JPS62502142A - 力を検出する光学装置、およびその装置を用いて計量に応用するための力を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ）　配列の表面に試験圧力を印加し、第１の方向と第２の方向のそれぞれの順 序ｉ、ｊの各ファイバに対し関連する検出器により与えられる力Ｆｉ　、Ｒｊの 値を記憶し、ｄ）　次式に従って、配列の第１の方向及び第２の方向に、それぞ れの順序ｉ及び順序ｊのファイバの交差するところの座標ｉ、ｊの各点に加えら れる相対力Ｐｉｊを決定し、上記（ａ）−（ｄ）のステップよりなる方法。

１２、　配列の座標ｉ、ｊの各点に加えられる相対力を決定する段階に先立って 、相対力Ｆｉ　、Ｒｊの値が検出器により与えられる相対力の最大値に関して正 規化されることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の方法。

１３、　配列の順序ｉ、ｊの光ファイバの交差の座標ｉ。

ｊの各点に加えられる絶対力を決定するために、ａ）　応力が印加される試験表 面より大きい隣接面上の上記配列を配設し、試験表面が、１くＵくｎ：１くＶく ｍなる関係を満足する座標Ｕ、■の配列のどの点でもあるように、上記試験表面 が定義され、 ｂ）　試験圧力がないとき、システムの初期状態を定義する零状態を配列の各点 ｉ、ｊについてメモリに書き込み、Ｃ）　配列上に試験応力を印加して、試験表 面のレベルにおいて、第１の方向と第２の方向のそれぞれの順序ｉ。

ｊの各ファイバと関連する検出器により付与される相対力Ｆｉ　、Ｒｊの値を記 憶し、 ｄ）　試験応力が維持されているとき、ｉｏ≠Ｕとｊ。

εＶまたは、ｉｏεＵとｊｏ　４ｖすなわち試験表面外の配列の点の座標ｉｏ、 ｊｏをもつ少なくとも１つの点に所定の標準力ｆｉｏ、ｊｏを印加し、第１の方 向及び第２の方向のそれぞれの順序ｉｏ、ｊｏのそれぞれの光ファイバに関連す る検出器により与えられる新たな相対力Ｆｉｏ、Ｒｊｏの値を記憶し、 ｅ）　上記標準力ｆｉｏ、ｊｏの値の新たな相対力ＦｉＯ１ＲｊＯの値から、こ れらの値の直線的関係により、試験表面上及び配列の集合の絶対力ｅｉ、ｊの異 なる値を決定し、 上記ａ）〜ｅ）のステップを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１１項また は第１２項いずれかに記載の光学装置。

１４、　キャリブレイションボタン（５２１）と表示窓（５２０）を備える容器 （５２〉とカーペット（５１）から構成される光ファイバの配列からなることを 特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項いずれかに記載の、力を検出する ための光学装置。

明細書 力を検出する光学装置、およびその装置を用いて計量に応用するための力を測定 する方法本発明は力を検出する光学装置、この装置により力を計測しバランスに 応用する方法に関する。現在、光学ファイバの光伝導体の変形を利用して力を計 測する光学装置がある。この変形によるファイバ内の光の伝播の状態の変化によ って伝達された光の強度の減衰によりファイバ上に加えられた応力を計測してい る。上記の特性を具備した光学ファイバを利用した応力試験型の装置が特に米国 特許Ｎｏ。

４．１６３，３９７あるいはヨーロッパ特許Ｎｏ、０，０８２．８２０に開示さ れている。このような刊行物に記載された装置は、力の印加、ファイバの長さ方 向に沿う周期的な力の変化を許すため、例えばファイバの周囲に接続された追加 の機械構造を使用する必要がある。また、ファイバに加わる全部の力の計測が、 ファイバのアンダーゴーイングな変形により伝達された光の強度の減衰に直接関 係している。しかし、このような型の装置は、ファイバに加わる力または応力の 計測を有効なものとしているが、゛それにもかかわらず、通常の操作状態で、こ の種の型の装置に必要な正確性、依存性、精密性をもって、重さを計測可能な簡 素な装置、あるいは、表面に加えられた応力または力の２次元プロットすなわち 、圧力マツブのプロットを使用する。

