JPH08261915A - 触覚センサプローブ及び触覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】共振尖鋭度を下げることなく、圧電振動子の振
動特性の検出及びこの圧電振動子の保持が可能であり、
さらに粘弾性特性を検出することが可能な触覚センサプ
ローブを提供する。 【構成】圧電振動子にエネルギ閉じ込め型圧電振動子１
０が用いられ、このエネルギ閉じ込め型圧電振動子１０
の電極部分を避けて保持部３０により保持されることよ
り、エネルギ閉じ込め型圧電振動子１０の振動に影響を
及ぼさないようにする。また、エネルギ閉じ込め型圧電
振動子１０の等価回路定数が発振回路２０に用いられる
ことより、この発振回路２０を簡単な構成で小型に組む
ことができ、エネルギ閉じ込め型圧電振動子１０の近傍
に設置することが可能になる。これより、発振回路２０
がハウジング部４０に内蔵でき、さらに保持部３０がハ
ウジング部４０に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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触覚センサ
プローブ及び触覚センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、内視鏡は内部を観察するための機
能のみでなく、観察を行いながら観察対象を操作すると
いった機能が重視されるようになってきている。これ
は、例えば、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。このような内視鏡を用いた
手術や診断は、今後はますます拡大するものと予想され
る。

【０００３】内視鏡において、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
触覚情報もより重要なものとなる。ここでいう、触覚と
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、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触覚センサと呼ぶこととす
る。

【０００４】ところで、触覚情報を得るための装置とし
て、対象物の粘弾性特性を機械的インピーダンスとして
検出する触覚センサプローブがある。従来は腫瘍やしこ
りなどの臓器の粘弾性特性は術者の定性的な感覚量でし
か判断できなかったが、この触覚センサプローブにより
定量的に検出でき、触覚情報を第３者に確実に伝達可能
なデータとして変換できるようになった。

【０００５】このような技術として、例えば、特開平３
−８１６４１号公報による物質の硬さ特性測定方法及び
装置によれば、対象物の固有振動数を求めることによ
り、対象物の硬さ柔らかさを求める手法が提案されてい
る。

【０００６】この提案は図１３に示すように、振動子１
１１１とこの振動子１１１１に取り付けた振動検出用素
子１１１２を、増幅回路部１１２２と周波数測定器１１
３１または電圧測定器１１３２よりなる計測部１１３３
で構成される自励発振回路Ｐに組み込み、振動検出用素
子１１１２からの信号を増幅回路部１１２２により増幅
して、振動子１１１１に帰還して自励発振させる。そし
て、このとき圧電振動子１１１１に取り付けた振動検出
用素子１１１２により検出した振動数から、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。さらに、振動
子１１１１の保持方法として、支持部材１１１３で振動
子１１１１の節を保持する構造を持っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】触覚センサにおいて検
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、上記特開平３−８１６４１号公報によ
る手法では、振動検出素子１１１２を振動子１１１１に
取り付けているため、共振尖鋭度（Ｑｍ）は大幅に下が
り、感度が落ちてしまう。

【０００８】さらに、振動子１１１１の保持方法とし
て、支持部材１１１３で振動子１１１１の節を固定する
という旨の開示があるが、対象物との接触時においては
振動子１１１１の節は移動し、共振尖鋭度が下がると同
時に保持基体１１１４が振動子１１１１の負荷となる可
能性がある。

【０００９】また、図１３に示すように振動子１１１１
を自励振動させる構造として、振動検出素子１１１２か
らの信号を信号線で出力し、保持基体１１１４外に設け
た増幅回路部１１２２で増幅して、振動子１１１１に帰
還させる自励発振回路Ｐの構成としている。このように
信号線を介して保持基体１１１４外に出力すると、信号
線と接地線間の静電容量や信号線の引き回しによる浮遊
インダクタンスの変化などにより自励発振回路Ｐの発振
状態が変化してしまうため、Ｓ／Ｎを悪化させる原因と
なる。

【００１０】また、圧電振動子の等価回路は、その共振
周波数ｆ0 近傍において図３（ａ）に示すような回路で
表せる。一方、粘弾性体の等価回路は図３（ｃ）に示す
ように抵抗ΔＲ１、リアクタンスΔＬ１で表せる。な
お、図３（ｂ）は非粘弾性体の等価回路を示す図であ
る。

【００１１】ここで、粘弾性体を圧電振動子に接触させ
た状態は、圧電振動子の等価回路に直列に粘弾性体の等
価回路を接続させたものと等価になる。すなわち、図３
（ａ）に示す機械端子に、図３（ｃ）に示す回路を接続
させたものとなる。この回路の等価回路定数を用いて、
圧電振動子が無負荷時の共振周波数ｆr0、反共振周波数
ｆa0、インピーダンスＺは次式のようになる。

【００１２】

【数１】 一方、負荷時の共振周波数ｆr1、反共振周波数ｆa1、イ
ンピーダンスＺ1 は次式のようになる。

【００１３】

【数２】

【００１４】例えば、圧電振動子を利用して発振回路を
構成すると、この発振回路の出力信号は図４に実線にて
示すような信号となる。この出力信号は圧電振動子の共
振周波数ｆ0 に対応した信号で出力され、かつ圧電振動
子のインピーダンスの実数部に対応した振幅Ａ0 で出力
される。よって、図４に実線にて示す信号の周波数ｆ0
は上記（１）式のｆr0に対応し、振幅Ａ0 は上記（１）
式のＺに比例する。

【００１５】一方、圧電振動子に粘弾性体が付着する
と、上記発振回路の出力信号は図４に破線にて示すよう
な信号となる。この出力信号の振幅Ａ1 及び周波数ｆ1
は粘弾性体の弾性率、粘性率の両方に対応した信号とし
て出力される。

【００１６】したがって、硬さに関係する粘弾性特性を
測定するには振幅と周波数の両方を測定する必要があ
る。しかし、上記特開平３−８１６４１号公報による手
法では、周波数の変化しか測定していないため、粘弾性
特性を検出することはできない。

【００１７】そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされ
たものであり、共振尖鋭度を下げることなく、圧電振動
子の振動特性の検出及びこの圧電振動子の保持が可能で
あり、さらに粘弾性特性を検出することが可能な触覚セ
ンサプローブを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の触覚センサプローブは、粘弾性特性を有す
る対象物の機械的インピーダンスを圧電振動子からなる
自励発振回路の出力信号より検出する触覚センサプロー
ブであって、上記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電
振動子であり、該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の等価
回路定数を用いる発振回路と、該発振回路を内蔵するハ
ウジング手段と、上記エネルギ閉じ込め型圧電振動子の
電極部分を避けて該エネルギ閉じ込め型圧電振動子を保
持する保持手段とを具備し、該保持手段が上記ハウジン
グ手段に設けられていることを特徴とする。

