JPH09259384A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、複数のセンサ用いたシステムの場
合にどのセンサがどの様なセンシングをしているかを、
小さな寸法、少ない配線数で効率よく、しかも高い信頼
性で検出することが出来る信号処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明によると、圧電振動子を用いた複
数のセンサモジュールと、これら複数のセンサモジュー
ルとは遠隔的に配置された制御部と、前記複数のセンサ
モジュールと前記制御部との間の通信を可能とする信号
伝送線とからなる信号処理装置であって、前記制御部
に、前記複数のセンサモジュールのうちの一つを選択す
るためのアドレス信号発生手段を有すると共に、前記複
数のセンサモジュールのそれぞれに、互いに異なる中心
周波数を有するフィルタリング手段を有することを特徴
とした信号処理装置が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子からなる
複数のセンサモジュールを遠隔的に選択し、複数のセン
サモジュールからの信号を制御する信号処理装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療機器の分野に於いては、極細
内視鏡やマイクロカテーテル等の医療機器を患者の体腔
内に挿入し、低侵襲で患者の体内を診断治療する技術が
注目されて来ている。

【０００３】この場合、診断治療に当たる医師にとって
は、患者の体内を開腹しない診断治療となるので、直接
患部を手で触れて触診をすることが出来なくなると言う
不具合がある。

【０００４】これに対する対策として、触診の感覚をセ
ンサを通して医師に信号情報を伝達し、この情報を利用
しながら、あたかも医師が自分で直接触診しているかの
感覚で診断治療を行う医療診断技術が必要となる。

【０００５】また、患者の体腔内の目的の診断治療部位
に極細内視鏡やマイクロカテーテルを挿入する際に、体
腔内壁への接触押圧で体腔内壁を傷つけることを回避す
る為に、極細内視鏡やマイクロカテーテルの外周部に複
数の圧力センサを設けた医療システムが必要とされてい
る。

【０００６】本願特許出願人は特願平５−８５６４号や
特願平５−２３３０３８号、又は特願平５−２４２７５
７号の明細書で、これらに対応する技術をいくつか開示
している。

【０００７】これらの開示技術に於いて、極めて重要な
ことは極細内視鏡やマイクロカテーテルの外周部に複数
のセンサを設けているということであり、これによって
医師は１点のみでなく、体腔内壁のあらゆる部位をむら
無く診断治療することが出来るようになる。

【０００８】しかしながら、上述の開示技術に於いて
は、複数のセンサを用いたシステムの場合にどのセンサ
がどの様なセンシングをしているかを、小さな寸法、少
ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で検出出来る
ようにするための信号処理装置については開示されてい
なかった。

【０００９】このようなセンサとして例えば圧電振動子
が用いられる。

【００１０】具体的には、圧電振動子の共振周波数が機
械的負荷の状況や、周囲の状況や化学物質の付着等で変
化することを用いているが、圧電振動子を組み込んだセ
ンサモジュールの発振出力を遠隔的に検知することによ
って、温度等の周囲の状況や化学物質の付着等を遠隔的
に無線で検知する技術が米国特許第５，３３９，０５１
号明細書に開示されている。

【００１１】この技術は、図１５に示す様に一種のパッ
シブビーコンシステムであって、牛や自動車等を対象と
して、マイクロ波等の電磁エネルギーを受信するアンテ
ナ２６２、蓄電池２６４、水晶圧電振動子を組み込んだ
発振回路２６６（図１６参照）及びセンサ信号送信用ア
ンテナ２６８を一体化した埋め込みユニットとして構成
されている。

【００１２】そして、このシステムは、送信信号の周波
数からそのユニットのＩＤ番号を照合することが出来る
と共に、その周波数の変化から対象の体温や圧力や化学
物質の付着状況を検出することが出来るようになってい
る。

【００１３】このシステムではＩＤを照合する方法、即
ちアドレシング方法は周波数同調方式となっている。

【００１４】一方、複数のセンサ信号を少ない信号伝送
線数で比較的離れた位置で遠隔的に検出し、力の分布状
態を検出する技術が「センサ技術」１９９０年９月号Ｐ
３２〜Ｐ３５に開示されている。

【００１５】これは図１７に示す様なＭＯＳトランジス
タのピエゾ抵抗効果を用いた荷重検出センサを、図１８
に示す様な回路構成によって共通２線式触覚センサアレ
イとして構成している。

【００１６】このシステムに於いては配線は２本だけ
で、電源線（アドレス線）に５Ｖの直流電圧に重畳させ
て１．５〜２．７Ｖの範囲の状態が、０〜２．７Ｖの範
囲の状態になるような２種類のパルスを伝送し、この２
つの状態を２値信号として（図１９参照）、この２種の
電圧の組み合わせでアドレスコード信号を形成し、この
アドレスコード内容が３相クロックによりシフトレジス
タに順次書き込まれる。

【００１７】更に、予め各々のセンサに設定されている
固有のアドレス信号と比較して、両者が一致した時にセ
ンシングを開始する。

【００１８】一方、荷重検出センサは、図１７に示した
様にＳｉウェーハとパイレックスガラスを陽極接合し
て、ダイアフラムを作製し、ダイアフラムの裏面にはＣ
ＭＯＳ技術によりダイアフラムの支持部近傍と中央のプ
レート近傍に一対のトランジスタが形成される。

【００１９】ここで、プレートに荷重が作用すると、前
記両トランジスタに互いに逆極性の歪を発生し、ピエゾ
抵抗効果を介してドレイン電流が変化し、その変化量か
ら荷重の大きさが分かるというものである。

【００２０】また、周波数信号を用いてセンサ信号を信
号伝送線により伝送する先行技術として特開平７−５５
５５２号公報に開示された技術がある。

【００２１】この先行技術は、船舶や橋梁等の大型構造
物の振動計測を多数点同時に行う装置に関したもので、
図２０に示す様な構成によって振動計測点数を多くとっ
て計測精度を保つというものである。

【００２２】この先行技術に於ける構成は以下のように
なっている。

【００２３】即ち、この装置は、振動を計測するｎ個の
振動センサ１ａ〜１ｎと、ｎ個の増幅器３ａ〜３ｎと、
ｎ個のＡ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｎと、２進数に対応す
るｎ個の発振器１７ａ〜１７ｎと，ｎ個の切り替え器１
８ａ〜１８ｎと、ｎ個の安定化電源回路９ａ〜９ｎとか
らなる振動信号送信部を備えている。

【００２４】又、この装置は、１個の受信増幅器１０と
２進数に対応するｎ個のバンドパスフィルター１９ａ〜
１９ｎと、ｎ個のバンドパスフィルター２０ａ〜２０ｎ
と、ｎ個のデジタル信号復調器２１ａ〜２１ｎと、ｎ個
のＤ／Ａ変換器２２ａ〜２２ｎと、１個の記録解析器４
及び１個の電源供給機からなる振動信号受信部を備えて
いる。

【００２５】これによって、この先行技術に於いては、
振動信号をデジタル量に変換し、各ビットの２進数に対
応した発振周波数で搬送するため、計測精度はデジタル
量に変換するＡ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｎの分解能で決
まり、搬送周波数信号はデジタル信号復調器２１ａ〜２
１ｎで信号が“０”か“１”かを判断することが出来る
程度の精度で良く、各計測点の周波数帯域を大幅に狭く
することが出来ると共に、最高、最低周波数の制限もな
くなり、数多くの信号を１本の伝送ケーブル８で送れる
様になるというものである。

【００２６】アドレス方法は第１の先行技術と同様に周
波数同調によって行われる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明の利
用分野である医療用カテーテルや内視鏡システムでは高
い信頼性のセンサ信号の伝送技術が要求される。

【００２８】しかるに、センサ信号を無線通信で遠隔的
に検出する先行技術の例として示した米国特許第５，３
３９，０５１号では、実用時にいくつかの解決すべき技
術的課題を有している。

