(57)【要約】【課題】  測定装置の高価格化を招くことなく測定対象に発生する振動と測定対象に加わる押圧力の両方を測定する。【解決手段】  押圧力発生部２は、圧電シートセンサ１を測定対象２００に対して押し当てる押圧力を発生する。振動測定部３３は、圧電シートセンサ１により測定対象２００に発生する振動を測定する。押圧力測定部３１は、圧電シートセンサ１を介して測定対象２００に加えられる押圧力の測定を行う。押圧力制御部３２は、押圧力測定部３１の測定結果に基づき、押圧力発生部２が発生する押圧力を制御する。【選択図】図１
2019158477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に接触した圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
測定対象と接触する圧電シートセンサと、
前記圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定する測定制御部と
を具備することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
前記圧電シートセンサは、共通のシート状圧電体に配置された振動測定用電極と押圧力測定電極とを有することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定制御部は、交流信号の印加により、前記圧電シートセンサの共振周波数の変化を示す信号を取得し、取得した信号に基づいて前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定することを特徴とする請求項２または３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定制御部は、測定した押圧力に基づいて、前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を調整することを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを配置してなることを特徴とする圧電シートセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電シートセンサにより振動と押圧力の測定を行う測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体等の生体の脈波を測定する装置が各種提供されている。この種の測定装置では、測定対象に加わる押圧力を最適値に維持した状態で脈波等の振動を測定することが求められる。そのためには、脈波等の振動を測定する機能の他、測定対象に加わる押圧力を測定する機能が必要である。複数種類の物理量を測定する技術に関する文献として特許文献１がある。この特許文献１に記載の技術では、生体測定センサと静電センサが積層されたセンサを使用し、静電センサの静電容量の変化が閾値を超えた場合に生体測定センサによる測定を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０２００１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の技術では、振動検出センサと押圧センサを積層したセンサを使用するが、結局は、層の深さ方向に並んだ振動検出センサと押圧センサという別個のセンサを各々用意する必要があり、測定装置が高価格になる問題がある。
【０００５】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、測定装置の高価格化を招くことなく測定対象から伝わる振動と測定対象との間の押圧力の両方を測定することを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、測定対象に接触した圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定することを特徴とする測定方法を提供する。
【０００７】
また、この発明は、測定対象と接触する圧電シートセンサと、前記圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定する測定制御部とを具備することを特徴とする測定装置を提供する。
【０００８】
また、この発明は、共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを配置してなることを特徴とする圧電シートセンサを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１実施形態である測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態の第１の動作例を示すフローチャートである。
