JPH07270261A - Contact force and tactile sensor using piezoelectric vibration having three-terminal structure - Google Patents

Contact force and tactile sensor using piezoelectric vibration having three-terminal structure

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JPH07270261A
JPH07270261A JP6085546A JP8554694A JPH07270261A JP H07270261 A JPH07270261 A JP H07270261A JP 6085546 A JP6085546 A JP 6085546A JP 8554694 A JP8554694 A JP 8554694A JP H07270261 A JPH07270261 A JP H07270261A
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JP
Japan
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electrode
piezoelectric vibrator
terminal
circuit
signal
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Withdrawn
Application number
JP6085546A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuya Imahashi
拓也 今橋
Hideo Adachi
日出夫 安達
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07270261A publication Critical patent/JPH07270261A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a contact force and tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure which has a strong noise resistance and a high resolution and can be made small in size. CONSTITUTION:When an oscillation circuit 102 makes oscillation, vibration is generated under an electrode 103a by a reverse piezoelectric effect. Under an electrode 103b, vibration caused by the vibration generated in an electrode 103c and propagated therefrom is present, and that vibration becomes piezoelectric vibration in the electrode l03b and an electric charge is generated. By the propagation of the vibration from the electrode 103c to the electrode 103b, at this time, signals other than the one near a resonance frequency f0 of a three-terminal piezoelectric vibrator 103 are filtered and removed. When noise comes in the oscillation circuit 102, for instance, a signal in a band narrower than the band of DELTAf can be taken out of a signal outputted from an output terminal 106, while the noise in the band of DELTAf comes in a signal outputted from an output terminal 107.

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、粘弾性特性をもつ対象
物と接触する時に受ける反作用力を検出する、特に内視
鏡やカテーテル等の体腔に挿入される器具に配設される
圧覚センサ、触覚センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor for detecting a reaction force received when it comes into contact with an object having a viscoelastic characteristic, and particularly for a pressure sensor provided in an instrument inserted into a body cavity such as an endoscope or a catheter. , Tactile sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、内視鏡は体腔などの内部を観察す
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る。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。
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 a body cavity or the like. This can be more easily deduced from the situation where a rigid endoscope is used for cholecystectomy. Surgery and diagnosis using an endoscope are expected to expand in the future.

【0003】また、脳内血管に挿入されるカテーテル
は、使用上のミスが人命に繋がるような脳に使用される
ため、血管との接触状態をセンシングし、カテーテル挿
入による傷害を防止する必要がある。脳の治療は外科的
療法が中心で、患者の肉体的負担が非常に大きい。そこ
で、カテーテルなどを用いた比較的患者の肉体的負担が
小さい診療が望まれている。
Further, since a catheter inserted into a blood vessel in the brain is used in the brain in which mistakes in use lead to human life, it is necessary to sense the state of contact with the blood vessel and prevent injury due to catheter insertion. is there. The treatment of the brain is mainly surgical, and the physical burden on the patient is very large. Therefore, medical treatment that uses a catheter or the like and has a relatively small physical burden on the patient is desired.

【0004】このように、より複雑、微細な操作体腔内
で診断・治療を適切に行うには、視覚情報と同時に圧覚
・触覚情報も重要となる。そこで、圧覚・触覚情報を得
るための構造として、内視鏡壁面やカテーテル壁面に圧
覚及び触覚センサを配置することが考えられる。これに
より、内臓や血管といった体腔との接触を患者に苦痛を
与えることなく行うことができ、低侵襲で手術を行うこ
とができる。なお、このようなセンサは、非常に小さい
部分に設けなければならないことになる。
As described above, pressure information and tactile information as well as visual information are important in order to appropriately perform diagnosis and treatment in a more complicated and fine operation body cavity. Therefore, as a structure for obtaining pressure and tactile information, it is conceivable to dispose pressure and tactile sensors on the wall surface of the endoscope or the wall surface of the catheter. As a result, contact with a body cavity such as an internal organ or a blood vessel can be performed without causing pain to the patient, and surgery can be performed with minimal invasiveness. Note that such a sensor must be provided in a very small portion.

【0005】このように、圧覚・触覚情報は今後の医療
を考えると、重要な課題である。なお、ここで言う、圧
覚とは対象物のもつ粘弾性特性による反作用力の知覚で
あると定義し、触覚とは圧覚よりも高次な知覚、粘弾性
特性とそれらの構造から決められる硬さ柔らかさといっ
た知覚であると定義する。ここで、圧覚よりも高度な知
覚である触覚の構成要素を挙げると、触覚とは以下の3
つの要素より構成されると考えられる。1つ目は粘弾性
特性であり、2つ目は粘弾性特性の非線形性、3つ目は
異方性である。粘弾性特性は対象物の表面の機械的イン
ピーダンスのことであり、粘弾性特性の非線形性は深さ
方向において接触部以外の異なる機械的インピーダンス
を持つ部位が接触部の機械的インピーダンスに影響を及
ぼすことであり、異方性は対象物の表面と垂直方向、対
象物の表面に沿った方向の特性とした。これは例えば、
生体において接触部が骨などの硬い組織につながってい
る場合と接触対象物が宙ぶらの様な他と接触していない
様な状態の場合の表面における硬さの感覚が異なること
は体験的に知っていることである。よって、対象物のも
つ粘弾性特性を機械的インピーダンスとして検出するセ
ンサを圧覚センサと呼び、触覚の3つの構成要素のうち
複数を検出するものを触覚センサと呼ぶ。
As described above, pressure and tactile information is an important issue in the future medical care. It should be noted that the pressure sense here is defined as the perception of reaction force due to the viscoelastic property of the object, and the tactile sense is a higher level of perception than the pressure sense, and the hardness determined by the viscoelastic property and their structure. It is defined as the perception of softness. Here, the tactile sense, which is a higher level of perception than the pressure sense, is as follows.
It is considered to be composed of two elements. The first is viscoelastic property, the second is non-linearity of viscoelastic property, and the third is anisotropic. The viscoelastic property is the mechanical impedance of the surface of the object, and the non-linearity of the viscoelastic property affects the mechanical impedance of the contact part in the depth direction except the contact part, which has different mechanical impedance. That is, the anisotropy is defined as a characteristic in the direction perpendicular to the surface of the object and in the direction along the surface of the object. This is for example
It is empirical that the sense of hardness on the surface is different when the contact part is connected to hard tissue such as bone in the living body and when the contact object does not contact other things such as dangling I know. Therefore, a sensor that detects the viscoelastic characteristic of the object as a mechanical impedance is called a pressure sensor, and a sensor that detects a plurality of three tactile components is called a tactile sensor.

【0006】このようなニーズに対して、高感度高信頼
性検出が期待できるセンサ原理として圧電振動子を用い
ることが考えられるが、上記圧覚センサや上記触覚セン
サとして圧電振動子が用いられた例はなかった。なお、
利用分野は全く異なるが、この圧電振動子をセンサに用
いた例として以下に記載するものがある。
In response to such needs, it is conceivable to use a piezoelectric vibrator as a sensor principle which can be expected to detect with high sensitivity and high reliability. An example in which a piezoelectric vibrator is used as the pressure sensor or the tactile sensor is used. There was no. In addition,
Although the fields of application are completely different, the following are examples of using this piezoelectric vibrator for a sensor.

【0007】一例として、においセンサとして水晶振動
子を用いたセンサである、水晶振動子ガスセンサがあ
る。これは、水晶振動子に吸着膜を塗布し、におい物質
がこの吸着膜に付着することによる振動特性の変化をセ
ンシングして、においの強さを検知するものである。こ
の変化は、におい物質による質量負荷効果が引き起こす
発振周波数の変化及び吸着膜の粘弾性変化によるもので
あると考えられている。この方式に基づく水晶振動子ガ
スセンサとして、電子情報通信学会技術報告書(US9
3−7 1993−05)等に記載されている方法が知
られている。以下に、この水晶振動子ガスセンサについ
て説明する。
As an example, there is a quartz oscillator gas sensor which is a sensor using a quartz oscillator as an odor sensor. In this method, an adsorption film is applied to a crystal oscillator, and a change in vibration characteristics due to an odor substance adhering to the adsorption film is sensed to detect the intensity of the odor. It is considered that this change is due to a change in the oscillation frequency caused by the mass loading effect of the odor substance and a change in the viscoelasticity of the adsorption film. As a crystal oscillator gas sensor based on this method, a technical report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (US9
3-7 1993-05) and the like are known. The crystal oscillator gas sensor will be described below.

【0008】図38(a)は上記水晶振動子ガスセンサ
の回路図であり、図38(b)はこの回路図上の水晶振
動子の共振周波数近傍での等価回路を示す図である。こ
こで、Z3eは質量負荷や粘弾性変化によるインピーダン
スを示す。図38(b)に示す等価回路より水晶振動子
のアドミタンスは
FIG. 38 (a) is a circuit diagram of the above crystal oscillator gas sensor, and FIG. 38 (b) is a diagram showing an equivalent circuit near the resonance frequency of the crystal oscillator on this circuit diagram. Here, Z 3e represents impedance due to mass load and viscoelastic change. From the equivalent circuit shown in FIG. 38 (b), the admittance of the crystal unit is

【0009】[0009]

【数1】 と与えられる。ここで、Yd は制動アドミタンス、Y
mot は動アドミタンス、C0 は束縛容量、C1 は圧電容
量と呼ばれている。これより負荷のない場合、共振周波
数fr0、反共振周波数fa0
[Equation 1] Is given. Where Y d is the braking admittance, Y
mot is called dynamic admittance, C 0 is called a binding capacitance, and C 1 is called a piezoelectric capacitance. When there is no load than this, the resonance frequency f r0 and the anti-resonance frequency f a0 are

【0010】[0010]

【数2】 と表される。におい分子の吸着により、質量変化が起こ
った場合はZ3eは誘導性リアクタンスとなり、その結果
共振周波数fr1、反共振周波数fa1は次式で与えられる
ように減少する。
[Equation 2] Is expressed as When a mass change occurs due to the adsorption of odor molecules, Z 3e becomes an inductive reactance, and as a result, the resonance frequency f r1 and the anti-resonance frequency f a1 decrease as given by the following equation.

【0011】[0011]

【数3】 また、吸着により膜の粘弾性変化が起こった場合、Z3e
は誘導性リアクタンスと抵抗の両方の成分を持つことか
ら、共振抵抗も大きく変化する。
[Equation 3] In addition, when the viscoelastic change of the membrane occurs due to adsorption, Z 3e
Since has both inductive reactance and resistance components, the resonance resistance also changes significantly.

【0012】また、別の例として、特開平3−8164
1号公報で開示されている触覚センサがある。この手法
は図39に示すように振動子3601と、振動子360
1に取り付けた振動検出用素子3602を増幅回路36
03と、周波数測定器3604または電圧測定器360
5よりなる計測部3606で構成される自励振回路36
07に組み込み、振動検出用素子3602からの信号を
増幅回路3603で増幅して振動子3601に帰還して
自励振させるものである。そして、このときの対象物と
接触していないときの固有振動数と、対象物と接触して
いるときの固有振動数を振動子3601に取り付けた振
動検出用素子3602により検出した振動数より求め、
両者の差から対象物の硬さ柔らかさを検出する装置及び
方法である。
As another example, JP-A-3-8164
There is a tactile sensor disclosed in Japanese Patent No. This method uses a vibrator 3601 and a vibrator 360 as shown in FIG.
The vibration detecting element 3602 attached to the No. 1 amplifier circuit 36
03, frequency measuring device 3604 or voltage measuring device 360
Self-exciting circuit 36 composed of measuring section 3606
The signal from the vibration detecting element 3602 is amplified by an amplifier circuit 3603 and fed back to a vibrator 3601 for self-excitation. Then, the natural frequency when not in contact with the target object and the natural frequency when in contact with the target object are obtained from the frequency detected by the vibration detecting element 3602 attached to the vibrator 3601. ,
An apparatus and method for detecting the hardness and softness of an object from the difference between the two.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の上記水晶振動子ガスセンサでは、発振回路を組む場
合、回路を構成する端子と出力をモニタする端子を共用
することになり、回路に入るノイズの影響により、耐ノ
イズ性が弱いことが考えられる。
However, in the above-described crystal oscillator gas sensor of the conventional example, when an oscillation circuit is assembled, a terminal that configures the circuit and a terminal that monitors the output are shared, and noise that enters the circuit is eliminated. It is considered that the noise resistance is weak due to the influence.

【0014】また、従来例の上記触覚センサでは、対象
物との接触部に振動検出用素子3602を取り付けてお
り、小型化が非常に難しくなる。また、検出分解能を上
げるには、大きな共振尖鋭度(Qm)を持つ必要がある
が、上記のように振動検出素子3602を振動子に取り
付けると、共振尖鋭度は大幅に下がり、感度が落ちてし
まう。また、この触覚センサは対象物との接触面におけ
る機械的インピーダンスしか測定できないため、上述に
て定義した触覚センサとはいいがたいものである。
Further, in the above-mentioned tactile sensor of the conventional example, since the vibration detecting element 3602 is attached to the contact portion with the object, miniaturization becomes very difficult. Further, in order to increase the detection resolution, it is necessary to have a large resonance sharpness (Qm). However, when the vibration detecting element 3602 is attached to the vibrator as described above, the resonance sharpness is significantly lowered and the sensitivity is lowered. I will end up. Further, since this tactile sensor can measure only the mechanical impedance at the contact surface with the object, it cannot be said that the tactile sensor defined above.

【0015】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、耐ノイズ性が強く、かつ、分解能が
高い、さらに小型化が可能な3端子構造を有する圧電振
動子を用いた圧覚及び触覚センサを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and uses a piezoelectric vibrator having a strong noise resistance, a high resolution, and a three-terminal structure capable of being downsized. It is an object to provide a pressure sensor and a tactile sensor.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1に記載の3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサは、対象物に振動子を接触させて、
上記振動子の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を
電気信号として検出する圧覚センサにおいて、上記振動
子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の一方の面に第
1の電極及び第2の電極と他方の面に第3の電極の3つ
の電極を有し、上記第1の電極及び上記第2の電極のう
ちのどちらか一方と上記第3の電極の2つの電極を上記
圧電振動子の等価回路定数を用いて発振する回路に接続
して発振回路を成し、上記第1の電極及び上記第2の電
極のうちの上記発振回路を成していない電極を出力端子
とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to claim 1 makes a vibrator contact an object,
In a pressure sensor that detects a viscoelastic characteristic of the object as an electric signal based on a characteristic change of the vibrator, the vibrator is a piezoelectric vibrator, and one surface of the piezoelectric vibrator includes a first electrode and a second electrode. Of the first electrode and the second electrode, and two electrodes of the third electrode on the other side of the piezoelectric vibration. To form an oscillation circuit by connecting to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the child, and to use an electrode of the first electrode and the second electrode that does not form the oscillation circuit as an output terminal. Is characterized by.

【0017】また、請求項2に記載の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた触覚センサは、対象物に圧電振動
子を接触させて、パルス印加による上記圧電振動子から
の振動応答を検出することにより、上記対象物の有する
粘弾性特性と非線形性と異方性のうち、2つまたは3つ
の特性を検出する触覚センサにおいて、上記圧電振動子
の一方の面にエネルギ閉じ込め型の第1の電極及び第2
の電極と他方の面にエネルギ閉じ込め型の第3の電極の
3つの電極を有し、上記第1の電極及び上記第2の電極
のうちのどちらか一方と上記第3の電極の間にパルス信
号を印加するパルス印加手段と、上記印加パルス信号に
より上記第1の電極及び上記第2の電極のうちの残りの
一方の電極と第3の電極の間に出力される上記圧電振動
子の振動応答を検出する検出手段とを具備したことを特
徴とする。
A tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to claim 2 detects the vibration response from the piezoelectric vibrator by applying a pulse by bringing the piezoelectric vibrator into contact with an object. By doing so, in the tactile sensor that detects two or three characteristics among the viscoelastic characteristic, the non-linearity, and the anisotropy of the object, the energy trapping-type first sensor is provided on one surface of the piezoelectric vibrator. Electrode and second
And three electrodes of an energy trap type third electrode on the other surface, and a pulse is applied between any one of the first electrode and the second electrode and the third electrode. Pulse applying means for applying a signal, and vibration of the piezoelectric vibrator output between the remaining one electrode of the first electrode and the second electrode and the third electrode by the applied pulse signal. And a detection means for detecting a response.

【0018】また、請求項3に記載の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサは、対象物に振動子を
接触させて、上記振動子の特性変化により上記対象物の
粘弾性特性を電気信号として検出する圧覚センサにおい
て、上記振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の
一方の面に第1の電極及び第2の電極と他方の面に第3
の電極の3つの電極を有し、上記第1の電極と上記第2
の電極を上記圧電振動子の等価回路定数を用いて発振す
る回路に接続して発振回路を成し、上記第1の電極及び
上記第2の電極のうちのいずれか一方の電極を出力端子
とすることを特徴とする。
Further, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a third aspect of the invention is such that a vibrator is brought into contact with an object and the viscoelastic characteristic of the object is changed by changing the characteristics of the object. Of the piezoelectric vibrator, the piezoelectric vibrator includes a first electrode and a second electrode on one surface of the piezoelectric vibrator, and a third electrode on the other surface.
The first electrode and the second electrode.
Is connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator to form an oscillation circuit, and one of the first electrode and the second electrode serves as an output terminal. It is characterized by doing.

【0019】[0019]

【作用】本発明の3端子構造を有する圧電振動子を用い
た圧覚センサは、対象物に振動子を接触させて上記振動
子の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気信号
として検出する手段を有する圧覚センサにおいて、上記
振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の一方の面
に第1の電極及び第2の電極と他方の面に第3の電極の
上記3つの電極を有する。そして、上記第1の電極及び
上記第2の電極のうちのどちらか一方と上記第3の電極
の2つの電極が、上記圧電振動子の等価回路定数を用い
て発振する回路に接続されて発振回路が形成され、上記
第1の電極及び上記第2の電極のうちの上記発振回路を
成していない電極が出力端子とされる。
In the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the present invention, the vibrator is brought into contact with the object and the viscoelastic characteristic of the object is detected as an electric signal by the characteristic change of the vibrator. In the pressure sensor having means, the vibrator is a piezoelectric vibrator, and the first electrode and the second electrode are provided on one surface of the piezoelectric vibrator, and the three electrodes of the third electrode are provided on the other surface. Have. Then, either one of the first electrode or the second electrode and the two electrodes of the third electrode are connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator and oscillate. A circuit is formed, and one of the first electrode and the second electrode that does not form the oscillation circuit is used as an output terminal.

【0020】また、3端子構造を有する圧電振動子を用
いた触覚センサは、対象物に圧電振動子を接触させて、
パルス印加による上記圧電振動子からの振動応答を検出
することにより、上記対象物の有する粘弾性特性と非線
形性と異方性のうち、2つまたは3つの特性を検出する
検出手段を有する触覚センサにおいて、上記圧電振動子
の一方の面にエネルギ閉じ込め型の第1の電極及び第2
の電極と、他方の面にエネルギ閉じ込め型の第3の電極
の上記3つの電極を有する。そして、上記第1の電極及
び上記第2の電極のうちのどちらか一方と上記第3の電
極の間にパルス信号がパルス発振手段により印加され、
上記第1の電極及び上記第2の電極のうちの残りの一方
の電極と第3の電極の間に出力されるパルス信号による
上記圧電振動子の振動応答が検出手段により検出され
る。
Further, a tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure, the piezoelectric vibrator is brought into contact with an object,
A tactile sensor having detection means for detecting two or three characteristics among the viscoelastic characteristics, nonlinearity, and anisotropy of the object by detecting the vibration response from the piezoelectric vibrator due to pulse application. At one surface of the piezoelectric vibrator, the energy confinement type first electrode and the second electrode
And the above three electrodes of the energy trap type third electrode on the other surface. Then, a pulse signal is applied between the one of the first electrode and the second electrode and the third electrode by the pulse oscillating means,
The vibration response of the piezoelectric vibrator due to the pulse signal output between the third electrode and the remaining one electrode of the first electrode and the second electrode is detected by the detection means.

【0021】また、3端子構造を有する圧電振動子を用
いた圧覚センサは、対象物に振動子を接触させて、上記
振動子の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気
信号として検出する検出手段を有する圧覚センサにおい
て、上記振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の
一方の面に第1の電極及び第2の電極と、他方の面に第
3の電極の上記3つの電極を有する。そして、上記第1
の電極と上記第2の電極が上記圧電振動子の等価回路定
数を用いて発振する回路に接続されて発振回路が形成さ
れる。さらに、上記第1の電極及び上記第2の電極のう
ちのいずれか一方の電極が出力端子とされる。
A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure makes the vibrator contact an object and detects the viscoelastic characteristic of the object as an electric signal by changing the characteristic of the object. In the pressure sensor having a detection means, the vibrator is a piezoelectric vibrator, and the three electrodes of the first electrode and the second electrode on one surface of the piezoelectric vibrator and the third electrode on the other surface thereof. It has electrodes. And the first
The electrode and the second electrode are connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator to form an oscillation circuit. Further, one of the first electrode and the second electrode serves as an output terminal.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明に係る第1実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサの構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the first embodiment of the present invention.

