(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを測定するセンサユニットをマトリックス状に配置した構造を有する分布測定センサであって、
前記センサユニットは、
せん断応力及び接触圧力の測定に共通に用いられる上部電極と、該上部電極と感圧材料を介して配置された下部電極であってせん断応力、接触圧力の各測定に個別に用いられる電極から構成されるものと、
前記上部電極と前記下部電極との間に働くｘ軸方向のせん断応力を測定するｘ軸せん断応力測定部と、
前記上部電極と前記下部電極との間に働くｙ軸方向のせん断応力を測定するｙ軸せん断応力測定部と、
前記上部電極のｚ軸方向に働く接触圧力を測定する接触圧力測定部とを有しており、
前記マトリックスの同じ列に配置された各センサユニットは各上部電極が該列方向に共通に接続され、前記マトリックスの同じ行に配置された各センサユニットは前記ｘ軸せん断応力測定部、前記ｙ軸せん断応力測定部、前記接触圧力測定部の各下部電極側が各々該行方向に共通に接続されたことを特徴とする分布測定センサ。
【請求項２】
請求項１記載の分布測定センサにおいて、
前記ｘ軸せん断応力測定部及び前記ｙ軸せん断応力測定部は各々前記上部電極の一部と各測定部の前記下部電極側の一部とが上下に（ｚ軸方向に）重なる領域を有し、
前記ｘ軸せん断応力測定部は、ｘ軸方向のせん断応力が働いた場合に前記重なる領域における感圧材料のｘ軸方向のせん断変形による電気抵抗値の変化に基づきｘ軸方向のせん断応力を測定し、
前記ｙ軸せん断応力測定部は、ｙ軸方向のせん断応力が働いた場合に前記重なる領域における感圧材料のｙ軸方向のせん断変形による電気抵抗値の変化に基づきｙ軸方向のせん断応力を測定し、
前記接触圧力測定部は、前記上部電極の一部と該接触圧力測定部の前記下部電極側の全部とが上下に（ｚ軸方向に）重なる領域を有し、ｚ軸方向の接触圧力が働いた場合に該重なる領域における感圧材料のｚ軸方向の変形による電気抵抗値の変化に基づきｚ軸方向の接触圧力を測定することを特徴とする分布測定センサ。
【請求項３】
請求項２記載の分布測定センサにおいて、
前記上部電極はｘ軸方向に平行な辺を有するｘ軸平行部分とｙ軸方向に平行な辺を有するｙ軸平行部分とを有する所定の形状であり、
前記ｘ軸せん断応力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい矩形であって、該矩形の一部の面積が前記ｙ軸平行部分と上下に（ｚ軸方向に）重なり、
前記ｙ軸せん断応力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい矩形であって、該矩形の一部の面積が前記ｘ軸平行部分と上下に（ｚ軸方向に）重なり、
前記接触圧力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい所定の形状であって、該所定の形状の全部の面積が前記上部電極に重なることを特徴とする分布測定センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の分布測定センサにおいて、前記上部電極及び前記下部電極は銅張ポリイミドフィルムを用い、前記感圧素材は導電性高分子材料を用いることを特徴とする分布測定センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の分布測定センサにおいて、前記平面は生体と固体との界面であることを特徴とする分布測定センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の分布測定センサを用いた分布測定センサシステムであって、
前記マトリックスの同じ列に配置された各センサユニットの各上部電極を該列方向に共通に接続した各列ラインを、入力した選択信号に基づき選択可能に構成されたリレー部と、
前記マトリックスの同じ行に配置された各センサユニットの接触圧力測定部の下部電極、ｘ軸せん断応力測定部の下部電極、ｙ軸せん断応力測定部の下部電極を各々該行方向に共通に接続した各行ラインに、入力側が接続した各反転増幅回路により構成された反転増幅回路部と、
前記反転増幅回路部を構成する各反転増幅回路に入力側が接続したＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部の出力側と前記リレー部の入力側とに接続されたコンピュータとを備え、
前記コンピュータから前記リレー部へ選択信号が出力され、該リレー部で該選択信号に基づき列ラインが選択され、該列ラインに接続された各センサユニットの各上部電極へ該リレー部に供給された電源電圧が印加され、該列ラインに接続された各センサユニットの接触圧力測定部、ｘ軸せん断応力測定部、ｙ軸せん断応力測定部に対して働いた各接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧が、各接触圧力測定部、ｘ軸せん断応力測定部、ｙ軸せん断応力測定部の各下部電極から各行ラインへ出力され、該各行ラインに接続された前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの各出力電圧が前記Ａ／Ｄ変換部へ出力され、該Ａ／Ｄ変換部からの出力が該コンピュータへ出力されることにより、該コンピュータは、該選択信号により選択された一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧を処理し、次の列ラインを選択する選択信号を出力することを繰返すことを特徴とする分布測定センサシステム。
【請求項７】
請求項６記載の分布測定センサシステムにおいて、
前記Ａ／Ｄ変換部は、前記反転増幅回路部を構成する反転増幅回路に各々スイッチを介して入力側が接続され、前記コンピュータは、
前記マトリックスの指定された列を選択する選択信号を前記リレー部へ出力させる選択信号制御手段と、
前記選択信号制御手段により出力された選択信号により選択された列について、一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの出力電圧を、前記Ａ／Ｄ変換部の各スイッチを選択することにより該Ａ／Ｄ変換部へ順次入力させるＡ／Ｄ変換部制御手段と、
前記Ａ／Ｄ変換部制御手段により前記Ａ／Ｄ変換部へ入力され該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧データを、各センサユニット毎の接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録する電圧データ記録手段と、
前記センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と各下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理による関係に基づき、前記電圧データ記録手段により各センサユニット毎に接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録された各電圧データを、各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力へ換算する換算手段と、
前記換算手段により換算された各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力を所定の表示形式で前記コンピュータの出力表示部に表示する表示手段と、
前記選択信号制御手段により出力された選択信号により選択された列の次の列を指定して、前記選択信号制御手段からの処理を繰返させる繰返し手段とを備えたことを特徴とする分布測定センサシステム。
【請求項８】
請求項７記載の分布測定センサシステムにおいて、前記換算手段における前記センサユニットに働く接触圧力と下部電極に接続された反転増幅回路からの出力電圧との間の所定の測定原理は、
電源電圧（Ｅ）、接触圧力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖｐ）、反転増幅回路の帰還抵抗（Ｒ）、圧力が無負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗（Ｒ０）、接触圧力が負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗変化量（ΔＲｐ）とすると、以下の式１のように、
【数１】
0006753615.tif 000010
接触圧力による出力電圧（Ｖｐ）は接触圧力による抵抗変化量（ΔＲｐ）のみで表せるという測定原理であることを特徴とする分布測定センサシステム。
【請求項９】
請求項７又は８記載の分布測定センサシステムにおいて、前記換算手段における前記センサユニットに働くｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理は、
電源電圧（Ｅ）、接触圧力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖｐ）、せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖτ：ｘ軸分Ｖτｘとｙ軸分Ｖτｙとの総称）、反転増幅回路の帰還抵抗（Ｒ）、せん断応力が負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗変化量（ΔＲτ：ｘ軸分ΔＲτｘとｙ軸分ΔＲτｙとの総称）とすると、以下の式２のように、
【数２】
0006753615.tif 000011
接触圧力による出力電圧（Ｖｐ）とせん断応力による出力電圧（Ｖτ）とはせん断応力による抵抗変化量（ΔＲτ）のみで表せるという測定原理であることを特徴とする分布測定センサシステム。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載の分布測定センサシステムにおいて、前記表示手段における所定の表示形式は、前記マトリックスに対応させて前記センサユニットの表示を配置し、該センサユニット毎に、接触圧力の大小を所定の色別で示し、ｘ軸せん断応力及びｙ軸せん断応力を合成したせん断応力をベクトルで示すことを特徴とする分布測定センサシステム。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれかに記載の分布測定センサシステムにおける前記コンピュータを動作させる分布測定プログラムであって、該コンピュータに、
前記マトリックスの指定された列を選択する選択信号を前記リレー部へ出力させる選択信号制御ステップ、
前記選択信号制御ステップで出力された選択信号により選択された列について、一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの出力電圧を、前記Ａ／Ｄ変換部の各スイッチを選択することにより該Ａ／Ｄ変換部へ順次入力させるＡ／Ｄ変換部制御ステップ、
前記Ａ／Ｄ変換部制御ステップで前記Ａ／Ｄ変換部へ入力され該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧データを、各センサユニット毎の接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録する電圧データ記録ステップ、
前記センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理による関係に基づき、前記電圧データ記録ステップで各センサユニット毎に接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録された各電圧データを、各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力へ換算する換算ステップ、
前記換算ステップで換算された各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力を所定の表示形式で前記コンピュータの出力表示部に表示する表示ステップ、
前記選択信号制御ステップで出力された選択信号により選択された列の次の列を指定して、前記選択信号制御ステップからの処理を繰返させる繰返しステップを実行させるための分布測定プログラム。
【請求項１２】
請求項１１記載の分布測定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と当該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを同時に測定可能な分布測定センサ、当該分布測定センサを用いた分布測定センサシステム、分布測定プログラム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体接触面、特に生体と物体との界面に生じる接触圧力およびせん断応力の測定は、スポーツ工学または医学等の様々な分野において需要が高い。しかし、それらの測定に用いられるセンサは厚さがある上に硬いため、生体と物体との界面に生じる接触圧力およびせん断応力の直接的な測定ができないという問題点があった。
上記問題点を解決するため、近年、導電性高分子材料であるポリピロール薄膜を感圧素子に用いた薄くてしなやかな接触圧力およびせん断応力を測定するセンサ装置が開発された（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６８８７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記センサ装置は単独で機能する構造であったため、触覚の分布を捉えるには多数のセンサ装置を集積化する必要があった。集積化する際には多数のセンサ装置への取り回し配線の領域が増大し、設計が煩雑となる上、製造コストが増大するという問題があった。このため、生体と物体との界面に適用可能な高空間分解能を有するセンサは未だ実現していない。【０００５】
そこで、本発明の目的は上記問題を解決するためになされたものであり、生体と物体との界面に働く接触圧力およびせん断応力の測定に適用可能な薄くてしなやかなセンサ装置の特徴を備えつつ、且つ触覚の分布を捉えるために多数のセンサ装置を集積化しても取り回し配線の領域を格段に減らすことができ、設計がシンプルとなる上、製造コストの増大を抑えることができる高空間分解能を有する分布測定センサシステム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の分布測定センサは、平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを測定するセンサユニットをマトリックス状に配置した構造を有する分布測定センサであって、前記センサユニットは、せん断応力及び接触圧力の測定に共通に用いられる上部電極と、該上部電極と感圧材料を介して配置された下部電極であってせん断応力、接触圧力の各測定に個別に用いられる電極から構成されるものと、前記上部電極と前記下部電極との間に働くｘ軸方向のせん断応力を測定するｘ軸せん断応力測定部と、前記上部電極と前記下部電極との間に働くｙ軸方向のせん断応力を測定するｙ軸せん断応力測定部と、前記上部電極のｚ軸方向に働く接触圧力を測定する接触圧力測定部とを有しており、前記マトリックスの同じ列に配置された各センサユニットは各上部電極が該列方向に共通に接続され、前記マトリックスの同じ行に配置された各センサユニットは前記ｘ軸せん断応力測定部、前記ｙ軸せん断応力測定部、前記接触圧力測定部の各下部電極側が各々該行方向に共通に接続されたことを特徴とする。【０００７】
ここで、この発明の分布測定センサにおいて、前記ｘ軸せん断応力測定部及び前記ｙ軸せん断応力測定部は各々前記上部電極の一部と各測定部の前記下部電極側の一部とが上下に（ｚ軸方向に）重なる領域を有し、前記ｘ軸せん断応力測定部は、ｘ軸方向のせん断応力が働いた場合に前記重なる領域における感圧材料のｘ軸方向のせん断変形による電気抵抗値の変化に基づきｘ軸方向のせん断応力を測定し、前記ｙ軸せん断応力測定部は、ｙ軸方向のせん断応力が働いた場合に前記重なる領域における感圧材料のｙ軸方向のせん断変形による電気抵抗値の変化に基づきｙ軸方向のせん断応力を測定し、前記接触圧力測定部は、前記上部電極の一部と該接触圧力測定部の前記下部電極側の全部とが上下に（ｚ軸方向に）重なる領域を有し、ｚ軸方向の接触圧力が働いた場合に該重なる領域における感圧材料のｚ軸方向の変形による電気抵抗値の変化に基づきｚ軸方向の接触圧力を測定することができる。【０００８】