【００２９】その第１の技術的課題は、圧力センサーと
して用いたとき、特に留意する必要のある問題で、発振
回路の安定性に関してである。

【００３０】この発振回路は図１６に示した様な圧電振
動子の等価インダクタンスを利用したコルピッツ発振回
路を形成している。

【００３１】一般に、圧電振動子は圧力負荷が加わる
と、圧電振動子の位相の等価インダクタンス領域、即ち
位相のプラス領域が減り、あるところで発振が停止する
場合がある。

【００３２】このことは、センシングの非線形性やダイ
ナミックレンジの狭縮につながり，センサとしての信頼
性にとって好ましくないものである。

【００３３】また、第２の技術的課題は回路への電源供
給に関する問題である。

【００３４】つまり、この先行技術では、電磁放射エネ
ルギーをアンテナを介して授受し、この電力を貯蔵する
システムになっているが、実際には常にアンテナを介し
て最良の授受状態を安価に常時確保することは極めて難
しいことであり、実用的では無い。

【００３５】従って、センサ回路への電源供給を安定に
低コストで確実に行うと言うことが第２の技術的課題と
なる。

【００３６】また、実際には、圧電振動子は生体等の対
象物に触れると共振周波数だけでなく、共振抵抗も変化
する。

【００３７】この両者を同時に検出することが出来れ
ば、対象物について更に詳細な情報が得られることが分
かっていて、この両者の変化を検出して対象物のもつ複
素弾性率の実数部（弾性率）と虚数部（粘性率）を分離
する触覚センサについての技術が本出願人によって提案
されている（特願平７−２５２１５６号）。

【００３８】しかし、前記米国特許第５，３３９，０５
１号で開示されているのは、周波数情報のみの利用で、
この構成では共振抵抗の変化を利用することが出来ない
のは明らかである。

【００３９】従って、この先行技術では、得られる情報
の詳細さの点で十分とは言えず、共振抵抗の変化をも検
出することが出来るセンサ回路にするというのが、第３
の技術的課題である。

【００４０】更に、この先行技術は、無線によってセン
サ信号を遠隔的に伝送する方法なので空中伝播ノイズで
同じ周波数成分をもつノイズを遮蔽することが困難であ
るという第４の技術的課題がある。

【００４１】これは、医療現場では、高周波メスなどの
高周波電磁ノイズを発生し易い医療機器が近くで使用さ
れる場合があり、このノイズの混信によって生体センシ
ングに誤動作があってはならないからである。

【００４２】一方、複数のセンサー信号を少ない信号伝
送線で伝送するシステム例として前記した「センサ技
術」１９９０年９月号Ｐ３２〜Ｐ３５がある。

【００４３】この先行技術におけるアドレス方法は、前
述した様に電源線に電圧の違いによる２値信号コードを
一定の間隔で伝送している。

【００４４】従って、電源線に瞬間的なスパイクノイズ
が一つでも乗ると、その電圧値に相当したアドレスコー
ド信号として認識してしまい信頼性の高いアドレシング
が出来なくなることが予想される。

【００４５】この先行技術には、この様なノイズ混信に
よる信頼性の低下を防ぐ配慮、即ち前述した第４の技術
的課題に対する解決策が施されていない。

【００４６】また、この先行技術では、センサとしてド
レイン電流の変化を用いるので、消費電流が大きく電源
容量が不足し、それによってセンシングの信頼性が低下
することも予想されうる。

【００４７】即ち、確実なアドレシングを行い、複数の
センサのうちの一つずつを確実に、高い信頼性でアドレ
シングを実現することが、第５の技術的課題である。

【００４８】また、センサ回路の消費電力を出来うる限
り低下させるということが、第６の技術的課題である。

【００４９】また、周波数信号を用いてセンサ信号の伝
送を行う先行技術として、前述した特開平７−５５５５
２号が有る。

【００５０】しかるに、この先行技術には指定したセン
サからセンサ信号を指定したタイミングで受信部に信号
伝送させるというアドレシング制御やタイミング制御手
段については開示されていない。

【００５１】また、この先行技術はセンサー利用目的が
船舶、橋梁など大型構造物の振動計測なので、センサ回
路が多少複雑で大型になっても支障はないし、センサ回
路駆動用電源は個々の送信回路に搭載しているが、特に
特別のものを必要としている訳では無い。

【００５２】しかしながら、マイクロカテーテルやマイ
クロ内視鏡等の医療機器に搭載する複数のセンサモジュ
ールを駆動するためには、圧電素子周辺回路は極力小型
化、低消費電力化する必要があり、この先行技術の方式
でも前記第５、第６の技術的課題の達成は不可能であ
る。

【００５３】そこで、本発明は以上のような点に鑑みて
なされたもので、上述した第１乃至第６の技術的課題を
解決するために、複数のセンサ用いたシステムの場合に
どのセンサがどの様なセンシングをしているかを、小さ
な寸法、少ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で
検出することが出来る信号処理装置を提供することを目
的としている。

【００５４】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、圧電振動子を用いた複数のセンサ
モジュールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔
的に配置された制御部と、前記複数のセンサモジュール
と前記制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とか
らなる信号処理装置であって、前記制御部に、前記複数
のセンサモジュールのうちの一つを選択するためのアド
レス信号発生手段を有すると共に、前記複数のセンサモ
ジュールのそれぞれに、互いに異なる中心周波数を有す
るフィルタリング手段を有することを特徴とした信号処
理装置が提供される。

【００５５】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、前記センサモジュールが、その周囲やそれに
接圧する対象物の状況によって変化する共振周波数や共
振抵抗を検出する圧電振動子と、この圧電振動子によっ
て検出された共振周波数や共振抵抗の変化を電圧信号へ
変換する手段とを有することを特徴とする信号処理装置
が提供される。

【００５６】さらに、本発明によると、上記課題を解決
するために、前記制御部が、前記複数のセンサモジュー
ルから出力され時系列的に合成された直流パルス列圧電
信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチャン
ネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に圧電
信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ_２に変換する
手段と、該変換された出力信号に基づいて信号処理する
手段と、信号処理した結果を呈示する手段からなること
を特徴とする記載の信号処理装置が提供される。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態につき説明する。

【００５８】（第１の実施の形態）従来の圧電振動子を
センサにしたセンサ駆動回路はコルピッツ発振回路を用
いているので、ダイナミックレンジが狭くても良い場合
には何の問題も無いが、広いダイナミックレンジが必要
な場合には対応しきれない場合がある。

【００５９】それは、圧電振動子の等価回路定数を回路
要素としたコルピッツ発振回路は図２の左上側のグラフ
に示した様に圧電振動子の位相角が正領域にある時即ち
図２中Ａ，Ｂ，Ｃの場合のみ発振出力電圧が得られるた
めである。

【００６０】一般に、無負荷状態（図２中Ａの状態）の
圧電振動子の位相角は共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆ
ａの間でのみ正となりそれ以外の周波数では負となる。

【００６１】そして、負荷が加わった状態（図２中Ｂ〜
Ｅ）では、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間で有
っても位相角の値によっては発振状態が停止してしまう
（図２中Ｃ，Ｄ，Ｅ）。

【００６２】従って、圧電振動子の等価回路定数を回路
要素としたコルピッツ発振回路の発振出力電圧は、図２
の右上側に示す様なグラフに於ける実線の様に急激に発
振出力電圧が０になってしまい、負荷が大きい領域、特
に図２の左上側に示す様なグラフに於けるＣ〜Ｅの領域
では実質的に位相角が負となっているので、コルピッツ
発振回路の発振出力が得られず、センサのダイナミック
レンジを低減させてしまっていた。

【００６３】本第１の実施の形態はこの様な不具合を改
善し、複数のセンサのアドレシングを行いながら、大き
なダイナミックレンジを有するセンシングを簡単な構成
で実現することを目的としている。

【００６４】以下、図１及び図２乃至図９を用いて本発
明による第１の実施の形態を説明する。

【００６５】図１は、信号処理装置全体の構成を示して
おり、制御部１及びセンサモジュール５１，５２，…，
５ｉ，…，５ｎとそれらの間の配線、即ちアドレス信号
伝送線２、センサ信号伝送線３、接地線４とを有してい
る。