【００１９】また、本発明の触覚センサプローブは、粘
弾性特性を有する対象物の機械的インピーダンスを圧電
振動子からなる自励発振回路の出力信号より検出する触
覚センサプローブであって、上記圧電振動子がエネルギ
閉じ込め型圧電振動子であり、該エネルギ閉じ込め型圧
電振動子の等価回路定数を用いる発振回路と、該発振回
路の出力信号より所定の周波数帯域を抽出する抽出手段
と、上記発振回路と上記抽出手段を内蔵するハウジング
手段と、上記エネルギ閉じ込め型圧電振動子の電極部分
を避けて該エネルギ閉じ込め型圧電振動子を保持する保
持手段とを具備し、該保持手段が上記ハウジング手段に
設けられていることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の触覚センサは、粘弾性特性
を有する対象物の機械的インピーダンスを圧電振動子か
らなる自励発振回路の出力信号より検出する触覚センサ
であって、上記圧電振動子の等価回路定数を用いる発振
回路と、該発振回路の信号により所定の周波数帯域を抽
出する抽出手段とを具備することを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明の触覚センサプローブにおいては、粘弾
性特性を有する対象物の機械的インピーダンスを圧電振
動子からなる自励発振回路の出力信号より検出する触覚
センサプローブであって、上記圧電振動子にエネルギ閉
じ込め型圧電振動子が用いられ、このエネルギ閉じ込め
型圧電振動子の電極部分を避けて保持手段により保持さ
れることより、エネルギ閉じ込め型圧電振動子の振動に
影響を及ぼすことはない。また、エネルギ閉じ込め型圧
電振動子の等価回路定数が発振回路に用いられることよ
り、この発振回路を簡単な構成で小型に組むことがで
き、エネルギ閉じ込め型圧電振動子の近傍に設置するこ
とが可能になる。これより、発振回路がハウジング手段
に内蔵でき、さらに保持手段がハウジング手段に設けら
れる。

【００２２】また、本発明の触覚センサプローブは、粘
弾性特性を有する対象物の機械的インピーダンスを圧電
振動子からなる自励発振回路の出力信号より検出する触
覚センサプローブであって、上記圧電振動子にエネルギ
閉じ込め型圧電振動子が用いられ、このエネルギ閉じ込
め型圧電振動子の電極部分を避けて保持手段により保持
されることより、エネルギ閉じ込め型圧電振動子の振動
に影響を及ぼすことはない。また、エネルギ閉じ込め型
圧電振動子の等価回路定数が発振回路に用いられること
より、この発振回路を簡単な構成で小型に組むことがで
き、エネルギ閉じ込め型圧電振動子の近傍に設置するこ
とが可能になる。さらに、発振回路の出力信号より所定
の周波数帯域が抽出手段により抽出されることより、出
力信号中に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域
で取り除くことができる。これより、発振回路がハウジ
ング手段に内蔵でき、さらに保持手段がハウジング手段
に設けられる。

【００２３】また、本発明の触覚センサは、粘弾性特性
を有する対象物の機械的インピーダンスを圧電振動子か
らなる自励発振回路の出力信号より検出する触覚センサ
であって、上記圧電振動子の等価回路定数が発振回路に
用いられることより、この発振回路を簡単な構成で小型
に組むことができ、圧電振動子の近傍に設置することが
可能になる。さらに、発振回路の出力信号より所定の周
波数帯域が抽出手段により抽出されることより、出力信
号中に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域で取
り除くことができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明に係る第１実施例の触覚センサプ
ローブの構成を示す図である。

【００２５】この触覚センサプローブは、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子１０と、このエネルギ閉じ込め型の
圧電振動子１０の等価回路定数を用いる発振回路２０
と、この発振回路２０を内蔵するハウジング部３０と、
上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極部分ｄ
を避けてこの圧電振動子１０を保持する保持部４０と、
この保持部４０が上記ハウジング部３０に設けられ、上
記発振回路２０の出力信号を出力する出力端子部５０と
から構成される。

【００２６】コルピッツ回路を用いた上記発振回路２０
内においては、上記圧電振動子１０の一端はコンデンサ
Ｃ１１を介して、コンデンサＣ１２の一端に接続される
とともに、トランジスタＴｒ１のエミッタと、抵抗Ｒ１
１の一端と、コンデンサＣ１３の一端とに接続される。
さらに、圧電振動子１０の一端はコンデンサＣ１４を介
して、トランジスタＴｒ１のベースと、抵抗Ｒ１２の一
端に接続される。

【００２７】また、上記圧電振動子１０の他端は、上記
コンデンサＣ１２の他端と、上記トランジスタＴｒ１の
コレクタとに接続されるとともに、抵抗Ｒ１３を介して
上記抵抗Ｒ１１の他端と、出力端子５０ａとに接続され
る。

【００２８】また、上記コンデンサＣ１３の他端は出力
端子５０ｂに接続され、抵抗Ｒ１２の他端は出力端子５
０ｃに接続される。次に、第１実施例の触覚センサプロ
ーブの動作について説明する。

【００２９】本第１実施例に用いられるエネルギ閉じ込
め型の圧電振動子１０は、電極部以外に質量負荷などの
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。そのため、このエネルギ閉じ込
め型の圧電振動子１０を使用すると、図２に示すように
エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極部分ｄを避
けてこの圧電振動子１０を保持する保持部４０に接着し
ても、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の振動
に影響を及ぼすことはなく、理想的な振動状態と高い共
振尖鋭度（Ｑｍ）を維持することができる。

【００３０】また、一般的に、圧電振動子の等価回路
は、その共振周波数ｆ0 近傍において図３（ａ）に示す
ように表せる。一方、粘弾性体の等価回路は図３（ｃ）
に示すように抵抗ΔＲ１、リアクタンスΔＬ１で表せ
る。

【００３１】ここで、粘弾性体を圧電振動子に接触させ
た状態は、圧電振動子の等価回路に直列に粘弾性体の等
価回路を接続させたものと等価になる。すなわち、図３
（ａ）に示す機械端子に、図３（ｃ）に示す回路を接続
させたものとなる。この回路の等価回路定数を用いて、
圧電振動子が無負荷時の共振周波数ｆr0、反共振周波数
ｆa0、インピーダンスＺは上記（１）式のようになる。

【００３２】また、本第１実施例における出力端子部５
０から出力される出力信号は図４に示すようになり、発
振回路２０からの出力信号はエネルギ閉じ込め型の圧電
振動子１０の共振周波数ｆ0 で出力され、かつエネルギ
閉じ込め型の圧電振動子１０のインピーダンスの実数部
に対応した振幅Ａ0 で出力されるものとなる。よって、
図４に実線にて示した出力信号の共振周波数ｆ0 は上記
（１）式の共振周波数ｆr0に対応し、振幅Ａ0 はインピ
ーダンスＺに比例する。

【００３３】ところで、粘弾性体が触覚センサプローブ
のエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０に接触すると、
上記（１）式の共振周波数ｆr0、反共振周波数ｆa0、イ
ンピーダンスＺが上記（２）式で与えられるｆr1、ｆa
1、Ｚ1 に変化し、図４に破線にて示した出力信号とな
り、振幅は小さくなり、周波数は１周期あたりΔｔだけ
小さく、すなわち発振周波数が高くなる。

