WO2023053898A1 - ユーザインタフェース装置 - Google Patents

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WO2023053898A1
WO2023053898A1 PCT/JP2022/033738 JP2022033738W WO2023053898A1 WO 2023053898 A1 WO2023053898 A1 WO 2023053898A1 JP 2022033738 W JP2022033738 W JP 2022033738W WO 2023053898 A1 WO2023053898 A1 WO 2023053898A1
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WO
WIPO (PCT)
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light
optical sensor
detection range
light emitting
sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/033738
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
滉平 菅原
博 渡邊
浩一 井上
貴敏 加藤
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to JP2023550519A priority Critical patent/JPWO2023053898A1/ja
Publication of WO2023053898A1 publication Critical patent/WO2023053898A1/ja

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer

Definitions

  • the present invention relates to a technique of using an optical sensor in a user interface device held by a user.
  • Patent Document 1 discloses a controller that detects a finger shape such as a hand sign using an optical sensor.
  • This controller has a gripping member gripped by a user's hand, a sensor array including optical sensors corresponding to each of a plurality of fingers, and grip buttons and the like provided separately from the optical sensors.
  • the optical sensor is arranged as a non-contact sensor, and the optical axes of the light-emitting part and the light-receiving part are set so as to pass through the positions when the respective fingers are bent.
  • the light receiving section does not receive the reflected light. is received.
  • An object of the present invention is to provide a user interface device that can easily detect the state of being held by a user using an optical sensor.
  • a user interface device to be gripped by a user comprises a gripping member extending longitudinally with a radial direction and a circumferential direction, and at least one optical sensor provided on the gripping member.
  • Each optical sensor includes a proximity sensor section including a light-emitting element and a light-receiving element, and a force sensor section that detects contact force by an object.
  • the proximity sensor section emits light from the light emitting element to a predetermined detection range around the force sensor section, and the light receiving element receives the incident light from the detection range. Detect proximity.
  • the detection range is set to a range wider in the circumferential direction than in the longitudinal direction, deviating from the position of the force sensor portion in the gripping member toward one of both sides in the circumferential direction toward the outside in the radial direction.
  • the user interface device of the present invention it is possible to easily detect the state of being held by the user using the optical sensor.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating the appearance of the controller according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of a controller according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a gripping member of the controller is gripped
  • a diagram illustrating a case in which the diameter is smaller than that of the gripping member in FIG. 3 is a perspective view of an optical sensor in the controller of Embodiment 1
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the internal structure of the optical sensor of FIG. 7;
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the configuration of an optical sensor according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of an optical sensor according to Embodiment 2;
  • Cross-sectional view of the optical sensor of FIG. Sectional view showing the configuration of the controller according to the third embodiment Side view of the optical sensor in the controller of Embodiment 3
  • FIG. 11 is a side view of an optical sensor in the controller of Modification 1 of Embodiment 3; Sectional view showing the configuration of a controller according to Modification 2 of Embodiment 3 The side view which shows the structure of the controller based on the modified example 3 of Embodiment 3.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of an optical sensor according to Embodiment 2;
  • Cross-sectional view of the optical sensor of FIG. Sectional view showing the configuration of the controller according to the third embodiment Side view of the optical sensor in the controller of Embodi
  • FIG. 10 is a perspective view of an optical sensor according to Embodiment 4;
  • FIG. 11 is a circuit diagram illustrating the configuration of an optical sensor according to Embodiment 4; Sectional drawing which illustrates the modification of the optical sensor in a controller
  • Embodiment 1 a controller using an optical sensor will be described as an example of a user interface device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating the appearance of a controller 6 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the controller 6. As shown in FIG.
  • the controller 6 of this embodiment is an example of a user interface device held by the user to input various operations with the hand 7 .
  • the controller 6 of this embodiment includes, for example, a gripping member 61 gripped by the hand 7 and a plurality of optical sensors 1 provided on the gripping member 61, as shown in FIG.
  • a human-machine interface HMI
  • the controller 6 can be applied to various uses such as games and control of various equipment.
  • the gripping member 61 of the controller 6 is, for example, as shown in FIG. 1, formed in a grip shape with a defined position to be gripped by the hand 7, and has, for example, a substantially cylindrical shape.
  • the gripping member 61 has, for example, a radial direction Dr and a circumferential direction D ⁇ defining a substantially circular cross-sectional shape, and a longitudinal direction Dz corresponding to the direction in which the fingers 71 of the hand 7 are arranged.
  • the gripping member 61 extends in the longitudinal direction Dz in a cross-sectional shape having a radial direction Dr and a circumferential direction D ⁇ .
  • the user of the controller 6 grips the controller 6 so as to wrap the fingers 71 of the hand 7 around the gripping member 61 along the circumferential direction D ⁇ .
  • the optical sensor 1 of the present embodiment includes a proximity sensor unit 12 that detects the proximity of an object in an optical detection method, and a force that acts when the object contacts (that is, a contact force). ) is integrated with the force sensor unit 13 for detecting the force.
  • the four optical sensors 1 detect the four fingers 71 of the hand 7 as respective objects. is arranged at a position where the tip of each finger 71 touches the .
  • the controller 6 of the present embodiment continuously performs a series of processes such as, for example, each finger 71 of the hand 7 coming close to the gripping member 61 and exerting a force on the gripping member 61 by setting the arrangement of the optical sensor 1. can be detected.
  • the number of optical sensors 1 arranged in the controller 6 is not particularly limited to the example in FIG. 1, and may be, for example, 3 or less or 5 or more. Also, the number of fingers 71 to be detected in the controller 6 is not particularly limited.
  • the optical sensor 1 may be incorporated into various operation members provided in the controller 6.
  • the controller 6 may be provided with various operating members such as buttons, switches, or tiltable levers.
  • the controller 6 may include a cover member that covers the optical sensor 1 .
  • the cover member may constitute an operating member of the controller 6 .
  • the optical sensor 1 can continuously detect the state before and after contact when the user operates the operation member with the finger 71, for example.
  • the proximity sensor section 12 includes a light emitting section 21 and a light receiving section 22 to realize optical proximity sensing.
  • the light emitting unit 21 emits light for detecting proximity of an object (hereinafter referred to as “detection light”).
  • the light-receiving unit 22 receives the detection light from the light-emitting unit 21 and is reflected by the object, and generates a signal corresponding to the amount of received light, for example, to detect the approaching state of the object.
  • the force sensor section 13 can employ various force detection methods to detect the force from the object.
  • Various force sensing schemes include, for example, piezoelectric, optical, strain-resistive, and capacitive.
  • the force sensor unit 13 detects forces in multiple axes such as three axes or six axes.
  • the force sensor section 13 may detect a uniaxial force.
  • the proximity sensing function and the force sensing function are realized integrally. It can be done easily. A configuration example of the optical sensor 1 will be described later.
  • the controller 6 of this embodiment may further include a control circuit 60, for example, as shown in FIG.
  • the control circuit 60 generates a control signal according to the user's operation content based on detection signals indicating proximity and force detection results by the optical sensors 1 .
  • the control signal may be output to a device outside the controller 6 or may be used for controlling the inside of the controller 6 .
  • the control circuit 60 may control driving of each optical sensor 1 .
  • the control circuit 60 is composed of, for example, a CPU, and cooperates with software to realize a predetermined function.
  • the control circuit 60 has internal memories such as ROM and RAM, reads data and programs stored in the ROM to the RAM, performs various arithmetic processing, and realizes various functions.
  • the control circuit 60 may be a hardware circuit such as a dedicated electronic circuit or a reconfigurable electronic circuit designed to achieve a predetermined function.
  • the control circuit 60 may be composed of various semiconductor integrated circuits such as a CPU, MPU, DSP, FPGA, and ASIC. Note that the control circuit 60 may be an external component of the controller 6 (or user interface device).
  • Detection Range of Optical Sensor The setting of the detection range, ie, the range in which the optical sensor 1 of the controller 6 of the present embodiment detects a state in which an object such as the finger 71 approaches, will be described with reference to FIGS. 3 to 6.
  • FIG. 1 The setting of the detection range, ie, the range in which the optical sensor 1 of the controller 6 of the present embodiment detects a state in which an object such as the finger 71 approaches, will be described with reference to FIGS. 3 to 6.
  • the optical sensor 1 of this embodiment has a detection range A10 defined by the directivity of detection light emitted and received by the light emitting unit 21 and the light receiving unit 22 of the proximity sensor unit 12 (FIG. 2).
  • the optical sensor 1 also has a major surface that is arranged, for example, along the outer surface of the gripping member 61 .
  • the two directions corresponding to the main surface of the optical sensor 1 are the X and Z directions, and the normal direction orthogonal to the X and Z directions is the Y direction.
  • the X direction of the optical sensor 1 in the controller 6 corresponds to the circumferential direction D ⁇ of the gripping member 61 near the arrangement position of the optical sensor 1 .
  • the ⁇ X sides corresponding to both sides of the circumferential direction D ⁇ , one side from which the fingers 71 of the hand 7 gripping the gripping member 61 come is the +X side.
  • the outer side of the grip member 61 in the radial direction Dr corresponds to the +Y side of the optical sensor 1
  • the inner side in the radial direction Dr corresponds to the -Y side.
  • the Z direction of the optical sensor 1 corresponds to the longitudinal direction Dz of the grip member 61 .
  • the detection range A10 of the optical sensor 1 is, for example, as shown in FIG. , and is inclined with respect to the Y direction. According to the detection range A10 inclined to the +X side in this way, the finger 71 reaching the gripping member 61 when the user operates the controller 6 with the hand 7 is likely to be included in the detection range A10. various states can be easily detected.
  • the detection range A10 of the optical sensor 1 is defined by an angular width A1 on the XY plane corresponding to the circumferential direction D ⁇ of the gripping member 61 and an angular width A2 on the YZ plane corresponding to the longitudinal direction Dz.
  • the angular width A1 in the circumferential direction ⁇ is set to a relatively wide angle
  • the angular width A2 in the longitudinal direction Dz is set to a relatively narrow angle.
  • the wide-angle angle width A1 in the detection range A10 of the optical sensor 1 in the circumferential direction D ⁇ when the specific finger 71 to be detected in the hand 7 holding the gripping member 61 has various degrees of bending, It is easy to change the amount of light received in the detection range A10 in response to . This makes it easier for each optical sensor 1 to detect the state of the finger 71 to be detected, such as the degree of bending.
  • the wide angle width A1 is 45 degrees or more, for example, about 90 degrees.
  • the wide angle width A1 is not used, only a specific position in the circumferential direction D ⁇ can be detected.
  • the wide-angle angle width A1 set in the optical sensor 1 of the present embodiment may be 120° or less from the viewpoint of suppressing power consumption for emitting detection light, for example.
  • a finger 71 different from the finger 71 to be detected by a specific optical sensor 1 among the plurality of optical sensors 1 It can be easily removed from the detection range A10 of the optical sensor 1 .
  • the narrow angle width A2 set in the optical sensor 1 of the present embodiment is 1° or more and 60° or less.
  • the angular width A2 can be appropriately set from various viewpoints such as the distance from the finger 71 to the optical sensor 1 to avoid erroneous detection by the optical sensor 1 or the degree to eliminate erroneous detection.
  • the angle width A2 may be set to 20° or less from the viewpoint of removing the adjacent finger 71 from the detection range A10.
  • the angular width A2 may be 40° or less in order to avoid false detection of a relatively nearby finger (see FIG. 4(B)).
  • the setting of the angular width A2 can be appropriately changed according to the assumed size and bending state of the fingers 71 of the hand 7, the outer diameter of the gripping member 61, the arrangement of the optical sensor 1, and the like.
  • the optical sensor 1 is mounted, for example, within an angle range of 90° or more and 180° or less from a predetermined reference position P0 indicating an angle of 0° in the circumferential direction D ⁇ of the gripping member 61 .
  • the reference position P0 is set as a reference for maintaining contact with the hand 7 that grips the gripping member 61 even when the finger 71 is extended. is set to
  • FIG. 4(A) to (C) illustrate a series of states of the fingers 71 when gripping the gripping member 61.
  • FIG. FIG. 4A illustrates a state in which the fingers 71 of the hand 7 (holding the gripping member 61) are extended.
  • FIG. 4B illustrates a state in which the fingers 71 are bent while gripping the gripping member 61 from the state of FIG. 4A.
  • FIG. 4C illustrates a state in which the fingers 71 are further bent from the state of FIG.
  • the optical sensor 1 in the controller 6 of the present embodiment for example, as shown in FIGS.
  • the angular portion overlapping the finger 71 in the angular width A1 of the detection range A10 gradually widens.
  • the amount of light received changes significantly more than the increase in the amount of light received when the distance between the object and the optical sensor 1 becomes shorter, for example, and the amount of light received changes according to the degree of bending of the finger. can be continuously detected with improved accuracy.
  • the finger 71 is in the detection range A10 from the extended state, and the optical sensor 1 can detect such a state.
  • FIG. 5 illustrates a case where the outer diameter of the gripping member 61 is larger than that in FIG.
  • FIG. 5(A) illustrates a state in which the finger 71 is extended as in FIG. 4(A).
