JP6862134B2

JP6862134B2 - センサ装置

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Publication number: JP6862134B2
Application number: JP2016185666A
Authority: JP
Inventors: 一貴渡部; 佐藤　治; 治佐藤; 平木　克良; 克良平木
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: KR20180033053A; JP2018048963A; KR101990530B1

Description

本発明は、複数種類のセンサを有するセンサ装置に関する。

従来、薄膜触覚センサとして、温度検知材料薄膜と、歪検知材料薄膜とを絶縁膜等の上に配列成膜又は積層成膜してなる複合素子を含むものが知られている（特許文献１）。

また、圧力センサ等のセンサを含むセルのアレイを有する検知装置が知られている（特許文献２）。特許文献２に記載された検知装置は、セルのアレイを有し、アレイの各セルが、圧力センサ、温度センサ等のセンサと、センサに接続されたスイッチング機能を有する有機トランジスタとを有している。

特開２００２−０４８６０７号公報特開２００５−１５０１４６号公報

圧力センサ、温度センサ等を有する装置は、圧力、温度、湿度、加速度、歪等の環境条件が異なる様々な使用機会で使用されることが想定される。測定対象とする測定量が異なる複数種類のセンサを有するセンサ装置の場合、環境条件が変動するとセンサの出力も変動してしまい、複数種類のセンサの各センサについて、正確な測定結果を得ることは困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、環境条件が変動した場合であっても、複数種類のセンサの各センサについてより正確な測定結果を得ることができるセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、センサとアクティブ素子とをそれぞれが含み、２次元状に配された複数のセンサセルであって、複数の前記センサは異なる複数種類のセンサを含む、複数のセンサセルと、前記複数種類のセンサにおける一の種類のセンサの測定結果を、前記複数種類のセンサにおける他の種類のセンサの測定結果を用いて補償する補償処理部とを有することを特徴とするセンサ装置が提供される。

本発明によれば、環境条件が変動した場合であっても、複数種類のセンサの各センサについてより正確な測定結果を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態によるセンサ装置の全体構造を示す概略図である。図２は、本発明の一実施形態によるセンサ装置における異なる複数種類のセンサを含むセンサセルの配置の一例を示す概略図である。図３は、本発明の一実施形態によるセンサ装置における圧力センサを含むセンサセルの構造を示す概略図である。図４は、導電性ゴムを用いた抵抗変化型の圧力センサの出力の温度依存性の例を示すグラフである。図５は、高分子膜を用いた容量変化型の湿度センサの出力の温度依存性の例を示すグラフである。図６は、本発明の一実施形態によるセンサ装置における補間処理を説明する図である。図７は、本発明の変形実施形態によるセンサアレイの他の例及びその構成単位を示す概略図である。

［一実施形態］
本発明の一実施形態によるセンサ装置について図１乃至図７を用いて説明する。

まず、本実施形態によるセンサ装置の構成について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態によるセンサ装置の全体構造を示す概略図である。図２は、本実施形態によるセンサ装置における異なる複数種類のセンサを含むセンサセルの配置の一例を示す概略図である。図３は、本実施形態によるセンサ装置における圧力センサを含むセンサセルの構造を示す概略図である。

本実施形態によるセンサ装置１００は、図１に示すように、センサアレイ１０と、垂直走査回路２０と、検出回路３０と、制御部４０とを有する２次元センサである。

センサアレイ１０は、複数行（例えばｍ行）及び複数列（例えばｎ列）に渡って２次元状に配された複数のセンサセル１２を含む。なお、ｍ、ｎは、それぞれ２以上の整数である。センサアレイ１０において、複数のセンサセル１２は、例えば正方格子状等の矩形格子状に配置されている。

それぞれのセンサセル１２は、選択トランジスタＭと、センサＳとを含む。選択トランジスタＭは、例えば、薄膜トランジスタからなる。センサＳは、圧力を測定対象とする圧力センサ、温度を測定対象とする温度センサ、及び湿度を測定対象とする湿度センサのうちのいずれかである。本実施形態によるセンサ装置１００は、選択トランジスタＭをアクティブ素子とするアクティブマトリクス駆動方式の２次元センサである。アクティブ素子として薄膜トランジスタからなる選択トランジスタＭを用いることにより、複数種類のセンサを容易に実装することが可能になっている。

