JPH0862074A - Optical force sensor - Google Patents
Optical force sensorInfo
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- JPH0862074A JPH0862074A JP20039294A JP20039294A JPH0862074A JP H0862074 A JPH0862074 A JP H0862074A JP 20039294 A JP20039294 A JP 20039294A JP 20039294 A JP20039294 A JP 20039294A JP H0862074 A JPH0862074 A JP H0862074A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特別な防爆構造なしにしかも高電圧，高電流
が存在する悪環境下でも使用可能であり、製作容易で信
頼性の高い光式力センサを提供する。
【構成】 センシングプローブ６内の導波路１０の一部
のクラッド層９を薄くして、その部分に、例えば円柱ス
ペーサ１１を介在させ、センシング部材１２を設置す
る。センシングプローブ６と光源１と信号処理回路１
４，１５との間は、光ファイバ３，５，１３で結合す
る。
【効果】 力検出と信号伝達に光を用いるので、特別な
防爆構造が不要であり、高電圧，高電流が存在する悪環
境下でも、その影響を受けない。また、センシングプロ
ーブ６は、センシング部材１２を例えば円柱スペーサ１
１を介して導波路１０上に設置するだけで製作でき、製
作が容易であり、信頼性も高い。
(57) [Summary] [Purpose] To provide a highly reliable optical force sensor that can be used without a special explosion-proof structure and can be used even in adverse environments where high voltage and high current exist. [Structure] A part of a clad layer 9 of a waveguide 10 in a sensing probe 6 is thinned, and a sensing member 12 is installed in that part with a cylindrical spacer 11 interposed, for example. Sensing probe 6, light source 1, signal processing circuit 1
The optical fibers 3, 5, and 13 are connected to the optical fibers 4 and 15. [Effect] Since light is used for force detection and signal transmission, no special explosion-proof structure is required, and it is not affected even in adverse environments where high voltage and current are present. In addition, the sensing probe 6 includes a sensing member 12 such as a cylindrical spacer 1.
It can be manufactured simply by installing it on the waveguide 10 via 1, and the manufacturing is easy and the reliability is high.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光式力センサに係り、
特に、化学プラント等において必要とされる完全な防爆
性を備えるとともに高電圧，高電流の電気的外乱が存在
する環境下でも支障無く測定できる光式力センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical force sensor,
In particular, the present invention relates to an optical force sensor which has a perfect explosion-proof property required in a chemical plant or the like and can perform measurement without trouble even in an environment where there is a high-voltage, high-current electrical disturbance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】圧力センサには、電気式圧力センサと、
光学式圧力センサとが含まれる。電気式圧力センサの場
合、化学プラント等において使用するには、例えば、Ｊ
ＩＳＣ０９０３防爆規格を満たすような防爆構造を採る
必要がある。一方、光学式圧力センサの場合、例えば、
西原,春名,栖原共著『光集積回路』(オーム社１９８５
年発行)の３７１頁に記載されているような構造を採用
しており、特別な防爆構造を必要としない。2. Description of the Related Art Pressure sensors include electrical pressure sensors,
An optical pressure sensor is included. In the case of an electric pressure sensor, for use in a chemical plant, for example, J.
It is necessary to adopt an explosion-proof structure that meets the ISC0903 explosion-proof standard. On the other hand, in the case of an optical pressure sensor, for example,
"Optical integrated circuit" by Nishihara, Haruna and Suhara (Ohmsha 1985)
The structure as described on page 371 of (Issued annually) is adopted, and no special explosion-proof structure is required.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】電気式圧力センサは、
電気信号を利用するので、化学プラント等で使用するに
は、防爆型にする必要がある。また、高圧，高電流の電
気的外乱が存在する環境下で使用するには、電気的シー
ルドのための特別な構造を採用しなければならない。The electric pressure sensor is
Since it uses electrical signals, it must be explosion proof for use in chemical plants. In addition, in order to use in an environment where high-voltage, high-current electrical disturbance exists, a special structure for electrical shield must be adopted.
【０００４】これに対して、光学式圧力センサの場合
は、防爆性の確保や電気的外乱の克服のための特別な構
造は不要である。上記『光集積回路』は、図１１に示す
ように、光ファイバのクラッド層の一部を除去し、光の
波長程度の微小ギャップを介して、アルミニウムでコー
ティングしたダイアフラムを対向させ、センシング部と
している。このセンシング部は、ダイアフラムに圧力が
加わり曲がると、伝搬ロスが発生することを利用してい
る。しかし、ダイアフラムと光ファイバの間の３μｍ程
度の微小ギャップを正確に製作するのは困難であり、温
度の影響も受けやすく、信頼性に乏しい。また、ダイア
フラムのガラス薄膜は衝撃力に弱い。この点を強化する
と、今度は感度が低下してしまう。さらに、アルミニウ
ムのコーティングにかなり微妙な調整を要しており、導
波路と光ファイバとを精密に位置決めし接続する困難な
製造プロセスも伴っていた。On the other hand, in the case of the optical pressure sensor, a special structure for ensuring explosion-proof property and overcoming electrical disturbance is unnecessary. As shown in FIG. 11, the above-mentioned "optical integrated circuit" is configured such that a part of the clad layer of the optical fiber is removed, the aluminum-coated diaphragm is made to face through a minute gap of about the wavelength of light, and a sensing section is formed. There is. This sensing unit utilizes the fact that a propagation loss occurs when the diaphragm bends due to pressure. However, it is difficult to accurately manufacture a minute gap of about 3 μm between the diaphragm and the optical fiber, it is easily affected by temperature, and reliability is poor. Further, the glass thin film of the diaphragm is weak against impact force. If this point is strengthened, the sensitivity will decrease. In addition, the aluminum coating required fairly delicate adjustments, which involved a difficult manufacturing process to precisely position and connect the waveguide and the optical fiber.
【０００５】本発明の第１の目的は、特別な防爆構造な
しで使用可能であり、製作容易で信頼性の高い光式力セ
ンサを提供することである。本発明の第２の目的は、衝
撃力に強く信頼性の高い光式力センサを提供することで
ある。本発明の第３の目的は、取扱い容易な光式力セン
サを提供することである。本発明の第４の目的は、実装
が容易な光式力センサを提供することである。A first object of the present invention is to provide an optical force sensor which can be used without a special explosion-proof structure, is easy to manufacture and has high reliability. A second object of the present invention is to provide an optical force sensor that is strong against impact force and highly reliable. A third object of the present invention is to provide an optical force sensor that is easy to handle. A fourth object of the present invention is to provide an optical force sensor that is easy to mount.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１の目
的を達成するために、導波路上またはコア上にスペーサ
を介してセンシング部材を配置するセンシングプローブ
の構造を採用した。本発明は、上記第２の目的を達成す
るために、曲面で導波路と接する円柱スペーサまたは球
形スペーサを介在させるセンシングプローブ構造を採用
した。本発明は、上記第３の目的を達成するために、光
反射手段を付加したセンシングプローブ構造を採用し
た。本発明は、上記第４の目的を達成するために、光フ
ァイバの一部を加工し、その一部に力センサ機能を持た
せたセンシングプローブ構造を採用した。In order to achieve the first object, the present invention adopts a structure of a sensing probe in which a sensing member is arranged on a waveguide or a core via a spacer. In order to achieve the second object, the present invention employs a sensing probe structure in which a cylindrical spacer or a spherical spacer that is in contact with the waveguide with a curved surface is interposed. In order to achieve the third object, the present invention employs a sensing probe structure to which light reflecting means is added. In order to achieve the fourth object, the present invention adopts a sensing probe structure in which a part of an optical fiber is processed and a part of the optical fiber has a force sensor function.
【０００７】すなわち、本発明は、光源と、信号処理部
と、基板上に形成された導波路を含むセンシングプロー
ブと、光源およびセンシングプローブを結合する第１光
ファイバと、センシングプローブおよび信号処理部を結
合する第２光ファイバとからなる光式力センサにおい
て、センシングプローブが、導波路の一部である感圧部
と、感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、セン
シング部材および感圧部の間に介在しセンシング部材に
かかる力に応じて変形し感圧部との接触面積が変化する
スペーサとを有する光式力センサを提案する。That is, according to the present invention, a light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, a sensing probe and a signal processing unit. In the optical force sensor including a second optical fiber that couples a pressure sensing part, the sensing probe includes a pressure sensing part that is a part of a waveguide, a sensing member installed above the pressure sensing part, the sensing member and the pressure sensing part. An optical force sensor is proposed which has a spacer interposed between parts and deformed according to a force applied to a sensing member to change a contact area with a pressure sensitive part.
【０００８】本発明は、また、光源と、信号処理部と、
基板上に形成された導波路を含むセンシングプローブ
と、光源およびセンシングプローブを結合する第１光フ
ァイバと、センシングプローブおよび信号処理部を結合
する第２光ファイバと、第１光ファイバの途中に形成さ
れた分岐部と、分岐部および信号処理部を結合する第３
光ファイバとからなる光式力センサにおいて、センシン
グプローブが、導波路の一部である感圧部と、感圧部の
上部に設置されたセンシング部材と、センシング部材お
よび感圧部の間に介在しセンシング部材にかかる力に応
じて変形し感圧部との接触面積が変化するスペーサとを
有する光式力センサを提案する。The present invention also includes a light source, a signal processing section,
A sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber that couples the light source and the sensing probe, a second optical fiber that couples the sensing probe and the signal processing unit, and a midway portion of the first optical fiber And a third branch for connecting the branched branch and the signal processing section.
In an optical force sensor including an optical fiber, a sensing probe includes a pressure-sensitive portion that is a part of a waveguide, a sensing member installed above the pressure-sensitive portion, and the sensing member and the pressure-sensitive portion. Then, an optical force sensor having a spacer that is deformed according to the force applied to the sensing member and whose contact area with the pressure-sensitive portion changes is proposed.