【００３４】このように、圧電振動子の等価回路定数を
用いて発振する発振回路２０からの出力信号は、粘弾性
体の違いにより変化する。このときのｆ0 、ｆ1 、Ａ0
、Ａ1 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。

【００３５】上述したように、粘弾性特性を有する対象
物の機械的インピーダンスを、圧電振動子からなる自励
発振回路の出力信号より検出する触覚センサの回路部分
は、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０と、このエネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の等価回路定数を用い
る発振回路２０で構成される。

【００３６】この発振回路２０に定電圧を印加すると発
振状態となり、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の
発振周波数で発振する。本触覚センサプローブと対象物
との接触によるこの対象物の粘弾性特性は、エネルギ閉
じ込め型の圧電振動子１０のインピーダンス特性に反映
され、このインピーダンス特性は発振回路２０の振幅と
周波数を決定する。そこで、外部に振幅と周波数の検出
装置を用意し、それぞれの値を測定することにより、対
象物の粘弾性特性が反映された値を得ることができる。
これにより、対象物の粘弾性特性を求めることができ
る。例えば、発振回路２０内の各回路定数を以下のよう
に定め、

【００３７】

【表１】 次に、異なる粘弾性特性をもつ対象物を以下のように５
つ用意する。

【００３８】

【表２】

【００３９】そして、本触覚センサプローブを粘弾性特
性として上記表２に示すようなずり弾性率をもつ対象物
に圧力を一定にして接触させ、そのときの本触覚センサ
プローブからの出力を測定する。図５，６は、この測定
結果を示す図であり、図５は横軸にずり弾性率の実数
部、縦軸に振幅変化をとったときの測定結果であり、図
６は横軸にずり弾性率の虚数部、縦軸に周波数変化をと
ったときの測定結果である。これらの測定結果より、対
象物のずり弾性率の実数部の増加に従って振幅変化は大
きくなり、また粘性率に相当するずり弾性率の虚数部の
増加に従って、すなわち、ねばっこさが増加するに従っ
て、周波数が上昇することがわかる。これより、本触覚
センサプローブからの出力信号の振幅と周波数を測定す
ることにより、対象物の粘弾性特性を検出できることが
わかる。

【００４０】以上説明したように本第１実施例において
は、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０が高い共
振尖鋭度（Ｑｍ）を持っていても、配線の静電容量やイ
ンダクタンスにより自励発振させる回路が不安定では良
好なＳ／Ｎの触覚センサプローブとすることはできない
ため、自励発振させる回路の構成に圧電振動子の等価回
路定数を用いて発振する発振回路２０を使用している。
これにより、発振系を簡単な構成で小型に組むことがで
きるため、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の近傍
に設置することが可能になり、配線によるＳ／Ｎの低下
を防ぐことができる。

【００４１】さらに、発振回路２０の出力信号を測定す
ればエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０のインピーダ
ンス特性を検出することができ、圧電振動子１０の振動
を検出するための素子を必要としない。したがって、保
持部４０の影響がなく振動検出用の素子が不要なため、
高い共振尖鋭度（Ｑｍ）を持つ圧電振動子が得られる。
以上述べたように、両者の効果により高感度の触覚セン
サプローブを提供することができる。

【００４２】また、図１に示したように自己バイアス用
のコンデンサＣ１４をトランジスタＴｒ１のベースに接
続することにより、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１
０に直流バイアスがかからなくなり、トランジスタＴｒ
１のベースの電源電圧の変化が少なくなるため、トラン
ジスタＴｒ１の増幅度が安定し、安定した振動を得るこ
とができる。

【００４３】なお、圧電振動子の等価回路定数を用いて
発振回路２０を構成する回路要素であれば、どのような
回路要素を用いてもかまわない。図７は、本発明に係る
第２実施例の触覚センサプローブの構成を示す図であ
る。

【００４４】この触覚センサプローブは、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子１０と、このエネルギ閉じ込め型の
圧電振動子１０の等価回路定数を用いる発振回路２０
と、この発振回路２０の出力信号より所定の周波数帯域
を抽出する抽出部６０と、上記発振回路２０と抽出部６
０を内蔵するハウジング部３０と、上記エネルギ閉じ込
め型の圧電振動子１０の電極部分ｄを避けてこの圧電振
動子１０を保持する保持部４０と、この保持部４０が上
記ハウジング部３０に設けられ、上記発振回路２０の出
力信号を出力する出力端子部５０とから構成される。

【００４５】コルピッツ回路を用いた上記発振回路２０
内の構成は上記第１実施例と同一であり、その他の構成
は図７に示すように発振回路２０に、トランスＴ１とコ
ンデンサＣ１５からなる上記抽出部６０が追加された構
成となっている。

【００４６】次に、第２実施例の触覚センサプローブの
動作について説明する。本第２実施例に用いられるエネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０は、電極部以外に質量
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。そのため、このエネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０を使用すると、図２に
示すようにエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極
部分ｄを避けてこの圧電振動子１０を保持する保持部４
０に接着しても、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子
１０の振動に影響を及ぼすことはなく、理想的な振動状
態と高い共振尖鋭度（Ｑｍ）を維持することができる。

【００４７】また、抽出部６０はトランスＴ１とコンデ
ンサＣ１５で構成される。この場合、抽出する周波数帯
域の中心周波数はトランスＴ１とコンデンサＣ１５で構
成される発振条件に依存する。このとき、抽出部６０の
トランスＴ１のリアクタンスＬt とコンデンサＣ１５の
関係は以下の式になる。

【００４８】

【数３】 上記（３）式の条件に入るようにコンデンサＣ１５とリ
アクタンスＬt を調整する。

【００４９】以上説明したように本第２実施例によれ
ば、このような方法により抽出する周波数帯域を決め
て、発振回路２０の出力信号から抽出部６０で所定の周
波数帯域を抽出することにより、発振回路２０の出力信
号中に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域で取
り除くことができる。

【００５０】さらに、抽出する周波数を、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子１０の発振周波数とすると、不要振
動などによる発振回路２０の出力信号中に含まれる基本
周波数以外のノイズ成分を取り除くだけでなく、対象物
の粘弾性特性による発振回路２０の出力信号の変化を明
確に検出することができる。

【００５１】ここで、抽出する周波数を、発振回路２０
を構成するエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の発振
周波数の高調波とすると、不要振動をさらに効果的に除
去できる。例えば、発振回路２０のノイズは不要振動モ
ードの３次の高調波成分によるものとすると、発振回路
２０からの出力信号の３次の高調波成分には不要振動の
９次の高調波成分が重畳することになるが、実際にはほ
とんど無視できる値となる。

