JP5549202B2 - 光学式位置検出装置、ハンド装置および位置検出機能付き表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置および位置検出機能付き表示装置に関するものである。

対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、２つのビーム源の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射して検出光が透光部材を透過してきた成分を共通の光検出器で受光するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源のうち、一方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度と、他方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度とが等しくなるように２つのビーム源を制御した際の出射強度の比に基づいて対象物体の位置を検出する。

特表２００３−５３４５５４号公報

特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源から出射された検出光の空間的関係を利用する方式であるため、ビーム源からの出射強度については正確に制御する必要がある。それには、対象物体が存在しない状態で２つのビーム源から検査光を出射させ、それをモニターしながらビーム源の出射強度を設定する必要があるが、特許文献１には、そのための構成が提案されていない。

また、特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源から出射された検出光の一部は、透光部材において対象物体が位置する側とは反対側の面で反射して光検出器で受光されてしまう。このため、光検出器の受光強度は、対象物体で反射した検出光の受光強度と、対象物体で反射した検出光以外の受光強度とが合成された結果である。従って、一方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度と、他方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度とが等しくなるように２つのビーム源を制御した際の出射強度の比に基づいて対象物体の位置を検出すると、位置検出精度が低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源部から出射された検査光の一部を対象物体の有無にかかわらず強度が一定のブランク光としてモニターして光源部での駆動条件の設定等に利用するとともに、かかるブランク光が対象物体の位置検出を妨げることのない光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置検出装置を備えたハンド装置および位置検出機能付き表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、検出光の出射方向に設定された検出領域に当該検出光の光強度分布を形成する光源部と、前記光源部から出射された前記検出光のうち、前記検出領域で前記対象物体により反射した位置検出用反射光が入射し、前記検出領域を経由しないブランク光が入射しない第１光検出器と、前記位置検出用反射光が入射せず、前記ブランク光が入射する第２光検出器と、前記第１光検出器での検出結果に基づいて前記検出領域内の前記対象物体を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。

本発明において、光源装置は、検査光を出射して検出領域に光強度分布を形成する。また、対象物体で反射した位置検出用反射光を第１光検出器で検出する。ここで、光強度分布は、検出領域内の位置と強度との間に一定の関係を有していることから、かかる位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、第１光検出器の受光結果に基づいて対象物体の位置を検出することができる。さらに、本発明では、光源部から出射された検出光のうち、検出領域で対象物体により反射した位置検出用反射光が入射しない第２光検出器が設けられており、かかる第２光検出器には、検出領域を経由しないブランク光が入射する。このため、第２光検出器によれば、検出領域に対象物体が存在するか否かにかかわらず、ブランク光をモニターすることができるので、そのモニター結果に基づいて、光源部からの検出光の出射強度を最適な条件に設定することができる。このため、第１光検出器によってブランク光をモニターする必要がないので、第１光検出器については、位置検出用反射光が入射し、ブランク光が入射しない構成とすることができる。従って、第１光検出器での受光結果には、ブランク光の影響が除外されているので、位置検出部は、ブランク光から余計な影響を受けずに対象物体の位置を検出することができる。

本発明において、前記第２光検出器と前記検出領域との間には、前記位置検出用反射光が前記第２光検出器に入射することを阻止する遮光部材が設けられていることが好ましい。このように構成すると、遮光部材を設けるという構成を追加するだけで位置検出用反射光が第２光検出器に入射することを阻止することができる。

本発明において、前記光源部と前記検出領域との間には、当該検出領域側に向く第１面および前記光源部側に向く第２面を備えた透光部材が配置され、前記ブランク光は、前記光源部から出射された前記検出光のうち、前記透光部材の前記第２面で反射した光である構成を採用することができる。このように構成すると、光源部から出射された検出光のうち、ブランク光を第２光検出器が位置する側に偏向させることができる。

本発明において、前記第１光検出器は、受光部が前記透光部材の前記第２面に近接配置されていることが好ましい。このように構成すると、比較的簡素な構成でブランク光が第１光検出器に入射することを防止することができる。

本発明において、前記第２光検出器は、前記第２面に対する法線方向で前記第１光検出器に対して前記透光部材が位置する側とは反対側で当該第１光検出器と重なる位置に配置されていることが好ましい。このように構成すると、比較的簡素な構成で位置検出用反射光が第２光検出器に入射することを防止することができる。

本発明において、前記光源部は、前記検出領域内の一方側から他方側に向けて強度が変化する第１光強度分布と、前記他方側から前記一方側に向けての強度変化が前記第１光強度分布と相違する第２光強度分布と、を形成し、前記位置検出部は、前記第１光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果と、前記第２光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する構成を採用することができる。

