(57)【要約】【課題】平面領域に加えられている外部刺激のベクトルを精度良く検出することができ、且つ導電繊維と計測装置とを接続する配線量を削減できる外部刺激検出システムを提供する。【解決手段】外部刺激検出システムは、複数本の導電繊維を束状にまとめた導電繊維束２，３を複数本織って構成されるシート状センサ１と、シート状センサ１に印加される加圧方向及び加圧力を演算する加圧ベクトル検出装置１０とを備える。この外部刺激検出システムは、加圧ベクトル検出装置１０のインピーダンス分布計測部１３によって、導電繊維束２，３内の刺激応答性導電繊維相互間のインピーダンス分布を計測し、加圧ベクトル算出部１４によって、インピーダンスに基づいて、導電繊維束２，３に加わっている外部刺激の方向を示す外部刺激ベクトルを算出する。【選択図】図１
2008275497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の導電繊維を束状にまとめた導電繊維束を複数本織って構成されるシート状センサと、
前記シート状センサに印加される外部刺激の方向及び大きさを演算する演算手段とを備え、
前記演算手段は、
前記導電繊維相互間のインピーダンス分布を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測されたインピーダンスに基づいて、前記導電繊維束に加わっている外部刺激の方向を示す外部刺激ベクトルを算出するベクトル算出手段と
を備えることを特徴とする外部刺激検出システム。
【請求項２】
前記計測手段は、第１導電繊維束と第２導電繊維束とが交差している交差点のインピーダンスを計測し、
前記ベクトル算出手段は、
各交差点における前記第１導電繊維束に加わっている外部刺激の２次元の外部刺激ベクトルを求めると共に、各交差点における前記第２導電繊維束に加わっている外部刺激の２次元の外部刺激ベクトルを求め、
前記第１導電繊維束に加わっている外部刺激の２次元の外部刺激ベクトルと、前記第２導電繊維束に加わっている外部刺激の２次元の外部刺激ベクトルとから、各交差点における３次元の外部刺激ベクトルを求めること
を特徴とする請求項１に記載の外部刺激検出システム。
【請求項３】
前記計測手段によって計測されたインピーダンスに基づく外部刺激の方向を、実際のシート状センサのシート面に加えられている外部刺激の方向に変換する基準方向を、前記交差点ごとおよび前記導電繊維束ごとに記憶する基準方向記憶手段を更に備え、
前記ベクトル算出手段は、２次元の外部刺激ベクトルに前記基準方向を加算すること
を特徴とする請求項２に記載の外部刺激検出システム。
【請求項４】
前記シート状センサの導電繊維束を収縮させる駆動手段を更に備え、
前記駆動手段によって何れかの前記導電繊維束を収縮させた時に、前記ベクトル算出手段は、他の前記導電繊維束に与えられた外部刺激ベクトルの方向の算出値と、予め決められていた収縮させた前記導電繊維束が他の導電繊維束に与える加圧方向とに基づいて、前記基準方向を算出して前記基準方向記憶手段に記憶させること
を特徴とする請求項３に記載の外部刺激検出システム。
【請求項５】
前記導電繊維束は、少なくとも３本の刺激応答性導電繊維と、当該３本の刺激応答性導電繊維間に配置された弾性を有する樹脂とからなること請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の外部刺激検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状構造物に加わる外部刺激の大きさ及び方向を計測する外部刺激検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シート面に対する圧力等の外部刺激を検知するシート状センサが知られている。例えば、車両に搭載されたエアバッグを展開させる制御時に乗員のシート着座姿勢をパラメータとする場合や、車両走行時の乗り心地評価のための体動を検出する場合において、シート座面における加圧力の大きさや方向、すなわち加圧力ベクトルを計測することが必要とされている。
【０００３】
従来において、加圧ベクトルを計測する技術としては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された技術は、軸方向の中心電極と、中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極と、外側電極を被覆する外周被覆部とからなるコード状感圧センサを、複数本纏めた束センサを備えている。そして、当該束センサを直立に据え付け、且つコード状感圧センサと接続された信号線によって各信号を計測装置によって取り出す。
【０００４】
コード状感圧センサは、コード軸に沿う方向に伸張する力が働くと正の電圧を出力し、コード軸に沿う方向に圧縮する力が働くと負の電圧を出力する。束ねたコード状感圧センサを横向きに加圧されると、当該加圧された方向に曲げられる。このとき、加えられた力に近い側のコード状感圧センサがコード軸に沿う方向に伸張し、反対側のコード状感圧センサがコード軸に沿う方向に圧縮される。このため、複数本束ねられコード状感圧センサは、加圧方向と出力電圧パターンとが対応づけられる。このようにして、特許文献１に記載の技術によれば、コード軸に垂直な方向の加圧ベクトルを検出することができるとしている。
