特開 2024-107756 歪検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107756

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】歪検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20240802BHJP

【ＦＩ】

G01B7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011849

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中野 史掘

(72)【発明者】

【氏名】上原 利範

【テーマコード（参考）】

2F063

【Ｆターム（参考）】

2F063AA25

2F063BD11

2F063CA09

2F063DA02

2F063DA05

2F063DC08

2F063DD06

2F063DD07

2F063EC03

2F063EC14

2F063EC16

2F063KA02

2F063LA23

(57)【要約】

【課題】実施形態の課題は、検出精度の向上を図ることが可能な歪検出装置を提供することにある。
【解決手段】実施形態に係る歪検出装置は、基材を挟んで対向する第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂと、第１および第２センサシートを駆動するコントローラと、を備えている。第１センサシートおよび第２センサシートの各々は、一列に並んで設けられた複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎと、それぞれ複数の歪ゲージの一端に接続された複数の電源線ＶＬ１～ＶＬｎおよび複数の第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎと、それぞれ複数の歪ゲージの他端に接続された複数のグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎおよび複数の第２信号線Ｓｂ１～ＳＢｎと、を具備し、第１センサシートの複数のグランド線は、それぞれ第２センサシートの複数の電源線に接続されている。
【選択図】 図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面および前記第１主面に対向する第２主面を有するフレキシブルな基材と、
前記第１主面側に設けられた第１センサシートと、
前記第２主面側に設けられ前記基材を挟んで前記第１センサシートに対向する第２センサシートと、
前記第１センサシートおよび前記第２センサシートを駆動するコントローラと、を備え、
前記第１センサシートおよび前記第２センサシートの各々は、
それぞれ一端および他端を有し、間隔を空けて一列に並んで設けられた複数の歪ゲージと、それぞれ前記複数の歪ゲージの列に沿って延在し前記歪ゲージの一端に接続された複数の電源線および複数の第１信号線と、それぞれ前記複数の歪ゲージの列に沿って延在し前記歪ゲージの他端に接続された複数のグランド線および複数の第２信号線と、を具備し、
前記第１センサシートの前記複数の歪ゲージは、それぞれ前記基材を挟んで前記第２センサシートの前記複数の歪ゲージに対向して配置され、
前記第１センサシートの前記複数のグランド線は、それぞれ前記第２センサシートの前記複数の電源線に接続されている、
歪検出装置。

【請求項2】

前記コントローラは、前記第１センサシートの前記複数の電源線に順次、電源電圧を印加し、前記第１センサシートの複数の歪ゲージおよび前記第２センサシートの複数の歪ゲージを互いに同期して順次駆動し、前記第１信号線および第２信号線から前記歪ゲージの一端の検出信号および他端の検出信号を順次取得するセレクタを備えている、請求項１に記載の歪検出装置。

【請求項3】

前記コントローラは、前記第１センサシートの前記歪ゲージの一端の検出信号と他端の検出信号との差分を検出する第１差分検出回路と、前記第２センサシートの前記歪ゲージの一端の検出信号と他端の検出信号との差分を検出する第２差分検出回路と、を含んでいる、請求項１に記載の歪検出装置。

【請求項4】

前記コントローラは、前記複数の歪ゲージの列の一端側から他端側に向かって前記複数の歪ゲージを順次駆動する、請求項２に記載の歪検出装置。

【請求項5】

前記コントローラは、前記第１センサシートの配線および前記第２センサシートの配線に接続された回路基板を含み、前記回路基板は、前記第１センサシートの前記グランド線と前記第２センサシートの前記電源線とを繋ぐ接続線を有している、請求項１に記載の歪検出装置。

【請求項6】

前記コントローラは、前記第１センサシートの配線および前記第２センサシートの配線に接続された回路基板を含み、前記セレクタは、前記回路基板に設けられ、前記第１センサシートの前記グランド線と前記第２センサシートの前記電源線とを繋ぐ配線を有している、請求項２に記載の歪検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、歪検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

