特開 2023-123198 力覚センサ

(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】P2023123198

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】力覚センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/24 20060101AFI20230829BHJP

【ＦＩ】

G01L1/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022027127

(22)【出願日】2022-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】田名網 克周

(72)【発明者】

【氏名】林 美由希

(72)【発明者】

【氏名】金森 義明

(72)【発明者】

【氏名】岡谷 泰佑

(57)【要約】

【課題】設計時に定めた所望の応答特性を得ることができる力覚センサを提供すること。
【解決手段】力覚センサ（１０）は、第１基板（１１）と、主面（１１１）に設けられたメタサーフェスパターン（１４）と、メタサーフェスパターン（１４）を覆う保護層（１５）と、第１基板（１１）と対向するように設けられた第２基板（１２）と、第２主面（１２１）に設けられた反射層（１６）と、第１基板（１１）と第２基板（１２）との間隔（Ｇ）を規定するスペーサ（１３）と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透光性を有する第１基板と、
前記第１基板の第１主面に設けられたメタサーフェスパターンと、
透光性を有し、且つ、前記メタサーフェスパターンを覆う保護層と、
前記第１基板と対向するように設けられた第２基板であって、前記第１主面に対向する第２主面を含む第２基板と、
前記第２主面に設けられた反射層と、
前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定するスペーサと、を備えている、
ことを特徴とする力覚センサ。

【請求項2】

前記第２基板は、金属製又は樹脂製である、
ことを特徴とする請求項１に記載の力覚センサ。

【請求項3】

前記第２基板は、樹脂製であり、
前記第２基板の一対の主面のうち前記第２主面に対向する第３主面を覆うハードコート層を更に備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の力覚センサ。

【請求項4】

前記第１基板と、前記第２基板と、前記スペーサとにより取り囲まれ、且つ、前記メタサーフェスパターンと、前記保護層と、前記反射層とを収容する内部空間は、密閉されている、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の力覚センサ。

【請求項5】

前記第１基板、前記第２基板、及び前記スペーサの少なくとも何れかには、前記第１基板と、前記第２基板と、前記スペーサとにより取り囲まれ、且つ、前記メタサーフェスパターンと、前記保護層と、前記反射層とを収容する内部空間と、外部空間とを連通する通気孔が設けられている、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の力覚センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力覚センサに関する。

【背景技術】

【0002】

第１基板に設けられたメタサーフェスパターンと、当該メタサーフェスパターンに対向するように第２基板に設けられた反射層と、第１基板と第２基板との間隔を規定するスペーサとを備えた力覚センサが知られている（例えば、特許文献１）。このような力覚センサでは、メタサーフェスパターンに光を入射させ、メタサーフェスパターンを透過するとともに、反射層において反射される光を用いて、メタサーフェスパターンと反射層との間隔に関する情報を得る。当該間隔は、第２基板に対して作用する力の大きさに応じて決まるため、当該力覚センサは、光学的な手法を用いて、第２基板に対して作用する力の大きさを検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－９４９７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたような力覚センサを製造する場合、メタサーフェスパターンが設けられた第１基板、反射層が設けられた第２基板、及びスペーサを別個に製造したうえで、第１基板、スペーサ、及び第２基板を、この順番で積み重ね、接合する工程が実施される。

【0005】

ここで、メタサーフェスパターン及び反射層の表面に異物（例えば空気中のゴミなど）が付着してしまうと、設計時に定めた所望の応答特性を得ることが困難になる。このようなゴミの付着を防ぐため、第１基板、スペーサ、及び第２基板を接合する工程に先立って、第１基板及び第２基板を洗浄する工程が実施されることが好ましい。

【0006】

しかしながら、このような洗浄を実施することにより、メタサーフェスパターンが直接に洗浄液に晒されることに起因して、メタサーフェスパターンの表面が酸化される可能性がある。このようなメタサーフェスパターンの表面における酸化は、上述した異物と同様に設計時に定めた所望の応答特性を変化させてしまう可能性がある。なお、メタサーフェスパターンは、ベタ膜である反射膜と異なり複数の小さなサブパターンにより構成されており、その膜厚は、反射膜と比較して薄い。そのため、メタサーフェスパターンは、反射膜と比較して、洗浄液による酸化の影響を受けやすい。