センサアレイ１０は、測定対象とする測定量が異なる複数種類のセンサＳを含むセンサセル１２を含んでいる。すなわち、センサアレイ１０は、センサＳとして圧力センサを含むセンサセル１２と、センサＳとして温度センサを含むセンサセル１２と、センサＳとして湿度センサを含むセンサセル１２とを含んでいる。以下、必要に応じ、センサＳとして圧力センサを含むセンサセル１２、センサＳとして温度センサを含むセンサセル１２、及びセンサＳとして湿度センサを含むセンサセル１２を、それぞれセンサセル１２Ｐ、センサセル１２Ｔ、及びセンサセル１２Ｈと表記する。

圧力センサとしては、例えば、圧力変化に伴う電気抵抗値の変化を利用した抵抗変化型の圧力センサを用いることができる。また、温度センサとしては、例えば、温度変化に伴う電気抵抗値の変化を利用した抵抗変化型の温度センサを用いることができる。また、湿度センサとしては、例えば、湿度変化に伴う電気抵抗値の変化を利用した抵抗変化型の湿度センサを用いることができる。なお、センサＳとして用いる各センサは、これらに限定されるものではなく、静電容量値の変化を利用した容量変化型の圧力センサ、温度センサ、湿度センサ等の種々の測定原理に基づくセンサを用いることができる。図１では、便宜上、センサＳを可変抵抗の記号で表記している。

図２は、センサアレイ１０におけるセンサセル１２Ｐ、１２Ｔ、１２Ｈの配置の一例を示している。図２に示すように、温度センサを含むセンサセル１２Ｔ及び湿度センサを含むセンサセル１２Ｈの周囲に、圧力センサを含むセンサセル１２Ｐの周囲を配置することができる。なお、異なる複数種類のセンサセル１２Ｐ、１２Ｔ、１２Ｈの配置位置は、これに限定されるものではなく、センサ装置１００の使用目的等に応じて適宜設定することができる。

図１に示すように、センサアレイ１０の各行には、行方向に延在して、駆動信号線Ｘが配されている。図１には、第１行、第２行、第３行、第４行、第５行、…、第ｍ行に配された駆動信号線Ｘを、それぞれ、駆動信号線Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、…、Ｘ_ｍと表記している。駆動信号線Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、…、Ｘ_ｍは、垂直走査回路２０に接続されている。

センサアレイ１０の各列には、列方向に延在して、出力信号線Ｙがそれぞれ配されている。図１には、第１列、第２列、第３列、…、第ｎ列に配された出力信号線Ｙを、出力信号線Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、…、Ｙ_ｎと表記している。出力信号線Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、…、Ｙ_ｎは、検出回路３０に接続されている。

センサセル１２のセンサＳは、一方の端子が電源電圧線に接続されており、他方の端子が選択トランジスタＭのドレイン電極に接続されている。選択トランジスタＭのソース電極は、対応する列の出力信号線Ｙに接続されている。選択トランジスタＭのゲート電極は、対応する行の駆動信号線Ｘに接続されている。

垂直走査回路２０は、デコーダやシフトレジスタで構成される。垂直走査回路２０は、駆動信号線Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４、Ｘ_５、…、Ｘ_ｍに、駆動信号ＰＴＸ_１、ＰＴＸ_２、ＰＴＸ_３、ＰＴＸ_４、ＰＴＸ_５、…、ＰＴＸ_ｍを、それぞれ供給する。これら駆動信号ＰＴＸは、駆動信号線Ｘに接続された選択トランジスタＭの駆動信号である。この意味で、垂直走査回路２０は、選択トランジスタＭの駆動回路でもある。例えば、選択トランジスタＭがＮ型トランジスタの場合、駆動信号ＰＴＸがハイレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭはオン状態になる。また、駆動信号ＰＴＸがローレベルのとき、対応する行の選択トランジスタＭがオフ状態になる。

検出回路３０は、出力信号線Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、…、Ｙ_ｎの電圧を検出して、センサＳの電気抵抗値、静電容量値等の出力を検出するための回路である。検出回路３０により検出されたセンサＳの電気抵抗値、静電容量値等の出力に基づき、センサＳによる測定値である圧力、温度又は湿度の値を算出することが可能となる。

