特開 2023-150436 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】P2023150436

(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 1/24 20060101AFI20231005BHJP

   G01L 1/26 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01L1/24 Z

G01L1/26 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059543

(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】メタサーフェスパターンが静電破壊される可能性を低減すること。
【解決手段】力覚センサモジュール（１０）は、透光性を有する第１基板（１１）と、第１主面（１１１）に設けられたメタサーフェスパターン（１４）と、第１基板（１１）と対向するように設けられた第２基板（１２）であって、第１主面（１１１）に対向する第２主面（１２１）を含む第２基板（１２）と、第２主面（１２１）に設けられた反射層（１６）と、第１主面（１１１）に設けられた導電性材料製のスペーサ層（１３）と、第２主面（１２１）とスペーサ層（１３）とを接合する接合層（１８）と、スペーサ層（１３）に接続されたグランド配線（２２）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、
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主面に設けられた導電性材料製のスペーサ層と、
前記第２主面と前記スペーサ層とを接合する接合層と、
前記スペーサ層に接続されたグランド配線と、を備えている、
ことを特徴とする力覚センサモジュール。

【請求項2】

前記スペーサ層は、インジウムチタン錫製であり、
前記接合層は、シリコン製である、
ことを特徴とする請求項１に記載の力覚センサモジュール。

【請求項3】

前記グランド配線は、異方性導電膜を介して前記スペーサ層に接続されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の力覚センサモジュール。

【請求項4】

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を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の力覚センサモジュール。

【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モジュールを製造する場合、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】

特許文献１の図２７及び段落００４０には、第２基板に設けられた反射層の表面に、第２基板の外縁に沿ったフォトレジスト樹脂製のスペーサを形成し（図２７の（１－ｂ）参照）、このスペーサを用いて第１基板と第２基板とを接合する（図２７の（３）参照）ことが記載されている。

【0006】

このように構成された力覚センサモジュールにおいては、メタサーフェスパターンが設けられた第１基板がガラス製であるため、第１基板がなんらかの理由により帯電した場合に、メタサーフェスパターンが静電破壊される可能性がある。

【0007】

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、第１基板が帯電した場合であっても、メタサーフェスパターンが静電破壊される可能性を低減することである。

【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、本発明の一態様に係る力覚センサモジュールは、第１基板と、メタサーフェスパターンと、第２基板と、反射層と、スペーサ層と、接合層と、グランド配線と、を備えている。第１基板は、透光性を有する。メタサーフェスパターンは、第１基板の第１主面に設けられる。第２基板は、第１基板と対向するように設けられ、第１主面に対向する第２主面を含む。反射層は、第２主面に設けられる。スペーサ層は、導電性材料製であり、第１主面に設けられる。接合層は、第２主面とスペーサ層とを接合する。グランド配線は、スペーサ層に接続される。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、メタサーフェスパターンが静電破壊される可能性を低減することができる。

【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モジュールを含む力覚センサシステムの模式図である。図１は、力覚センサモジュールの断面図を含んでいる。

【図2】（ａ）、（ｂ）の各々は、それぞれ、図１に示した力覚センサモジュールを構成する第１基板及び第２基板の平面図である。

【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モジュール１０と、力覚センサモジュール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、力覚センサモジュール１０について、図２を参照して説明する。図１は、力覚センサモジュール１０を含む力覚センサシステム１の模式図である。図１は、力覚センサモジュール１０の断面図を含んでいる。図２の（ａ）、（ｂ）の各々は、それぞれ、力覚センサモジュール１０を構成する第１基板１１及び第２基板１２の平面図である。

【0012】

〔力覚センサモジュールの構成〕
図１に示すように、力覚センサモジュール１０は、第１基板１１と、第２基板１２と、スペーサ層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、接合層１８と、異方性導電膜２１と、グランド配線２２とを備えている。

【0013】

力覚センサモジュール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。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。

【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、力覚センサモジュール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、力覚センサモジュール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。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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

なお、力覚センサモジュール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。

【0024】

（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。
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の好ましい厚みは、３５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。

【0025】

保護層１５を設けることにより、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、防ぐことができる。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がメタサーフェスパターン１４の酸化を抑制することにより、設計時に定めた所望の応答特性を長期間に亘って得ることができる。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。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。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１０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。

【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、力覚センサモジュール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】

＜スペーサ層＞
図１に示すように、スペーサ層１３は、主面１１１に設けられた導電性材料製の部材である。スペーサ層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、スペーサ層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とスペーサ層１３とは、互いに接合されており、第２基板１２とスペーサ層１３とは、後述する接合層１８により互いに接合されている。

【0037】

スペーサ層１３は、インジウムチタン錫製である。ただし、スペーサ層１３は導電性材料製であればよく、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。

【0038】

＜接合層＞
接合層１８は、主面１２１とスペーサ層１３とを接合する部材である。本実施形態では、接合層１８は、第１基板１１側に設けられた第１接合層１８１と、第２基板１２側に設けられた第２接合層１８２とを常温接合技術により接合した部材である。接合層１８を構成する第１接合層１８１及び第２接合層１８２は、シリコン製である。ただし、第１接合層１８１及び第２接合層１８２の各々を構成する材料は、主面１２１及びスペーサ層１３の各々に対して成膜したときに良好な密着性を示し、且つ、第１接合層１８１及び第２接合層１８２同士が常温接合技術を用いて接合することができる材料であればよく、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。シリコンは、スペーサ層１３を構成するインジウムチタン錫、及び、第２基板１２を構成するポリカーボネート樹脂の何れにも良好な密着性を示し、且つ、常温接合の技術を用いて接合することができる。第１接合層１８１及び第２接合層１８２を構成するシリコン以外の材料としては、例えば、酸化ケイ素、銅、チタンが挙げられる。