【0007】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、設計時に定めた所望の応答特性を得ることができる力覚センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る力覚センサは、透光性を有する第１基板と、前記第１基板の第１主面に設けられたメタサーフェスパターンと、透光性を有し、且つ、前記メタサーフェスパターンを覆う保護層と、前記第１基板と対向するように設けられた第２基板であって、前記第１主面に対向する第２主面を含む第２基板と、前記第２主面に設けられた反射層と、前記第１基板と前記第２基板との間隔を規定するスペーサと、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、製造工程においてメタサーフェスパターンに生じ得る酸化などの悪影響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る力覚センサを含む力覚センサシステムの模式図である。図１は、力覚センサの断面図を含んでいる。

【図2】（ａ）～（ｃ）の各々は、それぞれ、図１に示した力覚センサを構成する第１基板、第２基板、及びスペーサの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態に係る力覚センサ１０と、力覚センサ１０を備えた力覚センサシステム１とについて、図１を参照して説明する。また、力覚センサ１０について、図２を参照して説明する。図１は、力覚センサ１０を含む力覚センサシステム１の模式図である。図１は、力覚センサ１０の断面図を含んでいる。図２の（ａ）～（ｃ）の各々は、それぞれ、力覚センサ１０を構成する第１基板１１、第２基板１２、及びスペーサ１３の平面図である。

【0012】

〔力覚センサの構成〕
図１に示すように、力覚センサ１０は、第１基板１１と、第２基板１２と、スペーサ１３と、メタサーフェスパターン１４と、保護層１５と、反射層１６と、ハードコート層１７と、を備えている。

【0013】

力覚センサ１０では、第１基板１１及び第２基板１２のうち、第２基板１２に対して点荷重Ｆを作用させた状態において、その点荷重Ｆを検出する。

【0014】

＜第１基板＞
第１基板１１は、透光性を有する板状部材である。本実施形態では、第１基板１１を構成する材料として、無アルカリガラスを採用している。ただし、第１基板１１を構成する材料は、後述する光Ｌ１の波長帯域において透光性を有する固体の材料であればよく、市場で入手可能な材料の中から適宜選択することができる。第１基板１１を構成する材料の他の例としては、石英及びポリカーボネート樹脂が挙げられる。なお、後述するように、本実施形態では、光Ｌ１の波長帯域を１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下とする。

【0015】

本実施形態において、第１基板１１を平面視した場合の形状（図２の（ａ）参照）は、１辺が４ｃｍである正方形である。また、本実施形態において、第１基板１１の厚みは、５００μｍである。第１基板１１の形状及び厚みは、上述した例に限定されず、適宜定めることができる。第１基板１１の好ましい厚みは、５００μｍ以上２０００μｍ以下である。

【0016】

第１基板１１は、互いに対向する一対の主面である主面１１１及び主面１１２を含む。図１に示した状態において、主面１１１が上側に位置し、主面１１２が下側に位置するように、第１基板１１は配置されている。主面１１１は、第１主面の一例である。

【0017】

なお、力覚センサ１０では、上述したように第２基板１２に対して点荷重Ｆを作用させる。そのうえで、力覚センサ１０では、点荷重Ｆに起因して第２基板１２が撓むことを利用して点荷重Ｆを検出する。したがって、第１基板１１は、点荷重Ｆを第２基板１２に作用させた場合に、撓まないように、あるいは、第２基板１２のたわみ量に対して無視できる程度しか撓まないように、構成されていることが好ましい。

【0018】

（メタサーフェスパターン）
図１及び図２の（ａ）に示すように、第１基板１１の主面１１１には、メタサーフェスパターン１４が設けられている。なお、図２の（ａ）において、メタサーフェスパターン１４は、保護層１５により覆われているため、破線で図示されている。

【0019】

メタサーフェスパターン１４は、周期的に配置された複数（図２の（ａ）においては２５個）のサブパターン１４１からなる。本実施形態においては、５行５列の行列状にサブパターン１４１を配置している。ただし、図２の（ａ）は、サブパターン１４１を分かりやすく示すための模式図である。実際のメタサーフェスパターン１４は、より多く（例えば、１００行１００列の配置の場合は１００００個）のサブパターン１４１により構成されている。