【００５２】また、インダクタンスによるインピーダン
スは、インダクタンスとエネルギ閉じ込め型の圧電振動
子１０の発振周波数の積として検出するため、抽出部６
０からの出力信号の周波数が高くなるに従って、検出値
が大きくなる。したがって、対象物の粘弾性特性による
発振回路２０の出力信号の特定の周波数成分、特に高調
波成分を抽出することにより、出力信号のノイズを除去
できるとともに、インダクタンスによるインピーダンス
の信号値が大きくなり、出力信号の変化を明確に検出す
ることができる。

【００５３】また、発振回路の構成に圧電振動子の等価
回路定数を用いて発振する発振回路２０を用いるため、
発振系を簡単な構成で小型に組むことができ、エネルギ
閉じ込め型の圧電振動子１０の近傍に設置することが可
能になり、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐことができ
る。

【００５４】さらに、発振回路２０の出力信号を測定す
ればエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０のインピーダ
ンス特性を検出することができ、圧電振動子１０の振動
を検出するための素子を必要としない。さらに、発振回
路２０の出力信号から抽出部６０で所定の周波数帯域を
抽出することにより、発振回路２０の出力信号中に含ま
れるノイズ成分を上記所定の周波数帯域で取り除くこと
ができる。

【００５５】なお、抽出部６０はトランスＴ１とコンデ
ンサＣ１５に限定されるものではなく、所定の周波数を
抽出できる構成であればどのような構成でもよい。図８
は、本発明に係る第３実施例の触覚センサプローブの構
成を示す図である。

【００５６】この触覚センサプローブは、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子１０と、電源Ｅを有しこのエネルギ
閉じ込め型の圧電振動子１０の等価回路定数を用いる発
振回路７０と、この発振回路７０の出力信号を分岐する
分岐回路８０と、この分岐回路８０の出力信号の振幅の
大きさをエンベロープ信号に変換するフィルタ回路９０
と、上記分岐回路８０の出力信号の周波数信号を直流信
号にする周波数電圧変換回路（ＦＶ変換器）１００とか
ら構成され、これら分岐回路８０とフィルタ回路９０と
周波数電圧変換回路１００とで処理回路１１０が構成さ
れる。

【００５７】さらに、上記フィルタ回路９０及び周波数
電圧変換回路１００からの上記エンベロープ信号及び直
流信号に基づいて発光ダイオード列（以下、ＬＥＤ列と
記す）１２０を駆動する駆動回路（駆動ＩＣ）１３０
と、上記ＬＥＤ列１２０と駆動回路１３０とからなる呈
示部１４０と、上記発振回路７０と処理回路１１０と呈
示部１４０とを内蔵するハウジング部３０と、上記エネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極部分を避けてこ
の圧電振動子１０を保持する保持部４０とで構成され、
この保持部４０が上記ハウジング部３０に設けられる。

【００５８】次に、第３実施例の触覚センサプローブの
動作について説明する。発振回路７０から出力された信
号は、コンデンサＣ１３によりオフセット電圧が除去さ
れたのち、分岐回路８０で２つに分岐され、一方はフィ
ルタ回路９０で出力信号の振幅の大きさに応じてエンベ
ロープ信号に変換され、他方は周波数電圧変換回路（Ｆ
Ｖ変換器）１００で周波数の高さに応じた大きさのエン
ベロープ信号に変換される。

【００５９】このエンベロープ信号の大きさを操作者に
呈示するために、ＬＥＤ列１２０中の発光ダイオード
（以下、ＬＥＤと記す）がエンベロープ信号の大きさに
応じた数だけ点灯させる。そこで、ＬＥＤ列１２０を点
灯させるためのＬＥＤ駆動回路（ＬＥＤ駆動ＩＣ）１３
０にそれぞれのエンベロープ信号を入力して、ＬＥＤ列
１２０の点灯を制御する。

【００６０】以上のような構成にすることにより、ＬＥ
Ｄ列１２０中の点灯されたＬＥＤの数によって、対象物
の粘弾性特性が操作者に呈示できる。さらに、電源Ｅと
してバッテリを内蔵しているため、電源線も不要とな
り、対象物の粘弾性特性を測定するとき操作の妨げとな
るコードをなくすことができる。

【００６１】図５に示すグラフより、弾性率が上昇する
と振幅変化が小さくなるため、エンベロープ信号の電圧
は低下する。これにより、ＬＥＤ列１２０中の点灯され
るＬＥＤの数が減少する。一方、図６に示すグラフよ
り、ずり弾性率の虚数部が上昇すると周波数も上昇する
ため、エンベロープ信号の電圧は上昇する。これによ
り、ＬＥＤ列１２０中の点灯されるＬＥＤの数が増加す
る。したがって、操作者は、ＬＥＤ列１２０中の点灯さ
れるＬＥＤの数の増減により、粘弾性特性を知ることが
できる。

【００６２】以上説明したように本第３実施例によれ
ば、上記発振回路７０の出力信号を処理する処理回路１
１０を本触覚センサプローブ内に設けることにより、信
号線による交流信号の損失を抑制することが可能とな
り、本触覚センサプローブの感度をよくすることができ
る。

【００６３】さらに、本触覚センサプローブのハウジン
グ部３０内の発振回路７０、処理回路１１０、呈示部１
４０を駆動する電源Ｅを内蔵し、処理回路１１０の出力
結果に応じて変化する呈示部１４０を有することによ
り、無線化が達成できプローブの移動の自由度が大幅に
上がる。その結果、本触覚センサプローブに粘弾性特性
の呈示部１４０を有しているため、操作者は対象物を観
察しながらその対象物の粘弾性特性を知ることができ
る。

【００６４】なお、上記エンベロープ信号の電圧の高低
によって、ＬＥＤ列１２０中の点灯するＬＥＤの点灯数
の増減が反転してもよい。すなわち、本第３実施例では
エンベロープ信号の電圧の上昇によって、ＬＥＤ列１２
０中の点灯するＬＥＤの数も増加するようにしたが、逆
にエンベロープ信号の電圧の上昇によって、ＬＥＤ列１
２０中の点灯するＬＥＤの数が減少するようにしてもよ
い。

【００６５】また、エンベロープ信号への変換の際、回
路の周波数帯域が発振回路７０からの出力信号の周波数
に較べて低いこともあるため、出力信号を一旦分周器で
分周して周波数を落とした後、変換してもよい。また、
呈示部１４０としては、ＬＥＤ列１２０に限定されるも
のではなく、スピーカなどのエンベロープ信号に対応し
て操作者に呈示可能な手段をもつものならばその他の手
段を用いてもよい。

【００６６】また、本第５実施例では、発振回路７０を
発振回路のみの回路として説明したが、この発振回路７
０を上記第２実施例にて説明した発振回路２０と抽出部
６０とを含む回路構成としてもよい。

