JPH06201502A - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor

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JPH06201502A
JPH06201502A JP4349566A JP34956692A JPH06201502A JP H06201502 A JPH06201502 A JP H06201502A JP 4349566 A JP4349566 A JP 4349566A JP 34956692 A JP34956692 A JP 34956692A JP H06201502 A JPH06201502 A JP H06201502A
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Japan
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pressure
pressure sensor
electrode
capacitance
fixed electrodes
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JP4349566A
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Takuya Imahashi
拓也 今橋
Hideo Adachi
日出夫 安達
Yoshinori Ota
好紀 太田
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to measure the direction of pressure as well as the magnitude thereof by constructing one of counter electrodes out of a plurality of split electrodes insulated electrically from each other. CONSTITUTION:A capacitor is constructed of a flexible electrode 1 being a flexible conductor having such hardness as to be deflected by pressure and of fixed electrodes 2 and 3. When a voltage is impressed between an output terminal 6 and output terminals 4 and 5, capacitance C corresponding to a distance (d) between the flexible electrode 1 and the fixed electrodes 2 and 3 is generated between them. In other words, the capacitance C changes as the distance (d) changes, and by detecting this change of the capacitance, the distance (d) can be measured. The amount of change of the flexible electrode 1, i.e., the deflection thereof, by the pressure depends on the Young's modulus of the material of the flexible electrode 1 according to the Hooke's law. By measuring the Young's modulus of the material, therefore, the pressure is measured from the change in the capacitance measured from the output terminals 4, 5 and 6. By the split fixed electrodes 2 and 3, besides, the direction of application of the pressure is also detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内視鏡等に用い
られるセンサに係り、特に対象物に接することにより該
対象物から受ける力の大きさと方向を検出するための圧
覚センサ(以下、圧力センサと称す)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor used in, for example, an endoscope, and more particularly to a pressure sensor (hereinafter referred to as a pressure sensor for detecting the magnitude and direction of a force received from an object by contacting the object. (Referred to as a pressure sensor).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、内視鏡は体内を観察するための器
具としての機能よりも、観察を行いながら観察対象を操
作するといった機能を重視するようになってきている。
これは、胆嚢摘出手術に硬性鏡が使用されたりする情勢
より容易に推測でき、内視鏡を用いた手術や診断は今後
ますます拡大するものと予想される。このように、対象
物を複雑に操作可能な内視鏡は一般には多機能内視鏡と
呼ばれ、多機能内視鏡の機能の1つには内視鏡挿入時の
患者への苦痛を和らげるための機能がある。
2. Description of the Related Art In recent years, endoscopes have come to emphasize the function of manipulating an observation object while observing, rather than the function as an instrument for observing the inside of the body.
This can be more easily deduced from the situation where a rigid endoscope is used for cholecystectomy surgery, and it is expected that surgery and diagnosis using an endoscope will continue to expand in the future. As described above, an endoscope capable of manipulating an object in a complicated manner is generally called a multi-functional endoscope, and one of the functions of the multi-functional endoscope is the pain to the patient when the endoscope is inserted. There is a function to soften.

【0003】この機能を発揮する構造として、内視鏡壁
面に圧力センサを配置することが考えられる。一般には
数多くの種類があるが、多機能内視鏡壁面に配置する圧
力センサとしては多機能内視鏡壁面の面積、多機能内視
鏡の体積の制限から使用可能な圧力センサは限られてく
る。
As a structure that exhibits this function, it is possible to arrange a pressure sensor on the wall surface of the endoscope. Generally, there are many types, but the pressure sensors that can be used on the wall surface of the multifunctional endoscope are limited due to the area of the wall surface of the multifunctional endoscope and the volume of the multifunctional endoscope. come.

【0004】一方、内視鏡のように光を使用する装置に
おいては、当該光を利用することにより省線化が可能で
あると考えられている。そして、この光を使用する圧力
センサとしては、例えば図22に示すような構成の特開
昭60−120229号公報により開示された技術があ
る。さらに、内視鏡に実際に挿着した圧力センサの従来
技術としては、感圧導電ゴムを用いた図23に示すよう
な構成の特開平2−77226号公報により開示された
技術がある。
On the other hand, in an apparatus that uses light, such as an endoscope, it is considered possible to reduce the number of wires by utilizing the light. As a pressure sensor using this light, for example, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-120229, which is configured as shown in FIG. Further, as a conventional technique of a pressure sensor actually inserted in an endoscope, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-77226, which uses a pressure-sensitive conductive rubber and has a configuration as shown in FIG.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図22
に示すように、光を利用する圧力センサは、光導波路7
2と感圧体となるシート73の光導波路72と接する部
分に設けた突起73aの接触面積の変化を光導波路72
からの散乱光として捉え、これにより圧力をセンシング
するため、光導波路72と感圧シート73の各突起73
aの接触状態の均一化やフォトトランジスタアレイ74
などの受光素子が必要なため小型化が非常に難しくな
る。
However, as shown in FIG.
As shown in FIG.
2 and the change of the contact area of the protrusion 73a provided on the portion of the sheet 73 which is the pressure sensitive body in contact with the optical waveguide 72
The light is detected as scattered light from the optical waveguide 72 and the pressure is sensed by the scattered light.
The contact state of a is made uniform and the phototransistor array 74
It is very difficult to miniaturize because a light receiving element such as is required.

【0006】また、図23に示すように、感圧導電ゴム
75を用いた圧力センサ76を内視鏡77に実装した技
術では、導電ゴムが粘弾性体のためヒステリシスが大き
く繰り返し、再現性に乏しいといわれている。本発明は
上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、圧力の大きさだけでなく方向も測定可能とた圧力
センサを提供することにある。
Further, as shown in FIG. 23, in the technique in which the pressure sensor 76 using the pressure-sensitive conductive rubber 75 is mounted on the endoscope 77, since the conductive rubber is a viscoelastic body, a large hysteresis is repeated and reproducibility is improved. It is said to be scarce. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a pressure sensor capable of measuring not only the magnitude of pressure but also the direction.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧力センサでは、対向電極を有する静電容
量型の圧力センサにおいて、前記対向電極の一方が互い
に電気的に絶縁された複数の分割電極で構成されたこと
を特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the pressure sensor of the present invention, in a capacitance type pressure sensor having a counter electrode, one of the counter electrodes is electrically insulated from each other. It is characterized by comprising a plurality of divided electrodes.

【0008】[0008]

【作用】即ち、本発明の圧力センサは、対向電極を有す
る静電容量型の圧力センサであって、前記対向電極の一
方が互いに電気的に絶縁された複数の分割電極で構成さ
れている。
That is, the pressure sensor of the present invention is a capacitance type pressure sensor having a counter electrode, and one of the counter electrodes is composed of a plurality of divided electrodes electrically insulated from each other.

【0009】[0009]

【実施例】先ず、本発明の実施例の説明に先立ち、本発
明の基本原理について説明する。図2(a)乃至(c)
は、本発明の圧力センサの基本原理を示す図である。
First, prior to the description of the embodiments of the present invention, the basic principle of the present invention will be described. 2 (a) to 2 (c)
FIG. 4 is a diagram showing the basic principle of the pressure sensor of the present invention.

