特開 2022-33634 触覚センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022033634

(43)【公開日】2022-03-02

(54)【発明の名称】触覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20220222BHJP

【ＦＩ】

G01L5/00 101Z

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020137633

(22)【出願日】2020-08-17

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】520311466

【氏名又は名称】株式会社ＳｅｎｓＡＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】山本 秀彦

(72)【発明者】

【氏名】石原 啓一郎

(72)【発明者】

【氏名】蕨野 智之

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AA10

2F051AB03

(57)【要約】

【課題】触覚センサを小型化すること
【解決手段】触覚センサは、センサ基板、弾性部材、被支持部材、および光放射部材を備える。センサ基板は、第１波長の光を検出可能な複数の光センサが配置された第１面を有する。弾性部材は、センサ基板の第１面側に配置され、第１波長に対して透過性を有する。被支持部材は、弾性部材に支持され、弾性部材とは異なる光学特性を有する。光放射部材は、弾性部材よりセンサ基板側において弾性部材に覆われて配置され、弾性部材に向けて第１波長を含む光を放射する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長の光を検出可能な複数の光センサが配置された第１面を有するセンサ基板と、
前記センサ基板の前記第１面側に配置され、前記第１波長に対して透過性を有する弾性部材と、
前記弾性部材に支持され、前記弾性部材とは異なる光学特性を有する被支持部材と、
前記弾性部材より前記センサ基板側において前記弾性部材に覆われて配置され、前記弾性部材に向けて前記第１波長を含む光を放射する光放射部材と、
を備える触覚センサ。

【請求項2】

前記光放射部材は、光放射面を有し、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた状態で配置され、前記第１波長に対して透過性を有する、請求項１に記載の触覚センサ。

【請求項3】

前記光放射部材は、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた面光源を含む、請求項１または請求項２に記載の触覚センサ。

【請求項4】

前記光放射部材は、光源および前記光源からの光を拡散して前記弾性部材に導くための光拡散板を含み、
前記光拡散板は、前記弾性部材と前記センサ基板に挟まれる、請求項１または請求項２に記載の触覚センサ。

【請求項5】

前記被支持部材は球体形状を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項6】

前記被支持部材はメッシュ形状を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項7】

前記センサ基板は、前記複数の光センサよりも前記光放射部材側に配置され当該複数の光センサのそれぞれに対応して配置された複数の光導入部を含む、請求項１から請求項６のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項8】

前記第１波長は、可視光外の波長を含む、請求項１から請求項７のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項9】

前記第１波長は、可視光の波長を含む、請求項１から請求項７のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項10】

前記センサ基板は、イメージセンサであり、
前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力される画像信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備える、請求項１から請求項９のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項11】

前記センサ基板は、イベント検出型センサであり、
前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力されるイベント情報信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備える、請求項１から請求項９のいずれかに記載の触覚センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触覚センサに関する。

【背景技術】

【0002】

触覚センサは、様々な構成により実現されている。例えば、特許文献１に開示される光学式の触覚センサは、物体が接触する部分に配置される透明弾性体を含む。透明弾性体の内部には、光を反射するマーカが配置されている。物体によって透明弾性体が圧力を受けると、透明弾性体の弾性変形によってマーカの位置が変化する。この位置変化をカメラによって検出することによって、物体から透明弾性体に与えられた力の大きさおよび向きを測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第０２／１８８９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マーカをカメラで撮影する必要があるため、光学式の触覚センサは、マーカに光を照射するための光源を必要とする。その結果、光学式の触覚センサは、大型の装置として構成される。一方、触覚センサは、例えば、ロボットが手で物体を掴むときに、その掴む力を調整するために用いられる。触覚センサは、このような用途で用いられることを想定する場合には、特に小型化が求められる。圧力の検出範囲を狭くせずに、触覚センサを小型にするためには、触覚センサを薄型にする必要がある。