歪検出装置の一例として、フレキシブルなフィルム状あるいはシート状の歪ゲージセンサが知られている。歪ゲージセンサは、帯状のフレキシブルなシート基材の表面に並んで設けられた歪ゲージと、これらの歪ゲージに通電するための複数本の信号線と、を有している（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献２に開示されている歪ゲージにおいては、シートの表裏に複数の歪ゲージが設けられている。表面側の歪ゲージは、裏面側の歪ゲージとそれぞれ対向して配置されている。歪ゲージセンサを湾曲した被検体に巻き付け、各歪ゲージの抵抗変化を検出することにより、被検体の湾曲形状を検知することができる。
当該歪ゲージセンサでは、シートの表裏にて温度状態が異なる等に起因して表裏の歪ゲージにて配線抵抗等を揃えることが難しく、これが歪検出の精度に悪影響を及ぼす可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１７４５１４号公報

【特許文献2】特開昭６０－６７８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この発明の実施形態の課題は、検出精度の向上を図ることが可能な歪検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る歪検出装置は、第１主面および前記第１主面に対向する第２主面を有するフレキシブルな基材と、前記第１主面側に設けられる第１センサシートと、前記第２主面側に設けられ前記基材を挟んで前記第１センサシートに対向する第２センサシートと、前記第１センサシートおよび前記第２センサシートを駆動するコントローラと、を備えている。前記第１センサシートおよび前記第２センサシートの各々は、それぞれ一端および他端を有し、間隔を空けて一列に並んで設けられた複数の歪ゲージと、それぞれ前記複数の歪ゲージの列に沿って延在し前記歪ゲージの一端に接続された複数の電源線および複数の第１信号線と、それぞれ前記複数の歪ゲージの列に沿って延在し前記歪ゲージの他端に接続された複数のグランド線および複数の第２信号線と、を具備している。前記第１センサシートの前記複数の歪ゲージは、それぞれ前記基材を挟んで前記第２センサシートの前記複数の歪ゲージに対向して配置され、前記第１センサシートの前記複数のグランド線は、それぞれ前記第２センサシートの前記複数の電源線に接続されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態に係る歪ゲージセンサ装置の斜視図。

【図2】図２は、前記歪ゲージセンサ装置の縦断面図。

【図3】図３は、前記歪ゲージセンサ装置の第１センサシートおよび第２センサシートのゲージパターンおよび配線パターンを模式的に示す展開図。

【図4】図４は、前記歪ゲージセンサ装置のコントローラのブロック図。

【図5】図５は、前記コントローラのアナログフロントエンドにおける差分検出回路の回路図。

【図6】図６は、前記歪ゲージセンサ装置を被検体の表面に設置した状態を模式的に示す側面図。

【図7】図７は、前記歪ゲージセンサ装置の検出時の各種信号のタイミングチャート。

【図8】図８は、検出時のスキャン動作を示す前記歪ゲージセンサ装置の展開図。

【図9】図９は、検出時のスキャン動作を示す前記歪ゲージセンサ装置の展開図。

【図10】図１０は、被検体の周面に設置した状態の前記歪ゲージセンサ装置の一部を模式的に示す図。

【図11】図１１は、前記第１および第２センサシートの等価回路図。

【図12】図１２は、変形例に係る歪ゲージセンサ装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0008】

（実施形態）
歪検出装置の一例として、実施形態に係る歪ゲージセンサ装置について詳細に説明する。図１は、実施形態に係る歪ゲージセンサ装置の斜視図である。
図示のように、歪ゲージセンサ装置１０は、両面型の歪ゲージセンサを構成している。歪ゲージセンサ装置１０は、基材として機能する細長い帯状のフレキシブルなベース基板４４と、ベース基板４４の第１主面（前面）に貼付された第１センサシート２０Ａと、ベース基板４４の第２主面（背面）に貼付された第２センサシート２０Ｂと、一対のフレキシブル配線板（ＦＰＣ）１４と、当該一対のフレキシブル配線板１４を介して第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂに接続された中継基板（駆動回路基板）１２と、を備えている。一例では、ベース基板４４は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド等の樹脂で厚さ０．３～０．５ｍｍ程度に形成されている。