【００６６】以下、同一構成物については同一符号を付
して説明するものとする。

【００６７】図３は、センサモジュール５１，５２，
…，５ｉ，…，５ｎの内の一つ５ｉを代表的に示してい
る。

【００６８】図２及び図４は、センサモジュール５１，
５２，…，５ｉ，…，５ｎの動作原理を示している。

【００６９】図５は、センサモジュールに入力される高
周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄの波形モデルを示し
ている。

【００７０】図６及び図７は、この高周波パルス列アド
レス信号Ｓａｄｄを出力する手段とセンサ信号の信号処
理部からなる制御部１のブロック構成を示している。

【００７１】図８は、前記高周波パルス列アドレス信号
Ｓａｄｄを出力する為に必要な一要素である高周波アド
レス信号発振回路の具体的な回路構成としてＦＭ変調器
の構成するコルピッツ発振回路を示している。

【００７２】図９は、センサモジュール５１，５２，
…，５ｉ，…，５ｎから出力される直流パルス列圧電信
号の波形モデル図を示している。

【００７３】（構成）先ず、図３に示すセンサモジュー
ル５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎについて説明する。

【００７４】センサとなる圧電振動子８８は、トランジ
スタ８９のエミッタ抵抗（ＲE ）９０に並列に接続され
ている。

【００７５】該トランジスタ８９のベース入力にはコン
デンサ９６と直流バイアス抵抗（Ｒｂ１）９２，（Ｒｂ
２）９３とによって直流バイアス電圧を供給するための
配線７００１が接続されている。

【００７６】また、このトランジスタ８９は、そのコレ
クタに負荷抵抗（ＲL ）９１が接続され、この負荷抵抗
（ＲL ）９１を介してコレクタ電圧が供給される様にな
っている。

【００７７】また、このトランジスタ８９のコレクタか
らの出力は、コンデンサ９７を経て直流成分を遮断し、
さらにダイオード１０７を通して直流パルス信号に変換
されて、端子９８に導出される。

【００７８】そして，この直流パルス信号は、端子９８
に接続されたセンサ信号伝送線３を経て図１に示す制御
部１に信号伝送される。

【００７９】図３において、端子９５は高周波パルス列
アドレス信号Ｓａｄｄを入力する入力端子で、アドレス
信号伝送線２に接続される。

【００８０】また、直流電源電圧供給端子Ｖｃｃは、図
１０（ａ）、または図１０（ｂ）に示す様な整流回路６
００５を経てアドレス信号線２に接続されている。

【００８１】次に、制御部１の構成について図６及び図
７を用いて説明する。

【００８２】図６及び図７に於いて、１１０は矩形波１
１２を出力する矩形波発生器、１１４１，１１４２，
…，１１４ｉ，…，１１４ｎはバッファー回路である。

【００８３】１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，
１１５ｎはバッファー回路１１４１，１１４２，…，１
１４ｉ，…，１１４ｎの出力電圧値に応じて特定の周波
数ｆ１，ｆ２，…，ｆｉ，…，ｆｎを中心に周波数を変
化させるＦＭ変調器で、その出力波形は参照符号１１６
１，１１６２，…，１１６ｉ，…，１１６ｎで示す様な
同じ周波数変化をする高周波パルスからなる高周波パル
ス列信号となっている。

【００８４】セレクター回路１１７は、矩形波発生器１
１０による矩形波信号１１２からセレクターコード変換
回路１１９によって変換されたセレクターコード信号１
１８を制御信号として、ＦＭ変調器１１５１，１１５
２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力であるｎ個
の同じ周波数変化をする高周波パルスからなる高周波パ
ルス列信号を一連の高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄ
ｄに変換する。

【００８５】尚、前記ＦＭ変調器（１１５１…１１５
ｎ）の構造は、図８に示した様に圧電振動子５００１と
可変容量コンデンサ５００２とを構成要素とする高周波
パルス信号を発生するコルピッツ発振回路で構成されて
いる。

【００８６】一方、制御部１にはセンサからの直流パル
ス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ（１２１）の信号処理機能も含
まれている。

【００８７】次に、図６及び図７に示した制御部１の
内、該直流パルス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ（１２１´）の
信号処理機能に対応した構成について記述する。

【００８８】直流パルス列圧電信号１２１′はセンサ信
号伝送線３を経て分配器１２２に入力される。

【００８９】そして、該分配器１２２は、矩形波発生回
路１１０による矩形波信号１１２から分配コード変換回
路１２４によって変換された分配コード１２３を制御信
号として、直流パルス圧電信号１２１′を同じパルス波
形からなるｎ個のパルス列信号に変換する。

【００９０】該ｎ個のパルス列信号を出力するｎ個の出
力端子は、それらに対応したｎ個の信号処理ブロック１
２７１′，１２７２′，…，１２７ｉ′，…，１２７
ｎ′に接続されている。

【００９１】これらの信号処理ブロック１２７１′，１
２７２′，…，１２７ｉ′，…，１２７ｎ′は、前記し
たｎ個のパルス列信号のパルスピーク値を検出するピー
クディテクタ１３１と、このピークディテクタの出力を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３３と、
このＡ／Ｄコンバータ１３３の出力を基に演算処理を施
し、後述する第２の演算回路１３５１を介して呈示装置
１３６に出力する第１の演算回路１３４とから構成され
ている。

【００９２】尚、制御部１に於ける前記ＦＭ変調器（周
波数時間変化高周波パルス信号発振回路）１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎの具体的な回路構
成については、前述した図８に示される様になってい
る。

【００９３】そして、セレクター回路１１７から出力さ
れる高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは、図５
（ａ）に示す様に互いに異なる周波数帯域とパルス幅ｔ
ｗを持つ個々の高周波パルスＳａｄｄ⁽¹⁾ ，Ｓａｄｄ
⁽²⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁱ⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁿ⁾ を時間的に
ｔｄの時間幅をおいて連結した信号である。

【００９４】ここで、高周波パルス列アドレス信号Ｓａ
ｄｄについて、個々の高周波パルスがｎ個あるのはセン
サモジュールの数、即ち、センサの数がｎ個あるという
場合に対応している。

【００９５】前記高周波パルスＳａｄｄ⁽ⁱ⁾ の波形をモ
デル的に表したのが図５（ｂ）である。

【００９６】そして、この高周波パルスＳａｄｄ
⁽ⁱ⁾ は、その立ち上がり時刻Ｔ_１（８５）から立ち下が
り時刻Ｔ_２（８６）にかけて振幅が一定であると共に、
図５（ｃ）に示す様に、その周波数も一定と成ってい
る。

【００９７】（作用）次に，本第１の実施の形態の構成
による作用について記述する。

【００９８】まず、図２及び図３を用いて本第１の実施
の形態のセンサモジュールの動作原理を説明する。

【００９９】図２において、圧電振動子８８は無負荷時
は（Ａ）に示す様に共振抵抗ＺrAが小さく、反共振抵抗
ＺaAが大きく、共振周波数ｆrAと反共振周波数ｆaAとを
持つＱｍ（共振尖鋭度）の大きなインピーダンス特性を
示す。

【０１００】これに負荷が加わると、負荷が大きくなる
に従って（Ｂ）〜（Ｅ）の個々のインピーダンス特性を
示す。

【０１０１】負荷の異なる各状態間の共振抵抗の変化Δ
Ｚr ＝ＺrA−ＺrB、ΔＺr ＝ＺrA−ＺrCは、負荷が粘弾
性体対象物の場合、その粘弾性体の粘弾性特性に関係
し、これを１つの特性として表現するタッチセンサとし
て用いることが出来る。

【０１０２】以上の様な図２に示すインピーダンス特性
から、振幅が一定の高周波信号に対し、圧電振動子８８
のインピーダンスは、負荷を加えることによって変化す
ることがわかる。

【０１０３】この圧電振動子８８のインピーダンスの変
化が負荷の印加によって起こると、図３に示すセンサモ
ジュールの端子９５に振幅Ｖin、周波数ｆinを有した高
周波パルス信号を入力することによって、コンデンサ
（Ｃc2）９７の出力端には、以下の式で示される様な 振幅Ｖout ＝Ｖin×ＲＬ／（ＲＥ//Ｚ）、 周波数ｆout ＝ｆin なる高周波増幅出力が得られる。