【0020】

本実施形態において、各サブパターン１４１（すなわちメタサーフェスパターン１４）は、金属製（本実施形態ではアルミニウム）である。図２の（ａ）に示したようなメタサーフェスパターン１４は、例えば、アルミニウムのベタ膜を主面１１１に形成したうえで、リソグラフィーの技術を用いることによって得ることができる。各サブパターン１４１は、一辺の長さが３００ｎｍの正方形状である。また、各サブパターン１４１の厚み（すなわちメタサーフェスパターン１４の厚み）は、３０ｎｍである。

【0021】

ただし、メタサーフェスパターン１４における周期的な配置、メタサーフェスパターン１４を構成する材料、各サブパターン１４１の形状、各サブパターン１４１の大きさ、及び、各サブパターン１４１の厚みは、上述したものに限定されず、既存の技術を参考にし、適宜定めることができる。

【0022】

なお、力覚センサ１０では、洗浄時にメタサーフェスパターン１４が酸化することを低減又は防ぐことを目的として後述する保護層１５を備えている。保護層１５を用いることなくメタサーフェスパターン１４の酸化を抑制するために、メタサーフェスパターン１４を構成する材料として金及び白金に代表される酸化されにくい材料を採用することも考えられる。しかしながら、金及び白金は高価であるため、力覚センサ１０の製造コストを削減するという観点において好ましくない。

【0023】

（保護層）
図２の（ａ）に示すように、第１基板１１の主面１１１には、メタサーフェスパターン１４を構成する各サブパターン１４１を完全に覆う保護層１５が設けられている。保護層１５は、第１基板１１と同様に、透光性を有する。

【0024】

本実施形態において、保護層１５は、石英ガラス（ＳｉＯ_２）製のベタ膜である。本実施形態において、保護層１５の厚みは、３５ｎｍである。保護層１５の厚みは、上述した例に限定されず、適宜定めることができる。保護層１５の厚みの好ましいは、３５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。

【0025】

保護層１５は、メタサーフェスパターン１４が設けられた第１基板１１を洗浄する工程において、メタサーフェスパターン１４が直接に洗浄液（たとえば、純水など）に晒されることに起因して生じ得るメタサーフェスパターン１４の酸化（特にその表面における酸化）を低減する、又は、防ぐことを目的として設けられている。したがって、保護層１５は、透光性を有していることに加えて、洗浄液を透過させないように緻密な膜により構成されていることが好ましい。

【0026】

保護層１５は、上述したメタサーフェスパターン１４の酸化を低減又は防ぐことができるものであればよい。保護層１５において、構成する材料や、その成膜方法や、厚みなどは、適宜定めることができる。

【0027】

＜第２基板＞
第２基板１２は、点荷重Ｆを作用させた場合に撓むように構成された板状部材である。図１に示すように、第２基板１２は、第１基板１１と対向するように設けられている。本実施形態では、第２基板１２を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂を採用している。ただし、第２基板１２を構成する材料は、点荷重Ｆを作用させた場合に撓む固体の材料であればよく、市場で入手可能な材料の中から適宜選択することができる。第２基板１２を構成する材料の他の例としては、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、及びシリコーン樹脂に代表される樹脂材料と、アルミニウム、銅、及びステンレスに代表される金属材料とが挙げられる。

【0028】

本実施形態において、第２基板１２を平面視した場合の形状（図２の（ｂ）参照）は、第１基板１１と同じく、１辺が４ｃｍである正方形である。また、本実施形態において、第２基板１２の厚みは、３００μｍである。第２基板１２の形状及び厚みは、点荷重Ｆを作用させた場合に適切な量だけ撓むように構成されていればよく、上述した例に限定されない。第２基板１２の好ましい厚みは、３００μｍ以上４００μｍ以下である。

【0029】

第２基板１２は、互いに対向する一対の主面である主面１２１及び主面１２２を含む。第２主面の一例である主面１２１は、第１基板１１の主面１１１と対向している。また、主面１２１に対向する主面１２２は、第３主面の一例である。図１に示した状態において、主面１２１が下側に位置し、主面１２２が上側に位置するように、第２基板１２は配置されている。

