(57)【要約】【課題】  垂直抗力とせん断力を同時に測定可能な高感度の柔軟触覚センサを提供する。【解決手段】  触覚センサは、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体とを含み、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に対して、これに対応する第２電極は一方向に離れて配置され、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他方向に離れて配置される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１電極が備えられる第１基板と、
前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、
を含み、
前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に対して、これに対応する第２電極は一方向に離れて配置され、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他方向に離れて配置されることを特徴とする触覚センサ。
【請求項２】
前記複数の第１電極のいずれか１つの電極及びこれに対応する第２電極は、隣接する他の第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項３】
前記第１基板及び前記第２基板を上側から眺めるとき、前記対応する第１電極及び第２電極は互いに一部のみが重なるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項４】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は変化し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は反対に変化することを特徴とする請求項１に記載の触覚センサ。
【請求項５】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は変化し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は反対に変化することを特徴とする請求項４に記載の触覚センサ。
【請求項６】
複数の第１電極が備えられる第１基板と、
前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、
を含み、
前記対応するそれぞれの第１電極及び第２電極は互いに一部のみがオーバラップされるようにずれて配置し、
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は増加または減少し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は前記第１基板に第１方向にせん断力を加えたときと反対に変わることを特徴とする触覚センサ。
【請求項７】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は減少または増加し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量はこれとは反対に変わることを特徴とする請求項６に記載の触覚センサ。
【請求項８】
前記複数の第１電極のうち少なくとも４個の電極及び前記複数の第１電極とそれぞれ対応する前記第２電極のうち少なくとも４個が１つの単位セットを構成し、
前記単位セットに含まれる前記複数の第１電極及び第２電極は予め設定された間隔だけ離れて配置し、
前記単位セットに含まれる複数の第１電極が前記単位セットに含まれる複数の第２電極よりもっと広がるように配置し、前記単位セットに含まれる複数の第１電極の内側と前記単位セットに含まれる複数の第２電極の外側が互いに重なることを特徴とする請求項３又は６に記載の触覚センサ。
【請求項９】
前記１つの単位セットは４個の第１電極及びこれに対応する４個の第２電極を含み、前記４個の第１電極及び第２電極はそれぞれ仮想の四角形の頂点を形成するように配置し、
前記それぞれの第１電極は、前記それぞれの第２電極より仮想の四角形の中心からの距離が大きく配置されることを特徴とする請求項８に記載の触覚センサ。
【請求項１０】
前記第１基板または前記第２基板に垂直力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する第２電極間の電気容量は増加することを特徴とする請求項３又は６に記載の触覚センサ。
【請求項１１】
前記誘電体は、伸長または圧縮可能であることを特徴とする請求項１又は６に記載の触覚センサ。
【請求項１２】
前記誘電体で前記複数の第１電極または第２電極と重ならない部分は中空で形成されることを特徴とする請求項１１に記載の触覚センサ。
【請求項１３】
４個の第１電極を含む第１基板と、
前記４個の第１電極の一部とそれぞれオーバラップされる４個の第２電極を含む第２基板と、を含み、
前記４個の第１電極で第２電極とオーバラップされる４個の部分のそれぞれの位置は、対応するそれぞれの第１電極の中心を基準として互いに異なる方向に配置することを特徴とするセンサ。
【請求項１４】
前記４個の第１電極及び第２電極は予め設定された間隔だけ離れて配置し、
前記４個の第１電極が前記４個の第２電極よりもっと広がるように配置し、前記４個の第１電極の内側と前記４個の第２電極の外側が互いに重なることを特徴とする請求項１３に記載のセンサ。
【請求項１５】
４個の第１電極を含む第１基板と、
前記４個の第１電極と一部のみが重なり、前記第１電極よりもっと広がるように配置された４個の第２電極を含み、前記第１基板から離隔された第２基板を含むことを特徴とするセンサ。
【請求項１６】
前記４個の第１電極のいずれかの電極に対して、これと一部のみが重なる第２電極は一方向に離れて配置され、前記４個の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これと一部のみが重なる第２電極は他方向に離れて配置されることを特徴とする請求項１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記４個の第１電極のいずれか１つの電極及びこれと一部のみが重なる第２電極は、隣接する他の第１電極及びこれと一部のみが重なる第２電極と線対称に配置されることを特徴とする請求項１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記４個の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、これとは反対に前記少なくとも一部の第１電極、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化することを特徴とする請求項１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化し、
前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、これとは反対に前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化することを特徴とする請求項１８に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記第１基板に力を加えると、前記第１基板は前記第２基板に対して水平及び垂直方向に移動し、
前記第１電極及び前記第２電極が重なる面積の変化を用いて前記第１基板に作用するせん断力の大きさ及び方向を測定し、前記第１電極と前記第２電極との間の距離の変化を用いて前記第１基板に作用する垂直力の大きさを測定することを特徴とする請求項３、１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記４個の第２電極の外側と前記４個の第１電極の内側が互いに重なることを特徴とする請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記４個の第１電極及び第２電極は、それぞれ仮想の四角形の頂点を形成するように配置し、
