特許 6041955 圧力アレイセンサモジュール、圧力アレイセンサモジュールの製造方法、モニタリングシステム、及び、モニタリングシステムを用いたモニタリング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6041955

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】圧力アレイセンサモジュール、圧力アレイセンサモジュールの製造方法、モニタリングシステム、及び、モニタリングシステムを用いたモニタリング方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20161206BHJP

   G01L 1/20 20060101ALI20161206BHJP

   G01L 25/00 20060101ALI20161206BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 101Z

   G01L5/00 F

   G01L1/20 Z

   G01L25/00 A

   G01B7/00 102R

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-189865(P2015-189865)

(22)【出願日】2015年9月28日

(65)【公開番号】特開2016-75672(P2016-75672A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2015年9月28日

(31)【優先権主張番号】103134541

(32)【優先日】2014年10月3日

(33)【優先権主張国】TW

(31)【優先権主張番号】104122718

(32)【優先日】2015年7月14日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】蘇瑞堯

(72)【発明者】

【氏名】劉彦辰

(72)【発明者】

【氏名】陳昌毅

(72)【発明者】

【氏名】陳慶順

(72)【発明者】

【氏名】柯文清

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５７６５９０１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１６−７５６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７８２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−６１６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３４３２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−７７２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５７３６６５６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５２３７８７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特許第３２８６８５２（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ１

Ｇ０１Ｌ５

Ｇ０１Ｌ２５

Ｇ０１Ｂ７

Ｇ０１Ｄ５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アレイ電極板、複数の圧力センシング素子、複数の第１の導電性構造物、及び、複数の第２の導電性構造物を備えており、
上記アレイ電極板は、
基板と、
上記基板上に配置され、第１の電極パターン、及び、第２の電極パターンを有しているアレイ電極とを備えており、
上記複数の圧力センシング素子は、上記アレイ電極板のセンシング位置に配置され、各圧力センシング素子は、
第１の導線を有する上部電極層と、
第２の導線を有する下部電極層と、
上記上部電極層と上記下部電極層との間に配置されている、少なくとも１つの圧力センシング層とを有しており、
上記複数の第１の導電性構造物は、各第１の導線と、対応する第１の電極パターンとの間にそれぞれ電気的に接続されており、
上記複数の第２の導電性構造物は、各第２の導線と、対応する第２の電極パターンとの間にそれぞれ電気的に接続されている、
ことを特徴とする圧力アレイセンサモジュール。

【請求項2】

上記第１の電極パターンは、隣り合う２つの圧力センシング素子の間に延伸され、上記２つの隣り合う圧力センシング素子は、上記第１の電極パターン、及び、２つの対応する第１の導電性構造物を通じて電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項3】

上記第２の電極パターンは、隣り合う２つの圧力センシング素子の間に延伸され、上記２つの隣り合う圧力センシング素子は、上記第２の電極パターン、及び、２つの対応する第２の導電性構造物を通じて電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項4】

複数の第３の導電性構造物と、
複数の第４の導電性構造物と、をさらに備えており、
上記アレイ電極は、上記基板に配置された、第３の電極パターン、及び、第４の電極パターンをさらに備えており、
各上部電極層は、第３の導線をさらに有し、各下部電極層は、第４の導線をさらに有しており、
上記第３の導電性構造物は、各第３の導線と、対応する第３の電極パターンとの間にそれぞれ電気的に接続されており、
上記第４の導電性構造物は、各第４の導線と、対応する第４の電極パターンとの間にそれぞれ電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項5】

上記第３の電極パターンは、隣り合う２つの圧力センシング素子の間に延伸され、
上記２つの隣り合う圧力センシング素子は、上記第３の電極パターン、及び、２つの対応する第３の導電性構造物を通じて電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項6】

上記第４の電極パターンは、隣り合う２つの圧力センシング素子の間に延伸され、
上記２つの隣り合う圧力センシング素子は、上記第４の電極パターン、及び、２つの対応する第４の導電性構造物を通じて電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項7】

上記圧力センシング素子の上記上部電極層は、上記第１の導電性構造物、及び、上記第３の導電性構造物を通じて、上記第１の電極パターン、及び、上記第３の電極パターンの間にそれぞれ直列接続されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項8】

上記圧力センシング素子の上記下部電極層は、上記第２の導電性構造物、及び、上記第４の導電性構造物を通じて、上記第２の電極パターン、及び、上記第４の電極パターンの間にそれぞれ直列接続されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項9】

各圧力センシング素子は、上部基板と、下部基板と、上記上部基板、及び、上記下部基板を係合する複数の係合部とをさらに備えており、
上記上部電極層、上記圧力センシング層、及び、上記下部電極層は、上記上部基板と、上記下部基板との間に積層される、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項10】

上記第１及び上記第２の導電性構造物は、垂直導電素子であり、上記圧力センシング素子、及び、上記アレイ電極板を貫通する、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項11】

上記アレイ電極は、上記基板の一方の面または両面に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュール。

【請求項12】

第１の電極パターンと第２の電極パターンとを有するアレイ電極を、基板の一方の面または両面の上に形成するステップと、
複数の圧力センシング素子を、上記基板上に配置するステップであって、各圧力センシング素子が、上部電極層、下部電極層、及び、上記上部電極と上記下部電極との間に配置されている少なくとも１つの圧力センシング層を有するようなステップと、
各上部電極層の第１の導線と、対応する第１の電極パターンとを、複数の第１の導電性構造物によってそれぞれ電気的に接続するステップと、
各下部電極層の第２の導線と、対応する第２の電極パターンとを、複数の第２の導電性構造物によってそれぞれ電気的に接続するステップと、
を含んでいることを特徴とする圧力アレイセンサモジュールの製造方法。

【請求項13】

請求項１に記載の圧力アレイセンサモジュールと、制御モジュールとを備えており、
上記制御モジュールは、
上記アレイ電極から当該第１のスイッチ回路に延びる複数の第１の信号回路を、上記複数の第１の信号回路が互いに並列接続されるように同時に電気的に接続可能な第１の並列スイッチを備えている第１のスイッチ回路と、
上記アレイ電極から当該第２のスイッチ回路に延びる複数の第２の信号回路を、上記複数の第２の信号回路が互いに並列接続されるように同時に電気的に接続可能な第２の並列スイッチを備えている第２のスイッチ回路と、
入力端と出力端とを有しており、上記入力端は上記第１のスイッチ回路を通じて上記第１の信号回路を電気的に接続し、上記出力端は上記第２のスイッチ回路を通じて上記第２の信号回路を電気的に接続し、上記入力端は入力電圧を有し、上記出力端は出力電圧を有し、上記第１の信号回路と上記第２の信号回路との間で並列接続されている上記圧力センシング素子の等価抵抗を、上記入力電圧、及び、上記出力電圧に基づいて検出する電圧検出ユニットと、
を備えていることを特徴とするモニタリングシステム。