ここで、この発明の分布測定センサにおいて、前記上部電極はｘ軸方向に平行な辺を有するｘ軸平行部分とｙ軸方向に平行な辺を有するｙ軸平行部分とを有する所定の形状であり、前記ｘ軸せん断応力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい矩形であって、該矩形の一部の面積が前記ｙ軸平行部分と上下に（ｚ軸方向に）重なり、前記ｙ軸せん断応力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい矩形であって、該矩形の一部の面積が前記ｘ軸平行部分と上下に（ｚ軸方向に）重なり、前記接触圧力測定部の下部電極側は前記上部電極より小さい所定の形状であって、該所定の形状の全部の面積が前記上部電極に重なるものとすることができる。【０００９】
ここで、この発明の分布測定センサにおいて、前記上部電極及び前記下部電極は銅張ポリイミドフィルムを用い、前記感圧素材は導電性高分子材料を用いることができる。【００１０】
ここで、この発明の分布測定センサにおいて、前記平面は生体と固体との界面であるものとすることができる。【００１１】
この発明の分布測定センサシステムは、本発明のいずれかの分布測定センサを用いた分布測定センサシステムであって、前記マトリックスの同じ列に配置された各センサユニットの各上部電極を該列方向に共通に接続した各列ラインを、入力した選択信号に基づき選択可能に構成されたリレー部と、前記マトリックスの同じ行に配置された各センサユニットの接触圧力測定部の下部電極、ｘ軸せん断応力測定部の下部電極、ｙ軸せん断応力測定部の下部電極を各々該行方向に共通に接続した各行ラインに、入力側が接続した各反転増幅回路により構成された反転増幅回路部と、前記反転増幅回路部を構成する各反転増幅回路に入力側が接続したＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部の出力側と前記リレー部の入力側とに接続されたコンピュータとを備え、前記コンピュータから前記リレー部へ選択信号が出力され、該リレー部で該選択信号に基づき列ラインが選択され、該列ラインに接続された各センサユニットの各上部電極へ該リレー部に供給された電源電圧が印加され、該列ラインに接続された各センサユニットの接触圧力測定部、ｘ軸せん断応力測定部、ｙ軸せん断応力測定部に対して働いた各接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧が、各接触圧力測定部、ｘ軸せん断応力測定部、ｙ軸せん断応力測定部の各下部電極から各行ラインへ出力され、該各行ラインに接続された前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの各出力電圧が前記Ａ／Ｄ変換部へ出力され、該Ａ／Ｄ変換部からの出力が該コンピュータへ出力されることにより、該コンピュータは、該選択信号により選択された一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧を処理し、次の列ラインを選択する選択信号を出力することを繰返すことを特徴とする。【００１２】
ここで、この発明の分布測定センサシステムにおいて、前記Ａ／Ｄ変換部は、前記反転増幅回路部を構成する反転増幅回路に各々スイッチを介して入力側が接続され、前記コンピュータは、前記マトリックスの指定された列を選択する選択信号を前記リレー部へ出力させる選択信号制御手段と、前記選択信号制御手段により出力された選択信号により選択された列について、一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの出力電圧を、前記Ａ／Ｄ変換部の各スイッチを選択することにより該Ａ／Ｄ変換部へ順次入力させるＡ／Ｄ変換部制御手段と、前記Ａ／Ｄ変換部制御手段により前記Ａ／Ｄ変換部へ入力され該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧データを、各センサユニット毎の接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録する電圧データ記録手段と、前記センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と各下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理による関係に基づき、前記電圧データ記録手段により各センサユニット毎に接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録された各電圧データを、各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力へ換算する換算手段と、前記換算手段により換算された各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力を所定の表示形式で前記コンピュータの出力表示部に表示する表示手段と、前記選択信号制御手段により出力された選択信号により選択された列の次の列を指定して、前記選択信号制御手段からの処理を繰返させる繰返し手段とを備えることができる。【００１３】
ここで、この発明の分布測定センサシステムにおいて、前記換算手段における前記センサユニットに働く接触圧力と下部電極に接続された反転増幅回路からの出力電圧との間の所定の測定原理は、電源電圧（Ｅ）、接触圧力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖｐ）、反転増幅回路の帰還抵抗（Ｒ）、圧力が無負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗（Ｒ０）、接触圧力が負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗変化量（ΔＲｐ）とすると、以下の式５（特許請求の範囲では式１）のように、【００１４】
【数１】
0006753615.tif 000002
【００１５】
接触圧力による出力電圧（Ｖｐ）は接触圧力による抵抗変化量（ΔＲｐ）のみで表せるという測定原理である。【００１６】
ここで、この発明の分布測定センサシステムにおいて、前記換算手段における前記センサユニットに働くｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理は、電源電圧（Ｅ）、接触圧力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖｐ）、せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の反転増幅回路からの出力電圧（Ｖτ：ｘ軸分Ｖτｘとｙ軸分Ｖτｙとの総称）、反転増幅回路の帰還抵抗（Ｒ）、せん断応力が負荷時の上部電極と下部電極との間の抵抗変化量（ΔＲτ：ｘ軸分ΔＲτｘとｙ軸分ΔＲτｙとの総称）とすると、以下の式６（特許請求の範囲では式２）のように、【００１７】
【数２】
0006753615.tif 000003
【００１８】
接触圧力による出力電圧（Ｖｐ）とせん断応力による出力電圧（Ｖτ）とはせん断応力による抵抗変化量（ΔＲτ）のみで表せるという測定原理である。【００１９】
ここで、この発明の分布測定センサシステムにおいて、前記表示手段における所定の表示形式は、前記マトリックスに対応させて前記センサユニットの表示を配置し、該センサユニット毎に、接触圧力の大小を所定の色別で示し、ｘ軸せん断応力及びｙ軸せん断応力を合成したせん断応力をベクトルで示すことができる。【００２０】
この発明の分布測定プログラムは、本発明のいずれかの分布測定センサシステムにおける前記コンピュータを動作させる分布測定プログラムであって、該コンピュータに、前記マトリックスの指定された列を選択する選択信号を前記リレー部へ出力させる選択信号制御ステップ、前記選択信号制御ステップで出力された選択信号により選択された列について、一列分の各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく前記反転増幅回路部の各反転増幅回路からの出力電圧を、前記Ａ／Ｄ変換部の各スイッチを選択することにより該Ａ／Ｄ変換部へ順次入力させるＡ／Ｄ変換部制御ステップ、前記Ａ／Ｄ変換部制御ステップで前記Ａ／Ｄ変換部へ入力され該Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットからの接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力に基づく電圧データを、各センサユニット毎の接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録する電圧データ記録ステップ、前記センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力と下部電極に接続された各反転増幅回路からの各出力電圧との間の所定の測定原理による関係に基づき、前記電圧データ記録ステップで各センサユニット毎に接触圧力記録域、ｘ軸せん断応力記録域、ｙ軸せん断応力記録域に記録された各電圧データを、各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力へ換算する換算ステップ、前記換算ステップで換算された各センサユニットに働く接触圧力、ｘ軸せん断応力、ｙ軸せん断応力を所定の表示形式で前記コンピュータの出力表示部に表示する表示ステップ、前記選択信号制御ステップで出力された選択信号により選択された列の次の列を指定して、前記選択信号制御ステップからの処理を繰返させる繰返しステップを実行させるための分布測定プログラムである。【００２１】
この発明の記録媒体は、本発明の分布測定プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の分布測定センサは、平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と、当該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを測定するセンサユニットをマトリックスの各要素に配置した構造を有している。センサユニットは上部電極と感圧材料を介して上部電極の下側に配置された下部電極とから構成されている。マトリックスの同じ列に配置されたｘ軸方向の各センサユニットは各上部電極が列方向（ｘ軸方向）に共通に接続線により接続されている。マトリックスの同じ行に配置されたｙ軸方向の各センサユニットは各下部電極が行方向（ｙ軸方向）に共通に別の接続線により接続されている。各センサユニットは上部電極と下部電極とが上下方向（ｚ軸方向）で重なる領域において、上部電極と下部電極との間に働くｘ軸方向のせん断応力を測定するｘ軸せん断応力測定部、上部電極と下部電極との間に働くｙ軸方向のせん断応力を測定するｙ軸せん断応力測定部、および上部電極のｚ軸方向に働く接触圧力を測定する接触圧力測定部を備えている。上部電極は、せん断応力の測定および接触圧力の測定に共通に用いられる。【００２３】
以上の本発明のセンサユニットの構成によれば、接触圧力測定部はｘ軸方向のせん断応力、ｙ軸方向のせん断応力に干渉されずにｚ軸方向の接触圧力のみを検出することができる。このため、接触圧力とｘ軸せん断応力およびｙ軸せん断応力との同時測定が可能となるという効果がある。【００２４】
上述したように、本発明の分布測定センサは多数のセンサユニット（測定点）を各共通の接続線により連結することによって、多くの測定点を上下電極の交点（マトリックスの要素）に配置した。このマトリックス状の構成により、測定点毎に一つずつスキャンして接触圧力、せん断応力の情報を得るのではなく、マトリックスの１列を選択した状態で順次各行を選択することによりセンサユニット（交点）の情報を得ることができる。さらに、繰返し部により次の列を選択して前に選択した列の際と同様にセンサユニットの情報を得る行列型のスキャンを実施することができるという効果がある。【００２５】
以上より、本発明の分布測定センサシステムによれば、生体（指）と物体（容器）との界面に働く接触圧力、せん断応力の測定に適用可能な薄くてしなやかな分布測定センサという特徴を備えつつ、且つ触覚の分布を捉えるために多数のセンサユニットを集積化しても取り回し配線の領域を格段に減らすことができ、設計がシンプルとなる上、製造コストの増大を抑えることができ、高分解能を有する分布測定センサシステム等を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の分布測定センサ１０を示す図である。
【図２】センサユニットＵｉｊを拡大した斜視図である。
【図３】図２に示されるセンサユニットＵｉｊのｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ近傍における垂直方向断面図である。
【図４】図２に示されるセンサユニットＵｉｊの接触圧力測定部Ｕｉｊｐ近傍における垂直方向断面図である。
【図５】センサユニットＵｉｊの形状例を示す平面図である。
【図６】図２に示されるセンサユニットＵｉｊの拡大斜視図と、それに関連付けた上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターンを示す図である。
【図７】図６に示される上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターン示す図と、当該下部電極ＵｉｊＬの電極パターンの一部（センサユニットＵｉ＋１  ｊ＋１）の拡大図である。
【図８】図６に示される上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターンを示す図と、当該上部電極ＵｉｊＨと当該下部電極ＵｉｊＬの各電極パターンを上下（ｚ軸方向。紙面に垂直な方向）に重ねた状態とを示す図である。
【図９】本発明の分布測定センサ１０を用いた分布測定センサシステム４０を示す図である。
【図１０】分布測定センサシステム４０における分布測定センサ１０のマトリックスＭの一部の電極パターンを示す図である。
【図１１】オペアンプ部４２のオペアンプ４２−Ｒｉと、オペアンプ４２−Ｒｉの出力電圧側に接続されるスイッチ部４３ＳＷのスイッチ４３ＳＷ−Ｒｉとの拡大図である。
【図１２】本発明の分布測定センサシステム４０におけるコンピュータＰＣ４４の機能等ブロック５０Ｆを示す図である。
【図１３】本発明の分布測定センサシステム４０におけるコンピュータＰＣ４４を動作させる分布測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】較正実験を行うために作製した較正装置７０の機能を示すための概要図である。
【図１５】実験１の結果である接触圧力ｐに対する出力電圧変化（Ｖｐ／Ｅ）を示すグラフである。
【図１６】実験２の結果であるせん断応力τｘに対する出力電圧変化［｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅ］を示すグラフである。
【図１７】実験３の結果である分布測定センサ１０を円筒状の容器に接着し、人の指で持ち上げた際の接触圧力ｐおよびせん断応力τ（τｘ＋τｙ）の分布を示す図である。
【図１８】実験３の結果である分布測定センサ１０を円筒状の容器（瓶等）に接着し、人の指で持ち上げた際の接触圧力ｐおよびせん断応力τ（τｘ＋τｙ）の分布の他の例を示す図である。
【図１９】センサユニットＵｉｊの他の形状例を示す平面図である。
【図２０】センサユニットＵｉｊの別の形状例を示す平面図である。
【図２１】各実施例において接続線Ｒｉ＋１ｙと上部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｈとが上下に重なる面積の諸影響を説明するための図である。
【図２２】本発明の分布測定プログラムを実行するコンピュータＰＣ４４の内部回路１００を示すブロック図である。