【0010】同図(a)乃至(c)に示すように、圧力
センサの圧力受圧部の構成は、圧力に対して撓む程度の
硬さを持つ柔軟性のある導電体の柔軟電極1と、少なく
とも2個以上に等しい面積に分割された固定電極2,3
とからなり、当該固定電極2,3と柔軟電極1とを順次
積層した構成となっている。
As shown in FIGS. 1 (a) to (c), the structure of the pressure receiving portion of the pressure sensor includes a flexible electrode 1 made of a flexible conductor having a hardness enough to bend with respect to pressure. , Fixed electrodes 2, 3 divided into at least two or more areas
The fixed electrodes 2 and 3 and the flexible electrode 1 are sequentially laminated.

【0011】図2(a)において、柔軟電極1は導電材
料からなる柔軟な材料であり、上記固定電極2,3に
は、それぞれ独立した出力端子4,5が設けられてお
り、柔軟電極1にも同様に出力端子6が設けられてい
る。そして、上記柔軟電極1と固定電極2,3とでコン
デンサを構成しており、柔軟電極1の出力端子6と固定
電極2,3の出力端子4,5とに電圧を印加すると、該
柔軟電極1と固定電極2,3との間には、その距離に応
じた静電容量Cを発生し、静電容量Cは次式(1)のよ
うに与えられる。 C=εS/d …(1) ここで、εは電極間の物質の比誘電率、Sはコンデンサ
の面積、dは電極間の距離である。
In FIG. 2A, the flexible electrode 1 is a flexible material made of a conductive material, and the fixed electrodes 2 and 3 are provided with independent output terminals 4 and 5, respectively. Similarly, an output terminal 6 is provided. The flexible electrode 1 and the fixed electrodes 2 and 3 constitute a capacitor, and when a voltage is applied to the output terminal 6 of the flexible electrode 1 and the output terminals 4 and 5 of the fixed electrodes 2 and 3, the flexible electrode 1 An electrostatic capacitance C corresponding to the distance is generated between 1 and the fixed electrodes 2 and 3, and the electrostatic capacitance C is given by the following equation (1). C = εS / d (1) where ε is the relative permittivity of the substance between the electrodes, S is the area of the capacitor, and d is the distance between the electrodes.

【0012】即ち、距離dが変化すると静電容量Cが変
化し、この静電容量変化を検出することにより柔軟電極
1と固定電極2,3間の距離が測定できる。そして、圧
力に対する柔軟電極1の変化量、即ち歪みはフックの法
則により柔軟電極1の材料のヤング率(弾性係数)に主
に依存する。よって、柔軟電極1に使用する材料のヤン
グ率を予め正確に測定しておけば、出力端子4,5,6
から測定される静電容量変化で柔軟電極1に加わる圧力
の測定が可能となる。また、固定電極2,3を分割する
ことにより、圧力が加わった方向の検出も可能となる。
That is, when the distance d changes, the electrostatic capacitance C changes, and the distance between the flexible electrode 1 and the fixed electrodes 2 and 3 can be measured by detecting this electrostatic capacitance change. The change amount of the flexible electrode 1 with respect to the pressure, that is, the strain mainly depends on the Young's modulus (elastic coefficient) of the material of the flexible electrode 1 according to Hooke's law. Therefore, if the Young's modulus of the material used for the flexible electrode 1 is accurately measured in advance, the output terminals 4, 5, 6
The pressure applied to the flexible electrode 1 can be measured by the change in capacitance measured from Also, by dividing the fixed electrodes 2 and 3, it is possible to detect the direction in which pressure is applied.

【0013】例えば、図2(b)のように、柔軟電極1
に対して圧力が垂直に加えられたとき、固定電極2,3
の静電容量C1,C2は柔軟電極1と固定電極2,3の
間の平均距離d1が同じ為、上記(1)式より等しくな
る。
For example, as shown in FIG. 2B, the flexible electrode 1
When pressure is applied vertically to the fixed electrodes 2, 3
Since the average distances d1 between the flexible electrode 1 and the fixed electrodes 2 and 3 are the same, the electrostatic capacitances C1 and C2 of Eq.

【0014】一方、図2(c)のように、圧力が柔軟電
極1に対してある傾きを持って加えられたとき、固定電
極2と柔軟電極1の距離d2、固定電極と柔軟電極1の
距離d3の両者が異なり、出力端子4,5から出力され
る静電容量C2,C3は異なる。そして、静電容量Cは
距離dが小さくなると大きくなり、距離dが大きくなる
と静電容量Cは小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 2 (c), when pressure is applied to the flexible electrode 1 with a certain inclination, the distance d2 between the fixed electrode 2 and the flexible electrode 1, the fixed electrode and the flexible electrode 1 Both of the distances d3 are different, and the electrostatic capacitances C2 and C3 output from the output terminals 4 and 5 are different. The capacitance C increases as the distance d decreases, and the capacitance C decreases as the distance d increases.

【0015】よって、図2(c)のように、圧力が加え
られた時には静電容量C3の方がC2より大きくなり、
このように静電容量を比較することにより、固定電極5
の方向から圧力が加えられたことが判断できる。また、
圧力の大きさは静電容量C2とC3の和より求めること
ができる。即ち、固定電極を分割することにより、分割
された固定電極間の静電容量の大きさを比較することで
圧力の加えられた方向が検知でき、固定電極全体の静電
容量を測定することで圧力の大きさが測定できる。次
に、図3は、このような原理により検出される静電容量
を基にして圧力の方向と大きさを検出する回路の構成を
示す図である。
Therefore, as shown in FIG. 2C, the capacitance C3 becomes larger than C2 when pressure is applied,
By comparing the capacitances in this way, the fixed electrode 5
It can be judged that the pressure is applied from the direction. Also,
The magnitude of the pressure can be obtained from the sum of the electrostatic capacitances C2 and C3. That is, by dividing the fixed electrode, the direction in which the pressure is applied can be detected by comparing the magnitudes of the capacitances between the divided fixed electrodes, and the capacitance of the entire fixed electrode can be measured. The magnitude of pressure can be measured. Next, FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a circuit for detecting the direction and magnitude of pressure based on the capacitance detected by such a principle.

【0016】同図において、出力端子4,5より出力さ
れる静電容量Cは静電容量検出回路7a,7bにより電
圧として検出され、さらに、コンデンサの特徴である高
インピーダンスを変換するインピーダンス変換回路8
a,8bに接続される。そして、ここでの出力を基に固
定電極2,3で構成されるコンデンサの静電容量の差と
和を判断回路9を用いて求め、圧力の方向及び大きさを
求める。ここで、図3に示した固定電極2,3から出力
される静電容量を検出する静電容量検出回路7a,7b
の基本構成は図4に示す通りである。
In the figure, the electrostatic capacitance C output from the output terminals 4 and 5 is detected as a voltage by the electrostatic capacitance detection circuits 7a and 7b, and further, an impedance conversion circuit for converting the high impedance characteristic of the capacitor. 8
a, 8b. Then, based on the output here, the difference and sum of the electrostatic capacities of the capacitors composed of the fixed electrodes 2 and 3 are obtained using the determination circuit 9, and the direction and magnitude of the pressure are obtained. Here, electrostatic capacitance detection circuits 7a and 7b for detecting the electrostatic capacitance output from the fixed electrodes 2 and 3 shown in FIG.
The basic configuration of is as shown in FIG.