【０１０４】この高周波増幅出力の振幅Ｖout は、負荷
を印加しない時に比べ負荷を印加した時において、負荷
印加による圧電振動子８８のインピーダンスの増加に対
応して上記の式に従って小さくなる。

【０１０５】従って、この高周波増幅出力の振幅Ｖout
の変化を検出することによって圧電振動子８８のインピ
ーダンスＺの変化が分かり、この圧電振動子８８のイン
ピーダンスＺの変化から負荷の印加の状態を判断するこ
とが出来ることになる。

【０１０６】実際には、本第１の実施の形態で必要なの
は、高周波増幅出力の振幅成分のみなので、コンデンサ
９７の出力をダイオード１０７に通過させたあとの直流
パルス信号を端子９８から取り出してセンサ信号伝送線
３に伝送する。

【０１０７】このダイオード１０７による直流パルス信
号への変換処理は，高周波パルスの振幅成分のみを取り
出すのに用いるだけで無く、複数のセンサモジュールか
らのセンサ信号が互いに逆流しあうことを防ぎ、センサ
信号間のクロストークを避けることにも寄与しているこ
とは容易に推測出来ることである。

【０１０８】この第１の実施の形態に対応した図６及び
図７に示す制御部１の動作を以下に記述する。

【０１０９】矩形波発生器１１０によって得られる矩形
波１１２は、分岐されて、直接バッファー回路１１４
１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎへ入力され
る。

【０１１０】そして、これらのバッファー回路１１４
１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎの出力信号
は、ＦＭ変調器１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，
…，１１５ｎに入力される。

【０１１１】すると、これらのＦＭ変調器１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力は、そ
れぞれ互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆｉ，…，
ｆｎを有した矩形高周波パルス列信号１１６１，１１６
２，…，１１６ｉ，…，１１６ｎの様になり、セレクタ
回路１１７に入力される。

【０１１２】このセレクタ回路１１７では、前記矩形波
発生器１１０によって得られる矩形波１１２を基にセレ
クターコード変換回路１１９を経て入力されるセレクタ
信号１１８に従って、互いに異なる周波数ｆ１，ｆ２，
…，ｆｉ，…，ｆｎからなる矩形高周波パルス信号が連
なった高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ（１２
０′）に変換する。

【０１１３】この高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ
（１２０′）は、アドレス信号伝送線２を経て、更に、
図３にその一つを示した各センサモジュール５１，５
２，…，５ｉ，…，５ｎに供給される。

【０１１４】そして、ある時刻に於いて、全てのセンサ
モジュール５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎに、周波数
ｆｉの高周波パルスが入力されたとすると、その時には
共振周波数ｆｉの圧電振動子８８を有したセンサモジュ
ール５ｉのみから大きな増幅出力が得られる。

【０１１５】また、他の時刻では、他の一つのセンサモ
ジュールからの増幅出力が大きくなるので、その結果、
センサ信号伝送線３には図示の様な直流パルス列圧電信
号１２１′が得られ、制御部１の分配器１２２に入力さ
れる。

【０１１６】この分配器１２２に入力された直流パルス
列圧電信号１２１′は、矩形波１１２の分岐信号１２５
を分配コード変換回路１２４によって変換した分配コー
ド信号１２３によって分配されることにより、センサモ
ジュールの数ｎに対応した同一の周波数をもつパルスか
らなる直流パルス列信号となる。

【０１１７】そして、この直流パルス列信号は、それぞ
れｎ個の信号処理回路１２７ｉ′…１２７ｎ′に入力さ
れて、それらの各パルスのピーク値がピークディテクタ
１３１によって検出される。

【０１１８】そして、その検出信号は、Ａ／Ｄコンバー
タ１３３によってディジタル信号に変換された後、第１
の演算回路１３４で処理された個々の結果が、総合的に
第２の演算回路１３５１で演算され、呈示装置１３６を
駆動するのに供される。

【０１１９】（効果）以上説明した様に、この第１の実
施の形態によると、互いに異なる共振周波数を有する圧
電振動子を用いた複数のセンサモジュールと制御部とを
信号伝送線で接続し、前記各共振周波数に等しい互いに
異なる周波数を有した高周波パルスを連結した高周波パ
ルス列アドレス信号を制御部から発信することによっ
て、目的とするセンサモジュールを高い信頼性で選択す
ることが出来ると共に、そのセンサモジュールのセンサ
信号を直流パルス列信号として制御部に伝送して信号処
理することにより、どのセンサがどの様なセンシングを
しているのかが遠隔的にリアルタイムで簡単に分かり、
しかもセンサモジュールはコルピッツ発振回路を使用し
ない簡単な構成なので前述した全ての技術的課題を解決
することが出来ることになる。

【０１２０】（第２の実施の形態）前述したように、本
発明の第１の実施の形態によって従来技術が有する不具
合を改善し、且つ、センサモジュールを簡単な構成で実
現することが出来るようになった。

【０１２１】ところで、第１の実施の形態は圧電振動子
のインピーダンスの値に対応した信号のみを検出対象と
している。

【０１２２】この場合でも、負荷の有無の検出等に用い
られる圧覚センサやタッチセンサとしては十分である。

【０１２３】しかるに、それでは高度の医療診断を行う
には情報が不十分であるので、圧電振動子のインピーダ
ンスの変化を共振周波数の変化分と共振抵抗の変化分と
に分離して検出し、この両検出量から負荷となる粘弾性
体対象物の弾性特性と粘性特性とを分離して検出するこ
とが出来る様にすればより好ましい。

【０１２４】第２の実施の形態は、この様な必要性に対
応した発明であり、その構成は第１の実施の形態と共通
する部分が多い。

【０１２５】先ず、第１の実施の形態と共通しているセ
ンサモジュールを示した図３と本第２の実施の形態によ
る制御部１の構成を示す図１１及び図１２と、アドレス
信号波形を示す図１３を用いて本第２の実施の形態の構
成について説明する。

【０１２６】（構成）本第２の実施の形態の構成におけ
る制御部１の構成で第１の実施の形態と異なるのは、Ｆ
Ｍ変調器１１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１
５ｎに入力する波形が異なるのと、信号処理回路１２７
１，１２７２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎにカウンタ
ー回路１２９、クロック信号発生器１２８、デコーダ１
３０が余分に付加されているだけであるので、同一の回
路には同一の符号を用いて記述する。

【０１２７】第２の実施の形態の構成におけるセンサモ
ジュール５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎは第１の実施
の形態による図３と同一である。

【０１２８】図２及び図４の動作原理を示す図も第１の
実施の形態と同一である。

【０１２９】図１３は前記センサモジュール５１，５
２，…，５ｉ，…，５ｎに入力される高周波パルス列ア
ドレス信号Ｓａｄｄを示す。

【０１３０】図８は制御部１に構成される前記高周波パ
ルス列アドレス信号Ｓａｄｄを出力する手段の内の一要
素であるコルピッツ発振回路からなるＦＭ変調器を示
し、図１１及び図１２に示すＦＭ変調器１１５１，１１
５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎの実際の回路構成を
示している。

【０１３１】図１１及び図１２は、前記高周波パルス列
アドレス信号Ｓａｄｄを出力する回路と前記センサモジ
ュールから出力される図１４に示す直流パルス列圧電信
号Ｓｓｅｎｓを入力して信号処理し、呈示装置等に出力
する回路を搭載した制御部を示している。

【０１３２】以下これらの図を用いて説明する。

【０１３３】図３はセンサモジュールを示しているが、
第１の実施の形態と重複する構成についての詳細な説明
は省略する。

【０１３４】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは，
図１３（ａ）に示す様に異なる周波数帯域と等しいパル
ス幅ｔｗを持つ個々の高周波パルスＳａｄｄ⁽¹⁾ ，Ｓａ
ｄｄ⁽²⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁱ⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁿ⁾ を時間
的にｔｄなる時間幅をおいて連結した信号である。

