JPH08327475A - 光ファイバ触覚センサ - Google Patents
光ファイバ触覚センサInfo
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- JPH08327475A JPH08327475A JP15685095A JP15685095A JPH08327475A JP H08327475 A JPH08327475 A JP H08327475A JP 15685095 A JP15685095 A JP 15685095A JP 15685095 A JP15685095 A JP 15685095A JP H08327475 A JPH08327475 A JP H08327475A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 力を強度と方向のベクトルとして検出するこ
とができるとともに小型化の容易な光ファイバ触覚セン
サを提供すること 【構成】 投光用光ファイバ６と多数の受光用光ファイ
バ７、７、・・・からなる光ファイバ群８の投受光端面
８９にセンサヘッドＳを固着した光ファイバ触覚センサ
であり、前記センサヘッドＳは光ファイバ群８の投受光
端面８９を所定の位置に導くための貫通孔をもった案内
部５と、前記光ファイバ群８の投受光端面８９が固着さ
れる透明基板４と、空間３１を形成するためのスペ−サ
３と、投光用光ファイバ６から投光された光を反射する
とともに負荷によって撓む可撓性反射膜２と、感応部と
なり外力を受け前記可撓性反射膜２を撓ませる突起１と
からなっている。なお、上記空間３１は可撓性反射膜２
が撓むことを許容するために設けられている。
とができるとともに小型化の容易な光ファイバ触覚セン
サを提供すること 【構成】 投光用光ファイバ６と多数の受光用光ファイ
バ７、７、・・・からなる光ファイバ群８の投受光端面
８９にセンサヘッドＳを固着した光ファイバ触覚センサ
であり、前記センサヘッドＳは光ファイバ群８の投受光
端面８９を所定の位置に導くための貫通孔をもった案内
部５と、前記光ファイバ群８の投受光端面８９が固着さ
れる透明基板４と、空間３１を形成するためのスペ−サ
３と、投光用光ファイバ６から投光された光を反射する
とともに負荷によって撓む可撓性反射膜２と、感応部と
なり外力を受け前記可撓性反射膜２を撓ませる突起１と
からなっている。なお、上記空間３１は可撓性反射膜２
が撓むことを許容するために設けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いた触
覚センサに関し、特に力を強度と方向のベクトルとして
計測し得る光ファイバ触覚センサに関する。
覚センサに関し、特に力を強度と方向のベクトルとして
計測し得る光ファイバ触覚センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の触覚センサは、実際に外力を受け
て変位や歪みを生じる感応部と、その感応部に生じた変
位や歪みを検知するための各種センシング機能とを備
え、前記感応部が何かに接触したか否かを検出するセン
サである。その検出方式として例えば電気方式、光ファ
イバ方式などがある。
て変位や歪みを生じる感応部と、その感応部に生じた変
位や歪みを検知するための各種センシング機能とを備
え、前記感応部が何かに接触したか否かを検出するセン
サである。その検出方式として例えば電気方式、光ファ
イバ方式などがある。
【０００３】詳述すると、例えば感応部に歪ゲ−ジを設
けておくことによって、接触した感応部で生じた歪を歪
ゲ−ジで電気的に検出する方式のものや、感応部に反射
膜を設けこの反射膜に対向する位置に投受光し得るよう
に光ファイバを配置しておき、前記感応部に何かが接触
したときに生じる反射膜の撓みや変位を反射光の変調
（強度や位相等の変化）として検出することによって接
触を検出する方式などがある。上記光ファイバ方式は、
例えば生体内などのように電気を用いることが好ましく
ない場合にも問題なく使用し得るという利点がある。
けておくことによって、接触した感応部で生じた歪を歪
ゲ−ジで電気的に検出する方式のものや、感応部に反射
膜を設けこの反射膜に対向する位置に投受光し得るよう
に光ファイバを配置しておき、前記感応部に何かが接触
したときに生じる反射膜の撓みや変位を反射光の変調
（強度や位相等の変化）として検出することによって接
触を検出する方式などがある。上記光ファイバ方式は、
例えば生体内などのように電気を用いることが好ましく
ない場合にも問題なく使用し得るという利点がある。