  • FIG. 5(B) illustrates a state in the middle of gripping the grip member 61 after FIG. 5(A).
  • FIG. 5(C) illustrates a state in which the grasping member 61 is gripped after FIG. 5(B).
  • the mounting position of the optical sensor 1 is set at the reference position P0. may be brought closer.
  • the mounting position of the optical sensor 1 in the circumferential direction D ⁇ may be near an angle of 90°.
  • the overlapping portion of the detection range A10 and the finger 71 in the angle width A1 changes according to the bending state of the finger. Continuous detection of the bending process can be facilitated.
  • FIG. 6 illustrates a case where the outer diameter of the gripping member 61 is smaller than that in FIG.
  • FIG. 6A illustrates a state in which the fingers 71 are slightly bent at the initial stage of gripping the gripping member 61 .
  • FIG. 6(B) illustrates a state in the middle of grasping the gripping member 61 after FIG. 6(A).
  • FIG. 6(C) illustrates a state in which the grasping member 61 is gripped after FIG. 6(B).
  • the attachment position of the optical sensor 1 is moved away from the reference position P0.
  • the mounting position of the optical sensor 1 in the circumferential direction D ⁇ may be around 180°. Even in this case, the optical sensor 1 in the controller 6 can continuously detect how the finger is bent from the initial state in which the finger 71 is slightly bent, for example.
  • the mounting position of the optical sensor 1 in the gripping member 61 must be at an angle of 133° or less in the circumferential direction D ⁇ . good too.
  • the mounting position of the optical sensor 1 is not limited to the above examples.
  • the gripping member 61 may be attached at an angle of 90° or more and 270° or less in the circumferential direction D ⁇ .
  • the optical sensor 1 may be arranged in the middle between the fingertips and the base of the hand. Further, the optical sensor 1 may be attached near various operation members provided on the gripping member 61 within a range where the fingers 71 of the hand 7 gripping the gripping member 61 can touch.
  • Such an optical sensor 1 is not particularly limited to an angle of 90° or more in the circumferential direction D ⁇ , and may be attached at a position less than that.
  • the shape of the gripping member 61 is not particularly limited to the examples shown in FIGS.
  • the cross-sectional shape of the gripping member 61 may not be a perfect circle.
  • the outer diameter of the gripping member 61 may not be uniform. The size of the outer diameter may vary along the longitudinal direction Dz depending on the difference in length. Also, the attachment position of the optical sensor 1 can be individually adjusted according to the difference in the length of the finger 71 .
  • FIG. 7 is a perspective view of the optical sensor 1 in the controller 6 of this embodiment.
  • the optical sensor 1 is configured, for example, by assembling a proximity sensor section 12 and a force sensor section 13 so as to line up on a substrate 11 in the X direction.
  • the two directions parallel to the principal surface of the substrate 11 are defined as the X direction and the Y direction, respectively, and the normal direction to the principal surface is defined as the Y direction.
  • the +Y side where the force sensor section 13 protrudes from the substrate 11 may be referred to as the upper side, and the opposite -Y side may be referred to as the lower side.
  • the force sensor section 13 includes the force sensor element 3 and a dome section 41 made of an elastic material covering the force sensor element 3 from above (+Y).
  • the optical proximity sensor section 12 includes a light emitting section 21 , a light receiving section 22 , and a wall section 42 configured to surround the light emitting section 21 and the light receiving section 22 .
  • the dome portion 41 for the force sensor and the wall portion 42 for the proximity sensor are integrally formed by the elastic member 4, for example.
  • the proximity sensor section 12 is arranged on the +X side where the finger 71 comes, and the force sensor section 13 is arranged on the opposite -X side. This makes it easier to detect proximity such as when the finger 71 comes to apply a contact force to the force sensor portion 13 .
  • the proximity sensor wall portion 42 is an example of a light guide member that defines the above-described detection range A10 (see FIG. 3) on the +X side.
  • FIG. 1 Details of Optical Sensor Details of the optical sensor 1 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 Details of Optical Sensor Details of the optical sensor 1 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 Details of Optical Sensor Details of the optical sensor 1 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 Details of Optical Sensor Details of the optical sensor 1 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the internal structure of the optical sensor 1 of FIG. FIG. 8 shows a state without the elastic member 4 in the optical sensor 1 illustrated in FIG.
  • the light emitting unit 21 and the light receiving unit 22 constituting the proximity sensor unit 12 are +X more than the force sensor unit 13 on the substrate 11 such as a rigid substrate. side by side in the Z direction.
  • the position of the light emitting unit 21 on the substrate 11 is on the +Z side and the position of the light receiving unit 22 is on the -Z side will be described below.
  • the light emitting section 21 includes, for example, a light emitting element 23 and a sealing body 25 that seals the light emitting element 23 with resin or the like, as shown in FIG.
  • the light emitting element 23 includes a light source element such as an LED (light emitting diode).
  • the light emitting element 23 emits light having a predetermined wavelength band such as an infrared region as detection light.
  • the light emitting element 23 has a light emitting surface for emitting emitted detection light, and is arranged with the light emitting surface facing upward.
  • the light emitting elements 23 are not limited to LEDs, and may include various solid-state light source elements such as LDs (semiconductor lasers) or VCSELs (surface emitting lasers).
  • the light emitting element 23 may include multiple light source elements.
  • the light emitting element 23 may be provided with an optical system such as a lens and a mirror for collimating the light from the light source element.
  • the light receiving section 22 in the proximity sensor section 12 detects the proximity of the target by receiving the reflected light of the detection light from the light emitting section 21 reflected by the target.
  • the light receiving section 22 includes a light receiving element 24 and a sealing body 26 that seals the light receiving element 24 with resin or the like.
  • the light receiving element 24 includes one or more light receivers such as PDs (photodiodes), and has a light receiving surface composed of the light receivers.
  • the light-receiving element 24 receives light, such as reflected light, which is the detection light reflected by the object, at its light-receiving surface, and generates a light-receiving signal indicating, for example, the amount of received light as a light-receiving result.
  • the light-receiving element 24 is not limited to a PD, and may include various light-receiving devices such as a phototransistor, a PSD (position detection element), a CIS (CMOS image sensor), or a CCD.
  • Photodetectors 24 may consist of a linear array or a two-dimensional array of photodetectors.
  • the light receiving element 24 may be provided with an optical system such as a lens for condensing the reflected light.
  • a band-pass filter or the like that blocks light in a wavelength band different from the wavelength band of the detection light may be provided on the light-receiving surface of the light-receiving element 24 . As a result, the influence of disturbance light due to the external environment can be suppressed.
  • the sealing body 25 of the light-emitting part 21 and the sealing body 26 of the light-receiving part 22 are formed by appropriately molding a resin or the like having translucency with respect to the wavelength band of the detection light in the proximity sensor part 12 .
  • the upper surfaces of the sealing bodies 25 and 26 respectively define the heights of the light emitting section 21 and the light receiving section 22, respectively.
  • Each encapsulant 25, 26 may have wavelength filter characteristics that selectively transmit a specific wavelength band.
  • the force sensor element 3 is composed of various sensor elements according to the force detection method employed in the force sensor section 13.
  • the force sensor element 3 is an example of a force sensor in this embodiment.
  • the elastic member 4 includes, for example, a force sensor dome portion 41 , a proximity sensor wall portion 42 , and a base portion 40 connected to the dome portions 41 and 42 .
  • the dome portion 41 for the force sensor and the wall portion 42 for the proximity sensor are arranged so as to form a groove with the base portion 40 therebetween.
  • the dome portion 41 for the force sensor and the wall portion 42 for the proximity sensor may not be formed integrally with the elastic member 4, and may be formed separately.
  • the elastic member 4 is made of an elastic material such as silicone resin.
  • the elastic member 4 has a hardness of Shore A 20 or more and 80 or less, for example.
  • the elastic member 4 is not particularly limited to silicone-based resin, and may be made of various elastic materials, such as epoxy-based resin.
  • the base portion 40 is a portion of the elastic member 4 that extends downward (-Y side).
  • the base 40 forms the bottom of the groove between the force sensor dome 41 and the proximity sensor wall 42 (see FIG. 3).
  • the base portion 40 of the elastic member 4 may be omitted.
  • the force sensor dome portion 41 is formed in a convex shape toward the upper side (+Y side) so as to cover the force sensor element 3 .
  • the force sensor dome portion 41 is elastically deformable, for example, in response to application of a contact force, and can be restored when the contact force is removed.
  • the convex shape of the dome portion 41 for the force sensor can be formed separately from the wall portion 42 for the proximity sensor. According to the shape of the dome portion 41 for the force sensor, the position to which the contact force is applied in the force sensor portion 13 can be uniquely defined as the position where the dome portion 41 protrudes, and the force of the object is detected. can be made easier.
  • the force sensor dome part 41 has, for example, a tapered shape in which the outer diameter in the XZ cross section decreases toward the upper side (+Y side).
  • FIG. 7 illustrates a truncated cone shape as an example of the shape of the force sensor dome portion 41, the shape is not particularly limited to this.
  • the shape of the force sensor dome portion 41 may be a cone, a square pyramid, a polygonal pyramid, a rectangular parallelepiped, a semi-cylindrical shape, or the like.
  • the interior of the force sensor dome portion 41 may be filled with the same elastic body as the elastic member 4 or other material.
  • the proximity sensor wall 42 defines an opening area A1 for light emission and an opening area A2 for light reception.
  • the light-emitting opening region A1 surrounds the light-emitting portion 21 so as to regulate the angle range in which light can be emitted from the light-emitting portion 21, that is, the viewing angle (or light distribution angle).
  • the light-receiving opening area A2 surrounds the light-receiving section 22 so as to regulate the viewing angle of the light-receiving section 22 .
  • the common range between the light distribution angle of the light emitting section 21 and the viewing angle of the light receiving section 22 defines the detection range A10 ( FIG. 3 ) by the proximity sensor section 12 of the optical sensor 1 .
  • the elastic member 4 forms an open end 45 on the side opposite to the force sensor section 13 (that is, the +X side), as shown in FIG.
  • the open end 45 in this embodiment is formed by extending the proximity sensor wall 42 except for the +X side, and defines the opening areas A1 and A2 together with the proximity sensor wall 42 .
  • the opening regions A1 and A2 of the present embodiment reach the substrate 11 because the +X side is the open end 45, that is, the height from the substrate 11 is the minimum on the +X side.
  • the viewing angle of the proximity sensor section 12 is directed from the Y direction to the +X side due to the opening areas A1 and A2 having the open ends 45 . According to the optical sensor 1 of this embodiment, it is easy to realize the detection range A10 biased toward the +X side. can be made easier.
  • the central portion of the wall portion 42 for the proximity sensor extends so as to separate the light emitting portion 21 and the light receiving portion 22, and blocks light between the light emitting portion 21 and the light receiving portion 22 (see FIG. 7). ).
  • the -X side portion of the proximity sensor wall portion 42 extends so as to separate the light emitting portion 21 and the light receiving portion 22 from the force sensor portion 13 .
  • the ⁇ X side of the detection range A10 of the proximity sensor section 12 can be restricted, and various kinds of interference caused by an object or the like in contact with the force sensor section 13 can be suppressed. For example, it is possible to avoid a situation in which the force sensor dome portion 41 deformed by contact force hits the light emitting portion 21 or the light receiving portion 22 .
  • the +Z side portion is located on the opposite side of the light receiving portion 22 when viewed from the light emitting portion 21, and the ⁇ Z side portion is located on the side opposite to the light emitting portion 21 when viewed from the light receiving portion 22.
  • the angular width A2 of the detection range A10 in the Z direction can be set to a narrow angle. For example, even when there is an adjacent external light source such as another optical sensor 1 arranged in the Z direction, the light from the external light source is blocked to suppress interference between the external light source and the proximity sensor unit 12. can be done.
  • the elastic member 4 in the optical sensor 1 as described above may be configured so that the dome portion 41 and the wall portion 42 have different hardness.
  • the elastic member 4 may be formed by two-color molding using a plurality of types of materials having different hardnesses.
  • the hardness of the force sensor dome portion 41 may be set more flexibly than the hardness of the proximity sensor wall portion 42 .
  • the flexibility of the dome portion 41 for the force sensor makes it easy to give an intuitive sensory feedback of deformation according to pressing of the force sensor portion 13 in applications such as HMI.
  • the elastic member 4 may have an optical characteristic of reflecting the detection light from the light emitting section 21, and may be made of a material with a reflectance of 50% or more, for example. This makes it easier to guide the detection light in the proximity sensor section 12 .
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an electrical configuration of the optical sensor 1 according to this embodiment.
  • the optical sensor 1 of this embodiment may further include a sensor control section 15 as shown in FIG.
  • the sensor control unit 15 includes, for example, a light emission control circuit 51, a light reception control circuit 52, a force sensor control circuit 53, and an interface circuit 54, as shown in FIG.
  • the light emission control circuit 51 includes, for example, a light source driver electrically connected to the light emitting element 23 .
  • the light source drive unit supplies the light emitting element 23 with a drive signal for emitting detection light.
  • the light emission control circuit 51 may include a modulator such as AM modulation.