【図２３】図３（Ａ）、（Ｂ）とほぼ同様のセンサユニットＵｉｊのｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ近傍における垂直方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の分布測定センサ１０を示す。図１に示されるように、分布測定センサ１０は平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と、当該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを測定するセンサユニットＵｉｊをマトリックスＭの各要素に配置した構造を有している。ｘ、ｙ、ｚ軸の方向は図１に示す座標軸の通りであり、以下の各図においても各軸の方向を適宜座標軸で示す。図１に示されるセンサユニットＵｉｊのマトリックスＭでは、Ｕｉｊ（行ｉ＝１〜４、列ｊ＝１〜４。）を例示しているが、マトリックスＭの行数および列数は４×４に限定されるものではない。図１に示されるセンサユニットＵｉｊ、例えばセンサユニットＵ１１は上部電極Ｕ１１Ｈと感圧材料（図１では不図示）を介して当該上部電極Ｕ１１Ｈの下側に配置された下部電極Ｕ１１Ｌとから構成されている。センサユニットＵ１１と同じ列にあるセンサユニットＵ２１、Ｕ３１、Ｕ４１も同様に各々上部電極Ｕ２１Ｈと下部電極Ｕ２１Ｌ、上部電極Ｕ３１Ｈと下部電極Ｕ３１Ｌ、上部電極Ｕ４１Ｈと下部電極Ｕ４１Ｌから構成されている。他のセンサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４、ｊ＝２〜４）についても同様であり、図面の都合上、上部電極および下部電極の符号は省略する。図１に示されるように、マトリックスＭの同じ列ｊに配置されたｘ軸方向の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）は各上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４）が列ｊ方向（ｘ軸方向）に共通に接続線Ｃｊにより接続されている。加えて図１に示されるように、マトリックスＭの同じ行ｉに配置されたｙ軸方向の各センサユニットＵｉｊ（ｊ＝１〜４）は各下部電極ＵｉｊＬ（ｊ＝１〜４）が行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉにより接続されている。【００２９】
後に詳述するように、各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）は上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）と下部電極ＵｉｊＬ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）とが上下方向（ｚ軸方向）で重なる領域において、上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）と下部電極ＵｉｊＬ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）との間に働くｘ軸方向のせん断応力を測定するｘ軸せん断応力測定部、上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）と下部電極ＵｉｊＬ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）との間に働くｙ軸方向のせん断応力を測定するｙ軸せん断応力測定部、および上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）のｚ軸方向に働く接触圧力を測定する接触圧力測定部を備えている。図１に示されるように、マトリックスＭの同じ行ｉに配置された各センサユニットＵｉｊ（ｊ＝１〜４）は各下部電極ＵｉｊＬ（ｊ＝１〜４）における、上記ｘ軸せん断応力測定部、上記ｙ軸せん断応力測定部、上記接触圧力測定部を構成する電極（後述するＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙ、ＵｉｊＬｐ）が行ｉ方向に共通に各々接続線Ｒｉｘ、Ｒｉｙ、Ｒｉｐにより接続されている。【００３０】
図２は、センサユニットＵｉｊを拡大した斜視図を示す。図２で図１と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２で、符号Ｕｉｊｐは接触圧力測定部を示し（円で囲んで示す）、ＵｉｊＬｐは接触圧力測定部Ｕｉｊｐを構成する下部電極であり、ｐは上部電極ＵｉｊＨに対してｚ軸方向に働く接触圧力を示す。続いて、符号Ｕｉｊτｘはｘ軸せん断応力測定部を示し（円で囲んで示す）、ＵｉｊＬｘはｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘを構成する下部電極であり、τｘは上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間に働くｘ軸方向のせん断応力を示す。図２で、符号２０、２０ｘ、２０ｐは感圧材料であり、上部電極ＵｉｊＨと左右の下部電極ＵｉｊＬｘおよびＵｉｊＬｐとは感圧材料２０を介し対向して配置されている。上部電極ＵｉｊＨは、せん断応力τｘの測定（ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ）および接触圧力ｐの測定（接触圧力測定部Ｕｉｊｐ）に共通に用いられる。図２に示される感圧材料２０ｘおよび２０ｐは、上記した上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）と下部電極ＵｉｊＬ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）とが上下に（ｚ軸方向に）重なる領域における感圧材料２０を示している。より詳しくは、感圧材料２０ｘはｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおいて上部電極ＵｉｊＨの一部と下部電極ＵｉｊＬｘの一部とがｚ軸方向で重なる領域における感圧材料２０を示し、感圧材料２０ｐは接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおいて上部電極ＵｉｊＨの一部と下部電極ＵｉｊＬｐの全部とがｚ軸方向で重なる領域における感圧材料２０を示す。感圧材料２０、２０ｘ、２０ｐはせん断応力および接触圧力の圧力変換素子であり、導電性高分子材料のポリチオフェンを用いた。ポリチオフェンは作用圧力に応じて厚さ方向の電気抵抗が変化する特性を有している。より詳しくは、作用圧力が加わるのに応じて導電率が上がるという性質を有している。ｙ軸方向のせん断応力およびｙ軸せん断応力測定部については、向きが異なるだけでｘ軸方向のせん断応力τｘおよびｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘと同様であるが、図面の都合上図示は省略し、説明は後述する。【００３１】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示されるセンサユニットＵｉｊのｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ近傍における垂直方向断面図であり、図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図３（Ａ）に示されるように、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘの感圧材料２０ｘにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の厚さ方向の距離はｒである。ここで、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘに対してｘ軸方向にせん断応力τｘが働くと、図３（Ｂ）に示されるように上部電極ＵｉｊＨ側がｘ軸の正方向へずれ、下部電極ＵｉｊＬｘ側がｘ軸の負方向へずれる。この両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、図３（Ｂ）に示されるように感圧材料２０ｘの部分にｘ軸方向のせん断変形が生じる。この結果、感圧材料２０ｘの部分では、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の厚さ方向の距離がｒτとなって元の距離ｒより増加するため、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける電気抵抗が増加する。【００３２】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示されるセンサユニットＵｉｊの接触圧力測定部Ｕｉｊｐ近傍における垂直方向断面図であり、図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図４（Ａ）に示されるように、接触圧力測定部Ｕｉｊｐの感圧材料２０ｐにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の厚さ方向の距離はｒである。ここで、接触圧力測定部Ｕｉｊｐに対してｚ軸方向に接触圧力ｐが働くと、図４（Ｂ）に示されるように感圧材料２０ｐの部分にｚ軸方向の変形が生じる。この結果、感圧材料２０ｐの部分では、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の厚さ方向の距離がｒｐとなって元の距離ｒより減少するため、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける電気抵抗が減少する。【００３３】
図５は、センサユニットＵｉｊの形状例を平面図で示す。図５で、図２と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図５で上部電極ＵｉｊＨの下部にあって見えない電極（または電極の一部）は点線で示し、見えない電極等への引出線も点線で示す（以下同様）。図５ではｙ軸方向のせん断応力τｙ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ（点線円で囲んで示す。当該点線円への引出線も点線で示す。以下、Ｕｉｊτｘ、Ｕｉｊｐについても同様）および下部電極ＵｉｊＬｙも示している。図５に例示されるように、上部電極ＵｉｊＨは正方形で左下隅が欠けた形状（所定の形状）をしている。上部電極ＵｉｊＨは、ｘ軸方向に平行な辺を有するｘ軸平行部分（上部電極ＵｉｊＨの右下辺近傍部分。ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙを構成する上部電極ＵｉｊＨの端辺近傍部分）と、ｙ軸方向に平行な辺を有するｙ軸平行部分（上部電極ＵｉｊＨの左上辺近傍部分。ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘを構成する上部電極ＵｉｊＨの端辺近傍部分）とを有している。【００３４】
図５に示されるように、下部電極ＵｉｊＬｘは上部電極ＵｉｊＨより小さい長方形（矩形）の形状であって、上部電極ＵｉｊＨのｙ軸平行部分において下部電極ＵｉｊＬｘの一部の面積（好適には半分の面積）が上部電極ＵｉｊＨの一部の面積と上下に（ｚ軸方向に）重なるように設計した。当該半分の面積がｘ軸方向にせん断応力τｘが働いていない場合における上述した重なる領域となる。ここで、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間にせん断応力τｘが働くと、上述したように当該重なる領域における感圧材料２０ｘのｘ軸方向のせん断変形により厚さ方向の距離ｒが変化してｒτ（＞ｒ）となる（図３（Ａ）（Ｂ）参照）。この結果、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の電気抵抗値が変化するため、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができる。【００３５】
図５に示されるように、下部電極ＵｉｊＬｙ（ｙ軸せん断応力測定Ｕｉｊτｙ部を構成する下部電極ＵｉｊＬ側部分）も下部電極ＵｉｊＬｘと同様に、上部電極ＵｉｊＨより小さい長方形（矩形）の形状であって、上部電極ＵｉｊＨのｘ軸平行部分において下部電極ＵｉｊＬｙの一部の面積（好適には半分の面積）が上部電極ＵｉｊＨの一部の面積と上下に（ｚ軸方向に）重なるように設計した。当該半分の面積がｙ軸方向にせん断応力τｙが働いていない場合における上述した重なる領域となる。ここで、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｙとの間にせん断応力τｙが働くと、上述したように当該重なる領域における感圧材料２０ｙ（不図示）のｙ軸方向のせん断変形により厚さ方向の距離ｒが変化してｒτ（＞ｒ）となる（図３（Ａ）（Ｂ）でｘ軸をｙ軸に読替えて参照）。この結果、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｙとの間の電気抵抗値が変化するため、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙはｙ軸方向のせん断応力τｙを測定することができる。【００３６】
ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにｙ軸方向のせん断応力τｙが働いた場合、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける上記重なる領域ではｙ軸方向に相互に位置ずれは起きても、ｘ軸方向のせん断変形は生じない。つまり、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の電気抵抗値は変化しない。従って、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｘ軸方向のせん断応力τｘのみを検出することができる。同様に、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにｘ軸方向のせん断応力τｘが働いた場合、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにおける上記重なる領域ではｘ軸方向に相互に位置ずれは起きても、ｙ軸方向のせん断変形は生じない。つまり、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｙとの間の電気抵抗値は変化しない。従って、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙはｘ軸方向のせん断応力τｘに干渉されずにｙ軸方向のせん断応力τｙのみを検出することができる。従って、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬ（下部電極ＵｉｊＬｘおよびＵｉｊＬｙ）との間に任意のｘｙ方向を有するせん断応力τｍ（不図示）が働くと、上記重なる領域における感圧材料２０ｘ、２０ｙには各々せん断応力τｍのｘ軸方向の成分τｍｘ（不図示）、せん断応力τｍのｙ軸方向の成分τｍｙ（不図示）が働くことになる。この結果、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の電気抵抗値はせん断応力τｍｘに応じて変化するため、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｘ軸方向のせん断応力τｍｘを測定することができる。同様に、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｙとの間の電気抵抗値はせん断応力τｍｙに応じて変化するため、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙはｙ軸方向のせん断応力τｍｙを測定することができる。以上より、測定されたせん断応力τｍｘとτｍｙとに基づき、せん断応力τｍの大きさと作用方向とを判別することができる。【００３７】
図５に示されるように、接触圧力測定部Ｕｉｊｐの下部電極ＵｉｊＬｐは正方形の形状（所定の形状）であり、上部電極ＵｉｊＨの中程においてその全部の面積が上部電極ＵｉｊＨの一部の面積と上下に（ｚ軸方向に）重なるように設計した。当該面積がｚ軸方向に接触圧力ｐが働いていない場合における上述した重なる領域となる。【００３８】