【０００４】このような触覚センサの用途としては例え
ば細管内など視認不可能な場所での内視鏡の挿入方向の
認識や、把持装置における対象物体との接触面に付設し
把持状況を認識することなどが挙げられる。
ば細管内など視認不可能な場所での内視鏡の挿入方向の
認識や、把持装置における対象物体との接触面に付設し
把持状況を認識することなどが挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記触覚
センサでは感応部の接触の有無は検出できるが力の強度
と力の加わった方向、つまり感応部に加わった力を強度
と方向を合わせ持ったベクトルとして検出することはで
きない。
センサでは感応部の接触の有無は検出できるが力の強度
と力の加わった方向、つまり感応部に加わった力を強度
と方向を合わせ持ったベクトルとして検出することはで
きない。
【０００６】また前述のような方向確認など、通常は複
数の感応部を設けなければならないことが多く、そのた
め付設する数に応じてスペ−スが必要になり、このセン
サまたはこのセンサを含んだシステムの小型化が困難と
なるといった問題があった。
数の感応部を設けなければならないことが多く、そのた
め付設する数に応じてスペ−スが必要になり、このセン
サまたはこのセンサを含んだシステムの小型化が困難と
なるといった問題があった。
【０００７】従って本発明は、力を強度と方向のベクト
ルとして検出することができるとともに小型化の容易な
光ファイバ触覚センサを提供することである。
ルとして検出することができるとともに小型化の容易な
光ファイバ触覚センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ触覚
センサは、投光用光ファイバと、多数の受光用光ファイ
バとからなる光ファイバ群の投受光端に空間を形成する
ための孔をもったスペ−サと、該スペ−サの反対面に前
記光ファイバ群の投受光端面と対向するように設けられ
た可撓性反射膜とを有し、該可撓性反射膜の外部側に突
起を設けたことを特徴とするものである。
センサは、投光用光ファイバと、多数の受光用光ファイ
バとからなる光ファイバ群の投受光端に空間を形成する
ための孔をもったスペ−サと、該スペ−サの反対面に前
記光ファイバ群の投受光端面と対向するように設けられ
た可撓性反射膜とを有し、該可撓性反射膜の外部側に突
起を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】前記投光用光ファイバは特に制限はなく、
マルチモ−ドファイバやシングルモ−ドファイバなどの
各種光ファイバを用いることができるが、投光されるス
ポットが小さい方が反射光も小さくなり反射光の強度分
布が明確になるためシングルモ−ドファイバの方が好適
である。
マルチモ−ドファイバやシングルモ−ドファイバなどの
各種光ファイバを用いることができるが、投光されるス
ポットが小さい方が反射光も小さくなり反射光の強度分
布が明確になるためシングルモ−ドファイバの方が好適
である。
【００１０】受光用光ファイバについても特に制限はな
く各種光ファイバが使用可能である。さらに受光用光フ
ァイバについては可能な限り多数本用いるほうが反射光
の強度分布をより細かく検出できるため好ましい。従っ
て、前記受光用光ファイバに例えばイメ−ジガイドを用
いることもできる。
く各種光ファイバが使用可能である。さらに受光用光フ
ァイバについては可能な限り多数本用いるほうが反射光
の強度分布をより細かく検出できるため好ましい。従っ
て、前記受光用光ファイバに例えばイメ−ジガイドを用
いることもできる。
【００１１】そして前記投光用光ファイバを中心として
その周辺に多数の受光用光ファイバを付設することは投
光されるスポットを可撓性反射膜の中心に設定すること
が容易となり、また突起を中心として全方向を均等に検
出できる点から望ましい。
その周辺に多数の受光用光ファイバを付設することは投
光されるスポットを可撓性反射膜の中心に設定すること
が容易となり、また突起を中心として全方向を均等に検
出できる点から望ましい。
【００１２】前記スペ−サは可撓性反射膜が撓む程度に
可撓性反射膜と光ファイバとの間に空間を設ければよ
く、スペ−サと光ファイバとの間にものを介在させるよ
うな態様や、スペ−サと可撓性反射膜が一体となった有
底筒体であるような態様など特に制限はない。なお、ス
ペ−サと光ファイバとの間に表裏面が平行な透明基板を
介在させ、予め可撓性反射膜と透明基板とを平行になる
ように作製しておき、光ファイバを透明基板の端面に密