【0017】同図に示すように、基本構成として交流電
源11と、上記固定電極2と柔軟電極1若しくは上記固
定電極3と柔軟電極1で構成されるセンシングキャパシ
タCS 12と、当該センシングキャパシタCS 12の静
電容量を電圧に変換するためのロードキャパシタCL
3とで構成されている。このような構成の回路におい
て、上記センシングキャパシタCS 12は出力端子14
より電圧VL として出力される。尚、ロードキャパシタ
L 13を用いる代りに、図4に示すようにロードレジ
スタンスRL 15を用いることも可能である。
As shown in the figure, as a basic configuration, an AC power supply 11, a sensing capacitor C S 12 composed of the fixed electrode 2 and the flexible electrode 1 or the fixed electrode 3 and the flexible electrode 1, and the sensing capacitor C Load capacitor C L 1 for converting the electrostatic capacity of S 12 into a voltage
3 and 3. In the circuit having such a configuration, the sensing capacitor C S 12 has the output terminal 14
Is output as a voltage V L. Incidentally, instead of using the load capacitor C L 13, it is also possible to use a load resistance R L 15 as shown in FIG.

【0018】この静電容量検出回路7a,7bからの出
力電圧VL は、インピーダンスが高く非常に扱いにくい
為、インピーダンス変換を行う必要がある。そこで、図
6に示す基本構成のインピーダンス変換回路を用いてイ
ンピーダンス変換を行う。
The output voltage V L from the electrostatic capacitance detection circuits 7a and 7b has a high impedance and is very difficult to handle, so it is necessary to perform impedance conversion. Therefore, impedance conversion is performed using the impedance conversion circuit having the basic configuration shown in FIG.

【0019】図6において、12はセンシングキャパシ
タCS 、13はロードキャパシタCL 、16はMOSト
ランジスタ、17は接地用の抵抗、18は出力電圧
L ′の出力端子を示し、トランジスタ16のゲート電
極は図4、図5における出力端子14に相当する。更
に、この図6におけるロードキャパシタCL 13を図5
に示したようにロードレジスタンスRL 15とすること
も可能である。
In FIG. 6, 12 is a sensing capacitor C S , 13 is a load capacitor C L , 16 is a MOS transistor, 17 is a grounding resistor, 18 is an output terminal of the output voltage V L ′, and the gate of the transistor 16 is shown. The electrode corresponds to the output terminal 14 in FIGS. Further, the load capacitor C L 13 in FIG. 6 is shown in FIG.
It is also possible to set the load resistance R L 15 as shown in FIG.

【0020】そして、この回路より出力された電圧
L ′は、他の固定電極と柔軟電極で構成されるコンデ
ンサからの出力電圧VL ′と出力電圧の比較及び加算を
行う為、図7(a),(b)に示すような差動オペアン
プ19と加算オペアンプ70a乃至70eとに入力さ
れ、該オペアンプ19,70a乃至70eの出力を基に
して圧力の方向と大きさを求める。以下、図面を参照し
て、このような基本原理に基づく本発明の実施例に係る
圧力センサについて説明する。図1は本発明の第1の実
施例に係る圧力センサを層状に分解したときの外観図で
あり、図8は図1の各部を積層したときの断面図であ
る。
The voltage V L ′ output from this circuit is compared and added with the output voltage V L ′ from the capacitor composed of another fixed electrode and the flexible electrode, and therefore, FIG. Inputted to the differential operational amplifier 19 and the addition operational amplifiers 70a to 70e as shown in a) and (b), the direction and magnitude of the pressure are obtained based on the outputs of the operational amplifiers 19, 70a to 70e. Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention based on such a basic principle will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention when the pressure sensor is disassembled into layers, and FIG. 8 is a cross-sectional view when the respective parts of FIG. 1 are stacked.

【0021】同図に示すように、第1の実施例に係る圧
力センサは、基本的にドーム状電極20と絶縁膜21
と、分割されギャップ23により絶縁されて電気的に独
立した固定電極24乃至27と、該固定電極24乃至2
7の配置された基板28と、基板29、固定電極24乃
至27で構成されるコンデンサの静電容量変化を検出す
るための基準静電容量用電極として基板29に設けた下
部固定電極30乃至33と、基板28との間に積層され
る誘電体34とで構成されている。
As shown in the figure, the pressure sensor according to the first embodiment basically has a dome-shaped electrode 20 and an insulating film 21.
And fixed electrodes 24 to 27 that are divided and insulated by the gap 23 and electrically independent, and the fixed electrodes 24 to 2
The lower fixed electrodes 30 to 33 provided on the substrate 29 as the reference capacitance electrodes for detecting the capacitance change of the capacitor constituted by the substrate 28 on which 7 is arranged, the substrate 29, and the fixed electrodes 24 to 27. And a dielectric 34 laminated between the substrate and the substrate.

【0022】このような構成において、上記ドーム状電
極20は、例えばウレタンゴム等の材料にカーボンブラ
ック、金属粉末、金属繊維等を混入したヒステリシスが
少なく導電性のある柔軟体で、上記固定電極24乃至2
7の配置された基板28の上部に電気的な絶縁膜21を
介して絶縁膜21と平行な部位20aの部分を接着して
ある。また、上記絶縁膜21を固定電極24乃至27の
上部21aにも設けることにより、過大な圧力が加えら
れドーム状電極20が大きく変形しても固定電極24乃
至27との電気的なショートを防ぐことができ、更に絶
縁膜21とドーム状電極20が接触しているため過大な
圧力に対するストッパとしても働く。
In such a configuration, the dome-shaped electrode 20 is a flexible body having a small amount of hysteresis, which is made by mixing carbon black, metal powder, metal fibers, etc. into a material such as urethane rubber, and the fixed electrode 24. Through 2
A portion of a portion 20 a parallel to the insulating film 21 is adhered to the upper portion of the substrate 28 on which the insulating film 7 is arranged via an electrically insulating film 21. Further, by providing the insulating film 21 also on the upper portions 21a of the fixed electrodes 24 to 27, an electrical short circuit with the fixed electrodes 24 to 27 can be prevented even if the dome-shaped electrode 20 is largely deformed due to excessive pressure. Moreover, since the insulating film 21 and the dome-shaped electrode 20 are in contact with each other, the insulating film 21 also functions as a stopper against an excessive pressure.