【０００９】本発明は、さらに、光源と、信号処理部
と、センシングプローブと、光源および信号処理部を結
合する第１光ファイバとからなる光式力センサにおい
て、センシングプローブが、第１光ファイバの一部のク
ラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、感圧部
の上部に設置されたセンシング部材と、センシング部材
および感圧部の間に介在しセンシング部材にかかる力に
応じて変形し感圧部との接触面積が変化するスペーサと
を有する光式力センサを提案する。The present invention further provides an optical force sensor comprising a light source, a signal processing unit, a sensing probe, and a first optical fiber connecting the light source and the signal processing unit, wherein the sensing probe is the first optical fiber. Part of the clad layer is partially removed to form a pressure-sensitive part, the sensing member installed above the pressure-sensitive part, and the force applied to the sensing member between the sensing member and the pressure-sensitive part. We propose an optical force sensor having a spacer that is deformed accordingly and whose contact area with the pressure sensitive portion changes.
【００１０】本発明は、光源と、信号処理部と、センシ
ングプローブと、光源および信号処理部を結合する第１
光ファイバと、光ファイバの途中に形成された分岐部
と、分岐部および信号処理部を結合する第３光ファイバ
とからなる光式力センサにおいて、センシングプローブ
が、第１光ファイバの一部のクラッド層を部分的に削除
して形成した感圧部と、感圧部の上部に設置されたセン
シング部材と、センシング部材および感圧部の間に介在
しセンシング部材にかかる力に応じて変形し感圧部との
接触面積が変化するスペーサとを有する光式力センサを
提案する。According to the present invention, a light source, a signal processing unit, a sensing probe, a light source and a signal processing unit are combined.
In an optical force sensor including an optical fiber, a branch formed in the middle of the optical fiber, and a third optical fiber coupling the branch and the signal processing unit, a sensing probe is a part of the first optical fiber. The pressure sensitive part formed by partially removing the clad layer, the sensing member installed on top of the pressure sensitive part, and interposed between the sensing member and the pressure sensitive part, deforms according to the force applied to the sensing member. We propose an optical force sensor having a spacer whose contact area with the pressure sensitive portion changes.
【００１１】本発明は、また、光源と、信号処理部と、
基板上に形成された導波路を含むセンシングプローブ
と、光源およびセンシングプローブを結合する第１光フ
ァイバと、センシングプローブおよび信号処理部を結合
する第２光ファイバと、第１光ファイバの途中に形成さ
れた第１分岐部と、第１分岐部および信号処理部を結合
する第３光ファイバとからなる光式力センサにおいて、
センシングプローブが、第１光ファイバとの接続端に対
向する他端に第１反射膜を有し、第１光ファイバが、第
１反射膜からの反射光を第２光ファイバにより信号処理
部に結合する第２分岐部を第１分岐部よりもセンシング
プローブ側に有し、第３光ファイバが、第１分岐部との
接続端に対向する他端に第２反射膜を有するとともに、
第１分岐部と第２反射膜との間に第３分岐部を有し、第
２反射部からの反射光を信号処理部に結合する第４光フ
ァイバが、第３分岐部に接続され、センシングプローブ
が、導波路の一部である感圧部と、感圧部の上部に設置
されたセンシング部材と、センシング部材および感圧部
の間に介在しセンシング部材にかかる力に応じて変形し
感圧部との接触面積が変化するスペーサとを有する光式
力センサを提案する。The present invention also includes a light source, a signal processing section, and
A sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber that couples the light source and the sensing probe, a second optical fiber that couples the sensing probe and the signal processing unit, and a midway portion of the first optical fiber In the optical force sensor including the first branched portion and a third optical fiber that couples the first branched portion and the signal processing portion,
The sensing probe has a first reflective film on the other end opposite to the connection end with the first optical fiber, and the first optical fiber transfers the reflected light from the first reflective film to the signal processing unit by the second optical fiber. The second branch portion to be coupled is provided on the sensing probe side with respect to the first branch portion, and the third optical fiber has the second reflective film at the other end facing the connection end with the first branch portion,
A fourth optical fiber having a third branch between the first branch and the second reflective film and coupling the reflected light from the second reflector to the signal processor is connected to the third branch. The sensing probe is interposed between the pressure-sensitive part, which is a part of the waveguide, the sensing member installed above the pressure-sensitive part, the sensing member and the pressure-sensitive part, and is deformed according to the force applied to the sensing member. We propose an optical force sensor having a spacer whose contact area with the pressure sensitive portion changes.
【００１２】本発明は、さらに、光源と、信号処理部
と、センシングプローブと、光源およびセンシングプロ
ーブを結合する第１光ファイバと、センシングプローブ
および信号処理部を結合する第２光ファイバと、第１光
ファイバの途中に形成された第１分岐部と、第１分岐部
および信号処理部を結合する第３光ファイバとからなる
光式力センサにおいて、センシングプローブが、第１光
ファイバとの接続端に対向する他端に第１反射膜を有
し、第１光ファイバが、第１反射膜からの反射光を第２
光ファイバにより信号処理部に結合する第２分岐部を第
１分岐部よりもセンシングプローブ側に有し、第３光フ
ァイバが、第１分岐部との接続端に対向する他端に第２
反射膜を有するとともに、第１分岐部と第２反射膜との
間に第３分岐部を有し、第２反射部からの反射光を信号
処理部に結合する第４光ファイバが、第３分岐部に接続
され、センシングプローブが、第１光ファイバの一部の
クラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、感圧
部の上部に設置されたセンシング部材と、センシング部
材および感圧部の間に介在しセンシング部材にかかる力
に応じて変形し感圧部との接触面積が変化するスペーサ
とを有する光式力センサを提案する。The present invention further includes a light source, a signal processing unit, a sensing probe, a first optical fiber connecting the light source and the sensing probe, a second optical fiber connecting the sensing probe and the signal processing unit, and In an optical force sensor including a first branch portion formed in the middle of one optical fiber and a third optical fiber connecting the first branch portion and the signal processing unit, a sensing probe is connected to the first optical fiber. The other end opposite to the end has a first reflection film, and the first optical fiber transmits the reflected light from the first reflection film to the second reflection film.
A second branch portion coupled to the signal processing unit by an optical fiber is provided on the sensing probe side with respect to the first branch portion, and a third optical fiber is provided at a second end on the other end facing the connection end with the first branch portion.
A fourth optical fiber that has a reflecting film and a third branch between the first branch and the second reflecting film and couples the reflected light from the second reflector to the signal processor is a third optical fiber. A pressure sensing part connected to the branch part and formed by partially removing a clad layer of the first optical fiber, a sensing member installed above the pressure sensing part, a sensing member, and An optical force sensor having a spacer interposed between pressure-sensitive portions and deformed according to a force applied to a sensing member to change a contact area with the pressure-sensitive portion is proposed.
【００１３】本発明は、光源と、信号処理部と、基板上
に形成された導波路を含むセンシングプローブと、光源
およびセンシングプローブを結合する第１光ファイバ
と、センシングプローブおよび信号処理部を結合する第
２光ファイバと、第１光ファイバの途中に形成された第
１分岐部と、第１分岐部および信号処理部を結合する第
３光ファイバとからなる光式力センサにおいて、センシ
ングプローブが、第１光ファイバとの接続端に対向する
他端に第１反射膜を有し、第１光ファイバが、第１反射
膜からの反射光を第２光ファイバにより信号処理部に結
合する第２分岐部を第１分岐部よりもセンシングプロー
ブ側に有し、センシングプローブが、導波路の一部であ
る感圧部と、感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、センシング部材および感圧部の間に介在しセンシン
グ部材にかかる力に応じて変形し感圧部との接触面積が
変化するスペーサとを有する光式力センサを提案する。According to the present invention, a light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, a sensing probe and the signal processing unit are coupled. In the optical force sensor, the sensing probe comprises a second optical fiber, a first branch portion formed in the middle of the first optical fiber, and a third optical fiber connecting the first branch portion and the signal processing unit. A first reflection film is provided at the other end opposite to the connection end with the first optical fiber, and the first optical fiber couples the reflected light from the first reflection film to the signal processing unit by the second optical fiber. The sensing probe has two branches on the sensing probe side with respect to the first branch, and the sensing probe is a part of the waveguide, a sensing member installed on the pressure sensing section, and a sensing member. The contact area between the deformed pressure sensing in accordance with the interposed force on the sensing member between and pressure sensing is to propose a light force sensor and a spacer to change.
【００１４】本発明は、また、光源と、信号処理部と、
センシングプローブと、光源およびセンシングプローブ
を結合する第１光ファイバと、センシングプローブおよ
び信号処理部を結合する第２光ファイバと、第１光ファ
イバの途中に形成された第１分岐部と、第１分岐部およ
び信号処理部を結合する第３光ファイバとからなる光式
力センサにおいて、センシングプローブが、第１光ファ
イバとの接続端に対向する他端にに第１反射膜を有し、
第１光ファイバが、第１反射膜からの反射光を第２光フ
ァイバにより信号処理部に結合する第２分岐部を第１分
岐部よりもセンシングプローブ側に有し、センシングプ
ローブが、第１光ファイバの一部のクラッド層を部分的
に削除して形成した感圧部と、感圧部の上部に設置され
たセンシング部材と、センシング部材および感圧部の間
に介在しセンシング部材にかかる力に応じて変形し感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有する光式力セ
ンサを提案する。The present invention also includes a light source, a signal processing section,
A sensing probe; a first optical fiber connecting the light source and the sensing probe; a second optical fiber connecting the sensing probe and the signal processing unit; a first branching part formed in the middle of the first optical fiber; In an optical force sensor including a third optical fiber that couples a branching unit and a signal processing unit, a sensing probe has a first reflecting film at the other end facing the connection end with the first optical fiber,
The first optical fiber has a second branch portion, which couples the reflected light from the first reflective film to the signal processing portion by the second optical fiber, closer to the sensing probe than the first branch portion, and the sensing probe is the first A pressure-sensitive part formed by partially removing a part of the clad layer of the optical fiber, a sensing member installed above the pressure-sensitive part, and a sensing member interposed between the sensing member and the pressure-sensitive part. We propose an optical force sensor having a spacer that is deformed according to force and whose contact area with the pressure-sensitive portion changes.