【0009】

第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂの各々は、細長い帯状のフレキシブルなシート基材２２とシート基材２２の片面の側に設けられた導体パターンとを有している。導体パターンは、複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎを含んでいる。複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎは、シート基材２２の長手方向Ｘの一端から他端に亘り所定の間隔を空けて長手方向Ｘに並んで設けられている。
なお、図において、センサシートの長手方向Ｘ、幅方向Ｙは、互いに直交する２方向を示している。これらの方向は、９０度以外の角度で交差していてもよい。

【0010】

図２は、歪ゲージセンサ装置１０の縦断面図である。
図２に示すように、ベース基板４４は前面および前面に対向する背面を有している。一例では、第１センサシート２０Ａは、導体パターン（Ｇ１～Ｇｎ）を備える面が透明粘着シート（ＯＣＡ）などの接着剤層Ａｄによりベース基板４４の前面に貼付されている。第２センサシート２０Ｂは、導体パターン（Ｇ１～Ｇｎ）を備える面が接着剤層Ａｄによりベース基板４４の背面に貼付されている。
中継基板１２は、一方の面側に設けられた駆動回路４０および複数の配線と、他方の面側に設けられた図示しない複数の配線と、を含んでいる。第１センサシート２０Ａの導体パターンは、ＦＰＣ１４を介して、中継基板１２の上面側に設けられる配線に接続されている。同様に、第２センサシート２０Ｂの導体パターンは、ＦＰＣ１４を介して、中継基板１２の下面側に設けられる配線に接続されている。

【0011】

図３は、第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂを展開した状態で、第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂの歪ゲージおよび配線パターンを模式的に示す平面図である。図示のように、本実施形態によれば、第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂは、同一の形状、寸法、および導体パターンに構成されている。詳細には、第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂの各々は、フレキシブルな帯状のシート基材２２と、シート基材２２の片面側に設けられた導体パターンと、を有している。導体パターンは、複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎを有している。複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎは、シート基材２２の長手方向Ｘの一端（先端）から他端（基端）まで長手方向Ｘに間隔を空けて一列に並んで設けられている。歪ゲージＧ１～Ｇｎの各々は、幅方向Ｙに蛇腹状に延在し、幅方向Ｙの一端および他端を有している。各歪ゲージＧ１～Ｇｎは、歪に応じた抵抗変化を生じる。

【0012】

導体パターンは、それぞれ歪ゲージＧ１～Ｇｎの列に沿って長手方向Ｘに延在している複数本の電源線ＶＬ１～ＶＬｎ、複数本のグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎ、複数本の第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎ、および複数本の第２信号線Ｓｂ１～Ｓｂｎを有している。
電源線ＶＬ１～ＶＬｎは、歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端の側に位置している。電源線ＶＬ１～ＶＬｎは、それぞれ歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端に接続された一端とシート基材２２の基端側に位置する他端とを有し、互いにほぼ平行に延びている。
第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎは、歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端と電源線ＶＬ１～ＶＬｎとの間に位置している。第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎは、それぞれ歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端に接続された一端とシート基材２２の基端側に位置する他端とを有し、互いにほぼ平行に延びている。
グランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎは、歪ゲージＧ１～Ｇｎの他端の側に位置している。グランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎは、それぞれ歪ゲージＧ１～Ｇｎの他端に接続された一端とシート基材２２の基端側に位置する他端とを有し、互いにほぼ平行に延びている。
第２信号線Ｓｂ１～Ｓｂｎは、歪ゲージＧ１～Ｇｎの他端とグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎとの間に位置している。第２信号線Ｓｂ１～Ｓｂｎは、それぞれ歪ゲージＧ１～Ｇｎの他端に接続された一端とシート基材２２の基端側に位置する他端とを有し、互いにほぼ平行に延びている。

