WO2024053381A1 - 光学センサ - Google Patents

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WO2024053381A1
WO2024053381A1 PCT/JP2023/030017 JP2023030017W WO2024053381A1 WO 2024053381 A1 WO2024053381 A1 WO 2024053381A1 JP 2023030017 W JP2023030017 W JP 2023030017W WO 2024053381 A1 WO2024053381 A1 WO 2024053381A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light emitting
receiving element
light receiving
reflector
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/030017
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English (en)
French (fr)
Inventor
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
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet

Definitions

  • the present invention relates to an optical sensor.
  • Patent Document 1 An optical sensor for measuring force distribution that optically detects force or deformation is known (Patent Document 1).
  • the optical sensor disclosed in US Pat. No. 5,300,302 includes a deformable opto-mechanical layer with one or more light emitting sources, a light receiving detector responsive to light emitted from the light emitting sources, and an optical cavity.
  • the optical response characteristics of the optical cavity change in accordance with the deformation of the opto-mechanical layer, and this change is detected as a change in the amount of light received by the photodetector.
  • An object of the invention is to provide an optical sensor that is less sensitive to changes in ambient temperature.
  • two light emitting elements whose temperature dependence of the luminous intensity of output light exhibits the same tendency
  • a light receiving element a reflector disposed so that the light output from the light emitting element is diffusely reflected and a portion of the reflected light is incident on the light receiving element
  • an elastic support member that supports the reflector with respect to the two light emitting elements and the light receiving element and changes the relative position of the reflector with respect to the light emitting element and the light receiving element by being deformed by an external force
  • a processing unit that calculates a physical quantity that depends on the amount of deformation of the elastic support member based on a ratio of two amounts of light received by the light receiving element when the two light emitting elements are caused to emit light separately
  • the relative positions of the two light emitting elements and the light receiving element are fixed, and the distance from one of the light emitting elements to the light receiving element is different from the distance from the other light emitting element to the light receiving element.
  • An optical sensor is provided.
  • a light emitting element two light-receiving elements whose sensitivity tends to have the same temperature dependence; a reflector arranged to reflect the light output from the light emitting element and to cause a portion of the reflected light to enter the two light receiving elements; an elastic support member that supports the reflector with respect to the light emitting element and the light receiving element and changes the relative position of the reflector with respect to the light emitting element and the light receiving element by being deformed by external force; a processing unit that calculates a physical quantity that depends on the amount of deformation of the elastic support member based on a ratio of the amount of light received when the light output from the light emitting element and reflected by the reflector is received by the two light receiving elements; Equipped with The relative positions of the light emitting element and the two light receiving elements are fixed, and the distance from one of the light receiving elements to the light emitting element is different from the distance from the other light receiving element to the light emitting element.
  • An optical sensor is provided.
  • FIG. 1A is a perspective view of an optical sensor according to a first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of an optical sensor according to a first embodiment
  • FIG. 1C is a diagram showing a light emitting element
  • FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship of light receiving elements.
  • FIG. 2 is a block diagram of the processing section of the optical sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between a light emitting element, a light receiving element, and a reflector.
  • FIG. 4A is a graph showing the simulation results of the relationship between the displacement amount of distance x and the amount of received light L 1 , L 2 , and FIG.
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the amount of displacement of distance x and the amount of received light L 2 /L 1 and It is a graph showing the relationship between.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical sensor according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view of an optical sensor according to a third embodiment.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of an optical sensor according to the fourth example
  • FIG. 7B is a diagram showing a planar positional relationship between a light emitting element and a sub-light emitting element of the optical sensor according to the fourth example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship among the light emitting element, sub light emitting element, light receiving element, and reflector of the optical sensor according to the fourth example.
  • FIG. 9A is a diagram showing a planar positional relationship among a plurality of light emitting elements, a plurality of sub light emitting elements, and a light receiving element of an optical sensor according to a modification of the fourth embodiment
  • FIG. FIG. 7 is a diagram showing a planar positional relationship among a plurality of light emitting elements, a plurality of sub light emitting elements, and a light receiving element of an optical sensor according to another modification.
  • FIG. 10 is a sectional view of an optical sensor according to a fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the positional relationship among the light emitting element, the light receiving element, and the reflector of the optical sensor according to the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a sectional view of an optical sensor according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of the processing section of the optical sensor according to the sixth embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view of an optical sensor according to a first embodiment.
  • the optical sensor according to the first embodiment includes a substrate 50 and an elastic support member 10.
  • An elastic support member 10 is attached to one surface of the substrate 50.
  • the elastic support member 10 has a cylindrical outer shape, for example, and a cavity is formed by the elastic support member 10 and the substrate 50.
  • the elastic support member 10 is made of an elastic material, such as black silicone rubber. When an external force in a direction perpendicular to the surface of the substrate 50 is applied to the elastic support member 10, the elastic support member 10 is elastically deformed and its height changes.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the optical sensor according to the first embodiment.
  • An elastic support member 10 is attached to one surface of the substrate 50.
  • the elastic support member 10 includes a side wall portion 10A and a top plate portion 10B.
  • the side wall portion 10A has, for example, a cylindrical shape, one end thereof is fixed to the substrate 50, and the other end of the side wall portion 10A is closed by the top plate portion 10B. That is, the elastic support member 10 has a bottomed cylindrical shape that is open toward the substrate 50, and the bottomed cylindrical opening is closed by the substrate 50.
  • a hollow space 15 is formed by the substrate 50 and the elastic support member 10 .
  • Two light emitting elements 21 and 22 and one light receiving element 30 are arranged on the surface of the substrate 50 exposed to the space 15.
  • the surface on which the two light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30 are arranged will be referred to as a first plane 51.
  • LEDs light emitting diodes
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • a reflector 40 is attached to the top plate portion 10B at a position facing the light receiving element 30.
  • the elastic support member 10 When force is applied to the elastic support member 10 and the elastic support member 10 is deformed, the relative position of the reflector 40 with respect to the light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30 changes. For example, the height from the first plane 51 to the reflector 40 changes.
  • the reflector 40 diffusely reflects most of the light output from the light emitting elements 21 and 22. That is, the intensity of the light outputted from the light emitting elements 21 and 22 and diffusely reflected by the reflector 40 is observed at substantially uniform intensity in all directions, regardless of the observation direction.
  • the inner surface of the elastic support member 10 is black and hardly reflects the light output from the light emitting elements 21 and 22.
  • the luminous intensity of the light emitted from the light emitting elements 21 and 22 is approximately equal over a wide range including the direction of the reflector 40.
  • the luminous intensity of the light output from the light emitting elements 21 and 22 and directed toward the reflector 40 is substantially uniform within the reflective surface. Further, even if the elastic support member 10 is deformed and the position of the reflector 40 changes within a certain range, the condition that the luminous intensity is substantially uniform within the reflecting surface is satisfied.
  • the light emitting elements 21 and 22 those having almost the same temperature dependence of luminous intensity are used.
  • the slopes of changes in luminous intensity with respect to temperature changes of the light emitting elements 21 and 22 are approximately equal.
  • the processing unit 60 controls the light emission of the light emitting elements 21 and 22.
  • the output signal of the light receiving element 30 is input to the processing section 60.
  • the configuration and functions of the processing unit 60 will be described later with reference to FIG. 2.
  • FIG. 1C is a diagram showing the positional relationship between the light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30 when the first plane 51 is viewed from above.
  • a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line 1B-1B in FIG. 1C corresponds to FIG. 1B.
  • the reflector 40 is arranged on a straight line that passes through the light receiving element 30 and is perpendicular to the first plane 51. "Passing through the light receiving element 30" means passing through the geometric center of the light receiving surface of the light receiving element 30.
  • the distance from one light emitting element 21 to the light receiving element 30 is marked as a, and the distance from the other light emitting element 22 to the light receiving element 30 is marked as b.
  • the starting point of the distance is the geometric center of the light emitting area in plan view in the light emitting elements 21 and 22, and the geometric center of the light receiving surface in the light receiving element 30.
  • the geometric center of each light emitting region of the light emitting elements 21 and 22 will be referred to as a representative point of the light emitting elements 21 and 22, and the geometric center of the light receiving surface will be referred to as a representative point of the light receiving element 30.
  • the representative points of the light-emitting elements 21 and 22 and the representative point of the light-receiving element 30 are arranged on one straight line, and the light-receiving element 30 is arranged between the light-emitting element 21 and the light-emitting element 22. Further, the distance a and the distance b are different. That is, the representative points of the light emitting elements 21 and 22 are arranged at positions shifted from points symmetrical with respect to the representative point of the light receiving element 30.
  • FIG. 2 is a block diagram of the processing section 60 of the optical sensor according to the first embodiment.
  • Anodes of the two light emitting elements 21 and 22 are each connected to a power source 61, and cathodes are connected to a light emitting element driver 63 via a switch matrix 62.
  • the calculation unit 68 controls the light emitting element driver 63 and the switch matrix 62 via the interface unit 64. When one of the light emitting elements 21 and 22 is selected by the switch matrix 62, the selected light emitting element emits light.
  • the light receiving element 30 outputs a current according to the amount of light received. This current is input to a transimpedance amplifier 66 via a switch matrix 65. The current output from the light receiving element 30 is converted into a voltage signal by the transimpedance amplifier 66 and input to the AD converter 67. The voltage signal is converted into a digital signal by the AD converter 67 and input to the arithmetic unit 68 via the interface unit 64 .
