JPH08297061A - Tactile sensor - Google Patents

Tactile sensor

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Publication number
JPH08297061A
JPH08297061A JP12597195A JP12597195A JPH08297061A JP H08297061 A JPH08297061 A JP H08297061A JP 12597195 A JP12597195 A JP 12597195A JP 12597195 A JP12597195 A JP 12597195A JP H08297061 A JPH08297061 A JP H08297061A
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JP
Japan
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light
tactile sensor
optical fiber
reflective film
flexible reflective
Prior art date
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Application number
JP12597195A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Toyama
修 遠山
Keisuke Yamamoto
啓介 山本
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08297061A publication Critical patent/JPH08297061A/en
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Abstract

PURPOSE: To obtain a tactile sensor for detecting a two-dimensional surface state, or the like, efficiently without being accompanied by the danger of electric spark or electric shock while suppressing an electromagnetic trouble. CONSTITUTION: The tactile sensor comprises a plurality of sensor units arranged integrally on a plane wherein each sensor comprises one or a plurality of single fiber single mode optical fibers 5 arranged so that a light can enter a flexible reflective film 1 or leave therefrom through the same air gap 21.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、接触圧や圧力等を検知
して形状認識などに用いうる光検知式の触覚センサヘッ
ドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light detection type tactile sensor head which can be used for shape recognition by detecting contact pressure or pressure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコンダイヤフラムを用いてそ
の圧力による変位をピエゾ抵抗や容量の変化として電気
信号により検出するようにした、半導体圧力計からなる
圧力センサが知られていた。
2. Description of the Related Art Heretofore, there has been known a pressure sensor composed of a semiconductor pressure gauge in which a displacement due to the pressure is detected by an electric signal using a silicon diaphragm as a change in piezo resistance or capacitance.

【0003】しかしながら、前記センサにて表面状態を
二次元的に検知することは、表面に沿っての移動が必要
であるため実質的に困難な問題点があった。また電磁障
害を受けやすく、高周波機器等が存在する雰囲気ではそ
のノイズのため正確な検知ができない問題点、あるいは
爆発性の雰囲気や生体には電気スパークや感電の危険が
あるため適用できない問題点などもあった。
However, the two-dimensional detection of the surface condition by the above-mentioned sensor has a problem that it is practically difficult because the movement along the surface is required. Also, it is susceptible to electromagnetic interference and cannot be accurately detected due to the noise in the atmosphere where high-frequency equipment is present, or the problem that it cannot be applied to explosive atmosphere or living body due to the risk of electric spark or electric shock. There was also.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電磁障害を
受けにくく電気スパークや感電の危険も伴わずに、二次
元状の表面状態などを効率よく検知できる触覚センサヘ
ッドを得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to obtain a tactile sensor head capable of efficiently detecting a two-dimensional surface state and the like without being easily affected by electromagnetic interference and without risk of electric spark or electric shock. To do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、可撓性反射膜
に対し同じ空隙部を介して単繊維からなる光ファイバの
複数又は単繊維からなる1本のシングルモードの光ファ
イバを入光又は/及び出光が可能な状態に配置してなる
センサユニットの複数を平面状に一体的に配列してなる
ことを特徴とする触覚センサヘッドを提供するものであ
る。
According to the present invention, a plurality of optical fibers made of single fibers or one single mode optical fiber made of single fibers are incident on a flexible reflection film through the same void portion. Another object of the present invention is to provide a tactile sensor head characterized in that a plurality of sensor units arranged in a state where light can be emitted are integrally arranged in a plane.

【0006】[0006]

【作用】前記の構成により、平面状に一体的に配列させ
た各可撓性反射膜がその接触箇所の表面状態や圧力等に
応じて変位し、その各可撓性反射膜の変位を光ファイバ
を介して検知することにより各可撓性反射膜の接触箇所
の総和として表面状態等を二次元的に同時に検知するこ
とができる。
With the above structure, the flexible reflecting films integrally arranged in a plane are displaced according to the surface condition and pressure of the contact portion, and the displacement of each flexible reflecting film is optically By detecting via a fiber, the surface state and the like can be detected two-dimensionally at the same time as the total of the contact points of the flexible reflective films.

