(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射するとともに、当該検出光の出射方向に対して交差する方向で離間する複
数の検出用光源部と、
前記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、
前記複数の検出用光源部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、
前記光検出器は、前記複数の検出用光源部より内側に位置するとともに、前記複数の検
出用光源部は各々、外側発光素子と、該外側発光素子に対して前記光検出器が位置する内
側に配置された内側発光素子と、を備え、前記位置検出部は、前記外側発光素子が点灯し
た際の前記光検出器での受光強度と前記内側発光素子が点灯した際の前記光検出器での受
光強度との比較結果に基づいて前記対象物体が前記検出用光源部より外側あるいは内側の
いずれに位置するかを判定することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記位置検出部は、前記外側発光素子および前記内側発光素子が同一強度で前記検出光
を出射した際、前記外側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度が前記内側
発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度より大であるとき、前記対象物体が
前記検出用光源部により外側に位置すると判定し、前記外側発光素子が発光したときの前
記光検出器での受光強度が前記内側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度
より小であるとき、前記対象物体が前記検出用光源部により内側に位置すると判定するこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出部は、前記外側発光素子および前記内側発光素子が同一強度で前記検出光
を出射した際、前記外側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度が前記内側
発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度より大であるとき、前記対象物体が
前記外側発光素子と前記内側発光素子との中間位置より外側に位置すると判定し、前記外
側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度が前記内側発光素子が発光したと
きの前記光検出器での受光強度より小であるとき、前記外側発光素子と前記内側発光素子
との中間位置より内側に位置すると判定することを特徴とする請求項１に記載の光学式位
置検出装置。
【請求項４】
前記検出光の出射方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に対して交差する２方向をＸ軸方
向およびＹ軸方向としたとき、
前記複数の検出用光源部には、Ｘ軸方向で離間する検出用光源部と、Ｙ軸方向で離間す
る検出用光源部とが含まれていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の
光学式位置検出装置。
【請求項５】
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複数の検出用光源部のうち
の一部の検出用光源部と他の一部の検出用光源部とを差動させた結果に基づいて前記対象
物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置
検出装置。
【請求項６】
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複数の検出用光源部のうち
の一部の検出用光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた結果に基づい
て前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の
光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記位置検出部は、前記複数の検出用光源部が同時、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】
前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項１乃至７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８に示すように
、２つの検出用光源部１２から透光部材４０を介して対象物体Ｏｂに向けて検出光Ｌ２を
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。かかる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２つの検出用光源部１２を差動させれば、２つの検出用光源部１
２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２
と対象物体Ｏｂとの距離の比がわかる。従って、対象物体Ｏｂの位置を検出することがで
きる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、図８に示す構成では、対象物体Ｏｂ1として示すように、２つの検出用
光源部１２の内側にある場合と、対象物体Ｏｂ2として示すように、対象物体Ｏｂが２つ
の検出用光源部１２の外側にある場合とにおいて、２つの検出用光源部１２のうちの一方
の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂ
との距離の比が同一になってしまうという問題点がある。このため、２つの検出用光源部
１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１
２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めた際、２つの検出用光源部１２の距離を内分すれば
よいのか、外分すればよいのかが区別できないことになってしまう。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体が検出用光源を配置した領域の外側
にあるのか内側にあるのかを検出することのできる光学式位置検出装置を提供することに
ある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置
検出装置であって、検出光を出射するとともに、当該検出光の出射方向に対して交差する
方向で離間する複数の検出用光源部と、前記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、前記複数の検出用光源部を順次点灯させる
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、前記光検出器は、前記複数の検出用光源
部より内側に位置するとともに、前記複数の検出用光源部は各々、外側発光素子と、該外
側発光素子に対して前記光検出器が位置する内側に配置された内側発光素子と、を備え、
前記位置検出部は、前記外側発光素子が点灯した際の前記光検出器での受光強度と前記内
側発光素子が点灯した際の前記光検出器での受光強度との比較結果に基づいて前記対象物