【0005】

本発明の目的の一つは、触覚センサを小型化することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態によれば、第１波長の光を検出可能な複数の光センサが配置された第１面を有するセンサ基板と、前記センサ基板の前記第１面側に配置され、前記第１波長に対して透過性を有する弾性部材と、前記弾性部材に支持され、前記弾性部材とは異なる光学特性を有する被支持部材と、前記弾性部材より前記センサ基板側において前記弾性部材に覆われて配置され、前記弾性部材に向けて前記第１波長を含む光を放射する光放射部材と、を備える触覚センサが提供される。

【0007】

前記光放射部材は、光放射面を有し、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた状態で配置され、前記第１波長に対して透過性を有してもよい。

【0008】

前記光放射部材は、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた面光源を含んでもよい。

【0009】

前記光放射部材は、光源および前記光源からの光を拡散して前記弾性部材に導くための光拡散板を含み、前記光拡散板は、前記弾性部材と前記センサ基板に挟まれてもよい。

【0010】

前記被支持部材は球体形状を有してもよい。

【0011】

前記被支持部材はメッシュ形状を有してもよい。

【0012】

前記センサ基板は、前記複数の光センサよりも前記光放射部材側に配置され当該複数の光センサのそれぞれに対応して配置された複数の光導入部を含んでもよい。

【0013】

前記第１波長は、可視光外の波長を含んでもよい。

【0014】

前記第１波長は、可視光の波長を含んでもよい。

【0015】

前記センサ基板は、イメージセンサであり、前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力される画像信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備えてもよい。

【0016】

前記センサ基板は、イベント検出型センサであり、前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力されるイベント情報信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備えてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、触覚センサを小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態における触覚センサの構成を示す図である。

【図2】本発明の第１実施形態における検出装置の構造を説明する図である。

【図3】圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の位置変化の一例を示す図である。

【図4】圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の撮影画像の一例を示す図である。

【図5】圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の撮影画像の一例を示す図である。

【図6】本発明の第２実施形態における検出装置の構造を説明する図である。

【図7】本発明の第３実施形態における検出装置の構造を説明する図である。

【図8】本発明の第４実施形態におけるイメージセンサの構造を説明する図である。

【図9】本発明の第５実施形態におけるイメージセンサの構造を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態における触覚センサについて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂなど付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

【0020】

＜第１実施形態＞
［１．触覚センサの構成］
図１は、本発明の第１実施形態における触覚センサの構成を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態における検出装置の構造を説明する図である。触覚センサ１は、圧力検出面６０ａを含む検出装置１０および解析装置９０を含む。図１に示す触覚センサのうち、検出装置１０については、圧力検出面６０ａに垂直な断面の構造を想定して図示されている。図２は、検出装置１０の各構成をわかりやすく説明するための図であって、分解斜視図に対応する。検出装置１０は、イメージセンサ基板２０、光放射部材４０、弾性部材６０および反射部材８０を含む。

【0021】

イメージセンサ基板２０は、基板２１、光検出部２５および光導入部２８を含む。基板２１は、剛性を有する材料、例えば、セラミックス等の無機材料で形成されている。基板２１は、弾性部材６０よりも剛性を有していれば、セラミックスに限らず、例えば、有機材料で形成されてもよい。光検出部２５は、複数の光センサ２６を含む。この例では、複数の光センサ２６は、イメージセンサ基板２０の第１面２０ａ側において、マトリクス状に配置されている。

【0022】

光導入部２８は、複数の開口部２９を有し、光検出部２５を覆っている。複数の開口部２９のそれぞれは、複数の光センサ２６のそれぞれに対応した位置に配置されている。開口部２９は、ピンホール形状を有し、光放射部材４０側から到達する光を限定し、その開口部２９に対応する位置に配置された光センサ２６に導入する。開口部２９は光センサ２６に光を導入できればよいから、開口部２９の内部には透明な部材が充填されていてもよい。開口部２９の形状は、例えば、反射部材８０からの反射光が光センサ２６に対して効率よく到達するように設定されればよい。