【００１５】本発明は、さらに、光源と、信号処理部
と、基板上に形成された導波路を含むセンシングプロー
ブと、光源およびセンシングプローブを結合する第１光
ファイバと、第１光ファイバの途中に形成された第１分
岐部と、第１分岐部および信号処理部を結合する第３光
ファイバとからなる光式力センサにおいて、センシング
プローブが、第１光ファイバとの接続端に対向する他端
に第１反射膜を有し、光源と第１光ファイバとの間に配
置され、第１反射膜からの反射光を信号処理部に反射す
るハーフミラーを備え、センシングプローブが、導波路
の一部である感圧部と、感圧部の上部に設置されたセン
シング部材と、センシング部材および感圧部の間に介在
しセンシング部材にかかる力に応じて変形し感圧部との
接触面積が変化するスペーサとを有する光式力センサを
提案する。The present invention further includes a light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, and an intermediate portion of the first optical fiber. In the optical force sensor comprising the first branch portion formed on the first branch portion and a third optical fiber coupling the first branch portion and the signal processing portion, the sensing probe is opposed to the connection end with the first optical fiber. The sensing probe is provided with a half mirror that has a first reflection film at an end, is arranged between the light source and the first optical fiber, and reflects the reflected light from the first reflection film to the signal processing unit. The contact area between the pressure-sensitive part, which is a part of it, the sensing member installed above the pressure-sensitive part, and the pressure-sensitive part that is interposed between the sensing member and the pressure-sensitive part and deforms according to the force applied to the sensing member. Changes Suggest optical force sensor and a pacer.
【００１６】本発明は、光源と、信号処理部と、センシ
ングプローブと、光源およびセンシングプローブを結合
する第１光ファイバと、第１光ファイバの途中に形成さ
れた第１分岐部と、第１分岐部および信号処理部を結合
する第３光ファイバとからなる光式力センサにおいて、
センシングプローブが、第１光ファイバとの接続端に対
向する他端にに第１反射膜を有し、光源と第１光ファイ
バとの間に配置され、第１反射膜からの反射光を信号処
理部に反射するハーフミラーを備え、センシングプロー
ブが、第１光ファイバの一部のクラッド層を部分的に削
除して形成した感圧部と、感圧部の上部に設置されたセ
ンシング部材と、センシング部材および感圧部の間に介
在しセンシング部材にかかる力に応じて変形し感圧部と
の接触面積が変化するスペーサとを有する光式力センサ
を提案する。According to the present invention, a light source, a signal processing section, a sensing probe, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, a first branch section formed in the middle of the first optical fiber, and a first In an optical force sensor including a third optical fiber connecting a branching section and a signal processing section,
The sensing probe has a first reflective film on the other end opposite to the connection end with the first optical fiber, is arranged between the light source and the first optical fiber, and outputs the reflected light from the first reflective film as a signal. A pressure sensing part formed by partially removing a clad layer of a part of the first optical fiber, the sensing probe having a half mirror reflecting on the processing part, and a sensing member installed on the pressure sensing part. The present invention proposes an optical force sensor having a spacer interposed between a sensing member and a pressure-sensitive portion and deformed according to a force applied to the sensing member to change a contact area with the pressure-sensitive portion.
【００１７】本発明は、また、光源と、信号処理部と、
基板上に形成された導波路を含むセンシングプローブ
と、光源およびセンシングプローブを結合する第１光フ
ァイバとからなる光式力センサにおいて、センシングプ
ローブが、第１光ファイバとの接続端に対向する他端に
第１反射膜を有し、光源と第１光ファイバとの間に配置
され、光源から第１光ファイバへの入射光を信号処理部
に反射するとともに、第１反射膜からの反射光を信号処
理部に反射するハーフミラーを備え、センシングプロー
ブが、導波路の一部である感圧部と、感圧部の上部に設
置されたセンシング部材と、センシング部材および感圧
部の間に介在しセンシング部材にかかる力に応じて変形
し感圧部との接触面積が変化するスペーサとを有する光
式力センサうを提案する。The present invention also includes a light source, a signal processing section, and
In an optical force sensor including a sensing probe including a waveguide formed on a substrate and a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, the sensing probe is opposed to a connection end with the first optical fiber. It has a first reflection film at its end, is arranged between the light source and the first optical fiber, reflects the incident light from the light source to the first optical fiber to the signal processing unit, and reflects the light from the first reflection film. The sensing probe is provided with a half mirror that reflects the signal to the signal processing unit, and the sensing probe is a part of the waveguide, a sensing member installed above the pressure sensing unit, and between the sensing member and the pressure sensing unit. We propose an optical force sensor having a spacer which is deformed according to the force applied to the sensing member and whose contact area with the pressure sensitive portion changes.
【００１８】本発明は、さらに、光源と、信号処理部
と、センシングプローブと、光源およびセンシングプロ
ーブを結合する第１光ファイバとからなる光式力センサ
において、センシングプローブが、第１光ファイバとの
接続端に対向する他端にに第１反射膜を有し、光源と第
１光ファイバとの間に配置され、光源から第１光ファイ
バへの入射光を信号処理部に反射するとともに、第１反
射膜からの反射光を信号処理部に反射するハーフミラー
を備え、センシングプローブが、第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、感
圧部の上部に設置されたセンシング部材と、センシング
部材および感圧部の間に介在しセンシング部材にかかる
力に応じて変形し感圧部との接触面積が変化するスペー
サとを有する光式力センサを提案する。The present invention further provides an optical force sensor comprising a light source, a signal processor, a sensing probe, and a first optical fiber connecting the light source and the sensing probe, wherein the sensing probe is the first optical fiber. Has a first reflection film on the other end opposite to the connection end of, is arranged between the light source and the first optical fiber, and reflects the incident light from the light source to the first optical fiber to the signal processing unit, The sensing probe includes a half mirror that reflects the reflected light from the first reflective film to the signal processing unit, and the sensing probe includes a pressure-sensitive portion formed by partially removing a part of the cladding layer of the first optical fiber; Optical force having a sensing member installed on the upper part of the portion and a spacer interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion and deforming according to the force applied to the sensing member to change the contact area with the pressure-sensitive portion To propose a capacitor.
【００１９】導波路を含む上記いずれのセンシングプロ
ーブの感圧部も、基板上に形成されたクラッド層と導波
層とからなる導波路のクラッド層の少なくとも一部を削
除して形成できる。The pressure-sensitive portion of any of the above sensing probes including the waveguide can be formed by removing at least a part of the cladding layer of the waveguide formed of the cladding layer and the waveguide layer formed on the substrate.
【００２０】また、上記スペーサは、より具体的には、
円柱スペーサ，球形スペーサ，または三角柱スペーサの
いずれかである。Further, more specifically, the spacer is
It is either a column spacer, a spherical spacer, or a triangular prism spacer.
【００２１】[0021]
【作用】センシング部材にかかる力によりスペーサが変
形すると、その下の導波路またはコアの伝搬光が漏洩す
るので、透過光の光量に基づいて力を検出可能な光式力
センサが得られる。When the spacer is deformed by the force applied to the sensing member, the light propagating in the waveguide or the core thereunder leaks, so that an optical force sensor capable of detecting the force based on the amount of transmitted light can be obtained.
【００２２】また、円柱スペーサまたは球形スペーサが
曲面で導波路に接触すると、衝撃力が加わっても円柱ス
ペーサまたは球形スペーサが破損することが少ない。When the cylindrical spacer or the spherical spacer contacts the waveguide with a curved surface, the cylindrical spacer or the spherical spacer is less likely to be damaged even if an impact force is applied.
【００２３】さらに、三角柱スペーサが鋭角で導波路と
接触する場合、微小な力でも大きな変形が生じ、漏洩光
が多くなる結果、感度が高くなる。Further, when the triangular prism spacer contacts the waveguide at an acute angle, even a small force causes a large deformation, resulting in a large amount of leaked light, resulting in high sensitivity.
【００２４】光反射手段を付加すると、センシングプロ
ーブを光が往復するから、センシングプローブに光を供
給するための光ファイバと信号を導くための光ファイバ
とを共通化できる。When the light reflecting means is added, the light travels back and forth through the sensing probe, so that the optical fiber for supplying light to the sensing probe and the optical fiber for guiding the signal can be shared.
【００２５】また、光ファイバを加工して感圧部とした
場合、導波路と光ファイバとを接着する困難な製造プロ
セスを省略でき、実装が容易である。Further, when the optical fiber is processed into the pressure sensitive portion, the difficult manufacturing process for adhering the waveguide and the optical fiber can be omitted, and the mounting is easy.
