CN112105900B - 触觉以及接近传感器和传感器阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触觉以及接近传感器(1)和传感器阵列。触觉以及接近传感器根据光的受光结果来感知由物体(4)造成的接触力以及接近。触觉以及接近传感器具备光源(2)、受光部(3)、以及覆盖构件(10)。光源发出光。受光部对光进行受光，并生成示出受光结果的信号(P1)。覆盖构件包含根据外力而变形的弹性体，并设置为覆盖光源以及受光部。覆盖构件具备：反射部(11)，在光源与受光部之间对光进行反射；以及透射部(12)，在来自光源的第1方向上使光透射，并在朝向受光部的第2方向上使光透射。

Description

触觉以及接近传感器和传感器阵列
技术领域
本发明涉及触觉以及接近传感器和传感器阵列。
背景技术
近年来，提出了能够搭载在机械手等而进行包含触觉在内的多种多样的感测的各种传感器(例如，专利文献1～专利文献3)。
专利文献1公开了一种用于装配在进行物体的把持动作等的机械手的指尖表面的复合型传感器。专利文献1的复合型传感器分别具有具备压敏片的触觉传感器和包含反射型光传感器的接近感知传感器。专利文献1的复合型传感器组合两个传感器而构成，使得由压敏片规定接近感知传感器的检测表面。
专利文献2公开了一种能够进行6轴力的计测的光学式触觉传感器。专利文献3公开了一种使用可变框架来检测剪切力的力传感器。在专利文献2～专利文献3中，在利用了弹性体的变形的光学机构中进行感知由物体造成的各种接触力的触觉的感测。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5089774号公报
专利文献2：日本专利第5825604号公报
专利文献3：国际公开第2014/045685号
发明内容
发明要解决的课题
在现有技术中，在与触觉的感测一同进行接近的感测时，存在如下的问题，即，搭载独立的传感器而使装置结构变得大规模，或者需要复杂的检测原理而使传感器的机构复杂化。
本发明的目的在于，提供一种能够在简单的机构中兼顾由物体造成的接触力和接近的感知的触觉以及接近传感器和传感器阵列。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的触觉以及接近传感器根据光的受光结果来感知由物体造成的接触力以及接近。触觉以及接近传感器具备光源、受光部、以及覆盖构件。光源发出光。受光部对光进行受光，并生成示出受光结果的信号。覆盖构件包含根据外力而变形的弹性体，并设置为覆盖光源以及受光部。覆盖构件具备：反射部，在光源与受光部之间对光进行反射；以及透射部，在来自光源的第1方向上使光透射，并在朝向受光部的第2方向上使光透射。
本发明涉及的传感器阵列具备多个光学传感器。
发明效果
根据本发明涉及的触觉以及接近传感器和传感器阵列，能够在像在具备反射部的覆盖构件设置了透射部的那样的简单的机构中，兼顾由物体造成的接触力和接近的感知。
附图说明
图1是用于说明实施方式1涉及的光学传感器的概要的图。
图2是示出实施方式1涉及的光学传感器的结构例的图。
图3是示出实施方式1涉及的光学传感器的变形例的图。
图4是用于说明实施方式2涉及的传感器阵列的概要的图。
图5是对实施方式2涉及的传感器阵列的结构进行例示的框图。
图6是示出实施方式2中的光学传感器的内部构造的结构例的图。
图7是对实施方式2涉及的传感器阵列的电路结构进行例示的电路图。
图8是示出实施方式2涉及的传感器阵列的动作例的时序图。
图9是示出实施方式2涉及的传感器阵列的动作的变形例的时序图。
图10是对实施方式3涉及的传感器阵列的结构进行例示的框图。
图11是示出实施方式3的传感器阵列中的发光驱动电路的结构例的电路图。
图12是示出实施方式3的传感器阵列中的受光驱动电路的结构例的电路图。
图13是用于说明光学传感器的内部构造的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明涉及的触觉以及接近传感器和传感器阵列的实施方式进行说明。
各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。在实施方式2以后，省略关于与实施方式1共同的事项的记述，仅对不同点进行说明。特别是，关于基于同样的结构的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