【特許文献１】特開２００４−２０５４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の加圧力ベクトルの計測方式によって、一定の平面領域内で精度良く加圧ベクトルを計測しようとした場合、当該平面領域の多くの箇所にコード状感圧センサを配置する必要がある。すなわち、各コード状感圧センサで検出できるのは一箇所のみの加圧ベクトルであるために、多くのコード状感圧センサを配置しないと、精度の良い加圧ベクトルを得ることができないが、一定の平面領域に配置できるセンサ数には限りがあるために、精度良く計測することは難しい。
【０００６】
また、上述の加圧ベクトルの計測方式では、一定の平面領域内の各束ねられたコード状感圧センサの出力線の全てを、計測装置に接続しなければならない。したがって、配線量が増すという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、平面領域に加えられている外部刺激のベクトルを精度良く検出することができる外部刺激検出システム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】
【０００８】
本発明に係る外部刺激検出システムは、複数本の導電繊維を束状にまとめた導電繊維束を複数本織って構成されるシート状センサと、シート状センサに印加される外部刺激の方向及び大きさを演算する演算手段とを備える。この外部刺激検出システムは、上述の課題を解決するために、演算手段の計測手段によって、導電繊維相互間のインピーダンス分布を計測し、演算手段のベクトル検出手段によって、計測手段によって計測されたインピーダンスに基づいて、導電繊維束に加わっている外部刺激の方向を示す外部刺激ベクトルを算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る外部刺激検出システムによれば、導電繊維束の導電繊維相互間のインピーダンス分布を計測し、計測されたインピーダンスに基づいて、導電繊維束に加わっている外部刺激の方向を算出するので、導電繊維束のインピーダンス計測点を増やすことによって、精度良くシート状センサにおける外部刺激を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明は、例えば図１に示すように構成された圧力検出システムのシート状センサ１及び加圧ベクトル検出装置１０に適用される。なお、以下の説明では、シート状センサ１に印加される外部刺激として圧力を検知する場合について説明する。
【００１２】
シート状センサ１は、３本の刺激応答性導電繊維を束ねた２本の導電繊維束２，導電繊維束３を、非導電繊維４に、縦方向及び横方向に編んで構成されている。シート状センサ１は、導電繊維束２，３が互いに交差するように、導電繊維束２，３が非導電繊維４に編み込まれている。この導電繊維束２，３は、図２の（ａ）〜（ｄ）の何れかの断面形態で構成されている。導電繊維束２，３は、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、弾力性のある樹脂２２とで構成されている。
【００１３】
図２（ａ）〜（ｄ）に示す導電繊維束２，３は、共に、３本の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃが三角形の頂点に相当する位置に配置されている。図２（ａ）に示す導電繊維束２，３は、各刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間に樹脂２２が配置され、外周を絶縁材２３で被覆させた構造となっている。図２（ｂ）に示す導電繊維束２，３は、各刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃを樹脂２２で覆っている。図２（ｃ）に示す導電繊維束２，３は、中央に配置した樹脂２２に接するように刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置し、当該刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間に樹脂２２を配置している。図２（ｄ）に示す導電繊維束２，３は、弾力性のある絶縁材２３内に２１ａ，２１ｂ，２１ｃを配置したものである。
【００１４】
このようなシート状センサ１は、非導電繊維４に対する導電繊維束２，３の割合を多くすることによって、加圧ベクトルの計測点の密度を高くすることができる。特に、導電繊維束２，３のみでシート状センサ１を構成することにより、計測点の密度を最大値にまで大きくできる。逆に、非導電繊維４の割合を多くすることによって、計測点の密度を低下させることができる。この計測点の密度は、用途によって自由に設計される。
【００１５】