接させて固着することで容易に可撓性反射膜と光ファイ
バとの平行性の確保が可能となりセンサ特性の個体差を
なくすことができるので好ましい。またスペ−サと可撓
性反射膜とが一体となった一つの有底筒体であることは
大きさを光ファイバの外径に近付けることができるので
小型化が容易になり好ましい。
可撓性反射膜と光ファイバとの間に空間を設ければよ
く、スペ−サと光ファイバとの間にものを介在させるよ
うな態様や、スペ−サと可撓性反射膜が一体となった有
底筒体であるような態様など特に制限はない。なお、ス
ペ−サと光ファイバとの間に表裏面が平行な透明基板を
介在させ、予め可撓性反射膜と透明基板とを平行になる
ように作製しておき、光ファイバを透明基板の端面に密
接させて固着することで容易に可撓性反射膜と光ファイ
バとの平行性の確保が可能となりセンサ特性の個体差を
なくすことができるので好ましい。またスペ−サと可撓
性反射膜とが一体となった一つの有底筒体であることは
大きさを光ファイバの外径に近付けることができるので
小型化が容易になり好ましい。
【００１３】前記可撓性反射膜は使用目的により加わる
負荷によって可撓性を有し、かつ光ファイバと対向する
面において光を反射することができれば良く、１枚の膜
で可撓性を有し光を反射するもの、可撓性を有する膜の
光ファイバと対向する面に光を反射することができる膜
を設けたものなどを例示できる。
負荷によって可撓性を有し、かつ光ファイバと対向する
面において光を反射することができれば良く、１枚の膜
で可撓性を有し光を反射するもの、可撓性を有する膜の
光ファイバと対向する面に光を反射することができる膜
を設けたものなどを例示できる。
【００１４】可撓性反射膜に設けられた感応部となる突
起は特に制限はないが、突起に加わる力を完全に吸収せ
ずに可撓性反射膜に伝えられる程度の剛性があることが
望ましい。そして突起の形状についても特に制限はない
が、突起が感応部として機能し得るためには、図２に示
すようにセンサヘッド最大径をＤ、可撓性反射膜幅を
Ｗ、突起部径をｄ，突起部高さをｈとしたとき、突起部
径ｄは可撓性反射膜幅Ｗより小さい必要があり、さらに
負荷方向検出の感度を向上するためには突起部径ｄは
０．１Ｗ〜０．５Ｗとすることが好ましい。また突起部
高さは使用する際に必要な感知範囲を満足できる高さで
あればよいが、突起部高さが低過ぎると感知範囲が狭く
なり、また、高すぎると可撓性反射膜の機械的強度が弱
くなり破れやすくなることから、突起部高さｈは０．５
Ｄ〜１．０Ｄとすることが好ましい。さらに突起に加わ
る力の方向によって可撓性反射膜に加わる力の強度に誤
差が生じないようにするためには突起の先端（実際に感
応部となる部分）が半球状であることが望ましい。
起は特に制限はないが、突起に加わる力を完全に吸収せ
ずに可撓性反射膜に伝えられる程度の剛性があることが
望ましい。そして突起の形状についても特に制限はない
が、突起が感応部として機能し得るためには、図２に示
すようにセンサヘッド最大径をＤ、可撓性反射膜幅を
Ｗ、突起部径をｄ，突起部高さをｈとしたとき、突起部
径ｄは可撓性反射膜幅Ｗより小さい必要があり、さらに
負荷方向検出の感度を向上するためには突起部径ｄは
０．１Ｗ〜０．５Ｗとすることが好ましい。また突起部
高さは使用する際に必要な感知範囲を満足できる高さで
あればよいが、突起部高さが低過ぎると感知範囲が狭く
なり、また、高すぎると可撓性反射膜の機械的強度が弱
くなり破れやすくなることから、突起部高さｈは０．５
Ｄ〜１．０Ｄとすることが好ましい。さらに突起に加わ
る力の方向によって可撓性反射膜に加わる力の強度に誤
差が生じないようにするためには突起の先端（実際に感
応部となる部分）が半球状であることが望ましい。
【００１５】
【作用】前記手段を用いることにより突起への負荷状況
によって、つまり感応部に加わる力の強度や方向によっ
て可撓性反射膜の撓み方が異なってくる。したがって反
射光の強度と方向が変化し、これにより多数の受光用光
ファイバによって受光される光は各々の光ファイバによ
り強度が変調し、受光用光ファイバ全体では通常時（無
負荷時）とは異なる強度分布をもつことになる。この強
度分布から可撓性反射膜の撓みの状況を求めることがで
きるのでその結果から力の強度と方向の両方を演算し、
測定することが可能となる。
によって、つまり感応部に加わる力の強度や方向によっ
て可撓性反射膜の撓み方が異なってくる。したがって反
射光の強度と方向が変化し、これにより多数の受光用光
ファイバによって受光される光は各々の光ファイバによ
り強度が変調し、受光用光ファイバ全体では通常時（無