【請求項14】

上記第１のスイッチ回路は、上記第１の信号回路の１つを選択的に、かつ、電気的に接続する第１のスキャンスイッチをさらに備えており、
第２のスイッチ回路は、上記第２の信号回路の１つを選択的に、かつ、電気的に接続する第２のスキャンスイッチをさらに備えており、
上記入力端は上記第１のスキャンスイッチを通じて上記第１の信号回路の選択された１つを電気的に接続し、上記出力端は上記第２のスキャンスイッチを通じて上記第２の信号回路の選択された１つを電気的に接続し、上記入力端は入力電圧を有し、上記出力端は出力電圧を有し、上記電圧検出ユニットは、上記選択された第１の信号回路と、上記選択された第２の信号回路との間の接合部における、対応する圧力センシング素子の抵抗を、上記入力電圧、及び、上記出力電圧に基づいて検出する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のモニタリングシステム。

【請求項15】

上記圧力アレイセンサモジュールにおける衝突検出ループ、または、自己検出ループで用いられ、
上記衝突検出ループは上記圧力センシング素子の等価抵抗の初期等価抵抗に対する変化量を検出し、
上記自己検出ループは対応する圧力センシング素子の抵抗の基準抵抗に対する変化量を検出し、
上記第１の並列スイッチと上記第１のスキャンスイッチとは、上記第１の信号回路を共有するが、上記第１の信号回路を同時には使用せず、
上記第２の並列スイッチと上記第２のスキャンスイッチとは、上記第２の信号回路を共有するが、上記第２の信号回路を同時には使用しない、
ことを特徴とする請求項１４に記載のモニタリングシステム。

【請求項16】

制御モジュールと圧力アレイセンサモジュールとを用意するステップであって、物体の表面上に上記圧力アレイセンサモジュールが配置されるステップと、
上記制御モジュールを用いて、上記圧力アレイセンサモジュール上で衝突検出ループ又は自己検出ループを実行するかを決定するステップと、
を含んでおり、
上記制御モジュールが請求項１５に記載のモニタリングシステムを用いて上記衝突検出ループを実行することを選択する場合、上記衝突検出ループは、上記圧力センシング素子の等価抵抗の初期等価抵抗に対する変化量を検出し、
上記制御モジュールが請求項１５に記載のモニタリングシステムを用いて上記自己検出ループを実行することを選択する場合、上記自己検出ループは、スキャンされた上記圧力センシング素子の各抵抗の基準抵抗に対する変化量を検出し、
上記第１の並列スイッチと上記第１のスキャンスイッチとは、上記第１の信号回路を共有するが、上記第１の信号回路を同時には使用せず、
上記第２の並列スイッチと上記第２のスキャンスイッチとは、上記第２の信号回路を共有するが、上記第２の信号回路を同時には使用しない、
ことを特徴とするモニタリング方法。

【請求項17】

上記衝突検出ループは、静的検出処理を含んでおり、
上記静的検出処理は、
並列接続されている上記圧力アレイセンシング素子の等価抵抗と、上記初期等価抵抗との差を計算し、
上記差の上記初期等価抵抗に対する比が臨界値よりも大きい場合、衝突又は接触が上記物体の表面に起こっていることを意味する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のモニタリング方法。

【請求項18】

上記衝突検出ループは、動的検出処理を含んでおり、
上記動的検出処理は、
並列接続されている上記圧力アレイセンシング素子の等価抵抗の上記初期等価抵抗に対する比の、時間微分値を計算し、
上記比の時間微分値が臨界値よりも大きい場合、衝突又は接触が上記物体の表面に起こっていることを意味する、
ことを特徴とする請求項１６に記載のモニタリング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般的には、センサモジュール及びシステムに関する。本開示は、とりわけ、圧力アレイセンサモジュール、圧力アレイセンサモジュールの製造方法、モニタリングシステム、及び、モニタリングシステムを用いたモニタリング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力センサは、素子に負荷をかける圧力を検出するために主に使用される。圧力アレイセンシング技術は、素子が圧力を受ける時の圧力分布及び圧力の幾何学的勾配（geometric gradient）の変化を検出する目的で使用可能である。例えば、上記圧力アレイセンシング技術は、足の圧力分布を検出する靴パッド、又は、寝ている人の圧力分布及び重心跡（gravity trace）を検出するマットレスに使用可能である。

【0003】

薄型圧力アレイセンサに最も一般的に使用されるスクリーン印刷法は、３つの工程を有している。まず、適用分野におけるニーズに応じたアレイ電極パターンを前もって設計し、電極層と圧力センシング層と接着層とを製造する工程で必要となる複数のスクリーンを製造する。次に、上記スクリーン印刷法を３回繰り返すことで基板に電極層と圧力センシング層と接着層とをプリントする。そして、それらの素子の調整及び組立を行うことにより、圧力アレイセンサモジュールを製造する。しかしながら、センシング素子の電荷密度のカスタマイズ又は調整が必要な場合には、全てのスクリーンを再度設計し、再び、上記スクリーン印刷法を３回繰り返す必要がある。それぞれの設計変更にはかなりの時間とコストが必要となるために、製造期間及び製造コストを減らすことは難しい。

【0004】

特許文献１には、機械部品の周囲をモニタリングするセンサシステム及び評価方法が開示されている。上記センサシステム及び評価方法は、機械又は機械部品の表面に取り付け可能な少なくとも１つの静電容量センサを備えている。上記静電容量センサにおいては、少なくとも１つのセンサ素子が、フレキシブル層、導電層、及び、電気絶縁層の層構造で構成されている。また、１つの層における複数の導電面が、絶縁層の上方であって上記複数の導電面の間に横方向間隔を有するように、且つ、体又は物体に接近及び／又は接触すると測定可能な程度に変化する電界線が上記複数の導電面の間に形成されるように、配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第８６５３８３７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、上記従来技術が直面する課題を解決する圧力アレイセンサモジュール、及び、上記圧力アレイセンサモジュールの製造方法を対象とする。