本発明において、前記光源部は、前記検出領域内の一方側から他方側に向けて強度が変化する第１光強度分布と、前記他方側から前記一方側に向けての強度変化が前記第１光強度分布と相違する第２光強度分布と、を形成するとともに、前記第１光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果と、前記第２光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果とが等しくなるように前記検査光の出射強度を変化させ、前記位置検出部は、前記検査光の出射強度を変化させた後の前記光源部からの前記検出光の出射強度、あるいは前記第２光検出器での検出結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する構成を採用してもよい。

かかる検出方式を採用すれば、前記第１光検出器および前記第２光検出器に環境光が入射する場合でも、環境光の影響を受けずに対象物体の位置を検出することができる。

本発明を適用した光学式位置検出装置はハンド装置に適用でき、この場合、ハンド装置は、前記対象物体を把持するハンドを備えている。

本発明を適用した光学式位置検出装置は位置検出機能付き表示装置に適用でき、この場合、表示装置は、前記検出領域に重なる領域に画像を表示する画像生成装置を備えている。

本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、対象物体が存在しない状態でのブランク光が第２光検出器に到達する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、対象物体が存在しない状態でのブランク光が第２光検出器に到達する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いたＸ座標検出の原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置において各々の発光素子から出射される検出光の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置において、発光素子から出射された検出光によって座標検出用の光強度分布を形成した様子を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置をハンド装置に設けたロボットアームの説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、透光部材と対象物体とが離間する方向をＺ軸方向として説明する。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、対象物体が存在しない状態でのブランク光が第２光検出器に到達する様子を示す説明図である。

図１および図２において、本形態の光学式位置検出装置１０は、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。

かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面４１を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源部１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた位置検出用反射光Ｌ３を検出する第１光検出器３０とを備えている。第１光検出器３０の受光部３１は、透光部材４０の第２面４２に対向している。

本形態において、光源部１１は複数の発光素子１２を備えており、かかる発光素子１２は、図２に示す光源駆動部１４によって駆動される。本形態において、光源部１１は、複数の発光素子１２として２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂを備えており、かかる発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向で離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。発光素子１２Ａ、１２Ｂは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ、１２Ｂは、赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を発散光として放出する。

第１光検出器３０は、透光部材４０に受光部３１を向けたフォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、第１光検出器３０はフォトダイオードである。本形態において、第１光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。

このように構成した光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第１面４１側（光源部１１からの検出光Ｌ２の出射側の空間）には検出領域１０Ｒが設定されている。このため、光源部１１の発光素子１２Ａ、１２Ｂが順次点灯して検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射すると、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、図４を参照して後述するように、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布（Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ）を形成する。かかるＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度は減少し、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が減少する。かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ、および第１光検出器３０での検出結果を利用して、透光部材４０の面内方向（Ｘ軸方向）の対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標）を検出することができる。

また、光源部１１の発光素子１２Ａ、１２Ｂが同時に点灯して検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射すると、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、図６を参照して後述するように、第１面４１に対する法線方向（Ｚ軸方向）で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび第１光検出器３０での検出結果を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。

本形態では、外光の影響等をキャンセルすることを目的に、光学式位置検出装置１０の光源部１１は、第１光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを発散光として放出する。但し、参照発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。

（第２光検出器の構成）
図１および図２に示すように、光学式位置検出装置１０において、第１光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側で第２面４２に受光部３１を向けており、受光部３１は第２面４２に近接配置されている。

さらに、本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第２面４２側には第２光検出器６０が配置されており、かかる第２光検出器６０も、第１光検出器３０と同様、第２面４２に受光部６１を向けている。第２光検出器６０は、第１光検出器３０と同様、フォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、第２光検出器６０はフォトダイオードである。

ここで、第２光検出器６０は、第２面４２に対する法線方向で第１光検出器３０に対して透光部材４０が位置する側とは反対側で第１光検出器３０と重なる位置に配置されている。さらに、透光部材４０と第２光検出器６０との間のうち、第１光検出器３０と第２光検出器６０との間には、赤外光を遮断可能な板状の遮光部材７０が配置されており、検出領域１０Ｒと第２光検出器６０との間には遮光部材７０が介在している。かかる遮光部材７０は、第２光検出器６０よりわずかに大きなサイズであり、第２光検出器６０から所定の距離だけ離間している。

このように構成した光学式位置検出装置１０において、光源部１１が透光部材４０および検出領域１０Ｒが位置する側に向けて検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を出射すると、検出光Ｌ２の一部は、透光部材４０を透過して検出領域１０Ｒに光強度分布を形成する。また、光源部１１から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の一部は、透光部材４０の第２面４２で反射して検出領域１０Ｒに到達しないブランク光Ｌ０（検出光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ）となる。

