形状センサおよび情報入力装置
【課題】外部物体の表面形状を従来と比べて適切に検出することが可能な形状センサおよび情報入力装置を提供する。
【解決手段】検出面１０内の少なくとも１つの方向に沿って、複数のポリマーセンサ素子１１，１２が並んで配置されているようにする。電圧検出部１３，１４および算出部１５は、ポリマーセンサ素子１１，１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出する。従来と比べ、形状センサ１１において検出可能な変形量の範囲が広がる（検出可能な変形量の上限が大きくなる）。
【解決手段】検出面１０内の少なくとも１つの方向に沿って、複数のポリマーセンサ素子１１，１２が並んで配置されているようにする。電圧検出部１３，１４および算出部１５は、ポリマーセンサ素子１１，１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出する。従来と比べ、形状センサ１１において検出可能な変形量の範囲が広がる（検出可能な変形量の上限が大きくなる）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーセンサ素子を用いて外部物体の表面形状の検出を行う形状センサ、およびそのような形状センサを用いた情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変形に応じた電圧（起電力）を発生するポリマーセンサ素子を用いて、種々のセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このうち、外部物体の表面形状の検出を行う形状センサでは、一般に、ポリマーセンサ素子からなる１枚のシートによって検出面が構成されており、このシート上に複数の検出電極が配置されている。そして、各検出電極から得られる電圧に基づいて、外部物体の表面形状を検出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３９９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この形状センサでは、ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されていることに起因して、以下のような問題があった。すなわち、１枚のシートであることから機械的な柔軟性が低く、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子）が変形しにくい（表面形状に追従しにくい）というものである。したがって、検出可能な変形量が限定されてしまうため、例えば球面状等の曲面状からなる外部物体による変形に対応することが困難となり、表面形状を適切に検出することができない場合が生じてしまう。
【０００５】
そこで、検出面（ポリマーセンサ素子）における変形性を高めるため、例えば、上記した単一のシートを切り抜いて複数の開口を設ける（例えば、網目状に開口を設ける）という手法が考えられる。ただし、この手法を用いた場合でも、検出可能な変形量は、依然として不十分であると考えられる。更に、この手法では開口の存在がネックとなり、検出点の高精細化や微細化が困難である。
【０００６】
このようにして従来の手法では、外部物体の表面形状を適切に検出することが困難であったため、改善する手法の提案が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に検出することが可能な形状センサおよび情報入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状センサは、変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、この検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、上記外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部とを備えたものである。
【０００９】
本発明の情報入力装置は、上記本発明の形状センサを備えたものである。
【００１０】
本発明の形状センサおよび情報入力装置では、検出面内の少なくとも１つの方向に沿って並んで配置された複数のポリマーセンサ素子において得られる電圧（複数の電圧）に基づいて、外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状が検出される。これにより、従来（ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されているもの）と比べて機械的な柔軟性が高くなるため、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子）が変形し易くなり（表面形状に追従し易くなり）、検出可能な変形量の範囲が広くなる（検出可能な変形量の上限が大きくなる）。また、例えば複数方向の各々に沿ってポリマーセンサ素子が配列されている場合には、ポリマーセンサ素子同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子同士が互いに滑ることができるため、変形の際の応力の発生も抑えられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状センサおよび情報入力装置によれば、検出面内の少なくとも１つの方向に沿って並んで配置された複数のポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出するようにしたので、従来と比べて検出可能な変形量の範囲を増加させることができる。よって、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に検出することが可能となる。また、例えば各ポリマーセンサ素子の形状（配列方向に沿った幅など）を調整することにより、検出点の高精細化や微細化も容易に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した形状センサの一部を拡大して表した断面図である。
【図３】図１および図２に示したポリマーセンサ素子の詳細構成を表す断面図である。
【図４】ポリマーセンサ素子の基本動作について説明するための断面模式図である。
【図５】比較例１に係るポリマーセンサ素子を用いたセンサの概略構成を表す模式図である。
【図６】比較例２に係るポリマーセンサ素子を用いたセンサの概略構成を表す模式図である。
【図７】図１に示した形状センサの動作について説明するための模式図である。
【図８】変形例１，２に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図９】変形例３，４に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１１】図１０に示した形状センサの一部を拡大して表した斜視図である。
【図１２】変形例５，６に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１３】変形例７，８に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１４】適用例１に係る情報入力装置の概略構成を表す模式図である。
【図１５】図１４に示した回路図の詳細構成例を表す図である。
【図１６】図１４に示した情報入力装置の使用態様の一例を表す模式図である。
【図１７】図１４に示した情報入力装置の動作例等を表す流れ図である。
【図１８】適用例２に係る情報入力装置の動作例等を表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（Ｘ，Ｙ軸方向にポリマーセンサ素子を配列：編み込み無し）
２．第１の実施の形態の変形例
変形例１（Ｘ軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列）
変形例２（Ｙ軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列）
変形例３（検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置：編み込み無し）
変形例４（検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い：編み込み無し）
３．第２の実施の形態（Ｘ，Ｙ軸方向に配列：編み込み有り（平織り形状の例））
４．第２の実施の形態の変形例
変形例５（検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置：編み込み有り）
変形例６（検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い：編み込み有り）
変形例７（綾織り形状の例）
変形例８（朱子織り形状の例）
５．適用例（情報入力装置への適用例）
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
［形状センサ１の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る形状センサ（形状センサ１）の概略構成を模式的に表したものであり、図２は、この形状センサ１の一部を拡大して断面図で表したもの（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成）である。形状センサ１は、後述するように、外部物体から加わる力による検出面１０（Ｘ−Ｙ平面上）の変形（湾曲，撓み）に応じて、その外部物体の表面形状（ここでは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の３次元形状）を検出することが可能なセンサである。具体的には、形状センサ１は、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出することが可能となっている。
【００１５】
この形状センサ１は、複数個（ここでは、ｍ個（ｍ：２以上の整数））のポリマーセンサ素子１１と、複数個（ここでは、ｎ個（ｎ：２以上の整数））のポリマーセンサ素子１２と、電圧検出部１３，１４と、算出部１６とを備えている。これらのうち、電圧検出部１３，１４および算出部１５が、本発明における「検出部」の一具体例に対応している。
【００１６】
ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、外部物体から加わる力による変形（湾曲，撓み；変形量および変形方向）に応じて電圧（起電力）を発生するものであり、帯状（矩形状）の薄膜構造を有している。具体的には、ｍ個のポリマーセンサ素子１１はそれぞれ、検出面１０内でＸ軸方向に沿って並んでほぼ等間隔に配置されており、Ｚ軸方向の変形に応じて電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２，…，Ｖｘｍを発生するようになっている。一方、ｎ個のポリマーセンサ素子１２はそれぞれ、検出面１０内でＹ軸方向に沿って並んでほぼ等間隔に配置されており、Ｚ軸方向の変形に応じて電圧Ｖｙ１，Ｖｙ２，…，Ｖｙｎを発生するようになっている。すなわち、これらのポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、検出面１０内の互いに直交する２方向（ここでは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って、並んで配置されている。また、例えば図２中の符号Ｐ０で示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２の表面はそれぞれ、後述する保護層４０によって覆われている。これにより、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士の位置が固定されず、互いに滑ることができるようになっている。なお、これらのポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成については後述する（図３，図４）。
【００１７】
電圧検出部１３は、複数のポリマーセンサ素子１１の各々において発生した電圧Ｖｘ（Ｖｘ１〜Ｖｘｍ）、すなわち、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に沿った外部物体の２次元形状（Ｚ−Ｘ平面内の２次元形状）を検出するものである。一方、電圧検出部１４は、複数のポリマーセンサ素子１２の各々において発生した電圧Ｖｙ（Ｖｙ１〜Ｖｙｎ）、すなわち、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿った外部物体の２次元形状（Ｙ−Ｚ平面内の２次元形状）を検出するものである。
【００１８】
算出部１５は、電圧検出部１３において検出した電圧Ｖｘ（Ｖｘ１〜Ｖｘｍ）と、電圧検出部１４において検出した電圧Ｖｙ（Ｖｙ１〜Ｖｙｎ）とに基づいて、前述した外部物体の表面形状を求め（算出し）、検出データＤoutとして外部に出力するものである。すなわち、算出部１５は、検出面１０内の各ポリマーセンサ素子１１，１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出するようになっている。なお、このような表面形状の検出方法の詳細については後述する（図７）。
【００１９】
（ポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成）
ここで、図２および図３を参照して、上記したポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成について説明する。図３は、これらのポリマーセンサ素子１１，１２の断面構成を表したものである。
【００２０】
ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、図３に示したように、イオン導電性高分子化合物膜４１（以下、単に高分子化合物膜４１という。）の両面に一対の電極膜４２Ａ，４２Ｂが接着された積層構造を有している。換言すると、ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、一対の電極膜４２Ａ，４２Ｂと、これらの電極膜４２Ａ，４２Ｂの間に挿設された高分子化合物膜４１とを有している。また、図２および図３に示したように、これらのポリマーセンサ素子１１，１２では、その両面が、高弾性を有する材料（例えば、ポリウレタンやパリレンなど）からなる絶縁性の保護膜４０によって覆われている。ただし、場合によってはそのような保護膜４０が設けられていなくてもよい。また、そのような保護膜４０の代わりに、検出面１０全体をシリコーンゴム等の柔軟性を有する膜でコーティングするようにしてもよい。
【００２１】
高分子化合物膜４１には陽イオン物質が含浸されている。ここでの「陽イオン物質」とは、陽イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいは液状の陽イオンを含むものを意味する。陽イオンと極性溶媒とを含むものとしては、例えば、陽イオンに極性溶媒が溶媒和したものが挙げられる。また、液状の陽イオンとしては、例えば、イオン液体を構成する陽イオンが挙げられ、液状の陽イオンを含むものとしては、例えばイオン液体が挙げられる。