【0023】

以下、本明細書において「透明」という場合には、光放射部材４０から放射される光のうち、少なくとも一部の波長の光（第１波長の光）に対して透過性を有していることをいう。後述するように、この光は可視光である場合に限られない。透過性を有することは、その波長に対する透過率によって明確に規定するものではなく、本明細書で説明される触覚センサとしての機能が実現できる透過率の範囲であればよい。

【0024】

イメージセンサ基板２０は、光センサ２６による検出結果に応じた信号を出力する。光センサ２６は、第１波長の光を検出可能である。これは、光センサ２６が少なくとも第１波長の光を検出できることを示し、第１波長の光のみを検出するものではない。この信号は、マトリクス状に配置された光センサ２６の検出結果に応じた画像を示している。この画像は、後述するように、反射部材８０の位置を示す情報を含む。

【0025】

光放射部材４０は、透明な部材であって、イメージセンサ基板２０の第１面２０ａ側に配置される面光源である。光放射部材４０は、この例では、透明導電層で挟まれた有機ＥＬに構成される発光素子であり、電力の供給を受けることによって光を放射する。放射される光の波長は、可視光外の他の波長範囲（例えば、赤外光、紫外光）であってもよいし、可視光外の波長に限られず可視光の波長であってもよいし、可視光外の波長と可視光の波長との双方であってもよい。光放射部材４０は、有機ＥＬ素子に限らず、無機ＥＬ素子であってもよい。

【0026】

弾性部材６０は、例えば、シリコンゴムなどの透明な弾性体である。弾性部材６０は、光放射部材４０の両面のうち、イメージセンサ基板２０が対向する面とは反対側の面に配置される。したがって、光放射部材４０は、弾性部材６０とイメージセンサ基板２０とによって挟まれている。弾性部材６０の両面のうち光放射部材４０とは反対側の面が圧力検出面６０ａである。例えば、物体１０００による圧力検出面６０ａへの圧力によって、弾性部材６０は弾性変形する。このとき、弾性部材６０におけるイメージセンサ基板２０側の面（圧力検出面６０ａとは反対側の面）側においては、イメージセンサ基板２０（基板２１）の合成によって支持されているため、弾性部材６０は、圧力検出面６０ａ側において大きく変形する。圧力検出面６０ａへの圧力は、面に垂直方向に加わる場合に限らず、面に沿った方向に加わってもよい。

【0027】

反射部材８０は、球体形状を有し、弾性部材６０とは異なる光学特性を有する弾性部材である。ここでいう球体形状とは、完全な球である場合に限らず、略球体のことを示し、多少の歪みを許容する概念である。反射部材８０は、弾性部材でなくてもよい。反射部材８０は、弾性部材６０とは異なる光学特性を有することにより、光放射部材４０からの光を反射する。言い換えれば、反射部材８０において光放射部材４０からの光が反射できることは、反射部材８０を取り囲む弾性部材６０と反射部材８０とが異なる光学特性を有しているといえる。

【0028】

複数の反射部材８０は、弾性部材６０の内部において、第１面２０ａと略平行な面内においてマトリクス状に配置された状態で、弾性部材６０に支持されている。複数の反射部材８０は、弾性部材６０の内部に配置される場合に限られず、例えば、圧力検出面６０ａに沿って配置されていてもよい。複数の反射部材８０は、圧力検出面６０ａへの圧力による弾性部材６０の弾性変形に追従して動く位置に配置されていればよく、すなわち、弾性部材６０に支持されていればよい。反射部材８０は、球体形状を有する場合に限らず、様々な形態を取り得る。

【0029】

図１に戻って説明を続ける。解析装置９０は、画像解析部９５および電力供給部９８を含む。電力供給部９８は、検出装置１０において消費される電力を供給する。例えば、この電力は、光放射部材４０における発光およびイメージセンサ基板２０の動作に用いられる。電力の供給源は、解析装置９０とは別の装置であってもよい。