  • the calculation unit 68 causes the two light emitting elements 21 and 22 to emit light at different timings, and calculates the amount of light received by the light receiving element 30 when one light emitting element 21 emits light, and the amount of light received by the light receiving element 30 when the other light emitting element 22 emits light. The amount of light received by the light receiving element 30 is acquired. The calculation unit 68 calculates the ratio of the two amounts of received light, and determines the amount of deformation of the elastic support member 10 based on the ratio of the amounts of received light.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the light emitting elements 21 and 22, the light receiving element 30, and the reflector 40.
  • the light emitting elements 21, 22 and the light receiving element 30 are shown by respective representative points.
  • the intersection of the straight line passing through the representative point of the light receiving element 30 and perpendicular to the first plane 51 and the reflective surface of the reflector 40 is referred to as the representative point of the reflector 40.
  • the reflector 40 is shown at its representative point.
  • representative points of the light emitting elements 21 and 22, the light receiving element 30, and the reflector 40 may be simply referred to as the light emitting elements 21 and 22, the light receiving element 30, and the reflector 40, respectively.
  • the distance from one light emitting element 21 to the light receiving element 30 is marked as a, and the distance from the other light emitting element 22 to the light receiving element 30 is marked as b.
  • the distance from the light receiving element 30 to the reflector 40 is marked as x.
  • the distance from one light emitting element 21 to the reflector 40 is marked as P a
  • the distance from the other light emitting element 22 to the reflector 40 is marked as P b
  • the luminous intensities of the light emitting elements 21 and 22 are denoted as G 1 and G 2 , respectively.
  • the reflectance of the reflector 40 is denoted as ⁇ .
  • the angle between the line segment connecting one light emitting element 21 and the reflector 40 and the line segment connecting the reflector 40 and the light receiving element 30 is denoted as ⁇ 1
  • the angle between the other light emitting element 22 and the reflector 40 is denoted as ⁇ 1.
  • the angle formed by the connecting line segment and the line segment connecting the reflector 40 and the light receiving element 30 is denoted as ⁇ 2 .
  • the distances P a and P b are expressed by the following formulas.
  • the ratio of the amount of received light L2 to the amount of received light L1 is expressed by the following formula.
  • the calculation unit 68 calculates the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light, and determines the distance x from the calculated value of the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light. Furthermore, the calculation unit 68 calculates the amount of deformation of the elastic support member 10 (FIG. 1B) in the x direction (direction perpendicular to the first plane 51) from the distance x. For example, the distance x when no load is applied to the elastic support member 10 is set as a reference value, and the amount of displacement of the distance x from the reference value can be defined as the amount of deformation of the elastic support member 10.
  • FIG. 4A is a graph showing a simulation result of the relationship between the amount of displacement of the reflector 40 in the x direction and the amounts of received light L 1 and L 2 .
  • the x direction is the normal direction of the first plane 51.
  • the horizontal axis represents the amount of displacement in the x direction in units [mm], and the vertical axis represents the amount of received light in arbitrary units.
  • the amount of displacement in the x direction when no force is applied to the elastic support member 10 is set to zero.
  • a simulation was performed for a case where the top plate portion 10B (FIG. 1B) of the elastic support member 10 is displaced in a direction toward the substrate 50 (that is, when the amount of displacement in the x direction is negative).
  • Circle symbols and triangular symbols in the graph shown in FIG. 4A represent the amounts of light received L 1 and L 2 when the light emitting elements 21 and 22 emit light, respectively.
  • the amounts of received light L 1 and L 2 increase.
  • the distance a from the light emitting element 21 to the light receiving element 30 is shorter than the distance b from the light emitting element 22 to the light receiving element 30, the amount of received light L1 is greater than the amount of received light L2 .
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the amount of displacement of the reflector 40 in the x direction and the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light.
  • the horizontal axis represents the amount of displacement of the distance x in units of [mm], and the vertical axis represents the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light.
  • the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light decreases.
  • the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light By conducting an evaluation experiment in advance to calculate the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light by changing the amount of displacement in the x direction, the ratio L 2 /L 1 of the amount of displacement in the x direction and the amount of received light shown in FIG. 4B can be calculated. You can ask for a relationship. This relationship information is stored in the calculation unit 68 (FIG. 2). The calculation unit 68 calculates the displacement in the x direction based on pre-stored relationship information between the amount of displacement in the x direction and the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light, and the calculated value of the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light. The amount of displacement can be found.
  • the luminous intensities G 1 and G 2 of the two light emitting elements 21 and 22 are made equal, but they do not necessarily have to be made equal.
  • the relationship between the drive current and luminous intensity of the light emitting elements 21 and 22 is known in advance, it is not necessary to drive the light emitting elements 21 and 22 with the same drive current.
  • the luminous intensity at an actual drive current may be converted into the luminous intensity at a predetermined drive current.
  • the excellent effects of the first embodiment will be explained. If the temperature characteristics of the luminous intensities G 1 and G 2 of the light emitting elements 21 and 22 (the slope of the luminous intensity change with respect to temperature change) are the same, the luminous intensity ratio G 1 /G 2 of the light emitting elements 21 and 22 does not depend on the temperature. becomes constant. Therefore, the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light shown in equation (3) does not depend on the temperature, but only on the distance x. In the first embodiment, since the amount of deformation of the elastic support member 10 is calculated based on the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light, the elastic support member 10 is The amount of deformation can be measured with high precision.
  • the area of the reflective surface of the reflector 40 is too small, the intensity of the light that is diffusely reflected by the reflector 40 and enters the light receiving element 30 will decrease, making stable measurement difficult.
  • the area of the reflective surface of the reflector 40 is 0.5 times or more the area of the light receiving surface of the light receiving element 30.
  • the area of the reflector 40 becomes too large and the reflective surface of the reflector 40 is inclined with respect to the normal direction of the first plane 51, the amount of light received will be greatly affected by the inclination.
  • the area of the reflective surface of the reflector 40 be three times or less the area of the light-receiving surface of the light-receiving element 30.
  • the temperature characteristics of the luminous intensity of the two light emitting elements 21 and 22 are the same, that is, the slope of the luminous intensity change with respect to temperature change is the same, but the temperature of the luminous intensity of the two light emitting elements 21 and 22 is the same.
  • the characteristics do not necessarily have to be the same.
  • the two light emitting elements 21 and 22 may have a configuration in which the temperature characteristics of the luminous intensity exhibit the same tendency.
  • the two light emitting elements 21 and 22 may have a configuration in which the slopes of luminous intensity changes with respect to temperature changes are not the same, but are both positive or negative. In this case, an excellent effect can be obtained in that the measurement result of the amount of deformation of the elastic support member 10 is less susceptible to temperature changes than when one light emitting element is used.
  • the amount of deformation of the elastic support member 10 that is, the amount of displacement of the reflector 40 (FIG. 3) in the x direction was determined from the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light.
  • the force applied to the top plate portion 10B (FIG. 1B) of the elastic support member 10 may be determined from the amount of displacement in the direction.
  • the calculation unit 68 (FIG. 2) stores relationship information representing the relationship between the amount of deformation of the elastic support member 10 and the magnitude of external force applied to the elastic support member 10. After calculating the amount of deformation of the elastic support member 10, the calculation unit 68 determines the magnitude of the external force applied to the elastic support member based on the calculated amount of deformation and related information.
  • the calculation unit 68 stores information on the relationship between the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light and the magnitude of the external force applied to the elastic support member 10, and calculates the calculated value of the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light.
  • the magnitude of the external force may be directly determined from . In this manner, the calculation unit 68 may obtain a physical quantity that depends on the amount of deformation of the elastic support member 10.
  • the top plate portion 10B of the elastic support member 10 may be configured to vibrate due to sound waves.
  • the reflector 40 is displaced in the x direction by the sound waves. This allows the optical sensor according to the first embodiment to function as a microphone.
  • two light emitting elements 21, 22 and one light receiving element 30 are arranged on the first plane 51 of the substrate 50, but the light emitting elements 21, 22 and one light receiving element 30 are supported. Therefore, it is not necessary to use the substrate 50 having the first plane 51 as one surface.
  • a fixing member that arranges and fixes the light emitting elements 21 and 22 and one light receiving element 30 on the virtual first plane 51 may be used.
  • the space 15 (FIG. 1B) surrounded by the substrate 50 and the elastic support member 10 is hollow, and within the space 15 there is a It may be filled with a flexible elastic material that is substantially transparent and deforms in response to external forces, such as transparent silicone rubber.
  • the representative points of the two light emitting elements 21 and 22 and the representative point of the light receiving element 30 are arranged on one straight line; It is not necessary to place it on a straight line. It is sufficient that the distance a from one light emitting element 21 to the light receiving element 30 is different from the distance b from the other light emitting element 22 to the light receiving element 30.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical sensor according to the second embodiment.
  • the elastic support member 10 includes a side wall portion 10A and a top plate portion 10B made of an elastic material.
  • the side wall portion 10A and the top plate portion 10B are formed of a hard material, such as black resin or metal whose surface is painted black.
  • the side wall portion 10A has a double structure of a cylindrical outer wall and an inner wall. When the first plane 51 is viewed in plan, the space between the outer wall and the inner wall has a shape along the circumference.
  • An elastic member 10C such as a coil spring is loaded between the outer wall and the inner wall.
  • a convex portion 10D is provided on the top plate portion 10B to be inserted into the space between the outer wall and the inner wall of the side wall portion 10A.
  • the convex portion 10D has a shape along the circumference.
