特開 2023-150435 力覚センサモジュール

(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】P2023150435

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】力覚センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/26 20060101AFI20231005BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01L1/26 B

G01L1/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059542

(22)【出願日】2022-03-31

(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】設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を印加された場合であっても破損しない力覚センサモジュールを提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る力覚センサモジュール（５０）は、外力に応じて撓む起歪体の撓み量に応じて前記外力を検知する力覚センサ（１０）と、力覚センサ（１０）を収容する筐体（２）と、起歪体に前記外力を伝達する力伝達部（３）であって、前記起歪体に接触した状態で筐体に収容されており、力伝達部（３）の先端を含む一部分が筐体の表面から筐体の外に突出している力伝達部（３）と、を備え、筐体（２）の表面からの力伝達部（３）の一部分の突出量は、前記先端が筐体の表面と同一平面上に位置する場合であっても力覚センサが破損しないように設定されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外力に応じて撓む起歪体を含み、当該起歪体の撓み量に応じて前記外力を検知する力覚センサと、
前記力覚センサを収容する筐体と、
前記起歪体に前記外力を伝達する力伝達部であって、前記起歪体に接触した状態で前記筐体に収容されており、当該力伝達部の先端を含む一部分が前記筐体の表面から当該筐体の外に突出している力伝達部と、を備え、
前記筐体の表面からの前記力伝達部の前記一部分の突出量は、前記先端が前記筐体の表面と同一平面上に位置する場合であっても前記力覚センサが破損しないように設定されている、
ことを特徴とする力覚センサモジュール。

【請求項2】

前記力伝達部は、内部に流体を含む弾性体を流体バネとして備えており、
前記力伝達部の前記一部分として前記弾性体の一部分が前記筐体から突出している、
ことを特徴とする請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項3】

前記力伝達部は、前記弾性体と前記起歪体との間に介在するとともに前記弾性体から突出する突出部を更に備えており、
前記突出部は、前記弾性体よりも変形しにくい材料により構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の力覚センサモジュール。

【請求項4】

前記起歪体の表面のうち、前記突出部と対向する領域には、滑り止め構造が設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の力覚センサモジュール。

【請求項5】

前記力覚センサは、
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、
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、を備えており、
前記第２基板は、前記起歪体である、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項6】

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５に記載の力覚センサモジュール。

【請求項7】

前記第１基板、前記第２基板、及び前記スペーサは、前記メタサーフェスパターン及び前記反射層を収容する内部空間を構成し、
前記第１基板には、前記内部空間に向かって光を入射させる入射ポートと、前記内部空間から光を出射させる出射ポートと、が設けられており、
末端における光軸が前記第１基板の法線方向に沿うように、前記入射ポートに対して前記末端が接続された第１光ファイバと、
末端における光軸が前記第１基板の法線方向に沿うように、前記出射ポートに対して前記末端が接続された第２光ファイバと、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の力覚センサモジュール。

【請求項8】

前記第１基板、前記第２基板、及び前記スペーサは、前記メタサーフェスパターン及び前記反射層を収容する内部空間を構成し、
前記第１基板には、前記内部空間に向かって光を入射させるとともに、前記内部空間から光を出射させるポートが設けられており、
一方の末端における光軸が前記第１基板の法線方向に沿うように、前記ポートに対して前記一方の末端が接続された光ファイバと、
前記光ファイバの他方の末端に設けられた光コンバイナ又は光サーキュレータと、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の力覚センサモジュール。

【請求項9】

前記筐体において前記力覚センサを収容している空間を収容空間として、
前記収容空間内における前記力覚センサの位置であって、前記第１主面の法線方向における位置を調整することによって、前記起歪体に印加するプリロードを調整するプリロード調整機構を更に備え、
前記プリロードは、前記外力が前記力伝達部に印加されていない状態において、当該力伝達部が前記起歪体に印加している力である、
ことを特徴とする請求項５～８の何れか１項に記載の力覚センサモジュール。

【請求項10】

前記プリロード調整機構は、内部に流体を含む弾性体を備えている、
ことを特徴とする請求項９に記載の力覚センサモジュール。

【請求項11】

請求項８に記載の力覚センサモジュールと、
前記光コンバイナ又は光サーキュレータに対して、光ファイバと介して接続された光源と、
前記光コンバイナ又は光サーキュレータに対して、光ファイバと介して接続された光検出部と、を備えている、
ことを特徴とする力覚センサシステム。

