光学式位置検出装置、ハンド装置およびタッチパネル
【課題】比較的簡素な構成および信号処理で、対象物体の位置や、対象物体が至近位置に到達したことを確実に検出することのできる光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置およびタッチパネルを提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、光源装置１１が透光部材４０において対象物体Ｏｂが位置する第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射して第１面４１側に第１面４１に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。また、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を光検出器３０で検出する。透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、光源装置１１が透光部材４０において対象物体Ｏｂが位置する第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射して第１面４１側に第１面４１に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。また、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を光検出器３０で検出する。透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光部材の一方面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置およびタッチパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームに搭載されたハンド装置等には、対象物体の位置を検出する光学式位置装置が用いられており、対象物体とハンドとの相対位置を光学的に検出した結果をフィードバックするようになっている。かかる光学式位置検出装置としては、従来、撮像装置を用いたものが提案されている（特許文献１、２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６６６７８号公報
【特許文献１】国際公開ＷＯ ０２／１８８９３ Ａ１
【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、撮像装置を用いた光学式位置検出装置は高価であるとともに、撮像結果に対する画像処理に要する時間が長くかかるという問題点である。また、撮像素子での撮像結果では、対象物体がハンドと接触する至近位置に到達した瞬間を高い精度で検出することは不可能である。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、比較的簡素な構成および信号処理で、対象物体の位置や、対象物体が至近位置に到達したことを確実に検出することのできる光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置およびタッチパネル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、透光部材の第１面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出置であって、前記透光部材において前記第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して前記第１面側に当該第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する光源装置と、前記対象物体で反射して前記透光部材の前記第２面側に透過してきた検出光を検出する光検出器と、前記光検出器の受光強度および前記離間距離検出用光強度分布に対応する位置を前記対象物体の前記透光部材からの離間距離として検出する位置検出部と、を有し、前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度が前記離間距離検出用光強度分布から外れたときに前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と判定することを特徴とする。
【０００７】
本発明において、光源装置は、透光部材において対象物体が位置する第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して第１面側に第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する。また、対象物体で反射して透光部材の第２面側に透過してきた検出光を光検出器で検出する。ここで、透光部材の第１面側に形成した離間距離検出用光強度分布は、透光部材からの離間距離と強度との間に一定の関係を有していることから、透光部材からの離間距離と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて対象物体と透光部材との離間距離を検出することができる。それ故、本発明によれば、高価な撮像素子や、複雑で処理に時間を要する画像処理を必要としないので、応答性に優れた光学式位置検出装置を安価に構成することができる。また、本発明では、対象物体が透光部材に接触する至近位置に到達すると、検出光の境界反射が起こらなくなるため、光検出器での受光強度は、離間距離検出用光強度分布から大きく外れた値となる。従って、位置検出部は、光検出器で検出された強度が離間距離検出用光強度分布から大きく外れた値となったときを前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と判定することができる。
【０００８】
本発明において、前記透光部材の前記第１面は、弾性および前記対象物体に対する吸着性を備えていることが好ましい。このように構成すると、対象物体が透光部材に接触すると、透光部材の第１面が変形して対象物体に吸着する。このため、対象物体と透光部材とが近接した状態と、対象物体と透光部材とが接触した状態とに明確に切り換わる。従って、対象物体と透光部材とが接触すると、光検出器で検出される検出光の強度が急峻に切り換わる。それ故、位置検出部は、対象物体が透光部材に接触したことを正確に判定することができる。
【０００９】
本発明において、前記透光部材の前記第１面は、シリコーン樹脂からなることが好ましい。前記透光部材の前記第１面がシリコーン樹脂からなる場合には、透光部材の第１面が弾性および対象物体に対する吸着性を備えた構成を容易に実現することができる。
【００１０】
なお、本発明においては、前記対象物体の表面が弾性および前記透光部材の前記第１面に対する吸着性を備えている構成を採用してもよく、このような構成は、例えば、前記対象物体の少なくとも表面をシリコーン樹脂により構成すればよい。
【００１１】
本発明において、前記検出用光源部は、前記検出光を出射する発光素子を備えている構成を採用することができる。このように構成すれば、検出用光源部を小型かつ安価に構成することができる。
【００１２】
本発明において、前記光検出器は、フォトダイオードまたはフォトトランジスターからなることが好ましい。このように構成すれば、光検出器を小型かつ安価に構成することができる。
【００１３】
本発明において、前記光源装置は、前記第２面側から前記検出光を出射して前記第１面に沿う面内方向で強度が変化する面内位置検出用光強度分布を形成し、前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度および前記面内位置検出用光強度分布に対応する位置を前記面内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。このように構成すると、共通の光検出器を用いて、対象物体の透光部材からの離間距離、および対象物体と透光部材との接触に加えて、対象物体の面内方向の位置を検出することができる。
【００１４】
本発明を適用した光学式位置検出装置は、対象物体を把持するハンド装置に用いることができ、この場合、ハンド装置は、前記対象物体を把持するハンドを備えているとともに、当該ハンドにおいて前記対象物体を把持する際に当該対象物体に接する面に前記透光部材を備えていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明を適用した光学式位置検出装置はタッチパネルとして用いることができ、この場合、前記透光部材の前記第１面からなる入力面を備えている構成を採用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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において、対象物体が透光部材と接触した状態を模式的に示す説明図である。
【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、透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理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での信号処理内容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で用いたＸ座標検出の原理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の全体構成を示す説明図である。
【図９】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各々の発光素子から出射される位置検出光の説明図である。
【図１０】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、発光素子から出射された位置検出光によって座標検出用の強度分布を形成した様子を示す説明図である。
【図１１】本発明を適用した光学式位置検出装置を触覚センサーとしてハンド装置に備えたロボットアームの説明図である。
【図１２】本発明を適用した光学式位置検出装置をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、透光部材と対象物体とが離間する方向を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。
【００１８】
［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。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において、対象物体が透光部材と接触した状態を模式的に示す説明図である。
【００１９】
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、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂと、透光部材４０との離間距離ＬＺ（図２参照）を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。
【００２０】
かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面４１を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。
【００２１】
本形態において、光源装置１１は複数の発光素子１２を備えており、かかる発光素子１２は、図２に示す光源駆動部１４によって駆動される。本形態において、光源装置１１は、複数の発光素子１２として２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂを備えており、かかる発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向で離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。ここで、発光素子１２Ａ、１２Ｂは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ、１２Ｂは、赤外光からなる検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを発散光として放出する。
【００２２】
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はフォトダイオードである。本形態において、光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。
【００２３】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第１面４１側には検出領域１０Ｒが設定されており、光源装置１１の発光素子１２Ａ、１２Ｂが同時に検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射すると、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、図４を参照して後述するように、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、第１面４１に対する法線方向（Ｚ軸方向）で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび光検出器３０での検出強度を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する。
【００２４】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、図３に示すように、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態、すなわち、離間距離ＬＺが０となる至近位置も検出する。
【００２５】
再び図２において、本形態では、外光の影響等をキャンセルすることを目的に、光学式位置検出装置１０の光源装置１１は、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを発散光として放出する。但し、参照発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００２６】
本形態の光学式位置検出装置１０では、Ｘ軸方向で離間する２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）が用いられており、２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）は、後述するように、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、第１面４１に沿う面内方向（Ｘ軸方向）で強度が変化する面内方向位置検出用光強度分布も形成する。かかる面内方向位置検出用光強度分布では、発光素子１２の位置からから離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、かかる面内方向位置検出光強度分布および光検出器３０での検出強度を利用して透光部材４０の面内方向の位置（Ｘ座標）も検出する。