【0039】

以上のように、スペーサ層１３がインジウムチタン錫製であり、接合層１８がシリコン製であることにより、常温接合技術を用いてスペーサ層１３が設けられた第１基板１１と、第２基板１２とを接合することができる。したがって、主面１１１と主面１２１との間隔を精密に制御した状態で力覚センサモジュール１０を製造することができる。

【0040】

＜グランド配線＞
グランド配線２２は、スペーサ層１３に接続されている。図１に示すように、グランド配線２２は、異方性導電膜２１を介してスペーサ層１３に接続されている。この構成によれば、スペーサ層１３に対してグランド配線２２を、容易且つ確実に、導電性を有する状態で接続することができる。

【0041】

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、スペーサ層１３及び接合層１８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。

【0042】

このように、スペーサ層１３及び接合層１８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、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層１３及び接合層１８として採用している。本実施形態において、スペーサ層１３及び接合層１８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、スペーサ層１３及び接合層１８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、スペーサ層１３及び接合層１８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、スペーサ層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。

【0043】

スペーサ層１３の厚みは、一定である。したがって、スペーサ層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。

【0044】

＜効果＞
ここで、力覚センサモジュール１０の効果について説明する。特許文献１の図１５には、第１基板と第２基板との間隔を規定するスペーサとして、クロム（Ｃｒ）製のスペーサを採用した力覚センサモジュールが記載されている。しかしながら、クロム製のスペーサをそのままガラス製である第１基板に接合することはできない。

【0045】

そのため、図１５の力覚センサモジュールにおいては、なんらかの接合手段を用いて、クロム製のスペーサと、第１基板とを接合する。実際、特許文献１では、図２１及び段落００３５に記載されているように、接合手段としてポリイミドテープを用いている。接合手段としてポリイミドテープを用いる手法は、試作段階の力覚センサモジュールにおいてメタサーフェスパターンの光学特性を確認するなどの用途には有効である。ただし、ポリイミドテープは、一時的にスペーサと第１基板とを接合しているに過ぎないため、製品版の力覚センサモジュールにおいて採用することはできない。

【0046】

クロム製のスペーサと、第１基板とを長期に亘って接合する接合手段の一例としては、紫外線硬化樹脂に代表される樹脂製の接着剤が考えられる。ただし、このような接着剤には、第１基板と第２基板との間隔を精密に制御することが難しいという問題がある。

【0047】

本発明の一態様に係る力覚センサモジュール１０においては、例えばシリコンにより構成された中間膜を用いてスペーサ層１３と第１基板１１とを接合するため、第１基板１１と第２基板１２との間隔を精密に制御することができる。

【0048】

また、力覚センサモジュール１０においては、グランド配線２２を接地させることにより、導電性材料からなるスペーサ層１３及びグランド配線２２を介して、第１基板１１は、接地される。したがって、力覚センサモジュール１０は、第１基板１１の帯電を抑制することができるので、メタサーフェスパターン１４が静電破壊される可能性を低減することができる。

【0049】

〔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モジュール１０と、測定部３０とを備えている。ここでは、測定部３０について簡単に説明する。

【0050】

測定部３０は、光源３１と、光ファイバ３２と、サーキュレータ３３と、光ファイバ３４と、コリメートレンズ３５と、光ファイバ３６と、光検出部３７と、を備えている。

【0051】

光源３１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３１として用いている。ただし、光源３１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３１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有する。

【0052】

サーキュレータ３３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３３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。

【0053】

光ファイバ３２は、一方の端部が光源３１に接続されており、他方端部がサーキュレータ３３のポートＰ１に接続されている。したがって、光ファイバ３２は、光源３１が出射した光Ｌ１をサーキュレータ３３のポートＰ１に入射する。

【0054】

光ファイバ３４は、一方の端部がコリメートレンズ３５に接続されており、他方端部がサーキュレータ３３のポートＰ２に接続されている。したがって、光ファイバ３４は、サーキュレータ３３のポートＰ２から出射された光Ｌ１をコリメートレンズ３５に出射するとともに、コリメートレンズ３５から入射された光Ｌ２をポートＰ２に入射する。

【0055】

コリメートレンズ３５は、光ファイバ３４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３５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３５を介して光ファイバ３４の一方の端部に入射する。ここで、コリメートレンズ３５は、光Ｌ１と同様にコリメート光である光Ｌ２を光ファイバ２４の一方の端部に効率よく結合させる。

【0056】

光ファイバ３６は、一方の端部が光検出部３７に接続されており、他方端部がサーキュレータ３３のポートＰ３に接続されている。したがって、光ファイバ３６は、サーキュレータ３３のポートＰ３から出射された光Ｌ２を光検出部３７に出射する。

【0057】

光検出部３７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３７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。

【0058】

図１の挿入図は、力覚センサモジュール１０の入力光である光Ｌ１、及び、力覚センサモジュール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。

【0059】

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、力覚センサモジュール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、力覚センサモジュール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。

【0060】

〔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】

【0061】

１ 力覚センサシステム
１０ 力覚センサモジュール
１１ 第１基板
１２ 第２基板
１３ スペーサ層
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
１８ 接合層
２２ グランド配線
３０ 測定部

【図1】

【図2】