負荷時）とは異なる強度分布をもつことになる。この強
度分布から可撓性反射膜の撓みの状況を求めることがで
きるのでその結果から力の強度と方向の両方を演算し、
測定することが可能となる。
【００１６】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の一実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の光ファイバ触覚センサの一
実施例を示す縦断面図である。
に説明する。図１は本発明の光ファイバ触覚センサの一
実施例を示す縦断面図である。
【００１７】図１に示す実施例の構成について詳述する
と、投光用光ファイバ６と多数の受光用光ファイバ７、
７、・・・からなる光ファイバ群８の投受光端面８９に
センサヘッドＳを固着した光ファイバ触覚センサであ
り、前記センサヘッドＳは光ファイバ群８の投受光端面
８９を所定の位置に導くための傾斜を有する貫通孔をも
った案内部５と、前記光ファイバ群８の投受光端面８９
が固着される透明基板４と、空間３１を形成するための
スペ−サ３と、投光用光ファイバ６から投光された光を
反射するとともに負荷によって撓む可撓性反射膜２と、
感応部となり外力を受け前記可撓性反射膜２を撓ませる
突起１とからなっており、案内部５の小さい開口部側に
透明基板４の片面が固着され、透明基板４の他方の面が
開口部の小さい側に可撓性反射膜２が設けられているス
ペーサ３の開口部の大きい側の面に固着されている。な
お、上記空間３１は可撓性反射膜２が撓むことを許容す
るために設けられている。
と、投光用光ファイバ６と多数の受光用光ファイバ７、
７、・・・からなる光ファイバ群８の投受光端面８９に
センサヘッドＳを固着した光ファイバ触覚センサであ
り、前記センサヘッドＳは光ファイバ群８の投受光端面
８９を所定の位置に導くための傾斜を有する貫通孔をも
った案内部５と、前記光ファイバ群８の投受光端面８９
が固着される透明基板４と、空間３１を形成するための
スペ−サ３と、投光用光ファイバ６から投光された光を
反射するとともに負荷によって撓む可撓性反射膜２と、
感応部となり外力を受け前記可撓性反射膜２を撓ませる
突起１とからなっており、案内部５の小さい開口部側に
透明基板４の片面が固着され、透明基板４の他方の面が
開口部の小さい側に可撓性反射膜２が設けられているス
ペーサ３の開口部の大きい側の面に固着されている。な
お、上記空間３１は可撓性反射膜２が撓むことを許容す
るために設けられている。
【００１８】前記光ファイバ群８とセンサヘッドＳとの
固着は特に制限はなく、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹
脂、熱可塑性樹脂等により光ファイバ群８とセンサヘッ
ドＳとが脱離や接着面の移動といったことがない程度に
固着できれば良い。
固着は特に制限はなく、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹
脂、熱可塑性樹脂等により光ファイバ群８とセンサヘッ
ドＳとが脱離や接着面の移動といったことがない程度に
固着できれば良い。
【００１９】前記光ファイバ触覚センサの動作について
説明すると投光用光ファイバ６によって投光されたスポ
ット光は可撓性反射膜２により反射され、その反射光は
多数の受光用光ファイバ７、７、・・・によって受光さ
れ各受光用光ファイバ７、７、・・・より各々の受光用
光ファイバ７、７、・・・一本毎の光強度が光検出器に
より検出され、反射光の強度分布が測定できる。前記光
検出器としてはフォトダイオード、ＣＣＤカメラなどを
用い得る。
説明すると投光用光ファイバ６によって投光されたスポ
ット光は可撓性反射膜２により反射され、その反射光は
多数の受光用光ファイバ７、７、・・・によって受光さ
れ各受光用光ファイバ７、７、・・・より各々の受光用
光ファイバ７、７、・・・一本毎の光強度が光検出器に
より検出され、反射光の強度分布が測定できる。前記光
検出器としてはフォトダイオード、ＣＣＤカメラなどを
用い得る。
【００２０】そして感応部である突起１に外力が加わる
とその外力の方向、強度に応じて可撓性反射膜２が撓
み、投光用光ファイバ６によって可撓性反射膜２に投光
されていたスポット光の反射光の光強度が外力が加わら
ない通常時に比べて各受光用光ファイバ７、７、・・・
一本毎に変調する。
とその外力の方向、強度に応じて可撓性反射膜２が撓
み、投光用光ファイバ６によって可撓性反射膜２に投光
されていたスポット光の反射光の光強度が外力が加わら