【００２７】
かかる検出動作を行なうために、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源装置１１の光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２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、発光素子１２Ａを駆動する光源駆動回路１４０ａと、発光素子１２Ｂを駆動する光源駆動回路１４０ｂと、参照用の発光素子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、１４０ｂ、１４０ｒの全てを制御する。
【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、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）、および接触判定部５４を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００２９】
（透光部材４０の構成）
本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０は少なくとも、第１面４１側が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。本形態においては、透光部材４０として、シリコーン樹脂製のシートあるいは板材が用いられており、透光部材４０全体が弾性を備えている。このため、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、第１面４１は、対象物体Ｏｂに吸着した状態となる。
【００３０】
なお、透光部材４０は、全体が弾性を備えていなくてもよく、第１面４１側のみが弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている構成であってもよい。例えば、透光部材４０は、アクリル等の樹脂板やガラス板の第１面４１側にシリコーン樹脂層が形成された構成であってもよい。
【００３１】
（離間距離検出用光強度分布および離間距離ＬＺの検出方法）
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において、透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００３２】
本形態の光学式位置検出装置１０では、検出光検出期間において発光素子１２Ａ、１２Ｂが点灯すると、図４（ａ）に示すように、透光部材４０の第１面４１側（検出領域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離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂ（Ｚ座標検出用光強度分布）が形成される。本形態において、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂ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直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）が反射され、その反射光Ｌ３の一部が光検出器３０により検出される。ここで、光検出器３０での検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の受光強度は、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度と一定の関係、例えば、比例関係にある。
【００３３】
これに対して、参照光検出期間において参照用の発光素子１２Ｒが点灯すると、発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図４（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。
【００３４】
図４に示す例では、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂが第１面４１に接触する直前の位置にあるときに光検出器３０が検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を検出したときの強度に一致させてある。
【００３５】
このような離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂや参照光Ｌ２ｒを用いれば、以下に説明する方法により、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。
【００３６】
例えば、第１の方法では、図４（ａ）に示す離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒとの差を利用する。より具体的には、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂは、Ｚ軸方向において予め設定した分布になっているので、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの強度との差も予め、設定した関数になっている。従って、離間距離検出部５３は、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒを出射したときの光検出器３０での検出値Ｌｒとの差を求めれば、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、なお、発光素子１２Ａを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｂを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｒを点灯させた際の検出値Ｌｒの比および／または差に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することもできる。
【００３７】
次に、第２の方法では、検出光検出期間における光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間における光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。
【００３８】
かかる方法では、まず、図４（ａ）に示すように、検出光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させて、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂを求める。次に、参照光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを消灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを点灯させた際の光検出器３０での検出値Ｌｒを求める。その際、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しければ、第１面４１に接触する直前の位置に対象物体Ｏｂが位置することが分る。
【００３９】
これに対して、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが相違している場合、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整する。そして、図４（ｂ）に示すように、再度、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとを求める。
【００４０】
その結果、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが値ＬＺａｂｒになって等しくなれば、離間距離検出部５３は、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量の調整量ΔＬ２Ｚａｂと、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の調整量ΔＬ２ｒとの比や差から、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量を調整する際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、上記の第２の方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の双方を調整したが、一方のみを調整してもよい。
【００４１】
上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置情報を取得するにあたって、例えば、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５に示すように、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。
【００４２】
（位置検出部５０の構成例）
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での信号処理内容を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。
【００４３】
図５（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１４０は、検出光検出期間では可変抵抗１１１を介して位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに所定電流値の駆動パルスを印加し、参照光検出期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して参照用の発光素子１２Ｒに所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、検出光検出期間と参照光検出期間とでは、発光素子１２Ａ、１２Ｂと発光素子１２Ｒとに対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光されるとともに、参照光検出期間においては、参照光Ｌ２ｒが共通の光検出器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。
【００４４】
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Ｐ１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Ｐ１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、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器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。
【００４５】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。
【００４６】
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１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１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Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、検出光検出期間および参照光検出期間における光検出器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Ｌ２および参照光Ｌ２ｒは変調されているのに対して、環境光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、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。
【００４７】
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。
【００４８】
位置検出用信号分離回路１７０は、検出光検出期間において発光素子１２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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００４９】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図５（ｂ）に示す処理を行ない、検出光検出期間（第１期間）での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間（第２期間）での位置検出信号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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、参照光検出期間での位置検出信号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検出光検出期間での発光素子１２からの出射光量を高める。また、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、検出光検出期間での位置検出信号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光検出期間での出射光量を高める。
【００５０】
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、検出光検出期間および参照光検出期間での光検出器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２の制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号Ｖｇとして離間距離検出部５３に出力すれば、離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離（Ｚ座標）を得ることができる。
【００５１】
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
【００５２】
（接触状態の判定）