【0024】本第1実施例は、3端子圧電振動子103
の表面に電極103bと電極103cと裏面に電極10
3aの3端子を有し、電極103aと電極103cの2
端子が、3端子圧電振動子103の等価回路定数LCR
成分を用いて発振回路を構成可能な回路105に接続さ
れ、これより発振回路102が構成される。
The first embodiment is a three-terminal piezoelectric vibrator 103.
Electrode 103b and electrode 103c on the front surface and electrode 10 on the back surface
It has three terminals 3a and 2 of electrodes 103a and 103c.
The terminal is the equivalent circuit constant LCR of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.
The components are connected to a circuit 105 that can configure an oscillation circuit, and the oscillation circuit 102 is configured from this.

【0025】また、電極103bからの出力信号を出力
する出力端子106と、この出力端子106からのセン
サ信号を検出する検出回路108を有し、これらにより
圧覚センサ104が構成される。
The pressure sensor 104 has an output terminal 106 for outputting an output signal from the electrode 103b and a detection circuit 108 for detecting a sensor signal from the output terminal 106.

【0026】次に、本第1実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the first embodiment will be described.

【0027】上記発振回路102では、3端子圧電振動
子103は、この3端子圧電振動子103のインピーダ
ンス特性などの3端子圧電振動子の特性に依存した振動
状態となる。
In the oscillation circuit 102, the three-terminal piezoelectric vibrator 103 is in a vibrating state depending on the characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator such as the impedance characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.

【0028】一方、図2は、従来例として公知となって
いる2端子圧電振動子を用いた発振回路の構成を示す図
である。2端子圧電振動子203を用いた発振回路20
2は、図1に示した3端子圧電振動子103を用いた上
記発振回路102と基本構成が同一であるが、上記発振
回路102と異なる点は、電極203bが回路205と
外部への出力端子207とを共有していることである。
よって、発振回路102において、出力端子を電極10
3cからの出力端子107とすると、図2に示す回路と
等価となる。
On the other hand, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an oscillation circuit using a two-terminal piezoelectric vibrator which is known as a conventional example. Oscillation circuit 20 using two-terminal piezoelectric vibrator 203
2 has the same basic configuration as the oscillation circuit 102 using the three-terminal piezoelectric vibrator 103 shown in FIG. 1, but is different from the oscillation circuit 102 in that the electrode 203b is a circuit 205 and an output terminal to the outside. 207 is shared.
Therefore, in the oscillator circuit 102, the output terminal is connected to the electrode 10.
The output terminal 107 from 3c is equivalent to the circuit shown in FIG.

【0029】ここで、図1に示す発振回路102からの
出力端子107と図2に示す発振回路202からの出力
端子207のそれぞれからの出力信号の周波数帯域は、
図3(b)に示すようになる。
The frequency bands of the output signals from the output terminal 107 from the oscillator circuit 102 shown in FIG. 1 and the output terminal 207 from the oscillator circuit 202 shown in FIG.
It becomes as shown in FIG.

【0030】一方、電極103b(出力端子106)か
らの出力信号の周波数帯域は、図3(a)に示すように
なる。これは以下の原理による。
On the other hand, the frequency band of the output signal from the electrode 103b (output terminal 106) is as shown in FIG. 3 (a). This is based on the following principle.

【0031】図1において発振回路102で発振してい
る時、電極103a下では逆圧電効果により振動が発生
している。そのため、図2における回路205と圧電振
動子203の両方の周波数帯域の信号と同様になる。
In FIG. 1, when the oscillator circuit 102 is oscillating, vibration occurs under the electrode 103a due to the inverse piezoelectric effect. Therefore, it becomes the same as the signals in the frequency bands of both the circuit 205 and the piezoelectric vibrator 203 in FIG.

【0032】一方、電極103b下の部分においては、
電極103cで発生している振動の伝搬による振動が存
在し、電極103bにはこの振動が圧電振動となり電荷
が発生する。
On the other hand, in the portion below the electrode 103b,
There is vibration due to the propagation of the vibration generated in the electrode 103c, and this vibration becomes piezoelectric vibration in the electrode 103b to generate electric charges.

【0033】このとき、電極103cから電極103b
への振動伝搬により、3端子圧電振動子103の共振周
波数f0 付近の信号以外がフィルタリングされ、除去さ
れる。例えば、発振回路102にノイズが入ったとき、
出力端子107から出力される信号はΔf′の帯域のノ
イズが入ってくるが、出力端子106から出力される信
号はΔf′の帯域より狭い帯域Δfの信号を取り出すこ
とができる。そのため、3端子圧電振動子103の電極
103bからの信号は、図3(a)に示すような周波数
帯域の信号となる。
At this time, the electrodes 103c to 103b
Due to the vibration propagation to, the signals other than the signal in the vicinity of the resonance frequency f 0 of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 are filtered and removed. For example, when noise enters the oscillation circuit 102,
Although the signal output from the output terminal 107 has noise in the Δf ′ band, the signal output from the output terminal 106 can take out a signal in the Δf ′ band which is narrower than the Δf ′ band. Therefore, the signal from the electrode 103b of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 becomes a signal in the frequency band as shown in FIG.

【0034】なお、圧覚センサ104は3端子圧電振動
子103をプローブとして使用し、3端子圧電振動子1
03の特性変化より圧覚情報101を検出しているた
め、フィルタ効果により圧覚情報101が除去されるこ
とはない。
The pressure sensor 104 uses the three-terminal piezoelectric vibrator 103 as a probe, and the three-terminal piezoelectric vibrator 1 is used.
Since the pressure sense information 101 is detected from the characteristic change of 03, the pressure sense information 101 is not removed by the filter effect.

【0035】また、出力端子106から出力される出力
信号は、図4に示すように3端子圧電振動子103の共
振周波数f0 で出力され、かつ3端子圧電振動子103
のインピーダンスの実数部に対応した振幅で出力され
る。この出力信号より対象物の粘弾性特性を算出する。
なお、上記共振周波数f0 である固有振動数、上記イン
ピーダンスは等価回路より求めることができる。
The output signal output from the output terminal 106 is output at the resonance frequency f 0 of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 as shown in FIG.
It is output with the amplitude corresponding to the real part of the impedance of. The viscoelastic property of the object is calculated from this output signal.
The natural frequency, which is the resonance frequency f 0 , and the impedance can be obtained from an equivalent circuit.

【0036】3端子圧電振動子103の電極103a,
103cにおける等価回路は圧電振動子203と等価と
みなせる。そこで、圧電振動子203の等価回路で考え
ると3端子圧電振動子103からの出力信号は、メイソ
ンの等価回路501を用いて図5のように表せる。その
共振周波数f0 近傍でこの等価回路を展開すると、図6
のようにLCR回路601のように表せる。このLCR
回路601を用いて共振周波数fr 、反共振周波数fa
とインピーダンスZは次式のように求めることができ
る。
The electrodes 103a of the three-terminal piezoelectric vibrator 103,
The equivalent circuit in 103c can be regarded as equivalent to the piezoelectric vibrator 203. Therefore, considering the equivalent circuit of the piezoelectric vibrator 203, the output signal from the three-terminal piezoelectric vibrator 103 can be expressed as shown in FIG. 5 using the Mason equivalent circuit 501. When this equivalent circuit is developed in the vicinity of the resonance frequency f 0 , FIG.
Can be expressed like the LCR circuit 601. This LCR
Using the circuit 601, the resonance frequency f r and the anti-resonance frequency f a
And the impedance Z can be obtained by the following equation.

【0037】[0037]

【数4】 よって、図4(a)に示した出力信号のf0 は上式のf
r に相当し、VはZに比例する。検出回路108は上記
のf0 とVを検出する。
[Equation 4] Therefore, the output signal f 0 shown in FIG.
Corresponding to r , V is proportional to Z. The detection circuit 108 detects the above f 0 and V.

【0038】次に、この3端子圧電振動子103に圧覚
情報101を与える粘弾性体が接触したことを考えてみ
る。粘弾性体は応力とひずみの特性を、2つの成分に分
けることができるといわれている。これは応力とひずみ
の位相が同位相である弾性応力と、応力に対してひずみ
の位相が90°進む粘性応力の2つであり、これを等価
回路的に考えると、弾性応力は抵抗、粘性応力はリアク
タンスに相当する。よって、粘弾性体の等価回路は図6
(c)に示すようなΔR1 とΔL1 で構成される。粘弾
性体のような負荷を、3端子圧電振動子103に接触さ
せた状態は、等価回路に直列に接続させたものと等価に
なる。よって、粘弾性体が接触すると上式の共振周波数
r 、反共振周波数fa 、インピーダンスZが以下の式
で与えられるfr1、fa1、Z1 に変化する。
Next, consider that the viscoelastic body that gives the pressure information 101 comes into contact with the three-terminal piezoelectric vibrator 103. It is said that the viscoelastic body can divide the characteristics of stress and strain into two components. This is an elastic stress in which the stress and strain have the same phase, and a viscous stress in which the strain phase advances 90 ° with respect to the stress. Considering this as an equivalent circuit, the elastic stress is the resistance and the viscosity. Stress corresponds to reactance. Therefore, the equivalent circuit of the viscoelastic body is shown in FIG.
It is composed of ΔR 1 and ΔL 1 as shown in (c). A state in which a load such as a viscoelastic body is brought into contact with the three-terminal piezoelectric vibrator 103 is equivalent to one connected in series to an equivalent circuit. Therefore, when the viscoelastic body comes into contact, the resonance frequency f r , the anti-resonance frequency f a , and the impedance Z in the above equation are changed to f r1 , f a1 , and Z 1 given by the following equations.

【0039】[0039]

【数5】 よって、図4(a)に示したように出力信号の振幅がΔ
V小さくなり、図4(b)に示したように出力信号の周
期が1周期あたり時間Δtだけ短くなる、すなわち出力
信号の発振周波数が小さくなる。この値をそれぞれ検出
することにより、粘弾性体の接触状況を検出することが
可能になる。
[Equation 5] Therefore, as shown in FIG. 4A, the amplitude of the output signal is Δ
V becomes smaller, and the cycle of the output signal becomes shorter by the time Δt per cycle as shown in FIG. 4B, that is, the oscillation frequency of the output signal becomes smaller. By detecting each of these values, the contact state of the viscoelastic body can be detected.

【0040】以上に説明したように、本第1実施例によ
れば、3端子圧電振動子が3端子電極構造をとることに
より、周波数帯域f0 近傍の信号のみを検出することが
でき、圧覚センサ104の信号をノイズの少ない信号と
して検出することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, since the three-terminal piezoelectric vibrator has the three-terminal electrode structure, only the signal in the frequency band f 0 can be detected, and the pressure sense It is possible to detect the signal of the sensor 104 as a signal with less noise.

【0041】次に、本発明に係る第2実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the second embodiment according to the present invention will be described.

【0042】本第2実施例の構成については、図1に示
した第1実施例において、上記電極103bの上記電極
103cに対する面積比を0.1〜1としたものであ
り、その他の構成については同一である。
The structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the area ratio of the electrode 103b to the electrode 103c is 0.1 to 1 and the other structures are the same. Are the same.

【0043】本第2実施例は、3端子圧電振動子103
の表面に電極103bと電極103cと裏面に電極10
3aの3端子を有し、上記電極103bの上記電極10
3cに対する面積比を0.1〜1とし、上記電極103
aと上記電極103cの2端子が、3端子圧電振動子1
03の等価回路定数LCR成分を用いて発振回路を構成
可能な回路105に接続され、これより発振回路102
が構成される。
The second embodiment is a three-terminal piezoelectric vibrator 103.
Electrode 103b and electrode 103c on the front surface and electrode 10 on the back surface
3a of 3 terminals, and the electrode 10 of the electrode 103b.
The area ratio to 3c is 0.1 to 1, and the electrode 103
The two terminals of a and the electrode 103c are the three-terminal piezoelectric vibrator 1
Is connected to a circuit 105 that can configure an oscillation circuit using the equivalent circuit constant LCR component of 03.
Is configured.

【0044】また、電極103bからの出力信号を出力
する出力端子106と、この出力端子106からのセン
サ信号を検出する検出回路108を有し、これらにより
圧覚センサ104が構成される。
Further, an output terminal 106 for outputting an output signal from the electrode 103b and a detection circuit 108 for detecting a sensor signal from the output terminal 106 are provided, and the pressure sensor 104 is constituted by them.

【0045】次に、本第2実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the second embodiment will be described.

【0046】3端子圧電振動子103は3端子のうちの
2端子である電極103aと電極103cが回路105
に接続され、上記3端子圧電振動子103の上記電極1
03aと上記電極103cと回路105で発振回路10
2が構成される。
In the three-terminal piezoelectric vibrator 103, the electrodes 103a and 103c, which are two terminals of the three terminals, are connected to the circuit 105.
Connected to the electrode 1 of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.
03a, the electrode 103c and the circuit 105
2 is configured.

【0047】このとき、3端子圧電振動子103は3端
子圧電振動子103のインピーダンス特性などの3端子
圧電振動子の特性に依存した振動状態となる。この電極
103bからの出力信号の周波数帯域は、図3(a)に
示すような周波数帯域の信号となる。
At this time, the 3-terminal piezoelectric vibrator 103 is in a vibrating state depending on the characteristics of the 3-terminal piezoelectric vibrator 103 such as the impedance characteristics of the 3-terminal piezoelectric vibrator 103. The frequency band of the output signal from the electrode 103b becomes a signal in the frequency band as shown in FIG.

【0048】一方、上記電極103b(出力端子10
6)からの出力信号の振幅は、図7に示すように電極1
03bの電極103cに対する面積比で決定される。こ
れは、電極103b下の部分においては、電極103c
で発生している振動の伝搬による振動が存在し、電極1
03bにはこの振動が圧電振動となり電荷Qが発生す
る。この電荷Qによる電圧V(=Q/C)を出力するの
が電極103bである。
On the other hand, the electrode 103b (output terminal 10
The amplitude of the output signal from 6) is as shown in FIG.
It is determined by the area ratio of 03b to the electrode 103c. This is because in the portion below the electrode 103b, the electrode 103c
There is vibration due to the propagation of the vibration that is occurring at
In 03b, this vibration becomes a piezoelectric vibration and a charge Q is generated. It is the electrode 103b that outputs the voltage V (= Q / C) due to this charge Q.

【0049】もし、電極103cに印加する電圧が一定
の場合、発生する電荷Qも一定となり、電圧Vを大きく
するためには、静電容量Cを小さくすることが考えられ
る。静電容量Cは電極面積に比例するため、電極103
bの面積が小さくなれば、電極103bから出力される
電圧Vは増大する。ここで、上記電極103bの電極1
03cに対する面積比は、小さい方が望ましいが、S/
Nの確保や必要なリード線の取り付けなどを考えると
0.1以上が望ましい。
If the voltage applied to the electrode 103c is constant, the generated charge Q is also constant, and in order to increase the voltage V, it is conceivable to reduce the capacitance C. Since the capacitance C is proportional to the electrode area, the electrode 103
When the area of b is reduced, the voltage V output from the electrode 103b increases. Here, the electrode 1 of the electrode 103b
The area ratio to 03c is preferably small, but S /
Considering securing N and mounting necessary lead wires, 0.1 or more is desirable.

【0050】また一方では、増幅を目的としており、面
積比が1以上では増幅とはならないため上限を1未満と
した。よって、図4に示したような出力信号を3端子圧
電振動子103の上記構造上の特性により、増幅するこ
とができる。
On the other hand, for the purpose of amplification, the amplification is not performed when the area ratio is 1 or more, so the upper limit was made less than 1. Therefore, the output signal as shown in FIG. 4 can be amplified by the above structural characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.

【0051】以上説明したように、本第2実施例では、
3端子圧電振動子103の電極103bの電極103c
に対する比を0.1〜1にするという構造をとる。これ
より、チャージアンプなどの回路を用いることなく、圧
覚センサ104を構成する3端子圧電振動子103から
の出力を、センシング回路である発振回路102より、
増幅した信号として出力端子106から出力することが
可能となる。
As described above, in the second embodiment,
Electrode 103c of electrode 103b of 3-terminal piezoelectric vibrator 103
The ratio is set to 0.1 to 1. As a result, the output from the three-terminal piezoelectric vibrator 103 forming the pressure sensor 104 is output from the oscillation circuit 102, which is a sensing circuit, without using a circuit such as a charge amplifier.
The amplified signal can be output from the output terminal 106.

【0052】次に、本発明に係る第3実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the third embodiment of the present invention will be described.

【0053】図8(a)、(b)は、本発明に係る第3
実施例の3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚セ
ンサの構成を示す図である。
FIGS. 8 (a) and 8 (b) show a third embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the structure of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator which has a 3-terminal structure of an Example.

【0054】本第3実施例は、図8(a)に示すような
エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803であり、そ
の上記エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803の表
面に電極803bと電極803cと、裏面に電極803
aの3端子を有し、上記電極803aの面積と上記電極
803bの面積の和が上記電極803cの面積とほぼ等
しくなっている。
The third embodiment is an energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803 as shown in FIG. 8A, and the electrodes 803b and 803c are formed on the surface of the energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803. And the electrode 803 on the back
It has three terminals a, and the sum of the area of the electrode 803a and the area of the electrode 803b is substantially equal to the area of the electrode 803c.

【0055】また、図8(b)は上記エネルギ閉じ込め
型3端子圧電振動子803を用いた圧覚センサの構成を
示す図である。
FIG. 8B is a diagram showing a structure of a pressure sensor using the energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803.

【0056】上記電極803aと上記電極803cの2
端子が、3端子圧電振動子803の等価回路定数LCR
成分を用いて発振回路を構成可能な回路105に接続さ
れ、これにより発振回路102を構成される。
2 of the electrode 803a and the electrode 803c
The terminal is the equivalent circuit constant LCR of the three-terminal piezoelectric vibrator 803.
The components are connected to a circuit 105 that can configure an oscillation circuit, and thus the oscillation circuit 102 is configured.

【0057】また、電極803bからの出力信号を出力
する出力端子106と、この出力端子106からのセン
サ信号を検出する検出回路108を有し、これらにより
圧覚センサ104が構成される。
Further, an output terminal 106 for outputting an output signal from the electrode 803b and a detection circuit 108 for detecting a sensor signal from the output terminal 106 are provided, and the pressure sensor 104 is constituted by them.

【0058】次に、本第3実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the third embodiment will be described.

【0059】エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子80
3は、3端子のうちの2端子である電極803aと電極
803cが回路105に接続され、上記エネルギ閉じ込
め型3端子圧電振動子803の電極803aと電極80
3cと回路105で発振回路102が構成される。
Energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 80
3, the electrode 803a and the electrode 803c, which are two terminals of the three terminals, are connected to the circuit 105, and the electrode 803a and the electrode 80 of the energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 are connected.
The oscillator circuit 102 is configured by 3c and the circuit 105.

【0060】このとき、上記エネルギ閉じ込め型3端子
圧電振動子803は、このエネルギ閉じ込め型3端子圧
電振動子803のインピーダンス特性などの3端子圧電
振動子の特性に依存した信号状態となる。この電極80
3bからの出力の周波数帯域は、図3(a)に示すよう
な周波数帯域の信号となる。
At this time, the energy-trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803 is in a signal state depending on the characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator, such as the impedance characteristics of the energy-trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803. This electrode 80
The frequency band of the output from 3b becomes a signal in the frequency band as shown in FIG.

【0061】しかし、一般に用いられる圧電振動子20
3としての圧電体は、2端子圧電振動子を例に挙げてみ
ると、図9に示すように圧電振動子203の材料全面に
電極901a,901bを取り付けてある。したがっ
て、電極901a、901bによって、決定される振動
部分の形状により、理想状態とは異なる振動波形が発生
する。これはインピーダンス特性の反共振点近傍での振
動の分割やQm値の低下に関係してくる。
However, the commonly used piezoelectric vibrator 20
Taking the 2-terminal piezoelectric vibrator as an example, the piezoelectric body 3 has electrodes 901a and 901b attached to the entire surface of the material of the piezoelectric vibrator 203 as shown in FIG. Therefore, depending on the shape of the vibrating portion determined by the electrodes 901a and 901b, a vibration waveform different from the ideal state is generated. This is related to the division of vibration near the anti-resonance point of the impedance characteristic and the reduction of the Qm value.

