JPH09257609A - 光ファイバ式触覚センサ - Google Patents

光ファイバ式触覚センサ

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JPH09257609A
JPH09257609A JP8061214A JP6121496A JPH09257609A JP H09257609 A JPH09257609 A JP H09257609A JP 8061214 A JP8061214 A JP 8061214A JP 6121496 A JP6121496 A JP 6121496A JP H09257609 A JPH09257609 A JP H09257609A
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JP
Japan
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optical fiber
light
tactile
tactile sensor
fiber type
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Ceased
Application number
JP8061214A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Maeda
重雄 前田
Osamu Toyama
修 遠山
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Publication date
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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来品と比較して単純であり、したがって製
造が容易であり、また外力に対する感度および耐性が優
れている触覚部を有する光ファイバ式触覚センサを提供
すること。 【解決手段】 触覚部は多数の不透光性小片を分散含有
する透光性の有機高分子弾性体にて構成されており、該
弾性体にて構成された触覚部が外力にて変形すると、該
弾性体中の各不透光性小片にも変位が生じて、それら各
小片毎の光の反射や吸光などに変化が生じ、全小片によ
る反射や吸光の総和も変化する。この変化の総和から、
外力の存在を検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た触覚センサに関し、特に構造が簡単で堅牢な光ファイ
バ式触覚センサに関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ式触覚センサとして、従来よ
り投光用光ファイバと受光用光ファイバとからなる光フ
ァイバ群と、該投光用光ファイバの先端に設けられた触
覚部とからなる構造のものが提案されている。かかる構
造の触覚センサにおいては、該触覚部は、投光用光ファ
イバからの投入光を反射して一定の比率で受光用光ファ
イバの受光端に伝達するものである。そして該触覚部が
外力を受けて変位乃至変形すると投入光に対する反射の
程度に変化が生じ、受光用光ファイバの受光端に伝達す
る光量が常態時のそれと差異が生じてこの差異から外力
の存在が検知される。
【0003】このような光ファイバを用いた触覚センサ
は、例えば細管内などの狭隘な、したがって通常の手段
では検知が困難な部位や、人体内のように電気的な検知
手段の使用が不可能の場合にすこぶる有用である。
【0004】上記触覚センサにおいて重要な機能を奏す
る触覚部に関して、従来、種々の構造が提案されてきて
いる。それらは、微細な外力に敏感に反応すべく、一般
的に繊細且つ複雑な構造を有している。例えば、投光用
光ファイバの先端部自体を繊細に加工して触覚部となし
たもの、センシング中心として薄い金属膜を使用したも
のなどである。しかしそれらは、概して製作が容易でな
く、また外力に対して破損し易い、と言った問題点があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高感
度にして且つ製作が容易であり、しかも外力に対して破
損し難い、光ファイバを用いた触覚センサを提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ式触
覚センサは、多数の不透光性小片を分散含有する透光性
の有機高分子弾性体にて構成された触覚部に、光の投受
が行い得るように光ファイバを配置してなることを特徴
とする。
【0007】
【作用】不透光性小片を分散含有する有機高分子弾性体
は、金属やガラスなどの従来の触覚部構成材料と比較し
て、柔軟性に富んでいるので外力を受けると敏感に且つ
容易に変形し、しかも破損し難い。該材料にて構成され
た触覚部が外力にて変形すると、該弾性体中の各不透光
性小片にも変位が生じて、それら各小片毎の光の反射や
吸光などに変化が生じ、全小片による反射や吸光の総和
も変化する。この変化の総和から、外力の存在を検知で
きる。よってかかる有機高分子弾性体からなる本発明の
触覚部は、高感度にして且つ外力に対する耐性も優れて
いる。さらに該触覚部は、構造がすこぶる単純であるの
で、製造も容易である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により詳細