【請求項12】

被取得物を取得する取得装置であって、
前記被取得物に接触する領域に、請求項１～１０の何れか１項に記載の力覚センサモジュールが配設されている、
ことを特徴とする取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力覚センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

ガラス製である第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モジュールが知られている（例えば、特許文献１）。このような力覚センサモジュールでは、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基板における主面の法線方向に対して作用する力の大きさに応じて決まるため、当該力覚センサモジュールは、光学的な手法を用いて、第２基板に対して作用する一軸方向に沿った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の図２９に示された力覚センサモジュールでは、第２基板に印加される荷重に応じて、反射層とメタサーフェスパターンとの間隔ｄ（エアギャップｄ）が狭くなる。この力覚センサモジュールを用いた場合、間隔ｄを光学的な手法を用いて測定することにより、測定した間隔ｄに対応した荷重を検知することができる。

【0005】

ところで、このような力覚センサモジュールは、設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を印加された場合、第２基板及びメタサーフェスパターンの少なくとも何れかが破損する可能性がある。

【0006】

本発明の一態様に係る力覚センサモジュールは、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を印加された場合であっても破損しない力覚センサモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る力覚センサモジュールは、力覚センサと、筐体と、力伝達部と、を備える。力覚センサは、外力に応じて撓む起歪体を含み、起歪体の撓み量に応じて外力を検知する。筐体は、力覚センサを収容する。力伝達部は、起歪体に外力を伝達する。当該力伝達部は、起歪体に接触した状態で筐体に収容されており、力伝達部の先端を含む一部分が前記筐体の表面から当該筐体の外に突出している。そして、筐体の表面からの力伝達部の一部分の突出量は、先端が筐体の表面と同一平面上に位置する場合であっても力覚センサが破損しないように設定されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を印加された場合であっても破損しない力覚センサモジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係る力覚センサモジュールの主要部分の断面図である。

【図2】本発明の実施形態２に係る力覚センサモジュールの主要部分の構成を示しており、図中の（ａ）は当該主要部分の外観図であり、（ｂ）は当該主要部分に具備されるプリロード調整機構の斜視図であり、（ｃ）は（ａ）における切断線Ａ－Ａ´における矢視断面図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る力覚センサモジュールの一実施形態を示し、主要部分が断面図で示されている図である。

【図4】図中の（ａ）～（ｃ）の各々は、それぞれ、図１等に示した主要部分に具備される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。

【図5】本発明の実施形態１に係る力覚センサモジュールの他の実施形態を示し、主要部分が断面図で示されている図である。

【図6】本発明の一態様に係る取得装置の一例であるロボットハンドの概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る力覚センサモジュールの一実施形態について、詳細に説明する。先ず、力覚センサモジュールの主要部分の構成を説明する。

【0011】

＜力覚センサモジュールの主要部分＞
図１は、本実施形態に係る力覚センサモジュールの主要部分の断面図である。力覚センサモジュール５０の主要部分１は、筐体２と、力伝達部３と、力覚センサ１０とを備える。

【0012】

詳細は後述するが、力伝達部３の先端を含む一部分が筐体２の表面から筐体２外に突出しており、当該先端に点荷重Ｆ_Ｅが作用することにより、力伝達部３が力覚センサ１０の一部分に点荷重Ｆ_Ｅ（外力）を伝達する。点荷重Ｆ_Ｅ（外力）の伝達を受けた力覚センサ１０の一部分はその外力に応じて撓む構成となっており、力覚センサ１０は、その撓み量に応じて外力を検知することができる。以下、各構成について説明する。

【0013】

（筐体２）
筐体２は、力覚センサ１０を収容している。筐体２において力覚センサ１０を収容している空間を収容空間Ｓとすれば、力覚センサ１０は、収容空間Ｓにおける底部に配設されている。

【0014】

筐体２は、底部とは反対側にある上部に、開口部２１が設けられている。開口部２１には、力伝達部３が配置されており、力伝達部３によって開口部２１が封じられた構成となっていることにより、収容空間Ｓは概ね密閉されている。

