光学式位置检测装置、机械手及机械臂技术领域
本发明涉及对对象物体进行光学检测的光学式位置检测装置。
背景技术
作为对对象物体进行光学检测的光学式位置检测装置，例如，如图
8所示，提出了如下方案：从两个检测用光源部12经由透光部件40向
对象物体Ob出射检测光L2，并且由对象物体Ob反射的检测光L3透
过透光部件40被光检测器30检测。在该光学式位置检测装置中，例如，
若基于光检测器30的检测结果使两个检测用光源部12差动，则可获悉
两个检测用光源部12中的一方的检测用光源部12和对象物体Ob的距
离与另一方的检测用光源部12和对象物体Ob的距离之比。从而，能
够检测对象物体Ob的位置。
专利文献1：日本特表2003-534554号公报的图10
然而，在图8所示的结构中，像作为对象物体Ob1表示的那样，处
于两个检测用光源部12的内侧的情况，和像作为对象物体Ob2表示的
那样，对象物体Ob处于两个检测用光源部12的外侧的情况下，存在
两个检测用光源部12中的一方的检测用光源部12和对象物体Ob之间
的距离、与另一方的检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离之比
变为相同这样的问题。因此，在求解两个检测用光源部12中的一方的
检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离、与另一方的检测用光源
部12和对象物体Ob之间的距离之比时，造成无法区分对两个检测用
光源部12的距离进行内分好还是进行外分好。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的课题在于提供一种光学式位置检测装
置，气能够检测对象物体处于配置检测用光源的区域的外侧还是内侧。
为了解决上述课题，本发明涉及对对象物体的位置进行光学检测的
光学式位置检测装置，其特征在于，具有：多个检测用光源部，出射检
测光，并且在与该检测光的出射方向交叉的方向分离；光检测器，其对
由位于上述检测光的出射侧空间的上述对象物体反射的上述检测光进
行受光；光源驱动部，其使上述多个检测用光源部依次点亮；以及位置
检测部，其基于上述光检测器的受光结果来检测上述对象物体的位置，
从上述出射侧空间观察时，上述光检测器位于比上述多个检测用光源部
靠内侧的位置，并且上述多个检测用光源部分别具备外侧发光元件、和
相对该外侧发光元件配置于上述光检测器所处的内侧的内侧发光元件，
上述位置检测部基于上述外侧发光元件点亮时的上述光检测器的受光
强度和上述内侧发光元件点亮时的上述光检测器的受光强度的比较结
果，能够判定出上述对象物体是处于比上述检测用光源部靠外侧的位置
还是靠内侧的位置。
在本发明中，光源驱动部使多个检测用光源部依次点亮，在其期间，
光检测器对被对象物体反射的检测光进行受光。从而，只要直接利用光
检测器的检测结果、或利用经由光检测器使两个检测用光源部差动时的
驱动电流，则位置检测部能够检测对象物体的位置。在此，从出射侧空
间观察时，光检测器位于比多个检测用光源部靠内侧的位置，同时多个
检测用光源部分别具备外侧发光元件和位于比外侧发光元件靠内侧的
内侧发光元件。从而，位置检测部基于外侧发光元件点亮时光检测器的
受光强度和内侧发光元件点亮时光检测器的受光强度的比较结果，能够
判定出对象物体是位于比检测用光源部靠外侧的位置还是靠内侧的位
置。因此，在求解两个检测用光源部中的一方的检测用光源部和对象物
体之间的距离、与另一方的检测用光源部和对象物体之间的距离之比
时，不会误判对两个检测用光源部的距离进行内分来确定对象物体的位
置好，还是对两个检测用光源部的距离进行外分来确定对象物体的位置
好。故，能够准确地检测对象物体的位置。
在本发明中，可采用如下结构：上述位置检测部在上述外侧发光元
件及上述内侧发光元件以同一强度出射上述检测光时，上述外侧发光元
件发光时的上述光检测器的受光强度大于上述内侧发光元件发光时的
上述光检测器的受光强度时，判定上述对象物体位于比上述检测用光源
部靠外侧的位置，在上述外侧发光元件发光时的上述光检测器的受光强
度小于上述内侧发光元件发光时的上述光检测器的受光强度时，判定上
述对象物体位于比上述检测用光源部靠内侧的位置。
在本发明中，可以采用如下结构：上述位置检测部在上述外侧发光
元件及上述内侧发光元件以同一强度出射上述检测光时，上述外侧发光
元件发光时的上述光检测器的受光强度大于上述内侧发光元件发光时
的上述光检测器的受光强度时，判定上述对象物体位于比上述外侧发光
元件和上述内侧发光元件的中间位置靠外侧的位置，上述外侧发光元件
发光时的上述光检测器的受光强度小于上述内侧发光元件发光时的上
述光检测器的受光强度时，判定位于比上述外侧发光元件和上述内侧发
光元件的中间位置靠内侧的位置。
在本发明中，将上述检测光的出射方向设为Z轴方向、将相对该Z
轴方向交叉的两个方向设为X轴方向及Y轴方向时，上述多个检测用
光源部优选为包含在X轴方向分离的检测用光源部、和在Y轴方向分