【0062】そこで、これらを取り除くために、図8
(a)に示したエネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子8
03を使用する。このエネルギ閉じ込め型3端子圧電振
動子803の特性を説明するために、エネルギ閉じ込め
型2端子圧電振動子を例にとって説明する。エネルギ閉
じ込め型2端子圧電振動子1003の正面図、側面図を
図10に示す。このエネルギ閉じ込め型2端子圧電振動
子1003は、その一方の面に電極1003aを有し、
他方の面に電極1003bを有し、この両電極の面積
は、エネルギ閉じ込め型2端子圧電振動子1003の全
体の面積に比べて小さく、その厚さも薄い。これは、一
般的には以下の式で与えられる条件に入るようにする。
Therefore, in order to remove these, FIG.
Energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 8 shown in (a)
Use 03. In order to explain the characteristics of the energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803, the energy trapping type two-terminal piezoelectric vibrator will be described as an example. FIG. 10 shows a front view and a side view of the energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator 1003. This energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator 1003 has an electrode 1003a on one surface thereof,
An electrode 1003b is provided on the other surface, and the areas of these electrodes are smaller than the entire area of the energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator 1003 and the thickness thereof is also thin. This should generally satisfy the conditions given by

【0063】[0063]

【数6】 ここで、 a:電極の幅 2h:圧電振動子の厚さ ρ:圧電振動子の密度 2h′:電極の厚さ ρ′:電極の密度 である。このような条件に見合うように形成したエネル
ギ閉じ込め型2端子圧電振動子1003においては、対
向する電極1003aと電極1003bのみに振動が発
生する。通常、振動はその部分を波源に拡がって行く
が、この場合その振動は電極1003a、電極1003
bの直下に閉じ込められる。
[Equation 6] Here, a: width of electrode 2h: thickness of piezoelectric vibrator ρ: density of piezoelectric vibrator 2h ′: thickness of electrode ρ ′: density of electrode. In the energy confinement type two-terminal piezoelectric vibrator 1003 formed to meet such a condition, vibration is generated only in the electrodes 1003a and 1003b facing each other. Usually, the vibration spreads to the wave source at that portion, but in this case, the vibration is caused by the electrodes 1003a and 1003.
Trapped just below b.

【0064】これは以下の理由による。エネルギ閉じ込
め型2端子圧電振動子1003は逆圧電効果により、入
力信号に応じて振動する。この振動は上記エネルギ閉じ
込め型2端子圧電振動子1003の厚みに応じた周波数
を持つ。このときのエネルギに注目すると、エネルギE
はプランク定数hと振動数νに比例し、これを式で書く
と以下の式となる。
This is for the following reason. The energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator 1003 vibrates according to an input signal due to an inverse piezoelectric effect. This vibration has a frequency according to the thickness of the energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator 1003. Focusing on the energy at this time, the energy E
Is proportional to the Planck's constant h and the frequency ν.

【0065】[0065]

【数7】 また、振動数νは以下の式で与えられる。[Equation 7] The frequency ν is given by the following equation.

【0066】v=ν・λ 断面の厚さの違いにより、波長λは、次の関係になる。
ただし、電極部、無電極部を添字1 、2 で区別した。
V = ν · λ The wavelength λ has the following relationship due to the difference in the thickness of the cross section.
However, the electrode part and the electrodeless part were distinguished by suffixes 1 and 2.

【0067】λ1 >λ2 となり、音速vは一定なので、 ν1 <ν2 となり、電極直下のエネルギをE1 、無電極部のエネル
ギをE2 とすると、E1 <E2 となる。すなわち、電極
直下のエネルギは周囲に比べ低いことがわかる。しかし
エネルギは一般に低い方へ移動するということを考慮す
ると、E1 は常にE2 よりエネルギ供給を受ける事にな
り、最終的にはエネルギが電極直下に閉じ込められる事
になる。
Since λ1> λ2 and the sound velocity v is constant, ν1 <ν2, and E1 <E2 where E1 is the energy directly below the electrode and E2 is the energy of the electrodeless portion. That is, it can be seen that the energy directly below the electrode is lower than that in the surrounding area. However, considering that energy generally moves to the lower side, E1 is always supplied with energy from E2, and eventually energy is confined directly under the electrode.

【0068】また、エネルギ閉じ込め型電極構造とする
事により、電極周囲に質量負荷などの振動に影響を及ぼ
すような因子が加わっても電極直下の振動状態が変化し
ない。
Further, by adopting the energy confinement type electrode structure, the vibration state immediately below the electrode does not change even if a factor such as a mass load that affects the vibration is applied around the electrode.

【0069】よって、図10に示すように、電極100
3a,1003bに取り出し電極1003aL,100
3bLを、振動に影響を及ぼすことなく付設することが
でき、理想状態の振動状態と高いQm値を維持すること
ができる。
Therefore, as shown in FIG.
3a and 1003b, take-out electrodes 1003aL and 100
3 bL can be attached without affecting vibration, and an ideal vibration state and a high Qm value can be maintained.

【0070】同様な現象が3端子構造の時も発生し、図
8(a)に示すように3端子構造をエネルギ閉じ込め電
極で構成することにより、高いQm値を維持することが
できる。
A similar phenomenon occurs in a three-terminal structure, and a high Qm value can be maintained by constructing the three-terminal structure with energy trapping electrodes as shown in FIG. 8 (a).

【0071】なお、このときのエネルギ閉じ込め型3端
子圧電振動子の電極の形状は図8(a)に示す角形に限
定されるものではなく、丸形などの他の形状でもよい。
The shape of the electrodes of the energy-trap type three-terminal piezoelectric vibrator at this time is not limited to the rectangular shape shown in FIG. 8A, but may be another shape such as a round shape.

【0072】以上説明したように、本第3実施例によれ
ば、エネルギ閉じ込め電極構造をとることにより、理論
値に近い値で振動を発生させることが可能となり、高い
感度を有する圧覚センサの提供が可能となる。
As described above, according to the third embodiment, by adopting the energy confining electrode structure, it becomes possible to generate vibration at a value close to the theoretical value, and to provide a pressure sensor having high sensitivity. Is possible.

【0073】次に、本発明に係る第4実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚及び触覚センサにつ
いて説明する。
Next, a pressure and tactile sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure according to the fourth embodiment of the present invention will be described.

【0074】図11は、本発明に係る第4実施例の3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサの構成を
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the structure of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the fourth embodiment of the present invention.

【0075】本第4実施例は、3端子圧電振動子103
の表面に電極103bと電極103cと裏面に電極10
3aの3端子を有し、電極103aと電極103cの2
端子が、インバータ1106、抵抗1107、コンデン
サ1108a、1108bで構成される回路105に接
続され、上記3端子圧電振動子103の等価回路定数L
CR成分を用いて発振させる発振回路102が構成され
る。この発振回路102はピアス回路と呼ばれる。
The fourth embodiment is a three-terminal piezoelectric vibrator 103.
Electrode 103b and electrode 103c on the front surface and electrode 10 on the back surface
It has three terminals 3a and 2 of electrodes 103a and 103c.
The terminal is connected to a circuit 105 composed of an inverter 1106, a resistor 1107, capacitors 1108a and 1108b, and an equivalent circuit constant L of the above-described three-terminal piezoelectric vibrator 103.
An oscillation circuit 102 that oscillates using the CR component is configured. This oscillator circuit 102 is called a pierce circuit.

【0076】次に、本第4実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the fourth embodiment will be described.

【0077】発振回路102は電力増幅器と帰還回路か
らなっており、回路が発振するためには電力増幅器の利
得Ga と帰還回路の減衰Gf がGf ≦Ga の関係にあ
り、さらに電力増幅器の出力側より入力側に帰還される
出力が正帰還、すなわち同位相ならば発振することにな
る。
The oscillating circuit 102 is composed of a power amplifier and a feedback circuit. In order for the circuit to oscillate, the gain Ga of the power amplifier and the attenuation Gf of the feedback circuit are in a relationship of Gf ≤ Ga, and further, the output side of the power amplifier. If the output fed back to the input side is positive feedback, that is, if it has the same phase, it will oscillate.

【0078】図11においてインバータ1106と抵抗
1107により、位相の反転と帰還量が決定され、3端
子圧電振動子103により位相の反転がおこる。これに
より、電力増幅器の出力側と入力側において同位相とな
り、発振器が構成される。
In FIG. 11, the inverter 1106 and the resistor 1107 determine the phase inversion and the feedback amount, and the three-terminal piezoelectric vibrator 103 causes the phase inversion. As a result, the output side and the input side of the power amplifier have the same phase, and the oscillator is configured.

【0079】ここで、発振回路102にインバータ11
06を駆動するための電圧を印加すると、発振状態にな
り、3端子圧電振動子103の発振周波数で発振する。
Here, the inverter 11 is added to the oscillation circuit 102.
When a voltage for driving 06 is applied, it becomes an oscillating state and oscillates at the oscillation frequency of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.

【0080】対象物との接触による圧覚情報101は、
3端子電極構造の3端子圧電振動子103の接触面で検
出され、その信号検出は3端子回路の1つの電極103
bに接続された検出回路108で行われる。
The pressure information 101 due to contact with the object is
The signal is detected on the contact surface of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 having a three-terminal electrode structure, and the signal is detected by one electrode 103 of the three-terminal circuit.
This is performed by the detection circuit 108 connected to b.

【0081】図12はこの検出処理のフロー示すブロッ
ク図である。図11に示した発振回路102からの出力
信号3201は、その信号の周波数と振幅を周波数検出
回路3202と振幅検出回路3203で測定する。そし
て、この測定された信号と図11に示す3端子圧電振動
子体103に負荷がないときの信号が比較器3204で
比較され、粘弾性特性の出力3205として出力され
る。
FIG. 12 is a block diagram showing the flow of this detection processing. The output signal 3201 from the oscillation circuit 102 shown in FIG. 11 is measured in frequency and amplitude by the frequency detection circuit 3202 and the amplitude detection circuit 3203. Then, the measured signal and the signal when there is no load on the three-terminal piezoelectric vibrator body 103 shown in FIG. 11 are compared by the comparator 3204 and output as the output 3205 of the viscoelastic characteristic.

【0082】なお、上記振幅検出回路3203はピーク
ディテクタで構成され、上記周波数検出回路3202は
カウンタで構成されている。
The amplitude detection circuit 3203 is composed of a peak detector, and the frequency detection circuit 3202 is composed of a counter.

【0083】さらに、図13は上記比較器3204での
処理のフローを示すブロック図である。まず、無負荷の
状態でのブランク測定3101を行い、そのときの出力
される発振信号より周波数検出3106と振幅検出31
07を行い、その検出データがメモリ3108に格納さ
れる。
Further, FIG. 13 is a block diagram showing a flow of processing in the comparator 3204. First, blank measurement 3101 is performed under no load condition, and frequency detection 3106 and amplitude detection 31 are performed from the oscillation signal output at that time.
07, and the detection data is stored in the memory 3108.

【0084】その後、圧覚測定3112では、3端子圧
電振動子103に対象物が接触3102し、そのときの
発振信号を測定3103し、この測定した発振信号より
周波数検出3104と振幅検出3105を行う。そし
て、この検出データの周波数と振幅は、比較器3109
に入力され、上記メモリ3108に記憶されているブラ
ンク測定3101で検出された検出データの周波数と振
幅との比較を行い、テーブルに従って、圧覚データ31
10とする。なお、図12は図13中のブロック311
1に相当する。
After that, in the pressure sense measurement 3112, the object comes into contact with the three-terminal piezoelectric vibrator 103 3102, the oscillation signal at that time is measured 3103, and the frequency detection 3104 and the amplitude detection 3105 are performed based on the measured oscillation signal. Then, the frequency and amplitude of this detection data are compared by the comparator 3109.
Is compared with the frequency and amplitude of the detection data detected by the blank measurement 3101 stored in the memory 3108 and stored in the memory 3108.
Set to 10. Note that FIG. 12 is a block 311 in FIG.
Equivalent to 1.

【0085】また、出力端子106から出力される出力
信号は図4(a)、(b)に示すようになる。この出力
信号は3端子圧電振動子103の共振周波数f0 で出力
され、かつ3端子圧電振動子103のインピーダンスの
実数部に対応した振幅で出力される。よって、図4
(a)に示した出力信号のf0 は上式のfr に相当し、
VはZに比例する。検出回路108は上記のf0 とVを
検出する。
The output signal output from the output terminal 106 is as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). This output signal is output at the resonance frequency f 0 of the three-terminal piezoelectric vibrator 103, and is output with an amplitude corresponding to the real part of the impedance of the three-terminal piezoelectric vibrator 103. Therefore, FIG.
The output signal f 0 shown in (a) corresponds to f r in the above equation,
V is proportional to Z. The detection circuit 108 detects the above f 0 and V.

【0086】次に、粘弾性体が発振回路102に接触す
ると、上式の共振周波数fr 、反共振周波数fa 、イン
ピーダンスZが上述した式(1)に示したfr1、fa1
1に変化する。
Next, when the viscoelastic body comes into contact with the oscillation circuit 102, the resonance frequency f r , the anti-resonance frequency f a , and the impedance Z of the above formulas f r1 , f a1 shown in the above formula (1),
Change to Z 1 .

【0087】よって、図4(a)に示したように出力信
号の振幅がΔV小さくなり、図4(b)に示したように
出力信号の周期が1周期あたり時間Δtだけ短くなる、
すなわち出力信号の発振周波数が小さくなる。この値を
それぞれ検出することにより、粘弾性体の粘弾性特性を
検出することが可能になる。
Therefore, the amplitude of the output signal is reduced by ΔV as shown in FIG. 4A, and the cycle of the output signal is shortened by the time Δt per cycle as shown in FIG. 4B.
That is, the oscillation frequency of the output signal decreases. By detecting each of these values, it becomes possible to detect the viscoelastic characteristics of the viscoelastic body.

【0088】なお、3端子圧電振動子103の電極構造
は、図8に示すように角形が考えられるが、エネルギを
効率よく閉じ込めるような形状なら角形に限るわけでは
なく、角形以外の形状であっても良い。
The electrode structure of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 may have a rectangular shape as shown in FIG. 8, but the shape is not limited to the rectangular shape as long as the energy can be efficiently trapped. May be.

【0089】また、発振回路102もピアス回路に限定
されるものではなく、3端子圧電振動子103の等価回
路定数を用いて構成される発振回路であれば、その他の
回路でも良い。
The oscillator circuit 102 is not limited to the Pierce circuit, and any other circuit may be used as long as it is an oscillator circuit configured by using the equivalent circuit constant of the three-terminal piezoelectric vibrator 103.

【0090】さらに、ピアス回路にはインバータと同機
能を持ったものを使用しても良く、例えばAND回路の
2つの入力端子を結合して1つの入力端子として使用し
ても同様の特性が得られることより、AND回路を使用
しても良い。
Further, as the piercing circuit, one having the same function as that of the inverter may be used. For example, even if two input terminals of the AND circuit are combined and used as one input terminal, the same characteristic is obtained. Therefore, an AND circuit may be used.

【0091】以上説明したように、本第4実施例におい
ては、上記ピアス回路を用いており、共振周波数、反共
振周波数の間で発振する事になるので、周波数の調整が
不必要となり、回路の調整が容易になる。
As described above, in the fourth embodiment, the Pierce circuit is used, and since the oscillation occurs between the resonance frequency and the anti-resonance frequency, the frequency adjustment becomes unnecessary and the circuit Adjustment becomes easy.

【0092】次に、本発明に係る第5実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the fifth embodiment of the present invention will be described.

【0093】図14は、本発明に係る第5実施例の3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサの構成を
示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the structure of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the fifth embodiment of the present invention.

【0094】本第5実施例では、エネルギ閉じ込め型3
端子圧電振動子803の表面に電極803bと電極80
3c、裏面に電極803aの3端子を有し、上記電極8
03aと上記電極803cの2端子が圧電振動子の等価
回路定数LCR成分を用いて発振回路を構成可能な回路
105に接続され、これより発振回路102が構成され
る。
In the fifth embodiment, the energy trap type 3 is used.
The electrode 803b and the electrode 80 are provided on the surface of the terminal piezoelectric vibrator 803.
3c, which has three terminals of an electrode 803a on the back surface,
03a and the two terminals of the electrode 803c are connected to a circuit 105 that can configure an oscillation circuit using the equivalent circuit constant LCR component of the piezoelectric vibrator, and the oscillation circuit 102 is configured from this.

【0095】さらに、電極803bからの信号を出力す
る出力端子106と、電極803cからの信号を出力す
る出力端子107と、出力端子106と出力端子107
からの信号を加算する加算器1201と、さらに上記加
算器1201からのセンサ信号を検出する検出回路12
03を有し、これらにより圧覚センサ1204が構成さ
れる。
Further, an output terminal 106 for outputting a signal from the electrode 803b, an output terminal 107 for outputting a signal from the electrode 803c, an output terminal 106 and an output terminal 107.
1201 for adding the signals from the adder 1201 and the detection circuit 12 for detecting the sensor signal from the adder 1201.
03, and these constitute the pressure sensor 1204.

【0096】次に、本第5実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the fifth embodiment will be described.

【0097】エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子80
3の等価回路は、図15のように表せる。この等価回路
の動作の概略は、1枚の圧電セラミック板上に2個の振
動子を閉じ込めており、さらに位相反転トランスを内蔵
しているのと同様の効果を示すものである。すなわち、
電極803cと電極803aに信号を加えると、電極8
03bと電極803aからは位相が反転した信号が出力
される。よって、電極803cからの出力信号と電極8
03bからの出力信号の位相は反転している。
Energy-confining 3-terminal piezoelectric vibrator 80
The equivalent circuit of 3 can be expressed as shown in FIG. The outline of the operation of this equivalent circuit shows the same effect as that in which two vibrators are confined on one piezoelectric ceramic plate and a phase inversion transformer is built in. That is,
When a signal is applied to the electrodes 803c and 803a, the electrodes 8
A signal whose phase is inverted is output from 03b and the electrode 803a. Therefore, the output signal from the electrode 803c and the electrode 8
The phase of the output signal from 03b is inverted.

【0098】一方、エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動
子803に接触によって入力される圧覚情報101は電
極803b、電極803cとも機械信号として均等に入
り、上記エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803で
電気信号Aに変換される。この電極803bと電極80
3cからの信号は同位相である。これらの信号を整理す
ると、図16に示すようになる。
On the other hand, the pressure sensation information 101 input by contacting the energy-trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803 uniformly enters into the electrodes 803b and 803c as mechanical signals, and the energy-trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 803 outputs an electric signal. Converted to A. This electrode 803b and electrode 80
The signals from 3c are in phase. FIG. 16 shows the summary of these signals.

【0099】出力端子106、出力端子107からの信
号を加算器1201で加算すると出力端子1202から
は、発振信号Sが除去され、圧覚信号Aが2倍となって
出力される。また、発振回路102にノイズS′が入っ
ても、出力端子107と出力端子106では位相が反転
しているため、加算器1201で除去される。
When the signals from the output terminals 106 and 107 are added by the adder 1201, the oscillation signal S is removed from the output terminal 1202, and the pressure signal A is doubled and output. Further, even if the noise S ′ enters the oscillator circuit 102, the phases are inverted between the output terminal 107 and the output terminal 106, so that the noise S ′ is removed by the adder 1201.

【0100】以上説明したように、上記第1実施例にて
述べたような出力端子106からの出力信号を直接、検
出回路108に入力する構成でも圧覚信号Aは検出でき
るが、ノイズが出力信号に混在する可能性がある。しか
し、本第5実施例のような構成にすれば、耐ノイズ性が
強く、かつ、図3に示す周波数帯域Δf内のノイズも除
去可能となる。
As described above, the pressure signal A can be detected even with the configuration in which the output signal from the output terminal 106 as described in the first embodiment is directly input to the detection circuit 108, but noise is generated in the output signal. May be mixed in. However, with the configuration of the fifth embodiment, the noise resistance is strong and the noise in the frequency band Δf shown in FIG. 3 can be removed.

【0101】次に、本発明に係る第6実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the sixth embodiment of the present invention will be described.

【0102】図17は、本発明に係る第6実施例の3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサの構成を
示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the structure of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the sixth embodiment of the present invention.

【0103】本第6実施例では、エネルギ閉じ込め型3
端子圧電振動子803の表面に電極803bと電極80
3cと裏面に電極803aの3端子を有し、電極803
aと電極803cの2端子が圧電振動子の等価回路定数
LCR成分を用いて発振回路を構成可能な回路105に
接続され、発振回路102が構成される。
In the sixth embodiment, the energy trap type 3
The electrode 803b and the electrode 80 are provided on the surface of the terminal piezoelectric vibrator 803.
3c and three terminals of an electrode 803a on the back surface.
The two terminals of a and the electrode 803c are connected to the circuit 105 that can configure the oscillation circuit using the equivalent circuit constant LCR component of the piezoelectric vibrator, and the oscillation circuit 102 is configured.

【0104】また、上記電極803bからの出力信号を
移相させる移相器1401と、この出力信号を出力する
出力端子1402と、上記電極803cからの出力信号
を出力する出力端子107と、上記出力端子1402と
出力端子107からの出力を加算する加算器1201
と、この加算器1201からのセンサ信号を検出する検
出回路1203を有し、これらにより圧覚センサ120
4が構成される。
A phase shifter 1401 for shifting the output signal from the electrode 803b, an output terminal 1402 for outputting the output signal, an output terminal 107 for outputting an output signal from the electrode 803c, and the output An adder 1201 for adding the outputs from the terminal 1402 and the output terminal 107
And a detection circuit 1203 for detecting the sensor signal from the adder 1201.
4 are configured.

【0105】次に、本第6実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the sixth embodiment will be described.

【0106】3端子エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動
子803の等価回路は図15のように表せる。この等価
回路の動作の概略は、1枚の圧電セラミック板上に2個
の振動子を閉じ込め、さらに位相反転トランスを内蔵し
ているのと同様の効果を示すものである。すなわち、電
極803cと電極803aに信号を加えると電極803
bと電極803aからは位相が反転した信号が出力され
る。よって、電極803cからの出力信号と電極803
bからの出力信号の位相は反転している。
An equivalent circuit of the three-terminal energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 can be represented as shown in FIG. The outline of the operation of this equivalent circuit shows the same effect as that of confining two vibrators on one piezoelectric ceramic plate and further incorporating a phase inversion transformer. That is, when a signal is applied to the electrodes 803c and 803a, the electrodes 803
Signals with inverted phases are output from b and the electrode 803a. Therefore, the output signal from the electrode 803c and the electrode 803
The phase of the output signal from b is inverted.