ここで、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間に接触圧力ｐが働くと、上述したように当該重なる領域における感圧材料２０ｐのｚ軸方向の変形により厚さ方向の距離ｒが変化してｒｐ（＜ｒ）となる（図４（Ａ）（Ｂ）参照）。この結果、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の電気抵抗値が変化するため、接触圧力測定部Ｕｉｊｐはｚ軸方向の接触圧力ｐを測定することができる。【００３９】
接触圧力測定部Ｕｉｊｐにｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙが働いた場合、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上記重なる領域ではｘ、ｙ軸方向に相互に位置ずれは起きても、ｚ軸方向の辺系は生じない。つまり、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の電気抵抗値は変化しない。従って、接触圧力測定部Ｕｉｊｐはｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。以上により、接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能となる。【００４０】
以上のように、下部電極ＵｉｊＬは接触圧力ｐ、せん断応力τｘ、τｙの各測定に個別に用いられる下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙから構成されている。これに対し、上部電極ＵｉｊＨは接触圧力ｐおよびせん断応力τｘ、τｙの測定に共通に用いられる。【００４１】
上述したように図５に例示される上部電極ＵｉｊＨは正方形で左下隅が欠けた形状をしている。これは下部電極ＵｉｊＬｘの長方形の長辺の長さとｙ軸平行部分の長さとを合わせ、且つ下部電極ＵｉｊＬｙの長方形の長辺の長さとｘ軸平行部分の長さとを合せるため（および後述する各センサユニットＵｉｊの下部電極ＵｉｊＬの接続のため）の設計上の一選択であって、本発明におけるセンサユニットＵｉｊの上部電極ＵｉｊＨの形状は左下隅が欠けた形状に限定されるものではない。【００４２】
図６は、図２に示されるセンサユニットＵｉｊの拡大斜視図（図６（Ａ））と、それに関連付けた上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターンとを示す。図６（Ａ）、（Ｂ）で図１、２、５と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図６（Ａ）に示される上部電極ＵｉｊＨは、図６（Ｂ）の左側に示される電極パターン内の破線円で示されるような位置に形成されており、図５に示される上部電極ＵｉｊＨのように左下隅が欠けた正方形の形状をしている。図６（Ｂ）の左側に示されるように、各上部電極ＵｉｊＨは列ｊ方向（ｘ軸方向）に共通に共通の接続線Ｃｊにより接続されている。図６（Ａ）に示される下部電極ＵｉｊＬｘは、図６（Ｂ）の右側の電極パターン内の矢印で示されるような位置に形成されており、図５に示されるような長方形の形状をしている。図６（Ｂ）の右側に示されるように、各下部電極ＵｉｊＬｘは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｘにより接続されている。図６（Ａ）には示されていないが、下部電極ＵｉｊＬｙは、図６（Ｂ）の右側の電極パターン内の矢印で示されるような位置に形成されており、図５に示されるような長方形の形状をしている。図６（Ｂ）の右側に示されるように、各下部電極ＵｉｊＬｙは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｙにより接続されている。図６（Ａ）に示される下部電極ＵｉｊＬｐは、図６（Ｂ）の右側の電極パターン内の矢印で示されるような位置に形成されており、図５に示されるような正方形の形状をしている。図６（Ｂ）の右側に示されるように、各下部電極ＵｉｊＬｐは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｐにより接続されている。【００４３】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示される上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極材は銅張ポリイミドフィルムを用い、ウェットエッチング処理で上部電極ＵｉｊＨ、下部電極ＵｉｊＬをそれぞれ形成した。上述したように、感圧材料２０、２０ｘ、２０ｙ、２０ｐは導電性高分子材料のポリチオフェンを用いており、当該ポリチオフェンをスクリーン印刷法を用いて上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬに塗布した後、上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬを保護フィルムで貼り合わせた。分布測定センサ１０の厚さは３００μｍに作製した。各センサユニットＵｉｊ（１点の測定領域）のサイズは全体として５．０×５．０ｍｍ２であり、その中に接触圧力測定部Ｕｉｊｐの下部電極ＵｉｊＬｐが正方形電極として０．７×０．７ｍｍ２、せん断応力測定部τｘの下部電極ＵｉｊＬｘとせん断応力測定部τｙの下部電極ＵｉｊＬｙが各々長方形電極として０．５×１．９６ｍｍ２とした。但し、上記サイズは一例であって、本発明における分布測定センサ１０の厚さ、センサユニットＵｉｊの全体としてのサイズ、下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘおよびＵｉｊＬｙのサイズは上記サイズに限定されるものではない。【００４４】
図７は、図６（Ｂ）に示される上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターン（図７（Ａ））と、当該下部電極ＵｉｊＬの電極パターンの一部（センサユニットＵｉ＋１  ｊ＋１）の拡大図（図７（Ｂ））とを示す。図７（Ａ）、（Ｂ）で図１、２、５、６と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図７（Ａ）に示されるように、センサユニット間距離（センサユニットＵｉ＋１  ｊとセンサユニットＵｉ＋１  ｊ＋１との間に例示する。）は１５ｍｍとした。図７（Ｂ）に示されるように、１点の測定領域である各センサユニットＵｉｊのサイズ（センサユニットＵｉ＋１  ｊ＋１で例示する。）は上述したように全体として５．０×５．０ｍｍ２とした。【００４５】
図８は、図６（Ｂ）に示される上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬの電極パターン（図８（Ａ））と、当該上部電極ＵｉｊＨと当該下部電極ＵｉｊＬの各電極パターンを上下（ｚ軸方向。紙面に垂直な方向）に重ねた状態（図８（Ｂ））とを示す。図８（Ａ）、（Ｂ）で図１、２、５、６と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図８（Ｂ）に示されるように、各センサユニットＵｉｊの上部電極ＵｉｊＨは列ｊ方向（ｘ軸方向）に共通に接続線Ｃｊにより接続されている。各センサユニットＵｉｊの各下部電極ＵｉｊＬは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉにより接続されている。より詳しくは、各下部電極ＵｉｊＬｘは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｘにより接続され、各下部電極ＵｉｊＬｙは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｙにより接続され、各下部電極ＵｉｊＬｐは行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉｐにより接続されている。他のセンサユニットに関しても同様であるため、説明は省略する。【００４６】
図９は、上述した本発明の分布測定センサ１０を用いた分布測定センサシステム４０を示す。図９で、図１と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図９で、符号４１はリレー（またはリレーボード）部であり、リレー部４１は上述したマトリックスＭの同じ列ｊ（ｊ＝１〜４）に配置された各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）の各上部電極ＵｉｊＨを当該列ｊ方向に共通に接続した各接続線（列ライン）Ｃｊを、入力した選択信号ＳＥＬに基づき選択可能に構成されている。リレー部４１内には電源電圧Ｅ側に接続された各電源側端子（またはリレー接点）Ｌ１Ｅ〜Ｌ４Ｅと、接地側に接続された各接地側端子Ｌ１Ｇ〜Ｌ４Ｇが設けられている。図９では、選択信号ＳＥＬにより接続線Ｃ２を選択した状態（接続線Ｃ１が接地側端子Ｌ１Ｇに接続され、接続線Ｃ３が接地側端子ＬＧ３に接続され、接続線Ｃ４が接地側端子Ｌ４Ｇに接続されており、接続線Ｃ２が電源側端子Ｌ２Ｅに接続されている状態）を例示している。符号４２はオペアンプ部（反転増幅回路部）であり、オペアンプ部４２は上記マトリックスＭの同じ行ｉ（ｉ＝１〜４）に配置された各センサユニットＵｉｊ（ｊ＝１〜４）の接触圧力測定部Ｕｉｊｐの下部電極ＵｉｊＬｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘの下部電極ＵｉｊＬｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの下部電極ＵｉｊＬｙを各々当該行ｉ方向に共通に接続した接続線（行ライン）Ｒｉ（下部電極ＵｉｊＬｐに対してはＲｉｐ、下部電極ＵｉｊＬｘに対してはＲｉｘ、下部電極ＵｉｊＬｙに対してはＲｉｙ。図１参照）に、入力側が接続した各行オペアンプ（反転増幅回路）４２−Ｒｉ（ｉ＝１〜４）により構成されている。符号４３はＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換部）であり、Ａ／Ｄコンバータ４３はオペアンプ部４２を構成する各行オペアンプ部４２−Ｒｉにスイッチ部４３ＳＷの各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉ（ｉ＝１〜４）を介して入力側が接続している。オペアンプ部４２およびスイッチ部４３ＳＷに関する詳細は後述する。符号４４はＡ／Ｄコンバータ４３の出力側とリレー部４１の入力側とに接続されたコンピュータ（パーソナルコンピュータ）ＰＣである。図９に示される分布測定センサ１０のマトリックスＭでは、Ｕｉｊ（行ｉ＝１〜４、列ｊ＝１〜４）を例示しているが、上述したようにマトリックスＭの行数および列数は４×４に限定されるものではない。【００４７】
次に、図９を参照して本発明の分布測定センサシステム４０の動作について説明する。図９に示されるように、まずコンピュータＰＣ４４からリレー部４１へ接続線Ｃｊ（列ｊ）を選択する選択信号ＳＥＬが出力され、リレー部４１で選択信号ＳＥＬに基づき接続線Ｃｊが選択される（または、リレー接点Ｌ１Ｅ〜Ｌ４Ｅが選択される）。選択された接続線Ｃｊに接続された各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）の各上部電極ＵｉｊＨへリレー部４１に供給された電源電圧Ｅが印加される。選択された接続線Ｃｊに接続された各センサユニットＵｉｊの接触圧力測定部Ｕｉｊｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙに対して働いた各接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電気抵抗の変化に応じた電圧が、各接触圧力測定部Ｕｉｊｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの各下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙから各接続線Ｒｉｐ、Ｒｉｘ、Ｒｉｙへ出力される。各接続線Ｒｉ（Ｒｉｐ、Ｒｉｘ、Ｒｉｙ）に接続されたオペアンプ部４２の各行オペアンプ４２−Ｒｉ部からの各出力電圧がスイッチ部４３ＳＷの各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを介してＡ／Ｄコンバータ４３へ出力される。Ａ／Ｄコンバータ４３からの出力がコンピュータＰＣ４４へ出力されることにより、コンピュータＰＣ４４は、選択信号ＳＥＬにより選択された一列ｊ分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）からの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電圧を処理（後述する電圧から各圧力への変換処理および各圧力の表示処理）し、次の接続線Ｃｊ＋１を選択する選択信号を出力すること（リレー制御）を順次繰返す。【００４８】
図１０は、図９に示される分布測定センサシステム４０における分布測定センサ１０のマトリックスＭの一部の電極パターンを示す。図１０で、図１と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１０は、図８（Ｂ）に示される上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬの各電極パターンを上下に重ねた状態を示す図を、左へ９０°回転させた図に相当する。図１０では一部のセンサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜３）について示している。第１列の各センサユニットＵ１１、Ｕ２１、Ｕ３１の上部電極Ｕ１１Ｈ、Ｕ２１Ｈ、Ｕ３１Ｈ（不図示）は第１列方向（ｘ軸方向）に共通に接続線Ｃ１により接続されている。他の第２列、第３列のセンサユニットＵｉ２、Ｕｉ３（ｉ＝１〜３）ついても同様であるため、説明は省略する。センサユニットＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３の各下部電極Ｕ１ｊＬ（ｊ＝１〜３）は第１行方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒ１により接続されている。より詳しくは、各下部電極Ｕ１ｊＬｘ（ｊ＝１〜３）は第１行方向に共通に接続線Ｒ１ｘにより接続され、各下部電極Ｕ１ｊＬｙ（ｊ＝１〜３）は第１行方向に共通に接続線Ｒ１ｙにより接続され、各下部電極Ｕ１ｊＬｐ（ｊ＝１〜３）は第１行方向に共通に接続線Ｒ１ｐにより接続されている。他の第２行、第３行のセンサユニットＵ２ｊ、Ｕ３ｊ（ｊ＝１〜３）ついても同様であるため、説明は省略する。【００４９】
図１１は、図９に示されるオペアンプ部４２の行オペアンプ部４２−Ｒｉと、行オペアンプ部４２−Ｒｉの出力電圧側に接続されるスイッチ部４３ＳＷのスイッチ４３ＳＷ−Ｒｉとの拡大図を示す。図１１で、図９と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図１１に示されるように、行オペアンプ部４２−Ｒｉは接触圧力測定部Ｕｉｊｐの下部電極ＵｉｊＬｐからの接続線Ｒｉｐに接続されたオペアンプＯＰｉｐと、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘの下部電極ＵｉｊＬｘからの接続線Ｒｉｘに接続されたオペアンプＯＰｉｘと、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの下部電極ＵｉｊＬｙからの接続線Ｒｉｙに接続されたオペアンプＯＰｉｙとから構成されている。図１１で、符号Ｒ０は接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙが無負荷時における上部電極ＵｉｊＨと各下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙとの間の電極間抵抗であり、無負荷時には３つの電極間抵抗が等しくなる（＝Ｒ０。例えば１０〜１００ｋΩ）ように設計されており、オペアンプＯＰｉｐ、Ｏｐｉｘ、ＯＰｉｙの入力側抵抗となっている。符号Ｒは帰還抵抗（例えば１〜１０ｋΩ）、Ｅは上述したセンサユニットＵｉｊに印加された電源電圧（例えば５Ｖ）であり、オペアンプＯＰｉｐ、Ｏｐｉｘ、ＯＰｉｙの入力電圧となっている。符号Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙは各々オペアンプＯＰｉｐ、ＯＰｉｘ、ＯＰｉｙの出力電圧である。符号４３ＳＷ−ＲｉｐはオペアンプＯＰｉｐの出力側と接続されるスイッチ４３ＳＷ−Ｒｉにおけるスイッチ、４３ＳＷ−ＲｉｘはオペアンプＯＰｉｘの出力側と接続されるスイッチ４３ＳＷ−Ｒｉにおけるスイッチ、４３ＳＷ−ＲｉｙはオペアンプＯＰｉｙの出力側と接続されるスイッチ４３ＳＷ−Ｒｉにおけるスイッチである。【００５０】