導電繊維束２の端部２ａ、導電繊維束３の端部３ａは、加圧ベクトル検出装置１０に接続されている。一方、導電繊維束２，３の他方の端部２ｂ、導電繊維束３の他方の端部３ｂは、図３に示すように、それぞれ抵抗２４と接続され、当該抵抗２４を介して相互に接続され、接地端子ＧＮＤと接続されている。
【００１６】
加圧ベクトル検出装置１０は、図１に示すように、導電繊維束２，３と接続された接続切換部１１と、駆動部１２と、インピーダンス分布計測部１３と、２次元加圧ベクトル算出部１４と、基準方向記憶部１５と、２次元加圧ベクトル補正部１６と、３次元加圧ベクトル算出部１７と、制御部１８とを備える。インピーダンス分布計測部１３、２次元加圧ベクトル算出部１４、基準方向記憶部１５、２次元加圧ベクトル補正部１６、３次元加圧ベクトル算出部１７とは、３次元の加圧ベクトルを演算する演算手段として機能する。
【００１７】
なお、図１において加圧ベクトル検出装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータによるハードウエアで構成されているが、図１においては便宜的に機能ブロック毎に分けて、説明を行っている。
【００１８】
接続切換部１１は、制御部１８の制御に従って、導電繊維束２，３の端部２ａを、接続切換部１１又はインピーダンス分布計測部１３と接続させる。接続切換部１１は、導電繊維束２，３を駆動させる時には導電繊維束２，３と駆動部１２とを接続させ、導電繊維束２，３のインピーダンス分布を測定する時には導電繊維束２，３とインピーダンス分布計測部１３とを接続させる。
【００１９】
接続切換部１１は、図４に示すように、導電繊維束２を構成する刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃと接続されたスイッチ３１Ａ及びスイッチ３２Ａと、当該スイッチ３１Ａと接続されたスイッチ３３Ａとを備える。また、接続切換部１１は、導電繊維束３を構成する刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃと接続されたスイッチ３１Ｂ及びスイッチ３２Ｂと、当該スイッチ３１Ｂと接続されたスイッチ３３Ｂとを備える。スイッチ３３Ａ及びスイッチ３３Ｂは、駆動部１２と接続されている。更に、接続切換部１１は、スイッチ３３Ａ及びスイッチ３３Ｂと接続されたスイッチ３４と、スイッチ３２Ａ及びスイッチ３２Ｂと接続されたスイッチ３５とを備える。スイッチ３４及びスイッチ３５は、インピーダンス分布計測部１３と接続されている。各スイッチには、図示してはいないが、制御部１８から出力された制御信号を入力する制御線が接続されている。
【００２０】
スイッチ３１Ａ、スイッチ３２Ａ、スイッチ３１Ｂ、スイッチ３２Ｂは、導電繊維束２，３の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃを選択し、スイッチ３３Ａ及びスイッチ３３Ｂは、導電繊維束２，３を駆動部１２に接続するかインピーダンス分布計測部１３に接続するかを選択し、スイッチ３４及びスイッチ３５は、インピーダンス分布計測部１３に接続する導電繊維束２，３を選択する。
【００２１】
導電繊維束２と駆動部１２とを接続する場合、スイッチ３１Ａの全てをオン制御すると共にスイッチ３３Ａを駆動部１２側に制御し、導電繊維束３と駆動部１２とを接続する場合、スイッチ３１Ｂの全てをオン制御すると共に、スイッチ３３Ｂを駆動部１２側に制御する。
【００２２】
また、導電繊維束２とインピーダンス分布計測部１３とを接続する場合、スイッチ３１Ａ、スイッチ３３Ａ及びスイッチ３４と、スイッチ３２Ａ及びスイッチ３５とを制御する。このとき、接続切換部１１は、導電繊維束２のうちの何れかの刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ同士をインピーダンス分布計測部１３を介して接続するように、スイッチ３１Ａ及びスイッチ３２Ａを制御する。更に、導電繊維束３とインピーダンス分布計測部１３とを接続する場合、スイッチ３１Ｂ、スイッチ３３Ｂ及びスイッチ３４と、スイッチ３２Ｂ及びスイッチ３５とを制御する。このとき、接続切換部１１は、導電繊維束２のうちの何れかの刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ同士をインピーダンス分布計測部１３を介して接続するように、スイッチ３１Ｂ及びスイッチ３２Ｂを制御する。
【００２３】
駆動部１２は、導電繊維束２，３を構成する刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃを収縮するように駆動させる。駆動部１２は、導電繊維束２，３の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電圧を与える電源であり、定電流電源であることが望ましい。
【００２４】
インピーダンス分布計測部１３は、導電繊維束２，３内の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの相互のインピーダンス分布を計測する。インピーダンス分布計測部１３は、導電繊維束２，３に電圧パルスを印加して、当該電圧パルスに対して検知される電圧値から、導電繊維束２，３のインピーダンス分布を計測する。