  • the light emission control circuit 51 may modulate the detected light using a specific frequency, such as 10 Hz to 1 MHz, as a modulation frequency for periodically varying the amplitude of the light. The modulation of the detection light makes it easier to distinguish the detection light and its reflected light from the ambient light.
  • the light receiving control circuit 52 includes, for example, an amplifier electrically connected to the light receiving element 24 and an A/D (analog/digital) converter connected to the amplifier.
  • the light receiving control circuit 52 performs various signal processing on the light receiving signal output from the light receiving element 24 and outputs the processed signal to the interface circuit 54, for example.
  • the light reception control circuit 52 performs processing for detecting proximity of an object based on the amount of reflected light received in the light reception signal.
  • the proximity detection processing in the optical sensor 1 is not limited to the amount of received reflected light, and may be performed based on, for example, the phase difference between the reflected light and the detected light. Further, such proximity detection processing itself does not necessarily have to be performed in the optical sensor 1 and may be performed in an arithmetic circuit or the like outside the optical sensor 1 .
  • proximity detection of an object such as a target can be realized by generating a light receiving signal including reflected light of the detection light in synchronization with driving of the light emitting section 21. FIG.
  • the light reception control circuit 52 may perform filter processing such as a bandpass filter that passes signal components including the modulation frequency of the detection light, or may perform synchronous detection in synchronization with the light emission control circuit 51 .
  • filter processing such as a bandpass filter that passes signal components including the modulation frequency of the detection light
  • the reflected light can be analyzed separately from the disturbance light.
  • the modulation frequency of the detected light can be appropriately set by avoiding frequencies used in existing external systems, such as 38 kHz used as a carrier for infrared remote controls. As a result, malfunction of the optical sensor 1 caused by an external system can be suppressed.
  • the force sensor control circuit 53 includes a control circuit for driving and controlling various sensor elements forming the force sensor element 3 in the force sensor section 13, an amplifier for output signals from the sensor elements, and the like.
  • the force sensor control circuit 53 may include, for example, a circuit configuration that generates a force detection signal indicating force detection results in multiple axes based on the above output signals.
  • the force sensor control circuit 53 may output the force detection signal of the force detection result of not only multi-axis but also uniaxial force.
  • the force detection method is a piezoelectric type
  • the piezoelectric effect of one or more piezoelectric elements arranged on the substrate in the force sensor unit 13 is used to detect the force sensor unit when an object (FIG. 7) touches it.
  • a piezoelectric element converts the stress generated in 13 into an electric charge, and the force is sensed from the change.
  • the optical type one or more light emitting elements and one or more light receiving elements arranged on a substrate in the force sensor section 13 are used to detect the force inside the force sensor section 13 caused by deformation due to contact with an object. The change in the distribution of the reflected light is sensed by the light receiving element.
  • the strain resistance type utilizes one or more strain gauges arranged on the substrate in the force sensor unit 13, and the strain transmitted to the strain gauge via the force sensor unit 13 due to the deformation caused by the contact of the object. is regarded as a change in resistance, and the change is used for force sensing.
  • the capacitive type uses one or more capacitance sensing electrodes arranged on a substrate in the force sensor unit 13, and changes the electrostatic Force sensing is performed from the change in coupling capacitance between the capacitive sensing electrode and the reference potential. In each method, by using a plurality of various sensor elements such as piezoelectric elements, light emitting/receiving elements, strain gauges, and capacitance detection electrodes arranged in the force sensor section 13, multi-axis force sensing becomes possible.
  • the interface circuit 54 is connected to the light emission control circuit 51, the light reception control circuit 52 and the force sensor control circuit 53.
  • the interface circuit 54 connects the optical sensor 1 to an external device and inputs/outputs various signals.
  • any one of the circuits 51 to 54 of the sensor control unit 15 may be configured externally, or provided as a separate module from the circuits 51 to 54 of the sensor control unit 15. may be Also, part or all of the functions of the sensor control section 15 may be incorporated into the control circuit 60 of the controller 6 .
  • the controller 6 in this embodiment is an example of a user interface device that is held by the hand 7 of the user.
  • the controller 6 comprises: a gripping member 61 extending in a longitudinal direction Dz with a radial direction Dr and a circumferential direction D ⁇ ;
  • the optical sensor 1 includes a proximity sensor section 12 including a light-emitting element 23 and a light-receiving element 24, and a force sensor section 13 for detecting contact force of an object such as a finger 71 of the hand 7.
  • the proximity sensor unit 12 emits light from the light emitting element 23 to a predetermined detection range A10 around the force sensor unit 13, and the light receiving element 24 receives the incident light from the detection range A10.
  • the detection range A10 is biased toward the +X side, which is one of both sides in the circumferential direction D ⁇ , from the position of the force sensor portion 13 in the gripping member 61 outward in the radial direction Dr, and is wider in the circumferential direction D ⁇ than in the longitudinal direction Dz. set to range.
  • the detection range A10 of the proximity sensor unit 12 of the optical sensor 1 is biased toward the +X side and set to a wider range in the circumferential direction D ⁇ than in the longitudinal direction Dz. It is easy to detect the state of an object such as the finger 71 that is close to the . As a result, the state of being held by the user can be easily detected using the optical sensor 1 .
  • the controller 6 includes a plurality of optical sensors 1 arranged at different positions in the longitudinal direction Dz.
  • the detection range A10 of each optical sensor 1 has a first angular width ⁇ 1 in the circumferential direction D ⁇ and a second angular width ⁇ 2 smaller than the first angular width in the longitudinal direction Dz.
  • the force sensor section 13 and the proximity sensor section 12 are arranged adjacent to each other in the circumferential direction D ⁇ .
  • a detection range A10 by the proximity sensor unit 12 is biased to the side opposite to the force sensor unit 13 in the circumferential direction D ⁇ . This makes it easier for the proximity sensor unit 12 to detect the process of the arrival of an object such as the finger 71 that attempts to apply a contact force to the force sensor unit 13 .
  • the optical sensor 1 is arranged at a position where the fingers 71 of the hand 7 can touch the gripping member 61 held by the hand 7 . This makes it easy for the optical sensor 1 to detect various operations performed by the user of the controller 6 with the fingers 71 of the hand 7 holding the gripping member 61 .
  • the proximity sensor unit 12 surrounds the light emitting element 23 so as to guide the light emitted by the light emitting element 23 to the detection range A10, and/or receives light incident from the detection range A10. Further provided is a wall portion 42 which is an example of a light guide member surrounding the light receiving element 24 so as to guide light to the element 24 . With such a wall portion 42 of the optical sensor 1, directivity of the detection range A10 by the proximity sensor portion 12 can be easily realized.
  • Embodiment 2 has described the controller 6 in which the directivity corresponding to the detection range A10 of the optical sensor 1 is set by the proximity sensor wall portion 42 .
  • the sealing resin of the optical sensor is used for setting the directivity will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 10 an example in which the sealing resin of the optical sensor is used for setting the directivity will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 10 shows the configuration of the optical sensor 1A according to the second embodiment.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of the optical sensor 1A of FIG. 10 taken along line A-A'.
  • the optical sensor 1A of the present embodiment is provided in the controller 6 of the present embodiment instead of the optical sensor 1 of the first embodiment.
  • the optical sensor 1A of this embodiment has the same configuration as the optical sensor 1 of Embodiment 1, for example, but as shown in FIG. consists of
  • the sealing bodies 25A and 26A are examples of the first and second translucent members, respectively.
  • the sealing body 25A of the light emitting section 21A has a lens shape that refracts the detection light emitted from the light emitting element 23 (FIG. 11) from the Y direction toward the +X side.
  • the sealing body 25A is inclined so that the +X side is upward in the XY cross section.
  • the directivity such as the light distribution angle of the light emitting section 21A, can be biased toward the +X side.
  • the inclination of the sealing body 25A is not limited to be linear, but may be curved, and may be convex toward the +Y side, for example.
  • the sealing body 25A may have a light collecting function that narrows the light distribution angle of the light flux emitted to the +X side in the Z direction.
  • a sealing body 25A can be realized in a curved surface shape having a curvature in the YZ cross section, as shown in FIG. 10, for example.
  • the curvature in the Z direction is larger than the curvature in the X direction in the sealing body 25A.
  • the sealing body 25A is not limited to a particularly symmetrical shape as long as it has a curvature on the +X side where the finger 71 comes, and may be configured in various shapes.
  • sealing body 26A of the light receiving section 22A can be configured in the same manner as the sealing body 25A of the light emitting section 21A, for example. Both the sealing body 25A of the light emitting section 21A and the sealing body 26A of the light receiving section 22A may not have a lens shape, and either one may have a lens shape.
  • the degree of freedom in directivity control of the proximity sensor section 12 can be improved in the optical sensor 1A. Therefore, appropriate directivity can be set according to various uses to which the optical sensor 1A is applied.
  • the proximity sensor section 12 of the optical sensor 1A includes the sealing body 25A, which is an example of the first light-transmitting member, and the second light-transmitting member. It further includes at least one of a sealing body 26A, which is an example.
  • the sealing body 25A seals the light emitting element 23 so as to guide the light emitted by the light emitting element 23 to the detection range A10.
  • the sealing body 26A seals the light receiving element 24 so as to guide the light incident from the detection range A10 to the light receiving element 24.
  • directivity control of the proximity sensor section 12 can be easily performed by using the respective sealing bodies 25A and 26A in consideration of coexistence with force detection.
  • Embodiment 3 In the first and second embodiments, the controller 6 that controls the directivity by the configuration of the optical sensor 1 has been described. In Embodiment 3, a controller that controls directivity by means of a cover member for optical sensor 1 will be described with reference to FIGS. 12 to 17. FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the controller 6A according to this embodiment.
  • the cross section of FIG. 12 corresponds to the A-A' cross section of the second embodiment.
  • FIG. 13 shows a side view of the optical sensor 1A viewed from the +X side in the controller 6A of this embodiment.
  • a cover member 62 covering the optical sensor 1A is provided with a structural portion 63 for controlling the directivity of detection light.
  • the cover member 62 may be various members that cover the optical sensor 1A, and may be configured integrally with the grip member 61, for example.
  • the optical sensor 1A is arranged, for example, in contact with the cover member 62 on the upper surface of the dome portion 41 for the force sensor.
  • the cover member 62 is transparent to the wavelength of the light detected by the light emitting element 23 of the proximity sensor section 12 in the optical sensor 1A, and is made of a material having a higher refractive index than air.
  • the cover member 62 can be made of optical glass such as BK7, plastic such as polycarbonate and acrylic, or silicone.
  • the cover member 62 includes a structural portion 63 as a portion that is cut so as to be inclined downward toward the +X side in the vicinity of the upper portion of the proximity sensor portion 12 .
  • the optical path of the detection light by the proximity sensor portion 12 is bent toward the +X side where the finger 71 reaches the optical sensor 1A in the controller 6A, and the detection range A10 is inclined to the +X side. easy.
  • the structural portion 63 of the cover member is arranged above the light emitting portion 21A and the light receiving portion 22A so as to narrow the directivity of light in the Z direction perpendicular to the X direction in which the finger 71 moves. It has a lens shape with curvature.
  • the structure portion 63 of the cover member 62 may be provided only above one of the light emitting portion 21A and the light receiving portion 22A.
  • the controller 6A of this embodiment further includes the cover member 62.
  • the cover member 62 guides the light emitted by the light emitting element 23 in the optical sensor 1A to the detection range A10 and/or guides the light incident from the detection range A10 to the light receiving element 24. cover. Even with such a cover member 62, the directivity of the detection range A10 by the proximity sensor section 12 of the optical sensor 1A can be easily achieved.
  • the structure for controlling the directivity of the detection light with the cover member 62 is not particularly limited to the above example, and various structures may be employed.
  • the structural portion 63 of the cover member 62 is not limited to the example shown in FIG. may continue. Also, the structure portion 63 of the cover member 62 may be provided for either one of the light emitting portion 21A and the light receiving portion 22A.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the controller 6B in Modification 1 of Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 13 shows a side view of the optical sensor 1A in the controller 6B of this modification.
  • the structural portion 63 of the cover member 62 may be configured in a shape that engages with the elastic member 4 of the optical sensor 1A.
  • the structural portion 63 of the cover member 62 functions as a positioning portion for the optical sensor 1, eliminating the need for providing a separate positioning mechanism.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of a controller 6C according to Modification 2 of Embodiment 3.
  • the cover member 62 includes a light diffusion portion 64 that functions as a diffusion plate above the light emitting portion 21A in the optical sensor 1A.
  • the light diffusing portion 64 diffuses the detection light generated in the light emitting portion 21A of the optical sensor 1 when passing through, and facilitates the detection light to be widely diffusely distributed in the wide detection range A10.
  • Such a light diffusion portion 64 can be realized, for example, by etching the surface of the corresponding portion of the cover member 62 (holographic diffuser).
  • the light diffusion portion 64 may be realized by adding a reflective filler to the resin forming the cover member 62 (white diffusion glass), sandblasting (frosted glass), or the like.
  • the cover member 62 may include the light diffusion section 64 that diffuses the light emitted by the light emitting element 23 and guides the light to the detection range A10. This makes it easier to widely distribute the detection light of the optical sensor 1A over the detection range A10.