(实施方式1)
在实施方式1中，作为本发明涉及的触觉以及接近传感器的一个例子，对通过简单的光学机构来兼顾触觉以及接近的感测的光学传感器进行说明。
1.结构
参照图1、图2，对实施方式1涉及的光学传感器的结构进行说明。图1是用于说明本实施方式涉及的光学传感器1的概要的图。
图1的(a)示出本实施方式涉及的光学传感器1的结构的概要。图1的(b)示出基于光学传感器1的触觉感测的一个例子。图1的(c)示出基于光学传感器1的接近感测的一个例子。
如图1的(a)所示，本实施方式涉及的光学传感器1具备光源2、受光部3、以及拱顶10。拱顶10是配置为覆盖光源2以及受光部3的覆盖构件的一个例子。以下，在光学传感器1中，将拱顶10突出的方向设为“Z方向”，将与Z方向正交且相互正交的两个方向设为“X方向”以及“Y方向”。
本实施方式的光学传感器1是在拱顶10内部使光源2发光并从受光部3输出受光信号P1的光学式的触觉以及接近传感器的一个例子。拱顶10包含根据外部应力等外力而变形的弹性体。光学传感器1例如能够应用于在机械手中将把持的对象的各种物体作为感测的对象物的用途。
图1的(b)例示了对象物4与光学传感器1接触的状态。在图1的(b)的例子中，光学传感器1的拱顶10根据对象物4接触而作用的接触力而变形。光学传感器1将与这样的变形对应地变化的受光结果作为受光信号P1输出，由此进行感知各种接触力的触觉感测。
图1的(c)例示了对象物4接近光学传感器1的状态。本实施方式的光学传感器1为了除像以上那样的触觉感测以外还实现可根据受光信号P1感知对象物4在拱顶10附近隔开间隔的状态的接近感测，采用在拱顶10中使光限定地透射的结构。以下，对本实施方式的光学传感器1的结构的细节进行说明。
在光学传感器1中，光源2例如包含VCSEL(面发光激光器)等一个或多个发光元件。光源2例如以窄指向性发出红外区域等的光。光源2并不限于VCSEL，例如也可以包含LED或LD等各种固体发光元件。光学传感器1还可以使用对来自光源2的光进行准直的准直透镜等。
受光部3例如包含PD(光敏二极管)等一个或多个受光元件。受光部3对光进行受光，并生成示出受光结果的受光信号P1。受光部3并不限于PD，例如也可以包含PSD(位置检测元件)或者CIS(CMOS图像传感器)等各种受光元件。
图2是示出本实施方式涉及的光学传感器1的结构例的图。在图2的结构例中，受光部3包含受光元件的线性阵列，并具有第1受光区域Ra和占据与第1受光区域Ra不同的区域的第2受光区域Rb。受光部3并不限于线性阵列，也可以包含受光元件的二维阵列。
在本实施方式的光学传感器1中，像在图2例示的那样，拱顶10具备反射镜11和光学窗12a、12b(统称为“光学窗12”)。拱顶10例如形成为中空的旋转椭圆体状。拱顶10例如能够使用各种橡胶材料或者树脂材料等而构成。拱顶10的尺寸例如为0.5～50mm，例如为5mm。
反射镜11例如形成在拱顶10的内表面。是在拱顶10中使从光源2发出的光反射到受光部3的反射部的一个例子。关于光源2发光的光的波段，反射镜11例如与非反射部相比具有两倍以上的反射率。非反射部例如是在拱顶10中未设置反射镜11的部分。反射镜11并不限于设置在拱顶10的内表面，例如也可以设置在外表面，还可以埋入在内表面与外表面之间。
光学窗12例如构成为在拱顶10中在反射镜11开有开口。在该情况下，光学窗12中的透射率由拱顶10的构成材料规定。光学窗12是本实施方式中的拱顶10的透射部的一个例子。光学窗12例如与非透射部相比具有10倍以上的透射率。非透射部例如为反射镜11。光学窗12的位置以及尺寸设计为，在从光源2透射了光学窗12a的光碰到对象物4而散射时，散射的光的一部分通过光学窗12b照射第2受光区域Rb中的一部分的区域。
光学窗12例如也可以在拱顶10设置物理的孔部而构成，还可以在该孔部填塞其它材料而构成。光学传感器1中的透射部也可以使用半反射镜、偏光板、光学滤镜或者光学栅格等而构成。
在图2的结构例中，光源2例如配置在基于拱顶10的形状的旋转椭圆体的两个焦点中的-X侧的焦点附近。此外，受光部3的位置在第1受光区域Ra中包含拱顶10的+X侧的焦点附近。由此，能够在第1受光区域Ra容易地对由光源2发光并在反射镜11反射的光进行受光。