【0007】

また、本開示は、圧力アレイセンサモジュールを用いたモニタリングシステム、及び、そのようなモニタリングシステムのモニタリング方法を対象とする。例えば、本開示は、物体表面への接触又は衝突を解析するために使用されるモニタリングシステムやモニタリング方法を対象とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態によれば、圧力アレイセンサモジュールが実現される。上記圧力アレイセンサモジュールは、アレイ電極板、複数の圧力センシング素子、少なくとも１つの第１の導電性構造物（conductive structure）、及び、少なくとも１つの第２の導電性構造物を備えている。上記アレイ電極板は基板及びアレイ電極を備えている。上記アレイ電極は、上記基板上に配置され、第１の電極パターンと第２の電極パターンとを有している。各圧力センシング素子は、上記アレイ電極板のセンシング位置に配置され、上部電極層、下部電極層、及び、少なくとも１つの圧力センシング層を有している。上記上部電極層は第１の導線を有し、上記下部電極層は第２の導線を有している。上記圧力センシング層は、上記上部電極層と上記下部電極層との間に配置されている。各第１の導線と対応する第１の電極パターンとの間には、上記第１の導電性構造物が電気的に接続されている。各第２の導線と対応する第２の電極パターンとの間には、上記第２の導電性構造物が電気的に接続されている。

【0009】

一実施形態によれば、圧力アレイセンサモジュールの製造方法が実現される。上記製造方法は次の工程を含んでいる。第１の電極パターンと第２の電極パターンとを有するアレイ電極を基板上に形成する。各圧力センシング素子が、上部電極層、下部電極層、及び、上記上部電極層と上記下部層との間に配置されている少なくとも１つの圧力センシング層を有するような、複数の圧力センシング素子を、上記基板上に配置する。上記上部電極層の各導線と対応する第１の電極パターンとを、少なくとも１つの第１の導電性構造物によって電気的に接続する。上記下部電極層の各導線と対応する第２の電極パターンとを、少なくとも１つの第２の導電性構造物によって電気的に接続する。

【0010】

一実施形態によれば、モニタリングシステムが実現される。上記モニタリングシステムは、上記圧力アレイセンサモジュール、制御モジュール、及び、電圧検出ユニットを備えている。上記制御モジュールは、第１のスイッチ回路、第２のスイッチ回路、及び、電圧検出ユニットを備えている。上記第１のスイッチ回路は、上記アレイ電極から上記第１のスイッチ回路に延びる複数の第１の信号回路を、上記複数の第１の信号回路が互いに並列接続されるように同時に電気的に接続可能な第１の並列スイッチを備えている。上記第２のスイッチ回路は、上記アレイ電極から上記第２のスイッチ回路に延びる複数の第２の信号回路を、上記複数の第２の信号回路が互いに並列接続されるように同時に電気的に接続可能な第２の並列スイッチを備えている。上記電圧検出ユニットは、入力端と出力端とを有する。上記入力端は、上記第１のスイッチ回路を通じて上記複数の第１の信号回路を電気的に接続する。上記出力端は、上記第２のスイッチ回路を通じて上記複数の第２の信号回路を電気的に接続する。上記入力端は入力電圧を有する。上記出力端は出力電圧を有する。上記電圧検出ユニットは、上記複数の第１の信号回路と上記複数の第２の信号回路との間で並列接続されている上記複数の圧力センシング素子の等価抵抗（equivalent resistance）を、上記入力電圧と上記出力電圧とに基づいて検出する。

【0011】

一実施形態によれば、モニタリング方法が実現される。上記モニタリング方法は次の工程を含んでいる。制御モジュールと圧力アレイセンサモジュールとを用意し、物体の表面上に上記圧力アレイセンサモジュールが配置される。上記圧力アレイセンサモジュール上で衝突検出ループ（collision detection loop）又は自己検出ループ（self-detection loop）を実行するかを上記制御モジュールが決定する。上記制御モジュールが上記モニタリングシステムを用いて上記衝突検出ループを実行することを選択する場合、上記衝突検出ループは、上記圧力センシング素子の等価抵抗の初期等価抵抗に対する変化量を検出する。上記制御モジュールが上記モニタリングシステムを用いて上記自己検出ループを実行することを選択する場合、上記自己検出ループは、スキャンされた上記圧力センシング素子の各抵抗の基準抵抗（reference resistance）に対する変化量を検出する。上記衝突検出ループの上記第１の並列スイッチと上記自己検出ループの第１のスキャンスイッチとは、上記第１の信号回路を共有するが、上記第１の信号回路を同時には使用しない。上記衝突検出ループの上記第２の並列スイッチと上記自己検出ループの第２のスキャンスイッチとは、上記第２の信号回路を共有するが、上記第２の信号回路を同時には使用しない。

【0012】

本発明の上述の態様及びその他の態様については、好適且つ非限定的な後述の発明を実施するための形態に関連してより良く理解できるであろう。以下では、添付の図面を参照して説明を行う。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】図１Ａは、一実施形態に係る圧力アレイセンサモジュールの概略図である。

【図1B】図１Ｂは、圧力センシング素子の構造分解図である。

【図2A】図２Ａは、一実施形態に係るアレイ電極ボードの概略図である。

【図2B】図２Ｂは、圧力センシング素子の構造分解図である。

【図2C】図２Ｃは、上記アレイ電極ボード上に配置されている複数の圧力センシング素子の概略図である。

【図3】図３は、組み立てられた図２Ｂの圧力センシング素子の上面図である。

【図4A】図４Ａは、図３の断面線Ａ−Ａに沿った断面図である。

【図4B】図４Ｂは、図３のＢ−Ｂ断面線に沿った断面図である。

【図5A】図５Ａは、図３のＣ−Ｃ断面線に沿った断面図である。

【図5B】図５Ｂは、図２ＣのＤ−Ｄ断面線に沿った断面図である。

【図5C】図５Ｃは、別の実施形態に係る導電性構造物の断面図である。

【図6A】図６Ａは、一実施形態に係る制御モジュールの概略図および等価回路図である。

【図6B】図６Ｂは、一実施形態に係る制御モジュールの概略図および等価回路図である。

【図7A】図７Ａは、一実施形態に係る制御モジュールの概略図および等価回路図である。

【図7B】図７Ｂは、一実施形態に係る制御モジュールの概略図および等価回路図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る制御モジュールの概略図である。

【図9】図９は、一実施形態に係る衝突検出ループおよび自己検出ループの検出フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

開示内容を詳細に説明するために、いくつかの実施形態が以下に開示される。しかしながら、実施形態は、例示的かつ説明的な目的のためのものであり、発明の保護範囲を制限するためのものではない。

【0015】

〔第１の実施形態〕
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、図１Ａは、一実施形態に係る圧力アレイセンサモジュール１００の概略図である。図１Ｂは、圧力センシング素子１２０の構造分解図である。

【0016】

一実施形態において、圧力アレイセンサモジュール１００は、アレイ電極板１１０、複数の圧力センシング素子１２０（１つの圧力センシング素子だけを図示）、第１の導電性構造物１３１、および、第２の導電性構造物１３２を含んでいる。各圧力センシング素子１２０は、第１の導電性構造物１３１、および、第２の導電性構造物１３２を通じて、アレイ電極板１１０に電気的に接続可能である。