  • the cover member 62 includes a transparent portion 65 that transmits light detected by the proximity sensor portion 12 and a light shielding portion 66 that does not transmit the light.
  • the transparent portions 65 are provided, for example, above the light emitting portion 21A and above the light receiving portion 22A.
  • the light blocking portion 66 is provided as the transparent portion 65 of the cover member 62 so as to define a slit-shaped transmission region, and blocks light in the wavelength band of the detection light outside the transmission region.
  • the transmissive regions have, for example, a relatively narrow width in the Z direction and a relatively wide width in the X direction.
  • the light shielding portion 66 may define a transmissive region of either the light emitting portion 21A or the light receiving portion 22A.
  • the light shielding portion 66 of the cover member 62 is realized by, for example, adding an absorbent filler to the resin forming the cover member 62, applying an absorbent paint to the surface of the cover member 62, or adhering it. According to the cover member 62 of the present embodiment, it is easy to regulate the detection range A10, and for example, it is possible to easily suppress erroneous detection between a plurality of optical sensors 1 or a plurality of fingers by a narrow transmission area in the Z direction.
  • the cover member 62 blocks light emitted from the light emitting element 23 outside the detection range A10, and blocks light entering the light receiving element 24 from outside the detection range A10.
  • a portion 66 may be provided. This makes it easier to regulate the detection range A10 of the optical sensor 1A.
  • FIG. 18 shows a perspective view of the optical sensor 1B in Embodiment 4.
  • FIG. FIG. 19 shows a cross-sectional view of the optical sensor 1B along the B-B' cross section of FIG.
  • the B-B' cross section is a cross section passing through the force sensor section 13B along the XY plane.
  • the force sensor section 13B is configured optically.
  • the optical force sensor section 13B includes a light emitting element 31 and a light receiving element 32 as the force sensor element 3B.
  • the light-emitting element 31 and the light-receiving element 32 may be sealed with a sealing body 33 made of, for example, transparent resin.
  • the inside of the dome section 41 for the force sensor may have a hollow structure, or may be filled with a transparent resin or the like that is more flexible than the sealing body 33, for example. Further, the inside of the dome portion 41 is configured to be able to reflect light from the light emitting element 31, for example.
  • the light emitting element 31 includes a light emitting source such as a single or multi-emitter VCSEL.
  • the light emitting element 31 emits light having a predetermined wavelength band such as an infrared region, and emits the light as detection light for force detection.
  • the light-emitting element 31 is not limited to a VCSEL, and may include various solid-state light source elements such as LDs and LEDs.
  • the light emitting element 31 may include multiple light source elements.
  • the light emitting element 31 may be provided with an optical system such as a lens and a mirror for collimating the light from the light emitting element.
  • the light receiving element 32 includes a light receiver such as a PD, and is configured by arranging a plurality of light receivers so as to surround the light emitting element 31, for example.
  • the light receiving element 32 receives light such as the reflected light of the detection light at the light receiver and generates a light reception signal indicating, for example, the amount of light received as a light reception result.
  • the light-receiving element 32 is not limited to a PD, and may include various light-receiving devices such as a phototransistor, PSD, CIS, or CCD.
  • the dome portion 41 for the force sensor is composed of an elastic member having a light shielding characteristic with respect to the frequency band of light detected by the light emitting element 31, for example.
  • the detection light emitted from the light emitting element 31 in response to the force from the contacting object is reflected by the reflector 35 and reflected by the light receiving element 32.
  • the contact force of the object is detected by using the change in the light receiving state due to A known technique can be appropriately applied as an optical method for measuring the contact force.
  • the same manufacturing process as that for the proximity sensor section 12 can be adopted, and the manufacturing can be performed collectively, so that the manufacturing of the optical sensor 1B can be facilitated.
  • the sealing bodies 25A and 26A in the proximity sensor section 12 and the sealing body 33 of the light emitting element 31 and the light receiving element 32 in the force sensor section 13B may be formed in the same process.
  • FIG. 20 is a circuit diagram illustrating the electrical configuration of the optical sensor 1B according to the fourth embodiment.
  • the force sensor control circuit 53 is configured separately from the light emission control circuit 51 and the light reception control circuit 52 for controlling the proximity sensor section 12 .
  • the sensor control section 15B of the optical sensor 1B of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but instead of the separate force sensor control circuit 53 (FIG. 9), the control function of the force sensor section 13B is controlled by the proximity sensor section 12. are provided in the light emission control circuit 51B and the light reception control circuit 52B.
  • the light emission control circuit 51B of this embodiment includes, for example, a switch matrix or the like so as to control the light emitting elements 23 of the proximity sensor section 12 and the light emitting elements 31 of the force sensor section 13B. be done.
  • the light receiving control circuit 52B of this embodiment includes, for example, a switch matrix or the like so as to control the light receiving elements 24 of the proximity sensor section 12 and the light receiving elements 32 of the force sensor section 13B.
  • the sensor control section 15B of the optical sensor 1B of the present embodiment can be configured with a single IC or the like that is shared by the control function of the proximity sensor section 12 and the control function of the force sensor section 13B. In this way, the optical sensor 1B of this embodiment can be miniaturized and reduced in cost.
  • the optical force sensor section 13B includes, as the force sensor element 3B, the light emitting element 31 different from the light emitting element 23 of the proximity sensor section 12, and the proximity sensor section A photodetector 32 separate from the twelve photodetectors 24 is included.
