特許 5722259 柔軟触覚センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5722259

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】柔軟触覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/24 20060101AFI20150430BHJP

   G01L 5/16 20060101ALI20150430BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/24 Z

   G01L5/16

【請求項の数】18

【全頁数】50

(21)【出願番号】特願2012-50861(P2012-50861)

(22)【出願日】2012年3月7日

(65)【公開番号】特開2013-101096(P2013-101096A)

(43)【公開日】2013年5月23日

【審査請求日】2013年7月2日

(31)【優先権主張番号】特願2011-224383(P2011-224383)

(32)【優先日】2011年10月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】511245488

【氏名又は名称】タッチエンス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103137

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 滋

(72)【発明者】

【氏名】永野 顕法

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 隆司

(72)【発明者】

【氏名】丸山 尚哉

【審査官】 三笠 雄司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０１３５９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平３−９０８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−７１５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−７５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３９４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ １／００− １／２６，

５／００− ５／２８，

２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
基板上に固定した発光素子及び受光素子と、
基板上に、前記発光素子及び前記受光素子を覆うように設けられた光透過性弾性部材からなる触覚部と、を備え、
前記触覚部は、前記発光素子と前記受光素子との間に位置して前記基板上に設けられた光透過性弾性部材の部分を有しており、
前記光透過性弾性部材は、当該光透過性弾性部材の密度が光の透過性に影響を与える発泡光透過性弾性部材であり、
前記発光素子と前記受光素子は、前記光透過性弾性部材の部分を介して離間対向しており、前記発光素子から出射された光は、前記発光素子と前記受光素子との間の前記光透過性弾性部材の部分を導光路として透過して前記受光素子で受光され、前記導光路の光透過率は、前記光透過性弾性部材の部分の密度に依存して変化し、前記受光素子は、前記導光路の光透過率に依存する光量を受光し、
前記触覚部に外力が加えられた時の前記光透過性弾性部材の部分の密度変化に伴う受光素子で受光される光量の変化を取得する、
柔軟触覚センサ。

【請求項2】

前記発光素子の光軸と前記受光素子の受光面の法線は略一致している、請求項１に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項3】

前記光透過性弾性部材内には、前記光透過性弾性部材の部分の周囲の一部に、前記光軸に平行して、光透過性弾性部材よりも硬質の材料から形成された変形阻害体が埋設されている、請求項２に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項4】

前記変形阻害体は、前記基板上に固定されている、請求項３に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項5】

前記基板上には、対向する発光素子と受光素子とからなる複数の発光素子・受光素子組が固定されている、請求項１〜４いずれか１項に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項6】

前記複数の発光素子・受光素子組の一部あるいは全部は、変形阻害体を備えた発光素子・受光素子・変形阻害体組である、請求項５（請求項３、請求項４を引用するものに限る）に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項7】

前記基板上には、４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組が配置されている、請求項６に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項8】

前記４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組は、前記触覚部の下面の周辺に位置させて前記基板上に配置されている、請求項７に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項9】

前記４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組のうち、２組の発光素子・受光素子間の光軸は第１の方向に延びており、残りの２組の発光素子・受光素子間の光軸は第１の方向とは異なる第２の方向に延びている、請求項８に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項10】

前記第２の方向は前記第１の方向に対して垂直である、請求項９に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項11】

光軸が第１の方向に延びる２組の発光素子・受光素子・変形阻害体組の各組の変形阻害体は、第１の方向に延びる光軸に対して互いに異なる側に配置されており、
光軸が第２の方向に延びる２組の発光素子・受光素子・変形阻害体組の各組の変形阻害体は、第２の方向に延びる光軸に対して互いに異なる側に配置されている、
請求項９、１０いずれかに記載の柔軟触覚センサ。

【請求項12】

前記基板上には、触覚部の下面の中央に位置して１組の発光素子・受光素子組が配置されている、請求項８〜１０いずれか１項に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項13】

前記基板上には、中央の１組の発光素子・受光素子組と、その周辺に周方向に間隔を存して配置した複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組と、を備えており、前記複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組における各変形阻害体は、時計回りあるいは反時計回りに各発光素子・受光素子間の光軸に対して同じ側に配置されている、請求項６に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項14】

前記基板上には、少なくとも２つの発光素子・受光素子組が配置されており、２つの発光素子・受光素子組が１つの変形阻害体を共有しており、各組の光軸間に前記変形阻害体が位置している、請求項３、４いずれかに記載の柔軟触覚センサ。

【請求項15】

前記基板上には、複数の発光素子及び複数の受光素子が互いに離間して設けてあり、
前記複数の発光素子及び前記複数の受光素子から選択された発光素子及び受光素子によって、ｎ（ｎ≧１）個の対向発光素子・受光素子組が形成され、
前記複数の発光素子及び前記複数の受光素子から選択された発光素子及び受光素子によって、ｍ（ｍ≧１）個の非対向発光素子・受光素子組が形成され、
ｎ個の対向発光素子・受光素子組、ｍ個の非対向発光素子・受光素子組の各発光素子を異なるタイミングで切り替え発光させる制御部を備えている、請求項１〜１４いずれか１項に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項16】

前記非対向発光素子・受光素子組は、受光素子と、当該受光素子に最も近い発光素子と、のペアである、請求項１５に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項17】

前記触覚部内には、前記基板に平行して硬質のプレートが埋設されている、請求項１〜１６いずれか１項に記載の柔軟触覚センサ。

【請求項18】

請求項１〜１７いずれか１項に記載の触覚センサを１つまたは複数埋設してなる柔軟触覚センサシート。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柔軟触覚センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロボット技術の新たなアプリケーションの場として、医療や福祉、リハビリテーションの分野での応用が注目されている。家事や介護が目的のロボットは、環境や人間に密着する機会が多いため、ロボットに柔軟な触覚機能が備わっていることが望ましい。

【0003】

従来のロボットのように、外装が固いと人との密着状態を心理的にも物理的にも作りにくいという問題があったが、柔らかい素材でロボット表面を覆えば、表面が接触する物体の形になじみ、密着状態を作りやすい。これに関連して、「柔軟肉質外装」についての研究が行われている（非特許文献１）。「肉質」とは、柔軟で厚みのある材質に触覚を備え、人間の皮膚や肉のような役割を担うものを意味している。

【0004】

人間とロボットが良好にコミュニケーションを行うためには、ロボットが、人間の感覚を使って得られる情報を同じような情報を取得できることが望ましい。人間の皮膚・肉は３次元的な変形を認識しており、ロボットにも同様の触覚センシング能力を付与することが望ましい。３次元変形検出可能な柔軟肉質外装をロボットの表面に装着することで、なで・つねりといった表面の変形を感じ、人間のような皮膚感覚を持った動作生成が可能となる。日常生活支援を目的としたロボットが柔軟で触覚のある外装を持ち環境や人に密着した仕事を行う可能性のある場面は多いと考えられ、人とロボットの関係性が距離的にも感覚的にも近くなるのに役立つ。

【0005】

非特許文献１では、静電容量型３軸力覚センサをウレタンに埋め込む手法を提案している。しかしながら、上記力覚センサは、回路によって発生する熱の影響を受けやすく、また、センサ自体が硬いので柔軟肉質外装に埋め込んだ場合に、外装の表面を撫で付けた時や密着状態の時に違和感を生じやすく、また、強く押すとセンサ自体が故障してしまうおそれがある等の課題があった。

【0006】

センサ本体が柔軟な材料から形成されている圧力センサが特許文献１〜３に開示されている。特許文献１に開示された触覚センサは、押し方向の一次元の変位を認識するものであり、この触覚センサをロボットに装着したとしても、ロボットに多軸変形感覚を付与することはできない。特許文献２に開示された触覚センサは、フォトリフレクタからなる発光部と受光部が共に上面を向き、ウレタン上面側の反射から当該ウレタンの変形を計測しているため、横方向からの力を検出することはできない。また、特許文献１、２に開示された触覚センサにおいて、発光部と受光部は近接している。

【0007】

特許文献３に係る柔軟触覚センサは、ロボットの表面に装着される柔軟肉質外装に埋め込むことで、３次元変形検出可能な柔軟肉質外装として利用可能であり、特許文献１、２、非特許文献１に係る上記課題を解決することができる。しかしながら、特許文献３に係る柔軟触覚センサでは、発光部と受光部が離間対向するようにウレタンに埋設されており、受光部はウレタン中に浮いた状態で存在しているため、ウレタンの弾性変形に伴い発光部が受光部に接近し、接触して部品が傷むおそれがある。また、受光部を電気的に基板に接続する配線部もウレタン中に浮いた状態で存在しているため、ウレタンの変形に伴い受光部と基板とを接続する配線部が変形し、繰り返し使用により配線部の断線のおそれがある。これらの不具合は、製品寿命を短くしてしまう可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第３６５３２８４号

