(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の位置を検出するための検出光を出射する４つ以上の検出用光源を備えた光学
式位置検出装置であって、
前記検出光の出射側空間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検
出器と、
前記４つ以上の検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、
前記光検出器の受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記出射側空間からみたときに、前記４つ以上の検出用光源のうち、前記光検出器の周
りで周方向で並ぶ第１検出用光源、第２検出用光源、第３検出用光源および第４検出用光
源は、前記光検出器からの距離が相違していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出用光源、前記第３
検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器からの距離が全て相違しているこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源と前記第２検出用光源とを結ぶ仮
想線と、前記第３検出用光源と前記第４検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源と前記第４検出用光源とを結ぶ仮
想線と、前記第２検出用光源と前記第３検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であるこ
とを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出用光源、前記第３
検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器を中心に等角度間隔に配置されて
いることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出用光源、前記第３
検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器を中心に不等の角度間隔に配置さ
れていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記位置検出部は、前記光検出器の受光結果に基づいて、前記第１検出用光源、前記第
２検出用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源のうち、一部の検出用光源
と他の一部の検出用光源とを差動させた結果により前記対象物体の位置を検出することを
特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記出射側空間を介さずに前記光検出器に入射する参照光を出射する参照用光源を備え
、
前記位置検出部は、前記光検出器の受光結果に基づいて、前記第１検出用光源、前記第
２検出用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源のうち、一部の検出用光源
と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた複数の結果により前記対象物体の位
置を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置
。
【請求項９】
前記位置検出部は、前記４つ以上の検出用光源の全てが同時、あるいは順次点灯したと
きの前記光検出器での受光結果に基づいて前記検出光の出射方向における前記対象物体の
位置を検出することを特徴とする請求項７または８に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学
式位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、図１０（ａ）に示
すように、４つの検出用光源１２（第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄ）の各
々から透光部材４０を介して対象物体Ｏｂに向けて検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）
を出射し、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３が透光部材４０を透過して光検出器３０で
検出されるものが提案されている。また、光検出器３０を１つ配置する場合、検出光Ｌ２
の出射側空間としての検出空間１０Ｒからみたとき、図１０（ｂ）に示すように、４つの
検出用光源１２が光検出器３０を中心にして等距離かつ等角度間隔に配置された構成が提
案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成の光学式位置検出装置では、例えば、光検出器３０での検出結果に基づ
いて、検出用光源１２Ａ、１２Ｂと検出用光源１２Ｃ、１２Ｄとを差動させ、検出用光源
１２Ａ、１２Ｄと検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを差動させれば、対象物体ＯｂのＸ座標お
よびＹ座標を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報の図１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、差動により得られる情報が２つであり、
検出精度を高めることができないという問題点がある。ここに本発明者は、差動により多
数の情報を得、それらを合成して対象物体Ｏｂの位置を検出することを提案する。例えば
、光検出器３０での検出結果に基づいて、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃ
とを差動させれば、第１検出用光源１２Ａと対象物体Ｏｂとの距離と、第３検出用光源１
２Ｃと対象物体Ｏｂとの距離の比がわかる。また、光検出器３０での検出結果に基づいて
、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを差動させれば、第２検出用光源１２
Ｂと対象物体Ｏｂとの距離と、第４検出用光源１２Ｄと対象物体Ｏｂとの距離の比がわか
る。従って、図１０（ｂ）に示すように、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃ
とを結ぶ仮想線Ｑ１１を比で分割した位置を通る等比線Ｒ１１と、第２検出用光源１２Ｂ
と第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１２を比で分割した位置を通る等比線Ｒ１２と
が交差する位置を求めれば、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出することができる
。
【０００６】
さらに、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを差動させれば、仮想線Ｑ１
３を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１３を求めることができ、第２検出用光源１
２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを差動させれば、仮想線Ｑ１４を所定の比で分割した位置
を通る等比線Ｒ１４を求めることができる。また、第３検出用光源１２Ｃと第４検出用光
源１２Ｄとを差動させれば、仮想線Ｑ１５を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１５
を求めることができ、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを差動させれば、
仮想線Ｑ１６を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１６を求めることができる。それ
故、対象物体Ｏｂの位置を特定するための情報量が増えるため、それらを平均する等の手
法を用いれば、対象物体Ｏｂの位置検出精度を高めることができることになる。
【０００７】
しかしながら、４つの検出用光源１２を光検出器３０を中心にして等距離かつ等角度間
隔に配置すると、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃとの差動、および第２検
出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとの差動の中心が重なってしまい、光検出器３０
が位置する個所に測定の中心が重複する。このため、光検出器３０から離間した位置での
検出精度を十分に高めることができないという問題点がある。
【０００８】
また、４つの検出用光源１２を光検出器３０を中心にして等距離かつ等角度間隔に配置
すると、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結んだ仮想線Ｑ１３と、第３
検出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結んだ仮想線Ｑ１３とは平行である。この
ため、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを差動させ、第３検出用光源１２
Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを差動させても、互いに同一方向における対象物体Ｏｂの位
置情報を得ているにすぎない。また、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを
結んだ仮想線Ｑ１４と、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを結んだ仮想線
Ｑ１６とは平行である。このため、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを差
動させ、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを差動させても、互いに同一方
向における対象物体Ｏｂの位置情報を得ているにすぎない。このため、測定頻度を増大さ
せても重複した測定を行なっていることになるため、検出精度を十分に高めることができ
ないという問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、測定頻度を高めることに伴って対象物体の位
置検出精度を高めることのできる光学式位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を検出するための検出光を出射
する４つ以上の検出用光源を備えた光学式位置検出装置であって、前記検出光の出射側空
間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、前記４つ以上の
検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記対象
物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記出射側空間からみたときに、前記４つ
以上の検出用光源のうち、前記光検出器の周りで周方向で並ぶ第１検出用光源、第２検出
用光源、第３検出用光源および第４検出用光源は、前記光検出器からの距離が相違してい
ることを特徴とする。すなわち、第１検出用光源、第２検出用光源、第３検出用光源およ
び第４検出用光源のうち、少なくとも１つ検出用光源は、他の検出用光源と、前記光検出
器からの距離が相違していることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、光源駆動部は、４つ以上の検出用光源を順次点灯させ、その間、光検出器
は、対象物体で反射した検出光を受光する。従って、光検出器での検出結果を直接、ある
いは光検出器を介して２つの検出用光源を差動させたときの駆動電流を用いれば、位置検
出部は、対象物体の位置を検出することができる。ここで、出射側空間からみたときに、
４つ以上の検出用光源のうち、光検出器の周りで周方向で並ぶ第１検出用光源、第２検出
用光源、第３検出用光源および第４検出用光源は、光検出器からの距離が相違している。
このため、第１検出用光源と第３検出用光源との差動、および第２検出用光源と第４検出
用光源との差動の中心がずれているので、広い範囲にわたって高い検出精度を得ることが
できる。また、第１検出用光源、第２検出用光源、第３検出用光源および第４検出用光源
から出射された検出光を用いて測定を行なった際、重複した方向の測定を回避することが
できる。それ故、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高めることができ
る。
【００１２】
本発明において、前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出
用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器からの距離が全
て相違していることが好ましい。このように構成すると、第１検出用光源と第３検出用光
源との差動、および第２検出用光源と第４検出用光源との差動の中心がずれているので、
広い範囲にわたって高い検出精度を得ることができる。また、測定頻度を増大させても重
複した測定を行なうことを確実に回避することができる。それ故、測定頻度を高めた分だ
け、対象物体の位置検出精度を高めることができる。
【００１３】
本発明においては、前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源と前記第２検
出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第３検出用光源と前記第４検出用光源とを結ぶ仮想線と
は、非平行であることが好ましい。このように構成すると、第１検出用光源と第２検出用
光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向と、第３検出用光源と第４検出用光源とを
用いて対象物体の位置を検出した方向とが相違する。従って、重複した測定を行なうこと
を回避することができるので、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高め
ることができる。
【００１４】
本発明においては、さらに、前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源と前
記第４検出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第２検出用光源と前記第３検出用光源とを結ぶ
仮想線とは、非平行であることが好ましい。このように構成すると、第１検出用光源と第
４検出用光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向と、第２検出用光源と第３検出用
光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向とが相違する。従って、重複した測定を行
なうことを回避することができるので、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精
度を高めることができる。
【００１５】
本発明において、前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出
用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器を中心に等角度
間隔に配置されている構成を採用することができる。
【００１６】
本発明において、前記出射側空間からみたときに、前記第１検出用光源、前記第２検出
用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源は、前記光検出器を中心に不等の
角度間隔に配置されている構成を採用してもよい。すなわち、第１検出用光源、第２検出
用光源、第３検出用光源および第４検出用光源において隣り合う２つの検出用光源がなす
４つの角度のうち、少なくとも１つの角度が他の角度と相違していることを特徴とする。
【００１７】
本発明において、前記位置検出部は、前記光検出器の受光結果に基づいて、前記第１検
出用光源、前記第２検出用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源のうち、
一部の検出用光源と他の一部の検出用光源とを差動させた結果により前記対象物体の位置
を検出することが好ましい。このような差動を用いれば、環境光等の影響を自動的に補正
することができる。
【００１８】
本発明において、前記出射側空間を介さずに前記光検出器に入射する参照光を出射する
参照用光源を備え、前記位置検出部は、前記光検出器の受光結果に基づいて、前記第１検
出用光源、前記第２検出用光源、前記第３検出用光源および前記第４検出用光源のうち、
一部の検出用光源と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた複数の結果により
前記対象物体の位置を検出する構成を採用してもよい。このような差動を用いれば、環境
光等の影響を自動的に補正することができる。
【００１９】
本発明において、前記位置検出部は、前記４つ以上の検出用光源の全てが同時、あるい
は順次点灯したときの前記光検出器での受光結果に基づいて前記検出光の出射方向におけ
る前記対象物体の位置を検出する構成を採用してもよい。
【００２０】
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検
出光が視認されないので、表示装置に適用した場合でも表示を妨げない等、光学式位置検
出装置を各種機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いた座標検出の基本原理を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において差動により求めた複数の結果から対象物体のＸ座標およびＹ座標を特定する方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、参照光と検出光との差動を利用して対象物体の位置を検出する原理を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、位置検出部で行なわれる処理内容等を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置において差動により求めた複数の結果から対象物体のＸ座標およびＹ座標を特定する方法を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置をハンド装置に設けたロボットアームの説明図である。
【図１０】従来の光学式位置検出装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説
明においては、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、検出光の出射方向をＺ軸
方向として説明する。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、
他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある
。また、以下の説明では、図１０に示す構成との対応がわかりやすいように、対応する構
成要素については同一の符号を付して説明する。