  • the sensor control section 15B of the optical sensor 1B includes a light emission control circuit 51B that controls the light emitting section 21 of the proximity sensor section 12 and the light emitting element 31 of the force sensor section 13B, and the light receiving section 22 of the proximity sensor section 12 and the force sensor section 13B.
  • a light receiving control circuit 52B for controlling the light receiving element 32 is provided.
  • the optical sensor 1 in which the proximity sensor wall 42 has the open end 45 has been described.
  • the proximity sensor wall portion 42 may not have the open end 45 and may surround the entire periphery of the light emitting portion 21 and the light receiving portion 22 .
  • the detection range A10 can be tilted and set by means other than the open end 45 .
  • Such a modified example will be described with reference to FIG. 21 .
  • FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a modification of the optical sensor 1C in the controller.
  • the optical sensor 1C of this modified example has a flexible substrate 11C in the same configuration as the optical sensor 1 of the first embodiment, for example.
  • the substrate 11C is, for example, a flexible substrate or a rigid flexible substrate.
  • the substrate 11C is configured to be bendable at portions corresponding to grooves between the dome portion 41 for the force sensor and the wall portion 42 for the proximity sensor.
  • the elastic member 4 also has a bendable hardness at least at the base portion 40 corresponding to the groove.
  • the direction of the detection range A10 of the proximity sensor section 12 can be tilted, for example, to the +X side with respect to the force sensor section 13. .
  • the proximity sensor unit 12 detects the state in which the object 5 has approached the force sensor unit 13 before it contacts the force sensor unit 13. can be easily detected.
  • the substrate 11C has flexibility at least at a position between the force sensor dome portion 41 and the proximity sensor wall portion 42 of the elastic member 4. may As a result, the direction of the viewing angle of the proximity sensor section 12 can be changed with respect to the arrangement of the force sensor section 13, and both force detection and proximity detection can be easily achieved.
  • the proximity sensor wall portion 42 may be configured to have a height lower than the other portions on the +X side. This also makes it possible to tilt the detection range A10 of the optical sensor 1 toward the +X side. Further, in the optical sensor 1 of the present embodiment, one of the light-emitting portion 21 and the light-receiving portion 22 may be surrounded, or the wall portion 42 may be omitted.

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Abstract

ユーザにより把持されるユーザインタフェース装置（６）は、径方向及び周方向を有して長手方向に延在する把持部材（６１）と、把持部材において設けられた少なくとも１つの光学センサ（１）とを備える。各光学センサは、発光素子（２３）及び受光素子（２４）を含む近接センサ部（１２）と、対象物による接触力を検知する力センサ部（１３）とを備える。近接センサ部は、力センサ部の周囲における所定の検知範囲（Ａ１０）に発光素子から光を出射して、受光素子が検知範囲から入射する光を受光する受光結果に応じて、対象物が力センサ部に近接する状態を検知する。検知範囲は、把持部材における力センサ部の位置から径方向の外側に向かって周方向の両側のうちの片側に偏り、長手方向よりも周方向に広い範囲に設定される。

Description

ユーザインタフェース装置
　本発明は、ユーザにより把持されるユーザインタフェース装置において光学センサを用いる技術に関する。
　特許文献１は、光学的センサを用いてハンドサイン等の手指形状を検出するコントローラを開示する。このコントローラは、ユーザの手により把持される把持部材と、複数の手指のそれぞれに対応する光学的センサを含むセンサアレイと、光学的センサとは別途設けられたグリップボタン等とを有する。このコントローラにおいて、光学的センサは非接触センサとして配置され、その発光部および受光部の光軸は、それぞれの指が曲げられたときの位置を通過するように設定されている。これにより、ユーザが意図的に手を開いて指を伸ばすと受光部は反射光を受光しない一方、ユーザが手指を曲げた場合は曲げ量が大きくなるにしたがって、手指において発光部により近い位置からの反射光が受光される。
特開２０２０－０９１９０４号公報
　本発明の目的は、光学センサを用いて、ユーザにより把持される状態を検知し易くすることができるユーザインタフェース装置を提供することにある。
　本発明において、ユーザにより把持されるユーザインタフェース装置は、径方向及び周方向を有して長手方向に延在する把持部材と、把持部材において設けられた少なくとも１つの光学センサとを備える。各光学センサは、発光素子及び受光素子を含む近接センサ部と、対象物による接触力を検知する力センサ部とを備える。近接センサ部は、力センサ部の周囲における所定の検知範囲に発光素子から光を出射して、受光素子が検知範囲から入射する光を受光する受光結果に応じて、対象物が力センサ部に近接する状態を検知する。検知範囲は、把持部材における力センサ部の位置から径方向の外側に向かって周方向の両側のうちの片側に偏り、長手方向よりも周方向に広い範囲に設定される。
　本発明におけるユーザインタフェース装置によると、光学センサを用いて、ユーザにより把持される状態を検知し易くすることができる。
実施形態１に係るコントローラの外観を例示する斜視図 実施形態１に係るコントローラの構成を例示するブロック図 コントローラにおける光学センサの検知範囲を説明するための図 コントローラの把持部材が把持される状態を例示する図 図４の把持部材よりも大径である場合を例示する図 図４の把持部材よりも小径である場合を例示する図 実施形態１のコントローラにおける光学センサの斜視図 図７の光学センサの内部構造を例示する斜視図 実施形態１に係る光学センサの構成を例示する回路図 実施形態２における光学センサの構成を示す斜視図 図１０の光学センサの断面図 実施形態３に係るコントローラの構成を示す断面図 実施形態３のコントローラにおける光学センサの側面図 実施形態３の変形例１に係るコントローラの構成を示す断面図 実施形態３の変形例１のコントローラにおける光学センサの側面図 実施形態３の変形例２に係るコントローラの構成を示す断面図 実施形態３の変形例３に係るコントローラの構成を示す側面図 実施形態４における光学センサの斜視図 図１９の光学センサの断面図 実施形態４に係る光学センサの構成を例示する回路図 コントローラにおける光学センサの変形例を例示する断面図
　以下、添付の図面を参照して本発明に係るユーザインタフェース装置の実施の形態を説明する。
　各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事項についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
（実施形態１）
　実施形態１では、本発明に係るユーザインタフェース装置の一例として、光学センサを用いたコントローラについて説明する。
１．コントローラについて
　本実施形態に係るコントローラについて、図１～図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るコントローラ６の外観を例示する斜視図である。図２は、コントローラ６の構成を例示するブロック図である。
　本実施形態のコントローラ６は、ユーザが手７により種々の操作を入力するために把持するユーザインタフェース装置の一例である。本実施形態のコントローラ６は、例えば図１に示すように、手７により把持される把持部材６１と、把持部材６１に設けられた複数の光学センサ１とを備える。コントローラ６は、人間の多様な指示や意図を機械や機器に伝えるヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）として、例えばゲーム用あるいは各種機材の制御用など様々な用途に適用可能である。
　コントローラ６の把持部材６１は、例えば図１に示すように、手７により把持されるべき位置が規定されたグリップ状に形成され、例えば略円柱形状を有する。把持部材６１は、例えば断面形状の略円形を規定する径方向Ｄｒ及び周方向Ｄθと、手７における複数の指７１が並んだ方向に対応する長手方向Ｄｚとを有する。把持部材６１は、径方向Ｄｒ及び周方向Ｄθを有した断面形状において長手方向Ｄｚに延在する。コントローラ６のユーザは、例えば手７の指７１を周方向Ｄθに沿って把持部材６１に巻き付けるようにコントローラ６を把持する。
　本実施形態の光学センサ１は、例えば図２に示すように、光学式の検知方式において対象物の近接を検知する近接センサ部１２と、対象物が接触したときに作用する力（即ち接触力）を検知する力センサ部１３とが一体的に構成されたセンサモジュールである。図１の例では、コントローラ６の把持部材６１において、手７における４本の指７１を各々の対象物として検知するべく、４つの光学センサ１が、手７により把持部材６１が握られた際に各指７１の指先が接触する位置に配置されている。
　本実施形態のコントローラ６は、こうした光学センサ１の配置設定により、例えば手７の各指７１が、それぞれ把持部材６１に近接して接触に到り力を作用させる等の一連の過程を連続的に検知可能である。なお、コントローラ６において、光学センサ１の配置個数は、特に図１の例に限定されず、例えば３個以下または５個以上であってもよい。又、コントローラ６における検知対象の指７１の本数も特に限定されない。
　また、本実施形態において、光学センサ１は、コントローラ６に設けられる各種の操作部材に組み込まれてもよい。例えば、コントローラ６には、ボタン、スイッチあるいは可倒レバー等の各種操作部材が設けられてもよい。又、コントローラ６は、光学センサ１を覆うカバー部材を備えてもよい。カバー部材は、コントローラ６の操作部材を構成してもよい。本実施形態のコントローラ６によると、光学センサ１により、例えばユーザが指７１により操作部材を操作する際に接触前後の状態を連続的に検知可能である。
　本実施形態の光学センサ１においては、例えば図２に示すように、近接センサ部１２が発光部２１と受光部２２とを含み、光学式の近接センシングを実現する。発光部２１は、対象物の近接を検知するための光（以下「検知光」という）を発光する。受光部２２は、発光部２１からの検知光が対象物により反射された反射光を受光して、例えば受光量に応じた信号を生成することによって対象物が近接する状態を検知する。
　本実施形態において、力センサ部１３には、対象物からの力を検知するために各種の力検知方式を採用可能である。各種の力検知方式は、例えば圧電式、光学式、ひずみ抵抗式及び静電容量式などを含む。力センサ部１３は、例えば３軸又は６軸といった多軸における力を検知する。力センサ部１３は、一軸の力を検知してもよい。
　本実施形態の光学センサ１によると、近接センシングの機能と力センシングの機能とが一体的に実現されることから、こうした機能をコントローラ６に組み込む際に要する面積を低減でき、コントローラ６を構成し易くできる。光学センサ１の構成例については後述する。
　本実施形態のコントローラ６は、例えば図２に示すように、制御回路６０をさらに備えてもよい制御回路６０は、例えばコントローラ６の全体動作を制御する。例えば、制御回路６０は、各光学センサ１による近接と力の検知結果を示す検知信号に基づいて、ユーザの操作内容に応じた制御信号を生成する。制御信号は、コントローラ６の外部の機器に出力されてもよいし、コントローラ６内部の制御に用いられてもよい。制御回路６０は、各光学センサ１の駆動を制御してもよい。
　制御回路６０は、例えばＣＰＵで構成され、ソフトウェアと協働して所定の機能を実現する。制御回路６０は、例えばＲＯＭ及びＲＡＭといった内部メモリを有し、ＲＯＭに格納されたデータ及びプログラムをＲＡＭに読み出して種々の演算処理を行い、各種の機能を実現する。なお、制御回路６０は、所定の機能を実現するように設計された専用の電子回路や再構成可能な電子回路などのハードウェア回路であってもよい。制御回路６０は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。なお、制御回路６０は、コントローラ６（或いはユーザインタフェース装置）の外部構成であってもよい。
１－１．光学センサの検知範囲について
　本実施形態のコントローラ６において光学センサ１により指７１等の対象物が近接する状態が検知される範囲すなわち検知範囲の設定について、図３～図６を用いて説明する。