【０１３５】ここで、個々の高周波パルスがｎ個あるの
はセンサモジュールの数、即ち、センサの数がｎ個ある
という場合に対応している。

【０１３６】前記高周波パルスの内、代表してＳａｄｄ
⁽ⁱ⁾ の波形をモデル的に表したのが図１３（ｂ）であ
る。

【０１３７】この高周波パルスは、その立ち上がり時刻
Ｔ１（８５）から立ち下がり時刻Ｔ２（８６）にかけて
その振幅が一定で、図１３（ｃ）に参照符号８７として
示す様に、その周波数がｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉ
へ連続的に変化する信号と成っている。

【０１３８】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄは、
図１１及び図１２に示した制御部１のＦＭ変調器１１５
１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎによって発
生される。

【０１３９】図１１及び図１２に於いて、第１の実施の
形態と重複する構成についての詳細な説明は省略する。

【０１４０】本第２の実施の形態に於いては、矩形波１
１２を出力する矩形波発生器１１０に後続して矩形波１
１２に同期して間欠鋸波１１３を発生させる鋸波発生器
１１１が付加されているのが、第１の実施の形態と異な
る。

【０１４１】この鋸波発生器１１１に後続する回路は、
第１の実施の形態と同一である。

【０１４２】セレクター回路１１７は、矩形波発生器１
１０による矩形波信号１１２からセレクターコード変換
回路１１９によって変換されたセレクターコード信号１
１８を制御信号として、ｎ個の、同じ周波数変化をする
高周波パルスからなる高周波パルス列信号を一連の高周
波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄに変換する。

【０１４３】尚、先にも述べたが前記ＦＭ変調器１１５
１…１１５ｎの構造は図８に示した様に、圧電振動子５
００１と可変容量コンデンサ５００２を構成要素とする
高周波パルス信号を発生するコルピッツ発振回路で構成
されている。

【０１４４】一方、制御部１には直流パルス列圧電信号
Ｓｓｅｎｓ（１２１）の信号処理機能も含まれている
が、分配器１２２のｎ個の出力配線の構成までは第１の
実施の形態と同じである。

【０１４５】以下に、第１の実施の形態の構成と異なる
構成となっている信号処理ブロック１２７１，１２７
２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎについて記述する。

【０１４６】これらの信号処理ブロック１２７１，１２
７２，…，１２７ｉ，…，１２７ｎは、分配器１２２の
出力である前記同じパルス波形からなるｎ個のパルス列
信号のパルスピーク値を検出するピークディテクタ１３
１と、このピークディテクタ１３１の出力をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３３と、前記同じパ
ルス波形からなるｎ個のパルス列信号のピーク時刻か
ら、矩形波１１２の立ち上がり時刻Ｔ_１までの時間をカ
ウントするカウンター回路１２９と、時間をカウントす
る為のクロック信号発生器１２８と、このカウンター回
路１２９のＡＢＣＤ出力を後述する第１の演算回路１３
４ための入力信号に変換するデコーダ１３０と、これら
２系統の出力を基に演算処理を施し、それらの複数のセ
ンサ信号を統合して信号処理する第２の演算処理回路１
３４１への入力信号を出力する第１の演算回路１３４と
から構成されている。

【０１４７】（作用）次に，本第２の実施の形態の構成
による作用について記述する。

【０１４８】先ず、図２，３及び４を用いて本第２の実
施の形態のセンサモジュール５１，５２，…，５ｉ，
…，５ｎの動作原理を説明する。

【０１４９】図２に於いて、圧電振動子８８は、無負荷
時（Ａの状態）は（Ａ）に示す様に共振抵抗ＺrAが小さ
く反共振抵抗ＺaAが大きく共振周波数ｆrAを持つＱｍ
（共振尖鋭度）の大きなインピーダンス特性を示す。

【０１５０】これに負荷が加わると、圧電振動子８８
は、負荷が大きくなるに従って（Ｂ）〜（Ｅ）の順のイ
ンピーダンス特性を示す。

【０１５１】負荷の異なる各状態間の共振周波数の変化
ΔｆrB＝ｆrA−ｆrB，ΔｆrC＝ｆrA−ｆrC，…や反共振
周波数の変化ΔｆaB＝ｆaA−ｆaB，ΔｆaC＝ｆaA−ｆa
C，…または共振抵抗の変化ΔＺrB＝ＺrA−ＺrB，ΔＺr
C＝ＺrC−ＺrC，…，反共振抵抗の変化ΔＺaB＝ＺaA−
ＺaB，ΔＺaC＝ＺaC−ＺaC，…は、負荷が粘弾性体対象
物の場合、その粘弾性体の機械的インピーダンスの実数
部と虚数部に関係し、さらに、これら両特性Δｆ、ΔＺ
r から計算で粘弾性体の弾性率、粘性率を分離して表現
出来るようになることを本発明者らは特願平７−２５２
１５６号で述べている。

【０１５２】これら両特性Δｆ、ΔＺr の一方、又は両
者の絶対値をとる等して１つの特性として表現するとタ
ッチセンサとして用いることも出来ることは容易に推測
出来ることである。

【０１５３】以上のインピーダンス特性から、周波数と
振幅が一定の高周波信号に対し圧電振動子８８のインピ
ーダンスは負荷を加えることによって変化するが、この
変化量は、前述した説明で分かる通り、共振周波数の変
化による分と、共振抵抗の変化による分との両方の効果
によることが分かる。

【０１５４】この両方の効果によるインピーダンスの変
化が負荷の印加によって起こると、図３に示す回路の端
子９５に振幅Ｖin，周波数ｆinを有した高周波パルス信
号を入力することによって、コンデンサ（Ｃc2）９７の
出力端には、以下の式で示される様な 振幅Ｖout ＝Ｖin×ＲＬ／（ＲＥ//Ｚ）、 周波数ｆout ＝ｆin なる高周波増幅出力が得られる。

【０１５５】この高周波増幅出力の振幅Ｖout は、負荷
を印加しない時に比べ負荷を印加した時に於いて、負荷
印加による圧電振動子のインピーダンスの増加に対応し
て上記の式に従って小さくなる。

【０１５６】従って、この高周波増幅出力の振幅Ｖout
の変化を検出することによって圧電振動子８８のインピ
ーダンスＺの変化が分かり、このインピーダンスＺの変
化から負荷の印加の状態を判断することが出来ることに
なる。

【０１５７】ここで、振幅は一定で、前記入力周波数ｆ
inを、図４に示した直線１０３の様に時刻Ｔ_１からＴ_２
にかけてｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉまで単調に増加
させると、圧電振動子８８が無負荷状態なら図２中のＡ
の様に共振抵抗がＺrAで共振周波数ｆrAのインピーダン
ス特性を示すことに対応して、ｆinがｆrAに等しくなる
時刻Ｔ0 で最大振幅の高周波パルス信号を出力し、コン
デンサ９７とダイオード１０７を経たあとの端子９８に
出力される信号は、図４に示す様にピーク値ΔＶを有す
る直流パルス信号１０４となる。

【０１５８】また、圧電振動子８８に負荷が加わり、例
えば図２に於ける（Ｂ）の様なインピーダンス特性を示
す様になると、これに対応して端子９８からの出力のピ
ーク電圧は、共振抵抗が増加してＺrBになったことに対
応して小さくなり、ピーク電圧を示す時刻も印加周波数
ｆinがｆr ′（＝ｆrB）に成る時刻Ｔ′にシフトする様
になる。

【０１５９】同様に、圧電振動子８８に共振周波数を上
昇させる負荷が加わった時には、ピーク電圧を示す時刻
は、印加周波数ｆinがｆr ″に成る時刻Ｔ″にシフトす
る様になる。

【０１６０】この様な直流パルス信号Ｓｓｅｎｓ⁽¹⁾ ，
Ｓｓｅｎｓ⁽²⁾ ，…，Ｓｓｅｎｓ^{(i )} ，…，Ｓｓｅｎｓ
⁽ⁿ⁾ が異なるタイミングで各センサモジュールから出力
されるので、これらを全てのタイミングで連結すること
により、図１４に示す直流パルス列圧電信号Ｓｓｅｎｓ
が得られる。

【０１６１】次に、このシフト量とピーク値を検出する
方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。