制御部４０は、垂直走査回路２０及び検出回路３０に接続されている。制御部４０は、種々の演算、制御、判別等の処理を実行するＣＰＵを有している。また、制御部４０は、ＣＰＵによって実行される様々なプログラム、ＣＰＵが参照するデータベース等を格納するＲＯＭを有している。また、制御部４０は、ＣＰＵが処理中のデータや入力データ等を一時的に格納するＲＡＭを有している。

制御部４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、垂直走査回路２０及び検出回路３０の動作やそのタイミングを制御する。また、制御部４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、後述するように、複数種類のセンサを含むセンサによる測定結果を相互補償する補償処理部として機能する。また、制御部４０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、後述するように、センサセルに含まれるセンサが測定できない他のセンサが測定対象とする測定量を補間する補間処理部として機能する。

ここで、センサセル１２の構造の一例について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、駆動信号線Ｘ及び出力信号線Ｙに接続されたセンサセル１２の構造の一例を示す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ｂ線に沿った拡大断面図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）には、センサＳとして、圧力センサＳＰを含むセンサセル１２Ｐの構造の一例を示している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基板６０上には、選択トランジスタＭのゲート電極６２が形成されている。また、基板６０上には、駆動信号線Ｘが形成されている。ゲート電極６２は、駆動信号線Ｘと一体的に形成されて駆動信号線Ｘに電気的に接続されている。なお、基板６０は、基板状部材のほか、シート状部材、フィルム状部材をも含むものであり、その材料としてはあらゆる材料を採用することができる。また、基板６０は、柔軟性を有するフレキシブルなものであってもよいし、柔軟性を有しない硬質なものであってもよい。

ゲート電極６２上には、ゲート絶縁層６４が形成されている。ゲート絶縁層６４は、駆動信号線Ｘ上及び基板６０上にも形成されており、層間絶縁層としても機能している。なお、図３（ａ）では、ゲート絶縁層６４を省略している。

ゲート絶縁層６４上には、選択トランジスタＭのソース電極６６Ｓ及びドレイン電極６６Ｄが間隔を空けて並列に形成されている。また、ゲート絶縁層６４上には、出力信号線Ｙが形成されている。また、ゲート絶縁層６４上には、圧力センサＳＰの一対の電極６８、７０が間隔を空けて並列に形成されている。さらに、ゲート絶縁層６４上には、電源電圧線７２が形成されている。ソース電極６６Ｓは、出力信号線Ｙと一体的に形成されて出力信号線Ｙに電気的に接続されている。ドレイン電極６６Ｄは、電極６８と一体的に形成されて電極６８と電気的に接続されている。電極７０は、電源電圧線７２と一体的に形成されて電源電圧線７２に電気的に接続されている。

ゲート絶縁層６４のソース電極６６Ｓ及びドレイン電極６６Ｄを含む領域上には、ソース電極６６Ｓ及びドレイン電極６６Ｄを覆ってソース電極６６Ｓ及びドレイン電極６６Ｄに接触するように半導体層８０が形成されている。

また、ゲート絶縁層６４の一対の電極６８、７０を含む領域上には、一対の電極６８、７０を覆って一対の電極６８、７０に接触するようにセンサ層８２が形成されている。センサ層８２を構成する材料は、圧力印加に伴って電気抵抗値が変化する感圧導電性材料であり、例えば、導電性粒子が分散された樹脂等であり、より具体的には例えば感圧導電性ゴムである。

こうして、基板６０上には、ゲート電極６２、ソース電極６６Ｓ及びドレイン電極６６Ｄを有する選択トランジスタＭが形成されている。また、基板６０上には、一対の電極６８、７０及びセンサ層８２を有する圧力センサＳＰが形成されている。電極６８、７０は、それぞれセンサ層８２に接触してセンサ層８２に電気的に接続されている。なお、選択トランジスタＭ及び圧力センサＳＰが形成された基板６０上には、保護膜等が形成されている。

なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、圧力センサＳＰを含むセンサセル１２Ｐについて説明したが、センサ層８２の構成材料を測温抵抗体等とすることにより、温度センサを含むセンサセル１２Ｔを構成することができる。また、センサ層８２の構成材料を高分子材料等の感湿材料とすることにより、湿度センサを含むセンサセル１２Ｈを構成することができる。

本実施形態よるセンサ装置１００において用いられる圧力センサ、温度センサ、及び湿度センサは、それぞれ環境条件に対する依存性を有しているため、環境条件が変動すると、その出力である電気抵抗値等も変動する場合がある。また、各センサとともに形成された選択トランジスタＭの特性の変化により出力に誤差が含まれる場合がある。