【0007】なお前記において、複数の光ファイバを設
けたセンサユニットでは、その一部の光ファイバより光
を出射(出光)させて可撓性反射膜で反射させ、その反
射光を残る光ファイバで受けて(入光)光量を測定し、
接触箇所に応じた可撓性反射膜の変位の程度と反射光量
との対応関係より表面状態等を検知する。
In the above, in the sensor unit provided with a plurality of optical fibers, light is emitted (emits) from a part of the optical fibers and reflected by the flexible reflection film, and the reflected light is left by the remaining optical fibers. Receive (light) measure the amount of light,
The surface state and the like are detected from the correspondence relationship between the degree of displacement of the flexible reflective film and the amount of reflected light depending on the contact location.

【0008】一方、1本のシングルモードの光ファイバ
を設けたセンサユニットでは、その光ファイバよりシン
グルモードの光を出射させて可撓性反射膜で反射させ、
その反射光を同じ光ファイバで受けてその位相を調べ、
接触箇所に応じた可撓性反射膜の変位による光学距離の
変化と反射光の位相との対応関係より表面状態等を検知
する。
On the other hand, in the sensor unit provided with one single mode optical fiber, the single mode light is emitted from the optical fiber and reflected by the flexible reflection film,
The reflected light is received by the same optical fiber and its phase is examined,
The surface state or the like is detected from the correspondence relationship between the change of the optical distance due to the displacement of the flexible reflective film according to the contact location and the phase of the reflected light.

【0009】[0009]

【実施例】本発明の触覚センサヘッドは、可撓性反射膜
に対し同じ空隙部を介して単繊維からなる光ファイバの
複数又は単繊維からなる1本のシングルモードの光ファ
イバを入光又は/及び出光が可能な状態に配置してなる
センサユニットの複数を平面状に一体的に配列したもの
からなる。
EXAMPLE A tactile sensor head according to the present invention is configured such that a plurality of optical fibers made of single fibers or one single mode optical fiber made of single fibers are incident on a flexible reflection film via the same void portion. / And a plurality of sensor units arranged in a state where light can be emitted are integrally arranged in a plane.

【0010】図1に本発明による触覚センサヘッドを例
示した。1が可撓性反射膜、21が空隙部、5が単繊維
からなる光ファイバである。可撓性反射膜1は、1体の
枠スペーサ2に形成した複数の孔部(21)に対して、
枠スペーサの片面の同じ側に設けられており、これによ
り可撓性反射膜を有してなるセンサユニットの複数が、
1体の枠スペーサを介して平面状に、かつ一体的に配列
されている。
FIG. 1 illustrates a tactile sensor head according to the present invention. Reference numeral 1 is a flexible reflective film, 21 is a void portion, and 5 is an optical fiber made of single fiber. The flexible reflective film 1 has a plurality of holes (21) formed in one frame spacer 2,
A plurality of sensor units having a flexible reflective film are provided on the same side of one side of the frame spacer,
They are arranged in a plane and integrally via one frame spacer.

【0011】また単繊維からなる光ファイバ5は、枠ス
ペーサ2の各孔部における可撓性反射膜1に対して入光
又は/及び出光が可能な状態に配置されており、これに
よりセンサユニットが形成されている。センサユニット
における前記枠スペーサの孔部からなる同じ空隙部を介
して配置される単繊維からなる光ファイバは、複数か、
あるいはシングルモードの光ファイバの1本である。
Further, the optical fiber 5 made of a single fiber is arranged in such a state that light can be incident on and / or emitted from the flexible reflection film 1 in each hole of the frame spacer 2, whereby the sensor unit can be formed. Are formed. A plurality of optical fibers made of single fibers arranged through the same void portion made of the hole portion of the frame spacer in the sensor unit,
Alternatively, it is one of single mode optical fibers.