前記それぞれの第１電極は、前記それぞれの第２電極より仮想の四角形の中心からの距離が大きく配置されることを特徴とする請求項１４又は２１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記第１基板または前記第２基板に垂直力を加えると、前記４個の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する第２電極間の電気容量は増加することを特徴とする請求項１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記第１基板と前記第２基板との間には誘電体が提供され、前記誘電体は伸長または圧縮可能であることを特徴とする請求項１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記誘電体は、シリコンまたはポリマーを含む合成物質であることを特徴とする請求項１１又は２４に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記誘電体で前記４個の第１電極または第２電極と重ならない部分は中空で形成されることを特徴とする請求項２４又は２５に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記誘電体には、空気が流れることのできる空気流路が陥没して形成されることを特徴とする請求項１１又は２４に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記第１電極及び第２電極はグラフェン材質であることを特徴とする請求項１、６、１３又は１５に記載のセンサ。
【請求項２９】
複数の第１電極を含む上部基板と、
複数の第２電極を含む下部基板と、
前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体と、を含み、
前記複数の第１電極及び第２電極は、
第１電極と、前記第１電極から予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、
第１電極と、前記第１電極から予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、
を含むことを特徴とする触覚センサ。
【請求項３０】
複数の第１電極を含む上部基板と、
複数の第２電極を含む下部基板と、
前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体を含み、
前記複数の第１電極及び第２電極は、
第１電極と、前記第１電極と予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、
第２電極と、前記第２電極と予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、
を含むことを特徴とする触覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はセンサ、具体的には触覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚検出技術は、接触方式によって対象物体や周辺環境に対する物理的特性を検出して提供する技術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、垂直抗力とせん断力を同時に測定可能な高感度の柔軟な触覚センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態によると、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、を含み、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に対して、これに対応する第２電極は一方向に離れて配置され、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他方向に離れて配置されることを特徴とする触覚センサが提供される。
【０００５】
本発明の別の一実施形態によると、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、を含み、前記対応するそれぞれの第１電極及び第２電極は互いに一部のみがオーバラップされるようにずれて配置し、前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は増加または減少し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は前記第１基板に第１方向にせん断力を加えたときと反対に変わることを特徴とする触覚センサが提供される。
【０００６】
本発明の更に別の一実施形態によると、４個の第１電極を含む第１基板と、前記４個の第１電極の一部とそれぞれオーバラップされる４個の第２電極を含む第２基板と、を含み、前記４個の第１電極で第２電極とオーバラップされる４個の部分のそれぞれの位置は、対応するそれぞれの第１電極の中心を基準として互いに異なる方向に配置することを特徴とするセンサが提供される。
【０００７】
本発明の更に別の一実施形態によると、４個の第１電極を含む第１基板と、前記４個の第１電極と一部のみが重なり、前記第１電極よりもっと広がるように配置された４個の第２電極を含み、前記第１基板から離隔された第２基板を含むことを特徴とするセンサが提供される。
【０００８】
本発明の更に別の一実施形態によると、複数の第１電極を含む上部基板と、複数の第２電極を含む下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体と、を含み、前記複数の第１電極及び第２電極は、第１電極と、前記第１電極から予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、第１電極と、前記第１電極から予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、を含むことを特徴とする触覚センサが提供される。
【０００９】
本発明の更に別の一実施形態によると、複数の第１電極を含む上部基板と、複数の第２電極を含む下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体を含み、前記複数の第１電極及び第２電極は、第１電極と、前記第１電極と予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、第２電極と、前記第２電極と予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、を含むことを特徴とする触覚センサが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、垂直抗力とせん断力を同時かつ正確に測定することができる。一方、従来の触覚センサの構造の場合、３軸に測定するためにほとんどの場合、上板にバンプ（ｂｕｍｐ）を設計して力を測定する構造を提示した。しかし、この場合、正確な水平力を測定することができないという問題があったが、本発明によると、平面上に物体が接触したときに生じる水平力を測定することができるため、正確な水平力測定を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る触覚センサの分解斜視図である。
【図２】一実施形態に係る触覚センサの平面図である。
【図３】一実施形態に係る触覚センサの断面図である。
【図４】他の実施形態に係る触覚センサの断面である。
【図５】更なる実施形態に係る触覚センサの断面である。
【図６】一実施形態に係る触覚センサにｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図７】一実施形態に係る触覚センサに−ｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図８】一実施形態に係る触覚センサにｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図９】一実施形態に係る触覚センサに−ｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る触覚センサにｚ軸方向に垂直力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図１１】更なる実施形態に係る触覚センサの平面図である。