本発明の目的は、計量のための通常要求される状態で、質量及び力の計測が可能 な力の光学検出器を提供することにある。

本発明の他の目的は、表面または所定の試験表面上に圧力マツブをプロットする 光学装置を提供すること叫ある。

本発明の他の目的は、本発明の装置を使用して、表面または所定の試験表面上の 圧力マツブをプロットするか、あるいは、力を測定する方法を提供することにあ る。

本発明の力を計測する光学装置は、配列（アレイ）を形成するように配置された 少なくとも１つの光学ファイバと、いくつかのファイバの、入口と呼ばれる一端 に配置された発光手段と、いくつかのファイバの、出口と呼ばれる他端に配置さ れた受光手段とを含み、ファイバの配列により伝達された光の強度に関する情報 と関連する力の計測を与える。

本発明の装置により、試験表面上の多数の点に加えられた力をプロットするプロ セスは、試験表面上において、多数のファイバにより構成された配列にその要旨 がある。ファイバの交差の各点ｉ、ｊのためのシステムの零状態は、配列と試験 表面上に加えられた試験応力が存在しないときにメモリに記録される。試験応力 が配列と試験表面に加えられると、第１及び第２の方向へ順序’ｓＪの各光学フ ァイバに対応する検出器により与えられる力Ｆｉ　、Ｒｊの相対値が記憶される 。配列の第１の方向と第２の方向の順序ｉと順序ｊの光学ファイバの交差座標ｉ 、ｊの各点に加わる相対力Ｐｉｊが下式の直線的な関係により決定される。

ここで、ｍ、ｎはファイバの数、αｉ、βｊは次式のように表わされる。

及び 本発明は、計量装置、歪んだ面に加わる応力の計測装置、中空体（ホローボディ ー）、貯蔵容器、衣服、圧力により形成される部分を製造する産業あるいは、周 期的又は実質的に周期的な力をそれらの内壁がうける中空体を試験する産業、特 に、特種靴やロボット工学に用いる機械システムに応用される。

また、本発明は、平面の座標システムに関して位置された要素の変位をひきおこ すどのような力も検出し、この検出か、上記位置の計測の精度の上昇をもたらす 。

本発明は以下の記述及び図面から理解されるであろう。

第１ａ及び１ｂ図は、本発明の装置の実施例あるいはより練られた実施例をそれ ぞれ示す。

第２ａ、２ｂ及び２０図は、第１ｂ図の断面図による本発明の装置の詳細を示す 。

第３ａ及び３ｂ図は、第１ｂ図の要素の詳細な斜視図を示す。

第４図は、第１ａ及び１ｂ図の実施例の要素の詳細な回路図を示す。

第５図はより計量に特化した本発明による装置を示す。

第６ａ図は、表面または試験表面に加えられた圧力のマツプまたはプロットを確 立するため用いられる本発明による装置を示す。

第６ｂ図は、第６ａ図に図示するような装置による圧力を計測する方法を図示し た詳細図を示す。

上記図面において、異なった要素の相対的次元や端部は、それらの表現の明瞭性 をそこなうことがないので、図示は省略しである。

本発明による力を検出する光学装置の原理を第１ａ及びｌｂ図に基づいて説明す る。本発明の光学装置は配列２を形成するように配置される少なくとも１つの光 学ファイバ１を含む。発光手段Ｅは光学ファイバの一端に配置され、受光手段Ｒ は出口と呼ばれるファイバの他端に配置される。

受光手段は、ファイバの配列により伝達された光の強度及び対応する印加された 力の計測に関連する情報を与えるべく配置される。

第１ｂ図に示す如く配列によって、例えば、単一のループは接触を形成する交差 点をもつ折り重なったファイバ要素と、いくつかの折り重なった要素またはファ イバの１つあるいは多数とワイヤとの組合わせが規則的であると否とにかかわら ず、配列格子を構成する配列を形成するように機械的に接触を形成するいくつか のファイバ要素とを含む。