このようにして本形態では、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出するが、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１とが接する瞬間を高い精度で検出することは困難である。そこで、本形態では、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触した際、透光部材４０の第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となるのを検出する。
【００５３】
すなわち、対象物体Ｏｂと透光部材４０がわずかでも離間しているときは、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｄ）は、透光部材４０を透過した後、対象物体Ｏｂで境界反射し、その後、透光部材４０を透過して光検出器３０に到達する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０がわずかでも離間していれば、光検出器３０での検出強度は、図４（ａ）に示す離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂに沿った値となる。かかる条件は、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触する直前まで成り立つ。
【００５４】
これに対して、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接し、第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となると、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｄ）が透光部材４０内を進行して対象物体Ｏｂと透光部材４０とが吸着している領域に到達しても、境界反射が起こらず、大部分が吸収される。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接している場合には、光検出器３０での受光強度は、図４（ａ）に矢印Ｆで示すように、離間位置検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂで規定される関係から大きく外れ、極めて低い値ＬＺ０となる。従って、接触判定部５４は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。
【００５５】
しかも、本形態では、透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えたシリコーン樹脂からなる。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触すると、透光部材４０の第１面４１が変形して対象物体Ｏｂに吸着する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが近接した状態と、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態とに明確に切り換わる。
【００５６】
（Ｘ座標の検出）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｘ軸方向で離間する位置に２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）を備えていることから、発光素子１２Ａが形成する光強度分布と、発光素子１２Ｂが形成する光強度分布とを利用すれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。そこで、図６を参照して、光強度分布の構成およびＸ座標検出の原理を説明する。
【００５７】
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で用いたＸ座標検出の原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、検出光のＸ軸方向の強度分布等を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００５８】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｘ座標を検出する際には、図６（ａ）に示すように、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、発光素子１２Ａを点灯させる一方、発光素子１２Ｂを消灯させ、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。また、Ｘ座標検出用第２期間において、発光素子１２Ａを消灯させる一方、発光素子１２Ｂを点灯させ、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。好ましくは、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。従って、検出領域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。ここで、Ｘ座標検出用第１期間に形成するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２期間に形成するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを予め、設定した分布としておけば、以下の方法等により、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００５９】
例えば、第１の方法では、図６（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差を利用する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。
【００６０】
次に、第２の方法では、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図６（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２ＸｂがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。本例では、第１期間では、発光素子１２Ａが出射する検出光Ｌａおよび発光素子１２Ｂが出射する検出光Ｌｂのうち、検出光Ｌｂを参照光として利用し、第２期間では検出光Ｌａを参照光とし、検出光と参照光との差動を利用する。
【００６１】
まず、図６（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、Ｘ軸方向で逆向きに形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。
【００６２】
これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図６（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように発光素子１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００６３】
このようにして、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置情報を取得するにあたって、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５を参照して説明したように、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。
【００６４】
（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、光源装置１１が透光部材４０において対象物体Ｏｂが位置する第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に第１面４１に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。また、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を光検出器３０で検出する。ここで、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂは、透光部材４０からの離間距離ＬＺと強度との間に一定の関係を有していることから、透光部材４０からの離間距離と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離を検出することができる。それ故、本形態によれば、高価な撮像素子や、複雑で処理に時間を要する画像処理を必要としないので、応答性に優れた光学式位置検出装置１０を安価に構成することができる。
【００６５】
また、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触すると、検出光Ｌ２の境界反射が起こらなくなるため、光検出器３０での受光強度は、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となる。従って、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。
【００６６】
しかも、透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、透光部材４０の第１面４１が変形して対象物体Ｏｂに吸着する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが近接した状態と、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態とに明確に切り換わる。従って、対象物体Ｏｂが、透光部材４０に接触する至近位置に到達すると、光検出器３０で検出される検出光の強度が急峻に切り換わる。従って、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる。
【００６７】
ここで、透光部材４０の第１面４１は、シリコーン樹脂からなるため、透光部材４０の第１面４１が弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えた構成を容易に実現することができる。
【００６８】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、光源装置１１の光源が発光素子１２であるため、光源装置１１を小型かつ安価に構成することができる。また、光検出器３０は、フォトダイオードまたはフォトトランジスター等の受光素子により構成しているので、光検出器３０を小型かつ安価に構成することができる。
【００６９】
さらに、本形態において、光源装置１１は、第１面４１に沿う面内方向（Ｘ軸方向）で強度が変化する面内位置検出用光強度分布（Ｘ座標検出用光強度分布）を形成する。このため、共通の光検出器３０を用いて、対象物体Ｏｂの透光部材４０からの離間距離、および対象物体Ｏｂと透光部材４０との接触に加えて、対象物体Ｏｂの面内方向の位置（Ｘ座標）を検出することができる。
【００７０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、光学式位置検出装置１０において、共通の光検出器３０を用いて、対象物体Ｏｂの透光部材４０からの離間距離、および対象物体Ｏｂと透光部材４０との接触に加えて、対象物体Ｏｂの面内方向の位置（Ｘ座標）を検出する例を説明したが、図７〜１０を参照して、さらに、対象物体ＯｂのＹＸ座標を検出する例を説明する。
【００７１】
（全体構成）
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８は、本発明の実施の形態２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。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、共通する部分に同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【００７２】
図７および図８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、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂの透光部材４０との離間距離ＬＺ（図８参照）を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。
【００７３】
かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。
【００７４】
本形態において、光源装置１１は、４つの位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｂ）を備えており、かかる４つの発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で互いに離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。発光素子１２〜１２Ｄは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、赤外光からなる検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。
【００７５】
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であり、光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。
【００７６】
また、本形態でも、実施の形態１と同様、光源装置１１は、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを発散光として放出する。但し、参照用の発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００７７】
本形態において、図８に示す光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用の発光素子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、５つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ｒを各々駆動する光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒからなり、光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの全てを制御する。
【００７８】
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。本形態において、位置検出部５０は、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２、離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）、および接触判定部５４を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００７９】