図４は、導電性ゴムを用いた抵抗変化型の圧力センサの出力の温度依存性の例を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は対数軸であって圧力センサの出力である電気抵抗値を任意単位で示している。

図４に示すように、温度センサに対して８．８ｇｆ／ｃｍ^２、１１．３ｇｆ／ｃｍ^２、１５．９ｇｆ／ｃｍ^２の圧力が印加された場合のいずれにおいても、圧力センサの出力である電気抵抗値は、温度が高くなるほどより大きくなる温度依存性を示している。

また、図５は、高分子膜を用いた容量変化型の湿度センサの出力の温度依存性の例を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は対数軸であって湿度センサの出力である静電容量値を人に単位で示している。

図５に示すように、湿度センサが置かれた環境の相対湿度が２０％、４０％、６０％、８０％のいずれの場合においても、湿度センサの出力である静電容量値は、温度が高くなるほどより大きくなる温度依存性を示している。

このように、あるセンサの出力は、他のセンサの測定対象である環境条件に対して依存性を示す場合がある。したがって、このような依存性を考慮しないと、各センサによる正確な測定は困難である。

本実施形態によるセンサ装置１００では、補償処理部として機能する制御部４０が、センサアレイ１０における複数のセンサセル１２の異なる複数種類のセンサＳによる測定結果を相互に補償して、より正確な測定結果を得ることを実現する。以下、制御部４０による相互補償の原理について詳述する。

センサセル１２Ｐに含まれる圧力センサにより測定された圧力の測定値である圧力測定値をＰ_１とする。また、センサセル１２Ｔに含まれる温度センサにより測定された温度の測定値である温度測定値をＴ_１とする。また、センサセル１２Ｈに含まれる湿度センサにより測定された湿度の測定値である湿度測定値をＨ_１とする。また、圧力センサにより測定されるべき実際の圧力の値である実圧力値をＰ_０とする。実圧力値Ｐ_０は、温度測定値Ｔ_１及び湿度測定値Ｈ_１を用いて圧力測定値Ｐ_１を補償することにより得られるものである。また、温度センサにより測定されるべき実際の温度の値である実温度値をＴ_０とする。実温度値Ｔ_０は、圧力測定値Ｐ_１及び湿度測定値Ｈ_１を用いて温度測定値Ｔ_１を補償することにより得られるものである。また、湿度センサにより測定されるべき実際の湿度の値である実湿度値をＨ_０とする。実湿度値Ｈ_０は、圧力測定値Ｐ_１及び温度測定値Ｔ_１を用いて湿度測定値Ｈ_１を補償することにより得られるものである。

なお、センサＳによる測定結果の相互補償を行うセンサセル１２Ｐ、１２Ｔ、１２Ｈの位置、数等の組み合わせは、特に限定されるものではなく、適宜設定することができる。例えば、図２に示すセンサセル１２Ｐ、１２Ｔ、１２Ｈの配置において、１０個のセンサセル１２Ｐのうちのいずれか１個、及びセンサセル１２Ｔ、１２Ｈの各１個について相互補償を行うことができる。

圧力センサは、温度Ｔ及び湿度Ｈに対して、それぞれ以下の式で示される依存性を有するものとみなすことができる。なお、ΔＰは、実際の圧力値から圧力センサによる圧力の測定値を差し引いた両者の差を表す。

ΔＰ＝Ａ_１（Ｔ）
ΔＰ＝Ｂ_１（Ｈ）

また、温度センサは、圧力Ｐ及び湿度Ｈに対して、それぞれ以下の式で示される依存性を有するものとみなすことができる。なお、ΔＴは、実際の温度値から温度センサによる温度の測定値を差し引いた両者の差を表す。

ΔＴ＝Ａ_２（Ｐ）
ΔＴ＝Ｃ_１（Ｈ）

また、湿度センサは、圧力Ｐ及び温度Ｔに対して、それぞれ以下の式で示される依存性を有するものとみなすことができる。なお、ΔＨは、実際の湿度値から湿度センサによる湿度の測定値を差し引いた両者の差を表す。

ΔＨ＝Ｂ_２（Ｐ）
ΔＨ＝Ｃ_２（Ｔ）

上記の各依存性を示す関数Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、及びＣ_２は、実験値、シミュレーション値等を用いて予め決定することができる。