【００２３】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明
図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置の構成要素の立体的な配置を示す
説明図、および光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図２
は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。
【００２４】
図１および図２において、本形態の光学式位置検出装置１０は、ロボットハンド装置で
の触覚センサー等として利用される光学装置であり、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出
光Ｌ２を出射する複数の検出用光源１２を備えた光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射し
た検出光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。また、光学式位置検出装置１０は
、シート状あるいは板状の透光部材４０を有している場合があり、この場合、透光部材４
０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、検出用光源１２は
、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から第１面４１側に検出
光Ｌ２を出射し、光検出器３０は、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側
に透過してきた検出光Ｌ３を検出する。このため、光検出器３０の受光部３１は、透光部
材４０の第２面４２に対向している。
【００２５】
本形態において、光源装置１１は、複数の検出用光源１２として、４つ以上の検出用光
源を備えており、本形態において、検出用光源１２の数は４つである。より具体的には、
光源装置１１は、複数の検出用光源１２として、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源
１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび第４検出用光源１２Ｄを備えており、これらの検出
用光源１２はいずれも、発光部１２０ａ〜１２０ｄを透光部材４０に向けている。従って
、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、透光部材４０を透過して、第１面４１側
（光源装置１１からの検出光Ｌ２の出射側空間）に出射され、本形態では、かかる出射側
空間（第１面４１側の空間）によって、対象物体Ｏｂの位置が検出される検出空間１０Ｒ
が構成されている。
【００２６】
第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび第４検出
用光源１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、光検出器３０の中心光軸の
周りにこの順に配置されている。
【００２７】
また、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび第
４検出用光源１２Ｄは、光検出器３０を中心に等角度間隔に配置されている。すなわち、
光検出器３０と第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃお
よび第４検出用光源１２Ｄとを各々直線で結んだときの中心角を以下
ΘAB＝第１検出用光源１２Ａ、光検出器３０、第２検出用光源１２Ｂが成す角度
ΘBC＝第２検出用光源１２Ｂ、光検出器３０、第３検出用光源１２Ｃが成す角度
ΘCD＝第３検出用光源１２Ｃ、光検出器３０、第４検出用光源１２Ｄが成す角度
ΘAD＝第１検出用光源１２Ａ、光検出器３０、第４検出用光源１２Ｄが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘAB＝ΘBC＝ΘCD＝ΘAD＝９０°
に設定されている。
【００２８】
ここで、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび
第４検出用光源１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源１
２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２Ｂと光検出器３０との距離、第３検出
用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４検出用光源１２Ｄと光検出器３０との
距離は相違している。
【００２９】
より具体的には、第１検出用光源１２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２
Ｂと光検出器３０との距離、第３検出用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４
検出用光源１２Ｄと光検出器３０との距離を各々、ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4としたとき、距離
ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4は、以下の条件
ｒ4＜ｒ1＜ｒ2＜ｒ3
に設定されている。
【００３０】
また、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮想線と、第３検出用光
源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線とは、非平行であり、第１検出用光源１
２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源
１２Ｃとを結ぶ仮想線とは、非平行である。
【００３１】
本形態において、検出用光源１２はいずれも、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子
により構成され、本形態において、検出用光源１２はいずれも、ピーク波長が８４０〜１
０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）を発散光とし
て放出する。
【００３２】
また、光源装置１１は、光検出器３０に発光部１２０ｒを向けた参照用光源１２Ｒも備
えている。参照用光源１２Ｒも、検出用光源１２と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等に
より構成され、参照用光源１２Ｒは、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外
光からなる参照光Ｌｒを発散光として放出する。但し、参照用光源１２Ｒから出射される
参照光Ｌｒは、参照用光源１２Ｒの向きや、参照用光源１２Ｒに設けられる遮光カバー（
図示せず）等によって、透光部材４０の第１面４１側（検出空間１０Ｒ）に入射せず、検
出空間１０Ｒを介さずに光検出器３０に入射するようになっている。
【００３３】
光検出器３０は、透光部材４０に受光部３１を向けたフォトダイオードやフォトトラン
ジスター等からなり、本形態において、光検出器３０は赤外域の感度ピークを備えたフォ
トダイオードである。
【００３４】
（位置検出部等の構成）
図２に示すように、光源装置１１は複数の検出用光源１２を駆動する光源駆動部１４を
備えている。光源駆動部１４は、検出用光源１２および参照用光源１２Ｒを駆動する光源
駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の検出用光源１２および参照用光源
１２Ｒの各々の点灯パターンを制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路
１４０は、第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄを駆動する光源駆動回路１４０
ａ〜１４０ｄと、参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０ｒとを備えている。光
源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの全てを制御する。
【００３５】
光検出器３０には位置検出部５０が電気的に接続されており、光検出器３０での検出結
果は位置検出部５０に出力される。位置検出部５０は、光検出器３０での検出結果に基づ
いて対象物体Ｏｂの位置を検出するための信号処理部５５を備えており、かかる信号処理
部５５は、増幅器や比較器等を備えている。また、位置検出部５０は、対象物体ＯｂのＸ
座標を検出するＸ座標検出部５１と、対象物体ＯｂのＹ座標を検出するＹ座標検出部５２
と、対象物体ＯｂのＺ座標を検出するＺ座標検出部５３とを備えている。このように構成
した位置検出部５０と光源駆動部１４とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００３６】
（差動を利用した座標検出の原理)
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０で用いた座標検出の基本
原理を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、対象物体Ｏｂの位置と光検出器３０で
の受光強度との関係を模式的に示す説明図、および検出器３０での受光強度が等しくなる
ように検出光Ｌ２の出射強度を調整する様子を模式的に示す説明図である。図４は、本発
明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において差動により求めた複数の結果か