  • the top plate portion 10B is supported by the substrate 50 via the convex portion 10D and the elastic member 10C so as to be displaceable in the normal direction of the first plane 51.
  • the elastic member 10C When force is applied to the top plate portion 10B, the elastic member 10C is elastically deformed, thereby causing the top plate portion 10B and the reflector 40 attached to the top plate portion 10B to be displaced in the normal direction of the first plane 51.
  • the excellent effects of the second embodiment will be explained.
  • the second embodiment as in the first embodiment, since two light emitting elements 21 and 22 are arranged, the influence of temperature changes of the light emitting elements 21 and 22 is eliminated, and the amount of deformation of the elastic support member 10 is reduced. can be measured with high precision.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical sensor according to the third embodiment.
  • an incident restriction structure 27 is further arranged.
  • the incidence limiting structure 27 includes a condenser lens 27B that condenses light incident on the light receiving element 30, and a support member 27A that supports the condenser lens 27B.
  • the condensing lens 27B condenses the light that has been diffusely reflected on a part of the reflective surface of the reflector 40 onto the light receiving surface of the light receiving element 30.
  • the light that has been diffusely reflected on other areas of the reflective surface of the reflector 40 is restricted by the incidence limiting structure 27 so that it does not enter the light receiving surface of the light receiving element 30 .
  • the region of the reflective surface of the reflector 40 that produces diffusely reflected light that is incident on the light receiving surface of the light receiving element 30 is limited to a part, the inclination of the reflective surface of the reflector 40 is limited. The impact can be reduced. Furthermore, even if the reflector 40 is displaced in a direction parallel to the first plane 51, if the region that produces diffusely reflected light incident on the light receiving surface of the light receiving element 30 is within the reflective surface after the displacement, The amount of light received by the light receiving element 30 hardly changes. Therefore, the displacement of the reflector 40 in the direction parallel to the first plane 51 can be absorbed, and the amount of deformation of the elastic support member 10 can be measured with high precision.
  • the light that enters the light receiving surface of the light receiving element 30 is limited by the condenser lens 27B, but other structures may be used as the incident limiting structure 27.
  • an optical filter also called a louver
  • a package that limits the viewing angle may be used.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the optical sensor according to the fourth example.
  • the optical sensor according to the first embodiment includes two light emitting elements 21, 22.
  • the optical sensor according to the fourth embodiment includes two sub light emitting elements 21S and 22S in addition to the two light emitting elements 21 and 22.
  • One light emitting element 21 and one sub light emitting element 21S form a pair, and the other light emitting element 22 and the other sub light emitting element 22S form a pair.
  • the two sub light emitting elements 21S and 22S are also arranged on the first plane 51 similarly to the light emitting elements 21 and 22.
  • FIG. 7B is a diagram showing the planar positional relationship of the light emitting elements 21 and 22, the sub light emitting elements 21S and 22S, and the light receiving element 30 of the optical sensor according to the fourth embodiment.
  • the representative point of the light-emitting element 21 and the representative point of the sub-light emitting element 21S, which form a pair with each other, and the representative point of the light-emitting element 22 and the representative point of the sub-light emitting element 22S are symmetrical with respect to the representative point of the light-receiving element 30. It is located in That is, the distance from the sub light emitting element 21S to the light receiving element 30 is equal to the distance a from the light emitting element 21 to the light receiving element 30. Similarly, the distance from the sub light emitting element 22S to the light receiving element 30 is equal to the distance b from the light emitting element 22 to the light receiving element 30.
  • the representative points of the two light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30 are arranged side by side on one straight line.
  • Two sub-light emitting elements 21S and 22S are also arranged on this straight line.
  • the light emitting element 21 and the sub-light emitting element 21S that form a pair are caused to emit light at the same time, and the amount of light received by the light receiving element 30 is measured. Thereafter, the light emitting element 22 and the sub light emitting element 22S that form a pair are caused to emit light simultaneously, and the amount of light received by the light receiving element 30 is measured.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship among the light emitting elements 21 and 22, the sub light emitting elements 21S and 22S, the light receiving element 30, and the reflector 40 of the optical sensor according to the fourth embodiment.
  • the light emitting elements 21 and 22, the sub light emitting elements 21S and 22S, the light receiving element 30, and the reflector 40 are shown by respective representative points.
  • the reflective surface of the reflector 40 is parallel to the first plane 51, but in the following explanation, the reflective surface of the reflector 40 is parallel to the first plane 51. A case in which it is inclined with respect to is explained.
  • the inclination angle of the reflective surface of the reflector 40 is denoted as ⁇ .
  • the reflective surface of the reflector 40 may be tilted due to the manufacturing process of the optical sensor, the application of a local load to the elastic support member 10, or the like.
  • the reflective surface of the reflector 40 is assumed to be inclined in the direction of a straight line passing through the representative points of the light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30.
  • the representative points of the light emitting elements 21 and 22, the sub light emitting elements 21S and 22S, the light receiving element 30, and the reflector 40 will be simply referred to as the light emitting elements 21 and 22, the light receiving element 30, and the light receiving element 30, respectively. and a reflector 40 in some cases.
  • the meanings of distances a, b, x, P a , P b and angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are the same as the meanings of these variables shown in FIG. 3 .
  • the luminous intensity of the sub light emitting element 21S is equal to the luminous intensity G1 of the light emitting element 21, and the luminous intensity of the sub light emitting element 22S is equal to the luminous intensity G2 of the light emitting element 22.
  • the amount of light received L1 when the light emitting element 21 and the sub light emitting element 21S emit light is described by the following formula.
  • the amount of light received L2 when the light emitting element 22 and the sub light emitting element 22S emit light is described by the following formula.
  • the ratio of the amount of received light L2 to the amount of received light L1 is expressed by the following formula. Also in the fourth embodiment, the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light is expressed by the same equation as equation (3) of the first embodiment.
  • the fourth embodiment when measuring the amount of deformation of the elastic support member 10, an excellent effect can be obtained in that it is hardly affected by temperature changes of the light emitting elements 21 and 22. Furthermore, as shown in equation (6), the ratio of the amount of received light L 2 /L 1 does not depend on the inclination angle ⁇ of the reflective surface of the reflector 40. Therefore, even if the reflector 40 is inclined with respect to the first plane 51, the amount of deformation of the elastic support member 10 can be measured with high accuracy.
  • FIG. 9A is a diagram showing a planar positional relationship among a plurality of light emitting elements 21 and 22, a plurality of sub light emitting elements 21S and 22S, and a light receiving element 30 of an optical sensor according to a modification of the fourth embodiment.
  • the respective representative points of the two light emitting elements 21 and 22, the two sub light emitting elements 21S and 22S, and the light receiving element 30 are arranged on one straight line.
  • the representative points of the light emitting elements 21, 22 and the light receiving element 30 do not have to be arranged on one straight line.
  • FIG. 9B shows a planar view of a plurality of light emitting elements 21, 22, 23, 24, a plurality of sub light emitting elements 21S, 22S, 23S, 24S, and a light receiving element 30 of an optical sensor according to another modification of the fourth embodiment. It is a figure showing a positional relationship.
  • the number of light emitting elements may be four. Note that the number of light emitting elements may be three, or five or more.
  • the light emitting element and the sub light emitting element may be arranged such that a plurality of straight lines passing through the representative points of the light emitting element and the sub light emitting element forming a pair intersect with each other at the representative point of the light receiving element 30. With this arrangement, even if the reflective surface of the reflector 40 (FIG. 7A) is tilted in various directions, the influence of the tilt can be reduced.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical sensor according to the fifth embodiment.
  • the area of the reflective surface of the reflector 40 is approximately 0.5 to 3 times the area of the light receiving surface of the light receiving element 30.
  • the top plate portion 10B of the elastic support member 10 is composed of a reflector 40, and almost the entire surface of the top plate portion 10B facing the substrate 50 is a reflective surface. That is, when the first plane 51 is viewed in plan, the two light emitting elements 21 and 22 and the light receiving element 30 are arranged at positions included in the reflector 40.
  • the side wall portion 10A is formed of a black elastic member, such as black silicone rubber.
  • the light output from one of the light emitting elements 21 is diffusely reflected at an arbitrary point Q1 on the reflective surface of the reflector 40, and a part of the light is incident on the light receiving element 30.
  • the light output from the other light emitting element 22 is diffusely reflected at an arbitrary point Q2 on the reflective surface of the reflector 40, and a portion of the light is incident on the light receiving element 30.
  • the calculation unit 68 calculates the amount of deformation of the elastic support member 10 (the amount of displacement of the top plate portion 10B) from the change in the amount of received light.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the positional relationship between the light emitting elements 21 and 22, the light receiving element 30, and the reflector 40.
  • the light emitting elements 21, 22 and the light receiving element 30 are shown by respective representative points.
  • the light is output from the light emitting element 21 and is diffusely reflected at an arbitrary point Q1 on the reflective surface of the reflector 40, and a part of it is incident on the light receiving element 30.
  • the distance from the light emitting element 21 to the point Q1 is marked as PLa
  • the distance from the point Q1 to the light receiving element 30 is marked as PDa .
  • the incident angle of light that enters point Q 1 from light emitting element 21 is marked as ⁇ L1
  • the reflection angle of light that is reflected at point Q 1 and enters light receiving element 30 is marked as ⁇ D1 .
  • the light is output from the light emitting element 22 and is diffusely reflected at an arbitrary point Q2 on the reflective surface of the reflector 40, and a part of it is incident on the light receiving element 30.
