JP5776281B2 - 光学式位置検出装置、及びロボットハンド装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置に関するものである。

対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置が多種開示されている。その中で、２つの検出用光源部と１つの光検出部にて構成されている装置が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、例えば、図８に示すように、２つの検出用光源部１２から透光部材４０を介して対象物体Ｏｂに向けて検出光Ｌ２を射出し、対象物体Ｏｂで反射した検出光が透光部材４０を透過して光検出部３０で検出されるものが提案されている。かかる光学式位置検出装置では、例えば、光検出部３０での検出結果に基づいて２つの検出用光源部１２を差を得るように駆動させれば、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の関係がわかる。従って、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。

特表２００３−５３４５５４号公報

しかしながら、図８に示す構成では、対象物体Ｏｂ１として示すように、２つの検出用光源部１２の内側にある場合と、対象物体Ｏｂ２として示すように、対象物体Ｏｂが２つの検出用光源部１２の外側にある場合とにおいて、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の関係が同一になってしまうという問題点がある。このため、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の関係を求めた際、２つの検出用光源部１２の距離を内分すればよいのか、外分すればよいのかが区別できないことになってしまう。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体が検出用光源を配置した領域の外側にある場合と内側にある場合とのどちらの場合も位置を検出することのできる光学式位置検出装置を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる光学式位置検出装置は、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、検出光を射出方向に射出するとともに、前記射出方向に対して交差する方向で離間する複数の検出用光源部と、前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出部と、前記検出用光源部を点灯させる光源駆動部と、前記光検出部の受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記検出用光源部は直線上に配置された第１検出用発光素子、第２検出用発光素子、第３検出用発光素子を備え、前記位置検出部は、前記第１検出用発光素子と前記第２検出用発光素子とを用いて前記対象物体の位置を算出した第１検出位置と、前記第１検出用発光素子と前記第３検出用発光素子とを用いて前記対象物体の位置を算出した第２検出位置と、を用いて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする。

本適用例によれば、光学式位置検出装置は対象物体の位置を光学的に検出する装置であり、複数の検出用光源部と光検出部と光源駆動部と位置検出部とを有している。複数の検出用光源部は検出光を射出方向に射出するとともに、射出方向に対して交差する方向で離間している。光源駆動部は検出用光源部を点灯させる。光検出部は対象物体で反射した検出光を受光する。位置検出部は光検出部の受光結果に基づいて対象物体の位置を検出する。

検出用光源部は直線上に配置された第１検出用発光素子、第２検出用発光素子、第３検出用発光素子を備えている。位置検出部は、第１検出用発光素子と第２検出用発光素子とを用いて対象物体の位置を算出し、算出した値を第１検出位置とする。さらに、位置検出部は、第１検出用発光素子と第３検出用発光素子とを用いて対象物体の位置を算出し、算出した値を第２検出位置とする。そして、第１検出位置と第２検出位置とを用いて前記対象物体の位置を検出する。

検出用光源部が算出した第１検出位置は第１検出用発光素子及び対象物体との距離と第２検出用発光素子及び対象物体との距離とから推定する位置関係を示している。そのため、第１検出位置は１箇所とならず複数となる可能性がある。同様に、検出用光源部が算出した第２検出位置は第１検出用発光素子及び対象物体との距離と第３検出用発光素子及び対象物体との距離とから推定する位置関係を示している。そのため、第２検出位置は１箇所とならず複数となる可能性がある。そして、第１検出位置と第２検出位置との条件に共通する位置を算出ことにより対象物体の位置を正確に検出することができる。その結果、対象物体が検出用光源部を配置した場所の外側にある場合と内側にある場合とのどちらの場合も位置を検出することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる光学式位置検出装置において、前記位置検出部は、前記第１検出用発光素子と前記第２検出用発光素子とが射出する光の光強度と前記光検出部が受光する前記検出光の光強度とから前記第１検出位置を算出し、前記第１検出用発光素子と前記第３検出用発光素子とが射出する光の光強度と前記光検出部が受光する前記検出光の光強度とから前記第２検出位置を算出することが好ましい。

本適用例によれば、発光素子が射出する光の光強度と受光する検出光の光強度とから検出位置を算出している。光の光強度は距離との相関があることから、光の光強度を比較することにより距離の比を推定することができる。従って、第１検出用発光素子及び対象物体との距離と第２検出用発光素子及び対象物体との距離とから推定する位置関係を算出することができる。同様に、第１検出用発光素子及び対象物体との距離と第３検出用発光素子及び対象物体との距離とから推定する位置関係を算出することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる光学式位置検出装置にいて、前記検出光の射出方向をＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向に対して交差する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向としたとき、複数の前記検出用光源部は、前記Ｘ軸方向で離間する前記検出用光源部と、前記Ｙ軸方向で離間する前記検出用光源部とを含むことが好ましい。

本適用例によれば、対象物体と検出用光源部との位置がＸ軸方向とＹ軸方向とで検出することができる。そして、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは交差していることから、光学式位置検出装置はＸ軸方向とＹ軸方向とを含む平面と対象物体を通るＺ軸方向の直線とが交差する位置を検出することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる光学式位置検出装置において、前記対象物体で反射させずに前記光検出部に入射する参照光を射出する参照用光源を備え、前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて複数の前記検出用光源部のうちの一部の検出用光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変えて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。