ない通常時に比べて各受光用光ファイバ７、７、・・・
一本毎に変調する。
【００２１】この光強度の変調により反射光の強度分布
も変化するので、逆に反射光の強度分布の変化から可撓
性反射膜２の撓み状態を求めることができ、この可撓性
反射膜２の撓み状態から感応部である突起への外力の強
度、方向（負荷状態）を求めることができる。
も変化するので、逆に反射光の強度分布の変化から可撓
性反射膜２の撓み状態を求めることができ、この可撓性
反射膜２の撓み状態から感応部である突起への外力の強
度、方向（負荷状態）を求めることができる。
【００２２】前記構成について具体例を示すと投光用光
ファイバ６に外径１２５μｍのシングルモ−ドファイバ
を使用し、これを中心としてその周辺に同心円状に外径
１２５μｍのマルチモードファイバである受光用光ファ
イバ７、７、・・・を６本配置し、ポリイミドにより被
覆した。こうして得られた投光用光ファイバ６と、受光
用光ファイバ７、７、・・・と、被覆とからなる光ファ
イバ群８の外径は４００μｍであった。
ファイバ６に外径１２５μｍのシングルモ−ドファイバ
を使用し、これを中心としてその周辺に同心円状に外径
１２５μｍのマルチモードファイバである受光用光ファ
イバ７、７、・・・を６本配置し、ポリイミドにより被
覆した。こうして得られた投光用光ファイバ６と、受光
用光ファイバ７、７、・・・と、被覆とからなる光ファ
イバ群８の外径は４００μｍであった。
【００２３】光ファイバ群８に用いられる被覆材料は前
記ポリイミドに制限されるわけではない。例えば医療用
内視鏡に用いる場合には生体適合性の点を考慮し、他に
もポリアミド、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチ
レンなどを使用することができる。
記ポリイミドに制限されるわけではない。例えば医療用
内視鏡に用いる場合には生体適合性の点を考慮し、他に
もポリアミド、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチ
レンなどを使用することができる。
【００２４】センサヘッドＳは、貫通孔のうち大きい開
口部が５４０μｍ四方、小さい開口部が４００μｍ四方
であり、外径が６００μｍ四方、厚さ１００μｍである
案内部５と、縦６００μｍ、横６００μｍ、厚さ１５０
μｍの透明基板４と、前記案内部５と同形状のスペ−サ
３と、縦６００μｍ、横６００μｍ、厚さ１０μｍの可
撓性反射膜２と、直径１００μｍ、高さ４５０μｍの円
柱状の突起１とで作製され、センサヘッド全体としては
縦６００μｍ、横６００μｍ、高さ８１０μｍ（突起１
含む）である。
口部が５４０μｍ四方、小さい開口部が４００μｍ四方
であり、外径が６００μｍ四方、厚さ１００μｍである
案内部５と、縦６００μｍ、横６００μｍ、厚さ１５０
μｍの透明基板４と、前記案内部５と同形状のスペ−サ
３と、縦６００μｍ、横６００μｍ、厚さ１０μｍの可
撓性反射膜２と、直径１００μｍ、高さ４５０μｍの円
柱状の突起１とで作製され、センサヘッド全体としては
縦６００μｍ、横６００μｍ、高さ８１０μｍ（突起１
含む）である。
【００２５】前記センサヘッドＳは、先ずウェハ状態の
各構成部の材料にシリコンの異方性エッチングや陽極接
合、蒸着などを利用して前記案内部５、透明基板４、ス
ペ−サ３、可撓性反射膜２が形成される。そして前記可
撓性反射膜２上に突起部となる材料を成膜し、この膜に
パタ−ニング、エッチングを施し、可撓性反射膜２上に
突起１が形成されたウェハが作製される。そしてこれを
所定の大きさにダイシングしてセンサヘッドＳが形成さ
れる。
各構成部の材料にシリコンの異方性エッチングや陽極接
合、蒸着などを利用して前記案内部５、透明基板４、ス
ペ−サ３、可撓性反射膜２が形成される。そして前記可
撓性反射膜２上に突起部となる材料を成膜し、この膜に
パタ−ニング、エッチングを施し、可撓性反射膜２上に
突起１が形成されたウェハが作製される。そしてこれを
所定の大きさにダイシングしてセンサヘッドＳが形成さ
れる。
【００２６】そして該センサヘッドＳの案内部５の凹部
分に前記光ファイバ群８を端面が透明基板４に接するよ
うに配置し、これを紫外線硬化性樹脂で固着して光ファ
イバ触覚センサが作製される。
分に前記光ファイバ群８を端面が透明基板４に接するよ
うに配置し、これを紫外線硬化性樹脂で固着して光ファ
イバ触覚センサが作製される。
【００２７】また図２は本発明の光ファイバ触覚センサ
の他の実施例を示す縦断面図である。図２は投光用光フ
ァイバ６と多数の受光用光ファイバ７、７、・・・とか