【0015】

筐体２は、難燃剤樹脂などの硬質材料から構成することができる。収容空間Ｓにおける底部から開口部２１までの長さ（高さ）は、一定である。

【0016】

なお、筐体２の収容空間Ｓへの力伝達部３及び力覚センサ１０の設置は、開口部２１を通じて行うことが可能であるが、例えば筐体２の底部などに別の開口を設けて、当該開口を通じて設置されてもよい。

【0017】

（力伝達部３）
力伝達部３は、筐体２の開口部２１に配設されており、筐体２の開口部側の外から作用される点荷重Ｆ_Ｅを受けることができるよう、力伝達部３の先端を含む一部分が筐体２の表面から筐体２の外に突出している。力伝達部３は、力覚センサ１０における開口部２１側の表面（ハードコート層１７）に接触した状態で筐体２に収容されている。

【0018】

力伝達部３は、内部に流体３１２を含む弾性体３１１によって構成された流体バネ３１と、突出部３２とを有する。

【0019】

流体バネ３１は、中空部分が設けられた弾性体３１１と、当該中空部分に充填された流体３１２とを備える。力伝達部３の前記一部分として弾性体３１１の一部分が筐体２の外に突出している。流体バネ３１は、いわゆるダイヤフラムであり、バネとしての伸縮方向と、点荷重Ｆ_Ｅの荷重方向とが略一致するように、筐体２の開口部２１に配設されている。

【0020】

弾性体３１１は、ステンレスなどの金属材料から構成されることが好ましいが、この限りではない。

【0021】

流体３１２は、オイルまたは空気であることが好ましいが、この限りではない。

【0022】

突出部３２は、弾性体３１１と力覚センサ１０における開口部２１側の表面（ハードコート層１７）との間に介在するとともに弾性体３１１から突出した構成である。本例では、突出部３２は、力覚センサ１０に向かって弾性体３１１から突出した略半球体の構造体から構成されており、略半球面の先端領域が、力覚センサ１０における開口部２１側の表面に接触している。

【0023】

突出部３２は、流体バネ３１の中心軸（最もバネ伸縮する箇所）に沿った位置において最も突出した構造となっている。

【0024】

突出部３２は、弾性体３１１よりも変形しにくい材料により構成されていればよく、例えばシリコーン等の樹脂材料から構成することができるが、この限りではない。突出部３２は、弾性体３１１に対して適当な方法で接合されていればよい。

【0025】

以上のような力伝達部３は、力覚センサ１０における開口部２１側の表面（ハードコート層１７）に点荷重Ｆ_Ｅ（外力）を伝達することができる。これは、流体バネ３１の先端の一部分が筐体２の開口部２１が設けられている部分の表面から筐体２の外に突出していることにより実現できる。また、後述するように、力伝達部３は、その筐体２外に突出している部分の突出量が適切になるように開口部２１に配設されている。

【0026】

（力覚センサ１０）
力覚センサ１０は、外力に応じて撓む起歪体を含む。図１の例では、外力に応じて撓む起歪体を、第２基板１２として図示している。第２基板１２は、少なくとも力伝達部３の突出部３２と対向する領域に、滑り止め構造を有するハードコート層１７を有する。力伝達部３の突出部３２は球面体であることから、点荷重Ｆ_Ｅ（外力）が作用する方向によっては、第２基板１２における主面の法線方向に対して傾きを有する場合がある。この場合に、ハードコート層１７に設けられた滑り止め構造によって、突出部３２が横滑りすることを防ぐことができる。滑り止め構造は、ハードコート層１７の表面に凹凸を形成することにより実現できる。なお、滑り止め構造は、ハードコート層１７にアンチグレアコートを施して実現してもよい。

【0027】

力覚センサ１０は、起歪体を含み、当該起歪体の撓み量に応じて前記外力を検知する力覚センサであればよい。一例としては、後述するようなメタマテリアルセンサを力覚センサ１０として採用することができる。第２基板１２及びハードコート層１７については、後述する。