【0107】しかし、振動の伝搬という現象を考慮する
と、完全に位相が反転するとはいえない可能性がある。
そのため、図14に示す構成では、加算器1201にお
いて、発振信号とノイズの除去が的確にできない可能性
がある。そこで、本第6実施例では電極803bからの
出力信号を完全に出力端子107と反転させるように調
整可能な移相器1401を設けている。
However, considering the phenomenon of vibration propagation, there is a possibility that the phase may not be completely inverted.
Therefore, in the configuration shown in FIG. 14, the adder 1201 may not be able to accurately remove the oscillation signal and noise. Therefore, in the sixth embodiment, a phase shifter 1401 that can be adjusted so as to completely invert the output signal from the electrode 803b to the output terminal 107 is provided.

【0108】これにより、電極803bからの出力信号
を移相器1401に入力すれば、この移相器1401か
らの出力信号を出力する出力端子1402と出力端子1
07の発振信号SとノイズS′の出力は完全に反転して
おり、上記加算器1201で、発振信号SとノイズS′
を除去することが可能になる。
Thus, when the output signal from the electrode 803b is input to the phase shifter 1401, the output terminal 1402 and the output terminal 1 for outputting the output signal from the phase shifter 1401.
The output of the oscillation signal S of 07 and the noise S ′ are completely inverted, and the adder 1201 outputs the oscillation signal S and the noise S ′.
Can be removed.

【0109】以上説明したように、図14に示した第5
実施例における、出力端子106からの出力信号と出力
端子107からの出力信号を直接、加算器1201に入
力する構成ではノイズが出力信号に混在する可能性があ
る。しかし、本第6実施例のような構成にすれば、耐ノ
イズ性が強く、かつ、図3に示す周波数帯域Δf内の的
確なノイズの除去も可能となる。
As described above, the fifth signal shown in FIG.
In the embodiment, in the configuration in which the output signal from the output terminal 106 and the output signal from the output terminal 107 are directly input to the adder 1201, noise may be mixed in the output signal. However, with the configuration of the sixth embodiment, the noise resistance is strong and it is possible to remove the noise accurately within the frequency band Δf shown in FIG.

【0110】次に、本発明に係る第7実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the seventh embodiment of the present invention will be described.

【0111】図18(a)は、本発明に係る第7実施例
の3端子構造を有する圧電振動子を2端子側から見た
図、図18(b)はその断面図である。
FIG. 18A is a view of a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the seventh embodiment of the present invention as viewed from the two-terminal side, and FIG. 18B is a sectional view thereof.

【0112】本第7実施例では、図8において使用する
エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803の分極方向
1501を、図18(b)に示すように、電極803
a、もしくは電極803b、電極803cに垂直な方
向、すなわち、対象物と接触する面に対し、厚み方向に
分極させる。
In the seventh embodiment, the polarization direction 1501 of the energy confining type three-terminal piezoelectric vibrator 803 used in FIG. 8 is changed to the electrode 803 as shown in FIG. 18B.
a, or the direction perpendicular to the electrodes 803b and 803c, that is, the surface in contact with the object is polarized in the thickness direction.

【0113】次に、本第7実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the seventh embodiment will be described.

【0114】図18(b)に示すような分極方向150
1のとき、図8に示したように電極803a、電極80
3cの2端子で構成される発振回路102により、対象
物に接触するエネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子80
3の表面は厚み方向に振動する。そこで、例えば生体は
腱などによる粘弾性特性の異方性を有しているが、この
ように対象物に対して縦方向に振動することにより、縦
方向の粘弾性特性が検出できる。
The polarization direction 150 as shown in FIG.
1, the electrode 803a, the electrode 80 as shown in FIG.
An energy trapping type three-terminal piezoelectric vibrator 80 that comes into contact with an object by the oscillation circuit 102 composed of two terminals 3c.
The surface of 3 vibrates in the thickness direction. Therefore, for example, a living body has anisotropy of viscoelasticity due to tendons and the like, but by vibrating in the vertical direction with respect to an object in this manner, the viscoelasticity in the vertical direction can be detected.

【0115】よって、本第7実施例では、異方性をもつ
対象物の粘弾性特性において縦方向の粘弾性特性を機械
的インピーダンスとして検出することが可能である。
Therefore, in the seventh embodiment, it is possible to detect the viscoelastic characteristic in the longitudinal direction as the mechanical impedance in the viscoelastic characteristic of the anisotropic object.

【0116】次に、本発明に係る第8実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説明
する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the eighth embodiment of the present invention will be described.

【0117】本第8実施例では、図8において使用する
エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803の分極方向
1501を、図18(c)に示すように、電極803
a、もしくは電極803b、電極803cに平行方向、
すなわち、対象物と接触する面に対し、すべり方向に分
極させる。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 18C, the polarization direction 1501 of the energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 used in FIG.
a, or a direction parallel to the electrodes 803b and 803c,
That is, the surface in contact with the object is polarized in the slip direction.

【0118】次に、本第8実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the eighth embodiment will be described.

【0119】図18(c)に示すような分極方向150
2のとき、図8に示すように電極803a、電極803
cの2端子で構成される発振回路102により、対象物
に接触する3端子圧電振動子の表面はすべり方向に振動
する。そこで、例えば生体は腱などによる粘弾性特性の
異方性を有しているが、このように対象物に対して横方
向に振動することにより、横方向の粘弾性特性が検出で
きる。
Polarization direction 150 as shown in FIG.
2, the electrode 803a, the electrode 803 as shown in FIG.
The surface of the three-terminal piezoelectric vibrator that is in contact with the object vibrates in the sliding direction by the oscillation circuit 102 having two terminals c. Therefore, for example, a living body has anisotropy of viscoelasticity due to tendons and the like, but the viscoelasticity in the lateral direction can be detected by vibrating in the lateral direction with respect to the object in this manner.

【0120】よって、本第8実施例では、異方性をもつ
対象物の粘弾性特性において横方向の粘弾性特性を機械
的インピーダンスとして検出することが可能である。
Therefore, in the eighth embodiment, it is possible to detect the viscoelastic characteristic in the lateral direction as the mechanical impedance in the viscoelastic characteristic of the object having anisotropy.

【0121】次に、本発明に係る第9実施例の3端子構
造を有する圧電振動子を用いた触覚センサについて説明
する。
Next explained is a tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the ninth embodiment of the invention.

【0122】本第9実施例では、対象物に圧電振動子を
接触させて、パルス印加による圧電振動子からの振動応
答を検出することにより、対象物の有する粘弾性特性と
非線形性と異方性のうち、2つまたは3つの特性を検出
する手段を有する触覚センサにおいて、上記圧電振動子
がその一方の面にエネルギ閉じ込め型電極1、2を有
し、他の面にエネルギ閉じ込め型電極3を有する圧電振
動子であり、電極1と電極3の間にパルス信号を印加す
る手段と、電極2と電極3の間に出力される、パルス信
号による上記圧電振動子の振動応答を検出する手段を有
する。
In the ninth embodiment, the piezoelectric vibrator is brought into contact with the object, and the vibration response from the piezoelectric vibrator due to the pulse application is detected, so that the viscoelastic characteristic and nonlinearity of the object are anisotropic. In the tactile sensor having means for detecting two or three characteristics, the piezoelectric vibrator has the energy trapping electrodes 1 and 2 on one surface and the energy trapping electrode 3 on the other surface. And a means for applying a pulse signal between the electrode 1 and the electrode 3, and a means for detecting a vibration response of the piezoelectric vibrator due to the pulse signal output between the electrode 2 and the electrode 3. Have.

【0123】次に、本第9実施例の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた触覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the tactile sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the ninth embodiment will be described.

【0124】図20に示すような2端子構造のエネルギ
閉じ込め電極の圧電振動子1805の端子1801と端
子1802の間に、図21(a)に示すようなパルス信
号を印加する。すると、端子1803と端子1804に
は、入力と出力の電極を同一にしているため、図21
(b)に示すような入力信号と圧電振動子1805の特
性に応じた振動波形とが重畳した波形が出力される。そ
のため、圧電振動子1805の振動波形のみを検出する
ためには上記パルス信号を除去する必要がある。
A pulse signal as shown in FIG. 21A is applied between the terminals 1801 and 1802 of the piezoelectric vibrator 1805 having the energy trapping electrode having the two-terminal structure as shown in FIG. Then, the terminals 1803 and 1804 have the same input and output electrodes.
A waveform in which an input signal as shown in (b) and a vibration waveform according to the characteristics of the piezoelectric vibrator 1805 are superimposed is output. Therefore, in order to detect only the vibration waveform of the piezoelectric vibrator 1805, it is necessary to remove the pulse signal.

【0125】一方、図19に示すような3端子構造のエ
ネルギ閉じ込め電極の圧電振動子803の端子1601
と端子1602の間に、図22(a)に示すようなパル
ス信号を印加すると端子1603と端子1604には、
図22(b)に示すようなエネルギ閉じ込め型3端子圧
電振動子803の特性に応じた振動波形のみが出力され
る。
On the other hand, the terminals 1601 of the piezoelectric vibrator 803 of the energy trapping electrode having the three-terminal structure as shown in FIG.
When a pulse signal as shown in FIG. 22A is applied between the terminal 1602 and the terminal 1602,
Only a vibration waveform corresponding to the characteristics of the energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 as shown in FIG. 22B is output.

【0126】これは、電極803aと電極803cの間
は図22(a)に示すパルス信号による逆圧電効果によ
り振動が起きるが、電極803aと電極803bの間に
は電極803aと電極803cの間の振動が伝搬した振
動が生じている。この振動に応じた圧電効果による圧電
信号が、端子1603と端子1604の間に検出される
ものである。よって、出力端子には圧電効果による振動
のみの電圧信号が出力される。
This is because vibration occurs between the electrode 803a and the electrode 803c due to the inverse piezoelectric effect due to the pulse signal shown in FIG. 22A, but between the electrode 803a and the electrode 803b, between the electrode 803a and the electrode 803c. Vibration propagated Vibration is occurring. A piezoelectric signal due to the piezoelectric effect corresponding to this vibration is detected between the terminals 1603 and 1604. Therefore, the voltage signal of only the vibration due to the piezoelectric effect is output to the output terminal.

【0127】また、このとき、エネルギ閉じ込め型3端
子圧電振動子803による振動から超音波が発生し、図
23に示すように対象物が接触していると、そのときの
信号は図24に示すようになる。図23において200
1は粘弾性体、2002はインピーダンス変化部、20
03はセンサ、2004は送信波、2005は受信波で
ある。そして、インピーダンス変化部2002ではセン
サ2003からの送信波2004が反射して、センサ2
003で受信波2005を検出する。このときの信号を
示したのが図24である。この信号を用いて、非線形弾
性部によるエコー信号を測定することが可能になる。
Further, at this time, when ultrasonic waves are generated from the vibration by the energy confinement type three-terminal piezoelectric vibrator 803 and the object is in contact as shown in FIG. 23, the signal at that time is shown in FIG. Like In FIG. 23, 200
Reference numeral 1 is a viscoelastic body, 2002 is an impedance changing section, and 20
Reference numeral 03 is a sensor, 2004 is a transmitted wave, and 2005 is a received wave. Then, the impedance changing unit 2002 reflects the transmission wave 2004 from the sensor 2003,
In 003, the received wave 2005 is detected. FIG. 24 shows the signal at this time. Using this signal, it becomes possible to measure the echo signal by the non-linear elastic part.

【0128】この図24は、エネルギ閉じ込め型3端子
圧電振動子803に負荷がないときのインパルス応答を
示したものである。
FIG. 24 shows an impulse response when there is no load on the energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803.

【0129】図24(a)に示すようなパルス信号をエ
ネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803に印加する
と、このエネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子803
は、図24(b)に示すような、このときのエネルギ閉
じ込め型3端子圧電振動子803の形状、寸法によって
決まる共振周波数fnoloadと、共振尖鋭度Qmに依存し
た振幅Vnoloadで振動する。
When a pulse signal as shown in FIG. 24A is applied to the energy confining three-terminal piezoelectric vibrator 803, the energy confining three-terminal piezoelectric vibrator 803.
Oscillates at a resonance frequency fnoload determined by the shape and dimensions of the energy trapping three-terminal piezoelectric vibrator 803 at this time and an amplitude Vnoload depending on the resonance sharpness Qm as shown in FIG.

【0130】また、図23は超音波の生体内における伝
搬を説明するための模式図である。
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the propagation of ultrasonic waves in a living body.

【0131】まず、エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動
子803に印加する電圧は、図24(a)に示すような
デルタ関数に近い電圧波形とする。このデルタ関数的電
圧印加によって上記エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動
子803がその共振周波数で振動励起され、この振動が
図23に示すように対象物と一つの振動系として振動す
る。すると、図24(b)に示すようなインパルス応答
である送信信号波形2101が得られ、超音波2004
として対象物2001内を伝搬し、非線形弾性組織部2
002に到達すると、そこで振動は反射され、エコー信
号2005としてセンサ2003に戻ってきてセンサ2
003を振動させ、図24(b)に示すように受信信号
波形2102が得られる。
First, the voltage applied to the energy-trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 has a voltage waveform close to a delta function as shown in FIG. By this delta function voltage application, the energy confining type three-terminal piezoelectric vibrator 803 is vibrationally excited at its resonance frequency, and this vibration vibrates as one vibration system with the object as shown in FIG. Then, a transmission signal waveform 2101 which is an impulse response as shown in FIG.
Propagates through the object 2001 as
When it reaches 002, the vibration is reflected there, and returns to the sensor 2003 as an echo signal 2005 to return to the sensor 2
By vibrating 003, a received signal waveform 2102 is obtained as shown in FIG.

【0132】ここで、上記送信信号波形2101におけ
る振幅をV1maxとし、中心周波数をf10とし、上記受信
信号波形2102における振幅をV2maxとし、中心周波
数をf20とする。負荷がないときの振幅Vnoload及び中
心周波数fnoloadと、上記送信信号波形2101の振幅
V1max及び中心周波数f10と、さらに受信信号波形21
02の振幅V2max及び中心周波数f10とを比較すると、
Vnoload>V1max>V2maxなる振幅の減衰と、fnoload
>f10>f20なる周波数の低周波数側へのシフトという
関係がある。このように、上記送信信号波形2101の
振幅の減衰(Vnoload/V1max)と周波数のシフト(f
noload>f10)は機械的インピーダンスに関係してい
る。よって、送信信号波形2101を用いることにより
粘弾性特性が検出できる。
Here, the amplitude in the transmission signal waveform 2101 is V1max, the center frequency is f10, the amplitude in the reception signal waveform 2102 is V2max, and the center frequency is f20. The amplitude Vnoload and the center frequency fnoload when there is no load, the amplitude V1max and the center frequency f10 of the transmission signal waveform 2101, and the reception signal waveform 21
Comparing the amplitude V2max of 02 and the center frequency f10,
Attenuation of amplitude such that Vnoload>V1max> V2max and fnoload
There is a relationship that the frequency>f10> f20 is shifted to the low frequency side. Thus, the amplitude attenuation (Vnoload / V1max) and the frequency shift (f
noload> f10) is related to mechanical impedance. Therefore, the viscoelastic characteristic can be detected by using the transmission signal waveform 2101.

【0133】また、図24(b)に示すように受信信号
波形2102のようにエコーが観察されることと、振幅
の減衰(f10>f20もしくはfnoload>f20)と中心周
波数がシフト(V1max>V2maxもしくはVnoload>V2m
ax)することが対象物の非線形特性に関係している。特
に、エコーは音響インピーダンスの不連続部に対応して
いる。そのため、この受信信号波形2102を用いるこ
とにより非線形特性が検出できる。
Further, as shown in FIG. 24B, an echo is observed as in the received signal waveform 2102, the amplitude is attenuated (f10> f20 or fnoload> f20), and the center frequency is shifted (V1max> V2max). Or Vnoload> V2m
ax) is related to the nonlinear characteristics of the object. In particular, echoes correspond to discontinuities in acoustic impedance. Therefore, the non-linear characteristic can be detected by using this received signal waveform 2102.

【0134】また、受信される電圧波形より対象物の機
械インピーダンスを検出するが、ここには対象物の情報
だけでなく、トランスデューサ固有の特性も入っている
のでこれを分離する必要がある。分離には、図22に示
したような振幅Vnoloadと中心周波数fnoloadを実測
し、これを用いて分離を行う。
Further, the mechanical impedance of the object is detected from the received voltage waveform, but since it contains not only the information of the object but also the characteristics peculiar to the transducer, it is necessary to separate it. For the separation, the amplitude Vnoload and the center frequency fnoload as shown in FIG. 22 are actually measured, and the separation is performed using this.

【0135】ここで、機械インピーダンスの差異は中心
周波数のずれと振幅変化に反映されるため、信号を個別
にサンプリングし、それぞれ個別にFFTとピークディ
テクタをかけ、その波形から振幅の最大値とそのときの
周波数を求めることにより分離が可能となり、非線形特
性を求めることができる。
Since the difference in the mechanical impedance is reflected in the deviation of the center frequency and the change in the amplitude, the signals are sampled individually, and the FFT and the peak detector are individually applied, and the maximum value of the amplitude and By obtaining the frequency at this time, separation becomes possible, and the nonlinear characteristic can be obtained.

【0136】ここで、検出する物理量をもう一度整理す
ると、図26に示すようになる。この図26において、
fは周波数、Vは振幅、t1 は送信信号波形2101の
振動時間幅、Tは受信信号波形2102が受信されるま
での時間である。なお、図26における添字の1、2は
送信信号波形2101、受信信号波形2102に対応し
ている。
Here, the physical quantities to be detected are arranged again as shown in FIG. In FIG. 26,
f is the frequency, V is the amplitude, t1 is the oscillation time width of the transmission signal waveform 2101, and T is the time until the reception signal waveform 2102 is received. The subscripts 1 and 2 in FIG. 26 correspond to the transmission signal waveform 2101 and the reception signal waveform 2102.

【0137】また、送信信号波形2101より周波数の
ずれと最大振幅の変化を検出し、これより粘弾性特性を
検出する。また、受信信号波形2102より周波数のず
れと最大振幅の変化とエコー信号が受信されるまでの時
間を検出し、これより非線形特性を検出する。
Further, the deviation of the frequency and the change of the maximum amplitude are detected from the transmission signal waveform 2101, and the viscoelastic characteristic is detected from this. Further, the frequency shift, the change in the maximum amplitude, and the time until the echo signal is received are detected from the received signal waveform 2102, and the nonlinear characteristic is detected from this.

【0138】ここで、例えば生体は腱や血管等により粘
弾性特性に異方性を有している。この異方性が図18
(b)に示すような分極方向1501のとき、電極80
3a、電極803cの2端子に図24(a)で示すよう
なパルスを印加すると、対象物に接触するエネルギ閉じ
込め型3端子圧電振動子803の表面は、厚み方向に振
動する。よって、そのとき図24(b)のような応答波
形が生じ、これより縦方向の粘弾性特性、非線形性が検
出できる。
Here, for example, a living body has anisotropy in viscoelastic characteristics due to tendons and blood vessels. This anisotropy is shown in FIG.
When the polarization direction 1501 as shown in FIG.
When a pulse as shown in FIG. 24A is applied to the two terminals of the electrode 3a and the electrode 803c, the surface of the energy-trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 that contacts the object vibrates in the thickness direction. Therefore, at that time, a response waveform as shown in FIG. 24B is generated, and from this, the longitudinal viscoelastic characteristics and non-linearity can be detected.

【0139】同様に、上記異方性が図18(c)に示す
ような分極方向1502のとき、電極803a、電極8
03cの2端子に図24(a)で示すようなパルスを印
加すると、対象物に接触するエネルギ閉じ込め型3端子
圧電振動子803の表面は、すべり方向に振動する。よ
って、そのとき図24(b)のような応答波形が生じ、
これより横方向の粘弾性特性、非線形性が検出できる。
Similarly, when the anisotropy is the polarization direction 1502 as shown in FIG. 18C, the electrode 803a and the electrode 8 are formed.
When a pulse as shown in FIG. 24A is applied to the two terminals of 03c, the surface of the energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator 803 in contact with the object vibrates in the slip direction. Therefore, at that time, a response waveform as shown in FIG.
From this, lateral viscoelastic characteristics and non-linearity can be detected.

【0140】このように、エネルギ閉じ込め型3端子圧
電振動子803の分極方向を、図27に示すように同一
平面に異なる方向に分極方向が向くように配置すること
により、異方性も検出することが可能になる。例えば、
厚み方向に分極した3端子圧電振動子3704とすべり
方向に分極した3端子圧電振動子3705にそれぞれ3
端子電極を付設し、一体化した構成にする。
As described above, the anisotropy is also detected by arranging the polarization directions of the energy confinement type three-terminal piezoelectric vibrator 803 so that the polarization directions are oriented in different directions on the same plane as shown in FIG. It will be possible. For example,
The three-terminal piezoelectric vibrator 3704 polarized in the thickness direction and the three-terminal piezoelectric vibrator 3705 polarized in the sliding direction each have three
A terminal electrode is attached to form an integrated structure.