ここで、センサユニットＵｉｊに接触圧力ｐが負荷された場合、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の電極間抵抗がΔＲｐ変化し、オペアンプＯＰｉｐの入力側抵抗Ｒ０はＲ０＋ΔＲｐとなる。出力電圧Ｖｉｐ(以下の式では単に「Ｖｐ」と略す。)は以下の式１で表される。【００５１】
【数３】
0006753615.tif 000004
【００５２】
センサユニットＵｉｊにせん断応力τｘが負荷された場合、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の電極間抵抗がΔＲτｘ変化し、オペアンプＯＰｉｘの入力側抵抗Ｒ０はＲ０＋ΔＲｐ＋ΔＲτｘとなる。出力電圧Ｖｉτｘ(以下の式では単に「Ｖτｘ」と略す。)は以下の式２で表される。【００５３】
【数４】
0006753615.tif 000005
【００５４】
センサユニットＵｉｊにせん断応力τｙが負荷された場合、上部電極ＵｉｊＨと各下部電極ＵｉｊＬｙとの間の電極間抵抗がΔＲτｙ変化し、オペアンプＯＰｉｙの入力側抵抗Ｒ０はＲ０＋ΔＲｐ＋ΔＲτｙとなる。出力電圧Ｖｉτｙ(以下の式では単に「Ｖτｙ」と略す。)は以下の式３で表される。【００５５】
【数５】
0006753615.tif 000006
【００５６】
上述した各出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙは、コンピュータＰＣ４４からの制御に基づき各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉｐ、４３ＳＷ−Ｒｉｘ、４３ＳＷ−Ｒｉｙが順次開閉することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３側へ出力されていく。詳細は後述する。なお、式２と式３とを纏めて式４のように表す。式４で、ΔＲτは電極間抵抗の変化量ΔＲτｘ、ΔＲτｙを纏めた電極間抵抗の変化量、ＶτはオペアンプＯＰｉｘ、ＯＰｉｙの各出力電圧Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙを纏めた上、上記のように添え字ｉを略した出力電圧である。【００５７】
【数６】
0006753615.tif 000007
【００５８】
図１２は、本発明の分布測定センサシステム４０におけるコンピュータＰＣ４４の機能（プログラム、ソフトウェアの機能）および記録領域（メモリ、ハードディスク等）６０を示す機能等ブロック５０Ｆを示す。図１２で、符号４５はコンピュータＰＣ４４の処理結果等を表示するディスプレイ（出力表示部）、４６はコンピュータＰＣ４４へ指示、データ等を入力するキーボード、マウス等の入力装置である。以下、図１２に示される機能等ブロック５０Ｆと図９に示される分布測定センサシステム４０とを用いて、コンピュータＰＣ４４で動作するプログラムにつき説明する。以下では図１または図９に示されるマトリックスＭをｍ行×ｎ列とする。【００５９】
図１２の機能等ブロック５０Ｆに示される選択信号制御部（選択信号制御手段）５１は、マトリックスＭの指定された列ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を選択する選択信号ＳＥＬをリレー部４１へ出力させる。【００６０】
上述したように、Ａ／Ｄコンバータ４３はオペアンプ部４２を構成する各行オペアンプ部４２−Ｒｉにスイッチ部４３ＳＷの各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉ（ｉ＝１〜ｍ）を介して入力側が接続している（図１１参照）。図１２の機能等ブロック５０Ｆに示されるＡ／Ｄコンバータ制御部（Ａ／Ｄ変換部制御手段）５２は、選択信号制御部５１により出力された選択信号ＳＥＬにより選択された列ｊについて、一列ｊ分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）から得られた接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づくオペアンプ部４２の各行オペアンプ部４２−Ｒｉからの出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙを、Ａ／Ｄコンバータ４３の各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを順次選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ順次入力させる。具体的には、まず選択された列ｊの第１行のセンサユニットＵ１ｊから得られた接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく行オペアンプ部４２−Ｒ１からの出力電圧Ｖ１ｐ、Ｖ１τｘ、Ｖ１τｙを、スイッチ４３ＳＷ−Ｒ１を選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ入力させる。次に、列ｊの第２行のセンサユニットＵ２ｊから得られた接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく行オペアンプ部４２−Ｒ２からの出力電圧Ｖ２ｐ、Ｖ２τｘ、Ｖ２τｙを、スイッチ４３ＳＷ−Ｒ２を選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ入力させる。以上の処理を続けて列ｊの第ｍ行のセンサユニットＵｍｊから得られた接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく行オペアンプ部４２−Ｒｍからの出力電圧Ｖｍｐ、Ｖｍτｘ、Ｖｍτｙを、スイッチ４３ＳＷ−Ｒｍを選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ入力させる。以上により、ＳＥＬにより選択された列ｊについて、一列ｊ分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）から得られた接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づくオペアンプ部４２の各行オペアンプ部４２−Ｒｉからの出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙを、Ａ／Ｄコンバータ４３の各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを順次選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ順次入力させる。【００６１】
図１２の機能等ブロック５０Ｆに示される電圧データ記録部（電圧データ記録手段）５３は、Ａ／Ｄコンバータ制御部５２によりＡ／Ｄコンバータ４３へ入力され、Ａ／Ｄコンバータ４３によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットＵｉｊからの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄを、各センサユニットＵｉｊ毎の接触圧力記録エリア（接触圧力記録域）６１、ｘ軸せん断応力記録エリア（ｘ軸せん断応力記録域）６２、ｙ軸せん断応力記録エリア（ｙ軸せん断応力記録域）６３に記録する。具体的には、選択信号ＳＥＬにより選択された列ｊについて、一列分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）から順次得られ、各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉ（ｉ＝１〜ｍ）を順次選択することによりＡ／Ｄコンバータ４３へ順次入力され、Ａ／Ｄコンバータ４３によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）からの電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄを、各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）毎の接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３に記録する。後述する繰返し部５６が次の列ｊ＋１を選択し、電圧データ記録部５３が列ｊ＋１とについて上記と同様の処理を行うことにより、センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）に対応するｍ×ｎ個の各接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３にＡ／Ｄ変換された各電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄ（各ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ分）を記録していく。【００６２】
図１２の機能等ブロック５０Ｆに示される換算部（換算手段）５４は、センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙと、各下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙに接続された各オペアンプＯＰｉｐ、ＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの各出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙとの間の所定の測定原理による関係に基づき、電圧データ記録部５３により各センサユニットＵｉｊ毎に接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３に記録された各電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄを、各センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙへ換算する。【００６３】
以下では、上記所定の測定原理につき説明する。まず、換算部５４におけるセンサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐと下部電極ＵｉｊＬｐに接続された各オペアンプＯＰｉｐからの各出力電圧Ｖｉｐとの間の所定の測定原理（１）について説明する。上述した式１は以下の式５のように表すことができる。【００６４】
【数７】
0006753615.tif 000008
【００６５】
式５に示されるように、接触圧力ｐによる出力電圧Ｖｐは接触圧力ｐによる抵抗変化量（ΔＲｐ）のみで表すことができる。従って、上記所定の測定原理（１）とは予め実験により接触圧力ｐとそれに対する式５左辺（Ｖｐ／Ｅ）との関係を得ておけば、その後は出力電圧Ｖｐを測定することにより当該関係から接触圧力ｐを得る（換算する）ことができるという測定原理である。上述したように、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙが働いた場合、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上記重なる領域ではｘ、ｙ軸方向に相互に位置ずれは起きても、ｚ軸方向の変形は生じない。従って、出力電圧Ｖｐを測定することにより、ｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。【００６６】
次に、換算部５４におけるセンサユニットＵｉｊに働くｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙと、各下部電極ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙに接続された各オペアンプＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの各出力電圧Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙとの間の所定の測定原理（２）について説明する。説明の便宜上、上述したようにｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙはせん断応力τに纏め、出力電圧Ｖｉτｘ、ＶｉτｙはＶτに纏め、電極間抵抗の変化量ΔＲτｘ、ΔＲτｙはΔＲτに纏める。式１および式４から以下の式６を得ることができる。【００６７】
【数８】
0006753615.tif 000009
【００６８】
式６に示されるように、接触圧力による出力電圧Ｖｐとせん断応力による出力電圧Ｖτとはせん断応力による抵抗変化量ΔＲτのみで表すことができる。即ち、ｘ軸、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ、Ｕｉｊτｙにおける接触圧力ｐによる抵抗変化分を排除し、せん断応力τ（τｘ、τｙ）のみを検出することができる。従って、上記所定の測定原理（２）とは予め実験によりせん断応力τ（τｘ、τｙ）とそれに対する式６左辺｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅとの関係を得ておけば、その後は出力電圧ＶτおよびＶｐを測定することにより当該関係からせん断応力τを得る（換算する）ことができるという測定原理である。上述したように、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｘ軸方向のせん断応力τｘのみを検出することができる。せん断応力測定部Ｕｉｊτｙはｘ軸方向のせん断応力τｘに干渉されずにｙ軸方向のせん断応力τｙのみを検出することができる。従って、測定されたせん断応力τｘとτｙとに基づき、せん断応力τの大きさおよび作用方向を判別することができる。なお、帰還抵抗Ｒを調整することにより、測定する接触圧力ｐ、せん断応力τの感度を調整することができる。【００６９】
図１２の機能等ブロック５０Ｆに示される表示部（表示手段）５５は、換算部５４により換算された各センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙを所定の表示形式でコンピュータＰＣ４４のディスプレイ４５に表示する。所定の表示形式については後述する。【００７０】
図１２の機能等ブロック５０Ｆに示される繰返し部（繰返し手段）５６は、選択信号制御部５１により出力された選択信号ＳＥＬによって選択された列ｊの次の列ｊ＋１を指定して、選択信号制御部５１から表示部５５までの処理を繰返させる。【００７１】
以上、本発明の分布測定センサシステム４０におけるコンピュータＰＣ４４の機能（プログラム、ソフトウェアの機能）について説明した。これとは別に、コンピュータＰＣ４４側はリレー部４１側へマトリックスＭの列ｊ（ｊ＝１〜ｎ）選択を開始する開始信号ＳＴＡＲＴを送り、リレー部４１側ではその後の列ｊの選択の繰返し（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ２、・・・）を所定の同期信号に基づきハードウェアで実行するように構成することもできる。ＰＣ４４側のＡ／Ｄコンバータ制御部５２および電圧データ記録部５３は、当該同期信号に基づき、送られてきた出力電圧をＡ／Ｄ変換し、接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３に電圧データを記録する。所望の時間経過後にコンピュータＰＣ４４側はリレー部４１側へマトリックスＭの列ｊ（ｊ＝１〜ｎ）選択を終了する終了信号ＳＴＯＰを送り、リレー部４１側は列ｊの選択を終了するというように実行してもよい。図１２の機能等ブロック５０Ｆに示されるコンピュータＰＣ４４の機能（プログラム、ソフトウェアの機能）は、上述したように一部をハードウェアで実現することも可能である。【００７２】