在本实施方式的光学传感器1中，设置有用于使来自光源2的光的一部分透射的第1光学窗12a和用于将来自外部的光限定地向受光部3进行导光的第2光学窗12b。第1光学窗12a与光源2对置配置，使得在拱顶10的内表面上形成第1透射区域。第2光学窗12b与受光部3的第2受光区域Rb对置配置，使得形成第2透射区域。
除了像以上那样的结构以外，光学传感器1也可以还具备控制电路50(图2)，控制电路50对来自受光部3的受光信号P1进行信号分析，并检测物体的接触力以及接近。此外，光学传感器1也可以提供为独立于控制电路50等的模块。
2.动作
以下，对像以上那样构成的光学传感器1的动作进行说明。在图2中，例示了对象物4接近时的基于光学传感器1的各种光L1～L3的光路。
像在图2例示的那样，在光学传感器1中，光源2在拱顶10的内部发出光L1。在拱顶10中的反射镜11处，产生来自光源2的光L1的反射光L2。受光部3在第1受光区域Ra中对反射镜11处的反射光L2进行受光。例如，在对象物4与光学传感器1未接触的情况下，在第1受光区域Ra中生成示出与拱顶10未变形的状态对应的给定的受光结果的受光信号P1(图1的(a))。
在本实施方式的光学传感器1中，来自光源2的光L1的一部分入射到第1光学窗12a，成为透射拱顶10的透射光L3。在图2的例子中，第1光学窗12a处的透射光L3a从光源2向+Z方向行进并出射到光学传感器1的外部。在对象物4处于光学传感器1的+Z侧附近的情况下，第1光学窗12a处的透射光L3a到达对象物4，且例如扩散地被反射。
此时，若来自对象物4的反射光入射到光学传感器1的第2光学窗12b，则作为第2光学窗12b处的透射光L3b而被受光部3的第2受光区域Rb受光。第2光学窗12b处的透射光L3b具有与对象物4和光学传感器1之间的位置关系相应的特定的行进方向。受光部3关于第2受光区域Rb生成示出第2光学窗12b处的透射光L3b的受光结果的受光信号P1。
根据以上的光学传感器1，通过受光信号P1可得到在第2受光区域Rb中对(来自对象物4的)透射光L3b进行受光的受光位置，且透射光L3的光路上的各光学窗12a、12b以及光源2的位置是预先确定的。因而，通过对透射光L3的光路应用简单的三角测量法，从而能够进行能够测定到产生反射的对象物4的距离的接近感测。
例如，在图2的例子中，对象物4越接近光学传感器1，第2受光区域Rb中的第2光学窗12b的透射光L3b的受光位置越向+X侧移动。能够通过这样的来自第2受光区域Rb的受光信号P1进行接近的感测。
此外，可认为，若对象物4与光学传感器1的拱顶10接触，则不会产生透射光L3。这样的状态能够通过来自第2受光区域Rb的受光信号P1来确定。另一方面，在第1受光区域Ra中，根据拱顶10因由对象物4造成的接触力而变形的状态，反射光L2的受光结果会变化，因此可通过来自第1受光区域Ra的受光信号P1进行触觉的感测。例如，能够通过对该受光信号P1进行分析，从而进行各种接触力的检测。作为分析方法，能够适当地应用公知技术(例如，参照专利文献2～专利文献3)。
像以上那样，根据本实施方式的光学传感器1，能够通过在拱顶10设置了反射镜11和光学窗12的简单的光学机构，实现在单体的光学传感器1中兼顾触觉感测和接近感测。例如，能够用同一传感器不间断地检测对象物4接近并进一步接近直至接触为止的一系列的运动。
实现像以上那样的动作的本实施方式的光学传感器1并不限定于图2的结构例。使用图3对本实施方式的光学传感器1的变形例进行说明。
光学传感器1的拱顶10的形状并不限定于旋转椭圆体，也可以使用球面等各种曲面来构成。在图3的变形例中，拱顶10具有组合了多个曲面的形状。此外，拱顶10的形状也可以从旋转椭圆体等切出设想会照到光源2的光的部分而设定。
在图3的例子中，光源2位于拱顶10的中央。在光学传感器1中，光源2的位置并不限定于焦点，能够适当地设定在各种位置。例如，光源2的位置也可以为拱顶10的中央附近。此外，也可以将构成光源2的多个发光元件配置在多个位置。
在图3的例子中，受光部3位于(X方向上的)光源2的两侧。受光部3的位置并不限于焦点，能够适当地设定在各种位置。受光部3也可以在光源2的周围排列多个受光元件而构成。此外，也可以代替多个受光元件而使作为光源2的多个发光元件从多个位置以时分方式发光，从而进行基于光学传感器1的感测。