【0012】図2に、単繊維からなる光ファイバ6の複
数を配置したセンサユニットを例示した。また図3に、
単繊維からなる1本のシングルモードの光ファイバ7を
配置したセンサユニットを例示した。これらのセンサユ
ニットでは、透明基板3の一方に枠スペーサ2の孔部を
介し可撓性反射膜1を設けて、当該孔部からなる空隙部
21が密封状態に形成されている。また光ファイバ6,
7は、その先端が空隙部21と透明基板3を介して配置
されており、サポート4の案内孔41を介し接着固定さ
れて入光又は/及び出光が可能となっている。
FIG. 2 exemplifies a sensor unit in which a plurality of optical fibers 6 made of single fibers are arranged. Also in FIG.
The sensor unit in which one single-mode optical fiber 7 made of a single fiber is arranged is illustrated. In these sensor units, the flexible reflective film 1 is provided on one side of the transparent substrate 3 via the hole of the frame spacer 2, and the void 21 formed of the hole is formed in a sealed state. Optical fiber 6,
7, the tip of which is disposed via the void portion 21 and the transparent substrate 3 and is adhesively fixed via the guide hole 41 of the support 4 to allow light to enter and / or light to exit.

【0013】本発明においてセンサユニットは、可撓性
反射膜に対して所定の光ファイバが同じ空隙部を介して
入光又は/及び出光が可能な状態に配置されていればよ
く、図2や図3における透明基板3を省略して、光ファ
イバが空隙部に直接接続された構造などとすることもで
き、適宜な構造に形成することができる。
In the present invention, the sensor unit may be arranged in such a state that a predetermined optical fiber can enter and / or emit light through the same gap with respect to the flexible reflective film, as shown in FIG. It is also possible to omit the transparent substrate 3 in FIG. 3 to have a structure in which the optical fiber is directly connected to the void portion, or the like, and it is possible to form an appropriate structure.

【0014】なお前記において透明基板3は、空隙部を
アルゴンや窒素や空気等の適宜なガスによる減圧ないし
加圧雰囲気として形成することを目的に、密封状態の空
隙部を効率よく形成するために用いたものである。すな
わち減圧雰囲気や加圧雰囲気で空隙部を密封処理するこ
とにより空隙部内の圧力を制御でき、可撓性反射膜の撓
み特性を調節することができる。
It should be noted that, in the above, the transparent substrate 3 is formed in order to efficiently form a sealed void portion for the purpose of forming the void portion as a depressurized or pressurized atmosphere with an appropriate gas such as argon, nitrogen or air. Used. That is, the pressure in the void can be controlled by sealing the void in a reduced pressure atmosphere or a pressurized atmosphere, and the bending characteristics of the flexible reflective film can be adjusted.

【0015】本発明においては、非密封状態の空隙部と
して形成することもできる。枠スペーサ2とサポート4
の接着体に光ファイバを接続することで形成できて量産
性に優れる利点を有し、通例、大気圧からなる空隙部と
して形成される。
In the present invention, it may be formed as an unsealed space. Frame spacer 2 and support 4
It can be formed by connecting an optical fiber to the adhesive body, and has the advantage of being excellent in mass productivity, and is usually formed as a void portion at atmospheric pressure.

【0016】一方、図2、図3に示した符号の11は、
突起である。突起は、センサヘッドを検知対象に接触さ
せた際に可撓性反射膜1を撓みやすくするためのもので
あり、可撓性反射膜の外部側に突出状態に必要に応じて
設けられる。
On the other hand, the reference numeral 11 shown in FIGS.
It is a protrusion. The protrusions are for making the flexible reflective film 1 easily bend when the sensor head is brought into contact with the detection target, and are provided on the outside of the flexible reflective film in a protruding state as necessary.