本適用例によれば、光学式位置検出装置は対象物体で反射させずに光検出部に入射する参照光を射出する参照用光源を備えている。位置検出部は、光検出部の受光結果に基づいて複数の検出用光源部のうちの一部の検出用光源部と参照用光源とを、組み合わせを変えて対象物体の位置を検出している。参照光は環境光等の影響を受けない為、位置検出部は環境光等の影響を補正することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる光学式位置検出装置において、前記位置検出部は、複数の前記検出用光源部を一緒に、あるいは順次点灯したときの前記光検出部での受光結果に基づいて前記検出光の射出方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。

本適用例によれば、複数の検出用光源部を順次点灯させることにより、検出用光源部の位置を異なる場所にすることができる。従って、対象物体に対する光検出部と検出用光源部との相対位置を変えることができる。従って、対象物体の平面位置を検出することができる。また、複数の検出用光源部を一緒に点灯させることにより、複数の検出用光源部が配置される場所の距離と射出される光の光強度を所定の分布にすることができる。従って、対象物体に反射する検出光の光強度を検出することにより、検出用光源部と対象物体との距離を検出することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる光学式位置検出装置において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。

本適用例によれば、検出光は赤外光であることから、検出光が視認されない。従って、光学式位置検出装置を表示装置に適用した場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置を各種機器に用いることができる。

実施形態にかかり、（ａ）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模式図、（ｂ）は、光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す模式図、（ｃ）は、光学式位置検出装置の構成要素を側方からみたときの模式図。 光学式位置検出装置の全体構成を説明するための模式図。 対象物体の内外の位置検出の原理を説明するための模式図。 （ａ）は、対象物体の位置と光検出部での受光強度との関係を説明するための模式図、（ｂ）は、検出部での受光強度が等しくなるように検出光の射出強度を調整する様子を説明するための模式図。 （ａ）は、検出用光源部から対象物体までの距離と検出光等の受光強度との関係説明するための模式図、（ｂ）は、光源への駆動電流を調整した後の様子説明するための模式図。 （ａ）は、位置検出部で行なわれる処理を行なう電気回路図、（ｂ）は、電気回路の動作を説明するための模式図。 （ａ）は、ロボットアームの構成を示す概略斜視図、（ｂ）は、ハンド装置を説明するための要部概略斜視図。 従来例にかかる位置検出方法を説明するための模式図。

（実施形態）
以下、本発明に適した実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の総てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

また以下の説明においては、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸とし、検出光の射出方向を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。

（全体構成）
図１は、光学式位置検出装置の主要部を説明するための模式図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）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模式図、光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す模式図、及び光学式位置検出装置の構成要素を側方からみたときの模式図である。図２は、光学式位置検出装置の全体構成を説明するための模式図である。

図１及び図２において、本実施形態の光学式位置検出装置１０は、ロボットハンド装置での触覚センサー等として利用される光学装置である。光学式位置検出装置１０はＺ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光Ｌ２を射出する複数の検出用光源部１２を備えた光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する光検出部３０とを備えている。また、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を有している場合がある。この場合、検出用光源部１２は、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から第１面４１側に検出光Ｌ２を射出し、光検出部３０は、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた検出光Ｌ３を検出する。このため、光検出部３０の受光部３１は、透光部材４０の第２面４２に対向している。

本実施形態において、光源装置１１は、複数の検出用光源部１２として、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃ及び第４検出用光源部１２Ｄを備えている。これらの検出用光源部１２はいずれも発光部を有し、発光部は透光部材４０を向いている。そして、複数の検出用光源部１２が同時、あるいは順次点灯し、対象物体Ｏｂに反射した検出光Ｌ３が光検出部３０に向かって進行する。従って、検出用光源部１２から射出された検出光Ｌ２は、透光部材４０を透過して、第１面４１側（光源装置１１からの検出光Ｌ２の射出側空間）に射出される。当該射出側空間は透光部材４０の第１面４１側の空間であり、当該射出側空間が対象物体Ｏｂの位置を検出する検出空間１０Ｒとなっている。

第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃ及び第４検出用光源部１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、光検出部３０の中心を中心とする同心円上にこの順に配置されている。従って、光検出部３０は、複数の検出用光源部１２より内側に位置する。かかる複数の検出用光源部１２において、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部１２ＣとはＸ軸方向で離間し、第２検出用光源部１２Ｂと第４検出用光源部１２ＤとはＹ軸方向で離間している。

尚、第１検出用光源部１２Ａ及び第３検出用光源部１２Ｃからみれば、第２検出用光源部１２Ｂ及び第４検出用光源部１２Ｄは第１検出用光源部１２Ａに対してＸ軸方向で離間している。同様に、第２検出用光源部１２Ｂ及び第４検出用光源部１２Ｄからみれば、第１検出用光源部１２Ａ及び第３検出用光源部１２Ｃは第２検出用光源部１２Ｂに対してＹ軸方向で離間している。

また、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃ及び第４検出用光源部１２Ｄは、光検出部３０を中心に等角度間隔に配置されている。また、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃ及び第４検出用光源部１２Ｄは、光検出部３０から距離が等しい。