【００６７】図９は、本発明に係る第４実施例の触覚セ
ンサプローブの構成を示す図である。この触覚センサプ
ローブは、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０と、電
源Ｅを有しこのエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の
等価回路定数を用いる発振回路１５０と、この発振回路
１５０の出力信号より所定の周波数帯域を抽出する抽出
部６０と、上記発振回路１５０と抽出部６０を内蔵する
ハウジング部３０と、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振
動子１０の電極部分ｄを避けてこの圧電振動子１０を保
持する保持部４０と、この保持部４０が上記ハウジング
部３０に設けられ、上記発振回路１５０の出力信号を出
力する無線通信部１６０とから構成される。

【００６８】コルピッツ回路を用いた上記発振回路１５
０内の構成は上記第１実施例と同一であり、図９に示す
ように発振回路１５０内に、電源Ｅが設けられるととも
に、トランスＴ１とコンデンサＣ１５からなる上記抽出
部６０と、無線通信部１６０が追加された構成となって
いる。

【００６９】次に、第４実施例の触覚センサプローブの
動作について説明する。本第４実施例に用いられるエネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０は、電極部以外に質量
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。そのため、このエネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０を使用すると、図２に
示すようにエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極
部分ｄを避けてこの圧電振動子１０を保持する保持部４
０に接着しても、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子
１０の振動に影響を及ぼすことはなく、理想的な振動状
態と高い共振尖鋭度（Ｑｍ）を維持することができる。

【００７０】また、抽出部６０はトランスＴ１とコンデ
ンサＣ１５で構成される。この場合、抽出する周波数帯
域の中心周波数はトランスＴ１とコンデンサＣ１５で構
成される発振条件に依存する。このとき、抽出部６０の
トランスＴ１のリアクタンスＬt とコンデンサＣ１５の
関係は上記（３）式に示すようになる。そこで、上記
（３）式の条件に入るようにコンデンサＣ１５とリアク
タンスＬt を調整する。

【００７１】以上説明したように本第４実施例によれ
ば、このような方法により抽出する周波数帯域を決め
て、発振回路１５０の出力信号から抽出部６０で所定の
周波数帯域を抽出することにより、発振回路１５０の出
力信号中に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域
で取り除くことができる。

【００７２】さらに、抽出する周波数を、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子１０の発振周波数とすると、不要振
動などによる発振回路１５０の出力信号中に含まれる基
本周波数以外のノイズ成分を取り除くだけでなく、対象
物の粘弾性特性による発振回路１５０の出力信号の変化
を明確に検出することができる。

【００７３】ここで、抽出する周波数を、発振回路１５
０を構成するエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の発
振周波数の高調波とすると、不要振動をさらに効果的に
除去できる。例えば、発振回路１５０のノイズは不要振
動モードの３次の高調波成分によるものとすると、発振
回路１５０からの出力信号の３次の高調波成分には不要
振動の９次の高調波成分が重畳することになるが、実際
にはほとんど無視できる値となる。

【００７４】また、インダクタンスによるインピーダン
スは、インダクタンスとエネルギ閉じ込め型の圧電振動
子１０の発振周波数の積として検出するため、抽出部６
０からの出力信号の周波数が高くなるに従って、検出値
が大きくなる。したがって、対象物の粘弾性特性による
発振回路１５０の出力信号の特定の周波数成分、特に高
調波成分を抽出することにより、出力信号のノイズを除
去できるとともに、インダクタンスによるインピーダン
スの信号値が大きくなり、出力信号の変化を明確に検出
することができる。

【００７５】さらに、抽出部６０にアンテナ線などの無
線通信部１６０を接続すれば、無線信号にて対象物の粘
弾性特性を含む信号を外部に伝達することが可能にな
り、上記無線信号を高Ｓ／Ｎの信号とすることができ
る。

【００７６】また、発振回路の構成に圧電振動子の等価
回路定数を用いて発振する発振回路１５０を用いるた
め、発振系を簡単な構成で小型に組むことができ、エネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の近傍に設置すること
が可能になり、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐことがで
きる。

【００７７】さらに、発振回路１５０の出力信号を測定
すればエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０のインピー
ダンス特性を検出することができ、圧電振動子１０の振
動を検出するための素子を必要としない。さらに、発振
回路１５０の出力信号から抽出部６０で所定の周波数帯
域を抽出することにより、発振回路１５０の出力信号中
に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域で取り除
くことができる。

【００７８】このように、無線通信部１６０を抽出部６
０と一体にできるため、小型であり、高Ｓ／Ｎの信号を
無線で伝達することが可能になり、さらに、本触覚セン
サプローブの無線化により、本触覚センサプローブの移
動の自由度を大幅に向上させることができる。

【００７９】なお、抽出部６０はトランスＴ１とコンデ
ンサＣ１５に限定されるものではなく、所定の周波数を
抽出できる構成であればどのような構成でもよい。図１
０は、本発明に係る第５実施例の触覚センサプローブの
構成を示す図である。

【００８０】この触覚センサプローブは、閉じ込め型の
圧電振動子１０と、このエネルギ閉じ込め型の圧電振動
子１０の等価回路定数を用いる発振回路１７０と、この
発振回路１７０の出力信号を分岐する分岐回路８０と、
この分岐回路８０の出力信号の振幅の大きさをエンベロ
ープ信号に変換するフィルタ回路９０と、このエンベロ
ープ信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路（ＶＦ
変換器）１８０と、この電圧周波数変換回路１８０の出
力信号と上記分岐回路８０からの交流信号とを時分割で
合成させるゲート回路１９０と、このゲート回路１９０
の基準時間を規定するタイマ回路２００と、上記発振回
路１７０に接続された出力端子２１０ａ，２１０ｂと、
上記ゲート回路１９０に接続された出力端子２１０ｃ
と、上記記発振回路１７０と上記分岐回路８０とフィル
タ回路９０と電圧周波数変換回路１８０とゲート回路１
９０とタイマ回路２００とを内蔵するハウジング部３０
と、上記エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の電極部
分を避けてこの圧電振動子１０を保持する保持部４０と
から構成され、この保持部４０が上記ハウジング部３０
に設けられる。

【００８１】次に、第５実施例の触覚ンサプローブの動
作について説明する。発振回路１７０からの出力信号
は、分岐回路８０で２つの信号に分割される。一方の信
号は、振幅検出用のフィルタ回路９０でその信号の振幅
の大きさに応じてエンベロープ信号に変換され、さらに
このエンベロープ信号の電圧の大きさに見合った周波数
に変換する電圧周波数変換回路１８０に入力される。こ
の電圧周波数変換回路１８０にて変換された信号は、ゲ
ート回路１９０に入力される。

【００８２】また、他方の信号（周波数成分用）は、そ
のままゲート回路１９０に入力される。このゲート回路
１９０は、図１１に示すように電圧周波数変換回路１８
０から信号が入力されるまでのＴg1時間の間、周波数成
分用のゲートをオープンし、信号線に周波数成分波形Ｗ
f を出力し、その後はＴg2時間の間、振幅用のゲートを
オープンし、振幅成分波形Ｗvco を出力する。よって、
ゲート回路１９０からの信号は、Ｔg1＋Ｔg2時間内に２
つの信号が出力されることになる。そして、これらの信
号を信号線２１０ｄにのせて信号伝達する。ここで、上
記Ｔg1時間及びＴg2時間の間隔は、タイマ２００で制御
される。