【特許文献2】特開２００７−７８３８２

【特許文献3】特開２０１１−７５５７

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】M.Hayashi, Y.Ishizaka, R.Ueda, T.Yoshikai, and M.Inaba. Developmentof a humanoid with distributed deformation sense with full-body soft plasticfoam cover as flesh of a robot. In Journal of Robotics Society of Japan, Vol.26, pp. 537.545, 2007.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、柔軟触覚センサにおいて、光透過性弾性部材の変形が当該センサの他の構成要素に与える影響を低減することを目的とするものである。
本発明の他の目的は、光透過性弾性部材の変形が当該センサの他の構成要素に与える影響を低減しつつ、センサ自体が多軸の柔軟変形が可能で、かつ、その変形を検知できる柔軟触覚センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明が採用した技術手段は、
基板と、
基板上に固定した発光素子及び受光素子と、
基板上に、前記発光素子及び前記受光素子を覆うように設けられた光透過性弾性部材からなる触覚部と、を備え、
前記発光素子と前記受光素子は、前記光透過性弾性部材の部分を介して離間対向しており、前記発光素子から出射された光は、前記発光素子と前記受光素子との間の光透過性弾性部材の部分を透過して前記受光素子で受光され、
前記触覚部に外力が加えられた時の前記光透過性弾性部材の部分の密度変化に伴う受光素子で受光される光量の変化を取得する、
柔軟触覚センサ、である。
１つの態様では、前記発光素子の光軸と前記受光素子の受光面の法線は略一致している。

【0012】

１つの態様では、前記光透過性弾性部材内には、前記光透過性弾性部材の部分の周囲の一部に、前記光軸に平行して、光透過性弾性部材よりも硬質の材料から形成された変形阻害体が埋設されている。
１つの態様では、前記変形阻害体は、前記基板上に固定されている。

【0013】

１つの態様では、前記基板上には、対向する発光素子と受光素子とからなる複数の発光素子・受光素子組（対向発光素子・受光素子組）が固定されている。
１つの態様では、前記複数の発光素子・受光素子組の一部あるいは全部は、変形阻害体を備えた発光素子・受光素子・変形阻害体組である。
１つの態様では、前記基板上には、４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組が配置されている。
１つの態様では、前記４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組は、前記触覚部の下面の周辺に位置させて前記基板上に配置されている。
１つの態様では、前記４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組のうち、２組の発光素子・受光素子間の光軸は第１の方向に延びており、残りの２組の発光素子・受光素子間の光軸は第１の方向とは異なる第２の方向に延びている。
１つの態様では、前記第２の方向は前記第１の方向に対して垂直である。
１つの態様では、光軸が第１の方向に延びる２組の発光素子・受光素子・変形阻害体組の各組の変形阻害体は、第１の方向に延びる光軸に対して互いに異なる側に配置されており、
光軸が第２の方向に延びる２組の発光素子・受光素子・変形阻害体組の各組の変形阻害体は、第２の方向に延びる光軸に対して互いに異なる側に配置されている。
１つの態様では、前記基板上には、触覚部の下面の中央に位置して１組の発光素子・受光素子組が配置されている。

【0014】

１つの態様では、前記基板上には、中央の１組の発光素子・受光素子組と、その周辺に周方向に間隔を存して配置した複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組と、を備えており、前記複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組における各変形阻害体は、時計回りあるいは反時計回りに各発光素子・受光素子間の光軸に対して同じ側に配置されている。

【0015】

１つの態様では、前記基板上には、少なくとも２つの発光素子・受光素子組が配置されており、２つの発光素子・受光素子組が１つの変形阻害体を共有しており、各組の光軸間に前記変形阻害体が位置している。

【0016】

１つの態様では、前記触覚部内には、前記基板に平行して硬質のプレート（触覚部に作用する力によってプレート自体が変形を起こさない程度の強度を備えた）が埋設されている。

【0017】

１つの態様では、上記記載の触覚センサを１つまたは複数埋設してなる柔軟触覚センサシートが提供される。
１つの態様では、このような柔軟触覚センサシートはロボット用柔軟外装として用いられる。
１つの態様では、柔軟触覚センサシートは、接触面となる表面と、裏面と、を備え、前記触覚センサは裏面に形成された凹部に嵌め込まれている。

【発明の効果】

【0018】

本発明では、発光素子、受光素子は基板上に離間して固定されているので、触覚部の弾性変形に伴って発光素子と受光素子が接触することがない。
本発明では、発光素子、受光素子は共に基板に固定されているので、触覚部の変形の影響を受けるような接続配線部（光透過性弾性部材内に浮いている）が不要である。
基板上に発光素子・受光素子・変形阻害体組を複数設けた柔軟触覚センサでは、触覚部が多軸の柔軟変形が可能で、かつ、その多軸の変形を認識することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1A】基礎実験を示す概略図である。

【図1B】基礎実験結果を示す図である。

【図2A】本発明の原理を説明する図である。

【図2B】複数の発光素子・受光素子組を備えた柔軟触覚センサを示す図である。

【図3A】本発明の原理（変形阻害体を備えたもの）を説明する図である。

【図3B】本発明の原理（変形阻害体を備えたもの）を説明する図である。

【図3C】複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組を備えた柔軟触覚センサを示す図である。

【図4A】４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組と、１組の発光素子・受光素子組を備えた柔軟触覚センサの平面図である。

【図4B】図４Ａにおいて、矢印方向に力が加わった場合の触覚部の変形を説明する図である。

【図4C】図４Ａにおいて、反時計回り方向に力が加わった場合の触覚部の変形を説明する図である。

【図4D】図４Ａにおいて、時計回り方向に力が加わった場合の触覚部の変形を説明する図である。

【図5A】柔軟触覚センサの実施形態の概略斜視図である。

【図5B】図５Ａに示す基板の平面図である。

【図5C】柔軟触覚センサの実施形態のブロック図である。

【図6A】変形阻害体を備えた他の実施形態の平面図である。

【図6B】図６Ａに示す実施形態の作用を説明する図である。

【図6C】図６Ａに示す実施形態の作用を説明する図である。

【図7A】変形サポートを備えた実施形態を説明する図である。

【図7B】変形サポートを備えた実施形態を説明する図である。

【図8】複数の柔軟触覚センサが埋設されたウレタンシートを示す図である。

【図9A】実験に用いたセンサの発光素子・受光素子組を示す平面図である。

【図9B】ウレタン上面の押し込み実験の結果を示す図である。

【図9C】ウレタン上面に傾きを与えた実験の結果を示す図である。

【図9D】上図は、平行移動確認実験に用いたセンサ（変形阻害体有り）の平面図、下図は、平行移動時の出力変化を示す図である。

【図9E】上図は、平行移動確認実験に用いたセンサ（変形阻害体無し）の平面図、下図は、平行移動時の出力変化を示す図である。

【図9F】上図は、ウレタン上面の押し込み量と出力電圧変化の関係の実験の概要図、下図は、実験結果を示す図である。

【図10】非対向発光素子・受光素子組を用いた他の実施形態の平面図である。

【図11】非対向発光素子・受光素子組を用いた他の実施形態の実験に用いた押下点を示す平面図である。

【図12A】対向点灯実験において、点000を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12B】対向点灯実験において、点001を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12C】対向点灯実験において、点002を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12D】対向点灯実験において、点003を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12E】対向点灯実験において、点004を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12F】対向点灯実験において、点005を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12G】対向点灯実験において、点006を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12H】対向点灯実験において、点007を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図12I】対向点灯実験において、点008を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13A】非対向点灯実験において、点000を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13B】非対向点灯実験において、点001を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13C】非対向点灯実験において、点002を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13D】非対向点灯実験において、点003を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13E】非対向点灯実験において、点004を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13F】非対向点灯実験において、点005を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13G】非対向点灯実験において、点006を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13H】非対向点灯実験において、点007を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図13I】非対向点灯実験において、点008を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示す図である。

【図14】他の態様に係る柔軟触覚センサの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

［Ａ］柔軟触覚センサの概要
図２Ａに示すように、単一の基板１上に発光素子２と受光素子３を配置し、これを光透過性弾性部材として例示する発泡ウレタンによって覆うことで触覚部４を形成してなる柔軟触覚センサを提案する。発光素子２と受光素子３は離間対向している。発光素子２から出射される光の光軸と、受光素子３の受光面の法線は略一致している。離間する発光素子２と受光素子３との間には、触覚部４を構成するウレタンの部分が介在している。柔軟触覚センサの触覚部４に外力が加えられた際、触覚部４を形成する発泡ウレタンに変形が生じるため、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分も圧縮される。発光素子２と受光素子３間の距離は一定であるが、発光素子２と受光素子３との間の発泡ウレタンの部分に密度変化が生じることから受光素子３が受ける光量が変化する。受光素子３の出力変化を計測することで、触覚部４に加えられた力を検出することができる。また、図３Ｃ、図４等に示すように、基板１上に複数の発光素子と受光素子を対にして配置し、さらに意図的に外力によるウレタンの変形を阻害する変形阻害体５を配置することで、上面からの圧縮荷重のみでなく、横方向からの力を含めた複数軸の力の検出が可能となる。なお、図面において、太い実線の矢印は触覚部４に作用する力を示し、点線の矢印は発光素子から出射される光の光軸を示している。