【００２２】
高分子化合物膜４１を構成する材料としては、例えばフッ素樹脂あるいは炭化水素系などを骨格としたイオン交換樹脂が挙げられる。このイオン交換樹脂としては、例えば、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂あるいは両イオン交換樹脂が挙げられ、中でも、陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００２３】
陽イオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基あるいはカルボキシル基などの酸性基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性基を有するポリエチレン、酸性基を有するポリスチレンあるいは酸性基を有するフッ素樹脂などである。中でも、陽イオン交換樹脂としては、スルホン酸基あるいはカルボン酸基を有するフッ素樹脂が好ましく、特にナフィオン（デュポン株式会社製）が好ましい。
【００２４】
高分子化合物膜４１に含浸されている陽イオン物質は、金属イオンと水とを含むもの、有機陽イオンと水とを含むもの、あるいはイオン液体であることが好ましい。金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、カリウムイオン（Ｋ+）、リチウムイオン（Ｌｉ+）あるいはマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの軽金属イオンが挙げられる。また、有機陽イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。これらの陽イオンは、高分子化合物膜４１中において水和物として存在している。よって、陽イオンと水とを含む陽イオン物質が高分子化合物膜４１中に含浸されている場合には、水の揮発を抑制するためにポリマーセンサ素子１１，１２全体が封止されていることが好ましい。
【００２５】
イオン液体とは、常温溶融塩とも言われるものであり、燃性および揮発性が低い陽イオンと陰イオンとを含んでいる。イオン液体では、それを構成する陽イオンにおいて、陰イオンよりもイオン半径が大きくなっている。イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物あるいは脂肪族系化合物などが挙げられる。
【００２６】
中でも、陽イオン物質は、イオン液体であることが好ましい。揮発性が低いため、高温雰囲気中あるいは真空中においても、ポリマーセンサ素子１１，１２が良好に動作するからである。
【００２７】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、それぞれ１種あるいは２種以上の導電性材料を含んでいる。電極膜４２Ａ，４２Ｂは、導電性材料粉末同士が導電性高分子により結着されたものが好ましい。電極膜４２Ａ，４２Ｂの柔軟性が高まるからである。導電性材料粉末としてはカーボン粉末が好ましい。導電性が高く、比表面積が大きいため、より大きい変形量が得られるからである。カーボン粉末としては、ケッチェンブラックが好ましい。導電性高分子としては、上記した高分子化合物膜４１の構成材料と同様のものが好ましい。
【００２８】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、例えば、以下のようにして形成される。分散媒に導電性材料粉末と導電性高分子とを分散させた塗料を高分子化合物膜４１の両面に塗布したのち乾燥させる。また、導電性材料粉末と導電性高分子とを含むフィルム状のものを高分子化合物膜４１の両面に圧着するようにしてもよい。
【００２９】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、多層構造になっていてもよく、その場合、高分子化合物膜４１の側から順に、導電性材料粉末同士が導電性高分子により結着された層と金属層とが積層された構造を有していることが好ましい。これにより、電極膜４２Ａ，４２Ｂの面内方向において電位がより均一な値に近づき、より優れた変形性能を得られるからである。金属層を構成する材料としては、金あるいは白金などの貴金属が挙げられる。金属層の厚さは任意であるが、電極膜４２Ａ，４２Ｂに電位が均一になるように連続膜となっていることが好ましい。金属層を形成する方法としては、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。
【００３０】
なお、ポリマーセンサ素子１１，１２では、陽イオン物質として陽イオンと極性溶媒を含むものを用いる場合には、高分子化合物膜４１中に陰イオンがほとんど含まれないようになっている。
【００３１】
このような構成により、ポリマーセンサ素子１１，１２では、高分子化合物膜４１が膜面と直交する方向（ここではＺ軸方向）へ変形（湾曲，撓み）すると、以下詳述するように、電極膜４２Ａと電極膜４２Ｂとの間に電圧（起電力）が生じるようになっている。なお、高分子化合物膜４１の大きさ（幅および長さ）は、想定される高分子化合物膜４１の変形量（変位量）に応じて任意に設定可能である。
【００３２】
（ポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作）
次に、図４を参照して、このようなポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作について説明する。図４は、ポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作を、断面図を用いて模式的に表したものである。
【００３３】
最初に、陽イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。
【００３４】
この場合、まず、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わっていないときには、ポリマーセンサ素子１１，１２は、変形（湾曲，撓み）することなく平面状となっている（図４（Ａ））。そのため、陽イオン物質が高分子化合物膜４１中にほぼ均一に分散することから、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間には電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生せず、電圧検出部１３，１４において検出される電圧が０Ｖとなる。
【００３５】
ここで、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わったときには、ポリマーセンサ素子１１，１２が変形（湾曲，撓み）する（図４（Ｂ），（Ｃ））。
【００３６】
例えば、図４（Ｂ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の負方向（電極膜４２Ａ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、電極膜４２Ａ側が収縮し、電極膜４２Ｂ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜４２Ｂ側に移動するため、陽イオンは、電極膜４２Ｂ側で密の状態となる一方、電極膜４２Ａ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ａ側よりも電極膜４２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（正極性の電圧：＋Ｖｘ，＋Ｖｙ）が発生する。
【００３７】
一方、図４（Ｃ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の正方向（電極膜４２Ｂ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、逆に電極膜４２Ｂ側が収縮し、電極膜４２Ａ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜４２Ａ側に移動するため、陽イオンは、電極膜４２Ａ側で密の状態となる一方、電極膜４２Ｂ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ｂ側よりも電極膜４２Ａ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（負極性の電圧：−Ｖｘ，−Ｖｙ）が発生する。
【００３８】
次に、陽イオン物質として、液状の陽イオンを含むものであるイオン液体を用いた場合について説明する。
【００３９】
この場合においても、まず、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わっていないときには、ポリマーセンサ素子１１，１２は、変形することなく平面状となっている（図４（Ａ））。そのため、イオン液体が高分子化合物膜４１中にほぼ均一に分散することから、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間には電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生せず、電圧検出部１３，１４において検出される電圧が０Ｖとなる。
【００４０】
ここで、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わったときには、上記と同様にポリマーセンサ素子１１，１２が変形する（図４（Ｂ），（Ｃ））。
【００４１】
例えば、図４（Ｂ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の負方向（電極膜４２Ａ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、電極膜４２Ａ側が収縮し、電極膜４２Ｂ側が膨潤することになる。すると、イオン液体を構成する陽イオンは、陰イオンよりもそのイオン半径が大きいことから、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜４２Ｂ側に移動する一方、陰イオンが電極膜４２Ａ側に移動する。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ａ側よりも電極膜４２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（正極性の電圧：＋Ｖｘ，＋Ｖｙ）が発生する。
【００４２】
一方、図４（Ｃ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の正方向（電極膜４２Ｂ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、逆に電極膜４２Ｂ側が収縮し、電極膜４２Ａ側が膨潤することになる。すると、上記と同様の理由により、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜４２Ａ側に移動する一方、陰イオンが電極膜４２Ｂ側に移動する。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ｂ側よりも電極膜４２Ａ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（負極性の電圧：−Ｖｘ，−Ｖｙ）が発生する。
【００４３】
［形状センサ１の作用・効果］
続いて、本実施の形態の形状センサ１全体の作用および効果について、比較例（比較例１，２）と比較しつつ説明する。
【００４４】
（１．基本動作）
この形状センサ１では、ポリマーセンサ素子１１，１２から構成される検出面１０において外部物体からの力が加わると、ポリマーセンサ素子１１，１２が変形する（図１，図４）。
【００４５】
すると、上記したように、ポリマーセンサ素子１１，１２ではそれぞれ、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間に電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生する。電圧Ｖｘは電圧検出部１３により検出され、電圧Ｖｙは電圧検出部１４により検出される。そして、算出部１５は、これらの電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、その外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状（３次元形状）を検出する。
【００４６】
（比較例１）
ここで、図５に示した比較例１に係る従来の形状センサ１００では、ポリマーセンサ素子１０１からなる１枚のシートによって検出面が構成されており、このシート上に、一対の電極膜からなる複数の検出電極１０４Ａ，１０４Ｂが配置されている。そして、各検出電極１０４Ａ，１０４Ｂから得られる電圧が電圧検出部１０２により検出され、この各検出電極１０４，１０４Ｂでの電圧に基づいて、算出部１０３において外部物体の表面形状を検出する（検出データＤout101を出力する）ようになっている。
【００４７】
ところが、この変形例１の形状センサ１０１では、ポリマーセンサ素子１０１からなる単一シートによって検出面が構成されていることに起因して、以下のような問題が生じる。すなわち、１枚のシートであることから機械的な柔軟性が低く、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子１０１）が変形しにくい（表面形状に追従しにくい）というものである。したがって、検出可能な変形量が限定されてしまうため、例えば球面状等の曲面状からなる外部物体による変形に対応することが困難となり、表面形状を適切に検出することができない場合が生じてしまう。
【００４８】
（比較例２）
一方、図６に示した比較例２に係る形状センサ２００では、検出面（ポリマーセンサ素子２０１）における変形性を高めるため、上記比較例１と同様の単一シートを切り抜くことにより、複数の開口２０１Ａが網目状に設けられている。これにより、ポリマーセンサ素子２０１からなる単一シート上には、複数の検出電極１０４Ａ，１０４Ｂに加え、これら複数の開口２０１Ａが設けられていることになる。なお、この比較例２の形状センサ２００においても、上記比較例１と同様に、各検出電極２０４Ａ，２０４Ｂから得られる電圧が電圧検出部２０２により検出され、これらの電圧に基づいて、算出部２０３において外部物体の表面形状を検出（検出データＤout201を出力）している。
【００４９】
しかしながら、このような比較例２においても、以下説明する本実施の形態とは異なり、単一シートによって検出面を構成していることから、複数の開口２０１Ａを設けることで幾分かは検出可能な変形量が増加するものの、依然として不十分な量である。加えて、この手法では開口２０１Ａの存在がネックとなり、図中に示したように、検出点（この場合、各検出電極２０１Ａ，２０１Ｂの位置に対応）の高精細化や微細化が困難である。
【００５０】
（２．本実施の形態の検出動作）
これに対して、本実施の形態の形状センサ１では、上記比較例１，２とは異なり、外部物体の表面形状を、検出面１０内に並んで配置されたそれぞれ複数個のポリマーセンサ素子１１，１２を用いて検出している。以下、本実施の形態における外部物体の表面形状の検出動作について、詳細に説明する。
【００５１】