【0023】さらに、上記基板28の下部には固定電極
24乃至27と基準用コンデンサを構成するための構造
が存在し、固定電極24乃至27と対向する位置に下部
固定電極30乃至33を配置する。そして、上記コンデ
ンサはドーム状電極20と固定電極24乃至27で構成
される。コンデンサの静電容量変化を検出するための基
準用のコンデンサとして用いるため、静電容量変化が無
いようにする必要がある。そこで、前記理由により、上
記固定電極24乃至27と下部固定電極30乃至33の
間34には電極間の距離変化による静電容量変化を抑え
る構造で温度による電極間の静電容量変化も最小となる
ような物質を充填してある。
Further, there is a structure for forming the reference capacitors with the fixed electrodes 24 to 27 below the substrate 28, and the lower fixed electrodes 30 to 33 are arranged at positions facing the fixed electrodes 24 to 27. . The capacitor is composed of the dome-shaped electrode 20 and the fixed electrodes 24 to 27. Since it is used as a reference capacitor for detecting the change in capacitance of the capacitor, it is necessary to prevent the change in capacitance. Therefore, for the reason described above, the structure between the fixed electrodes 24 to 27 and the lower fixed electrodes 30 to 33 is configured to suppress the capacitance change due to the distance change between the electrodes, and the capacitance change between the electrodes due to temperature is minimized. It is filled with such substances.

【0024】尚、上記物質は液体であれば、紙などに吸
収させて充填することが考えられ、固体や気体であれば
そのまま充填してもよい。さらに、紙や固体を充填する
ことにより距離変化がなくなり、気体の時には高圧にし
て充填することにより距離変化を抑えることが可能とな
る。
If the above substance is a liquid, it is considered that the substance is absorbed and filled in paper or the like, and if it is a solid or gas, it may be filled as it is. Further, the distance change is eliminated by filling the paper or the solid, and it is possible to suppress the distance change by filling with high pressure in the case of gas.

【0025】そして、上記ドーム状電極20と下部固定
電極30乃至33のそれぞれの端子35,40,41,
42,43には外部の交流電源より交流電圧が印加さ
れ、ドーム状電極20と上記固定電極24乃至27で構
成されるコンデンサの静電容量変化は、上記固定電極2
4乃至27の各々に接続された出力端子36乃至39よ
り検出が可能となる。次に、図9は、先に図2に示した
上記固定電極24乃至27からの出力端子と先に図3に
示した判断回路9の一例の構成を示す図である。
The terminals 35, 40, 41 of the dome-shaped electrode 20 and the lower fixed electrodes 30 to 33,
An AC voltage is applied to 42 and 43 from an external AC power source, and the capacitance change of the capacitor formed by the dome-shaped electrode 20 and the fixed electrodes 24 to 27 is the same as that of the fixed electrode 2.
Detection is possible from the output terminals 36 to 39 connected to each of 4 to 27. Next, FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an example of the output terminals from the fixed electrodes 24 to 27 shown in FIG. 2 and the judgment circuit 9 shown in FIG.

【0026】同図において、固定電極24乃至27から
の出力された静電容量は静電容量検出回路、インピーダ
ンス変換回路で構成される回路45a乃至45dで電圧
に変換される。この回路45a乃至45dからの各固定
電極からの出力は、同期して駆動するスイッチ46乃至
49に接続される。さらに、上記スイッチ46乃至49
により回路45a乃至45dからの出力を差動回路54
と加算回路55に振り分けることが可能となる。また、
スイッチ47,49で端子1に接続した場合、この端子
はスイッチ50,51に接続される。このスイッチ5
0,51は同期して駆動し、当該スイッチ50,51を
駆動することにより差動回路54において比較すべき固
定電極からの出力電圧を振り分ける。よって、差動出力
端子52からは差動出力が出力され、加算出力端子53
からは加算出力が出力される。これにより、固定電極に
発生する静電容量の差と和を検出することが可能とな
り、圧力センサに加えられた圧力の方向と大きさの測定
が可能となる。
In the figure, the electrostatic capacitances output from the fixed electrodes 24 to 27 are converted into voltages by the circuits 45a to 45d composed of electrostatic capacitance detection circuits and impedance conversion circuits. The outputs from the fixed electrodes from the circuits 45a to 45d are connected to synchronously driven switches 46 to 49. Further, the switches 46 to 49
To output the outputs from the circuits 45a to 45d to the differential circuit 54
And the addition circuit 55. Also,
When the switch 47 and 49 are connected to the terminal 1, this terminal is connected to the switches 50 and 51. This switch 5
0 and 51 are driven in synchronization, and by driving the switches 50 and 51, the output voltage from the fixed electrodes to be compared in the differential circuit 54 is distributed. Therefore, a differential output is output from the differential output terminal 52, and the addition output terminal 53
Outputs an addition output. This makes it possible to detect the difference and sum of the electrostatic capacitances generated in the fixed electrodes, and to measure the direction and magnitude of the pressure applied to the pressure sensor.

【0027】ここで、上記固定電極24乃至27からの
出力電圧を、それぞれV1 ,V2 ,V3 ,V4 とし、各
出力電圧から圧力の加わっている方向と大きさを求め
る。
Here, the output voltages from the fixed electrodes 24 to 27 are defined as V 1 , V 2 , V 3 and V 4 , respectively, and the direction and magnitude of the pressure applied are determined from the respective output voltages.

【0028】まず、スイッチ46乃至49の端子を全て
“1”にし、スイッチ50,51のスイッチを動かすこ
とによりV1 とV2 の和とV3 とV4 の和の差V1234
1とV4 の和とV2 とV3 の和の差V1423が計算さ
れ、各差の値より圧力の加えられた方向が求められる。
また、スイッチ46乃至49の端子を“2”にすること
によりV1 ,V2 ,V3 ,V4 が加算回路に接続され、
加算出力53より固定電極24乃至27の出力静電容量
の総和が出力される。
First, by setting all the terminals of the switches 46 to 49 to "1" and moving the switches of the switches 50 and 51, the difference between the sum of V 1 and V 2 and the sum of V 3 and V 4 V 1234 and V 1 And the difference V 1423 between the sum of V 4 and the sum of V 2 and V 3 is calculated, and the direction in which the pressure is applied is obtained from the value of each difference.
By setting the terminals of the switches 46 to 49 to “2”, V 1 , V 2 , V 3 and V 4 are connected to the adder circuit,
The sum of the output capacitances of the fixed electrodes 24 to 27 is output from the addition output 53.

【0029】図10は、静電容量分布の一例の模式図で
あり、同図の状態において圧力の方向と大きさを求める
と、差動出力から出力される電圧はV1234においては正
の電圧が出力され加えられた圧力の方向がX軸の負の方
向からであることが分かる。また、V1423においては正
と出力されるため、Y軸の正の方向から圧力が加えられ
ていることが分かる。さらに、両者の比をとることによ
り方向だけではなく角度も測定することが出来る。次
に、図11(a),(b)は、それぞれ圧力が垂直方向
から加えられたときのセンサの断面図と、そのときの電
荷の分布を模式的に示した上面図である。いま、本発明
の圧力センサに対象物が触れるなどして圧力が加わった
場合、内視鏡外壁56が受けた圧力はドーム状電極20
を変形させる。
FIG. 10 is a schematic diagram of an example of electrostatic capacitance distribution. When the direction and magnitude of pressure are obtained in the state of FIG. 10, the voltage output from the differential output is a positive voltage at V 1234 . It can be seen that is output and the direction of the applied pressure is from the negative direction of the X axis. Further, since a positive value is output at V 1423 , it can be seen that pressure is applied from the positive direction of the Y axis. Furthermore, by taking the ratio of both, not only the direction but also the angle can be measured. Next, FIGS. 11A and 11B are a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the vertical direction and a top view schematically showing the charge distribution at that time. When pressure is applied to the pressure sensor of the present invention by touching an object or the like, the pressure received by the endoscope outer wall 56 is the dome-shaped electrode 20.
Transform.