【0021】

［Ｂ］基礎実験
発泡ウレタンを用いた密度変化実験を行った。実験の概略図を図１Ａに示す。
（１）同密度の発泡ウレタンを複数個用意する。
（２）一定の距離に保たれた発光素子−受光素子間に１個の発泡ウレタンを挿入する。
（３）ウレタンが挿入された状態の受光素子からの出力を計測する。
（４）発光素子−受光素子間の距離を保った状態で挿入するウレタンの個数を増やし、出力を計測する。
結果を図１Ｂに示す。出力（電圧）の変化と密度（個数）の変化との間に相関があり、予測理論値と一致することが確認された。

【0022】

［Ｃ］基本構成１
図２Ａに示すように、柔軟触覚センサは、基板１と、基板１上に離間対向させて固定した発光素子２及び受光素子３と、基板１上に、発光素子２及び受光素子３を覆うように設けられた光透過性弾性部材としての発泡ウレタンからなる触覚部４と、を備えている。発光素子２と受光素子３との間にも発泡ウレタンが設けてあり、発光素子２と受光素子３は、発泡ウレタンの部分を介して離間対向している。発光素子２から出射された光は、発光素子２と受光素子３との間の発泡ウレタンの部分を透過して受光素子３で受光される。発光素子２と受光素子３との間の発泡ウレタンの部分は、発光素子２から出射された光の導光路を形成しており、発光素子２から出射された光の光軸は発光素子２と受光素子３との間の発泡ウレタンの部分を通って延びている。図示の態様では、光軸は基板１の上面に平行に延びているが、光軸の方向は必ずしも基板１に平行なものに限定されるものではない。

【0023】

発泡ウレタンからなる触覚部４に外力が加えられると、触覚部４を形成するウレタンが変形し、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度が変化する。図２Ａ右図では、触覚部４の上面に下方に向かう外力が加えられた場合を例示している。このような外力が加えられると、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度が上昇する。触覚部４に力が加わって、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度が変化すると、当該部分を通る光の透過率が変化する。発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分における光の透過率の変化に伴い受光素子３で受光される光量が変化することを利用して、力の検出を行う。

【0024】

触覚部４に外力が加えられた時と、触覚部４に外力が加えられていない時と、では、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度が異なり、したがって、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度変化に伴う受光素子３で受光される光量の変化を取得することで、センサ本体４に外力が加えられたという情報を得ることができる。

【0025】

［Ｄ］発光素子・受光素子組の複数配置
本明細書において、発光素子２と、当該発光素子２から出射された光を受光する受光素子３と、の組を、発光素子・受光素子組という。図２Ｂでは、１つの基板１上に複数の発光素子・受光素子組を配置した態様を示している。触覚部４は、４つの側面４０、４１、４２、４３、上面４４、下面４５を備えた直方体であり、下面４５は基板１上に密接している。触覚部４は平面視方形（正方形）であり、下面４５は、第１辺（側面４０の下端）、第２辺（側面４１の下端）、第３辺（側面４２の下端）、第４辺（側面４３の下端）を備えた方形（正方形）である。図２Ｂでは、基板１は、下面４５と同寸の平面視方形（正方形）であり、この場合、触覚部４の下面の第１辺、第２辺、第３辺、第４辺は、それぞれ、基板１の第１辺、第２辺、第３辺、第４辺に対応するが、実際の態様では、例えば、図５Ａに示すように、基板１の上面の面積は、触覚部４の下面の面積よりも大きく設定され得る。

【0026】

図２Ｂ右図に示すように、基板１上には、触覚部４内に位置して、４組の発光素子・受光素子組が配置されている。具体的には、第１組は、発光素子２０・受光素子３０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３の組である。

【0027】

発光素子２０と受光素子３３は、触覚部４の方形状の下面の第１角部に近い位置に配置されており、発光素子２１と受光素子３０は、触覚部４の方形状の下面の第２角部に近い位置に配置されており、発光素子２２と受光素子３１は、触覚部４の方形状の下面の第３角部に近い位置に配置されており、発光素子２３と受光素子３２は、触覚部４の方形状の下面の第４角部に近い位置に配置されている。結果として、第１組は、触覚部４の下面の第１辺に沿って配置されており、第２組は、触覚部４の下面の第２辺に沿って配置されており、第３組は、触覚部４の下面の第３辺に沿って配置されており、第４組は、触覚部４の下面の第４辺に沿って配置されている。

【0028】

発光素子２０から出射される光は、第１角部と第２角部を結ぶ第１辺に平行に進み、受光素子３０で受光される。発光素子２０から出射される光の光軸は、第１辺、側面４０に平行している。

【0029】

発光素子２１から出射される光は、第２角部と第３角部を結ぶ第２辺に平行に進み、受光素子３１で受光される。発光素子２１から出射される光の光軸は、第２辺、側面４１に平行している。

【0030】

発光素子２２から出射される光は、第３角部と第４角部を結ぶ第３辺に平行に進み、受光素子３２で受光される。発光素子２２から出射される光の光軸は、第３辺、側面４２に平行している。

【0031】

発光素子２３から出射される光は、第４角部と第１角部を結ぶ第４辺に平行に進み、受光素子３３で受光される。発光素子２３から出射される光の光軸は、第４辺、側面４３に平行している。

【0032】

図２Ｂに示す柔軟触覚センサにおいて、上面４４の押し込み及び傾き検出が可能である。例えば、上面４４に下方に向かう力が加わった場合には、各組における発光素子・受光素子間のウレタン部分が圧縮されるため、各組の受光素子で取得される光量が変化する。しかしながら、上方から押し込みによる圧縮か、あるいは、横方向からの押し込み（例えば、触覚部４の第１側面４０に対して垂直な外力が加わった場合）による圧縮であるかの判別が出来ない。

【0033】

［Ｅ］基本構成２
図３Ａは、触覚部４を形成する発泡ウレタン４内に変形阻害体５を設ける態様を示す。変形阻害体５を発光素子２から出射される光の光軸に並行して配置することで、特定の方向からの作用する力による変形を意図的に阻害し、力のかかる方向による受光素子３の出力（光量を変換した電圧）に偏りを持たせる。変形阻害体５は、触覚部４を形成する光透過性弾性部材（発泡ウレタン）よりも硬質の材料から形成され、例えば、光透過性弾性部材を形成する発泡ウレタンよりも硬質のウレタン、樹脂、セラミックス等から形成され得る。発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分は、長尺状の部分であり、例えば、当該長尺状の部分の左右のいずれか一方に隣接させて変形阻害体５を配置する。

【0034】

図３Ａに示すように、触覚部４は、長尺の第１側面４０、第３側面４２、短尺の第２側面４１、第４側面４３を備え、平面視方形状となっている。発光素子２から出射されて受光素子３で受光される光軸は、第１側面４０、第３側面４２に平行状に延びている。発光素子２から出射されて受光素子３で受光される光軸に平行して第１側面４０側（図における左側）に位置して、変形阻害体５を配置する。変形阻害体５は基板１上に固定されるが、変形阻害体５を基板１に固定することは望ましい態様であるが必須ではなく、基板１に固定しないで設けてもよい。

【0035】

図３Ｂ左図に示すように、図中左から触覚部４の第１側面４０に横方向の力が作用した場合には、変形阻害体５の左側の部位のウレタンの部分の密度は上昇するが、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度は力が作用する前後で殆ど変わらない。

【0036】

図３Ｂ右図に示すように、図中右から触覚部４の第３側面４２に横方向の力が作用した場合には、発光素子２と受光素子３との間のウレタンの部分の密度が上昇し、変形阻害体５の右側の部位のウレタンの密度は力が作用する前後で殆ど変わらない。

【0037】

変形阻害体５を設けることで、同じ横方向から外力が加わった場合であっても、第１側面４０から力が作用した場合と、第３側面４２から力が作用した場合と、では発光素子２と受光素子３間のウレタン部分の密度変化が異なり、したがって、受光素子３で受光される光量の変化が異なる。このように、所定部位に変形阻害体５を設けて力のかかる方向による出力（受光素子３で受光される光量の変化）に偏りを持たせることによって、力が作用した方向を識別することができる。

【0038】

［Ｆ］発光素子・受光素子・変形阻害体組の複数配置
本明細書において、発光素子２と、当該発光素子２から出射された光を受光する受光素子３と、の組に、さらに変形阻害体５を加えた組を、発光素子・受光素子・変形阻害体組という。図３Ｃは、図２Ｃに示す発光素子・受光素子組の各組に変形阻害体が加えられた複数の発光素子・受光素子・変形阻害体組を示す。

【0039】

図３Ｃ右図に示すように、基板１上には、触覚体４内に位置して、４組の発光素子・受光素子・変形阻害体組が配置されている。具体的には、第１組は、発光素子２０・受光素子３０・変形阻害体５０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１・変形阻害体５１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２・変形阻害体５２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３・変形阻害体５３の組である。