また、光源装置１１は、光検出部３０に発光部１２０ｒを向けた参照用光源１２Ｒも備えている。参照用光源１２Ｒは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、参照光Ｌｒを発散光として放出する。ただし、参照光Ｌｒは、参照用光源１２Ｒの向きや、参照用光源１２Ｒに設けられる遮光カバー（図示せず）等によって、透光部材４０の第１面４１側（検出空間１０Ｒ）に入射せず、検出空間１０Ｒを介さずに光検出部３０に入射するようになっている。本実施形態において、参照用光源１２Ｒは、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる参照光Ｌｒを発散光として放出する。

光検出部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、本実施形態において、光検出部３０は赤外域の感度ピークを備えたフォトダイオードである。

（検出用光源部の詳細構成）
図１（ｂ）に示すように、複数の検出用光源部１２は光検出部３０を中心とする円の径方向で並ぶ２つの発光素子を備えている。より具体的には、まず、第１検出用光源部１２Ａは、第１検出用発光素子としての第１の発光素子１２Ａ１と、第１の発光素子１２Ａ１より光検出部３０側（内側）の第２の発光素子１２Ａ２とを備えており、第１の発光素子１２Ａ１、第２の発光素子１２Ａ２及び光検出部３０は同一直線上に配置されている。また、第２検出用光源部１２Ｂも、第１検出用光源部１２Ａと同様、第１の発光素子１２Ｂ１と、第１の発光素子１２Ｂ１より光検出部３０側（内側）の第２の発光素子１２Ｂ２とを備えており、第１の発光素子１２Ｂ１、第２の発光素子１２Ｂ２及び光検出部３０は同一直線上に配置されている。

第３検出用光源部１２Ｃも、第１検出用光源部１２Ａと同様、第２検出用発光素子としての第１の発光素子１２Ｃ１と、第１の発光素子１２Ｃ１より光検出部３０側（内側）の第３検出用発光素子としての第２の発光素子１２Ｃ２とを備えている。そして、第１の発光素子１２Ｃ１、第２の発光素子１２Ｃ２及び光検出部３０は同一直線上に配置されている。また、第４検出用光源部１２Ｄも、第１検出用光源部１２Ａと同様、第１の発光素子１２Ｄ１と、第１の発光素子１２Ｄ１より光検出部３０側（内側）の第２の発光素子１２Ｄ２とを備えており、第１の発光素子１２Ｄ１、第２の発光素子１２Ｄ２及び光検出部３０は同一直線上に配置されている。

ここで、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１はいずれも、光検出部３０を中心とする半径ｒ１の円周上に位置し、第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２はいずれも、光検出部３０を中心とする半径ｒ２（但し、ｒ１＞ｒ２）の円周上に位置する。尚、図１（ｂ）には、半径ｒ１の円と半径ｒ２の円との中央に位置する半径ｒ０（但し、ｒ０＝（ｒ１＋ｒ２）／２）の円も表わしてある。また、第１の発光素子１２Ａ１と第２の発光素子１２Ａ２との中間点を通り半径ｒ０に接する直線と、第１の発光素子１２Ｂ１及び第２の発光素子１２Ｂ２の中間点を通り半径ｒ０に接する直線と、第１の発光素子１２Ｃ１及び第２の発光素子１２Ｃ２の中間点を通り半径ｒ０に接する直線と、第１の発光素子１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ｄ２の中間点を通り半径ｒ０に接する直線とで囲まれた４角形の領域Ａ０も表してある。

ここで、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子により構成され、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）を発散光として放出する。

（位置検出部等の構成）
図２に示すように、光源装置１１は複数の検出用光源部１２を駆動する光源駆動部１４を備えている。光源駆動部１４は、検出用光源部１２及び参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の検出用光源部１２及び参照用光源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、第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄを駆動する光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄと、参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０ｒとを備えている。また、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄは各々、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２を個別に駆動する。光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの総てを制御する。尚、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄについては、スイッチング回路により、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２を個別に駆動する構成を採用することもでき、この場合、１つの光源駆動回路１４０で済む。

光検出部３０には位置検出部５０が電気的に接続されており、光検出部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、光検出部３０が検出する検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を演算するための信号処理部５４を備えており、かかる信号処理部５４は、増幅器や比較器等を備えている。また、位置検出部５０は、対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出するＸＹ座標検出部５２と、対象物体ＯｂのＺ座標を検出するＺ座標検出部５３とを備えている。このように構成した位置検出部５０と光源駆動部１４とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。そして、位置検出部５０は、複数の検出用光源部１２が同時、あるいは順次点灯したときの光検出部３０での受光結果に基づいて検出光Ｌ３の射出方向における対象物体Ｏｂの位置を検出する。

（内外の位置検出の原理）
図３は、対象物体の内外の位置検出の原理を説明するための模式図である。図３に示すように、第１の発光素子１２Ａ１、光検出部３０、第１の発光素子１２Ｃ１、第２の発光素子１２Ｃ２は同一直線上に配置されている。光学式位置検出装置１０は、図４及び図５を参照して後述するように、検出用光源部１２同士の差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動する。あるいは、検出用光源部１２と参照用光源１２Ｒとの差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動することにより、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の関係を求め、かかる関係に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。本実施例においては、一方の距離と他方の距離との関係は距離の比とする。かかる駆動の際、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２のいずれを用いてもよいが、以下の説明では、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１を用いる場合を例示する。

また、本実施形態では、差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動することにより、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求める。その後、図３（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂ１のように対象物体Ｏｂが２つの検出用光源部１２の内側に位置する場合と、あるいは、対象物体Ｏｂ２のように対象物体Ｏｂが２つの検出用光源部１２の外側に位置する場合との区別なく位置検出する。