【0017】本発明において可撓性反射膜は、測定に使
用する光を反射し、接触物の表面状態や圧力等に応じて
変形する可撓性を示す適宜な材料で形成することができ
る。一般には、蒸着方式やメッキ方式等で形成した金属
薄膜やそれを付設したプラスチックフィルム、特にゴム
系プラスチックフィルム、金属箔、あるいは光反射性の
半導体薄膜などで形成される。可撓性反射膜の厚さ制御
で接触時の変位量を調節でき、使用目的に応じたセンサ
ヘッドを形成することができる。
In the present invention, the flexible reflective film can be formed of an appropriate material that reflects the light used for measurement and is flexible enough to be deformed according to the surface condition of the contact object or the pressure. Generally, a metal thin film formed by a vapor deposition method or a plating method or a plastic film provided with the metal thin film, particularly a rubber plastic film, a metal foil, or a light-reflecting semiconductor thin film is used. The displacement amount at the time of contact can be adjusted by controlling the thickness of the flexible reflective film, and the sensor head can be formed according to the purpose of use.

【0018】センサユニットにおける空隙部を介した可
撓性反射膜と光ファイバの配置は適宜な方式で行ってよ
く、空隙部の形成性や、可撓性反射膜と光ファイバとの
間隔の規制性などの点より枠スペーサを用いる方式が好
ましい。
The flexible reflection film and the optical fiber may be arranged in the sensor unit through the gap by an appropriate method. The formability of the gap and the regulation of the distance between the flexible reflection film and the optical fiber may be restricted. A method using a frame spacer is preferable from the viewpoint of the property.

【0019】空隙部の深さ、従って可撓性反射膜と透明
基板やサポート等との間隔、ないし枠スペーサの厚さは
適宜に決定してよい。一般には10mm以下、就中0.0
1〜3mm程度とされる。
The depth of the void portion, that is, the distance between the flexible reflection film and the transparent substrate or support, or the thickness of the frame spacer may be appropriately determined. Generally 10 mm or less, especially 0.0
It is about 1 to 3 mm.

【0020】空隙部の径は、センサユニット、ひいては
センサヘッドの小型化の点より10mm以下、就中5mm以
下、特に1mm以下とされる。複数の光ファイバを接続す
る場合には、光ファイバの配置径以上の空隙径とするこ
とが検知精度の点より好ましい。また1本のシングルモ
ードの光ファイバを接続する場合にはその光ファイバの
径の半分よりも大きい空隙径とすることが検知精度等の
点より好ましい。
The diameter of the void portion is 10 mm or less, preferably 5 mm or less, and particularly 1 mm or less from the viewpoint of downsizing of the sensor unit and eventually the sensor head. When connecting a plurality of optical fibers, it is preferable from the viewpoint of detection accuracy that the gap diameter is equal to or larger than the arrangement diameter of the optical fibers. Further, in the case of connecting one single mode optical fiber, it is preferable from the viewpoint of detection accuracy and the like that the gap diameter is larger than half the diameter of the optical fiber.

【0021】枠スペーサの使用は、上記の如く複数のセ
ンサユニットが平面状に、かつ一体的に配列したものを
効率よく形成しうる利点を有している。枠スペーサは、
複数の孔部を形成できればよいことから、適宜な材料で
形成することができる。一般にはポリマーや金属、ある
いは半導体などで形成される。
The use of the frame spacer has an advantage that a plurality of sensor units can be efficiently formed in a plane and integrally arranged as described above. The frame spacer is
Since it suffices to form a plurality of holes, it can be formed of an appropriate material. Generally, it is formed of a polymer, a metal, or a semiconductor.

【0022】ポリマーや金属からなる枠スペーサは、例
えばシートや板等にレーザー光照射方式や微細放電加工
方式などによりミクロンオーダー等の微細な穿孔処理を
施すことにより得ることができる。
The frame spacer made of polymer or metal can be obtained, for example, by subjecting a sheet, a plate, or the like to fine perforation treatment such as micron order by a laser light irradiation method or a fine electric discharge machining method.