【0030】

（反射層）
図１及び図２の（ｂ）に示すように、第２基板１２の主面１２１には、反射層１６が設けられている。反射層１６は、光Ｌ１を反射することによって反射光である光Ｌ２を生成する金属膜である。本実施形態では、反射層１６を構成する材料として、アルミニウムを採用している。ただし、反射層１６を構成する材料は、光Ｌ１を反射する固体の材料であればよく、市場で入手可能な金属の中から適宜選択することができる。反射層１６を構成する材料の他の例としては、金及び銀が挙げられる。

【0031】

本実施形態において、反射層１６の厚みは、５０ｎｍである。反射層１６の厚みは、上述した例に限定されず、適宜定めることができる。反射層１６の好ましい厚みは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

【0032】

ただし、反射層１６において、構成する材料や、その成膜方法や、厚みなどは、適宜定めることができる。

【0033】

（ハードコート層）
図１に示すように、主面１２２には、ハードコート層１７が設けられている。本実施形態において、ハードコート層１７は、第２基板１２の全てを覆うように設けられている。ハードコート層１７は、第２基板１２の表面であって、力覚センサ１０の外部に露出している表面のできるだけ広い領域を覆っていることが好ましい。ハードコート層１７は、第２基板１２の側面を更に覆うように設けられていてもよい。

【0034】

ハードコート層１７は、スマートフォンや表示パネルなどの表面に設けられている被覆層と同様に構成された被覆層である。本実施形態においては、ハードコート層１７を構成する材料として、シリコーン樹脂を採用している。ただし、ハードコート層１７を構成する材料は、これに限定されない。ハードコート層１７を構成する材料の他の例としては、アクリル樹脂及びフッ素樹脂が挙げられる。

【0035】

ハードコート層１７は、第２基板１２を構成する材料（本実施形態においてはポリカーボネート）と比較して、硬いため、傷つきにくい。また、ハードコート層１７は、ガスを透過させにくい特性を有する。

【0036】

＜スペーサ＞
図１に示すように、スペーサ１３は、第１基板１１と第２基板１２との間隔（無負荷時における間隔）を規定するための部材である。本実施形態において、スペーサ１３は、第１基板１１と第２基板１２とにより挟持されている。第１基板１１とスペーサ１３とは、互いに接合されており、第２基板１２とスペーサ１３とは、互いに接合されている。本実施形態では、スペーサ１３を、第１基板１１及び第２基板１２の各々と接合するための接合部材として、光硬化型樹脂を用いている。ただし、接合部材は、これに限定されず、市場で入手可能な接合部材の中から適宜選択することができる。

【0037】

本実施形態では、保護層１５と反射層１６との間隔Ｇが１９０ｎｍになるように、スペーサ１３の厚みを定めている。また、第２基板１２の中央近傍に点荷重Ｆを作用させた場合における第２基板１２のたわみ量をたわみ量ΔＧとする。点荷重Ｆを作用させた場合、第２基板１２がたわみ量ΔＧの分だけ撓むため、間隔Ｇは、無負荷の場合の間隔Ｇよりもたわみ量ΔＧだけ狭くなる。

【0038】

このように、スペーサ１３が第１基板１１と第２基板１２との間に介在することによって、第１基板１１と第２基板１２との間隔は、固定される。具体的には、図２の（ｃ）に示すように、外縁及び内縁の形状が何れも正方形である環状の枠体をスペーサ１３として採用している。本実施形態において、スペーサ１３は、外縁の１辺の長さが４ｃｍであり、第１基板１１及び第２基板１２と輪郭の形状が同一である。ただし、スペーサ１３の外縁の形状は、これに限定されず、適宜定めることができる。また、スペーサ１３は、閉じた枠体に限定されず、その一部が切れていてもよい。また、スペーサ１３は、１つの部材により構成されていてもよいし、複数の部材により構成されていてもよい。後者の場合、複数の部材の各々は、柱として機能する柱状部材あるいは筒状部材であってもよい。

【0039】

スペーサ１３の厚みは、一定である。したがって、スペーサ１３を挟み込む主面１１１と主面１２１とが平行になるように、第１基板１１及び第２基板１２を固定することができる。