【図１２】更なる実施形態に係る触覚センサにｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図１３】更なる実施形態に係る触覚センサに−ｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図１４】更なる実施形態に係る触覚センサにｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【図１５】一実施形態に係る触覚センサに−ｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜発明の概要＞
本発明の一実施形態によると、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、を含み、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に対して、これに対応する第２電極は一方向に離れて配置され、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他方向に離れて配置されることを特徴とする触覚センサが提供される。
【００１３】
前記複数の第１電極のいずれか１つの電極及びこれに対応する第２電極は、隣接する他の第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称に配置されても良い。
【００１４】
前記第１基板及び前記第２基板を上側から眺めるとき、前記対応する第１電極及び第２電極は互いに一部のみが重なるように配置されても良い。
【００１５】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は変化し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は反対に変化しても良い。
【００１６】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は変化し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は反対に変化しても良い。
【００１７】
本発明の別の一実施形態によると、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体と、を含み、前記対応するそれぞれの第１電極及び第２電極は互いに一部のみがオーバラップされるようにずれて配置し、前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は増加または減少し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記少なくとも一部の第１電極及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は前記第１基板に第１方向にせん断力を加えたときと反対に変わることを特徴とする触覚センサが提供される。
【００１８】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量は減少または増加し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する前記第２電極間の電気容量はこれとは反対に変わっても良い。
【００１９】
前記複数の第１電極のうち少なくとも４個の電極及び前記複数の第１電極とそれぞれ対応する前記第２電極のうち少なくとも４個が１つの単位セットを構成し、前記単位セットに含まれる前記複数の第１電極及び第２電極は予め設定された間隔だけ離れて配置し、前記単位セットに含まれる複数の第１電極が前記単位セットに含まれる複数の第２電極よりもっと広がるように配置し、前記単位セットに含まれる複数の第１電極の内側と前記単位セットに含まれる複数の第２電極の外側が互いに重なっても良い。
【００２０】
前記１つの単位セットは４個の第１電極及びこれに対応する４個の第２電極を含み、前記４個の第１電極及び第２電極はそれぞれ仮想の四角形の頂点を形成するように配置し、前記それぞれの第１電極は、前記それぞれの第２電極より仮想の四角形の中心からの距離が大きく配置されても良い。
【００２１】
前記第１基板または前記第２基板に垂直力を加えると、前記複数の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する第２電極間の電気容量は増加しても良い。
【００２２】
前記誘電体は、伸長または圧縮可能であっても良い。前記誘電体で前記複数の第１電極または第２電極と重ならない部分は中空で形成されても良い。
【００２３】
本発明の更に別の一実施形態によると、４個の第１電極を含む第１基板と、前記４個の第１電極の一部とそれぞれオーバラップされる４個の第２電極を含む第２基板と、を含み、前記４個の第１電極で第２電極とオーバラップされる４個の部分のそれぞれの位置は、対応するそれぞれの第１電極の中心を基準として互いに異なる方向に配置することを特徴とするセンサが提供される。
【００２４】
前記４個の第１電極及び第２電極は予め設定された間隔が離れて配置し、前記４個の第１電極が前記４個の第２電極よりもっと広がるように配置し、前記４個の第１電極の内側と前記４個の第２電極の外側が互いに重なっても良い。
【００２５】
本発明の更に別の一実施形態によると、４個の第１電極を含む第１基板と、前記４個の第１電極と一部のみが重なり、前記第１電極よりもっと広がるように配置された４個の第２電極を含み、前記第１基板から離隔された第２基板を含むことを特徴とするセンサが提供される。
【００２６】
前記４個の第１電極のいずれかの電極に対して、これと一部のみが重なる第２電極は一方向に離れて配置され、前記４個の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これと一部のみが重なる第２電極は他方向に離れて配置されても良い。
【００２７】
前記４個の第１電極のいずれか１つの電極及びこれと一部のみが重なる第２電極は、隣接する他の第１電極及びこれと一部のみが重なる第２電極と線対称に配置されても良い。
【００２８】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記４個の第１電極のうち少なくとも一部の第１電極、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、これとは反対に前記少なくとも一部の第１電極、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化しても良い。
【００２９】
前記第１基板に第１方向にせん断力を加えると、前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化し、前記第１基板に第１方向と反対方向にせん断力を加えると、これとは反対に前記一部の第１電極ではない他の第１電極のうち少なくとも一部、及びこれと一部のみが重なる前記第２電極間の電気容量は変化しても良い。
【００３０】
前記第１基板に力を加えると、前記第１基板は前記第２基板に対して水平及び垂直方向に移動し、前記第１電極及び前記第２電極が重なる面積の変化を用いて前記第１基板に作用するせん断力の大きさ及び方向を測定し、前記第１電極と前記第２電極との間の距離の変化を用いて前記第１基板に作用する垂直力の大きさを測定しても良い。
【００３１】
前記４個の第２電極の外側と前記４個の第１電極の内側が互いに重なっても良い。前記４個の第１電極及び第２電極は、それぞれ仮想の四角形の頂点を形成するように配置し、前記それぞれの第１電極は、前記それぞれの第２電極より仮想の四角形の中心からの距離が大きく配置されても良い。
【００３２】
前記第１基板または前記第２基板に垂直力を加えると、前記４個の第１電極のうち少なくとも一部及びこれに対応する第２電極間の電気容量は増加しても良い。
【００３３】
前記第１基板と前記第２基板との間には誘電体が提供され、前記誘電体は伸長または圧縮可能であっても良い。