【0028】

＜力伝達部３に作用する点荷重（外力）＞
筐体２の表面からの力伝達部３の一部分の突出量は、力伝達部３の先端（流体バネ３１の先端）が筐体２の表面と同一平面上に位置する場合であっても力覚センサが破損しないように設定されている。突出量とは、図１に示す長さＰに相当する。

【0029】

要するに、図１に示す例では、筐体２外部から力伝達部３に作用する点荷重Ｆ_Ｅ（外力）をもたらす荷重負荷物体Ｏｂは、力伝達部３の先端（流体バネ３１の先端）への接触が始まってから暫くは、流体バネ３１を起歪体である第２基板１２に向かって押す。このとき、押圧を受けて撓んだ第２基板１２によって、力覚センサ１０が点荷重（外力）を検知する。そして、更に流体バネ３１を押し込むと、力伝達部３の先端（流体バネ３１の先端）が筐体２の表面と同一平面上に位置したところで、荷重負荷物体Ｏｂは筐体２の表面によって負荷方向への更なる移動が妨げられる。これにより、力伝達部３の先端（流体バネ３１の先端）は、筐体２の表面と同一平面上にある位置よりも、更に第２基板１２側には移動できない。このように更なる移動が妨げられることで、第２基板１２への過度な点荷重の負荷が回避される。そのため、力覚センサ１０が過度の点荷重を受けて破損しないようになっている。

【0030】

図１に示す長さＰを上述のように定めるには、筐体２と、力伝達部３と、力覚センサ１０との相対的位置を適切に設定する必要がある。筐体２の開口部２１への力伝達部３の設置は、位置決め機構が設けられていてもよく、位置を微調整できる構成となっていてもよい。

【0031】

なお、図１に示す力覚センサモジュール５０の主要部分１は、主要部分１単体で外力を検知できる構成であれば、主要部分１のみで力覚センサモジュールを構成することができる。一方で、後述する実施形態３のように、メタマテリアルセンサへの光の入出力に基づいて外力を検知する態様の力覚センサモジュールであれば、主要部分１以外にも力覚センサモジュールに具備される構成がある。

【0032】

本実施形態の力覚センサモジュールは、設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を力伝達部に印加された場合であっても、力伝達部の先端が筐体の表面と同一平面よりも奥に押し込まれることがない。したがって、本実施形態は、設計時に想定した荷重よりも大きな荷重を印加された場合であっても破損しない力覚センサモジュールを提供することができる。また、力伝達部が、内部に流体を含む弾性体を流体バネであることで、力伝達部に対して作用する外力の方向が第２基板における主面の法線方向に対して傾きを有する場合に生じ得る外力のロスを低減することができる。したがって、本実施形態の力覚センサモジュールは、外力を検知するときの精度を高めることができる。また、突出部３２を設けていることにより、起歪体である力覚センサ１０（第２基板１２）の所定の位置に外力を作用させることができる。また、本実施形態では、第２基板１２に、少なくとも力伝達部３の突出部３２と対向する領域に、滑り止め構造が設けられていることから、突出部３２の滑りを低減することができるので、結果として外力のロスを低減することができる。したがって、本力覚センサモジュールは、外力を検知するときの精度を高めることができる。

【0033】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0034】

図２は、本実施形態に係る力覚センサモジュールの主要部分の構成を示しており、図中の（ａ）は当該主要部分の外観図であり、（ｂ）は当該主要部分に具備されるプリロード調整機構の斜視図であり、（ｃ）は（ａ）における当該主要部分を切断線Ａ－Ａ´矢視断面図を含むＸＺ平面で切断してＹ軸の負側から正側に向かって見た矢視断面図である。

【0035】

力覚センサモジュールの主要部分１は、図２中の（ａ）に示すように、カバー部５により表面を覆われ、センサ面の中央に力伝達部３の突出部分がカバー部５に覆われた状態でセンサ面から突出している。主要部分の側面には、図２中の（ｂ）に全体を示すプリロード調整機構４の一部分が露出している。

【0036】

図２中の（ｃ）の断面図に示すように、力覚センサモジュールの主要部分１は、カバー部５に覆われた中に、筐体２が配設されている。筐体２の収容空間Ｓには、起歪体（第２基板１２）を含む力覚センサ１０が配設されている。

