(57)【要約】      （修正有）【課題】操作に伴う繰り返し応力に晒され永久変形が生じる問題を克服した薄膜光センシングネットワークを用いた触覚センシングシステムを提供する。【解決手段】センシングネットワークは、可撓性材料に配置された導光路(103,113,123,133)のアレイを含む。各導光路は、第１端に光源(101,111,121,131)が結合された入力端(102,112,122,132)を有し、第２端に光検出器(105,115,125,135)が結合された出力端(104,114,124,134)を有する。各光源は所定の第１周波数及び特性を有する光信号を対応する導光路に供給し、各光検出器は対応する導光路から光信号を受信して、受信した光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する。プロセッサは各光検出器から出力信号を受信して、センシングネットワークに加えられた圧力を受信した信号に基づいて特定する。【選択図】図１
2017116531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性材料に配置された導光路のアレイから成り、前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とするものであるセンシングネットワークと、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路に所定の第１周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する複数の光源と、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の出力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路からそれぞれ光信号を受信して、受信した前記光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の各々から前記出力信号を受信するように接続されており、前記複数の光検出器から受信した信号に基づいて、前記センシングネットワークに加えられた圧力を特定するよう構成されたプロセッサと、を含む、可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項２】
前記プロセッサは、さらに、前記センシングネットワークに加えられた前記圧力の前記触覚センサ内の位置を、前記複数の光検出器から受信した信号に基づいて特定するように構成されている、請求項１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項３】
前記複数の光源の各々と、対応する導光路の入力端との間にそれぞれ結合された光入射部をさらに含む、請求項１又は２に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項４】
前記光入射部には、偏光子、偏光回転子、及び波長セレクタのうちの少なくとも１つが含まれる、請求項３に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項５】
前記複数の光検出器の各々と、対応する導光路の出力端との間にそれぞれ結合された光出射部をさらに含み、前記光出射部には、波長セレクタ及び偏光セレクタのうちの少なくとも１つが含まれる、請求項１〜４いずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項６】
前記アレイ内の領域において導光路に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた１つ又は複数の導光路に結合された１つ又は複数の光検出器からの出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項７】
前記導光路アレイ内の領域に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた１つ又は複数の導光路に結合された１つ又は複数の光検出器からの出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項８】
前記アレイ内の領域において導光路に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた１つ又は複数の導光路の第２端に到達した光の大きさの変化を反映する、１つ又は複数の光検出器からの前記所定の第２周波数の出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項９】
前記所定の第２周波数は、前記所定の第１周波数の２倍である、請求項１〜８のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項１０】
前記第２周波数は、前記第１周波数のラマンストークス出力又はアンチストークス出力に対応する、請求項１〜９のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項１１】