【００３４】
前記誘電体は、シリコンまたはポリマーを含む合成物質であっても良い。前記誘電体で前記４個の第１電極または第２電極と重ならない部分は中空で形成されても良い。前記誘電体には、空気が流れることのできる空気流路が陥没して形成されても良い。
【００３５】
前記第１電極及び第２電極はグラフェン材質であっても良い。
【００３６】
本発明の更に別の一実施形態によると、複数の第１電極を含む上部基板と、複数の第２電極を含む下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体と、を含み、前記複数の第１電極及び第２電極は、第１電極と、前記第１電極から予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、第１電極と、前記第１電極から予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、を含むことを特徴とする触覚センサが提供される。
【００３７】
本発明の更に別の一実施形態によると、複数の第１電極を含む上部基板と、複数の第２電極を含む下部基板と、前記上部基板と下部基板との間に配置される誘電体を含み、前記複数の第１電極及び第２電極は、第１電極と、前記第１電極と予め設定された第１設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第１グループと、第２電極と、前記第２電極と予め設定された第２設定量だけオーバラップされるように配置する第２電極を含む第２グループと、を含むことを特徴とする触覚センサが提供される。
【００３８】
＜発明の詳細＞
以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明が一実施形態によって制限されたり限定されることはない。また、各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【００３９】
図１は一実施形態に係る触覚センサの分解斜視図であり、図２は一実施形態に係る触覚センサの平面図であり、図３は一実施形態に係る触覚センサの断面図である。
【００４０】
図１〜図３を参照すると、一実施形態に係るタッチセンサ又は触覚センサ１００には上部基板１１０、下部基板１２０、上部基板１１０に備えられる第１電極１３０、下部基板１２０に備えられる第２電極１４０、上部基板１１０と下部基板１２０との間に提供される誘電体１５０を備える。
【００４１】
上部基板１１０は触覚センサ１００の上面を形成する部分であり、平たい板状で形成されてもよい。下部基板１２０は触覚センサ１００の底面を形成する部分であり、上部基板１１０と同様に平たい板状に形成されてもよい。上部基板１１０及び下部基板１２０は優れた電気的特性のポリイミド材質で形成されるが、これに限定されることはない。上部基板１１０及び下部基板１２０には配線が実装されてもよく、かかる配線は、外部電源（図示せず）と接続して第１電極１３０及び第２電極１４０に電気を供給する。
【００４２】
第１電極１３０は上部基板１１０に複数付着してもよく、第２電極１４０は下部基板１２０に複数付着してもよい。図１には第１電極１３０及び第２電極１４０の形状を平たい四角形の板状に示したが、第１電極１３０及び第２電極１４０の形状は四角形に限定されることなく、他の形状の平たい板状に形成されてもよい。第１電極１３０及び第２電極１４０の材質は公知の電極材質を用いてもよく、一例として、第１電極１３０及び第２電極１４０はグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）材質で形成されてもよい。複数の第１電極１３０は、それぞれの電極が互いに予め設定された間隔に離れて上部基板１１０に結合し、複数の第２電極１４０は、それぞれの電極が互いに予め設定された間隔に離れて下部基板１２０に結合してもよい。第１電極１３０及び第２電極１４０に外部電源が接続されると、第１電極１３０及び第２電極１４０には互いに反対極性の電気が印加される。一例として、第１電極１３０に（＋）電気が印加されると、第２電極１４０には（−）電気が印加され、第１電極１３０に（−）電気が印加されると、第２電極１４０には（＋）電気が印加される。
【００４３】
複数の第１電極１３０それぞれは、複数の第２電極１４０に対応してもよい。言い換えれば、複数の第１電極１３０それぞれは複数の第２電極１４０と一対一にマッチングされてもよい。すなわち、それぞれの第１電極１３０に対してマッチングされたり対応する第２電極１４０が存在してもよい。ここで、第１電極１３０に対応する第２電極１４０は、上部基板１１０が下部基板１２０の上を覆う場合、第１電極１３０と少なくとも一部分が向かい合って配置される。言い換えれば、第１電極１３０の一部分とそれに対応する第２電極１４０の一部分は互いにオーバラップされてもよい。
【００４４】
上部基板１１０にせん断力を加えると、第１電極１３０はこれに対応する第２電極１４０に対してせん断力が加えられる方向に動いてもよい。例えば、上部基板１１０に右側方向にせん断力が加えられると、第１電極１３０はこれに対応する第２電極１４０に対して右側に移動し、上部基板１１０に左側方向にせん断力が加えられると、第１電極１３０はこれに対応する第２電極１４０に対して左側に移動してもよい。したがって、上部基板１１０または下部基板１２０にせん断力が加えられると、第１電極１３０及び第２電極１４０が互いに対向する面積が増加または減少する。すなわち、第１電極１３０及び第２電極１４０が互いにオーバラップされる部分は変化する。
【００４５】
第１電極１３０及び第２電極１４０は互いに一部分が向かい合い、第１電極１３０及び第２電極１４０には互いに反対極性の電気が印加されるため、第１電極１３０と第２電極１４０との間の空間には電場が形成されてもよい。第１電極１３０及び第２電極１４０には、まるでキャパシタのような電荷が蓄積されてもよい。
【００４６】
一方、誘電体１５０は、上部基板１１０と下部基板１２０との間に設けられ、より詳しくは、第１電極１３０と第２電極１４０との間に備えられる。誘電体１５０は電場が加えられると偏極は発生するものの、直流電流は発生しない物体である。誘電体１５０は上部基板１１０と下部基板１２０との間に備えられるように略直六面体の形状などのような平行六面体形状に形成されてもよく、少なくとも上部基板１１０及び下部基板１２０の面積よりも大きい面積で形成されてもよい。誘電体１５０は誘電定数が大きく、伸長及び圧縮が容易な物質で形成されてもよい。一例として、誘電体１５０は、シリコンまたはポリマーを含む合成物質で形成されてもよい。誘電体１５０が伸長及び圧縮が容易な物質で形成され、上部基板１１０または下部基板１２０に垂直力を加える場合、誘電体１５０が圧縮されて再び元の形状に戻る。
【００４７】
誘電体１５０の誘電定数をεとすると、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０間の電気容量Ｃは次の通りである。
【００４８】
【数１】
2014115282.tif 000003
ここで、εは誘電体１５０の誘電定数であり、Ａは第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が互いに向かい合う面積（互いにオーバラップされる面積）であり、ｄは第１電極１３０と第２電極１４０との間の距離である。上部基板１１０または下部基板１２０にせん断力が加えられ、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が互いに向かい合う面積Ａが減少すると、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０の間の電気容量は減少し、第１電極１３０及び第２電極１４０が互いに向かい合う面積Ａが増加すると、第１電極１３０と第２電極１４０との間の電気容量は増加する。上部基板１１０または下部基板１２０に垂直力が作用して誘電体１５０が圧縮され、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０間の距離が減少するため、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０間の電気容量は増加する。したがって、本実施形態では、せん断力及び垂直力を同時に測定し得る。