【００２６】[0026]
【実施例】次に、図１〜図１０を参照して、本発明によ
る光式力センサの実施例を説明する。EXAMPLE An example of the optical force sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００２７】《第１実施例》図１は、本発明による光式
力センサの第１実施例の全体構造を示す図である。レン
ズ２は、光源１から発射された光を集光し、第１光ファ
イバ３に導入する。第１光ファイバ３の途中に、分岐部
４を設け、第２光ファイバ５を接続する。分岐部４は、
第１光ファイバ３を伝搬する光の一部を一定の割合で第
２光ファイバ５に分配する。第２光ファイバ５は、第１
光ファイバ３，センシングプローブ６，第３光ファイバ
１３のできる限り近くに設置する。センシングプローブ
６は、導波路１０と、複数の円柱スペーサ１１と、セン
シング部材１２とで構成される。導波路１０は、基板７
と、導波層８と、クラッド層９とからなる。円柱スペー
サ１１は、透光性の材質，例えばガラスやアクリル等で
できている。第３光ファイバ１３は、センシングプロー
ブ６の出射光を光検出器１４に導く。光検出器１４は、
第３光ファイバ１３の出射光の光量を電気信号に変換
し、光検出器１５は、第２光ファイバ５の出射光の光量
を電気信号に変換する。補正回路１６は、光検出器１４
の出力を光検出器１５の出力で割算する。導波路１０の
一部は、感圧部１７となっており、その部分のクラッド
層９の厚さは、周囲に比べて薄く、この上に円柱スペー
サ１１が配置される。なお、感圧部１７のクラッド層の
厚さはゼロでもよい。スペース１８は、円柱スペーサ１
１と感圧部１７とにより区画された空間であり、円柱ス
ペーサ１１よりも低い屈折率を有する低屈折率ポリマ，
空気等の物質で充填されてもよい。<< First Embodiment >> FIG. 1 is a view showing the overall structure of a first embodiment of an optical force sensor according to the present invention. The lens 2 collects the light emitted from the light source 1 and introduces it into the first optical fiber 3. A branch portion 4 is provided in the middle of the first optical fiber 3 and a second optical fiber 5 is connected. The branching unit 4 is
A part of the light propagating through the first optical fiber 3 is distributed to the second optical fiber 5 at a constant rate. The second optical fiber 5 is the first
It is installed as close as possible to the optical fiber 3, the sensing probe 6, and the third optical fiber 13. The sensing probe 6 includes a waveguide 10, a plurality of cylindrical spacers 11, and a sensing member 12. The waveguide 10 is the substrate 7
And a waveguide layer 8 and a cladding layer 9. The column spacer 11 is made of a translucent material such as glass or acrylic. The third optical fiber 13 guides the light emitted from the sensing probe 6 to the photodetector 14. The photodetector 14 is
The amount of light emitted from the third optical fiber 13 is converted into an electric signal, and the photodetector 15 converts the amount of light emitted from the second optical fiber 5 into an electric signal. The correction circuit 16 includes the photodetector 14
Is divided by the output of the photodetector 15. A part of the waveguide 10 is a pressure-sensitive portion 17, and the thickness of the cladding layer 9 in that portion is smaller than that of the surroundings, and the column spacer 11 is arranged on this. The thickness of the cladding layer of the pressure sensitive portion 17 may be zero. Space 18 is cylindrical spacer 1
1 is a space partitioned by 1 and the pressure sensitive portion 17, and is a low refractive index polymer having a lower refractive index than the cylindrical spacer 11,
It may be filled with a substance such as air.
【００２８】図２は、図１の実施例における導波路１０
および円柱スペーサ１１の詳細な構造の一例を示す図で
ある。導波層８の一部をなすイオン拡散部１９には、金
属イオンを拡散し、周囲よりも屈折率を高くしてあり、
このイオン拡散部１９に光ファイバ３の出射光を導入す
る。FIG. 2 shows the waveguide 10 in the embodiment of FIG.
3 is a diagram showing an example of a detailed structure of a column spacer 11 and FIG. In the ion diffusion portion 19 forming a part of the waveguide layer 8, metal ions are diffused to have a higher refractive index than the surroundings,
The light emitted from the optical fiber 3 is introduced into the ion diffusion section 19.
【００２９】このように構成した図１の第１実施例にお
いて、センシング部材１２に力が加わると、円柱スペー
サ１１が変形し、感圧部１７との接触面積が変化する。
円柱スペーサ１１の屈折率がスペース１８の屈折率より
も高いので、導波層８を伝搬する光の導波層８への閉じ
込めが、接触部２０では弱くなり、光が上方向に広が
る。接触部２０以外では、光の閉じ込めが再び強くな
り、通過できる範囲が狭まるから、広がった部分に存在
する光は漏洩する。接触面積は加わった力に応じて変化
するので、漏洩光量が変化する。漏洩光量は透過光量か
ら求められるので、力と透過光量との関係を予め求めて
おけば、加わった力を測定できる。In the first embodiment of FIG. 1 thus constructed, when a force is applied to the sensing member 12, the cylindrical spacer 11 is deformed and the contact area with the pressure sensitive portion 17 is changed.
Since the refractive index of the cylindrical spacer 11 is higher than the refractive index of the space 18, the confinement of the light propagating in the waveguide layer 8 in the waveguide layer 8 becomes weak at the contact portion 20 and the light spreads upward. Except for the contact portion 20, the confinement of light becomes strong again and the range through which the light can pass is narrowed, so that the light existing in the expanded portion leaks. Since the contact area changes according to the applied force, the amount of leaked light changes. Since the amount of leaked light is obtained from the amount of transmitted light, the applied force can be measured by previously obtaining the relationship between the force and the amount of transmitted light.
【００３０】ここで、第２光ファイバ５の光量変動を光
検出器１５で検出し、補正回路１６に供給すると、光源
１の光量の変動および第１光ファイバ３への入射効率の
変動の影響を補正できる。また、この実施例では、第１
光ファイバ３および第３光ファイバ１３のできる限り近
くに第２光ファイバ５を設置してあるので、第１光ファ
イバ３および／または第３光ファイバへの振動，曲げ，
温度変化，圧力変化等の外乱の影響も併せて補正でき
る。When the light detector 15 detects the light quantity fluctuation of the second optical fiber 5 and supplies it to the correction circuit 16, the fluctuation of the light quantity of the light source 1 and the fluctuation of the incident efficiency to the first optical fiber 3 are affected. Can be corrected. In addition, in this embodiment, the first
Since the second optical fiber 5 is installed as close as possible to the optical fiber 3 and the third optical fiber 13, vibration, bending, and bending to the first optical fiber 3 and / or the third optical fiber,
The effects of disturbances such as temperature changes and pressure changes can also be corrected.
【００３１】なお、第１光ファイバ３および／または第
３光ファイバへの振動，曲げ，温度変化，圧力変化等の
外乱が無い環境下では、分岐部４，光ファイバ５，光検
出器１５，補正回路１６を設けなくとも、センシングプ
ローブ６の構造に特徴を有する本発明が基本的に成立し
て、独自の効果を発揮するすることは、明らかであろ
う。In the environment where there is no disturbance such as vibration, bending, temperature change, pressure change, etc. on the first optical fiber 3 and / or the third optical fiber, the branch portion 4, the optical fiber 5, the photodetector 15, It will be apparent that the present invention, which is characterized by the structure of the sensing probe 6, is basically established even if the correction circuit 16 is not provided, and exhibits unique effects.
【００３２】円柱スペーサ１１は、不透光性の材質例え
ばアルミニウム，鉄等の金属やルビーや色ガラス等であ
ってもよい。なお、３個以上円柱スペーサを使用する場
合、円柱スペーサの径に誤差があると、加重が小さいと
き多数の円柱スペーサの一部だけが変形するので、多数
の光式力センサを製作した場合、特性がばらつく可能性
があるが、この実施例では、円柱スペーサ１１が２個で
あるから、円柱スペーサ１１の形が多少異なっていて
も、双方の円柱スペーサ１１には、ほぼ等しい加重がか
かる。したがって、多数の光式力センサを製作した場合
でも、加重に対する変形の大きさが安定しており、特性
のばらつきが少なくなる利点がある。さらに、円柱スペ
ーサ１１を１個とすることも可能である。この場合、セ
ンシング部材１２が基板７に対して傾かないように支持
する支持手段が必要となる。The cylindrical spacer 11 may be made of a non-translucent material such as metal such as aluminum and iron, ruby, colored glass or the like. When using three or more cylindrical spacers, if there is an error in the diameter of the cylindrical spacers, only a part of the large number of cylindrical spacers will deform when the weight is small. Although the characteristics may vary, in this embodiment, since the number of the cylindrical spacers 11 is two, even if the shapes of the cylindrical spacers 11 are slightly different from each other, substantially the same weight is applied to both the cylindrical spacers 11. Therefore, even when a large number of optical force sensors are manufactured, the magnitude of deformation with respect to weight is stable, and there is an advantage that variations in characteristics are reduced. Further, it is possible to use only one cylindrical spacer 11. In this case, a supporting means for supporting the sensing member 12 so as not to tilt with respect to the substrate 7 is required.
【００３３】図３は、図１の実施例における導波路１０
および球形スペーサ１１ａの詳細な構造の一例を示す図
である。導波層８の一部をなすイオン拡散部１９には、
金属イオンを拡散し、周囲よりも屈折率を高くしてあ
り、このイオン拡散部１９に光ファイバ３の出射光を導
入する。図３の例は、図２の例とはスペーサの形状が異
なり、球形スペーサ１１ａと感圧部１７により、スペー
ス１８ａが区画される。FIG. 3 shows a waveguide 10 in the embodiment of FIG.
It is a figure which shows an example of a detailed structure of and the spherical spacer 11a. In the ion diffusion portion 19 forming a part of the waveguide layer 8,
The metal ions are diffused to have a higher refractive index than the surroundings, and the light emitted from the optical fiber 3 is introduced into the ion diffusion section 19. In the example of FIG. 3, the shape of the spacer is different from that of the example of FIG. 2, and the space 18 a is defined by the spherical spacer 11 a and the pressure sensitive portion 17.