【0030】このとき、図11(a)に示すように、圧
力センサに対して垂直方向に圧力が加わるとドーム状電
極20は変形し、この時の固定電極24乃至27におけ
る静電容量分布は模式的に図11(b)に示すようにな
る。この時の固定電極24乃至27の静電容量変化は先
に図9に示した回路により検出する。この時、検出され
る静電容量は出力端子36乃至39において等しくな
り、圧力センサに加わった圧力がセンサに対して垂直方
向からの圧力であることが判定できる。また、出力端子
36乃至39から検出される静電容量の総和は加えられ
た圧力の大きさに比例して大きくなるため、静電容量の
総和が加えられた圧力に相当する。
At this time, as shown in FIG. 11A, when a pressure is applied to the pressure sensor in the vertical direction, the dome-shaped electrode 20 is deformed, and the electrostatic capacitance distribution in the fixed electrodes 24 to 27 at this time is It becomes as schematically shown in FIG. The capacitance change of the fixed electrodes 24 to 27 at this time is detected by the circuit shown in FIG. At this time, the detected capacitances become equal at the output terminals 36 to 39, and it can be determined that the pressure applied to the pressure sensor is the pressure in the direction perpendicular to the sensor. Moreover, since the total sum of the electrostatic capacitances detected from the output terminals 36 to 39 increases in proportion to the magnitude of the applied pressure, the total sum of the electrostatic capacitances corresponds to the applied pressure.

【0031】図12乃至14は、圧力センサに加わる圧
力が該圧力センサに対して斜め方向から加えられたとき
のドーム状電極20の変形状態と固定電極24乃至27
における静電容量分布を模式的に示す図である。即ち、
図12(a),(b)は、それぞれ圧力が右方向から加
えられたときのセンサの断面図及び固定電極の上面図と
そのときの電荷の分布を模式的に描いた上面図であり、
図13(a),(b)は圧力が左方向から加えられたと
きのセンサの断面図及び固定電極の上面図とそのときの
電荷の分布を模式的の描いた上面図であり、図14
(a),(b)は図12に示した圧力の方向よりさらに
右方向に傾いた圧力が加えられときのセンサの断面図及
び固定電極とそのときの電荷の分布を模式的に描いた上
面図である。このとき、上述のように各固定電極からの
出力端子36乃至39からの静電容量を検出し、その各
々を差動回路54で比較することにより圧力の加わって
いる方向が検出可能である。つまり、図12においては
出力端子38,39の静電容量が出力端子36,37の
静電容量よりも大きく、圧力がX軸方向負に向かった圧
力方向を持ち、その大きさは加算回路55で検出した静
電容量変化の総和、出力端子36乃至39の出力静電容
量の総和に相当する。
12 to 14 show the deformed state of the dome-shaped electrode 20 and the fixed electrodes 24 to 27 when the pressure applied to the pressure sensor is applied obliquely to the pressure sensor.
It is a figure which shows the electrostatic capacitance distribution in FIG. That is,
12A and 12B are a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the right direction, a top view of the fixed electrode, and a top view schematically illustrating the distribution of charges at that time,
FIGS. 13A and 13B are a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the left direction, a top view of the fixed electrode, and a top view schematically showing the charge distribution at that time.
(A) and (b) are cross-sectional views of the sensor when a pressure inclined further to the right from the pressure direction shown in FIG. 12 and a fixed electrode and an upper surface schematically showing the distribution of electric charges at that time are shown. It is a figure. At this time, the direction in which the pressure is applied can be detected by detecting the electrostatic capacitance from the output terminals 36 to 39 from each fixed electrode as described above and comparing each with the differential circuit 54. That is, in FIG. 12, the electrostatic capacitances of the output terminals 38 and 39 are larger than the electrostatic capacitances of the output terminals 36 and 37, and the pressure has a negative pressure direction in the X-axis direction. This corresponds to the total sum of the electrostatic capacitance changes detected in step S1 and the total output capacitance of the output terminals 36 to 39.

【0032】そして、図13においては、出力端子3
6,37の静電容量が出力端子38,39の静電容量よ
りも大きい為、圧力の方向がX軸方向に向かった方向と
なる。さらに、図14においては、出力端子38,39
の静電容量が出力端子36,37の静電容量よりも大き
く、且つ、図12のときの出力端子38,39からの出
力静電容量に比較しても図14の方が大きい。そして、
出力端子36,37に関してはこの逆である。即ち、圧
力の傾きが固定電極間の出力静電容量の差となり現れ
る。ここで、ドーム状電極20の受圧面20bをドーム
状、即ち半球状にすることにより、広い範囲の方向の力
を検出することが可能となると共に、接触面積をあらゆ
る方向において一定に保つことが可能となるため、接触
の仕方により測定される圧力のバラツキが小さくなる。
In FIG. 13, the output terminal 3
Since the electrostatic capacities of 6 and 37 are larger than the electrostatic capacities of the output terminals 38 and 39, the pressure direction is the direction toward the X-axis direction. Further, in FIG. 14, the output terminals 38, 39
14 is larger than the electrostatic capacitances of the output terminals 36 and 37, and is larger than that of the output terminals 38 and 39 in FIG. And
The reverse is true for the output terminals 36 and 37. That is, the pressure gradient appears as a difference in output capacitance between the fixed electrodes. Here, by making the pressure receiving surface 20b of the dome-shaped electrode 20 dome-shaped, that is, hemispherical, it is possible to detect a force in a wide range of directions and to keep the contact area constant in all directions. Since this is possible, the variation in pressure measured depending on the contact method is reduced.

【0033】以上のように、第1の実施例の圧力サンサ
は、圧力の大きさだけでなく方向の測定も可能であり、
特に、多機能内視鏡の壁面に取り付けることにより臓器
の凹凸により圧力測定に影響を受けることなく、圧力の
方向と大きさの測定が可能となり、操作者に圧力のデー
タを出力することにより、操作性が向上し、患者に苦痛
を与えることなく内視鏡の挿入が可能となる。
As described above, the pressure sensor of the first embodiment can measure not only the magnitude of pressure but also the direction.
In particular, by attaching it to the wall surface of a multifunctional endoscope, it is possible to measure the direction and magnitude of pressure without being affected by pressure measurement due to unevenness of organs, and by outputting pressure data to the operator, Operability is improved, and the endoscope can be inserted without causing pain to the patient.