【図３】同実施形態の第２の動作例を示すフロ−チャートである。
【図４】この発明の第２実施形態である測定装置に使用される圧電シートセンサの構成を示す断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態である測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である測定装置１００の構成を示す図である。この測定装置１００は、測定対象２００に加わる押圧力と測定対象２００に発生する振動を測定する装置である。
【００１２】
この測定装置１００において、圧電シートセンサ１は、測定対象２００の表面に貼り付けられる。押圧力発生部２は、測定対象２００および圧電シートセンサ１間に押圧力を発生させる装置、具体的には圧電シートセンサ１を測定対象２００に押し当てる装置である。本実施形態において測定対象２００は、生体、具体的には人体の動脈付近の肌表面である。本実施形態では、圧電シートセンサ１を適切な押圧力で人体の肌表面に押し当て、動脈からの振動波形、すなわち、脈波形を圧電シートセンサ１により測定する。測定制御部３は、圧電シートセンサ１により測定対象２００に発生する振動を測定する機能と、押圧力発生部２から圧電シートセンサ１を介して測定対象２００に加わる押圧力、すなわち、測定対象２００および圧電シートセンサ１間の押圧力を測定する機能と、押圧力発生部２が発生する押圧力を制御する機能を備えた装置である。
【００１３】
圧電シートセンサ１は、シート状圧電体１０の両面に電極１１および１２を貼り付けた構成となっている。
【００１４】
シート状圧電体１０は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成され、測定対象２００からの振動や押圧力（押圧力発生部２からの押圧力に対抗する押圧力）によって応力を受け、この応力変化の加速度に応じて電位差を生じる。
【００１５】
シート状圧電体１０を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、生体の表面に密着できるよう可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。この高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））等を挙げることができる。
【００１６】
また、シート状圧電体１０として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
【００１７】
シート状圧電体１０の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、シート状圧電体１０の平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。シート状圧電体１０の平均厚さが前記下限に満たない場合、シート状圧電体１０の強度が不十分となるおそれがある。逆に、シート状圧電体１０の平均厚さが前記上限を超える場合、シート状圧電体１０の変形能が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。
【００１８】
電極１１、１２は、シート状圧電体１０の両面に積層され、シート状圧電体１０の表裏の電位差を検出するために用いられる。電極１１、１２の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。
【００１９】
電極１１、１２の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。電極１１、１２の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極１１、１２の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極１１、１２の平均厚さが前記上限を超える場合、シート状圧電体１０への振動の伝達を阻害するおそれがある。
【００２０】
電極１１、１２のシート状圧電体１０への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
【００２１】
測定制御部３は、押圧力測定部３１と、押圧力制御部３２と、振動測定部３３と、切換制御部３４とを有している。
【００２２】
押圧力測定部３１は、押圧力発生部２から圧電シートセンサ１を介して測定対象２００に加わる押圧力、すなわち、測定対象２００および圧電シートセンサ１間の押圧力を測定する装置である。この押圧力測定部３１は、スイッチ３１１および３１２と、交流電源３１３と、電圧測定部３１４と、電流測定部３１５とを有している。この押圧力測定部３１では、スイッチ３１１および３１２がＯＮとなることにより、交流電源３１３の出力電圧が電流測定部３１５を介して圧電シートセンサ１の電極１１および１２間に印加される。この状態において、押圧力測定部３１は、交流電源３１３からの交流電圧の印加により、圧電シートセンサ１の共振周波数の変化を示す信号を取得し、取得した信号に基づいて測定対象２００および圧電シートセンサ１間の押圧力を測定する。