【００８３】以上の動作により、信号線２１０ｄを伝達
された信号は、発振周波数と振幅を区別して処理するた
めに、本触覚センサプローブ内のタイマ２００と同一タ
イミングで駆動するタイマ回路を備えた装置にて処理さ
れ、Ｔg1時間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され、Ｔg2時間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される。そして、こ
れらをＦＭ検波することにより、対象物の粘弾性特性を
検出することができる。

【００８４】ここで、上記発振回路１７０の出力信号を
信号線２１０ｄで直接電送する場合、上記出力信号の振
幅の損失が懸念され、この振幅は粘弾性特性の弾性率に
相当するため、上記振幅の損失はセンサの感度に大きく
影響する。

【００８５】そこで、以上説明したように本第５実施例
においては、上記発振回路１７０の出力信号をフィルタ
回路９０と電圧周波数変換回路１８０を通すことによ
り、損失の少ない交流信号に変換できる。

【００８６】また、電圧周波数変換回路１８０の出力信
号と発振回路１７０の出力信号をタイマ２００を用い
て、一定時間間隔で信号線２１０ｄに伝送することによ
り、操作者が振幅周波数変換信号と周波数信号を区別す
ることが可能になる。上述したような構成にすることに
より、信号線２１０ｄによる損失の少ない信号として操
作者に伝達することが可能となる。

【００８７】なお、図１０に示す処理回路２２０のフィ
ルタ回路９０、電圧周波数変換回路１８０は必ずしもこ
のような構成とする必要はなく、振幅を検出して周波数
に変換する手段であればどのような構成としてもよい。

【００８８】また、本第５実施例では、発振回路１７０
を発振回路のみの回路として説明したが、この発振回路
１７０を上記第２実施例にて説明した発振回路２０と抽
出部６０とを含む回路構成としてもよい。

【００８９】これまでの実施例では、触覚センサをハウ
ジング内に設けた触覚センサプローブを説明してきた
が、以下に触覚センサ単体の実施例を説明する。図１２
は、本発明に係る第６実施例の触覚センサ単体の構成を
示す図である。

【００９０】本第６実施例の触覚センサ単体の回路構成
は、図７に示した第２実施例で用いたものとほぼ同様で
あるが、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４
と、トランジスタＴｒ１と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１
３と、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０とからなる
発振回路２０に、トランスＴ１とコンデンサＣ１５から
なる抽出部６０が追加された構成となっている。

【００９１】このような回路構成を用いて、圧電振動子
をエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０としたことによ
り、本出願人が先に提案した触覚センサに比べて、全面
電極の圧電振動子に発生しやすいインピーダンス特性に
おいてリップルとなる不要振動を抑制することができ、
粘弾性体付着時の圧電振動子の振動状態の変化による振
動モードとび現象が抑制できる。この振動モードとび現
象とは、自励発振が共振抵抗の低い方の振動モードで起
こりやすいという現象である。

【００９２】以上説明したように本第６実施例によれ
ば、不要振動の抑制による振動モードとび現象が抑制で
きることにより、発振回路２０が安定して発振すること
が可能になる。

【００９３】なお、本第６実施例では、圧電振動子を、
エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０として説明した
が、このエネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０をエネル
ギ閉じ込め型でない圧電振動子にて構成してもよい。

【００９４】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。

【００９５】（１） 粘弾性特性を有する対象物の機械
的インピーダンスを圧電振動子からなる自励発振回路の
出力信号より検出する触覚センサプローブにおいて、上
記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電振動子であり、
該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の等価回路定数を用い
る発振回路と、該発振回路を内蔵するハウジング手段
と、上記エネルギ閉じ込め型圧電振動子の電極部分を避
けて該エネルギ閉じ込め型圧電振動子を保持する保持手
段と、を具備し、該保持手段が上記ハウジング手段に設
けられていることを特徴とする触覚センサプローブ。

【００９６】このような触覚センサプローブによれば、
エネルギ閉じ込め型の圧電振動子は電極部以外に質量負
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。そのため圧電振動子に
エネルギ閉じ込め型の圧電振動子を使用すると、図１に
示すように該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の電極部分
を避けて保持する保持手段に接着しても、エネルギ閉じ
込め型の圧電振動子の振動に影響を及ぼすことはなく、
理想的な振動状態と高い共振尖鋭度（Ｑｍ）を維持する
ことができる。

【００９７】また、発振回路構成に圧電振動子の等価回
路定数を用いて発振する発振回路を使用しているため、
発振系を簡単な構成で小型に組むことができ、エネルギ
閉じ込め型圧電振動子の近傍に設置することが可能にな
り、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐことができるととも
に、発振回路の出力信号を測定すればエネルギ閉じ込め
型の圧電振動子のインピーダンス特性を検出することが
でき、圧電振動子の振動を検出するための素子を必要と
しない。

【００９８】すなわち、保持手段の影響がなく振動検出
素子が不要であるため、高い共振尖鋭度（Ｑｍ）をもつ
圧電振動子が得られ、また発振回路を圧電振動子の等価
回路定数を用いて発振する発振回路構成とすることによ
り、エネルギ閉じ込め型の圧電振動子の近傍に設置する
ことが可能になり、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐこと
ができるため、両者の効果により高感度の触覚センサプ
ローブを提供することができる。

【００９９】（２） 粘弾性特性を有する対象物の機械
的インピーダンスを圧電振動子からなる自励発振回路の
出力信号より検出する触覚センサプローブにおいて、上
記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電振動子であり、
該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の等価回路定数を用い
る発振回路と、該発振回路の出力信号より所定の周波数
帯域を抽出する抽出手段と、上記発振回路と上記抽出手
段を内蔵するハウジング手段と、上記エネルギ閉じ込め
型圧電振動子の電極部分を避けて該エネルギ閉じ込め型
圧電振動子を保持する保持手段と、を具備し、該保持手
段が上記ハウジング手段に設けられていることを特徴と
する触覚センサプローブ。

【０１００】このような触覚センサプローブによれば、
エネルギ閉じ込め型圧電振動子は電極部以外に質量負荷
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。そのため圧電振動子にエ
ネルギ閉じ込め型圧電振動子を使用すると、図２に示す
ようにエネルギ閉じ込め型の圧電振動子の電極部分を避
けて保持する保持手段に接着しても、エネルギ閉じ込め
型の圧電振動子の振動に影響を及ぼすことはなく、理想
的な振動状態と高い共振尖鋭度（Ｑｍ）を維持すること
ができる。

