JPS6141938A - 二次元感圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は２次元の平面に印加される圧力分布を検出する
二次元感圧センサに関し、例えば１手書き文字人力装置
やロボットのハンドの他、各種の感圧センサとして利用
することができる。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術として本出願人は特願昭５
８−０２７０５６号を提案している。以下、その構成を
説明する。

第３図は上記従来技術の中で紹介されている二次元感圧
センサの１例を示したもので、複数個の発光素子２から
の光をそれぞれ受光素子の光透過窓５および透明な柔軟
部１０を透過させて、この柔軟部に形成した光反射膜２
０からの反射光を各発光素子２に対応する受光素子４で
受光し、柔軟部の受圧面に加わる圧力の変化に基づく発
光素子と受光素子間の距離の変化から受光々量の変化に
対応した圧力の変化に相当する電気信号を得るようにし
たものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この構成の二次元感圧センサでは１種類の弾性
体を柔軟部として使用するため、圧力が加わり始めた時
点での圧力感度を高くし、同時に圧力測定範囲を広くと
るという２つの要求を同時に満足するには無理があった
。

従って本発明の目的は、上記問題点を改善し、圧力検出
範囲を拡大した二次元感圧センサを提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴は、複数の光源を配した光源基板と、該光
源の光を通過させると共に反対側からの光を受光して電
気出力を与える複数の受光素子を有するセンサ基板と、
柔軟部と光反射膜とからなる受圧部とを順に積層した構
造を有し、前記光源からの光が前記光反射膜で反射され
受圧部に印加される圧力に対応する強さで受光素子に入
射する二次元感圧センサにおいて、前記柔軟部が硬度が
相互に異なる複数の薄板状弾性体の積層構造を有する土
次元感圧センサにある。

（作用） 本発明によると柔軟部が硬度の異なる複数の薄板状弾性
体の積層により構成されるので、柔軟部の全体としての
圧力に対する変形量の検出範囲は。

従来の単体の弾性体を使用した柔軟部の場合に比べては
るかに大きく、従って、圧力検出範囲の広い二次元感圧
センサが得られる。

（実施例） 第１図は本発明による二次元感圧センサの一実施例を示
す縦断面図、第２図は本センサに使用する受圧部の構成
を示す斜視図である。これら図において、１は光源基板
であって、多数の光源２を例えばマトリックス状または
他の所望のパターンに従って、この基板１上に配列する
かまたは基板１中に埋設して配列する。３はこの光源基
板１に対向配設されるセンサ基板で、光源２から放射さ
れる光に対して透明であっても不透明であっても良い、
４はこのセンサ基板３上にまたはこの基板３中に埋設し
て光源２と等ピッチで設けた受光索子であって、これら
受光素子４は、この基板３が透明である場合には光の通
過（この場合には透過）領域の周囲に、また不透明の場
合（図示する場合）には各光源に夫々対向するようにし
てセンサ基板３に設けた光通過用の孔５の周囲に、夫々
設ける。

この場合、受光素子４を任意の形状の受光素子とし、各
光源に対し複数のこれらの素子を設けることが可能であ
るが、単一のリング状半導体受光素子とするのが好適で
ある。

１０は柔軟部であり、硬度の異なる複数の透明弾性体、
例えば透明シリコーンゴム１１．１２．１３を積層して
いる。２０は光反射膜であり、受圧部弾性特性上、板厚
方向に対しては変形しにくく、板面に沿う方向に対して
は伸縮性が大きいものが望ましく、例えば比較的硬度が
高く厚さの薄い白色のシリコーンゴム等が適している。

これら硬度の異なる複数の透明弾性体１１．１２゜１３
、および光反射膜２０の複数の接触面は加硫により一体
化されるか、またはシリコーンゴム−系接着剤にて接着
されている。

茨に本発明による二次元感圧センサの動作を説明する。

光源２から出た放射光６はセンサ基板３の光通過領域５
および透明柔軟部１０を通り、光反射膜２０で反射され
て受光素子４に入射し、ここで光電変換されて電気信号
となる。