まず、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に模式的に示したように、検出面１０内のある位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）における、外部物体５による変形量がｆ（ｘ０，ｙ０）であるものとして考える。
【００５２】
このとき、例えば図７（Ｂ）に示したように、この位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）の近傍において検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が変形するため、この近傍領域内に位置するポリマーセンサ素子１１，１２において、選択的に電圧Ｖｘ，Ｖｙが発生する。ここで、上記した検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における変形量ｆ（ｘ，ｙ）と、ポリマーセンサ素子１１，１２から得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙとの関係を、関数ｕ（ｆ（ｘ，ｙ））とすると、以下の（１）式および（２）式が得られる。なお、ここでは便宜上、位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）における電圧Ｖｘ，Ｖｙをそれぞれ、Ｖｘ（ｘ０），Ｖｙ（ｘ０）としている。
Ｖｘ（ｘ０）＝ｕ（ｆ（ｘ０，ｙ）） ……（１）
Ｖｙ（ｙ０）＝ｕ（ｆ（ｘ，ｙ０）） ……（２）
【００５３】
したがって、このような関数ｕ（ｘ，ｙ）の特性を、事前のデバイス評価（ポリマーセンサ素子１１，１２の特性評価）によって予め把握しておくようにすれば、算出部１５において上記（１）式および（２）式を用いることにより、変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）を求めることができる。具体的には、関数ｕ（ｘ，ｙ）の特性と、電圧Ｖｘ（ｘ０），Ｖｙ（ｙ０）の組とにより、検出面１０上の任意の位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）での変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）を算出することができる。なお、検出面１０上の全ての位置（検出点）における変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）の集まり（変形量の位置分布）が、図１に示した検出データＤoutに相当する。
【００５４】
このように本実施の形態の形状センサ１では、検出面１０内の直交する２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿ってそれぞれ並んで配置された複数（ｍ個）のポリマーセンサ素子１１および複数（ｎ個）のポリマーセンサ素子１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状が検出される。これにより、上記比較例１，２のように、ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されている形状センサと比べ、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性が高くなる。その結果、外部物体の表面形状に応じて検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が変形し易くなり（表面形状に追従し易くなり）、形状センサ１１において検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲が、上記比較例１，２と比べて広くなる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限が大きくなる）。
【００５５】
また、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに滑ることができるため、変形の際の応力の発生が抑えられる。
【００５６】
以上のように本実施の形態では、検出面１０内の直交する２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿ってそれぞれ並んで配置された複数（ｍ個）のポリマーセンサ素子１１および複数（ｎ個）のポリマーセンサ素子１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出するようにしたので、従来と比べ、形状センサ１１において検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲を広げる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限を大きくする）ことができる。よって、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００５７】
また、例えば、各ポリマーセンサ素子１１，１２の形状（配列方向に沿った幅など）を調整することにより、上記比較例２とは異なり、検出面１０内における検出点の高精細化や微細化を容易に図ることが可能となる。なお、各ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向に沿った幅を細くした場合には、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性（変形のし易さ）をより高めることも可能となる。
【００５８】
更に、上記したように、変形の際の応力の発生を抑えることができるため、形状センサ１の信頼性を向上させる（耐久性を向上させる，経時劣化を抑える）ことも可能となる。
【００５９】
＜第１の実施の形態の変形例＞
続いて、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１〜４）について説明する。なお、上記第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６０】
（変形例１，２）
図８（Ａ）は、変形例１に係る形状センサ（形状センサ１Ａ）の概略構成を表したものであり、図８（Ｂ）は、変形例２に係る形状センサ（形状センサ１Ｂ）の概略構成を表したものである。これらの変形例１，２では、上記第１の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子が、１方向のみに沿って並んで配置されている。
【００６１】
具体的には、変形例１の形状センサ１Ａでは、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子１１がＸ軸方向に沿って並んで配置されている一方、Ｙ軸方向にはポリマーセンサ素子が並んで配置されていない。したがって、図８（Ａ）に示したように、この変形例１では、算出部１５は、電圧検出部１３において検出された電圧Ｖｘのみを用いて、検出データＤoutを生成・出力している。すなわち、この形状センサ１Ａでは、Ｘ軸，Ｚ軸方向の２次元形状に対応する外部物体の表面形状を検出することが可能となっている。
【００６２】
また、変形例２の形状センサ１Ｂでは、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子１２がＹ軸方向に沿って並んで配置されている一方、Ｘ軸方向にはポリマーセンサ素子が並んで配置されていない。したがって、図８（Ｂ）に示したように、この変形例２では、算出部１５は、電圧検出部１４において検出された電圧Ｖｙのみを用いて、検出データＤoutを生成・出力している。すなわち、この形状センサ１Ｂでは、Ｙ軸，Ｚ軸方向の２次元形状に対応する外部物体の表面形状を検出することが可能となっている。
【００６３】
このような構成の形状センサ１Ａ，１Ｂにおいても、上記第１の実施の形態と同様に、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能である。すなわち、複数のポリマーセンサ素子は、検出面１０内において少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されているようにすればよい。
【００６４】
（変形例３，４）
図９（Ａ）は、変形例３に係る形状センサ（形状センサ１Ｃ）の概略構成を表したものであり、図９（Ｂ）は、変形例４に係る形状センサ（形状センサ１Ｄ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においては、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００６５】
変形例３の形状センサ１Ｃでは、上記第１の実施の形態とは異なり、ポリマーセンサ素子１１，１２が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において密に配置されている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に疎となるように配置されている。
【００６６】
一方、変形例４の形状センサ１Ｄでは、上記第１の実施の形態とは異なり、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向（それぞれ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の幅が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において細くなっている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において太くなっている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に細くなっている。
【００６７】
このような構成により、これらの形状センサ１Ｃ，１Ｄでは、検出面１０内において、特に内部（中央部，中心部）領域における機械的な柔軟性（変形のし易さ）を高めることができる。したがって、外部物体は、一般に検出面１０内の端部領域よりも内部領域において検出されると想定されることから、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００６８】
なお、これらの変形例３，４では、ポリマーセンサ素子１１，１２の双方について、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしているが、例えば、ポリマーセンサ素子１１，１２の一方のみについて、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。また、上記変形例１，２のように、検出面１０内において複数のポリマーセンサ素子が１方向のみに沿って並んで配置されている場合において、それらのポリマーセンサ素子における配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。
【００６９】
＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
図１０は、第２の実施の形態に係る形状センサ（形状センサ２）の概略構成を表したものであり、図１１は、この形状センサ２の一部を拡大して斜視図で表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００７１】
本実施の形態の形状センサ２では、検出面１０内において、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１と、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２とが、全体として互いに編み込まれてなる編み込み形状となっている。具体的には、本実施の形態では、この編み込み形状が、種々の編み込み形状のうちの基本形状である平織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１と、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２とがそれぞれ、互いに１本ずつ交互に編み込まれた形状となっている。
【００７２】
このように、本実施の形態では、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに編み込み形状となっていることにより、上記第１の実施の形態と比べ、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性が更に高くなる。これは、編み込み形状としたほうが、外部物体における自由曲面の形状に対する親和性がより高くなるためである。その結果、この形状センサ２では、外部物体の表面形状に応じて検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が更に変形し易くなり（表面形状に更に追従し易くなり）、検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲が更に広くなる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限が更に大きくなる）。よって、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と比べ、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００７３】
また、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに編み込み形状となっていることにより、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士がより滑り易くなるため、上記第１の実施の形態と比べ、変形の際の応力の発生を更に抑えることも可能となる。
【００７４】
更に、このような編み込み形状からなるポリマーセンサ素子１１，１２を作製する際には、一般的な織物技術を利用することができるため、大面積からなる検出面１０の作製にも適合していると言える。
【００７５】
加えて、本実施の形態は、編み込み形状として平織り形状を採用しているため、丈夫で摩擦に強くすることができると共に、特に容易に作製することが可能となる。
【００７６】
＜第２の実施の形態の変形例＞
続いて、上記第２の実施の形態の変形例（変形例５〜８）について説明する。なお、上記第１，第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７７】
（変形例５，６）
図１２（Ａ）は、変形例５に係る形状センサ（形状センサ２Ａ）の概略構成を表したものであり、図１２（Ｂ）は、変形例６に係る形状センサ（形状センサ２Ｂ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００７８】
変形例５の形状センサ２Ａでは、上記第２の実施の形態で説明した編み込み形状を前提として、前述した変形例３と同様に、ポリマーセンサ素子１１，１２が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において密に配置されている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に疎となるように配置されている。