に説明する。図1は1実施例の全体概略図、図2は図1
における触覚部の拡大断面図、図3は他の実施例におけ
る触覚部周辺の拡大断面図である。図1〜図3におい
て、互いに同一部位は、同一数字にて示す。
【0009】図1〜図3において、1は投光用光ファイ
バ、2受光用光ファイバ、12は重畳光用光ファイバ、
3は重畳光用光ファイバ12の先端に固着した触覚部、
11は投光用光ファイバ1に光を供給するための光源、
21は受光用光ファイバ2からの光を受ける受光器であ
る。該触覚部3は、不透光性小片32を分散含有する有
機高分子弾性体31からなり、その先端に反射板33が
固着されている。図1においては、さらに光分岐器4を
有する。一方、図3においては、一本の投光用光ファイ
バ1の周囲に多数本の受光用光ファイバ2が配置されて
いる。また、それら光ファイバの束の先端には空間6を
介して透明材、例えばアクリル樹脂、からなる台座5が
強固に嵌め込まれており、該台座の上に触覚部3が固着
されている。このように本発明においては、図1の実施
例のように、重畳光用光ファイバを採用して触覚部を該
光ファイバの先端に直接設置してもよく、あるいは図3
の実施例のように台座や空間部のような透光性部位を介
して触覚部を設けてもよい。
【0010】図1においては、光源11から発せられた
光、即ち投入光は、投光用光ファイバ1と光分岐器4を
経由して重畳光用光ファイバ12に入り、ついで該ファ
イバ12より触覚部3に供給される。該投入光は、触覚
部3中の多数の不透光性小片32により反射あるいは吸
収される。反射光の一部は、直接、重畳光用光ファイバ
12に帰って行く。一方、大部分の光は反射板33に至
ってそれにて反射され、重畳光用光ファイバ12に帰っ
て行く。かくして重畳光用光ファイバ12においては、
投入光と触覚部3から帰って来る光、即ち帰還光とが重
畳することになる。帰還光は、ついで分岐器4に至って
その光量が分配され、一部は投光用光ファイバ1に入
り、残りは受光用光ファイバ2を経由して受光器21に
至る。光分岐器4としては、通常の、例えばY分岐型の
導波路などが使用できる。該光分岐器による光ファイバ
1、2への分配比率は任意であってよいが、一般的には
1対1前後が好ましい。
【0011】一方、図3においては、光源11(図示せ
ず)からの投入光は、投光用光ファイバ1、空間6およ
び台座5を介して触覚部3に供給される。該投入光の反
射光(帰還光)は、台座5を介して空間6に至り、その
一部は、直接、多数の受光用光ファイバ2に分配され伝
送されて受光器21に集められる。
【0012】触覚部3を構成する有機高分子弾性体とし
ては、光源11からの投入光に対して透光性であり、且
つ適度の弾性を有するものであればその化学種は問わな
い。通常、ゴムやエラストマーなどとして知られている
各種の天然物や合成物、例えば天然ゴム、ブチルゴム、
イソプレンゴム、シリコンゴム、ポリウレタンゴムなど
のゴムあるいはエラストマー類、ポリオレフィン系熱可
塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマ
ー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマーなどの熱可
塑性エラストマー類などが例示される。弾性体31は、
発泡体であってもよい。
【0013】該弾性体の弾性値は、触覚部3の構造や寸
法、あるいは生じ得る外力の大きさなどによって一般的
に異なるが、例えば試験規格ASTM D695に従っ
て測定した圧縮弾性率が10〜100程度のものが例示
できる。
【0014】本発明において採用される不透光性小片
は、触覚部3が外力にて変形したとき、その変形に伴っ
て何らかの変位、例えば向きの変化、を示し、その変位
に基づく光の反射量や吸収量に変化を生ぜしめて、それ
によって受光器21に送付される光量を変化させる機能
を有するものであればよい。例えば、金、銀、ニッケ
ル、真鍮、ステンレスなどの金属のような光反射性物の
粉体、フレーク、微細繊維など、あるいはシリカ、雲
母、各種ガラス、サファイア、アルミナなど、小片の部
位によって反射や吸光の程度が異なる各種無機物の粉や
フレークなどが例示される。これらのうち金属、各種ガ
ラス、サファイア、アルミナのような高光反射性物の粉
体は、光量変化機能が特に大きいので好ましい。それら
は、好ましくは平均粒径が1〜500μm、特に5〜2
00μmであり、その使用量は有機高分子弾性体1mm
3 あたり10〜5000個、特に50〜1000個であ
る。
【0015】触覚部3の主要な要素である上記の有機高
分子弾性体と不透光性小片との混合体は、両者を2本ロ
ール、バンバリーミキサなどの通常の混合機を用いて通
常通りに混合し、ついで押出成形や型成形などにて成形
し、ついで必要に応じて加熱、あるいは電子線や紫外線
の照射にて架橋処理して調製することができる。該混合
体は、円柱、角柱、その他任意の形状であってよい。触
覚部3の寸法や外形は本発明のセンサの適用場所、所望
のセンシング感度、検知せんとする外力の大きさなどに
より区々であるが、例えば触覚部3の外形対長さの比
は、一般的には1対0.5〜10程度が適当である。
【0016】本発明においては、触覚部3の先端に設け
られた反射板33は、不透光性小片のみによる光量変化
能が十分である場合は必ずしも必要でないが、触覚部3
の感度を高めるために設けることが一般的に好ましい。
また、鏡や金、銀、ニッケル、真鍮、ステンレスなどの