【0141】これらを振動の影響を及ぼさないように溝
3506を隔てて一体化し、各々を振動し、それぞれの
信号を図28に示すような処理回路3318で処理す
る。このように、厚み方向とすべり方向の異なる分極方
向を持つ3端子圧電振動子を一体的に用いる方法によ
り、対象物の異方性を検出することができる。この結
果、対象物の縦方向、横方向の粘弾性特性、非線形性、
異方性が測定できる。
These are integrated with each other with a groove 3506 interposed therebetween so as not to exert an influence of vibration, each is vibrated, and each signal is processed by a processing circuit 3318 as shown in FIG. As described above, the anisotropy of the object can be detected by the method of integrally using the three-terminal piezoelectric vibrators having the polarization directions different in the thickness direction and the slip direction. As a result, the longitudinal and lateral viscoelastic characteristics of the object, non-linearity,
Anisotropy can be measured.

【0142】このときの信号処理フローを図28に示
す。駆動処理回路3318は、圧電体803を駆動する
ためのパルス発振回路3303と電極803bからの信
号を受信するパルス受信回路3304、受信信号を解析
するインパルス応答波形解析回路3308を有する。そ
して、上記パルス発振回路3303、パルス受信回路3
304、インパルス応答波形解析回路3308を制御す
る制御回路3302、上記インパルス応答波形解析回路
3308からの粘弾性特性値、非線形特性値、異方性を
記憶する解析値記憶回路3309、この解析値記憶回路
3309で得られた値を解析値演算回路3310で触覚
に関する値に演算する。そして、この演算結果をCRT
などの出力回路3311にいったん出力し、その値を知
覚データ化処理回路3312で触覚のデータとする。
The signal processing flow at this time is shown in FIG. The drive processing circuit 3318 includes a pulse oscillation circuit 3303 for driving the piezoelectric body 803, a pulse reception circuit 3304 that receives a signal from the electrode 803b, and an impulse response waveform analysis circuit 3308 that analyzes the received signal. Then, the pulse oscillation circuit 3303 and the pulse receiving circuit 3
304, a control circuit 3302 that controls the impulse response waveform analysis circuit 3308, an analysis value storage circuit 3309 that stores the viscoelasticity characteristic value, the nonlinear characteristic value, and anisotropy from the impulse response waveform analysis circuit 3308, and this analysis value storage circuit The analysis value calculation circuit 3310 calculates the value obtained in 3309 into a value related to tactile sense. Then, this calculation result is displayed on the CRT.
Is output to the output circuit 3311 once, and the perceptual data conversion processing circuit 3312 uses the value as tactile data.

【0143】さらに、上記インパルス応答波形解析回路
3308は、図28(b)に示すような構成をしてお
り、パルス受信回路3304より得られた信号波形はゲ
ート回路3314より、図24(b)に示した送信信号
波形2101と受信信号波形2102とを分離する。上
記ゲート回路3314を通った信号波形は、デジタルF
FT3315により信号波形の最大振幅と中心周波数を
検出し、この値を解析値記憶回路3316に入力する。
以上がインパルス応答波形解析回路3308の動作であ
る。以上のような処理回路により、信号処理は行われ
る。
Further, the impulse response waveform analysis circuit 3308 has the structure shown in FIG. 28B, and the signal waveform obtained from the pulse receiving circuit 3304 is output from the gate circuit 3314 to the signal waveform shown in FIG. The transmission signal waveform 2101 and the reception signal waveform 2102 shown in are separated. The signal waveform passing through the gate circuit 3314 is a digital F
The FT3315 detects the maximum amplitude and center frequency of the signal waveform, and inputs this value to the analysis value storage circuit 3316.
The above is the operation of the impulse response waveform analysis circuit 3308. The signal processing is performed by the processing circuit as described above.

【0144】以上説明したように、図20に示したよう
な2端子構造では、このパルス波形の除去に差信号回路
などにより入力信号と出力信号を区別する必要があり、
センサ周辺回路を大きくする要因となる。しかし、エネ
ルギ閉じ込め電極において、図19に示したように3端
子構造とすることにより、差信号回路を用いずにパルス
波形を除去することが可能となる。
As described above, in the two-terminal structure shown in FIG. 20, it is necessary to distinguish the input signal and the output signal by the difference signal circuit or the like in order to remove the pulse waveform.
It becomes a factor to enlarge the sensor peripheral circuit. However, the energy trapping electrode has a three-terminal structure as shown in FIG. 19, so that the pulse waveform can be removed without using a difference signal circuit.

【0145】次に、本発明に係る第10実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説
明する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the tenth embodiment of the present invention will be described.

【0146】図29は、電源線2219にセンサ信号2
215を重畳させる方式の原理を示す図である。
FIG. 29 shows the sensor signal 2 on the power line 2219.
It is a figure which shows the principle of the system which overlaps 215.

【0147】センサ用回路2201は圧覚センサ10
4、DC信号カット用のコンデンサ2212、圧覚セン
サ104からの出力から必要な信号を電源線2219に
重畳させるための回路2211より構成される。上記圧
覚センサ104は、図8に示した圧覚センサ104と同
様の構成をしており、コンデンサ1108a、1108
b、抵抗1107、インバータ1106、3端子電極8
03a、803b、803cよりなる3端子圧電振動子
803で構成される。発振回路は3端子圧電振動子80
3の電極803a、803cで形成され、電極803b
は信号出力端子となる。
The sensor circuit 2201 is the pressure sensor 10.
4, a DC signal cutting capacitor 2212, and a circuit 2211 for superimposing a necessary signal from the output from the pressure sensor 104 on the power supply line 2219. The pressure sensor 104 has a configuration similar to that of the pressure sensor 104 shown in FIG. 8 and includes capacitors 1108a and 1108.
b, resistor 1107, inverter 1106, three-terminal electrode 8
A three-terminal piezoelectric vibrator 803 composed of 03a, 803b, and 803c. The oscillation circuit is a 3-terminal piezoelectric vibrator 80.
3 electrodes 803a and 803c, and electrode 803b
Serves as a signal output terminal.

【0148】次に、本第10実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the tenth embodiment will be described.

【0149】図29に示す電源線2219には常に定電
圧Vが印加されている。この電源線2219を用いて信
号を伝達するには、この信号がDC信号の場合、この信
号と定電圧Vとの識別が難しいが、AC信号として電源
線2219に入力するとその識別は容易になる。例え
ば、発振周波数はそのまま電源線に重畳する事が可能で
あり、伝達も容易である。
A constant voltage V is always applied to the power supply line 2219 shown in FIG. In order to transmit a signal using the power supply line 2219, if this signal is a DC signal, it is difficult to distinguish this signal from the constant voltage V, but if it is input to the power supply line 2219 as an AC signal, the identification becomes easy. . For example, the oscillation frequency can be directly superimposed on the power supply line, and the transmission is easy.

【0150】また、振幅は一旦ピークディテクタ等で振
幅を測定した後、VCOなどで振幅に応じた周波数信号
に変換すれば伝達できる。しかし、発振周波数、振幅を
同時に伝達する事は難しく、ある時間差で2つの信号を
出力する必要がある。
The amplitude can be transmitted by once measuring the amplitude with a peak detector or the like and then converting it into a frequency signal according to the amplitude with a VCO or the like. However, it is difficult to simultaneously transmit the oscillation frequency and the amplitude, and it is necessary to output two signals with a certain time difference.

【0151】そこで、圧覚センサ104からの信号を電
源線2219に重畳するための信号に変換し、かつ、時
間差を発生させる回路、検出・変換回路2211を用い
る。このときの信号の流れは以下の通りである。 (1)インバータ1106、検出・変換回路2211へ
DC電圧を電源供給線2219を用いて印加する。この
とき、コンデンサ2212により検出・変換回路221
1の出力端子には、電源線2219の電圧信号の微分成
分だけが入力可能となるため、DC電圧が入らない。 (2)電源線2219により、圧覚センサ104は3端
子圧電振動子803の共振周波数近傍で発振し、この共
振抵抗に対応した振幅を持つ。ここで、この3端子圧電
振動子803に粘弾性特性をもつ対象物が接触すると共
振抵抗、振幅が変化する。この振幅は電極803bより
同一波形で出力される。但し、位相はシフトしている。 (3)3端子圧電振動子803の電極803bからの出
力信号は、検出・変換回路2211に入力される。検出
・変換回路2211は図30に示すような構成をしてお
り、出力信号2501は分割され、振幅検出用のピーク
ディテクタ2502で振幅を検出し、この振幅の大きさ
に見合った周波数に変換するVCO2503に入力さ
れ、その信号はゲート回路2504に入力される。
Therefore, a circuit for converting the signal from the pressure sensor 104 into a signal for superimposing on the power supply line 2219 and generating a time difference, a detection / conversion circuit 2211 is used. The signal flow at this time is as follows. (1) A DC voltage is applied to the inverter 1106 and the detection / conversion circuit 2211 using the power supply line 2219. At this time, the detection / conversion circuit 221 is connected by the capacitor 2212.
Since only the differential component of the voltage signal of the power supply line 2219 can be input to the output terminal 1 of 1, the DC voltage does not enter. (2) The power supply line 2219 causes the pressure sensor 104 to oscillate near the resonance frequency of the three-terminal piezoelectric vibrator 803, and has an amplitude corresponding to this resonance resistance. Here, when an object having a viscoelastic property comes into contact with the three-terminal piezoelectric vibrator 803, the resonance resistance and the amplitude change. This amplitude is output with the same waveform from the electrode 803b. However, the phase is shifted. (3) The output signal from the electrode 803b of the three-terminal piezoelectric vibrator 803 is input to the detection / conversion circuit 2211. The detection / conversion circuit 2211 is configured as shown in FIG. 30, the output signal 2501 is divided, the amplitude is detected by a peak detector 2502 for amplitude detection, and the amplitude is converted into a frequency corresponding to the magnitude of the amplitude. The signal is input to the VCO 2503, and its signal is input to the gate circuit 2504.

【0152】また、もう一方の周波数成分用の信号は、
そのままゲート回路2504に入力される。このとき、
振幅の検出による処理があるため、ゲート回路2504
に入力される信号には時間差が生じる。図31に示すよ
うにゲート回路2504はVCO2503からの信号が
入力されるまでの時間Tg1の間、周波数成分用のゲート
をオープンして、信号線に周波数成分波形Wf を出力す
る。その後は時間Tg2の間、振幅用のゲートをオープン
して、信号線に振幅成分波形WVCO を出力する。よっ
て、ゲート回路2504からの信号は、時間T1 内に2
つの信号が出力されることになる。以上のように、これ
らの信号を電源線2219にのせて信号伝達する。 (4)一方、電源線2219を伝達した信号は、手元で
図31に示すようなタイミングチャートで発振周波数と
振幅ごとに処理される。手元にはゲート回路と同一タイ
ミングで駆動するタイマ回路があり、時間Tg1のタイミ
ングで受信した周波数信号は発振周波数の信号と認識す
ることができ、また、時間Tg2のタイミングで受信した
周波数信号は振幅の信号と認識することができる。これ
らをFM検波することにより、対象物の粘弾性特性が検
出できる。
The signal for the other frequency component is
It is directly input to the gate circuit 2504. At this time,
Since there is processing by detecting the amplitude, the gate circuit 2504
There is a time difference between the signals input to. As shown in FIG. 31, the gate circuit 2504 opens the frequency component gate during the time Tg1 until the signal from the VCO 2503 is input, and outputs the frequency component waveform Wf to the signal line. After that, during time Tg2, the amplitude gate is opened and the amplitude component waveform WVCO is output to the signal line. Therefore, the signal from the gate circuit 2504 becomes 2 within the time T1.
Two signals will be output. As described above, these signals are transmitted on the power supply line 2219. (4) On the other hand, the signal transmitted through the power supply line 2219 is hand-processed for each oscillation frequency and amplitude according to the timing chart shown in FIG. There is a timer circuit which is driven at the same timing as the gate circuit, and the frequency signal received at the timing of time Tg1 can be recognized as the signal of the oscillation frequency, and the frequency signal received at the timing of time Tg2 has the amplitude. It can be recognized as a signal of. By virtue of FM detection of these, the viscoelastic property of the object can be detected.

【0153】以上説明したように、本第10実施例によ
れば、従来の方式では電源線と信号線の少なくとも2本
は必要であったが、電源線に信号を重畳させることによ
り信号線を少なくする事が可能なため、内視鏡やカテー
テルなどの寸法上の制約が大きい分野ではその効果は大
きい。
As described above, according to the tenth embodiment, at least two power supply lines and signal lines are required in the conventional method, but the signal lines are formed by superimposing signals on the power supply lines. Since it can be reduced, the effect is great in fields such as endoscopes and catheters where there are large dimensional constraints.

【0154】なお、図30に示す検出・変換回路221
1のピークディテクタ2502、VCO2503は必ず
しもこの構成に限るわけではなく、振幅を検出して周波
数に変換する手段であれば、その他の別の構成でも良
い。
The detection / conversion circuit 221 shown in FIG.
The peak detector 2502 and VCO 2503 of No. 1 are not necessarily limited to this configuration, and may have another configuration as long as it is a means for detecting the amplitude and converting it into the frequency.

【0155】また、圧覚センサ104の発振回路もピア
ス回路に限定されるものではなく、3端子圧電振動子8
03の等価回路定数を用いて構成される発振回路であれ
ば、その他の回路でも良い。
The oscillation circuit of the pressure sensor 104 is not limited to the pierce circuit, and the three-terminal piezoelectric vibrator 8 is used.
Other circuits may be used as long as they are oscillation circuits configured using the equivalent circuit constant of 03.

【0156】次に、本発明に係る第11実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説
明する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the eleventh embodiment of the present invention will be described.

【0157】図32は、上記第1実施例にて説明した発
振回路を用いた圧覚センサの出力信号の1伝達方式を示
す図である。
FIG. 32 is a diagram showing one transmission system of the output signal of the pressure sensor using the oscillation circuit described in the first embodiment.

【0158】まず、圧覚センサは2401,2402,
2403,2404が相当し、この圧覚センサ2401
〜2404を駆動するための電源線として電源線240
5を有している。
First, the pressure sensors are 2401, 402,
2403 and 2404 correspond to this pressure sensor 2401.
Power supply line 240 as a power supply line for driving
Have five.

【0159】ここで、圧覚センサ2401〜2404の
詳細を図25に示す。この図25はタイマ回路220
5、2218を用いた電源線2219にセンサ信号22
15を重畳させる方式の原理を示している。また、図3
3は図25に示すこの原理によるタイミングチャートで
ある。
Details of the pressure sensors 2401 to 2404 are shown in FIG. This FIG. 25 shows a timer circuit 220.
Sensor signal 22 to the power supply line 2219 using
The principle of the method of superimposing 15 is shown. Also, FIG.
3 is a timing chart based on this principle shown in FIG.

【0160】センサ用I回路2201は、圧覚センサ1
04、タイマ回路2205、DC信号カット用のコンデ
ンサ2212、2213、インバータ1106、パルス
生成用のコンデンサ2221、抵抗2220、及び圧覚
センサ104からの出力より必要な信号を電源線221
9に重畳させるための回路2211により構成される。
この構成のうち、センシング開始命令パルスVP 221
4の入力が、パルス2217のタイマ回路B2218の
入力に替わったものがセンサII用回路2202である。
The sensor I circuit 2201 is the pressure sensor 1.
04, a timer circuit 2205, capacitors 2212 and 2213 for cutting DC signals, an inverter 1106, a capacitor 2221 for pulse generation, a resistor 2220, and the output from the pressure sensor 104.
It is configured by a circuit 2211 for superimposing on 9.
Of this configuration, sensing start command pulse VP 221
4 is replaced by the input of the timer circuit B 2218 for the pulse 2217 in the sensor II circuit 2202.

【0161】圧覚センサ104は、図8に示した圧覚セ
ンサ104と同様の構成をしており、コンデンサ110
8a,1108b、抵抗1107、インバータ110
6、3端子電極803a,803b,803cよりなる
3端子圧電振動子803で構成される。発振回路は3端
子圧電振動子の803a,803cの電極で形成され、
電極803bは信号出力端子となる。
The pressure sensor 104 has the same structure as the pressure sensor 104 shown in FIG.
8a, 1108b, resistor 1107, inverter 110
6, a three-terminal piezoelectric vibrator 803 composed of three-terminal electrodes 803a, 803b, 803c. The oscillation circuit is formed by the electrodes 803a and 803c of the three-terminal piezoelectric vibrator,
The electrode 803b serves as a signal output terminal.

【0162】次に、本第11実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the 11th embodiment will be described.

【0163】図32に示す電源線2405には常に定電
圧Vが印加されている。この電源線2405で信号を伝
達するには、その信号がDC信号では、定電圧Vと識別
が難しい。しかし、AC信号として電源線2405に入
力するとその識別は容易になる。例えば、上記信号をA
C信号として入力すれば、発振周波数はそのまま電源線
に重畳する事が可能であり、伝達は容易である。
A constant voltage V is always applied to the power supply line 2405 shown in FIG. To transmit a signal through the power supply line 2405, if the signal is a DC signal, it is difficult to distinguish it from the constant voltage V. However, if the AC signal is input to the power supply line 2405, its identification becomes easy. For example, if the above signal is
If input as the C signal, the oscillation frequency can be directly superimposed on the power supply line, and the transmission is easy.

【0164】また、振幅は一旦、ピークディテクタ等で
振幅を測定した後、VCOなどで振幅に応じた周波数信
号に変換すれば伝達可能である。
The amplitude can be transmitted by once measuring the amplitude with a peak detector or the like and then converting it into a frequency signal according to the amplitude with a VCO or the like.

【0165】以上の方法により信号の伝達は可能となる
が、図32に示す構成のままでは圧覚センサ2401〜
2404とこのセンサ出力2401s〜2404sの対
応が手元でできない。そこで、図25に示すようなタイ
マ回路2205,2218を用いた方法により、上記圧
覚センサと出力の対応付けが可能になる。このときの信
号の流れは以下の通りである。 (1)各回路、すなわちタイマ回路2205,221
8、インバータ2216、検出・変換回路2211へD
C電圧を電源供給源2219を用いて印加する。このと
き、コンデンサ2213,2212によりタイマ回路2
205、及び検出・変換回路2211の出力端子には、
電源線2219の電圧信号の微分成分だけが入力可能と
なるため、DC電圧が入らない。 (2)センシング開始命令パルス2214を電源供給線
2219から投入する。 (3)センシング開始命令パルス2214でセンサI用
回路2201を構成するタイマ回路A2205をオンに
する。タイマ回路2205は一定時間T1 の間、DC電
圧V1 を出力するもので、一定時間T1 後DC電圧はオ
フになる。このDC電圧V1 によってインバータ回路2
206が起動され、圧覚センサ104が発振する。 (4)圧覚センサ104は3端子圧電振動子803の共
振周波数近傍で発振し、この共振抵抗に対応した振幅を
持つ。この3端子圧電振動子803に応力が加わると共
振抵抗振幅が変化する。この振幅は電極803bより同
一波形で出力できる。但し、位相はシフトしている。 (5)3端子圧電振動子803の電極803bからの出
力信号は、検出・変換回路2211に入力される。この
検出・変換回路2211は図30に示すような構成をし
ており、上記出力信号2501は分割され、振幅検出用
のピークディテクタ2502で振幅が検出され、この振
幅の大きさに見合った周波数に変換するVCO2503
に入力され、その信号はゲート回路2504に入力され
る。
Although the signals can be transmitted by the above method, the pressure sensors 2401 to 2401 can be used with the configuration shown in FIG.
Correspondence between 2404 and this sensor output 2401s to 2404s cannot be done at hand. Then, the method using the timer circuits 2205 and 2218 as shown in FIG. 25 makes it possible to associate the pressure sensor with the output. The signal flow at this time is as follows. (1) Each circuit, that is, the timer circuits 2205 and 221
8, D to inverter 2216, detection / conversion circuit 2211
The C voltage is applied using the power supply 2219. At this time, the timer circuit 2 is connected by the capacitors 2213 and 2212.
205 and the output terminal of the detection / conversion circuit 2211,
Since only the differential component of the voltage signal on the power supply line 2219 can be input, no DC voltage is input. (2) The sensing start command pulse 2214 is supplied from the power supply line 2219. (3) The sensing start command pulse 2214 turns on the timer circuit A 2205 that constitutes the sensor I circuit 2201. The timer circuit 2205 outputs the DC voltage V1 during the fixed time T1, and the DC voltage is turned off after the fixed time T1. The inverter circuit 2 is driven by this DC voltage V1.
206 is activated and the pressure sensor 104 oscillates. (4) The pressure sensor 104 oscillates near the resonance frequency of the three-terminal piezoelectric vibrator 803 and has an amplitude corresponding to this resonance resistance. When stress is applied to the three-terminal piezoelectric vibrator 803, the resonance resistance amplitude changes. This amplitude can be output with the same waveform from the electrode 803b. However, the phase is shifted. (5) The output signal from the electrode 803b of the three-terminal piezoelectric vibrator 803 is input to the detection / conversion circuit 2211. The detection / conversion circuit 2211 has a configuration as shown in FIG. 30. The output signal 2501 is divided, the amplitude is detected by a peak detector 2502 for amplitude detection, and the frequency is matched to the magnitude of the amplitude. Convert VCO2503
And the signal is input to the gate circuit 2504.