【0037】

力覚センサ１０における第２基板１２側には、第２基板１２に外力を伝達する力伝達部３が設けられている。

【0038】

（力伝達部３）
力伝達部３は、一例としては真円の球面体であり、筐体２の開口部２１に嵌合して配設されている。

【0039】

球面体の力伝達部３は、筐体２の収容空間Ｓ側に向いた端部が力覚センサ１０に接触している。一方、球面体の力伝達部３における筐体２の開口部２１から外に向いた端部は、筐体２の表面から突出している。

【0040】

（筐体２）
筐体２の開口部２１は、球面体の力伝達部３の径と等しい内径Ｄ２を有するが、外に近い領域では、外方に向かって内径が狭くなっており、球面体の力伝達部３の径よりも内径Ｄ１のほうが小さく構成されている。これにより、球面体の力伝達部３が開口部２１から外に不都合に移動することを抑制することができる。

【0041】

筐体２の開口部２１側とは反対側、すなわち筐体２の底部にも、底部側の開口領域２９が設けられている。この開口領域２９を介して例えば力覚センサ１０に接続される構成（後述する光ファイバ等）を、主要部分１の外に引き出すことができる。また、この開口領域２９は、力伝達部３、力覚センサ１０、及びプリロード調整機構４を、収容空間Ｓに配設する際の通路として使用することができるが、他の開口を筐体２に設けて、当該開口を通路として用いてもよい。

【0042】

（カバー部５）
カバー部５は、一例として筐体２の開口部２１及びその周辺を覆うブーツにより実現される。カバー部５に覆われることによって、開口部２１からゴミが収容空間Ｓに侵入することを防ぐことができる。カバー部５は、一例として樹脂から構成することができる。

【0043】

（プリロード調整機構４）
プリロード調整機構４は、収容空間Ｓ内における力覚センサ１０の位置であって、力覚センサ１０の主面の法線方向における位置を調整することによって、前記起歪体に印加するプリロードを調整する。ここで、プリロードは、前記外力が前記力伝達部に印加されていない状態において、当該力伝達部が前記起歪体に印加している力である。

【0044】

プリロード調整機構４は、内部に流体４１を含む弾性体の管４２を備え、弾性体の管４２の一部は環状を構成しており、他の部分は直部を構成している。環状の部分は、力覚センサ１０における起歪体（第２基板１２）側とは反対側に隣接して配置されている。弾性体の管４２は、内部に流体を封入することができ、流体の封入量に応じて弾性体の管４２の管径を調整することができる。このようなプリロード調整機構４を、力覚センサ１０における起歪体（第２基板１２）側とは反対側に配置することにより、収容空間Ｓ内における力覚センサ１０の位置であって、力覚センサ１０の主面の法線方向における位置を調整する。

【0045】

直部は、筐体２の側面から外部に露出している。なお、図中では露出した直管が、管端において開口した構成となっているが、これは力覚センサモジュールの製造過程において上述のように流体の量を調整するために開口している状態を示しているものであり、力覚センサモジュールの出荷時には管端は適切な方法によって閉じられている。

【0046】

弾性体の管４２は、耐摩擦性を有する材料により構成することができ、一例としてはポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）から構成することができる。流体４１は、一例としてオイルを採用できるが、これに限らない。

【0047】

本実施形態のように、メタサーフェスパターン及び反射層を用いる光学的な力覚センサは、メタサーフェスパターンと反射層との間隔の変化に対して線形ではない光の応答特性を示す。そこで、例えば出荷前にプリロード調整機構を用いてプリロードを調整することができるので、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。

【0048】

＜力伝達部３に作用する点荷重（外力）＞
上述の実施形態１と同様に、本実施形態においても筐体２の表面からの力伝達部３の一部分の突出量が、力伝達部３の先端（流体バネ３１の先端）が筐体２の表面と同一平面上に位置する場合であっても力覚センサが破損しないように設定されている。突出量とは、図２中の（ｃ）に示す長さＰに相当する。