ここで柔軟部１０は硬度の異なる複数のゴム状弾性体を
重ね合せてできているが、その一枚毎のゴム状弾性体の
板厚方向への加圧力とその時の圧縮変形量との関係は第
４図に示す如くである。一定厚さのゴム状弾性体で比較
するとゴム硬度の低いものほど、小さな加圧力で大きく
圧縮されるが加圧力が更に増加していくと圧縮変形量は
変化の度合がしだいに減少し、第４図（ａ）に示す特性
となる。ゴム硬度が高くなるにつれ、圧縮変形の度合が
低下し、第４図（ｂ）に示す特性となる。更にゴム硬度
が高くなると第４図（Ｃ）に示す如く特性を示すもので
ある。

これら硬度の異なる複数のゴム状弾性平板を厚さ方向に
重ねた場合の加圧力に対する変形量は。

各々の弾性平板に等しく圧力が加わるため、第５図（ａ
）に示す如く、第４図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）を加
算した変形量が得られる。尚、第５図（ｂ）は第４図（
ａ）に示す特性のゴム状弾性体の厚さを厚くして変形量
を増大した場合であり、圧力測定範囲が狭いものである
。第５図（Ｃ）は第４図（Ｃ）に示す特性のゴム状弾性
体の厚さを厚くして変形量を増大した場合であり、圧力
測定範囲は広いが低い圧力範囲での圧力測定感度が低い
という難点がある。

これに対し、本発明による柔軟部弾性特性は第５図（ａ
）に示すように、圧力が低い範囲では、（変形量変化）
／（圧力変化）が大きく、高感度に圧力を検出でき、圧
力が高くなると（変形量変化）／（圧力変化）が小さく
なり、広い圧力範囲を検出できる。

第２の実施例として積層された柔軟部に多数の穴があい
た構造にすることもできる。第６図の構成断面図で明ら
かなように柔軟部の穴の部分を光が通過するため、光の
減衰が生じず、また柔軟部を透明にする必要がなく弾性
性能の設計自由度が向上°する効果がある。

（発明の効果） 本発明の構成によれば光源と受光素子とを対となし、こ
れらを二次元的に配列させ、しかも、光源からの光を反
射膜で反射させて受光素子に入射させるようにした構成
で、特に柔軟部として硬度の異なる複数のゴム状弾性体
を積層しているため、物体が接触し始めた時の低圧力を
高感度に検出できると共に、更に圧力が高くなった場合
でも広範囲な圧力を検出できる。尚、受光素子から得ら
れ！巳信号はアナログ信号であるからこの信号をＡ／Ｄ
変換器を経て中央処理装置に供給しそこで所望の処理を
行えば接触する物体の形状や位置を判断出来るので、本
発明をロボットのハンドの感圧センサ等に利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による二次元感圧センサの断面図、第２
図は第１図の受圧部ｌＯの構成例、第３図は従来の二次
元感圧センサの構成例、第４図と第５図は受圧部の特性
を示す図、第６図は本発明による二次元感圧センサの別
の実施例の断面図である。 １；光源基板、　　　　２；光源、 ３；センサ基板、　　　４；受光素子、５；光通過用孔
、　　　６；放射光、 ｌＯ；柔軟部、２０；光反射膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の光源を配した光源基板と、該光源の光を通
   過させると共に反対側からの光を受光して電気出力を与
   える複数の受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部と光
   反射膜とからなる受圧部とを順に積層した構造を有し、
   前記光源からの光が前記光反射膜で反射され受圧部に印
   加される圧力に対応する強さで受光素子に入射する二次
   元感圧センサにおいて、前記柔軟部が硬度が相互に異な
   る複数の薄板状弾性体の積層構造を有することを特徴と
   する二次元感圧センサ。
2. （２）前記柔軟部の全ての薄板状弾性体が光学的に透明
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の二
   次元感圧センサ。
3. （３）前記柔軟部が光学的に不透明で光路を提供する孔
   が該柔軟部にもうけられることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の二次元感圧センサ。