以下、かかる内外を含めた位置検出の方法について、対象物体Ｏｂの座標を検出する際に対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃより内側と外側の区別なく位置検出する場合の例を説明する。本実施形態では、まず、第１の発光素子１２Ａ１，１２Ｃ１同士の差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動する。あるいは第１の発光素子１２Ａ１、１２Ｃ１と参照用光源１２Ｒとの差を得るように駆動するにより、第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの距離の比を求める。

また、かかる距離の比を求める前、あるいは距離の比を求めた後、第１の発光素子１２Ａ１、１２Ｃ１同士の差を得るように駆動する。あるいは第１の発光素子１２Ａ１、１２Ｃ１と参照用光源１２Ｒとの差を得るように駆動する。これにより、第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの距離の比を求める。第１の発光素子１２Ｃ１が点灯した際の光検出部３０での受光強度と、第２の発光素子１２Ｃ２が点灯した際の光検出部３０での受光強度とを比較し、かかる比較結果に基づいて対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃより外側及び内側のいずれに位置しても区別なく位置を検出する。

より具体的には、図３（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃより内側にある場合について説明する。第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの距離との比がある値を示したときに、対象物体Ｏｂがある位置は、第１の発光素子１２Ａ１と第１の発光素子１２Ｃ１とをつなぐ線分を比によって内分した点Ｏｂ１及び外分した点Ｏｂ２を通る楕円弧となる。この点Ｏｂ１及び点Ｏｂ２が第１検出位置に相当する。

ここで、図３（ｃ）に示すように、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第３検出用光源部１２Ｃの第２の発光素子１２Ｃ２と対象物体Ｏｂとの距離との比がある値を示したとき、対象物体Ｏｂがある位置は、第１の発光素子１２Ａ１と第２の発光素子１２Ｃ２とをつなぐ線分を比によって内分した点Ｏｂ３及び外分した点Ｏｂ４を通る楕円弧となる。この点Ｏｂ３及び点Ｏｂ４が第２検出位置に相当する。図３（ｄ）に示すように、従って、対象物体Ｏｂの位置は、２つの楕円弧の交点となり、一致するため内分した点Ｏｂ１かつ内分した点Ｏｂ３の位置であることを算出することができる。

これに対して、図３（ｅ）に示すように、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃより外側にある場合、第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの距離の比がある値を示したときに、対象物体Ｏｂがある位置は第１の発光素子１２Ａ１と第１の発光素子１２Ｃ１とをつなぐ線分を比によって内分した点Ｏｂ１及び外分した点Ｏｂ２を通る楕円弧となる。

同様に、第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第２の発光素子１２Ｃ２と対象物体Ｏｂとの距離の比がある値を示したとき、対象物体Ｏｂがある位置は、第１の発光素子１２Ａ１と第２の発光素子１２Ｃ２とをつなぐ線分を比によって内分した点Ｏｂ３及び外分した点Ｏｂ４を通る楕円弧となる。対象物体Ｏｂが外側にある場合、対象物体Ｏｂの位置は、外分した点Ｏｂ２かつ外分した点Ｏｂ４の位置が一致し、２つの楕円弧の交点となるため、対象物体Ｏｂの位置は外分した点Ｏｂ２かつ外分した点Ｏｂ４となる。

かかる方法によれば、対象物体Ｏｂが光検出部３０から距離ｒ０の位置を通る直線で囲まれた領域Ａ０より内側にある場合と、前記領域Ａ０より外側にある場合とのどちらの場合も対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。つまり、第１の発光素子１２Ａ１と第１の発光素子１２Ｃ１とで対象物体Ｏｂを検出し、次に、第１の発光素子１２Ａ１と第２の発光素子１２Ｃ２とで対象物体Ｏｂを検出している。そして、第１の発光素子１２Ｃ１と第２の発光素子１２Ｃ２とを交互に点灯させることにより対象物体Ｏｂの位置を正確に把握することができる。

尚、本実施形態では、上記の内外の位置検出を第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの総てにおいて行なう。このため、対象物体ＯｂがＸ軸方向及びＹ軸方向に対して交差する角度方向に位置する場合でも、対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの内側あるいは外側のいずれに位置する場合も位置を検出することができる。従って、対象物体Ｏｂの位置を示すＸＹ座標を高い精度で検出することができる。

（基本的な座標検出原理）
図４は、座標検出の基本原理を説明するための模式図である。図４（ａ）は、対象物体の位置と光検出部での受光強度との関係を説明するための模式図であり、図４（ｂ）は、検出部での受光強度が等しくなるように検出光の射出強度を調整する様子を説明するための模式図である。

本実施形態の光学式位置検出装置１０では、図４及び図５を参照して以下に説明するように、検出用光源部１２同士の差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動する。あるいは検出用光源部１２と参照用光源１２Ｒとの差を得るように位置検出部５０が光源駆動部１４を駆動することにより、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離との比を求め、かかる距離の比に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。

以下、光検出部３０の受光結果に基づいて、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃ及び第４検出用光源部１２Ｄのうち、２つの検出用光源部を組み合わせを変えて差を得るように駆動させた複数の結果により対象物体ＯｂのＸ座標及びＹ座標を検出する際の基本的な原理を説明する。