【0017】

図１Ａに示されるように、アレイ電極板１１０は、基板１１２およびアレイ電極１１３を含んでいる。アレイ電極１１３は、基板１１２の一方の面または両面に配置され、スクリーン印刷処理を使用することによって、アレイ電極のパターンが基板１１２に印刷される。アレイ電極１１３はいくつかの電極パターン１１４〜１１７を有し、それらの回路レイアウトは顧客仕様の要件に基づく。基板１１２は柔軟性のある絶縁フィルムであってもよく、または、印刷された回路のボードであってもよい。そして、アレイ電極１１３は、各検出位置１１１の周囲に配置される。

【0018】

一実施形態において、アレイ電極１１３が基板１１２の両面に配置される場合に、各面における検出位置１１１はアレイ電極１１３の位置の変化に応じて調整可能である。これにより、両面における検出位置１１１は交互交替的にずれて配置され得る。従って、検出密度を増加させる（すなわち、単位面積当たりの素子の質を増加させる）ために、より多くの圧力センシング素子１２０がアレイ電極板１１０に配置可能である。

【0019】

図１Ａにおいて、圧力センシング素子１２０は、アレイ電極板１１０の検出位置１１１（６つの検出位置１１１が例示されている）に、すなわち、電極パターンによって定義された空白の位置に配置される。圧力センシング素子１２０は、独立した素子である。電極パターンの設計が顧客仕様の要件に応じて調整される場合にも、独立して製造された圧力センシング素子１２０は、電極パターンによって定義された検出位置１１１に配置可能である。従って、各圧力センシング素子１２０の配置の位置および密度は、顧客仕様の要件に応じて容易に変更可能であり、このために、スクリーンを再製造する必要はなく、または、検出素子にスクリーン印刷処理を実行する必要はない。

【0020】

図１Ａにおいて、アレイ電極１１３は、第１の電極パターン１１４、第２の電極パターン１１５、第３の電極パターン１１６、および、第４の電極パターン１１７を含んでいる。第１の電極パターン１１４は、対応する位置にある２つの圧力センシング素子１２０を通電させる金属線として、２つの検出位置１１１の間に延設される。同様に、第２の電極パターン１１５は、対応する位置にある２つの圧力センシング素子１２０を通電させる金属線として、２つの検出位置１１１の間に延設される。第１の電極パターン１１４および第２の電極パターン１１５の延伸方向は、相互に直交、非直交、または、平行であることが可能である。図１Ａは、第１の電極パターン１１４および第２の電極パターン１１５の延伸方向が相互に直交している配置だけを図示しているが、開示によって仕様が制限されるものではない。

【0021】

図１Ａにおいて、第１の電極パターン１１４、および、第３の電極パターン１１６の延伸方向は相互に平行であり、第２の電極パターン１１５、および、第４の電極パターン１１７の延伸方向は相互に平行である。別の実施形態において、第１の電極パターン１１４、および、第３の電極パターン１１６の延伸方向は相互に平行ではない。図１Ｂに示されているように、第１の電極パターン１１４の延伸方向は第１の方向Ｄ１と平行である。当初第１の方向Ｄ１と平行であった第３の電極パターン１１６の延伸方向が、第３の方向Ｄ３と平行であるように変化する場合に、第１の電極パターン１１４、および、第３の電極パターン１１６の延伸方向は同じではない。図１Ｂに示されているように、第２の電極パターン１１５の延伸方向は、第２の方向Ｄ２と平行である。当初第２の方向Ｄ２と平行であった第４の電極パターン１１７の延伸方向が、第４の方向Ｄ４と平行であるように変化する場合に、第２の電極パターン１１５、および、第４の電極パターン１１７の延伸方向は同じではない。従って、上記電極パターン１１４〜１１７の方向は、調整可能である。

【0022】

図１Ｂを参照すると、圧力センシング素子１２０は、上部電極層１２１、下部電極層１２２、および、少なくとも１つの圧力センシング層１２２を含んでいる。上部電極層１２１は、第１の導線１２４および第１の電極パターン１１４が垂直方向（基板１１２の法線方向）に重なり合うように、第１の電極パターン１１４に対応する導線１２４を有する。同様に、下部電極層１２２は、第２の導線１２５および第２の電極パターン１１５が垂直方向（基板１１２の法線方向）に重なり合うように、第２の電極パターン１１５に対応する第２の導線１２５を有する。圧力センシング層１２３は、上部電極層１２１、圧力センシング層１２３、および、下部電極層１２２が垂直方向（基板１１２の法線方向）に重なり合うように、上部電極層１２１、および、下部電極層１２２の間に配置される。

【0023】

図１Ｂにおいて、各圧力センシング素子１２０の第１の導線１２４、および、第１の電極パターン１１４は、第１の導電性構造物１３１を通じて電気的に接続される。そして、第２の導線１２５、および、第２の電極パターン１１５は、第２の導電性構造物１３２を通じて電気的に接続される。従って、２つの隣り合う圧力センシング素子１２０は、第１の電極パターン１１４、および、第１の電極パターン１１４の両端に配置された２つの第１の導電性構造物１３１を通じて、モジュール化の要求が満たされるように、電気的に直列接続可能である。さらに、２つの隣り合う圧力センシング素子１２０は、第２の電極パターン１１５、および、２つの第２の導電性構造物１３２を通じて、電気的に直列接続可能である。２つの第２の導電性構造物１３２は、第２の電極パターン１１５の両端に配置される。

【0024】

図１Ｂにおいて、上部電極層１２１は、第３の導線１２６および第３の電極パターン１１６が垂直方向（基板１１２の法線方向）に重なり合うように、第３の電極パターン１１６に対応する第３の導線１２６をさらに有していてもよい。同様に、下部電極層１２２は、第４の導線１２７および第４の電極パターン１１７が垂直方向（基板１１２の法線方向）に重なり合うように、第４の電極パターン１１７に対応する第４の導線１２７をさらに有していてもよい。

【0025】

図１Ｂにおいて、各圧力センシング素子１２０の第３の導線１２６、および、第３の電極パターン１１６は、第３の導電性構造物１３３を通じて電気的に接続される。そして、第４の導線１２７、および、第４の電極パターン１１７は、第４の導電性構造物１３４を通じて電気的に接続される。従って、各圧力センシング素子１２０の上部電極層１２１は、モジュール化の要求が満たされることができるように、それぞれ第１の導電性構造物１３１および第３の導電性構造物１３３を通じて、第１の電極パターン１１４および第３の電極パターン１１６の間に直列接続される。同様に、各圧力センシング素子１２０の下部電極層１２２は、モジュール化の要求が満たされることができるように、それぞれ第２の導電性構造物１３２および第４の導電性構造物１３４を通じて、第２の電極パターン１１５および第４の電極パターン１１７の間に直列接続される。