　本実施形態の光学センサ１は、近接センサ部１２（図２）の発光部２１及び受光部２２による検知光の発受光の指向性により規定される検知範囲Ａ１０を有する。又、光学センサ１は、例えば把持部材６１の外面に沿って配置される主面を有する。光学センサ１の主面に対応する２方向をＸ，Ｚ方向とし、Ｘ，Ｚ方向に直交する法線方向をＹ方向とする。
　コントローラ６における光学センサ１のＸ方向は、光学センサ１の配置位置の近傍において把持部材６１の周方向Ｄθに対応する。周方向Ｄθの両側に対応する±Ｘ側のうち、把持部材６１を把持する手７の指７１が到来する一側方を＋Ｘ側とする。又、把持部材６１の径方向Ｄｒにおける外側が光学センサ１の＋Ｙ側に対応し、径方向Ｄｒ内側が－Ｙ側に対応する。光学センサ１のＺ方向は、把持部材６１の長手方向Ｄｚに対応する。
　本実施形態のコントローラ６においては、光学センサ１の検知範囲Ａ１０が、例えば図３に示すように、把持部材６１の周方向Ｄθ両側に対応する±Ｘ側のうちの－Ｘ側よりも＋Ｘ側に偏った範囲に設定され、Ｙ方向に対して傾斜する。このように＋Ｘ側へ傾斜した検知範囲Ａ１０によると、ユーザが手７でコントローラ６を操作する際に把持部材６１に到来する指７１が検知範囲Ａ１０に含まれ易くなり、操作時等の手７の各種状態を検知し易くできる。
　光学センサ１の検知範囲Ａ１０は、把持部材６１の周方向Ｄθに応じたＸＹ平面における角度幅Α１と、長手方向Ｄｚに応じたＹＺ平面における角度幅Α２とにより規定される。本実施形態では、光学センサ１の検知範囲Ａ１０において、周方向θにおける角度幅Α１は比較的に広角に設定され、長手方向Ｄｚにおける角度幅Α２は比較的に狭角に設定される。
　光学センサ１の検知範囲Ａ１０において周方向Ｄθに広角の角度幅Α１によると、把持部材６１を把持する手７において検知対象とする特定の指７１が、様々な曲がり具合を有する際に、曲がり具合に応じて検知範囲Ａ１０での受光量を変化させ易い。これにより、各光学センサ１において検知対象とする指７１の曲がり具合等の状態を検知し易くできる。例えば、広角の角度幅Α１は、角度４５°以上であり、例えば略９０°である。
　これに対して、上記広角の角度幅Α１を用いなければ、周方向Ｄθにおける特定の位置しか検知対象とできず、例えば指７１における検知可能な一部までの距離の変化しか検知できないこととなる。また、本実施形態の光学センサ１に設定される広角の角度幅Α１は、例えば検知光を発光する電力消費の抑制の観点から、角度１２０°以下であってもよい。
　また、光学センサ１の検知範囲Ａ１０において長手方向Ｄｚに狭角の角度幅Α２によると、例えば複数の光学センサ１のうちの特定の光学センサ１の検知対象の指７１とは異なる指７１を、当該光学センサ１の検知範囲Ａ１０から外し易くできる。これにより、例えば各光学センサ１において検知対象外の指７１を誤検知する事態を回避し易くすることができる。
　例えば、本実施形態の光学センサ１に設定される狭角の角度幅Α２は、角度１°以上６０°以下である。この角度幅Ａ２は、光学センサ１による誤検知を回避したい指７１から光学センサ１までの距離、或いは誤検知を排除したい程度などの各種の観点から適宜、設定可能である。例えば、光学センサ１から比較的遠方に存在する指７１（図４（Ａ）参照）の誤検知を回避したい場合は、把持部材６１を把持した手７における指７１同士の間隔などを考慮して、隣接する指７１を検知範囲Ａ１０から外す観点から、角度幅Ａ２が２０°以下に設定されてもよい。あるいは、比較的近傍の指（図４（Ｂ）参照）の誤検知を回避する場合、角度幅Ａ２は４０°以下であってもよい。こうした角度幅Ａ２の設定は、想定される手７の指７１のサイズ及び曲げ状態、把持部材６１の外径、光学センサ１の配置等より適宜、変更可能である。
　コントローラ６における光学センサ１の取り付け位置について、図４を用いて説明する。本実施形態のコントローラ６において、光学センサ１は、例えば、把持部材６１の周方向Ｄθにおいて角度０°を示す所定の基準位置Ｐ０から角度９０°以上１８０°以下の範囲内に取り付けられる。基準位置Ｐ０は、把持部材６１を把持する手７において指７１を伸ばした状態でも接触が維持される基準として設定され、例えば、把持部材６１において当該指の付け根に接触する接点と想定される位置に設定される。
　図４（Ａ）～（Ｃ）は、把持部材６１を握る際の一連の指７１の状態を例示する。図４（Ａ）は、（把持部材６１を把持する）手７の指７１を伸ばした状態を例示する。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態から把持部材６１を握る途中において指７１を曲げた状態を例示する。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の状態から更に指７１を曲げて把持部材６１を握った状態を例示する。
　本実施形態のコントローラ６における光学センサ１によると、例えば図４（Ａ）～（Ｃ）に示すように、指７１を伸ばした状態から指７１を曲げて把持部材６１を握るまでの間に、検知範囲Ａ１０の角度幅Α１において指７１に重畳する角度部分が徐々に広がる。これにより、光学センサ１において、例えば対象物と光学センサ１間の距離が短くなる際の受光量の増加よりも大幅に、指の曲げ具合に応じて受光量が変化し、指７１の曲げ状態を連続的に検知する精度を良くすることができる。また、図４（Ａ）の例では、指７１が伸びた状態から検知範囲Ａ１０内にあり、こうした状態を光学センサ１で検知可能となる。
　図５は、図４よりも把持部材６１の外径が大きい場合を例示する。図５（Ａ）は、図４（Ａ）と同様に指７１を伸ばした状態を例示する。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の後に把持部材６１を握る途中の状態を例示する。図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の後に把持部材６１を握った状態を例示する。
　把持部材６１が比較的大径である場合、或いは把持部材６１の外径と比較してユーザの指７１が短いことが想定される場合には、光学センサ１の取り付け位置が、基準位置Ｐ０に近付けられてもよい。例えば、周方向Ｄθにおける光学センサ１の取り付け位置が、角度９０°近傍であってもよい。この場合であっても、例えば図５（Ａ）～（Ｃ）に示すように、角度幅Α１において検知範囲Ａ１０と指７１とが重なる部分が、指の曲げ状態に応じて変化し、指の曲げ過程の連続的な検知を実現し易くできる。
　図６は、図４よりも把持部材６１の外径が小さい場合を例示する。図６（Ａ）は、把持部材６１を握る初期に指７１が僅かに曲がった状態を例示する。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の後に把持部材６１を握る途中の状態を例示する。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の後に把持部材６１を握った状態を例示する。
　把持部材６１が比較的小径である場合、或いは把持部材６１の外径と比較してユーザの指７１が長いことが想定される場合には、光学センサ１の取り付け位置が、基準位置Ｐ０から遠ざけられてもよい。例えば、周方向Ｄθにおける光学センサ１の取り付け位置が、角度１８０°近傍であってもよい。この場合であっても、コントローラ６における光学センサ１は、例えば指７１を僅かに曲げたような初期状態から指の曲げ具合を連続的に検知可能である。
　又、コントローラ６において、指７１を伸ばした状態を光学センサ１の検知範囲Ａ１０内に含める観点からは、把持部材６１における光学センサ１の取り付け位置が、周方向Ｄθにおいて角度１３３°以下であってもよい。
　本実施形態のコントローラ６において、光学センサ１の取り付け位置は、以上の例に限らない。例えば、把持部材６１が相当に小径である場合、周方向Ｄθにおける角度９０°以上２７０°以下の範囲内で取り付けられてもよい。又、手７の指先に加えて、指先と付け根の途中の部分に対応する光学センサ１が配置されてもよい。又、把持部材６１を把持した手７の指７１が接触可能な範囲内で、把持部材６１に設けられた各種操作部材の近傍等に光学センサ１が取り付けられてもよい。こうした光学センサ１は、特に周方向Ｄθにおける角度９０°以上に限定されず、それ以下の位置に取り付けられてもよい。
　本実施形態のコントローラ６において、把持部材６１の形状は、特に図２，３の例に限らず、種々の概円柱形状であってもよい。例えば、把持部材６１の断面形状は、真円でなくともよい。又、例えば複数の光学センサ１を長手方向Ｄｚ等に並べて複数の指７１を検知対象として利用する場合、把持部材６１の外径は一様な大きさでなくてもよく、例えば各指７１の長さの違いに応じて外径の大きさが長手方向Ｄｚに沿って変わってもよい。又、光学センサ１の取り付け位置は、指７１の長さの違いに応じて個別に調整可能である。
２．光学センサについて
　以下、本実施形態のコントローラ６における光学センサ１の構成例について説明する。
２－１．光学センサの概要
　実施形態１に係る光学センサの構成例の概要を、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態のコントローラ６における光学センサ１の斜視図である。
　光学センサ１は、例えば基板１１上においてＸ方向に並ぶように近接センサ部１２と力センサ部１３とを組み付けて構成される。以下、基板１１の主面に平行な２方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とし、当該主面の法線方向をＹ方向とする。又、基板１１から力センサ部１３が突出する＋Ｙ側を上側といい、反対側となる－Ｙ側を下側という場合がある。
　本実施形態の光学センサ１において、力センサ部１３は、力センサ素子３と、上側（＋Ｙ）から力センサ素子３を覆う弾性体で構成されるドーム部４１とを含む。光学式の近接センサ部１２は、発光部２１と、受光部２２と、発光部２１及び受光部２２を囲むように構成される壁部４２とを含む。力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２とは、例えば弾性部材４により一体的に形成される。
　本実施形態の光学センサ１においては、指７１が到来する＋Ｘ側に近接センサ部１２が配置され、その反対側の－Ｘ側に力センサ部１３が配置される。これにより、指７１が力センサ部１３に接触力を加えるために到来する際などの近接を検知し易くすることができる。本実施形態の光学センサ１において、近接センサ用の壁部４２は、上述した検知範囲Ａ１０（図３参照）を＋Ｘ側に規定する導光部材の一例である。
２－２．光学センサの詳細
　以下、本実施形態に係る光学センサ１の詳細を、図７～図８を用いて説明する。
　図８は、図７の光学センサ１の内部構造を例示する斜視図である。図８では、図７に例示した光学センサ１において、弾性部材４がない状態を示している。
　本実施形態の光学センサ１においては、例えば図８に示すように、近接センサ部１２を構成する発光部２１と受光部２２とが、リジッド基板などの基板１１上で力センサ部１３よりも＋Ｘ側において、Ｚ方向に並んで配置される。以下では、基板１１上で発光部２１の位置が＋Ｚ側であり、受光部２２の位置が－Ｚ側である例を説明する。
　光学センサ１における近接センサ部１２において、発光部２１は、例えば図８に示すように、発光素子２３と、発光素子２３を樹脂等で封止する封止体２５とを含む。
　発光素子２３は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源素子を含む。例えば、発光素子２３は、赤外領域などの所定の波長帯を有する光を検知光として発光する。発光素子２３は、発光した検知光を出射する光出射面を有し、光出射面を上側に向けて配置される。
　発光素子２３は、ＬＥＤに限らず、例えばＬＤ（半導体レーザ）或いはＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）など種々の固体光源素子を含んでもよい。発光素子２３は、複数の光源素子を含んでもよい。発光素子２３には、光源素子からの光をコリメートするレンズ及びミラー等の光学系が設けられてもよい。
　近接センサ部１２における受光部２２は、発光部２１からの検知光が対象物により反射された反射光を受光して、対象物の近接を検知する。受光部２２は、例えば図８に示すように、受光素子２４と、受光素子２４を樹脂等で封止する封止体２６とを含む。
　受光素子２４は、ＰＤ（フォトダイオード）等の１つ又は複数の受光器を含み、受光器で構成される受光面を有する。受光素子２４は、検知光が対象物において反射した反射光等の光を受光面にて受光して、例えば受光された光量を受光結果として示す受光信号を生成する。
　受光素子２４は、ＰＤに限らず、例えばフォトトランジスタ、ＰＳＤ（位置検出素子）、ＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサ）或いはＣＣＤなど種々の受光器を含んでもよい。受光素子２４は、受光器のリニアアレイ或いは２次元アレイで構成されてもよい。受光素子２４には上記反射光を集光するためのレンズ等の光学系が設けられてもよい。また、受光素子２４の受光面には、検知光の波長帯とは異なる波長帯の光を遮断するバンドパスフィルタ等が設けられてもよい。これにより、外部環境による外乱光の影響を抑制できる。
　発光部２１の封止体２５及び受光部２２の封止体２６は、それぞれ近接センサ部１２における検知光の波長帯について透光性を有する樹脂等を適宜、成形して構成される。各封止体２５，２６の上面は、例えばそれぞれ発光部２１及び受光部２２の高さを規定する。各封止体２５，２６は、特定の波長帯を選択的に透過する波長フィルタ特性を有してもよい。
　本実施形態において、力センサ素子３は、力センサ部１３に採用される力検知方式に応じた各種のセンサ素子で構成される。力センサ素子３は、本実施形態における力センサの一例である。
　弾性部材４は、例えば、力センサ用のドーム部４１と、近接センサ用の壁部４２と、各ドーム部４１，４２に連結した基底部４０とを含む。弾性部材４においては、例えば、力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２とが、基底部４０を介して溝をあけるように配置される。力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２とは、特に弾性部材４により一体的に形成されなくてもよく、別体で形成されてもよい。
　弾性部材４は、例えばシリコーン系樹脂等の弾性体材料で構成される。弾性部材４は、例えばショアＡ２０以上８０以下の硬度を有する。弾性部材４は特にシリコーン系樹脂に限らず、種々の弾性体材料で構成されてもよく、例えばエポキシ系樹脂であってもよい。
　基底部４０は、弾性部材４において下側（－Ｙ側）に延在する部分である。基底部４０は、力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２との間における溝の底部を形成する（図３参照）。弾性部材４の基底部４０は、省略されてもよい。
　力センサ用のドーム部４１は、力センサ素子３を覆うように、上側（＋Ｙ側）に向けて凸状に形成される。力センサ用のドーム部４１は、例えば接触力の印加に応じて弾性的に変形し、接触力がなくなると復元可能である。力センサ用のドーム部４１の凸形状は、特に近接センサ用の壁部４２とは分離して形成できる。こうした力センサ用のドーム部４１の形状によると、力センサ部１３において接触力の対象とする位置が、ドーム部４１が突出する位置として一義的に定義可能であり、対象物の力検知を行い易くすることができる。
　力センサ用のドーム部４１は、例えば、上側（＋Ｙ側）に向かうにつれてＸＺ断面における外径が小さくなるテーパー形状を有する。図７では、力センサ用のドーム部４１の形状の一例として、円錐台形状を例示しているが、特にこれに限定されない。力センサ用のドーム部４１の形状は、円錐、四角錐、多角錐、直方体、又は半筒形状などであってもよい。力センサ用のドーム部４１の内部は、弾性部材４と同じ弾性体又はその他の材料で充填されてもよい。