3.总结
像以上那样，本实施方式涉及的光学传感器1是根据光的受光结果来感知由对象物4等物体造成的接触力以及接近的触觉以及接近传感器的一个例子。光学传感器1具备光源2、受光部3、以及作为覆盖构件的一个例子的拱顶10。光源2发出光。受光部3对光进行受光，并生成示出受光结果的受光信号P1。拱顶10包含根据外力而变形的弹性体，并设置为覆盖光源2以及受光部3。拱顶10具备反射镜11和光学窗12。反射镜11构成在光源2与受光部3之间对光进行反射的反射部。光学窗12构成在来自光源2的第1方向上使光透射并在朝向受光部3的第2方向上使光透射的透射部。
根据以上的光学传感器1，能够在像在具备反射镜11的拱顶10设置了光学窗12那样的简单的机构中，兼顾由对象物4等物体造成的接触力和接近的感知。第1方向例如是在图2的例子中作为第1光学窗12a处的透射光L3a的行进方向的Z方向。此外，第2方向是第2光学窗12b处的透射光L3b的行进方向。第1方向以及第2方向能够根据各光学窗12a、12b的尺寸等在允许误差的范围内适当地进行设定。在第1方向为Z方向的情况下，能够相对于从Z方向接近的对象物4降低透射光L3的位置偏移，并使接近感测精度良好。
本实施方式中的透射部包含：第1光学窗12a，与在第1方向上从光源2向外部出射的光透射的第1透射区域对应；以及第2光学窗12b，与在第2方向上从外部向受光部3入射的光透射的第2透射区域对应。第1方向与第2方向之间的角度通过各光学窗12a、12b的配置以及尺寸等限制在给定的角度范围内。在该角度范围内，能够按照三角测量法简单地进行物体的接近感测。
此外，在本实施方式中，受光部3包含：第1受光区域Ra，对从反射镜11入射的光进行受光；以及第2受光区域Rb，对从光学窗12入射的光进行受光。能够通过在各受光区域Ra、Rb得到的受光信号P1分别进行触觉的感测和接近的感测。
此外，本实施方式的光学传感器1也可以还具备对来自受光部的信号进行分析的控制电路50。控制电路50基于对来自反射镜11的反射光进行了受光的受光部3(第1受光区域Ra)的受光信号P1，检测反射镜11与受光部3的距离，由此检测由对象物4造成的接触力。控制电路50基于对来自光学窗12的透射光进行了受光的受光部3(第2受光区域Rb)的受光信号P1，检测对象物4与受光部3的距离，由此检测对象物4的接近。由此，能够在光学传感器1中检测对象物4的接触力和接近。
(实施方式2)
在实施方式2中，参照图4～图9对将多个光学传感器排列为阵列状而兼顾触觉以及接近的感测的传感器阵列进行说明。
使用图4对实施方式2涉及的传感器阵列的概要进行说明。图4的(a)示出本实施方式涉及的传感器阵列5中的接近感测的状态的一个例子。图4的(b)例示了对象物4比图4的(a)的状态更接近的状态。
本实施方式涉及的传感器阵列5例如具备多个具备了与实施方式1同样的构成要素的光学传感器1A。以下，对传感器阵列5中的光学传感器1A在X方向上排列的例子进行说明。传感器阵列5中的多个光学传感器1A也可以适当地形成为一体。
在图4的(a)、图4的(b)中，例示了从传感器阵列5中的一个光学传感器1A出射的透射光L3的光路。本实施方式涉及的传感器阵列5构成为，来自各光学传感器1A的透射光L3在对象物4反射后，根据到对象物4的距离而被其它光学传感器1A受光。
例如，在图4的(b)的状态下，对应于与图4的(a)的状态相比对象物4更近的情况，对透射光L3进行受光的光学传感器1A变得靠近发光的光学传感器1A。根据本实施方式的传感器阵列5，能够实现如下的接近感测，即，能够按发光和受光的光学传感器1A之间的每个间隔，简略地根据三角测量法测定到对象物4的距离。此外，关于触觉感测，能够在各光学传感器1A中与实施方式1同样地进行。
本实施方式的光学传感器1A例如具备在X方向上排列的两个光学窗121、122。在各光学传感器1A中，-X侧的光学窗121在D1方向上使光透射，+X侧的光学窗122在D2方向上使光透射。D1方向、D2方向分别在与光学窗121、122的尺寸以及所希望的到对象物4的测定距离范围的要求等相应的允许误差的范围内进行设定。