【0030】

画像解析部９５は、検出装置１０（イメージセンサ基板２０）から出力される信号（以下、画像信号という場合がある）を解析して、検出装置１０の圧力検出面６０ａに対して加わった圧力に関連する情報（例えば、圧力の大きさ、圧力の向き）を算出して出力する。具体的な解析方法については、後述する。以上が触覚センサ１の構造についての説明である。

【0031】

［検出原理］
次に、触覚センサ１による圧力の検出原理について説明する。ここでは、圧力検出面６０ａが物体１０００から圧力を受けた場合における構造上の変化（弾性部材６０および反射部材８０の変化）が生じたことを想定する。

【0032】

図３は、圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の位置変化の一例を示す図である。物体１０００が圧力検出面６０ａに対して圧力を加えていることを想定している。この例では、その圧力が加わる方向は、圧力検出面６０ａに垂直である。以下の説明では、この方向をｚ方向といい、ｚ方向に垂直であり図３における左方向をｘ方向といい、ｚ方向とｘ方向とに垂直な方向をｙ方向という。

【0033】

物体１０００が圧力検出面６０ａに対してｚ方向に圧力を加えると、弾性部材６０が変形する。図１に示すように物体１０００が圧力検出面６０ａから離れれば、弾性部材６０は、弾性力によって元の形に復元される。

【0034】

弾性部材６０が変形すると、その変形に追従して反射部材８０が移動する。図３に示す例では、反射部材８０は、移動後の位置が実線で示され、元の位置が破線で示されている。図示されるように、物体１０００によって弾性部材６０の弾性変形によりｚ方向（イメージセンサ基板２０に近づく方向）に圧縮されていることにより、反射部材８０が相対的にｚ方向に移動する。物体１０００の周辺部においては、圧力の成分がｚ方向だけでなく、ｘ方向などｘｙ平面方向にも存在する。したがって、物体１０００の周辺部に存在する反射部材８０の移動方向は、ｚ方向以外の成分（ｘｙ平面方向の成分）も有する。

【0035】

光放射部材４０は、上述したように面光源であるから、少なくとも、イメージセンサ基板２０に向けた光（以下、例示として光Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３という場合がある）および弾性部材６０に向けた光（以下、例示として光Ｌｒ１、Ｌｒ２、Ｌｒ３という場合がある）を放射する。すなわち、光放射部材４０は、イメージセンサ基板２０側と弾性部材６０側に光放射面を有する。

【0036】

光Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３は、いずれも光検出部２５に到達する。光Ｌｒ１は、弾性部材６０を透過して圧力検出面６０ａから外に放出される。放出された光Ｌｒ１が何らかの物体に反射されたり、圧力検出面６０ａにおける反射されたりすることによって、光Ｌｒ１の一部が光検出部２５まで戻ってくる場合もある。例えば、物体１０００のうち圧力検出面６０ａに接触しない部分が想定される。光Ｌｒ２は、弾性部材６０を透過し、反射部材８０において反射されて、光検出部２５に到達する。光Ｌｒ３は、弾性部材６０を透過し、圧力検出面６０ａに接触する部分の物体１０００において反射されて、光検出部２５に到達する。光検出部２５にこれらの光が到達することによって、イメージセンサ基板２０によって得られる画像について図４および図５を用いて説明する。

【0037】

図４は、圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の撮影画像の一例を示す図である。この例では、図３に示す状況において、イメージセンサ基板２０によって得られる画像を示している。イメージセンサ基板２０の光検出部２５には、光放射部材４０からの光Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３が面光源の全体の光として到達するが、光Ｌｒ２、Ｌｒ３も反射光として到達する。したがって、光Ｌｄ１、Ｌｄ２、Ｌｄ３の成分をバックグラウンドとして除去することで、光Ｌｒ２の成分を取り出すことで反射部材８０の画像を得ることができる。また、光Ｌｒ３の成分を取り出すことで物体１０００（特に圧力検出面６０ａに接触している部分）の画像を得ることができる。