【0013】

上記のように構成された第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂは、ベース基板４４の前面および背面に貼付され、ベース基板４４を挟んで互いに対向する。すなわち、第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧ１～Ｇｎは、ベース基板４４を挟んで、第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧ１～Ｇｎにそれぞれ対向している。ここで、第１センサシートの各歪ゲージＧ１～Ｇｎと第２センサシートの各歪ゲージＧ１～Ｇｎとは、ベース基板４４の表面に垂直な方向から見た平面視で互いに少なくとも一部が重畳していることが好ましい。或いは、これら各センサシート２０Ａ、２０Ｂの歪ゲージＧ１～Ｇｎは、少なくとも、長手方向Ｘへのずれを許容しつつも幅方向Ｙにはずれることなく重畳していることが好ましい。或いは、これら各センサシート２０Ａ、２０Ｂの歪ゲージＧ１～Ｇｎは、長手方向Ｘにも幅方向Ｙにもずれることなく重畳していることが好ましい。

【0014】

第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎは、ＦＰＣ１４を介して中継基板１２の上面上まで延びている。第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１～ＶＬｎは、ＦＰＣ１４を介して中継基板１２の背面上まで延びている。本実施形態では、第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎは、それぞれ、中継基板１２の位置で、第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１～ＶＬｎに電気的に接続されている、すなわち、短絡している。図２に示すように、中継基板１２に形成された接続線としてのメッキスルーホールＳＨにより、グランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎと電源線ＶＬ１～ＶＬｎとが接続されている。なお、接続線は、メッキスルーホールＳＨに限らず、中継基板１２上の配線パターン等を用いても良い。また、第２センサシート２０Ｂの側のＦＰＣ１４も中継基板１２の上面側と接続することにより、メッキスルーホールではなく中継基板１２上の配線を介してこれら第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎを第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１～ＶＬｎにそれぞれ接続する構成を採用することも可能である。更には、第１センサシート２０Ａの側のＦＰＣ１４及び第２センサシート２０Ｂの側のＦＰＣ１４を中継基板１２の上面側に設けられる駆動回路４０と接続し、当該駆動回路４０内でこれら第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１～ＧＮＬｎを第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１～ＶＬｎにそれぞれ接続する構成を採用することも可能である。

【0015】

次に、上記のように構成された第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂを駆動する駆動回路（コントローラ）について説明する。図４は、歪ゲージセンサ装置１０の駆動回路を模式的に示すブロック図、図５は、アナログフロントエンドにおける差分検出回路の回路図である。
図４に示すように、中継基板（制御回路基板）１２に設けられた駆動回路４０は、セレクタＳＥＬ、アナログフロントエンド（ＡＦＥ：信号調整回路）３０、タイミングコントローラ３４、通信インターフェース３６などを有している。

【0016】

通信インターフェース３６は、外部のホストコントローラ３８に無線あるいは有線接続され、ホストコントローラ３８から駆動信号（setting）を受けるとともに、検出データ（Data）をホストコントローラ３８に送信する。
タイミングコントローラ３４は、駆動信号（setting）に応じて、セレクタＳＥＬおよびアナログフロントエンド３０に駆動信号を出力する。
セレクタＳＥＬは、複数のシフトレジスタ、マルチプレクタ等で構成される。セレクタＳＥＬは、タイミングコントローラ３４からの駆動信号に応じて、第１センサシート２０Ａの電源線ＶＬ１～ＶＬｎを順次、電源に接続し、歪ゲージＧ１～Ｇｎに順次電圧を印加する。これに同期して、セレクタＳＥＬ１は、第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎ、第２信号線Ｓｂ１～Ｓｂｎを介して各歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端側および他端側の検出信号（電圧値）ＲＸａ１～ＲＸａｎ、ＲＸｂ１～ＲＸｂｎを順次読み取る。更に、セレクタＳＥＬは、上記読取りに同期して、第２センサシート２０Ｂの第１信号線Ｓａ１～Ｓａｎ、第２信号線Ｓｂ１～Ｓｂｎを介して各歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端側および他端側の検出信号（電圧値）ＲＸｃ１～ＲＸｃｎ、ＲＸｄ１～ＲＸｄｎを順次読み取る。