【００２５】
インピーダンス分布計測部１３は、図５に示すように、接続切換部１１を介して導電繊維束２，３と接続されたパルス生成部４１及び電圧計測部４２と、電圧の計測値を記憶する記憶部４３と、導電繊維束２，３のインピーダンスを算出する演算部４４と、パルス生成部４１及び電圧計測部４２を制御する制御部４５とを備える。なお、図５では、接続切換部１１の図示を省略しているが、存在していることは勿論である。
【００２６】
パルス生成部４１によって導電繊維束２，３に出力されるパルスは、導電繊維束２，３の入力波である。この入力波の電圧は、電圧計測部４２によって、反射波の電圧が重畳した状態で計測される。電圧計測部４２によって計測された電圧は、記憶部４３に記憶される。記憶部４３に記憶された電圧値は、演算部４４によって読み込まれる。演算部４４は、読み込んだ電圧値から、導電繊維束２，３のインピーダンス分布を算出する。この算出されたインピーダンス分布は、インピーダンス分布計測部１３から２次元加圧ベクトル算出部１４に出力される。このように、パルス生成部４１からパルスを導電繊維束２，３に出力し、電圧計測部４２によって電圧を検出し、記憶部４３によって電圧値を記憶し、演算部４４によって圧力値を演算する処理は、制御部４５によって制御される。
【００２７】
導電繊維束２，３からインピーダンス分布計測部１３に供給される反射波は、導電繊維束２，３内のインピーダンスの変化率に応じて値が変化する。このことから、既知のインピーダンスの線路を通して導電繊維束２，３へパルスを送出すると、インピーダンス値が算出できる。導電繊維束２，３内でインピーダンスが変化する位置は、パルス生成部４１からパルスを出力した時刻から反射波を電圧計測部４２で検知した時刻までの期間をＴとし、パルスの伝搬速度をＶとすると、
Ｔ×Ｖ／２    （式１）
で算出される。したがって、インピーダンス分布計測部１３の演算部４４は、制御部４５によってパルス生成部４１からパルスが出射された時刻と、記憶部４３に記憶された電圧値を電圧計測部４２によって受信した時刻と、伝搬速度Ｖとを用いて、式１の演算を行うことによって、導電繊維束２，３内におけるインピーダンス分布を計測する。
【００２８】
また、インピーダンス分布計測部１３によってインピーダンス分布を計測する場合には、接続切換部１１によって、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうちの２本が接続される。図６には、刺激応答性導電繊維２１ａと刺激応答性導電繊維２１ｂとが接続されたインピーダンス分布の特性ａ−ｂ、刺激応答性導電繊維２１ｂと刺激応答性導電繊維２１ｃとが接続されたインピーダンス分布の特性ｂ−ｃ、刺激応答性導電繊維２１ｃと刺激応答性導電繊維２１ａとが接続されたインピーダンス分布の特性ｃ−ａを示している。これら各インピーダンス分布の特性は、導電繊維束２，３のそれぞれについて計測される。
【００２９】
２次元加圧ベクトル算出部１４は、インピーダンス分布計測部１３によって計測されたインピーダンス分布に基づいて、導電繊維束２，３の基準軸に対する２次元の加圧ベクトルを求める。２次元加圧ベクトル算出部１４によって算出される２次元の加圧ベクトルは、導電繊維束２と導電繊維束３との交差位置において各導電繊維束２，３の軸に垂直な面内での２次元ベクトルである。
【００３０】
例えば、図７に示すように、シート状センサ１がクッションなどの部材５２上に設置され、部材５１から加圧力が与えられて、シート状センサ１の導電繊維束２，３に加圧力が加わった場合、導電繊維束２，３が変形して反力が生じる。加圧力と反力が釣り合った状態では、図２に示した樹脂２２および絶縁材２３の弾力性によって、三角状に配置された刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の位置関係がずれる。このずれた状態の一例を図８に示している。
【００３１】
刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの位置関係が変形すると、導電繊維束２，３の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が変化する。刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が変化した場合、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の電気容量は、変化する。導電繊維束２，３の単位長さ当たりの電気容量Ｃは、図９に示すように、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が短くなるほど、高くなる。逆に、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が長くなるほど、電気容量Ｃは低くなる。この図９の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離と電気容量Ｃとの関係は、予め２次元加圧ベクトル算出部１４に記憶されている。
【００３２】