【0023】シリコン等の半導体からなる枠スペーサ
は、例えば半導体基板にフォトリソグラフイーによるパ
ターンニングと異方性エッチングを施す半導体回路の形
成に準じたマイクロマシニング方式などで得ることがで
きる。その場合、半導体基板の片面に予め蒸着方式等で
可撓性反射膜となる薄膜を付設しておき、パターンニン
グ後その半導体基板の裏面より異方性エッチングを施し
て可撓性反射膜一体型のダイヤフラムを得ることもでき
る。
The frame spacer made of a semiconductor such as silicon can be obtained by, for example, a micromachining method according to the formation of a semiconductor circuit in which patterning by photolithography and anisotropic etching are performed on a semiconductor substrate. In that case, a thin film to be a flexible reflection film is attached to one surface of the semiconductor substrate in advance by a vapor deposition method or the like, and after patterning, anisotropic etching is performed from the back surface of the semiconductor substrate to form a flexible reflection film integrated type. You can also get the diaphragm of.

【0024】図4に、シリコン基板を異方性エッチング
して図2に例示の如き断面形態を有するダイヤフラム単
位の製造方法を例示した。すなわち図4において、熱酸
化やウェット酸化などにより両面にシリカ層22を設け
たシリコン基板23(a)の片面に、蒸着方式等により
クロム膜24と金膜25を順次形成した後(b)、その
クロム膜と金膜をフォトリソグラフイー方式によりパタ
ーンニングしてシリカ層22の一部を露出させる
(c)。
FIG. 4 illustrates a method of manufacturing a diaphragm unit having a cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 by anisotropically etching a silicon substrate. That is, in FIG. 4, after a chromium film 24 and a gold film 25 are sequentially formed on one surface of a silicon substrate 23 (a) provided with silica layers 22 on both surfaces by thermal oxidation or wet oxidation by a vapor deposition method or the like (b), The chromium film and the gold film are patterned by the photolithography method to expose a part of the silica layer 22 (c).

【0025】次に、反対面におけるシリカ層22をフォ
トリソグラフイー方式によりパターンニングしてシリコ
ン基板面を部分的に露出させ(d)、その露出部26に
エッチャントによる異方性エッチングを施して穿孔処理
し、裏面のシリカ層22を露出させて孔部21を形成す
る(e)。
Next, the silica layer 22 on the opposite surface is patterned by photolithography to partially expose the surface of the silicon substrate (d), and the exposed portion 26 is anisotropically etched by an etchant to be perforated. Then, the silica layer 22 on the back surface is exposed to form the holes 21 (e).

【0026】ついで、孔部21に露出したシリカ層22
をエッチングしてクロム層24を露出させる(f)。そ
の場合、クロム層はエッチングストップ層として機能
し、それにより目的とするクロムと金の重畳膜からなる
可撓性反射膜を一体的に有するダイヤフラムとしての枠
スペーサ2が得られる。
Next, the silica layer 22 exposed in the holes 21
To expose the chromium layer 24 (f). In that case, the chrome layer functions as an etching stop layer, and thereby the frame spacer 2 as a diaphragm is obtained which integrally has a desired flexible reflection film made of a chrome and gold superposed film.

【0027】本発明において必要に応じて用いられる透
明基板としては、使用光に対して透明性を示す適宜なも
のを用いることができる。一般には、ガラス等の透明性
セラミックや、ポリマーなどからなるものが用いられ
る。透明基板の厚さは任意であり、一般には10mm以
下、就中0.1〜5mm程度とされる。透明基板として
は、マイクロレンズのアレイ板などのレンズ機能を有す
るものも用いうる。
As the transparent substrate used as necessary in the present invention, an appropriate substrate having transparency to the used light can be used. Generally, transparent ceramics such as glass and polymers are used. The thickness of the transparent substrate is arbitrary and is generally 10 mm or less, preferably about 0.1 to 5 mm. As the transparent substrate, a substrate having a lens function such as an array plate of microlenses can be used.