【0040】

＜内部空間＞
図１に示すように、本実施形態の力覚センサ１０は、メタサーフェスパターン１４及び保護層１５が設けられた第１基板１１と、スペーサ１３と、反射層１６及びハードコート層１７が設けられた第２基板１２とをこの順番で積み重ねたうえで、各々を接合することによって得られる。そのため、メタサーフェスパターン１４、保護層１５、及び反射層１６は、第１基板１１と、第２基板１２と、スペーサ１３とにより取り囲まれた内部空間Ｓに収容されている。

【0041】

図１に示した力覚センサ１０においては、内部空間Ｓが密閉されている。ただし、本発明の一態様において、内部空間Ｓは、密閉されていなくてもよい。内部空間Ｓを密閉しない場合には、第１基板１１、第２基板１２、スペーサ１３の少なくとも何れかに、内部空間Ｓと、力覚センサ１０の外部空間とを連通する通気孔を設けておけばよい。

【0042】

＜効果＞
力覚センサ１０においては、第１基板１１に設けられたメタサーフェスパターン１４が保護層により保護されている。そのため、主面１１１にメタサーフェスパターン１４を形成した後の工程において、メタサーフェスパターン１４を含む第１基板１１を洗浄する場合であっても、メタサーフェスパターン１４が直接に洗浄液に晒されることを防ぐことができる。仮に、メタサーフェスパターンが直接に洗浄液に晒された場合、メタサーフェスパターンの表面が酸化する可能性がある。力覚センサ１０は、製造工程においてメタサーフェスパターン１４を含む第１基板１１を洗浄する場合であっても、メタサーフェスパターン１４に生じ得る酸化などの悪影響を抑制することができる。したがって、力覚センサ１０は、設計時に定めた所望の応答特性を得ることができる。

【0043】

力覚センサ１０において、第２基板１２は、金属製又は樹脂製である、ことが好ましい。上記の構成によれば、第２基板１２がガラス製である場合とは異なり、第２基板１２に対して想定を超える力が作用した場合であっても、第２基板１２が割れる可能性を低減することができる。したがって、このような力覚センサ１０は、想定を超える力が作用する場合における安全性を高めることができる。

【0044】

また、金属製又は樹脂製の第２基板１２を採用する場合、ガラス製の第２基板を採用する場合と比較して、第２基板１２を構成する材料におけるヤング率及びポアソン比の選択肢を拡大することができる。力覚センサ１０の応答特性（例えば、検出可能な力の範囲や、検出可能な力の分解能など）は、点荷重Ｆを作用した場合におけるたわみ量ΔＧに異存している。すなわち、力覚センサ１０の応答特性は、第２基板１２を構成する材料におけるヤング率及びポアソン比に異存している。そのため、力覚センサ１０は、第２基板１２を構成する材料をガラスではなく金属及び樹脂から選択することにより、実現可能な応答特性のバリエーションを拡大することができる。すなわち、力覚センサ１０は、製品ラインナップのバリエーションを拡大することができる。

【0045】

また、力覚センサ１０は、ハードコート層１７を備えていることが好ましい。第２基板１２を構成する材料として樹脂を採用した場合、力覚センサ１０の製造後にも第２基板１２からガスが生じ続ける可能性がある。上記の構成によれば、第２基板１２の主面１２２がハードコート層１７により覆われている。ハードコート層１７を構成する材料は、硬度が高いことに加えて、ガスの透過を抑制することができる。したがって、力覚センサ１０は、第２基板１２から生じ得るガスの量を抑制することができる。

【0046】

また、力覚センサ１０においては、内部空間Ｓは、密閉されていることが好ましい。上記の構成によれば、異物（例えば空気中のゴミなど）が内部空間Ｓに侵入することを抑制することができる。したがって、力覚センサ１０は、設計時に想定した応答特性を容易に維持することができる。

【0047】

また、力覚センサ１０においては、内部空間Ｓと、力覚センサ１０の外部空間とが連通して構成も採用し得る。上記の構成によれば、内部空間Ｓが密閉されていないため、外部空間における圧力が変化するような場合であっても、第１基板１１と第２基板１２との無負荷時における間隔Ｇを所定の間隔に保つことができる。したがって、力覚センサ１０の一変形例は、外部空間における圧力に関わらず、設計時に想定した応答特性を示すことができる。

【0048】

〔力覚センサシステムの構成〕
図１に示すように、力覚センサシステム１は、上述した力覚センサ１０と、測定部２０とを備えている。ここでは、測定部２０について簡単に説明する。