【0026】

図１Ｂにおいて、上部電極層１２１は、上述の第１の導線１２４及び／又は第３の導線１２６の代わりに導線１２８を使用することにより、異なる方向で第１の電極パターン１１４及び／又は第３の電極パターン１１６に電気的に接続可能である。すなわち、第１の電極パターン１１４及び／又は第３の電極パターン１１６が方向を変更する場合、第１の電極パターン１１４及び第３の電極パターン１１６は、対応する導線１２８（１つ、又は、１対）を通じて接続可能である。従って、新たな圧力センシング素子１２０を製造する必要がないので、製造コストを減らすことになる。別の実施形態において、第１の導線１２４および第３の導線１２６は、他の２つの導線１２８と同時に、又は、交互に使用可能であり、又は、上記４つの導線のうち、１つ、２つ、又は、３つの導線と共に使用可能である。そして、本開示は、仕様の制限を有するものではない。

【0027】

同様に、図１Ｂにおいて、下部電極層１２２は、上述の第２の導線１２５及び／又は第４の導線１２７の代わりに導線１２９を使用することにより、異なる方向で第２の電極パターン１１５及び／又は第４の電極パターン１１７を電気的に接続可能である。すなわち、第２の電極パターン１１５及び／又は第４の電極パターン１１７が方向を変更する場合、第２の電極パターン１１５及び第４の電極パターン１１７は、対応する導線１２９（１つ、又は、１対）を通じて接続可能である。従って、新たな圧力センシング素子１２０を製造する必要がないので、製造コストを減らすことになる。別の実施形態において、第２の導線１２５および第４の導線１２７は、他の２つの導線１２９と同時に、又は、交互に使用可能であり、又は、上記４つの導線のうち、１つ、２つ、又は、３つの導線と使用可能である。そして、本開示は、仕様の制限を有するものではない。

【0028】

図２Ａ〜２Ｃを参照する。図２Ａは、一実施形態に係るアレイ電極板２１０の概略図である。図２Ｂは、圧力センシング素子２２０の構造分解図である。図２Ｃは、上記アレイ電極板２１０上に配置されている複数の圧力センシング素子２２０の概略図である。図２Ｂにおいて、圧力センシング素子２２０は、上部基板２２４、上部電極層２２１、少なくとも１つの圧力センシング層２２３、下部電極層２２２、下部基板２２５、及び、複数の係合部２２８を含んでいる。係合部２２８は、相互に分離されており、上部電極層２２１、圧力センシング層２２３、及び、下部電極層２２２が上部基板２２４と下部基板２２５との間に積層されるように、係合部２２８は上部基板２２４及び下部基板２２５を係合する弧を形成する。さらに、上部電極層２２１及び下部電極層２２２の導線２２６と２２７は、図３に示すように、２つの隣り合う係合部２２８の間の隙間を貫通可能である。

【0029】

図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照。図３は、組み立てられた図２Ｂの圧力センシング素子の上面図である。図４Ａは、図３のＡ−Ａ断面線に沿った断面図である。図４Ｂは、図３のＢ−Ｂ断面線に沿った断面図である。要素間の構造的な関係をより明確に図示するために、上部基板２２４および下部基板２２５は、破線によって示される。

【0030】

図２Ａに示されるように、いくつかの第１の貫通孔Ｈ１がアレイ電極板２１０に形成され、電極パターン２１４〜２１７、及び、基板２１２を同時に貫通する。さらに、図２Ｂ、３及び４Ａ−４Ｂに示されるように、いくつかの第２の貫通孔Ｈ２、及び、第３の貫通孔Ｈ３が圧力センシング素子２２０上に形成される。第２の貫通孔Ｈ２は、上部基板２２４、上部電極層２２１、及び、下部基板２２５を同時に貫通する。第３の貫通孔Ｈ３は、上部基板２２４、下部電極層２２２、及び、下部基板２２５を同時に貫通する。第２の貫通孔Ｈ２、及び、第３の貫通孔Ｈ３は、アレイ電極板２１０の第１の貫通孔Ｈ１に対応する。

【0031】

図３に示されるように、第２の貫通孔Ｈ２は、上部電極層２２１を貫通する導線２２６に対応する。そして、第３の貫通孔Ｈ３は、下部電極層２２２を貫通する導線２２７に対応する。上部電極層２２１の導線２２６は、上述の第１の導線１２４及び第３の導線１２６、又は、他の２つの導線１２８になり得る。そして、下部電極層２２２の導線２２７は、上述の第２の導線１２５及び第４の導線１２７、又は、他の２つの導線１２９になり得る。

【0032】

図５Ａを参照すると、図２ＣのＣ−Ｃ断面線に沿った断面図が示されている。図２Ｃにおいて、いくつかの垂直導電素子（vertical conductive element）２３１は、圧力アレイセンサモジュール２００を形成するために、圧力センシング素子２２０の第２の貫通孔Ｈ２（図４Ａを参照）、および、対応するアレイ電極板２１０の第１の貫通孔Ｈ１（図２Ａを参照）を貫通する。図５Ａに示されるように、各垂直導電素子２３１は、上から下へ順に、上部基板２２４、上部電極層２２１、下部基板２２５、電極パターン２１４、及び、基板２１２を貫通し、上部電極層２２１及び電極パターン２１４を垂直に導通させる。従って、隣り合う２つの圧力センシング素子２２０は、モジュール化の要求が満足されることができるように、電極パターン２１４、及び、電極パターン２１４の両端に配置された２つの垂直導電素子２３１を通じて、電気的に直列接続可能である。同じ配置が電極パターン２１６に適用可能であり、ここでは説明は繰り返されない。

【0033】

電極パターン２１４は、上述の第１の電極パターン１１４又は第３の電極パターン１１６になり得る。そして、垂直導電素子２３１は、上述の第１の導電性構造物１３１又は第３の導電性構造物１３３になり得る。

【0034】

図５Ｂを参照すると、図２ＣのＤ−Ｄ断面線に沿った断面図が示されている。図２Ｃにおいて、いくつかの垂直導電素子２３２は、圧力センシング素子２２０の第３の貫通孔Ｈ３（図４Ｂを参照）、及び、対応するアレイ電極板２１０の第１の貫通孔Ｈ１（図２Ａを参照）を貫通して、圧力アレイセンサモジュール２００を形成する。図５Ｂにおいて、各垂直導電素子２３２は、上から下へ順に上部基板２２４、下部電極層２２２、下部基板２２５、電極パターン２１７、及び、基板２１２を貫通し、下部電極層２２２、及び、電極パターン２１７を垂直に導通させる。従って、隣り合う２つの圧力センシング素子２２０は、電極パターン２１７、及び、当該電極パターン２１７の両端に配置された、２つの垂直導電素子２３２を通じて、電気的に直列接続可能である。同じ配置が電極パターン２１５に適用可能であり、ここでは説明は繰り返されない。