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路に所定の第３周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する複数の第２光源をさらに含み、
前記所定の第２周波数は、前記所定の第１周波数と前記所定の第３周波数との関数に基づいて決定される、請求項１〜１０のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項１２】
前記導光路は、２次元のデカルトグリッドを形成し、前記導光路は、前記２次元のデカルトグリッドの各交点で接続されている、請求項１〜１１のいずれかに記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【請求項１３】
可撓性材料に配置された導光路のアレイから成るセンシングネットワークを用いて圧力を感知する方法であって、前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とするものであり、
複数の光源から前記導光路の各々に、それぞれ所定の第１周波数及び特性を有する光信号を供給し、
前記導光路の各々の出力端において、複数の光検出器で光信号を受信して、対応する導光路の出力端において受信した前記光信号の大きさに対応する出力信号を所定の第２周波数で生成し、
前記出力信号を処理することにより、前記センシングネットワークに加えられた圧力を特定する、各工程を含む方法。
【請求項１４】
前記出力信号を処理することにより、前記センシングネットワークに前記圧力が加えられた、前記センシングネットワーク内の位置を特定する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開始は、概して、薄膜光センシングネットワークを用いた触覚センシングシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触覚を人工的に再現することは、多くの分野で有効である。触覚センサは、トランスデューサであり、トランスデューサの表面と、このトランスデューサ表面に接触するオブジェクトとの間に発生する力を測定することにより、人工的な触覚を提供するのに利用される。触覚センサは、オブジェクトの取扱いや操作を伴う用途（例えば、ロボットグリッパ）において一般的に用いられており、オブジェクトに加える力の大きさを、オブジェクトを適切に把持、制御するには十分であるが、オブジェクトに損傷をもたらしかねないレベルよりはずっと小さく保つようにする。触覚センサは、圧力センサアレイ、ひずみゲージローゼット（strain gauge rosette）、あるいは、その他の電気機械式のセンシングシステムから構成されており、操作に伴う繰り返し応力に晒されると永久変形が生じ、感度の変化、最適化された信頼性からの低下、及び寿命の短縮が生じる。
【０００３】
したがって、上述の問題を克服するように改善された触覚センシングシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００４】
一側面によれば、可撓性薄膜触覚センサは、可撓性材料に配置された導光路のアレイから成るセンシングネットワークを含む。前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とする。また、当該可撓性薄膜触覚センサは、前記導光路の各々に対して１つずつ設けられた複数の光源を含む。前記複数の光源の各々は、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されている。前記複数の光源の各々は、対応する導光路に所定の第１周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する。当該可撓性薄膜触覚センサは、さらに、前記導光路の各々に対して１つずつ設けられた複数の光検出器を含む。前記複数の光検出器の各々は、対応する導光路の出力端にそれぞれ結合されている。前記複数の光検出器の各々は、対応する導光路からそれぞれ光信号を受信して、受信した前記光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する。当該可撓性薄膜触覚センサは、さらに、前記複数の光検出器の各々から前記出力信号を受信するように接続されたプロセッサを含む。前記プロセッサは、前記複数の光検出器から受信した信号に基づいて、前記センシングネットワークに加えられた圧力の値を特定するよう構成されている。
【０００５】