【0017】

アナログフロントエンド３０は、読み出し回路３１、差分検出回路３０ａ、３０ｂ、ＡＤ変換器３２、デジタルフィルタ３３、メモリ３７等を含んでいる（図８参照）。図５に示すように、本実施形態によれば、アナログフロントエンド３０は、第１センサシート２０Ａの検出信号を処理する差分検出回路（減算回路）３０ａ、および第２センサシート２０Ｂの検出信号を処理する差分検出回路（減算回路）３０ｂを含んでいる。アナログフロントエンド３０は、駆動信号に応じて、セレクタＳＥＬから送られた各歪ゲージＧ１～Ｇｎの検出信号ＲＸａ、ＲＸｂおよび検出信号ＲＸｃ、ＲＸｄを信号調整（増幅、ＡＤ変換、フィルタリング）し、通信インターフェース３６に出力する。この際、曲率半径の算出には各歪ゲージＧの電圧降下値が必要となるため、差分検出回路３０ａ、３０ｂによりそれぞれの歪ゲージＧ１～Ｇｎの検出値Ｒｘａ、Ｒｘｂの差分、および歪ゲージＧ１～Ｇｎの検出値Ｒｘｃ、Ｒｘｄの差分、を取って信号出力する。
ホストコントローラ３８は、通信インターフェース３６から送られた出力信号（データ）を読取り、データ成形、曲面計算等の演算処理を行い、第１および第２センサシート２０Ａ、２０Ｂにより検出された被検体の歪、湾曲形態等を算出する。

【0018】

次に、歪ゲージセンサ装置１０の検出動作モードについて説明する。
図６は、第１センサシートおよび第２センサシートを被検体の表面に設置した状態を模式的に示す図、図７は、検出動作モードで動作する際の信号出力を示すタイミングチャート、図８および図９は、歪ゲージセンサ装置のスキャン動作を模式的に示す平面図である。
一例では、図６に示すように、歪ゲージセンサ装置１０は、被検体５０の周面５０ａに巻き付けて設置され、周面５０ａの曲面形態を検出する。この場合、歪ゲージセンサ装置１０は、第２センサシート２０Ｂの側が周面５０ａに接触した状態で設置される。

【0019】

検出動作モードでは、電源線および信号線をスキャン駆動することにより、歪ゲージＧ１～Ｇｎを順次駆動し、歪ゲージＧ１～Ｇｎの検出値を順次読取る。詳細には、図７に示すように、検出時、タイミングコントローラ３４は、ホストコントローラ３８からの指示に応じて、スタート信号ＶＤ、これに同期するクロック信号ＨＤをセレクタＳＥＬに入力し、１フレーム期間において、第１および第２センサシート２０Ａ、２０Ｂの歪ゲージＧ１～Ｇｎを順次駆動（setting）させる。

【0020】

図８に示すように、セレクタＳＥＬは、第１センサシート２０Ａの電源線ＶＬ１を駆動し、すなわち、電源線ＶＬ１に電源電圧を印加し、歪ゲージＧ１に所望の電圧ＰＷ１を印加する。これにより、一定時間、歪ゲージＧ１に電流Ｉが通電される。同時に、セレクタＳＥＬは、第１信号線Ｓａ１および第２信号線Ｓｂ１を介して、歪ゲージＧ１の一端の検出信号（電圧値）ＲＸａ１および歪ゲージＧ１の他端の検出信号（電圧値）ＲＸｂ１を取得する。
第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１は、第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１に繋がっている。より具体的には、第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧ１と第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧ１とは、第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬ１、接続線（メッキスルーホール）及び第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬ１を介して直列に接続されている。そのため、第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧ１を駆動すると第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧ１が同期して駆動され、当該歪ゲージＧ１にも電流Ｉが通電される。同時に、セレクタＳＥＬは、第２センサシート２０Ｂの第１信号線Ｓａ１および第２信号線Ｓｂ１を介して、歪ゲージＧ１の一端の検出信号（電圧値）ＲＸｃ１および歪ゲージＧ１の他端の検出信号（電圧値）ＲＸｄ１を取得する。
取得した検出信号ＲＸａ１、ＲＸｂ１、ＲＸｃ１、ＲＸｄ１は、アナログフロントエンド３０に送られ、ここで調整および差分検出された後、メモリ３７に格納される。