ここで、第１光検出器３０の受光部３１は第２面４２に対向しているため、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３は、第１光検出器３０に入射する。但し、第１光検出器３０の受光部３１は第２面４２に近接しているため、透光部材４０の第２面４２で反射して検出領域１０Ｒを経由しないブランク光Ｌ０は第１光検出器３０には入射しない。

これに対して、第２光検出器６０と透光部材４０および検出領域１０Ｒとの間には第１光検出器３０および遮光部材７０が介在するため、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３は第２光検出器６０に入射しない。但し、遮光部材７０は、透光部材４０の大きさや発光素子１２の離間距離からみてかなり小さいため、透光部材４０の第２面４２で反射して検出領域１０Ｒに到達しないブランク光Ｌ０は第２光検出器６０に入射する。

なお、本形態では、外光その他の環境光Ｌｃは第１光検出器３０および第２光検出器６０に入射する。さらに、参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、一部が第１光検出器３０に入射し、一部はブランク光Ｌ０ｒとして第２光検出器６０に入射する。

（位置検出部等の構成）
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源部１１の光源駆動部１４は、発光素子１２等を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２の各々の点灯パターンを制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、発光素子１２Ａを駆動する光源駆動回路１４０ａと、発光素子１２Ｂを駆動する光源駆動回路１４０ｂと、参照用の発光素子１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０ｒとを備えている。光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｒの全てを制御する。

第１光検出器３０には位置検出部５０が電気的に接続されており、第１光検出器３０での検出結果は位置検出部５０に出力される。位置検出部５０は、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１および離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。

第２光検出器６０には出射強度監視部１６が電気的に接続されており、第２光検出器６０での検出結果は出射強度監視部１６に出力される。かかる出射強度監視部１６は、第２光検出器６０によるブランク光Ｌ０の検出結果に基づいて、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）および参照用の発光素子１２Ｒの出射強度を監視し、光源制御部１４５は、かかる監視結果に基づいて、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）および参照用の発光素子１２Ｒの出射強度の初期値を設定する。

（発光素子１２および発光素子１２Ｒの出射強度の初期設定）
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂが存在しない状態でのブランク光Ｌ０が第２光検出器６０に到達する様子を示す説明図である。図３に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）および参照用の発光素子１２Ｒの出射強度の初期値を設定するには、対象物体Ｏｂが検出領域１０Ｒに存在しない状態で、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｒを順次点灯させ、そのときのブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｒ）の第２検出器６０での検出結果に基づいて、光源制御部１４５は、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｒの出射強度の初期値を設定する。

（Ｘ座標の検出）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｘ軸方向で離間する位置に２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）を備えていることから、発光素子１２Ａが形成する光強度分布と、発光素子１２Ｂが形成する光強度分布とを利用すれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。そこで、図４を参照して、光強度分布の構成およびＸ座標検出の原理を説明する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いたＸ座標検出の原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、検出光のＸ軸方向の光強度分布等を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｘ座標を検出する際には、図４（ａ）に示すように、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、発光素子１２Ａを点灯させる一方、発光素子１２Ｂを消灯させ、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。また、Ｘ座標検出用第２期間において、発光素子１２Ａを消灯させる一方、発光素子１２Ｂを点灯させ、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。好ましくは、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。

従って、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が第１光検出器３０により検出される。ここで、Ｘ座標検出用第１期間に形成するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２期間に形成するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを予め、設定した分布としておけば、以下の方法等により、Ｘ座標検出部５１は、第１光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

例えば、第１の方法では、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの比較結果を利用する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとを比較し、それらの差を求めれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光Ｌｃ、例えば、外光に含まれる赤外成分が第１光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。また、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ）は、第１光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂには含まれないので、Ｘ座標検出部５１は、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ）の影響を受けることなく、第１光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。なお、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。

次に、第２の方法では、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２ＸｂがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。本例では、第１期間では、発光素子１２Ａが出射する検出光Ｌａおよび発光素子１２Ｂが出射する検出光Ｌｂのうち、検出光Ｌｂを参照光として利用し、第２期間では検出光Ｌａを参照光とし、検出光と参照光との差動を利用する。

まず、図４（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、Ｘ軸方向で逆向きに形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。

これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図４（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、Ｘ座標検出用第１期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光Ｌｃ、例えば、外光に含まれる赤外成分が第１光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように発光素子１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。また、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ）は、第１光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂには含まれないので、Ｘ座標検出部５１は、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ）の影響を受けることなく、第１光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

なお、上記方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量の双方を調整したが、一方のみを調整してもよい。