上述したように、本発明の分布測定センサ１０は感圧材料２０ｐ、２０ｘ、２０ｙ、２０等を挟んだ上部電極ＵｉｊＨおよび下部電極ＵｉｊＬをマトリックスＭ（複数の縦長（列）と複数の横長（行））状に配置する形状とし、多数のセンサユニットＵｉｊ（測定点）を接続線ＣｉおよびＲｉにより連結することによって、多くの測定点を上下電極の交点（マトリックスＭの要素）に配置することができた。このマトリックス状の構成により、測定点毎に一つずつスキャンして接触圧力、せん断応力の情報を得るのではなく、マトリックスＭの１列ｊを選択した状態で、上述したように各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを順次選択することにより順次行ｉ（ｉ＝１〜ｍ）を選択してセンサユニットＵｉｊ（交点）の情報を得ることができる。さらに、繰返し部５６（後述）により次の列ｊ＋１を選択して列ｊの際と同様にセンサユニットＵｉｊ＋１の情報を得る行列型のスキャンを実施することができる。この結果、接触圧力、せん断応力の分布を捉えるために多数のセンサユニットＵｉｊを集積化しても取り回し配線の領域を格段に減らすことができ、設計がシンプルとなる上、製造コストの増大を抑えることができ、接触圧力／およびせん断応力分布の高分解能化が画期的に進展するという顕著な効果を奏することができる。【００７３】
図１３は、本発明の分布測定センサシステム４０におけるコンピュータＰＣ４４を動作させる分布測定プログラムの処理の流れをフローチャートで示す。図１３に示されるように、まずマトリックスＭの行数を変数ｍに設定し、列数をｎに設定し（ステップＳ１０）、列数を表す変数ｊに１を設定する（ステップＳ１２）。【００７４】
次に、マトリックスＭの指定された列Ｃｊを選択する選択信号ＳＥＬをリレー部４１へ出力させる（選択信号制御ステップ。ステップＳ１４）。続いて、選択信号制御ステップ（ステップＳ１４）で出力された選択信号ＳＥＬにより選択された列Ｃｊについて、一列分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）からの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく行オペアンプ部４２−Ｒｉの各オペアンプＯＰｉｐ、ＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの各出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙを、Ａ／Ｄコンバータ４３の各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを選択することにより、Ａ／Ｄコンバータ４３へ順次入力させる（Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換部）制御ステップ。ステップＳ１６）。【００７５】
Ａ／Ｄコンバータ制御ステップ（ステップＳ１６）でＡ／Ｄコンバータ４３へ入力され、Ａ／Ｄコンバータ４３によりＡ／Ｄ変換された各センサユニットＵｉｊからの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄを、各センサユニットＵｉｊ毎の接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３に記録する（電圧データ記録ステップ。ステップＳ１８）。【００７６】
センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙと、各下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙに接続された各オペアンプＯＰｉｐ、ＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの各出力電圧Ｖｉｐ、Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙとの間の所定の測定原理（上記測定原理（１）および（２））による関係に基づき、電圧データ記録ステップ（ステップＳ１８）で各センサユニットＵｉｊ毎に接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３に記録された各電圧データＶｐｄ、Ｖτｘｄ、Ｖτｙｄを、各センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙへ換算する（換算ステップ。ステップＳ２０）。【００７７】
換算ステップ(ステップＳ２０)で換算された各センサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙを所定の表示形式でコンピュータＰＣ４４のディスプレイ４５に表示する（表示ステップ。ステップＳ２２）。【００７８】
選択信号制御ステップ（ステップＳ１４）で出力された選択信号ＳＥＬにより選択された列ｊの次の列ｊ＋１を指定して（ｊをｊ＋１と増加する。ステップＳ２４）、新たなｊがマトリックスＭの列数ｎ以下の場合（ステップＳ２６で「はい」の場合）は選択信号制御ステップ（ステップ１４）から、ｎより大きい場合（ステップＳ２６で「いいえ」の場合）はステップ１２から、表示ステップ（ステップＳ２２）までの処理を繰返させる（繰返しステップ）。【００７９】
コンピュータＰＣ４４のキーボード等の入力装置４６から終了指示等が入力された場合（ステップＳ３０）、分布測定プログラムの処理を終了する。【００８０】
実験方法．
上述したように、本発明の分布測定センサシステム４０によれば、センサユニットＵｉｊの接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能である。ここでは、その同時測定の有効性を検討するために、作製したセンサユニットＵｉｊの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘおよびｙ軸せん断応力τｙの較正実験を行った。図１４は、較正実験を行うために作製した較正装置７０の機能を示すための概要図である。図１４に示されるように、Ｘ−Ｙステージ７４上には分布測定センサ１０が設置されており（分布測定センサシステム４０の他の装置等は不図示）、較正装置７０は接触圧力ｐ用のアクチュエータ７１（１台）と、せん断応力τ用のアクチュエータ７２（ｘ軸用）およ７３（ｙ軸用）（２台）とにより、Ｘ−Ｙステージ７４上の分布測定センサ１０に任意の接触圧力ｐおよびせん断応力τｘ、τｙを作用させる構造となっている。アクチュエータ７１、７２および７３の先端には圧縮型ロードセル７６をそれぞれ設置している。【００８１】
上述した測定原理（１）とは、予め実験により接触圧力ｐとそれに対する式５の左辺（Ｖｐ／Ｅ）との関係を得ておけば、その後は出力電圧Ｖｐを測定することにより当該関係から接触圧力ｐを得る（換算する）ことができるという測定原理である。実験１はこの測定原理（１）を確認するための実験であり、具体的には較正装置７０を用いて１００ｋＰａまでの接触圧力ｐをセンサユニットＵｉｊに負荷する実験（実験１）を行った。【００８２】
上述した測定原理（２）とは、予め実験によりせん断応力τ（τｘ、τｙ）とそれに対する式６の左辺｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅとの関係を得ておけば、その後は出力電圧ＶτおよびＶｐを測定することにより当該関係からせん断応力τを得る（換算する）ことができるという測定原理である。実験２はこの測定原理（２）の確認と共に、センサユニットＵｉｊの接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ（ｙ軸せん断応力τｙ）との同時測定が可能であることを確認するための実験である。具体的には較正装置７０を用いて５０ｋＰａおよび１００ｋＰａの接触圧力ｐを作用させた状態で−４０〜４０ｋＰａのｘ軸せん断応力τｘをセンサユニットＵｉｊに負荷する実験（実験２）を行った。なお、ｙ軸せん断応力τｙを作用させた場合の実験は本明細書では省略する。【００８３】
上述したように、本発明の目的の一つは生体と物体との界面に働く接触圧力およびせん断応力の測定に適用可能な高空間分解能を有する分布測定センサシステム等を提供することにある。そこで、分布測定センサ１０を円筒状の容器（例えば瓶）に接着し、人の指で持ち上げた際の接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙの変化を測定する実験（実験３）を行った。即ち、上述したｘ軸およびｙ軸からなる平面は生体と固体との界面とすることが好適である。実験３では生体として人の指、固体として容器を取り上げたが、これは一例であって生体は人の指、固体は容器に限定されるものではない。【００８４】
実験１の結果と考察．
図１５は、実験１の結果である接触圧力ｐに対する出力電圧変化（Ｖｐ／Ｅ）を示すグラフである。図１５で、横軸は分布測定センサ１０のセンサユニットＵｉｊ（１測定点）に印加した（作用させた）接触圧力ｐ（ｋＰａ）であり、縦軸は式５の左辺（Ｖｐ／Ｅ）、即ち図１１に示されるオペアンプＯＰｉｐからの出力電圧Ｖｐ（厳密にはＶｉｐ）に基づく値である。図１５に示されるように、作用させた接触圧力ｐに対してほぼ線形的な出力電圧変化（Ｖｐ／Ｅ）が見られることがわかる。従って、出力電圧Ｖｐを測定することにより図１５に示されるグラフに基づき、作用した接触圧力ｐを得ることができる。式５では接触圧力ｐ＝０の時、つまり接触圧力ｐによる抵抗変化量ΔＲｐ＝０の時、右辺＝−Ｒ／Ｒ０となり０とはならないが、図１５では０になっているように見える。しかし、無負荷時の電極間抵抗Ｒ０が帰還抵抗Ｒに対して十分大きい場合、当該右辺は０となる。【００８５】
実験２の結果と考察．
図１６は、実験２の結果であるせん断応力τｘに対する出力電圧変化［｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅ］を示すグラフである。図１６で、横軸は分布測定センサ１０のセンサユニットＵｉｊ（１測定点）に印加した（作用させた）せん断応力τｘ（ｋＰａ）であり、縦軸は式６の左辺［｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅ］、即ち図１１に示されるオペアンプＯＰｉｐからの出力電圧Ｖｐ（厳密にはＶｉｐ）、オペアンプＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの出力電圧Ｖτ（厳密にはＶｉｘおよびＶｉｙによる電圧）に基づく値である。図１６では横軸がせん断応力τｘとなっているが、せん断応力τｙについても同様の測定結果を得ることができたため、横軸のせん断応力τｘはせん断応力τｘとτｙとを纏めたτを代表させたものである。図１６（原図）では、５０ｋＰａの接触圧力ｐを作用させた状態におけるせん断応力τｘに対する出力電圧変化を赤丸で示し、１００ｋＰａの接触圧力ｐを作用させた状態におけるせん断応力τｘに対する出力電圧変化を青丸で示している。図１６（白黒）では赤丸が濃い丸で青丸は薄い丸のように示されている。図１６に示されるように、作用させたせん断応力τｘに対してほぼ線形的な出力電圧変化［｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅ］が見られることがわかる。従って、出力電圧Ｖｐ、Ｖτｘを測定することにより図１６に示されるグラフに基づき、作用したせん断応力τｘを得ることができる。さらに、接触圧力ｐを５０ｋＰａ、１００ｋＰａと変化させてもせん断応力τｘと出力電圧変化［｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅ］との関係（線形）はいずれも変化しなかったことから、複合的な負荷を行っても接触圧力ｐとせん断応力τｘとを独立して測定できることがわかる。つまり、センサユニットＵｉｊの接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ（およびτｙ）との同時測定の有効性が証明された。【００８６】
実験３の結果と考察．
図１７は、実験３の結果である分布測定センサ１０を円筒状の容器（瓶等）に接着し、人の指で持ち上げた際の接触圧力ｐおよびせん断応力τ（τｘ＋τｙ）の分布を示す。図１７（Ａ）は円筒状の容器に接着した分布測定センサ１０（３行×３列のマトリックスＭ１）を人の指で持ち上げた際の写真である。分布測定センサシステム４０の他の装置等の全体は撮影省略とした。図１７（Ａ）に示されるように、分布測定センサ１０を人差指と薬指とで掴み（各々マトリックスＭ１の第１行、第３行）、中指は外している（マトリックスＭ１の第２行は触れていない）。【００８７】
図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）の状態の際に表示部５５がディスプレイ４５に表示した画像を示す。以下、表示部５５における所定の表示形式について説明する。分布測定センサ１０のマトリックスＭ１における各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜３）は、図１７（Ｂ）に示されるように対応する要素の位置に四角形として表示されている。図１７（Ｂ）で、容器に作用する接触圧力ｐの大きさは四角形の色で表している（色は原図におけるものである。以下同様）。接触圧力ｐの大きさは図１７（Ｂ）の右側のバーに示されるように、強い程（Ｈｉｇｈ）赤色側の波長の色となり、弱い程（Ｌｏｗ）紫色側の波長の色となっている。図１７（Ｂ）の左側にはマトリックスＭ１の各行に対応させて掴む指が示されており、マトリックスＭ１の第１行が人差指、第２行が中指、第３行が薬指であり、マトリックスＭ１の左側（第１列側）が各指の指先方向となっている。図１７（Ａ）の写真に示される掴み方と対応させて図１７（Ｂ）を見ると、人差指はマトリックスＭ１の第１行を軽く掴んでいるため容器に作用する接触圧力ｐの大きさは中程度となり、センサユニットＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３に対応する四角形は青色で表示されている。中指はマトリックスＭ１を掴んでいないため容器に作用する接触圧力ｐは０となり、センサユニットＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３に対応する四角形は紫色で表示されている。これに対して薬指はマトリックスＭ１の第３行を強く掴んでいるため容器に作用する接触圧力ｐは大きくなり、センサユニットＵ３１、Ｕ３２、Ｕ３３に対応する四角形は明るい青色または赤色で表示されている。【００８８】
図１７（Ｂ）で、容器に作用するせん断応力τの方向と大きさとは四角形の中心から外側へ伸びている線の向きと長さとでベクトル状に表している。図１７（Ｂ）に示されるように、各センサユニットＵｉｊに作用するせん断応力τｘとτｙとを合成したせん断応力はτｉｊと表している。例えば人差指の指先によるせん断応力τ１１に対応する線は四角形の中心から外側へ右上４５度方向で長めに表示されているため、右上４５度方向に作用する強めのせん断応力であることがわかる。中指はマトリックスＭ１を掴んでいないため容器に作用するせん断応力τ２ｊ（ｊ＝１〜３）は０となり、センサユニットＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３に対応する四角形から外側へ線は表示されていない。薬指の中程によるせん断応力τ３２に対応する線は四角形の中心から外側へ右上４５度方向でかなり長めに表示されているため、右上４５度方向に作用するかなり強めのせん断応力であることがわかる。他のせん断応力τｉｊについての説明は省略するが、容器を持った時に容器には上向きのせん断応力がかかることが容易にわかるように表示されている。以上より、接触圧力ｐおよびせん断応力τｉｊの各分布が列ごとの干渉もなく良好に測定されていることがわかる。【００８９】