【0049】

要するに、図１に示す例と同様に図２中の（ｃ）に示す例においても、筐体２外部から力伝達部３に作用する点荷重Ｆ_Ｅ（外力）をもたらす荷重負荷物体は、力伝達部３の先端への接触（カバー部５を介した接触）が始まってから暫くは、力伝達部３を起歪体である第２基板１２に向かって押す。このとき、押圧を受けて撓んだ第２基板１２によって、力覚センサ１０が点荷重（外力）を検知する。そして、更に力伝達部３を押し込むと、力伝達部３の先端が筐体２の表面と同一平面上に位置したところで、荷重負荷物体は筐体２の表面によって負荷方向への更なる移動が妨げられる。これにより、力伝達部３の先端は、筐体２の表面と同一平面上にある位置よりも、更に第２基板１２側には移動できない。このように更なる移動が妨げられることで、第２基板１２への過度な点荷重の負荷が回避される。そのため、力覚センサ１０が過度の点荷重を受けて破損しないようになっている。

【0050】

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0051】

上述の各実施形態の力覚センサ１０及びこれを備えた力覚センサモジュールの一態様を、図３及び図４を用いて説明する。

【0052】

図３は、力覚センサモジュール５０を含む力覚センサシステム６０の構成図であり、力覚センサモジュール５０の主要部分１の一部である力覚センサ１０の構成を断面図として示した図である。なお、図３は、説明の便宜上、上述の実施形態で説明した筐体２、力伝達部３、及びカバー部５は図示を省略している。図４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。

【0053】

（力覚センサ１０の構成）
力覚センサ１０は、メタマテリアルセンサである。具体的には、力覚センサ１０は、第１基板１１と、第２基板１２（起歪体）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（起歪体）と、を備えている。力覚センサ１０では、第１基板１１側及び第２基板１２側のうち、第２基板１２側に対して点荷重Ｆ_Ｅを作用させた状態において、その点荷重Ｆ_Ｅを検出する。

【0054】

＜第１基板１１＞
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。無アルカリガラスはアルカリ成分を含まないため、薬品や水によって表面が侵食されにくく、電気絶縁性に優れている。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。

【0055】

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４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。

【0056】

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。

【0057】

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_Ｅを作用させる。そのうえで、力覚センサ１０では、点荷重Ｆ_Ｅに起因して第２基板１２が撓むことを利用して点荷重Ｆ_Ｅを検出する。したがって、第１基板１１は、点荷重Ｆ_Ｅ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。

【0058】

メタサーフェスパターン１４は、図３及び図４の（ａ）に示すように、第１基板１１の主面１１１に設けられている。なお、図４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。

【0059】

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４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４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。

【0060】

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４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。アルミニウムは耐食性がよく、金に比べて安価である。ただし、メタサーフェスパターン１４はアルミニウムに限らず、他の金属製（例えば、金、銀、銅）であってもよい。なお、金は加工がしやすく耐腐食性であるが高価である。また、本実施形態において、サブパターン１４１を形成するアルミニウムは、合金ではない純アルミニウムである。アルミニウムの純度が高い純アルミニウムであっても、僅かな不純物を含む。ここで、アルミニウムの純度によりメタサーフェスパターン１４の性能が異なる。アルミニウムの純度により光学定数（屈折率、消衰係数）が変わるため、アルミニウムの純度が光学特性に影響を及ぼすためである。

【0061】

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。各サブパターン１４１の好ましい厚みは２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。各サブパターン１４１の厚みによりメタサーフェスパターン１４の性能が変化する。各サブパターン１４１の厚みにおける下限値の目安は、スキンデプスである。なお、スキンデプスとは、表皮効果に起因して定まる表皮の深さであり、ある周波数を有する電磁波を金属に照射した場合に、電磁界密度が高くなる領域の深さである。各サブパターン１４１の厚みがスキンデプスに近づくと光が十分に反射しない等により、光学特性が劣化する。一方、各サブパターン１４１の厚みが厚いと別の共振モードが発生したり共振波長がシフトしたりする。また、各サブパターン１４１の厚みが厚いと製作の難易度が上がる。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

保護層１５は、図４の（ａ）に示すように、第１基板１１の主面１１１における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を完全に覆うように設けられている。保護層１５は、第１基板１１と同様に、透光性を有する。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

＜第２基板１２＞
第２基板１２は、点荷重Ｆ_Ｅを作用させた場合に撓むように構成された板状部材（起歪体）である。図３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_Ｅ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。

【0069】

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４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_Ｅ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。