【００２３】
この押圧力を測定する処理に関しては各種の態様があり得る。第１の態様では、交流電源３１３として周波数可変の交流電源を使用し、交流電源３１３が出力する交流電圧の周波数を掃引しつつ圧電シートセンサ１に流れる電流を電流測定部３１５により測定する。そして、圧電シートセンサ１に流れる電流がピークとなる共振周波数を検出し、予め求めておいた共振周波数の押圧力に対する依存性と、検出した共振周波数に基づいて押圧力を求める。
【００２４】
第２の態様では、各種の押圧力において圧電シートセンサ１の周波数伝達特性、すなわち、圧電シートセンサ１のインピーダンスの周波数特性を求めておく。所定周波数における圧電シートセンサ１のインピーダンスを電圧測定部３１４および電流測定部３１５の測定結果に基づいて求め、その結果と各種の押圧力に対応した周波数伝達特性に基づいて、押圧力を求める。
【００２５】
押圧力制御部３２は、押圧力測定部３１に押圧力の測定を行わせ、その結果が最適値よりも小さければ押圧力を増加させ、その結果が最適値よりも大きければ押圧力を減少させることにより、押圧力を最適値に収束させる装置である。
【００２６】
振動測定部３３は、測定対象２００から圧電シートセンサ１に伝わる振動を測定する装置である。この振動測定部３３は、スイッチ３３１および３３２と、信号処理部３３３とを有する。信号処理部３３３は、スイッチ３３１および３３２がＯＮとなることにより、圧電シートセンサ１の電極１１および１２に接続される。信号処理部３３３は、電極１１および１２間に発生する信号の中から測定対象である振動波の周波数帯域に属する信号を選択して通過させるフィルタを有する。本実施形態において振動測定部３３の測定対象は脈波であり、その周波数帯域は圧電シートセンサ１の共振周波数よりも低い。フィルタは、圧電シートセンサ１の電極１１および１２間の信号の中からこの低い周波数帯域の信号を選択して通過させる。信号処理部３３３は、このフィルタを通過した信号を図示しない表示器に表示し、あるいは当該信号の振幅や周波数等のパラメータを解析してユーザに通知する。
【００２７】
切換制御部３４は、押圧力制御部３２による押圧力の測定および押圧力の調整の制御と、振動測定部３３による振動の測定とを交互に行わせる手段である。
【００２８】
図２は本実施形態の第１の動作例を示すフローチャートである。この例において、測定制御部３の切換制御部３４は、スイッチ３１１および３１２をＯＮ、スイッチ３３１および３３２をＯＦＦとし、押圧力測定部３１による圧電シートセンサ１を利用した押圧力測定（ステップＳ１１）と、押圧力制御部３２による押圧力制御、具体的には押圧力を最適値に近づける制御（ステップＳ１２）を順次行わせ、押圧力が最適値に収束したか否かを判断する（ステップＳ１３）。そして、押圧力が最適値に収束していない場合にはステップＳ１１〜Ｓ１３を繰り返す。
【００２９】
そして、押圧力が最適値に収束し、ステップＳ１３の判断結果が「ＹＥＳ」になると、切換制御部３４は、スイッチ３１１および３１２をＯＦＦ、スイッチ３３１および３３２をＯＮとし、振動測定部３３に圧電シートセンサ１を利用した振動の測定を行わせ（ステップＳ１４）、処理を終了する。
【００３０】
この第１の動作例は、最適な押圧力で測定対象２００の振動を１回だけ測定すれば足りるような場合に有用である。
【００３１】
図３は本実施形態の第２の動作例を示すフローチャートである。この例において、測定制御部３の切換制御部３４は、スイッチ３１１および３１２をＯＮ、スイッチ３３１および３３２をＯＦＦとし、押圧力測定部３１による圧電シートセンサ１を利用した押圧力測定（ステップＳ２１）と、押圧力制御部３２による押圧力制御、具体的には押圧力を最適値に近づける制御（ステップＳ２２）を順次行わせる。次に切換制御部３４は、スイッチ３１１および３１２をＯＦＦ、スイッチ３３１および３３２をＯＮとし、振動測定部３３に圧電シートセンサ１を利用した振動の測定を行わせる（ステップＳ２３）。次に切換制御部３４は、図示しない操作子の操作により測定終了が指示されたか否かを判断し、判断結果が「ＮＯ」であればステップＳ２１〜Ｓ２４を繰り返し、判断結果が「ＹＥＳ」であれば処理を終了する。
【００３２】