らなる光ファイバ群８の投受光端面８９にセンサヘッド
Ｓを固着した光ファイバ触覚センサであり、前記センサ
ヘッドＳは有底筒体９と、前記有底筒体９の底部９ａの
光ファイバ群８に対向する面とは反対の面に取付けられ
た感応部となる突起１とからなり、底部９ａと光ファイ
バ群８の投受光端面８９との間に有底筒体９の底部９ａ
が撓むことを許容するための空間３１を設けるように固
着される。また前記有底筒体９の底部９ａは可撓性を有
するように側面部９ｂに比べて薄くなっている。
の他の実施例を示す縦断面図である。図２は投光用光フ
ァイバ６と多数の受光用光ファイバ７、７、・・・とか
らなる光ファイバ群８の投受光端面８９にセンサヘッド
Ｓを固着した光ファイバ触覚センサであり、前記センサ
ヘッドＳは有底筒体９と、前記有底筒体９の底部９ａの
光ファイバ群８に対向する面とは反対の面に取付けられ
た感応部となる突起１とからなり、底部９ａと光ファイ
バ群８の投受光端面８９との間に有底筒体９の底部９ａ
が撓むことを許容するための空間３１を設けるように固
着される。また前記有底筒体９の底部９ａは可撓性を有
するように側面部９ｂに比べて薄くなっている。
【００２８】そして、この実施例における光ファイバ群
８とセンサヘッドＳとの固着は前述の実施例における固
着と同様の方法を用いれば良い。またこの実施例の光フ
ァイバ触覚センサの動作原理についても前述の実施例と
基本的に同様であり、前述の動作説明中の可撓性反射膜
２の役割を有底筒体９の底部９ａが行う。
８とセンサヘッドＳとの固着は前述の実施例における固
着と同様の方法を用いれば良い。またこの実施例の光フ
ァイバ触覚センサの動作原理についても前述の実施例と
基本的に同様であり、前述の動作説明中の可撓性反射膜
２の役割を有底筒体９の底部９ａが行う。
【００２９】前記構成について具体例を示すと投光用光
ファイバ６に外径１２５μｍのシングルモ−ドファイバ
を使用し、これを中心としてその周辺に同心円状に外径
１２５μｍのマルチモードファイバである受光用光ファ
イバ７、７、・・・を１８本配置し、ポリイミドにより
被覆した。こうして得られた投光用光ファイバ６と、受
光用光ファイバ７、７、・・・と、被覆とからなる光フ
ァイバ群８の外径は６５０μｍであった。なお、光ファ
イバ群８に用いられる被覆材料は前述の実施例にも述べ
たように前記ポリイミドに制限されるわけではない。
ファイバ６に外径１２５μｍのシングルモ−ドファイバ
を使用し、これを中心としてその周辺に同心円状に外径
１２５μｍのマルチモードファイバである受光用光ファ
イバ７、７、・・・を１８本配置し、ポリイミドにより
被覆した。こうして得られた投光用光ファイバ６と、受
光用光ファイバ７、７、・・・と、被覆とからなる光フ
ァイバ群８の外径は６５０μｍであった。なお、光ファ
イバ群８に用いられる被覆材料は前述の実施例にも述べ
たように前記ポリイミドに制限されるわけではない。
【００３０】そしてセンサヘッドＳは外径８５０μｍ、
高さ８００μｍであって側面部９ｂの肉厚１００μｍ、
底面部９ａの肉厚２０μｍである有底筒体９と、前記有
底筒体９の底部９ａの外側となる面に設けられた先端が
２００μｍの半球状になっている直径２００μｍ、高さ
６００μｍの大きさの突起１とからなり、センサヘッド
Ｓ全体としては外径８５０μｍ、高さ１４００μｍに作
製された。
高さ８００μｍであって側面部９ｂの肉厚１００μｍ、
底面部９ａの肉厚２０μｍである有底筒体９と、前記有
底筒体９の底部９ａの外側となる面に設けられた先端が
２００μｍの半球状になっている直径２００μｍ、高さ
６００μｍの大きさの突起１とからなり、センサヘッド
Ｓ全体としては外径８５０μｍ、高さ１４００μｍに作
製された。
【００３１】そして前記センサヘッドＳの作製手順とし
てはメッキや蒸着、その他の方法で作製された有底筒体
９の底部９ａの外側面に、先端が半球状である所定の大
きさのピン（突起１）を紫外線硬化性樹脂を用いて固着
することによりセンサヘッドＳが作製される。そしてこ
のセンサヘッドＳの有底筒体９の開口部に光ファイバ群
８を挿入し紫外線硬化性樹脂により固着して光ファイバ
触覚センサを作製した。なお、前記突起１と有底筒体９
の底部９ａとの固着は紫外線硬化性樹脂による固着に限
られるものでなく、熱硬化性樹脂などを用いてもよい。
てはメッキや蒸着、その他の方法で作製された有底筒体
９の底部９ａの外側面に、先端が半球状である所定の大
きさのピン（突起１）を紫外線硬化性樹脂を用いて固着
することによりセンサヘッドＳが作製される。そしてこ
のセンサヘッドＳの有底筒体９の開口部に光ファイバ群