体が前記検出用光源部より外側あるいは内側のいずれに位置するかを判定することを特徴
とする。
【０００７】
本発明では、光源駆動部は、複数の検出用光源部を順次点灯させ、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つの検出用光源部を差動させたときの駆動電流等を用いれば、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
、光検出器は、複数の検出用光源部より内側に位置するとともに、複数の検出用光源部は
各々、外側発光素子と、外側発光素子より内側の内側発光素子とを備えている。従って、
位置検出部は、外側発光素子が点灯した際の光検出器での受光強度と内側発光素子が点灯
した際の光検出器での受光強度との比較結果に基づいて対象物体が検出用光源部より外側
あるいは内側のいずれに位置するかを判定することができる。このため、２つの検出用光
源部のうちの一方の検出用光源と対象物体との距離と、他方の検出用光源と対象物体との
距離の比を求めた際、２つの検出用光源の距離を内分して対象物体の位置を特定すればよ
いのか、２つの検出用光源の距離を外分して対象物体の位置を特定すればよいのかを誤る
ことがない。それ故、対象物体の位置を正確に検出することができる。
【０００８】
本発明において、前記位置検出部は、前記外側発光素子および前記内側発光素子が同一
強度で前記検出光を出射した際、前記外側発光素子が発光したときの前記光検出器での受
光強度が前記内側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度より大であるとき
、前記対象物体が前記検出用光源部により外側に位置すると判定し、前記外側発光素子が
発光したときの前記光検出器での受光強度が前記内側発光素子が発光したときの前記光検
出器での受光強度より小であるとき、前記対象物体が前記検出用光源部により内側に位置
すると判定する構成を採用することができる。
【０００９】
本発明において、前記位置検出部は、前記外側発光素子および前記内側発光素子が同一
強度で前記検出光を出射した際、前記外側発光素子が発光したときの前記光検出器での受
光強度が前記内側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度より大であるとき
、前記対象物体が前記外側発光素子と前記内側発光素子との中間位置より外側に位置する
と判定し、前記外側発光素子が発光したときの前記光検出器での受光強度が前記内側発光
素子が発光したときの前記光検出器での受光強度より小であるとき、前記外側発光素子と
前記内側発光素子との中間位置より内側に位置すると判定する構成を採用してもよい。
【００１０】
本発明において、前記検出光の出射方向をＺ軸方向とし、当該Ｚ軸方向に対して交差す
る２方向をＸ軸方向およびＹ軸方向としたとき、前記複数の検出用光源部には、Ｘ軸方向
で離間する検出用光源部と、Ｙ軸方向で離間する検出用光源部とが含まれていることが好
ましい。かかる構成によれば、対象物体のＸ座標およびＹ座標を検出することができる。
【００１１】
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複数の検
出用光源部のうちの一部の検出用光源部と他の一部の検出用光源部とを差動させた結果に
基づいて前記対象物体の座標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。
【００１２】
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複数の検
出用光源部のうちの一部の検出用光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動さ
せた結果に基づいて前記対象物体の座標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。
【００１３】
本発明において、前記位置検出部は、前記複数の検出用光源部が同時、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が好ましい。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】本発明を適用した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】本発明を適用した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】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う対象物体Ｏｂの内外判定の原理を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置において、検出光同士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５】本発明を適用した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】本発明を適用した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】本発明を適用した光学式位置検出装置をハンド装置に設けたロボットアームの説明図である。
【図８】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】
【００１６】
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８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。
【００１７】
（全体構成）
図１は、本発明を適用した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）、（ｃ）は、光学式位置検出装置の構成要素の立体的な配置を示す説
明図、光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図、および光学式位置検
出装置の構成要素を側方からみたときの説明図である。図２は、本発明を適用した光学式
位置検出装置の全体構成を示す説明図である。
【００１８】
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部１２を備えた光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射
した検出光Ｌ３を検出する光検出器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、検出用光
源部１２は、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から第１面４
１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。
【００１９】
本形態において、光源装置１１は、複数の検出用光源部１２として、第１検出用光源部
１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃおよび第４検出用光源部１２
Ｄを備えており、これらの検出用光源部１２はいずれも、発光部を透光部材４０に向けて
いる。従って、検出用光源部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。
【００２０】