本実施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（光源装置１１からの検出光Ｌ２の射出側の空間）には検出空間１０Ｒが設定されている。また、２つの検出用光源部１２、例えば、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部１２ＣはＸ軸方向で離間している。このため、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１が点灯して検出光Ｌ２ａを射出すると、検出光Ｌ２ａは、図４（ａ）に示すように、一方側から他方側に向けて強度が単調減少する第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成する。また、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１が点灯して検出光Ｌ２ｃを射出すると、検出光Ｌ２ｃは、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出空間１０Ｒ）に、一方側から他方側に向けて強度が単調増加する第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを形成する。

このような検出光Ｌ２ａ，Ｌ２ｃの光強度分布の差を得るように検出用光源部１２を駆動することを利用して対象物体Ｏｂの位置情報を得る。まず、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１を点灯させる一方、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１を消灯させる。これにより、一方側から他方側に向かって強度が単調減少していく第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成する。

次に、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１を消灯させる一方、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１を点灯させる。これにより、一方側から他方側に向かって強度が単調増加していく第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを形成する。従って、検出空間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光検出部３０により検出される。その際、対象物体Ｏｂでの反射強度は、対象物体Ｏｂが位置する個所での検出光Ｌ２の強度に比例し、光検出部３０での受光強度は対象物体Ｏｂでの反射強度に比例する。従って、光検出部３０での受光強度は、対象物体Ｏｂの位置に対応する値となる。

図４（ｂ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成した際の光検出部３０での検出値ＬＧａと、第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを形成した際の光検出部３０での検出値ＬＧｃとが等しくなるように、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する制御量（駆動電流）を位置検出部５０が調整する。この調整した際の駆動電流と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流との比もしくは調整量の比等を用いて対象物体ＯｂのＸ軸上の位置を検出する。つまり、Ｘ軸上において第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１との間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するかを検出できる。

より具体的には、図４（ａ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｇａと第２光強度分布Ｌ２Ｇｃとの光強度分布がＸ軸方向で逆向きとなるように形成する。この状態で、光検出部３０での検出値ＬＧａ、ＬＧｃが等しければ、ＸＹ平面内において第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１との間の中央に対象物体Ｏｂが位置することが分る。

これに対して、光検出部３０での検出値ＬＧａ、ＬＧｃが相違している場合、検出値ＬＧａ、ＬＧｃが等しくなるように、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１及び第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する制御量（駆動電流）を調整する。そして、図４（ｂ）に示すように、再度、第１光強度分布Ｌ２Ｇａ及び第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを順次形成する。その結果、光検出部３０での検出値ＬＧａ、ＬＧｃが等しくなれば、その時点での第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する駆動電流と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する駆動電流との比を用いる。この駆動電流の比を用いて、Ｘ軸上において第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１との間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するかを検出できる。

かかる検出原理を光路関数を用いて数理的に説明すると、以下のようになる。まず、上記の差を得る駆動において、光検出部３０での受光強度が等しくなったときの第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する駆動電流をＩＡとする。第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する駆動電流をＩＣとする。第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１から対象物体Ｏｂを経て光検出部３０に到る距離関数と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１から対象物体Ｏｂを経て光検出部３０に到る距離関数との比をＰＡＣとする。このとき、比ＰＡＣは、基本的には下に示す式（０）により求められる。
ＰＡＣ＝ＩＣ／ＩＡ ・・・式（０）
従って、対象物体Ｏｂは、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ｃ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１とを結ぶ線を所定の比で分割した位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが位置することが分かる。

かかるモデルを数理的に説明する。まず、各パラメーターを以下とする。
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率。
Ａｔ＝第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１から射出された
検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して光検出部３０に到る距離関数。
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１検出用光源部１２Ａ
の第１の発光素子１２Ａ１が点灯したときの光検出部３０の検出強度。
Ｃｔ＝第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１から射出された
検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して光検出部３０に到る距離関数。
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３検出用光源部１２Ｃ
の第１の発光素子１２Ｃ１が点灯したときの光検出部３０の検出強度。
尚、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１及び第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１の発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を１とする。

また、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差を得る駆動を行なうと、次の関係が得られる。
Ａ＝Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＋環境光・・式（１）
Ｃ＝Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ＋環境光・・式（２）

ここで、差を得る駆動の際の光検出部３０の検出強度は等しいことから、式（１）、（２）から下式が導かれる。
Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＋環境光＝Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ＋環境光
Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＝Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ・・式（３）

また、距離関数Ａｔ、Ｃｔの比ＰＡＣは、下式
ＰＡＣ＝Ａｔ／Ｃｔ・・式（４）
で定義されることから、式（３）、（４）から、距離関数の比ＰＡＣは
ＰＡＣ＝ＩＣ／ＩＡ・・式（５）
で示すように表される。かかる式（５）では、環境光の項、対象物体Ｏｂの反射率の項が存在しない。それ故、光路係数Ａｔ、Ｃｔの比ＰＡＣには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率が影響しない。尚、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した検出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。

ここで、検出用光源部１２で用いた光源は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２乗に反比例する。従って、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ１と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ２との比は、下式により求められる。
ＰＡＣ＝（Ｐ２）²／（Ｐ１）²
それ故、対象物体Ｏｂは、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１とを結ぶ仮想線をＰ１：Ｐ２で分割した位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。