（位置検出の動作等）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において各々の発光素子１２から出射される位置検出光の説明図である。図１０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、発光素子１２から出射された位置検出光によって座標検出用の強度分布を形成した様子を示す説明図である。
【００８０】
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側に検出領域１０Ｒが設定されており、光源装置１１の発光素子１２Ａ〜１２Ｂは、以下に説明する光強度分布を形成する。
【００８１】
まず、検出領域１０Ｒは例えば四角形であり、４つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、検出領域１０Ｒの４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄの各々に向けて中心光軸を向けている。このため、発光素子１２Ａが点灯すると、図９（ａ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａを中心にした強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｂが点灯すると、図９（ｂ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂを中心にした強度分布が形成される。発光素子１２Ｃが点灯すると、図９（ｃ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｃを中心にした強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｄが点灯すると、図９（ｄ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄを中心にした強度分布が形成される。
【００８２】
従って、発光素子１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用強度分布／第１座標検出用第１強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用強度分布／第１座標検出用第２強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、Ｘ座標検出部５１は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００８３】
また、発光素子１２Ａ、１２Ｂが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用強度分布／第２座標検出用第１強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｃおよび発光素子１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用強度分布／第２座標検出用第２強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｙ座標検出部５２は、実施の形態１でＸ座標を検出したのと同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００８４】
さらに、４つの発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、発光素子１２Ｂ、発光素子１２Ｃ、発光素子１２Ｄ）が全て点灯すると、実施の形態１において図４を参照して説明した離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび光検出器３０での検出強度を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。その際、実施の形態１と同様、参照光Ｌ２ｒを利用すれば、外光の影響などをキャンセルすることができる。
【００８５】
また、本形態でも、透光部材４０は少なくとも、第１面４１側が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。従って、本形態でも、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、瞬間的に、透光部材４０の第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となる。このような吸着が発生すると、境界反射が起こらないため、光検出器３０での受光強度は、図４（ａ）に矢印Ｆで示すように、離間位置検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂで規定される関係から大きく外れ、極めて低い値ＬＺ０となる。従って、接触判定部５４は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。それ故、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００８６】
［光学式位置検出装置１０の利用例１］
図１１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１１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１１（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。
【００８７】
図１１（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２２０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。
【００８８】
図１１（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Ｈ５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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、実施の形態１、２で説明した光学式位置検出装置１０の透光部材４０の第１面４１からなる。従って、把持爪４１０が対象物体Ｏｂを把持する際、光学式位置検出装置１０は、対象物体Ｏｂと把持爪４１０との相対位置を検出し、かかる位置検出結果は、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。
【００９１】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、透光部材４０の第１面４１が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えており、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる。それ故、ハンド装置４００では、把持爪４１０が対象物体Ｏｂに接触した瞬間を正確に把握できるので、壊れやすい対象物体Ｏｂや非常に柔らかい対象物体Ｏｂであっても、対象物体Ｏｂに破損あるいは大きな変形を生じさせることなく対象物体Ｏｂを把持することができる。すなわち、壊れやすい対象物体Ｏｂを把持する場合には、把持爪４１０の接触圧を適正に設定することができ、柔らかい対象物体Ｏｂを把持する場合には、対象物体Ｏｂに対する把持爪４１０の沈み込み量を適正に設定することができる。
【００９２】
［光学式位置検出装置１の利用例２］
図１２を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用いた表示装置を説明する。図１２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
【００９３】
図１２（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き投射型表示装置１００は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置１２００を備えており、かかる画像投射装置１２００は、筐体１２５０の前面部１２０１に設けられた投射レンズ１２１０からスクリーン部材１２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。
【００９４】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００は、画像が投射される前方空間（スクリーン部材１２９０の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００では、かかる対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定する入力情報として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なう。
【００９５】
かかる位置検出機能を実現することを目的に、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００では、実施の形態１、２を参照して説明した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用い、光学式位置検出装置１０の透光部材４０によってスクリーン部材２９０を構成する。従って、スクリーン部材２９０において画像が視認されるスクリーン面は、透光部材４０の第１面４１により構成された入力面として利用され、スクリーン部材２９０の裏面側（透光部材４０の第２面４２）の側には、位置検出光用の発光素子１２を備えた光源装置１１や、光検出器３０が配置される。
【００９６】
このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置１００においては、スクリーン部材２９０に表示された画像を指先等の対象物体Ｏｂで指示すると、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出され、かかる対象物体Ｏｂの位置を入力情報として扱うことができる。また、指先等の対象物体Ｏｂでスクリーン部材２９０を押圧した際、かかる押圧を入力の確定や、表示画像の切替等を指示する情報等として利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・光源装置、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、３０・・光検出器、４０・・透光部材、４１・・第１面、４２・・第２面、５０・・位置検出部、５１・・Ｘ座標検出部、５２・・Ｙ座標検出部、５３・・離間距離検出部、５４・・接触判定部、１００・・位置検出機能付き投射型表示装置、２００・・ロボットアーム、４００・・ハンド装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光部材の一方面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置およびタッチパネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットアームに搭載されたハンド装置等には、対象物体の位置を検出する光学式位置装置が用いられており、対象物体とハンドとの相対位置を光学的に検出した結果をフィードバックするようになっている。かかる光学式位置検出装置としては、従来、撮像装置を用いたものが提案されている（特許文献１、２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６６６７８号公報
【特許文献１】国際公開ＷＯ ０２／１８８９３ Ａ１
【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、撮像装置を用いた光学式位置検出装置は高価であるとともに、撮像結果に対する画像処理に要する時間が長くかかるという問題点である。また、撮像素子での撮像結果では、対象物体がハンドと接触する至近位置に到達した瞬間を高い精度で検出することは不可能である。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、比較的簡素な構成および信号処理で、対象物体の位置や、対象物体が至近位置に到達したことを確実に検出することのできる光学式位置検出装置、並びに当該光学式位置装置を備えたハンド装置およびタッチパネル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、透光部材の第１面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出置であって、前記透光部材において前記第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して前記第１面側に当該第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する光源装置と、前記対象物体で反射して前記透光部材の前記第２面側に透過してきた検出光を検出する光検出器と、前記光検出器の受光強度および前記離間距離検出用光強度分布に対応する位置を前記対象物体の前記透光部材からの離間距離として検出する位置検出部と、を有し、前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度が前記離間距離検出用光強度分布から外れたときに前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と判定することを特徴とする。
【０００７】
本発明において、光源装置は、透光部材において対象物体が位置する第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して第１面側に第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する。また、対象物体で反射して透光部材の第２面側に透過してきた検出光を光検出器で検出する。ここで、透光部材の第１面側に形成した離間距離検出用光強度分布は、透光部材からの離間距離と強度との間に一定の関係を有していることから、透光部材からの離間距離と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて対象物体と透光部材との離間距離を検出することができる。それ故、本発明によれば、高価な撮像素子や、複雑で処理に時間を要する画像処理を必要としないので、応答性に優れた光学式位置検出装置を安価に構成することができる。また、本発明では、対象物体が透光部材に接触する至近位置に到達すると、検出光の境界反射が起こらなくなるため、光検出器での受光強度は、離間距離検出用光強度分布から大きく外れた値となる。従って、位置検出部は、光検出器で検出された強度が離間距離検出用光強度分布から大きく外れた値となったときを前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と判定することができる。