【0166】また、もう一方の周波数成分用の信号はそ
のままゲート回路2504に入力される。このとき、振
幅の検出による処理があるため、ゲート回路2504に
入力される信号には時間差が生じる。図31に示すよう
にゲート回路2504はVCO2503からの信号が入
力されるまでの時間Tg1の間、周波数成分用のゲートを
オープンして信号線に周波数成分波形Wf を出力する。
その後は時間Tg2の間、振幅用のゲートをオープンし
て、振幅成分波形WVCO を出力する。よって、ゲート回
路2504からの信号は時間T1 内に2つの信号が出力
されることになる。以上のように、これらの信号を電源
線2219にのせて信号伝達する。 (6)時間T1 後タイマ回路2205の出力は、ローレ
ベルとなりインバータ2216の出力はオンに変化す
る。この変化信号はコンデンサ2221で微分波形22
17となり、この微分波形2217がタイマ回路221
8の開始命令パルスとなり、センサII用回路2202の
動作を開始させる。これが順次N個目のセンサまで繰り
返され、図32のN個目のセンサ2404に相当するN
個目のタイマ回路Nの出力がインバータとコンデンサを
通してセンサ開始命令パルス2214と同様の波形でタ
イマ回路2205に戻される。この処理を繰り返す。 (7)一方、電源線2219を伝達した信号は、手元で
図33に示すようなタイミングチャートでセンサの番号
ごとに処理される。手元には圧覚センサ回路と同一タイ
ミングで駆動するタイマ回路があり、時間T1 のタイミ
ングで受信した周波数信号はセンサIの信号と認識する
ことができ、かつ、図31に示すようなタイミングチャ
ートで発振周波数と振幅ごとに処理するためのゲート回
路と同一タイミングで駆動するタイマ回路が手元にあ
り、時間Tg1のタイミングで受信した周波数信号は発振
周波数の信号と認識することができ、時間Tg2のタイミ
ングで受信した周波数信号は振幅の信号と認識すること
ができる。これらをFM検波することにより複数のセン
サを用いた対象物の粘弾性特性を検出できる。また、こ
れをFM検波することによりセンサに加わっている圧覚
を検出できる。
The signal for the other frequency component is input to the gate circuit 2504 as it is. At this time, there is a time difference between the signals input to the gate circuit 2504 because of the processing by the amplitude detection. As shown in FIG. 31, the gate circuit 2504 opens the frequency component gate and outputs the frequency component waveform Wf to the signal line during the time Tg1 until the signal from the VCO 2503 is input.
After that, during time Tg2, the amplitude gate is opened and the amplitude component waveform WVCO is output. Therefore, two signals from the gate circuit 2504 are output within the time T1. As described above, these signals are transmitted on the power supply line 2219. (6) After time T1, the output of the timer circuit 2205 becomes low level, and the output of the inverter 2216 turns on. This change signal is transmitted to the capacitor 2221 through the differential waveform 22.
17, and the differential waveform 2217 becomes the timer circuit 221.
8 becomes a start command pulse, and the operation of the sensor II circuit 2202 is started. This is sequentially repeated up to the Nth sensor, which corresponds to the Nth sensor 2404 in FIG.
The output of the second timer circuit N is returned to the timer circuit 2205 through the inverter and the capacitor in the same waveform as the sensor start command pulse 2214. This process is repeated. (7) On the other hand, the signal transmitted through the power supply line 2219 is processed at hand for each sensor number according to the timing chart as shown in FIG. There is a timer circuit which is driven at the same timing as the pressure sensor circuit at hand, and the frequency signal received at the timing of time T1 can be recognized as the signal of the sensor I, and oscillation is performed by the timing chart as shown in FIG. There is a timer circuit at hand that drives at the same timing as the gate circuit for processing for each frequency and amplitude, and the frequency signal received at the timing of time Tg1 can be recognized as the oscillation frequency signal, and at the timing of time Tg2. The received frequency signal can be recognized as an amplitude signal. By performing FM detection on these, it is possible to detect the viscoelastic characteristics of the object using a plurality of sensors. Further, the pressure sense applied to the sensor can be detected by performing FM detection on this.

【0167】以上を定常的に繰り返せば、どのセンサに
どの様な圧覚が加わっているか分かる。
By repeating the above routinely, it is possible to know what kind of pressure sense is applied to which sensor.

【0168】以上説明したように、本第11実施例によ
れば、従来の方式では電源線と信号線の少なくとも2本
は必要であったが、電源線に信号を重畳させることによ
り信号線を少なくする事が可能なため、内視鏡やカテー
テルなどの寸法上の制約が大きいところでのその効果は
大きい。
As described above, according to the eleventh embodiment, at least two power supply lines and signal lines are required in the conventional system, but the signal lines are formed by superimposing the signals on the power supply lines. Since it can be reduced, its effect is great in places where there are large dimensional constraints such as endoscopes and catheters.

【0169】なお、図30に示す検出・変換回路221
1のピークディテクタ2502、VCO2503は必ず
しもこの構成に限るわけではなく、振幅を検出して周波
数に変換する手段であれば、その他の別の構成でも良
い。
The detection / conversion circuit 221 shown in FIG.
The peak detector 2502 and VCO 2503 of No. 1 are not necessarily limited to this configuration, and may have another configuration as long as it is a means for detecting the amplitude and converting it into the frequency.

【0170】また、圧覚センサ104の発振回路もピア
ス回路に限定されるものではなく、3端子圧電振動子8
03の等価回路定数を用いて構成される発振回路であれ
ば、その他の回路でも良い。
The oscillation circuit of the pressure sensor 104 is not limited to the pierce circuit, and the three-terminal piezoelectric vibrator 8 is used.
Other circuits may be used as long as they are oscillation circuits configured using the equivalent circuit constant of 03.

【0171】次に、本発明に係る第12実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説
明する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the twelfth embodiment of the present invention will be described.

【0172】図34は、上記第1実施例にて説明した発
振回路を用いた圧覚センサの出力信号の一伝達方式を示
した図である。
FIG. 34 is a diagram showing one transmission system of the output signal of the pressure sensor using the oscillation circuit described in the first embodiment.

【0173】圧覚センサ104の構成は上述した第1実
施例と同様である。圧覚センサ104は、3端子圧電振
動子103、3端子電極103a、103b、103
c、インバータ1106、帰還抵抗1107、コンデン
サ1108a、1108bで構成される。センサ出力の
伝達には分周回路2807、FM変調回路2808、送
信用アンテナ2809で構成され、受信側では受信用ア
ンテナ2810、FM検波回路2811、検出回路28
12で構成される。
The structure of the pressure sensor 104 is similar to that of the first embodiment described above. The pressure sensor 104 includes a three-terminal piezoelectric vibrator 103, three-terminal electrodes 103a, 103b, 103.
c, an inverter 1106, a feedback resistor 1107, and capacitors 1108a and 1108b. The transmission of the sensor output is composed of a frequency dividing circuit 2807, an FM modulating circuit 2808, and a transmitting antenna 2809, and a receiving antenna 2810, an FM detecting circuit 2811, and a detecting circuit 28 on the receiving side.
It consists of 12.

【0174】次に、本第12実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the twelfth embodiment will be described.

【0175】3端子圧電振動子103の電極103bか
らの出力信号は分周回路2807で周波数が落とされ、
FM変調回路2808でFM変調された後、送信用アン
テナ2809を通して送信される。上記送信用アンテナ
2809からの出力信号は受信用アンテナ2810で受
信され、FM検波回路2811でFM検波され、検出回
路2812で粘弾性特性として検出される。以上が一つ
の検出回路である。
The frequency of the output signal from the electrode 103b of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 is dropped by the frequency dividing circuit 2807,
After being FM-modulated by the FM modulation circuit 2808, it is transmitted through the transmitting antenna 2809. The output signal from the transmitting antenna 2809 is received by the receiving antenna 2810, FM detected by the FM detection circuit 2811, and detected by the detection circuit 2812 as a viscoelastic characteristic. The above is one detection circuit.

【0176】なお、出力において、圧覚センサ104の
中心周波数と伝達用の中心周波数が一致していれば、回
路は簡略化することも可能である。
In the output, if the center frequency of the pressure sensor 104 and the center frequency for transmission match, the circuit can be simplified.

【0177】また、圧覚センサ104の発振回路もピア
ス回路に限定されるものではなく、3端子圧電振動子8
03の等価回路定数を用いて構成される発振回路であれ
ば、その他の回路でも良い。
The oscillation circuit of the pressure sensor 104 is not limited to the pierce circuit, and the three-terminal piezoelectric vibrator 8 is used.
Other circuits may be used as long as they are oscillation circuits configured using the equivalent circuit constant of 03.

【0178】以上説明したように、本第12実施例によ
れば、圧覚センサ104からの出力信号を伝達するため
の伝達線が不要なため、内視鏡やカテーテル等の寸法の
制約の大きいものにおいて、その寸法に対する効果は大
きいものとなる。
As described above, according to the twelfth embodiment, since the transmission line for transmitting the output signal from the pressure sensor 104 is unnecessary, the size of the endoscope, the catheter, etc. is largely restricted. In the above, the effect on the size becomes large.

【0179】次に、本発明に係る第13実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説
明する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a thirteenth embodiment of the present invention will be described.

【0180】本第13実施例は、上記第12実施例に
て、上述した第1実施例で説明した発振回路を用いた圧
覚センサを複数用いた場合の出力信号の一伝達方式の変
形例を示す図である。
The thirteenth embodiment is a modification of the one transmission method of the output signal when a plurality of pressure sensors using the oscillation circuit described in the first embodiment are used in the twelfth embodiment. FIG.

【0181】圧覚センサ104の構成は上述した第1実
施例と同様である。圧覚センサ104は、3端子圧電振
動子103と、3端子電極103a,103b,103
c、インバータ1106、帰還抵抗1107、コンデン
サ1108a,1108bで構成される。センサ出力の
伝達には分周回路2807、FM変調回路2808、送
信用アンテナ2809で構成され、受信側では受信用ア
ンテナ2810、FM検波回路2811、検出回路28
12で構成される。
The structure of the pressure sensor 104 is similar to that of the first embodiment described above. The pressure sensor 104 includes a three-terminal piezoelectric vibrator 103 and three-terminal electrodes 103a, 103b, 103.
c, an inverter 1106, a feedback resistor 1107, and capacitors 1108a and 1108b. The transmission of the sensor output is composed of a frequency dividing circuit 2807, an FM modulating circuit 2808, and a transmitting antenna 2809, and a receiving antenna 2810, an FM detecting circuit 2811, and a detecting circuit 28 on the receiving side.
It consists of 12.

【0182】次に、本第13実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the thirteenth embodiment will be described.

【0183】3端子圧電振動子103の電極103bか
らの出力信号は分周回路2807で周波数が落とされ、
FM変調回路2808でFM変調された後、送信用アン
テナ2809を通して送信される。上記送信用アンテナ
2809からの出力信号は受信用アンテナ2810で受
信され、FM検波回路2811でFM検波され、検出回
路2812で粘弾性特性として検出される。以上が一つ
の検出回路である。
The frequency of the output signal from the electrode 103b of the three-terminal piezoelectric vibrator 103 is reduced by the frequency dividing circuit 2807,
After being FM-modulated by the FM modulation circuit 2808, it is transmitted through the transmitting antenna 2809. The output signal from the transmitting antenna 2809 is received by the receiving antenna 2810, FM detected by the FM detection circuit 2811, and detected by the detection circuit 2812 as a viscoelastic characteristic. The above is one detection circuit.

【0184】そして、図34においてFM変調回路28
08の中心周波数を圧覚センサ毎に異なるようにし、受
信側もそれぞれの中心周波数の信号を分別して検出でき
るようにする。これにより、複数の圧覚センサの検出が
無線で可能となる。
Then, in FIG. 34, the FM modulation circuit 28
The center frequency of 08 is made different for each pressure sensor so that the receiving side can also detect the signals of the respective center frequencies separately. As a result, a plurality of pressure sensors can be detected wirelessly.

【0185】また、圧覚センサ104の発振回路もピア
ス回路に限定されるものではなく、3端子圧電振動子8
03の等価回路定数を用いて構成される発振回路であれ
ば、その他の回路でも良い。
The oscillation circuit of the pressure sensor 104 is not limited to the pierce circuit, and the three-terminal piezoelectric vibrator 8 is used.
Other circuits may be used as long as they are oscillation circuits configured using the equivalent circuit constant of 03.

【0186】次に、本発明に係る第14実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサについて説
明する。
Next, a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the fourteenth embodiment of the present invention will be described.

【0187】図35に示すように、3端子圧電振動子8
03の表面に電極803bと電極803cと裏面に電極
803aの3端子を有し、電極803bと電極803c
の2端子が、3端子圧電振動子803の等価回路定数L
CR成分を用いて発振回路を構成可能な回路105に接
続され、これより発振回路102が構成される。そし
て、電極803bの出力信号を出力する出力端子106
からのセンサ信号を検出する検出回路108で圧覚セン
サ104が構成される。
As shown in FIG. 35, the three-terminal piezoelectric vibrator 8
03 has three terminals, an electrode 803b and an electrode 803c on the front surface and an electrode 803a on the back surface, and an electrode 803b and an electrode 803c.
Is the equivalent circuit constant L of the three-terminal piezoelectric vibrator 803.
The CR component is used to connect to the circuit 105 that can configure the oscillation circuit, and the oscillation circuit 102 is configured from this. Then, the output terminal 106 that outputs the output signal of the electrode 803b.
The pressure sensor 104 is configured by the detection circuit 108 that detects the sensor signal from the.

【0188】次に、本第14実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた圧覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the fourteenth embodiment will be described.

【0189】3端子圧電振動子803は3端子のうちの
2端子である電極803bと電極803cが回路105
に接続されると、上記3端子圧電振動子803の電極8
03bと電極803cと回路105で発振回路102が
構成される。このとき、上記3端子圧電振動子803
は、インピーダンス特性などの上記3端子圧電振動子の
特性に依存した振動状態となる。このとき振動は電極8
03aの面において、図35に示すような波形の振動2
901が発生する。
In the three-terminal piezoelectric vibrator 803, the electrodes 803b and 803c, which are two terminals of the three terminals, are connected to the circuit 105.
Connected to the electrode 8 of the three-terminal piezoelectric vibrator 803.
03b, the electrode 803c, and the circuit 105 constitute the oscillation circuit 102. At this time, the three-terminal piezoelectric vibrator 803
Becomes a vibrating state depending on the characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator such as impedance characteristics. At this time, the vibration is caused by the electrode 8
On the surface of 03a, vibration 2 having a waveform as shown in FIG.
901 occurs.

【0190】電極803aを対象物との接触面とする
と、図36に示すような構成が考えられる。図36は、
3端子圧電振動子803と回路基板3002を接続した
構造の断面図であり、3端子圧電振動子803を上部に
設け、図8に示すような回路105や検出回路108を
備えた回路基板3002を下部に設けたものである。3
端子圧電振動子803は電極803aを上面にし、電極
803bと電極803cを下面にし、電極803bと電
極803cの面と回路基板3002は接触していない。
When the electrode 803a is used as the contact surface with the object, a structure as shown in FIG. 36 can be considered. FIG. 36 shows
9 is a cross-sectional view of a structure in which a three-terminal piezoelectric vibrator 803 and a circuit board 3002 are connected to each other. FIG. It is provided at the bottom. Three
In the terminal piezoelectric vibrator 803, the electrode 803a is on the upper surface, the electrodes 803b and 803c are on the lower surface, and the surfaces of the electrodes 803b and 803c are not in contact with the circuit board 3002.

【0191】この配置により、図8に示す発振回路10
2を構成可能であり、同一面にある電極を発振回路に用
いるため回路105、検出回路108を備える回路基板
3002との接続が容易になる。
With this arrangement, the oscillator circuit 10 shown in FIG.
2 can be configured, and since the electrodes on the same surface are used for the oscillation circuit, connection with the circuit board 3002 including the circuit 105 and the detection circuit 108 becomes easy.

【0192】以上説明したように、回路基板3002と
3端子圧電振動子803の接続において、上述した第1
実施例にて説明した電極103aと電極103cとの接
続では電極面が同一面にないため、接続に困難が伴う
が、本第14実施例では電極面が同一面にあるため、接
続が容易になる。
As described above, in the connection between the circuit board 3002 and the three-terminal piezoelectric vibrator 803, the above-mentioned first
In the connection between the electrode 103a and the electrode 103c described in the embodiment, the electrode surfaces are not on the same surface, which makes connection difficult. However, in the fourteenth embodiment, the electrode surfaces are on the same surface, which facilitates connection. Become.

【0193】次に、本発明に係る第15実施例の3端子
構造を有する圧電振動子を用いた触覚センサについて説
明する。
Next, a tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the fifteenth embodiment of the present invention will be described.

【0194】図27に示すように、分極方向が厚み縦方
向である3端子圧電振動子3704の表面に電極803
bと電極803cと、裏面に電極803aの3端子を有
し、電極803aと電極803cの2端子が、図8に示
すような3端子圧電振動子の等価回路定数LCR成分を
用いて発振回路を構成可能な回路105(不図示)に接
続され、発振回路102(不図示)が構成される。
As shown in FIG. 27, an electrode 803 is formed on the surface of the three-terminal piezoelectric vibrator 3704 whose polarization direction is the thickness vertical direction.
b, an electrode 803c, and three terminals of an electrode 803a on the back surface, the two terminals of the electrode 803a and the electrode 803c form an oscillation circuit using the equivalent circuit constant LCR component of the three-terminal piezoelectric vibrator as shown in FIG. The oscillator circuit 102 (not shown) is connected to the configurable circuit 105 (not shown).

【0195】また、電極803bの出力信号を出力する
出力端子106(不図示)と上記出力信号を検出する検
出回路108(不図示)で構成される圧覚センサ370
7と分極方向がすべり方向である3端子圧電振動子37
05の表面に電極803bsと電極803csと、裏面
に電極803asの3端子を有する。さらに、電極80
3asと電極803csの2端子が、図8に示すような
3端子圧電振動子の等価回路定数LCR成分を用いて発
振回路を構成可能な回路105(不図示)に接続され、
発振回路102(不図示)を構成し、電極803bsの
出力信号を出力する出力端子106と上記出力信号を検
出する検出回路108で構成される圧覚センサ3708
を溝3706を隔てて一体化した構造を有する。
A pressure sensor 370 including an output terminal 106 (not shown) for outputting an output signal of the electrode 803b and a detection circuit 108 (not shown) for detecting the output signal.
7 and a three-terminal piezoelectric vibrator 37 in which the polarization direction is the slip direction
05 has three terminals, an electrode 803bs and an electrode 803cs, and a back surface, an electrode 803as. Further, the electrode 80
2 terminals of 3as and the electrode 803cs are connected to a circuit 105 (not shown) capable of forming an oscillation circuit using an equivalent circuit constant LCR component of a three-terminal piezoelectric vibrator as shown in FIG.
A pressure sensor 3708 that constitutes the oscillation circuit 102 (not shown) and includes an output terminal 106 that outputs the output signal of the electrode 803bs and a detection circuit 108 that detects the output signal.
Is integrated with a groove 3706.

【0196】次に、本第15実施例の3端子構造を有す
る圧電振動子を用いた触覚センサの動作について説明す
る。
Next, the operation of the tactile sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure of the 15th embodiment will be described.

【0197】図27において、3端子圧電振動子370
4は3端子のうちの2端子である電極803bと電極8
03cを回路105に接続すると、3端子圧電振動子3
704の電極803bと電極803cと回路105で発
振回路102が構成される。
In FIG. 27, a three-terminal piezoelectric vibrator 370 is used.
4 is an electrode 803b and an electrode 8 which are two terminals of the three terminals.
When 03c is connected to the circuit 105, the three-terminal piezoelectric vibrator 3
The electrode 803b and the electrode 803c of the circuit 704 and the circuit 105 form the oscillation circuit 102.

【0198】このとき、3端子圧電振動子3704は、
インピーダンス特性などの上記3端子圧電振動子370
4の特性に依存した振動状態となる。この振動は対象物
に接触する電極803aの面に対し、縦方向に振動す
る。そして、検出信号より対象物の縦方向の粘弾性特性
が検出でき、圧覚センサ3707を構成する。
At this time, the three-terminal piezoelectric vibrator 3704 is
The above-mentioned three-terminal piezoelectric vibrator 370 such as impedance characteristics
The vibration state depends on the characteristics of No. 4. This vibration vibrates in the vertical direction with respect to the surface of the electrode 803a that contacts the object. The longitudinal viscoelastic characteristic of the object can be detected from the detection signal, and the pressure sensor 3707 is configured.