【0035】

電極パターン２１７は、上述の第２の電極パターン１１５又は第４の電極パターン１１７として使用可能である。そして、垂直導電素子２３２は、上述の第２の導電性構造物１３２又は第４の導電性構造物１３４として使用可能である。垂直導電素子２１３及び２３２は、金属、合金、スズペースト、又は、異方性の導電物質によって形成可能である。垂直導電素子２１３及び２３２が導電性のある接着剤、又は、スズペーストにより形成されている場合、導電性のある接着剤、又は、スズペーストは孔を貫通し、柱の状態に凝固して、圧力センシング素子２２０及びアレイ電極板２１０は、一体としてしっかりと組み合わされる。

【0036】

図５Ｃを参照すると、別の実施形態に係る導電性構造物２３３の断面図が示されている。導電性構造物２３３は、例えば、スズペースト、導電性のある接着剤、または、導電性のある部品のような、導電性物質によって実現可能である。そして、導電性構造物２３３は、電極パターン２１４及び上部電極層２２１の間、又は、電極パターン２１７及び下部電極層２２２の間の導電媒体として使用可能である。導電性構造物２３３は、上述の第１の導電性構造物１３１、第２の導電性構造物１３２、第３の導電性構造物１３３、又は、第４の導電性構造物１３４として使用可能である。

【0037】

図示されていない実施形態において、導電性構造物２３３は、導電性のある部品によって実現されるとき、もし、導電性のある部品が導線を通じて基板２１２の端部の電極パターンに延伸され、導線及び対応する電極パターンが、導電性のある部品によって保持、又は、固定されているのであれば、電気的な接続の効果は達成可能である。

【0038】

図６Ａ及び６Ｂを参照すると、一実施形態に係る制御モジュール３００の概略図および等価回路図がそれぞれ示されている。制御モジュール３００は、圧力アレイセンサモジュール１００を使用することによって対象物の表面を検出するモニタリングシステムで使用可能である。例えば、制御モジュール３００は、対象物の表面が衝突しているか、又は、接触しているかをモニタする。制御モジュール３００は、圧力アレイセンサモジュール１００を電気的に接続する。圧力アレイセンサモジュール１００の構造の詳細な説明は。図１Ａ及び１Ｂを参照すれば分かり、ここでは類似点を繰り返さない。

【0039】

図６Ａを参照。本実施形態において、制御モジュール３００は、第１のスイッチ回路３１０、第２のスイッチ回路３２０、及び、電圧検出ユニット３３０を含んでいる。第１のスイッチ回路３１０は、いくつかの第１の信号回路１１８（３つの信号線によって例示される）に電気的に接続可能な並列スイッチ３１１を有している。いくつかの第１の信号回路１１８は、同時にアレイ電極１１３から第１のスイッチ回路３１０まで延伸される。それにより、第１の信号回路１１８は相互に並列接続され、第１の信号回路１１８を電気的に接続する各圧力センシング素子１２０の上部電極層は、相互に導電可能である。第２のスイッチ回路３２０は、いくつかの第２の信号回路１１９（２つの信号線に例示される）を同時に電気的に接続可能な並列スイッチ３２１を有している。いくつかの第２の信号回路１１９は、同時にアレイ電極１１３から第２のスイッチ回路３２０まで延伸される。それにより、第２の信号回路１１９は相互に並列接続され、第２の信号回路１１９を電気的に接続する各圧力センシング素子１２０の下部電極層は、相互に導電可能である。従って、第１のスイッチ回路３１０の並列スイッチ３１１は第１の信号回路１１８に導電し、第２のスイッチ回路３２０の並列スイッチ３２１は第２の信号回路１１９に導電する。圧力センシング素子１２０は、等価抵抗を生成するために、第１の信号回路１１８及び第２の信号回路１１９の間で並列接続可能である。

【0040】

図６Ａにおいて、上記電圧検出ユニット３３０は、入力端Ｕｘ、出力端Ｕｙ、及び電源Ｖを含んでいる。上記電源Ｖは、入力電圧Ｖ_ｉｎを生成するために上記入力端Ｕｘと接続する。入力端Ｕｘは、上記第１のスイッチ回路３１０を通じて上記第１の信号回路１１８と電気的に接続している。上記出力端Ｕｙは、上記第２のスイッチ回路３２０を通じて上記第２の信号回路１１９と電気的に接続している。

【0041】

図６Ｂにおいて、Ｒ_Ｓは、並列接続された上記圧力センシング素子１２０の等価抵抗を示しており、Ｒｆは、上記電圧検出ユニット３３０の基準抵抗を示しており、Ｖ_ｉｎは、上記電圧検出ユニット３３０の入力電圧を示しており、Ｖ_ｏｕｔは，電圧検出ユニット３３０の出力電圧を示している。本実施形態において、上記電圧検出ユニット３３０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、並列接続された上記圧力センシング素子１２０の等価抵抗Ｒｓと関係がある。上記等価抵抗が増加する場合、関連して上記出力電圧が減少する。上記等価抵抗が減少する場合、関連して上記出力電圧が増加する。したがって、上記出力電圧は測定され、並列接続された上記圧力センシング素子１２０の等価抵抗Ｒ_Ｓは、分圧の原理に従って計算される。上記等価抵抗が予め定められた標準抵抗値を超える、又は大きく変化する場合、物体の表面が衝突している、又は接触していることが決定される。

【0042】

図７Ａ及び７Ｂを参照すると、実施形態に従った制御モジュール４００の概略図及び等価回路図がそれぞれ図示されている。制御モジュール４００は、上記圧力アレイセンサモジュール１００上の自己検出又は自己診断を行うモニタリングシステムにおいて用いられることができる。制御モジュール４００は、圧力アレイセンサモジュール１００と電気的に接続している。上記圧力アレイセンサモジュール１００の構造の詳細説明は、図１Ａ及び１Ｂを参照して得られるので、類似点はここでは詳しく説明されない。本実施形態において、上記制御モジュール４００は、第１のスイッチ回路４１０、第２のスイッチ回路４２０、及び電圧検出ユニット４３０を含む。上記電圧検出ユニット４３０は、入力端Ｓｘ、出力端Ｓｙ、及び電源Ｖを含む。上記電源Ｖは、入力電圧Ｖ_ｉｎを生成するために、上記入力Ｓｘと接続する。