关于到对象物4的距离，具体地，若将传感器阵列5的各光学传感器1A之间的间距设为p，并设D1方向、D2方向相对于Z方向成θ的倾斜角度，则在到对象物4的距离成为(2n-1)/2＊p＊cot(θ)时，光将照射到从发出光的光学传感器1A相距n个的受光侧的光学传感器1A。因而，能够根据想要测量的到对象物4的距离的范围和分辨率，对D1方向、D2方向的角度θ和光学传感器1A的尺寸以及间距进行设计。
在本实施方式的光学传感器1A中，例如在D1方向、D2方向的双方进行透射光L3的导光(发光以及受光)。各光学传感器1A的光学窗并不限于两个，只要配置为如下的关系成立，即，从发光元件出射并在对象物4表面反射而入射到其它的传感器的受光元件，则各传感器可以为一个，也可以为三个以上。
图5是对本实施方式涉及的传感器阵列5的结构进行例示的框图。本实施方式的传感器阵列5例如还具备对各光学传感器1A的动作进行控制的控制电路6。在本实施方式中，控制电路6对传感器阵列5中的各光学传感器1A的发光以及受光进行扫描，由此以时分方式实现使用了各光学传感器1A的触觉和接近的感测。以下，将传感器阵列5中的光学传感器1A的个数设为n个(n为2以上的整数)。
在本实施方式的各光学传感器1A中，例如，如图5所示，光源2A包含用于向D1方向发光的发光元件21和用于向D2方向发光的发光元件22。此外，各光学传感器1A的受光部3A包含用于对来自D1方向的光进行受光的受光元件31和用于对来自D2方向的光进行受光的受光元件32。来自各发光元件21、22的光分别照射到光学窗121、122中的一者及其附近的反射镜11。
在本实施方式的光学传感器1A中，各受光元件31、32分别对来自光学窗121、122(透射部的一个例子)中的一者及其附近的反射镜11(反射部的一个例子)的光进行受光(参照图4)。在图6对实现这样的导光的各元件21、22、31、32的配置进行例示。另外，光学传感器1A的反射部未必一定是镜面，例如，反射部也可以代替反射镜11而包含对光源2A发光的波长的光进行漫反射的反射体。
图6示出本实施方式中的光学传感器1A的内部构造的结构例。在本结构例中，光学传感器1A具备透镜15。图6的(a)示出透镜15为凹透镜的情况下的结构例。图6的(b)示出透镜15为凸透镜的情况下的结构例。在本结构例中，发光元件21、22以及受光元件31、32从透镜15的中心位置向+X侧和-X侧偏移地配置。由此，对于透射光L3(图4)，例如能够实现对从Z方向倾斜的D1方向、D2方向的导光。
图7是对本实施方式涉及的传感器阵列5的电路结构进行例示的电路图。在图7的例子中，控制电路6具备时钟产生电路60、分频器61、发光用的计数器62、驱动电压源63、多路转接器64、受光用的计数器65、多路选择器66、放大器67、以及信号处理电路68。
时钟产生电路60产生具有给定的时钟周期的时钟信号。分频器61进行分频，使得时钟信号的周期变为2n倍。
发光用的计数器62基于进行了分频的时钟信号进行1～n的范围的计数。驱动电压源63生成用于驱动光源2的驱动电压。多路转接器64根据发光用的计数器62的计数结果，依次切换n个光学传感器1A的光源2A与驱动电压源63之间的连接，供给各发光元件21、22的驱动电压V1 1～V1 n、V2 1～V2 n(参照图5)。
受光用的计数器65基于来自时钟产生电路60的时钟信号，进行1～2n的范围的计数。多路选择器66根据受光用的计数器65的计数结果，依次选择来自n个光学传感器1A的各受光元件31、32的受光信号P1 1～P1 n、P2 1～P2 n(参照图5)。放大器67对选择的受光信号的模拟电压进行放大，并输出到信号处理电路68。
信号处理电路68基于发光用的计数器62以及受光用的计数器65的计数结果和输入电压，执行基于n个光学传感器1A的触觉以及接近感测的信号处理。
图8是示出本实施方式涉及的传感器阵列5的动作例的时序图。图8的时序图示出图7的控制电路6对各发光元件21、22的驱动电压V1 1～V1 n、V2 1～V2 n的供给定时和各受光元件31、32的受光信号P1 1～P1 n、P2 1～P2 n的选择定时。
在图8的动作例中，传感器阵列5的控制电路6以给定的扫描周期T1对n个光学传感器1A进行扫描。扫描周期T1是基于时钟产生电路60的时钟周期的2n×n倍，并且是可捕捉对象物4的运动的程度的高速的扫描周期，例如为10毫秒。
