連続した実行した場合のバッファ４４の出力波形である。図５（Ｃ）に示される如く、変形中は振幅が大きくなるため、センサユニット１０が連続して押圧されていることを認識することができる。

なお、図５では、変形中と非変形中とを明確にするため、非変形中を基本形と同等の理想的な波形としたが、変形の繰り返しがさらに短期間で連続するような場合は、発振等のノイズの影響で基本形に戻る前に次の変形が開始される場合がある。

この連続動作をスイッチ操作として適用する場合は、予め振幅のしきい値を設定しておき、振幅がしきい値を超えているときはスイッチオン、振幅がしきい値を超えていないときはスイッチオフと認識すればよい。或いは、一定期間内のインタバルでの連続動作は１回のスイッチ操作として判断するように、２回目以降の振幅をキャンセルするようにしてもよい。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、ドップラーセンサ２０の信号波を特定の領域内（センサユニット１０の内部）に閉じ込めて、当該領域内外を仕切る境界として導電性布部材１６の変形を検出するという、従来にない構成とすることで、感触として軟らかいセンサユニット１０をスイッチとして利用することができる。

センサユニット１０のような軟らかい素材の変形をインターフェイスとして利用することで、何気ない動作及び少しの意識で、例えば、スイッチのオン、オフという意味のある動作を生み出すことができる。

また、センサユニット１０等の軟らかい素材にインターフェイス機能を持たせることで、例えば、犬や猫等の小動物に触れるといった技術的に意味のない動作と、スイッチのオン、オフ等といった技術的に意味のある動作と、を関連付けることができる。

例えば、第１の実施の形態のセンサユニット１０は円柱状としたが、車両の室内装飾品の１つとして成形し、当該室内装飾品に乗員が触れる、押す等によって変形することで、乗員は、「操作部を操作する」といった感覚を持たずに、車両の装備に関わる動作遂行の契機とすることができる。

（第２の実施の形態）
以下に本発明の第２の実施の形態について説明する。

なお、第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同一構成部分については、同一の符号を付して、その構成の説明を省略する。

第２の実施の形態の特徴は、センサユニット１０をスイッチとして利用した場合の操作感を出すための構造を付加したものである。

図６は、第１の実施の形態のセンサユニット１０を利用してアクチュエータを駆動させる入力装置５０の概略構成図が示されている。

入力装置５０は、センサユニット１０が埋設されたクッション材５２を備えている。クッション材５２は、操作者５４の手５４Ａを載せる程度の大きさとされている。

加振機５６は、振動子５６Ａを備えている。振動子５６Ａは、操作者５４の手５４Ａがクッション材５２に載っているときの手首５４Ｂの周囲に接触するように配置されている。

第２の実施の形態では、スピーカー５８が加振機５６の近傍に配置されているが、これは、操作者５４がクッション材５２を手５４Ａで押圧する方向から聞こえるようにするためである。なお、スピーカー５８の位置は、当該位置に特定されるものではなく、操作者５４に出力音が届けば、加振機５６と一体でもよいし、クッション材５２に埋設するようにしてもよい。

図７は、入力装置５０の回路構成図である。なお、第１の実施の形態で示した回路基板１８の信号処理部２２と同一の回路構成が適用可能である。

図７に示される如く、信号処理部１８のバッファ４４の出力端には、駆動ドライバ６０、６２を介して、それぞれ加振機５６とスピーカー５８が接続されている。

入力装置５０では、前記ドップラーセンサ２０の解析結果に基づいて、加振機５６を駆動し、スピーカー５８から音を出力する。

なお、加振機５６の駆動と、スピーカー５８からの音出力とは、同時に実行してもよいし、何れか一方を実行するように選択可能としてもよい。

第２の実施の形態の入力装置５０では、加振機５６が、クッション材５２を押す操作者５４の手の付近を振動させるものではないにも関わらず、操作者５４の手首５４Ｂ付近が振動すると、クッション材５２を操作者５４の手５４Ａで押したことを明確に感じ取ることができる。