【００３４】図４は、図１の実施例における導波路１０
および三角柱スペーサ１１ｂの詳細な構造の一例を示す
図である。導波層８の一部をなすイオン拡散部１９に
は、金属イオンを拡散し、周囲よりも屈折率を高くして
あり、このイオン拡散部１９に光ファイバ３の出射光を
導入する。図４の例は、図２の例とはスペーサの形状が
異なり、三角柱スペーサ１１ｂと感圧部１７により、ス
ペース１８ｂが区画される。FIG. 4 shows the waveguide 10 in the embodiment of FIG.
It is a figure which shows an example of a detailed structure of and the triangular prism spacer 11b. Metal ions are diffused in the ion diffusion portion 19 forming a part of the waveguide layer 8 to have a higher refractive index than the surroundings, and the light emitted from the optical fiber 3 is introduced into the ion diffusion portion 19. In the example of FIG. 4, the shape of the spacer is different from that of the example of FIG. 2, and the space 18b is partitioned by the triangular prism spacer 11b and the pressure sensitive portion 17.
【００３５】図２または図３の例のように、円柱スペー
サ１１または球形スペーサ１１ａの感圧部１７と接触す
る部分が曲面の場合は、衝撃力が加わっても円柱スペー
サ１１または球形スペーサ１１ａが破損することが少な
いので、信頼性がより高くなる。また、スペーサの形状
に自由度があり、円柱，球形，三角柱等の形状から、ス
ペーサの加工し易さや弾性率等の材料特性に合わせて最
適形状を選択できる。したがって、センサを取り巻く温
度，衝撃等の使用環境に応じて、スペーサ材を比較的自
由に選択して使用でき、本発明による光式力センサの適
用可能な範囲はかなり広い。As shown in the example of FIG. 2 or 3, when the portion of the cylindrical spacer 11 or the spherical spacer 11a that comes into contact with the pressure-sensitive portion 17 is a curved surface, the cylindrical spacer 11 or the spherical spacer 11a will remain even if an impact force is applied. It is more reliable because it is less likely to break. Further, there is a degree of freedom in the shape of the spacer, and an optimum shape can be selected from shapes such as a cylinder, a sphere, and a triangular prism according to material characteristics such as ease of processing the spacer and elastic modulus. Therefore, the spacer material can be relatively freely selected and used according to the use environment such as the temperature surrounding the sensor, impact, etc., and the applicable range of the optical force sensor according to the present invention is quite wide.
【００３６】なお、球形スペーサ１１ａ，三角柱スペー
サ１１ｂのいずれも、円柱スペーサ１１の場合と同様
に、１個のみとすることも可能である。It is possible to use only one spherical spacer 11a or triangular prism spacer 11b, as in the case of the cylindrical spacer 11.
【００３７】《第２実施例》図５は、本発明による光式
力センサの第２実施例のセンシングプローブ部分の構造
を示す図である。図５の第２実施例は、図１の第１実施
例とは、センシングプローブの構造が異なる。本実施例
のセンシングプローブ２１は、感圧部２７と、複数の円
柱スペーサ２８と、センシング部材３０とにより構成さ
れる。感圧部２７は、光ファイバ保持部２２に保持され
たコア２３とクラッド層２４とからなる光ファイバ２５
の一部のクラッド層２４およびコア２３を部分的に削り
取り、低屈折率層２６をコーティングして形成されてい
る。ここで、低屈折率層２６は、必ずしも設けなくとも
よい。また、スペース２９は、スペーサ２８よりも低い
屈折率を有する低屈折率ポリマ，空気等の物質で充填さ
れていてもよい。さらに、スペーサ２８は、第１実施例
と同様に、１個のみとすることも可能である。<< Second Embodiment >> FIG. 5 is a view showing the structure of a sensing probe portion of a second embodiment of the optical force sensor according to the present invention. The second embodiment of FIG. 5 differs from the first embodiment of FIG. 1 in the structure of the sensing probe. The sensing probe 21 of this embodiment includes a pressure sensitive portion 27, a plurality of cylindrical spacers 28, and a sensing member 30. The pressure-sensitive portion 27 is an optical fiber 25 including a core 23 held by the optical fiber holding portion 22 and a clad layer 24.
Part of the clad layer 24 and the core 23 are partially shaved, and the low refractive index layer 26 is coated. Here, the low refractive index layer 26 does not necessarily have to be provided. Further, the space 29 may be filled with a substance having a lower refractive index than the spacer 28, such as a low refractive index polymer or air. Further, it is possible to use only one spacer 28 as in the first embodiment.
【００３８】第２実施例では、光ファイバ２５の一部を
加工してセンシングプローブ２１の一部とするので、第
１実施例のように光ファイバ３，１３と導波路１０とを
精密位置決めして接続する必要はないので、製造が容易
である。In the second embodiment, a part of the optical fiber 25 is processed to be a part of the sensing probe 21, so that the optical fibers 3 and 13 and the waveguide 10 are precisely positioned as in the first embodiment. Since it is not necessary to connect them with each other, it is easy to manufacture.
【００３９】《第３実施例》図６は、本発明による光式
力センサの第３実施例の全体構造を示す図である。図６
の第３実施例は、図１の第１実施例とは、光検出器４
１，４２の設置位置が異なり、図面上右端の反射膜４
０，３６で反射されて戻ってきた光を検出するようにな
っている。すなわち、光源１から発射された光は、レン
ズ２により集光され、光ファイバ３１に導かれる。光フ
ァイバ３１は、光源１とセンシングプローブ３９を接続
する。光ファイバ３１は、光源１から入射した光の一部
を光ファイバ３２に分岐する分岐部３３と、センシング
プローブ３９から戻ってきた光を光ファイバ３５に分岐
する分岐部３４とを有する。光ファイバ３２は、分岐部
３３とは反対側の端面に反射膜３６を形成され、さら
に、途中に分岐部３７を有し、光ファイバ３８を接続さ
れている。光ファイバ３２は、光ファイバ３１，センシ
ングプローブ３９のできる限り近くに配置する。センシ
ングプローブ３９は、光ファイバ３１が接続された側と
は反対側の端面に反射膜４０を形成されている。<< Third Embodiment >> FIG. 6 is a view showing the overall structure of a third embodiment of the optical force sensor according to the present invention. Figure 6
The third embodiment is different from the first embodiment in FIG.
The installation positions of 1, 42 are different, and the reflection film 4 at the right end in the drawing
The light reflected back at 0 and 36 is detected. That is, the light emitted from the light source 1 is condensed by the lens 2 and guided to the optical fiber 31. The optical fiber 31 connects the light source 1 and the sensing probe 39. The optical fiber 31 has a branch part 33 that branches a part of the light incident from the light source 1 into the optical fiber 32, and a branch part 34 that branches the light returned from the sensing probe 39 into the optical fiber 35. The optical fiber 32 has a reflecting film 36 formed on the end surface on the opposite side to the branch portion 33, and further has a branch portion 37 in the middle thereof, and an optical fiber 38 is connected thereto. The optical fiber 32 is arranged as close as possible to the optical fiber 31 and the sensing probe 39. The sensing probe 39 has a reflective film 40 formed on the end face opposite to the side to which the optical fiber 31 is connected.
【００４０】したがって、光ファイバ３１からセンシン
グプローブ３９に入射した光は、センシングプローブ３
９の端面に形成された反射膜４０で反射され、光ファイ
バ３１に入射し、分岐部３４で分岐され、光ファイバ３
５により光検出器４１に導かれる。一方、分岐部３３で
光ファイバ３２に分岐した光は、反射膜３６で反射さ
れ、分岐部３７で分岐され、光ファイバ３８により光検
出器４２に導かれる。Therefore, the light incident on the sensing probe 39 from the optical fiber 31 is detected by the sensing probe 3
The light is reflected by the reflection film 40 formed on the end surface of the optical fiber 9, enters the optical fiber 31, and is branched by the branching section 34.
5 is guided to the photodetector 41. On the other hand, the light branched to the optical fiber 32 by the branching unit 33 is reflected by the reflection film 36, branched by the branching unit 37, and guided to the photodetector 42 by the optical fiber 38.
【００４１】第３実施例は、センシングプローブ３９に
は１本の光ファイバ３１しか接続されていないので、製
造や取扱いが容易になる。In the third embodiment, since only one optical fiber 31 is connected to the sensing probe 39, manufacturing and handling are easy.
【００４２】《第４実施例》図７は、本発明による光式
力センサの第４実施例のセンシングプローブ部分の構造
を示す図である。図６の第３実施例は、導波路型のセン
シングプローブに反射面を形成した例であったが、光フ
ァイバの一部を加工したセンシングプローブでも、反射
面を形成することができる。図７は、反射面を形成した
センシングプローブ３９ａの構造を示している。図５の
第２実施例との比較から明らかなように、コア２３およ
びクラッド層２４からなる光ファイバ２５の端面には反
射膜４３が形成されている。<Fourth Embodiment> FIG. 7 is a view showing the structure of a sensing probe portion of a fourth embodiment of the optical force sensor according to the present invention. The third embodiment of FIG. 6 is an example in which the reflecting surface is formed on the waveguide type sensing probe, but the reflecting surface can be formed even on the sensing probe in which a part of the optical fiber is processed. FIG. 7 shows the structure of the sensing probe 39a having a reflecting surface. As is clear from the comparison with the second embodiment of FIG. 5, the reflection film 43 is formed on the end face of the optical fiber 25 including the core 23 and the cladding layer 24.
【００４３】図７の実施例は、図５の第２実施例と図６
の第３実施例との特徴を併せて持つことになり、製造が
容易であるとともに、センシングプローブ３９ａの周り
がコンパクトになる。The embodiment of FIG. 7 corresponds to the second embodiment of FIG. 5 and FIG.