【0070】

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３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。

【0071】

反射層１６は、図３及び図４の（ｂ）に示すように、第２基板１２の主面１２１に設けられている。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。ここで、反射層１６の材料はメタサーフェスの金属と同じであるほうがプロセスが簡便化されコスト的にも有利である。また、第２基板１２は、単に反射率が高い金属であればよいということではない。力覚センサモジュール５０においては、表面プラズモンポラリトンを介して第２基板１２とメタサーフェスパターン１４とが一体になることで光共振器を構成する。そのため、第２基板１２の金属が変わると光学特性にも影響を及ぼすと考えられる。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

ハードコート層１７は、図３に示すように、主面１２２に設けられている。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の側面を更に覆うように設けられていてもよい。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

ハードコート層１７は、第２基板１２の表面であって、力伝達部３の接触領域を含むできるだけ広い領域を覆っていることが好ましい。

【0078】

なお、第２基板１２が樹脂製である場合には、第２基板１２の第１基板１１に対向する側の面である主面１２１にも、ハードコート層１７と同じ被覆層が設けられていても良い。
第２基板１２が樹脂製である場合、樹脂から生じ得るガスが流出する量をハードコート層によって抑制することができる。

【0079】

＜スペーサ１３＞
図３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。

【0080】

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_Ｅ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_Ｅ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。

【0081】

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４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。

【0082】

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。

【0083】

＜内部空間１０Ｓ＞
図３に示すように、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１０Ｓに収容されている。

【0084】

図３に示した力覚センサ１０においては、内部空間１０Ｓ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１０Ｓは、密閉されていなくてもよい。内部空間１０Ｓ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１０Ｓと、力覚センサ１０の外部空間（図１等の収容空間Ｓ）とを連通する通気孔を設けておけばよい。

【0085】

本実施形態の力覚センサ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。

【0086】

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。

【0087】

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_Ｅ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。

【0088】

また、力覚センサ１０は、ハードコート層１７を備えている。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。また、上述の実施形態に示すように、ハードコート層１７の上面には、滑り止め構造が設けられている。

【0089】

また、力覚センサ１０においては、内部空間１０Ｓ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１０Ｓ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。

【0090】

また、力覚センサ１０においては、内部空間１０Ｓ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１０Ｓ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。

【0091】

以上の構成の力覚センサ１０を、図１及び図２に示す筐体２の収納空間Ｓに収容することにより、上述の各実施形態の力覚センサモジュールの主要部分１が構成されるが、主要部分１以外の力覚センサモジュールの構成として、図３を用いて説明する。

【0092】

（力覚センサモジュール５０の他の構成）
力覚センサモジュール５０は、主要部分１に加えて、光サーキュレータ２３と、光ファイバ２４と、コリメートレンズ２５とを含む。

【0093】

光サーキュレータ２３は、光ファイバ２４の他方の末端に設けられが光学素子である。光サーキュレータ２３は、３個のポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有する光学素子である。光サーキュレータ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。なお、光サーキュレータ２３に代えて、光コンバイナを備えてもよい。

【0094】

光ファイバ２４は、一方の末端が第１基板１１の主面１１１側に設けられたポートＰ_ＩＯ（コリメートレンズ２５）に接続されている。したがって、光ファイバ２４は、光サーキュレータ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。

【0095】

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。

【0096】

〔力覚センサシステム６０の構成〕
図３に示すように、力覚センサシステム６０は、上述した力覚センサモジュール５０に加え、光源２０と、光ファイバ２２と、光ファイバ２６と、光検出部２７と、を備えている。

【0097】

光源２０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２０として用いている。ただし、光源２０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２０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。

【0098】

光ファイバ２２は、一方の端部が光源２０に接続されており、他方端部が光サーキュレータ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２０が出射した光Ｌ１を光サーキュレータ２３のポートＰ１に入射する。

【0099】

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、他方端部が光サーキュレータ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、光サーキュレータ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。

【0100】

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。

【0101】

図３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。

【0102】

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３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_Ｅ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_Ｅの大きさに応じて定まる量である。力覚センサモジュール５０では、力覚センサ１０における点荷重Ｆ_Ｅ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_Ｅを検知することができる。