（第２の実施の形態におけるクッション材５２の適用例１）
第２の実施の形態におけるクッション材５２において、ドップラーセンサ２０の解析結果を適用する一例として、変形度合いに基づく振動電圧及び／又は音出力がある。

加振機５６からは、操作者５４の手５４Ａがクッション材５２に触れ始めてから、そのまま押し込み、押し込み後は徐々に離していく変形度合いがセンサユニット１０に伝達される。センサユニット１０では、変形度合いに応じた振動強度で加振機５６を振動させる。

このため、操作者５４は、クッション材５２を触った（押した）ときの強さの感触を、振動強度により認識することができる。

また、スピーカー５８から、変形強度に応じて、音量、音色、音階、音質等を変化させて音を出力させることで、操作者５４は、クッション材５２を触った（押した）ときの強さの感触を、聴覚を通じて認識することができる。

なお、第２の実施の形態では、スピーカー５８から出力される音は、バッファ４４から出力される信号を処理して適当な音量、音色、音階、音質等に調整したが、ドップラーセンサ２０から出力される信号の周波数が可聴周波数の場合は、増幅してそのまま変形現象を音の変化として認識することができる。

（第２の実施の形態におけるクッション材５２の適用例２）
次に、第２の実施の形態におけるクッション材５２において、ドップラーセンサ２０の解析結果を適用する他の一例として、スイッチ機能（オン／オフ）の判定を行うことができる。

クッション材５２は、スイッチとしての役目を有する。すなわち、このクッション材５２に操作者５４の手５４Ａを載せると、クッション材５２を介して、センサユニット１０の導電性布部材１６が変形する。

この変形に応じて、信号処理部２２のバッファ４４からの出力の振幅がしきい値よりも大きくなって、スイッチオンと判断することができる。

ここで、クッション材５２に操作者５４の手が載るとき、操作者の感触として、どの程度でスイッチオン状態となるかが曖昧となる。そこで、第２の実施の形態の適用例２では、スイッチオンとなったときに、加振機５６及びスピーカー５８を動作させ、スイッチ切替の契機を報知するようにした。

クッション材５２の上に、操作者５４の手５４Ａを含め、何も載っていない状態では、センサユニット１０も変形することはなく、スイッチオフ状態である。このスイッチオフ状態では、加振機５６及びスピーカー５８が動作しない。

一方、操作者５４が手５４Ａをクッション材５２に載せると、クッション材５２を介してセンサユニット１０が変形し、所定のしきい値を超える変形になるとスイッチオンとなる。このスイッチオン状態では、加振機５６及び／又はスピーカー５８が動作し、操作者５４の手首５４Ｂ周辺に振動を与え、及び／又は音を出力する。

これにより、クッション材５２に操作者５４の手を載せた操作者に対して、触覚及び聴覚を通じてスイッチがオンになったことを報知することができる。

操作者５４の手首５４Ｂ付近が振動すると、所謂クリック感によって、クッション材５２を操作者５４の手５４Ａで押したこと（スイッチオンにしたこと）を明確に感じ取ることができる。

なお、第２の実施の形態において、クッション材５２は、操作者５４の手５４Ａを載せる程度の大きさとして、例えば、ソファや車両座席に設けられたひじ掛け等が挙げられるが、操作は手５４Ａに限定されるものではなく、クッション材５２がオットマンの場合は操作者５４の足による操作であってもよい。また、クッション材５２がヘッドレストの場合は、操作者５４の頭又は首による操作であってもよい。また、クッション材５２において、変形を検出する範囲をソファや車両座席自体としてもよい。