第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃおよび第
４検出用光源部１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、光検出器３０の中
心光軸の周りにこの順に配置されており、光検出器３０は、複数の検出用光源部１２より
内側に位置する。かかる複数の検出用光源部１２において、第１検出用光源部１２Ａと第
３検出用光源部１２ＣとはＸ軸方向で離間し、第２検出用光源部１２Ｂと第４検出用光源
部１２ＤとはＹ軸方向で離間している。なお、第１検出用光源部１２Ａからみれば、第２
検出用光源部１２Ｂおよび第４検出用光源部１２Ｄも第１検出用光源部１２Ａに対してＸ
軸方向で離間し、第３検出用光源部１２Ｃからみれば、第２検出用光源部１２Ｂおよび第
４検出用光源部１２Ｄも第３検出用光源部１２Ｃに対してＸ軸方向で離間している。同様
に、第２検出用光源部１２Ｂからみれば、第１検出用光源部１２Ａおよび第３検出用光源
部１２Ｃも第２検出用光源部１２Ｂに対してＹ軸方向で離間し、第４検出用光源部１２Ｄ
からみれば、第１検出用光源部１２Ａおよび第３検出用光源部１２Ｃも第４検出用光源部
１２Ｄに対してＹ軸方向で離間している。
【００２１】
また、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出
用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃおよび第４検出用光源部１２Ｄは、光検出器３
０を中心に等角度間隔に配置されている。また、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたと
き、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃおよび
第４検出用光源部１２Ｄは、光検出器３０から距離が等しい。
【００２２】
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は、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。
【００２３】
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。
【００２４】
（検出用光源部１２の詳細構成）
本形態の光学式位置検出装置１０において、複数の検出用光源部１２は各々、検出空間
１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、径方向で並ぶ２つの発光素子を備えている。より具体
的には、まず、第１検出用光源部１２Ａは、外側発光素子１２Ａ1と、外側発光素子１２
Ａ1より光検出器３０側（内側）の内側発光素子１２Ａ2とを備えており、外側発光素子１
２Ａ1、内側発光素子１２Ａ2および光検出器３０は同一直線上に配置されている。また、
第２検出用光源部１２Ｂも、第１検出用光源部１２Ａと同様、外側発光素子１２Ｂ1と、
外側発光素子１２Ｂ1より光検出器３０側（内側）の内側発光素子１２Ｂ2とを備えており
、外側発光素子１２Ｂ1、内側発光素子１２Ｂ2および光検出器３０は同一直線上に配置さ
れている。また、第３検出用光源部１２Ｃも、第１検出用光源部１２Ａと同様、外側発光
素子１２Ｃ1と、外側発光素子１２Ｃ1より光検出器３０側（内側）の内側発光素子１２Ｃ
2とを備えており、外側発光素子１２Ｃ1、内側発光素子１２Ｃ2および光検出器３０は同
一直線上に配置されている。また、第４検出用光源部１２Ｄも、第１検出用光源部１２Ａ
と同様、外側発光素子１２Ｄ1と、外側発光素子１２Ｄ1より光検出器３０側（内側）の内
側発光素子１２Ｄ2とを備えており、外側発光素子１２Ｄ1、内側発光素子１２Ｄ2および
光検出器３０は同一直線上に配置されている。
【００２５】
ここで、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1はいずれも、光検出器３０を中心とする半径ｒ
1の円周上に位置し、内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2はいずれも、光検出器３０を中心と
する半径ｒ2（但し、ｒ1＞ｒ2）の円周上に位置する。なお、図１（ｂ）には、半径ｒ1の
円と半径ｒ2の円との中央に位置する半径ｒ0（但し、ｒ0＝（ｒ1＋ｒ2）／２）の円も表
わしてある。
【００２６】
ここで、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2は各々、
ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子により構成され、ピーク波長が８４０〜１０００
ｎｍ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。
【００２７】
（位置検出部等の構成）
図２に示すように、光源装置１１は複数の検出用光源部１２を駆動する光源駆動部１４
を備えている。光源駆動部１４は、検出用光源部１２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部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検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄを駆動する光源駆動
回路１４０ａ〜１４０ｄと、参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０ｒとを備え
ている。また、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄは各々、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1
および内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2を個別に駆動する。光源制御部１４５は、光源駆動
回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの全てを制御する。なお、光源駆動回路１４０ａ〜１
４０ｄについては、スイッチング回路により、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および内側
発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2を個別に駆動する構成を採用することもでき、この場合、１つ
の光源駆動回路１４０で済む。
【００２８】
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
Ｙ座標を検出するＸＹ座標検出部５２と、対象物体ＯｂのＺ座標を検出するＺ座標検出部
５３とを備えている。また、位置検出部５０は、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検
出する際、対象物体Ｏｂが検出用光源部１２より内側に位置するか外側に位置するかを検
出する内外検出部５４も備えている。このように構成した位置検出部５０と光源駆動部１
４とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００２９】
（内外検出の原理）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で行う対象物体Ｏｂの内外判定の原