【００７９】
一方、変形例６の形状センサ２Ｂでは、上記第２の実施の形態で説明した編み込み形状を前提として、前述した変形例４と同様の構成となっている。すなわち、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向（それぞれ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の幅が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において細くなっている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において太くなっている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に細くなっている。
【００８０】
このような構成により、これらの形状センサ２Ａ，２Ｂでは、上記変形例３，４と同様に、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。なお、これらの変形例５，６においても、例えば、ポリマーセンサ素子１１，１２の一方のみについて、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。また、上記変形例１，２のように、検出面１０内において複数のポリマーセンサ素子が１方向のみに沿って並んで配置されている場合において、それらのポリマーセンサ素子における配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。
【００８１】
（変形例７，８）
図１３（Ａ）は、変形例７に係る形状センサ（形状センサ２Ｃ）の概略構成を表したものであり、図１３（Ｂ）は、変形例８に係る形状センサ（形状センサ２Ｄ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００８２】
変形例７の形状センサ２Ｃでは、上記第２の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、ポリマーセンサ素子１１，１２における編み込み形状が、綾織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１がそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２に対し、上側に２本および下側に１本の割合で交互に編み込まれた形状となっている。これにより、本変形例では、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が特に伸縮性に優れたものとなっている。
【００８３】
一方、変形例８の形状センサ２Ｄでは、上記第２の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、ポリマーセンサ素子１１，１２における編み込み形状が、朱子織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１がそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２に対し、上側に４本および下側に１本の割合で交互に編み込まれた形状となっている。これにより、本変形例では、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が特に柔軟性に優れたものとなっている。
【００８４】
このように、検出面１０内におけるポリマーセンサ素子１１，１２の織り込み形状としては、基本的には、繊維における種々の織り込み手法（織り込み形状）を用いることができ、ポリマーセンサ素子１１，１２同士の交差のさせ方により、検出面１０の特性を適宜調整することが可能である。
【００８５】
＜適用例＞
続いて、これまで説明した各形状センサの情報入力装置への適用例（適用例１，２）について説明する。なお、上記した各実施の形態および各変形例における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８６】
（適用例１）
図１４は、本発明の形状センサの適用例１に係る情報入力装置（情報入力装置６）の概略構成を斜視図で模式的に表したものである。この適用例１の情報入力装置６は、上記実施の形態等で説明した形状センサ１（または形状センサ１Ｃ，１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ）と、前述した電圧検出部１３，１４および算出部１５等を有する回路部６０とを備えている。
【００８７】
この情報入力装置６では、経度配置されたポリマーセンサ素子１１と、緯度配置されたポリマーセンサ素子１２とにより、曲面状（ここでは球面状）の検出面が形成されている。すなわち、情報入力装置６における形状センサ１（１Ｃ，１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ）の検出面が、ここでは球状面となっている。なお、これらのポリマーセンサ素子１１，１２がそれぞれ、図示しない柔軟性を有する物体上に形成されているようにしてもよい。そして、このような球面状の検出面の内部に、回路部６０を構成するＩＣ（Integrated Circuit）チップ等が配置されている。
【００８８】
図１５は、回路部６０の詳細なブロック構成の一例を表したものである。この回路部６０は、上記した電圧検出部１３，１４および算出部１５に加え、情報処理部６１、加速度センサ６２および角度・角速度センサ（ジャイロセンサ）６３を有している。このように、情報入力装置６は、加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも１つを更に備えるようにするのが望ましい。ただし、これらのセンサがいずれも設けられていないようにしてもよい。
【００８９】
情報処理部６１は、形状センサ１等における形状の検出結果（算出部１５から出力される検出データＤout）と、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３における検出結果とに基づいて、以下詳述する所定の情報処理を行うものである。
【００９０】
図１６は、情報入力装置６の使用態様の一例を模式的に表したものである。このように、ユーザ（使用者）の指８等によって情報入力装置６の表面（検出面）を押す（握る）と、この情報入力装置６からは以下の情報が得られる（入力される）。すなわち、まず、形状センサ１等によって、押された位置（変形位置）およびその変形量が検出される。また、上記したように、ここでは情報入力装置６内に加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３がそれぞれ設けられているため、情報入力装置６自身の移動方向や移動速度、姿勢等も検出される。
【００９１】
このように、本適用例の情報入力装置６では、これらの各種情報を入力することができる。また、この情報入力装置６は形状センサ１等（具体的には、ポリマーセンサ素子１１，１２）が柔軟性を有するものであるため、柔らかなインターフェイスを構築することができる。更に、上記実施の形態等で説明した形状センサ１等を用いているため、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することができると共に、センサアレイを曲面状（ここでは球面状）に簡易に配置することが可能となる。
【００９２】
なお、図１６中に示したように、この情報入力装置６により得られた（入力された）各種情報を、外部のモニターである表示装置（表示装置７）へ出力して表示させるようにしてもよい。すなわち、情報入力装置６とこの表示装置７とを用いて、情報入力システムを構築するようにしてもよい。
【００９３】
ここで、図１７は、情報入力装置６の動作例等を流れ図で表わしたものである。なお、この図１７において、各種センサ（形状センサ１等、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３）、回路部６０ならびに表示装置７における動作内容は、それぞれの破線内に示している。
【００９４】
まず、形状センサ１等におけるポリマーセンサ素子１１，１２が変形すると（ステップＳ１０１）、上記実施の形態等で説明したように、各ポリマーセンサ素子１１，１２に起電力が発生する（ステップＳ１０２）。次いで、上記実施の形態等で説明したようにして、検出部１３，１４および算出部１５は、各ポリマーセンサ素子１１，１２からの起電力に基づいて、対応する変形量および変形位置をそれぞれ判定（算出）する（ステップＳ１０３）。そして、情報処理部６１は、このようにして入力（検出）された変形量および変形位置の情報を用いて、検出された形状に応じた機能を選択する（ステップＳ１０４）。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）の形状も変化させることができる（ステップＳ１０５）。
【００９５】
一方、ユーザの動作によって、情報入力装置６自体が移動すると（ステップＳ１０６）、その移動内容に応じて、加速度センサ６２による加速度の検出結果や、角度・角速度センサ６３による角度・角速度の検出結果がそれぞれ出力される（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。次いで、情報処理部６１は、加速度の検出結果に基づいて、情報入力装置６の移動方向や移動速度を判定（算出）する（ステップＳ１０９）と共に、情報入力装置６の姿勢を判定（算出）する（ステップＳ１１０）。そして、情報処理部６１は、このようにして各種のセンサから入力（検出）された各種の情報を用いて、各機能および動作に応じた操作を行うように制御する（ステップＳ１１１）。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）を動作させることもできる（ステップＳ１１２）。
【００９６】
（適用例２）
また、上記適用例１で説明した情報入力装置６の他にも、例えば、上記実施の形態等で説明した形状センサ１と前述した回路部６０とを備えた情報入力装置が、ウェアラブルである（ユーザが身につけたり、着用（装着）することが可能な）ように構成してもよい。具体的には、例えば、形状センサ１等におけるポリマーセンサ１１，１２を用いて生地を作製し、形状センサ１等を用いた衣服やグローブ、絆創膏状等のシートなどを作製するようにしてもよい。
【００９７】
このような本適用例に係る情報入力装置においても、上記適用例１と同様の各種情報を入力することができ、これにより装着しているユーザの動作を検出することができる。また、この情報入力装置においても形状センサ１等（具体的には、ポリマーセンサ素子１１，１２）が柔軟性を有するものであるため、ユーザの動作を妨げることなく（ユーザに違和感を生じさせることなく）、そのような情報の入力および動作検出を行うことができる。
【００９８】
ここで、図１８は、上記した本適用例に係る情報入力装置の動作例等を流れ図で表わしたものである。なお、この図１８においても図１７と同様に、各種センサ（形状センサ１等、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３）、回路部６０ならびに表示装置７における動作内容は、それぞれの破線内に示している。ただし、ここでは一例として、この情報入力装置内に加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３が設けられていない（形状センサ１等のみが設けられている）場合について説明する。
【００９９】
まず、ユーザが情報入力装置を装着して動作すると（ステップＳ２０１）、形状センサ１等におけるポリマーセンサ素子１１，１２が変形し、動作した領域（部位）に位置するポリマーセンサ素子１１，１２に起電力が発生する（ステップＳ２０２）。次いで、検出部１３，１４および算出部１５が、各ポリマーセンサ素子１１，１２からの起電力に基づいて、対応する変形量および変形位置をそれぞれ判定（算出）する。
【０１００】
続いて、情報処理部６１は、このようにして入力（検出）された変形量および変形位置の情報を用いて、ユーザの動作を検出する。具体的には、起電力の有無によって（変形位置の情報を用いて）、動作した領域（部位）を特定する（ステップＳ２０３）。また、起電力の大きさ（変形量の情報を用いて）、動作量を特定する（ステップＳ２０４）。そして、情報処理部６１は、このようにして特定された動作領域および動作量の情報を用いて、例えば、それらに応じた機能を選択する。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）の形状を変化させたり動作させたりすることもできる（ステップＳ２０５）。
【０１０１】
＜その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１０２】
例えば、検出面内におけるポリマーセンサ素子の配置構造については、上記実施の形態等に示したものには限られず、検出面内において複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されているようにすればよい。
【０１０３】
また、ポリマーセンサ素子の形状についても、上記実施の形態等に示したものに限られず、更に、その積層構造についても、上記実施の形態で説明したものには限られず、適宜変更可能である。
【０１０４】
本発明の形状センサは、前述した情報入力装置の他にも、例えば携帯電話やゲーム機器などの様々な電子機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１Ａ〜１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ…形状センサ、１１，１２…ポリマーセンサ素子、１３，１４…電圧検出部、１５…算出部、４０…保護膜、４１…高分子化合物膜（イオン導電性高分子化合物膜）、４２Ａ，４２Ｂ…電極膜、５…外部物体、６…情報入力装置、６０…回路部、６１…情報処理部、６２…加速度センサ、６３…角度・角速度センサ、７…表示装置、８…指、Ｖｘ，Ｖｘ１〜Ｖｘｍ，Ｖｙ，Ｖｙ１〜Ｖｙｎ…電圧（起電力）、Ｐ１（ｘ０，ｙ０）…位置、ｆ（ｘ０，ｙ０）…変形量、Ｄout…検出データ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーセンサ素子を用いて外部物体の表面形状の検出を行う形状センサ、およびそのような形状センサを用いた情報入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変形に応じた電圧（起電力）を発生するポリマーセンサ素子を用いて、種々のセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このうち、外部物体の表面形状の検出を行う形状センサでは、一般に、ポリマーセンサ素子からなる１枚のシートによって検出面が構成されており、このシート上に複数の検出電極が配置されている。そして、各検出電極から得られる電圧に基づいて、外部物体の表面形状を検出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３９９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この形状センサでは、ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されていることに起因して、以下のような問題があった。すなわち、１枚のシートであることから機械的な柔軟性が低く、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子）が変形しにくい（表面形状に追従しにくい）というものである。したがって、検出可能な変形量が限定されてしまうため、例えば球面状等の曲面状からなる外部物体による変形に対応することが困難となり、表面形状を適切に検出することができない場合が生じてしまう。