【0038】

図４によれば、物体１０００の直下にある反射部材８０（例えば、８０ｄ１）が、ｚ方向に移動してイメージセンサ基板２０に近づく。その結果、反射部材８０ｄ１は、移動前の反射部材８０よりも大きい画像として得られる。物体１０００の周辺部に対応する位置の反射部材８０のうち反射部材８０ｄ２は、物体１０００に対して外側に押し出されるように移動する。その結果、反射部材８０ｄ２は、移動前の反射部材８０に対して物体１０００から離れる方向（図４の例ではＸ方向）に移動した画像として得られる。反射部材８０ｄ３も同様に、移動前の反射部材８０に対して物体１０００から離れる方向（図４の例ではＸ方向とＹ方向とを合成した方向）に移動した画像として得られる。反射部材８０ｄ２、８０ｄ３のいずれも、ｚ方向への移動も含んでいるから、反射部材８０ｄ１と同様に、移動前の反射部材８０よりも大きい画像として得られるが、反射部材８０ｄ１よりは小さい画像として得られる。

【0039】

図５は、圧力検出面に対して物体から圧力を受けたときの反射部材の撮影画像の一例を示す図である。図４では、物体１０００が圧力検出面６０ａに対してｚ方向に圧力を加えることを想定していたが、図５では、物体１０００が圧力検出面６０ａに対してｚ方向だけではなくｘ方向にも圧力を加えることを想定している。図５によれば、反射部材８０ｄ１に対応する位置の反射部材８０ｄ４が、反射部材８０ｄ１よりもｘ方向へ移動した画像として得られる。

【0040】

上述した画像解析部９５は、このようにイメージセンサ基板２０で取得された画像を解析することによって、複数の反射部材８０のそれぞれに関する変化情報（大きさの変化、位置の変化および位置の変化量）を取得する。画像上では、反射部材８０の大きさが変わるため、反射部材８０の位置は反射部材８０の重心（この例では反射部材８０が球体であるため、画像上では円の中心に相当）として扱う。

【0041】

画像解析部９５は、変化情報に基づいて、圧力検出面６０ａへの物体１０００の圧力に関する触覚情報を算出する。触覚情報は、例えば、圧力検出面６０ａのｘｙ平面における各座標に対応した圧力の大きさおよび向きを示し、各座標における圧力のベクトル情報ともいえる。このとき、画像から得られる物体１０００（特に圧力検出面６０ａに接触する部分）の位置も算出に用いてもよい。

【0042】

以上、一実施形態における触覚センサ１は、イメージセンサ基板２０と弾性部材６０との間に面光源となる光放射部材４０を挟む構成を有する。弾性部材６０および光放射部材４０が、光放射部材４０から放射される光に対して透明であることによって、光放射部材４０がイメージセンサ基板２０と弾性部材６０との間に挟まれていたとしても、弾性部材６０に配置された反射部材８０からの反射光をイメージセンサ基板２０で検出することができる。

【0043】

この構成によれば、反射部材８０へ光を提供する光源を、非常に薄い面光源として配置することができるため、触覚センサ１を小型化（薄型化）することができる。イメージセンサ基板２０が弾性部材６０よりも剛性を有することで、圧力検出面６０ａに圧力を受ける弾性部材６０を支持するための部材として、イメージセンサ基板２０（基板２１）を機能させることもできる。

【0044】

弾性部材６０が光放射部材４０を覆うことにより、光放射部材４０が反射部材８０の直下（ｚ方向に沿った方向）から反射部材８０に対して光を放射し、反射部材８０からの反射光がｚ方向に進んでイメージセンサ基板２０に到達する。そのため、様々な画像処理（例えば透視変換）において処理負荷を低減することができる。反射部材８０を球体にすることで画像処理の負荷を低減することもできる。光放射部材４０からの光が赤外光などの可視光外の光である場合には、圧力検出面６０ａから漏れ出る光が視認されないようにすることもできる。