【００４９】
各第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０には、それぞれの第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０間の電気容量を測定できる電気容量測定機（図示せず）を備えてもよい。ただし、上部基板１１０または下部基板１２０に水平方向のせん断力が加えられる場合、第１電極１３０と第２電極１４０との間の電気容量の変化を検出して、せん断力が加えられる方向を測定するためには、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０は図２に示すように、上部基板１１０の上側から見下ろした場合、一部のみが重複（ｏｖｅｒｌａｐ）されなければならない。図２に示すように、上部基板１１０上で第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０を投影してみたとき、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０は互いにずれて配置し、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０の一部のみが重なるように配置しなければならない。
【００５０】
もし、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が完全に重なると、上部基板１１０にせん断力が加えられる場合、せん断力が加えられる方向、すなわち、第１電極１３０が移動する方向に関係なく、第１電極１３０及び第２電極１４０が向かい合う面積が減少するため、上部基板１１０にせん断力が加えられる方向を検出することができない。詳細に説明すると、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が完全に重なる場合、上部基板１１０にせん断力が加えられて第１電極１３０が右側に移動しても左側に移動しても第１電極１３０及び第２電極１４０が向かい合う面積が減少し、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０間の電気容量が減少し、上部基板１１０に加えられるせん断力の方向を検出できなくなる。
【００５１】
また、上部基板１１０の予め設定された領域に作用するせん断力の方向を少なくとも上下左右に区分するため、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０は少なくとも４個の対が提供されてもよい。図２を参照すると、上述したように上部基板１１０の第１領域２１０には、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０の４組が提供されていることを図示する。第１領域２１０に含まれる４個の第１電極及びこれに対応する第２電極はそれぞれ予め設定された間隔だけ離れて配置し、第１領域２１０に含まれる４個の第１電極が対応する４個の第２電極よりもっと広がって配置し、第１領域２１０に含まれる４個の第１電極の内側頂点と第１領域２１０に含まれる４個の第２電極の外側頂点が互いに重なる（図２参照）。
【００５２】
第１電極１３０に対して、これに対応する第２電極１４０は第１電極１３０に対して予め設定された方向に離れて配置し、第１電極１３０に隣接する第１電極１３１に対して、これに対応する第２電極１４１は第１電極１３１に対して反対方向に離れて配置してもよい。
【００５３】
これによって、第１領域２１０に左側方向にせん断力が加えられると、上部基板１１０が下部基板１２０に対して左側方向に移動し、第１電極１３０と第２電極１４０との間、及び第１電極１３１と第２電極１４１との間の電気容量は減少する。一方、第１領域２１０に右側方向にせん断力が加えられると、第１電極１３０と第２電極１４０との間、及び第１電極１３１と第２電極１４１との間の電気容量は増加する。言い換えれば、第１領域２１０に左側方向及び右側方向のせん断力が加えられる場合、左上部に位置する第１電極１３０及び第２電極１４０の電気容量の増減は、左下部に位置する第１電極１３１及び第２電極１４１の電気容量の増減と同一である。
【００５４】
第１領域２１０に上方にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３０及び第２電極１４０間の電気容量は減少し、左下部にある第１電極１３１及び第２電極１４１間の電気容量は増加する。これとは反対に、第１領域２１０に下方にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３０及び第２電極１４０間の電気容量は増加し、左下部にある第１電極１３１及び第２電極１４１間の電気容量は減少する。言い換えれば、第１領域２１０に上方及び下方のせん断力が加えられる場合、左上部に位置する第１電極１３０及び第２電極１４０の電気容量の増減は、左下部に位置する第１電極１３１及び第２電極１４１の電気容量の増減と反対となる。このように予め設定された領域で左右方向にせん断力を作用したときと、上下方向にせん断力を作用したときに、隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極間の電気容量の増減が同一または反対に現れることは、第１電極に対応する第２電極が第１電極に対して予め設定された方向に離れて配置されると、これに隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極が第１電極に対してその反対方向に離れて配置されるためである。例えば、図２を参照すると、第１電極１３０に対応する第２電極１４０が第１電極１３０に対して下方に離れて配置され、第１電極１３０に隣接する第１電極１３１に対応する第２電極１４１が第１電極１３１に対して、これと反対方向の上方に離れて配置される。
【００５５】
同様に、第１電極１３０に対応する第２電極１４０が第１電極１３０に対して右側に離れて配置され、第１電極１３０に隣接する第１電極１３２に対応する第２電極１４２が第１電極１３２に対して、これと反対方向の左側に離れて配置される。
【００５６】
第１領域２１０に下方にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３０と第２電極１４０との間、及び右上部にある第１電極１３２と第２電極１４２との間の電気容量は増加し、第１領域２１０に上方にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３０と第２電極１４０との間、及び右上部にある第１電極１３２と第２電極１４２との間の電気容量は減少する。
【００５７】
言い換えれば、第１領域２１０に下方及び上方にせん断力が加えられる場合、左上部に位置する第１電極１３０及び第２電極１４０の電気容量の増減は、右上部に位置する第１電極１３２及び第２電極１４２の電気容量の増減と同一である。
【００５８】
第１領域２１０に左側にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３０と第２電極１４０との間の電気容量は減少し、右上部にある第１電極１３２と第２電極１４２との間の電気容量は増加する。
【００５９】
これとは反対に、第１領域２１０に右側にせん断力が加えられると、左上部にある第１電極１３１と第２電極１４１との間の電気容量は増加し、右上部にある第１電極１３１と第２電極１４１との間の電気容量は減少する。
【００６０】
言い換えれば、第１領域２１０に左側方向及び右側方向にせん断力が加えられる場合、左上部に位置する第１電極１３０及び第２電極１４０の電気容量の増減は、右上部に位置する第１電極１３２及び第２電極１４２の電気容量の増減と反対である。
【００６１】
第１領域２１０の左上部の第１電極１３０及び第２電極１４０と、これに隣接する右上部の第１電極１３２及びこれに対応する第２電極１４２は、左右方向にせん断力を作用したとき及び上下方向にせん断力を作用したとき、隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極間の電気容量の増減は同一または反対に現れる。上部基板１１０の第１領域２１０に少なくとも４個の第１電極及びこれに対応する第２電極を含み、このような４組の第１電極及びこれに対応する第２電極が互いに隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と第１基板に対する第２基板の相対的な位置が互いに反対になるよう配置することで、上方、下方、左側方向、右側方向にせん断力を加えたときこのような上下左右を区分することのできる、それぞれ異なる４種類の電気容量の増加または減少の組合が形成される。