【０００８】
本発明において、前記透光部材の前記第１面は、弾性および前記対象物体に対する吸着性を備えていることが好ましい。このように構成すると、対象物体が透光部材に接触すると、透光部材の第１面が変形して対象物体に吸着する。このため、対象物体と透光部材とが近接した状態と、対象物体と透光部材とが接触した状態とに明確に切り換わる。従って、対象物体と透光部材とが接触すると、光検出器で検出される検出光の強度が急峻に切り換わる。それ故、位置検出部は、対象物体が透光部材に接触したことを正確に判定することができる。
【０００９】
本発明において、前記透光部材の前記第１面は、シリコーン樹脂からなることが好ましい。前記透光部材の前記第１面がシリコーン樹脂からなる場合には、透光部材の第１面が弾性および対象物体に対する吸着性を備えた構成を容易に実現することができる。
【００１０】
なお、本発明においては、前記対象物体の表面が弾性および前記透光部材の前記第１面に対する吸着性を備えている構成を採用してもよく、このような構成は、例えば、前記対象物体の少なくとも表面をシリコーン樹脂により構成すればよい。
【００１１】
本発明において、前記検出用光源部は、前記検出光を出射する発光素子を備えている構成を採用することができる。このように構成すれば、検出用光源部を小型かつ安価に構成することができる。
【００１２】
本発明において、前記光検出器は、フォトダイオードまたはフォトトランジスターからなることが好ましい。このように構成すれば、光検出器を小型かつ安価に構成することができる。
【００１３】
本発明において、前記光源装置は、前記第２面側から前記検出光を出射して前記第１面に沿う面内方向で強度が変化する面内位置検出用光強度分布を形成し、前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度および前記面内位置検出用光強度分布に対応する位置を前記面内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。このように構成すると、共通の光検出器を用いて、対象物体の透光部材からの離間距離、および対象物体と透光部材との接触に加えて、対象物体の面内方向の位置を検出することができる。
【００１４】
本発明を適用した光学式位置検出装置は、対象物体を把持するハンド装置に用いることができ、この場合、ハンド装置は、前記対象物体を把持するハンドを備えているとともに、当該ハンドにおいて前記対象物体を把持する際に当該対象物体に接する面に前記透光部材を備えていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明を適用した光学式位置検出装置はタッチパネルとして用いることができ、この場合、前記透光部材の前記第１面からなる入力面を備えている構成を採用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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において、対象物体が透光部材と接触した状態を模式的に示す説明図である。
【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、透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理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での信号処理内容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で用いたＸ座標検出の原理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の全体構成を示す説明図である。
【図９】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各々の発光素子から出射される位置検出光の説明図である。
【図１０】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、発光素子から出射された位置検出光によって座標検出用の強度分布を形成した様子を示す説明図である。
【図１１】本発明を適用した光学式位置検出装置を触覚センサーとしてハンド装置に備えたロボットアームの説明図である。
【図１２】本発明を適用した光学式位置検出装置をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、透光部材と対象物体とが離間する方向を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。
【００１８】
［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。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において、対象物体が透光部材と接触した状態を模式的に示す説明図である。
【００１９】
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、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂと、透光部材４０との離間距離ＬＺ（図２参照）を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。
【００２０】
かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面４１を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。
【００２１】
本形態において、光源装置１１は複数の発光素子１２を備えており、かかる発光素子１２は、図２に示す光源駆動部１４によって駆動される。本形態において、光源装置１１は、複数の発光素子１２として２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂを備えており、かかる発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向で離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。ここで、発光素子１２Ａ、１２Ｂは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ、１２Ｂは、赤外光からなる検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを発散光として放出する。
【００２２】
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はフォトダイオードである。本形態において、光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。
【００２３】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、透光部材４０の第１面４１側には検出領域１０Ｒが設定されており、光源装置１１の発光素子１２Ａ、１２Ｂが同時に検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射すると、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、図４を参照して後述するように、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、第１面４１に対する法線方向（Ｚ軸方向）で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび光検出器３０での検出強度を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する。
【００２４】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、図３に示すように、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態、すなわち、離間距離ＬＺが０となる至近位置も検出する。
【００２５】
再び図２において、本形態では、外光の影響等をキャンセルすることを目的に、光学式位置検出装置１０の光源装置１１は、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを発散光として放出する。但し、参照発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００２６】
本形態の光学式位置検出装置１０では、Ｘ軸方向で離間する２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）が用いられており、２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）は、後述するように、透光部材４０を透過して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に、第１面４１に沿う面内方向（Ｘ軸方向）で強度が変化する面内方向位置検出用光強度分布も形成する。かかる面内方向位置検出用光強度分布では、発光素子１２の位置からから離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、かかる面内方向位置検出光強度分布および光検出器３０での検出強度を利用して透光部材４０の面内方向の位置（Ｘ座標）も検出する。
【００２７】
かかる検出動作を行なうために、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源装置１１の光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２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、発光素子１２Ａを駆動する光源駆動回路１４０ａと、発光素子１２Ｂを駆動する光源駆動回路１４０ｂと、参照用の発光素子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、１４０ｂ、１４０ｒの全てを制御する。
【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、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）、および接触判定部５４を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００２９】
（透光部材４０の構成）
本形態の光学式位置検出装置１０において、透光部材４０は少なくとも、第１面４１側が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。本形態においては、透光部材４０として、シリコーン樹脂製のシートあるいは板材が用いられており、透光部材４０全体が弾性を備えている。このため、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、第１面４１は、対象物体Ｏｂに吸着した状態となる。
【００３０】
なお、透光部材４０は、全体が弾性を備えていなくてもよく、第１面４１側のみが弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている構成であってもよい。例えば、透光部材４０は、アクリル等の樹脂板やガラス板の第１面４１側にシリコーン樹脂層が形成された構成であってもよい。
【００３１】
（離間距離検出用光強度分布および離間距離ＬＺの検出方法）
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において、透光部材と対象物体との離間距離を検出する原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００３２】
本形態の光学式位置検出装置１０では、検出光検出期間において発光素子１２Ａ、１２Ｂが点灯すると、図４（ａ）に示すように、透光部材４０の第１面４１側（検出領域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離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂ（Ｚ座標検出用光強度分布）が形成される。本形態において、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂ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直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）が反射され、その反射光Ｌ３の一部が光検出器３０により検出される。ここで、光検出器３０での検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の受光強度は、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度と一定の関係、例えば、比例関係にある。
【００３３】
これに対して、参照光検出期間において参照用の発光素子１２Ｒが点灯すると、発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図４（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。
【００３４】
図４に示す例では、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂが第１面４１に接触する直前の位置にあるときに光検出器３０が検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を検出したときの強度に一致させてある。
【００３５】
このような離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂや参照光Ｌ２ｒを用いれば、以下に説明する方法により、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。
【００３６】