【0199】また、3端子圧電振動子3705は3端子
のうちの2端子である電極803bsと電極803cs
を回路105に接続すると、3端子圧電振動子3705
の電極803bsと電極803csと回路105で発振
回路102が構成される。このとき、3端子圧電振動子
3705は、インピーダンス特性などの上記3端子圧電
振動子3705の特性に依存した振動状態となる。この
振動は対象物に接触する電極803aの面に対し、横方
向に振動する。そして、検出信号より対象物の横方向の
粘弾性特性が検出でき、圧覚センサ3708を構成す
る。
The three-terminal piezoelectric vibrator 3705 has electrodes 803bs and 803cs, which are two of the three terminals.
Is connected to the circuit 105, the three-terminal piezoelectric vibrator 3705
The electrode 803bs, the electrode 803cs, and the circuit 105 form the oscillation circuit 102. At this time, the three-terminal piezoelectric vibrator 3705 is in a vibration state depending on the characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator 3705 such as impedance characteristics. This vibration vibrates laterally with respect to the surface of the electrode 803a that contacts the object. The lateral viscoelastic characteristic of the object can be detected from the detection signal, and the pressure sensor 3708 is configured.

【0200】そして、この圧覚センサ3707と圧覚セ
ンサ3708は、それぞれの振動が伝搬しないようにす
るための溝3706を介して一体化している。
Then, the pressure sensor 3707 and the pressure sensor 3708 are integrated via a groove 3706 for preventing respective vibrations from propagating.

【0201】このような構成の圧覚センサ3701を駆
動すると、縦方向と横方向の振動が発生し、縦方向と横
方向の両方向の粘弾性特性が同時に検出できる。縦方向
と、横方向という異方性が検出可能であり、粘弾性特性
が検出可能であることより、これは触覚センサである。
When the pressure sensor 3701 having such a structure is driven, vertical and horizontal vibrations are generated, and viscoelastic characteristics in both the vertical and horizontal directions can be detected at the same time. This is a tactile sensor because it can detect the anisotropy of the vertical direction and the horizontal direction and can detect the viscoelastic characteristics.

【0202】以上説明したように、本第15実施例よれ
ば、厚み縦方向に分極した3端子圧電振動子3704よ
り構成される圧覚センサ3707と、すべり方向に分極
した3端子圧電振動子3705より構成される圧覚セン
サ3708の弾性特性のみを検出する圧覚センサを異分
極したものを用いることにより、圧覚センサより高次の
触覚センサを構成することが可能となる。
As described above, according to the fifteenth embodiment, the pressure sensor 3707 including the three-terminal piezoelectric vibrator 3704 polarized in the thickness longitudinal direction and the three-terminal piezoelectric vibrator 3705 polarized in the sliding direction are used. By using the pressure sensor that detects only the elastic characteristics of the pressure sensor 3708 that is configured with different polarization, a tactile sensor of a higher order than the pressure sensor can be configured.

【0203】なお、図27に示す構成は、組立例であ
り、例えばすべり方向を4方向備えるなど縦方向と横方
向の検出が可能な組合せならば、その他別の構成でも良
い。
The structure shown in FIG. 27 is an example of assembly, and another structure may be used as long as it is a combination capable of detecting the vertical direction and the horizontal direction, such as having four sliding directions.

【0204】次に、図37(b)は本発明の3端子構造
を有する圧電振動子を用いた圧覚センサを内視鏡にとり
つけた図である。3401は内視鏡、3402は圧覚セ
ンサを示す。このように内視鏡の側壁にセンサを設ける
ことにより、内視鏡が挿入されている体腔内において接
触の有無や、押圧状態、すなわち圧覚情報をセンシング
することが可能となる。これを内視鏡操作者にフィード
バックする事により、操作者に内視鏡の挿入状況を伝達
することが可能となり、内視鏡の挿入を容易にすること
ができる。
Next, FIG. 37 (b) is a diagram in which a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure of the present invention is attached to an endoscope. Reference numeral 3401 denotes an endoscope and 3402 denotes a pressure sensor. By providing the sensor on the side wall of the endoscope in this way, it becomes possible to sense the presence or absence of contact in the body cavity into which the endoscope is inserted, the pressed state, that is, pressure sense information. By feeding this back to the operator of the endoscope, the insertion status of the endoscope can be transmitted to the operator, and the insertion of the endoscope can be facilitated.

【0205】また、図37(a)は本発明の3端子構造
を有する圧電振動子を用いた触覚センサをマニピュレー
タ3404にとりつけた図である。このようにちょうど
人の指の腹に当たる部分に触覚センサ3403を設ける
ことにより、ひとの指が受ける触覚と非常に近い条件と
なる。例えば、マスタスレイブマニピュレータにおいて
はこの触覚を操作者に伝えることにより、操作者が対象
物に直接ふれることなく、対象物をあたかも実際に触っ
ているかのような感覚を得ることができる。
FIG. 37 (a) is a diagram in which a manipulator 3404 is equipped with a tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the present invention. In this way, by providing the tactile sensor 3403 just at the portion that touches the ball of the human finger, the condition is very close to the tactile sense of the human finger. For example, in the master slave manipulator, by transmitting this tactile sensation to the operator, the operator can feel as if he / she is actually touching the object without directly touching the object.

【0206】以上実施例に基づいて、本発明を説明した
が、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能で
ある。ここで、本発明の要旨をまとめると以下のように
なる。
Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the gist of the present invention. Here, the summary of the present invention is summarized as follows.

【0207】(1)第1実施例(図1、図3〜図6)に
対応。
(1) Corresponds to the first embodiment (FIGS. 1 and 3 to 6).

【0208】対象物に振動子を接触させて、上記振動子
の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気信号と
して検出する圧覚センサにおいて、上記振動子が圧電振
動子であり、上記圧電振動子の一方の面に第1の電極及
び第2の電極と他方の面に第3の電極の3つの電極を有
し、上記第1の電極及び上記第2の電極のうちのどちら
か一方と上記第3の電極の2つの電極を上記圧電振動子
の等価回路定数を用いて発振する回路に接続して発振回
路を成し、上記第1の電極及び上記第2の電極のうちの
上記発振回路を成していない電極を出力端子とすること
を特徴とした3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧
覚センサ。
[0208] In a pressure sensor for bringing a vibrator into contact with an object and detecting the viscoelastic characteristic of the object as an electric signal by changing the characteristics of the vibrator, the vibrator is a piezoelectric vibrator, and the piezoelectric vibration The child has three electrodes, a first electrode and a second electrode on one surface and a third electrode on the other surface, and one of the first electrode and the second electrode The two electrodes of the third electrode are connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator to form an oscillation circuit, and the oscillation of the first electrode and the second electrode is performed. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure, characterized in that an electrode that does not form a circuit is used as an output terminal.

【0209】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記発振回路を成してい
る電極から発振回路を成していない電極への振動伝搬に
より、上記発振回路を成していない電極に、上記振動が
圧電振動となり電荷が発生する。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the oscillation circuit is propagated from the electrode forming the oscillation circuit to the electrode not forming the oscillation circuit. The above-mentioned vibration becomes piezoelectric vibration and charges are generated in the electrodes that are not formed.

【0210】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、3端子電極構造をとるこ
とにより、周波数帯域Δfの信号のみを検出することが
でき、圧覚センサの信号をノイズの少ない信号として検
出することが可能となる。
Thus, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure can detect only the signal in the frequency band Δf by adopting the three-terminal electrode structure, and the signal of the pressure sensor is noisy. It becomes possible to detect it as a signal with less noise.

【0211】(2)第2実施例(図1、図3〜図7)に
対応。
(2) Corresponds to the second embodiment (FIGS. 1 and 3 to 7).

【0212】上記(1)において、上記発振回路を成す
上記圧電振動子の2つの電極の面積比を0.1〜1とし
たことを特徴とする3端子構造を有する圧電振動子を用
いた圧覚センサ。
In (1) above, the pressure sensation using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure is characterized in that the area ratio of the two electrodes of the piezoelectric vibrator forming the oscillation circuit is 0.1 to 1. Sensor.

【0213】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(1)において、さ
らに3端子圧電振動子の第1の電極の第2の電極に対す
る比を0.1〜1にするという構造をとる。ここで、上
記第1の電極からの出力信号の振幅は、第1の電極の第
2の電極に対する面積比で決定される。もし、第2の電
極に印加する電圧が一定の場合、発生する電荷Qも一定
となり、電圧Vを大きくするためには、静電容量Cを小
さくすることが考えられる。静電容量Cは電極面積に比
例するため、第1の電極の面積が小さくなれば、上記第
1の電極から出力される電圧Vは増大する。よって、出
力信号を3端子圧電振動子の上記構造上の特性により、
増幅することができる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in the above (1), the ratio of the first electrode to the second electrode of the three-terminal piezoelectric vibrator is 0. It has a structure of 1 to 1. Here, the amplitude of the output signal from the first electrode is determined by the area ratio of the first electrode to the second electrode. If the voltage applied to the second electrode is constant, the generated charge Q is also constant, and it is conceivable to reduce the capacitance C in order to increase the voltage V. Since the electrostatic capacitance C is proportional to the electrode area, the voltage V output from the first electrode increases as the area of the first electrode decreases. Therefore, the output signal is given by the above structural characteristics of the three-terminal piezoelectric vibrator.
Can be amplified.

【0214】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、チャージアンプなどの回
路を用いることなく、圧覚センサを構成する3端子圧電
振動子からの出力を、センシング回路である発振回路に
より、増幅した信号として出力することが可能となる。
Thus, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure described above can output the output from the three-terminal piezoelectric vibrator constituting the pressure sensor to the sensing circuit without using a circuit such as a charge amplifier. It becomes possible to output as an amplified signal by a certain oscillation circuit.

【0215】(3)第3実施例(図8)に対応。(3) Corresponds to the third embodiment (FIG. 8).

【0216】上記(1)において、上記圧電振動子をエ
ネルギ閉じ込め型圧電振動子としたことを特徴とする3
端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
In the above (1), the piezoelectric vibrator is an energy trap type piezoelectric vibrator. 3
A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a terminal structure.

【0217】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(1)において、上
記圧電振動子をエネルギ閉じ込め型電極構造とする事に
より、電極直下のエネルギをE1 、無電極部のエネルギ
をE2 とすると、E1 <E2となる。ここで、エネルギ
は一般に低い方へ移動することより、E1 は常にE2よ
りエネルギ供給を受ける事になり、最終的にはエネルギ
が電極直下に閉じ込められる事になる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in the above (1), the piezoelectric vibrator has the energy trapping type electrode structure, so that the energy directly below the electrode is E1. If the energy of the electrodeless portion is E2, then E1 <E2. Here, since the energy generally moves to the lower side, E1 is always supplied with energy more than E2, and eventually the energy is confined just below the electrode.

【0218】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、エネルギ閉じ込め電極構
造をとることにより、理論値に近い値で振動を発生させ
ることが可能となり、高い感度を有する圧覚センサの提
供が可能となる。
Thus, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure can generate vibration at a value close to the theoretical value by adopting the energy confining electrode structure, and has high sensitivity. It is possible to provide a pressure sensor.

【0219】(4)第4実施例(図11)に対応。(4) Corresponds to the fourth embodiment (FIG. 11).

【0220】上記(1)において、上記発振回路がイン
バータ機能を持つ素子と抵抗とコンデンサで構成された
ピアス回路としたことを特徴とする3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサ。
A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to the above (1), wherein the oscillation circuit is a pierce circuit composed of an element having an inverter function, a resistor and a capacitor.

【0221】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(1)において、上
記ピアス回路を用いており、共振周波数、反共振周波数
の間で発振する事になる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the piercing circuit is used in the above (1), and the oscillation occurs between the resonance frequency and the anti-resonance frequency. Become.

【0222】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、周波数の調整が不必要と
なり、回路の調整が容易になるという効果がある。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-described three-terminal structure does not require frequency adjustment, and has the effect of facilitating circuit adjustment.

【0223】(5)第5実施例(図14)に対応。(5) Corresponds to the fifth embodiment (FIG. 14).

【0224】上記(3)において、上記発振回路に設け
た出力端子と上記第1の電極及び上記第2の電極のうち
の上記発振回路を成していない電極からの出力を加算す
る加算手段を具備したことを特徴とする3端子構造を有
する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
In the above (3), adding means for adding the output terminal provided in the oscillation circuit and the output from the electrode which does not form the oscillation circuit among the first electrode and the second electrode is provided. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure characterized by being provided.

【0225】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(3)において、上
記発振回路を成している2つの電極に信号を加えると、
上記第1の電極と上記第2の電極からは位相が反転した
信号が出力される。これらの信号を加算器で加算すれ
ば、発振信号が除去され、圧覚信号が2倍となって出力
される。さらに、上記発振回路にノイズが侵入しても、
上記第1の電極と上記第2の電極から出力される信号
は、位相が反転しているため上記加算器で除去される。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, when a signal is applied to the two electrodes forming the oscillation circuit in (3) above,
Signals with inverted phases are output from the first electrode and the second electrode. When these signals are added by the adder, the oscillation signal is removed and the pressure sensation signal is doubled and output. Furthermore, even if noise enters the above oscillation circuit,
The signals output from the first electrode and the second electrode have their phases inverted, and thus are removed by the adder.

【0226】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、本第5実施例のような構
成にすれば、耐ノイズ性が強く、かつ、図3に示す周波
数帯域Δf内のノイズも除去可能となる。
Thus, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure is strong in noise resistance and has the frequency band Δf shown in FIG. 3 if it is constructed as in the fifth embodiment. It is also possible to remove noise inside.

【0227】(6)第6実施例(図17)に対応。(6) Corresponds to the sixth embodiment (FIG. 17).

【0228】上記(5)において、上記第1の電極及び
上記第2の電極のうちの発振回路を成していない電極か
らの出力の位相を変化させる移相手段を具備したことを
特徴とする3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚
センサ。
In the above item (5), there is provided a phase shift means for changing the phase of the output from one of the first electrode and the second electrode which does not form an oscillation circuit. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure.

【0229】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(5)において、上
記第1の電極及び上記第2の電極のうちの発振回路を成
していない電極からの出力信号を移相器を介することに
より、もう一方の電極からの出力信号に対して位相を完
全に反転させる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in (5) above, the oscillation circuit of the first electrode and the second electrode is not formed. By passing the output signal from the electrode through the phase shifter, the phase is completely inverted with respect to the output signal from the other electrode.

【0230】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、上記(5)に示すように
上記第1の電極と上記第2の電極からの出力を直接、加
算器に入力する構成ではノイズが出力信号に混在する可
能性があるが、本第6実施例のような構成にすることに
より、耐ノイズ性が強く、かつ、図3に示す周波数帯域
Δf内のノイズも除去可能となる。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure directly outputs the outputs from the first electrode and the second electrode to the adder as shown in (5). In the input configuration, noise may be mixed in the output signal, but by adopting the configuration of the sixth embodiment, noise resistance is strong and noise within the frequency band Δf shown in FIG. 3 is also present. It can be removed.

【0231】(7)第7実施例(図18)に対応。(7) Corresponds to the seventh embodiment (FIG. 18).

【0232】上記(3)において、対象物に接触する上
記圧電振動子の表面の振動方向を上記圧電振動子の厚み
方向に振動させる厚み方向振動手段を具備したことを特
徴とする3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚セ
ンサ。
In the above (3), there is provided a three-terminal structure characterized by comprising a thickness direction vibrating means for vibrating the vibration direction of the surface of the piezoelectric vibrator in contact with the object in the thickness direction of the piezoelectric vibrator. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator.

【0233】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(3)において、上
記圧電振動子が図18(b)に示すような分極方向のと
き、上記発振回路により、対象物に接触する上記圧電振
動子の表面は、上記圧電振動子の厚み方向に振動する。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in the above (3), when the piezoelectric vibrator has a polarization direction as shown in FIG. The circuit vibrates the surface of the piezoelectric vibrator in contact with the object in the thickness direction of the piezoelectric vibrator.

【0234】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、異方性を有する対象物の
粘弾性特性において、縦方向の粘弾性特性を機械的イン
ピーダンスとして検出することが可能である。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure can detect the viscoelastic characteristic in the longitudinal direction as the mechanical impedance in the viscoelastic characteristic of the anisotropic object. It is possible.

【0235】(8)第8実施例(図18)に対応。上記
(3)において、対象物に接触する上記圧電振動子の表
面の振動方向を上記圧電振動子のすべり方向に振動させ
るすべり方向振動手段を具備したことを特徴とする3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
(8) Corresponds to the eighth embodiment (FIG. 18). In the above (3), a piezoelectric vibration having a three-terminal structure is provided, which comprises a sliding direction vibrating means for vibrating a vibration direction of a surface of the piezoelectric vibrator in contact with an object in a sliding direction of the piezoelectric vibrator. Pressure sensor using a child.

【0236】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(3)において、上
記圧電振動子が図18(c)に示すような分極方向のと
き、上記発振回路により、対象物に接触する上記圧電振
動子の表面は、上記圧電振動子のすべり方向に振動す
る。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in the above (3), when the piezoelectric vibrator has a polarization direction as shown in FIG. The circuit vibrates the surface of the piezoelectric vibrator in contact with the object in the slip direction of the piezoelectric vibrator.

【0237】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、異方性を有する対象物の
粘弾性特性において、横方向の粘弾性特性を機械的イン
ピーダンスとして検出することが可能である。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure can detect the viscoelastic characteristic in the lateral direction as the mechanical impedance in the viscoelastic characteristic of the anisotropic object. It is possible.

【0238】(9)第9実施例(図19〜図24)に対
応。対象物に圧電振動子を接触させて、パルス印加によ
る上記圧電振動子からの振動応答を検出することによ
り、上記対象物の有する粘弾性特性と非線形性と異方性
のうち、2つまたは3つの特性を検出する検出手段を有
する触覚センサにおいて、上記圧電振動子の一方の面に
エネルギ閉じ込め型の第1の電極及び第2の電極と、他
方の面にエネルギ閉じ込め型の第3の電極の上記3つの
電極を有し、上記第1の電極及び上記第2の電極のうち
のどちらか一方と上記第3の電極の間にパルス信号を印
加するパルス発振手段と、上記第1の電極及び上記第2
の電極のうちの残りの一方の電極と第3の電極の間に出
力されるパルス信号による上記圧電振動子の振動応答を
検出する検出手段と、を具備したことを特徴とする3端
子構造を有する圧電振動子を用いた触覚センサ。
(9) Corresponds to the ninth embodiment (FIGS. 19 to 24). Two or three of the viscoelastic characteristics, non-linearity, and anisotropy of the target object are detected by bringing the piezoelectric vibrator into contact with the target object and detecting the vibration response from the piezoelectric vibrator due to pulse application. In a tactile sensor having a detection means for detecting two characteristics, an energy trapping type first electrode and a second electrode are provided on one surface of the piezoelectric vibrator, and an energy trapping type third electrode is provided on the other surface. Pulse oscillating means having the three electrodes, for applying a pulse signal between any one of the first electrode and the second electrode, and the third electrode; Second above
And a detection means for detecting the vibration response of the piezoelectric vibrator according to the pulse signal output between the other one of the electrodes and the third electrode. Tactile sensor using the piezoelectric vibrator.

【0239】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた触覚センサによれば、エネルギ閉じ込め型3端
子圧電振動子の分極方向を、図27に示すように同一平
面に異なる方向に分極方向が向くように配置し、厚み方
向に分極した3端子圧電振動子とすべり方向に分極した
3端子圧電振動子にそれぞれ3端子電極を付設し、縦方
向に振動する圧覚センサと横方向に振動する圧覚センサ
の構成にする。
According to the tactile sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the polarization directions of the energy-trap type three-terminal piezoelectric vibrator are changed to different directions on the same plane as shown in FIG. Are arranged so that they face each other, and three-terminal electrodes are attached to the three-terminal piezoelectric vibrator polarized in the thickness direction and the three-terminal piezoelectric vibrator polarized in the sliding direction, respectively, and a pressure sensor that vertically vibrates and a vibration sensor that horizontally vibrates. Use the pressure sensor configuration.

【0240】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた触覚センサは、厚み方向とすべり方向の
異なる分極方向を持つ3端子圧電振動子を一体的に用い
る手法により、対象物の異方性を検出することができ
る。この結果、対象物の縦方向、横方向の粘弾性特性、
非線形性、異方性が測定できる。また、図20に示すよ
うな2端子構造を有する圧電振動子では、このパルス波
形の除去に差信号回路などにより入力信号と出力信号を
区別する必要があり、センサ周辺回路を大きくする要因
となる。しかし、エネルギ閉じ込め電極において、3端
子構造とすることより、差信号回路を用いずにパルス波
形を除去することが可能となる。
As a result, the tactile sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure is different from the target object by the method of integrally using the three-terminal piezoelectric vibrators having the polarization directions different in the thickness direction and the slip direction. It can detect directionality. As a result, the longitudinal and lateral viscoelastic properties of the object,
Non-linearity and anisotropy can be measured. Further, in the piezoelectric vibrator having the two-terminal structure as shown in FIG. 20, it is necessary to distinguish the input signal and the output signal by a difference signal circuit or the like in order to remove the pulse waveform, which becomes a factor of enlarging the sensor peripheral circuit. . However, by adopting a three-terminal structure in the energy trapping electrode, it becomes possible to remove the pulse waveform without using the difference signal circuit.

【0241】(10)第10実施例(図29)に対応。(10) Corresponds to the tenth embodiment (FIG. 29).

【0242】上記(1)において、上記第1の電極及び
上記第2の電極のうちの上記発振回路を成していない電
極からの出力より、対象物の粘弾性特性を電気信号とし
て検出し、上記電気信号を上記圧覚センサの電源線に重
畳させて伝達する伝達手段を有することを特徴とした3
端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
In the above (1), the viscoelastic characteristic of the object is detected as an electric signal from the output from the electrode which does not form the oscillation circuit among the first electrode and the second electrode, A transmission means for transmitting the electric signal by superimposing it on the power supply line of the pressure sensor and transmitting the electric signal.
A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a terminal structure.