【００６２】
第１領域２１０のような少なくとも４個の第１電極及び第２電極の対が隣接する第１電極及び第２電極と第１基板に対する第２基板の相対的な位置が互いに反対になるよう配置することは、上部基板１１０の第２領域２２０においても同様であり、第１領域２１０及び第２領域２２０などは、触覚センサ１００で上下左右方向を区分することのできる１つの単位セットであってもよい。
【００６３】
第１領域２１０に作用するせん断力の方向を少なくとも上下左右に区分するため、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が隣接する第１電極１３１及びこれに対応する第２電極１４１と仮想の直線Ａを中心に対称して配置されてもよい。これは、まるで隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極の配置が中心仮想線を中心にデカルコマニー形式で得られる配置のようである。同様に、第１領域２１０の左上部の第１電極１３０及び第２電極１４０と、これに隣接する第１電極１３２及びこれに対応する第２電極１４２は、仮想の直線Ｂを中心に対称して配置されている。上部基板１１０または下部基板１２０に上方、下方、左側方向、右側方向にせん断力を加える場合、このような上下左右を区分することのできるそれぞれ異なる４種類の電気容量の増加または減少の組合を形成するため、第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と必ず線対称に配置すべきものではない。
【００６４】
第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称に配置されると、１つの単位セットで電気容量の増加量及び減少量が同じという特徴があるものの、第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称でなくても、４組の第１電極及びこれに対応する第２電極が互いに隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と第１基板に対する第２基板の相対的な位置が互いに反対されるよう配置されると、上部基板１１０または下部基板１２０に上方、下方、左側方向、右側方向にせん断力を加えたとき、このような上下左右を区分することのできるそれぞれ異なる４種類の電気容量の増加または減少の組合を形成してもよい。
【００６５】
このように、第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称でなくても、上部基板１１０または下部基板１２０に上方、下方、左側方向、右側方向にせん断力を加える場合、このような上下左右を区分することのできるそれぞれ異なる４種類の電気容量の増加または減少の組合を形成する実施形態については図１１〜図１５を参照して後述する。
【００６６】
図４は、他の一実施形態に係る触覚センサの断面である。図４を参照すると、誘電体１５０の内部に空いた空間の中空部１５１が形成される。詳細に、中空部１５１は、第１電極１３０及びこれに対応する第２電極１４０が互いに重ならない、すなわち、互いに向かい合わない部分に形成されてもよい。
【００６７】
第１電極１３０及び第２電極１４０が互いに重なる部分は、誘電体１５０により誘電率が高まって電気容量が増大するため、中空部１５１は第１電極１３０及び第２電極１４０が互いに重ならない部分に形成されることが好ましい。
【００６８】
中空部１５１が形成されることで上部基板１１０または下部基板１２０にせん断力または垂直力が作用するとき、小さい力にも誘電体１５０が多く伸長または圧縮されることから触覚センサ１００の外部力に対する敏感度を向上することができる。
【００６９】
図５は、他の一実施形態に係る触覚センサの断面である。図５を参照すると、誘電体１５０に様々な形状の空気流路１５２が複数形成されてもよい。詳細に、空気流路１５２は、誘電体１５０の上面または下面の一部分が凹むように陥没して形成されてもよく、誘電体１５０の長手方向に延びてもよい。
【００７０】
図５には空気流路１５２の断面形状がＶ字状に形成されているが、空気流路１５２の断面形状はこれに限定されることなく、様々な形状に形成してもよい。
【００７１】
空気流路１５２は空気が流れる通路を提供し、触覚センサ１００外部空気が空気流路１５２に流入されてもよく、反対に、触覚センサ１００内の空気が空気流路１５２を介して外部に流出されてもよい。
【００７２】
空気流路１５２が形成されることで、上部基板１１０または下部基板１２０にせん断力または垂直力が作用すると、小さい力でも誘電体１５０が多く伸長または圧縮されることから、触覚センサ１００の外部力に対する敏感度が向上する。
【００７３】
図６は、一実施形態に係る触覚センサにｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図７は、一実施形態に係る触覚センサに−ｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図８は、一実施形態に係る触覚センサにｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図９は、一実施形態に係る触覚センサに−ｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図１０は、一実施形態に係る触覚センサにｚ軸方向に垂直力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【００７４】
図６〜図１０を参照すると、初めに第１電極１３０及び第２電極１４０は図２に示す第１領域２１０のように配置されてもよい。
【００７５】
図６を参照すると、上部基板１１０にｘ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極がｘ軸方向、すなわち、右側方向に移動する。それで、左側の２組の第１電極１３０、１３１及びこれに対応する第２電極１４０、１４１は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）する。図６に示すように、第１電極１３０、１３１が右側方向に最大値に動けば、その結果、第１電極１３０、１３１及び第２電極１４０、１４１はｙ軸に互いに一致して整列される。言い換えれば、第１電極１３０及び第２電極１４０の垂直方向の隅が互いに一致して整列し、第１電極１３１及び第２電極１４１の垂直方向の隅が互いに一致して整列してもよい。上記のように第１電極１３０、１３１が右側方向に最大値に移動すると、第１電極１３０、１３１及び第２電極１４０、１４１の重複面積の大きさは最大になる。図６は、第１電極１３０、１３１が右側方向に最大に移動した状態を示すものである。一方、右側の２組の第１電極１３２、１３３及びこれに対応する第２電極１４２、１４３は互いに向かい合う面積が減少するため、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左上部第１電極１３０及び第２電極１４０、左下部第１電極１３１及び第２電極１４１の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右上部第１電極１３２及び第２電極１４２、右下部第１電極１３３及び右下部第２電極１４３の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００はｘ軸方向、すなわち、右側方向にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００７６】