この第２の動作例は、押圧力を最適値に維持した状態で測定対象２００の振動の測定を長期に亙って繰り返すような場合に有用である。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、１つの圧電シートセンサ１により押圧力と振動の両方を測定することができる。すなわち、共通のシート状圧電体に振動測定用電極および押圧力測定用電極として機能する電極を配置しており、押圧力と振動の測定を安価に実施することができる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
図４はこの発明の第２実施形態である測定装置に用いられる圧電シートセンサ１Ａの構成を示す断面図である。この圧電シートセンサ１Ａは、上記第１実施形態における圧電シートセンサ１の電極１１を、互いに電気的に分離された振動測定用電極１１Ａおよび押圧力測定用電極１１Ｂに置き換えた構成となっている。本実施形態では、振動測定用電極１１Ａおよび電極１２が上記第１実施形態の振動測定部３３に接続され、押圧力測定用電極１１Ｂおよび電極１２が上記第１実施形態の押圧力測定部３１に接続される。
【００３５】
本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、振動測定用電極１１Ａおよび押圧力測定用電極１１Ｂが電気的に分離されているので、押圧力測定用電極１１Ｂおよび電極１２間に交流電圧を印加することにより行う押圧力の測定と、振動測定用電極１１Ａおよび電極１２間の電圧を測定することにより行う振動の測定を同時進行させることも可能である。従って、押圧力の測定の制御と振動の測定の制御が容易になるという利点がある。また、共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを配置していることから、押圧力と振動の測定を安価に実施することができる。
【００３６】
＜第３実施形態＞
図５はこの発明の第３実施形態である測定装置の構成を示す断面図である。本実施形態による測定装置は、鍵盤電子楽器の押鍵検出装置である。
【００３７】
一般的な鍵盤電子楽器には、押鍵動作のイニシャルタッチを検出するセンサとアフタータッチを検出するセンサが設けられている。ここで、イニシャルタッチを検出するセンサは鍵盤の個々の鍵毎に設けられる。しかし、アフタータッチを検出するセンサについては、鍵盤の大規模化および高価格化を回避するため、鍵盤の全鍵の高域側に１個、低域側に１個設けるのが一般的である。
【００３８】
本実施形態は、鍵盤の大規模化および高価格化を招くことなく鍵盤の個々の鍵毎にイニシャルタッチおよびアフタータッチの検出を可能にするものである。
【００３９】
図５において、鍵４はその右側にある支点により支持され、ベース材５の上方に位置している。そして、鍵４は、その左側端部が演奏者の指で押下されることにより支点廻りに回動し、ベース材５に接近する。
【００４０】
ベース材５の表面には、鍵４の裏面と対向する圧電シートセンサ１Ｂが配置されている。この圧電シートセンサ１Ｂは、上記第２実施形態の圧電シートセンサと同様に共通のシート状圧電体に振動測定用電極と押圧力測定用電極とを備える構成を有する。シート状圧電体１０のベース材５側の面に貼り付けられた電極１２は、ベース材５の表面に固定されている。また、シート状圧電体１０の鍵４側の面には、鍵４の長手方向に沿ってイニシャルタッチ測定用電極１１Ｃとアフタータッチ測定用電極１１Ｄが配置されている。ここで、イニシャルタッチ測定用電極１１Ｃは、アフタータッチ測定用電極１１Ｄよりも、鍵４における押鍵箇所に近い位置にある。鍵４の裏面には、イニシャルタッチ測定用電極１１Ｃおよびアフタータッチ測定用電極１１Ｄに向けて盛り上がった２個の凸部４１Ｃおよび４１Ｄが設けられている。
【００４１】
圧電シートセンサ１Ｂにおいて、イニシャルタッチ測定用電極１１Ｃおよび電極１２は、図示しないイニシャルタッチ検出回路に接続されている。このイニシャルタッチ検出回路は、上記第１実施形態の振動測定部３３に相当する回路である。また、圧電シートセンサ１Ｂにおいて、アフタータッチ測定用電極１１Ｄおよび電極１２は、図示しないアフタータッチ検出回路に接続されている。このアフタータッチ検出回路は、上記第１実施形態の押圧力測定部３１に相当する回路である。また、鍵４からはベース材５の押鍵側の端面下側に触れるように鈎状のストッパ４２が形成されている。ストッパ４２によって、鍵４が必要以上に上側に反り上がることを防いでいる。
【００４２】
このような構成において、鍵４の押鍵が行われると、鍵４の裏面の凸部４１Ｃおよび４１Ｄがベース材５側に接近し、イニシャルタッチ測定用電極１１Ｃおよびアフタータッチ測定用電極１１Ｄに各々衝突する。イニシャルタッチ検出回路は、電極１１Ｃおよび１２間の電圧波形の立ち上がり速度等から押鍵速度を示すイニシャルタッチ情報を生成する。また、アフタータッチ検出回路は、上記第１実施形態の押圧力測定部３１と同様な処理により、鍵４側から圧電シートセンサ１Ｂを介してベース材５に与えられる押圧力を測定し、この押圧力を示すアフタータッチ情報を生成する。そして、鍵盤電子楽器では、このようにして生成されるイニシャルタッチ情報およびアフタータッチ情報に基づいて楽音の形成の制御が行われる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、鍵盤を構成する個々の鍵毎にイニシャツタッチおよびアフタータッチを検出する機能を備えた小規模かつ低コストの鍵盤電子楽器を実現することができる。