別の側面によれば、可撓性薄膜触覚センサは、可撓性材料に配置された１つ又は複数の導光路のアレイから成るセンシングネットワークを含む。前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とする。また、当該可撓性薄膜触覚センサは、前記導光路の各々に対して１つずつ設けられた１つ又は複数の光源を含む。前記１つ又は複数の光源の各々は、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されている。前記１つ又は複数の光源の各々は、対応する導光路に所定の第１周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する。当該可撓性薄膜触覚センサは、さらに、前記導光路の各々に対して１つずつ設けられた１つ又は複数の光検出器を含む。前記１つ又は複数の光検出器の各々は、対応する導光路の出力端にそれぞれ結合されている。前記１つ又は複数の光検出器の各々は、対応する導光路からそれぞれ光信号を受信して、受信した前記光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する。当該可撓性薄膜触覚センサは、さらに、前記１つ又は複数の光検出器の各々から前記出力信号を受信するように接続されたプロセッサを含む。前記プロセッサは、前記１つ又は複数の光検出器から受信した信号に基づいて、前記センシングネットワークに加えられた圧力を特定するよう構成されている。
【０００６】
さらに別の側面によれば、圧力を感知する方法は、可撓性材料に配置された導光路のアレイから成るセンシングネットワークを用いる。前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とする。前記導光路の各々に光信号がそれぞれ供給される。前記光信号の各々は、所定の第１周波数及び特性を有する。前記導光路の各々の出力端において光信号が受信され、対応する導光路の出力端において受信された前記光信号の大きさに対応する出力信号が所定の第２周波数で生成される。前記出力信号を処理することにより、前記センシングネットワークに加えられた圧力が特定される。
【０００７】
上述した特徴、機能、利点は、各種の実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
後述する詳細な説明は、例として記載されているものであり、本開示をその記載のみに限定することを意図するものではない。この説明は、以下の添付図面を併せて参照することによって、最もよく理解されるであろう。
【０００９】
【図１】本開示の一側面による薄膜光センシングネットワークの実施形態を示すブロック図である。
【図２】本開示の一側面による薄膜光センシングネットワークの第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】本開示の一側面による薄膜光センシングネットワークの第３実施形態を示すブロック図である。
【図４】本開示の一側面による薄膜光センシングネットワークの第４実施形態を示すブロック図である。
【図５】本開示の薄膜光センシングネットワークに用いる光源及び光入射部を示すブロック図である。
【図６】本開示の薄膜光センシングネットワークに用いる光出射部及び検出器を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示では、本開示の様々な例示的な実施形態を示す複数の図面を通して、同様の要素については同様の参照符号で示している。
【００１１】
図１を参照すると、第１実施形態の薄膜光センシングネットワーク１００が示されており、複数の直線状の導光路（optical pathway）１０３、１１３、１２３、１３３が、例えば適切なプラスチックなどの変形可能な可撓性材料からなる薄膜にアレイ状に形成又は配置されている。各導光路１０３、１１３、１２３、１３３は、プラスチック材料中に形成された導波路やその均等物であってもよく、あるいは、プラスチック材料に埋設された別個の光ファイバであってもよい。導光路１０３、１１３、１２３、１３３は、各導光路１０３、１１３、１２３、１３３の第１端で、対応する光入射部（input optic）１０２、１１２、１２２、１３２を介して、対応する光源Ｓ1 １０１、Ｓ2 １１１、Ｓ3 １２１、Ｓ4 １３１にそれぞれ結合されている。加えて、導光路１０３、１１３、１２３、１３３は、各導光路１０３、１１３、１２３、１３３の第２端で、対応する光出射部（output optic）１０４、１１４、１２４、１３４を介して、対応する検出器Ｄ1 １０５、Ｄ2 １１５、Ｄ3 １２５、Ｄ4 １３５にそれぞれ結合されている。各導光路１０３、１１３、１２３、１３３は、光学式ひずみゲージ（optical strain gauge）として機能するものであり、薄膜光センシングネットワーク１００が圧力や応力に晒されると、検出器Ｄ1 １０５、Ｄ2 １１５、Ｄ3 １２５、Ｄ4 １３５のうちの１つ又は複数が受け取る信号に、その圧力や応力が反映される。図１の実施形態では、４つの平行な導光路１０３、１１３、１２３、１３３を示しているが、本明細書のいずれの実施形態においても、含まれる導光路の数、及び各導波路の配置は、センシングネットワークに求められるサイズや解像度に合わせて変更可能である。
【００１２】
動作においては、各光源Ｓ1 １０１、Ｓ2 １１１、Ｓ3 １２１、Ｓ4 １３１は、対応する導光路１０３、１１３、１２３、１３３に所定の光信号を供給して通過させ、最終的には、対応する検出器Ｄ1 １０５、Ｄ2 １１５、Ｄ3 １２５、Ｄ4 １３５に到達させる。各検出器Ｄ1 １０５、Ｄ2 １１５、Ｄ3 １２５、Ｄ4 １３５からの出力は、その後、プロセッサ（図１には図示せず）に送られて適切な処理及び分析が施され（詳細は、図６を参照して後述する）、これにより薄膜光センシングネットワーク１００に加えられた圧力の大きさや位置が特定される。図１の薄膜光センシングネットワーク１００は、ひずみゲージ技術に基づく従来の触覚センサと比較して、はるかに感度が高く、はるかに小型である。