各センサは、その測定対象とする環境条件以外の環境条件の影響を受ける。例えば、圧力センサについて、圧力測定値Ｐ_１は、圧力以外の環境条件である温度及び湿度の影響を受ける結果、実圧力値Ｐ_０とは異なる値となる。実圧力値Ｐ_０と圧力測定値Ｐ_１との差は、温度及び湿度の影響の総量であるとみなして、上記の依存性を示す式を用いて次の式１で表すことができる。

Ｐ_０−Ｐ_１＝Ａ_１（Ｔ_０）＋Ｂ_１（Ｈ_０） ……（式１）

同様に、温度センサ及び湿度センサについても、それぞれ次の式２及び式３を得ることができる。

Ｔ_０−Ｔ_１＝Ａ_２（Ｐ_０）＋Ｃ_１（Ｈ_０） ……（式２）

Ｈ_０−Ｈ_１＝Ｂ_２（Ｐ_０）＋Ｃ_２（Ｔ_０） ……（式３）

上述のように、関数Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、及びＣ_２は、予め決定することができる。また、Ｐ_１、Ｔ_１、Ｈ_１は、各センサにより測定される測定値である。したがって、上記の式１、式２及び式３は、Ｐ_０、Ｔ_０及びＨ_０を未知数とする三元連立方程式である。Ｐ_０、Ｔ_０及びＨ_０は、式１、式２及び式３の三元連立方程式を解くことにより算出することができる。

また、関数Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、及びＣ_２がすべて線形の関係である場合、上記の式１、式２及び式３は、それぞれ次の式４、式５及び式６で表される。なお、式４、式５及び式６において、Ａ_１、Ａ_２、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｃ_１、及びＣ_２はそれぞれ係数である。

Ｐ_０−Ｐ_１＝Ａ_１・Ｔ_０＋Ｂ_１・Ｈ_０ ……（式４）

Ｔ_０−Ｔ_１＝Ａ_２・Ｐ_０＋Ｃ_１・Ｈ_０ ……（式５）

Ｈ_０−Ｈ_１＝Ｂ_２・Ｐ_０＋Ｃ_２・Ｔ_０ ……（式６）

上記の式４、式５及び式６の三元連立方程式を解くことにより、それぞれ次の式７、式８及び式９で表されるＰ_０、Ｔ_０及びＨ_０を得る。

補償処理部として機能する制御部４０は、上述した原理に基づき、圧力測定値Ｐ_１、温度測定値Ｔ_１及び湿度測定値Ｈ_１について相互に補償する補償処理を実行することにより、実圧力値Ｐ_０、実温度値Ｔ_０及び実湿度値Ｈ_０を得ることができる。こうして、本実施形態によるセンサ装置１００は、環境条件が変動した場合であっても、複数種類のセンサである圧力センサ、温度センサ及び湿度センサの各センサについてより正確な測定結果を得ることができる。

なお、各センサについて、センサ材料を適宜選定したり、センサセルの配置位置を工夫したりすること等により、一部の環境条件に対する依存性を無視しうる場合がある。例えば、圧力センサについては、センサ材料を適宜選定すること等により、湿度依存性を無視することができる。また、温度センサについても、材料を適宜選定すること等により、湿度依存性を無視することができる。また、温度センサについて、センサセルの配置位置を工夫することにより、圧力依存性を無視することができる。また、湿度センサについても、センサセルの配置位置を工夫することにより、圧力依存性を無視することができる。これらの条件を満足する場合、上記の式４、式５及び式６において、Ｂ_１＝０、Ａ_２＝０、Ｃ_１＝０、Ｂ_２＝０とすることができ、よって、以下のＰ_０、Ｔ_０及びＨ_０を得る。

Ｐ_０＝Ｐ_１＋Ａ_１・Ｔ_１ ……（式７′）
Ｔ_０＝Ｔ_１ ……（式８′）
Ｈ_０＝Ｈ_１＋Ｃ_２・Ｔ_１ ……（式９′）

なお、上記センサアレイ１０においては、異なる複数種類のセンサである圧力センサ、温度センサ及び湿度センサを含むセンサセル１２が配置されている。このため、あるセンサを含むセンサセル１２では、他のセンサが測定対象とする測定量を直接測定することはできない。例えば、圧力センサを含むセンサセル１２Ｐでは、温度及び湿度を直接測定することはできない。