単位長さあたりの容量Ｃは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの直径をφ、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離をｄ、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の誘電率をεとすると、
Ｃ＝εφ／ｄ  （式２）
と表される。この式２から、図９に示したように、電気容量Ｃは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離ｄに反比例する。刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの線路インピーダンスＺは、
Ｚ＝（Ｒ＋ｊωＬ）１／２／（Ｇ＋ｊωＣ） （式３）
で表される。式３において、Ｒは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの単位長さ当たりの抵抗値、Ｌは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃのインダクタであり、Ｇは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃのコンダクタンスである。これらの抵抗値Ｒ、インダクタＬおよびコンダクタンスＧは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの材料に基づいて予め設定されている。
【００３３】
上記式３から、電気容量Ｃが変化した場合には、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの線路インピーダンスが変化する。したがって、２次元加圧ベクトル算出部１４は、インピーダンス分布計測部１３によって計測されたインピーダンスＺを上記式３に代入して、電気容量Ｃを求めることによって、図８の特性から、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離を算出することができる。
【００３４】
このように、２次元加圧ベクトル算出部１４は、インピーダンス分布特性（ａ−ｂ）を用いて刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ間の距離を求め、インピーダンス分布特性（ｂ−ｃ）を用いて刺激応答性導電繊維２１ｂ，２１ｃ間の距離を求め、インピーダンス分布特性（ｃ−ａ）を用いて刺激応答性導電繊維２１ｃ，２１ａ間の距離を求める。この各距離は、導電繊維束２，３のそれぞれについて求められる。
【００３５】
また、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離と、各刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間に与えられる力は、図１０に示すように、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離として現れる。この刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離と加圧力との関係は、樹脂２２、絶縁材２３の材料によって異なる弾性力によって異なり、既定値が２次元加圧ベクトル算出部１４に格納されている。
【００３６】
導電繊維束２，３が加圧されていない時には、加圧力は０であり、加圧力が大きくなるほど、当該加圧力によって刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が小さくなる。図１０において、導電繊維束２，３が加圧されて刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が小さくなり、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ同士が反発する力を、正の力としている。逆に、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の距離が長くなって、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃを引っ張る力を、負の力としている。
【００３７】
このように、２次元加圧ベクトル算出部１４は、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ間の距離から刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ間の加圧力を求め、刺激応答性導電繊維２１ｂ，２１ｃ間の距離から刺激応答性導電繊維２１ｂ，２１ｃ間の加圧力を求め、刺激応答性導電繊維２１ｃ，２１ａ間の距離から刺激応答性導電繊維２１ｃ，２１ａ間の加圧力を求める。これによって、２次元加圧ベクトル算出部１４は、図８（ａ）に示すように、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ間の加圧力Ｆａｂと、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｃ間の加圧力Ｆｃａとを合成して、刺激応答性導電繊維２１ａに与えられる加圧力を求めることができる。