理を示す説明図である。
【００３０】
本形態の光学式位置検出装置１０では、図４および図５を参照して後述するように、検
出用光源部１２同士の差動、あるいは検出用光源部１２と参照用光源１２Ｒとの差動によ
り、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と
、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求め、かかる比に基づいて、対
象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる差動の際、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および内
側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2のいずれを用いてもよいが、以下の説明では、外側発光素子
１２Ａ1〜１２Ｄ1を用いる場合を例示する。
【００３１】
また、本形態では、差動により、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部
１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を
求める前、あるいは比を求めた後、図３（ａ）に対象物体Ｏｂ1として示すように、対象
物体Ｏｂが２つの検出用光源部１２の内側に位置するか、あるいは、図３（ａ）に対象物
体Ｏｂ2として示すように、対象物体Ｏｂが２つの検出用光源部１２の外側に位置するか
を検出する。
【００３２】
以下、かかる内外検出の方法について、対象物体Ｏｂの座標を検出する際に対象物体Ｏ
ｂが第３検出用光源部１２Ｃより内側にあるか外側にあるかを検出する場合を例に説明す
る。本形態では、まず、外側発光素子１２Ａ1、１２Ｃ1同士の差動、あるいは外側発光素
子１２Ａ1、１２Ｃ1と参照用光源１２Ｒとの差動により、外側発光素子１２Ａ1と対象物
体Ｏｂとの距離と、外側発光素子１２Ｃ1と対象物体Ｏｂとの距離の比を求める。
【００３３】
また、かかる比を求める前、あるいは比を求めた後、第３検出用光源部１２Ｃに用いた
外側発光素子１２Ｃ1と内側発光素子１２Ｃ2とを交互に点灯させ、同一強度で検出光Ｌ２
を出射させる。そして、内外検出部５４において、外側発光素子１２Ｃ1が点灯した際の
光検出器３０での受光強度と、内側発光素子１２Ｃ2が点灯した際の光検出器３０での受
光強度とを比較し、かかる比較結果に基づいて対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃよ
り外側あるいは内側のいずれに位置するかを検出する。
【００３４】
より具体的には、図３（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃよ
り内側にある場合、対象物体Ｏｂと外側発光素子１２Ｃ1との距離は、対象物体Ｏｂと内
側発光素子１２Ｃ2との距離よりも長い。従って、外側発光素子１２Ｃ1が点灯した際の光
検出器３０での検出強度は、内側発光素子１２Ｃ2が点灯した際の光検出器３０での受光
強度より小である。従って、内外検出部５４は、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃ
より内側にあると判定することができる。それ故、ＸＹ座標検出部５２は、外側発光素子
１２Ａ1と対象物体Ｏｂとの距離と、外側発光素子１２Ｃ1と対象物体Ｏｂとの距離の比に
基づいて、対象物体Ｏｂの座標を特定する際、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源
部１２Ｃとの距離を内分する。
【００３５】
これに対して、図３（ｅ）に示すように、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃより
外側にある場合、対象物体Ｏｂと外側発光素子１２Ｃ1との距離は、対象物体Ｏｂと内側
発光素子１２Ｃ2との距離よりも短い。従って、外側発光素子１２Ｃ1が点灯した際の光検
出器３０での検出強度は、内側発光素子１２Ｃ2が点灯した際の光検出器３０での受光強
度より大である。従って、内外検出部５４は、対象物体Ｏｂが第３検出用光源部１２Ｃよ
り外側にあると検出することができる。それ故、ＸＹ座標検出部５２は、外側発光素子１
２Ａ1と対象物体Ｏｂとの距離と、外側発光素子１２Ｃ1と対象物体Ｏｂとの距離の比に基
づいて、対象物体Ｏｂの座標を特定する際、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部
１２Ｃとの距離を外分する。
【００３６】
なお、第３検出用光源部１２Ｃにおいて、外側発光素子１２Ｃ1と内側発光素子１２Ｃ2
との距離が狭い場合には、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、対象物体Ｏｂが外側発光素
子１２Ｃ1および内側発光素子１２Ｃ2のいずれに近い位置にあるかにかかわらず、上記の
方法を採用しても対象物体Ｏｂの座標に対する検出誤差は小さい。
【００３７】
但し、第３検出用光源部１２Ｃにおいて、外側発光素子１２Ｃ1と内側発光素子１２Ｃ2
との距離が広い場合、半径ｒ1の円と半径ｒ2の円との中央に位置する半径ｒ0（但し、ｒ0
＝（ｒ1＋ｒ2）／２）の円で囲まれた領域を有効領域とし、半径ｒ0の円で囲まれた領域
より外側を無効領域として対象物体Ｏｂの座標の検出を行なわないことにしてもよい。
【００３８】
すなわち、図３（ｃ）に示すように、対象物体Ｏｂが外側発光素子１２Ｃ1と内側発光
素子１２Ｃ2との間のうち、内側発光素子１２Ｃ2に近い領域に位置する場合、対象物体Ｏ
ｂと外側発光素子１２Ｃ1との距離は、対象物体Ｏｂと内側発光素子１２Ｃ2との距離より
も長い。従って、第３検出用光源部１２Ｃに用いた外側発光素子１２Ｃ1と内側発光素子
１２Ｃ2とを交互に点灯させ、同一強度で検出光Ｌ２を出射させるとき、外側発光素子１
２Ｃ1が点灯した際の光検出器３０での検出強度は、内側発光素子１２Ｃ2が点灯した際の
光検出器３０での受光強度より小である。従って、内外検出部５４は、対象物体Ｏｂが半
径ｒ0の円で囲まれた領域より内側、すなわち、外側発光素子１２Ｃ1より内側にあると判
定することができる。それ故、ＸＹ座標検出部５２は、外側発光素子１２Ａ1と対象物体
Ｏｂとの距離と、外側発光素子１２Ｃ1と対象物体Ｏｂとの距離の比に基づいて、対象物
体Ｏｂの座標を特定する際、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部１２Ｃとの距離
を内分する。
【００３９】
これに対して、図３（ｄ）に示すように、対象物体Ｏｂが外側発光素子１２Ｃ1と内側
発光素子１２Ｃ2との間のうち、外側発光素子１２Ｃ1に近い領域に位置する場合、対象物
体Ｏｂと外側発光素子１２Ｃ1との距離は、対象物体Ｏｂと内側発光素子１２Ｃ2との距離
よりも短い。従って、対象物体Ｏｂが外側発光素子１２Ｃ1より内側にあるにもかかわら
ず、外側発光素子１２Ｃ1が点灯した際の光検出器３０での検出強度は、内側発光素子１
２Ｃ2が点灯した際の光検出器３０での受光強度より大である。このような場合、内外検
出部５４は、対象物体Ｏｂが半径ｒ0の円で囲まれた領域より外側にあるとして、対象物
体Ｏｂの座標の検出を停止する。かかる方法によれば、少なくとも対象物体Ｏｂが半径ｒ
0の円で囲まれた領域より内側にある場合、対象物体Ｏｂの座標の高い精度で検出するこ
とができる。
【００４０】