【0045】

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、面光源である光放射部材４０に代えて、擬似的に面光源を形成する光放射部材４０Ａを有する検出装置１０Ａについて説明する。

【0046】

図６は、本発明の第２実施形態における検出装置の構造を説明する図である。検出装置１０Ａは、光放射部材４０Ａを含む。光放射部材４０Ａ以外の構成については、第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

【0047】

光放射部材４０Ａは、光拡散板４５および光源４８を含む。光拡散板４５は、イメージセンサ基板２０の第１面２０ａ側において弾性部材６０とイメージセンサ基板２０との間に挟まれて配置されている。光源４８は、例えば、光拡散板４５は、光源４８から光が提供され、その光を少なくとも弾性部材６０側に拡散するとともに、その光に対して透過性も有する。

【0048】

光拡散板４５から弾性部材６０に放射された光は、反射部材８０において反射される。この反射光は、光拡散板４５を透過して光検出部２５に到達する。光拡散板４５は、光の拡散効果を有していることから、第１実施形態における光放射部材４０よりも透過率が低い場合もあるが、光源４８から提供される光が、最終的に光検出部２５まで到達すればよい。

【0049】

このような構成を有する検出装置１０Ａであっても、第１実施形態における検出装置１０と同様の機能を有することができる。

【0050】

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、面光源である光放射部材４０に代えて、擬似的に面光源を形成するために複数の点光源の光放射部材４０Ｂを有する検出装置１０Ｂについて説明する。

【0051】

図７は、本発明の第３実施形態における検出装置の構造を説明する図である。検出装置１０Ｂは、イメージセンサ基板２０Ｂおよび光放射部材４０Ｂを含む。イメージセンサ基板２０Ｂおよび光放射部材４０Ｂ以外の構成については、第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

【0052】

光検出部２５Ｂは、第１実施形態における光検出部２５に対して一部の光センサ２６が存在しない構成を有する。光放射部材４０Ｂは、基板２１の第１面２０Ｂａのうち光センサ２６が存在しない領域に配置されている。光放射部材４０Ｂは、ＬＥＤなどの発光素子である。光導入部２８Ｂは、光放射部材４０Ｂが配置された領域に対応する部分に開口部を有する。この開口部によって光放射部材４０Ｂが露出されてもよい。この開口部を通して光放射部材４０Ｂから放射される光が弾性部材６０に到達する。光放射部材４０Ｂから放射される光が、圧力検出範囲に存在する反射部材８０に到達するように、光放射部材４０Ｂの光放射角度が決められればよい。光放射部材４０Ｂの一部として、第２実施形態のような光拡散板４５が、弾性部材６０とイメージセンサ基板２０Ｂとの間に設けられてもよい。

【0053】

このような構成を有する検出装置１０Ｂであっても、第１実施形態における検出装置１０と同様の機能を有することができる。

【0054】

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、ピンホール形状の開口部２９を含む光導入部２８に代えて、コリメータの機能を有する光導入部２８Ｃを有するイメージセンサ基板２０Ｃについて説明する。

【0055】

図８は、本発明の第４実施形態におけるイメージセンサ基板の構造を説明する図である。イメージセンサ基板２０Ｃは、コリメータアレイである光導入部２８Ｃを含む。光導入部２８Ｃは、基板２１の第１面２０Ｃａ側に配置され、複数の孔２９Ｃを含む。複数の孔２９Ｃのそれぞれは、複数の光センサ２６のそれぞれに対応した位置に配置されている。孔２９Ｃは、第１面２０Ｃａに垂直に延び、光放射部材４０側から到達する光を、その孔２９Ｃに対応する位置に配置された光センサ２６に導入する。孔２９Ｃは光センサ２６に光を導入できればよいから、孔２９Ｃの内部には透明な部材が充填されていてもよい。