図７を参照すると、上部基板１１０に−ｘ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極が−ｘ軸方向、すなわち、左側方向に移動する。それで、右側の２組の第１電極１３２、１３３及びこれに対応する第２電極１４２、１４３は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）する。図７に示すように、第１電極１３２、１３３が左側方向に最大値に動けば、その結果、第１電極１３２、１３３及び第２電極１４２、１４３はｙ軸に互いに一致して整列してもよい。言い換えれば、第１電極１３２及び第２電極１４２の垂直方向の隅が互いに一致して整列し、第１電極１３３及び第２電極１４３の垂直方向の隅が互いに一致して整列してもよい。上記のように第１電極１３２、１３３が左側方向に最大値に移動すると、第１電極１３２、１３３及び第２電極１４２、１４３の重複面積の大きさは最大になる。図７は、第１電極１３２、１３３が左側方向に最大移動した状態を示すものである。一方、左側の２組の第１電極１３０、１３１及びこれに対応する第２電極１４０、１４１は互いに向かい合う面積が減少するため、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで右上部第１電極１３２及び第２電極１４２、右下部第１電極１３３及び第２電極１４３の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、左上部第１電極１３０及び第２電極１４０、左下部第１電極１３１及び第２電極１４１の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００は−ｘ軸方向、すなわち、左側方向にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００７７】
図８を参照すると、上部基板１１０にｙ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極がｙ軸方向、すなわち、上方に移動する。それで、下部の２組の第１電極１３１、１３３及びこれに対応する第２電極１４１、１４３は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）する。図８に示すように、第１電極１３１、１３３が上方に最大値に動けば、その結果、第１電極１３１、１３３及び第２電極１４１、１４３はｘ軸に互いに一致して整列してもよい。言い換えれば、第１電極１３１及び第２電極１４１の水平方向の隅が互いに一致して整列し、第１電極１３３及び第２電極１４３の水平方向の隅が互いに一致して整列してもよい。上記のように第１電極１３１、１３３が上方に最大値に移動すると、第１電極１３１、１３３及び第２電極１４１、１４３の重複面積の大きさは最大になる。図８は、第１電極１３１、１３３が上方に最大移動した状態を示すものである。一方、上部の２組の第１電極１３０、１３２及びこれに対応する第２電極１４０、１４２は互いに向かい合う面積が減少するため、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左下部第１電極１３１及び第２電極１４１、右下部第１電極１３３及び第２電極１４３の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右上部第１電極１３２及び第２電極１４２、左上部第１電極１３０及び第２電極１４０の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００はｙ軸方向、すなわち、上方にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００７８】
図９を参照すると、上部基板１１０に−ｙ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極が−ｙ軸方向、すなわち、下方に移動する。それで、上部の２組の第１電極１３０、１３２及びこれに対応する第２電極１４０、１４２は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）する。図９に示すように、第１電極１３０、１３２が下方に最大値に動けば、その結果第１電極１３０、１３２及び第２電極１４０、１４２はｘ軸に互いに一致して整列してもよい。言い換えれば、第１電極１３０及び第２電極１４０の水平方向の隅が互いに一致して整列し、第１電極１３２及び第２電極１４２の水平方向の隅が互いに一致して整列してもよい。上記のように第１電極１３０、１３２が上方に最大値に移動すると、第１電極１３０、１３２及び第２電極１４０、１４２の重複面積の大きさは最大になる。図９は、第１電極１３０、１３２が上方に最大移動した状態を示すものである。一方、下部の２組の第１電極１３１、１３３及びこれに対応する第２電極１４１、１４３は互いに向かい合う面積が減少するため、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左上部第１電極１３０及び第２電極１４０、右上部第１電極１３２及び第２電極１４２の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右下部第１電極１３１及び第２電極１４１、左上部第１電極１３３及び第２電極１４３の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００は−ｙ軸方向、すなわち、下方にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００７９】
また、せん断力の強度は、上部基板１１０の第１電極が移動した距離、誘電体１５０の変形程度を用いて算出してもよい。
【００８０】
図１０を参照すると、上部基板１１０または下部基板１２０にｚ軸方向の垂直力を加えると、上部基板１１０及び下部基板１２０に結合した第１電極及び第２電極は停止した状態として、誘電体１５０が平たくなりながら上部基板１１０に結合した第１電極または下部基板１２０に結合した第２電極がｚ軸方向に移動し、第１電極と第２電極との間の距離が小さくなる。それで、第１領域２１０内の４組の第１電極及び第２電極間の距離が小さくなるため、４組の第１電極及び第２電極の電気容量がすべて増加（＋）することになる。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで４組の第１電極及び第２電極の電気容量が全て増加、すなわち（＋）として検出される場合、触覚センサ１００はｚ軸方向、すなわち、上部基板１１０または下部基板１２０に垂直方向にせん断力が作用したことを検出することができる。また、作用する垂直力の強度は、誘電体１５０の変形程度を用いて算出できる。
【００８１】
図１１は、更なる実施形態に係る触覚センサの平面図であり、図１２は、更なる実施形態に係る触覚センサにｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図１３は、更なる実施形態に係る触覚センサに−ｘ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図１４は、更なる実施形態に係る触覚センサにｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図であり、図１５は、一実施形態に係る触覚センサに−ｙ軸方向にせん断力を加えた場合の電気容量の変化を示す図である。
【００８２】
図１１〜図１５を参照すると、第１電極３３０、３３１、３３２、３３３及びこれに対応する第２電極３４０、３４１、３４２、３４３は互いにずれて配置し、第１電極３３０、３３１、３３２、３３３及びこれに対応する第２電極３４０、３４１、３４２、３４３の一部のみが重なるように配置されている点で上述した実施形態と同一である。また、第１電極に対して、これに対応する第２電極は第１電極に対して予め設定された方向に離れて配置され、第１電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他の第１電極に対して反対方向に離れて配置されている点で上述した実施形態と同一である。
【００８３】
ただし、第１電極が正方形に形成されたものではなく、長く延びる長方形の形状に形成され、第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称ではないという点で、上述した実施形態と異なる。
【００８４】
一方、本実施形態で上部基板１１０にせん断力が作用する前には第１電極３３０及び第２電極３４０は、図１１に示す第１領域４１０のように配置されている。