図１８は、実験３の結果である分布測定センサ１０を円筒状の容器（瓶等）に接着し、人の指で持ち上げた際の接触圧力ｐおよびせん断応力τ（τｘ＋τｙ）の分布の他の例を示す。図１８は図１７に示される容器の持ち方を変えた例を示しており、図１８（Ａ）、（Ｂ）は図１７（Ａ）、（Ｂ）と対応し、図１７（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号、名称を付した要素は同じ意味を有するため、説明は省略する。図１８（Ａ）に示されるように、分布測定センサ１０を中指だけで掴み（マトリックスＭ１の第２行）、人差指と薬指とは外している（マトリックスＭ１の第１行および第３行は触れていない）。【００９０】
図１８（Ａ）の写真に示される掴み方と対応させて図１８（Ｂ）を見ると、人差指と薬指とはマトリックスＭ１を掴んでいないため容器に作用する接触圧力ｐは０となり、センサユニットＵ１１〜Ｕ１３とＵ３１〜Ｕ３３に対応する四角形は紫色で表示されている。中指はマトリックスＭ１の第２行を強く掴んでいるため容器に作用する接触圧力ｐは大きくなり、センサユニットＵ２１〜Ｕ２３に対応する四角形は明るい青色または赤色で表示されている。【００９１】
図１８（Ｂ）に示されるように、人差指と薬指とはマトリックスＭ１を掴んでいないため容器に作用するせん断応力τ１ｊ、τ３ｊ（ｊ＝１〜３）は０となり、センサユニットＵ１１〜Ｕ１３とＵ３１〜Ｕ３３に対応する四角形から外側へ線は表示されていない。一方、中指はマトリックスＭ１を掴んでいるため、各センサユニットＵ２１〜Ｕ２３に対応する四角形の中心から外側へ線が表示されている。図１８（Ｂ）でも図１７（Ｂ）と同様に、容器を持った時に容器には上向きのせん断応力がかかることが容易にわかるように表示されている。図１７（Ｂ）の場合と同様に、接触圧力ｐおよびせん断応力τｉｊの各分布が列ごとの干渉もなく良好に測定されていることがわかる。以上より、持ち方を変えた際に接触している箇所のみせん断応力τが作用していることがわかる。従って、センサユニットＵｉｊは独立してせん断応力τの測定が可能であることが示された。【００９２】
以上のように、表示部５５における所定の表示形式は、マトリックスＭ１に対応させてセンサユニットＵｉｊの表示（例えば四角形）を配置し、センサユニットＵｉｊ毎に、接触圧力ｐの大小を所定の色別（例えば強〜弱を赤色側の波長〜紫色側の波長の色）で示し、ｘ軸せん断応力τｘおよびｙ軸せん断応力τｙを合成したせん断応力τｉｊをベクトルで示す形式である。【００９３】
以上より、本発明の実施例１によれば、分布測定センサ１０は平面の各軸（ｘ軸、ｙ軸）方向のせん断応力と、当該平面に垂直な軸（ｚ軸）方向の接触圧力とを測定するセンサユニットＵｉｊをマトリックスＭの各要素に配置した構造を有している。センサユニットＵｉｊは上部電極ＵｉｊＨと感圧材料２０等を介して上部電極ＵｉｊＨの下側に配置された下部電極ＵｉｊＬとから構成されている。マトリックスＭの同じ列ｊに配置されたｘ軸方向の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ）は各上部電極ＵｉｊＨ（ｉ＝１〜ｍ）が列ｊ方向（ｘ軸方向）に共通に接続線Ｃｊにより接続されている。マトリックスＭの同じ行ｉに配置されたｙ軸方向の各センサユニットＵｉｊ（ｊ＝１〜ｎ）は各下部電極ＵｉｊＬ（ｊ＝１〜ｎ）が行ｉ方向（ｙ軸方向）に共通に接続線Ｒｉにより接続されている。各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ。以下添え字は同様）は上部電極ＵｉｊＨ（と下部電極ＵｉｊＬとが上下方向（ｚ軸方向）で重なる領域において、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬとの間に働くｘ軸方向のせん断応力を測定するｘ軸せん断応力測定部、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬとの間に働くｙ軸方向のせん断応力を測定するｙ軸せん断応力測定部、および上部電極ＵｉｊＨのｚ軸方向に働く接触圧力を測定する接触圧力測定部を備えている。上部電極ＵｉｊＨは、せん断応力τｘ、τｙの測定および接触圧力ｐの測定に共通に用いられる。【００９４】
ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘに対してｘ軸方向にせん断応力τｘが働くと、感圧材料２０ｘの部分にｘ軸方向のせん断変形が生じる。この結果、感圧材料２０ｘの部分では、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の厚さ方向の距離がｒτとなって元の距離ｒより増加するため、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける電気抵抗が増加する。従って、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができる。ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの場合も同様である。接触圧力測定部Ｕｉｊｐに対してｚ軸方向に接触圧力ｐが働くと、感圧材料２０ｐの部分にｚ軸方向の変形が生じる。この結果、感圧材料２０ｐの部分では、上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間の厚さ方向の距離がｒｐとなって元の距離ｒより減少するため、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける電気抵抗が減少する。従って、接触圧力Ｕｉｊｐはｚ軸方向の接触圧力ｐを測定することができる。接触圧力測定部Ｕｉｊｐにｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙが働いた場合、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上記重なる領域ではｘ、ｙ軸方向に相互に位置ずれは起きても、ｚ軸方向の変形は生じない。つまり、接触圧力測定部Ｕｉｊｐにおける上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｐとの間のｚ軸方向の電気抵抗値は変化しない。従って、接触圧力測定部Ｕｉｊｐはｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。以上により、接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能となる。【００９５】
本発明の分布測定センサ１０を用いた分布測定センサシステム４０の構成を纏めると以下の通りである。リレー部４１は上述したマトリックスＭの同じ列ｊ（ｊ＝１〜４）に配置された各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）の各上部電極ＵｉｊＨを当該列ｊ方向に共通に接続した各接続線（列ライン）Ｃｊを、入力した選択信号ＳＥＬに基づき選択可能に構成されている。オペアンプ部４２は上記マトリックスＭの同じ行ｉ（ｉ＝１〜４）に配置された各センサユニットＵｉｊ（ｊ＝１〜４）の接触圧力測定部Ｕｉｊｐの下部電極ＵｉｊＬｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘの下部電極ＵｉｊＬｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの下部電極ＵｉｊＬｙを各々当該行ｉ方向に共通に接続した接続線（行ライン）Ｒｉ（下部電極ＵｉｊＬｐに対してはＲｉｐ、下部電極ＵｉｊＬｘに対してはＲｉｘ、下部電極ＵｉｊＬｙに対してはＲｉｙ。）に、入力側が接続した各行オペアンプ４２−Ｒｉ（ｉ＝１〜４）により構成されている。Ａ／Ｄコンバータ４３はオペアンプ部４２を構成する各行オペアンプ部４２−Ｒｉにスイッチ部４３ＳＷの各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉ（ｉ＝１〜４）を介して入力側が接続している。コンピュータＰＣ４４はＡ／Ｄコンバータ４３の出力側とリレー部４１の入力側とに接続されている。【００９６】
本発明の分布測定センサシステム４０の動作を纏めると以下の通りである。まずコンピュータＰＣ４４からリレー部４１へ接続線Ｃｊ（列ｊ）を選択する選択信号ＳＥＬが出力され、リレー部４１で選択信号ＳＥＬに基づき接続線Ｃｊが選択される。選択された接続線Ｃｊに接続された各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）の各上部電極ＵｉｊＨへリレー部４１に供給された電源電圧Ｅが印加される。選択された接続線Ｃｊに接続された各センサユニットＵｉｊの接触圧力測定部Ｕｉｊｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙに対して働いた各接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電気抵抗の変化に応じた電圧が、各接触圧力測定部Ｕｉｊｐ、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙの各下部電極ＵｉｊＬｐ、ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙから各接続線Ｒｉｐ、Ｒｉｘ、Ｒｉｙへ出力される。各接続線Ｒｉ（Ｒｉｐ、Ｒｉｘ、Ｒｉｙ）に接続されたオペアンプ部４２の各行オペアンプ４２−Ｒｉからの各出力電圧がスイッチ部４３ＳＷの各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを介してＡ／Ｄコンバータ４３へ出力される。Ａ／Ｄコンバータ４３からの出力がコンピュータＰＣ４４へ出力されることにより、コンピュータＰＣ４４は、選択信号ＳＥＬにより選択された一列ｊ分の各センサユニットＵｉｊ（ｉ＝１〜４）からの接触圧力ｐ、ｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙに基づく電圧を処理（後述する電圧から各圧力への変換処理および各圧力の表示処理）し、次の接続線Ｃｊ＋１を選択する選択信号を出力すること（リレー制御）を順次繰返す。【００９７】
換算部５４におけるセンサユニットＵｉｊに働く接触圧力ｐと下部電極ＵｉｊＬｐに接続された各オペアンプＯＰｉｐからの各出力電圧Ｖｉｐとの間の所定の測定原理（１）とは、予め実験により接触圧力ｐとそれに対する式５左辺（Ｖｐ／Ｅ）との関係を得ておけば、その後は出力電圧Ｖｐを測定することにより当該関係から接触圧力ｐを得る（換算する）ことができるという測定原理である。即ち、出力電圧Ｖｐを測定することにより、ｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。換算部５４におけるセンサユニットＵｉｊに働くｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙと、各下部電極ＵｉｊＬｘ、ＵｉｊＬｙに接続された各オペアンプＯＰｉｘ、ＯＰｉｙからの各出力電圧Ｖｉτｘ、Ｖｉτｙとの間の所定の測定原理（２）とは、予め実験によりせん断応力τ（τｘ、τｙ）とそれに対する式６左辺｛（１／Ｖτ）−（１／Ｖｐ）｝×Ｅとの関係を得ておけば、その後は出力電圧ＶτおよびＶｐを測定することにより当該関係からせん断応力τを得る（換算する）ことができるという測定原理である。測定されたせん断応力τｘとτｙとに基づき、せん断応力τの作用方向を判別することができる。以上のように、本発明の分布測定センサシステム４０によれば、センサユニットＵｉｊの接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能である。【００９８】
表示部５５における所定の表示形式は、マトリックスＭ１に対応させてセンサユニットＵｉｊの表示（例えば四角形）を配置し、センサユニットＵｉｊ毎に、接触圧力ｐの大小を所定の色別（例えば強〜弱を赤色側の波長〜紫色側の波長の色）で示し、ｘ軸せん断応力τｘおよびｙ軸せん断応力τｙを合成したせん断応力τｉｊをベクトルで示す形式である。【００９９】
上述したように、本発明の分布測定センサ１０は多数のセンサユニットＵｉｊ（測定点）を接続線ＣｉおよびＲｉにより連結することによって、多くの測定点を上下電極の交点（マトリックスＭの要素）に配置することができた。このマトリックス状の構成により、測定点毎に一つずつスキャンして接触圧力、せん断応力の情報を得るのではなく、マトリックスＭの１列ｊを選択した状態で、上述したように各スイッチ４３ＳＷ−Ｒｉを順次選択することにより順次行ｉ（ｉ＝１〜ｍ）を選択してセンサユニットＵｉｊ（交点）の情報を得ることができる。さらに、繰返し部５６により次の列ｊ＋１を選択して列ｊの際と同様にセンサユニットＵｉｊの情報を得る行列型のスキャンを実施することができる。この結果、本発明の分布測定センサシステム４０によれば、生体（指）と物体（容器）との界面に働く接触圧力ｐ、せん断応力τの測定に適用可能な薄くてしなやかな分布測定センサ１０という特徴を備えつつ、且つ触覚の分布を捉えるために多数のセンサユニットＵｉｊを集積化しても取り回し配線の領域を格段に減らすことができ、設計がシンプルとなる上、製造コストの増大を抑えることができ、生体と物体との界面に適用可能な高分解能を有する分布測定センサシステム等を提供することができる。
【実施例２】
【０１００】
図１９は、センサユニットＵｉｊの他の形状例を平面図で示す。図１９で、図５と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図５では上部電極ＵｉｊＨが有するｘ軸平行部分として上部電極ＵｉｊＨの右下辺部分を挙げ、ｙ軸平行部分として上部電極ＵｉｊＨの左上辺部分とを挙げた。同様に、上部電極ＵｉｊＨが有する他のｘ軸平行部分として上部電極ＵｉｊＨの上辺部分を挙げ、他のｙ軸平行部分として上部電極ＵｉｊＨの右辺部分とを挙げることができる。図１９のセンサユニットＵｉｊが図５のセンサユニットＵｉｊと異なる点は、図５のｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘを上記他のｙ軸平行部分に設定してｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ２とし、図５のｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙを上記他のｘ軸平行部分に設定してｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ２とした点にある。図１９に示されるように、下部電極ＵｉｊＬｘ２は上部電極ＵｉｊＨの他のｙ軸平行部分において下部電極ＵｉｊＬｘ２の一部の面積（好適には半分の面積）が上部電極ＵｉｊＨの一部の面積と上下に（ｚ軸方向に）重なるように設計した。下部電極ＵｉｊＬｙ２は上部電極ＵｉｊＨの他のｘ軸平行部分において下部電極ＵｉｊＬｙの一部の面積（好適には半分の面積）が上部電極ＵｉｊＨの一部の面積と上下に（ｚ軸方向に）重なるように設計した。ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ２にｘ軸方向のせん断応力τｘが働いた場合の測定方法、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ２にｙ軸方向のせん断応力τｘが働いた場合の測定方法は、図５のセンサユニットＵｉｊの場合と同様であるため説明は省略する。接触圧力測定部Ｕｉｊｐの設定は図５のセンサユニットＵｉｊの場合と同様であるため説明は省略する。【０１０１】
以上より、本発明の実施例２によれば、実施例１のセンサユニットＵｉｊの他の形状として、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ２を上記他のｙ軸平行部分に設定し、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ２を上記他のｘ軸平行部分に設定することができる。当該設定においても実施例１と同様に、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ２はｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｘ軸方向のせん断応力τｘのみを検出することができ、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ２はｘ軸方向のせん断応力τｘに干渉されずにｙ軸方向のせん断応力τｙのみを検出することができる。この結果、測定されたせん断応力τｘとτｙとに基づき、せん断応力τ（＝τｘ＋τｙ）の作用方向を判別することができる。接触圧力測定部Ｕｉｊｐはｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。以上により、実施例２のセンサユニットＵｉｊにおいても接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能となる。