ら対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を特定する方法を示す説明図である。
【００３７】
本形態の光学式位置検出装置１０では、図３〜図５を参照して以下に説明するように、
位置検出部５０は、検出用光源１２同士の差動、あるいは検出用光源１２と参照用光源１
２Ｒとの差動により、２つの検出用光源１２のうちの一方の検出用光源１２と対象物体Ｏ
ｂとの距離と、他方の検出用光源１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求め、かかる比に基
づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００３８】
本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第１面４１側（光源装置１
１からの検出光Ｌ２の出射側の空間）には検出空間１０Ｒが設定されている。また、２つ
の検出用光源１２、例えば、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２ＣはＸ軸方向お
よびＹ軸方向で離間している。このため、第１検出用光源１２Ａが点灯して検出光Ｌ２ａ
を出射すると、検出光Ｌ２ａは、図３（ａ）に示すように、一方側から他方側に向けて強
度が単調減少する第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成する。また、第３検出用光源１２Ｃが点
灯して検出光Ｌ２ｃを出射すると、検出光Ｌ２ｃは、透光部材４０を透過して第１面４１
側（検出空間１０Ｒ）に、一方側から他方側に向けて強度が単調増加する第２光強度分布
Ｌ２Ｇｃを形成する。
【００３９】
このような検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃの差動を利用して対象物体Ｏｂの位置情報を得るには
、図３（ａ）に示すように、まず、第１検出用光源１２Ａを点灯させる一方、第３検出用
光源１２Ｃを消灯させ、一方側から他方側に向かって強度が単調減少していく第１光強度
分布Ｌ２Ｇａを形成する。また、第１検出用光源１２Ａを消灯させる一方、第３検出用光
源１２Ｃを点灯させ、一方側から他方側に向かって強度が単調増加していく第２光強度分
布Ｌ２Ｇｃを形成する。従って、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物
体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される
。その際、対象物体Ｏｂでの反射強度は、対象物体Ｏｂが位置する個所での検出光Ｌ２の
強度に比例し、光検出器３０での受光強度は対象物体Ｏｂでの反射強度に比例する。従っ
て、光検出器３０での受光強度は、対象物体Ｏｂの位置に対応する値となる。それ故、図
３（ｂ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成した際の光検出器３０での検出値
ＬＧａと、第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＧｃとが等
しくなるように、第１検出用光源１２Ａに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動
電流と、第３検出用光源１２Ｃに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流との
比や調整量の比等を用いれば、ＸＹ平面内において対象物体Ｏｂが第１検出用光源１２Ａ
と第３検出用光源１２Ｃとの間のいずれの位置に存在するかを検出できることになる。
【００４０】
かかるモデルを数理的に説明する。まず、各パラメータを以下
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率
Ａt＝第１検出用光源１２Ａから出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して
光検出器３０に到る距離関数
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１検出用光源１２Ａが
点灯したときの光検出器３０の検出強度
Ｃt＝第３検出用光源１２Ｃから出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して
光検出器３０に到る距離関数
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３検出用光源１２Ｃが
点灯したときの光検出器３０の検出強度
とする。なお、第１検出用光源１２Ａおよび第３検出用光源１２Ｃの発光強度は、駆動電
流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を１とする。また、上記の
差動において、光検出器３０での受光強度が等しくなったときの第１検出用光源１２Ａに
対する駆動電流をＩAとし、第３検出用光源１２Ｃに対する駆動電流をＩCとする。
【００４１】
また、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
Ａ＝Ｔ×Ａt×ＩA＋環境光    ・・式（１）
Ｃ＝Ｔ×Ｃt×ＩC＋環境光    ・・式（２）
の関係が得られる。
【００４２】
ここで、差動の際の光検出器３０の検出強度は等しいことから、式（１）、（２）から
下式
Ｔ×Ａt×ＩA＋環境光＝Ｔ×Ｃt×ＩC＋環境光
Ｔ×Ａt×ＩA＝Ｔ×Ｃt×ＩC・・式（３）
が導かれる。
【００４３】
また、距離関数Ａt、Ｃtの比ＰACは、下式
ＰAC＝Ａt／Ｃt・・式（４）
で定義されることから、式（３）、（４）から、比ＰACは
ＰAC＝ＩC／ＩA・・式（５）
で示すように表される。かかる式（５）では、環境光の項、対象物体Ｏｂの反射率の項が
存在しない。それ故、距離関数Ａt、Ｃtの比ＰACには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率が
影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した検
出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。
【００４４】
ここで、検出用光源１２は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２
乗に反比例する。従って、第１検出用光源１２Ａと対象物体Ｏbとの離間距離Ｐ１と、第
３検出用光源１２Ｃと対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ２との比は、下式
ＰAC＝（Ｐ１）2：（Ｐ２）2
により求められる。それ故、対象物体Ｏｂは、図４に示すように、検出用光源１２Ａと第
３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ１１をＰ１：Ｐ２で分割した位置を通る等比線Ｒ１
１上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。
【００４５】
同様に、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを差動させて、第２検出用光
源１２Ｂと対象物体Ｏｂとの距離と、第４検出用光源１２Ｄと対象物体Ｏｂとの距離の比
を求めれば、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１２を距離
の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１２上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。
【００４６】
さらに、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを差動させれば、第１検出用
光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮想線Ｑ１３を所定の比で分割した位置を通
る等比線Ｒ１３を求めることができる。また、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１
２Ｃとを差動させれば、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ
１４を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１４を求めることができる。また、第３検
出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを差動させれば、第３検出用光源１２Ｃと第４
検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１５を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１５を
求めることができる。また、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを差動させ
れば、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１６を所定の比で
分割した位置を通る等比線Ｒ１６を求めることができる。なお、図４は、本形態で採用し
た原理を幾何学的に示したものであり、実際には、得られたデータを用いて計算を行う。
【００４７】
かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置を特定するための情報量が多いため、差動に
より得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Ｏｂの位置検出精