【0040】

発光素子２０と受光素子３３は、触覚部４の方形状の下面の第１角部に近接した位置に配置されており、発光素子２１と受光素子３０は、触覚部４の方形状の下面の第２角部に近接した位置に配置されており、発光素子２２と受光素子３１は、触覚部４の方形状の下面の第３角部に近接した位置に配置されており、発光素子２３と受光素子３２は、触覚部４の方形状の下面の第４角部に近接した位置に配置されている。第１組は、触覚部４の下面の第１辺に沿って（第１方向）配置されており、第２組は、触覚部４の下面の第２辺に沿って（第２方向）配置されており、第３組は、触覚部４の下面の第３辺に沿って（第１方向）配置されており、第４組は、触覚部４の下面の第４辺に沿って（第２方向）配置されている。

【0041】

発光素子２０から出射される光は、第１角部と第２角部を結ぶ第１辺に平行に進み、受光素子３０で受光される。発光素子２０から出射される光の光軸は、第１辺、側面４０に平行しており（第１方向）、当該光軸に平行するように第１辺側、側面４０側に位置して変形阻害体５０が配置されている。

【0042】

発光素子２１から出射される光は、第２角部と第３角部を結ぶ第２辺に平行に進み、受光素子３１で受光される。発光素子２１から出射される光の光軸は、第２辺、側面４１に平行しており（第２方向）、当該光軸に平行するように第２辺側、側面４１側に位置して変形阻害体５１が配置されている。

【0043】

発光素子２２から出射される光は、第３角部と第４角部を結ぶ第３辺に平行に進み、受光素子３２で受光される。発光素子２２から出射される光の光軸は、第３辺、側面４２に平行しており（第１方向）、当該光軸に平行するように第３辺側、側面４２側に位置して変形阻害体５２が配置されている。

【0044】

発光素子２３から出射される光は、第４角部と第１角部を結ぶ第４辺に平行に進み、受光素子３３で受光される。発光素子２３から出射される光の光軸は、第４辺、側面４３に平行しており（第２方向）、当該光軸に平行するように第４辺側、側面４３側に位置して変形阻害体５３が配置されている。

【0045】

図３Ｃは、側面４０に対して横方向から力が加えられた場合を示し、外力が作用する前のウレタンの密度を「低」とすると、側面４０に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「低」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「中」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「高」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「中」となる。

【0046】

同様に、側面４１に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「中」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「低」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「中」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「高」となる。

【0047】

同様に、側面４２に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「高」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「中」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「低」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「中」となる。

【0048】

同様に、側面４３に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「中」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「高」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「中」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「低」となる。

【0049】

上述のように、図３Ｃに示す態様において、触覚部４の側面４０、４１、４２、４３のいずれかに横からの力が作用した場合には、作用した力に対する各組の光軸の方向及び当該光軸に対する変形阻害体の位置により、各組の発光素子と受光素子間のウレタンの部分の圧縮に差が生じ、各組の受光素子で受光される光量の変化に差がでる。したがって、各組の発光素子で受光される光量の変化を比較することで触覚部４に作用した力の方向を識別することができる。また、触覚部４の上面４４から押し込むような力が作用した場合には、各組の発光素子と受光素子間のウレタンの部分はほぼ同程度に圧縮されるため、横方向から触覚部４に作用する力と識別できる。図３Ｃの態様において、触覚部４の上面４４に傾きを与えるように力を作用させた場合、例えば、触覚部４の側面４０の上方部位を押し込むことで、上面４４が、上面４４の側面４０側が下がるように傾斜した場合には、ウレタンの圧縮の程度は、発光素子２０・受光素子３０間のウレタン部分＞発光素子２１・受光素子３１間のウレタン部分＝発光素子２３・受光素子３３間のウレタン部分＞発光素子２２・受光素子３２間のウレタン部分、となる。

【0050】

図４Ａは、発光素子・受光素子・変形阻害体組の複数配置の他の態様を示す。図４Ａに示すように、基板１上には、触覚部４内に位置するように、５組の発光素子・受光素子組が配置されている。具体的には、第１組は、発光素子２０・受光素子３０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３の組であり、第５組は、発光素子２４・受光素子３４の組である。

【0051】

第１組〜第４組は、発光素子・受光素子・変形阻害体組であり、したがって、第１組は、発光素子２０・受光素子３０・変形阻害体５０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１・変形阻害体５１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２・変形阻害体５２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３・変形阻害体５３の組である。

【0052】

第１組は、触覚部４の下面の第１辺（第１側面４０の下端）の中間部位に位置して配置されており、第２組は、触覚部４の下面の第２辺（第２側面４１の下端）の中間部位に位置して配置されており、第３組は、触覚部４の下面の第３辺（第３側面４２の下端）の中間部位に位置して配置されており、第４組は、触覚部４の下面の第４辺（第４側面４３の下端）の中間部位に位置して配置されている。

【0053】

第１組の発光素子２０、受光素子３０は、第１辺、第１側面４０に対して垂直方向（第２方向）に離間しており、発光素子２０から出射される光の光軸は第２方向に延びている。変形阻害体５０は、第１方向に延びている。第２組の発光素子２１、受光素子３１は、第２辺、第２側面４１に対して垂直方向（第１方向）に離間しており、発光素子２１から出射される光の光軸は第１方向に延びている。変形阻害体５１は、第２方向に延びている。第３組の発光素子２２、受光素子３２は、第３辺、第３側面４２に対して垂直方向（第２方向）に離間しており、発光素子２２から出射される光の光軸は第２方向に延びている。変形阻害体５２は、第１方向に延びている。第４組の発光素子２３、受光素子３３は、第４辺、第４側面４３に対して垂直方向（第１方向）に離間しており、発光素子２３から出射される光の光軸は第１方向に延びている。変形阻害体５３は、第２方向に延びている。

【0054】

第５組は、触覚部４の下面の中央に位置して配置されている。第５組の発光素子２４、受光素子３４は、第２方向に離間対向しており、発光素子２４から出射される光軸は第２方向に延びている。第５組の発光素子２４、受光素子３４は、第１方向、あるいは他の任意の方向に離間するように配置してもよい。

【0055】

図４Ｂは、側面４０に対して横方向から力が加えられた場合を示し、外力が作用する前のウレタンの密度を「低」とすると、側面４０に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「中」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「低」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「中」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「高」、第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は「中」となる。

【0056】

同様に、側面４１に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「高」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「中」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「低」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「中」、第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は「高」となる。

【0057】

同様に、側面４２に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「中」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「高」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「中」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「低」、第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は「中」となる。

【0058】

同様に、側面４３に対して横方向から力が加えられた時の第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの密度は「低」、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの密度は「中」、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの密度は「高」、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの密度は「中」、第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は「高」となる。

【0059】

上述のように、図４Ａに示す態様において、触覚部４の側面４０、４１、４２、４３のいずれかに横からの力が作用した場合には、作用した力に対する各組の光軸の方向及び当該光軸に対する変形阻害体の位置により、各組の発光素子と受光素子間のウレタンの部分の圧縮に差が生じ、各組の受光素子で受光される光量の変化に差がでる。したがって、各組の発光素子で受光される光量の変化を比較することで触覚部４に作用した力の方向を識別することができる。また、触覚部４の上面から押し込むような力が作用した場合には、各組の発光素子と受光素子間のウレタンの部分はほぼ同程度に圧縮されるため、横方向から触覚部４に作用する力と識別できる。図４Ａの態様において、触覚部４の上面に傾きを与えるように力を作用させた場合、例えば、触覚部４の側面４０の上方部位を押し込むことで、上面が、上面の側面４０側が下がるように傾斜した場合には、ウレタンの圧縮の程度は、発光素子２０・受光素子３０間のウレタン部分＞発光素子２３・受光素子３３＞発光素子２１・受光素子３１間のウレタン部分＞発光素子２２・受光素子３２間のウレタン部分、となると考えられる。発光素子２３・受光素子３３間のウレタン部分の圧縮程度と、発光素子２１・受光素子３１間のウレタン部分の圧縮程度は、変形阻害体５３、５１の位置の違いの影響を受け得ると考えられる。

【0060】

図４Ｃは、触覚部４を左にねじった場合、すなわち、触覚部４に対して反時計回りにねじり力が加えられた場合を示し、基板１の周辺の周囲の発光・受光素子間のウレタンは全て変形阻害体に押し付けられ、密度は上がる。より具体的には、第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンは変形阻害体５０に押し付けられて密度が上昇し、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンは変形阻害体５１に押し付けられて密度が上昇し、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンは変形阻害体５２に押し付けられて密度が上昇し、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンは変形阻害体５３に押し付けられて密度が上昇する。基板１の中央に位置する第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は、ねじれにより若干の上昇が見られる。したがって、触覚部４を左にねじった場合には、「中心の密度＜周囲の密度」に基づく光量の変化が観測される。