【0103】

〔変形例〕
図３に示す態様は、光の入射と出射とを１つのポートで実現している態様であったが、これに限らず、入射ポートと出射ポートとが分離している態様であってもよい。この態様について、図５を用いて説明する。

【0104】

図５は、力覚センサモジュール５０を含む力覚センサシステム６０の変形例を示す構成図である。なお、力覚センサモジュール５０の主要部分１の一部である力覚センサ１０の構成は、断面図として示しており、図３に示す力覚センサ１０の断面図と同一である。

【0105】

図５の態様においては、第１基板１１には、主面１１２側に、内部空間１０Ｓに向かって光を入射させる入射ポートＰ_Ｉと、内部空間１０Ｓから光を出射させる出射ポートＰ_Ｏと、が設けられている。

【0106】

入射ポートＰ_Ｉには、一方の末端が接続された第１光ファイバ２２Ａが接続されている。入射ポートＰ_Ｉには拡散レンズ２５Ａが設けられている。

【0107】

第１光ファイバ２２Ａは、一方の末端における光軸が第１基板１１の法線方向に沿うように設けられている。第１光ファイバ２２Ａは、他方の末端が、図３に示す光源２０に接続されている。

【0108】

拡散レンズ２５Ａによって拡散されて内部空間１０Ｓに入射した光Ｌ１は、反射層１６によって反射されて反射光である光Ｌ２となって、第１基板１１を通過し、出射ポートＰ_０に入る。

【0109】

出射ポートＰ_０には、集光レンズ２８Ａが設けられている。また、出射ポートＰ_０には、第２光ファイバ２６Ａの一方の末端が接続されている。

【0110】

第２光ファイバ２６Ａは、光軸が第１基板１１の法線方向に沿うように設けられている。第２光ファイバ２６Ａの他方の末端は、図３に示す光検出部２７に接続されており、出射ポートＰ_０の集光レンズ２８Ａによって集光された光Ｌ２は、第２光ファイバ２６Ａを介して、光検出部２７に入る。

【0111】

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0112】

上述の各実施形態の力覚センサモジュール５０の主要部分１は、被取得物（荷重負荷物体Ｏｂ）を把持して取得するロボットハンド（取得装置）の指部に取り付けることができる。図６は、ロボットハンドの一例を示した概略斜視図である。ロボットハンド７０には、指部７１が設けられており、指部７１は、被取得物に接触する領域を有する。上述の各実施形態の力覚センサモジュール５０の主要部分１は、指部７１に配設されている。このように主要部分１を指部７１に配設することにより、指部７１が被取得物を把持したことを力伝達部３を介して力覚センサ１０が検知することができる。

【0113】

力覚センサモジュール５０の主要部分１を適用する対象としては、ロボットハンドに限らない。例えば、被取得物を取得する取得装置（器具）に主要部分１を取り付ける態様であれば、被取得物を取得したことを検知することに利用することができる。また、例えば、医療用（手術用）の鉗子（取得装置）に主要部分１を取り付ける態様であれば、鉗子によって被取得物（例えば組織）を挟んだことを検知することに利用することができる。

【0114】

本実施形態は、力伝達部３を介して外力が精度よく力覚センサ１０に伝わる構成であるため、ｍＮ程度の小さい力でも検知することができる。したがって、先述のようなロボットハンドや鉗子の適用例においては、過度の力で被取得物を掴んだり挟んだりすることがなく、被取得物が当該力によって損傷することを回避することができる。

【0115】

〔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】

【0116】

５０ 力覚センサモジュール
１ 力覚センサモジュールの主要部分
２ 筐体
３ 力伝達部
３１ 流体バネ
３１１ 弾性体
３１２ 流体
３２ 突出部
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 光源
２２Ａ 第１光ファイバ
２３ 光サーキュレータ
２４ 光ファイバ
２５ コリメートレンズ
２６ 光ファイバ
２６Ａ 第２光ファイバ
２７ 光検出部
２９ 光ファイバ
６０ 力覚センサシステム
７０ ロボットハンド（取得装置）
７１ 指部（被取得物に接触する領域）
Ｐ_Ｏ 出射ポート
Ｐ_Ｉ 入射ポート
Ｐ_ＩＯ ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】