本発明は、第１ｂ図に示すような実施例には限定されることがないのであるが、 配列格子２は、その各格子について、連続する２つの横線ｉと連続する２つの縦 線ｊでもって範囲が定められる。これらの線は、所定のピッチＰに従って間隔を あけたファイバにより構成される。配列２はｍ個とｎ個の線とを含む。

縦線及び横線の間隔ピッチＰはＫＸλ／２に等しい。ここでは、λは機械的な摂 動の臨界空間的な期間を示し、これは、ファイバ中の伝播モードの隣接グループ と結合可能であり、またＫは１以上の整数である。実際の配列では、値には所定 の範囲の間の変数である。このファイバでは、パラメータλの値はグラディエン ドインデックス型（勾配型）の光学ファイバでは、次の式により与えられる。

ａはファイバのコア（核）の半径である。

２Δ＝（１−ｎ２／ｎ己） ｎｏは光学ファイバのエンベロープ（外包）の屈折率を示し、ｎＣは光学ファイ バのコアの屈折率を示す。

第１ｂ図に示す実施例によれば、ファイバ配列２は連続した間隔のつけられたコ イルのように折り重ねられた１つのファイバから構成される。コイルの１つのグ ループは同一回転方向、例えば三角法の回転方向に従って形成され、連続したコ イルの第２のグループは、第１のグループと対向するような同一の回転方向に形 成される。そして、ファイバは第２の方向に伸長する第２のコイルのグループを 形成するため第１グループに例えば垂直な方向である第２の方向に巻かれる。こ のような配列に形成されたファイバの端部は発光部Ｅと受光部Ｒと接続する。

発光部Ｅにより光信号が出力されると、ファイバ中の光の伝播は、配列に加えら れるどの応力の場に対しても変更される。光信号の伝達される強度に対してこれ らの変形が効果を及ぼすため、ファイバに加えられる変形と減衰の相互作用に対 応する理論が形成される。これらの相互作用の理論的研究については、エージニ ー・バーローとジエージ工−・ラムスコツ・ハンセンとデーエヌ・パイン共著の 「単一モードのスパンファイバにおける極モード分散及びブリーフリングンス」 　（巻２０．ページ２９６２．１９８１年９月）がある。

配列２の異なる他の実施例が第２ａ−２Ｃ，３ａ、３ｂ図に示される。

第２８−１．２ａ−２及び３ａ図に示すように、横線ｉが縦線ｊの上にのせられ るか又は逆になるように構成される。第２ａ、２ａ−２図において、順序ｉの横 線と順序ｊの縦線の各断面図を示す。配列２の集合の機械的結合力を確保するた め、これはシリコン弾性材の層に埋められる。

このシリコン弾性材は、例えば、ローンーポーレンクカンパニーにより製造され る商標ｒＲｈｏｄｏｒｓ　ｉ　ｌ　Ｊでよく知られ、商業的に利用される物質か ら構成される。この実施例では、カーペット形状の表面上に上板２０と下板２１ とが配設され、保護のため、のりによって固定される。

上板２０と下板２１は例えばネオプレン材、合成または自然のファイバ（繊維） により構成される。

他の実施例によれば、光学ファイバの配列２を被覆するから構成することができ る。後者の場合、多孔性の物質の密度及び弾性は、その物質により被覆される配 列の感度が得られる範囲で選択される。そして、このような密度や弾性が配列に 加えられる応力や力の減衰を決定する。上記２つの例では、被覆材はがっしりし たタイプのもので、前記商標［Ｒｈｏｄｏｒｓ　ｉ　ｌＪのようなものであり、 多孔質材はポリウレタンの発泡材であるが、配列の被覆はモールド（塑造）によ り行なわれる。

好適な実施例によれば、編まれたファイバにより配列２は構成される。これらの 例は第２ｂ−１，２ｂ−２，２ｃｍ１．２Ｃ−２及び３ｂ図に示される。第２ｂ −１図に示す如く、各横線ｉは、各縦線ｊ上に相互に配列の各格子またはピッチ を形成するべく載せられる。この載置は、第２ｂ−１，２ｃｍ１図のように示す ように配列の単一の方向に実行されてもよいし、第２ｂ−２，２ｃｍ２及び３ｂ 図のように、配列の２つの方向に従ってなされてもよい。さらに、第２Ｃ−１， ２Ｃ−２図では、それ自身の被覆ベッド２２と上下両板２０，２１が示される。