【0034】次に、図15を参照して、第2の実施例に
係る圧力センサについて説明する。同図に示すように、
第2の実施例の圧力センサは、前述した第1実施例の圧
力センサにおいて内部を空洞とした構成となっている。
このため、周囲の温度が下がると空洞内の基体が収縮
し、ドーム状電極20が半径方向に縮まるため、圧力が
加わらなくても圧力センサは圧力を検出してしまう可能
性がある。そこで、図15に示すようにドーム状電極2
0の一部に空気穴57を設けて、外部の空気と同じ気圧
がドーム状電極20の空洞部分22にかかるようにして
いる。従って、本実施例の圧力センサによれば、温度変
化による圧力変化の影響を取り除くことが出来る。次
に、図16を参照して、前述した温度変化による圧力変
化の影響を取り除くための第3実施例に係る圧力センサ
について説明する。
Next, the pressure sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure,
The pressure sensor of the second embodiment has a hollow structure in the pressure sensor of the first embodiment described above.
For this reason, when the ambient temperature decreases, the base body in the cavity contracts and the dome-shaped electrode 20 contracts in the radial direction, so that the pressure sensor may detect the pressure even if the pressure is not applied. Therefore, as shown in FIG. 15, the dome-shaped electrode 2
An air hole 57 is provided in a part of 0 so that the same atmospheric pressure as the outside air is applied to the hollow portion 22 of the dome-shaped electrode 20. Therefore, according to the pressure sensor of the present embodiment, it is possible to remove the influence of the pressure change due to the temperature change. Next, with reference to FIG. 16, a pressure sensor according to a third embodiment for removing the influence of the pressure change due to the temperature change described above will be described.

【0035】同図に示すように、第3の実施例に係る圧
力センサは、その基本構成は第1実施例とほぼ同じであ
るが、ドーム状電極20の空洞部分22に液体58を封
入したことを特徴とする。封入液体58は熱電導率が低
く誘電率の高い材料を使用する。これにより、本実施例
の圧力センサでは、周囲の温度が変化してもドーム状電
極9と固定電極24乃至27間の距離変化は殆ど発生せ
ず、温度変化による圧力への影響は非常に小さくなる。
また、熱膨張係数の低い気体を封入しても同様の効果が
得られる。
As shown in the figure, the pressure sensor according to the third embodiment has substantially the same basic structure as that of the first embodiment, but the cavity 58 of the dome-shaped electrode 20 is filled with the liquid 58. It is characterized by The enclosed liquid 58 uses a material having a low thermal conductivity and a high dielectric constant. As a result, in the pressure sensor of this embodiment, even if the ambient temperature changes, the distance between the dome-shaped electrode 9 and the fixed electrodes 24 to 27 hardly changes, and the influence of the temperature change on the pressure is very small. Become.
Also, the same effect can be obtained by enclosing a gas having a low coefficient of thermal expansion.

【0036】また、固定電極24乃至27は4分割する
ことにより圧力の方向が高精度に検出できるが、圧力の
方向を余り高精度を必要としない場合は4分割する必要
はなく、他の分割数でも良く、1方向のみの分解能でよ
い場合には、2分割で方向の測定が可能である。
The fixed electrodes 24 to 27 can detect the direction of pressure with high accuracy by dividing into four, but if the direction of pressure does not require very high accuracy, it is not necessary to divide into four and other divisions. If the number is sufficient and the resolution in only one direction is sufficient, the direction can be measured in two divisions.

【0037】図17は、先に図3,4に示した静電容量
検出回路からの出力電圧をその電圧値に応じた発振周波
数に変換する回路の構成を示す図である。ここでは、一
般的なハートレー回路を採用するが、上記のような差動
を行う回路なら他の回路でもよい。このハートレー回路
はトランジスタ59、コイル60、アンテナ61とで構
成されており、トランジスタ59のベースに図3、図4
における出力端子14を入力する。この回路は2つのコ
ンデンサCS 12、CL 13の静電容量によりトランジ
スタ59とコイル60で構成される閉回路に共振が生じ
る。上記閉回路にアンテナ61を接続することにより、
電波が発振され、電波を用いた出力電圧の伝達が可能と
なり、内視鏡の配線数を非常に少なくすることが可能と
なる。
FIG. 17 is a diagram showing the structure of a circuit for converting the output voltage from the electrostatic capacitance detection circuit shown in FIGS. 3 and 4 into an oscillation frequency corresponding to the voltage value. Although a general Hartley circuit is adopted here, another circuit may be used as long as it is a circuit that performs the above-described differential. This Hartley circuit is composed of a transistor 59, a coil 60, and an antenna 61, and the base of the transistor 59 is shown in FIGS.
The output terminal 14 in is input. In this circuit, resonance occurs in the closed circuit composed of the transistor 59 and the coil 60 due to the electrostatic capacitance of the two capacitors C S 12 and C L 13. By connecting the antenna 61 to the closed circuit,
Radio waves are oscillated, the output voltage can be transmitted using the radio waves, and the number of wires of the endoscope can be significantly reduced.

【0038】また、図17に示す回路からの電波は、セ
ンシングキャパシタCS 12の変化を周波数変化として
伝達するため、各固定電極24乃至27からの出力は周
波数を比較することにより圧力の測定が可能となり、ま
た、周波数を伝達するため高いS/N比が得られる。次
に、図18乃至図21を参照して、本発明の圧力センサ
を実際に内視鏡62に実装した例について説明する。
Further, since the radio wave from the circuit shown in FIG. 17 transmits the change of the sensing capacitor C S 12 as the frequency change, the output from each fixed electrode 24 to 27 can measure the pressure by comparing the frequencies. It becomes possible, and a high S / N ratio can be obtained because the frequency is transmitted. Next, an example in which the pressure sensor of the present invention is actually mounted on the endoscope 62 will be described with reference to FIGS. 18 to 21.

【0039】図18に示すように、円周方向に本発明の
圧力センサを配置し、これを軸方向にある間隔で配置す
ることにより内視鏡62に加わる圧力が内視鏡62の軸
方向に沿ったデータとして検出可能となる。
As shown in FIG. 18, by arranging the pressure sensors of the present invention in the circumferential direction, and arranging the pressure sensors at a certain interval in the axial direction, the pressure applied to the endoscope 62 is changed in the axial direction of the endoscope 62. The data can be detected as

【0040】さらに、図19(a),(b)に示すよう
に、本発明の圧力センサを、内視鏡62の外径とほぼ同
じで内視鏡よりも硬い材料のリング63上に配置し、当
該リング63を図19(b)に示すように内視鏡62に
はめ込むことにより、内視鏡62が屈曲してもリング6
3部分では屈曲が起こらず、屈曲による圧力センサへの
影響を低減することが可能となる共に、図18に示した
実装例と同様の効果が得られる。
Further, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), the pressure sensor of the present invention is arranged on a ring 63 made of a material which has substantially the same outer diameter as the endoscope 62 and is harder than the endoscope. Then, by fitting the ring 63 into the endoscope 62 as shown in FIG. 19B, even if the endoscope 62 bends, the ring 6
Bending does not occur in the three parts, the influence of the bending on the pressure sensor can be reduced, and the same effect as the mounting example shown in FIG. 18 can be obtained.