８を挿入し紫外線硬化性樹脂により固着して光ファイバ
触覚センサを作製した。なお、前記突起１と有底筒体９
の底部９ａとの固着は紫外線硬化性樹脂による固着に限
られるものでなく、熱硬化性樹脂などを用いてもよい。
【００３２】次に本発明の光ファイバ触覚センサの測定
原理について説明すると、図３（ａ）は光ファイバ触覚
センサの負荷状態を示す模式図であり、右斜上方から力
Ｆが負荷されている状態を示している。図３（ｂ）は光
ファイバ群８内に配置された受光用光ファイバ７、７、
・・・を示す図３（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。
また図３（ｃ）は図３（ａ）の負荷状態において図３
（ｂ）のように配置された各受光用光ファイバ７、７、
・・・が受光した光強度Ｉを模式的に表した光強度分布
図である。図中の柱状に表された光強度Ｉのうち、高さ
が高いもの程受光量が多いことを示している。
原理について説明すると、図３（ａ）は光ファイバ触覚
センサの負荷状態を示す模式図であり、右斜上方から力
Ｆが負荷されている状態を示している。図３（ｂ）は光
ファイバ群８内に配置された受光用光ファイバ７、７、
・・・を示す図３（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。
また図３（ｃ）は図３（ａ）の負荷状態において図３
（ｂ）のように配置された各受光用光ファイバ７、７、
・・・が受光した光強度Ｉを模式的に表した光強度分布
図である。図中の柱状に表された光強度Ｉのうち、高さ
が高いもの程受光量が多いことを示している。
【００３３】そして測定原理は、まず図３（ｃ）での光
強度Ｉの最大値の位置から反射面の角度を算出する。そ
してそれぞれの受光強度の強度と前記反射面の角度など
から平常状態と負荷状態での反射光の強度比が算出され
負荷状態での膜の撓み状態が求められる。そしてこれに
加えて膜の材料特性から突起１の根元部分におけるモ−
メントが求められ、これより突起１の先端に加わった力
の方向と強度が求められる。
強度Ｉの最大値の位置から反射面の角度を算出する。そ
してそれぞれの受光強度の強度と前記反射面の角度など
から平常状態と負荷状態での反射光の強度比が算出され
負荷状態での膜の撓み状態が求められる。そしてこれに
加えて膜の材料特性から突起１の根元部分におけるモ−
メントが求められ、これより突起１の先端に加わった力
の方向と強度が求められる。
【００３４】
【発明の効果】これまで感応部に加わる力は強度もしく
は接触位置のどちらか一方しか検出することができなか
ったが、本発明の構成を用いることによって感応部に加
わる力を強度と方向を一つのセンサによって検出できる
こととなった。これによりセンサの多機能化やまたこれ
まで二つのセンサが必要であったのが一つになることに
よるスペ−スの縮小が可能となり、例えば内視鏡などに
組み込む場合に小型化が容易になる。
は接触位置のどちらか一方しか検出することができなか
ったが、本発明の構成を用いることによって感応部に加
わる力を強度と方向を一つのセンサによって検出できる
こととなった。これによりセンサの多機能化やまたこれ
まで二つのセンサが必要であったのが一つになることに
よるスペ−スの縮小が可能となり、例えば内視鏡などに
組み込む場合に小型化が容易になる。
【図１】本発明の光ファイバ触覚センサの長手方向断面
図である。
図である。
【図２】本発明の光フィアバ触覚センサの他の実施例の
長手方向断面図である。
長手方向断面図である。
【図３】本発明の光ファイバ触覚センサの測定原理を説
明するための模式図である。
明するための模式図である。
１ 突起 ２ 可撓性反射膜 ３ スペ−サ ４ 透明基板 ５ 案内部 ６ 投光用光ファイバ ７ 受光用光ファイバ ８ 光ファイバ群 ９ 有底筒体 ９ａ 有底筒体の底部 ９ｂ 有底筒体の側面部 ３１ 空間 ８９ 投受光端面 Ｓ センサヘッド Ｆ 負荷 Ｉ 光強度 Ｄ センサヘッド最大径 Ｗ 可撓性反射膜幅 ｄ 突起部径 ｈ 突起部高さ
Claims (6)
- 【請求項１】 投光用光ファイバと多数の受光用光ファ
イバとからなる光ファイバ群と、該光ファイバ群の投受
光端に空間を形成するための孔を具備するスペ−サと、
該スペ−サの反対面に前記光ファイバ群の投受光端面と
対向するように設けられた可撓性反射膜とを有し、該可
撓性反射膜の外部側に突起を設けたことを特徴とする光
ファイバ触覚センサ。 - 【請求項２】 スペ−サと可撓性反射膜とが一体の有底
筒体からなることを特徴とする請求項１記載の光ファイ