例えば、第１の方法では、図４（ａ）に示す離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒとの差を利用する。より具体的には、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂは、Ｚ軸方向において予め設定した分布になっているので、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂと、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの強度との差も予め、設定した関数になっている。従って、離間距離検出部５３は、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒを出射したときの光検出器３０での検出値Ｌｒとの差を求めれば、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、なお、発光素子１２Ａを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｂを点灯させた際の検出値、発光素子１２Ｒを点灯させた際の検出値Ｌｒの比および／または差に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することもできる。
【００３７】
次に、第２の方法では、検出光検出期間における光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間における光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。
【００３８】
かかる方法では、まず、図４（ａ）に示すように、検出光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させて、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂを求める。次に、参照光検出期間において、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂを消灯させる一方、参照用の発光素子１２Ｒを点灯させた際の光検出器３０での検出値Ｌｒを求める。その際、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しければ、第１面４１に接触する直前の位置に対象物体Ｏｂが位置することが分る。
【００３９】
これに対して、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが相違している場合、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整する。そして、図４（ｂ）に示すように、再度、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光検出期間において参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとを求める。
【００４０】
その結果、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが値ＬＺａｂｒになって等しくなれば、離間距離検出部５３は、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量の調整量ΔＬ２Ｚａｂと、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の調整量ΔＬ２ｒとの比や差から、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺａｂ、Ｌｒが等しくなるように位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量を調整する際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、上記の第２の方法では、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量、および参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量の双方を調整したが、一方のみを調整してもよい。
【００４１】
上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置情報を取得するにあたって、例えば、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５に示すように、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。
【００４２】
（位置検出部５０の構成例）
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での信号処理内容を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の光検出器３０での検出値ＬＺａｂと、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体Ｏｂの対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出する方法である。
【００４３】
図５（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１４０は、検出光検出期間では可変抵抗１１１を介して位置検出用の発光素子１２Ａ、１２Ｂに所定電流値の駆動パルスを印加し、参照光検出期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して参照用の発光素子１２Ｒに所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、検出光検出期間と参照光検出期間とでは、発光素子１２Ａ、１２Ｂと発光素子１２Ｒとに対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、検出光検出期間において離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光されるとともに、参照光検出期間においては、参照光Ｌ２ｒが共通の光検出器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。
【００４４】
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Ｐ１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Ｐ１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、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器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。
【００４５】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。
【００４６】
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１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１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Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、検出光検出期間および参照光検出期間における光検出器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Ｌ２および参照光Ｌ２ｒは変調されているのに対して、環境光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、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。
【００４７】
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。
【００４８】
位置検出用信号分離回路１７０は、検出光検出期間において発光素子１２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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００４９】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図５（ｂ）に示す処理を行ない、検出光検出期間（第１期間）での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間（第２期間）での位置検出信号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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号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、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、参照光検出期間での位置検出信号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検出光検出期間での発光素子１２からの出射光量を高める。また、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、検出光検出期間での位置検出信号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光検出期間での出射光量を高める。
【００５０】
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、検出光検出期間および参照光検出期間での光検出器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２の制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、検出光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、参照光検出期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号Ｖｇとして離間距離検出部５３に出力すれば、離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離（Ｚ座標）を得ることができる。
【００５１】
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
【００５２】
（接触状態の判定）
このようにして本形態では、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出するが、対象物体Ｏｂと透光部材４０の第１面４１とが接する瞬間を高い精度で検出することは困難である。そこで、本形態では、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触した際、透光部材４０の第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となるのを検出する。
【００５３】
すなわち、対象物体Ｏｂと透光部材４０がわずかでも離間しているときは、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｄ）は、透光部材４０を透過した後、対象物体Ｏｂで境界反射し、その後、透光部材４０を透過して光検出器３０に到達する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０がわずかでも離間していれば、光検出器３０での検出強度は、図４（ａ）に示す離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂに沿った値となる。かかる条件は、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触する直前まで成り立つ。
【００５４】
これに対して、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接し、第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となると、検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｄ）が透光部材４０内を進行して対象物体Ｏｂと透光部材４０とが吸着している領域に到達しても、境界反射が起こらず、大部分が吸収される。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接している場合には、光検出器３０での受光強度は、図４（ａ）に矢印Ｆで示すように、離間位置検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂで規定される関係から大きく外れ、極めて低い値ＬＺ０となる。従って、接触判定部５４は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。
【００５５】
しかも、本形態では、透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えたシリコーン樹脂からなる。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触すると、透光部材４０の第１面４１が変形して対象物体Ｏｂに吸着する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが近接した状態と、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態とに明確に切り換わる。
【００５６】
（Ｘ座標の検出）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｘ軸方向で離間する位置に２つの発光素子１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ）を備えていることから、発光素子１２Ａが形成する光強度分布と、発光素子１２Ｂが形成する光強度分布とを利用すれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。そこで、図６を参照して、光強度分布の構成およびＸ座標検出の原理を説明する。
【００５７】