【００３８】
ここで、導電繊維束２，３に加圧力が加わる場合、反対方向からの反力と釣り合っているので、加圧力の向きは、導電繊維束２，３の基準軸に対する角度として求められ。たとえば、図８（ａ）において、刺激応答性導電繊維２１ｂ，２１ｃを結ぶ線を基準軸とすると、加圧力の向きは、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの３点間の距離から決まる三角形の内角が最大の頂点にある刺激応答性導電繊維２１ａを外力の作用点とみなし、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ間の距離から求めた加圧力Ｆａｂと、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｃ間の距離から求めた加圧力Ｆｃａとの合力の向き（加圧方向θｆ）となる。
【００３９】
そして、２次元加圧ベクトル算出部１４は、算出した加圧力の大きさＦおよび加圧方向θｆを加圧ベクトル情報として、基準方向記憶部１５および２次元加圧ベクトル補正部１６に出力する。
【００４０】
また、導電繊維束２，３のねじれにより刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの位置が変化している場合は、図８（ｂ）に示すように、刺激応答性導電繊維２１ｂ，２１ｃの基準軸が変化している。従って、加圧方向θｆも、当該変化している基準軸からの角度となる。この場合、加圧力の大きさは、変化しない。このように、刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの捩れの状態によって加圧方向θｆが異なって算出される。しかし、後述する２次元加圧ベクトル補正部１６によって、シート状センサ１に対する加圧力が補正される。
【００４１】
このように、シート状センサ１の導電繊維束２，３が捩れている場合、導電繊維束２，３内部の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃの配置がインピーダンス計測位置ごとに変化している。これに対し、２次元加圧ベクトル算出部１４によって求められている加圧ベクトルは、シート状センサ１のシート面に対する圧力のベクトルであるので、シート状センサ１の捩れに対する補正が必要となる。そこで、基準方向記憶部１５は、インピーダンス分布計測部１３から出力される導電繊維束２，３の基準軸に対する加圧方向（加圧角度）θｆを、シート状センサ１のシート面に対する角度に変換するための補正値を記憶している。この補正値は、インピーダンスから求めた加圧方向を、実際のシート状センサ１のシート面に加えられている加圧方向に変換する値であって、インピーダンス計測位置ごとに記憶している。
【００４２】
インピーダンス分布計測部１３で求められたシート状センサ１への加圧ベクトルを補正する場合には、２次元加圧ベクトル補正部１６は、２次元加圧ベクトル算出部１４によって算出されたインピーダンス測定点ごとの加圧ベクトルに、当該インピーダンス測定点の補正値に相当する角度（ベクトル補正値γ）を加算する。そして、補正した加圧ベクトル情報は、２次元加圧ベクトル補正部１６から３次元加圧ベクトル算出部１７に出力される。
【００４３】
加圧ベクトル検出装置１０は、導電繊維束２の補正値を求める場合、駆動部１２により導電繊維束３を収縮させる。シート状センサ１の周囲は、例えばクッションなどの部材５２に固定されているため、導電繊維束２，３の交差部において、導電繊維束３が導電繊維束２を加圧する。この加圧方向は、シート状センサ１のシート面とは垂直とは限らないので、導電繊維束３から導電繊維束２への加圧方向とシート状センサ１のシート面の垂直方向との角度を予め求めておき、当該角度をベクトル補正値γとしてインピーダンス測定点（交差点）ごとに記憶しておく。
【００４４】
この補正値を求める場合、２次元加圧ベクトル補正部１６は、図１１に示すように、方向差算出部６１およびベクトル補正部６２として機能する。すなわち、方向差算出部６１は、インピーダンス測定点（ｘ，ｙ）と導電繊維束３から導電繊維束２への加圧方向とを入力すると、当該加圧方向とシート面の垂直方向との角度β（ｘ，ｙ）を求める。この角度β（ｘ，ｙ）は、インピーダンス計測点（ｘ，ｙ）毎に異なり、予め求められている。また、ベクトル補正部６２は、図１２に示すように、駆動部１２によって導電繊維束２を収縮させた時にインピーダンス分布計測部１３および２次元加圧ベクトル算出部１４によって求められた加圧ベクトルの角度をθｓ（ｘ，ｙ）とし、ベクトル補正値をγ（ｘ，ｙ）とすると、図１２の関係から、
γ（ｘ，ｙ）＝９０°−θｓ（ｘ，ｙ）−β（ｘ，ｙ）    （式４）
という演算を行う。２次元加圧ベクトル補正部１６は、インピーダンス測定点（ｘ，ｙ）ごとに式４の演算を行うことによって、ベクトル補正値γ（ｘ，ｙ）を基準方向記憶部１５に記憶しておくことができる。
【００４５】