バ触覚センサ。 - 【請求項３】 投光用光ファイバを中心としてその周辺
に受光用光ファイバを多数付設したことを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ触覚センサ。 - 【請求項４】 可撓性反射膜に設けられた突起の先端が
半球状であることを特徴とする請求項１記載の光ファイ
バ触覚センサ。 - 【請求項５】 投光用光ファイバがシングルモ−ドファ
イバであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
触覚センサ。 - 【請求項６】 スペ−サと光ファイバとの間に透明基板
を介在させたことを特徴とする請求項１記載の光ファイ
バ触覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7156850A JP3011327B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 光ファイバ触覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7156850A JP3011327B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 光ファイバ触覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08327475A true JPH08327475A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3011327B2 JP3011327B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=15636750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7156850A Expired - Fee Related JP3011327B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 光ファイバ触覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011327B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009294140A (ja) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 触覚センサアレイ |
| JP2019187646A (ja) * | 2018-04-20 | 2019-10-31 | 国立大学法人東北大学 | 力センサおよび力センサを備える手術器具 |
| CN114486054A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-05-13 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种高温光纤动态压力传感器及其压力计算方法 |
-
1995
- 1995-05-30 JP JP7156850A patent/JP3011327B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009294140A (ja) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Advanced Telecommunication Research Institute International | 触覚センサアレイ |
| JP2019187646A (ja) * | 2018-04-20 | 2019-10-31 | 国立大学法人東北大学 | 力センサおよび力センサを備える手術器具 |
| CN114486054A (zh) * | 2022-04-02 | 2022-05-13 | 成都凯天电子股份有限公司 | 一种高温光纤动态压力传感器及其压力计算方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3011327B2 (ja) | 2000-02-21 |
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|---|---|---|---|
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