さらに、上記方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出したが、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように発光素子１２Ａ、１２Ｂを制御した際の第２光検出器６０での受光結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出してもよい。

このようにして、第１光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置情報を取得するにあたって、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図５を参照して説明したように、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。

（位置検出部５０の構成例）
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０での信号処理内容を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、検出光Ｌ２ａの第１光検出器３０での検出値ＬＸａと、検出光Ｌ２ｂの第１光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。

図５（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間では可変抵抗１１１を介して位置検出用の発光素子１２Ａに所定電流値の駆動パルスを印加し、Ｘ座標検出用第２期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して位置検出用の発光素子１２Ｂに所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座標検出用第２期間とでは、発光素子１２Ａ、１２Ｂに対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用光第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の検出光Ｌ２ａが対象物体Ｏｂで反射した光が共通の第１光検出器３０で受光され、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用光第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の検出光Ｌ２ｂが対象物体Ｏｂで反射した光が共通の第１光検出器３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、第１光検出器３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。

かかる光強度信号生成回路１５０において、第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１には、位置検出部５０が電気的に接続されている。第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：第１光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光Ｌｃが第１光検出器３０に入射しない場合と、環境光Ｌｃが第１光検出器３０に入射している場合とを比較すると、環境光Ｌｃが第１光検出器３０に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。

位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。

位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１９２は、第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター１９２によって、第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における第１光検出器３０による位置検出信号Ｖｄのみが抽出される。すなわち、検出光Ｌ２および参照光Ｌ２ｒは変調されているのに対して、環境光Ｌｃはある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光Ｌｃに起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。

また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出用信号分離回路１７０に出力される。

位置検出用信号分離回路１７０は、Ｘ座標検出用第１期間において発光素子１２Ａに印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０から発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。

発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図５（ｂ）に示す処理を行ない、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように光源駆動回路１４０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路１８０は、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第１期間での発光素子１２からの出射光量を高める。また、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第２期間での出射光量を高める。

このようにして、光学式位置検出装置１０では位置検出部５０の発光強度補償指令回路１８０によって、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間での第１光検出器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２の制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号Ｖｇとして離間距離検出部５３に出力すれば、離間距離検出部５３は、対象物体ＯｂのＸ座標を得ることができる。

また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光Ｌｃに起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、第１光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光Ｌｃの赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光Ｌｃの影響をキャンセルすることができる。

（離間距離検出用光強度分布および離間距離ＬＺの検出方法）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の光強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０では、検出光検出期間において発光素子１２Ａ、１２Ｂが同時に点灯すると、図６（ａ）に示すように、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）には、第１面４１に対する法線方向で強度が単調減少する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂ（Ｚ座標検出用光強度分布）が形成される。本形態において、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間するに従って強度が直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）が反射され、その位置検出用反射光Ｌ３の一部が第１光検出器３０により検出される。ここで、第１光検出器３０での検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の受光強度は、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度と一定の関係、例えば、比例関係にある。

これに対して、参照光検出期間において参照用の発光素子１２Ｒが点灯すると、発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が第１光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、第１光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図６（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。

図６に示す例では、参照光Ｌ２ｒの第１光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂが第１面４１に接触する直前の位置にあるときに第１光検出器３０が検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を検出したときの強度に一致させてある。

このような離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂや参照光Ｌ２ｒを用いれば、以下に説明する方法により、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。

例えば、第１の方法では、図６（ａ）に示す離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、第１光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒとの差を利用する。より具体的には、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂは予め、設定した分布になっているので、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、第１光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの強度との差も予め、設定した関数になっている。従って、離間距離検出部５３は、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒを出射したときの第１光検出器３０での検出値Ｌｒとの差を求めれば、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。

かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光Ｌｃ、例えば、外光に含まれる赤外成分が第１光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒの差を求める際、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。また、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｒ）は、第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂ、ＬＺｒには含まれないので、離間距離検出部５３は、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｒ）の影響を受けることなく、第１光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体Ｏｂの離間距離（Ｚ座標）を検出することができる。なお、なお、発光素子１２Ａを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｂを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｒを点灯させた際の検出値Ｌｒの比および／または差に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することもできる。

次に、第２の方法では、検出光検出期間における第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間における第１光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。

かかる方法では、まず、図６（ａ）に示すように、検出光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させて、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂを求める。次に、参照光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを消灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを点灯させた際の第１光検出器３０での検出値Ｌｒを求める。その際、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの第１光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しければ、第１面４１に接触する直前の位置に対象物体Ｏｂが位置することが分る。

これに対して、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの第１光検出器３０での検出値Ｌｒとが相違している場合、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整する。そして、図６（ｂ）に示すように、再度、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒの第１光検出器３０での検出値Ｌｒとを求める。