在本动作例中，如图8所示，控制电路6通过发光用的计数器62等(图7)每隔发光周期T2对每个光学传感器1A的发光元件21、22供给驱动电压V1 1～V1 n、V2 1～V2 n。由此，传感器阵列5的n个光源2A依次以时分方式进行发光。在本例子中，发光周期T2是时钟周期的n倍。
此外，如图8所示，控制电路6通过受光用的计数器65等(图7)每隔受光周期T3依次选择传感器阵列5中的2n个受光元件31、32，获得受光信号P1 1～P1 n、P2 1～P2 n的模拟电压。由此，在一个光源2A的发光周期T2中，可作为模拟电压而获得各光学传感器1A中的+X侧和-X侧各自的受光结果。受光周期T3可考虑受光元件31、32的动作速度或者积分速度而决定，例如为几微妙。在本例子中，受光周期T3与时钟周期相同，时钟周期被设定为如下的周期，即，长到受光元件31、32足以发挥功能，且短到足以捕捉对象物4的运动。
传感器阵列5的信号处理电路68能够参照发光用的计数器62以及受光用的计数器65的计数结果，确定像以上那样获得的模拟电压是在传感器阵列5中的哪个光学传感器1A的发光中由哪个受光元件31、32受光的受光结果。
例如，对于在发光的光学传感器1A和受光的光学传感器1A相同的定时获得的受光结果，信号处理电路68进行用于触觉感测的信号处理。此外，对于在发光的光学传感器1A和受光的光学传感器1A不同的定时获得的受光结果，信号处理电路68进行用于接近感测的信号处理。
像以上那样，根据本实施方式的传感器阵列5，能够在多个光学传感器1A的扫描中兼顾触觉以及接近的感测。
在以上的动作例(图8)中，在一个光源2A的发光周期T2中，传感器阵列5中的2n个受光元件31、32以时分方式每隔受光周期T3(＝T2/2n)进行了受光。在本实施方式的传感器阵列5中，也可以是，在一个受光元件的受光过程中，各光源2A以时分方式进行发光。使用图9对本变形例进行说明。
图9是示出传感器阵列5的动作的变形例的时序图。与图8同样地，图9的时序图示出各发光元件21、22的驱动电压V1 1～V1 n、V2 1～V2 n的供给定时和各受光元件31、32的受光信号P1 1～P1 n、P2 1～P2 n的选择定时。
在本变形例中，各发光元件21、22的发光周期T2’设定为各受光元件31、32的受光周期T3’的1/n倍。这样的设定能够通过适当地变更图7的分频器61等而实现。在进行图9的动作时，信号处理电路68能够基于在各个受光元件31、32的受光周期T3’中输入的受光信号的模拟电压变化的定时，确定哪个发光元件进行了发光。因而，根据图9的动作，也能够在多个光学传感器1A的扫描中兼顾触觉以及接近的感测。
像以上那样，本实施方式涉及的传感器阵列5具备多个光学传感器1A。多个光学传感器1A配置为一维阵列状。能够使用基于多个光学传感器1A的透射光L3的发光和受光，兼顾触觉以及接近的感测。
在本实施方式中，传感器阵列5例如还具备控制电路6。控制电路6使各光学传感器1A的光源2A依次发光。控制电路6基于来自发光中的光学传感器1A的受光部3A的受光信号，检测由对象物4造成的接触力。控制电路6基于来自与发光中的光学传感器1A不同的光学传感器1A的受光部3A的受光信号，检测对象物4的接近。传感器阵列5也可以提供为独立于控制电路6的模块等。
控制电路6基于对来自传感器阵列5中的反射部的反射光进行了受光的受光部的信号，检测反射部与受光部的距离，由此检测由物体造成的接触力。控制电路6基于对来自传感器阵列5中的透射部的透射光进行了受光的受光部的信号，检测物体与受光部的距离，由此检测物体的接近。由此，能够在传感器阵列5中检测物体的接触力和接近。
(实施方式3)
在实施方式2中，对一维阵列状的传感器阵列进行了说明。在实施方式3中，使用图10～图12对二维阵列状的传感器阵列进行说明。
图10是对实施方式3涉及的传感器阵列5A的结构进行例示的框图。本实施方式涉及的传感器阵列5A具备配置为二维阵列状的多个光学传感器1B。以下，对传感器阵列5A中的光学传感器1B在XY平面上配置为矩阵状的例子进行说明。