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で用いたＸ座標検出の原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、検出光のＸ軸方向の強度分布等を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００５８】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｘ座標を検出する際には、図６（ａ）に示すように、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、発光素子１２Ａを点灯させる一方、発光素子１２Ｂを消灯させ、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。また、Ｘ座標検出用第２期間において、発光素子１２Ａを消灯させる一方、発光素子１２Ｂを点灯させ、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。好ましくは、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。従って、検出領域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。ここで、Ｘ座標検出用第１期間に形成するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２期間に形成するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを予め、設定した分布としておけば、以下の方法等により、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００５９】
例えば、第１の方法では、図６（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差を利用する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。
【００６０】
次に、第２の方法では、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図６（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２ＸｂがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。本例では、第１期間では、発光素子１２Ａが出射する検出光Ｌａおよび発光素子１２Ｂが出射する検出光Ｌｂのうち、検出光Ｌｂを参照光として利用し、第２期間では検出光Ｌａを参照光とし、検出光と参照光との差動を利用する。
【００６１】
まず、図６（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、Ｘ軸方向で逆向きに形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。
【００６２】
これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図６（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように発光素子１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００６３】
このようにして、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置情報を取得するにあたって、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５を参照して説明したように、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。
【００６４】
（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、光源装置１１が透光部材４０において対象物体Ｏｂが位置する第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射して第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に第１面４１に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。また、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を光検出器３０で検出する。ここで、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂは、透光部材４０からの離間距離ＬＺと強度との間に一定の関係を有していることから、透光部材４０からの離間距離と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離を検出することができる。それ故、本形態によれば、高価な撮像素子や、複雑で処理に時間を要する画像処理を必要としないので、応答性に優れた光学式位置検出装置１０を安価に構成することができる。
【００６５】
また、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触すると、検出光Ｌ２の境界反射が起こらなくなるため、光検出器３０での受光強度は、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となる。従って、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。
【００６６】
しかも、透光部材４０の第１面４１は、弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。このため、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、透光部材４０の第１面４１が変形して対象物体Ｏｂに吸着する。このため、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが近接した状態と、対象物体Ｏｂと透光部材４０とが接触した状態とに明確に切り換わる。従って、対象物体Ｏｂが、透光部材４０に接触する至近位置に到達すると、光検出器３０で検出される検出光の強度が急峻に切り換わる。従って、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる。
【００６７】
ここで、透光部材４０の第１面４１は、シリコーン樹脂からなるため、透光部材４０の第１面４１が弾性および対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えた構成を容易に実現することができる。
【００６８】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、光源装置１１の光源が発光素子１２であるため、光源装置１１を小型かつ安価に構成することができる。また、光検出器３０は、フォトダイオードまたはフォトトランジスター等の受光素子により構成しているので、光検出器３０を小型かつ安価に構成することができる。
【００６９】
さらに、本形態において、光源装置１１は、第１面４１に沿う面内方向（Ｘ軸方向）で強度が変化する面内位置検出用光強度分布（Ｘ座標検出用光強度分布）を形成する。このため、共通の光検出器３０を用いて、対象物体Ｏｂの透光部材４０からの離間距離、および対象物体Ｏｂと透光部材４０との接触に加えて、対象物体Ｏｂの面内方向の位置（Ｘ座標）を検出することができる。
【００７０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、光学式位置検出装置１０において、共通の光検出器３０を用いて、対象物体Ｏｂの透光部材４０からの離間距離、および対象物体Ｏｂと透光部材４０との接触に加えて、対象物体Ｏｂの面内方向の位置（Ｘ座標）を検出する例を説明したが、図７〜１０を参照して、さらに、対象物体ＯｂのＹＸ座標を検出する例を説明する。
【００７１】
（全体構成）
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８は、本発明の実施の形態２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。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、共通する部分に同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【００７２】
図７および図８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、シート状あるいは板状の透光部材４０の第１面４１側に位置する対象物体Ｏｂの透光部材４０との離間距離ＬＺ（図８参照）を検出する光学式センサー装置であり、後述するロボットハンド装置での触覚センサーやタッチパネルとして利用される。
【００７３】
かかる検出を行なうにあたって、本形態の光学式位置検出置１０は、ＸＹ平面に沿って第１面を向けるシート状あるいは板状の透光部材４０と、透光部材４０において第１面４１側とは反対側の第２面４２側から検出光Ｌ２を出射する光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４０の第２面４２側に透過してきた反射光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。
【００７４】
本形態において、光源装置１１は、４つの位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｂ）を備えており、かかる４つの発光素子１２Ａ、１２Ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で互いに離間する位置で発光面を透光部材４０に向けている。発光素子１２〜１２Ｄは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、本形態において、発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、赤外光からなる検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。
【００７５】
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であり、光検出器３０は、透光部材４０の第２面４２側において、２つの発光素子１２Ａ、１２Ｂが配置されている位置の間に配置されている。
【００７６】
また、本形態でも、実施の形態１と同様、光源装置１１は、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを発散光として放出する。但し、参照用の発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００７７】
本形態において、図８に示す光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して位置検出用の発光素子１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用の発光素子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、５つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ｒを各々駆動する光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒからなり、光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒの全てを制御する。
【００７８】
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。本形態において、位置検出部５０は、増幅器等を備えた信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２、離間距離検出部５３（Ｚ座標検出部）、および接触判定部５４を備えており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。
【００７９】
（位置検出の動作等）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において各々の発光素子１２から出射される位置検出光の説明図である。図１０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、発光素子１２から出射された位置検出光によって座標検出用の強度分布を形成した様子を示す説明図である。
【００８０】
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側に検出領域１０Ｒが設定されており、光源装置１１の発光素子１２Ａ〜１２Ｂは、以下に説明する光強度分布を形成する。
【００８１】
まず、検出領域１０Ｒは例えば四角形であり、４つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、検出領域１０Ｒの４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄの各々に向けて中心光軸を向けている。このため、発光素子１２Ａが点灯すると、図９（ａ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａを中心にした強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｂが点灯すると、図９（ｂ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂを中心にした強度分布が形成される。発光素子１２Ｃが点灯すると、図９（ｃ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｃを中心にした強度分布が形成される。また、発光素子１２Ｄが点灯すると、図９（ｄ）に示すように検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄを中心にした強度分布が形成される。
【００８２】
従って、発光素子１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用強度分布／第１座標検出用第１強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用強度分布／第１座標検出用第２強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、Ｘ座標検出部５１は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００８３】
また、発光素子１２Ａ、１２Ｂが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用強度分布／第２座標検出用第１強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。これに対して、発光素子１２Ｃおよび発光素子１２Ｄが点灯状態にあって他の発光素子１２が消灯状態にあると、図１０（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用強度分布／第２座標検出用第２強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に変化し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｙ座標検出部５２は、実施の形態１でＸ座標を検出したのと同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００８４】