光ファイバそれ自身により構成された横線及び縦線の上に力が加わることを許す 単独の役割を果たすため、縦及び横の光ファイバをワイヤのような要素により置 きかえて構成しても良い。

上述の配列の実施例に使用される光ファイバにおいては、単一モードファイバ、 またはグレイテッドインデックスもしくはステップインデックスをもっている多 モードファイバいずれでもよい。光ファイバは例えば、２５０分の１ミリメート ルから１ミリメートルの間の直径のプラスチック製のファイバであるか、または １０分の１ミリメートルの直径のシリカ結晶体ファイバである。配列を構成する ための直径２５０分の１ミリメートルのプラスチック製のファイバを利用して、 ７−８ミリメートルの厚さを越えない、第２ａ、２ａ図に示すごとき最終構造を 得ることが可能である。

発光部Ｅと受光部Ｒが第４図に示される。発光部Ｅは１つまたはいくつかの電子 発光ダイオードで構成される。受光手段それ自身は、１つまたはそれ以上の光伝 導ダイオード、光ダイオード４０．検出部４１から構成される。光の放出に用い られるダイオードの性質が、用いられる光ファイバの光学特性の関係して、配列 の幾何学的なパラメーダを決定する。このように、１つまたはそれ以上の電子発 光ダイオードが赤外線領域に接近したところで発光するため、１ミリメートルの 直径のプラスチックファイバにおいては、臨界期間λが９．８１ミリメートルと なっている。

第４図に示す如く、電子発光ダイオードと発光ダイオード４０が容器４００の中 に光が漏れないように配設される。

その内では、配列２の出口端部が、フォトダイオード４０の適度な発光を確保す るべく配設される。

検出装置４１は、ローパスフィルタ４１０並びにアナログ・デジタル変換器４１ ２及びディスプレイ４１３と縦続接続される。ローパスフィルタ４１０はダイオ ード４０の負荷抵抗４０１と接続し、さらに調整抵抗４０２を介して成極電圧子 ＶＣＣにより動力が供給される。ディスプレイ４１３は例えば７セグメント表示 器または液晶表示システムにより構成される。

より良好な計測性を確保するため、検出装置４１はざらに零調整またはキャリブ レイション（目盛測定）装置を含む。これはローパスフィルタ４１０及びアナロ グ・デジタル変換器４１２の間に接続された差動アンプ４１１を含み、その正入 力端子はローパスフィルタ４１０の出力と接続する。差動アンプの負の入力端子 は零調整ポテンショメータ４１７と接続し、それは反対極性の十ＶＣＣと−ＶＣ Ｃとに接続している。さらに、第４図に示す如き中立ファイバＮによって、シス テムの光学状態の関数としての装置の零キャリブレイションと零標準化が確保さ れる。中立ファイバは、実施例の配列に用いられる同じ製造バッチから作られる 同じ性質のファイバであるが、応力や力を受けるものではない。光を散乱させな いために、例えば図示せぬ単一の光システムを介して、配列の電子発光ダイオー ドからその発光の一部を、入力光として、受けいれる。光遮断箱４１５０に封じ られた中立ファイバＮは受光器４１５を介して、差動増幅器の負の入力に零キャ リブレイション信号を伝達する。ファイバを構成する成分の避けることができな い経年変化や、あるいは、十分に時間内にある程度の正確性でもって計測してい ても、上記の経年変化に固有な独立電源の連続電圧が、その電圧レベルの谷（ト ラフ）にもかかわらず、電子回路集合体に供給されてしまうといったことに対し 、中立ファイバを備えてシステムの安全を計っているのである。

本発明の装置の応用の例として、第５図に計量装置の実流側が示される。この図 面に示される装置は特に個人用の計量装置に適用される。特に、それは、前に述 べたようなカーペット５１として構成された配列、及び前記の関連する検出器と 、発光部と受光部とからなる容器５２から構成される。第４図のディスプレイ４ １３は、窓５２０の高さのところで、容器５２の上面に表われる。容器５２の上 面に表われる零調節ボタン５２１は、ポテンショメータ４１７の制御により、使 用者が、零調整することを許可する。