【０００５】
そこで、検出面（ポリマーセンサ素子）における変形性を高めるため、例えば、上記した単一のシートを切り抜いて複数の開口を設ける（例えば、網目状に開口を設ける）という手法が考えられる。ただし、この手法を用いた場合でも、検出可能な変形量は、依然として不十分であると考えられる。更に、この手法では開口の存在がネックとなり、検出点の高精細化や微細化が困難である。
【０００６】
このようにして従来の手法では、外部物体の表面形状を適切に検出することが困難であったため、改善する手法の提案が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に検出することが可能な形状センサおよび情報入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の形状センサは、変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、この検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、上記外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部とを備えたものである。
【０００９】
本発明の情報入力装置は、上記本発明の形状センサを備えたものである。
【００１０】
本発明の形状センサおよび情報入力装置では、検出面内の少なくとも１つの方向に沿って並んで配置された複数のポリマーセンサ素子において得られる電圧（複数の電圧）に基づいて、外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状が検出される。これにより、従来（ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されているもの）と比べて機械的な柔軟性が高くなるため、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子）が変形し易くなり（表面形状に追従し易くなり）、検出可能な変形量の範囲が広くなる（検出可能な変形量の上限が大きくなる）。また、例えば複数方向の各々に沿ってポリマーセンサ素子が配列されている場合には、ポリマーセンサ素子同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子同士が互いに滑ることができるため、変形の際の応力の発生も抑えられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状センサおよび情報入力装置によれば、検出面内の少なくとも１つの方向に沿って並んで配置された複数のポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、外部物体のうちの検出面と接する部分の表面形状を検出するようにしたので、従来と比べて検出可能な変形量の範囲を増加させることができる。よって、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に検出することが可能となる。また、例えば各ポリマーセンサ素子の形状（配列方向に沿った幅など）を調整することにより、検出点の高精細化や微細化も容易に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した形状センサの一部を拡大して表した断面図である。
【図３】図１および図２に示したポリマーセンサ素子の詳細構成を表す断面図である。
【図４】ポリマーセンサ素子の基本動作について説明するための断面模式図である。
【図５】比較例１に係るポリマーセンサ素子を用いたセンサの概略構成を表す模式図である。
【図６】比較例２に係るポリマーセンサ素子を用いたセンサの概略構成を表す模式図である。
【図７】図１に示した形状センサの動作について説明するための模式図である。
【図８】変形例１，２に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図９】変形例３，４に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１１】図１０に示した形状センサの一部を拡大して表した斜視図である。
【図１２】変形例５，６に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１３】変形例７，８に係る形状センサの概略構成を表す模式図である。
【図１４】適用例１に係る情報入力装置の概略構成を表す模式図である。
【図１５】図１４に示した回路図の詳細構成例を表す図である。
【図１６】図１４に示した情報入力装置の使用態様の一例を表す模式図である。
【図１７】図１４に示した情報入力装置の動作例等を表す流れ図である。
【図１８】適用例２に係る情報入力装置の動作例等を表す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（Ｘ，Ｙ軸方向にポリマーセンサ素子を配列：編み込み無し）
２．第１の実施の形態の変形例
変形例１（Ｘ軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列）
変形例２（Ｙ軸方向にのみポリマーセンサ素子を配列）
変形例３（検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置：編み込み無し）
変形例４（検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い：編み込み無し）
３．第２の実施の形態（Ｘ，Ｙ軸方向に配列：編み込み有り（平織り形状の例））
４．第２の実施の形態の変形例
変形例５（検出面の端部領域よりも内部領域で疎に配置：編み込み有り）
変形例６（検出面の端部領域よりも内部領域で幅が細い：編み込み有り）
変形例７（綾織り形状の例）
変形例８（朱子織り形状の例）
５．適用例（情報入力装置への適用例）
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
［形状センサ１の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る形状センサ（形状センサ１）の概略構成を模式的に表したものであり、図２は、この形状センサ１の一部を拡大して断面図で表したもの（図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構成）である。形状センサ１は、後述するように、外部物体から加わる力による検出面１０（Ｘ−Ｙ平面上）の変形（湾曲，撓み）に応じて、その外部物体の表面形状（ここでは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の３次元形状）を検出することが可能なセンサである。具体的には、形状センサ１は、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出することが可能となっている。
【００１５】
この形状センサ１は、複数個（ここでは、ｍ個（ｍ：２以上の整数））のポリマーセンサ素子１１と、複数個（ここでは、ｎ個（ｎ：２以上の整数））のポリマーセンサ素子１２と、電圧検出部１３，１４と、算出部１６とを備えている。これらのうち、電圧検出部１３，１４および算出部１５が、本発明における「検出部」の一具体例に対応している。
【００１６】
ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、外部物体から加わる力による変形（湾曲，撓み；変形量および変形方向）に応じて電圧（起電力）を発生するものであり、帯状（矩形状）の薄膜構造を有している。具体的には、ｍ個のポリマーセンサ素子１１はそれぞれ、検出面１０内でＸ軸方向に沿って並んでほぼ等間隔に配置されており、Ｚ軸方向の変形に応じて電圧Ｖｘ１，Ｖｘ２，…，Ｖｘｍを発生するようになっている。一方、ｎ個のポリマーセンサ素子１２はそれぞれ、検出面１０内でＹ軸方向に沿って並んでほぼ等間隔に配置されており、Ｚ軸方向の変形に応じて電圧Ｖｙ１，Ｖｙ２，…，Ｖｙｎを発生するようになっている。すなわち、これらのポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、検出面１０内の互いに直交する２方向（ここでは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿って、並んで配置されている。また、例えば図２中の符号Ｐ０で示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２の表面はそれぞれ、後述する保護層４０によって覆われている。これにより、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士の位置が固定されず、互いに滑ることができるようになっている。なお、これらのポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成については後述する（図３，図４）。
【００１７】
電圧検出部１３は、複数のポリマーセンサ素子１１の各々において発生した電圧Ｖｘ（Ｖｘ１〜Ｖｘｍ）、すなわち、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に沿った外部物体の２次元形状（Ｚ−Ｘ平面内の２次元形状）を検出するものである。一方、電圧検出部１４は、複数のポリマーセンサ素子１２の各々において発生した電圧Ｖｙ（Ｖｙ１〜Ｖｙｎ）、すなわち、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿った外部物体の２次元形状（Ｙ−Ｚ平面内の２次元形状）を検出するものである。
【００１８】
算出部１５は、電圧検出部１３において検出した電圧Ｖｘ（Ｖｘ１〜Ｖｘｍ）と、電圧検出部１４において検出した電圧Ｖｙ（Ｖｙ１〜Ｖｙｎ）とに基づいて、前述した外部物体の表面形状を求め（算出し）、検出データＤoutとして外部に出力するものである。すなわち、算出部１５は、検出面１０内の各ポリマーセンサ素子１１，１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出するようになっている。なお、このような表面形状の検出方法の詳細については後述する（図７）。
【００１９】
（ポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成）
ここで、図２および図３を参照して、上記したポリマーセンサ素子１１，１２の詳細構成について説明する。図３は、これらのポリマーセンサ素子１１，１２の断面構成を表したものである。
【００２０】
ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、図３に示したように、イオン導電性高分子化合物膜４１（以下、単に高分子化合物膜４１という。）の両面に一対の電極膜４２Ａ，４２Ｂが接着された積層構造を有している。換言すると、ポリマーセンサ素子１１，１２はそれぞれ、一対の電極膜４２Ａ，４２Ｂと、これらの電極膜４２Ａ，４２Ｂの間に挿設された高分子化合物膜４１とを有している。また、図２および図３に示したように、これらのポリマーセンサ素子１１，１２では、その両面が、高弾性を有する材料（例えば、ポリウレタンやパリレンなど）からなる絶縁性の保護膜４０によって覆われている。ただし、場合によってはそのような保護膜４０が設けられていなくてもよい。また、そのような保護膜４０の代わりに、検出面１０全体をシリコーンゴム等の柔軟性を有する膜でコーティングするようにしてもよい。
【００２１】
高分子化合物膜４１には陽イオン物質が含浸されている。ここでの「陽イオン物質」とは、陽イオンと極性溶媒とを含むもの、あるいは液状の陽イオンを含むものを意味する。陽イオンと極性溶媒とを含むものとしては、例えば、陽イオンに極性溶媒が溶媒和したものが挙げられる。また、液状の陽イオンとしては、例えば、イオン液体を構成する陽イオンが挙げられ、液状の陽イオンを含むものとしては、例えばイオン液体が挙げられる。
【００２２】
高分子化合物膜４１を構成する材料としては、例えばフッ素樹脂あるいは炭化水素系などを骨格としたイオン交換樹脂が挙げられる。このイオン交換樹脂としては、例えば、陰イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂あるいは両イオン交換樹脂が挙げられ、中でも、陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００２３】
陽イオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基あるいはカルボキシル基などの酸性基が導入されたものが挙げられる。具体的には、酸性基を有するポリエチレン、酸性基を有するポリスチレンあるいは酸性基を有するフッ素樹脂などである。中でも、陽イオン交換樹脂としては、スルホン酸基あるいはカルボン酸基を有するフッ素樹脂が好ましく、特にナフィオン（デュポン株式会社製）が好ましい。
【００２４】
高分子化合物膜４１に含浸されている陽イオン物質は、金属イオンと水とを含むもの、有機陽イオンと水とを含むもの、あるいはイオン液体であることが好ましい。金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、カリウムイオン（Ｋ+）、リチウムイオン（Ｌｉ+）あるいはマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの軽金属イオンが挙げられる。また、有機陽イオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。これらの陽イオンは、高分子化合物膜４１中において水和物として存在している。よって、陽イオンと水とを含む陽イオン物質が高分子化合物膜４１中に含浸されている場合には、水の揮発を抑制するためにポリマーセンサ素子１１，１２全体が封止されていることが好ましい。
【００２５】
イオン液体とは、常温溶融塩とも言われるものであり、燃性および揮発性が低い陽イオンと陰イオンとを含んでいる。イオン液体では、それを構成する陽イオンにおいて、陰イオンよりもイオン半径が大きくなっている。イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物あるいは脂肪族系化合物などが挙げられる。
【００２６】
中でも、陽イオン物質は、イオン液体であることが好ましい。揮発性が低いため、高温雰囲気中あるいは真空中においても、ポリマーセンサ素子１１，１２が良好に動作するからである。