  • the distance from the light emitting element 22 to the point Q 2 is marked as P Lb
  • the distance from the point Q 2 to the light receiving element 30 is marked as P Db .
  • the incident angle of light that enters point Q 2 from light emitting element 22 is marked as ⁇ L2
  • the reflection angle of light that is reflected at point Q 2 and enters light receiving element 30 is marked as ⁇ D2 .
  • cos N represents the angular characteristic of the luminous intensity of the light emitting element 21.
  • cos N indicating the angular characteristic is just an example, and the angular characteristic does not necessarily have to be a cosine distribution, and the angular characteristic may be expressed by an arbitrary function.
  • the amount of light LQ1 reaching the light receiving element 30 from the point Q1 is expressed by the following formula.
  • cos M indicates the angular characteristic of the amount of light received by the light receiving element 30.
  • cos M indicating the angular characteristic is just an example, and the angular characteristic does not necessarily have to be a cosine distribution, and the angular characteristic may be expressed by an arbitrary function.
  • the amount of light LQ2 output from the light emitting element 22, reflected at point Q2 , and incident on the light receiving element 30 is expressed by the following equation.
  • the amount of light L 1 output from the light emitting element 21, diffusely reflected by the reflector 40, and received by the light receiving element 30 is output from the light emitting element 22, diffusely reflected by the reflector 40, and received by the light receiving element 30.
  • the amount of received light L2 is expressed by the following formula.
  • the ⁇ symbol of the numerator on the right side of the first equation of equation (10) means that the sum is calculated over the entire reflective surface of the reflector 40 for the point Q1
  • the ⁇ symbol of the second equation is: This means calculating the sum over the entire reflective surface of the reflector 40 with respect to point Q2 .
  • the ratio L 2 /L 1 of the amount of received light is expressed by the following formula.
  • the excellent effects of the fifth embodiment will be explained.
  • the fifth embodiment as in the first embodiment, since two light emitting elements 21 and 22 are arranged, the influence of temperature changes of the light emitting elements 21 and 22 is eliminated, and the amount of deformation of the elastic support member 10 is reduced. can be measured with high precision.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical sensor according to the sixth embodiment.
  • the first embodiment FIG. 1B
  • two light emitting elements 21 and 22 and one light receiving element 30 are arranged on a first plane 51.
  • the light emitting element 20 is arranged in the place where the light receiving element 30 is arranged in the first embodiment, and in the place where the two light emitting elements 21 and 22 are arranged, Light receiving elements 31 and 32 are arranged respectively.
  • the temperature dependence of the sensitivity of the two light receiving elements 31 and 32 is the same.
  • the slopes of the sensitivity changes of the two light receiving elements 31 and 32 with respect to temperature changes are the same.
  • the two light-receiving elements 31 and 32 may have the same tendency of sensitivity change with respect to temperature change.
  • the slopes of sensitivity changes with respect to temperature changes of the two light receiving elements 31 and 32 may both be positive or both negative. It is preferable to use products with the same model number as the two light receiving elements 31 and 32. Further, it is preferable to use the two light receiving elements 31 and 32 from the same lot, and more preferably to use the two light receiving elements manufactured from the same wafer.
  • FIG. 13 is a block diagram of the processing section 60 of the optical sensor according to the sixth embodiment.
  • the first embodiment FIG. 2
  • two light emitting elements 21 and 22 are connected to one switch matrix 62
  • one light receiving element 30 is connected to the other switch matrix 65.
  • one light emitting element 20 is connected to one switch matrix 62
  • two light receiving elements 31 and 32 are connected to the other switch matrix 65.
  • the calculation unit 68 calculates the ratio L 2 /L 1 of the amount L 2 of light received by the other light receiving element 32 to the amount L 1 of light received by one light receiving element 31 when the light emitting element 21 emits light. Then, the amount of deformation of the elastic support member 10 is calculated based on the calculation result.
  • the excellent effects of the sixth embodiment will be explained.
  • the ratio L 2 /L 1 of the amount of light received by the two light receiving elements 31 and 32 hardly changes. Therefore, the amount of deformation of the elastic support member 10 can be measured with high precision by eliminating the influence of temperature changes of the light emitting element 20.