【０１０１】また、発振回路構成に圧電振動子の等価回
路定数を用いて発振する発振回路を使用しているため、
発振系を簡単な構成で小型に組むことができ、エネルギ
閉じ込め型の圧電振動子の近傍に設置することが可能に
なり、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐことができるとと
もに、発振回路の出力信号を測定すればエネルギ閉じ込
め型圧電振動子のインピーダンス特性を検出することが
でき、圧電振動子の振動を検出するための素子を必要と
しない。さらに発振回路の出力信号から抽出手段で所定
の周波数帯域を抽出することにより、発振回路の出力信
号中に含まれるノイズ成分を上記所定の周波数帯域で取
り除くことができる。

【０１０２】すなわち、保持手段の影響がなく振動検出
素子が不要であるため、高い共振尖鋭度（Ｑｍ）をもつ
振動子が得られ、発振回路に圧電振動子の等価回路定数
を用いて発振する発振回路構成とすることにより、エネ
ルギ閉じ込め型の圧電振動子の近傍に設置することが可
能になり、配線によるＳ／Ｎの低下を防ぐことができ
る。さらに、発振回路の出力信号中に含まれるノイズ成
分を所定の周波数帯域で取り除くことができるため、一
層高感度の触覚センサプローブを提供することができ
る。

【０１０３】（３） 上記発振回路及び上記抽出手段の
いずれかの出力信号を処理する処理回路を具備し、上記
ハウジング手段は、上記発振回路、上記抽出手段及び上
記処理回路を内蔵することを特徴とする上記（１）また
は（２）のいずれかに記載の触覚センサプローブ。

【０１０４】このような触覚センサプローブによれば、
発振回路、または抽出手段の出力信号を処理する処理回
路を触覚センサプローブのハウジング手段内に設けるこ
とにより、処理回路を発振回路、または抽出手段の近傍
に配置でき、出力信号がＭＨｚ帯域の交流信号による、
信号線の抵抗、容量や浮遊インダクタンスによる交流信
号の損失を抑制することができる。

【０１０５】すなわち、交流信号の損失を抑制すること
ができ、触覚センサプローブの感度を高めることができ
る。 （４） 上記処理回路は、上記発振回路及び上記抽出手
段のいずれかの出力信号を分岐する分岐回路と、該分岐
回路の出力信号の振幅の大きさをエンベロープ信号に変
換するフィルタ回路と、上記分岐回路の出力信号の周波
数信号を直流信号に変換する周波数電圧変換回路と、を
有することを特徴とする上記（３）に記載の触覚センサ
プローブ。

【０１０６】このような触覚センサプローブによれば、
発振回路、または抽出手段の出力信号の振幅と周波数の
いずれも直流信号にすることにより、取り扱いやすい直
流信号となる。

【０１０７】すなわち、発振回路、または抽出手段の出
力信号は同種類の信号になるため、例えば同一回路を共
用するなど、同一特性の回路に出力信号を入力すること
が可能になり、触覚センサプローブを小型化することが
できる。

【０１０８】（５） 上記処理回路は、上記発振回路及
び上記抽出手段のいずれかの出力信号を分岐する分岐回
路と、該分岐回路の出力信号の振幅の大きさをエンベロ
ープ信号に変換するフィルタ回路と、上記エンベロープ
信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、該電圧
周波数変換回路の出力信号と上記分岐回路からの交流信
号とを時分割で合成させるゲート回路と、該ゲート回路
の基準時間を規定するタイマ回路と、を有することを特
徴とする上記（３）に記載の触覚センサプローブ。

【０１０９】このような触覚センサプローブによれば、
発振回路、または抽出手段の出力信号をフィルタ回路と
電圧周波数変換回路を通すことにより損失の少ない交流
信号に変換できる。また、電圧周波数変換回路の出力信
号と発振回路の出力信号をタイマで一定時間間隔で信号
線に伝送することにより、操作者が振幅周波数変換信号
と周波数信号を区別することが可能になる。

【０１１０】すなわち、信号線を用いて伝達する場合で
も損失の少ない信号にて、操作者に伝達することが可能
となる。 （６） 上記（１）乃至（５）に記載の触覚センサプロ
ーブにおいて、上記発振回路、上記抽出手段、及び上記
処理回路のいずれかの出力信号を出力する出力手段を具
備することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれ
かに記載の触覚センサプローブ。

【０１１１】このような触覚センサプローブによれば、
出力手段をもつことにより、出力信号を外部で解析する
ことができる。すなわち、これにより外部の解析装置を
用いて高精度の解析を行うことができる。

【０１１２】（７） 上記（３）または（４）に記載の
触覚センサプローブにおいて、上記発振回路、上記抽出
手段、及び処理回路を駆動するための電源手段と、上記
処理回路の出力信号の変化に対応して呈示を行う呈示手
段と、を具備することを特徴とする上記（３）または
（４）のいずれかに記載の触覚センサプローブ。

【０１１３】このような触覚センサプローブによれば、
ハウジング手段内の発振回路、処理回路、呈示手段を駆
動する電源手段を内蔵し、処理回路の出力結果に応じて
操作者に呈示を行う呈示手段を有することにより無線化
が達成できる。

【０１１４】すなわち、触覚センサプローブを無線化す
ることができるため、この触覚センサプローブの移動の
自由度が大幅に上がり、さらに触覚センサプローブは粘
弾性特性の呈示手段を有しているため、操作者は対象物
を観察しながら対象物の粘弾性特性を知ることができ
る。

【０１１５】（８） 上記（２）に記載の触覚センサプ
ローブにおいて、上記発振回路、上記抽出手段を駆動す
るための電源手段と、上記発振回路の出力信号より所定
の周波数帯域を抽出する上記抽出手段と一体となった無
線通信手段と、を具備することを特徴とする上記（２）
に記載の触覚センサプローブ。

【０１１６】こうような触覚センサプローブによれば、
触覚センサプローブ内の回路を駆動する電源手段を内蔵
し、無線信号とする無線通信手段により、信号伝達にお
ける損失を最小限に留めることが可能になる。

【０１１７】すなわち、触覚センサプローブの信号伝達
を無線化することができるため、この触覚センサプロー
ブの移動に対する自由度を大幅に上げることができる。 （９） 粘弾性特性を有する対象物の機械的インピーダ
ンスを圧電振動子からなる自励発振回路の出力信号より
検出する触覚センサにおいて、上記圧電振動子の等価回
路定数を用いる発振回路と、該発振回路の信号より所定
の周波数帯域を抽出する抽出手段と、を具備することを
特徴とする触覚センサ。

【０１１８】このような触覚センサによれば、発振回路
の出力信号から抽出手段で所定の周波数帯域を抽出する
ことにより、発振回路の出力信号中に含まれるノイズ成
分を上記所定の周波数帯域で取り除くことができる。

【０１１９】すなわち、発振回路の出力信号中に含まれ
るノイズ成分を所定の周波数帯域で取り除くことができ
るため、触覚センサのＳ／Ｎを向上させることができ
る。 （１０） 上記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電振
動子であることを特徴とする上記（９）に記載の触覚セ
ンサ。