【0043】

上記第１のスイッチ回路４１０のスキャンスイッチ４１１は、上記アレイ電極１１３から上記第１のスイッチ回路４１０へ延長しているいくつかの第１の信号回路１１８の１つと、選択的、かつ電気的に接続している。すなわち、対応して上記第１の信号回路１１８に接続された圧力センシング素子１２０の上部電極層と電気的に接続している。上記第２のスイッチ回路４２０のスキャンスイッチ４２１は、上記アレイ電極１１３から上記第２のスイッチ回路４２０へ延長しているいくつかの第２の信号回路１１９の１つと、選択的、かつ電気的に接続している。すなわち、対応して上記第２の信号回路１１９に接続された圧力センシング素子１２０の下部電極層と電気的に接続している。したがって、上記第１のスイッチ回路４１０のスキャンスイッチ４１１が、上記第１の信号回路１１８の選択された１つを導通させ、上記第２のスイッチ回路４２０のスキャンスイッチ４２１が、上記第２の信号回路１１９の選択された１つを導通させる場合、上記選択された第１の信号回路１１８と上記選択された第２の信号回路１１９との間の連結点に配置された関連した圧力センシング素子１２０は、抵抗を発生させるために導通される。図７Ａにおいて示されるように、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、上記第１の信号回路１１８に用いられる３本の信号線を示し、Ｙ１，Ｙ２は、上記第２の信号回路１１９に用いられる２本の信号線を示す。上記信号線Ｘ１及びＹ２が選択される場合、上記連結点（Ｘ１，Ｙ２）に配置される上記圧力センシング素子１２０が導通される。信号線Ｘ３及びＹ１が選択される場合、上記連結点（Ｘ３，Ｙ１）に配置される上記圧力センシング素子１２０が導通される。

【0044】

図７Ｂにおいて、Ｒｐは、導通された圧力センシング素子１２０の抵抗を示し、Ｒｆは、上記電圧検出ユニット４３０の基準抵抗を示し、Ｖ_ｉｎは、上記電圧検出ユニット４３０の入力電圧を示し、Ｖ_ｏｕｔは、上記電圧検出ユニット４３０の出力電圧を示す。本実施形態において、上記電圧検出ユニット４３０の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、上記導通された圧力センシング素子１２０の抵抗Ｒ_ｐと関連する。抵抗が増加した場合、出力電圧は関連して減少し、抵抗が減少する場合、出力電圧は関連して増加する。したがって、上記第１のスイッチ回路４１０及び第２のスイッチ回路４２０のスイッチアドレスのスイッチングによって、上記圧力センシング素子１２０は順に検査され、出力電圧は測定され、各々の導通された圧力センシング素子１２０の抵抗は、分圧の原理に従って計算される。測定された抵抗が予め定められた抵抗値を超える、又は大きく変化する場合、上記圧力センシング素子１２０の抵抗器が故障していることが決定される。

【0045】

図８を参照すると、実施形態にしたがった制御モジュール５００の概略図が示されている。制御モジュール５００は、上記圧力アレイセンサモジュール１００を用いることによって物体の表面を検出するモニタリングシステムにおいて、選択的に用いられることができる。例えば、制御モジュール５００は、上記物体の表面が衝突又は接触されたか否かを監視する。制御モジュール５００は、上記圧力アレイセンサモジュール１００上の自己検出又は自己診断を行うモニタリングシステムにおいて、また選択的に用いられることができる。本実施形態において、制御モジュール５００は、上記スイッチ回路とスキャン回路と（上述された２つの独立したモニタリングシステムにより必要とされた上記２つの回路）を一体的に集積する。上記制御モジュール５００は、１つの回路の１つのセットに接続する必要があるだけなので、１つの回路の２つの独立したセットの設計は必要なく、回路レイアウトの設計は、非常に簡単にされる。

【0046】

上記制御モジュール５００は、第１のスイッチ回路５１０、第２のスイッチ回路５２０、及び電圧検出ユニット５３０を含む。すなわち、図６Ａの上記制御モジュール３００と図７Ａの上記制御モジュール４００とは、図８の上記制御モジュール５００として集積されている。上記第１のスイッチ回路５１０は、第１の並列スイッチ５１１及び第１のスキャンスイッチ５１２を含む。上記第２のスイッチ回路５２０は、第２の並列スイッチ５２１及び第２のスキャンスイッチ５２２を含む。上記第１の並列スイッチ５１１は、同時に、上記第１の信号回路１１８のいくつかの第１の分枝端点Ａに接続することができる。これにより、上記第１の信号回路１１８は、相互に並列に接続することができ、上記第１のスキャンスイッチ５１２は、上記第１の信号回路１１８のいくつかの第２の分枝端点Ｂにおいてそれぞれ導通されることができる。しかしながら、上記第１の並列スイッチ５１１及び上記第１のスキャンスイッチ５１２は、同時には用いられない。したがって、上記第１の信号回路１１８の各々の信号線は、第１の分枝端点Ａ及び第２の分枝端点Ｂを有し、これにより、上記第１の並列スイッチ５１１と上記第１のスキャンスイッチ５１２とは、同じ第１の信号回路１１８を共有することができる。

【0047】

さらに、上記第２の並列スイッチ５２１は、同時に、上記第２の信号回路１１９のいくつかの第１の分枝端点Ａに接続することができる。これにより、上記第２の信号回路１１９は、相互に並列に接続され、第２のスキャンスイッチ５２２は、上記第２の信号回路１１９のいくつかの第２の分枝端点Ｂにおいてそれぞれ導通されることができる。しかしながら、上記第２の並列スイッチ５２１と上記第２のスキャンスイッチ５２２とは、同時に用いられることはないだろう。したがって、上記第２の信号回路１９９の各々の信号線は、第１の分枝端点Ａ及び第２の分枝端点Ｂを有する。これにより、上記第２の並列スイッチ５２１と上記第２のスキャンスイッチ５２２とは、同じ第２の信号回路１１９を共有する。

【0048】

１つの実施形態によれば、上記制御モジュール５００が上記第１の並列スイッチ５１１及び上記第２の並列スイッチ５２１を用いる場合、上記第１のスキャンスイッチ５１２及び上記第２のスキャンスイッチ５２２は、上記制御モジュール５００により使用不可に設定され、機能しなくなる。逆に、上記制御モジュール５００が上記第１のスキャンスイッチ５１２及び上記第２のスキャンスイッチ５２２を用いる場合、上記第１の並列スイッチ５１１及び上記第２の並列スイッチ５２１は、上記制御モジュール５００により使用不可に設定され、機能しなくなる。したがって、上記第１の並列スイッチ５１１と上記第１のスキャンスイッチ５１２とは同時に用いられず、上記第２の並列スイッチ５２１と上記第２のスキャンスイッチ５２２とは同時に用いられない。