【００２７】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、それぞれ１種あるいは２種以上の導電性材料を含んでいる。電極膜４２Ａ，４２Ｂは、導電性材料粉末同士が導電性高分子により結着されたものが好ましい。電極膜４２Ａ，４２Ｂの柔軟性が高まるからである。導電性材料粉末としてはカーボン粉末が好ましい。導電性が高く、比表面積が大きいため、より大きい変形量が得られるからである。カーボン粉末としては、ケッチェンブラックが好ましい。導電性高分子としては、上記した高分子化合物膜４１の構成材料と同様のものが好ましい。
【００２８】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、例えば、以下のようにして形成される。分散媒に導電性材料粉末と導電性高分子とを分散させた塗料を高分子化合物膜４１の両面に塗布したのち乾燥させる。また、導電性材料粉末と導電性高分子とを含むフィルム状のものを高分子化合物膜４１の両面に圧着するようにしてもよい。
【００２９】
電極膜４２Ａ，４２Ｂは、多層構造になっていてもよく、その場合、高分子化合物膜４１の側から順に、導電性材料粉末同士が導電性高分子により結着された層と金属層とが積層された構造を有していることが好ましい。これにより、電極膜４２Ａ，４２Ｂの面内方向において電位がより均一な値に近づき、より優れた変形性能を得られるからである。金属層を構成する材料としては、金あるいは白金などの貴金属が挙げられる。金属層の厚さは任意であるが、電極膜４２Ａ，４２Ｂに電位が均一になるように連続膜となっていることが好ましい。金属層を形成する方法としては、めっき法、蒸着法あるいはスパッタ法などが挙げられる。
【００３０】
なお、ポリマーセンサ素子１１，１２では、陽イオン物質として陽イオンと極性溶媒を含むものを用いる場合には、高分子化合物膜４１中に陰イオンがほとんど含まれないようになっている。
【００３１】
このような構成により、ポリマーセンサ素子１１，１２では、高分子化合物膜４１が膜面と直交する方向（ここではＺ軸方向）へ変形（湾曲，撓み）すると、以下詳述するように、電極膜４２Ａと電極膜４２Ｂとの間に電圧（起電力）が生じるようになっている。なお、高分子化合物膜４１の大きさ（幅および長さ）は、想定される高分子化合物膜４１の変形量（変位量）に応じて任意に設定可能である。
【００３２】
（ポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作）
次に、図４を参照して、このようなポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作について説明する。図４は、ポリマーセンサ素子１１，１２の基本動作を、断面図を用いて模式的に表したものである。
【００３３】
最初に、陽イオン物質として、陽イオンと極性溶媒とを含むものを用いた場合について説明する。
【００３４】
この場合、まず、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わっていないときには、ポリマーセンサ素子１１，１２は、変形（湾曲，撓み）することなく平面状となっている（図４（Ａ））。そのため、陽イオン物質が高分子化合物膜４１中にほぼ均一に分散することから、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間には電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生せず、電圧検出部１３，１４において検出される電圧が０Ｖとなる。
【００３５】
ここで、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わったときには、ポリマーセンサ素子１１，１２が変形（湾曲，撓み）する（図４（Ｂ），（Ｃ））。
【００３６】
例えば、図４（Ｂ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の負方向（電極膜４２Ａ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、電極膜４２Ａ側が収縮し、電極膜４２Ｂ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜４２Ｂ側に移動するため、陽イオンは、電極膜４２Ｂ側で密の状態となる一方、電極膜４２Ａ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ａ側よりも電極膜４２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（正極性の電圧：＋Ｖｘ，＋Ｖｙ）が発生する。
【００３７】
一方、図４（Ｃ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の正方向（電極膜４２Ｂ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、逆に電極膜４２Ｂ側が収縮し、電極膜４２Ａ側が膨潤することになる。すると、陽イオンが極性溶媒と溶媒和した状態で電極膜４２Ａ側に移動するため、陽イオンは、電極膜４２Ａ側で密の状態となる一方、電極膜４２Ｂ側で疎の状態となる。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ｂ側よりも電極膜４２Ａ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（負極性の電圧：−Ｖｘ，−Ｖｙ）が発生する。
【００３８】
次に、陽イオン物質として、液状の陽イオンを含むものであるイオン液体を用いた場合について説明する。
【００３９】
この場合においても、まず、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わっていないときには、ポリマーセンサ素子１１，１２は、変形することなく平面状となっている（図４（Ａ））。そのため、イオン液体が高分子化合物膜４１中にほぼ均一に分散することから、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間には電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生せず、電圧検出部１３，１４において検出される電圧が０Ｖとなる。
【００４０】
ここで、ポリマーセンサ素子１１，１２に対して外部物体による力が加わったときには、上記と同様にポリマーセンサ素子１１，１２が変形する（図４（Ｂ），（Ｃ））。
【００４１】
例えば、図４（Ｂ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の負方向（電極膜４２Ａ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、電極膜４２Ａ側が収縮し、電極膜４２Ｂ側が膨潤することになる。すると、イオン液体を構成する陽イオンは、陰イオンよりもそのイオン半径が大きいことから、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜４２Ｂ側に移動する一方、陰イオンが電極膜４２Ａ側に移動する。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ａ側よりも電極膜４２Ｂ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（正極性の電圧：＋Ｖｘ，＋Ｖｙ）が発生する。
【００４２】
一方、図４（Ｃ）に示したように、ポリマーセンサ素子１１，１２がＺ軸上の正方向（電極膜４２Ｂ側）に変形した場合には、高分子化合物膜４１では、逆に電極膜４２Ｂ側が収縮し、電極膜４２Ａ側が膨潤することになる。すると、上記と同様の理由により、イオン液体のうちの陽イオンが電極膜４２Ａ側に移動する一方、陰イオンが電極膜４２Ｂ側に移動する。したがって、この場合、ポリマーセンサ素子１１，１２には、電極膜４２Ｂ側よりも電極膜４２Ａ側において電位が高い電圧Ｖｘ，Ｖｙ（負極性の電圧：−Ｖｘ，−Ｖｙ）が発生する。
【００４３】
［形状センサ１の作用・効果］
続いて、本実施の形態の形状センサ１全体の作用および効果について、比較例（比較例１，２）と比較しつつ説明する。
【００４４】
（１．基本動作）
この形状センサ１では、ポリマーセンサ素子１１，１２から構成される検出面１０において外部物体からの力が加わると、ポリマーセンサ素子１１，１２が変形する（図１，図４）。
【００４５】
すると、上記したように、ポリマーセンサ素子１１，１２ではそれぞれ、電極膜４２Ａ，４２Ｂ間に電位差（電圧Ｖｘ，Ｖｙ）が発生する。電圧Ｖｘは電圧検出部１３により検出され、電圧Ｖｙは電圧検出部１４により検出される。そして、算出部１５は、これらの電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、その外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状（３次元形状）を検出する。
【００４６】
（比較例１）
ここで、図５に示した比較例１に係る従来の形状センサ１００では、ポリマーセンサ素子１０１からなる１枚のシートによって検出面が構成されており、このシート上に、一対の電極膜からなる複数の検出電極１０４Ａ，１０４Ｂが配置されている。そして、各検出電極１０４Ａ，１０４Ｂから得られる電圧が電圧検出部１０２により検出され、この各検出電極１０４，１０４Ｂでの電圧に基づいて、算出部１０３において外部物体の表面形状を検出する（検出データＤout101を出力する）ようになっている。
【００４７】
ところが、この変形例１の形状センサ１０１では、ポリマーセンサ素子１０１からなる単一シートによって検出面が構成されていることに起因して、以下のような問題が生じる。すなわち、１枚のシートであることから機械的な柔軟性が低く、外部物体の表面形状に応じて検出面（ポリマーセンサ素子１０１）が変形しにくい（表面形状に追従しにくい）というものである。したがって、検出可能な変形量が限定されてしまうため、例えば球面状等の曲面状からなる外部物体による変形に対応することが困難となり、表面形状を適切に検出することができない場合が生じてしまう。
【００４８】
（比較例２）
一方、図６に示した比較例２に係る形状センサ２００では、検出面（ポリマーセンサ素子２０１）における変形性を高めるため、上記比較例１と同様の単一シートを切り抜くことにより、複数の開口２０１Ａが網目状に設けられている。これにより、ポリマーセンサ素子２０１からなる単一シート上には、複数の検出電極１０４Ａ，１０４Ｂに加え、これら複数の開口２０１Ａが設けられていることになる。なお、この比較例２の形状センサ２００においても、上記比較例１と同様に、各検出電極２０４Ａ，２０４Ｂから得られる電圧が電圧検出部２０２により検出され、これらの電圧に基づいて、算出部２０３において外部物体の表面形状を検出（検出データＤout201を出力）している。
【００４９】
しかしながら、このような比較例２においても、以下説明する本実施の形態とは異なり、単一シートによって検出面を構成していることから、複数の開口２０１Ａを設けることで幾分かは検出可能な変形量が増加するものの、依然として不十分な量である。加えて、この手法では開口２０１Ａの存在がネックとなり、図中に示したように、検出点（この場合、各検出電極２０１Ａ，２０１Ｂの位置に対応）の高精細化や微細化が困難である。
【００５０】
（２．本実施の形態の検出動作）
これに対して、本実施の形態の形状センサ１では、上記比較例１，２とは異なり、外部物体の表面形状を、検出面１０内に並んで配置されたそれぞれ複数個のポリマーセンサ素子１１，１２を用いて検出している。以下、本実施の形態における外部物体の表面形状の検出動作について、詳細に説明する。
【００５１】
まず、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に模式的に示したように、検出面１０内のある位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）における、外部物体５による変形量がｆ（ｘ０，ｙ０）であるものとして考える。
【００５２】
このとき、例えば図７（Ｂ）に示したように、この位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）の近傍において検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が変形するため、この近傍領域内に位置するポリマーセンサ素子１１，１２において、選択的に電圧Ｖｘ，Ｖｙが発生する。ここで、上記した検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における変形量ｆ（ｘ，ｙ）と、ポリマーセンサ素子１１，１２から得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙとの関係を、関数ｕ（ｆ（ｘ，ｙ））とすると、以下の（１）式および（２）式が得られる。なお、ここでは便宜上、位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）における電圧Ｖｘ，Ｖｙをそれぞれ、Ｖｘ（ｘ０），Ｖｙ（ｘ０）としている。
Ｖｘ（ｘ０）＝ｕ（ｆ（ｘ０，ｙ）） ……（１）
Ｖｙ（ｙ０）＝ｕ（ｆ（ｘ，ｙ０）） ……（２）
【００５３】
したがって、このような関数ｕ（ｘ，ｙ）の特性を、事前のデバイス評価（ポリマーセンサ素子１１，１２の特性評価）によって予め把握しておくようにすれば、算出部１５において上記（１）式および（２）式を用いることにより、変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）を求めることができる。具体的には、関数ｕ（ｘ，ｙ）の特性と、電圧Ｖｘ（ｘ０），Ｖｙ（ｙ０）の組とにより、検出面１０上の任意の位置Ｐ１（ｘ０，ｙ０）での変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）を算出することができる。なお、検出面１０上の全ての位置（検出点）における変形量ｆ（ｘ０，ｙ０）の集まり（変形量の位置分布）が、図１に示した検出データＤoutに相当する。
【００５４】
このように本実施の形態の形状センサ１では、検出面１０内の直交する２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿ってそれぞれ並んで配置された複数（ｍ個）のポリマーセンサ素子１１および複数（ｎ個）のポリマーセンサ素子１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状が検出される。これにより、上記比較例１，２のように、ポリマーセンサ素子からなる単一シートによって検出面が構成されている形状センサと比べ、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性が高くなる。その結果、外部物体の表面形状に応じて検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が変形し易くなり（表面形状に追従し易くなり）、形状センサ１１において検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲が、上記比較例１，２と比べて広くなる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限が大きくなる）。