度を高めることができることになる。
【００４８】
（参照光Ｌｒと検出光Ｌ２との差動）
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において、参照光Ｌｒと
検出光Ｌ２との差動を利用して対象物体Ｏｂの位置を検出する原理を示す説明図であり、
図５（ａ）、（ｂ）は、検出用光源１２から対象物体Ｏｂまでの距離と検出光Ｌ２等の受
光強度との関係を示す説明図、および光源への駆動電流を調整した後の様子を示す説明図
である。
【００４９】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、検出光Ｌ２ａと検出光Ｌ２ｃとの直接的
な差動に代えて、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差動と、検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの
差動とを利用し、最終的に図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明した原理と同様な結果を導
く。ここで、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差動、および検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの
差動は、以下のようにして実行される。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態においては、
第１検出用光源１２Ａから対象物体Ｏｂまで距離と、光検出器３０での検出光Ｌ２ａの受
光強度Ｄaとは、実線ＳＡで示すように単調に変化する。これに対して、参照用光源１２
Ｒから出射された参照光Ｌｒの光検出器３０での検出強度は、実線ＳＲで示すように、対
象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。従って、光検出器３０での検出光Ｌ２ａの
受光強度Ｄaと、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度Ｄrとは、相違している。
【００５１】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１検出用光源１２Ａに対する駆動電流、および参照
用光源１２Ｒに対する駆動電流のうちの少なくとも一方を調整し、光検出器３０での検出
光Ｌ２ａの受光強度Ｄaと、参照光Ｌｒの光検出器３０での検出強度Ｄrとを一致させる。
このような差動は、参照光Ｌｒと検出光Ｌ２ａとの間で行なわれるとともに、参照光Ｌｒ
と検出光Ｌ２ｃとの間でも行なわれる。従って、光検出器３０での検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃ
（対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３ａ、Ｌ３ｃ）の検出結果と、光検出器３０での参照
光Ｌｒの検出結果とが等しくなった時点での第１検出用光源１２Ａに対する駆動電流と、
第３検出用光源１２Ｃに対する駆動電流との比を求めることができる。それ故、第１検出
用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃとの間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するか
を検出できることになる。
【００５２】
上記の検出原理を光路関数を用いて数理的に説明すると、以下のようになる。まず、各
パラメータを以下
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率
Ａt＝第１検出用光源１２Ａから出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して
光検出器３０に到る距離関数
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１検出用光源１２Ａが
点灯したときの光検出器３０の検出強度
Ｃt＝第３検出用光源１２Ｃから出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して
光検出器３０に到る距離関数
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３検出用光源１２Ｃが
点灯したときの光検出器３０の検出強度
Ｒs＝参照用光源１２Ｒから光検出器３０に到る光路係数
Ｒ＝参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの光検出器３０の検出強度
とする。なお、第１検出用光源１２Ａ、第３検出用光源１２Ｃおよび参照用光源１２Ｒの
発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を１と
する。また、上記の差動において、光検出器３０での受光強度が等しくなったときの第１
検出用光源１２Ａに対する駆動電流をＩAとし、第３検出用光源１２Ｃに対する駆動電流
をＩCとし、参照用光源１２Ｒに対する駆動電流をＩRとする。また、差動の際、参照用光
源１２Ｒのみが点灯したときの光検出器３０の検出強度については、第１検出用光源１２
Ａとの差動と、第３検出用光源１２Ｃとの差動とにおいて同一と仮定する。
【００５３】
検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
Ａ＝Ｔ×Ａt×ＩA＋環境光    ・・式（６）
Ｃ＝Ｔ×Ｃt×ＩC＋環境光    ・・式（７）
Ｒ＝Ｒs×ＩR＋環境光        ・・式（８）
の関係が得られる。
【００５４】
ここで、差動の際の光検出器３０の検出強度は等しいことから、式（６）、（８）から
下式
Ｔ×Ａt×ＩA＋環境光＝Ｒs×ＩR＋環境光
Ｔ×Ａt×ＩA＝Ｒs×ＩR
Ｔ×Ａt＝Ｒs×ＩR／ＩA・・式（９）
が導かれ、式（７）、（８）から下式
Ｔ×Ｃt×ＩC＋環境光＝Ｒs×ＩR＋環境光
Ｔ×Ｃt×ＩC＝Ｒs×ＩR
Ｔ×Ｃt＝Ｒs×ＩR／ＩC・・式（１０）
が導かれる。
【００５５】
また、距離関数Ａt、Ｃtの比ＰACは、下式
ＰAC＝Ａt／Ｃt・・式（１１）
で定義されることから、式（９）、（１０）から、比ＰACは
ＰAC＝ＩC／ＩA・・式（１２）
で示すように表される。かかる式（１２）では、環境光の項、対象物体Ｏｂの反射率の項
が存在しない。それ故、距離関数Ａt、Ｃtの比ＰACには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率
が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した
検出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。また、参照用光源１２Ｒに
対する駆動電流ＩRについては、第１検出用光源１２Ａとの差動と、第３検出用光源１２
Ｃとの差動とにおいて異なる値であっても、略同様な方法で比ＰACを求めることができる
。
【００５６】
ここで、検出用光源１２は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２
乗に反比例する。従って、第１検出用光源１２Ａと対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ１と、第
３検出用光源１２Ｃと対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ２との比は、下式
ＰAC＝（Ｐ１）2：（Ｐ２）2
により求められる。それ故、対象物体Ｏｂは、図４に示すように、検出用光源１２Ａと第
３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ１１をＰ１：Ｐ２で分割した位置を通る等比線Ｒ１
１上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。
【００５７】
そこで、本形態では、第１検出用光源１２Ａと参照用光源１２Ｒとの差動、第２検出用
光源１２Ｂと参照用光源１２Ｒとの差動、第３検出用光源１２Ｃと参照用光源１２Ｒとの
差動、第４検出用光源１２Ｄと参照用光源１２Ｒとの差動を順次行い、各距離関数の比を
求める。従って、第１検出用光源１２Ａと対象物体Ｏｂとの離間距離、第２検出用光源１
２Ｂと対象物体Ｏｂとの離間距離、第３検出用光源１２Ｃと対象物体Ｏｂとの離間距離、
および第４検出用光源１２Ｄと対象物体Ｏｂとの離間距離の比がわかる。それ故、図４を
参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出すること
ができる。なお、図４は、本形態で採用した原理を幾何学的に示したものであり、実際に
は、得られたデータを用いて計算を行う。
【００５８】
かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置を特定するための情報量が多いため、差動に
より得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Ｏｂの位置検出精
度を高めることができることになる。
【００５９】
（差動のための位置検出部５０の構成例）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において、位置検出部５
０で行なわれる処理内容等を示す説明図である。
【００６０】
上記の差動を実施するにあたっては、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニ
ット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行するこ
とに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図６を参照して以下に説明す