なお、本形態では、上記の内外判定を第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２
Ｄの全てにおいて行なう。このため、対象物体ＯｂがＸ軸方向およびＹ軸方向に対して交
差する角度方向に位置する場合でも、対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出
用光源部１２Ｄの内側あるいは外側のいずれに位置するかを判定することができる。従っ
て、対象物体ＯｂのＸＹ座標を高い精度で検出することができる。
【００４１】
(座標の基本的な検出原理）
図４は、本発明を適用した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４（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。
【００４２】
本形態の光学式位置検出装置１０では、図４および図５を参照して以下に説明するよう
に、位置検出部５０は、検出用光源部１２同士の差動、あるいは検出用光源部１２と参照
用光源１２Ｒとの差動により、２つの検出用光源部１２のうちの一方の検出用光源部１２
と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求め
、かかる比に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００４３】
以下、光検出器３０の受光結果に基づいて、第１検出用光源部１２Ａ、第２検出用光源
部１２Ｂ、第３検出用光源部１２Ｃおよび第４検出用光源部１２Ｄのうち、２つの検出用
光源を組み合わせを変えて差動させた複数の結果により対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座
標を検出する際の基本的な原理を説明する。
【００４４】
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
の検出用光源部１２、例えば、第１検出用光源部１２Ａと第３検出用光源部１２ＣはＸ軸
方向およびＹ軸方向で離間している。このため、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子
１２Ａ1が点灯して検出光Ｌ２ａを出射すると、検出光Ｌ２ａは、図４（ａ）に示すよう
に、一方側から他方側に向けて強度が単調減少する第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成する。
また、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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。
【００４５】
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４（ａ）に示すように、まず、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1を点
灯させる一方、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1を消灯させる一方、第３検出用光源部１２
Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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４（ｂ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｇａを形成した際の光検出
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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1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検出用光源部１２Ｃの外側発光
素子１２Ｃ1に対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流との比や調整量の比等
を用いれば、ＸＹ平面内において対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子
１２Ａ1と第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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。
【００４６】
より具体的には、図４（ａ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｇａと第２光強度分布
Ｌ２Ｇｃとを光強度分布が逆向きとなるように形成する。この状態で、光検出器３０での
検出値ＬＧａ、ＬＧｃが等しければ、ＸＹ平面内において対象物体Ｏｂが第１検出用光源
部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1と第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1との間
の中央に位置することが分る。これに対して、光検出器３０での検出値ＬＧａ、ＬＧｃが
相違している場合、検出値ＬＧａ、ＬＧｃが等しくなるように、第１検出用光源部１２Ａ
の外側発光素子１２Ａ1および第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1に対する制
御量（駆動電流）を調整して、図４（ｂ）に示すように、再度、第１光強度分布Ｌ２Ｇａ
および第２光強度分布Ｌ２Ｇｃを順次形成する。その結果、光検出器３０での検出値ＬＧ
ａ、ＬＧｃが等しくなれば、その時点での第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ
1に対する駆動電流と、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1に対する駆動電流
との比を用いれば、ＸＹ平面内において対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａの外側発
光素子１２Ａ1と第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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。
【００４７】
かかる検出原理を光路関数を用いて数理的に説明すると、以下のようになる。まず、上
記の差動において、光検出器３０での受光強度が等しくなったときの第１検出用光源部１
２Ａの外側発光素子１２Ａ1に対する駆動電流をＩAとし、第３検出用光源部１２Ｃの外側
発光素子１２Ｃ1に対する駆動電流をＩCとし、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１
２Ａ1から対象物体Ｏｂを経て光検出器３０に到る距離関数と第３検出用光源部１２Ｃの
外側発光素子１２Ｃ1から対象物体Ｏｂを経て光検出器３０に到る距離関数との比をＰAC
とすると、比ＰACは、基本的には下式
ＰAC＝ＩC／ＩA
により求められる。従って、対象物体Ｏｂは、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１
２Ｃ1と第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1とを結ぶ線を所定の比で分割した