その結果、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの第１光検出器３０での検出値Ｌｒとが値ＬＺａｂｒになって等しくなれば、離間距離検出部５３は、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量の調整量ΔＬ２Ｚａｂと、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の調整量ΔＬ２ｒとの比や差から、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。

かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光Ｌｃ、例えば、外光に含まれる赤外成分が第１光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量を調整する際、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光Ｌｃに含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。また、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｒ）は、第１光検出器３０での検出値ＬＺａｂ、ＬＺｒには含まれないので、離間距離検出部５３は、ブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｒ）の影響を受けることなく、第１光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体Ｏｂの離間距離（Ｚ座標）を検出することができる。

なお、上記方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量に基づいて、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出したが、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｒを制御した際の第２光検出器６０での受光結果に基づいて対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出してもよい。

なお、上記方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の双方を調整したが、一方のみを調整してもよい。

上記のように、第１光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置情報を取得するにあたって、例えば、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図５を参照して説明したように、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源部１１は、検査光Ｌ２を出射して検出領域１０Ｒに光強度分布を形成する。また、対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３を第１光検出器３０で検出する。ここで、光強度分布は、検出領域１０Ｒ内の位置と強度との間に一定の関係を有していることから、かかる位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部５０は、第１光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体の位置を検出することができる。

さらに、本形態では、光源部１１から出射された検出光Ｌ２のうち、検出領域１０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した位置検出用反射光Ｌ３が入射しない第２光検出器６０が設けられており、かかる第２光検出器６０には、検出領域１０Ｒを経由しないブランク光Ｌ０が入射する。このため、第２光検出器６０によれば、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在するか否かにかかわらず、ブランク光Ｌ０をモニターすることができるので、そのモニター結果に基づいて、光源部１１からの検出光Ｌ２の出射強度を最適な条件に設定することができる。このため、第１光検出器３０によってブランク光Ｌ０をモニターする必要がないので、第１光検出器３０については、位置検出用反射光Ｌ３が入射し、ブランク光Ｌ０が入射しない構成とすることができる。従って、第１光検出器３０での受光結果には、ブランク光Ｌ０の影響が除外されているので、位置検出部５０は、ブランク光Ｌ０から余計な影響を受けずに対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。

また、本形態では、第２光検出器６０と検出領域１０Ｒとの間には、対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３が第２光検出器６０に入射することを阻止する遮光部材７０が設けられている。このため、遮光部材７０を設けるという構成を追加するだけで位置検出用反射光Ｌ３が第２光検出器６０に入射することを阻止することができる。

さらに、本形態において、光源部１１と検出領域１０Ｒとの間には透光部材４０が配置されており、ブランク光Ｌ０は、光源部１１から出射された検出光Ｌ２のうち、透光部材４０の第２面４２で反射した光である。このため、光源部１１から出射された検出光Ｌ２のうち、ブランク光Ｌ０を第２光検出器６０が位置する側に偏向させることができる。

また、第１光検出器３０は、受光部３１が透光部材４０の第２面４２に近接配置されているため、比較的簡素な構成でブランク光Ｌ０が第１光検出器３０に入射することを防止することができる。また、第２光検出器６０は、第２面４２に対する法線方向で第１光検出器３０に対して透光部材４０が位置する側とは反対側で第１光検出器３０と重なる位置に配置されている。このため、第１光検出器３０と第２光検出器６０との間に遮光部材７０を配置するという比較的簡素な構成で位置検出用反射光Ｌ３が第２光検出器６０に入射することを防止することができる。

また、本形態の光学式位置検出装置１０では、光源部１１の光源（発光素子１２）が発光ダイオードであるため、光源部１１を小型かつ安価に構成することができる。また、第１光検出器３０および第２光検出器６０は、フォトダイオードまたはフォトトランジスター等の受光素子により構成しているので、第１光検出器３０および第２光検出器６０を小型かつ安価に構成することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、第１光検出器３０を用いて、対象物体Ｏｂの透光部材４０からの離間距離ＬＺ、および対象物体ＯｂのＸ座標を検出する例を説明したが、図７〜１０を参照して、さらに、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する例を説明する。

（全体構成）
図７は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分に同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。

図７および図８において、本形態の光学式位置検出装置１０も、実施の形態１と同様、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。

かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源部１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた位置検出用反射光Ｌ３を検出する第１光検出器３０とを備えている。

本形態において、光源部１１は、４つの位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｂ）を備えており、かかる４つの発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で互いに離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。発光素子１２〜１２Ｄは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、赤外光からなる検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。