るように、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用するこ
ともできる。なお、図６には、図５を参照して説明した差動を示してあるが、参照用光源
１２Ｒを第２検出用光源１２Ｂに置き換えれば、図３を参照して説明した差動に適用する
ことができる。
【００６１】
図６（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動回路１
４０は、可変抵抗１１１を介して第１検出用光源１２Ａに所定電流値の駆動パルスを印加
する一方、可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して参照用光源１２Ｒに所定電流値
の駆動パルスを印加する。このため、第１検出用光源１２Ａと参照用光源１２Ｒには逆相
の駆動パルスが印加されるので、第１検出用光源１２Ａと参照用光源１２Ｒとは交互に点
灯することになる。そして、第１検出用光源１２Ａが点灯した時、検出光Ｌ２ａのうち、
対象物体Ｏｂで反射した光は光検出器３０で受光され、参照用光源１２Ｒが点灯した時、
参照光Ｌｒが光検出器３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、光検出器
３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバ
イアス電圧Ｖｂが印加されている。
【００６２】
かかる光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１
には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点
Ｑ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光Ｌｃが光検出器３０に入射しない場合と、環境光Ｌｃが光検
出器３０に入射している場合とを比較すると、環境光Ｌｃが光検出器３０に入射している
場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。
【００６３】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７
０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。位置検出用信号抽出回路１９０は
、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１
９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１から出力された信号から直流成分を除
去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター１９２によって、光検
出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｑ１から出力された検出信号Ｖｃからは、光検出器３０
による位置検出信号Ｖｄのみが抽出される。すなわち、検出光Ｌ２ａおよび参照光Ｌｒは
変調されているのに対して、環境光Ｌｃはある期間内において強度が一定であると見なす
ことができるので、環境光Ｌｃに起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９
２によって除去される。
【００６４】
また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度
の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２によって抽出
された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置
検出信号Ｖｓとして位置検出用信号分離回路１７０に出力される。
【００６５】
位置検出用信号分離回路１７０は、第１検出用光源１２Ａに印加される駆動パルスに同
期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入
力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信
号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０
から発光強度補償指令回路１８０には、第１検出用光源１２Ａが点灯した時の位置検出信
号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照用光源１２Ｒが点灯した時の位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖ
ｅｂとが交互に出力される。
【００６６】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図６（ｂ）に示す
処理を行ない、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが
同一レベルとなるように光源駆動回路１４０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光
強度補償指令回路１８０は、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号Ｖｓの実効
値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対し
て、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、
発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせて第１検出用光源１
２Ａからの出射光量を高める。また、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが位置検出信号Ｖ
ｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗
値を下げさせて参照用光源１２Ｒからの出射光量を高める。
【００６７】
このようにして、光学式位置検出装置１０では位置検出部５０の発光強度補償指令回路
１８０によって、第１検出用光源点灯動作中および参照用光源点灯動作中での光検出器３
０による検出量が同一となるように、第１検出用光源１２Ａおよび参照用光源１２Ｒの制
御量（駆動電流）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、第１検出用光
源点灯動作中および参照用光源点灯動作中での光検出器３０による検出量が同一となるよ
うな第１検出用光源１２Ａおよび参照用光源１２Ｒに対する駆動電流に関する情報が存在
し、かかる情報は、位置検出信号Ｖｇとして位置検出部５０に出力される。
【００６８】
同様な処理は、第２検出用光源１２Ｂと参照用光源１２Ｒとの間でも行なわれ、発光強
度補償指令回路１８０から出力される位置検出用信号Ｖｇは、第２検出用光源点灯動作中
および参照用光源点灯動作中での光検出器３０による検出量が同一となるような第２検出
用光源１２Ｂおよび参照用光源１２Ｒに対する駆動電流に関する情報である。
【００６９】
（Ｚ座標の検出）
本形態の光学式位置検出装置１０において、第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１
２Ｄが同時に点灯すると、透光部材４０の第１面４１側（検出空間１０Ｒ）には、第１面
４１に対する法線方向で強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布が形成される。かか
るＺ座標検出用光強度分布では、透光部材４０の第１面４１から離間するに従って強度が
単調に低下する。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３では、参照用光源１２Ｒと
第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検出器３０
での検出値の差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。また、位
置検出部５０のＺ座標検出部５３では、参照用光源１２Ｒと第１検出用光源１２Ａ〜第４
検出用光源１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検出器３０での検出値が等しくなったと
きの参照用光源１２Ｒに対する駆動電流と第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄ
に対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
さらに、第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄを順次点灯させた際と参照用光源
１２Ｒを点灯させたときの光検出器３０での検出値との差や比に基づいて対象物体Ｏｂの
Ｚ座標を検出することができる。さらにまた、第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１
２Ｄを順次点灯させた際と参照用光源１２Ｒを点灯させたときに光検出器３０での検出値
が等しくなったときの参照用光源１２Ｒに対する駆動電流と検出用光源１２Ａ、１２Ｂに
対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。い
ずれの場合も、かかるＺ座標については、対象物体ＯｂのＸＹ座標によって補正を加える
こともある。
【００７０】
また、第１検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄに対してＺ軸方向で離間する検出
用光源を設けてＺ座標を検出してもよく、この場合も、Ｘ座標を検出したのと同様な差動