位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂ位置することが分かる。
【００４８】
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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1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検出用光源部１２Ａ
の外側発光素子１２Ａ1が点灯したときの光検出器３０の検出強度
Ｃt＝第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ｃ
の外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1および第３検出用光源部
１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1の発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、
以下の説明では、発光係数を１とする。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、距離関数Ａt、Ｃtの比ＰACは、下式
ＰAC＝Ａt／Ｃt・・式（４）
で定義されることから、式（３）、（４）から、距離関数の比ＰACは
ＰAC＝ＩC／ＩA・・式（５）
で示すように表される。かかる式（５）では、環境光の項、対象物体Ｏｂの反射率の項が
存在しない。それ故、光路係数Ａt、Ｃtの比ＰACには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率が
影響しない。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。
【００５２】
ここで、検出用光源部１２で用いた光源点光源であり、ある地点での光強度は、光源か
らの距離の２乗に反比例する。従って、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1
と対象物体Ｏとの離間距離Ｐ１と、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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、検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ
1と第２検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1とを結ぶ仮想線をＰ１：Ｐ２で分割し
た位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。
【００５３】
同様に、外側発光素子１２Ｂ1と外側発光素子１２Ｄ1とを差動させて、外側発光素子１
２Ｂ1と対象物体Ｏｂとの距離と、外側発光素子１２Ｄ1と対象物体Ｏｂとの距離の比を求
めれば、外側発光素子１２Ｂ1と外側発光素子１２Ｄ1とを結ぶ仮想線を所定の比で分割し
た位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。それ故、対象物体Ｏｂの
Ｘ座標およびＹ座標を検出することができる。なお、上記の方法は、本形態で採用した原
理を幾何学的に説明したものであり、実際には、得られたデータを用いて計算を行う。
【００５４】
このようにしてＸ座標およびＹ座標を検出するにあたって、図３を参照して説明した内
外判定を行なえば、外側発光素子１２Ａ1と外側発光素子１２Ｃ1とを結ぶ仮想線を分割す
る際、および外側発光素子１２Ｂ1と外側発光素子１２Ｄ1とを結ぶ仮想線を分割する際、
対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの内側および外側に位
置するかがわかれば適正な分割を行なうことができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標お
よびＹ座標を精度よく検出することができる。
【００５５】
（参照光Ｌｒと検出光Ｌ２との差動）
図５は、本発明を適用した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、検出用光源部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。
【００５６】
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４（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。
【００５７】
図５（ａ）に示すように、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態においては、
第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1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１２Ｒ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。
【００５８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1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３
０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
部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1に対する駆動電流と、第３検出用光源部１２Ｃの外側発
光素子１２Ｃ1に対する駆動電流との比を求めることができる。それ故、第１検出用光源
部１２Ａと第３検出用光源部１２Ｃとの間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するかを
検出できることになる。
【００５９】
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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1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検出用光源部１２Ａ
の外側発光素子１２Ａ1が点灯したときの光検出器３０の検出強度
Ｃt＝第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ｃ
の外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1、第３検出用光源部１２
Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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検出用光源部１２Ａの外側発光素子
１２Ａ1に対する駆動電流をＩAとし、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1に
対する駆動電流をＩCとし、参照用光源１２Ｒに対する駆動電流をＩRとする。また、差動
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