【０１２０】このような触覚センサによれば、エネルギ
閉じ込め型圧電振動子とすることにより、全面電極の振
動子に発生しやすいインピーダンス特性においてリップ
ルとなる不要振動を抑制することができ、粘弾性体付着
時の圧電振動子の振動状態の変化による振動モードとび
現象が抑制できる。この振動モードとび現象とは、自励
発振が共振抵抗の低い方の振動モードで起こりやすいと
いう現象である。

【０１２１】すなわち、不要振動の抑制による振動モー
ドとび現象が抑制できるため、発振回路が安定して発振
することが可能になる。 （１１） 上記抽出手段の抽出する周波数帯域が上記発
振回路を構成する上記圧電振動子、及び上記エネルギ閉
じ込め型圧電振動子のいずれかの発振周波数の基本周波
数であることを特徴とする上記（９）または（１０）の
いずれかに記載の触覚センサ。

【０１２２】このような触覚センサによれば、発振回路
の出力信号から圧電振動子、またはエネルギ閉じ込め型
圧電振動子の発振周波数の基本周波数近傍を抽出手段で
抽出することにより、不要振動などによる発振回路の出
力信号中に含まれる基本周波数以外のノイズ成分を取り
除くことができ、対象物の粘弾性特性による発振回路の
出力信号の変化を明確に検出することができる。

【０１２３】すなわち、発振回路の出力信号中の粘弾性
特性に関する出力変化に影響を及ぼすことなく、出力信
号に含まれるノイズ成分を取り除くことができ、触覚セ
ンサのＳ／Ｎを向上させることができる。

【０１２４】（１２） 上記抽出手段の抽出する周波数
帯域が上記発振回路を構成する上記圧電振動子、及び上
記エネルギ閉じ込め型圧電振動子のいずれかの発振周波
数の高調波であることを特徴とする上記（９）または
（１０）のいずれかに記載の触覚センサ。

【０１２５】このような触覚センサによれば、発振回路
の出力信号から圧電振動子、またはエネルギ閉じ込め型
圧電振動子の発振周波数の高調波の周波数近傍を抽出手
段で抽出することにより、不要振動をさらに効果的に除
去できる。また、粘弾性特性の粘性に相当するインピー
ダンスは粘性率と圧電振動子の発振周波数の積として検
出するため、抽出手段からの出力信号の周波数が高くな
るに従って検出値が大きくなる。

【０１２６】すなわち、出力信号のノイズを除去すると
共に、粘性率に相当する信号値が大きくなり、出力信号
の変化を明確に検出することができる。 （１３） 上記（９）または（１０）に記載の触覚セン
サにおいて、上記抽出手段の出力信号を出力する出力手
段を具備することを特徴とする上記（９）または（１
０）のいずれかに記載の触覚センサプローブ。

【０１２７】このような触覚センサプローブによれば、
出力手段をもつことにより、出力信号を外部で解析する
ことができる。すなわち、これにより外部の解析装置を
用いて高精度の解析を行うことができる。

【０１２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、共振
尖鋭度を下げることなく、圧電振動子の振動特性の検出
及びこの圧電振動子の保持が可能であり、さらに粘弾性
特性を検出することが可能な触覚センサプローブを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の触覚センサプローブの構成を示す
図である。

【図２】エネルギ閉じ込め型の圧電振動子１０の保持を
説明するための図である。

【図３】圧電振動子、粘弾性体、及び非粘弾性体の等価
回路を示す図である。

【図４】圧電振動子を利用して発振回路を構成した場合
の発振回路の出力信号を示す図である。

【図５】実施例の触覚センサプローブからの出力の測定
結果の一例を示す図である。

【図６】実施例の触覚センサプローブからの出力の測定
結果の一例を示す図である。

【図７】第２実施例の触覚センサプローブの構成を示す
図である。

【図８】第３実施例の触覚センサプローブの構成を示す
図である。

【図９】第４実施例の触覚センサプローブの構成を示す
図である。

【図１０】第５実施例の触覚センサプローブの構成を示
す図である。

【図１１】第５実施例の触覚ンサプローブの動作を説明
するためのタイミングチャートである。

【図１２】第６実施例の触覚センサ単体の構成を示す図
である。

【図１３】従来例としての物質の硬さ特性測定方法及び
装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０…エネルギ閉じ込め型の圧電振動子、２０，７０，
１５０，１７０…発振回路、３０…ハウジング部、４０
…保持部、５０，２１０…出力端子部、６０…抽出部、
８０…分岐回路、９０…フィルタ回路、１００…周波数
電圧変換回路（ＦＶ変換器）、１１０，２２０…処理回
路、１２０…発光ダイオード列（ＬＥＤ列）、１３０…
駆動回路（駆動ＩＣ）、１４０…呈示部、１６０…無線
通信部、１８０…電圧周波数変換回路（ＶＦ変換器）、
１９０…ゲート回路、２００…タイマ回路、Ｃ１１，Ｃ
１２，Ｃ１３，Ｃ１４…コンデンサ、Ｒ１１，Ｒ１２，
Ｒ１３…抵抗、Ｔ１…トランス、Ｔｒ１…トランジス
タ、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，２１０ａ，２１０ｂ，２
１０ｃ…出力端子、ｄ…エネルギ閉じ込め型の圧電振動
子の電極部分。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘弾性特性を有する対象物の機械的イン
   ピーダンスを圧電振動子からなる自励発振回路の出力信
   号より検出する触覚センサプローブにおいて、 上記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電振動子であ
   り、該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の等価回路定数を
   用いる発振回路と、 該発振回路を内蔵するハウジング手段と、 上記エネルギ閉じ込め型圧電振動子の電極部分を避けて
   該エネルギ閉じ込め型圧電振動子を保持する保持手段
   と、 を具備し、 該保持手段が上記ハウジング手段に設けられていること
   を特徴とする触覚センサプローブ。
2. 【請求項２】 粘弾性特性を有する対象物の機械的イン
   ピーダンスを圧電振動子からなる自励発振回路の出力信
   号より検出する触覚センサプローブにおいて、 上記圧電振動子がエネルギ閉じ込め型圧電振動子であ
   り、該エネルギ閉じ込め型圧電振動子の等価回路定数を
   用いる発振回路と、 該発振回路の出力信号より所定の周波数帯域を抽出する
   抽出手段と、 上記発振回路と上記抽出手段を内蔵するハウジング手段
   と、 上記エネルギ閉じ込め型圧電振動子の電極部分を避けて
   該エネルギ閉じ込め型圧電振動子を保持する保持手段
   と、 を具備し、 該保持手段が上記ハウジング手段に設けられていること
   を特徴とする触覚センサプローブ。
3. 【請求項３】 粘弾性特性を有する対象物の機械的イン
   ピーダンスを圧電振動子からなる自励発振回路の出力信
   号より検出する触覚センサにおいて、 上記圧電振動子の等価回路定数を用いる発振回路と、 該発振回路の信号より所定の周波数帯域を抽出する抽出
   手段と、 を具備することを特徴とする触覚センサ。