を利用してＺ座標を検出することができる。
【００７１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０では、光源駆動部１４は、４つ
の検出用光源１２を順次点灯させ、その間、光検出器３０は、対象物体Ｏｂで反射した検
出光Ｌ３を受光する。従って、光検出器３０での検出結果を直接、あるいは光検出器３０
を介して２つの検出用光源１２を差動させたときの駆動電流を用いれば、位置検出部５０
は、対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標およびＹ座標）を検出することができる。
【００７２】
ここで、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび
第４検出用光源１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源１
２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２Ｂと光検出器３０との距離、第３検出
用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４検出用光源１２Ｄと光検出器３０との
距離は相違している。
【００７３】
このため、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃとの差動、および第２検出用
光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとの差動の中心がずれているので、広い範囲にわたっ
て高い検出精度を得ることができる。
【００７４】
また、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮想線Ｑ１３と、第３検
出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１５とは、非平行である。従っ
て、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを用いて対象物体Ｏｂの位置を検出
した方向と、第３検出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを用いて対象物体Ｏｂの位
置を検出した方向とが相違する。また、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄと
を結ぶ仮想線Ｑ１６と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ
１４とは、非平行である。従って、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを用
いて対象物体Ｏｂの位置を検出した方向と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２
Ｃとを用いて対象物体Ｏｂの位置を検出した方向とが相違する。
【００７５】
それ故、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび
第４検出用光源１２Ｄを用いた測定の頻度を増大させても重複した測定を行なうことがな
い。よって、本形態の光学式位置検出装置１０によれば、測定頻度を高めた分だけ、対象
物体Ｏｂの位置検出精度を高めることができる。
【００７６】
また、本形態では、２つの検出用光源１２での差動、あるいは検出用光源１２と参照用
光源１２Ｒとの差動を利用しているため、環境光等の影響を自動的に補正することができ
る。
【００７７】
さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、本形態の光学式位置
検出装置１０を表示装置に適用した場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置１０
を各種機器に用いることができる。
【００７８】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の主要部を模式的に示す
説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置１０の構成要素の立体的な配
置を示す説明図、および光学式位置検出装置１０の構成要素の平面的な配置を示す説明図
である。図８は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において差動によ
り求めた複数の結果から対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を特定する方法を示す説明図
である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分
には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００７９】
図７において、本形態の光学式位置検出装置１０も、実施の形態１と同様、光源装置１
１は、複数の検出用光源１２として、４つ以上の検出用光源を備えており、本形態におい
て、検出用光源１２の数は４つである。より具体的には、光源装置１１は、複数の検出用
光源１２として、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃ
および第４検出用光源１２Ｄを備えており、これらの検出用光源１２はいずれも、発光部
１２０ａ〜１２０ｄを透光部材４０に向けている。
【００８０】
ここで、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび
第４検出用光源１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源１
２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２Ｂと光検出器３０との距離、第３検出
用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４検出用光源１２Ｄと光検出器３０との
距離は相違している。
【００８１】
より具体的には、第１検出用光源１２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２
Ｂと光検出器３０との距離、第３検出用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４
検出用光源１２Ｄと光検出器３０との距離を各々、ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4としたとき、距離
ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4は、以下の条件
ｒ4＜ｒ1＜ｒ2＜ｒ3
に設定されている。
【００８２】
また、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび第
４検出用光源１２Ｄは、光検出器３０を中心に不等な角度間隔に配置されている。すなわ
ち、光検出器３０と第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２
Ｃおよび第４検出用光源１２Ｄとを各々直線で結んだときの中心角を以下
ΘAB＝第１検出用光源１２Ａ、光検出器３０、第２検出用光源１２Ｂが成す角度
ΘBC＝第２検出用光源１２Ｂ、光検出器３０、第３検出用光源１２Ｃが成す角度
ΘCD＝第３検出用光源１２Ｃ、光検出器３０、第４検出用光源１２Ｄが成す角度
ΘAD＝第１検出用光源１２Ａ、光検出器３０、第４検出用光源１２Ｄが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADのうちの１つの角度は他の角度と相
違している。本形態では、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは全てが相違しており、角度ΘAB
、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘCD＜ΘAD＜ΘAB＜ΘBC
に設定されている。
【００８３】
また、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮想線と、第３検出用光
源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線とは、非平行であり、第１検出用光源１
２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源
１２Ｃとを結ぶ仮想線とは、非平行である。
【００８４】
このような構成の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、位置検出用光源
１２同士の差動や、位置検出用光源１２と参照用光源１２Ｒとの差動を利用すれば、図８
に示すように、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ１１を比
ＰACで分割した位置を通る等比線Ｒ１１上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。また
、第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線を比ＰBDで分割した位置
を通る等比線Ｒ１２上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。さらに、第１検出用光源
１２Ａと第２検出用光源１２Ｂと結ぶ仮想線Ｑ１３を所定の比で分割した位置を通る等比
線Ｒ１３を求めることができ、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮
想線Ｑ１４を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１４を求めることができる。また、
第３検出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１５を所定の比で分割し
た位置を通る等比線Ｒ１５を求めることができ、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源
１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１６を所定の比で分割した位置を通る等比線Ｒ１６を求めること
ができる。
【００８５】
かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置を特定するための情報量が多いため、差動に
より得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Ｏｂの位置検出精
度を高めることができることになる。
【００８６】
ここで、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび
第４検出用光源１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源１
２Ａと光検出器３０との距離、第２検出用光源１２Ｂと光検出器３０との距離、第３検出
用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、および第４検出用光源１２Ｄと光検出器３０との
距離は相違している。また、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用
光源１２Ｃおよび第４検出用光源１２Ｄは、光検出器３０を中心に不等な角度間隔に配置
されている。このため、第１検出用光源１２Ａと第３検出用光源１２Ｃとの差動、および
第２検出用光源１２Ｂと第４検出用光源１２Ｄとの差動の中心がずれているので、広い範
囲にわたって高い検出精度を得ることができる。
【００８７】
また、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮想線Ｑ１３と、第３検
出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１５とは、非平行である。従っ
て、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを用いて対象物体Ｏｂの位置を検出
した方向と、第３検出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを用いて対象物体Ｏｂの位
置を検出した方向とが相違する。また、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄと
を結ぶ仮想線Ｑ１６と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ
１４とは、非平行である。従って、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを用
いて対象物体Ｏｂの位置を検出した方向と、第２検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２
Ｃとを用いて対象物体Ｏｂの位置を検出した方向とが相違する。それ故、第１検出用光源
１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検出用光源１２Ｃおよび第４検出用光源１２Ｄを用
いた測定の頻度を増大させても重複した測定を行なうことがない。よって、本形態の光学
式位置検出装置１０によれば、測定頻度を高めた分だけ、対象物体Ｏｂの位置検出精度を
高めることができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００８８】
［他の実施形態］
上記実施の形態１、２では、第１検出用光源１２Ａと光検出器３０との距離、第２検出
用光源１２Ｂと光検出器３０との距離、第３検出用光源１２Ｃと光検出器３０との距離、
および第４検出用光源１２Ｄと光検出器３０との距離を相違させるにあたって、全ての距
離を相違させたが、１つの距離が他の距離と相違している構成を採用してもよい。かかる
構成の場合でも、図１０（ｂ）を参照して説明した構成に比して、対象物体Ｏｂの位置検
出精度を高めることができる。
【００８９】
また、上記実施の形態２では、第１検出用光源１２Ａ、第２検出用光源１２Ｂ、第３検
出用光源１２Ｃおよび第４検出用光源１２Ｄは、光検出器３０を中心に不等な角度間隔に
配置するにあたって、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADの全てが相違している構成を採用した
が、１つの角度が他の角度と相違している構成を採用してもよい。かかる構成の場合でも
、図１０（ｂ）を参照して説明した構成に比して、対象物体Ｏｂの位置検出精度を高める
ことができる。
【００９０】
また、上記実施の形態では、第１検出用光源１２Ａと第２検出用光源１２Ｂとを結ぶ仮
想線Ｑ１３と、第３検出用光源１２Ｃと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１５とが
非平行で、第１検出用光源１２Ａと第４検出用光源１２Ｄとを結ぶ仮想線Ｑ１６と、第２
検出用光源１２Ｂと第３検出用光源１２Ｃとを結ぶ仮想線Ｑ１４とが非平行であったが、
一方のみが非平行であってもよい。かかる構成の場合でも、図１０（ｂ）を参照して説明
した構成に比して、対象物体Ｏｂの位置検出精度を高めることができる。
【００９１】
上記実施の形態では、検出用光源１２が４つの例であったが、検出用光源の数は５つ以
上であってもよく、この場合も、５つ以上の検出用光源のうちの４つの検出用光源が第１
検出用光源１２Ａ〜第４検出用光源１２Ｄとして、上記の構成を満たしていればよい。
【００９２】
［光学式位置検出装置１０の利用例］
図９を参照して、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０を触角センサー
として用いたロボットハンド装置を説明する。図９は、本発明の実施の形態１に係る光学
式位置検出装置１０を触覚センサーとしてハンド装置に備えたロボットアームの説明図で
あり、図９（ａ）、（ｂ）は、ロボットアーム全体の説明図、およびハンド装置の説明図
である。
【００９３】
図９（ａ）に示すロボットアーム２００は、数値制御工作機械等に対してワークや工具
の供給および取り出し等を行う装置であり、基台２９０から直立する支柱２２０と、アー
ム２１０とを備えている。本形態において、アーム２１０は、支柱２２０の先端部に第１
関節２６０を介して連結された第１アーム部２３０と、第１アーム部２３０の先端部に第
２関節２７０を介して連結された第２アーム部２４０とを備えている。支柱２２０は、基
台２９０に対して垂直な軸線Ｈ１周りに回転可能であり、第１アーム部２３０は、支柱２
２０の先端部で第１関節２６０によって水平な軸線Ｈ２周りに回転可能であり、第２アー
ム部２４０は、第１アーム部２３０の先端部で第２関節２７０によって水平な軸線Ｈ３周
りに回転可能である。第２アーム部２４０の先端部にはハンド装置４００のハンド４５０
が連結されており、ハンド４５０は、第２アーム部２４０の軸線Ｈ４周りに回転可能であ
る。
【００９４】
図９（ｂ）に示すように、ハンド装置４００は、複数の把持爪４１０（把持具）を備え
たハンド４５０を有しており、ハンド４５０は、複数の把持爪４１０の根元を保持する円
盤状の把持爪保持体４２０を備えている。本形態において、ハンド４５０は、複数の把持
爪４１０として、第１把持爪４１０Ａおよび第２把持爪４１０Ｂを備えている。２つの把
持爪４１０はいずれも、矢印Ｈ４で示すように、互いに離間する方向および接近する方向
に移動可能である。
【００９５】
このように構成したロボットアーム２００において、対象物体Ｏｂを把持する際には、
支柱２２０、第１アーム部２３０および第２アーム部２４０が所定方向に回転してハンド
４５０を対象物体Ｏｂ（ワーク）に接近させた後、２つの把持爪４１０が互いに接近する
方向に移動して対象物体Ｏｂを把持する。
【００９６】
ここで、対象物体Ｏｂ（ワーク）を把持する際に対象物体Ｏｂに接する把持爪４１０の
内面は、上記の実施の形態で説明した光学式位置検出装置１０の透光部材４０の第１面４
１からなる。従って、把持爪４１０が対象物体Ｏｂを把持する際、光学式位置検出装置１
０は、対象物体Ｏｂと把持爪４１０との相対位置や位置を検出し、かかる検出結果は、把
持爪４１０の駆動制御部にフィードバックされる。それ故、把持爪４１０を対象物体Ｏｂ
に高速で接近させることができ、ワーク把持動作の高速化を実現することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出空間（検出光の出射側空間）、１１・・光
源装置、１２・・検出用光源、１２Ａ・・第１検出用光源、１２Ｂ・・第２検出用光源、
１２Ｃ・・第３検出用光源、１２Ｄ・・第４検出用光源、１２Ｒ・・参照用光源、３０・
・光検出器、４０・・透光部材、５０・・位置検出部、５１・・Ｘ座標検出部、５２・・
Ｙ座標検出部、５３・・Ｚ座標検出部、Ｏｂ・・対象物体
【図２】
0005423544.tif 000002
【図３】
0005423544.tif 000003
【図５】
0005423544.tif 000004
【図６】
0005423544.tif 000005
【図９】
0005423544.tif 000006
【図１】
0005423544.tif 000007
【図４】
0005423544.tif 000008
【図７】
0005423544.tif 000009
【図８】
0005423544.tif 000010
【図１０】
0005423544.tif 000011