【0028】また本発明において図例に示したサポート
4は必要に応じて用いられるが、サポートはそれに設け
たテーパ形等の案内孔41を介して光ファイバを装着固
定し、透明基板あるいはダイヤフラム等の枠スペーサに
対する光ファイバの接続状態を良好に維持するためのも
のである。かかるサポートは、レーザー光照射方式や微
細放電加工方式、マイクロマシニング方式などの上記し
た枠スペーサの形成方式に準じて形成することができ
る。
In the present invention, the support 4 shown in the drawings is used as needed, but the support is mounted and fixed with an optical fiber through a guide hole 41 provided in the support, such as a transparent substrate or a diaphragm. This is for maintaining a good connection state of the optical fiber to the frame spacer. Such a support can be formed according to the above-described frame spacer forming method such as a laser light irradiation method, a fine electric discharge machining method, or a micromachining method.

【0029】可撓性反射膜の外部側に突出させて必要に
応じて設けられる突起は、フォトリソグラフィー方式な
どにより可撓性反射膜を多段形態に形成する方式や、高
分子材料にレーザーアブレーション方式等にて微小突起
アレイを別途に形成し、それを可撓性反射膜上に接着す
る方式などの適宜な方式で形成してよい。なお突起の高
さは、可撓性反射膜の撓み許容量などに応じて適宜に決
定しうる。ちなみに、130μm角で厚さが1μmの金膜
からなる可撓性反射膜の場合、撓み許容量は6μm程度
である。
The protrusions provided on the outside of the flexible reflective film and provided as necessary include a method of forming the flexible reflective film in a multi-step form by a photolithography method or a laser ablation method on a polymer material. Alternatively, a fine projection array may be formed separately by a suitable method such as a method of adhering it to the flexible reflective film. The height of the protrusion can be appropriately determined according to the allowable bending amount of the flexible reflective film and the like. By the way, in the case of a flexible reflective film made of a gold film having a 130 μm square and a thickness of 1 μm, the allowable bending amount is about 6 μm.

【0030】上記において触覚センサヘッドを形成する
各部品は接着剤等による適宜な方式で接着して組立てよ
い。量産性に優れる製造方法は、光ファイバ以外の各部
品をガラスやシリコン等の陽極接合が可能な材料で形成
し、センサユニットの多数を配列形成したシートないし
板等の状態でそれらを積層して陽極接合したのち、その
光ファイバ装着前のセンサユニットの所定数を横列や縦
横列等の状態、例えば4個×4個、8個×8個、16個
×16個等の縦横列状態で有する目的寸法の触覚センサ
ヘッドごとにカットし、それに光ファイバを装着固定す
る方法である。
In the above, the respective parts forming the tactile sensor head may be assembled by adhering them by an appropriate method using an adhesive or the like. The manufacturing method that excels in mass productivity is that each component other than the optical fiber is formed of a material such as glass or silicon capable of anodic bonding, and they are laminated in the form of a sheet or plate in which many sensor units are arrayed. After anodic bonding, have a predetermined number of sensor units before mounting the optical fiber in a row or column or row state, for example, in a row or column state of 4 × 4, 8 × 8, 16 × 16, etc. This is a method of cutting each tactile sensor head of a target size and attaching and fixing an optical fiber to it.