【0061】

図４Ｄは、触覚部４を右にねじった場合、すなわち、触覚部４に対して時計回りにねじり力が加えられた場合を示し、基板１の周辺の周囲の発光・受光素子間のウレタンの変形は全て変形阻害体により阻害され、密度は殆ど変わらない。より具体的には、第１組の発光素子２０・受光素子３０間のウレタンの変形は変形阻害体５０により阻害され、第２組の発光素子２１・受光素子３１間のウレタンの変形は変形阻害体５１により阻害され、第３組の発光素子２２・受光素子３２間のウレタンの変形は変形阻害体５２により阻害され、第４組の発光素子２３・受光素子３３間のウレタンの変形は変形阻害体５３により阻害される。基板１の中央に位置する第５組の発光素子２４・受光素子３４間のウレタンの密度は、ねじれにより若干の上昇が見られる。したがって、触覚部４を左にねじった場合には、「中心の密度＞周囲の密度」に基づく光量の変化が観測される。

【0062】

このように、図４Ａに示す態様においては、各組の受光素子によって受光される光量の変化に基づいて、触覚部４に対する上面からの押し込み、触覚部４に対する横方向からの押し込み、触覚部４に対するねじれ、の判別が可能である。

【0063】

［Ｇ］柔軟触覚センサの全体構成
図５Ａに、柔軟触覚センサの一実施形態の全体概略斜視図を示す。柔軟触覚センサは、長方形状の基板１と、基板１上に固定した複数の発光素子・受光素子組と、基板１上に、複数の発光素子・受光素子を覆うように設けられた発泡ウレタンからなる直方体状の触覚部４と、を備えている。触覚部４は平面視方形（正方形）状であり、基板１の上面の露出部位（触覚部４が設けていない部位）には、２つのコネクタ（端子）１０が形成されている。

【0064】

図５Ｂに示すように、基板１上には、触覚部４内に位置するように、４組の発光素子・受光素子組が配置されている。具体的には、第１組は、発光素子２０・受光素子３０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３の組である。

【0065】

第１組〜第４組は、発光素子・受光素子・変形阻害体組であり、したがって、第１組は、発光素子２０・受光素子３０・変形阻害体５０の組であり、第２組は、発光素子２１・受光素子３１・変形阻害体５１の組であり、第３組は、発光素子２２・受光素子３２・変形阻害体５２の組であり、第４組は、発光素子２３・受光素子３３・変形阻害体５３の組である。変形阻害体５０〜５３は、各組において受光素子から出射される光軸に対して外側（周辺側）に配置されている。

【0066】

第１組は、触覚部４の下面の第１辺に沿って（第１方向）配置されており、第２組は、触覚部４の下面の第２辺に沿って（第２方向）配置されており、第３組は、触覚部４の下面の第３辺に沿って（第１方向）配置されており、第４組は、触覚部４の下面の第４辺に沿って（第２方向）配置されている。第１組の変形阻害体５０は、第１辺に沿って第１方向に延びており、第２組の変形阻害体５１は、第２辺に沿って第２方向に延びており、第３組の変形阻害体５２は、第３辺に沿って第１方向に延びており、第４組の変形阻害体５３は、第４辺に沿って第２方向に延びている。

【0067】

触覚部４は発泡ウレタン（ＵＲ９１０：日清レジン株式会社）から形成されている。発泡ウレタンは弾性変形可能であると共に、光透過性・光散乱性の性質を備えている。ウレタンの発泡密度によって、発光素子から発光される光の拡散度が変化する。触覚部４を形成する光透過性弾性部材は、発泡ウレタンに限定されるものではなく、密度が光の透過性に影響を与えることが出来る素材であれば、シリコーンゴムスポンジ、フォームラテックス、その他の光透過性柔軟材料が用いられ得る。

【0068】

図示の態様では、触覚部４は、４つの側面４０、４１、４２、４３と、上面４４と、下面と、を備えた直方体である。典型的な１つの態様では、触覚部４は、上面と、下面と、４つの側面を備えた略立方体状の形状を備えている。１つの実施形態では、触覚部４は、一辺が20mm程度の立方体に設計されるが、柔軟触覚センサの外形寸法は限定されず、目的、用途、コスト等に応じて適切な寸法に設定することができる。柔軟触覚センサの外形を直方体とすることで、柔軟外装に柔軟触覚センサを埋め込む際、センサが回転方向にずれることがない。直方体（特に、立方体形状）は、好ましい形態の１つに過ぎないものであり、円柱状、半球状（ドーム型）、三角柱状等の平面視多角形状の柱体等の他の形状から触覚部４を形成してもよい。

【0069】

１つの態様では、発光素子はLED（典型的には赤外線LED）であり、受光素子は、フォトダイオードないしフォトトランジスタである。基板１は、例えば、ガラスエポキシ基板からなるが、その他電子回路基板として用いられる基板から適宜選択してもよい。

【0070】

図５Ｃは、柔軟触覚センサの構成要素を示すブロック図であり、基板１には、発光素子（ＬＥＤ）、受光素子（フォトトランジスタ）、触覚部（発泡ウレタン）の他に柔軟触覚センサを構成する電子部品及び周辺回路が搭載されている。より具体的には、そのような電子部品には、A/D変換部を内蔵したマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータの動作電圧の調整等を行うＬＤＯ（Low Drop Out）、その他電子回路要素（配線、抵抗、コンデンサ等）、コネクタ（端子）１０が含まれる。各フォトトランジスタで取得された電気信号はマイクロコンピュータ（マイクロプロセッサ）に送信される。マイクロコンピュータは、センサアナログ信号をA/D変換し、デジタル通信を行う。実施形態では、基板１にA/D変換部を内蔵したマイクロコンピュータを搭載しているが、A/D変換部やマイクロコンピュータを基板１に搭載しないでセンサ外部に設けてもよい。また、マイクロコンピュータは柔軟触覚センサの制御部として機能することができ、例えば、マイクロコンピュータの記憶部に記憶された点灯パターンにしたがって、各発光素子の発光の切り替え（発光タイミング及び順番）を制御する点灯制御部を構成することができる。

【0071】

触覚部４に外力が作用することで、発泡ウレタンからなる触覚部４が弾性変形し、発泡ウレタンの密度が変化し、発光素子２と受光素子３の間のウレタン部分も圧縮し、触覚部４に外力が加えられた時の前記ウレタンの部分の密度変化に伴う受光素子３で受光される光量の変化を取得する。受光素子３で受光された光量は電圧値として取得され、押し込み方向の変位や各側面側への変位を電圧値で判別する。

【0072】

触覚部４の弾性変形に伴う各発光素子・受光素子組の各受光素子の出力電圧の変化を読み取り、比較することで触覚部４の変形を検出する。触覚部４の変形の方向、すなわち、触覚部４に作用した力の方向、が各発光素子・受光素子組の各受光素子で取得される光量（電圧）の変化と相関があるように、複数の発光素子・受光素子組を配置することで、各受光素子から出力される出力電圧の変化を観測することで、柔軟触覚センサの触覚部４にどのような力が作用したかを検出することができる。例えば、柔軟触覚センサの触覚部に様々な方向の力を作用させた時の各組の各受光素子の電圧の変化を実測して、柔軟触覚センサの変形検出特性をデータベースとして用意しておくことで、得られた各受光素子の電圧から触覚部の変形及び作用した力の方向を推定することができる。

【0073】

［Ｈ］他の実施形態１
図６Ａに示すように、基板１上には触覚部４内に位置して、２組の発光素子・受光素子組が配置されている。第１組の発光素子２０と受光素子３０は、触覚部４の側面４０、４２に沿った第１方向に離間対向しており、発光素子２０から出射される光は第１方向に延びる。第２組の発光素子２１と受光素子３１は、触覚部４の側面４０、４２に沿った第１方向に離間対向しており、発光素子２１から出射される光は第１方向に延びる。

【0074】

第１組の光軸と第２組の光軸の間に位置して、第１方向に延びる変形阻害体５が基板１上に固定されている。すなわち、２組の発光素子・受光素子組と１つの変形阻害体５から１セットが構成されている。

【0075】

図６Ｂ左図に示すように、触覚部４の側面４０に対して横方向の力が作用した場合には、発光素子２１と受光素子３１間のウレタン部分の密度が「高」となる一方、発光素子２０と受光素子３０間のウレタン部分の変形は変形阻害体５によって規制されるため当該ウレタン部分の密度は「並（通常時とほぼ同じ）」である。

【0076】

図６Ｂ右図に示すように、触覚部４の側面４２に対して横方向の力が作用した場合には、発光素子２０と受光素子３０間のウレタン部分の密度が「高」となる一方、発光素子２１と受光素子３１間のウレタン部分の変形は変形阻害体５によって規制されるため当該ウレタン部分の密度は「並（通常時とほぼ同じ）」である。

【0077】

上記２つの方向以外の方向からの力が触覚部４に作用した場合には、発光素子２０と受光素子３０間のウレタン部分、発光素子２１と受光素子３１間のウレタン部分は、それぞれ同程度に圧縮されて共に密度が「高」となる（図６Ｃ参照）。