【００８５】
図１２を参照すると、上部基板１１０にｘ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極がｘ軸方向、すなわち、右側方向に移動する。それで、左側の２組の第１電極３３０、３３１及びこれに対応する第２電極３４０、３４１は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）し、右側の２組の第１電極３３２、３３３及びこれに対応する第２電極３４２、３４３は互いに向かい合う面積が減少することから、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左上部第１電極３３０及び第２電極３４０、左下部第１電極３３１及び第２電極３４１の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右上部第１電極３３２及び第２電極３４２、右下部第１電極３３３及び右下部第２電極３４３の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００はｘ軸方向、すなわち、右側方向にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００８６】
図１３を参照すると、上部基板１１０に−ｘ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極が−ｘ軸方向、すなわち、左側方向に移動する。それで、右側の２組の第１電極３３２、３３３及びこれに対応する第２電極３４２、３４３は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）し、左側の２組の第１電極３３０、３３１及びこれに対応する第２電極３４０、３４１は互いに向かい合う面積が減少することから、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで右上部第１電極３３２及び第２電極３４２、右下部第１電極３３３及び第２電極３４３の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、左上部第１電極３３０及び第２電極３４０、左下部第１電極３３１及び第２電極３４１の電気容量が減少、すなわち（−）として検出される場合、触覚センサ１００は−ｘ軸方向、すなわち、左側方向にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００８７】
図１４を参照すると、上部基板１１０にｙ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極がｙ軸方向、すなわち、上方に移動する。それで、下部の２組の第１電極３３１、３３３及びこれに対応する第２電極３４１、３４３は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）し、上部の２組の第１電極３３０、３３２及びこれに対応する第２電極３４０、３４２は互いに向かい合う面積が減少することから、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左下部第１電極３３１及び第２電極３４１、右下部第１電極３３３及び第２電極３４３の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右上部第１電極３３２及び第２電極３４２、左上部第１電極３３０及び第２電極３４０の電気容量が減少、すなわち、（−）として検出される場合、触覚センサ１００はｙ軸方向、すなわち、上方にせん断力が作用したことを検出することができる。
【００８８】
図１５を参照すると、上部基板１１０に−ｙ軸方向のせん断力を加えると、下部基板１２０に結合した第２電極は停止した状態として、上部基板１１０に結合した第１電極が−ｙ軸方向、すなわち、下方に移動する。それで、上部の２組の第１電極３３０、３３２及びこれに対応する第２電極３４０、３４２は互いに向かい合う面積が増加するため、電気容量がそれぞれ増加（＋）し、下部の２組の第１電極３３１、３３３及びこれに対応する第２電極３４１、３４３は互いに向かい合う面積が減少することから、電気容量がそれぞれ減少（−）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで左上部第１電極３３０及び第２電極３４０、右上部第１電極３３２及び第２電極３４２の電気容量が増加、すなわち（＋）であり、右下部第１電極３３１及び第２電極３４１、左上部第１電極３３３及び第２電極３４３の電気容量が減少、すなわち、（−）として検出される場合、触覚センサ１００は−ｙ軸方向、すなわち、下方でせん断力が作用したことを検出することができる。また、せん断力の強度は、上部基板１１０の第１電極が移動した距離、誘電体１５０の変形程度を用いて算出してもよい。
【００８９】
一方、上部基板１１０または下部基板１２０にｚ軸方向の垂直力を加えると、上部基板１１０及び下部基板１２０に結合した第１電極及び第２電極は停止した状態として、誘電体１５０が平たくなりつつ、上部基板１１０に結合した第１電極または下部基板１２０に結合した第２電極がｚ軸方向に移動して第１電極と第２電極との間の距離が小さくなる。それで、第１領域２１０内の４組の第１電極及び第２電極間の距離が小さくなるため、４組の第１電極及び第２電極の電気容量が全て増加（＋）する。このように、４組の第１電極及び第２電極が含まれた単位セットで４組の第１電極及び第２電極の電気容量が全て増加、すなわち（＋）として検出される場合、触覚センサ１００はｚ軸方向、すなわち、上部基板１１０または下部基板１２０に垂直方向にせん断力が作用したことを検出することができる。また、作用する垂直力の強度は、誘電体１５０の変形程度を用いて算出してもよい。
【００９０】
したがって、第１電極及びこれに対応する第２電極が隣接する第１電極及びこれに対応する第２電極と線対称でなくても上部基板１１０または下部基板１２０に上方、下方、左側方向、右側方向にせん断力を加えたとき、このような上下左右を区分することのできるそれぞれ異なる４種類の電気容量の増加または減少の組合を形成することができる。
【００９１】
上述した実施形態のように接触によって周辺環境の情報、すなわち、接触力、振動、表面の粗さ、熱伝導度に対する温度変化などを取得する触覚検出技術は、人間生活をサポートすることのできる個人用便宜ロボットのみならず、血管内の微細手術、癌診断などの各種の医療スタッフ及び手術に適用され得る。上述したように本発明は、様々なコンピュータ手段によって実行されることができるプログラム命令形態で実現され、コンピュータで読み取り可能な媒体に記録されることができる。コンピュータで読み取り可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むことができる。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明のために特別に設計されて構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア当業者に公示されて使用可能なものであってもよい。
【００９２】
上述したように、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明が上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正および変形が可能である。
【００９３】
したがって、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されて定められてはならず、添付の特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【符号の説明】
【００９４】
１００：触覚センサ
１１０：上部基板
１２０：下部基板
１３０：第１電極
１４０：第２電極
１５０：誘電体
１５１：中空部
【図６】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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