第５図に示す装置は特に家庭内の使用によく適用され得る。

全体の厚さが７ミリメードルを越えない配列で形成されたカーペット５１は例え ば、家具の部分の家内装飾材料あるいはカーペットの下に挿入される。

本発明の他の装置は特に試験表面の多くの点に加えられる圧力マツブまたは相対 的な力のプロッティング（作図）を許容しうるちのであり、第６ａ図を参照しつ つ説明する。

この図面によれば、本実施例は、第１の方向の多数のｍ個の縦線と第２の方向の 多数のｎ個の横線から構成された配列２を有する装置である。第６ａ図において 、第１の方向と第２の方向とは垂直方向である。各縦線と横線は独立した光ファ イバで構成され、その光ファイバは、発光手段Ｅｉ、Ｅｊと、受光及び検出手段 Ｑｉ　、Ｑｊとを備える。ダイナミックメモリ手段６２．６３は、８第１の方向 及び第２の方向の順序ｉ、ｊの各光ファイバに対応する検出器によって与えられ る相対力の値を記憶する。さらに次式のような受光部Ｑｉ　、Ｑｊにより与えら れる計測の直線的結合式に従って、それぞれ配列の第１の方向及び第２の方向の 座標ｉ、ｊの配列の各点に加えられる相対力の計算が、上記記憶手段６２．６３ を読み書きする手段及び計算手段６５により行なわれる。

ｍ、ｎはそれぞれの縦線と横線の数を示す。

第６ａ図において、上記読み書きする手段と配列に加えられる相対力を計算する 手段は、例えば、中央処理装置６５で構成される。さらに、メモリ６３．６２に 対応する受光部Ｑｉ　、Ｑｊの組合わせを確保するため、６１で示されるマルチ プレクサシステムｉと６０で示されるマルチプレクサシステムｊが備えられる。

中央処理装置６５により制御されるこれらのマルチプレクサは、受光部Ｑｉ　、 Ｑｊの組み合わせの順序を許可するとともに、上記検出器により与えられる検出 結果として表わされる減衰値をメモリｉ。

６３、メモリｉ、６２の対応する所定のアドレスの皇き込むことを許可する。中 央処理装置６５はコンピュータ・キーボード型のキーボードを備えるとともに、 計測の結果を演算器に従ってディスプレイを表示するテレビジョンモニタと、受 光部ＱｉとＱｊにより付与される計測を扱うためのどのようなプログラムをも中 央メモリへの格納を許す補助メモリを備える。上述の受光部には第４図の実施例 に示すようなアナログ−デジタル変換器、ローパスフィルタ、１つのフォトダイ オードがそれぞれ適用（リデュース）されてもよい。通常、マルチプレクサ６０ ．６１には、マルチプレクサかあるいはニューメリカル・スイッチング回路が商 業的に利用されている。通常、メモリ６２．６３はＲＡＭ型であり読み書き、消 去が自在なアドレサブルメモリである。それらは、中央処理装置６５に統合する ことはできない。

特に第６ａ図に示す装置による、試練表面上の多数の点に加えられる力をプロッ ティングする方法を、第６ａ、６部図とともに説明する。この方法は、試験表面 上の発明に係る装置の配列２の配列に特徴がある。試験表面及び配列２に加えら れる試験応力（強制応力）が存在しないときは、順序に応じた配列の光ファイバ の交差点の座標の各点がシステムの零状態として書き込まれる。実際に、上記の 装置の配列２は、特に、１部の配列の厚さが小さいため、ゆがんだ表面上の応力 を計測するのに適用される。これは１０分の１ミリかそこらの順序の直径のシリ カ水晶の光ファイバにより自然に構成される。ファイバの配列の被覆の後におい ては、全体の厚みは２ミリメートル以下にされている。