３次元加圧ベクトル算出部１７は、２次元加圧ベクトル補正部１６によって補正された導電繊維束２，３のそれぞれで求められた２次元の加圧ベクトルに基づいて、３次元の加圧ベクトルを算出する。図１３に示すように、あるインピーダンス測定点の導電繊維束２のインピーダンスに基づいて求められた２次元の加圧ベクトルは、平面２’内の２次元の加圧ベクトルであり、同じインピーダンス測定点の導電繊維束３のインピーダンスに基づいて求められた２次元の加圧ベクトルは、平面３’内の２次元の加圧ベクトルである。したがって、次元加圧ベクトル算出部１７は、図１４に示すように、導電繊維束２をＹ軸に、導電繊維束３をＸ軸にして直行座標系を定義し、加圧力Ｆの計測点での２次元加圧ベクトルをＦｘｚ，Ｆｙｚとすると、３次元加圧ベクトルの成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）を、式５〜式７により求めることができる。ここで、平面２’で求められた加圧力をＦｙｚ，加圧方向をθｙｚとし、平面３’で求められた加圧力をＦｘｚ，加圧方向をθｘｚとすると、ｘ方向における加圧力Ｆｘ，ｙ方向におけるｙ，ｚ方向におけるｚは、下記の式５〜式７に示すように、
Ｆｘ＝Ｆｘｚ×ｃｏｓ（θｘｚ）        （式５）
Ｆｙ＝Ｆｙｚ×ｃｏｓ（θｙｚ）        （式６）
Ｆｚ＝Ｆｙｚ×ｃｏｓ（θｙｚ）        （式７）
となる。
【００４６】
このように構成された加圧ベクトル検出装置１０は、図１５に示すようなフローチャートで示す処理によって、シート状センサ１への３次元の加圧ベクトルを求める。
【００４７】
このフローチャートによれば、先ず、ステップＳ１において、制御部１８は、ベクトル補正値γをキャリブレーションするか否かを判定し、キャリブレーションを行わない場合には３次元の加圧ベクトルを検出するためにステップＳ２に処理を進め、キャリブレーションを行う場合にはステップＳ６に処理を進める。制御部１８は、例えば加圧ベクトル検出装置１０の電源が投入された直後である場合には、キャリブレーションを行うとしてステップＳ６に処理を進める。また、制御部１８は、キャリブレーションを行わない場合には、導電繊維束２，３とインピーダンス分布計測部１３とを接続するように接続切換部１１を制御し、キャリブレーションを行う場合には、導電繊維束２，３の何れかと駆動部１２とを接続するように接続切換部１１を制御する。
【００４８】
ステップＳ２において、制御部１８によって、接続切換部１１を、導電繊維束２，３の双方を順次インピーダンス分布計測部１３に接続させる。次に、インピーダンス分布計測部１３によって、双方の導電繊維束２，３内の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間の全インピーダンス測定点でインピーダンスを求める。次に、２次元加圧ベクトル算出部１４によって、インピーダンス分布計測部１３によって計測されたインピーダンス分布から、各導電繊維束２，３の軸に垂直な面内での２次元の加圧力ベクトルを求める。
【００４９】
次のステップＳ３において、２次元加圧ベクトル補正部１６は、ステップＳ２で求められた２次元の加圧ベクトルに、基準方向記憶部１５に記憶されたベクトル補正値γを加算して、２次元の加圧ベクトルを補正する。これにより、加圧ベクトル検出装置１０は、シート状センサ１のシート面に対する加圧ベクトルを算出する。
【００５０】
次のステップＳ４において、導電繊維束２，３のそれぞれに対する２次元の加圧ベクトルから、インピーダンス測定点の全点について、３次元の加圧ベクトル（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）を算出する。
【００５１】
次のステップＳ５において、制御部１８は、予め設定された計測間隔である一定時間が経過したか否かを判定し、経過した場合には、ステップＳ２に処理を戻す。
【００５２】
ステップＳ１においてキャリブレーションを行うと判定された後のステップＳ６においては、接続切換部１１によって、導電繊維束２に駆動部１２を接続し、導電繊維束３にインピーダンス分布計測部１３を接続させる。その後、駆動部１２によって、導電繊維束２を収縮させ、その時の導電繊維束３への加圧方向を、全インピーダンス測定点についてインピーダンス分布計測部１３によって求めて、記憶する。
【００５３】
次のステップＳ７においては、接続切換部１１によって、導電繊維束３に駆動部１２を接続し、導電繊維束２にインピーダンス分布計測部１３を接続させる。その後、駆動部１２によって、導電繊維束３を収縮させて、その時の導電繊維束２への加圧方向を、全インピーダンス測定点についてインピーダンス分布計測部１３によって求めて、記憶する。
【００５４】
次のステップＳ８においては、ステップＳ６において記憶しておいた導電繊維束２収縮時の加圧方向からインピーダンス測定点ごとに導電繊維束２に対するベクトル補正値γを算出して記憶する。また、ステップＳ７において記憶した導電繊維束３収縮時の加圧方向からインピーダンス測定点ごとに導電繊維束３に対するベクトル補正値γを算出して記憶する。