In addition to having the features of the third embodiment, the manufacturing is easy, and the area around the sensing probe 39a is compact.
【００４４】《第５実施例》図８は、本発明による光式
力センサの第５実施例の全体構造を示す図である。図８
の第５実施例は、図６の第３実施例とは、分岐部３３に
接続される光ファイバ３２ａが異なる。本実施例におい
て、光ファイバ３２ａの出射光は、光検出器４２に直接
導かれる。<Fifth Embodiment> FIG. 8 is a diagram showing the overall structure of a fifth embodiment of the optical force sensor according to the present invention. FIG.
The fifth embodiment is different from the third embodiment in FIG. 6 in the optical fiber 32a connected to the branching portion 33. In this embodiment, the light emitted from the optical fiber 32a is directly guided to the photodetector 42.
【００４５】したがって、実質的には、１本の光ファイ
バ３１を引き回し、センシングプローブ３９のみをセン
シング位置に設置すればよいから、光ファイバ３２の引
き回しの手間が無くなる。この場合でも、光源１の光量
変動に起因する測定誤差のみは、補正される。Therefore, substantially one optical fiber 31 is drawn around and only the sensing probe 39 is installed at the sensing position, so that the labor of drawing around the optical fiber 32 is eliminated. Even in this case, only the measurement error caused by the fluctuation of the light amount of the light source 1 is corrected.
【００４６】なお、図８の第５実施例では、分岐部３４
は、分岐部３３の左に位置してもよい。また、煩雑さを
避けるために、図示を省略するが、センシングプローブ
３９が図７に示した光ファイバ型センシングプローブ３
９ａでもよいことは、明らかであろう。In the fifth embodiment shown in FIG. 8, the branch portion 34
May be located to the left of the branch 33. Also, in order to avoid complication, although not shown, the sensing probe 39 is the optical fiber type sensing probe 3 shown in FIG.
It will be clear that 9a is also acceptable.
【００４７】《第６実施例》図９は、本発明による光式
力センサの第６実施例の全体構造を示す図である。図９
の第６実施例は、図８の第５実施例における分岐部３４
および光ファイバ３５を廃止して、代わりに、光ファイ
バ３１と光源１との間にハーフミラー４４を設置し、セ
ンシングプローブ３９から戻ってきた光をハーフミラー
４４で反射させ、光検出器４１に導いている。<< Sixth Embodiment >> FIG. 9 is a view showing the overall structure of a sixth embodiment of the optical force sensor according to the present invention. Figure 9
The sixth embodiment of the present invention is similar to the fifth embodiment of FIG.
And the optical fiber 35 is abolished, instead, the half mirror 44 is installed between the optical fiber 31 and the light source 1, the light returned from the sensing probe 39 is reflected by the half mirror 44, and the light detector 41 is provided. Is leading.
【００４８】したがって、分岐部が分岐部３３の一カ所
になり、光ファイバ３１の加工が容易になる。この場合
でも、光源１の光量変動に起因する測定誤差のみは、補
正される。Therefore, the branch portion is located at one place of the branch portion 33, and the optical fiber 31 can be easily processed. Even in this case, only the measurement error caused by the fluctuation of the light amount of the light source 1 is corrected.
【００４９】なお、煩雑さを避けるために、図示を省略
するが、センシングプローブ３９が図７に示した光ファ
イバ型センシングプローブ３９ａでもよいことは、明ら
かであろう。Although not shown in the drawings to avoid complexity, it will be apparent that the sensing probe 39 may be the optical fiber type sensing probe 39a shown in FIG.
【００５０】《第７実施例》図１０は、本発明による光
式力センサの第７実施例の全体構造を示す図である。図
１０の第７実施例は、図９の第６実施例から分岐部３３
を廃止するために、光源１からの光の一部をハーフミラ
ー４４で反射させ、光検出器４２に直接入射させ、光源
１の光量変動の検出に用いている。光源１からハーフミ
ラー４４に向かった残りの光は、レンズ２で集光され、
光ファイバ３１によりセンシングプローブ３９に導かれ
る。<< Seventh Embodiment >> FIG. 10 is a view showing the overall structure of a seventh embodiment of the optical force sensor according to the present invention. The seventh embodiment shown in FIG. 10 is similar to the sixth embodiment shown in FIG.
In order to eliminate the above, a part of the light from the light source 1 is reflected by the half mirror 44 and directly incident on the photodetector 42, which is used for detecting the light amount fluctuation of the light source 1. The remaining light from the light source 1 toward the half mirror 44 is condensed by the lens 2,
It is guided to the sensing probe 39 by the optical fiber 31.
【００５１】本実施例は、単なる光ファイバ３１のみ
で、光源１とセンシングプローブ３９とを結合できる。In the present embodiment, the light source 1 and the sensing probe 39 can be coupled with only the optical fiber 31.
【００５２】なお、煩雑さを避けるために、図示を省略
するが、センシングプローブ３９が図７に示した光ファ
イバ型センシングプローブ３９ａでもよいことは、明ら
かであろう。Although not shown in the drawings for the sake of simplicity, it will be apparent that the sensing probe 39 may be the optical fiber type sensing probe 39a shown in FIG.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明による力センサは、光学的パラメ
ータを利用するものであるから、特に周囲を囲まなくて
も、すなわちそのままの状態で防爆構造となっている。
高圧，高電流等の電気的外乱にも影響されない。特に、
ギャップがスペーサ自体の形状で決まるので、製作が容
易であり、信頼性が高い。また、スペーサが曲面で導波
路と接触する円柱スペーサおよび球形スペーサの場合
は、衝撃力が加わっても、スペーサが破損することが少
ない。一方、三角形スペーサの場合は、スペーサが鋭角
で導波路と接触するので、微小な力でも大きな変形が生
じ、漏洩光が多くなる結果、高感度が得られる。さら
に、光ファイバを加工して感圧部とした場合は、導波路
と光ファイバとを接着する困難な製造プロセスを排除で
きる。加えて、センシングプローブの後端に反射面を形
成した場合は、接続される光ファイバの本数が減り、光
式力センサの取扱いが容易になる。Since the force sensor according to the present invention uses optical parameters, it has an explosion-proof structure without surrounding the surroundings, that is, as it is.
Unaffected by electrical disturbances such as high voltage and high current. In particular,
Since the gap is determined by the shape of the spacer itself, it is easy to manufacture and highly reliable. Further, when the spacer is a cylindrical spacer or a spherical spacer that comes into contact with the waveguide with a curved surface, the spacer is less likely to be damaged even if an impact force is applied. On the other hand, in the case of the triangular spacer, since the spacer comes into contact with the waveguide at an acute angle, large deformation occurs even with a small force, and a large amount of leaked light is obtained, resulting in high sensitivity. Further, when the optical fiber is processed into the pressure sensitive portion, the difficult manufacturing process of bonding the waveguide and the optical fiber can be eliminated. In addition, when the reflecting surface is formed at the rear end of the sensing probe, the number of optical fibers connected is reduced, and the optical force sensor is easily handled.
【図１】本発明による光式力センサの第１実施例の全体
構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of a first embodiment of an optical force sensor according to the present invention.
【図２】図１の実施例における導波路および円柱スペー
サの詳細な構造の一例を示す(Ａ)平面図,(Ｂ)断面図,
(Ｃ)側断面図である。2 (A) is a plan view, FIG. 2 (B) is a sectional view showing an example of a detailed structure of a waveguide and a cylindrical spacer in the embodiment of FIG.
(C) It is a sectional side view.
【図３】図１の実施例における導波路および球形スペー
サの詳細な構造の一例を示す(Ａ)平面図および(Ｂ)断面
図である。3 (A) is a plan view and FIG. 3 (B) is a sectional view showing an example of a detailed structure of a waveguide and a spherical spacer in the embodiment of FIG.
【図４】図１の実施例における導波路および三角形スペ
ーサの詳細な構造の一例を示す(Ａ)平面図および(Ｂ)断
面図である。4 (A) is a plan view and FIG. 4 (B) is a sectional view showing an example of a detailed structure of a waveguide and a triangular spacer in the embodiment of FIG.
【図５】本発明による光式力センサの第２実施例のセン
シングプローブ部分の構造を示す(Ａ)断面図および(Ｂ)
平面図である。FIG. 5 is a sectional view (A) and a sectional view (B) showing a structure of a sensing probe portion of a second embodiment of the optical force sensor according to the present invention.
It is a top view.
【図６】本発明による光式力センサの第３実施例の全体
構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the overall structure of a third embodiment of the optical force sensor according to the present invention.
【図７】本発明による光式力センサの第４実施例のセン
シングプローブ部分の構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a structure of a sensing probe portion of an optical force sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】本発明による光式力センサの第５実施例の全体
構造を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the overall structure of a fifth embodiment of the optical force sensor according to the present invention.
【図９】本発明による光式力センサの第６実施例の全体
構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the overall structure of a sixth embodiment of the optical force sensor according to the present invention.
【図１０】本発明による光式力センサの第７実施例の全
体構造を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the overall structure of a seventh embodiment of the optical force sensor according to the present invention.
【図１１】従来の光式力センサの構造の一例を示す図で
ある。FIG. 11 is a diagram showing an example of a structure of a conventional optical force sensor.