（変形例１）
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、センサユニット１０の基本形を円柱状としたが、図８に示される如く、紐又は棒状のセンサユニット１０Ａであってもよい。紐又は棒状のセンサユニット１０Ａであれば、図８の矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、相互に離れた位置での押圧であっても、ドップラーセンサ２０による検出で、出力信号が変化し得るため、単一のセンサユニット１０Ａを設置することで、同じスイッチ操作を離れた位置で行うことができる。

また、紐又は棒状のセンサユニット１０Ａを立てて設置すると、振動又は風による揺れに起因する変形を検出でき、震度計や風速計等に利用することが可能である。

また、紐又は棒状のセンサユニット１０Ａは、直線的に取り回しのできない領域での取り回しが可能となり、スイッチとして利用する場合の配線作業が簡便となる。さらに、取り回した導電性布部材１６が軟らかい材質であるため、取り回し後に周囲との干渉があっても異音が発生することがない。

（変形例２）
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、センサユニット１０の基本形を円柱状とし、出力される電磁波を、導電性布部材１６の内層１６Ａを境界とした領域内に閉じ込める構成としたが、図９に示される如く、導電製布部材１６の一部に貫通孔６４を設けるようにしてもよい。貫通孔６４は、発泡ビーズ１４の漏出を防止するための絶縁部材（一般的な布製部材や、ビニールシート等）を貼付けることが好ましい。

貫通孔６４からは、図２（Ａ）で示すドップラーセンサ２０の送信アンテナ２８から出力された電磁波の一部が漏れ、センサユニット１０に近づいてくる移動体６６（例えば人）を認識することができる。この場合、導電性布部材１６の変形による信号と、移動体６６から反射した信号とを見極める回路が必要となる場合があるが、例えば、周波数スペクトルの解析で両者を見極めるようにしてもよい。

（変形例３）
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、センサユニット１０の基本形を円柱状とし、外部からの押圧（図３及び図４参照）による変形を検出するようにしたが、図１０に示される如く、導電性布部材１６を境界とした領域内に、導電製布部材１６を外方向へ突出させるアクチュエータ６８を装備するようにしてもよい。

アクチュエータ６８は、本体６８Ａと本体６８Ａから突出、引き込み可能な可動部６８Ｂとを備えている。可動部６８Ｂは、回路基板１８からの駆動信号に基づいて、突出動作及び引き込み動作を実行する。

また、回路基板１８には、周囲の移動体の動きを検出する赤外線センサ（焦電型センサ）７０が取り付けられている。

ここで、センサユニット１０の動作制御の一例として、センサユニット１０に近づいてくる移動体（人又は物）があると、これを赤外線センサ７０によって検知する。回路基板１８は、赤外線センサ７０による移動体検知を契機に、アクチュエータ６８を制御して、可動部６８Ｂを突出させる。この突出によって変形信号が出力されるため、何らかの動作の契機とすることができる。また、突出した部分を押し返すことで、さらに、別の動作の契機とすることができる。

（本願発明のセンサユニット１０と圧力センサとの相違点）
本願発明は、圧力センサのように、押圧するベース部分を、ある程度堅牢としなければ押圧力を検知することができないのに対し（例えば、既存の着座センサ等）、堅牢な部分が不要であり、軟らかい触感の妨げになることがない。

また、本願発明は、圧力センサのように押圧を検出するという感覚ではなく、「触れる」等の感覚で、例えばスイッチング操作が可能である。

さらに、本願発明は、圧力センサのように特定の狭い範囲の位置の圧力の変化で変形を検出するものではなく、比較的広い範囲（導電性布部材１６の内装１６Ａの表面積）で変形を検出することができる。