【0049】

測定部２０は、光源２１と、光ファイバ２２と、サーキュレータ２３と、光ファイバ２４と、コリメートレンズ２５と、光ファイバ２６と、光検出部２７と、を備えている。

【0050】

光源２１は、波長帯域が１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である光Ｌ１を出射するように構成されている。本実施形態においては、近赤外線を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源２１として用いている。ただし、光源２１は、ＬＥＤに限定されず、市場で入手可能な光源の中から適宜選択することができる。また、光源２１は、このＬＥＤの後段に設けられたフィルタであって、光Ｌ１の波長帯域を１４００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下に限定するフィルタを設けている。

【0051】

サーキュレータ２３は、３個のポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有する光学素子である。サーキュレータ２３は、ポートＰ１に入射した光をポートＰ２から出射し、ポートＰ２に入射した光をポートＰ３から出射し、ポートＰ３から入射した光をポートＰ１から出射するように構成されている。

【0052】

光ファイバ２２は、一方の端部が光源２１に接続されており、他方端部がサーキュレータ２３のポートＰ１に接続されている。したがって、光ファイバ２２は、光源２１が出射した光Ｌ１をサーキュレータ２３のポートＰ１に入射する。

【0053】

光ファイバ２４は、一方の端部がコリメートレンズ２５に接続されており、他方端部がサーキュレータ２３のポートＰ２に接続されている。したがって、光ファイバ２４は、サーキュレータ２３のポートＰ２から出射された光Ｌ１をコリメートレンズ２５に出射するとともに、コリメートレンズ２５から入射された光Ｌ２をポートＰ２に入射する。

【0054】

コリメートレンズ２５は、光ファイバ２４の一方の端部から出射された光Ｌ１をコリメート光に変換する。コリメートレンズ２５によりコリメート化された光Ｌ１は、反射層１６により反射されることにより光Ｌ２に変換され、同じ経路を逆方向に向かって伝搬する。光Ｌ２は、コリメートレンズ２５を介して光ファイバ２４の一方の端部に入射する。ここで、コリメートレンズ２５は、光Ｌ１と同様にコリメート光であるＬ１を光ファイバ２４の一方の端部に効率よく結合させる。

【0055】

光ファイバ２６は、一方の端部が光検出部２７に接続されており、他方端部がサーキュレータ２３のポートＰ３に接続されている。したがって、光ファイバ２６は、サーキュレータ２３のポートＰ３から出射された光Ｌ２を光検出部２７に出射する。

【0056】

光検出部２７は、光Ｌ２のスペクトル（本実施形態では反射スペクトル）を計測するための構成である。本実施形態において、光検出部２７は、光Ｌ２を分光する分光器と、分光された光Ｌ２の各波長成分の光を電気信号に変換するフォトダイオードと、を備えている。

【0057】

図１の挿入図は、力覚センサ１０の入力光である光Ｌ１、及び、力覚センサ１０の出力光である光Ｌ２の各々のスペクトルを模式的に示すグラフである。挿入図では、光Ｌ１のスペクトルを実線で図示し、光Ｌ２のスペクトルを破線で図示している。

【0058】

挿入図から分かるように、光Ｌ２のスペクトルは、光Ｌ１のスペクトルと中心波長同士で比較した場合に、シフト量Δλだけ長波長側へシフトする。シフト量Δλは、図１に示す間隔Ｇに応じて定まる量である。また、間隔Ｇは、点荷重Ｆを第２基板１２の中央近傍に作用させた場合における第２基板１２のたわみ量ΔＧに応じて定まる量である。したがって、力覚センサ１０において、シフト量Δλは、点荷重Ｆの大きさに応じて定まる量である。力覚センサシステム１では、力覚センサ１０における点荷重Ｆとシフト量Δλとの相関関係を予め取得しておく、あるいは、計算しておくことによって、点荷重Ｆを検知することができる。

【0059】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１ 力覚センサシステム
１０ 力覚センサ
１１ 第１基板
１２ 第２基板
１３ スペーサ
１４ メタサーフェスパターン
１５ 保護層
１６ 反射層
１７ ハードコート層
２０ 測定部

【図1】

【図2】