【0078】

したがって、第１組の受光素子３０で取得される光量の変化、第２組の受光素子３１で取得される光量の変化を取得して比較することで、力の作用した方向を識別することができる。１つの基板上に、２組の発光素子・受光素子組と１つの変形阻害体５から構成されたセットを複数配置してもよい。

【0079】

［Ｉ］他の実施形態２
触覚部４を形成する光透過性弾性部材の素材によっては、光透過性弾性部材の変形が面によって行われず、局所的に行われる場合があり得る（図７Ａ左図参照）。そこで、光透過性弾性部材内に変形のサポートをするための物体を埋設することで変形に均一性を持たせることを考える。

【0080】

図７Ａ右図に示すように、触覚部４の上面４４側に近い部位に基板１に平行状にプレート６が埋設されている。図示の態様では、図７Ｂに示すように、プレート６は方形である。プレート６は触覚部４を形成する光透過性弾性部材（例えば発泡ウレタン）よりは硬質で、かつ、触覚部４に作用する力によってプレート６自体が塑性変形を起こさない程度の強度を備えた材料から形成される。プレート６は、例えば、樹脂、セラミックス、金属等から形成され得る。プレート６は、柔軟であることを特徴とする柔軟触覚センサの利点を損ねることがないように埋設される。

【0081】

［Ｊ］柔軟触覚センサシート
本実施形態に係る柔軟触覚センサを複数個、ウレタンシートに埋め込むことで、触覚パッドや柔軟肉質外装を構成することができる。図８に示すように、ウレタンシート７に所定間隔で埋め込み穴を形成し、各穴に柔軟触覚センサを埋め込み、配線を行うことで触覚パッドや柔軟肉質外装を形成する。シート状の柔軟外装に埋め込む形をとることで硬い外装を持ったロボットにも簡単に取り付けることができる。なで・つねりといった摩擦の多い動作を行っても、センサ自体が柔軟であるため、外装表面からセンサの存在による違和感を覚えることはなく、自然な触り心地である。センサ自体が柔軟で変形するので外装の表面の変形に追従可能である。

【0082】

柔軟触覚センサを一定間隔で並べ、肉質外装と一体とすることでセンサ間の変形認識を補間する機能を得ることができる。例えば、センサ用ウレタンを柔らかく、外装用ウレタンを硬く成型することで、補間性を得やすい柔軟触覚外装をつくることが可能である。通信システムとしては、各センサ上のマイクロコンピュータでA/D変換を行い、デイジーチェーン接続可能なSMBus搭載基板を中継基板とし、シリアル接続を用いた通信システムを採用することができる。

【0083】

埋め込まれた各柔軟触覚センサは、柔軟触覚センサの寸法や埋設されたセンサ同士の間隔等によって異なる変形をし得ると考えられるが、柔軟肉質外装の表面に作用する力に相関して内部の各柔軟触覚センサは特異的に変形する。したがって、柔軟触覚センサが埋設された柔軟肉質外装において、柔軟肉質外装の表面に加えられた力とその時の各柔軟触覚センサの変形とをパターン化してデータベースとして格納しておくことで、各柔軟触覚センサの変形の組み合わせから柔軟肉質外装の表面に作用した外力の意味（なでる、つねる等）を推定することができる。各柔軟触覚センサの変形の方向については、各柔軟触覚センサの受光素子で検出された電圧の変化から取得することができる。

【0084】

［Ｋ］実験例
発光素子、受光素子が図９Ａのように配置されたセンサを用いて実験を行った。センサは４組の発光素子・受光素子組を備え、第１組の出力をＣｈ１、第２組の出力をＣｈ２、第３組の出力をＣｈ３、第４組の出力をＣｈ４とする。基板上に形成されるウレタンの寸法は縦×横×高さ（厚さ）：６５×６５×４２mmである。

【0085】

ウレタンの上面を押し込んだ時の各Ｃｈの出力値の変化量を図９Ｂに示す。押し込み量に応じて、全てのＣｈ出力が変化していることがわかる。このことから押し込み量の検出が可能であると考えられる。

【0086】

図９Ａのセンサについて、第１組（Ch1）の上面が最も低くなるように傾けた際の出力を図９Ｂのグラフ上にプロットしたものを図９Ｃに示す。プロットの数字は、Chに対応している。上面をch1が一番低くなるようにを押し込むと、ch1は20mmの押し込みと認識され、ch2、ch4は10mm程度の押し込みと認識され、ch3は6mm程度の押し込み量と認識された。Ch1が最も低くなるように押し込まれた際に考えられる出力値の変化の関係はch1＞ch2＝ch4＞ch3であり、得られた結果はこれに沿うものであった。このことより、上面の傾きを検出することが可能であると考えられる。

【0087】

センサを平行移動させた時の比較実験を行った。ウレタンの上面を15mm押し込んだ状態で、上面を1Ch方向に10mm、15mm平行移動させた時の、各Chの出力を取得した。各組の発光素子・受光素子間に変形阻害体を設けたセンサ及びその結果を図９Ｄに、各組の発光素子・受光素子間に変形阻害体を持たないセンサ及びその結果を図９Ｅに示す。変形阻害体が無い場合、各chの出力変化に特徴が見られないが、変形阻害体を有する場合、ｃｈ1のみが他のｃｈと異なる特徴を示したことより、変形阻害体が平行移動の検出に有効であると考えられる。

【0088】

図９Ｆ上図に示すように1対の受光素子と発光素子を8mmの間を設けて1つの基板上に配置し、この上にウレタンを成形する。42mmの高さのウレタンを5mmずつ20mmまで押下した時の、押し込み量と出力を計測した後に、高さを10mm減少させるように切断して32mmの高さのウレタンを得た。32mmの高さのウレタンを5mmずつ20mmまで押下した時の、押し込み量と出力を計測した後に、高さを10mm減少させるように切断して22mmの高さのウレタンを得た。22mmの高さのウレタンを5mmずつ20mmまで押下した時の、押し込み量と出力を計測する。結果を下図に示す。センサの出力は押し込み量に応じて変化することが確認された。また、変化の傾向は厚さに関係なく曲線を描くことが確認された。以上の事より、厚みを調整することによってもセンサの感度を変更する事が可能であると考えられる。

【0089】

本実施形態に係る柔軟触覚センサは、自身の３次元の変形を検知可能であると共に、センサ自体も柔軟外装と一緒に柔らかく変形することが可能であるので、このような３次元変形感覚を備えた柔軟触覚センサを、柔軟シートに埋め込むことで、柔軟シートの立体的な変形を感知することができる触覚機能を備えた柔軟触覚センサシートを提供することができる。

【0090】

本実施形態に係る柔軟触覚センサは、柔軟であるので柔軟シートに埋め込んだ時に自然な手触りを提供すると共に、衝撃に強く、壊れにくい。互いに間隔を設けて柔軟シートに埋設した複数の柔軟触覚センサには補間性があるので、センサ間に不感帯を作りにくい構造の柔軟触覚センサシートを提供することができる。

【0091】

このような柔軟触覚センサシートは、好適には、ヒューマノイド用の柔軟外装として用いることができる。柔軟触覚センサを埋め込んだ柔軟肉質外装をヒューマノイドに装着することで、ヒューマノイドに人間の皮膚・肉のような３次元変形感覚を付与することができる。

【0092】

［Ｌ］他の実施形態３
対向発光素子・受光素子組に加えて、非対向発光素子・受光素子組を用いた実施形態について説明する。図１０において、基板１上には、触覚部（ウレタン）４内に位置するように、複数の発光素子（ＬＥＤ）Ｌ１〜Ｌ５、受光素子（フォトトランジスタ）Ｐ１〜Ｐ５が互いに離間して設けられている。

【0093】

複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ５、受光素子Ｐ１〜Ｐ５から、５組の対向発光素子・受光素子組が形成されている。具体的には、第１組は、発光素子Ｌ１・受光素子Ｐ１の組であり、第２組は、発光素子Ｌ２・受光素子Ｐ２の組であり、第３組は、発光素子Ｌ３・受光素子Ｐ３の組であり、第４組は、発光素子Ｌ４・受光素子Ｐ４の組であり、第５組は、発光素子Ｌ５・受光素子Ｐ５の組である。

【0094】

第１組は、触覚部４の下面の第１辺（第１側面４０の下端）に沿って離間対向して配置されており、発光素子Ｌ１から出射される光の光軸は第１辺に沿って延びる。第２組は、触覚部４の下面の第２辺（第２側面４１の下端）に沿って離間対向して配置されており、発光素子Ｌ２から出射される光の光軸は第２辺に沿って延びる。第３組は、触覚部４の下面の第３辺（第３側面４２の下端）に沿って離間対向して配置されており、発光素子Ｌ３から出射される光の光軸は第３辺に沿って延びる。第４組は、触覚部４の下面の第４辺（第４側面４３の下端）に沿って離間対向して配置されており、発光素子Ｌ４から出射される光の光軸は第４辺に沿って延びる。第５組は、触覚部４の下面の中央に位置して第２辺、第４辺に沿う方向に離間対向して配置されており、発光素子Ｌ５から出射される光の光軸は第２辺、第４辺に平行して延びる。これらの５つの組は、対向する発光素子と受光素子のペアからなる対向発光素子・受光素子組である。