１０ センサユニット（変形検出センサ）
１２ ベース部
１４ 発泡ビーズ（充填部材）
１６ 導電性布部材（制限部材）
１６Ａ 内層（境界層）
１６Ｂ 外層（装飾層）
１８ 回路基板１
２０ ドップラーセンサ（センサ部）
２２ 信号処理部
２４ ナイロン繊維
２６ 発振器
２８ 送信アンテナ
３０ 受信アンテナ
３２ ミキサ
３４ 出力端子
３６ 第１の増幅器
３８ 第１のローパスフィルタ
４０ 第２の増幅器
４２ 第２のローパスフィルタ
４４ バッファ
４６ 指
４８ 介在物
５０ 入力装置
５２ クッション材
５４ 操作者
５４Ａ 手
５６ 加振機（報知手段）
５８ スピーカー（報知手段）
５６Ａ 振動子
６０、６２ 駆動ドライバ
６４ 貫通孔
６６ 移動体
６８ アクチュエータ
６８Ａ 本体
６８Ｂ 可動部
７０ 赤外線センサ

Claims (13)

1. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   を有し、
   前記制限部材が、
   内層に前記導電性の境界層が設けられ、外層に装飾層が設けられ、圧力を受けることで変形可能、かつ柔軟な布製部材である変形検出センサ。
2. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   を有し、
   前記制限部材が、
   内層に前記導電性の境界層が設けられ、外層に装飾層が設けられ、圧力を受けることで伸縮可能、かつ柔軟な布製部材である変形検出センサ。
3. 前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限して、前記信号波を閉じ込めると共に前記制限部材における境界層よりも内側での変形を検出する、
   請求項１又は請求項２記載の変形検出センサ。
4. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   を有し、
   前記制限部材の一部には、送信する信号波を外部へ漏出させる貫通孔が設けられ、外部で移動する移動体で反射した信号波を受信可能とする変形検出センサ。
5. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   前記制限部材の内側に設けられ、前記センサ部の出力が移動体で反射した信号波を含む場合に制限部材を変形させるアクチュエータと、
   を有する変形検出センサ。
6. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   前記制限部材の外側に設けられ、移動体の移動を検出する移動体検出手段と、
   前記移動体検出手段の出力に応じて制限部材を変形させるアクチュエータと、
   を有する変形検出センサ。
7. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、
   前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、
   を有し、
   前記センサ部から出力される信号のレベルを、予め定めたしきい値と比較することで、切替スイッチの切替信号として適用する変形検出センサ。
8. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、を有する変形検出センサと、
   前記変形検出センサに対して、直接又は間接的に操作者の操作を伝達する伝達部材と、
   前記センサ部からの出力信号に基づき、前記制限部材の変形度合いに応じた強度で、変形を報知する報知手段と、
   を有する入力装置。
9. 対象物に向けて特定の周波数の信号波を送信し、前記対象物から反射した信号波を受信して、送信した信号波と前記受信した信号波との周波数差に基づく信号を出力するセンサ部と、前記センサ部を覆うように設けられ、前記センサ部から送信される信号波の伝搬領域を制限すると共に前記対象物となり得る導電性の境界層を備え、変形可能な制限部材と、を有する変形検出センサと、
   前記変形検出センサに対して、直接又は間接的に操作者の操作を伝達する伝達部材と、
   前記センサ部からの出力信号に基づき、予め定めたしきい値以上の前記制限部材の変形を検出した場合に、操作遂行を報知する報知手段と、
   を有する入力装置。
10. 前記報知手段が、操作者に対して、触覚を通じた報知を含むことを特徴とする請求項８又は請求項９記載の入力装置。
11. 前記報知手段が、前記操作者の腕部を加振することにより、変形を報知する請求項９又は請求項１０記載の入力装置。
12. 前記センサ部が、
    準ミリ波以上の周波数を送信し、前記境界層の変形度合いに比例して受信波の周波数がシフトするドップラー効果を利用したドップラーセンサであることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項記載の変形検出センサ。
13. 前記制限部材における境界層よりも内方の領域に充填され、当該制限部材を特定の外形に保持する絶縁性の充填部材をさらに有し、
    前記充填部材が、弾性力を備えた素材であり、前記制限部材の外形を内部から圧力をかけた状態で維持することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項記載の変形検出センサ。