【０１６２】この場合、ダイオード１０７による直流パ
ルス信号変換処理は高周波パルスの振幅成分のみを取り
出すのに用いるだけで無く、複数のセンサモジュールか
らのセンサ信号が互いに逆流しあうことを防ぎ、センサ
信号間のクロストークを避けることにも寄与しているこ
とは第１の実施の形態と同じである。

【０１６３】矩形波発生器１１０によって得られる矩形
波１１２を、鋸波発生器１１１に入力し、間欠鋸波１１
３に変換する。

【０１６４】この間欠鋸波１１３をバッファー回路１１
４１，１１４２，…，１１４ｉ，…，１１４ｎへ入力
し、それらのバッファー回路１１４１，１１４２，…，
１１４ｉ，…，１１４ｎからの出力信号をＦＭ変調器１
１５１，１１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎに入力
する。

【０１６５】すると、これらのＦＭ変調器１１５１，１
１５２，…，１１５ｉ，…，１１５ｎからの出力は、時
刻Ｔ_１から時刻Ｔ_２にかけて周波数ｆ_１，ｆ_２，…，ｆ
ｉ，…，ｆｎを中心にｆ_１−Δｆ_１からｆ_１＋Δｆ_１、
ｆ_１−Δｆ_２からｆ_２＋Δｆ_２、…ｆｉ−Δｆｉからｆ
ｉ＋Δｆｉ，…、ｆｎ−Δｆｎからｆｎ＋Δｆｎにそれ
ぞれ変化する図１３（ｂ），（ｃ）に示す様な信号が得
られる。

【０１６６】この様な高周波パルスが連結されて高周波
パルス列アドレス信号になり各センサモジュール５１，
５２，…，５ｉ，…，５ｎへ供給されるプロセスは第１
の実施の形態に示したのと同じであるので省略する。

【０１６７】前記高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄ
が、ある瞬間ｆｉ−Δｆｉからｆｉ＋Δｆｉに変化する
高周波パルスが各センサモジュール５１，５２，…，５
ｉ，…，５ｎに入力されるとｆｉを共振周波数とする圧
電振動子を含んだセンサモジュール５ｉの出力端子に直
流パルス信号が出力される。

【０１６８】他の瞬間に於いては、同様にそれぞれのセ
ンサモジュール５１，５２，…，５ｎからそれぞれ対応
した直流パルス信号が出力されるので、全てのタイミン
グに亘って結合すると図１４に示した様な直流パルス列
圧電信号となり、センサ信号伝送線３を経て図１１及び
図１２に示した制御部１に伝送され、この制御部１に配
設された分配器１２２に入力される。

【０１６９】この分配器１２２に入力された直流パルス
列圧電信号１２１は、矩形波１１２の分岐信号１２５
を、分配コード変換回路１２４によって変換した分配コ
ード信号１２３によって分配されてセンサモジュールの
数ｎに対応した同一の周波数をもつパルスからなる直流
パルス列信号に変換される。

【０１７０】次に、この直流パルス列信号を形成する１
つ１つのパルス信号に関して、時刻Ｔ_１から前記ピーク
を示す時刻Ｔｐまでの経過時間をクロック信号発生器１
２８からのクロックパルスでカウントし、該カウント数
をデコーダ１３０で演算し易い数値に変換して第１の演
算回路１３４に入力する。

【０１７１】一方、前記ピークディテクタ１３１によっ
て検出されたピーク値信号はＡ／Ｄコンバータ１３３に
よってディジタル信号に変換され、第１の演算回路１３
４に入力される。

【０１７２】第１の演算回路１３４では、これら２種類
の信号から圧電振動子８８の共振周波数や共振抵抗の、
無負荷状態の共振周波数や共振抵抗に対する変化分をそ
れぞれ演算処理し、得られた共振周波数の変化量と共振
抵抗の変化から粘性係数と弾性係数とを算出する。

【０１７３】この様に、各センサモジュール５１，５
２，…，５ｎ毎に得られた粘性係数と弾性係数の値を全
センサモジュールに亘って総合的に第２の演算回路１３
４１で演算し、呈示装置駆動信号へ変換した上で呈示装
置１３６を駆動するのに供する。

【０１７４】この場合、呈示装置１３６とは、例えば粘
弾性対象物の粘弾性特性の２次元分布を画像として呈示
するモニター装置や、粘弾性対象物にあたかも現実に触
れているかの様な触覚を人の皮膚表面に呈示する触覚呈
示装置である。

【０１７５】（効果）以上の様に本第２の実施の形態に
よって、第１の実施の形態とほぼ同じ構成で粘弾性体対
象物の弾性率と、粘性率とを分離して検出、表示するこ
とが出来るようになる。

【０１７６】その他の効果は第１の実施の形態と同じで
ある。

【０１７７】尚、本発明は、これらの実施の形態に限定
されるものではなく、例えば、センサモジュールの出力
を予め設定した値を超えた時に警報やランプ点灯をした
り、センサモジュールの出力とセンサモジュールの位置
情報との関係をマップ化し、これらの特性の分布を表示
するという使い方も上記各実施の形態に記載した信号処
理方法を変更すれば実現可能となる。

【０１７８】ただし、この場合、センサモジュールの位
置情報はセンサモジュールの近傍にジャイロセンサを配
設したり、センサモジュールを固定したマニピュレータ
にエンコーダを配設したり、あるいはセンサモジュール
を配設したカテーテルや内視鏡の挿入距離や回転角を検
出する位置センサを挿入口に配設することが必要にな
る。

【０１７９】そして、これらのセンサからの出力とセン
サモジュールから得られた粘弾性体対象物の弾性係数、
粘性係数、またはこれらから計算した数値との関係をプ
ロットしてモニター等に表示することによって従来に無
い医療診断情報を得られる様になる。

【０１８０】以上のように、本発明を第１及び第２の実
施の形態により説明したが、本発明によれば以下のよう
な構成及び作用・効果を有する実施態様（１）乃至
（９）が得られる。

【０１８１】実施態様（１）：全実施の形態が該当して
いる。

【０１８２】（構成）圧電振動子を用いた複数のセンサ
モジュールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔
的に配置された制御部と、前記複数のセンサモジュール
と前記制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とか
らなる信号処理装置であって、前記制御部に、複数のセ
ンサモジュールのうちの一つを選択するためのアドレス
信号発生手段を有すると共に、前記複数のセンサモジュ
ールのそれぞれに、互いに異なる中心周波数を有するフ
ィルタリング手段を有することを特徴とした信号処理装
置。

【０１８３】尚、本実施態様（１）に於けるセンサモジ
ュールとは圧電振動を利用したセンサをモジュール化し
たものを指している。

【０１８４】また、フィルタリング手段のフィルタリン
グとは実施の形態では圧電素子とトランジスタからなる
増幅回路が兼ね備えている機能を指している。

【０１８５】（作用）複数のセンサモジュールから遠隔
的に配置された制御部から、前記複数のセンサモジュー
ルの内の一つを選択する信号、即ちアドレシング信号が
送信され、これによって、アドレシング信号の中心周波
数とセンサモジュールのフィルタリング手段の中心周波
数が合ったセンサモジュールが選択された状態になり、
当該センサモジュールは動作状態となり、選択されたセ
ンサモジュールのみがセンサ信号を出力する。

【０１８６】制御部は複数のセンサモジュールからの圧
電信号を順次受信し、信号処理する。

【０１８７】（効果）圧電振動子を用いたセンサは半導
体や電磁効果を用いたセンサに比較し、低消費電力化が
可能であり、前述した第６技術的課題の解決がはかれ
る。

【０１８８】また、複数ある圧電素子の内一つだけを選
択することが可能となり、どの圧電素子がどの様な圧電
信号を出力しているかという前述した第５の技術的課題
に対しての解決がはかれる。

【０１８９】また、信号伝送線を通してアドレス信号と
圧電信号の通信を行うので、信頼性の高い信号処理が可
能となる。

【０１９０】実施態様（２）：全実施の形態が該当して
いる。

【０１９１】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記信号伝送線は、該信号伝送線を電
磁的に遮蔽する手段を有することを特徴とした信号処理
装置。