【0095】

さらに、複数の発光素子Ｌ１〜Ｌ４、受光素子Ｐ１〜Ｐ４から、４組の非対向発光素子・受光素子組が形成されている。具体的には、第６組は、発光素子Ｌ４・受光素子Ｐ１の組であり、第７組は、発光素子Ｌ１・受光素子Ｐ２の組であり、第８組は、発光素子Ｌ２・受光素子Ｐ３の組であり、第９組は、発光素子Ｌ３・受光素子Ｐ４の組である。

【0096】

第６組は、触覚部４の下面の第１辺と第４辺が交わる隅部に位置して互いに近接して配置されている。第７組は、触覚部４の下面の第２辺と第１辺が交わる隅部に位置して互いに近接して配置されている。第８組は、触覚部４の下面の第３辺と第２辺が交わる隅部に位置して互いに近接して配置されている。第９組は、触覚部４の下面の第４辺と第３辺が交わる隅部に位置して互いに近接して配置されている。これらの４つの組は、対向しない発光素子と受光素子とのペアからなる非対向発光素子・受光素子組である。

【0097】

図１０に示す触覚センサを用いて、触覚部（ウレタン）４の上面を、図１１に示す平面視における000〜008の９点を押下した時の受光素子の光量を電圧として計測する。
●押下部位
000：ウレタン上面の第１辺と第４辺の隅部近傍（発光素子Ｌ４、受光素子Ｐ１の背面側の上方部位）
001：発光素子Ｌ１の光軸の上方部位
002：ウレタン上面の第１辺と第２辺の隅部近傍（発光素子Ｌ１、受光素子Ｐ２の背面側の上方部位）
003：発光素子Ｌ４の光軸の上方部位
004：発光素子Ｌ５の光軸の上方部位
005：発光素子Ｌ２の光軸の上方部位
006：ウレタン上面の第４辺と第３辺の隅部近傍（発光素子Ｌ３、受光素子Ｐ４の背面側の上方部位）
007：発光素子Ｌ３の光軸の上方部位
008：上面の第２辺と第３辺の隅部近傍（発光素子Ｌ２、受光素子Ｐ３の背面側の上方部位）

【0098】

以下の２種類の点灯パターンの各出力を計測する。
●対向点灯
Ｃｈ１：第１組（発光素子Ｌ１からの光を受光した受光素子Ｐ１）の出力
Ｃｈ２：第２組（発光素子Ｌ２からの光を受光した受光素子Ｐ２）の出力
Ｃｈ３：第３組（発光素子Ｌ３からの光を受光した受光素子Ｐ３）の出力
Ｃｈ４：第４組（発光素子Ｌ４からの光を受光した受光素子Ｌ４）の出力
Ｃｈ５：第５組（発光素子Ｌ５からの光を受光した受光素子Ｐ５）の出力

【0099】

対向点灯実験では、各対向発光素子・受光素子組ごとに発光素子を発光させて、対向する受光素子で受光された光量を計測する。具体的には、発光素子Ｌ１の点灯時には、発光素子Ｌ２〜Ｌ５は消灯状態にあり、受光素子Ｐ１の出力のみを読み取る。他の対向発光素子・受光素子組についても同様に、対向させて配置した発光素子の発光と受光素子からの出力の読み取りを行う。以下に手順を示す。
(1)触覚センサのマイクロコンピュータ（記憶部）に対向点灯パターンのプログラムを書き込む。
(2)触覚部の上面の点000に押し付け試験機をセットする。
(3)点000をＣｈ１〜Ｃｈ５のＣｈ毎の計測のため５回押下し、触覚部の変位、荷重、各Ｃｈの出力を計測する。
(4)手順(2)〜(3)を点001〜008まで繰り返す。
結果を図１２（Ａ）〜（Ｉ）に示す。各図において、三日月状の線は、作用した力を示している。

【0100】

●非対向点灯
Ｃｈ１：第６組（発光素子Ｌ４からの散乱光を受光した受光素子Ｐ１）の出力
Ｃｈ２：第７組（発光素子Ｌ１からの散乱光を受光した受光素子Ｐ２）の出力
Ｃｈ３：第８組（発光素子Ｌ２からの散乱光を受光した受光素子Ｐ３）の出力
Ｃｈ４：第９組（発光素子Ｌ３からの散乱光を受光した受光素子Ｐ４）の出力
Ｃｈ５：第５組（発光素子５からの光を受光した受光素子Ｐ５）の出力

【0101】

非対向点灯実験では、各非対向発光素子・受光素子組ごとに発光素子を発光させて、ペアとなっている受光素子で受光された光量を計測する。具体的には、発光素子Ｌ１の点灯時には、発光素子Ｌ２〜Ｌ５は消灯状態にあり、受光素子Ｐ２の出力のみを読み取る。発光素子Ｌ５と受光素子Ｐ５を除き、他の非対向発光素子・受光素子組についても同様に、ペアとなっている発光素子の発光と受光素子からの出力の読み取りを行う。以下に手順を示す。
(1)触覚センサのマイクロコンピュータ（記憶部）に非対向点灯パターンのプログラムを書き込む。
(2)触覚部の上面の点000に押し付け試験機をセットする。
(3) 点000をＣｈ１〜Ｃｈ５のＣｈ毎の計測のため５回押下し、触覚部の変位、荷重、各Ｃｈの出力を計測する。
(4)手順(2)〜(3)を点001〜008まで繰り返す。
計測結果を、図１３（Ａ）〜（Ｉ）に示す。各図において、三日月状の線は、作用した力を示している。

【0102】

図１２（Ａ）は、対向点灯実験において、点000を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ４の出力が大きくなることが観測される。

【0103】

図１２（Ｂ）は、対向点灯実験において、点001を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ１、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0104】

図１２（Ｃ）は、対向点灯実験において、点002を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ１、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0105】

図１２（Ｄ）は、対向点灯実験において、点003を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ４の出力が大きくなることが観測される。

【0106】

図１２（Ｅ）は、対向点灯実験において、点004を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0107】

図１２（Ｆ）は、対向点灯実験において、点005を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ２の出力が大きくなることが観測される。

【0108】

図１２（Ｇ）は、対向点灯実験において、点006を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ３の出力が大きくなることが観測される。

【0109】

図１２（Ｈ）は、対向点灯実験において、点007を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ３の出力が大きくなることが観測される。

【0110】

図１２（Ｉ）は、対向点灯実験において、点008を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ２の出力が大きくなることが観測される。

【0111】

図１３（Ａ）は、非対向点灯実験において、点000を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ１、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0112】

図１３（Ｂ）は、非対向点灯実験において、点001を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0113】

図１３（Ｃ）は、非対向点灯実験において、点002を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ２、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0114】

図１３（Ｄ）は、非対向点灯実験において、点003を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ３、Ｃｈ４、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0115】

図１３（Ｅ）は、非対向点灯実験において、点004を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ３、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0116】

図１３（Ｆ）は、非対向点灯実験において、点005を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ１、Ｃｈ４、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0117】

図１３（Ｇ）は、非対向点灯実験において、点006を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ４、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0118】

図１３（Ｈ）は、非対向点灯実験において、点007を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ２、Ｃｈ３、Ｃｈ５の出力が大きくなることが観測される。

【0119】

図１３（Ｉ）は、非対向点灯実験において、点008を押圧した場合の各Ｃｈの出力を示し、加えられる力が大きくなるにしたがって、特に、Ｃｈ５、Ｃｈ１、Ｃｈ４、Ｃｈ３、Ｃｈ２の出力が大きくなることが観測される。

【0120】

図１２（Ａ）〜（Ｉ）に示すように発光素子、受光素子が１つの基板上に対向配置され、ウレタンに包まれたセンサにおいて、ペアとなる発光素子と受光素子間の密度変化により受光素子から得られる出力が変化することが確認された。

【0121】

一方で、図１３（Ａ）〜（Ｉ）に示すように、発光素子と受光素子が対向で配置されていない場合であっても、ウレタン内の光の乱反射によって、受光素子は近接した発光素子の光を受光することが明らかにされた。例えば、受光素子Ｐ１は発光素子Ｌ４から出射された光の散乱光を受光する。

【0122】

また、押下するポイントが同じであっても点灯パターンによって最も出力が大きくなる受光素子が異なることが示された。意図的に発光素子の点灯パターン及び点灯・消灯タイミングを切り換えることで、対向配置のみでは検出感度が鈍くなりがちな受光素子の背面側の部位の感度を補完することが可能となる。