【0056】

このような構成を有するイメージセンサ基板２０Ｃであっても、第１実施形態におけるイメージセンサ基板２０と同様の機能を有することができる。

【0057】

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、ピンホール形状の開口部２９を含む光導入部２８に代えて、マイクロレンズアレイによる集光機能を有する光導入部２８Ｄを有するイメージセンサ基板２０Ｄについて説明する。

【0058】

図９は、本発明の第５実施形態におけるイメージセンサ基板の構造を説明する図である。イメージセンサ基板２０Ｄは、第１面２０Ｄａ側に配置された光導入部２８Ｄを含む。光導入部２８Ｄは、マイクロレンズアレイ２７Ｄと開口部２９Ｄとの複数の組を含む。複数の組のそれぞれは、複数の光センサ２６のそれぞれに対応した位置に配置され、光放射部材４０側から到達する光を光センサ２６に導入する。

【0059】

このような構成を有するイメージセンサ基板２０Ｄであっても、第１実施形態におけるイメージセンサ基板２０と同様の機能を有することができる。

【0060】

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の一実施形態は、以下のように様々な形態に変形することもできる。また、上述した実施形態および以下に説明する変形例は、それぞれ互いに組み合わせて適用することもできる。

【0061】

（１）反射部材８０より圧力検出面６０ａ側（例えば、圧力検出面６０ａ上）において、光放射部材４０からの光を遮るとともに弾性部材６０の弾性変形に追従して変形できる遮光膜が配置されてもよい。この場合には、遮光膜の遮光性能によっては物体１０００の画像を取得できなくなるが、圧力検出面６０ａに漏れ出る光を低減することができる。

【0062】

（２）触覚センサは、イメージセンサ基板２０を用いる代わりに、イベント検出型センサを用いてもよい。イベント検出型センサは、光検出部２５によって検出された光から得られる画像の信号を出力するのではなく、画像の変化に基づいて検出されるイベント情報（例えば画像において閾値以上の輝度変化のあった座標）を示す信号を出力する。この場合には、解析装置９０は、画像解析部９５の機能に代えて、イベント情報を解析する機能を有するイベント解析部を含む。イベント解析部は、イベント検出型センサから出力される信号（イベント情報信号）を解析して、検出装置１０の圧力検出面６０ａに対して加わった圧力に関連する情報（例えば、圧力の大きさ、圧力の向き）を算出して出力する。

【0063】

（３）光導入部２８は、光センサ２６よりも光放射部材４０側に配置され、光放射部材４０からの光（特に光Ｌｒ２のような反射部材８０に関連する光）を光センサ２６に導入する。同様な機能の光導入部２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄを例示したが、このような機能を有していれば、例示された構成に限らない。

【0064】

（４）反射部材８０は、光放射部材４０からの光を光センサ２６に到達させるために、少なくとも第１波長の光に対する反射機能を有する。一方、光放射部材４０からの光を光センサ２６に到達させることによって、反射部材８０に相当する構成がイメージセンサ基板２０において認識できれば、必ずしもこの反射機能を有していなくてもよい。弾性部材６０は、反射部材８０を支持するのではなく、例えば、第１波長の光に対する吸収機能を有する吸収部材を支持してもよい。光放射部材４０からの光が、例えば圧力検出面６０ａで反射して光センサ２６に到達する間に、吸収部材によって光が吸収される。これによって、イメージセンサ基板２０は、吸収部材の画像を得ることができる。

【0065】

このように、弾性部材６０の弾性変形に追従して移動できるように弾性部材６０に支持される部材（被支持部材）は、反射部材８０に限られず、弾性部材６０とは異なる光学特性を有する様々な部材から採用されることができる。弾性部材６０は、複数種類の被支持部材（例えば、反射部材８０と吸収部材との双方）を支持してもよい。