【0041】この他、図20(a)に示すような内視鏡
の外壁より硬い材料の構造物64を用い、両端のリング
65,66の間に図20(b)に示すように本発明の圧
力センサを配置することもできる。そして、上記モジュ
ール67を図20(c)に示すように内視鏡62にはめ
込み、該内視鏡62が屈曲すると、この両端のリング6
5,66で屈曲による内視鏡外壁に発生する力を取り除
くことができ、リング65,66の間の本圧力センサは
内視鏡が屈曲しても正確に圧力を検出することが可能と
なる。
Besides, a structure 64 made of a material harder than the outer wall of the endoscope as shown in FIG. 20 (a) is used, and the present invention is provided between the rings 65, 66 at both ends as shown in FIG. 20 (b). It is also possible to arrange the pressure sensor. Then, the module 67 is fitted into the endoscope 62 as shown in FIG. 20C, and when the endoscope 62 is bent, the rings 6 at both ends are
It is possible to remove the force generated on the outer wall of the endoscope due to bending by 5, and 66, and the present pressure sensor between the rings 65 and 66 can accurately detect the pressure even when the endoscope is bent. .

【0042】尚、この図18、図19(a),(b)、
図20(a)乃至(c)に示した圧力センサの配置の他
に、円周方向に3等分するような間隔で配置する方法
や、その他の等分割数も考えられ、この数は内視鏡操作
者が希望する圧力の内視鏡外壁における分解能に応じて
決定する。また、圧力センサを内視鏡壁面に螺旋状に配
置することも有効であるとも考えられる。
Incidentally, these FIG. 18, FIG. 19 (a), (b),
In addition to the arrangement of the pressure sensors shown in FIGS. 20 (a) to 20 (c), a method of arranging the pressure sensor in the circumferential direction at equal intervals and other equal division numbers are also conceivable. It is determined according to the resolution of the pressure on the outer wall of the endoscope that the endoscope operator desires. It is also considered effective to arrange the pressure sensor in a spiral shape on the wall surface of the endoscope.

【0043】次に、図21を参照して、第4の実施例に
係る圧力センサについて説明する。同図は、上記ドーム
状電極20を他の形状にしたものの一例であり、上記ド
ーム状電極20を平板状にし、固定電極24乃至27の
対向電極68の面積を固定電極24乃至27の全面積よ
りも小さくすることにより、圧力の方向の検出の感度を
向上させ、且つ、一定量以上変形しないようにスペーサ
69により変形量を制限する。また、スペーサ69をゴ
ムの様な弾力性のある物質とすることにより復元力を得
ることが出来る。また、本圧力センサは、基板28の固
定電極を分割することにより、圧力の方向の検出が可能
となっていたが、基板28の固定電極を分割せず、ドー
ム状電極20を分割することによっても圧力の方向を検
出することが可能となる。以上詳述したように、本発明
の圧力センサは、感圧部が受ける圧力の大きさと方向を
検出できる構造とし且つ構造を単純化したため、小型化
が容易となる。
Next, a pressure sensor according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. This figure is an example of another shape of the dome-shaped electrode 20. The dome-shaped electrode 20 is formed into a flat plate shape, and the area of the counter electrode 68 of the fixed electrodes 24 to 27 is the whole area of the fixed electrodes 24 to 27. By making it smaller than this, the sensitivity of detection in the direction of the pressure is improved, and the amount of deformation is limited by the spacer 69 so as not to deform more than a certain amount. In addition, a restoring force can be obtained by forming the spacer 69 with an elastic material such as rubber. Further, the present pressure sensor is capable of detecting the pressure direction by dividing the fixed electrode of the substrate 28, but by dividing the fixed electrode of the substrate 28 and dividing the dome-shaped electrode 20. Also makes it possible to detect the direction of pressure. As described above in detail, the pressure sensor of the present invention has a structure capable of detecting the magnitude and direction of the pressure applied to the pressure-sensitive portion and has a simplified structure, so that the size can be easily reduced.

【0044】さらに、多機能内視鏡等の筒状物の外周に
本圧力センサを設け、これらが対象物と接触したとき圧
力の方向と大きさを検出することが可能となり、一方、
本圧力センサが小型のため圧力の測定による内視鏡の径
の増加にはつながらない。
Further, the present pressure sensor is provided on the outer circumference of a cylindrical object such as a multi-function endoscope, and it becomes possible to detect the direction and magnitude of the pressure when these contact with the object.
Since this pressure sensor is small, it does not lead to an increase in the diameter of the endoscope due to pressure measurement.

【0045】また、圧力検出回路にコンデンサを用いて
いるため、電力消費量が少なくなり、熱による圧力デー
タへの影響を取り除くことが可能となり、且つ、空洞部
分の熱膨張を防ぐための機構を設けることにより、更に
は熱に対する影響を軽減することができる。尚、本発明
は、前述した実施例に限定されるものではなく、円筒状
構造物に加えられる圧力の検出など広く適用が可能であ
る。
Further, since the capacitor is used in the pressure detection circuit, the power consumption is reduced, the influence of heat on the pressure data can be removed, and a mechanism for preventing thermal expansion of the cavity is provided. By providing, the influence on heat can be further reduced. The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be widely applied to detection of pressure applied to the cylindrical structure.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、圧力の大きさだけ
でなく方向も測定可能とした圧力センサを提供すること
ができる。
As described above, it is possible to provide a pressure sensor capable of measuring not only the magnitude of pressure but also the direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る圧力センサの感圧
部の層状分解斜視図である。
FIG. 1 is a layered exploded perspective view of a pressure sensitive portion of a pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)乃至(c)は本発明の圧力センサの基本
原理を示す図である。
2A to 2C are diagrams showing the basic principle of the pressure sensor of the present invention.

【図3】本発明の圧力センサにおいて圧力の方向と大き
さを検出する回路のブロック線図である。
FIG. 3 is a block diagram of a circuit for detecting the direction and magnitude of pressure in the pressure sensor of the present invention.

【図4】図3に示した固定電極2,3から出力される静
電容量を検出する静電容量検出回路7a,7bの基本構
成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of electrostatic capacitance detection circuits 7a and 7b for detecting the electrostatic capacitance output from the fixed electrodes 2 and 3 shown in FIG.

【図5】図4に示す静電容量検出回路7a,7bの改良
例の構成を示す図である。
5 is a diagram showing a configuration of an improved example of the electrostatic capacitance detection circuits 7a and 7b shown in FIG.

【図6】インピーダンス変換回路の構成を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an impedance conversion circuit.

【図7】(a),(b)は、それぞれ差動オペアンプ1
9a乃至19c、加算オペアンプ70a乃至70cの構
成を示す図である。
7A and 7B are differential operational amplifiers 1 respectively.
9a to 19c and FIG. 9 is a diagram showing a configuration of addition operational amplifiers 70a to 70c.

【図8】本発明の第1実施例に係る圧力センサの各部を
積層したときの断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view when the respective parts of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention are stacked.

【図9】図2に示した上記固定電極24乃至27からの
出力端子と図3に示した判断回路9の一例の構成を示す
図である。
9 is a diagram showing a configuration of an example of output terminals from the fixed electrodes 24 to 27 shown in FIG. 2 and a determination circuit 9 shown in FIG.