【0031】本発明において光ファイバとしては、単繊
維からなるものが用いられる。これにより細さに優れる
光ファイバが得られて小型ないし超小型のセンサユニッ
ト、ひいては触覚センサヘッドを得ることができる。ち
なみに直径が100〜200μmの光ファイバを用いて
複数の、就中2本の光ファイバを接続するタイプでは、
外径が0.4〜1.2mmのセンサユニットからなるもの
を得ることが可能である。また1本のシングルモードの
光ファイバを接続するタイプでは、外径が0.2〜0.
5mmのセンサユニットからなる触覚センサヘッドを得る
ことが可能である。
In the present invention, a single fiber is used as the optical fiber. As a result, an optical fiber with excellent thinness can be obtained, and a small or ultra-small sensor unit, and thus a tactile sensor head can be obtained. By the way, in the type of connecting a plurality of optical fibers, especially two optical fibers using an optical fiber with a diameter of 100 to 200 μm,
It is possible to obtain a sensor unit having an outer diameter of 0.4 to 1.2 mm. Further, in the type in which one single mode optical fiber is connected, the outer diameter is 0.2 to 0.
It is possible to obtain a tactile sensor head consisting of a 5 mm sensor unit.

【0032】なお複数の光ファイバを接続するタイプの
センサユニットからなる触覚センサヘッドの形成には通
例、マルチモードの光ファイバが用いられるが、シング
ルモードのものも用いうる。用いる光ファイバは、プラ
スチックやガラスなどの適宜な材質からなるものであっ
てよい。光ファイバの透明基板やサポート等への接続
は、接着剤方式などの適宜な方式で行ってよい。
Although a multi-mode optical fiber is generally used for forming a tactile sensor head composed of a sensor unit of a type in which a plurality of optical fibers are connected, a single-mode optical fiber may also be used. The optical fiber used may be made of an appropriate material such as plastic or glass. The optical fiber may be connected to a transparent substrate, a support or the like by an appropriate method such as an adhesive method.

【0033】本発明の触覚センサヘッドは、それを検知
対象に接触させて表面形状や圧力等を二次元状で検知す
るものであるが、その触覚センサの形成は、例えば当該
ヘッドから延びる各光ファイバに光スイッチや光導波路
等からなる光学系を経由して光源ないし検出器に接続す
る方式などにより形成することができる。
The tactile sensor head of the present invention detects the surface shape and pressure in a two-dimensional manner by bringing it into contact with the object to be detected. The tactile sensor is formed by, for example, each light extending from the head. It can be formed by a method in which a fiber is connected to a light source or a detector via an optical system including an optical switch and an optical waveguide.

【0034】ちなみに前記の光スイッチとしては、例え
ば8×8や16×16等の光マルチスイッチなどがあげ
られ、光導波路としては128×128等の光導波路な
どがあげられる。また光源としては、LEDや半導体レ
ーザなどを用いうる。LEDは、反射光の強度を測定す
る強度変調方式の場合に好ましく、半導体レーザは反射
光の位相差を測定する位相変調方式の場合に好ましく用
いうる。
Incidentally, the above-mentioned optical switch includes, for example, an 8 × 8 or 16 × 16 optical multi-switch, and the optical waveguide includes a 128 × 128 optical waveguide. Further, as the light source, an LED or a semiconductor laser can be used. The LED is preferably used in the case of the intensity modulation method for measuring the intensity of the reflected light, and the semiconductor laser can be preferably used in the case of the phase modulation method for measuring the phase difference of the reflected light.

【0035】さらに検出器としても、目的とする検知精
度などに応じて適宜なものを用いうる。例えば前記の強
度変調方式の場合、2.5μm以上の撓みを検知対象と
するときには通例の光量測定器で検知できるし、2μm
以下等の微小な撓みを検知対象とするときには発光量を
正確に知りうる光源と高分解能の光量測定器を用いるこ
とで検知することができる。なお位相変調方式の場合に
は、装置の大型化を招くものの、測定に用いる光の半波
長、従って波長が0.85μmの光の場合にはは約0.
4μmの撓みも検知でき高精度の検知を達成しうる。
Further, as the detector, an appropriate detector can be used according to the intended detection accuracy. For example, in the case of the intensity modulation method described above, when a deflection of 2.5 μm or more is to be detected, it can be detected by a usual light amount measuring device, and 2 μm
When a minute deflection such as the following is to be detected, it can be detected by using a light source and a high-resolution light quantity measuring device that can accurately know the light emission quantity. In the case of the phase modulation method, although the size of the apparatus is increased, half the wavelength of the light used for measurement, that is, in the case of light having a wavelength of 0.85 μm, it is about 0.
Deflection of 4 μm can also be detected and highly accurate detection can be achieved.