【0021】

図９に示すように、次いで、セレクタＳＥＬは、第１センサシート２０Ａの電源線ＶＬ２を駆動し、すなわち、電源線ＶＬ２に電源電圧を印加し、第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧ２および第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧ２にそれぞれ所望の電圧ＰＷ２を印加する。これにより、対向する２つの歪ゲージＧ２に一定時間、電流Ｉが通電される。同時に、セレクタＳＥＬは、第１センサシート２０Ａの第１信号線Ｓａ２および第２信号線Ｓｂ２を介して、歪ゲージＧ２の一端の検出信号ＲＸａ２および歪ゲージＧ２の他端の検出信号ＲＸｂ２を取得する。同時に、セレクタＳＥＬは、第２センサシート２０Ｂの第１信号線Ｓａ２および第２信号線Ｓｂ２を介して、歪ゲージＧ２の一端の検出信号ＲＸｃ２および歪ゲージＧ２の他端の検出信号ＲＸｄ２を取得する。
取得した検出信号ＲＸａ２、ＲＸｂ２、ＲＸｃ２、ＲＸｄ２は、アナログフロントエンド３０に送られ、ここで調整および差分検出された後、メモリ３７に格納される。

【0022】

以後、セレクタＳＥＬは、第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧ３～Ｇｎおよび第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧ３～Ｇｎを順次駆動し、歪ゲージＧ３～Ｇｎの検出信号ＲＸａ３～ＲＸａｎ、ＲＸｂ３～ＲＸｂｎ、ＲＸｃ３～ＲＸｃｎ、ＲＸｄ３～ＲＸｄｎを順次取得する。取得した検出信号は、順次、アナログフロントエンド３０に送られ、調整および差分検出された後、メモリ３７に格納される。

【0023】

上述したように、アナログフロントエンド３０は、送られた検出信号ＲＸａ１～ＲＸａｎ、ＲＸｂ１～ＲＸｂｎ、および検出信号ＲＸｃ１～ＲＸｃｎ、ＲＸｄ１～ＲＸｄｎを読み出し回路３１により順次、読み出して電圧信号に変換し、更に、ＡＤ変換器３２およびデジタルフィルタ３３によりデジタルデータ（Ｄａｔａ）とする。更に、アナログフロントエンド３０は、差分検出回路３０ａ、３０ｂにより、検出信号ＲＸａ１～ＲＸａｎとＲＸｂ１～ＲＸｂｎとの差分、および検出信号ＲＸｃ１～ＲＸｃｎ、とＲＸｄ１～ＲＸｄｎとの差分を検出する。検出された差分データは、順次、メモリ３７に格納される。アナログフロントエンド３０は、１フレーム期間のスキャンが完了した時点で、１フレーム分の差分データをメモリ３７から読み出し、ホストコントローラ３８に出力する。ホストコントローラ３８は、送られたデータに基づいて、被検体５０の周面５０ａの曲面形態を算出する。

【0024】

曲面形態、一例では、曲率半径の算出方法について説明する。
図１０は、前述した被検体５０の周面５０ａに設置された歪ゲージセンサ装置の一部を模式的に示す図である。図示のように、周面５０ａ上に設置した状態において、ベース基板４４の中立面は、周面５０ａと同一の曲率半径ｒで湾曲している。ここで、中立面とは、当該歪ゲージセンサの湾曲前後において伸長も収縮も生じない（すなわち湾曲後もひずみがゼロ）面である。本実施形態においては、中立面は、ベース基板４４の厚さ方向の中央（厚さ×１／２）となる位置に設けられている。
外周側に位置する第１センサシート２０Ａの歪ゲージＧａと内周側に位置する第２センサシート２０Ｂの歪ゲージＧｂとは、径方向に対向しているとともに、互いに異なる曲率半径で湾曲している。