検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1との差動と、第３検出用光源部１２Ｃの外側
発光素子１２Ｃ1との差動とにおいて同一と仮定する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
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、距離関数の比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、光路係数Ａt、Ｃtの比ＰACには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率
が影響しない。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、第１検出用光源部１
２Ａの外側発光素子１２Ａ1との差動と、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1
との差動とにおいて、参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの光検出器３０の検出強度を
異なる値に設定した場合でも、基本的には同様な原理が成り立つ。
【００６２】
ここで、検出用光源部１２で用いた光源点光源であり、ある地点での光強度は、光源か
らの距離の２乗に反比例する。従って、第１検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ1
と対象物体Ｏｂとの離間距離Ｐ１と、第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1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、検出用光源部１２Ａの外側発光素子１２Ａ
1と第３検出用光源部１２Ｃの外側発光素子１２Ｃ1とを結ぶ仮想線をＰ１：Ｐ２で分割し
た位置を通る等比線上に対象物体Ｏｂが存在することがわかる。
【００６３】
同様に、外側発光素子１２Ｂ1と参照用光源１２Ｒとの差動、および外側発光素子１２
Ｄ1と参照用光源１２Ｒとの差動を利用して、外側発光素子１２Ｂ1と対象物体Ｏｂとの距
離と、外側発光素子１２Ｄ1と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めれば、外側発光素子１２
Ｂ1と外側発光素子１２Ｄ1とを結ぶ仮想線を所定の比で分割した位置を通る等比線上に対
象物体Ｏｂが存在することがわかる。それ故、対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することが
できる。
【００６４】
このようにしてＸ座標およびＹ座標を検出するにあたって、図３を参照して説明した内
外判定を行なえば、外側発光素子１２Ａ1と外側発光素子１２Ｃ1とを結ぶ仮想線を分割す
る際、および外側発光素子１２Ｂ1と外側発光素子１２Ｄ1とを結ぶ仮想線を分割する際、
対象物体Ｏｂが第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄの内側および外側に位
置するかがわかれば適正な分割を行なうことができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標お
よびＹ座標を精度よく検出することができる。
【００６５】
（差動のための位置検出部５０の構成例）
図６は、本発明を適用した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。
【００６６】
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検出用光源部１２Ｂに置き換えれば、図４を参照して説明した差動に適用す
ることができる。
【００６７】
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検出用光源部１２Ａに所定電流値の駆動パルスを印
加する一方、可変抵抗１１２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検出用光源部１２Ａと参照用光源１２Ｒには
逆相の駆動パルスが印加されるので、第１検出用光源部１２Ａと参照用光源１２Ｒとは交
互に点灯することになる。そして、第１検出用光源部１２Ａが点灯した時、検出光Ｌ２ａ
のうち、対象物体Ｏｂで反射した光は光検出器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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
位置検出用信号分離回路１７０は、第１検出用光源部１２Ａに印加される駆動パルスに
同期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の
入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ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１７
０から発光強度補償指令回路１８０には、第１検出用光源部１２Ａが点灯した時の位置検
出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照用光源１２Ｒが点灯した時の位置検出信号Ｖｓの実効
値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００７２】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図６（ｂ）に示す
処理を行ない、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが
同一レベルとなるように光源駆動回路１４０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光
強度補償指令回路１８０は、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと位置検出信号Ｖｓの実効
値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対し
て、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、
発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせて第１検出用光源部
１２Ａからの出射光量を高める。また、位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが位置検出信号
Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵
抗値を下げさせて参照用光源１２Ｒからの出射光量を高める。
【００７３】
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検出用光源部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検出用光源部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。
【００７４】
同様な処理は、第２検出用光源部１２Ｂと参照用光源１２Ｒとの間でも行なわれ、発光