实施方式2的光学传感器1A构成为在±X侧的D1方向、D2方向上进行透射光的发光以及受光。本实施方式的光学传感器1B例如构成为，除了与实施方式2的光学传感器1A同样的结构以外，在±Y侧的D3方向、D4方向上也进行透射光的发光以及受光。例如，本实施方式的光学传感器1B在受光部3B中包含与D1～D4方向对应的四个受光元件31～34。此外，光学传感器1B的光源2B例如包含向D1～D4方向这四个方向出射光的四个发光元件。此外，在光学传感器1B设置有与D1～D4方向对应的四个光学窗121～124等。
本实施方式的传感器阵列5A通过对传感器阵列5A中的光学传感器1B进行二维扫描，从而与实施方式2同样地，能够实现使用了各光学传感器1B的触觉和接近的感测。例如，本实施方式的传感器阵列5A的控制电路7具备对传感器阵列5A中的各光学传感器1B的光源2B进行驱动的发光驱动电路71和驱动受光部3B的受光驱动电路72。
图11是示出本实施方式的传感器阵列5A中的发光驱动电路71的结构例的电路图。发光驱动电路71包含对传感器阵列5A中的每个光学传感器1B扫描发光元件的一方的电极的上部电极驱动器71a和扫描另一方的电极的下部电极驱动器71b。本实施方式的传感器阵列5A的发光驱动电路71能够适当地应用公知的LED矩阵或者无源LCD矩阵的驱动技术而构成。
图12是示出本实施方式的传感器阵列5A中的受光驱动电路72的结构例的电路图。受光驱动电路72包含行电极驱动器72a和列电极驱动器72b，使得对传感器阵列5A中的光学传感器1B的四个受光元件31～34各自进行扫描。本实施方式的传感器阵列5A的受光驱动电路72能够适当地应用公知的CMOS图像传感器的驱动技术而构成。
像以上那样，在本实施方式涉及的传感器阵列5A中，多个光学传感器1B配置为二维阵列状。根据本实施方式的传感器阵列5A，还能够使用二维阵列状的光学传感器1B得到由对象物4造成的接触力、接近距离的二维分布，从而检测对象物4的形状等。
在以上的说明中，说明了多个光学传感器1B配置在XY平面上的例子。在本实施方式的传感器阵列5A中，多个光学传感器1B并不限于配置在平面上，多个光学传感器1B也可以配置在各种曲面上而构成。此外，本实施方式的传感器阵列5A并不特别限于矩阵状，也可以配置为各种二维阵列状。
(其它实施方式)
虽然在以上的各实施方式1～3中，作为光学传感器1、1A、1B中的覆盖构件而例示了拱顶10，但是覆盖构件并不限于拱顶10。例如，本实施方式中的覆盖构件也可以不是整体为弹性体，也可以是，具有一部分的弹性体的部分，透射部等机构形成在硬质的板或者刚体上。在该情况下，例如，刚体也可以通过弹性体的部分的支承机构具有由于外部应力而变形的机构。此外，覆盖构件例如也可以是使用了板簧的框架等(参照专利文献2)。除了上述的材料以外，弹性体还可以是金属材料，能够包含根据外力而变形且欲复原原来的形状的各种材料。
虽然在上述的实施方式2中，说明了光源2A使用两个发光元件21、22的例子，但是光源2A中的发光元件的个数并不特别限定于两个，能够采用各种个数。此外，受光部3A中的受光元件的个数也没有特别限定。对于实施方式3的光学传感器1B也是同样的。此外，在上述的实施方式2、实施方式3中，传感器阵列5、5A分别具备多个光学传感器1A、1B。也可以提供具备多个实施方式1的光学传感器1的传感器阵列。
此外，在上述的实施方式2中，说明了作为将透射光L3向特定的D1方向、D2方向导光的构造而使用透镜15(图6)的例子。使用图13对这样的构造的变形例进行说明。
图13是用于说明光学传感器1A的内部构造的变形例的图。在图13的(a)～图13的(d)中，说明使用芯片16的结构例，芯片16集成了光源2A的发光元件21和受光部3A的受光元件31这两者。
图13的(a)示出基于芯片16的倾斜配置的变形例。在光学传感器1A内部，也可以将各芯片16倾斜地配置，使得两个芯片16的法线方向分别朝向D1方向、D2方向。也可以在芯片16上作为发光元件21而设置例如向法线方向出射光的VCSEL。
图13的(b)示出使用了棱镜17的变形例。在光学传感器1A中，也可以像在图13的(b)例示的那样，使用棱镜17进行光路的变换。在图13的(b)的例子中，两个芯片16以倒装芯片接合方式与棱镜17结合。
图13的(c)示出使用了菲涅尔透镜18的变形例。在光学传感器1A中，并不限于棱镜17，例如也可以使用基于纳米压印等的菲涅尔透镜18。在图13的(c)的例子中，一个芯片16以倒装芯片接合方式与菲涅尔透镜18结合，形成分岔为两股的光路。