第１光検出器３０は、透光部材４０に受光部３１を向けたフォトダイオードであり、第１光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。第１光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側で第２面４２に受光部３１を向けており、受光部３１は第２面４２に近接配置されている。

さらに、本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第２面４２側には第２光検出器６０が配置されており、かかる第２光検出器６０も、第１光検出器３０と同様、第２面４２に受光部６１を向けている。第２光検出器６０は、第１光検出器３０と同様、フォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、第２光検出器６０はフォトダイオードである。

ここで、第２光検出器６０は、第２面４２に対する法線方向で第１光検出器３０に対して透光部材４０が位置する側とは反対側で第１光検出器３０と重なる位置に配置されている。さらに、透光部材４０と第２光検出器６０との間のうち、第１光検出器３０と第２光検出器６０との間に板状の遮光部材７０が配置されており、検出領域１０Ｒと第２光検出器６０との間には遮光部材７０が介在している。

このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、第１光検出器３０の受光部３１は第２面４２に対向しているため、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３は、第１光検出器３０に入射する。但し、第１光検出器３０の受光部３１は第２面４２に近接しているため、透光部材４０の第２面４２で反射して検出領域１０Ｒに到達しないブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｃ、Ｌ０ｄ）は第１光検出器３０には入射しない。これに対して、第２光検出器６０と透光部材４０および検出領域１０Ｒとの間には第１光検出器３０および遮光部材７０が介在するため、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した位置検出用反射光Ｌ３は第２光検出器６０に入射しない。但し、遮光部材７０は、透光部材４０の大きさや発光素子１２の離間距離からみて、かなり小さいため、透光部材４０の第２面４２で反射して検出領域１０Ｒに到達しないブランク光Ｌ０は第２光検出器６０に入射する。

なお、本形態では、外光その他の環境光Ｌｃは第１光検出器３０および第２光検出器６０に入射する。さらに、参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、一部が第１光検出器３０に入射し、一部はブランク光Ｌ０ｒとして第２光検出器６０に入射する。

本形態において、図８に示す光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用の発光素子１２Ｒの各々の点灯パターンを制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、５つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ｒを各々駆動する光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒからなり、光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの全てを制御する。

第１光検出器３０には位置検出部５０が電気的に接続されており、第１光検出器３０での検出結果は位置検出部５０に出力される。本形態において、位置検出部５０は、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２、および離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。

第２光検出器６０には出射強度監視部１６が電気的に接続されており、第２光検出器６０での検出結果は出射強度監視部１６に出力される。かかる出射強度監視部１６は、第２光検出器６０によるブランク光Ｌ０の検出結果に基づいて、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）および参照用の発光素子１２Ｒの出射強度を監視し、光源制御部１４５は、かかる監視結果に基づいて、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）および参照用の発光素子１２Ｒの出射強度の初期値を設定する。

（位置検出の動作等）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において各々の発光素子１２から出射される検出光の説明図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において、発光素子１２から出射された検出光によって座標検出用の光強度分布を形成した様子を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第１面４１側に検出領域１０Ｒが設定されており、光源部１１の発光素子１２Ａ〜１２Ｂは、以下に説明する光強度分布を形成する。

まず、検出領域１０Ｒは例えば四角形であり、４つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、検出領域１０Ｒの４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄの各々に向けて中心光軸を向けている。このため、発光素子１２Ａが点灯すると、図９（ａ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａを中心にした光強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｂが点灯すると、図９（ｂ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂを中心にした光強度分布が形成される。発光素子１２Ｃが点灯すると、図９（ｃ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｃを中心にした光強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｄが点灯すると、図９（ｄ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄを中心にした光強度分布が形成される。

従って、発光素子１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用光強度分布／第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用光強度分布／第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、Ｘ座標検出部５１は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

また、発光素子１２Ａ、１２Ｂが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用光強度分布／第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｃおよび発光素子１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用光強度分布／第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｙ座標検出部５２は、実施の形態１でＸ座標を検出したのと同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。

さらに、４つの発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、発光素子１２Ｂ、発光素子１２Ｃ、発光素子１２Ｄ）が全て点灯すると、実施の形態１において図４を参照して説明した離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび第１光検出器３０での検出強度を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。その際、実施の形態１と同様、参照光Ｌ２ｒを利用すれば、外光の影響等をキャンセルすることができる。