【００５５】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した加圧ベクトル検出装置１０によれば、導電繊維束２，３の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ相互間のインピーダンス分布を計測し、計測されたインピーダンスに基づいて、導電繊維束２，３に加わっている外部刺激の方向を算出するので、導電繊維束２，３のインピーダンス計測点を増やすことによって、精度良くシート状センサ１における外部刺激を検知できる。
【００５６】
本実施形態においては、各導電繊維束２，３に１本の配線だけで外部刺激を検知することができる。
【００５７】
特に、導電繊維束２，３を少なくとも３本の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃと、当該３本の刺激応答性導電繊維２１ａ，２１ｂ，２１ｃ間に配置された弾性を有する樹脂２２とからなるものとしたので、導電繊維束２，３の基準軸に対する加圧ベクトルを正確に検出することができる。
【００５８】
また、加圧ベクトル検出装置１０によれば、導電繊維束２，３の交差点のインピーダンスを計測し、各交差点における導電繊維束２，３に加わっている外部刺激の２次元の外部刺激ベクトルを求め、導電繊維束２，３に加わっている外部刺激の３次元の外部刺激ベクトルを求めることができる。
【００５９】
更に、加圧ベクトル検出装置１０によれば、計測されたインピーダンスに基づく外部刺激の方向を、実際のシート状センサのシート面に加えられている外部刺激の方向に変換する基準方向を、交差点ごとおよび導電繊維束２，３ごとに記憶しているので、算出された２次元の外部刺激ベクトルに基準方向を加算して、導電繊維束２，３がよれている時に２次元の加圧ベクトルを補正することができる。
【００６０】
更にまた、加圧ベクトル検出装置１０によれば、基準方向を求める場合には駆動部１２によって、導電繊維束２を収縮させて、当該収縮時の導電繊維束３に与える加圧ベクトルを求めることによって基準方向を算出できるので、更に精度良く２次元の加圧ベクトルを補正できる。
【００６１】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用したシート状センサおよび加圧ベクトル検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】シート状センサを構成する導電繊維束の断面図である。
【図３】シート状センサにおける刺激応答性導電繊維の接続関係を示す図である。
【図４】加圧ベクトル検出装置を構成する接続切換部の回路図である。
【図５】インピーダンス分布計測部の構成を示すブロック図である。
【図６】刺激応答性導電繊維間の距離と導電繊維束のインピーダンスとの関係を示す図である。
【図７】導電繊維束に加圧力が与えられている状態を示す図である。
【図８】導電繊維束に加圧力が与えられている時の刺激応答性導電繊維の状態を示す図である。
【図９】刺激応答性導電繊維間の距離と刺激応答性導電繊維間の電気容量との関係を示す図である。
【図１０】刺激応答性導電繊維間の距離と導電繊維束に与えられている加圧力との関係を示す図である。
【図１１】ベクトル補正値を求める構成を示すブロック図である。
【図１２】収縮時の加圧角度と、ベクトル補正値と、収縮時の検出角度との関係を示す図である。
【図１３】２本の導電繊維束の交差点から３次元の加圧ベクトルを求める処理を説明する図である。
【図１４】２本の２次元の加圧ベクトルから、３次元の加圧ベクトルを求める処理を説明する図である。
【図１５】本発明を適用したシート状センサおよび加圧ベクトル検出装置の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  加圧ベクトル検出装置
１１  接続切換部
１２  駆動部
１３  インピーダンス分布計測部
１４  次元加圧ベクトル算出部
１５  基準方向記憶部
１６  次元加圧ベクトル補正部
１７  次元加圧ベクトル算出部
１８  制御部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  刺激応答性導電繊維
２２  樹脂
２３  絶縁材
２４  抵抗
３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４，３５  スイッチ
４１  パルス生成部
４２  電圧計測部
４３  記憶部
４４  演算部
４５  制御部
５１，５２  部材
６１  方向差算出部
６２  ベクトル補正部
【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６】
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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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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