【００５５】
また、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が交差する箇所（検出点）において、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに滑ることができるため、変形の際の応力の発生が抑えられる。
【００５６】
以上のように本実施の形態では、検出面１０内の直交する２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に沿ってそれぞれ並んで配置された複数（ｍ個）のポリマーセンサ素子１１および複数（ｎ個）のポリマーセンサ素子１２において得られる電圧Ｖｘ，Ｖｙに基づいて、外部物体のうちの検出面１０と接する部分の表面形状を検出するようにしたので、従来と比べ、形状センサ１１において検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲を広げる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限を大きくする）ことができる。よって、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００５７】
また、例えば、各ポリマーセンサ素子１１，１２の形状（配列方向に沿った幅など）を調整することにより、上記比較例２とは異なり、検出面１０内における検出点の高精細化や微細化を容易に図ることが可能となる。なお、各ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向に沿った幅を細くした場合には、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性（変形のし易さ）をより高めることも可能となる。
【００５８】
更に、上記したように、変形の際の応力の発生を抑えることができるため、形状センサ１の信頼性を向上させる（耐久性を向上させる，経時劣化を抑える）ことも可能となる。
【００５９】
＜第１の実施の形態の変形例＞
続いて、上記第１の実施の形態の変形例（変形例１〜４）について説明する。なお、上記第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６０】
（変形例１，２）
図８（Ａ）は、変形例１に係る形状センサ（形状センサ１Ａ）の概略構成を表したものであり、図８（Ｂ）は、変形例２に係る形状センサ（形状センサ１Ｂ）の概略構成を表したものである。これらの変形例１，２では、上記第１の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子が、１方向のみに沿って並んで配置されている。
【００６１】
具体的には、変形例１の形状センサ１Ａでは、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子１１がＸ軸方向に沿って並んで配置されている一方、Ｙ軸方向にはポリマーセンサ素子が並んで配置されていない。したがって、図８（Ａ）に示したように、この変形例１では、算出部１５は、電圧検出部１３において検出された電圧Ｖｘのみを用いて、検出データＤoutを生成・出力している。すなわち、この形状センサ１Ａでは、Ｘ軸，Ｚ軸方向の２次元形状に対応する外部物体の表面形状を検出することが可能となっている。
【００６２】
また、変形例２の形状センサ１Ｂでは、検出面１０内において、複数のポリマーセンサ素子１２がＹ軸方向に沿って並んで配置されている一方、Ｘ軸方向にはポリマーセンサ素子が並んで配置されていない。したがって、図８（Ｂ）に示したように、この変形例２では、算出部１５は、電圧検出部１４において検出された電圧Ｖｙのみを用いて、検出データＤoutを生成・出力している。すなわち、この形状センサ１Ｂでは、Ｙ軸，Ｚ軸方向の２次元形状に対応する外部物体の表面形状を検出することが可能となっている。
【００６３】
このような構成の形状センサ１Ａ，１Ｂにおいても、上記第１の実施の形態と同様に、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能である。すなわち、複数のポリマーセンサ素子は、検出面１０内において少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されているようにすればよい。
【００６４】
（変形例３，４）
図９（Ａ）は、変形例３に係る形状センサ（形状センサ１Ｃ）の概略構成を表したものであり、図９（Ｂ）は、変形例４に係る形状センサ（形状センサ１Ｄ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においては、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００６５】
変形例３の形状センサ１Ｃでは、上記第１の実施の形態とは異なり、ポリマーセンサ素子１１，１２が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において密に配置されている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に疎となるように配置されている。
【００６６】
一方、変形例４の形状センサ１Ｄでは、上記第１の実施の形態とは異なり、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向（それぞれ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の幅が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において細くなっている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において太くなっている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に細くなっている。
【００６７】
このような構成により、これらの形状センサ１Ｃ，１Ｄでは、検出面１０内において、特に内部（中央部，中心部）領域における機械的な柔軟性（変形のし易さ）を高めることができる。したがって、外部物体は、一般に検出面１０内の端部領域よりも内部領域において検出されると想定されることから、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００６８】
なお、これらの変形例３，４では、ポリマーセンサ素子１１，１２の双方について、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしているが、例えば、ポリマーセンサ素子１１，１２の一方のみについて、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。また、上記変形例１，２のように、検出面１０内において複数のポリマーセンサ素子が１方向のみに沿って並んで配置されている場合において、それらのポリマーセンサ素子における配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。
【００６９】
＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７０】
図１０は、第２の実施の形態に係る形状センサ（形状センサ２）の概略構成を表したものであり、図１１は、この形状センサ２の一部を拡大して斜視図で表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００７１】
本実施の形態の形状センサ２では、検出面１０内において、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１と、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２とが、全体として互いに編み込まれてなる編み込み形状となっている。具体的には、本実施の形態では、この編み込み形状が、種々の編み込み形状のうちの基本形状である平織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１と、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２とがそれぞれ、互いに１本ずつ交互に編み込まれた形状となっている。
【００７２】
このように、本実施の形態では、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに編み込み形状となっていることにより、上記第１の実施の形態と比べ、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）における機械的な柔軟性が更に高くなる。これは、編み込み形状としたほうが、外部物体における自由曲面の形状に対する親和性がより高くなるためである。その結果、この形状センサ２では、外部物体の表面形状に応じて検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が更に変形し易くなり（表面形状に更に追従し易くなり）、検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の範囲が更に広くなる（検出可能な変形量ｆ（ｘ，ｙ）の上限が更に大きくなる）。よって、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と比べ、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。
【００７３】
また、ポリマーセンサ素子１１，１２同士が互いに編み込み形状となっていることにより、変形の際にポリマーセンサ素子１１，１２同士がより滑り易くなるため、上記第１の実施の形態と比べ、変形の際の応力の発生を更に抑えることも可能となる。
【００７４】
更に、このような編み込み形状からなるポリマーセンサ素子１１，１２を作製する際には、一般的な織物技術を利用することができるため、大面積からなる検出面１０の作製にも適合していると言える。
【００７５】
加えて、本実施の形態は、編み込み形状として平織り形状を採用しているため、丈夫で摩擦に強くすることができると共に、特に容易に作製することが可能となる。
【００７６】
＜第２の実施の形態の変形例＞
続いて、上記第２の実施の形態の変形例（変形例５〜８）について説明する。なお、上記第１，第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７７】
（変形例５，６）
図１２（Ａ）は、変形例５に係る形状センサ（形状センサ２Ａ）の概略構成を表したものであり、図１２（Ｂ）は、変形例６に係る形状センサ（形状センサ２Ｂ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００７８】
変形例５の形状センサ２Ａでは、上記第２の実施の形態で説明した編み込み形状を前提として、前述した変形例３と同様に、ポリマーセンサ素子１１，１２が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において密に配置されている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に疎となるように配置されている。
【００７９】
一方、変形例６の形状センサ２Ｂでは、上記第２の実施の形態で説明した編み込み形状を前提として、前述した変形例４と同様の構成となっている。すなわち、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向（それぞれ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の幅が、検出面１０内の端部領域よりも内部領域において細くなっている。言い換えると、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内の内部領域よりも端部領域において太くなっている。具体的には、ここでは、ポリマーセンサ素子１１，１２における配列方向の幅は、検出面１０内において、その端部領域から内部（中央部，中心部）領域に向かって徐々に細くなっている。
【００８０】
このような構成により、これらの形状センサ２Ａ，２Ｂでは、上記変形例３，４と同様に、外部物体の表面形状を更に適切に（精度良く，感度良く）検出することが可能となる。なお、これらの変形例５，６においても、例えば、ポリマーセンサ素子１１，１２の一方のみについて、配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。また、上記変形例１，２のように、検出面１０内において複数のポリマーセンサ素子が１方向のみに沿って並んで配置されている場合において、それらのポリマーセンサ素子における配置密度または配列方向の幅を変化させるようにしてもよい。
【００８１】
（変形例７，８）
図１３（Ａ）は、変形例７に係る形状センサ（形状センサ２Ｃ）の概略構成を表したものであり、図１３（Ｂ）は、変形例８に係る形状センサ（形状センサ２Ｄ）の概略構成を表したものである。なお、これらの図においても、電圧検出部１３，１４および算出部１５の図示は省略している。
【００８２】
変形例７の形状センサ２Ｃでは、上記第２の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、ポリマーセンサ素子１１，１２における編み込み形状が、綾織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１がそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２に対し、上側に２本および下側に１本の割合で交互に編み込まれた形状となっている。これにより、本変形例では、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が特に伸縮性に優れたものとなっている。
【００８３】
一方、変形例８の形状センサ２Ｄでは、上記第２の実施の形態とは異なり、検出面１０内において、ポリマーセンサ素子１１，１２における編み込み形状が、朱子織り形状となっている。すなわち、Ｘ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１１がそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って配列された複数のポリマーセンサ素子１２に対し、上側に４本および下側に１本の割合で交互に編み込まれた形状となっている。これにより、本変形例では、検出面１０（ポリマーセンサ素子１１，１２）が特に柔軟性に優れたものとなっている。
【００８４】
このように、検出面１０内におけるポリマーセンサ素子１１，１２の織り込み形状としては、基本的には、繊維における種々の織り込み手法（織り込み形状）を用いることができ、ポリマーセンサ素子１１，１２同士の交差のさせ方により、検出面１０の特性を適宜調整することが可能である。
【００８５】
＜適用例＞
続いて、これまで説明した各形状センサの情報入力装置への適用例（適用例１，２）について説明する。なお、上記した各実施の形態および各変形例における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８６】