  • the elastic support member 10 may include an elastic member such as a coil spring, as in the second embodiment shown in FIG. Further, a configuration similar to the third embodiment shown in FIGS. 7A and 7B may be adopted. That is, a sub-light receiving element that pairs with one of the light-receiving elements 31 and a sub-light-receiving element that pairs with the other light-receiving element 32 may be arranged. Furthermore, the number of light receiving elements may be three or more. Further, as in the fifth embodiment shown in FIG. 10, the entire top plate portion 10B may be composed of a reflector 40.

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Abstract

２つの発光素子から出力される光の光度の温度依存性が同一の傾向を示す。反射体が、発光素子から出力された光を拡散反射し、反射光の一部が受光素子に入射するように配置されている。弾性支持部材が、２つの発光素子及び受光素子に対して射体を支持し、外力によって変形することにより、発光素子及び受光素子に対する反射体の相対位置を変化させる。処理部が、２つの発光素子を別々に発光させたときに受光素子で受光される２つの受光量の比に基づいて、弾性支持部材の変形量に依存する物理量を計算する。２つの発光素子と受光素子との相対位置は固定されており、一方の発光素子から受光素子までの距離と、他方の発光素子から受光素子までの距離が異なっている。

Description

光学センサ
　本発明は、光学センサに関する。
　力または変形を光学的に検出する力分布測定用の光学センサが公知である（特許文献１）。特許文献１に開示された光学センサは、１つ以上の発光源、発光源から放出された光に反応する受光検出器、及び光学キャビティを備えた変形可能な光学機械層を含む。光学機械層の変形に応じて光学キャビティの光反応特性が変化し、この変化が受光検出器の受光量の変化として検出される。
特表２０１０－５３９４７４号公報
　周囲温度の変化等により、発光源（発光素子）の光度が変化した場合、受光検出器（受光素子）の受光量から光学機械層の変形や光学機械層に作用している力の計算値の精度が低下してしまう。本発明の目的は、周囲温度の変化の影響を受けにくい光学センサを提供することである。
　本発明の一観点によると、
　出力される光の光度の温度依存性が同一の傾向を示す２つの発光素子と、
　受光素子と、
　前記発光素子から出力された光を拡散反射し、反射光の一部が前記受光素子に入射するように配置された反射体と、
　２つの前記発光素子及び前記受光素子に対して前記反射体を支持し、外力によって変形することにより、前記発光素子及び前記受光素子に対する前記反射体の相対位置を変化させる弾性支持部材と、
　２つの前記発光素子を別々に発光させたときに前記受光素子で受光される２つの受光量の比に基づいて、前記弾性支持部材の変形量に依存する物理量を計算する処理部と
を備え、
　２つの前記発光素子と前記受光素子との相対位置は固定されており、一方の前記発光素子から前記受光素子までの距離と、他方の前記発光素子から前記受光素子までの距離とが異なっている光学センサが提供される。
　本発明の他の観点によると、
　発光素子と、
　感度の温度依存性が同一の傾向を示す２つの受光素子と、
　前記発光素子から出力された光を反射し、反射光の一部が２つの前記受光素子に入射するように配置された反射体と、
　前記発光素子及び前記受光素子に対して前記反射体を支持し、外力によって変形することにより、前記発光素子及び前記受光素子に対する前記反射体の相対位置を変化させる弾性支持部材と、
　前記発光素子から出力され、前記反射体で反射した光を２つの前記受光素子で受光したときの受光量の比に基づいて、前記弾性支持部材の変形量に依存する物理量を計算する処理部と
を備え、
　前記発光素子と２つの前記受光素子との相対位置は固定されており、一方の前記受光素子から前記発光素子までの距離と、他方の前記受光素子から前記発光素子までの距離とが異なっている光学センサが提供される。
　２つの発光素子のそれぞれを発光させたときの受光量の比を求めることにより、発光素子の光度の温度依存性の影響を低減することができる。また、発光素子から出力された光を２つの受光素子で受光し、受光量の比を求めることにより、発光素子の光度の温度依存性の影響を低減することができる。これにより、弾性支持部材の変形量に依存する物理量の測定精度を高めることができる。
図１Ａは、第１実施例による光学センサの斜視図であり、図１Ｂは、第１実施例による光学センサの断面図であり、図１Ｃは、第１平面を平面視したときの発光素子及び受光素子の位置関係を示す図である。 図２は、第１実施例による光学センサの処理部のブロック図である。 図３は、発光素子、受光素子、及び反射体の位置関係を示す模式図である。 図４Ａは、距離ｘの変位量と、受光量Ｌ１、Ｌ２との関係のシミュレーション結果を示すグラフであり、図４Ｂは、距離ｘの変位量と受光量の比Ｌ２／Ｌ１との関係を示すグラフである。 図５は、第２実施例による光学センサの断面図である。 図６は、第３実施例による光学センサの断面図である。 図７Ａは、第４実施例による光学センサの断面図であり、図７Ｂは、第４実施例による光学センサの発光素子及び副発光素子の平面的な位置関係を示す図である。 図８は、第４実施例による光学センサの発光素子、副発光素子、受光素子、及び反射体の位置関係を示す模式図である。 図９Ａは、第４実施例の変形例による光学センサの複数の発光素子、複数の副発光素子、及び受光素子の平面的な位置関係を示す図であり、図９Ｂは、第４実施例の他の変形例による光学センサの複数の発光素子、複数の副発光素子、及び受光素子の平面的な位置関係を示す図である。 図１０は、第５実施例による光学センサの断面図である。 図１１は、第５実施例による光学センサの発光素子、受光素子、及び反射体の位置関係を示す模式図である。 図１２は、第６実施例による光学センサの断面図である。 図１３は、第６実施例による光学センサの処理部のブロック図である。
　［第１実施例］
　図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して第１実施例による光学センサについて説明する。
　図１Ａは、第１実施例による光学センサの斜視図である。第１実施例による光学センサは、基板５０と、弾性支持部材１０とを含む。基板５０の一方の面に弾性支持部材１０が取り付けられている。弾性支持部材１０の外形は、例えば円柱状であり、弾性支持部材１０と基板５０とによって、空洞が形成されている。弾性支持部材１０には、弾性材料、例えば黒色のシリコーンゴムが用いられる。基板５０の表面に垂直な方向の外力が弾性支持部材１０に印加されると、弾性支持部材１０が弾性変形し、その高さが変化する。
　図１Ｂは、第１実施例による光学センサの断面図である。基板５０の一方の面に、弾性支持部材１０が取り付けられている。弾性支持部材１０は、側壁部１０Ａ及び天板部１０Ｂを含む。側壁部１０Ａは、例えば円筒状の形状を有し、その一方の端部が基板５０に固定されており、側壁部１０Ａの他方の端部が天板部１０Ｂで塞がれている。すなわち、弾性支持部材１０は、基板５０に向かって開口した有底円筒形状を有し、有底円筒形状の開口部が基板５０によって塞がれている。基板５０と弾性支持部材１０とによって、空洞とされた空間１５が形成される。
　空間１５に露出した基板５０の表面に、２つの発光素子２１、２２、及び１つの受光素子３０が配置されている。２つの発光素子２１、２２、及び受光素子３０が配置された面を第１平面５１ということとする。発光素子２１、２２には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。なお、ＬＥＤに代えてその他の固体発光素子、例えば垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等を用いてもよい。
　天板部１０Ｂの受光素子３０に対向する位置に、反射体４０が取り付けられている。弾性支持部材１０に力が加わって弾性支持部材１０が変形すると、発光素子２１、２２及び受光素子３０に対する反射体４０の相対位置が変化する。例えば、第１平面５１から反射体４０までの高さが変化する。
　反射体４０は、発光素子２１、２２から出力された光の大部分を拡散反射させる。すなわち、発光素子２１、２２から出力され、反射体４０で拡散反射した光の強度は、観測方向に依存せず、あらゆる方向にほぼ均一の強度で観測される。弾性支持部材１０の内側の表面は黒色であり、発光素子２１、２２から出力された光をほとんど反射しない。
　発光素子２１、２２から放射される光の光度は、反射体４０の方向を含む広い範囲にわたってほぼ等しい。例えば、発光素子２１、２２から出力されて反射体４０に向かう光の光度は、反射面内においてほぼ均一である。また、弾性支持部材１０が変形して反射体４０の位置が一定の範囲内で変化しても、反射面内において光度がほぼ均一であるという条件が満たされる。
　発光素子２１、２２として、光度の温度依存性がほぼ同一のものが用いられる。例えば、発光素子２１、２２の、温度変化に対する光度の変化の傾きがほぼ等しい。例えば、発光素子２１、２２として、同一型番の製品を用いることが好ましい。さらに、同一ロットのものを用いることが好ましく、同一ウエハ上に形成されたものを用いることがより好ましい。
　処理部６０が発光素子２１、２２の発光の制御を行う。受光素子３０の出力信号が処理部６０に入力される。処理部６０の構成及び機能については、図２を参照して後述する。
　図１Ｃは、第１平面５１を平面視したときの発光素子２１、２２、及び受光素子３０の位置関係を示す図である。図１Ｃの一点鎖線１Ｂ－１Ｂにおける断面図が図１Ｂに相当する。反射体４０は、受光素子３０を通過し、かつ第１平面５１に垂直な直線上に配置されている。「受光素子３０を通過する」とは、受光素子３０の受光面の幾何中心を通過することを意味する。
　一方の発光素子２１から受光素子３０までの距離をａと標記し、他方の発光素子２２から受光素子３０までの距離をｂと標記する。ここで、距離の起算点は、発光素子２１、２２においては、平面視における発光領域の幾何中心とし、受光素子３０においては受光面の幾何中心とする。本明細書において、発光素子２１、２２のそれぞれの発光領域の幾何中心を、発光素子２１、２２の代表点といい、受光面の幾何中心を受光素子３０の代表点ということとする。
　発光素子２１、２２の代表点、及び受光素子３０の代表点は、１本の直線上に配置されており、発光素子２１と発光素子２２との間に受光素子３０が配置されている。また、距離ａと距離ｂとは異なる。すなわち、発光素子２１、２２の代表点は、受光素子３０の代表点に関して点対称の位置からずれた位置に配置されている。