【0049】

上記第１の並列スイッチ５１１及び上記第２の並列スイッチ５２１に関連する動作の詳細は、図６Ａ及び６Ｂを参照して得ることができる。各々の導通された圧力センシング素子１２０の等価抵抗は、上記モニタリングシステムの衝突検出ループによって直ちに検出されるので、上記等価抵抗が予め定められた標準値を超えたとき、又は大きく変化する場合、物体の表面が衝突している、又は接触していることが決定される。図８において、Ｖ_{ｏｕｔ＿Ｕ}は、衝突検出中の上記電圧検出ユニット５３０の出力電圧を示す。

【0050】

上記第１のスキャンスイッチ５１２及び上記第２のスキャンスイッチ５２２に関連する動作の詳細は、図７Ａ及び７Ｂを参照して得ることができる。アドレススキャンにより導通された各々の圧力センシング素子１２０の抵抗が、上記モニタリングシステムの自己検出ループによって直ちに検出されるので、測定された抵抗が予め定められた抵抗値を超える、又は意味のある電荷を有するとき、上記圧力センシング素子１２０の抵抗器が故障していることは決定される。図８において、Ｖ_{ｏｕｔ＿Ｓ}は、自己検出中に、上記電圧検出ユニット５３０の出力電圧を示す。

【0051】

１の実施形態に従った衝突検出ループ及び自己検出ループの検出フローチャートは以下に開示される。関連する要素の詳細は、上述されており、ここでは繰り返さない。図９を参照する。上記制御モジュール５００が上記圧力アレイセンサモジュール１００を用いることにより物体の表面を検出する場合、ステップＳ８０１において図示される初期化処理が最初に実行される。初期化処理は：上記並列接続された圧力センシング素子１２０の初期等価抵抗Ｒｓｏの測定、静的臨界値Ｔｓｔａｔの設定、動的臨界値Ｔｄｙｎの設定、衝突検出期間の設定、及び自己検出期間の設定を含む。ステップＳ８０２〜Ｓ８０３において、システムループが開始し、上記制御モジュール５００が、上記衝突検出ループ、又は上記自己検出ループを実行するか否かを決める。上記衝突検出ループは、静的検出処理、及び／又は動的検出処理を含む。ステップＳ８０４〜Ｓ８０８において図示される上記衝突検出ループにおいて、上記等価抵抗Ｒｓの予め定められた初期等価抵抗Ｒｓｏに対する差又は比が臨界値を超えたとき、物体の表面が衝突され、又は接触されていることが決定され、警告信号が送られることが決定される。ステップＳ８０９〜Ｓ８１１で図示される自己検出ループにおいて、アドレススキャンによって測定される抵抗が予め定められた基準抵抗を超える、又は意味のある電荷を有するとき、上記圧力センシング素子１２０の抵抗器が故障しており、上記システムの通常の動作が維持されるように、取り替え、又は修理しなければならないことが決定される。

【0052】

ステップＳ８０４〜Ｓ８０５において図示される静的検出において、計算は、並列接続された圧力センシング素子１２０の等価抵抗Ｒｓと初期等価抵抗Ｒｓｏとの間の差に基づいて行われる。１つの実施形態において、比（Ｒｓ−Ｒｓｏ）／Ｒｓｏ、すなわち、初期等価抵抗Ｒｓｏに対する、等価抵抗Ｒｓ及び初期等価抵抗Ｒｓｏの測定値の差の比が、静的臨界値Ｔｓｔａｔよりも大きい場合、又は予め定められた幅内の場合、衝突又は接触が上記物体の表面に起こっていることを意味する。そして、上記モニタリングシステムは、警告信号を送る。逆に、比（Ｒｓ−Ｒｓｏ）／Ｒｓｏが、予め定められた静的臨界値Ｔｓｔａｔよりも小さいか、又は予め定められた範囲内にある場合、これは、許容できる範囲を越えた衝突が発生していない、又は接触がないことを意味する。そして、モニタリングシステムは如何なる警告信号を送らないか、又は、動的検出を実行するために工程がステップＳ８０６に進む。上記予め定められた臨界値の条件が上記静的検出及び上記動的検出の何れかを満たす限り、警告信号は送られる。

【0053】

典型的な例において、静的臨界値Ｔｓｔａｔは、１０％〜５０％，１５％〜３５％，又は２０％〜４０％の間であってもよい。ユーザは、上記静的臨界値Ｔｓｔａｔを、モニタリングシステムの要求にしたがって設定又は調整することができる。さらに、静的検出は、上記圧力アレイセンサモジュール１００への静的接触、又は適用される力についての、量的な検出を実行するのみである。上記圧力アレイセンサモジュール１００に適用する力の瞬時の変動を得るために、ステップＳ８０６〜Ｓ８０７において図示されているような上記動的検出が実行されなくてはならない。

【0054】

ステップＳ８０６〜Ｓ８０７において図示される動的検出において、上記並列接続された圧力センシング素子１２０の等価抵抗Ｒｓの、初期等価抵抗Ｒｓｏに対する比の時間微分が計算される。１つの実施形態において、上記比Ｒｓ／Ｒｓｏが時間微分される場合、すなわち、ｄ（Ｒｓ／Ｒｓｏ）／ｄｔが、動的臨界値Ｔｄｙｎよりも大きい、または予め定められた範囲内にある場合、上記物体の表面は衝突、又は接触されることを意味する。そして、モニタリングシステムは警告信号を送る。逆に、ｄ（Ｒｓ／Ｒｓｏ）／ｄｔが上記動的臨界値Ｔｄｙｎよりも小さい、又は予め定められた範囲内にある場合、モニタリングシステムは、いかなる警告信号の送信も必要としない。

【0055】

典型的な例において、動的臨界値Ｔｄｙｎは１０％／秒〜１００％／秒，２０％／秒〜９０％／秒，又は３０％／秒〜８０％／秒の間であってもよい。サンプル時間は、０．１〜１秒又は０．３〜０．５秒である。ユーザは、上記モニタリングシステムの要求にしたがって上記動的臨界値Ｔｄｙｎを設定又は調整することができる。

【0056】

ステップＳ８１１において、特定の圧力センシング素子１２０の抵抗器の故障は決定され、システムは、維持されることができる。例えば、上記故障した圧力センシング素子１２０は取り替えられる、又は回路は修理される。本実施形態の上記圧力センシング素子１２０が独立して製造されるので、製造は、新しい回路板の製造をしなくてもよく、上記故障した圧力センシング素子１２０の取り換えのみを必要とする。したがって、製造コストを抑制する。

【0057】

様々な変更及び変化が、開示された実施形態で作ることができる事は、当業者にとって明白だろう。以下の特許請求の範囲、及びその同等物によって示される開示の本当の範囲において、明細書及び実施例は典型的な最適として見なされることを意図している。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】