１ 光源 ２ レンズ ３ 光ファイバ ４ 分岐部 ５ 光ファイバ ６ センシングプローブ ７ 基板 ８ 導波層 ９ クラッド層 １０ 導波路 １１ 円柱スペーサ １１ａ 球形スペーサ １１ｂ 三角柱スペーサ １２ センシング部材 １３ 光ファイバ １４ 光検出器 １５ 光検出器 １６ 補正回路 １７ 感圧部 １８ スペース １９ イオン拡散部 ２０ 接触部 ２１ センシングプローブ ２２ 光ファイバ保持部 ２３ コア ２４ クラッド層 ２５ 光ファイバ ２６ 低屈折率層 ２７ 感圧部 ２８ 円筒形スペーサ ２９ スペース ３０ センシング部材 ３１ 光ファイバ ３２ 光ファイバ ３３ 分岐部 ３４ 分岐部 ３５ 光ファイバ ３６ 反射膜 ３７ 分岐部 ３８ 光ファイバ ３９ センシングプローブ ４０ 反射膜 ４１ 検出器 ４３ 反射膜 ４４ ハーフミラー 1 light source 2 lens 3 optical fiber 4 branch 5 optical fiber 6 sensing probe 7 substrate 8 waveguiding layer 9 clad layer 10 waveguide 11 cylindrical spacer 11a spherical spacer 11b triangular prism spacer 12 sensing member 13 optical fiber 14 photodetector 15 photodetection 16 Compensation circuit 17 Pressure sensitive part 18 Space 19 Ion diffusion part 20 Contact part 21 Sensing probe 22 Optical fiber holding part 23 Core 24 Clad layer 25 Optical fiber 26 Low refractive index layer 27 Pressure sensitive part 28 Cylindrical spacer 29 Space 30 Sensing Member 31 Optical fiber 32 Optical fiber 33 Branch part 34 Branch part 35 Optical fiber 36 Reflective film 37 Branch part 38 Optical fiber 39 Sensing probe 40 Reflective film 41 Detector 43 Reflective film 44 Half mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 弘之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Sugawara 502 Kintatemachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Inside the Ritsuryo Manufacturing Co., Ltd.
Claims (16)
れた導波路を含むセンシングプローブと、前記光源およ
びセンシングプローブを結合する第１光ファイバと、前
記センシングプローブおよび信号処理部を結合する第２
光ファイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。1. A light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, and the sensing probe and the signal processing unit. Second
In an optical force sensor including an optical fiber, the sensing probe includes a pressure-sensitive part that is a part of the waveguide, a sensing member installed on the pressure-sensitive part, the sensing member and the pressure-sensitive part. An optical force sensor comprising: a spacer interposed between the parts, the spacer being deformed in accordance with a force applied to the sensing member and changing a contact area with the pressure sensitive part.
れた導波路を含むセンシングプローブと、前記光源およ
びセンシングプローブを結合する第１光ファイバと、前
記センシングプローブおよび信号処理部を結合する第２
光ファイバと、前記第１光ファイバの途中に形成された
分岐部と、前記分岐部および信号処理部を結合する第３
光ファイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。2. A light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber for coupling the light source and the sensing probe, and the sensing probe and the signal processing unit. Second
An optical fiber, a branch part formed in the middle of the first optical fiber, and a third part for coupling the branch part and the signal processing part.
In an optical force sensor including an optical fiber, the sensing probe includes a pressure-sensitive part that is a part of the waveguide, a sensing member installed on the pressure-sensitive part, the sensing member and the pressure-sensitive part. An optical force sensor comprising: a spacer interposed between the parts, the spacer being deformed in accordance with a force applied to the sensing member and changing a contact area with the pressure sensitive part.
ーブと、前記光源および信号処理部を結合する第１光フ
ァイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、前
記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記セ
ンシング部材および前記感圧部の間に介在し前記センシ
ング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接触
面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする光
式力センサ。3. An optical force sensor comprising a light source, a signal processing unit, a sensing probe, and a first optical fiber coupling the light source and the signal processing unit, wherein the sensing probe is the first optical fiber. A pressure-sensitive portion formed by partially removing a part of the clad layer, a sensing member installed on the pressure-sensitive portion, and the sensing member interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion. An optical force sensor, comprising: a spacer that is deformed according to such a force to change a contact area with the pressure sensitive portion.
ーブと、前記光源および信号処理部を結合する第１光フ
ァイバと、前記光ファイバの途中に形成された分岐部
と、前記分岐部および信号処理部を結合する第３光ファ
イバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、前
記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記セ
ンシング部材および前記感圧部の間に介在し前記センシ
ング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接触
面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする光
式力センサ。4. A light source, a signal processing unit, a sensing probe, a first optical fiber coupling the light source and the signal processing unit, a branch formed in the middle of the optical fiber, the branch and the signal. In the optical force sensor including a third optical fiber coupling a processing unit, the sensing probe includes a pressure sensitive unit formed by partially removing a part of the clad layer of the first optical fiber, and the sensing unit. A sensing member installed on the upper part of the pressure portion, and a spacer interposed between the sensing member and the pressure sensitive portion and deformed according to a force applied to the sensing member to change a contact area with the pressure sensitive portion. An optical force sensor having.
れた導波路を含むセンシングプローブと、前記光源およ
びセンシングプローブを結合する第１光ファイバと、前
記センシングプローブおよび信号処理部を結合する第２
光ファイバと、前記第１光ファイバの途中に形成された
第１分岐部と、前記第１分岐部および信号処理部を結合
する光路の一部をなす第３光ファイバとからなる光式力
センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端に第１反射膜を有し、 前記第１光ファイバが、前記第１反射膜からの反射光を
前記第２光ファイバにより前記信号処理部に結合する第
２分岐部を前記第１分岐部よりも前記センシングプロー
ブ側に有し、 前記第３光ファイバが、前記第１分岐部との接続端に対
向する他端に第２反射膜を有するとともに、前記第１分
岐部と前記第２反射膜との間に第３分岐部を有し、 前記第２反射部からの反射光を前記信号処理部に結合す
る第４光ファイバが、前記第３分岐部に接続され、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。5. A light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, and the sensing probe and the signal processing unit. Second
An optical force sensor including an optical fiber, a first branch portion formed in the middle of the first optical fiber, and a third optical fiber forming a part of an optical path connecting the first branch portion and the signal processing unit. In the above, the sensing probe has a first reflection film at the other end facing the connection end with the first optical fiber, and the first optical fiber transmits the reflected light from the first reflection film to the second reflection film. A second branching portion that is coupled to the signal processing portion by an optical fiber is provided closer to the sensing probe than the first branching portion, and the third optical fiber faces a connection end with the first branching portion. A second reflecting film is provided at an end, and a third branching portion is provided between the first branching portion and the second reflecting film, and reflected light from the second reflecting portion is coupled to the signal processing unit. A fourth optical fiber is connected to the third branch, And a force applied to the sensing member, the sensing probe being interposed between the pressure-sensitive part that is a part of the waveguide, the sensing member installed on the pressure-sensitive part, and the sensing member and the pressure-sensitive part. An optical force sensor, comprising: a spacer that is deformed in accordance with the above and whose contact area with the pressure-sensitive portion changes.
ーブと、前記光源およびセンシングプローブを結合する
第１光ファイバと、前記センシングプローブおよび信号
処理部を結合する第２光ファイバと、前記第１光ファイ
バの途中に形成された第１分岐部と、前記第１分岐部お
よび信号処理部を結合する光路の一部をなす第３光ファ
イバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端に第１反射膜を有し、 前記第１光ファイバが、前記第１反射膜からの反射光を
前記第２光ファイバにより前記信号処理部に結合する第
２分岐部を前記第１分岐部よりも前記センシングプロー
ブ側に有し、 前記第３光ファイバが、前記第１分岐部との接続端に対
向する他端に第２反射膜を有するとともに、前記第１分
岐部と前記第２反射膜との間に第３分岐部を有し、 前記第２反射部からの反射光を前記信号処理部に結合す
る第４光ファイバが、前記第３分岐部に接続され、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、前
記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記セ
ンシング部材および前記感圧部の間に介在し前記センシ
ング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接触
面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする光
式力センサ。6. A light source, a signal processing unit, a sensing probe, a first optical fiber connecting the light source and the sensing probe, a second optical fiber connecting the sensing probe and the signal processing unit, and the first optical fiber. An optical force sensor comprising a first branch portion formed in the middle of an optical fiber and a third optical fiber forming a part of an optical path connecting the first branch portion and the signal processing section, wherein the sensing probe comprises: The other end facing the connection end with the first optical fiber has a first reflective film, and the first optical fiber causes the reflected light from the first reflective film to be transmitted by the second optical fiber to the signal processing unit. Has a second branching portion on the sensing probe side with respect to the first branching portion, and the third optical fiber has a second reflecting film at the other end facing the connection end with the first branching portion. Have A fourth optical fiber that has a third branch between the first branch and the second reflective film and couples the reflected light from the second reflector to the signal processor is A pressure-sensitive part which is connected to three branch parts and in which the sensing probe is formed by partially removing a part of the cladding layer of the first optical fiber; and a sensing member installed on the pressure-sensitive part. An optical force sensor comprising: a spacer interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion, the spacer being deformed according to a force applied to the sensing member and having a contact area with the pressure-sensitive portion changed.
れた導波路を含むセンシングプローブと、前記光源およ
びセンシングプローブを結合する第１光ファイバと、前
記センシングプローブおよび信号処理部を結合する第２
光ファイバと、前記第１光ファイバの途中に形成された
第１分岐部と、前記第１分岐部および信号処理部を結合
する第３光ファイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端に第１反射膜を有し、 前記第１光ファイバが、前記第１反射膜からの反射光を
前記第２光ファイバにより前記信号処理部に結合する第
２分岐部を前記第１分岐部よりも前記センシングプロー
ブ側に有し、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。7. A light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, and the sensing probe and the signal processing unit. Second
An optical force sensor comprising an optical fiber, a first branch portion formed in the middle of the first optical fiber, and a third optical fiber coupling the first branch portion and a signal processing unit, wherein the sensing probe is A first reflection film is provided at the other end opposite to the connection end with the first optical fiber, and the first optical fiber processes the reflected light from the first reflection film by the second optical fiber. A second branch portion that is coupled to a portion on the sensing probe side with respect to the first branch portion, and the sensing probe is installed on the pressure sensitive portion that is a part of the waveguide and on the pressure sensitive portion. And a spacer interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion and deformable according to a force applied to the sensing member to change a contact area with the pressure-sensitive portion. Optical power Capacitors.