また、本形態でも、実施の形態１と同様、光源部１１から出射された検出光Ｌ２のうち、検出領域１０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した位置検出用反射光Ｌ３が入射しない第２光検出器６０が設けられており、かかる第２光検出器６０には、検出領域１０Ｒを経由しないブランク光Ｌ０（ブランク光Ｌ０ａ、Ｌ０ｂ、Ｌ０ｃ、Ｌ０ｄ）が入射する。このため、第２光検出器６０によれば、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在するか否かにかかわらず、ブランク光Ｌ０をモニターすることができるので、そのモニター結果に基づいて、光源部１１からの検出光Ｌ２の出射強度を最適な条件に設定することができる。このため、第１光検出器３０によってブランク光Ｌ０をモニターする必要がないので、第１光検出器３０については、位置検出用反射光Ｌ３が入射し、ブランク光Ｌ０が入射しない構成とすることができる。従って、第１光検出器３０での受光結果には、ブランク光Ｌ０の影響が除外されているので、位置検出部５０は、ブランク光Ｌ０から余計な影響を受けずに対象物体Ｏｂの位置を検出することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施の形態３］
上記実施の形態１、２では、光学式位置検出装置１０に透光部材４０を設けたが、透光部材４０を備えていない光学式位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。かかる構成の場合、例えば、光源部１１と検出領域１０Ｒとの間に、光源部１１から出射された検出光Ｌ２の一部を第２光検出器６０に向けて反射する偏向ミラーを配置し、かかる偏向ミラーによって反射された検出光Ｌ２部をブランク光Ｌ０として利用することができる。

［光学式位置検出装置１の利用例１］
図１１を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を触角センサーとして用いたロボットハンド装置を説明する。図１１は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を触覚センサーとしてハンド装置に備えたロボットアームの説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）は、ロボットアーム全体の説明図、およびハンド装置の説明図である。

図１１（ａ）に示すロボットアーム２００は、数値制御工作機械等に対してワークや工具の供給および取り出し等行う装置であり、基台２９０から直立する支柱２２０と、アーム２１０とを備えている。本形態において、アーム２１０は、支柱２２０の先端部に第１関節２６０を介して連結された第１アーム部２３０と、第１アーム部２３０の先端部に第２関節２７０を介して連結された第２アーム部２４０とを備えている。支柱２２０は、基台２９０に対して垂直な軸線Ｈ１周りに回転可能であり、第１アーム部２３０は、支柱２２０の先端部で第１関節２６０によって水平な軸線Ｈ２周りに回転可能であり、第２アーム部２４０は、第１アーム部２３０の先端部で第２関節２７０によって水平な軸線Ｈ３周りに回転可能である。第２アーム部２４０の先端部にはハンド装置４００のハンド４５０が連結されており、ハンド４５０は、第２アーム部２４０の軸線Ｈ４周りに回転可能である。

図１１（ｂ）に示すように、ハンド装置４００は、複数の把持爪４１０（把持具）を備えたハンド４５０を有しており、ハンド４５０は、複数の把持爪４１０の根元を保持する円盤状の把持爪保持体４２０を備えている。本形態において、ハンド４５０は、複数の把持爪４１０として、第１把持爪４１０Ａおよび第２把持爪４１０Ｂを備えている。２つの把持爪４１０はいずれも、矢印Ｈ５で示すように、互いに離間する方向および接近する方向に移動可能である。

このように構成したロボットアーム２００において、対象物体Ｏｂを把持する際には、支柱２２０、第１アーム部２３０および第２アーム部２４０が所定方向に回転してハンド４５０を対象物体Ｏｂ（ワーク）に接近させた後、２つの把持爪４１０が互いに接近する方向に移動して対象物体Ｏｂを把持する。

ここで、対象物体Ｏｂ（ワーク）を把持する際に対象物体Ｏｂに接する把持爪４１０の内面は、実施の形態１、２で説明した光学式位置検出装置１０の透光部材４０の第１面４１からなる。従って、把持爪４１０が対象物体Ｏｂを把持する際、光学式位置検出装置１０は、対象物体Ｏｂと把持爪４１０との相対位置を検出し、かかる位置検出結果は、把持爪４１０の駆動制御部にフィードバックされる。それ故、把持爪４１０を対象物体Ｏｂに高速で接近させることができ、ワーク把持動作の高速化を実現することができる。また、本形態の光学式位置検出装置１０では、把持爪４１０が対象物体Ｏｂに接触した瞬間を正確に把握できるので、壊れやすい対象物体Ｏｂや非常に柔らかい対象物体Ｏｂであっても、対象物体Ｏｂに破損あるいは大きな変形を生じさせることなく対象物体Ｏｂを把持することができる。すなわち、壊れやすい対象物体Ｏｂを把持する場合には、把持爪４１０の接触圧を適正に設定することができ、柔らかい対象物体Ｏｂを把持する場合には、対象物体Ｏｂに対する把持爪４１０の沈み込み量を適正に設定することができる。

