JPH05322731A - 物質の硬さ検出方法及びこれに用いる検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人の手のように、豆腐のように軟らかい物質
から石のように硬い物質まで触れて、その硬さをリアル
タイムに検出できるセンサーは、これまで開発されてい
なかった。かようなセンサーは、触覚に係わる医療分野
をはじめロボットハンドや食品の品質管理等あらゆる分
野において必要である、そこで、人の触覚に近い特性を
持ち、取り扱いが容易で、小型化しやすい新しいセンサ
ーを開発したので提供する。 【構成】対物接触振動子（１１）と振動検出部（１
２）、あるいは振動検出用素子（１３）とで構成される
センサー部（１）において、振動検出部（１２）又は振
動検出用素子（１３）の出力信号を増幅した後、前記対
物接触振動子（１１）に強制帰還させて成る自励発振回
路部（２）における発振周波数の変化を測定する計測シ
ステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対物接触振動子を利用
した、物質の硬さ検出方法及びこれに用いる検出装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日の医療技術は著しい進歩をとげてい
るが、触覚による診断は今もなお重要な方法である。た
とえば、前立腺肥大やしこり、異物、皮膚の健康状態等
を知るには触診が診断上重要である。また、生体のよう
な軟組織の微小な部分の硬さを、触覚に対応した値とし
て検出することも医学上重要である。このため、圧力セ
ンサーや光センサー等を利用して、触覚に対応したセン
サーを開発して、診断に役立てるための研究も行われて
きたが、まだ実用に供し得るものがない。また、触覚の
定量的な測定は医学のみならず多方面からその実現が熱
望されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本願は、かか
る実情に鑑み、対物接触振動子が、対象物との接触によ
り発振周波数が変化することを利用した物質の硬さ検出
方法及びこれに用いる検出装置の発明を行い、ここに提
供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本願発明は、次のように構成される。すなわち、本願
発明に係わる物質の硬さ検出方法は、対物接触振動子に
設けられた振動検出部の出力信号を増幅した後、前記対
物接触振動子に強制帰還させて成る自励発振回路部にお
ける発振周波数の変化を測定することにより、物質の硬
さを感知することを特徴とする。

【０００５】また、対物接触振動子に取り付けた振動検
出用素子を介して出力信号を取り出すようにしても良
い。次に、本願発明に係わる物質の硬さ検出装置は、対
物接触振動子から成るセンサー部と、該センサー部から
の出力信号を増幅し、対物接触振動子に強制帰還させて
成る自励発振回路部と、該自励発振回路部の発振周波数
を計測する計測部と、から構成されることを特徴とす
る。

【０００６】さらに加えて、センサー部は、対物接触振
動子に振動検出用素子を取り付けて出力信号を得る構造
としてもよい。自励発振回路部において、増輻回路で増
幅後、移相回路、帯域フィルターを通して強制帰還させ
る構成の自励発振回路部としてもよい。

【０００７】また、これらのセンサーを多数直線状に、
或は、面状に配置して、広範囲に、しかも同時に物質の
硬さを計測するシステムとしてもよい。

【０００８】また、対物接触振動子に取り付ける接触子
は、目的に合わせて、球面あるいは針状に、その形状を
適宜変更して、物質の硬さを計測するシステムとしても
よい。

【０００９】

【実施例】以下に、本願発明の実施例、及びその測定例
の詳細を説明する。１はセンサー部で、対物接触振動子
１１から構成される。該センサー部１は、手の指先や把
持物（図示せず）などに取り付けられる。ここで、対物
接触振動子１１としては、例えば圧電セラミック振動子
や水晶振動子が好ましいものとして挙げられ、その形状
に制限はなく、取り付けられる把持部の形状にしたっが
って適宜の形状に形成される。

【００１０】また、対物接触振動子１１に設けられた振
動検出部１２から直接出力信号を取り出してもよいが、
より感度を高めるために、対物接触振動子１１に振動検
出用素子１３を取り付けてもよい。この具体的取り付け
手段は、振動が伝達する構成のものであれば、接着等そ
の如何を問わない。なお、振動検出用素子１３として
は、例えば圧電セラミック素子、圧電型加速度ピックア
ップ、または高分子圧電フィルム等が挙げられ、その形
状は対物接触振動子１１に対応して適宜形成される。

【００１１】２は、自励発振回路部であり、対物接触振
動子１１に設けられた振動検出部１２からの出力信号を
増幅回路２１で増幅し、該増幅信号を対物接触振動子１
１に供給する強制帰還を行わせるように回路構成されて
いる。かかる構成により、増幅回路２１の増幅度を調整
して対物接触振動子１１を振動させ、振動検出部１２の
出力信号を増幅した後に強制帰還させる回路により、対
物接触振動子１１と増幅回路２１とで発振回路を構成
し、自励発振することになる。

【００１２】なお、かかる自励発振回路部２において、
前記の振動検出用素子１３からの出力信号を、増幅回路
２１で増幅した後、移相回路２２、帯域フィルター回路
２３を通過させて対物接触振動子１１に強制帰還させる
ようにしてもよい。これにより、センサー部の感度、及
び分解能が向上し、さらには安定性を増すことができ
る。３は、計測部であり、増幅回路２１と振動検出部１
２の間に接続設置される周波数測定回路３１と、該周波
数測定回路３１に接続されるデータ処理回路３２とから
構成される。