【００４４】
上記第１および第２実施形態では、測定対象２００が振動源である血管を有していた。これに対し、本実施形態において、測定対象は鍵４に設けられた２個の凸部４１Ｃおよび４１Ｄであり、押鍵によって測定対象が圧電シートセンサ１Ｂに接触することにより測定対象から圧電シートセンサ１Ｂに振動（具体的には衝撃波）が伝わり、測定対象および圧電シートセンサ１Ｂ間の押圧力が発生する。このように本発明は、測定対象が振動源を有する態様のみならず、測定対象と圧電シートセンサとの接触により振動が生じる態様にも適用される。
【００４５】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば上記第３実施形態において、押鍵前は、圧電シートセンサ１Ｂに対してイニシャルタッチ検出回路のみを接続し、アフタータッチ検出回路は切り離しておく。そして、押鍵時、イニシャツタッチ検出回路がイニシャルタッチ情報を生成した後、所定時間だけ圧電シートセンサ１Ｂにアフタータッチ検出回路を接続してアフタータッチ情報を生成させる。この態様によれば、押鍵後の初期には、圧電シートセンサ１Ｂからアフタータッチ検出回路が切り離されているので、イニシャツタッチ検出回路は、押鍵速度を正確に反映した電圧波形を圧電シートセンサ１Ｂから得ることができる。また、アフタータッチ検出回路は、イニシャツタッチ検出回路がイニシャルタッチ情報を生成した後、圧電シートセンサ１Ｂに接続されるので、アフタータッチ、すなわち、押鍵が終わった後の鍵４に加わる押圧力を反映したアフタータッチ情報を生成することができる。また、第３実施形態において、第１実施形態と同様に、振動を検出する電極と押圧を測定する電極を共通にしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１００……測定装置、１，１Ａ，１Ｂ……圧電シートセンサ、１０……シート状圧電体、１１，１２……電極、１１Ａ……振動測定用電極、１１Ｂ……押圧力測定用電極、１１Ｃ……イニシャルタッチ測定用電極、１１Ｄ……アフタータッチ測定用電極、２００……測定対象、２……押圧力発生部、３……測定制御部、３１……押圧力測定部、３２……押圧力制御部、３３……振動測定部、３４……切換制御部、３１１，３１２，３３１，３３２……スイッチ、３１３……交流電源、３１４……電圧測定部、３１５……電流測定部、３３３……信号処理部。
【図１】
2019158477.tif 000003
【図２】
2019158477.tif 000004
【図３】
2019158477.tif 000005
【図４】
2019158477.tif 000006
【図５】
2019158477.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月12日(2019.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象と接触する圧電シートセンサと、
前記圧電シートセンサにより前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前
記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力とを測定する測定制御部とを具備し、
前記圧電シートセンサは、共通のシート状圧電体に配置され、互いに電気的に分離された振動測定用電極と押圧力測定用電極とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記測定対象から前記圧電シートセンサに伝わる振動と前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力との測定を同時進行させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定制御部は、交流信号の印加により、前記圧電シートセンサの共振周波数の変化を示す信号を取得し、取得した信号に基づいて前記測定対象および前記圧電シートセンサ間の押圧力を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の測定装置を有し、
前記振動測定用電極および前記押圧力測定用電極が、それぞれイニシャルタッチ測定電極およびアフタータッチ測定電極であることを特徴とする鍵盤楽器用押鍵検出装置。
【請求項５】
前記測定対象が鍵に取り付けられた凸部であることを特徴とする請求項４に記載の鍵盤楽器用押鍵検出装置。