［光学式位置検出装置１０の利用例２］
図１２を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用いた表示装置を説明する。図１２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。

図１２（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００は、投射型表示装置であり、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置１２００を備えている。かかる画像投射装置１２００は、筐体１２５０の前面部１２０１に設けられた投射レンズ１２１０からスクリーン部材１２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００は、画像が投射される前方空間（スクリーン部材１２９０の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えており、検出領域１０Ｒと重なる領域に画像を表示する。本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、かかる対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定する入力情報として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なう。

かかる位置検出機能を実現することを目的に、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、実施の形態１、２を参照して説明した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用い、光学式位置検出装置１０の透光部材４０によってスクリーン部材２９０を構成する。従って、スクリーン部材２９０において画像が視認されるスクリーン面は、透光部材４０の第１面４１により構成された入力面として利用され、スクリーン部材２９０の裏面側（透光部材４０の第２面４２）の側には、検出光用の発光素子１２を備えた光源部１１や、第１光検出器３０が配置される。

このように構成した位置検出機能付き表示装置１００においては、スクリーン部材２９０に表示された画像を指先等の対象物体Ｏｂで指示すると、対象物体ＯｂのＸＹ座標等が検出され、かかる対象物体Ｏｂの位置を入力情報として扱うことができる。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・光源部、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、３０・・第１光検出器、４０・・透光部材、４１・・第１面、４２・・第２面、５０・・位置検出部、５１・・Ｘ座標検出部、５２・・Ｙ座標検出部、５３・・離間距離検出部、６０・・第２光検出器、７０・・遮光部材、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・ロボットアーム、４００・・ハンド装置

Claims (10)

1. 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
   検出光の出射方向に設定された検出領域に当該検出光の光強度分布を形成する光源部と、
   前記光源部から出射された前記検出光のうち、前記検出領域において前記対象物体により反射した位置検出用反射光が入射し、前記検出領域を経由しないブランク光が入射しない第１光検出器と、
   前記検出領域において前記対象物体により反射した位置検出用反射光が入射せず、前記ブランク光が入射する第２光検出器と、
   前記第２光検出器と前記検出領域との間に設けられ、前記検出領域において前記対象物体により反射した位置検出用反射光が前記第２光検出器に入射することを阻止する遮光部材と、
   前記検出領域内の前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
   を有し、
   前記光源部は、前記第２光検出器での検出結果に基づいて前記検出光の射出強度が初期設定され、
   前記位置検出部は、前記第１光検出器での検出結果に基づいて前記検出領域内の前記対象物体の位置を検出する、
   ことを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 前記光源部と前記検出領域との間には、当該検出領域側に向く第１面および前記光源部側に向く第２面を備えた透光部材が配置され、
   前記ブランク光は、前記光源部から出射された前記検出光のうち、前記透光部材の前記第２面で反射した光であることを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
3. 前記第１光検出器は、受光部が前記透光部材の前記第２面に近接配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式位置検出装置。
4. 前記第２光検出器は、前記第２面に対する法線方向で前記第１光検出器に対して前記透光部材が位置する側とは反対側で当該第１光検出器と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記光源部は、前記検出領域内の一方側から他方側に向けて強度が変化する第１光強度分布と、前記他方側から前記一方側に向けての強度変化が前記第１光強度分布と相違する第２光強度分布と、を形成し、
   前記位置検出部は、前記第１光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果と、前記第２光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
6. 前記光源部は、前記検出領域内の一方側から他方側に向けて強度が変化する第１光強度分布と、前記他方側から前記一方側に向けての強度変化が前記第１光強度分布と相違する第２光強度分布と、を形成するとともに、前記第１光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果と、前記第２光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果とが等しくなるように前記検査光の出射強度を変化させ、
   前記位置検出部は、前記検査光の出射強度を変化させた後の前記光源部からの前記検出光の出射強度に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
7. 前記光源部は、前記検出領域内の一方側から他方側に向けて強度が変化する第１光強度分布と、前記他方側から前記一方側に向けての強度変化が前記第１光強度分布と相違する第２光強度分布と、を形成するとともに、前記第１光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果と、前記第２光強度分布を形成したときの前記第１光検出器での検出結果とが等しくなるように前記検査光の出射強度を変化させ、
   前記位置検出部は、前記検査光の出射強度を変化させた後の前記第２光検出器での検出結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
8. 前記第１光検出器および前記第２光検出器には環境光が入射することを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えたハンド装置であって、
   前記対象物体を把持するハンドを備えていることを特徴とするハンド装置。
10. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた表示装置であって、
    前記検出領域に重なる領域に画像を表示する画像生成装置を備えていることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。

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