（適用例１）
図１４は、本発明の形状センサの適用例１に係る情報入力装置（情報入力装置６）の概略構成を斜視図で模式的に表したものである。この適用例１の情報入力装置６は、上記実施の形態等で説明した形状センサ１（または形状センサ１Ｃ，１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ）と、前述した電圧検出部１３，１４および算出部１５等を有する回路部６０とを備えている。
【００８７】
この情報入力装置６では、経度配置されたポリマーセンサ素子１１と、緯度配置されたポリマーセンサ素子１２とにより、曲面状（ここでは球面状）の検出面が形成されている。すなわち、情報入力装置６における形状センサ１（１Ｃ，１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ）の検出面が、ここでは球状面となっている。なお、これらのポリマーセンサ素子１１，１２がそれぞれ、図示しない柔軟性を有する物体上に形成されているようにしてもよい。そして、このような球面状の検出面の内部に、回路部６０を構成するＩＣ（Integrated Circuit）チップ等が配置されている。
【００８８】
図１５は、回路部６０の詳細なブロック構成の一例を表したものである。この回路部６０は、上記した電圧検出部１３，１４および算出部１５に加え、情報処理部６１、加速度センサ６２および角度・角速度センサ（ジャイロセンサ）６３を有している。このように、情報入力装置６は、加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも１つを更に備えるようにするのが望ましい。ただし、これらのセンサがいずれも設けられていないようにしてもよい。
【００８９】
情報処理部６１は、形状センサ１等における形状の検出結果（算出部１５から出力される検出データＤout）と、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３における検出結果とに基づいて、以下詳述する所定の情報処理を行うものである。
【００９０】
図１６は、情報入力装置６の使用態様の一例を模式的に表したものである。このように、ユーザ（使用者）の指８等によって情報入力装置６の表面（検出面）を押す（握る）と、この情報入力装置６からは以下の情報が得られる（入力される）。すなわち、まず、形状センサ１等によって、押された位置（変形位置）およびその変形量が検出される。また、上記したように、ここでは情報入力装置６内に加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３がそれぞれ設けられているため、情報入力装置６自身の移動方向や移動速度、姿勢等も検出される。
【００９１】
このように、本適用例の情報入力装置６では、これらの各種情報を入力することができる。また、この情報入力装置６は形状センサ１等（具体的には、ポリマーセンサ素子１１，１２）が柔軟性を有するものであるため、柔らかなインターフェイスを構築することができる。更に、上記実施の形態等で説明した形状センサ１等を用いているため、外部物体の表面形状を従来と比べて適切に（精度良く，感度良く）検出することができると共に、センサアレイを曲面状（ここでは球面状）に簡易に配置することが可能となる。
【００９２】
なお、図１６中に示したように、この情報入力装置６により得られた（入力された）各種情報を、外部のモニターである表示装置（表示装置７）へ出力して表示させるようにしてもよい。すなわち、情報入力装置６とこの表示装置７とを用いて、情報入力システムを構築するようにしてもよい。
【００９３】
ここで、図１７は、情報入力装置６の動作例等を流れ図で表わしたものである。なお、この図１７において、各種センサ（形状センサ１等、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３）、回路部６０ならびに表示装置７における動作内容は、それぞれの破線内に示している。
【００９４】
まず、形状センサ１等におけるポリマーセンサ素子１１，１２が変形すると（ステップＳ１０１）、上記実施の形態等で説明したように、各ポリマーセンサ素子１１，１２に起電力が発生する（ステップＳ１０２）。次いで、上記実施の形態等で説明したようにして、検出部１３，１４および算出部１５は、各ポリマーセンサ素子１１，１２からの起電力に基づいて、対応する変形量および変形位置をそれぞれ判定（算出）する（ステップＳ１０３）。そして、情報処理部６１は、このようにして入力（検出）された変形量および変形位置の情報を用いて、検出された形状に応じた機能を選択する（ステップＳ１０４）。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）の形状も変化させることができる（ステップＳ１０５）。
【００９５】
一方、ユーザの動作によって、情報入力装置６自体が移動すると（ステップＳ１０６）、その移動内容に応じて、加速度センサ６２による加速度の検出結果や、角度・角速度センサ６３による角度・角速度の検出結果がそれぞれ出力される（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。次いで、情報処理部６１は、加速度の検出結果に基づいて、情報入力装置６の移動方向や移動速度を判定（算出）する（ステップＳ１０９）と共に、情報入力装置６の姿勢を判定（算出）する（ステップＳ１１０）。そして、情報処理部６１は、このようにして各種のセンサから入力（検出）された各種の情報を用いて、各機能および動作に応じた操作を行うように制御する（ステップＳ１１１）。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）を動作させることもできる（ステップＳ１１２）。
【００９６】
（適用例２）
また、上記適用例１で説明した情報入力装置６の他にも、例えば、上記実施の形態等で説明した形状センサ１と前述した回路部６０とを備えた情報入力装置が、ウェアラブルである（ユーザが身につけたり、着用（装着）することが可能な）ように構成してもよい。具体的には、例えば、形状センサ１等におけるポリマーセンサ１１，１２を用いて生地を作製し、形状センサ１等を用いた衣服やグローブ、絆創膏状等のシートなどを作製するようにしてもよい。
【００９７】
このような本適用例に係る情報入力装置においても、上記適用例１と同様の各種情報を入力することができ、これにより装着しているユーザの動作を検出することができる。また、この情報入力装置においても形状センサ１等（具体的には、ポリマーセンサ素子１１，１２）が柔軟性を有するものであるため、ユーザの動作を妨げることなく（ユーザに違和感を生じさせることなく）、そのような情報の入力および動作検出を行うことができる。
【００９８】
ここで、図１８は、上記した本適用例に係る情報入力装置の動作例等を流れ図で表わしたものである。なお、この図１８においても図１７と同様に、各種センサ（形状センサ１等、加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３）、回路部６０ならびに表示装置７における動作内容は、それぞれの破線内に示している。ただし、ここでは一例として、この情報入力装置内に加速度センサ６２および角度・角速度センサ６３が設けられていない（形状センサ１等のみが設けられている）場合について説明する。
【００９９】
まず、ユーザが情報入力装置を装着して動作すると（ステップＳ２０１）、形状センサ１等におけるポリマーセンサ素子１１，１２が変形し、動作した領域（部位）に位置するポリマーセンサ素子１１，１２に起電力が発生する（ステップＳ２０２）。次いで、検出部１３，１４および算出部１５が、各ポリマーセンサ素子１１，１２からの起電力に基づいて、対応する変形量および変形位置をそれぞれ判定（算出）する。
【０１００】
続いて、情報処理部６１は、このようにして入力（検出）された変形量および変形位置の情報を用いて、ユーザの動作を検出する。具体的には、起電力の有無によって（変形位置の情報を用いて）、動作した領域（部位）を特定する（ステップＳ２０３）。また、起電力の大きさ（変形量の情報を用いて）、動作量を特定する（ステップＳ２０４）。そして、情報処理部６１は、このようにして特定された動作領域および動作量の情報を用いて、例えば、それらに応じた機能を選択する。また、情報処理部６１がこれらの情報を表示装置７へ出力させることにより、表示装置７では、それに応じて表示されている内容（グラフィック）の形状を変化させたり動作させたりすることもできる（ステップＳ２０５）。
【０１０１】
＜その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１０２】
例えば、検出面内におけるポリマーセンサ素子の配置構造については、上記実施の形態等に示したものには限られず、検出面内において複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されているようにすればよい。
【０１０３】
また、ポリマーセンサ素子の形状についても、上記実施の形態等に示したものに限られず、更に、その積層構造についても、上記実施の形態で説明したものには限られず、適宜変更可能である。
【０１０４】
本発明の形状センサは、前述した情報入力装置の他にも、例えば携帯電話やゲーム機器などの様々な電子機器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１，１Ａ〜１Ｄ，２，２Ａ〜２Ｄ…形状センサ、１１，１２…ポリマーセンサ素子、１３，１４…電圧検出部、１５…算出部、４０…保護膜、４１…高分子化合物膜（イオン導電性高分子化合物膜）、４２Ａ，４２Ｂ…電極膜、５…外部物体、６…情報入力装置、６０…回路部、６１…情報処理部、６２…加速度センサ、６３…角度・角速度センサ、７…表示装置、８…指、Ｖｘ，Ｖｘ１〜Ｖｘｍ，Ｖｙ，Ｖｙ１〜Ｖｙｎ…電圧（起電力）、Ｐ１（ｘ０，ｙ０）…位置、ｆ（ｘ０，ｙ０）…変形量、Ｄout…検出データ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を備えた形状センサ。
【請求項２】
前記検出面内の互いに直交する２方向に沿ってそれぞれ、複数のポリマーセンサ素子が並んで配置されている
請求項１に記載の形状センサ。
【請求項３】
前記直交する２方向のうちの一の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子と、他の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子とが、全体として互いに編み込まれてなる編み込み形状となっている
請求項２に記載の形状センサ。
【請求項４】
前記編み込み形状が、平織り形状、綾織り形状または朱子織形状である
請求項３に記載の形状センサ。
【請求項５】
前記ポリマーセンサ素子が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項６】
前記ポリマーセンサ素子における配列方向の幅が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において細くなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項７】
前記複数のポリマーセンサ素子はそれぞれ、
一対の電極膜と、
前記一対の電極膜の間に挿設された高分子膜とを有する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項８】
前記高分子膜は、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子化合物膜である
請求項７に記載の形状センサ。
【請求項９】
形状センサを備え、
前記形状センサは、
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を有する情報入力装置。
【請求項１０】
加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも１つを更に備えた
請求項９に記載の情報入力装置。
【請求項１１】
前記検出面が球状面である
請求項９または請求項１０に記載の情報入力装置。
【請求項１２】
ウェアラブルであるように構成されている
請求項９または請求項１０に記載の情報入力装置。
【請求項１】
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を備えた形状センサ。
【請求項２】
前記検出面内の互いに直交する２方向に沿ってそれぞれ、複数のポリマーセンサ素子が並んで配置されている
請求項１に記載の形状センサ。
【請求項３】
前記直交する２方向のうちの一の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子と、他の方向に沿って配列されたポリマーセンサ素子とが、全体として互いに編み込まれてなる編み込み形状となっている
請求項２に記載の形状センサ。
【請求項４】
前記編み込み形状が、平織り形状、綾織り形状または朱子織形状である
請求項３に記載の形状センサ。
【請求項５】
前記ポリマーセンサ素子が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において疎に配置されている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項６】
前記ポリマーセンサ素子における配列方向の幅が、前記検出面内の端部領域よりも内部領域において細くなっている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項７】
前記複数のポリマーセンサ素子はそれぞれ、
一対の電極膜と、
前記一対の電極膜の間に挿設された高分子膜とを有する
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の形状センサ。
【請求項８】
前記高分子膜は、陽イオン物質が含浸されたイオン導電性高分子化合物膜である
請求項７に記載の形状センサ。
【請求項９】
形状センサを備え、
前記形状センサは、
変形に応じた電圧を発生する複数のポリマーセンサ素子が少なくとも１つの方向に沿って並んで配置されてなり、外部物体を検出するための検出面と、
前記検出面内の各ポリマーセンサ素子において得られる電圧に基づいて、前記外部物体のうちの前記検出面と接する部分の表面形状を検出する検出部と
を有する情報入力装置。
【請求項１０】
加速度センサ、角度センサおよび角速度センサのうちの少なくとも１つを更に備えた
請求項９に記載の情報入力装置。
【請求項１１】
前記検出面が球状面である
請求項９または請求項１０に記載の情報入力装置。
【請求項１２】
ウェアラブルであるように構成されている
請求項９または請求項１０に記載の情報入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−３２３２５（Ｐ２０１２−３２３２５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３５００（Ｐ２０１０−１７３５００）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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