第６ａ図において、発光部Ｅｉ　、Ｅｊ及び受光部ｏｉ、Ｑｊは、図面作成の実 際的な都合により、配列２の極めて近接に示される。ゆがんだ表面上のきわめて 種々な応用操作の良好な従順性と能力を付与するため、発光部と受光部はこの配 列から遠くのところへコントラストに配置される。

特に、このようにスキン（皮）のような配列２はどのような圧力や応力情報やそ の位置でも検出することができる。

試験圧力が表面及び配列２に加えられると、第１の方向と第２の方向のそれぞれ において、各検出器および受光部により与えられる相対力Ｆｉ、Ｒｊの値が記録 される。配列の第１および第２の方向のそれぞれの順序ｉ、ｊでの、ファイバの 交差座標ｉ、ｊをもつ各点に加えられる相対力Ｐｉｊが次式により決定される。

単純な古典的な算術操作により得られる相対力Ｐｉｊの計算は、中央処理装置に 格納されたプログラムにより有効に行なわれる。ざらに、必須ではないが有効な 方法として、相対力Ｆｉ　、Ｒｊの値は、相対力Ｐｉｊの決定を含む段階におい て、すでに検出器により付与された相対力のうちの最大値に関して正規化される 。正規化された力の値により、その力の値が指定されるが、その値は力の値の最 大値の比で表わされた縮小サイズとして表現される。最大値の場合は、結果とし て任意の手法で１に等しくされ、他の値は、最大値に対する比で表現される。

第６ａ、６部図を参照して、上述の方法が、配列の順序ｉ、ｊにおける光ファイ バの交差座標ｉ、ｊの各点に加えられる絶対力ｅｉ　、ｅｊの決定に用いられる 場合について説明する。このため応力が加えられる試験表面Ｓより大きい表面を もつ隣接面Ａ上に装置の配列２が配置されるよう、この方法は構成される。第５ ａ、５ｂ図において、隣接面Ａ及び試験表面Ｓが示されているが、試験表面Ｓは 、例えば道具の外包の２つの相補的表面のレベルにある。１＜ＬＪ＜ｎ　：　ｉ 　＜ｙ＜ｍを満足する座標Ｕ、■の配列２のすべての点として、試験表面Ｓは定 義される。配列２上の試験圧力がないときは、システムの初期状態を定義する零 状態が上記メモリｉ、ｊ、６２，６３に書き込まれる。試験表面Ｓ上のみにおい て、配列に試験圧力が、配列に加えられると順序ｉ、ｊの各光ファイバに対応す る各検出器により与えられる相対力Ｆｉ、Ｒｊの値が配列の第１の方向及び第２ の方向に相対的な状態で、メモリｉ、ｊ、６２，６３に記憶される。試験応力が 維持されると、１０．ψＵとｊＯ９εＶまたは、その逆の１０．εＵとｊＯ２φ Ｖすなわち試験表面Ｓ外の配列２の点において、配列の座標ｉｏ、ｊ。

の少なくとも１つ以上の点へ、所定のよく知られた値の標準値力ｆｉｏ、ｊｏが 加えられる。第１の方向及び第２の方向のそれぞれにおいて、それぞれ順序ｉｏ 、ｊｏの各光ファイバに対応する検出器により与えられる新たな相対力）：ｉｏ 、ＲｊＯは、標準応力がない場合に、力の値を記憶するため用いられる前のアド レスと異なったアドレスに記憶される。配列と試験表面Ｓの集合体の絶対力ｅｉ 、ｊの異なる値か次のものからまる。１つは標準応力の存在するときの相対力Ｆ ｉｏ、ＲｊＯの新たな値、他は標準力ｆｉｏ、ｊｏおよび、これらの値の直線的 結合からえられる相対力Ｆｉ　、Ｒｊのすでに記憶された値がそれである。

第６ａ図に示すように、試験表面Ｓを横ぎる、試験応力を受けるファイバの１つ の配列に対応する座標の点に、試験力からの応力が加えられなければならないこ とは明らかである。それにもかかわらず、やはり、これらの計算とこれらの使用 を許すためめプログラムを簡単なものにするためには、検出器により計測された 力の値が最大となるファイバに対応する点において試験表面を働かせることは有 効τある。順序の決定すなわち、対応するファイバの順序の数の決定は、メモリ ６２．６３に記憶された力１ニーｉ、Ｒｊの値の最大の選択が可能なプログラム により実行される。