本実施形態によるセンサ装置１００では、制御部４０が、さらに、センサセル１２に含まれるセンサが測定できない他のセンサが測定対象とする測定量を補間する補間処理部としても機能する。以下、温度センサにより測定される温度を補間する場合を例に、補間処理部としての制御部４０の補間処理について図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、Ｒ１行〜Ｒ５行及びＣ１列〜Ｃ５列を有する５行５列のセンサアレイ１０におけるセンサセル１２の配置の例を示している。以下、行番号及び列番号を用いて、センサセル１２の位置を（Ｒｍ、Ｃｎ）の表記で示すことにする。なお、ｍ、ｎは、それぞれ１以上５以下の整数である。

図６（ａ）に示すように、センサアレイ１０における四隅の（Ｒ１、Ｃ１）、（Ｒ１、Ｃ５）、（Ｒ５、Ｃ１）、及び（Ｒ５、Ｃ５）の位置には、温度センサを含むセンサセル１２Ｔが配置されている。一方、これら以外の位置には、圧力センサを含むセンサセル１２Ｐが配置されている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すセンサアレイ１０の各センサセルにおける温度測定値の例を示している。図６（ｂ）に示すように、（Ｒ１、Ｃ１）、（Ｒ１、Ｃ５）、（Ｒ５、Ｃ１）、及び（Ｒ５、Ｃ５）の位置では、温度センサを含むセンサセル１２Ｔにより、それぞれ２５℃、３０℃、４０℃、及び４５℃の温度測定値が得られている。一方、これら以外の位置では、圧力センサを含むセンサセル１２Ｐが配置されているため、温度測定値が得られていない。

補間処理部としての制御部４０は、ある測定量について測定値が得られたセンサセル１２の測定値に基づき、その測定量について測定値が得られないセンサセル１２のその測定量の値を補間する。測定量の値を補間する方法は特に限定されるものではないが、例えば、制御部４０は、有限要素法におけるアイソパラメトリック要素の形状関数を用いて測定量の値を補間する。

図６（ｂ）に示す場合、補間処理部としての制御部４０は、（Ｒ１、Ｃ１）、（Ｒ１、Ｃ５）、（Ｒ５、Ｃ１）、及び（Ｒ５、Ｃ５）の４節点の位置の温度測定値に基づき、アイソパラメトリック要素の形状関数を用いて、それ以外の位置の温度の値を補間する。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示す温度測定値に基づき、４節点の位置以外の位置の温度の値を補間した結果を示している。なお、補間に用いる測定量の数、センサアレイ１０における節点の位置は、特に限定されるものではなく、補間すべき測定量等に応じて適宜設定することができる。

こうして、補間処理部としての制御部４０は、各センサセル１２について、当該センサセル１２以外のセンサセル１２が測定対象とする測定量の値を補間する。さらに、補償処理部としての制御部４０は、上記のようにして補間された各測定量の値を用いて、上述したようにして、異なる複数種類のセンサＳによる測定結果を相互に補償する補償処理を実行することができる。

このように、本実施形態によれば、環境条件が変動した場合であっても、複数種類のセンサの各センサについてより正確な測定結果を得ることができる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、センサセル１２に含まれるセンサＳが圧力センサ、温度センサ及び湿度センサである場合を例に説明したが、センサＳの種類はこれらに限定されるものではない。センサＳは、これらのほか、変位量を測定対象とする変位量センサ、加速度を測定対象とする加速度センサ、対象物の接触や近接を感知するセンサ等であってもよい。

また、上記実施形態では、測定対象とする測定量が異なる複数種類のセンサの場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。測定対象とする測定量が同じであっても、測定範囲、感度、又は分解能といった測定性能が異なる複数のセンサは、異なる複数種類のセンサに含まれる。また、測定対象とする測定量が異なるセンサと、測定性能が異なるセンサとが混在していてもよい。

また、上記実施形態では、図２に示すセンサセル１２の配置を例に説明したが、センサセル１２の配置は、これに限定されるものではない。以下、センサアレイの他の例について図７を用いて説明する。図７（ａ）は、センサアレイの他の例を示す概略図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すセンサアレイにおける構成単位を示す概略図である。