　図２は、第１実施例による光学センサの処理部６０のブロック図である。２つの発光素子２１、２２のアノードが、それぞれ電源６１に接続されており、カソードが、スイッチマトリクス６２を介して発光素子ドライバ６３に接続されている。演算部６８が、インタフェース部６４を介して発光素子ドライバ６３及びスイッチマトリクス６２を制御する。スイッチマトリクス６２によって発光素子２１、２２の一方を選択すると、選択された発光素子が発光する。
　受光素子３０が受光量に応じた電流を出力する。この電流が、スイッチマトリクス６５を介してトランスインピーダンスアンプ６６に入力される。受光素子３０から出力された電流がトランスインピーダンスアンプ６６で電圧信号に変換され、ＡＤコンバータ６７に入力される。電圧信号がＡＤコンバータ６７でデジタル信号に変換され、インタフェース部６４を介して演算部６８に入力される。
　演算部６８は、２つの発光素子２１、２２を、タイミングをずらして発光させ、一方の発光素子２１を発光させたときの受光素子３０による受光量、及び他方の発光素子２２を発光させたときの受光素子３０による受光量を取得する。演算部６８は、２つの受光量の比を計算し、受光量の比に基づいて、弾性支持部材１０の変形量を求める。
　次に、弾性支持部材１０の変形量を求める方法について図３を参照して具体的に説明する。
　図３は、発光素子２１、２２、受光素子３０、及び反射体４０の位置関係を示す模式図である。図３においては、発光素子２１、２２、及び受光素子３０を、それぞれの代表点で示している。受光素子３０の代表点を通過し、第１平面５１に対して垂直な直線と、反射体４０の反射面との交点を、反射体４０の代表点ということとする。図３においては、反射体４０を、その代表点で示している。図３を参照した以下の説明において、発光素子２１、２２、受光素子３０、及び反射体４０の代表点を、それぞれ単に発光素子２１、２２、受光素子３０、及び反射体４０という場合がある。
　図１Ｃを参照して説明したように、一方の発光素子２１から受光素子３０までの距離をａと標記し、他方の発光素子２２から受光素子３０までの距離をｂと標記する。受光素子３０から反射体４０までの距離をｘと標記する。弾性支持部材１０の天板部１０Ｂ（図１Ｂ）に力が加わると、弾性支持部材１０が弾性変形し、距離ｘが短くなる。
　一方の発光素子２１から反射体４０までの距離をＰａと標記し、他方の発光素子２２から反射体４０までの距離をＰｂと標記する。発光素子２１、２２の光度を、それぞれＧ１、Ｇ２と標記する。反射体４０の反射率をαと標記する。一方の発光素子２１と反射体４０とを結ぶ線分と、反射体４０と受光素子３０とを結ぶ線分とのなす角度をθ１と標記し、他方の発光素子２２と反射体４０とを結ぶ線分と、反射体４０と受光素子３０とを結ぶ線分とのなす角度をθ２と標記する。
　距離Ｐａ、Ｐｂは、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　発光素子２１、２２をそれぞれ発光させたときの受光素子３０による受光量Ｌ１、Ｌ２は、以下の式で記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　受光量Ｌ１に対する受光量Ｌ２の比は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　発光素子２１、２２の光度Ｇ１、Ｇ２が温度依存性を有している場合でも、温度変化に対する光度の変化の傾きが同一であれば、式（３）の右辺のＧ２／Ｇ１は温度に依存せず、温度が変化しても一定である。また、式（３）の右辺の距離ａ、ｂも一定である。したがって、受光量の比Ｌ２／Ｌ１は、距離ｘのみに依存する。
　演算部６８（図２）は、受光量の比Ｌ２／Ｌ１を計算し、受光量の比Ｌ２／Ｌ１の計算値から、距離ｘを求める。さらに、演算部６８は、距離ｘから、弾性支持部材１０（図１Ｂ）のｘ方向（第１平面５１に対して垂直な方向）の変形量を求める。例えば、弾性支持部材１０に荷重がかかっていないときの距離ｘを基準値として、距離ｘの基準値からの変位量を、弾性支持部材１０の変形量と定義することができる。
　図４Ａは、反射体４０のｘ方向の変位量と、受光量Ｌ１、Ｌ２との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。ここで、ｘ方向は、第１平面５１の法線方向である。横軸はｘ方向の変位量を単位［ｍｍ］で表し、縦軸は受光量を任意単位で表す。弾性支持部材１０に力が加わっていないときのｘ方向変位量を０としている。弾性支持部材１０の天板部１０Ｂ（図１Ｂ）が基板５０に近づく向きに変位する場合（すなわちｘ方向の変位量が負の場合）についてシミュレーションを行った。なお、シミュレーション条件として、発光素子２１、２２の光度Ｇ１、Ｇ２を同一とし、ａ＝１．２ｍｍ、ｂ＝１．８ｍｍ、α＝０．９８とした。また、距離ｘの基準値を１．８ｍｍとした。なお、反射体４０以外の弾性支持部材１０の反射率を０．０５とし、反射光の８０％がランバーシアン分布をしており、残りの２０％が正反射する条件を設定した。また、基板５０の表面は、光を吸収する条件とした。
　図４Ａに示したグラフ中の丸記号及び三角記号は、それぞれ発光素子２１、２２を発光させたときの受光量Ｌ１、Ｌ２を表す。天板部１０Ｂが基板５０に近づくにしたがって（ｘ方向変位量の絶対値が大きくなるにしたがって）、受光量Ｌ１、Ｌ２が大きくなっている。また、発光素子２１から受光素子３０までの距離ａが、発光素子２２から受光素子３０までの距離ｂより短いため、受光量Ｌ１が受光量Ｌ２より大きい。
　図４Ｂは、反射体４０のｘ方向の変位量と受光量の比Ｌ２／Ｌ１との関係を示すグラフである。横軸は距離ｘの変位量を単位［ｍｍ］で表し、縦軸は受光量の比Ｌ２／Ｌ１を表す。天板部１０Ｂが基板５０に近づくにしたがって（ｘ方向変位量の絶対値が大きくなるにしたがって）、受光量の比Ｌ２／Ｌ１が小さくなっている。ｘ方向の変位量を変化させて受光量の比Ｌ２／Ｌ１を計算する評価実験を予め行うことにより、図４Ｂに示したｘ方向変位量と受光量の比Ｌ２／Ｌ１との関係を求めることができる。この関係情報が、演算部６８（図２）に記憶されている。演算部６８は、予め記憶されているｘ方向の変位量と受光量の比Ｌ２／Ｌ１との関係情報と、受光量の比Ｌ２／Ｌ１の計算値とに基づいて、ｘ方向の変位量を求めることができる。
　シミュレーションでは、２つの発光素子２１、２２の光度Ｇ１、Ｇ２を等しくしているが、必ずしも両者を等しくする必要はない。例えば、発光素子２１、２２の駆動電流と光度との関係が予めわかっている場合、発光素子２１、２２を同一の駆動電流で駆動する必要はない。駆動電流と光度との関係を用いて、実際の駆動電流のときの光度を、所定の駆動電流のときの光度に換算すればよい。
　次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
　発光素子２１、２２の光度Ｇ１、Ｇ２の温度特性（温度変化に対する光度変化の傾き）が同一であれば、発光素子２１、２２の光度の比Ｇ１／Ｇ２は、温度に依存せず一定になる。このため、式（３）に示した受光量の比Ｌ２／Ｌ１は、温度に依存せず、距離ｘのみに依存することになる。第１実施例では、受光量の比Ｌ２／Ｌ１に基づいて、弾性支持部材１０の変形量を計算するため、発光素子２１、２２の温度変化の影響を受けることなく、弾性支持部材１０の変形量を高精度に測定することができる。
　なお、温度変化に伴う受光素子３０の受光特性の変化は、発光素子２１、２２の光度の変化に比べて十分小さい。このため、温度変化に伴う受光素子３０の受光特性の変化は、弾性支持部材１０の変形量の測定に大きな影響を与えない。
　反射体４０の反射面の面積が小さすぎると、反射体４０で拡散反射して受光素子３０に入射する光の強度が低下し、安定した測定が困難になる。受光素子３０での十分な受光量を確保するために、反射体４０の反射面の面積を、受光素子３０の受光面の面積の０．５倍以上にすることが好ましい。
　反射体４０の面積が広くなりすぎると、第１平面５１の法線方向に対して反射体４０の反射面が傾斜した場合に、受光量が傾斜の影響を大きく受ける。反射面の傾斜の影響を低減させるために、反射体４０の反射面の面積を、受光素子３０の受光面の面積の３倍以下にすることが好ましい。
　次に、第１実施例の変形例について説明する。
　第１実施例による光学センサでは、２つの発光素子２１、２２の光度の温度特性が同一、すなわち、温度変化に対する光度変化の傾きが同一であるが、２つの発光素子２１、２２の光度の温度特性は、必ずしも同一でなくてもよい。例えば、２つの発光素子２１、２２の光度の温度特性が同一の傾向を示す構成としてもよい。例えば、２つの発光素子２１、２２の温度変化に対する光度変化の傾きが同一ではないが、共に正、または共に負である構成としてもよい。この場合、１つの発光素子を用いる場合と比べて、弾性支持部材１０の変形量の測定結果が、温度変化の影響を受けにくくなるという優れた効果が得られる。
　第１実施例では、受光量の比Ｌ２／Ｌ１から弾性支持部材１０の変形量、すなわち反射体４０（図３）のｘ方向の変位量を求めたが、さらに、反射体４０のｘ方向の変位量から、弾性支持部材１０の天板部１０Ｂ（図１Ｂ）に加わっている力を求めてもよい。例えば、演算部６８（図２）は、弾性支持部材１０の変形量と、弾性支持部材１０に加わる外力の大きさとの関係を表す関係情報を記憶している。演算部６８は、弾性支持部材１０の変形量を計算した後、計算された変形量と、関係情報とに基づいて、弾性支持部材に加わった外力の大きさを求める。なお、演算部６８は、受光量の比Ｌ２／Ｌ１と、弾性支持部材１０に加わった外力の大きさとの関係情報を記憶しておき、受光量の比Ｌ２／Ｌ１の計算値から直接外力の大きさを求めるようにしてもよい。このように、演算部６８は、弾性支持部材１０の変形量に依存する物理量を求めるようにしてもよい。
　また、弾性支持部材１０の天板部１０Ｂが音波によって振動する構成としてもよい。この構成にすると、音波によって反射体４０がｘ方向に変位する。これにより、第１実施例による光学センサがマイクとして機能するようになる。
　第１実施例では、２つの発光素子２１、２２、及び１つの受光素子３０を、基板５０の第１平面５１に配置しているが、発光素子２１、２２、及び１つの受光素子３０を支持するために、第１平面５１を１つの表面とする基板５０を用いる必要はない。例えば、発光素子２１、２２、及び１つの受光素子３０を、仮想的な第１平面５１上に配置して固定する固定部材を用いてもよい。
　第１実施例では、基板５０と弾性支持部材１０とに囲まれた空間１５（図１Ｂ）を空洞にしているが、空間１５内に、発光素子２１、２２から出力される光の波長域においてほぼ透明で、かつ外力に対して変形する柔軟な弾性材料、例えば透明なシリコーンゴム等を充填してもよい。
　第１実施例では、図１Ｃに示したように、２つの発光素子２１、２２の代表点と、受光素子３０の代表点とが、１本の直線上に配置されているが、必ずしも１本の直線上に配置する必要はない。一方の発光素子２１から受光素子３０までの距離ａと、他方の発光素子２２から受光素子３０までの距離ｂとが異なっていればよい。
　［第２実施例］
　次に、図５を参照して第２実施例による光学センサについて説明する。以下、図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例による光学センサと共通の構成については説明を省略する。