【0123】

図１０に示す触覚センサを用いて実際に計測を行う時には、１つの態様では、対向点灯と非対向点灯の全計測を１サイクルとして実行する。１つの態様では、１サイクルの発光・受光動作は、対向点灯（第１組による計測→第２組による計測→第３組による計測→第４組による計測→第５組による計測）→非対向点灯（第６組による計測→第７組による計測→第８組による計測→第９組による計測→第５組による計測（＊＊非対向点灯における第５組の計測は必要でしょうか？））である。より具体的には、「発光素子Ｌ１の点灯・受光素子Ｐ１の出力→発光素子Ｌ２の点灯・受光素子Ｐ２の出力→発光素子Ｌ３の点灯・受光素子Ｐ３の出力→発光素子Ｌ４の点灯・受光素子Ｌ４の出力→発光素子Ｌ５の点灯・受光素子Ｐ５の出力→発光素子Ｌ４の点灯・受光素子Ｐ１の出力→発光素子Ｌ１の点灯・受光素子Ｐ２の出力→発光素子Ｌ２の点灯・受光素子Ｐ３の出力→発光素子Ｌ３の点灯・受光素子Ｐ４の出力→発光素子Ｐ５・受光素子Ｐ５の出力」を１サイクルとする。なお、発光させる発光素子を切り換える順番は、このものに限定されない。

【0124】

予め発光素子を発光させる順番をプログラムとして触覚センサの制御部（マイクロコンピュータから構成される）の記憶部に格納しておき、発光素子を制御部によって所定時間間隔で切り替え発光させる。発光素子の切り替え間隔は、１つの態様では、１サイクルが、数十〜数百μ秒（＊＊可能性のある具体的な数値範囲をお教えください）で完了するような時間間隔に設定される。ウレタンの変形は粘弾性を備えているので（例えば、１辺が５０mm程度の立方体のウレタンにおいて、１０mm程度の押し込みから、９割の復元(９mm)が行われるまでに２５０ms程度を要する。）、かかる範囲における時間であれば、１サイクル内で得られる各Ｃｈの出力は、ウレタンに対する力の加わり方の変化の影響を大きく受けることはない。

【0125】

非対向点灯を利用することで、受光素子の背面側の部位の感度を補完することができる。例えば、受光素子Ｐ１について、受光素子Ｐ１と発光素子Ｌ１のペアでは、発光素子Ｌ１と受光素子Ｐ１間の上方（点001）に作用した力を良好に検出できるが（図１２（Ｂ））、受光素Ｐ１の背面側の上方（点000）に作用した力を良好に検出することができない（図１２（Ａ））。ここで、受光素子Ｐ１と発光素子Ｌ４のペアを用いて、発光素子Ｌ４から出射された光の散乱光を受光素子Ｐ１で受光することで、受光素Ｐ１の背面側の上方（点000）に作用した力を良好に検出することができる（図１３（Ａ））。したがって、対向点灯と非対向点灯を組み合わせることで、触覚センサの不感知部位を可及的に少なくすることができ、触覚センサの感度が全体的に向上する。すなわち、対向点灯パターンと非対向点灯パターンを併用することで、図１１における点000〜008のいずれかに作用した力を感度よく検出することができ、対向点灯パターンのみではカバーしきれない範囲を非対向点灯パターンによりカバーすることができる。

【0126】

対向発光素子・受光素子の組、非対向発光素子・受光素子の数や配値態様は、図１０に示すものに限定されない。図１０に示す態様では、全ての発光素子及び受光素子が、対向発光素子・受光素子組の発光素子、受光素子、非対向発光素子・受光素子組の発光素子、受光素子を兼用するが、対向発光素子・受光素子組に専用の発光素子あるいは／および受光素子、また、非対向発光素子・受光素子組に専用の発光素子あるいは／および受光素子を設けてもよい。例えば、図４Ａ、図５Ａ（図５Ｂ）に示す態様において、触覚部（ウレタン）の下面の隅部に、非対向発光素子・受光素子組に専用の発光素子あるいは／および受光素子を設けてもよい。また、図５Ａ（図５Ｂ）に示す態様において、発光素子２２・受光素子３１の組、発光素子２１・受光素子３０の組、発光素子２０・受光素子３３の組、発光素子２３・受光素子３２の組、から非対向発光素子・受光素子組を形成してもよい。

【0127】

図１０に示す実施態様は、さらに拡張することができる。図１０の態様では、対向発光素子・受光素子組、非対向発光素子・受光素子組を用いたが、受光素子は散乱光を受光することができるので、必ずしも対向発光素子・受光素子組を備えていなくてもよい。発光素子・受光素子ペアにおいて、発光素子の光軸と受光素子の受光面が一致しなくてもよい。発光素子の光軸は基板に平行していなくてもよく、発光素子が上方に向いていてもよい。受光素子の受光面は基板に平行していなくてもよく、受光素子が上方に向いていてもよい。

【0128】

図１４において、基板１上には、触覚部（ウレタン）４内に位置するように、複数の発光素子（ＬＥＤ）Ｌ１´〜Ｌ５´、受光素子（フォトトランジスタ）Ｐ１´〜Ｐ５´が互いに離間して設けられている。発光素子Ｌ１´〜Ｌ５´の向き、受光素子Ｐ１´〜Ｐ５´の向きは限定されない。図１０と同様であってもよい。一部あるいは全部の発光素子が上方ないし斜め上方を向いていてもよい。

【0129】

複数の発光素子Ｌ１´〜Ｌ５´、受光素子Ｐ１´〜Ｐ５´から発光素子・受光素子組を形成する。１つの態様では、第１組は、発光素子Ｌ１´・受光素子Ｐ１´の組であり、第２組は、発光素子Ｌ２´・受光素子Ｐ２´の組であり、第３組は、発光素子Ｌ３´・受光素子Ｐ３´の組であり、第４組は、発光素子Ｌ４´・受光素子Ｐ４´の組であり、第５組は、発光素子Ｌ５´・受光素子Ｐ５´の組であり、第６組は、発光素子Ｌ４´・受光素子Ｐ１´の組であり、第７組は、発光素子Ｌ１´・受光素子Ｐ２´の組であり、第８組は、発光素子Ｌ２´・受光素子Ｐ３´の組であり、第９組は、発光素子Ｌ３´・受光素子Ｐ４´の組である。

【0130】

１つの態様では、第１組〜第９組により計測を１サイクルとして実行する。１つの態様では、「発光素子Ｌ１´の点灯・受光素子Ｐ１´の出力→発光素子Ｌ２´の点灯・受光素子Ｐ２´の出力→発光素子Ｌ３´の点灯・受光素子Ｐ３´の出力→発光素子Ｌ４´の点灯・受光素子Ｌ４´の出力→発光素子Ｌ５´の点灯・受光素子Ｐ５´の出力→発光素子Ｌ４´の点灯・受光素子Ｐ１´の出力→発光素子Ｌ１´の点灯・受光素子Ｐ２´の出力→発光素子Ｌ２´の点灯・受光素子Ｐ３´の出力→発光素子Ｌ３´の点灯・受光素子Ｐ４´の出力」を１サイクルとする。なお、発光させる発光素子を切り換える順番は、このものに限定されない。予め発光素子を発光させる順番をプログラムとして触覚センサの制御部（マイクロコンピュータから構成される）の記憶部に格納しておき、発光素子を制御部によって所定時間間隔で切り替え発光させる。

【0131】

［付記］
基板と、
基板上に固定した複数の発光素子及び複数の受光素子と、
基板上に、前記発光素子及び前記受光素子を覆うように設けられた光透過性弾性部材からなる触覚部と、を備え、
前記複数の発光素子と前記複数の受光素子は、前記光透過性弾性部材の部分を介して互いに離間対向しており、前記発光素子から出射された光は、前記発光素子と前記受光素子との間の光透過性弾性部材の部分を透過して、あるいは／および、光透過性弾性部材からの散乱光として、前記受光素子で受光され、
前記触覚部に外力が加えられた時の前記光透過性弾性部材の部分の密度変化に伴う受光素子で受光される光量の変化を取得するものであり、
前記複数の発光素子及び前記複数の受光素子から選択された発光素子及び受光素子によって、Ｎ（ｎ≧２）個の発光素子・受光素子ペアが形成されており、
Ｎ個の発光素子・受光素子ペアの各発光素子を異なるタイミングで切り替え発光させる制御部を備えている、柔軟触覚センサ。

【産業上の利用可能性】

【0132】

本発明に係る柔軟触覚センサは、ロボットの表面に装着される柔軟肉質外装に埋め込むことで、３次元変形検出可能な柔軟肉質外装として利用可能であり、医療機器、介護機器に利用可能である。例えば、介護用ロボットの腕に柔軟触覚センサを設けることで、抱えている方の体重や姿勢を検知できる。二足歩行ロボットの足裏に柔軟触覚センサを埋め込めば歩行時にかかる力の状態を検出できる。本発明に係るセンサは、自動車のシート、イスの背もたれやベッドなど、生活の中で人と密着する柔軟物に取り付けて利用することもできる。さらには、ジョイステック等の入力インターフェイスへの利用、その他玩具等への利用も考えられる。

【符号の説明】

【0133】

１ 基板
２ 発光素子
３ 受光素子
４ 触覚部
５ 変形阻害体
６ プレート
７ ウレタンシート

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図9E】

【図9F】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図12E】

【図12F】

【図12G】

【図12H】

【図12I】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図13F】

【図13G】

【図13H】

【図13I】

【図14】