【0243】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記圧覚センサによって
検出された上記電気信号の振幅は、一旦ピークディテク
タ等で振幅を測定した後、VCOなどで振幅に応じた周
波数信号に変換される。しかし、発振周波数、振幅を同
時に伝達する事は難しく、ある時間差で2つの信号を出
力する必要がある。そこで、上記電気信号は検出・変換
回路により、電源線に重畳するための信号に変換され、
かつ、上記時間差を有する信号に変換される。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the amplitude of the electric signal detected by the pressure sensor is once measured by a peak detector or the like, and then the VCO or the like. Is converted into a frequency signal according to the amplitude. However, it is difficult to simultaneously transmit the oscillation frequency and the amplitude, and it is necessary to output two signals with a certain time difference. Therefore, the electric signal is converted into a signal to be superimposed on the power supply line by the detection / conversion circuit,
In addition, it is converted into a signal having the above time difference.

【0244】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、従来の方式では電源線と
信号線の少なくとも2本は必要であったが、電源線に信
号を重畳させることにより信号線を少なくする事が可能
なため、内視鏡やカテーテルなどの寸法上の制約が大き
い分野ではその効果は大きい。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure requires at least two power lines and signal lines in the conventional method. Since it is possible to reduce the number of signal lines, the effect is great in a field where there are large dimensional constraints such as an endoscope and a catheter.

【0245】(11)第11実施例(図25、図30〜
図33)に対応。上記(10)において、上記圧覚セン
サを複数設け、個々の上記圧覚センサとこの個々の上記
圧覚センサの出力との対応付けを行うタイマ回路と、具
備したことを特徴とする3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサ。
(11) Eleventh embodiment (FIGS. 25 and 30)
Corresponding to Figure 33). In (10) above, a piezoelectric device having a three-terminal structure, characterized in that a plurality of the pressure sensors are provided, and a timer circuit that associates each pressure sensor with the output of each pressure sensor is provided. Pressure sensor using a vibrator.

【0246】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(10)により、信
号の伝達は可能であるが、図32に示す構成のままでは
圧覚センサ2401〜2404とこのセンサ出力240
1s〜2404sの対応が手元でできない。そこで、図
25に示すようなタイマ回路2205,2218を用い
た方法により、上記圧覚センサと出力の対応付けが行わ
れる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the signal can be transmitted by the above (10), but with the configuration shown in FIG. 2404 and this sensor output 240
I cannot handle 1s to 2404s at hand. Therefore, the pressure sensor is associated with the output by the method using the timer circuits 2205 and 2218 as shown in FIG.

【0247】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、従来の方式では電源線と
信号線の少なくとも2本は必要であったが、電源線に信
号を重畳させることにより信号線を少なくする事が可能
なため、内視鏡やカテーテルなどの寸法上の制約が大き
い分野ではその効果は大きい。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure requires at least two power supply lines and signal lines in the conventional method. Since it is possible to reduce the number of signal lines, the effect is great in a field where there are large dimensional constraints such as an endoscope and a catheter.

【0248】(12)第12実施例(図34)に対応。(12) Corresponds to the twelfth embodiment (FIG. 34).

【0249】上記(1)において、上記第1の電極及び
上記第2の電極のうちの上記発振回路を成していない電
極からの出力より、対象物の粘弾性特性を電気信号とし
て検出し、上記電気信号をFM変調した後、送信する送
信手段と、送信された信号を受信しFM検波を行う受信
手段と、FM検波された信号より粘弾性特性信号を検出
する検出手段と、を具備したことを特徴とする3端子構
造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
In the above (1), the viscoelastic characteristic of the object is detected as an electric signal from the output from the electrode which does not form the oscillation circuit among the first electrode and the second electrode, The electric signal is FM-modulated and then transmitted, and a transmitting unit is provided, a receiving unit that receives the transmitted signal and performs FM detection, and a detection unit that detects a viscoelastic characteristic signal from the FM-detected signal. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure.

【0250】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記3端子圧電振動子の
電極からの出力信号は分周回路で周波数が落とされ、F
M変調回路FM変調された後、送信用アンテナを通して
送信される。上記送信用アンテナからの出力信号は受信
用アンテナで受信され、FM検波回路でFM検波され、
検出回路で粘弾性特性として検出される。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the frequency of the output signal from the electrode of the above-mentioned three-terminal piezoelectric vibrator is dropped by the frequency dividing circuit, and F
M modulation circuit After being FM-modulated, it is transmitted through a transmitting antenna. The output signal from the transmitting antenna is received by the receiving antenna and FM-detected by the FM detection circuit,
It is detected as a viscoelastic characteristic by the detection circuit.

【0251】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、圧覚センサからの出力信
号を伝達するための伝達線が不要なため、内視鏡やカテ
ーテル等の寸法の制約の大きいものにおいて、その寸法
に対する効果は大きいものとなる。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure does not require a transmission line for transmitting the output signal from the pressure sensor, so that the size of the endoscope, catheter, etc. is restricted. , The effect on the size is large.

【0252】(13)第13実施例(図34)に対応。(13) Corresponds to the thirteenth embodiment (FIG. 34).

【0253】上記(12)に記載の3端子構造を有する
圧電振動子を用いた圧覚センサを複数設け、送受信の伝
播波において中心周波数を複数もつことを特徴とする3
端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
A plurality of pressure sensors using the piezoelectric vibrator having the three-terminal structure described in the above (12) are provided, and a plurality of center frequencies are included in the transmitted and received propagating waves.
A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a terminal structure.

【0254】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、上記(12)において、
図34に示したようにFM変調回路の中心周波数を圧覚
センサ毎に異なるようにし、受信側もそれぞれの中心周
波数の信号を圧覚センサ毎に分別して検出できるように
する。よって、複数の圧覚センサ毎の検出が無線で可能
となる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, in the above (12),
As shown in FIG. 34, the center frequency of the FM modulation circuit is made different for each pressure sensor, and the receiving side can also detect the signal of each center frequency separately for each pressure sensor. Therefore, each of the plurality of pressure sensors can be detected wirelessly.

【0255】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、圧覚センサからの出力信
号を伝達するための伝達線が不要なため、内視鏡やカテ
ーテル等の寸法の制約の大きいものにおいて、その寸法
に対する効果は大きいものとなる。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure does not require a transmission line for transmitting the output signal from the pressure sensor, so that the size of the endoscope, catheter, etc. is restricted. , The effect on the size is large.

【0256】(14)第14実施例(図35、図36)
に対応。
(14) Fourteenth Embodiment (FIGS. 35 and 36)
Corresponding to.

【0257】対象物に振動子を接触させて、上記振動子
の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気信号と
して検出する検出手段を有する圧覚センサにおいて、上
記振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の一方の
面に第1の電極及び第2の電極と、他方の面に第3の電
極の上記3つの電極を有し、上記第1の電極と上記第2
の電極を上記圧電振動子の等価回路定数を用いて発振す
る回路に接続して発振回路を成すことを特徴とする3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
[0257] In a pressure sensor having a detection means for bringing a vibrator into contact with an object and detecting the viscoelastic characteristic of the object as an electric signal by changing the characteristics of the vibrator, the vibrator is a piezoelectric vibrator. , The first electrode and the second electrode on one surface of the piezoelectric vibrator, and the three electrodes of the third electrode on the other surface, and the first electrode and the second electrode.
Is connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator to form an oscillation circuit. A pressure sensor using the piezoelectric vibrator having a three-terminal structure.

【0258】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、同一面にある上記第1の
電極と上記第2の電極が上記圧電振動子の等価回路定数
を用いて発振する回路に接続され発振回路を成してい
る。これにより、上記3端子構造を有する圧電振動子を
用いた圧覚センサは、上述した第1実施例では発振回路
を接続する電極面が同一面にないため、接続に困難が伴
うが、本構成では電極面が同一面にあるため、接続が容
易になる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the first electrode and the second electrode on the same plane use the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator. It is connected to a circuit that oscillates to form an oscillation circuit. As a result, in the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-described three-terminal structure, the electrode surface for connecting the oscillation circuit is not on the same surface in the above-described first embodiment, so connection is difficult, but with this configuration. Connection is facilitated because the electrode surfaces are on the same surface.

【0259】(15)第15実施例(図27)に対応。
上記(1)において、対象物に接触する上記圧電振動子
の表面の振動方向を上記圧電振動子の厚み方向に振動さ
せる厚み方向振動手段と、上記圧電振動子の表面の振動
方向を上記圧電振動子のすべり方向に振動させるすべり
方向振動手段と、とを具備したことを特徴とするに記載
の3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサを
利用する触覚センサ。
(15) Corresponds to the fifteenth embodiment (FIG. 27).
In the above (1), a thickness direction vibrating unit that vibrates the vibration direction of the surface of the piezoelectric vibrator that contacts an object in the thickness direction of the piezoelectric vibrator, and the vibration direction of the surface of the piezoelectric vibrator is the piezoelectric vibration. A tactile sensor using a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure, comprising: a sliding direction vibrating unit that vibrates in a sliding direction of a child.

【0260】このような3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサによれば、対象物に接触する電極の
面に対し、縦方向に振動する圧覚センサと対象物に接触
する電極の面に対し、横方向に振動する圧覚センサをそ
れぞれの振動が伝搬しないように溝を介して一体化して
構成する。このような構成の圧覚センサを駆動すると、
縦方向と横方向の振動が発生し、縦方向と横方向の両方
向の粘弾性特性が同時に検出できる。
According to the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having such a three-terminal structure, the surface of the electrode contacting the object and the surface of the electrode contacting the object are oscillated in the vertical direction. On the other hand, a pressure sensor that vibrates in the lateral direction is integrally formed via a groove so that each vibration does not propagate. When driving the pressure sensor with such a configuration,
Vibrations in the vertical and horizontal directions occur, and viscoelastic characteristics in both the vertical and horizontal directions can be detected at the same time.

【0261】これにより、上記3端子構造を有する圧電
振動子を用いた圧覚センサは、厚み縦方向に分極した3
端子圧電振動子より構成される圧覚センサと、すべり方
向に分極した3端子圧電振動子より構成される圧覚セン
サの弾性特性のみを検出する圧覚センサを異分極したも
のを用いることにより、圧覚センサより高次の触覚セン
サを構成することが可能となる。
As a result, the pressure sensor using the piezoelectric vibrator having the above-mentioned three-terminal structure is polarized in the thickness longitudinal direction.
By using a pressure sensor composed of terminal piezoelectric vibrators and a pressure sensor that detects only the elastic characteristics of a pressure sensor composed of three-terminal piezoelectric vibrators polarized in the slip direction, which are differently polarized, It becomes possible to configure a high-order tactile sensor.

【0262】[0262]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、耐ノ
イズ性が強く、かつ、分解能が高い、さらに小型化が可
能な3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚及び触
覚センサを提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, there is provided a pressure and tactile sensor using a piezoelectric vibrator having a strong noise resistance, a high resolution, and a three-terminal structure which can be downsized. It becomes possible to provide.

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

【図1】第1実施例の3端子構造を有する圧電振動子を
用いた圧覚センサの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a first embodiment.

【図2】従来例の2端子圧電振動子を用いた発振回路の
構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an oscillation circuit using a conventional two-terminal piezoelectric vibrator.

【図3】圧覚センサからの出力信号の周波数帯域を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a frequency band of an output signal from a pressure sensor.

【図4】出力端子106から出力される出力信号を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing an output signal output from an output terminal 106.

【図5】圧電振動子のメイソンの等価回路を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a Mason equivalent circuit of the piezoelectric vibrator.

【図6】圧電振動子の共振周波数付近での等価回路を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit near the resonance frequency of the piezoelectric vibrator.

【図7】圧電振動子の電極面積比と出力信号の振幅特性
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an electrode area ratio of a piezoelectric vibrator and an amplitude characteristic of an output signal.

【図8】第3実施例のエネルギ閉じ込め型3端子圧電振
動子と圧覚センサを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an energy trap type three-terminal piezoelectric vibrator and a pressure sensor according to a third embodiment.

【図9】従来の2端子圧電振動子の構造を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing a structure of a conventional two-terminal piezoelectric vibrator.

【図10】エネルギ閉じ込め型2端子圧電振動子の構造
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a structure of an energy trap type two-terminal piezoelectric vibrator.

【図11】第4実施例の3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサの構成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a fourth embodiment.

【図12】第4実施例の検出処理のフロー示すブロック
図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a flow of detection processing according to a fourth embodiment.

【図13】比較器3204での処理のフローを示すブロ
ック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a flow of processing in a comparator 3204.

【図14】第5実施例の3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサの構成を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a fifth embodiment.

【図15】エネルギ閉じ込め型3端子圧電振動子の等価
回路を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an equivalent circuit of an energy confinement type three-terminal piezoelectric vibrator.

【図16】第5実施例での出力信号を整理した図であ
る。
FIG. 16 is a diagram summarizing output signals in the fifth embodiment.

【図17】第6実施例の3端子構造を有する圧電振動子
を用いた圧覚センサの構成を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing the configuration of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a sixth embodiment.

【図18】第7実施例の3端子構造を有する圧電振動子
の構造を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing the structure of a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a seventh embodiment.

【図19】第9実施例の3端子構造のエネルギ閉じ込め
型圧電振動子の動作を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the energy trap type piezoelectric vibrator having the three-terminal structure according to the ninth embodiment.

【図20】2端子圧電振動子の原理を説明するための図
である。
FIG. 20 is a diagram for explaining the principle of a two-terminal piezoelectric vibrator.

【図21】2端子圧電振動子の出力信号を示す図であ
る。
FIG. 21 is a diagram showing an output signal of a two-terminal piezoelectric vibrator.

【図22】3端子圧電振動子の出力信号を示す図であ
る。
FIG. 22 is a diagram showing an output signal of a three-terminal piezoelectric vibrator.

【図23】超音波の生体内の伝搬を示す模式図である。FIG. 23 is a schematic diagram showing the propagation of ultrasonic waves in a living body.

【図24】触覚センサにおける入出力信号を示す図であ
る。
FIG. 24 is a diagram showing input / output signals in the tactile sensor.

【図25】電源線重畳式センサ信号伝達回路を示す図で
ある。
FIG. 25 is a diagram showing a power line superimposing sensor signal transmission circuit.

【図26】触覚センサの検出する物理量を整理した図で
ある。
FIG. 26 is a diagram summarizing physical quantities detected by a tactile sensor.

【図27】圧電振動子の異方向分極組立例を示す図であ
る。
FIG. 27 is a view showing an example of assembling different-direction polarization of a piezoelectric vibrator.

【図28】触覚センサの信号処理フローを示す図であ
る。
FIG. 28 is a diagram showing a signal processing flow of the tactile sensor.

【図29】電源線重畳式センサ信号伝達回路(単体)を
示す図である。
FIG. 29 is a diagram showing a power supply line superimposed sensor signal transmission circuit (single unit).

【図30】電源線重畳式検出・変換回路を示す図であ
る。
FIG. 30 is a diagram showing a power supply line superposition type detection / conversion circuit.

【図31】電源線重畳式検出・変換回路のタイミングチ
ャートである。
FIG. 31 is a timing chart of a power line superimposing detection / conversion circuit.

【図32】電源線重畳式概念図を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a power line superposition type conceptual diagram.

【図33】電源線重畳式センサ信号伝達のタイミングチ
ャートである。
FIG. 33 is a timing chart of power line superimposed sensor signal transmission.

【図34】無線式センサ信号伝達回路を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a wireless sensor signal transmission circuit.

【図35】第14実施例の3端子構造を有する圧電振動
子を用いた圧覚センサの構成を示す図である。
FIG. 35 is a diagram showing the structure of a pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure according to a fourteenth embodiment.

【図36】3端子圧電振動子の回路基板との構成を示す
図である。
FIG. 36 is a diagram showing a configuration of a three-terminal piezoelectric vibrator and a circuit board.

【図37】圧覚センサ、触覚センサを内視鏡、マニピュ
レータに取り付けた例である。
FIG. 37 shows an example in which a pressure sensor and a tactile sensor are attached to an endoscope and a manipulator.

【図38】従来例の水晶振動子ガスセンサの回路図とこ
の回路図上の水晶振動子の共振周波数近傍での等価回路
を示す図である。
FIG. 38 is a diagram showing a circuit diagram of a crystal oscillator gas sensor of a conventional example and an equivalent circuit in the vicinity of the resonance frequency of the crystal oscillator on this circuit diagram.

【図39】従来例の触覚センサの構成を示す図である。FIG. 39 is a diagram showing a configuration of a conventional tactile sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…圧覚情報、102…発振回路、103…3端子
圧電振動子、103a,103b,103c…電極、1
04…圧覚センサ、105…回路、106,107…出
力端子、108…検出回路。
101 ... Pressure information, 102 ... Oscillation circuit, 103 ... 3-terminal piezoelectric vibrator, 103a, 103b, 103c ... Electrode, 1
04 ... Pressure sensor, 105 ... Circuit, 106, 107 ... Output terminal, 108 ... Detection circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 9/17 H // A61B 1/00 300 D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H03H 9/17 H // A61B 1/00 300 D

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物に振動子を接触させて、上記振動
子の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気信号
として検出する圧覚センサにおいて、 上記振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の一方
の面に第1の電極及び第2の電極と他方の面に第3の電
極の3つの電極を有し、 上記第1の電極及び上記第2の電極のうちのどちらか一
方と上記第3の電極の2つの電極を上記圧電振動子の等
価回路定数を用いて発振する回路に接続して発振回路を
成し、上記第1の電極及び上記第2の電極のうちの上記
発振回路を成していない電極を出力端子とすることを特
徴とした3端子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚セ
ンサ。
1. A pressure sensor for bringing a vibrator into contact with an object to detect viscoelastic characteristics of the object as an electric signal by changing characteristics of the vibrator, wherein the vibrator is a piezoelectric vibrator. The piezoelectric vibrator has three electrodes, a first electrode and a second electrode on one surface and a third electrode on the other surface, and either one of the first electrode and the second electrode One of the first electrode and the second electrode is connected to a circuit that oscillates using the equivalent circuit constant of the piezoelectric vibrator to form an oscillation circuit. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a three-terminal structure, characterized in that an electrode not forming the oscillation circuit is used as an output terminal.
【請求項2】 対象物に圧電振動子を接触させて、パル
ス印加による上記圧電振動子からの振動応答を検出する
ことにより、上記対象物の有する粘弾性特性と非線形性
と異方性のうち、2つまたは3つの特性を検出する触覚
センサにおいて、 上記圧電振動子の一方の面にエネルギ閉じ込め型の第1
の電極及び第2の電極と他方の面にエネルギ閉じ込め型
の第3の電極の3つの電極を有し、 上記第1の電極及び上記第2の電極のうちのどちらか一
方と上記第3の電極の間にパルス信号を印加するパルス
印加手段と、 上記印加パルス信号により上記第1の電極及び上記第2
の電極のうちの残りの一方の電極と第3の電極の間に出
力される上記圧電振動子の振動応答を検出する検出手段
と、 を具備したことを特徴とする3端子構造を有する圧電振
動子を用いた触覚センサ。
2. A viscoelastic property, a non-linearity, and anisotropy among the object are obtained by bringing the object into contact with a piezoelectric vibrator and detecting a vibration response from the piezoelectric vibrator by applying a pulse. In a tactile sensor that detects two or three characteristics, an energy trap type first sensor is provided on one surface of the piezoelectric vibrator.
Of the first electrode and the second electrode and the third electrode of the energy trapping type third electrode on the other surface, and one of the first electrode and the second electrode and the third electrode. Pulse applying means for applying a pulse signal between the electrodes, the first electrode and the second electrode by the applied pulse signal
A piezoelectric vibration having a three-terminal structure, comprising: a detection unit that detects a vibration response of the piezoelectric vibrator output between the other one of the electrodes and the third electrode. Tactile sensor using a child.
【請求項3】 対象物に振動子を接触させて、上記振動
子の特性変化により上記対象物の粘弾性特性を電気信号
として検出する圧覚センサにおいて、 上記振動子が圧電振動子であり、上記圧電振動子の一方
の面に第1の電極及び第2の電極と他方の面に第3の電
極の3つの電極を有し、 上記第1の電極と上記第2の電極を上記圧電振動子の等
価回路定数を用いて発振する回路に接続して発振回路を
成し、上記第1の電極及び上記第2の電極のうちのいず
れか一方の電極を出力端子とすることを特徴とした3端
子構造を有する圧電振動子を用いた圧覚センサ。
3. A pressure sensor for bringing a vibrator into contact with an object and detecting the viscoelastic characteristic of the object as an electric signal by changing the characteristic of the vibrator, wherein the vibrator is a piezoelectric vibrator, and The piezoelectric vibrator has three electrodes, a first electrode and a second electrode on one surface and a third electrode on the other surface, and the first electrode and the second electrode are connected to the piezoelectric vibrator. 3 is characterized in that it is connected to a circuit that oscillates by using the equivalent circuit constant of No. 1 to form an oscillation circuit, and one of the first electrode and the second electrode is used as an output terminal. A pressure sensor using a piezoelectric vibrator having a terminal structure.
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