　図５は、第２実施例による光学センサの断面図である。第１実施例では、弾性支持部材１０が、弾性材料からなる側壁部１０Ａ及び天板部１０Ｂで構成されている。これに対して第２実施例では、側壁部１０Ａ及び天板部１０Ｂが硬質な材料、例えば黒色の樹脂、または表面に黒色の塗装が施された金属で形成される。側壁部１０Ａは、円筒状の外側の壁と内側の壁との二重構造になっている。第１平面５１を平面視したとき、外側の壁と内側の壁との間の空間は、円周に沿う形状を有する。外側の壁と内側の壁との間に、コイルバネ等の弾性部材１０Ｃが装填されている。
　天板部１０Ｂに、側壁部１０Ａの外側の壁と内側の壁との間の空間に挿入される凸部１０Ｄが設けられている。第１平面５１を平面視したとき、凸部１０Ｄは円周に沿う形状を有する。例えば、天板部１０Ｂは凸部１０Ｄ及び弾性部材１０Ｃを介して基板５０に、第１平面５１の法線方向に変位可能に支持されている。
　天板部１０Ｂに力が加わると、弾性部材１０Ｃが弾性変形することにより、天板部１０Ｂ及び天板部１０Ｂに取り付けられた反射体４０が、第１平面５１の法線方向に変位する。
　次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
　第２実施例においても第１実施例と同様に、２つの発光素子２１、２２を配置しているため、発光素子２１、２２の温度変化の影響を排除して、弾性支持部材１０の変形量を高精度に測定することができる。
　［第３実施例］
　次に、図６を参照して第３実施例による光学センサについて説明する。以下、図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例による光学センサと共通の構成については説明を省略する。
　図６は、第３実施例による光学センサの断面図である。第３実施例による光学センサは、第１実施例による光学センサ（図１Ｂ）の複数の構成要素に加えて、さらに入射制限構造２７が配置されている。入射制限構造２７は、受光素子３０に入射する光を集光する集光レンズ２７Ｂ、及び集光レンズ２７Ｂを支持する支持部材２７Ａを含む。集光レンズ２７Ｂは、反射体４０の反射面の一部の領域で拡散反射された光を受光素子３０の受光面に集光する。反射体４０の反射面の他の領域で拡散反射された光は、入射制限構造２７によって、受光素子３０の受光面に入射しないように制限される。
　次に、第３実施例の優れた効果について説明する。第３実施例では、反射体４０の反射面のうち、受光素子３０の受光面に入射する拡散反射光を生じさせる領域を一部に制限しているため、反射体４０の反射面の傾きの影響を低減することができる。また、反射体４０が第１平面５１に平行な方向へ変位しても、受光素子３０の受光面に入射する拡散反射光を生じさせる領域が変位後の反射面内に収まっている場合は、受光素子３０による受光量がほとんど変化しない。このため、第１平面５１に対して平行な方向への反射体４０の変位を吸収し、弾性支持部材１０の変形量を高精度に測定することができる。
　次に、第３実施例の変形例について説明する。
　第３実施例では、集光レンズ２７Ｂにより受光素子３０の受光面に入射する光を制限しているが、入射制限構造２７として、他の構造のものを用いてもよい。例えば、視野角を制限する光学フィルタ（ルーバーとも呼ばれる。）やパッケージを用いてもよい。
　［第４実施例］
　次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第４実施例による光学センサについて説明する。以下、図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例による光学センサと共通の構成については説明を省略する。
　図７Ａは、第４実施例による光学センサの断面図である。第１実施例（図１Ｂ）による光学センサは、２つの発光素子２１、２２を含んでいる。これに対して第４実施例による光学センサは、２つの発光素子２１、２２に加えて、２つの副発光素子２１Ｓ、２２Ｓを含む。一方の発光素子２１と一方の副発光素子２１Ｓとが対を構成し、他方の発光素子２２と他方の副発光素子２２Ｓとが対を構成する。２つの副発光素子２１Ｓ、２２Ｓも、発光素子２１、２２と同様に第１平面５１に配置されている。
　図７Ｂは、第４実施例による光学センサの発光素子２１、２２、副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、及び受光素子３０の平面的な位置関係を示す図である。相互に対を構成する発光素子２１の代表点と副発光素子２１Ｓの代表点、及び発光素子２２の代表点と副発光素子２２Ｓの代表点とは、受光素子３０の代表点に関して点対称の位置に配置されている。すなわち、副発光素子２１Ｓから受光素子３０までの距離は、発光素子２１から受光素子３０までの距離ａと等しい。同様に、副発光素子２２Ｓから受光素子３０までの距離は、発光素子２２から受光素子３０までの距離ｂと等しい。
　２つの発光素子２１、２２、及び受光素子３０のそれぞれの代表点が、１本の直線上に並んで配置されている。２つの副発光素子２１Ｓ、２２Ｓもこの直線上に配置されている。
　弾性支持部材１０の変形量の測定時には、相互に対をなす発光素子２１と副発光素子２１Ｓとを同時に発光させ、受光素子３０で受光量を測定する。その後、相互に対をなす発光素子２２と副発光素子２２Ｓとを同時に発光させ、受光素子３０で受光量を測定する。
　次に、弾性支持部材１０の変形量を求める方法について図８を参照して具体的に説明する。
　図８は、第４実施例による光学センサの発光素子２１、２２、副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、受光素子３０、及び反射体４０の位置関係を示す模式図である。図８においては、発光素子２１、２２、副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、受光素子３０、及び反射体４０を、それぞれの代表点で示している。
　第１実施例（図３）では、反射体４０の反射面が第１平面５１に対して平行であると仮定しているが、以下の説明では、反射体４０の反射面が第１平面５１に対して傾斜している場合について説明する。反射体４０の反射面の傾斜角をδと標記する。例えば、光学センサの製造プロセスの過程、弾性支持部材１０への局所的な荷重の印加等によって、反射体４０の反射面に傾斜が発生し得る。
　なお、反射体４０の反射面は、発光素子２１、２２、及び受光素子３０の代表点を通過する直線の方向に傾斜しているとする。なお、図８を参照した以下の説明において、発光素子２１、２２、副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、受光素子３０、及び反射体４０の代表点を、それぞれ単に発光素子２１、２２、受光素子３０、及び反射体４０という場合がある。
　距離ａ、ｂ、ｘ、Ｐａ、Ｐｂ、角度θ１、θ２の意味は、図３に示したこれらの変数の意味と同一である。副発光素子２１Ｓの光度は、発光素子２１の光度Ｇ１と等しく、副発光素子２２Ｓの光度は、発光素子２２の光度Ｇ２と等しい。
　発光素子２１及び副発光素子２１Ｓを発光させたときの受光量Ｌ１は、以下の式で記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　発光素子２２及び副発光素子２２Ｓを発光させたときの受光量Ｌ２は、以下の式で記述される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（４）及び式（５）から、受光量Ｌ１に対する受光量Ｌ２の比は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　第４実施例においても受光量の比Ｌ２／Ｌ１は、第１実施例の式（３）と同一の式で表される。
　次に、第４実施例の優れた効果について説明する。
　第４実施例においても第１実施例と同様に、弾性支持部材１０の変形量の測定に際し、発光素子２１、２２の温度変化の影響をほとんど受けないという優れた効果が得られる。さらに、式（６）に示すように、受光量の比Ｌ２／Ｌ１は、反射体４０の反射面の傾斜角δに依存しない。したがって、反射体４０が第１平面５１に対して傾斜しても、弾性支持部材１０の変形量を精度よく測定することができる。
　次に、図９Ａを参照して第４実施例の変形例による光学センサについて説明する。図９Ａは、第４実施例の変形例による光学センサの複数の発光素子２１、２２、複数の副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、及び受光素子３０の平面的な位置関係を示す図である。第４実施例（図７Ｂ）では、２つの発光素子２１、２２、２つの副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、及び受光素子３０のそれぞれの代表点が１本の直線上に並んで配置されている。これに対して図９Ａに示した変形例では、一方の発光素子２１、それと対をなす副発光素子２１Ｓ、及び受光素子３０のそれぞれの代表点を通過する直線と、他方の発光素子２２、それと対をなす副発光素子２２Ｓ、及び受光素子３０のそれぞれの代表点を通過する直線とが、ある角度で交わっている。
　図９Ａに示した変形例のように、発光素子２１、２２及び受光素子３０のそれぞれの代表点を１本の直線上に配置しなくもよい。
　次に、図９Ｂを参照して第４実施例の他の変形例による光学センサについて説明する。図９Ｂは、第４実施例の他の変形例による光学センサの複数の発光素子２１、２２、２３、２４、複数の副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓ、及び受光素子３０の平面的な位置関係を示す図である。
　図９Ｂに示した変形例では、４個の発光素子２１、２２、２３、２４が配置されており、それぞれの発光素子２１、２２、２３、２４に対して対をなす副発光素子２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓが配置されている。相互に対をなす発光素子２１と副発光素子２１Ｓとの代表点を通過する直線、発光素子２２と副発光素子２２Ｓとの代表点を通過する直線、発光素子２３と副発光素子２３Ｓとの代表点を通過する直線、及び発光素子２４と副発光素子２４Ｓとの代表点を通過する直線は、受光素子３０の代表点において、相互に角度をなして交わっている。
　図９Ｂに示した変形例のように、発光素子の個数を４個にしてもよい。なお、発光素子の個数を３個にしてもよく、５個以上にしてもよい。この場合、相互に対をなす発光素子と副発光素子との代表点を通過する複数の直線が、受光素子３０の代表点において相互に交差するように発光素子及び副発光素子を配置するとよい。このように配置すると、反射体４０（図７Ａ）の反射面が種々の方向に傾斜している場合でも、傾斜の影響を低減させることができる。
　［第５実施例］
　次に、図１０を参照して第５実施例による光学センサについて説明する。以下、図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例による光学センサと共通の構成については説明を省略する。
　図１０は、第５実施例による光学センサの断面図である。第１実施例（図１Ｂ）では、反射体４０の反射面の面積が、受光素子３０の受光面の面積の０．５以上３倍以下程度である。これに対して第５実施例では、弾性支持部材１０の天板部１０Ｂが反射体４０で構成されており、基板５０を向く天板部１０Ｂの面のほぼ全域が反射面とされている。すなわち、第１平面５１を平面視したとき、２つの発光素子２１、２２及び受光素子３０は、反射体４０に包含される位置に配置されている。側壁部１０Ａは、黒色の弾性部材、例えば黒色のシリコーンゴム等で形成される。