【００１３】
図２を参照すると、第２実施形態の薄膜光センシングネットワーク２００が示されており、複数の曲線状の導光路２０３、２１３、２２３、２３３が、図１の実施形態同様に、例えば適切なプラスチックなどの変形可能な可撓性材料からなる薄膜にアレイ状に形成又は配置されている。各導光路は、プラスチック材料中に形成された別個の導波路やその均等物であってもよく、あるいは、プラスチック材料に埋設された別個の光ファイバであってもよい。導光路２０３、２１３、２２３、２３３は、各導光路２０３、２１３、２２３、２３３の第１端で、対応する光入射部２０２、２１２、２２２、２３２を介して、対応する光源Ｓ1 ２０１、Ｓ2 ２１１、Ｓ3 ２２１、Ｓ4 ２３１にそれぞれ結合されている。加えて、導光路２０３、２１３、２２３、２３３は、各導光路２０３、２１３、２２３、２３３の第２端で、対応する光出射部２０４、２１４、２２４、２３４を介して、対応する検出器Ｄ1 ２０５、Ｄ2 ２１５、Ｄ3 ２２５、Ｄ4 ２３５にそれぞれ結合されている。各導光路２０３、２１３、２２３、２３３は、光学式ひずみゲージとして機能するものであり、薄膜光センシングネットワーク２００が圧力や応力に晒されると、検出器Ｄ1 ２０５、Ｄ2 ２１５、Ｄ3 ２２５、Ｄ4 ２３５のうちの１つ又は複数が受け取る信号に、その圧力や応力が反映される。
【００１４】
動作においては、各光源Ｓ1 ２０１、Ｓ2 ２１１、Ｓ3 ２２１、Ｓ4 ２３１は、対応する導光路２０３、２１３、２２３、２３３に所定の光信号を供給して通過させ、最終的には、対応する検出器Ｄ1 ２０５、Ｄ2 ２１５、Ｄ3 ２２５、Ｄ4 ２３５に到達させる。図１の実施形態と同様に、各検出器Ｄ1 ２０５、Ｄ2 ２１５、Ｄ3 ２２５、Ｄ4 ２３５からの出力は、その後、プロセッサに送られて適切な処理及び分析が施され、これにより薄膜光センシングネットワーク２００に加えられた圧力の大きさや位置が特定される。
【００１５】
図３を参照すると、第３実施形態の薄膜光センシングネットワーク３００が示されており、複数の導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３が、例えば適切なプラスチックなどの変形可能な可撓性材料からなる薄膜にアレイ状に形成又は配置されている。各導光路は、プラスチック材料に形成された別個の導波路やその均等物であってもよく、あるいは、プラスチック材料に埋設された別個の光ファイバであってもよい。図３に示すように、導光路３０３、３１３、３２３、３３３は、第１方向に沿って配置されており、導光路３４３、３５３、３６３、３７３は、第１方向に直角な第２方向に沿って配置されている。よって、導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３は、２次元のデカルトグリッド（two dimensional Cartesian grid）を形成する。各導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３は、上述の図１のように直線状であってもよいし、上述の図２のように曲線状であってもよい。導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３は、各導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３の第１端で、対応する光入射部（図３には図示せず）を介して、対応する光源Ｓ1 ３０１、Ｓ2 ３１１、Ｓ3 ３２１、Ｓ4 ３３１、Ｓ5 ３４１、Ｓ6 ３５１、Ｓ7 ３６１、Ｓ8 ３７１にそれぞれ結合されている。加えて、導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３は、各導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３の第２端で、対応する光出射部（図３には図示せず）を介して、対応する検出器Ｄ1 ３０５、Ｄ2 ３１５、Ｄ3 ３２５、Ｄ4 ３３５、Ｄ5 ３４５、Ｄ6 ３５５、Ｄ7 ３６５、Ｄ8 ３７５にそれぞれ結合されている。各導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３は、光学式ひずみゲージとして機能するものであり、薄膜光センシングネットワーク３００が圧力や応力に晒されると、検出器Ｄ1 ３０５、Ｄ2 ３１５、Ｄ3 ３２５、Ｄ4 ３３５、Ｄ5 ３４５、Ｄ6 ３５５、Ｄ7 ３６５、Ｄ8 ３７５のうちの１つ又は複数が受け取る信号に、その圧力や応力が反映される。図中の黒点（例えば、点３８０、３８１、３８２）は、導光路がその点で相互に接続されていることを表している（明瞭性のため、図３では、すべての点に参照符号を記載してはいない）。この接続により、ある導光路の光を、隣接する別の導光路に誘導することができ、プラスチック材料に生じた応力や歪みに対する感度を向上させることができる。
【００１６】