【０１９２】（作用）信号伝送線が、電磁的に遮蔽する
手段によって外来電磁ノイズを遮断する構成となってい
るので、同一周波数成分を持つ電磁ノイズがあっても、
これが信号伝送線に乗ることはない。

【０１９３】（効果）従って、高周波メス等、電磁ノイ
ズを発生し易い医療機器が使われている近くで，本発明
による信号処理装置を用いても何ら問題が発生せず、高
い信頼性で安心して利用できる。

【０１９４】即ち、前述した第４の技術的課題が解決さ
れる。

【０１９５】実施態様（３）：第２の実施の形態が該当
している。

【０１９６】（構成）実施態様（１）に記載したセンサ
モジュールが、その周囲や対象物の状況によって変化す
る共振周波数や共振抵抗を検出する圧電振動子と、この
圧電振動子によって検出された共振周波数や共振抵抗の
変化を電圧信号へ変換する手段とを有することを特徴と
した信号処理装置。

【０１９７】（作用）圧電振動子は周囲や対象物の状況
によって、共振周波数や共振抵抗が変化するので、この
変化量を検出し、検出した共振周波数や共振抵抗の変化
を電圧信号へ変換する手段によって電圧信号に変換し、
信号伝送線に出力する。

【０１９８】（効果）共振周波数変化と共振抵抗変化の
両方の情報が得られ、これによって前述した第３の技術
的課題が解決される。

【０１９９】実施態様（４）：全実施の形態が該当して
いる。

【０２００】（構成）実施態様（１）に記載した前記ア
ドレス信号発生手段が、異なる周波数帯域（ｆ_１±Δｆ
_１，ｆ_２±Δｆ_２，…，ｆｉ±Δｆｉ，…，ｆｎ±Δｆ
ｎ）を有する高周波パルス（Ｓａｄｄ⁽¹⁾ ，Ｓａｄｄ
⁽²⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁱ⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁿ⁾ ）信号を時
系列的に出力することを特徴とした信号処理装置。

【０２０１】尚、本実施態様（４）に於いて、高周波パ
ルス信号を時系列的に出力するとは、同一の信号伝送手
段、例えば配線や出力端子に異なる周波数を有する交流
パルスを一定の間隔、例えば数１０〜数１００ｍｓ程度
をおいてシリアルに出力すると言う意味である。

【０２０２】（作用）制御部に構成されたアドレス信号
発生手段が、異なる周波数帯域（ｆ_１±Δｆ_１，ｆ_２±
Δｆ_２，…，ｆｉ±Δｆｉ，…，ｆｎ±Δｆｎ）を有す
る高周波パルス（Ｓａｄｄ⁽¹⁾ ，Ｓａｄｄ⁽²⁾ ，…，Ｓ
ａｄｄ⁽ⁱ⁾ ，…，Ｓａｄｄ⁽ⁿ⁾ ）信号を時系列的に出力
すると、あるタイミングにおいて伝送されてきたアドレ
ス信号の周波数帯域がｆｉ±Δｆｉの時、中心周波数ｆ
ｉ±Δｆｉのフィルタリング手段を有したセンサモジュ
ールはそのタイミングのみ圧電信号を出力する。

【０２０３】また、このフィルタリング手段は異なるタ
イミングで他の周波数帯域のアドレス信号が伝送されて
きても、周波数が一致しないので圧電信号を出力するこ
とは無い。

【０２０４】従って、高周波パルス列からなるアドレス
信号にほぼ同期して、各センサモジュールからの圧電信
号が連結したパルス列の圧電信号として得られ、信号伝
送線を経て制御部に伝送される。

【０２０５】尚、異なる周波数の高周波パルス信号は、
パルス巾が短かすぎると周波数の変化を検出する信頼性
が低下し、また長すぎても複数の圧電素子モジュールの
アドレスを一巡するのに時間がかかりすぎ、センシング
にかかる総時間が長くなってしまう。

【０２０６】（効果）以上の様に，アドレス信号は特定
の周波数を有した高周波信号の周波数の違いを利用して
いるので、圧電振動子を構成要素にしたフィルタリング
手段、即ち、ろ波回路等で一定の高い信頼性のアドレシ
ングが可能となり、ノイズに影響されない信頼性の高い
信号処理装置を提供することが出来る様になる。

【０２０７】実施態様（５）：第１の実施の形態が該当
している。

【０２０８】（構成）実施態様（３）に記載した信号処
理装置に於いて、前記センサモジュールが入力信号の周
波数と、前記圧電振動子のインピーダンスの値とによっ
て出力電圧を変化させる増幅器と、該増幅器の出力を直
流変換する直流変換手段とを備えたことを特徴とした信
号処理装置。

【０２０９】尚、本実施態様（５）に於いて、前記増幅
器はバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、オペアンプ（演
算増幅器）のいずれによるものでも良い。

【０２１０】また，増幅器は１段増幅器に限定されず多
段増幅器でも良い。

【０２１１】（作用）高周波パルス列からなるアドレス
信号がセンサモジュールに入力されると、その周波数と
等しい共振周波数を有する圧電振動子を含むセンサモジ
ュールの前記増幅回路の増幅出力は最大となる。

【０２１２】従って、若し、圧電振動子を有するセンサ
モジュールに対象物が接触すると、その周波数に於ける
インピーダンスが増加し、これに反比例して増幅出力は
減少する。

【０２１３】この増幅出力を直流変換すると、アドレス
信号である高周波パルス信号と同期した直流パルス列の
圧電信号となり、信号伝送線に出力される。

【０２１４】（効果）センサモジュールが極めて小型化
され、センサ回路としてコルピッツ回路を全く用いてい
ないのでセンサ出力が一挙に停止してしまうことが無
く、広いダイナミックレンジを有したセンサモジュール
を提供することが可能となる。

【０２１５】即ち、前述した第１の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。

【０２１６】実施態様（６）：第２の実施の形態が該当
している。

【０２１７】（構成）実施態様（４）に記載した信号処
理装置に於いて、前記アドレス信号発生手段が、各高周
波パルス信号の周波数ｆｉが前記高周波パルスの立ち上
がり時刻Ｔ_１から立ち下がり時刻Ｔ_２にかけて、ｆｉ−
Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を連続的に単調に増加または
減少させる回路手段と、前記制御部に構成され、前記直
流変換手段の出力信号である直流パルス圧電信号のパル
スピーク値と、前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ_１
から前記パルスピーク値を示す時刻Ｔｐまでの時間を計
測する手段とを有することを特徴とした信号処理装置。

【０２１８】尚、本実施態様（６）に於いて、前記アド
レス信号発生手段が、各高周波パルス信号の周波数ｆｉ
が前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ_１から立ち下が
り時刻Ｔ_２にかけて、ｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間
を連続的に単調に増加または減少させるとしたが、共振
周波数の変化が減少するのみの場合にはｆｉ−２Δｆｉ
からｆｉ迄の周波数変化としても良いし、逆に共振周波
数の変化が増加するのみの場合にはｆｉからｆｉ＋２Δ
ｆｉ迄の周波数変化としても良く、ｆｉとΔｆｉの関係
は圧電振動子の共振周波数の変化のどの様なところで使
用するのかによって適宜決めれば良い。

【０２１９】（作用）各高周波パルス信号の周波数ｆｉ
が前記高周波パルスの立ち上がり時刻Ｔ_１から立ち下が
り時刻Ｔ_２にかけてｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を
連続的に単調に増加または減少させると、対象物が付着
されていない状態又は接触していない状態、即ち無負荷
状態では、高周波パルスの周波数がｆｉの時刻Ｔｐ（Ｔ
ｐ＝Ｔ_１＋（Ｔ_２−Ｔ_１）／２）で直流パルス圧電信号
がピーク値を示す。

【０２２０】一方、有負荷時は共振周波数が変化する
と、同時に、その周波数に於けるインピーダンスも変化
するので、ピークの位置は前記ｆｉに対応する時刻Ｔｐ
（＝Ｔ_１＋（Ｔ_２−Ｔ_１）／２）からずれ、またピーク
電圧もインピーダンスの変化に対応して減少する。