　近接センサ用の壁部４２は、例えば図７に示すように、発光用の開口領域Ａ１と、受光用の開口領域Ａ２とを規定する。発光用の開口領域Ａ１は、発光部２１から光が出射可能な角度範囲すなわち視野角（或いは配光角）を規制するように、発光部２１の周囲を囲む。受光用の開口領域Ａ２は、受光部２２の視野角を規制するように、受光部２２の周囲を囲む。例えば、発光部２１の配光角と受光部２２の視野角とで共通する範囲が、光学センサ１の近接センサ部１２による検知範囲Ａ１０（図３）を規定する。
　本実施形態の光学センサ１において、弾性部材４は、力センサ部１３とは反対側（即ち＋Ｘ側）において、図７に示すように、開放端４５を構成する。本実施形態における開放端４５は、近接センサ用の壁部４２が、＋Ｘ側を除いて延在することにより形成され、近接センサ用の壁部４２と共に開口領域Ａ１，Ａ２を規定する。本実施形態の各開口領域Ａ１，Ａ２は、＋Ｘ側が開放端４５であることから基板１１に到る、すなわち、＋Ｘ側において基板１１からの高さが最小となる。
　本実施形態の弾性部材４では、開放端４５がある各開口領域Ａ１，Ａ２により、近接センサ部１２の視野角が、Ｙ方向から＋Ｘ側に向けられる。こうした本実施形態の光学センサ１によると、＋Ｘ側に偏った検知範囲Ａ１０を実現し易く、例えば近接する対象物がＹ方向よりも＋Ｘ側から到来するような状況において対象物の近接検知を行い易くすることができる。
　近接センサ用の壁部４２において、中央の部分は、発光部２１と受光部２２とを隔てるように延在して、発光部２１と受光部２２との間で光を遮光する（図７参照）。これにより、発光部２１から発光した検知光が、特に対象物等に反射されずに直接、受光部２２に入射してしまうような直接カップリングを防ぐことができ、発光部２１と受光部２２との間の干渉を抑制できる。
　近接センサ用の壁部４２において、－Ｘ側の部分は、発光部２１及び受光部２２と、力センサ部１３との間を仕切るように延在する。これにより、近接センサ部１２の検知範囲Ａ１０の－Ｘ側を規制すると共に、力センサ部１３に接触中の対象物等による各種干渉を抑制することができる。例えば、例えば接触力により変形した力センサ用のドーム部４１が、発光部２１又は受光部２２に当たってしまう事態を回避できる。
　又、近接センサ用の壁部４２において、＋Ｚ側の部分は発光部２１から見て受光部２２とは反対側に位置し、－Ｚ側の部分は受光部２２から見て発光部２１とは反対側に位置する。こうした壁部４２の±Ｚ側の部分によると、Ｚ方向における検知範囲Ａ１０の角度幅Α２を狭角に設定可能である。例えばＺ方向に並ぶ他の光学センサ１など隣接した外部光源が存在するような場合であっても、外部光源からの光を遮光して、外部光源と近接センサ部１２との干渉を抑制することができる。
　以上のような光学センサ１における弾性部材４は、ドーム部４１と壁部４２において異なる硬度を有するように構成されてもよい。例えば、弾性部材４は、別々の硬度を有した複数種類の材料による２色成形で構成されてもよい。例えば、力センサ用のドーム部４１の硬度は、近接センサ用の壁部４２の硬度よりも柔軟に設定されてもよい。力センサ用のドーム部４１の柔軟性により、例えばＨＭＩ等の用途において、力センサ部１３の押圧に応じた変形という直感的な感覚フィードバックを与え易くすることができる。
　また、弾性部材４は、発光部２１からの検知光を反射する光学特性を有してもよく、例えば反射率５０％以上の材料で構成されてもよい。これにより、近接センサ部１２において検知光を導光し易くすることができる。
２－３．センサ制御部
　図９は、本実施形態に係る光学センサ１の電気的な構成を例示する回路図である。本実施形態の光学センサ１は、上述した構造的な構成に加えて、図９に示すように、センサ制御部１５をさらに備えてもよい。
　センサ制御部１５は、例えば図９に示すように、発光制御回路５１と、受光制御回路５２と、力センサ制御回路５３と、インタフェース回路５４とを備える。
　発光制御回路５１は、例えば、発光素子２３に電気的に接続される光源駆動部を含む。光源駆動部は、検知光を発光させる駆動信号を発光素子２３に供給する。発光制御回路５１は、例えばＡＭ変調などの変調器を含んでもよい。例えば、発光制御回路５１は、１０Ｈｚから１ＭＨｚ等における特定の周波数を、光の振幅を周期的に変動させる変調周波数に用いて、検知光を変調してもよい。検知光の変調により、外乱光から検知光及びその反射光を区別し易くなる。
　受光制御回路５２は、例えば、受光素子２４に電気的に接続される増幅器、及び増幅器に接続されるＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器を含む。受光制御回路５２は、受光素子２４から出力される受光信号に各種の信号処理を行って、例えばインタフェース回路５４に出力する。
　例えば、受光制御回路５２は、受光信号における反射光の受光量に基づいて、対象物の近接の検知処理を行う。光学センサ１における近接の検知処理は、反射光の受光量に限らず、例えば反射光と検知光間の位相差に基づき行われてもよい。又、こうした近接の検知処理自体は、必ずしも光学センサ１内で行われなくてもよく、光学センサ１外部の演算回路等で行われてもよい。光学センサ１においては、発光部２１の駆動に同期して検知光の反射光を含む受光信号を生成することによって、対象物等の物体の近接検知を実現可能である。
　受光制御回路５２は、例えば検知光の変調周波数を含む信号成分を通過させるバンドパスフィルタ等のフィルタ処理を行ってもよいし、発光制御回路５１と同期して同期検波を行ってもよい。例えば、受光制御回路５２において、定常的なＤＣ成分を遮断することにより、外乱光から分離して上記反射光の解析を行うことができる。検知光の変調周波数は、例えば赤外線リモコンのキャリアとして利用される３８ｋＨｚなど、既存の外部システムにおいて利用される周波数を避けて適宜、設定可能である。これにより、外部システムに起因するような光学センサ１の誤動作を抑制することができる。
　力センサ制御回路５３は、力センサ部１３中で力センサ素子３を構成する各種センサ素子を駆動制御する制御回路、及び当該センサ素子からの出力信号の増幅器などを含む。力センサ制御回路５３は、例えば上記の出力信号に基づき多軸における力の検知結果を示す力検知信号を生成する回路構成を含んでもよい。力センサ制御回路５３は、多軸に限らず、一軸の力の検知結果の力検知信号を出力してもよい。
　例えば力検知方式が圧電式であれば、力センサ部１３内の基板上に配置された１つ以上の圧電素子の圧電効果を利用し、対象物（図７）が接触したことによる力センサ部１３内に生じる応力を圧電素子にて電荷に換算し、その変化から力をセンシングする。光学式の場合は、力センサ部１３内の基板上に配置された１つ以上の発光素子と１つ以上の受光素子を利用し、対象物が接触したことによる変形によって生じる力センサ部１３内の反射光分布の変化を受光素子によって読み取り力センシングする。
　ひずみ抵抗式は、力センサ部１３内の基板上に配置された１つ以上のひずみゲージを利用し、対象物が接触したことによる変形によって、力センサ部１３内を経由しひずみゲージに伝わるひずみを抵抗変化として捉え、その変化を利用し力センシングをする。静電容量式は、力センサ部１３内の基板上に配置された１つ以上の静電容量検知電極を利用し、対象物が接触したことによる力センサ部１３の変形によって、変化する静電容量検知電極と基準電位との結合容量変化から力センシングをする。なお、各方式において、力センサ部１３内に配置する圧電素子や受発光素子、ひずみゲージ、静電容量検知電極といった各種センサ素子を複数用いることで、力センシングの多軸化が可能となる。
　インタフェース回路５４は、発光制御回路５１、受光制御回路５２及び力センサ制御回路５３に接続する。インタフェース回路５４は、光学センサ１を外部機器に接続して各種信号の入出力を行う。
　なお、以上に説明した構成は一例であり、光学センサ１は、特に上記の構成に限定されない。例えば、本実施形態の光学センサ１は、センサ制御部１５の各回路５１～５４の何れかを外部構成としてもよいし、センサ制御部１５の各回路５１～５４とは別体のモジュールとして提供されてもよい。また、センサ制御部１５の機能の一部又は全体が、コントローラ６の制御回路６０に組み込まれてもよい。
３．まとめ
　以上のように、本実施形態におけるコントローラ６は、ユーザにより手７で把持されるユーザインタフェース装置の一例である。コントローラ６は、　径方向Ｄｒ及び周方向Ｄθを有して長手方向Ｄｚに延在する把持部材６１と、　把持部材６１において設けられた少なくとも１つの光学センサ１とを備える。前記光学センサ１は、発光素子２３及び受光素子２４を含む近接センサ部１２と、手７の指７１などの対象物による接触力を検知する力センサ部１３とを備える。近接センサ部１２は、力センサ部１３の周囲における所定の検知範囲Ａ１０に発光素子２３から光を出射して、受光素子２４が検知範囲Ａ１０から入射する光を受光する受光結果に応じて、対象物が力センサ部１３に近接する状態を検知する。検知範囲Ａ１０は、把持部材６１における力センサ部１３の位置から径方向Ｄｒの外側に向かって周方向Ｄθの両側のうちの片側である＋Ｘ側に偏り、長手方向Ｄｚよりも周方向Ｄθに広い範囲に設定される。
　以上のコントローラ６によると、光学センサ１の近接センサ部１２による検知範囲Ａ１０が＋Ｘ側に偏って、長手方向Ｄｚよりも周方向Ｄθに広い範囲に設定されることから、＋Ｘ側から光学センサ１に近接する指７１等の対象物の状態を検知し易い。これにより、学センサ１を用いてユーザにより把持される状態を検知し易くすることができる。
　本実施形態において、コントローラ６は、長手方向Ｄｚにおいて互いに異なる位置に配置された複数の光学センサ１を備える。各光学センサ１における検知範囲Ａ１０は、周方向Ｄθにおける第１の角度幅α１と、長手方向Ｄｚにおいて第１の角度幅よりも小さい第２の角度幅α２とを有する。これにより、複数の光学センサ１の間で干渉する等の誤検知を抑制し易い。例えば、手７における複数の指７１を別々の光学センサ１の検知対象とする場合の誤検知を抑制し易くできる。
　本実施形態のコントローラ６では、光学センサ１において、力センサ部１３と近接センサ部１２とは、周方向Ｄθにおいて互いに隣接して並置される。近接センサ部１２による検知範囲Ａ１０は、周方向Ｄθにおいて力センサ部１３とは反対側に偏る。これにより、力センサ部１３に接触力を印加しようとする指７１等の対象物が、到来する過程を近接センサ部１２により検知し易くできる。
　本実施形態のコントローラ６では、把持部材６１が手７に把持された状態において手７の指７１が接触可能な位置に、光学センサ１が配置される。これにより、コントローラ６のユーザが把持部材６１を把持した手７において指７１で行う各種の操作を、光学センサ１により検知し易い。
　本実施形態のコントローラ６において、近接センサ部１２は、発光素子２３が発光する光を検知範囲Ａ１０に導光するように発光素子２３を囲み、及び／又は、検知範囲Ａ１０から入射する光を受光素子２４に導光するように受光素子２４を囲む導光部材の一例の壁部４２をさらに備える。こうした光学センサ１の壁部４２により、近接センサ部１２による検知範囲Ａ１０の指向性を容易に実現できる。
（実施形態２）
　実施形態１では、光学センサ１の検知範囲Ａ１０に対応する指向性が近接センサ用の壁部４２により設定されるコントローラ６について説明した。実施形態２では、上記指向性の設定に光学センサの封止樹脂を利用する例について、図１０～図１１を用いて説明する。
　図１０は、実施形態２における光学センサ１Ａの構成を示す。図１１は、図１０の光学センサ１Ａの、Ａ－Ａ’断面における断面図を示す。
　本実施形態の光学センサ１Ａは、実施形態１の光学センサ１の代わりに本実施形態のコントローラ６に設けられる。本実施形態の光学センサ１Ａは、例えば実施形態１の光学センサ１と同様の構成から、図１０に示すように、発光部２１Ａ及び受光部２２Ａの各封止体２５Ａ，２６Ａの形状を変更して構成される。本実施形態において、各封止体２５Ａ，２６Ａは、それぞれ第１及び第２透光部材の一例である。
　本実施形態において、発光部２１Ａの封止体２５Ａは、発光素子２３（図１１）から出射する検知光を、Ｙ方向から＋Ｘ側に向けて屈折させるようなレンズ形状を有する。例えば、封止体２５Ａは、図１１に示すようにＸＹ断面において＋Ｘ側ほど上方となるように傾斜する。こうしたレンズ形状によると、例えば発光部２１Ａの配光角といった指向性を＋Ｘ側に偏らせることができる。封止体２５Ａの傾斜は、直線的に限らず曲線的であってもよく、例えば＋Ｙ側に向けて凸状であってもよい。
　又、封止体２５Ａは、＋Ｘ側に出射する光束の配光角を、Ｚ方向において狭めるような集光機能を有してもよい。こうした封止体２５Ａは、例えば図１０に示すようにＹＺ断面において曲率を有するような曲面形状で実現できる。例えば、封止体２５ＡにおいてＺ方向の曲率はＸ方向の曲率よりも大きい。また、封止体２５Ａは、指７１が到来する＋Ｘ側において曲率を有していれば特に対称な形状に限らず、各種の形状で構成されてもよい。
　また、受光部２２Ａの封止体２６Ａは、例えば発光部２１Ａの封止体２５Ａと同様に構成できる。なお、発光部２１Ａの封止体２５Ａと受光部２２Ａの封止体２６Ａとの双方以上のようにレンズ形状を有していなくてもよく、何れか一方がレンズ形状を有してもよい。
　上記のような発光部２１Ａ及び受光部２２Ａの各封止体２５Ａ，２６Ａのレンズ形状によると、光学センサ１Ａにおいて、近接センサ部１２の指向性制御の自由度を向上できる。よって、光学センサ１Ａを適用する各種用途に応じて、適切な指向性を設定可能にすることができる。
　以上のように、本実施形態の光学センサ１Ａのコントローラ６において、光学センサ１Ａの近接センサ部１２は、第１の透光部材の一例である封止体２５Ａと、第２の透光部材の一例である封止体２６Ａとの少なくとも一方をさらに備える。封止体２５Ａは、発光素子２３が発光する光を、検知範囲Ａ１０に導光するように発光素子２３を封止する。封止体２６Ａは、検知範囲Ａ１０から入射する光を受光素子２４に導光するように受光素子２４を封止する。こうした光学センサ１Ａによると、各封止体２５Ａ，２６Ａを利用して、力検知との両立を考慮した近接センサ部１２の指向性制御を容易に行える。
（実施形態３）
　実施形態１，２では、光学センサ１における構成によって指向性を制御するコントローラ６について説明した。実施形態３では、光学センサ１に対するカバー部材によって指向性を制御するコントローラについて、図１２～図１７を用いて説明する。
　図１２は、本実施形態に係るコントローラ６Ａの構成を示す断面図である。図１２の断面は、実施形態２のＡ－Ａ’断面に対応する。図１３は、本実施形態のコントローラ６Ａにおいて＋Ｘ側から光学センサ１Ａを見た側面図を示す。
　本実施形態のコントローラ６Ａでは、例えば実施形態２と同様の構成において、光学センサ１Ａを覆うカバー部材６２が、検知光の指向性を制御するための構造部６３を備える。カバー部材６２は、光学センサ１Ａを覆う各種部材であってもよく、例えば把持部材６１と一体的に構成されてもよい。本実施形態のコントローラ６Ａにおいて、光学センサ１Ａは、例えば力セン用のドーム部４１上面においてカバー部材６２と接触するように配置される。
　カバー部材６２は、光学センサ１Ａにおける近接センサ部１２の発光素子２３による検知光の波長に対して透明である透光性を有し、空気よりも大きい屈折率を有する材料で構成される。例えば、カバー部材６２は、ＢＫ７等の光学ガラス、ポリカーボネート及びアクリル等のプラスチック、あるいはシリコーン等で構成できる。
　図１２の例において、カバー部材６２は、近接センサ部１２の上方近傍において、＋Ｘ側に向かって下方に傾斜するように切削された部分として構造部６３を備える。こうしたカバー部材６２の構造部６３によると、コントローラ６Ａにおいて指７１が光学センサ１Ａに到来する＋Ｘ側に向けて近接センサ部１２による検知光の光路を屈曲させ、検知範囲Ａ１０を＋Ｘ側に傾斜させ易い。
　また、図１３の例において、カバー部材の構造部６３は、発光部２１Ａ及び受光部２２Ａ各々の上方において、指７１が往来するＸ方向に直交するＺ方向には光の指向性を狭めるように曲率を有したレンズ形状を有する。カバー部材６２の構造部６３は、発光部２１Ａと受光部２２Ａの何れか一方の上方のみに設けられてもよい。