動作においては、各光源Ｓ1 ３０１、Ｓ2 ３１１、Ｓ3 ３２１、Ｓ4 ３３１、Ｓ5 ３４１、Ｓ6 ３５１、Ｓ7 ３６１、Ｓ8 ３７１は、対応する導光路３０３、３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３に所定の光信号を供給して通過させ、最終的には、対応する検出器Ｄ1 ３０５、Ｄ2 ３１５、Ｄ3 ３２５、Ｄ4 ３３５、Ｄ5 ３４５、Ｄ6 ３５５、Ｄ7 ３６５、Ｄ8 ３７５に到達させる。各検出器Ｄ1 ３０５、Ｄ2 ３１５、Ｄ3 ３２５、Ｄ4 ３３５、Ｄ5 ３４５、Ｄ6 ３５５、Ｄ7 ３６５、Ｄ8 ３７５からの出力は、その後、プロセッサに送られて適切な処理及び分析が施され（詳細は、図６を参照して後述する）、これにより薄膜光センシングネットワーク３００に加えられた圧力の大きさや位置が特定される。
【００１７】
図４を参照すると、第４実施形態の薄膜光センシングネットワーク４００が示されており、複数の導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３が、例えば適切なプラスチックなどの変形可能な可撓性材料からなる薄膜にアレイ状に形成又は配置されている。各導光路は、プラスチック材料に形成された別個の導波路やその均等物であってもよく、あるいは、プラスチック材料に埋設された別個の光ファイバであってもよい。本実施形態は図３の実施形態と類似しており、相違点は、導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３が、交点において相互接続されていないことである。よって、導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３のいずれか１つから、導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３の別の１つに光が誘導されることはない。図３の実施形態と同様、導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３は、２次元のデカルトグリッドを形成する。各導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３、は、上述の図１のように直線状であってもよいし、上述の図２のように曲線状であってもよい。導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３は、各導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３の第１端で、対応する光入射部（図４には図示せず）を介して、対応する光源Ｓ1 ４０１、Ｓ2 ４１１、Ｓ3 ４２１、Ｓ4 ４３１、Ｓ5 ４４１、Ｓ6 ４５１、Ｓ7 ４６１、Ｓ8 ４７１にそれぞれ結合されている。加えて、導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３は、各導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３の第２端で、対応する光出射部（図４には図示せず）を介して、対応する検出器Ｄ1 ４０５、Ｄ2 ４１５、Ｄ3 ４２５、Ｄ4 ４３５、Ｄ5 ４４５、Ｄ6 ４５５、Ｄ7 ４６５、Ｄ8 ４７５にそれぞれ結合されている。各導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３は、光学式ひずみゲージとして機能するものであり、薄膜光センシングネットワーク４００が圧力や応力に晒されると、検出器Ｄ1 ４０５、Ｄ2 ４１５、Ｄ3 ４２５、Ｄ4 ４３５、Ｄ5 ４４５、Ｄ6 ４５５、Ｄ7 ４６５、Ｄ8 ４７５のうちの１つ又は複数が受け取る信号に、その圧力や応力が反映される。
【００１８】
動作においては、各光源Ｓ1 ４０１、Ｓ2 ４１１、Ｓ3 ４２１、Ｓ4 ４３１、Ｓ5 ４４１、Ｓ6 ４５１、Ｓ7 ４６１、Ｓ8 ４７１は、対応する導光路４０３、４１３、４２３、４３３、４４３、４５３、４６３、４７３に所定の光信号を供給して通過させ、最終的には、対応する検出器Ｄ1 ４０５、Ｄ2 ４１５、Ｄ3 ４２５、Ｄ4 ４３５、Ｄ5 ４４５、Ｄ6 ４５５、Ｄ7 ４６５、Ｄ8 ４７５に到達させる。各検出器Ｄ1 ４０５、Ｄ2 ４１５、Ｄ3 ４２５、Ｄ4 ４３５、Ｄ5 ４４５、Ｄ6 ４５５、Ｄ7 ４６５、Ｄ8 ４７５からの出力は、その後、プロセッサに送られて適切な処理及び分析が施され（詳細は、図６を参照して後述する）、これにより薄膜光センシングネットワーク４００に加えられた圧力の大きさや位置が特定される。
【００１９】