【0036】かかる触覚センサの具体的用途としては、
ロボットハンドの手先部に装着してそのハンドと作業対
象ないし環境との接触の有無、さらには接触圧やその分
布の検出、食品加工工程や加工後における食品の硬度等
やその分布の検出、あるいは生体病変部の硬さ分布の検
出などがあげられる。
Specific applications of such a tactile sensor include:
Attached to the hand of the robot hand, the presence or absence of contact between the hand and the work target or environment, and further detection of contact pressure and its distribution, detection of the food processing process and the hardness of food after processing and its distribution, or Examples include detection of hardness distribution in a living body lesion.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、表面状態等を二次元ス
ケールで効率よく検知でき、電磁障害を受けずに、また
電気スパークや感電の危険も伴わずに、従って生体にも
適用できる光検知式の触覚センサヘッドを得ることがで
きる。
According to the present invention, a surface state or the like can be efficiently detected on a two-dimensional scale, and the light can be applied to a living body without being affected by electromagnetic interference and without danger of electric spark or electric shock. A detection type tactile sensor head can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の部分断面斜視図FIG. 1 is a partial sectional perspective view of an embodiment.

【図2】センサユニット例の断面図FIG. 2 is a sectional view of an example of a sensor unit.

【図3】他のセンサユニット例の断面図FIG. 3 is a sectional view of another sensor unit example.

【図4】ダイヤフラムの製造工程例の説明図FIG. 4 is an explanatory view of an example of a diaphragm manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:可撓性反射膜 2:枠スペーサ 21:空隙部(孔部) 3:透明基板 4:サポート 5,6,7:光ファイバ 1: Flexible reflective film 2: Frame spacer 21: Void (hole) 3: Transparent substrate 4: Support 5, 6, 7: Optical fiber

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可撓性反射膜に対し同じ空隙部を介して
単繊維からなる光ファイバの複数を入光又は出光が可能
な状態に配置してなるセンサユニットの複数を平面状に
一体的に配列してなることを特徴とする触覚センサヘッ
ド。
1. A plurality of sensor units formed by arranging a plurality of optical fibers made of single fibers in a state capable of entering or exiting light through a same void portion with respect to a flexible reflective film, are integrally formed in a planar shape. A tactile sensor head characterized by being arranged in a line.
【請求項2】 可撓性反射膜に対し空隙部を介して単繊
維からなる1本のシングルモードの光ファイバを入出光
が可能な状態に配置してなるセンサユニットの複数を平
面状に一体的に配列してなることを特徴とする触覚セン
サヘッド。
2. A plurality of sensor units in which a single-mode optical fiber made of a single fiber is arranged in a state in which light can enter and exit from a flexible reflective film via a gap portion in a planar shape. A tactile sensor head characterized in that it is arranged in a regular pattern.
【請求項3】 可撓性反射膜が外部側に突出した突起を
有する請求項1又は2に記載の触覚センサヘッド。
3. The tactile sensor head according to claim 1, wherein the flexible reflective film has a protrusion protruding to the outside.
【請求項4】 空隙部が密封状態に形成されてなる請求
項1〜3に記載の触覚センサヘッド。
4. The tactile sensor head according to claim 1, wherein the void portion is formed in a sealed state.
JP12597195A 1995-04-25 1995-04-25 Tactile sensor Pending JPH08297061A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928137A (en) * 2012-11-14 2013-02-13 合肥工业大学 Four-interdigital-electrode type three-dimensional force contact sensor for artificial skin
JP2016099228A (en) * 2014-11-21 2016-05-30 大和製衡株式会社 Load sensor and load detection method

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