【0025】

図１０および以下に示す数式において、Ｗ０：歪ゲージの初期幅、Ｗａ：外周側の歪ゲージ幅、Ｗｂ：内周側の歪ゲージ幅、ΔＷ：歪ゲージの変化幅、ｄ：基材厚さ、θ：歪ゲージ開き角、ｒ：中立面の曲率半径、ｋ：ゲージ率、Ｒ０：歪ゲージ基準抵抗、ΔＲ：歪ゲージ抵抗変化をそれぞれ示している。

【0026】

ベース基板４４の中立面での歪ゲージＧの幅を歪ゲージの初期幅Ｗ０とすると、Ｗ０＝ｒθとなる。外周側の歪ゲージＧａは、湾曲することにより延びた状態に変形し、そのゲージ幅Ｗａは、

【数1】

となる。
内周側の歪ゲージＧｂは、湾曲することにより縮んだ状態に変形し、そのゲージ幅Ｗｂは、

【数2】

となる。変化幅ΔＷは、ΔＷ＝ｄθ／２であり、中立面（被検体の周面５０ａに相当）の曲率半径ｒは、

【数3】

となる。

【0027】

図１１は、第１センサシート２０Ａおよび第２センサシート２０Ｂの等価回路を模式的に示す図である。
図示のように、本実施形態によれば、第１センサシート２０Ａのグランド線ＧＮＬは、第２センサシート２０Ｂの電源線ＶＬに繋がっている、すなわち、短絡している。これにより、外周側の歪ゲージＧａと内周側の歪ゲージＧｂとが直列に接続されている。歪検出時、各歪ゲージＧａ、Ｇｂの一端および他端で電圧降下を測定する。
各歪ゲージＧａ、Ｇｂの変形前の初期抵抗値をＲ０、変形後の外周側の歪ゲージＧａの抵抗値をＲａ、変形後の内周側の歪ゲージＧｂの抵抗値をＲｂ、外周側の歪ゲージＧａの一端および他端における電圧値をＶ１、Ｖ２、内周側の歪ゲージＧｂの一端および他端における電圧値をＶ３、Ｖ４、歪ゲージの抵抗変化をΔＲ、各歪ゲージＧａ、Ｇｂに流れる電流をＩ、とすると、歪ゲージＧａの一端と他端との間の電圧降下Ｖ12、および歪ゲージＧｂの一端と他端との間の電圧降下Ｖ34は、

【数4】

となる。上式を下式で除算すると、

【数5】

の関係となり、歪ゲージ抵抗の変化を用いて表すと以下の式となる。

【数6】

上式より、歪ゲージ抵抗の変化率は、以下の式で算出される。

【数7】

【0028】

上記の関係式を前述した曲率半径ｒの計算式（１）に当てはめると、以下の通りとなる。

【数8】

歪ゲージセンサ装置１０は、各歪ゲージＧ１～Ｇｎの一端および他端の電圧値を検出し、それらの差分値（Ｖ12、Ｖ34）と上記式（２）とにより、被検体５０の周面５０ａの曲率半径ｒを算出することができる。周面５０ａの複数個所の曲率半径を順次算出することにより、周面５０ａ全体の曲面形態を検出することができる。
なお、歪ゲージセンサ装置１０によれば、歪ゲージを表裏の両面に対向して配置した構成とし、更に、側定電圧の差分値に基づいて曲面形態を検出する構成とすることにより、シートセンサ上や中継基板上で引き回されている配線の配線抵抗（Ｒｅ１～Ｒｅ５）が存在している場合でも、これらの配線抵抗の影響を受けることなく、歪ゲージの抵抗変化のみを検出することができる。