同様に、第１の発光素子１２Ｂ１と第１の発光素子１２Ｄ１とを差を得るように駆動させて、第１の発光素子１２Ｂ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第１の発光素子１２Ｄ１と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めれば、第１の発光素子１２Ｂ１と第１の発光素子１２Ｄ１とを結ぶ仮想線を所定の比で分割した位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標及びＹ座標を検出することができる。尚、上記の方法は、本実施形態で採用した原理を幾何学的に説明したものであり、実際には、得られたデータを用いて計算を行う。

このようにしてＸ座標及びＹ座標を検出するにあたって、図３を参照して説明した位置検出を行なえば、第１の発光素子１２Ａ１と第１の発光素子１２Ｃ１とを結ぶ仮想線を分割する際、及び第１の発光素子１２Ｂ１と第１の発光素子１２Ｄ１とを結ぶ仮想線を分割する際、対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの内側及び外側の位置ともに適正な分割を行なうことができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標及びＹ座標を精度よく検出することができる。

（参照光Ｌｒと検出光Ｌ２との差を得る駆動）
図５は、参照光と検出光との差を得るように駆動することを利用して対象物体の位置を検出する原理を説明するための模式図である。図５（ａ）は、検出用光源部から対象物体までの距離と検出光等の受光強度との関係説明するための模式図であり、（ｂ）は、光源への駆動電流を調整した後の様子説明するための模式図である。

本実施形態の光学式位置検出装置１０においては、検出光Ｌ２ａと検出光Ｌ２ｃとの直接的な差を得る駆動を行っている。これに代えて、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差を得る駆動と、検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの差を得る駆動とを利用して最終的に図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明した原理と同様な結果を導くことができる。この方法では、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差を得る駆動、及び検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの差を得る駆動は、以下のようにして実行される。

図５（ａ）に示すように、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態においては、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１から対象物体Ｏｂまで距離と、光検出部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄａとは、実線ＳＡで示すように単調に変化する。これに対して、参照用光源１２Ｒと光検出部３０との距離は一定で変わらないので、参照用光源１２Ｒから射出された参照光Ｌｒの光検出部３０での検出強度は、実線ＳＲで示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。従って、光検出部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄａと、光検出部３０での参照光Ｌｒの検出強度Ｄｒとは、相違している。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する駆動電流、及び参照用光源１２Ｒに対する駆動電流のうちの少なくとも一方を調整し、光検出部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄａと、参照光Ｌｒの光検出部３０での検出強度Ｄｒとを一致させる。このような差を得る駆動は、参照光Ｌｒと検出光Ｌ２ａとの間で行なわれるとともに、参照光Ｌｒと検出光Ｌ２ｃとの間でも行なわれる。従って、光検出部３０での検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃ（対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３ａ、Ｌ３ｃ）の検出結果と、光検出部３０での参照光Ｌｒの検出結果とが等しくなった時点での第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する駆動電流と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する駆動電流との比を求めることができる。それ故、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部１２Ｃとの間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するかを検出できることになる。

光路関数を用いて上記の検出原理を数理的に説明すると、以下のようになる。まず、各パラメーターを以下とする。
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率。
Ａｔ＝第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１から射出された
検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して光検出部３０に到る距離関数。
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１検出用光源部１２Ａ
の第１の発光素子１２Ａ１が点灯したときの光検出部３０の検出強度。
Ｃｔ＝第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１から射出された
検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して光検出部３０に到る距離関数。
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３検出用光源部１２Ｃ
の第１の発光素子１２Ｃ１が点灯したときの光検出部３０の検出強度。
Ｒｓ＝参照用光源１２Ｒから光検出部３０に到る光路係数。
Ｒ＝参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの光検出部３０の検出強度。
尚、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１及び参照用光源１２Ｒの発光強度は駆動電流と発光係数との積で表される。以下の説明では説明を分かり安くするために発光係数を１とする。また、上記の差を得る駆動において、光検出部３０での受光強度が等しくなったときの第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１に対する駆動電流をＩＡとし、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１に対する駆動電流をＩＣとし、参照用光源１２Ｒに対する駆動電流をＩＲとする。また、差を得る駆動の際、参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの光検出部３０の検出強度については、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１との差を得る駆動と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１との差を得る駆動とにおいて同一と仮定する。

検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差を得る駆動を行なうと、次の関係が得られる。
Ａ＝Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＋環境光・・式（６）
Ｃ＝Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ＋環境光・・式（７）
Ｒ＝Ｒｓ×ＩＲ＋環境光・・式（８）

ここで、差を得る駆動の際の光検出部３０の検出強度は等しいことから、式（６）、（８）から下式が導かれる。
Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＋環境光＝Ｒｓ×ＩＲ＋環境光
Ｔ×Ａｔ×ＩＡ＝Ｒｓ×ＩＲ
Ｔ×Ａｔ＝Ｒｓ×ＩＲ／ＩＡ・・式（９）
が導かれ、式（７）、（８）から下式が導かれる。
Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ＋環境光＝Ｒｓ×ＩＲ＋環境光
Ｔ×Ｃｔ×ＩＣ＝Ｒｓ×ＩＲ
Ｔ×Ｃｔ＝Ｒｓ×ＩＲ／ＩＣ・・式（１０）

また、距離関数Ａｔ、Ｃｔの比ＰＡＣは、次式で示すように表される。
ＰＡＣ＝Ａｔ／Ｃｔ・・式（１１）
で定義されることから、式（９）、（１０）から、距離関数の比ＰＡＣは
ＰＡＣ＝ＩＣ／ＩＡ・・式（１２）