【0066】

（５）弾性部材６０によって複数の反射部材８０が支持されている場合に限らず、一つの反射部材が支持されてもよい。一つの反射部材は、例えば、メッシュ形状を有してもよい。ここでいうメッシュ形状の部材は、複数の開口が形成された面形状の部材である。メッシュ形状の部材は、一例として、矩形の開口がマトリクス状に配置され、格子状のパターン形状を有する。面形状の部材が弾性部材６０に支持されることによって、弾性部材６０の弾性変形に追従して、この部材が変形する。イメージセンサ基板２０は、例えば、この弾性変形によって開口部分の形状が変化したり、開口部分が移動したりする画像を得ることができる。

【符号の説明】

【0067】

１…触覚センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…検出装置、２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…イメージセンサ基板、２０ａ，２０Ｂａ，２０Ｃａ，２０Ｄａ…第１面、２１…基板、２５，２５Ｂ…光検出部、２６…光センサ、２７Ｄ…マイクロレンズアレイ、２８，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ…光導入部、２９…開口部、２９Ｃ…孔、２９Ｄ…開口部、４０，４０Ａ，４０Ｂ…光放射部材、４５…光拡散板、４８…光源、６０…弾性部材、６０ａ…圧力検出面、８０，８０ｄ１，８０ｄ２，８０ｄ３，８０ｄ４…反射部材、９０…解析装置、９５…画像解析部、９８…電力供給部、１０００…物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2021-02-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１波長の光を検出可能な複数の光センサが配置された第１面を有するセンサ基板と、
前記センサ基板の前記第１面側に配置され、前記第１波長に対して透過性を有する弾性部材と、
前記弾性部材に支持され、前記弾性部材とは異なる光学特性を有する被支持部材と、
前記弾性部材より前記センサ基板側において前記弾性部材に覆われて配置され、前記弾性部材に向けて前記第１波長を含む光を放射する光放射部材と、
を備え、
前記センサ基板は、前記複数の光センサよりも前記光放射部材側に配置され当該複数の光センサのそれぞれに対応して配置された複数の光導入部を含み、
前記光放射部材は、前記センサ基板と前記弾性部材との間に配置されている触覚センサ。

【請求項2】

前記光放射部材は、光放射面を有し、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた状態で配置され、前記第１波長に対して透過性を有する、請求項１に記載の触覚センサ。

【請求項3】

第１波長の光を検出可能な複数の光センサが配置された第１面を有するセンサ基板と、
前記センサ基板の前記第１面側に配置され、前記第１波長に対して透過性を有する弾性部材と、
前記弾性部材に支持され、前記弾性部材とは異なる光学特性を有する被支持部材と、
前記弾性部材より前記センサ基板側において前記弾性部材に覆われて配置され、前記弾性部材に向けて前記第１波長を含む光を放射する光放射部材と、
を備え、
前記光放射部材は、光放射面を有し、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた状態で配置され、前記第１波長に対して透過性を有し、
前記光放射面は、前記光センサと前記弾性部材との間に配置され、
前記光放射部材は前記センサ基板に支持される触覚センサ。

【請求項4】

前記光放射部材は、前記センサ基板と前記弾性部材との間に挟まれた面光源を含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項5】

前記面光源はＥＬ素子を含む、請求項４に記載の触覚センサ。

【請求項6】

前記光放射部材は、光源および前記光源からの光を拡散して前記弾性部材に導くための光拡散板を含み、
前記光拡散板は、前記弾性部材と前記センサ基板に挟まれる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項7】

前記被支持部材は球体形状を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項8】

前記被支持部材はメッシュ形状を有する、請求項１から請求項６のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項9】

前記第１波長は、可視光外の波長を含む、請求項１から請求項８のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項10】

前記第１波長は、可視光の波長を含む、請求項１から請求項８のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項11】

前記センサ基板は、イメージセンサであり、
前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力される画像信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備える、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の触覚センサ。

【請求項12】

前記センサ基板は、イベント検出型センサであり、
前記複数の光センサの検出結果に応じて前記センサ基板から出力されるイベント情報信号を解析して、前記弾性部材への圧力に関連する情報を出力する解析装置をさらに備える、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の触覚センサ。