【0029】

以上のように構成された第１実施形態に係る歪ゲージセンサ装置１０によれば、第１センサシートの歪ゲージＧ１～Ｇｎと第２センサシートの歪ゲージＧ１～Ｇｎとは、基材を挟んで、互いに対向して配置され、更に、第１センサシートの電源線と第２センサシートのグランド線とを短絡することにより、第１センサシートの歪ゲージと第２センサシートの歪ゲージとがそれぞれ直列に繋がっている。そのため、第１センサシートの歪ゲージＧ１～Ｇｎの順次駆動（スキャン）に同期して第２センサシートの歪ゲージＧ１～Ｇｎを順次駆動（スキャン）することができ、表裏で対向する２つの歪ゲージにより同一部位を同時に歪検出することができる。更に、検出時、対向する２つの歪ゲージに一定の電流Ｉを通電することができ、両歪ゲージの検出信号の差分を取ることにより、高い精度で曲面形態を検出することが可能となる。
前述したように、歪ゲージセンサ装置１０では、歪ゲージＧ１～Ｇｎの抵抗変化のみを検出することができ、検出した信号に歪ゲージの抵抗変化以外の要素（電源－歪ゲージ間の配線抵抗等）が混在しないことから、検出精度の向上を図ることが可能となる。また、複数の歪ゲージＧ１～Ｇｎを歪ゲージ列の一端側から他端側に向かって順次駆動（スキャン）する構成とすることにより、複数の歪ゲージの全てを同時に駆動する場合に比較して、検出時の消費電力を低減することができる。
以上のことから、本実施形態によれば、検出精度の向上を図ることが可能な歪検出装置を得ることができる。

【0030】

次に、変形例に係る歪ゲージセンサ装置について説明する。以下に述べる変形例において、前述した実施形態と同一の部分には実施形態と同一の参照符号を付して、その詳細な説明を簡略化あるいは省略する場合がある。
（変形例）
図１２は、変形例に係る歪ゲージセンサ装置における第１および第２センサシートの断面図である。図示のように、変形例によれば、第１センサシート２０Ａは、シート基材２２が透明粘着シート（ＯＣＡ）などの接着剤層Ａｄによりベース基板４４の前面に貼付されている。第１センサシート２０Ａの導体パターン（Ｇ１～Ｇｎ）の側に保護フィルムＰＦが積層されている。
第２センサシート２０Ｂは、シート基材２２が透明粘着シート（ＯＣＡ）などの接着剤層Ａｄによりベース基板４４の背面に貼付されている。第２センサシート２０Ｂの導体パターン（Ｇ１～Ｇｎ）の側に保護フィルムＰＦが積層されている。
変形例において、歪ゲージセンサ装置の他の構成は、前述した実施形態に係る歪ゲージセンサ装置の構成と同一である。変形例に係る歪ゲージセンサ装置においても、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0031】

なお、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明の実施形態として上述した各構成を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての構成も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

【0032】

例えば、歪ゲージをスキャン駆動する方向は、先端側の歪ゲージＧ１から基端側の歪ゲージＧｎに向う方向に限らず、逆向きで、基端側の歪ゲージＧｎから先端側の歪ゲージＧ１に向う方向としても良い。電源線とグランド線とを繋ぐ接続線は、メッキスルーホールに限らず、図８に示すように、セレクタＳＥＬ内の配線で構成してもよい。
また、センサシートにおける歪ゲージの配列数は、上述した実施形態に限らず、任意に選択可能である。センサシートの構成材料、寸法、および形状は、前述した実施形態に限定されることなく、適宜、変更可能である。

【符号の説明】

【0033】

１０…歪ゲージセンサ装置、１２…中継基板、２０Ａ…第１センサシート、
２０Ｂ…第２センサシート、２２…シート基材、３０ａ、３０ｂ…差分検出回路、
４４…ベース基板、Ｇ１～Ｇｎ…歪ゲージ、ＶＬ…電源線、ＧＮＬ…グランド線、
Ｓａ…第１信号線、Ｓｂ…第２信号線、ＳＥＬ…セレクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】