さらに、４つの発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、発光素子１２Ｂ、発光素子１２Ｃ、発光素子１２Ｄ）が全て点灯すると、実施の形態１において図４を参照して説明した離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂを形成する。かかる離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、透光部材４０の第１面４１から離間する方向に沿って強度が単調減少し、かかる変化は、検出領域１０Ｒという限られた空間内で光量分布を制御することにより直線的な変化にすることができる。また、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂでは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。従って、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂおよび光検出器３０での検出強度を利用して、対象物体Ｏｂと透光部材４０との離間距離ＬＺ（Ｚ座標）を検出することができる。その際、実施の形態１と同様、参照光Ｌ２ｒを利用すれば、外光の影響などをキャンセルすることができる。
【００８５】
また、本形態でも、透光部材４０は少なくとも、第１面４１側が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えている。従って、本形態でも、図３に示すように、対象物体Ｏｂが透光部材４０の第１面４１に接触すると、瞬間的に、透光部材４０の第１面４１が対象物体Ｏｂに吸着した状態となる。このような吸着が発生すると、境界反射が起こらないため、光検出器３０での受光強度は、図４（ａ）に矢印Ｆで示すように、離間位置検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂで規定される関係から大きく外れ、極めて低い値ＬＺ０となる。従って、接触判定部５４は、光検出器３０で検出された強度が離間距離検出用光強度分布Ｌ２Ｚａｂから大きく外れた値となったときを対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触する位置と判定することができる。それ故、位置検出部５０の離間距離検出部５３は、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００８６】
［光学式位置検出装置１０の利用例１］
図１１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１１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１１（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。
【００８７】
図１１（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２２０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。
【００８８】
図１１（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Ｈ５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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、実施の形態１、２で説明した光学式位置検出装置１０の透光部材４０の第１面４１からなる。従って、把持爪４１０が対象物体Ｏｂを把持する際、光学式位置検出装置１０は、対象物体Ｏｂと把持爪４１０との相対位置を検出し、かかる位置検出結果は、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。
【００９１】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、透光部材４０の第１面４１が弾性を備えているとともに、対象物体Ｏｂに対する吸着性を備えており、対象物体Ｏｂが透光部材４０に接触したことを正確に判定することができる。それ故、ハンド装置４００では、把持爪４１０が対象物体Ｏｂに接触した瞬間を正確に把握できるので、壊れやすい対象物体Ｏｂや非常に柔らかい対象物体Ｏｂであっても、対象物体Ｏｂに破損あるいは大きな変形を生じさせることなく対象物体Ｏｂを把持することができる。すなわち、壊れやすい対象物体Ｏｂを把持する場合には、把持爪４１０の接触圧を適正に設定することができ、柔らかい対象物体Ｏｂを把持する場合には、対象物体Ｏｂに対する把持爪４１０の沈み込み量を適正に設定することができる。
【００９２】
［光学式位置検出装置１の利用例２］
図１２を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用いた表示装置を説明する。図１２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして備えた位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
【００９３】
図１２（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き投射型表示装置１００は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置１２００を備えており、かかる画像投射装置１２００は、筐体１２５０の前面部１２０１に設けられた投射レンズ１２１０からスクリーン部材１２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。
【００９４】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００は、画像が投射される前方空間（スクリーン部材１２９０の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００では、かかる対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定する入力情報として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なう。
【００９５】
かかる位置検出機能を実現することを目的に、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００では、実施の形態１、２を参照して説明した光学式位置検出装置１０をタッチパネルとして用い、光学式位置検出装置１０の透光部材４０によってスクリーン部材２９０を構成する。従って、スクリーン部材２９０において画像が視認されるスクリーン面は、透光部材４０の第１面４１により構成された入力面として利用され、スクリーン部材２９０の裏面側（透光部材４０の第２面４２）の側には、位置検出光用の発光素子１２を備えた光源装置１１や、光検出器３０が配置される。
【００９６】
このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置１００においては、スクリーン部材２９０に表示された画像を指先等の対象物体Ｏｂで指示すると、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出され、かかる対象物体Ｏｂの位置を入力情報として扱うことができる。また、指先等の対象物体Ｏｂでスクリーン部材２９０を押圧した際、かかる押圧を入力の確定や、表示画像の切替等を指示する情報等として利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・光源装置、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、３０・・光検出器、４０・・透光部材、４１・・第１面、４２・・第２面、５０・・位置検出部、５１・・Ｘ座標検出部、５２・・Ｙ座標検出部、５３・・離間距離検出部、５４・・接触判定部、１００・・位置検出機能付き投射型表示装置、２００・・ロボットアーム、４００・・ハンド装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光部材の第１面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出置であって、
前記透光部材において前記第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して前記第１面側に当該第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する光源装置と、
前記対象物体で反射して前記透光部材の前記第２面側に透過してきた検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の受光強度および前記離間距離検出用光強度分布に対応する位置を前記対象物体の前記透光部材からの離間距離として検出する位置検出部と、
を有し、
前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度が前記離間距離検出用光強度分布から外れたときに前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と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】
前記透光部材の前記第１面は、弾性および前記対象物体に対する吸着性を備え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】
前記透光部材の前記第１面は、シリコーン樹脂からな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】
前記検出用光源部は、前記検出光を出射する発光素子を備え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】
前記光検出器は、フォトダイオードまたはフォトトランジスターからな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】
前記光源装置は、前記第２面側から前記検出光を出射して前記第１面に沿う面内方向で強度が変化する面内位置検出用光強度分布を形成し、
前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度および前記面内位置検出用光強度分布に対応する位置を前記面内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５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
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を備えたハンド装置であって、
前記対象物体を把持するハンドを備え、
当該ハンドにおいて前記対象物体を把持する際に当該対象物体に接する面に前記透光部材を備えていることを特徴とするハンド装置。
【請求項８】
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を備えたタッチパネルであって、
前記透光部材の前記第１面からなる入力面を備えていることを特徴とするタッチパネル。
【請求項１】
透光部材の第１面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出置であって、
前記透光部材において前記第１面側とは反対側の第２面側から検出光を出射して前記第１面側に当該第１面に対する法線方向で強度が変化する離間距離検出用光強度分布を形成する光源装置と、
前記対象物体で反射して前記透光部材の前記第２面側に透過してきた検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の受光強度および前記離間距離検出用光強度分布に対応する位置を前記対象物体の前記透光部材からの離間距離として検出する位置検出部と、
を有し、
前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度が前記離間距離検出用光強度分布から外れたときに前記対象物体が前記透光部材に接触する位置と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】
前記透光部材の前記第１面は、弾性および前記対象物体に対する吸着性を備え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】
前記透光部材の前記第１面は、シリコーン樹脂からな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】
前記検出用光源部は、前記検出光を出射する発光素子を備え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】
前記光検出器は、フォトダイオードまたはフォトトランジスターからな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】
前記光源装置は、前記第２面側から前記検出光を出射して前記第１面に沿う面内方向で強度が変化する面内位置検出用光強度分布を形成し、
前記位置検出部は、前記光検出器の受光強度および前記面内位置検出用光強度分布に対応する位置を前記面内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５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
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を備えたハンド装置であって、
前記対象物体を把持するハンドを備え、
当該ハンドにおいて前記対象物体を把持する際に当該対象物体に接する面に前記透光部材を備えていることを特徴とするハンド装置。
【請求項８】
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を備えたタッチパネルであって、
前記透光部材の前記第１面からなる入力面を備えていることを特徴とするタッチパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１７７５１（Ｐ２０１１−１１７７５１Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３１６９（Ｐ２００９−２７３１６９）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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