【図10】固定電極上の静電容量分布の一例を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing an example of capacitance distribution on a fixed electrode.

【図11】(a)圧力が垂直方向から加えられたときの
センサの断面図であり、(b)は固定電極の上面図とそ
のときの電荷の分布を模式的に示した上面図である。
11A is a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied in the vertical direction, and FIG. 11B is a top view of the fixed electrode and a top view schematically showing the charge distribution at that time. .

【図12】(a)は圧力が右方向から加えられたときの
センサの断面図であり、(b)は固定電極の上面図とそ
のときの電荷の分布とを模式的に示した図である。
12A is a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the right direction, and FIG. 12B is a diagram schematically showing a top view of the fixed electrode and charge distribution at that time. is there.

【図13】(a)は圧力が左方向から加えられたときの
センサの断面図であり、(b)は固定電極の上面図とそ
のときの電荷の分布とを模式的に示した図である。
13A is a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the left direction, and FIG. 13B is a diagram schematically showing a top view of a fixed electrode and charge distribution at that time. is there.

【図14】(a)は圧力が図12に示した圧力の方向よ
りさらに右方向から加えられたときのセンサの断面図で
あり、(b)は固定電極の上面図とそのときの電荷の分
布とを模式的に示した図である。
14 (a) is a cross-sectional view of the sensor when pressure is applied from the right side of the pressure direction shown in FIG. 12, and FIG. 14 (b) is a top view of the fixed electrode and electric charges at that time. It is the figure which showed typically distribution.

【図15】第2実施例に係る圧力センサの断面図であ
る。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a pressure sensor according to a second embodiment.

【図16】温度変化による圧力変化の影響を取り除くた
めの第3実施例に係る圧力センサの断面図である。
FIG. 16 is a sectional view of a pressure sensor according to a third embodiment for removing the influence of pressure change due to temperature change.

【図17】図3,4に示した静電容量検出回路からの出
力電圧をその電圧値に応じた発振周波数に変換する回路
の構成を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a circuit that converts an output voltage from the electrostatic capacitance detection circuit shown in FIGS. 3 and 4 into an oscillation frequency according to the voltage value.

【図18】本発明の圧力センサを内視鏡に実装した例を
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing an example in which the pressure sensor of the present invention is mounted on an endoscope.

【図19】(a)は本発明の圧力センサのリング状アレ
イの斜視図、(b)は当該リング状アレイを内視鏡に実
装した例を示す図である。
19A is a perspective view of a ring-shaped array of the pressure sensor of the present invention, and FIG. 19B is a diagram showing an example in which the ring-shaped array is mounted on an endoscope.

【図20】(a)は屈曲キャンセルリングの斜視図、
(b)は当該屈曲キャンセルリングに本発明の圧力セン
サに装着した図、(c)はリングを用いて本発明の圧力
センサを実装した斜視図である。
FIG. 20 (a) is a perspective view of a bending cancel ring,
(B) is the figure which attached the pressure sensor of this invention to the said bending cancellation ring, (c) is the perspective view which mounted the pressure sensor of this invention using the ring.

【図21】第4実施例に係る圧力センサの構成を示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a pressure sensor according to a fourth example.

【図22】従来の圧力センサの構成を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a conventional pressure sensor.

【図23】感圧導電ゴムを用いた圧力センサを内視鏡に
実装した従来技術について説明するための図である。
FIG. 23 is a diagram for explaining a conventional technique in which a pressure sensor using pressure-sensitive conductive rubber is mounted on an endoscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…柔軟電極、2,3…固定電極、4,5…固定電極出
力端子、6…柔軟電極出力端子、7…静電容量検出回
路、8…インピーダンス変換回路、9…判断回路、10
…感圧部、11…交流電源、12…センシングキャパシ
タ、13…ロードキャパシタ、14…出力電圧、15…
ロードレジスタ、16…MOSトランジスタ、17…抵
抗、18…インピーダンス変換後出力電圧、19…差動
オペアンプ、20…ドーム状電極、21…絶縁膜、22
…空洞部分、23…固定電極間ギャップ、24〜27…
固定電極、28…固定電極用基板、29…下部固定電極
用基板、30〜33…下部固定電極、34…基準用コン
デンサ誘電物質、35…ドーム状電極出力端子、36〜
39…固定電極出力端子、40〜43…下部固定電極出
力端子、44…下部固定電極間ギャップ、45…回路、
46〜51…スイッチ、52…差動回路出力端子、53
…加算回路出力端子、54…差動回路、55…加算回
路、56…内視鏡外壁、57…空気孔、58…液体、5
9…トランジスタ、60…コイル、61…アンテナ、6
2…内視鏡、63…リング、64〜66…リング、67
…圧力センサモジュール、68…平板状柔軟電極、69
…スペーサ、70…加算オペアンプ、71…平板、72
…光導波管、73…シート、74…フォトトランジスタ
アレイ、75…感圧導電ゴム、76…圧力センサ、77
…内視鏡。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flexible electrode, 2, 3 ... Fixed electrode, 4,5 ... Fixed electrode output terminal, 6 ... Flexible electrode output terminal, 7 ... Capacitance detection circuit, 8 ... Impedance conversion circuit, 9 ... Judgment circuit, 10
... pressure sensitive part, 11 ... AC power supply, 12 ... sensing capacitor, 13 ... load capacitor, 14 ... output voltage, 15 ...
Load register, 16 ... MOS transistor, 17 ... Resistor, 18 ... Impedance converted output voltage, 19 ... Differential operational amplifier, 20 ... Dome-shaped electrode, 21 ... Insulating film, 22
... Cavity part, 23 ... Gap between fixed electrodes, 24-27 ...
Fixed electrode, 28 ... Fixed electrode substrate, 29 ... Lower fixed electrode substrate, 30-33 ... Lower fixed electrode, 34 ... Reference capacitor dielectric material, 35 ... Dome-shaped electrode output terminal, 36-
39 ... Fixed electrode output terminal, 40-43 ... Lower fixed electrode output terminal, 44 ... Lower fixed electrode gap, 45 ... Circuit,
46 to 51 ... Switch, 52 ... Differential circuit output terminal, 53
... addition circuit output terminal, 54 ... differential circuit, 55 ... addition circuit, 56 ... endoscope outer wall, 57 ... air hole, 58 ... liquid, 5
9 ... Transistor, 60 ... Coil, 61 ... Antenna, 6
2 ... Endoscope, 63 ... Ring, 64-66 ... Ring, 67
... Pressure sensor module, 68 ... Flat flexible electrode, 69
... Spacer, 70 ... Addition operational amplifier, 71 ... Flat plate, 72
... optical waveguide, 73 ... sheet, 74 ... phototransistor array, 75 ... pressure-sensitive conductive rubber, 76 ... pressure sensor, 77
…Endoscope.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向電極を有する静電容量型の圧力セン
サにおいて、 前記対向電極の一方が互いに電気的に絶縁された複数の
分割電極で構成されたことを特徴とする圧力センサ。
1. A capacitance type pressure sensor having a counter electrode, wherein one of the counter electrodes is composed of a plurality of divided electrodes electrically insulated from each other.
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