【０２２１】この直流パルス圧電信号Ｓｓｅｎｓは制御
部に伝達され、前記立ち上がり時刻Ｔ_１から前記直流パ
ルス圧電信号のピーク値を示す時刻Ｔｐまでの時間を計
測する手段によってずれ時間ΔＴｐが検出され、この時
間ΔＴｐと、立ち上がり時刻Ｔ_１から立ち下がり時刻Ｔ
_２にかけてｆｉ−Δｆｉとｆｉ＋Δｆｉの間を連続的に
単調に増加または減少させる回路手段の出力信号波形と
の関係から圧電振動子の共振周波数の変化が分かること
になる。

【０２２２】（効果）従って、前記高周波パルスの立ち
上がり時刻からこの直流パルス圧電信号のピーク電圧を
示す時刻までの時間とピーク電圧とを測定することによ
って、対象物例えば粘弾性体の弾性係数と粘性係数とを
分離して検出することが出来る様になる。

【０２２３】実施態様（７）：全実施の形態が該当して
いる。

【０２２４】（構成）実施態様（３）に記載した信号処
理装置に於いて、前記センサモジュールが前記アドレス
信号を直流電圧に変換する第２の直流変換手段を有して
いることを特徴とした信号処理装置。

【０２２５】（作用）前記第２の直流電圧変換手段はア
ドレス信号発生手段から時系列的に信号伝送線に出力さ
れた異なる周波数帯域を有する高周波パルス列アドレス
信号Ｓａｄｄを直流電圧に変換する。

【０２２６】該高周波パルス列アドレス信号は常時伝送
されており、アドレシングされているセンサモジュール
に構成された圧電振動子の共振周波数と異なる周波数の
高周波パルスは全て直流電圧として利用出来ることにな
る。

【０２２７】（効果）アドレシングされたセンサモジュ
ールのもつ共振周波数と異なる周波数の高周波パルスを
全て直流電圧として利用することになるので，電源専用
の配線が不用で信頼性が高く効率の良い電源エネルギー
伝送が可能になる。

【０２２８】即ち、前述した第２の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。

【０２２９】実施態様（８）：全実施の形態が該当して
いる。

【０２３０】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記複数のセンサモジュールの各々が
有する前記フィルタリング手段は、それぞれフィルタリ
ング帯域が互いに重なり合わない異なる共振周波数を有
する圧電振動子からなることを特徴とした信号処理装
置。

【０２３１】（作用）各センサモジュールに構成される
フィルタリング手段は、互いに重なり合わない周波数帯
域を持つ。

【０２３２】（効果）アドレシング時、混信を起こさな
いので、前述した第５の技術的課題を解決することが出
来る。

【０２３３】実施態様（９）：第２の実施の形態が該当
している。

【０２３４】（構成）実施態様（１）に記載した信号処
理装置に於いて、前記制御部が、前記複数のセンサモジ
ュールから出力され時系列的に合成された直流パルス列
圧電信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチ
ャンネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に
圧電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ_２に変換
する手段と、該変換出力に基づいて信号処理する手段
と、信号処理した結果を呈示する手段からなることを特
徴とした信号処理装置。

【０２３５】尚、本実施態様（９）に於いて、分配され
た信号を更に圧電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成
分Ｓ_２に変換する手段とは実施の形態においてはカウン
ター回路やピークディテクタから構成されている。

【０２３６】（作用）直流パルス圧電信号はセンサモジ
ュールの数に等しいチャンネル数に分配する手段によっ
て分配され、該分配された信号は更に圧電信号の振幅成
分と圧電信号の周波数成分Ｓ_２に変換する手段によっ
て、振幅成分信号と周波数成分信号に変換される。

【０２３７】この変換出力を信号処理手段で増幅または
減衰させて呈示装置への最適な駆動信号に変換する。

【０２３８】（効果）この様にしてセンサモジュールで
検出した対象物の特性を複数呈示することが出来る。

【０２３９】即ち、前述した第３の技術的課題を解決す
る信号処理装置を提供することが出来る様になる。

【０２４０】また、種々の信号処理によって種々の呈示
装置に対象物の特性を信号処理して呈示することが出来
る様になる。

【０２４１】

【発明の効果】従って、以上詳述したように本発明によ
れば、上述した第１乃至第６の技術的課題を解決するた
めに、複数のセンサ用いたシステムの場合にどのセンサ
がどの様なセンシングをしているかを、小さな寸法、少
ない配線数で効率よく、しかも高い信頼性で検出するこ
とが出来る信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態及び第１の実施
の形態の全体構成を示す図。

【図２】図１に用いるセンサモジュールの動作原理を示
す図。

【図３】図１に用いるセンサモジュールの具体例を示す
図。

【図４】図１に用いるセンサモジュールの動作原理を示
す図。

【図５】本発明による第１の実施の形態に用いるセンサ
モジュールに入力される高周波パルス列アドレス信号Ｓ
ａｄｄの波形モデルを示す図。

【図６】本発明による第１の実施の形態に用いる制御部
の構成を示す図。

【図７】本発明による第１の実施の形態に用いる制御部
の構成を示す図。

【図８】高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄｄを出力す
る為に必要な一要素である高周波アドレス信号発振回路
の具体的な回路構成を示す図。

【図９】本発明による第１の実施の形態に用いるセンサ
モジュールから出力される直流パルス列圧電信号の波形
モデルを示す図。

【図１０】センサモジュールに用いる整流回路を示す
図。

【図１１】本発明による第２の実施の形態に用いる制御
部の構成を示す図。

【図１２】本発明による第２の実施の形態に用いる制御
部の構成を示す図。

【図１３】本発明による第２の実施の形態のセンサモジ
ュールに入力される高周波パルス列アドレス信号Ｓａｄ
ｄを示す図。

【図１４】本発明による第２の実施の形態のセンサモジ
ュールから出力される直流パルス列圧電信号を示す図。

【図１５】従来技術によるパッシブビーコンシステムを
示す図。

【図１６】図１５に用いる水晶圧電振動子を組み込んだ
発振回路を示す図。

【図１７】従来技術によるＭＯＳトランジスタのピエゾ
抵抗効果を用いた荷重検出センサを示す図。

【図１８】図１７に用いる回路構成として共通２線式触
覚センサアレイを示す図。

【図１９】図１８に示す回路構成の動作原理を示す図。

【図２０】周波数信号を用いてセンサ信号の伝送を行う
先行技術を示す図。

【符号の説明】

１…制御部、 ２…アドレス信号伝送線、 ３…センサ信号伝送線、 ４…接地線、 ５１，５２，…，５ｉ，…，５ｎ…センサモジュール、 ８８…圧電振動子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前沢 峰雪 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子を用いた複数のセンサモジュ
   ールと、これら複数のセンサモジュールとは遠隔的に配
   置された制御部と、前記複数のセンサモジュールと前記
   制御部との間の通信を可能とする信号伝送線とからなる
   信号処理装置であって、 前記制御部に、前記複数のセンサモジュールのうちの一
   つを選択するためのアドレス信号発生手段を有すると共
   に、 前記複数のセンサモジュールのそれぞれに、互いに異な
   る中心周波数を有するフィルタリング手段を有すること
   を特徴とした信号処理装置。有することを特徴とする請
   求項１に記載の信号処理装置。
2. 【請求項２】 前記センサモジュールが、その周囲やそ
   れに接圧する対象物の状況によって変化する共振周波数
   や共振抵抗を検出する圧電振動子と、この圧電振動子に
   よって検出された共振周波数や共振抵抗の変化を電圧信
   号へ変換する手段とを有することを特徴とする請求項１
   に記載の信号処理装置。
3. 【請求項３】 前記制御部が、前記複数のセンサモジュ
   ールから出力され時系列的に合成された直流パルス列圧
   電信号Ｓｓｅｎｓをセンサモジュールの数に等しいチャ
   ンネル数に分配する手段と、該分配された信号を更に圧
   電信号の振幅成分と圧電信号の周波数成分Ｓ_２に変換す
   る手段と、該変換された出力信号に基づいて信号処理す
   る手段と、信号処理した結果を呈示する手段からなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。