ーブと、前記光源およびセンシングプローブを結合する
第１光ファイバと、前記センシングプローブおよび信号
処理部を結合する第２光ファイバと、前記第１光ファイ
バの途中に形成された第１分岐部と、前記第１分岐部お
よび信号処理部を結合する第３光ファイバとからなる光
式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端にに第１反射膜を有し、 前記第１光ファイバが、前記第１反射膜からの反射光を
前記第２光ファイバにより前記信号処理部に結合する第
２分岐部を前記第１分岐部よりも前記センシングプロー
ブ側に有し、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、前
記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記セ
ンシング部材および前記感圧部の間に介在し前記センシ
ング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接触
面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする光
式力センサ。8. A light source, a signal processing unit, a sensing probe, a first optical fiber connecting the light source and the sensing probe, a second optical fiber connecting the sensing probe and the signal processing unit, and the first optical fiber. An optical force sensor comprising a first branch portion formed in the middle of an optical fiber and a third optical fiber coupling the first branch portion and a signal processing unit, wherein the sensing probe is the first optical fiber. A second reflective film is provided at the other end opposite to the connection end of the second optical fiber, wherein the first optical fiber couples the reflected light from the first reflective film to the signal processing unit by the second optical fiber. A pressure-sensitive portion having a branch portion closer to the sensing probe than the first branch portion, wherein the sensing probe is formed by partially removing a part of the clad layer of the first optical fiber. And a sensing member installed above the pressure-sensitive portion and deformed according to a force which is interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion and is applied to the sensing member to change a contact area with the pressure-sensitive portion. An optical force sensor, comprising:
れた導波路を含むセンシングプローブと、前記光源およ
びセンシングプローブを結合する第１光ファイバと、前
記第１光ファイバの途中に形成された第１分岐部と、前
記第１分岐部および前記信号処理部を結合する第３光フ
ァイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端に第１反射膜を有し、 前記光源と前記第１光ファイバとの間に配置され、前記
第１反射膜からの反射光を前記信号処理部に反射するハ
ーフミラーを備え、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。9. A light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, and formed in the middle of the first optical fiber. In the optical force sensor including the first branched portion and a third optical fiber that couples the first branched portion and the signal processing portion, the sensing probe faces a connection end with the first optical fiber. A half mirror that has a first reflection film at the other end, is arranged between the light source and the first optical fiber, and reflects the reflected light from the first reflection film to the signal processing unit, The sensing probe includes a pressure-sensitive part that is a part of the waveguide, a sensing member that is installed above the pressure-sensitive part, and the sensing probe is interposed between the sensing member and the pressure-sensitive part. An optical force sensor, comprising: a spacer that is deformed according to a gravitational force and whose contact area with the pressure-sensitive portion changes.
ローブと、前記光源およびセンシングプローブを結合す
る第１光ファイバと、前記第１光ファイバの途中に形成
された第１分岐部と、前記第１分岐部および前記信号処
理部を結合する第３光ファイバとからなる光式力センサ
において、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端にに第１反射膜を有し、 前記光源と前記第１光ファイバとの間に配置され、前記
第１反射膜からの反射光を前記信号処理部に反射するハ
ーフミラーを備え、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
のクラッド層を部分的に削除して形成した感圧部と、前
記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記セ
ンシング部材および前記感圧部の間に介在し前記センシ
ング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接触
面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする光
式力センサ。10. A light source, a signal processing unit, a sensing probe, a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, a first branch portion formed in the middle of the first optical fiber, and the first optical fiber. In the optical force sensor including one branching portion and a third optical fiber that couples the signal processing portion, the sensing probe has a first reflective film at the other end facing the connection end with the first optical fiber. And a half mirror that is disposed between the light source and the first optical fiber and that reflects the reflected light from the first reflective film to the signal processing unit, wherein the sensing probe is the first optical fiber. Part of the clad layer is partially removed to form a pressure-sensitive part, a sensing member installed on the pressure-sensitive part, and the sensing member interposed between the sensing member and the pressure-sensitive part. An optical force sensor, comprising: a spacer that is deformed according to a force applied to the single member and whose contact area with the pressure-sensitive portion changes.
された導波路を含むセンシングプローブと、前記光源お
よびセンシングプローブを結合する第１光ファイバとか
らなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端に第１反射膜を有し、 前記光源と前記第１光ファイバとの間に配置され、前記
光源から前記第１光ファイバへの入射光を前記信号処理
部に反射するとともに、前記第１反射膜からの反射光を
前記信号処理部に反射するハーフミラーを備え、 前記センシングプローブが、前記導波路の一部である感
圧部と、前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材
と、前記センシング部材および前記感圧部の間に介在し
前記センシング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧
部との接触面積が変化するスペーサとを有することを特
徴とする光式力センサ。11. An optical force sensor comprising a light source, a signal processing unit, a sensing probe including a waveguide formed on a substrate, and a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe. A probe has a first reflective film at the other end opposite to the connection end with the first optical fiber, is arranged between the light source and the first optical fiber, and from the light source to the first optical fiber. And a half mirror that reflects the incident light from the first reflection film to the signal processing unit, and the sensing probe is a part of the waveguide. A portion, a sensing member installed above the pressure-sensitive portion, and the pressure-sensitive portion that is interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion and deforms according to the force applied to the sensing member. An optical force sensor, comprising: a spacer whose contact area changes.
ローブと、前記光源およびセンシングプローブを結合す
る第１光ファイバとからなる光式力センサにおいて、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバとの接
続端に対向する他端にに第１反射膜を有し、 前記光源と前記第１光ファイバとの間に配置され、前記
光源から前記第１光ファイバへの入射光を前記信号処理
部に反射するとともに、前記第１反射膜からの反射光を
前記信号処理部に反射するハーフミラーを備え、 前記センシングプローブが、前記第１光ファイバの一部
の少なくともクラッド層を削除して形成した感圧部と、
前記感圧部の上部に設置されたセンシング部材と、前記
センシング部材および前記感圧部の間に介在し前記セン
シング部材にかかる力に応じて変形し前記感圧部との接
触面積が変化するスペーサとを有することを特徴とする
光式力センサ。12. An optical force sensor comprising a light source, a signal processing unit, a sensing probe, and a first optical fiber coupling the light source and the sensing probe, wherein the sensing probe is the first optical fiber. A first reflection film is provided on the other end opposite to the connection end, the first reflection film is disposed between the light source and the first optical fiber, and the incident light from the light source to the first optical fiber is directed to the signal processing unit. A half mirror that reflects and reflects the reflected light from the first reflective film to the signal processing unit is provided, and the sensing probe is formed by removing at least a part of the cladding layer of the first optical fiber. Pressure section,
A sensing member installed above the pressure-sensitive portion, and a spacer interposed between the sensing member and the pressure-sensitive portion and deformed according to a force applied to the sensing member to change a contact area with the pressure-sensitive portion. An optical force sensor having:
いずれか一項に記載の光式力センサにおいて、 前記感圧部が、前記基板上に形成されたクラッド層と導
波層とからなる導波路のクラッド層の少なくとも一部を
削除して形成されていることを特徴とする光式力セン
サ。13. The optical force sensor according to claim 1, wherein the pressure-sensitive portion is a clad layer formed on the substrate and a waveguide. An optical force sensor, which is formed by removing at least a part of a clad layer of a waveguide including a layer.
一項に記載の光式力センサにおいて、 前記スペーサが、円柱スペーサであることを特徴とする
光式力センサ。14. The optical force sensor according to any one of claims 1 to 13, wherein the spacer is a cylindrical spacer.
一項に記載の光式力センサにおいて、 前記スペーサが、球形スペーサであることを特徴とする
光式力センサ。15. The optical force sensor according to claim 1, wherein the spacer is a spherical spacer.
一項に記載の光式力センサにおいて、 前記スペーサが、三角柱スペーサであることを特徴とす
る光式力センサ。16. The optical force sensor according to claim 1, wherein the spacer is a triangular prism spacer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20039294A JPH0862074A (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Optical force sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20039294A JPH0862074A (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Optical force sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862074A true JPH0862074A (en) | 1996-03-08 |
Family
ID=16423569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20039294A Pending JPH0862074A (en) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | Optical force sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0862074A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535636A (en) * | 1999-01-26 | 2002-10-22 | ザ・ボード・オブ・ガバナーズ・フォー・ハイヤー・エデュケイション、ステイト・オブ・ロード・アイランド・アンド・プロビデンス・プランテーションズ | Active strain gauge for seismic damage assessment |
| JP2007285794A (en) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | External force detecting apparatus |
| JP2021032648A (en) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | 古河電気工業株式会社 | External force detector and optical fiber sensor |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP20039294A patent/JPH0862074A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002535636A (en) * | 1999-01-26 | 2002-10-22 | ザ・ボード・オブ・ガバナーズ・フォー・ハイヤー・エデュケイション、ステイト・オブ・ロード・アイランド・アンド・プロビデンス・プランテーションズ | Active strain gauge for seismic damage assessment |
| JP2007285794A (en) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | External force detecting apparatus |
| JP2021032648A (en) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | 古河電気工業株式会社 | External force detector and optical fiber sensor |
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