これらのプログラムは、情報処理については古典的なものであり、その技術にお ける通常の知識を有するものが容易に知り得るものであるから説明は省略されて いる。

このように本発明の説明において述べられたように本発明の装置と方法は種々な る態様にて実施し得るものである。

本発明は第６ａ図に示す装置の応用として、基準平面においてＸＹに位置された 要素の動きの位置測定のため、例えば、上記の装置はコンピュータキーボードタ イプのキーボードにおける感度要素として用いられ、ここでは、キーボードのタ ッチ（接触）に対応する位置が、これらのＸ、　Ｙにおける対応するアドレスを 許す。ここでは情報処理及び伝達における分野において用いられる実際のコード に従った文字数字式やコーディングシンボルにおけるものに関する。

本発明は上記実施例には何等限定されることなく、特に上記にのべたセンシティ ブ・スキン（感度を有する皮）に用いられる対応の装置は、把持部を有するロボ ット工学の分野に有効である。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．次を含むことを特徴とする力を検出するための光学装置。 配列（２）を構成するよう配設される少なくとも１つの光ファイバ（１）、 光ファイバの出口端部に配設される発光手段（Ｅ）と光ファイバの入口端部に配 設される受光手段（Ｒ）とを含み、該受光手段（Ｒ）が、配列の光ファイバによ り伝達される光の強度及び関連する力の計測に関する情報を与えるべく応用され る。
2. ２．光ファイバは規準格子配列を構成するように配設され、配列の各格子は所定 のピッチで隔てられたそれぞれ２つの連続する横線（ｉ）と２つの連続する縦線 （ｊ）で画定されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学装置。
3. ３．上記縦線及び横線の所定ピッチはＫとλ／２との積に等しく、ここに、Ｋは １以上の整数であり、λは伝播の隣接モードのグループと結合しうる機械的摂動 の臨界期間を示し、λ＝２πａ／（２Δ）１／２で与えられ、ここにａは光ファ イバのコアの直径であり、２Δ＝（１−ｎ■／ｎ■）であり、ｎｏは光ファイバ のエンベロープの屈折率、ｎＣは光ファイバのコアの屈折率を示す、ことを特徴 とする特許請求の範囲第１項または第２項いずれかに記載の光学装置。
4. ４．上記横線と縦線で構成された配列を形成すべく光ファイバが構成され、縦線 （ｊ）が横線（ｉ）上に載置されるか、または、逆の関係になることを特徴とす る特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれかに記載の光学装置。
5. ５．上記光ファイバが編まれることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第 ４項のいずれかに記載の光学装置。
6. ６．各横線（ｉ）が配列の各格子または各ピッチにおいて、各縦線（ｊ）上に載 置されるか、又、逆の関係であることを特徴とする特許請求の範囲第４項または 第５項のいずれかに記載の光学装置。
7. ７．上記発光手段が、１つ以上の電子蛍光ダイオードであり、上記受光手段が検 出器（４１）の備えられた、１つ以上のフォトダイオード（４０）により構成さ れることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載の光 学装置。
8. ８．検出器（４１）が、ローパスフィルタ（４１０）とアナログーデジタル変換 器（４１２）と表示器（４１３）とを含み、これらが縦続接続されてなる特許請 求の範囲第７項に記載の光学装置。
9. ９．上記検出器（４１）が、さらに、キャリブレイションまたは零調整装置を含 み、該装置はローパスフィルタ（４１０）とアナログーデジタル変換器（４１２ ）の間に挿入される差動増幅器（４１１）を含み、該増幅器の負の端子は零調整 のためポテンショメータ（４１７）に接続され さらに、上記キャリブレイションまたは零調整装置は、中立ファイバ（Ｎ）を含 み、該ファイバは、配列の発光ダイオードにより与えられた発光の一部をその入 口で受けとり、前記差動増幅器の負の入力端子に零キャリブレイション信号（Ｃ Ｚ）を受光部（４１５）を介して供給することを特徴とする特許請求の範囲第８ 項に記載の光学装置。