かかる式（１２）では、環境光の項、対象物体Ｏｂの反射率の項が存在しない。それ故、光路係数Ａｔ、Ｃｔの比ＰＡＣには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率が影響しない。尚、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した検出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。また、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１との差を得る駆動と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１との差を得る駆動とにおいて、参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの光検出部３０の検出強度を異なる値に設定した場合でも、基本的には同様な原理が成り立つ。

ここで、検出用光源部１２で用いた光源は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２乗に反比例する。従って、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ１と、第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１と対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ２との比は、下式により求められる。
ＰＡＣ＝（Ｐ２）²／（Ｐ１）²
それ故、対象物体Ｏｂは、第１検出用光源部１２Ａの第１の発光素子１２Ａ１と第３検出用光源部１２Ｃの第１の発光素子１２Ｃ１とを結ぶ仮想線をＰ１：Ｐ２で分割した位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。

同様に、第１の発光素子１２Ｂ１と参照用光源１２Ｒとの差を得る駆動、及び第１の発光素子１２Ｄ１と参照用光源１２Ｒとの差を得る駆動を利用して、第１の発光素子１２Ｂ１と対象物体Ｏｂとの距離と、第１の発光素子１２Ｄ１と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めれば、第１の発光素子１２Ｂ１と第１の発光素子１２Ｄ１とを結ぶ仮想線を所定の比で分割した位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。それ故、対象物体ＯｂのＸ軸上の座標を検出することができる。また、同様の方法にてＹ軸上の座標を検出することができる。

このようにしてＸ座標及びＹ座標を検出するにあたって、図３を参照して説明した位置検出を行なえば、第１の発光素子１２Ａ１と第１の発光素子１２Ｃ１とを結ぶ仮想線を分割する際、及び第１の発光素子１２Ｂ１と第１の発光素子１２Ｄ１とを結ぶ仮想線を分割する際、対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの内側及び外側の位置ともに適正な分割を行なうことができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標及びＹ座標を精度よく検出することができる。

（差を得るように駆動するための位置検出部の構成例）
図６（ａ）は、位置検出部で行なわれる処理を行なう電気回路図であり、図６（ｂ）は、電気回路の動作を説明するための模式図である。

上記の差を得る駆動を実施するにあたっては、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６（ａ）を参照して以下に説明するように、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。尚、図６には、図５を参照して説明した差を得る駆動を示してあるが、参照用光源１２Ｒを第２検出用光源部１２Ｂに置き換えれば、図４を参照して説明した差を得る駆動に適用することができる。

図６（ａ）に示すように、本実施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、可変抵抗１１１を介して第１検出用光源部１２Ａに所定電流値の駆動パルスを印加する。一方、可変抵抗１１２及び反転回路１１３を介して参照用光源１２Ｒに所定電流値の駆動パルスを印加する。このため、第１検出用光源部１２Ａと参照用光源１２Ｒには逆相の駆動パルスが印加されるので、第１検出用光源部１２Ａと参照用光源１２Ｒとは交互に点灯することになる。

そして、第１検出用光源部１２Ａが点灯した時、検出光Ｌ２ａのうち、対象物体Ｏｂで反射した光は光検出部３０で受光される。そして、参照用光源１２Ｒが点灯した時、参照光Ｌｒが光検出部３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、光検出部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、光検出部３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出部３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式で表される。
Ｖｃ＝Ｖ３０／（Ｖ３０＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ３０：光検出部３０の等価抵抗。
従って、環境光Ｌｃが光検出部３０に入射しない場合と、環境光Ｌｃが光検出部３０に入射している場合とを比較すると、環境光Ｌｃが光検出部３０に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベル及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、及び発光強度補償指令回路１８０により構成されている。位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシター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、光検出部３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１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、光検出部３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１から出力された検出信号Ｖｃからは、光検出部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Ｌ２ａ及び参照光Ｌｒ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、第１検出用光源部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ー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、第１検出用光源部１２Ａが点灯した時の位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照用光源１２Ｒが点灯した時の位置検出信号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６（ｂ）に示す処理を行ない、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号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、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号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、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが位置検出信号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第１検出用光源部１２Ａからの射出光量を高める。また、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが位置検出信号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参照用光源１２Ｒからの射出光量を高める。

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、第１検出用光源点灯動作中及び参照用光源点灯動作中での光検出部３０による検出量が同一となるように、第１検出用光源部１２Ａ及び参照用光源１２Ｒの制御量（駆動電流）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、第１検出用光源点灯動作中及び参照用光源点灯動作中での光検出部３０による検出量が同一となるような第１検出用光源部１２Ａ及び参照用光源１２Ｒに対する駆動電流に関する情報が存在し、かかる情報は、位置検出信号Ｖｇとして位置検出部５０に出力される。

同様な処理は、第２検出用光源部１２Ｂと参照用光源１２Ｒとの間でも行なわれ、発光強度補償指令回路１８０から出力される位置検出用信号Ｖｇは、第２検出用光源点灯動作中及び参照用光源点灯動作中での光検出部３０による検出量が同一となるような第２検出用光源部１２Ｂ及び参照用光源１２Ｒに対する駆動電流に関する情報である。