【００１３】前記の計測システムにおいて、対物接触振
動子１１に取り付けられた接触子１４は、目的に応じて
球状や針状に適宜形成される。

【００１４】

【作用】本願実施例は、以上のように構成されるため、
まず、対物接触振動子１１が物体に接触する前の自励発
振回路部２の発振周波数を測定する。次に、対物接触振
動子１１に物体４が接触すると、自励発振回路部２の発
振周波数が変化するので、このときの発振周波数を測定
し、接触前と接触後の発振周波数の変化量を求めれば、
物質の硬さを知ることができる。

【００１５】これら一連の測定データをデータ処理回路
によって解析すれば、リアルタイムで物質の硬さを感知
できる。図３は、上記装置を用いて行った周波数変化の
測定結果を示したグラフである。ゼラチンと硬質ゴム球
で構成された前立腺モデルにセンサー部を接触させると
（ｔ１）、その物体の硬さによって発振周波数が変化す
る。接触前と接触後の周波数変化量が物質の硬さに相当
するので、ゼラチンのみの硬さは、図３のように、非常
に軟らかくなる。しかし、センサーを前立腺モデルを示
すゴム球上に移動すると、ゴムの硬さによって周波素変
化量が小さくなり、硬さが増加する。

【００１６】

【効果】本願発明は、以上のように構成されている為、
次に挙げる効果を奏する。自励発振の発振周波数の変化
を利用して、物質の硬さを感知するようにしているた
め、高感度で分解能に優れ、人の触覚に近い特性を得る
ことができる。対物接触振動子から成るセンサー部は小
型化しやすいので、指先などに取り付けて、生体内の異
物や軟組織の硬さを、触診と同様の感覚で検出すること
ができる。対物接触振動子に取り付けた接触子を極めて
細い針状にすることにより、細胞などの微小部分の硬さ
を検出できる。上記の針状接触子を極めて細い筒の中に
入れて、生体のような軟組織に挿入することにより、接
触子先端部に接触している物質の硬さを検出できる。自
励発振を利用するものであるため、接触する物質が変る
度に、いちいち発振器を調節操作して発振周波数を探す
必要がなくなり、取り扱いが極めて容易で、リアルタイ
ムの測定が可能である。本発明は、コンピュータとのイ
ンターフェイスが容易であるため、データの高速処理に
より、リアルタイムの処理が可能となり、医学分野のみ
ならず、ロボット工学、食品工学分野等、多方面への適
用実施が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例を示す概略斜視説明図

【図２】本願発明の他の実施例を示す概略斜視説明図

【図３】センサー部接触子の実施例を示す概略斜視説明
図

【図４】センサー部接触子の実施例を示す概略斜視説明
図

【図５】センサー部接触の実施例を示す概略斜視説明図

【図６】本願発明の実施例の測定結果を示すグラフ

【符号の説明】

１ センサー部 ２ 自励発振部 ３ 計測部 ４ 物質 １１ 対物接触振動子 １２ 振動検出部 １３ 振動検出用素子 １４ 接触子 １５ 筒 ２１ 増幅回 ２２ 移相回路 ２３ 帯域フィルター回路 ３１ 周波数測定回路 ３２ データ処理回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物接触振動子（１１）に設けられた振
   動検出部（１２）の出力信号を増幅した後、前記対象物
   接触振動子（１１）に強制帰還させて成る自励発振回路
   部（２）における発振周波数の変化を測定することによ
   り、物質の硬さを感知することを特徴とする硬さ検出方
   法。
2. 【請求項２】 対物接触振動子（１１）に取付けた振動
   検出用素子（１３）を介して出力信号を取り出すことを
   特徴とする請求項１記載の物質の硬さ検出方法。
3. 【請求項３】 対物接触振動子（１１）からなるセンサ
   ー部（１）と、該センサー部（１）からの出力信号を増
   幅し、対物接触振動子（１１）に強制帰還させて成る自
   励発振回路部（２）と、該自励発振回路部（２）の発振
   周波数を計測する計測部（３）と、から成ることを特徴
   とする物質の硬さ検出装置。
4. 【請求項４】 振動検出用素子（１３）が取り付けられ
   た対物接触振動子（１１）からなるセンサー部（１）
   と、該振動検出用素子（１３）からの出力信号を増幅回
   路（２１）で増幅した後、移相回路（２１）、帯域フィ
   ルター回路（２３）を通して前記対物接触振動子（１
   １）に強制帰還させて成る自励発振回路部（２）と、該
   自励発振回路部（２）の発振周波数を計測する計測部
   （３）と、から成ることを特徴とする物質の硬さ検出装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４に記載の計測シス
   テムを利用し、センサーを多数利用したリニアアレイシ
   ステム、又はエリアセンサシステムとした物質の硬さ検
   出装置。
6. 【請求項６】 対物接触振動子（１１）に接触子（１
   ４）を取り付けて、該接触子（１４）を球面状、又は針
   状にして、請求項１から請求項５に記載の物質の硬さ検
   出装置。
7. 【請求項７】 該接触子（１４）を針状にして、これに
   筒状のカバーを取り付けて、請求項１から請求項５に記
   載の計測システムを利用した物質の硬さ検出装置。