10. １０．試験表面の多数の点に加えられる相対力のプロットをするために上記装置 は、 第１の方向にｍ個の縦線と第２の方向にｎ個の横線を有し、該縦線と横線は、発 光手段と受光手段と検出器を備えた独立の光ファイバによって構成されることき 配列と、それぞれ第１の方向及び第２の方向に、順序ｉ，ｊの各光ファイバに関 連する検出器により与えられる相対力Ｆｉ，Ｒｊの値のためのダイナミックメモ リ手段と、式Ｐｉｊ＝（αｉＲｊ＋ＢｊＦｉ／２）上記関係に従って配列の第１ の方向及び第２の方向のそれぞれの座標ｉ，ｊに関する配列の各点に加えられる 相対力を計算する手段と、上記記憶手段を読み善きする手段と、を含むことを特 徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項いずれかに記載の光学装置。
11. １１．試験表面の多数の点に加えられる力をプロットする方法であって、 ａ）試験表面上の装置の配列（２）を配列し、ｂ）配列（２）と試験表面上に加 えられる試験応力が存在しないときの零状態を、座標ｉ，ｊの各点のためのメモ リへ書き込み、 ｃ）配列の表面に試験圧力を印加し、第１の方向と第２の方向のそれぞれの順序 ｉ，ｊの各ファイバに対し関連する検出器により与えられる力Ｆｉ，Ｒｊの値を 記憶し、ｄ）次式に従って、配列の第１の方向及び第２の方向に、それぞれの順 序ｉ及び順序ｊのファイバの交差するところの座標ｉ，ｊの各点に加えられる相 対力ｐｉｊを決定し、Ｐｉｊ＝（αｉＲｊ＋ＢｊＦｉ／２） ここに ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ 上記（ａ）−（ｄ）のステップよりなる方法。
12. １２．配列の座標ｉ．ｊの各点に加えられる相対力を決定する段階に先立って、 相対力Ｆｉ，Ｒｊの値が検出器により与えられる相対力の最大値に関して正規化 されることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の方法。
13. １３．配列の順序ｉ，ｊの光ファイバの交差の座標ｉ，ｊの各点に加えられる絶 対力を決定するために、ａ）応力が印加される試験表面より大きい隣接面上の上 記配列を配設し、試験表面が、１＜Ｕ＜ｎ；１＜Ｖ＜ｍなる関係を満足する座標 Ｕ，Ｖの配列のどの点でもあるように、上記試験表面が定義され、 ｂ）試験圧力がないとき、システムの初期状態を定義する零状態を配列の各点ｉ ，ｊについてメモリに書き込み、ｃ）配列上に試験応力を印加して、試験表面の レベルにおいて、第１の方向と第２の方向のそれぞれの順序ｉ，ｊの各ファイバ と関連する検出器により付与される相対力Ｆ１，Ｒｊの値を記憶し、 ｄ）試験応力が維持されているとき、ｉｏ■ＵとｊｏεＶまたは、ｉｏεＵとｊ ｏ■Ｖすなわち試験表面外の配列の点の座標ｉｏ，ｊｏをもつ少なくとも１つの 点に所定の標準力ｆｉｏ，ｊｏを印加し、第１の方向及び第２の方向のそれぞれ の順序ｉｏ，ｊｏのそれぞれの光ファイバに関連する検出器により与えられる新 たな相対力Ｆｉｏ，Ｒｊｏの値を記憶し、 ｅ）上記標準力ｆｉｏ，ｊｏの値の新たな相対力Ｆｉｏ，Ｒｊｏの値から、これ らの値の直線的関係により、試験表面上及び配列の集合の絶対力ｅｌ，ｊの異な る値を決定し、 上記ａ）〜ｅ）のステップを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１１項また は第１２項いずれかに記載の光学装置。
14. １４．キャリプレイションボタン（５２１）と表示窓（５２０）を備える容器（ ５２）とカーペット（５１）から構成される光ファイバの配列からなることを特 徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項いずれかに記載の、力を検出するた めの光学装置。