図７（ａ）に示すように、センサアレイ１１０は、複数の構成単位１１０Ｕに分割されている。構成単位１１０Ｕは、複数のセンサセルから構成されており、図７（ｂ）に示すように、例えば、温度センサを含むセンサセル１１２Ｔと、機械的情報を測定対象とするセンサを含むセンサセル１１２Ｍとをそれぞれ複数含んでいる。なお、センサセル１１２Ｍに含まれる機械的情報センサとしては、圧力センサ、変位量センサ、加速度センサ、対象物の接触や近接を感知するセンサ等が例示される。

一般に、物体の温度の空間分布と、形状や硬さ等の機械的情報の空間分布とを比較した場合、機械的情報の空間分布の方が、解像度を向上することにより有用な情報が与えられることが多い。一例としては、人の手における温度刺激の空間分解能は、機械的刺激の空間分解能に比較して、大きく低下することが知られている（下条誠、外３名編、「触覚認識メカニズムと応用技術−触覚センサ・触覚ディスプレイ−」、増補版、Ｓ＆Ｔ出版、２０１４年３月、ｐ．１０及びｐ．９４）。一方で、面要素の補間は、隅の節点に囲まれた領域内で行われることが望ましい。

上記により、構成単位１１０Ｕは、好ましくは、複数行、複数列のアレイにおいて、四隅に配置された温度センサを含む４つのセンサセル１１２Ｔと、それ以外の位置に配置された複数の機械的情報センサを含むセンサセル１１２Ｍとを有することができる。

なお、センサアレイ１１０の複数の構成単位１１０Ｕは、異なる複数種類のセンサを含む複数のセンサセルの配置が同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。また、センサアレイ１１０の複数の構成単位１１０Ｕは、同じセンサセルを含むものであってもよいし、異なるセンサセルを含むものであってもよい。また、構成単位１１０Ｕの領域の形状は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すような四角形状のみならず、種々の形状とすることができる。また、センサセルの寸法は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。寸法が異なる場合であっても、予めセンサセルの座標位置に関する情報を予め取得しておくことにより、上記実施形態と同様に、補償処理及び補間処理を実行することができる。

また、上記実施形態では、薄膜トランジスタ等の選択トランジスタＭをアクティブ素子とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。選択トランジスタＭに代えて、例えばＭＩＭ（Metal Insulator Metal）ダイオード等の他のアクティブ素子を用いることができる。各センサセルが、メモリ性を有する素子を備えていてもよい。検出回路３０は、例えば電流などの電圧以外の方法で、出力信号線Ｙ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、…、Ｙ_ｎの出力を得てもよい。

また、上記実施形態では、センサアレイ１０において複数のセンサセル１２が矩形格子状に配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。複数のセンサセル１２は、規則的又は不規則的に２次元に配置することができる。

１０…センサアレイ
１２、１２Ｈ、１２Ｐ、１２Ｔ…センサセル
２０…垂直走査回路
３０…検出回路
４０…制御部
１００…センサ装置
１１０…センサアレイ
１１０Ｕ…構成単位
１１２Ｍ、１１２Ｔ…センサセル
Ｍ…選択トランジスタ
Ｓ…センサ

Claims

センサとアクティブ素子とをそれぞれが含み、２次元状に配された複数のセンサセルであって、複数の前記センサは異なる複数種類のセンサを含む、複数のセンサセルと、
前記複数種類のセンサにおける一の種類のセンサの測定結果を、前記複数種類のセンサにおける他の種類のセンサの測定結果を用いて補償する補償処理部と
を有し、
前記複数種類のセンサが、圧力センサ、温度センサ、及び湿度センサを含み、
前記補償処理部が、前記圧力センサの測定結果を前記温度センサの測定結果を用いて補償し、前記湿度センサの測定結果を前記温度センサの測定結果を用いて補償することを特徴とするセンサ装置。
前記複数種類のセンサが、測定性能が異なるセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記補償処理部が、前記圧力センサの測定結果を、前記温度センサの測定結果及び前記湿度センサの測定結果を用いて補償し、前記温度センサの測定結果を、前記圧力センサの測定結果及び前記湿度センサの測定結果を用いて補償し、前記湿度センサの測定結果を、前記圧力センサの測定結果及び前記温度センサの測定結果を用いて補償することを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
前記圧力センサが、抵抗変化型の圧力センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記複数種類のセンサの測定結果を補間する補間処理部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサ装置。