　以上のように、本実施形態のコントローラ６Ａは、カバー部材６２をさらに備える。カバー部材６２は、光学センサ１Ａにおける発光素子２３が発光する光を検知範囲Ａ１０に導光し、及び／又は、検知範囲Ａ１０から入射する光を受光素子２４に導光するように光学センサ１Ａを覆う。こうしたカバー部材６２によっても、光学センサ１Ａの近接センサ部１２による検知範囲Ａ１０の指向性を容易に実現できる。
（実施形態３の変形例）
　本実施形態のコントローラ６Ａにおいて、カバー部材６２で検知光の指向性を制御する構造は、特に上記の例に限定されず種々の構造であってもよい。
　例えば、カバー部材６２の構造部６３は、図１２の例に限らず、例えば近接センサ部１２の上方近傍よりも＋Ｘ側において、－Ｘ側よりも厚い厚みを有してもよいし、更に傾斜が続く形状であってもよい。又、カバー部材６２の構造部６３は、発光部２１Ａ及び受光部２２Ａのうちの何れか一方に対して設けられてもよい。
　図１４は、実施形態３の変形例１におけるコントローラ６Ｂの構成を示す断面図である。図１３は、本変形例のコントローラ６Ｂにおける光学センサ１Ａの側面図を示す。本変形例のコントローラ６Ｂにおいて、カバー部材６２の構造部６３は、光学センサ１Ａの弾性部材４と係合する形状で構成されてもよい。
　例えば図１４に示すように、構造部６３が近接センサ部１２の壁部４２を挟持する形状によると、Ｘ方向における位置ずれを規制できる。また、１５に示すように、構造部６３において凸状のレンズ形状の内径を、近接センサ部１２の開口領域Ａ１，Ａ２に嵌合する小径とすることで、カバー部材６２のＹＺ平面における移動を抑制することができる。こうした構成によると、カバー部材６２の構造部６３が光学センサ１との位置決め部として機能し、別途の位置決め機構を設けるような必要をなくすことができる。
　図１６は、実施形態３の変形例２に係るコントローラ６Ｃの構成を示す断面図である。本変形例のコントローラ６Ｃにおいて、カバー部材６２が、光学センサ１Ａにおける発光部２１Ａの上方において拡散板として機能する部分である光拡散部６４を備える。光拡散部６４によると、光学センサ１の発光部２１Ａにおいて生成された検知光が通過する際に拡散させ、広域の検知範囲Ａ１０に広範囲に拡散的に検知光を分布し易くできる。
　こうした光拡散部６４は、例えばカバー部材６２において対応する部分の表面に対するエッチング処理（ホログラフィックディフューザ）で実現できる。あるいは、光拡散部６４は、カバー部材６２を構成する樹脂への反射性フィラーの添加（ホワイト拡散ガラス）、又はサンドブラスト加工（摺りガラス）等で実現されてもよい。
　以上のように、本実施形態のコントローラ６Ｃにおいて、カバー部材６２は、発光素子２３が発光する光を拡散して検知範囲Ａ１０に導光する光拡散部６４を備えてもよい。これにより、光学センサ１Ａの検知光を検知範囲Ａ１０に広く分布させ易くすることができる。
　図１７は、実施形態３の変形例３に係るコントローラ６Ｄの構成を示す側面図である。本変形例のコントローラ６Ｄにおいて、カバー部材６２は、近接センサ部１２による検知光を透過する透明部６５と、透過しない遮光部６６とを備える。透明部６５は、例えば発光部２１Ａの上方と受光部２２Ａの上方とにそれぞれ設けられる。
　遮光部６６は、カバー部材６２における透明部６５としてスリット状の透過領域を規定するように設けられ、透過領域外において検知光の波長帯の光を遮光する。透過領域は、例えばＺ方向において比較的狭い幅を有し、Ｘ方向において比較的広い幅を有する。遮光部６６は、発光部２１Ａと受光部２２Ａの何れか一方の透過領域を画定してもよい。
　こうしたカバー部材６２の遮光部６６は、例えばカバー部材６２を構成する樹脂への吸収性フィラーの添加や、カバー部材６２表面への吸収性塗料の塗布、接着などを施すことによって実現される。本実施形態のカバー部材６２によると、検知範囲Ａ１０を規制し易く、例えばＺ方向において狭幅の透過領域によって複数の光学センサ１又は複数指の間での誤検知を抑制し易くできる。
　以上のように、本実施形態のコントローラ６Ｄにおいて、カバー部材６２は、発光素子２３から検知範囲Ａ１０外に出射する光を遮光し、検知範囲Ａ１０外から受光素子２４に入射する光を遮光する遮光部６６を備えてもよい。これにより、光学センサ１Ａの検知範囲Ａ１０を規制し易くすることができる。
（実施形態４）
　実施形態４では、コントローラにおける光学センサの力検知方式として光学式を採用する例について、図１８～図２０を用いて説明する。
　図１８は、実施形態４における光学センサ１Ｂの斜視図を示す。図１９は、図１８のＢ－Ｂ’断面における光学センサ１Ｂの断面図を示す。Ｂ－Ｂ’断面は、ＸＹ平面に沿って力センサ部１３Ｂを通る断面である。
　本実施形態の光学センサ１Ｂでは、例えば実施形態２の光学センサ１Ａと同様の構成において、力センサ部１３Ｂが光学式で構成される。光学式の力センサ部１３Ｂは、例えば図１９に示すように、力センサ素子３Ｂとして、発光素子３１と、受光素子３２とを含む。発光素子３１及び受光素子３２は、例えば透明樹脂等による封止体３３で封止されてもよい。
　又、光学式の力センサ部１３Ｂにおいて、力センサ用のドーム部４１内部は、中空構造であってもよいし、例えば封止体３３よりも柔軟な透明樹脂等で充填されてもよい。また、ドーム部４１内部は、例えば発光素子３１からの光を反射可能に構成される。
　光学式の力センサ部１３Ｂにおいて、発光素子３１は、例えばシングル又はマルチエミッタのＶＣＳＥＬ等の発光光源を含む。例えば、発光素子３１は、赤外領域などの所定の波長帯を有する光を発光し、力検知のための検知光として出射する。発光素子３１は、ＶＣＳＥＬに限らず、例えばＬＤ或いはＬＥＤなど種々の固体光源素子を含んでもよい。発光素子３１は、複数の光源素子を含んでもよい。発光素子３１には、発光素子からの光をコリメートするレンズ及びミラー等の光学系が設けられてもよい。
　受光素子３２は、ＰＤ等の受光器を含み、例えば発光素子３１の周囲を取り囲むように複数の受光器を配置して構成される。受光素子３２は、受光器において検知光の反射光等の光を受光して、例えば受光された光量を受光結果として示す受光信号を生成する。受光素子３２は、ＰＤに限らず、例えばフォトトランジスタ、ＰＳＤ、ＣＩＳ或いはＣＣＤなど種々の受光器を含んでもよい。
　力センサ用のドーム部４１は、例えば発光素子３１による検知光の周波数帯について遮光特性を有する弾性部材で構成される。
　以上のように構成される光学式の力センサ部１３Ｂは、接触する対象物からの力に応じて、発光素子３１から発光する検知光が、反射体３５において反射された反射光の受光素子３２による受光状態が変化することを利用して、対象物の接触力を検知する。光学式における接触力の測定方法としては適宜、公知技術を適用可能である。
　こうした光学式の力センサ部１３Ｂによると、近接センサ部１２と同じ製造プロセスを採用して、一括して作り込みを行えることから、光学センサ１Ｂの製造を容易化することができる。例えば、近接センサ部１２における封止体２５Ａ，２６Ａと、力センサ部１３Ｂにおける発光素子３１及び受光素子３２の封止体３３とが、同じプロセスで形成されてもよい。
　図２０は、実施形態４に係る光学センサ１Ｂの電気的な構成を例示する回路図である。実施形態１では、光学センサ１のセンサ制御部１５において、力センサ制御回路５３が、近接センサ部１２を制御するための発光制御回路５１及び受光制御回路５２とは別個に構成された。本実施形態の光学センサ１Ｂのセンサ制御部１５Ｂは、実施形態１と同様の構成において、別個の力センサ制御回路５３（図９）の代わりに、力センサ部１３Ｂの制御機能を近接センサ部１２の発光制御回路５１Ｂ及び受光制御回路５２Ｂに持たせる。
　例えば図２０に示すように、本実施形態の発光制御回路５１Ｂは、近接センサ部１２の発光素子２３と共に、力センサ部１３Ｂの発光素子３１を制御するように、例えばスイッチマトリクス等を備えて構成される。又、本実施形態の受光制御回路５２Ｂは、近接センサ部１２の受光素子２４と共に、力センサ部１３Ｂの受光素子３２を制御するように、例えばスイッチマトリクス等を備えて構成される。これにより、近接センサ部１２と力センサ部１３Ｂとの双方の制御機能が、同じ回路テクノロジで構成でき、光学センサ１Ｂの部品点数を削減したり、回路の集積化を容易化したりできる。
　例えば、本実施形態の光学センサ１Ｂのセンサ制御部１５Ｂは、近接センサ部１２の制御機能と力センサ部１３Ｂの制御機能とで共通化された単一のＩＣ等で構成できる。このように、本実施形態の光学センサ１Ｂは、小型化及びコスト低減を図ることができる。
　以上のように、本実施形態の光学センサ１Ｂにおいて、光学式の力センサ部１３Ｂは、その力センサ素子３Ｂとして、近接センサ部１２の発光素子２３とは別の発光素子３１、及び近接センサ部１２の受光素子２４とは別の受光素子３２を含む。光学センサ１Ｂのセンサ制御部１５Ｂは、近接センサ部１２の発光部２１及び力センサ部１３Ｂの発光素子３１を制御する発光制御回路５１Ｂと、近接センサ部１２の受光部２２及び力センサ部１３Ｂの受光素子３２を制御する受光制御回路５２Ｂとを備える。光学センサ１Ｂの近接センサ部１２と力センサ部１３Ｂとを光学式で構成することで、センサ構造の製造を容易化することに加えて、回路構成も簡単化でき、光学センサ１Ｂを製造し易くすることができる。
（他の実施形態）
　上記の各実施形態では、近接センサ用の壁部４２が開放端４５を有する光学センサ１を説明した。本実施形態において、近接センサ用の壁部４２は開放端４５を有していなくてもよく、発光部２１と受光部２２との全周を囲ってもよい。こうした場合であっても、開放端４５とは別の手段で検知範囲Ａ１０を傾けて設定可能である。こうした変形例について、図２１を用いて説明する。
　図２１は、コントローラにおける光学センサ１Ｃの変形例を例示する断面図である。本変形例の光学センサ１Ｃは、例えば上述した実施形態１の光学センサ１と同様の構成において、可撓性を有する基板１１Ｃを備える。
　本変形例の光学センサ１Ｃにおいて、基板１１Ｃは、例えばフレキシブル基板またはリジッドフレキシブル基板などである。基板１１Ｃは、力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２間の溝に対応する部分等において、屈曲可能に構成される。また、本変形例において、弾性部材４も、少なくとも上記の溝に対応する基底部４０において屈曲可能な硬度を有する。
　こうした光学センサ１Ｃによると、図２１に示すように、基板１１Ｃを屈曲させることで、例えば力センサ部１３に対して、近接センサ部１２の検知範囲Ａ１０の方向を＋Ｘ側等に傾けることができる。これにより、例えば対象物５が力センサ部１３に近接する際に＋Ｘ側から到来するような状況において、対象物５が力センサ部１３に接触する前に近接した状態を、近接センサ部１２によって検知し易くすることができる。
　以上のように、本実施形態の光学センサ１Ｃにおいて、基板１１Ｃは、少なくとも弾性部材４における力センサ用のドーム部４１と近接センサ用の壁部４２との間の位置において可撓性を有してもよい。これにより、力センサ部１３の配置に対して近接センサ部１２の視野角の向きを変更でき、力検知と近接検知との両立を行い易くできる。
　或いは、本実施形態の光学センサ１において、近接センサ用の壁部４２は、＋Ｘ側において他の部分よりも低い高さで構成されてもよい。これによっても、光学センサ１の検知範囲Ａ１０を＋Ｘ側に傾けて設定できる。又、本実施形態の光学センサ１において、発光部２１と受光部２２との一方の周囲を囲うように構成されてもよいし、壁部４２は省略されてもよい。
　　１，１Ａ～１Ｃ　　光学センサ
　　１２　　近接センサ部
　　１３，１３Ｂ　　力センサ部
　　２１，２１Ａ　　発光部
　　２２，２２Ａ　　受光部
　　２３　　発光素子
　　２４　　受光素子
　　２５，２５Ａ　　封止体
　　２６，２６Ａ　　封止体
　　３，３Ｂ　　力センサ素子
　　４１　　ドーム部
　　４２　　壁部
　　５１，５１Ｂ　　発光制御回路
　　５２，５２Ｂ　　受光制御回路
　　６，６Ａ～６Ｄ　コントローラ
　　６１　　把持部材
　　６２　　カバー部材
　　６３　　構造部
　　６４　　光拡散部
　　６５　　透明部
　　６６　　遮光部

Claims (10)

  1. 　ユーザにより把持されるユーザインタフェース装置であって、
    　径方向及び周方向を有して長手方向に延在する把持部材と、
    　前記把持部材において設けられた少なくとも１つの光学センサとを備え、
    　前記光学センサは、
    　発光素子及び受光素子を含む近接センサ部と、
    　対象物による接触力を検知する力センサ部とを備え、
    　前記近接センサ部は、前記力センサ部の周囲における所定の検知範囲に前記発光素子から光を出射して、前記受光素子が前記検知範囲から入射する光を受光する受光結果に応じて、前記対象物が前記力センサ部に近接する状態を検知し、
    　前記検知範囲は、前記把持部材における前記力センサ部の位置から前記径方向の外側に向かって前記周方向の両側のうちの片側に偏り、前記長手方向よりも前記周方向に広い範囲に設定される
    ユーザインタフェース装置。
  2. 　前記長手方向において互いに異なる位置に配置された複数の光学センサを備え、
    　各光学センサにおける前記検知範囲は、前記周方向における第１の角度幅と、前記長手方向において前記第１の角度幅よりも小さい第２の角度幅とを有する
    請求項１に記載のユーザインタフェース装置。
  3. 　前記光学センサにおいて、前記力センサ部と前記近接センサ部とは、前記周方向において互いに隣接して並置され、
    　前記近接センサ部による前記検知範囲は、前記周方向において前記力センサ部とは反対側に偏る
    請求項１又は２に記載のユーザインタフェース装置。
  4. 　前記把持部材が手に把持された状態において前記手の指が接触可能な位置に、前記光学センサが配置された
    請求項１～３の何れか１項に記載のユーザインタフェース装置。
  5. 　前記近接センサ部は、前記発光素子が発光する光を前記検知範囲に導光するように前記発光素子を囲み、及び／又は、前記検知範囲から入射する光を前記受光素子に導光するように前記受光素子を囲む導光部材をさらに備える
    請求項１～４の何れか１項に記載のユーザインタフェース装置。
  6. 　前記近接センサ部は、
    　前記発光素子が発光する光を前記検知範囲に導光するように前記発光素子を封止する第１の透光部材と、
    　前記検知範囲から入射する光を前記受光素子に導光するように前記受光素子を封止する第２の透光部材との少なくとも一方をさらに備える
    請求項１～５の何れか１項に記載のユーザインタフェース装置。
  7. 　前記光学センサにおける前記発光素子が発光する光を前記検知範囲に導光し、及び／又は、前記検知範囲から入射する光を前記受光素子に導光するように前記光学センサを覆うカバー部材をさらに備える
    請求項１～６の何れか１項に記載のユーザインタフェース装置。
  8. 　前記カバー部材は、前記発光素子が発光する光を拡散して前記検知範囲に導光する光拡散部を備える
    請求項７に記載のユーザインタフェース装置。
  9. 　前記カバー部材は、前記発光素子から前記検知範囲外に出射する光を遮光し、及び／又は、前記検知範囲外から前記受光素子に入射する光を遮光する遮光部を備える
    請求項７又は８に記載のユーザインタフェース装置。
  10. 　前記力センサ部は、前記近接センサ部の発光素子とは別の発光素子、及び前記近接センサ部の受光素子とは別の受光素子を含み、
    　前記光学センサは、
    　前記近接センサ部の発光素子及び前記力センサ部の発光素子を制御する発光制御回路と、
    　前記近接センサ部の受光素子及び前記力センサ部の受光素子を制御する受光制御回路とをさらに備える
    請求項１～９の何れか１項に記載のユーザインタフェース装置。
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