【実施例３】
【０１０２】
図２０は、センサユニットＵｉｊの別の形状例を平面図で示す。図２０で、図５および図１９と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２０に示されるセンサユニットＵｉｊは、図５のセンサユニットＵｉｊと図１９のセンサユニットＵｉｊとを合成した設計となっている。図２０に示されるように、ｘ軸方向のせん断応力τｘはｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘとｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ２とにより測定され、ｙ軸方向のせん断応力τｙはｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙとｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ２とにより測定される。各測定部における測定方法は実施例１および２と同様であるため説明は省略する。ｘ軸方向のせん断応力τｘは２つのｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘで測定されたせん断応力とＵｉｊτｘ２で測定されたせん断応力との平均をとればよい。あるいは２つの測定値に適宜重みを掛けて取得してもよい。ｙ軸方向のせん断応力τｙに関しても同様である。接触圧力測定部Ｕｉｊｐの設定は図５のセンサユニットＵｉｊの場合と同様であるため説明は省略する。【０１０３】
以上より、本発明の実施例３によれば、実施例１のセンサユニットＵｉｊの形状と実施例２のセンサユニットＵｉｊの他の形状とを合成することができる。即ち、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ等およびｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ等の数を増やすことができる。実施例３の形状においても実施例１および２と同様に、せん断応力測定部ＵｉｊτｘおよびＵｉｊτｘ２はｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｘ軸方向のせん断応力τｘのみを検出することができ、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ、Ｕｉｊτｙ２はｘ軸方向のせん断応力τｘに干渉されずにｙ軸方向のせん断応力τｙのみを検出することができる。この結果、測定された２つのせん断応力τｘの平均等と２つのせん断応力τｙの平均等とに基づき、合成されたせん断応力τの作用方向を判別することができる。接触圧力測定部Ｕｉｊｐはｘ軸方向のせん断応力τｘ、ｙ軸方向のせん断応力τｙに干渉されずにｚ軸方向の接触圧力ｐのみを検出することができる。以上により、実施例２のセンサユニットＵｉｊにおいても接触圧力ｐとｘ軸せん断応力τｘ、ｙ軸せん断応力τｙとの同時測定が可能となる。【０１０４】
ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ等およびｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙ等の数は２個ずつに限定されるものではなく、測定する対象に合せて各々任意個設けてもよい。上部電極ＵｉｊＨの形状は、上述したように左下隅が欠けた形状に限定されるものではない。上部電極ＵｉｊＨの形状の一部にｘ軸平行部分とｙ軸平行部分とを設けておき、そこにｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙとｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙとを設定すれば、上部電極ＵｉｊＨの全体としての形状は三角形状、円形状等の任意の形状であってもよい。
【実施例４】
【０１０５】
図２１は、上述した各実施例において接続線Ｒｉ＋１ｙと上部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｈとが上下に重なる面積の諸影響を説明する。図２１は図７（Ｂ）の一部を取出した図であり、図７と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２１に示されるように、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉ＋１ｊ＋１τｙの下部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｌｙを行ｉ＋１方向に接続する接続線Ｒｉ＋１ｙ（リード線Ｒｉ＋１ｙ）と上部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｈとが上下に重なる面積Ｓは、せん断応力τｘ、τｙが作用した際における上部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｈと下部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｌｘの一部、下部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｌｙの一部とが重なる領域の面積の変化（従って、厚さ方向の距離の変化および電気抵抗の変化）に影響を及ぼす可能性が考えられる。この影響は接続線Ｒｉ＋１ｙの線幅が十分に細い場合にはほとんど問題にはならない。しかし、必要に応じ当該影響が及ばないように、上記重なる面積Ｓ部分では接続線Ｒｉ＋１ｙ上に絶縁層を塗布している。つまり、面積Ｓ部分ではｚ軸方向に接続線Ｒｉ＋１ｙ、絶縁層、感圧材料２０ｙ、上部電極Ｕｉ＋１ｊ＋１Ｈという構造にしてある。
【実施例５】
【０１０６】
図２２は、本発明の分布測定プログラムを実行するコンピュータＰＣ４４の内部回路１００を示すブロック図である。図２２に示されるように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、画像制御部１０６、コントローラ１０７、入力制御部１０９及び外部Ｉ／Ｆ部１１２はバス１１３に接続されている。図２２において、上述した本発明の分布測定プログラムは、ＲＯＭ１０２、ディスク等の記録領域６０又はＤＶＤ若しくはＣＤ−ＲＯＭ１０９等の記録媒体（脱着可能な記録媒体を含む）に記録されている。ディスク６０には、上述した接触圧力記録エリア６１、ｘ軸せん断応力記録エリア６２、ｙ軸せん断応力記録エリア６３等を記録しておくことができる。分布測定プログラムは、ＲＯＭ１０２からバス１１３を介し、あるいはディスク６０又はＤＶＤ若しくはＣＤ−ＲＯＭ１０９等の記録媒体からコントローラ１０７を経由してバス１１３を介しＲＡＭ１０３へロードされる。画像制御部１０６は、ディスプレイ４５により表示される種々の画像（図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ））等の画像データをＶＲＡＭ１０５へ送出する。ディスプレイ４５はＶＲＡＭ１０５から送出された上記データ等を表示する。ＶＲＡＭ１０５はディスプレイ４５の一画面分のデータ容量に相当する容量を有している画像メモリである。入力装置４６はコンピュータＰＣ４４に入力等を行うためのマウス、キーボード等の入力装置であり、入力制御部１１０は入力装置４６と接続され入力制御等を行う。外部Ｉ／Ｆ部１１２はコンピュータＰＣ４４（ＣＰＵ１０１）の外部（リレー部４１、Ａ／Ｄコンバータ４３等）と接続する際のインタフェース機能を有している。【０１０７】
上述したようにコンピュータＰＣ４４（ＣＰＵ１０１）が本発明の分布測定プログラムを実行することにより、本発明の目的を達成することができる。分布測定プログラムは上述のようにＤＶＤ若しくはＣＤ−ＲＯＭ１０９等の記録媒体の形態でコンピュータＰＣ４４（ＣＰＵ１０１）に供給することができ、分布測定プログラムを記録したＤＶＤ若しくはＣＤ−ＲＯＭ１０９等の記録媒体も同様に本発明を構成することになる。分布測定プログラムを記録した記録媒体としては上述された記録媒体の他に、例えばメモリ・カード、メモリ・スティック、光ディスク等を用いることができる。
【実施例６】
【０１０８】
図２３（Ａ）、（Ｂ）は図３（Ａ）、（Ｂ）とほぼ同様のセンサユニットＵｉｊのｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘ近傍における垂直方向断面図であり、図３（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号を付した個所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図２３（Ａ）に示されるように、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘの感圧材料２０ｘが上部電極ＵｉｊＨ側と重なっている面積（上述した重なる領域の面積）はＯＬである。感圧材料２０ｘが下部電極ＵｉｊＬｘ側と重なっている面積は図示しないが、同様にＯＬである。ここで、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘに対してｘ軸の正負方向にせん断応力τｘが働くと、図２３（Ｂ）に示されるように上部電極ＵｉｊＨ側がｘ軸の正方向へずれ、下部電極ＵｉｊＬｘ側がｘ軸の負方向へずれる。ここまでは実施例１（図３参照）と同様であるが、本実施例６ではこの両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、上述した重なる領域の面積はＯＬからＯＬ’へ減少するため、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘにおける電気抵抗値が増加する。つまり、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｘ軸の正負方向のせん断応力τｘが働いた場合、上述した重なる領域の面積の減少（ＯＬからＯＬ’）による電気抵抗値の変化（増加）に基づき、ｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができる。【０１０９】
上述した実施例１では、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘはｘ軸の正負方向のせん断応力τｘが働いた場合、図３（Ｂ）に示されるように上部電極ＵｉｊＨ側がｘ軸の正方向へずれ、下部電極ＵｉｊＬｘ側がｘ軸の負方向へずれる。この両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、上記重なる領域における感圧材料２０ｘのｘ軸方向のせん断変形、即ち上部電極ＵｉｊＨと下部電極ＵｉｊＬｘとの間の厚さ方向の距離の変化（ｒからｒτへ増加）に基づき、ｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができた。本実施例６では、上記両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、上記重なる領域における感圧材料２０ｘのｘ軸方向のせん断変形が生じなくても、せん断応力測定部Ｕｉｊτｘは上記重なる領域における感圧材料２０ｘのｘ軸方向の面積の変化（ＯＬからＯＬ’へ減少）による電気抵抗値の変化に基づき、ｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができる。以上を纏めると、ｘ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｘは、ｘ軸方向のせん断応力が働いた場合における上記重なる領域における感圧材料２０ｘの電気抵抗値の変化に基づき、ｘ軸方向のせん断応力τｘを測定することができる。【０１１０】
ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙに対してｙ軸方向にせん断応力τｙが働いた場合も同様であり、図２３（Ａ）、（Ｂ）のｘ軸をｙ軸とし、符号ｘをｙと読み替えればよい。つまり、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙに対してｙ軸の正負方向にせん断応力τｙが働くと、上部電極ＵｉｊＨ側がｙ軸の正方向へずれ、下部電極ＵｉｊＬｙ側がｙ軸の負方向へずれる。ここまでは実施例１（図３参照）と同様であるが、本実施例６ではこの両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、重なる領域の面積（ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙに関しては不図示）はＯＬからＯＬ’へ減少するため、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙにおける電気抵抗値が増加する。つまり、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙはｙ軸の正負方向のせん断応力τｙが働いた場合、上述した重なる領域の面積の減少（ＯＬからＯＬ’）による電気抵抗値の変化（増加）に基づき、ｙ軸方向のせん断応力τｙを測定することができる。本実施例６では、上記両電極のずれ（位置関係の変化）の結果、上記重なる領域における感圧材料２０ｙのｙ軸方向のせん断変形が生じなくても、せん断応力測定部Ｕｉｊτｙは上記重なる領域における感圧材料２０ｙ（不図示）のｙ軸方向の面積の変化（ＯＬからＯＬ’へ減少）による電気抵抗値の変化に基づき、ｙ軸方向のせん断応力τｙを測定することができる。以上を纏めると、ｙ軸せん断応力測定部Ｕｉｊτｙは、ｙ軸方向のせん断応力が働いた場合における上記重なる領域における感圧材料２０ｙの電気抵抗値の変化に基づき、ｙ軸方向のせん断応力τｙを測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の活用例として、生体と物体との界面に働く接触圧力およびせん断応力の測定、特に触覚の分布を高空間分解可能に測定することへ適用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  分布測定センサ、  ２０、２０ｘ、２０ｐ  感圧材料、  ４０  分布測定センサシステム、  ４１  リレー部、  ４２  オペアンプ部、  ４２−Ｒ１、４２−Ｒ２、４２Ｒ３、４２−Ｒ４、４２−Ｒｉ  行オペアンプ、  ４３ＳＷ  スイッチ部、  ４３ＳＷ−Ｒ１、４３ＳＷ−Ｒ２、４３ＳＷ−Ｒ３、４３ＳＷ−Ｒ４、４３ＳＷ−Ｒｉｐ、４３ＳＷ−Ｒｉｘ、４３ＳＷ−Ｒｉｙ  スイッチ、  ４３  Ａ／Ｄコンバータ、  ４４  コンピュータＰＣ、  ４５  ディスプレイ、  ４６  入力装置、  ５０Ｆ  機能等ブロック、  ５１  選択信号制御部、  ５２  Ａ／Ｄコンバータ、  ５３  電圧データ記録部、  ５４  換算部、  ５５  表示部、  ５６  繰返し部、  ６０  記録領域、  ６１  接触圧力記録エリア、  ６２  ｘ軸せん断応力記録エリア、  ６３  ｙ軸せん断応力記録エリア、  ７０  較正装置、  ７１、７２、７３  アクチュエータ、  ７４  Ｘ−Ｙステージ、  ７６  圧縮型ロードセル、  １００  内部回路、  １０１  ＣＰＵ、  １０２  ＲＯＭ、  １０３  ＲＡＭ、  １０５  ＶＲＡＭ、  １０６  画像制御部、  １０７  コントローラ、  １０９  記録媒体、  １１０  入力制御部、  １１２  外部Ｉ／Ｆ部、  １１３  バス。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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