本実施形態の光学式位置検出装置１０において、第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄが同時に点灯すると、透光部材４０の第１面４１側（検出空間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Ｚ座標検出用光強度分布が形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布では、透光部材４０の第１面４１から離間するに従って強度が単調に低下する。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３では、参照用光源１２Ｒと第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検出部３０での検出値の差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。また、位置検出部５０のＺ座標検出部５３では、参照用光源１２Ｒと第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検出部３０での検出値が等しくなったときの参照用光源１２Ｒに対する駆動電流と第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。

（本実施形態の主な効果）
以上説明したように、本実施形態の光学式位置検出装置１０では、光源駆動部１４が複数の検出用光源部１２を順次点灯させ、その間、光検出部３０は対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を受光する。そして、光検出部３０の検出結果を用いて２つの検出用光源部１２から射出し対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光強度が同じ強度になるように検出用光源部１２を駆動させたときの駆動電流を検出している。そして、検出した駆動電流の差を演算することにより、位置検出部５０は対象物体Ｏｂの位置を検出している。

検出空間１０Ｒからみたときに、光検出部３０は複数の検出用光源部１２と重ならない位置にあり、複数の検出用光源部１２は各々、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１と第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２とを備えている。従って、位置検出部５０は、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１が点灯した際の光検出部３０での受光強度と第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２が点灯した際の光検出部３０での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出している。これにより、対象物体Ｏｂが検出用光源部１２より外側あるいは内側のいずれに位置に存在しても位置を検出することができる。

このため、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めた際、２つの検出用光源部１２の距離を内分して対象物体Ｏｂの位置を特定すればよいのか、２つの検出用光源部１２の距離を外分して対象物体Ｏｂの位置を特定すればよいのかを誤ることがない。それ故、対象物体の位置を正確に検出することができる。

さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、本実施形態の光学式位置検出装置１０を表示装置に適用した場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置１０を各種機器に用いることができる。

［他の実施形態］
上記実施の形態では、差を得る駆動を行なう際、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１を点灯させたが、第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２を点灯させてもよい。また、第１の発光素子１２Ａ１〜１２Ｄ１及び第２の発光素子１２Ａ２〜１２Ｄ２を点灯させてもよい。

［光学式位置検出装置の利用例］
図７を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を触覚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７は、光学式位置検出装置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を説明するための概略斜視図である。図７（ａ）は、ロボットアームの構成を示す概略斜視図であり、図７（ｂ）は、ハンド装置を説明するための要部概略斜視図である。

図７（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及び取り出し等行う装置である。ロボットアーム２００は、基台２９０と、基台２９０から直立する支柱２２０と、支柱２２０に接続するアーム２１０とを備えている。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回りに回転可能である。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回りに回転可能である。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回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回りに回転可能である。

図７（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。ハンド４５０は、複数の把持爪４１０として第１把持爪４１０Ａ及び第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及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及び第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、第１把持爪４１０Ａ及び第２把持爪４１０Ｂには光学式位置検出装置１０が設置されている。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、上記の実施形態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との相対位置や位置を検出し、かかる検出結果は、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。

光学式位置検出装置１０は対象物体Ｏｂの位置を精度良く検出できる為、ハンド装置４００は確実に対象物体Ｏｂを挟んで把持することができる。

１０…光学式位置検出装置、１２Ａ…第１検出用光源部、１２Ａ１…第１検出用発光素子としての第１の発光素子、１２Ｂ…第２検出用光源部、１２Ｃ…第３検出用光源部、１２Ｃ１…第２検出用発光素子としての第１の発光素子、１２Ｃ２…第３検出用発光素子としての第２の発光素子、１２Ｄ…第４検出用光源部、１２Ｒ…参照用光源、１４…光源駆動部、３０…光検出部、５０…位置検出部。

Claims (7)

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、
   検出光を射出方向に射出するとともに、前記射出方向に対して交差する方向で離間する複数の検出用光源部と、
   前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出部と、
   前記検出用光源部を点灯させる光源駆動部と、
   前記光検出部の受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、
   前記検出用光源部は直線上に配置された第１検出用発光素子、第２検出用発光素子、第３検出用発光素子を備え、
   前記位置検出部は、前記第１検出用発光素子と前記対象物体との距離と、前記第２検出用発光素子と前記対象物体との距離の比を用いて前記対象物体の位置を算出した第１検出位置と、前記第１検出用発光素子と前記対象物体との距離と、前記第３検出用発光素子と前記対象物体との距離の比を用いて前記対象物体の位置を算出した第２検出位置と、を用いて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. 前記位置検出部は、前記第１検出用発光素子と前記第２検出用発光素子とが射出する光の光強度と前記光検出部が受光する前記検出光の光強度とから前記第１検出位置を算出し、前記第１検出用発光素子と前記第３検出用発光素子とが射出する光の光強度と前記光検出部が受光する前記検出光の光強度とから前記第２検出位置を算出す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. 前記検出光の射出方向をＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向に対して交差する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向としたとき、
   複数の前記検出用光源部は、前記Ｘ軸方向で離間する前記検出用光源部と、前記Ｙ軸方向で離間する前記検出用光源部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
4. 前記対象物体で反射させずに前記光検出部に入射する参照光を射出する参照用光源を備え、
   前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて複数の前記検出用光源部のうちの一部の検出用光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変え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１〜３のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記位置検出部は、複数の前記検出用光源部を一緒に、あるいは順次点灯したときの前記光検出部での受光結果に基づいて前記検出光の射出方向における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１〜４のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
6. 前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置を備えることを特徴とするロボットハンド装置。

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