次に、図５は、図１〜図４に示した実施形態において各導光路に結合された光源５０３と光入射部５０８とからなる入射光学系５００をより詳細に示している。具体的には、レーザ光源５０３は、電源に結合された電気入力部５０１及び制御入力部５０２を含む。制御入力部５０２は、図６に示したプロセッサ６０８を例とするプロセッサに接続されていてもよいし、別個の制御プロセッサ（図示せず）に接続されていてもよい。レーザ光源５０３は、ダイオードレーザであってもよいし、固体レーザであってもよい。レーザ光源５０３から出射された光は、光入射部５０８を通過して、導光路５０９に供給される。好ましくは、光入射部は、偏光子５０４、偏光回転子５０５、波長セレクタ５０６、及び導光路注入光学素子（optical pathway injection optics）５０７を含む。偏光子５０４は、固体デバイス（solid state device）でもよいし、フィルム型（film-based）でもよい。偏光回転子５０５は、任意の部材であり、レーザ光源５０３／偏光子５０４からの線形に偏光された光線の偏向軸を任意の角度で回転させる。波長セレクタ５０６は、ノッチフィルタとして機能して、レーザ光源５０３からの光のうちの所望の波長のみを透過させる。導光路注入光学素子５０７は、レーザ光源５０３からの光線を導光路５０９に集光させるレンズである。場合によっては、後述するように、別個の光源を２つ用いて各導光路を励起させてもよい。そのような場合、光カプラを用いて、各光源の出射光を（出射光が光出射部を通過した後に）光ファイバに結合させてもよい。
【００２０】
次に、図６は、図１〜図４に示した実施形態において各導光路に結合された光出射部６０７と光検出器６０５とからなる出射光学系６００をより詳細に示しており、併せて、図１〜図４に示した各実施形態の薄膜光センシングネットワークに加えられた圧力に基づいて出力信号を生成するのに用いられるプロセッサも示している。具体的には、導光路６０１は、光出射部６０７に結合されており、これら光出射部としては、捕捉光学素子（capture optics）６０２、波長セレクタ６０３、及び偏光セレクタ６０４が含まれ、この偏光セレクタは、光検出器６０５に結合されており、この光検出器の出力端は、リンク６０６を介してプロセッサ６０８に接続されている。捕捉光学素子６０２は、導光路６０１からの光を集光し、集光した光を他の光出射部６０７を介して検出器６０５に誘導するレンズである。波長セレクタ６０３は、導光路６０１から受け取った光のうち、対象となる波長のみを透過させるように選択される。偏光セレクタ６０４は、検出器６０５に対して適切なレベルの偏向が施されるようにする。検出器６０５は、従来の光検出器であって、受け取った光の量に比例した電気信号を生成し、リンク６０６に出力する。プロセッサ６０８は、薄膜光センシングネットワークに含まれる各検出器６０５から電気信号を受信して、そのネットワークに加えられた圧力の大きさに比例した出力信号を生成する（図６では、１つの検出器６０５のみが図示されているが、本明細書に開示の実施形態の薄膜光センシングネットワークはいずれも、複数の検出器を含んでおり、各検出器は、処理を行うプロセッサに接続されている）。加えて、プロセッサ６０８は、薄膜光センシングネットワークにおいて当該圧力が加えられた位置を、２次元平面において示す信号も別個に生成する。
【００２１】
本開示の実施形態のいずれについても、薄膜光センシングネットワークに圧力が加えられると、それにより誘起された圧力が、埋設された導光路の微視的レベルの非線形な特性に局所的な変化をもたらす。具体的には、導光路に応力を発生させると、その導光路を構成する材料がその平衡状態から逸脱し、局所的な非線形な特性が増加する。本開示の圧力センシングシステムは、この変化により、導光路を構成する材料の非線形的な光学特性（nonlinear optical properties）が変化することを利用している。具体的には、本開示のシステムは、特定の特性を有する光信号を各導光路に印加し、その応答特性（非線形な）を観察しており、これにより従来の線形システムに比べて信号対雑音応答（signal-to-noise response）を大幅に高めている。
【００２２】
各導光路に１つの光信号が印加される場合、その光信号は、所定の波長及び偏向を呈する。各導光路に光信号が２つ印加される場合、各光信号は、それぞれ所定の波長及び偏向を呈する。導光路を形成する材料が有する非線形的な光学特性を利用することにより、いずれの場合（１つの光信号の場合及び２つの光信号の場合）でも、各導光路の出力端では、それぞれ所定の異なる波長や偏向の応答信号が観察され、導光路に圧力が加えられると、その大きさに変化が生じる。よって、出力信号は、特定の波長の受信信号の大きさの変化、及び／又は、その波長の信号の偏向の変化に基づいて生成することができる。各導光路に１つの光信号が印加される場合、各導光路の出力端で観察される所定の波長及び／又は偏向は、例えば、第二次高調波の発生（出射光は、入射波長の２倍の波長を有する）、及び、ラマン散乱（出射光は、ラマンストークス又はアンチストークスピーク（Raman Stokes or Anti-Stokes peaks）に基づいて選択される）などを含む複数の異なるケースに基づいて選択される。各導光路に光信号が２つ印加される場合、各導光路の出力端で観察される所定の波長及び／又は偏向は、例えば、和周波発生（２つの入射波長の和が出射波長となる）、差周波発生（２つの入射波長の差が出射波長となる）、及び、誘導ラマン散乱（stimulated Raman Scattering）（一方の入射波長から他方の入射波長を引いた差の２倍が出射波長となる）に基づいて選択される。
【００２３】
本開示の薄膜センシングネットワークは、プラスチックなどの変形可能な材料中に形成された導光路や、そのような変形可能な材料に埋設された光ファイバを用いており、これにより、従来の電気機械式の圧力センサに生じる永久変形に起因する各種の問題を回避することができる。