图13的(d)示出使用了双折射的光学元件19的变形例。在光学传感器1A中，光路的分岔并不限于菲涅尔透镜18，例如也可以使用包含方解石等的形成双折射的光学元件19来进行。也可以使用包含方解石等的形成双折射的光学元件19，使得变更光路的朝向。在该情况下，例如，光源2A使用发出圆偏振的光的发光元件。
与图13的(a)～图13的(d)同样的变形也能够适当地应用于实施方式2以外的实施方式。此外，虽然在图13的(a)～图13的(d)中，说明了使用芯片16的变形例，但是光源2A和受光部3A也可以不集成在同一芯片16。
附图标记说明
1、1A、1B：光学传感器；
10：拱顶；
11：反射镜；
12、12a、12b、121～124：光学窗；
2、2A、2B：光源；
3、3A、3B：受光部；
5、5A：传感器阵列；
50、6、7：控制电路。

Claims (9)

1.一种触觉以及接近传感器，根据光的受光结果，感知由物体造成的接触力以及接近，其中，
所述触觉以及接近传感器具备：
光源，发出光；
受光部，对光进行受光，并生成示出受光结果的信号；以及
覆盖构件，包含根据外力而变形的弹性体，并设置为覆盖所述光源以及所述受光部，
所述覆盖构件具备：
反射部，在所述光源与所述受光部之间对光进行反射；以及
透射部，在所述覆盖构件中规定使来自外部的光透射的位置，使得在来自所述光源的第1方向上使光透射，并在朝向所述受光部的第2方向上使光透射。
2.根据权利要求1所述的触觉以及接近传感器，其中，
所述透射部包含：
第1透射区域，从所述光源向外部出射的光在所述第1方向上透射；以及
第2透射区域，从外部向所述受光部入射的光在所述第2方向上透射。
3.根据权利要求1或2所述的触觉以及接近传感器，其中，
所述受光部包含：
第1受光区域，对从所述反射部入射的光进行受光；以及
第2受光区域，对从所述透射部入射的光进行受光。
4.根据权利要求1或2所述的触觉以及接近传感器，其中，
还具备：控制电路，对来自所述受光部的信号进行分析，
所述控制电路基于对来自所述反射部的反射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述反射部与所述受光部的距离，由此检测由所述物体造成的接触力，
所述控制电路基于对来自所述透射部的透射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述物体与所述受光部的距离，由此检测所述物体的接近。
5.根据权利要求3所述的触觉以及接近传感器，其中，
还具备：控制电路，对来自所述受光部的信号进行分析，
所述控制电路基于对来自所述反射部的反射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述反射部与所述受光部的距离，由此检测由所述物体造成的接触力，
所述控制电路基于对来自所述透射部的透射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述物体与所述受光部的距离，由此检测所述物体的接近。
6.一种传感器阵列，具备多个权利要求1～3中的任一项所述的触觉以及接近传感器。
7.根据权利要求6所述的传感器阵列，其中，
多个所述触觉以及接近传感器配置为一维阵列状或二维阵列状。
8.根据权利要求6或7所述的传感器阵列，其中，
还具备：控制电路，对多个所述触觉以及接近传感器进行控制，
所述控制电路使各触觉以及接近传感器的光源依次发光，
所述控制电路基于来自发光中的触觉以及接近传感器的受光部的信号，检测由物体造成的接触力，
所述控制电路基于来自与发光中的触觉以及接近传感器不同的触觉以及接近传感器的受光部的信号，检测物体的接近。
9.根据权利要求8所述的传感器阵列，其中，
所述控制电路基于对来自所述反射部的反射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述反射部与所述受光部的距离，由此检测由所述物体造成的接触力，
所述控制电路基于对来自所述透射部的透射光进行了受光的所述受光部的信号，检测所述物体与所述受光部的距离，由此检测所述物体的接近。
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