金属の薄板などがその構成材として適しており、その厚
みは触覚部3の大きさにもよるが、通常10〜200μ
m程度が適当である。なお、本発明センサの使用に際し
て、該センサを被検査体に挿入する折に、反射板33の
エッジが被検査体の壁面を損傷する危険があったり、あ
るいは逆に被検査体の粗壁面により該エッジが引っ掛か
って円滑な挿入が困難となる場合がある。かかる場合に
は、反射板33と触覚部3との全体を、あるいは触覚部
3と反射板33との接着外面を適当な有機高分子、たと
えぱ前記有機高分子弾性体で覆うことが好ましい。
【0017】図1〜図3において、触覚部3の有機高分
子弾性体31部は、反射板33、重畳光用光ファイバ1
2、あるいは透明な台座5と任意の方法、例えば紫外線
硬化樹脂、熱硬化樹脂、熱可塑性樹脂などの接着剤によ
る接続、アンカー構造やクランプ構造などによる機械的
接続など、さらにはそれらの併用にて接続してよい。
【0018】光源11の光源としては、赤外線、可視
光、紫外線など、いずれであってよい。なお、投光用光
ファイバ1や受光用光ファイバ2が長尺であるために伝
送損失が問題となる場合には、それら光ファイバの構成
材料に応じて伝送損失が少なくなる光源を選択使用する
とよい。
【0019】つぎに、上記図1および図3の実施例によ
る外力の存在を検知する機構について説明する。先ず、
被検知場所に触覚部3を設置して光源11より投入光を
絶えず供給し続ける。触覚部3が外力を受けない時、即
ち常態においては、前記した機構にてそれなりの光量が
受光器21により受光される。つぎに触覚部3が外力を
受けて変形し、その結果、主として触覚部3先端の反射
板33による反射光量が変化し受光器21による受光量
が変化する。多くの場合、受光量が減少する。この変化
をもって外力の存在を検知することになる。
【0020】粒径が10〜100μmの範囲に分布し、
平均粒径が約55μmの金粉の約18gを市販のシリコ
ンゴム100g(約100個/1mm3 )に分散混合し
た混合物から外径125μm、長さ0.1mmの円柱を
成形し、その先端に直径125μmの金板からなる反射
板を熱硬化性シリコン接着剤にて接着して触覚部を調製
した。この触覚部の他端を上記と同じ熱硬化性シリコン
接着剤にて外径125μmのシングル・モード型重畳光
用光ファイバの先端に接着して図1と同型の光ファイバ
式触覚センサを得た。その際、投光用光ファイバおよび
受光用光ファイバとしては、シングル・モード型光ファ
イバを用い、また光分岐器4としてはY型のガラス導波
路を、光源としては波長680nmの赤色LEDを、受
光器としてはフォトダイオードを、それぞれ用いた。こ
の触覚センサは、その触覚部に1gの微小な力を加える
と受光器のフォトメータに100nW程度もの光量変化
が生じ、精度よく外力の検知ができることを確認した。
【0021】
【発明の効果】本発明の光ファイバ式触覚センサは、そ
の触覚部の構造が従来品と比較して頻ぶる単純である。
したがって、製造が容易であるので低価格での大量生産
に適しており、また外力に対する感度および耐性も優れ
ているので広範囲な使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の全体概略図である。
【図2】図1における触覚部の拡大断面図である。
【図3】本発明の他の実施例における触覚部周辺の拡大
断面図である。
【符号の説明】
1 投光用光ファイバ 11 光源 12 重畳光用光ファイバ 2 受光用光ファイバ 21 受光器 3 触覚部 31 有機高分子弾性体 32 不透光性小片 33 反射板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の不透光性小片を分散含有する透光
    性の有機高分子弾性体にて構成された触覚部に、光の投
    受が行い得るように光ファイバを配置してなることを特
    徴とする光ファイバ式触覚センサ。
  2. 【請求項2】 不透光性小片が高光反射性の粉体である
    請求項1記載の光ファイバ式触覚センサ。
  3. 【請求項3】 高光反射性の粉体が金属粉である請求項
    2記載の光ファイバ式触覚センサ。
  4. 【請求項4】 触覚部の先端に反射板を有するものであ
    る請求項1または2記載の光ファイバ式触覚センサ。
  5. 【請求項5】 触覚部の近傍において投光用光ファイバ
    と受光用光ファイバとが光分岐器にて結合されており、
    該光分岐器と触覚部との間には重畳光用光ファイバが設
    けられ、且つ該重畳光用光ファイバの先端に触覚部が固
    着されている請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイ
    バ式触覚センサ。
  6. 【請求項6】 投光用光ファイバと受光用光ファイバと
    の束の先端に透光性の台座を設け、該台座の上に触覚部
    を固着してなる請求項1〜4のいずれかに記載の光ファ
    イバ式触覚センサ。
JP8061214A 1996-03-18 1996-03-18 光ファイバ式触覚センサ Ceased JPH09257609A (ja)

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Cited By (3)

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