強度補償指令回路１８０から出力される位置検出信号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
用光源部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。
【００７５】
（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検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源
部１２Ｄが同時に点灯すると、透光部材４０の第１面４１側（検出空間１０Ｒ）には、第
１面４１に対する法線方向で強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布が形成される。
かかるＺ座標検出用光強度分布では、透光部材４０の第１面４１から離間するに従って強
度が単調に低下する。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３では、参照用光源１２
Ｒと第１検出用光源部１２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検
出器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検出用光源部１
２Ａ〜第４検出用光源部１２Ｄとを交互に点灯させたときの光検出器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検出用光源部１２Ａ〜第４検
出用光源部１２Ｄに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出す
ることができる。
【００７６】
（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、複数
の検出用光源部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３
０を介して２つの検出用光源部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の位置を検出することができる。ここで、検出空間１０Ｒからみた
ときに、光検出器３０は、複数の検出用光源部１２より内側に位置するとともに、複数の
検出用光源部１２は各々、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と内側発光素子１２Ａ2〜１２
Ｄ2とを備えている。従って、位置検出部５０は、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が点灯
した際の光検出器３０での受光強度と内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が点灯した際の光検
出器３０での受光強度との比較結果に基づいて対象物体Ｏｂが検出用光源部１２より外側
あるいは内側のいずれに位置するかを判定することができる。このため、２つの検出用光
源部１２のうちの一方の検出用光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の検出用光源
部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求めた際、２つの検出用光源部１２の距離を内分し
て対象物体Ｏｂの位置を特定すればよいのか、２つの検出用光源部１２の距離を外分して
対象物体Ｏｂの位置を特定すればよいのかを誤ることがない。それ故、対象物体Ｏｂの位
置を正確に検出することができる。
【００７７】
また、本形態では、２つの検出用光源部１２での差動、あるいは検出用光源部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。
【００７８】
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。
【００７９】
［他の実施形態］
上記実施の形態では、差動を行なう際、外側発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1を点灯させたが
、内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2を点灯させてもよい。また、外側発光素子１２Ａ1〜１
２Ｄ1および内側発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2を点灯させてもよい。
【００８０】
［光学式位置検出装置１０の利用例］
図７を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を触覚センサーとして用い
たロボットハンド装置を説明する。図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を
触覚センサーとしてハンド装置に備えたロボットアームの説明図であり、図７（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。
【００８１】
図７（ａ）に示すロボットアーム２００は、数値制御工作機械等に対してワークや工具
の供給および取り出し等行う装置であり、基台２９０から直立する支柱２２０と、アーム
２１０とを備えている。本形態において、アーム２１０は、支柱２２０の先端部に第１関
節２６０を介して連結された第１アーム部２３０と、第１アーム部２３０の先端部に第２
関節２７０を介して連結された第２アーム部２４０とを備えている。支柱２２０は、基台
２９０に対して垂直な軸線Ｈ１周りに回転可能であり、第１アーム部２３０は、支柱２２
０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
。
【００８２】
図７（ｂ）に示すように、ハンド装置４００は、複数の把持爪４１０（把持具）を備え
たハンド４５０を有しており、ハンド４５０は、複数の把持爪４１０の根元を保持する円
盤状の把持爪保持体４２０を備えている。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。
【００８３】
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。
【００８４】
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】
【００８５】
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・・検出用光源部、１２Ａ・・第１検出用光源部、１２Ａ1〜１２Ｄ1・・外
側発光素子、１２Ａ2〜１２Ｄ2・・内側発光素子、１２Ｂ・・第２検出用光源部、１２Ｃ
・・第３検出用光源部、１２Ｄ・・第４検出用光源部、１２Ｒ・・参照用光源、３０・・
光検出器、４０・・透光部材、５０・・位置検出部、５２・・ＸＹ座標検出部、５３・・
Ｚ座標検出部、５４・・内外検出部、Ｏｂ・・対象物体
【図２】
0005423543.tif 000002
【図３】
0005423543.tif 000003
【図４】
0005423543.tif 000004
【図５】
0005423543.tif 000005
【図６】
0005423543.tif 000006
【図７】
0005423543.tif 000007
【図８】
0005423543.tif 000008
【図１】
0005423543.tif 000009