【００２４】
動作においては、導光路アレイ内の領域において導光路に、あるいは、導光路アレイ内の領域に圧力が加えられると、各導光路は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせる。プロセッサは、導光路アレイの当該領域に加えられた圧力の大きさを特定するが、この特定は少なくとも、圧力が加えられた１つ又は複数の導光路に結合された１つ又は複数の光検出器からの出力信号の変化（例えば、所定の第２周波数の光の大きさ）に基づいて行う。
【００２５】
また、本開示は以下の付記に基づく実施形態を含む。
【００２６】
付記１
可撓性材料に配置された導光路のアレイから成り、前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とするものであるセンシングネットワークと、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路に所定の第１周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する複数の光源と、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の出力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路からそれぞれ光信号を受信して、受信した前記光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の各々から前記出力信号を受信するように接続されており、前記複数の光検出器から受信した信号に基づいて、前記センシングネットワークに加えられた圧力を特定するよう構成されたプロセッサと、を含む、可撓性薄膜触覚センサ。
【００２７】
付記２
前記プロセッサは、さらに、前記センシングネットワークに加えられた前記圧力の前記触覚センサ内の位置を、前記複数の光検出器から受信した信号に基づいて特定するように構成されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００２８】
付記３
前記複数の光源の各々と、対応する導光路の入力端との間にそれぞれ結合された光入射部をさらに含む、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００２９】
付記４
前記光入射部には、偏光子、偏光回転子、及び波長セレクタのうちの少なくとも１つが含まれる、付記３に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３０】
付記５
前記複数の光検出器の各々と、対応する導光路の出力端との間にそれぞれ結合された光出射部をさらに含む、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３１】
付記６
前記光出射部には、波長セレクタ及び偏光セレクタのうちの少なくとも１つが含まれる、付記５に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３２】
付記７
前記アレイ内の領域において導光路に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた１つ又は複数の導光路に結合された１つ又は複数の光検出器からの出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３３】
付記８
前記導光路アレイ内の領域に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた１つ又は複数の導光路に結合された１つ又は複数の光検出器からの出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３４】
付記９
前記アレイ内の領域において導光路に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、圧力が加えられた１つ又は複数の導光路の第２端に到達した光の大きさの変化を反映する、１つ又は複数の光検出器からの前記所定の第２周波数の出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３５】
付記１０
前記所定の第２周波数は、前記所定の第１周波数の２倍である、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３６】
付記１１
前記所定の第２周波数は、前記所定の第１周波数のラマンストークス出力又はアンチストークス出力に対応する、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３７】
付記１２
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路に所定の第３周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する複数の第２光源をさらに含み、