　一方の発光素子２１から出力された光は、反射体４０の反射面上の任意の点Ｑ１で拡散反射し、その一部が受光素子３０に入射する。他方の発光素子２２から出力された光は、反射体４０の反射面上の任意の点Ｑ２で拡散反射し、その一部が受光素子３０に入射する。
　天板部１０Ｂに荷重が加わると側壁部１０Ａが弾性変形し、反射体４０の反射面と第１平面５１との平行関係が保たれたまま、反射体４０が第１平面５１に近づく。反射体４０から第１平面５１までの距離ｘが変化すると、受光素子３０による受光量が変化する。演算部６８（図２）は、この受光量の変化から、弾性支持部材１０変形量（天板部１０Ｂの変位量）を計算する。
　次に、図１１を参照して、弾性支持部材１０の変形量を求める方法について具体的に説明する。図１１は、発光素子２１、２２、受光素子３０、及び反射体４０の位置関係を示す模式図である。図１１においては、発光素子２１、２２、及び受光素子３０を、それぞれの代表点で示している。
　発光素子２１から出力されて反射体４０の反射面上の任意の点Ｑ１で拡散反射され、その一部が受光素子３０に入射する。発光素子２１から点Ｑ１までの距離をＰＬａと標記し、点Ｑ１から受光素子３０までの距離をＰＤａと標記する。発光素子２１から点Ｑ１に入射する光の入射角をθＬ１と標記し、点Ｑ１で反射し受光素子３０に入射する光の反射角をθＤ１と標記する。
　同様に、発光素子２２から出力されて反射体４０の反射面上の任意の点Ｑ２で拡散反射され、その一部が受光素子３０に入射する。発光素子２２から点Ｑ２までの距離をＰＬｂと標記し、点Ｑ２から受光素子３０までの距離をＰＤｂと標記する。発光素子２２から点Ｑ２に入射する光の入射角をθＬ２と標記し、点Ｑ２で反射し受光素子３０に入射する光の反射角をθＤ２と標記する。
　発光素子２１から点Ｑ１に届く光の光量ＬＬＱ１は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　ここで、ｃｏｓＮは、発光素子２１の光度の角度特性を表す。なお、角度特性を示すｃｏｓＮは一例であり、必ずしも余弦分布である必要はなく、角度特性を任意の関数で表してもよい。
　点Ｑ１から受光素子３０に届く光量ＬＱ１は、以下の式で表される。ここで、ｃｏｓＭは、受光素子３０の受光量の角度特性を示す。なお、角度特性を示すｃｏｓＭは一例であり、必ずしも余弦分布である必要はなく、角度特性を任意の関数で表してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　同様に、発光素子２２から出力され、点Ｑ２で反射し、受光素子３０に入射する光の光量ＬＱ２は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　発光素子２１から出力され、反射体４０で拡散反射し、受光素子３０で受光される受光量Ｌ１は、及び発光素子２２から出力され、反射体４０で拡散反射し、受光素子３０で受光される受光量Ｌ２は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　ここで、式（１０）の第１式の右辺の分子のΣ記号は、点Ｑ１について反射体４０の反射面の全域についての和をとることを意味し、第２式のΣ記号は、点Ｑ２について反射体４０の反射面の全域についての和をとることを意味する。
　受光量の比Ｌ２／Ｌ１は、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　発光素子２１、２２の温度変化によって光度Ｇ１、Ｇ２が変化率Ｋで変化すると、式（８）、式（９）から、光量ＬＱ１、ＬＱ２も、それぞれＫ倍になる。このとき、式（１１）で表される受光量の比Ｌ２／Ｌ１は変化しない。したがって、温度変化による光度Ｇ１、Ｇ２の変化が相殺され、弾性支持部材１０の変形量の測定結果は、温度変化の影響をほとんど受けない。
　次に、第５実施例の優れた効果について説明する。
　第５実施例においても第１実施例と同様に、２つの発光素子２１、２２を配置しているため、発光素子２１、２２の温度変化の影響を排除して、弾性支持部材１０の変形量を高精度に測定することができる。
　［第６実施例］
　次に、図１２及び図１３を参照して第６実施例による光学センサについて説明する。以下、図１Ａから図４Ｂまでの図面を参照して説明した第１実施例による光学センサと共通の構成については説明を省略する。
　図１２は、第６実施例による光学センサの断面図である。第１実施例（図１Ｂ）では、２個の発光素子２１、２２、及び１個の受光素子３０が第１平面５１に配置されている。これに対して第６実施例では、第１実施例において受光素子３０が配置されている箇所に発光素子２０が配置されており、２個の発光素子２１、２２が配置されている箇所に、それぞれ受光素子３１、３２が配置されている。
　２つの受光素子３１、３２の感度の温度依存性は同一である。例えば、２つの受光素子３１、３２の、温度変化に対する感度変化の傾きは同一である。なお、２つの受光素子３１、３２の、温度変化に対する感度変化の傾向が同一である構成としてもよい。例えば、２つの受光素子３１、３２の、温度変化に対する感度変化の傾きが共に正、または共に負であってもよい。２つの受光素子３１、３２として、同一型番の製品を用いるとよい。また、２つの受光素子３１、３２として、同一ロットのものを用いることが好ましく、同一ウエハで製造されたものを用いることがより好ましい。
　図１３は、第６実施例による光学センサの処理部６０のブロック図である。第１実施例（図２）では、一方のスイッチマトリクス６２に２個の発光素子２１、２２が接続されており、他方のスイッチマトリクス６５に１個の受光素子３０が接続されている。これに対して第６実施例では、一方のスイッチマトリクス６２に１個の発光素子２０が接続されており、他方のスイッチマトリクス６５に２個の受光素子３１、３２が接続されている。
　演算部６８は、発光素子２１を発光させたときに一方の受光素子３１で受光された受光量Ｌ１に対する他方の受光素子３２で受光された受光量Ｌ２の比Ｌ２／Ｌ１を計算し、計算結果に基づいて弾性支持部材１０の変形量を計算する。
　次に、第６実施例の優れた効果について説明する。
　第６実施例では、発光素子２０の光度が温度変化によって変動しても、２つの受光素子３１、３２で受光される受光量の比Ｌ２／Ｌ１はほとんど変動しない。このため、発光素子２０の温度変化の影響を排除して、弾性支持部材１０の変形量を高精度に測定することができる。
　次に、第６実施例の変形例について説明する。
　第６実施例においても、図５に示した第２実施例のように、弾性支持部材１０がコイルバネ等の弾性部材を含むようにしてもよい。また、図７Ａ、図７Ｂに示した第３実施例と類似の構成を採用してもよい。すなわち、一方の受光素子３１と対をなす副受光素子、及び他方の受光素子３２と対をなす副受光素子を配置してもよい。さらに、受光素子の個数を３個以上にしてもよい。また、図１０に示した第５実施例のように、天板部１０Ｂの全体を反射体４０で構成してもよい。
　上述の各実施例は例示であり、異なる実施例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。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１０　弾性支持部材
１０Ａ　側壁部
１０Ｂ　天板部
１０Ｃ　弾性部材
１０Ｄ　凸部
１５　空間
２０、２１、２２、２３、２４　発光素子
２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓ　副発光素子
２７　入射制限構造
２７Ａ　支持部材
２７Ｂ　集光レンズ
３０、３１、３２　受光素子
４０　反射体
５０　基板
５１　第１平面
６０　処理部
６１　電源
６２　スイッチマトリクス
６３　発光素子ドライバ
６４　インタフェース部
６５　スイッチマトリクス
６６　トランスインピーダンスアンプ
６７　ＡＤコンバータ
６８　演算部

Claims (8)

  1. 　出力される光の光度の温度依存性が同一の傾向を示す２つの発光素子と、
    　受光素子と、
    　前記発光素子から出力された光を拡散反射し、反射光の一部が前記受光素子に入射するように配置された反射体と、
    　２つの前記発光素子及び前記受光素子に対して前記反射体を支持し、外力によって変形することにより、前記発光素子及び前記受光素子に対する前記反射体の相対位置を変化させる弾性支持部材と、
    　２つの前記発光素子を別々に発光させたときに前記受光素子で受光される２つの受光量の比に基づいて、前記弾性支持部材の変形量に依存する物理量を計算する処理部と
    を備え、
    　２つの前記発光素子と前記受光素子との相対位置は固定されており、一方の前記発光素子から前記受光素子までの距離と、他方の前記発光素子から前記受光素子までの距離とが異なっている光学センサ。
  2. 　２つの前記発光素子及び前記受光素子は、仮想的な共通の第１平面上に配置されている請求項１に記載の光学センサ。
  3. 　２つの前記発光素子のそれぞれと対を構成し、前記第１平面上に配置された２つの副発光素子を、さらに備えており。
    　相互に対を構成する前記発光素子と前記副発光素子とは、前記受光素子に関して点対称の位置に配置されている請求項２に記載の光学センサ。
  4. 　前記反射体の反射面の面積は、前記受光素子の受光面の面積の０．５倍以上３倍以下であり、
    　前記反射体は、前記受光素子を通過し、かつ前記第１平面に垂直な直線上に配置されている請求項２または３に記載の光学センサ。
  5. 　前記反射体の一部の領域で反射した光を前記受光素子に入射させ、他の領域で反射した光を前記受光素子に入射させない入射制限構造を、さらに備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学センサ。
  6. 　前記第１平面を平面視したとき、２つの前記発光素子及び前記受光素子は、前記反射体に包含される位置に配置されている請求項２または３に記載の光学センサ。
  7. 　前記処理部は、前記受光量の比と、前記弾性支持部材に加わる外力の大きさとの関係情報を記憶しており、前記変形量に依存する物理量として、前記弾性支持部材に加わる力を求める請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学センサ。
  8. 　発光素子と、
    　感度の温度依存性が同一の傾向を示す２つの受光素子と、
    　前記発光素子から出力された光を反射し、反射光の一部が２つの前記受光素子に入射するように配置された反射体と、
    　前記発光素子及び前記受光素子に対して前記反射体を支持し、外力によって変形することにより、前記発光素子及び前記受光素子に対する前記反射体の相対位置を変化させる弾性支持部材と、
    　前記発光素子から出力され、前記反射体で反射した光を２つの前記受光素子で受光したときの受光量の比に基づいて、前記弾性支持部材の変形量に依存する物理量を計算する処理部と
    を備え、
    　前記発光素子と２つの前記受光素子との相対位置は固定されており、一方の前記受光素子から前記発光素子までの距離と、他方の前記受光素子から前記発光素子までの距離とが異なっている光学センサ。
     
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