前記所定の第２周波数は、前記所定の第１周波数と前記所定の第３周波数との関数に基づいて決定される、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３８】
付記１３
前記関数は、和周波関数（sum-frequency function）である、付記１２に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００３９】
付記１４
前記関数は、差周波関数（difference-frequency function）である、付記１２に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４０】
付記１５
前記関数は、誘導ラマン散乱関数（stimulated Raman Scattering function）である、付記１２に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４１】
付記１６
前記導光路は、２次元のデカルトグリッドを形成し、前記導光路は、前記２次元のデカルトグリッドの各交点で接続されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４２】
付記１７
前記導光路の各々は、前記可撓性材料内に形成されている、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４３】
付記１８
前記導光路の各々は、前記可撓性材料に埋設された別個の光ファイバである、付記１に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４４】
付記１９
可撓性材料に配置された１つ又は複数の導光路のアレイから成り、前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とするものであるセンシングネットワークと、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の入力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路に所定の第１周波数及び特性を有する光信号をそれぞれ供給する１つ又は複数の光源と、
前記導光路の各々に対して１つずつ設けられており、対応する導光路の出力端にそれぞれ結合されており、対応する導光路からそれぞれ光信号を受信して、受信した前記光信号の大きさに対応した出力信号を所定の第２周波数で生成する１つ又は複数の光検出器と、
前記１つ又は複数の光検出器の各々から前記出力信号を受信するように接続されており、前記１つ又は複数の光検出器から受信した信号に基づいて、前記センシングネットワークに加えられた圧力を特定するよう構成されたプロセッサと、を含む、可撓性薄膜触覚センサ。
【００４５】
付記２０
前記プロセッサは、さらに、前記センシングネットワークに加えられた前記圧力の前記触覚センサ内の位置を、前記１つ又は複数の光検出器から受信した信号に基づいて特定するように構成されている、付記１９に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４６】
付記２１
前記アレイ内の領域において導光路に圧力が加えられると、前記導光路の各々は、当該導光路を通過して第２端に到達する光の大きさに変化を生じさせ、前記プロセッサは、前記導光路アレイ内の前記領域に加えられた圧力を、当該圧力が加えられた前記１つ又は複数の導光路の第２端に到達した光の大きさの変化を反映する、前記１つ又は複数の光検出器からの前記所定の第２周波数の出力信号の変化に少なくとも基づいて特定するよう構成されている、付記１９に記載の可撓性薄膜触覚センサ。
【００４７】
付記２２
可撓性材料に配置された導光路のアレイから成るセンシングネットワークを用いて圧力を感知する方法であって、前記導光路の各々は、第１端を入力端とし、第２端を出力端とするものであり、
複数の光源から前記導光路の各々に、それぞれ所定の第１周波数及び特性を有する光信号を供給し、
前記導光路の各々の出力端において、光信号を受信して、対応する導光路の出力端において受信した前記光信号の大きさに対応する出力信号を所定の第２周波数で生成し、
前記出力信号を処理することにより、前記センシングネットワークに加えられた前記圧力を特定する、各工程を含む方法。
【００４８】
付記２３
前記出力信号を処理することにより、前記センシングネットワークに加えられた前記圧力の当該センシングネットワーク内の位置を特定する工程をさらに含む、付記２２に記載の方法。
【００４９】
好ましい実施形態及び様々な側面を用いて、本開示を具体的に図示し、説明してきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種の変更や変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。添付の請求の範囲は、本明細書に説明した実施形態、上述の変形、及びその均等物を包含すると解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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