离的检测用光源部。按照上述结构，能够检测对象物体的X坐标及Y
坐标。
在本发明中，优选为，上述位置检测部根据基于上述光检测器的受
光结果使上述多个检测用光源部中的一部分检测用光源部和另一部分
检测用光源部差动的结果来检测上述对象物体的坐标位置。若使用这种
差动，则能够自动修正环境光等的影响。
在本发明中，优选为，具备出射不经由上述出射侧空间地入射到上
述光检测器的参照光的参照用光源，上述位置检测部根据基于上述光检
测器的受光结果来使上述多个检测用光源部中的一部分检测用光源部
和上述参照用光源改变组合地差动的结果，来检测上述对象物体的坐
标。若使用这种差动，则能够自动修正环境光等的影响。
在本发明中，上述位置检测部能够基于上述多个检测用光源部同
时、或依次点亮时的上述光检测器的受光结果来检测上述检测光的出射
方向的上述对象物体的位置。
在本发明中，上述检测光优选为红外光。按照上述结构，由于无法
肉眼确认检测光，因此即使应用到显示装置的情况下也不会妨碍显示
等，能够将光学式位置检测装置应用到各种设备。
附图说明
图1为应用本发明的光学式位置检测装置的主要部分的示意表示的说明
图。
图2为表示应用本发明的光学式位置检测装置的整体结构的说明图。
图3为表示由应用本发明的光学式位置检测装置进行的对象物体Ob的
内外判定原理的说明图。
图4为表示在应用本发明的光学式位置检测装置中，利用检测光彼此的
差动来检测对象物体的位置的原理的说明图。
图5为表示在应用本发明的光学式位置检测装置中，利用参照光和检测
光的差动来检测对象物体的位置的原理的说明图。
图6为表示在应用本发明的光学式位置检测装置中，由位置检测部进行
的处理内容等的说明图。
图7为将应用本发明的光学式位置检测装置设置到手装置的机械臂的说
明图。
图8为现有的光学式位置检测装置的说明图。
附图标记的说明
10...光学式位置检测装置；10R...检测空间(检测光的出射侧空间)；
11...光源装置；12...检测用光源部；12A...第1检测用光源部；12A1～
12D1...外侧发光元件；12A2～12D2...内侧发光元件；12B...第2检测用
光源部；12C...第3检测用光源部；12D...第4检测用光源部；12R...参
照用光源；30...光检测器；40...透光部件；50...位置检测部；52...XY
坐标检测部；53...Z坐标检测部；54...内外检测部；Ob...对象物体
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中，在以下的
说明中，将相互交差的轴设为X轴、Y轴及Z轴，将检测光的出射方向设
为Z轴方向进行说明。此外，在以下参照的附图中，将X轴方向的一侧表
示为X1侧，另一侧表示为X2侧，将Y轴方向的一侧表示为Y1侧，另一
侧表示为Y2侧。此外，在以下的说明中，为了与图8所示的结构相对应，
对于对应的结构要素标记相同的标号进行说明。
(整体结构)
图1(a)、(b)、(c)为应用本发明的光学式位置检测装置的主要部分
的说明图，图1(a)、(b)、(c)为表示光学式位置检测装置的结构要素的
立体配置的说明图，表示光学式位置检测装置的结构要素的平面配置的说
明图及光学式位置检测装置的结构要素的从侧方看到的说明图。图2为表
示应用本发明的光学式位置检测装置的整体结构的说明图。
在图1及图2中，本实施方式的光学式位置检测装置10是作为机械手
装置中的触觉传感器等利用的光学装置，具备光源装置11和光检测器30，
其中光源装置11具备向Z轴方向的一侧Z1出射检测光L2的多个检测用
光源部12，光检测器30检测由对象物体Ob反射的检测光L3。此外，光
学式位置检测装置10有时具有片状或板状的透光部件40，此时，检测用
光源部12从与透光部件40的第一面41侧相反的一侧的第二面42侧向第
一面41侧出射检测光L2，光检测器30对由对象物体Ob反射后透过透光
部件40的第二面42侧的检测光L3进行检测。因此，光检测器30的受光
部31与透光部件40的第二面42相向。
在本实施方式中，光源装置11，具备作为多个检测用光源部12的第1
检测用光源部12A、第2检测用光源部12B、第3检测用光源部12C及第
4检测用光源部12D，上述检测用光源部12的发光部均朝向透光部件40。
从而，从检测用光源部12出射的检测光L2透过透光部件40而出射到第
一面41侧(来自光源装置11的检测光L2的出射侧空间)，在本实施方式
中，通过上述出射侧空间(第一面41侧的空间)，构成对对象物体Ob的
位置进行检测的检测空间10R。
第1检测用光源部12A、第2检测用光源部12B、第3检测用光源部
12C及第4检测用光源部12D，在从检测空间10R(Z轴方向)观察时，
绕着光检测器30的中心光轴按照上述记载的顺序进行配置，光检测器30
则位于比多个检测用光源部12靠内侧的位置。在上述多个检测用光源部
12中，第1检测用光源部12A和第3检测用光源部12C在X轴方向分离，
第2检测用光源部12B和第4检测用光源部12D在Y轴方向分离。其中，
从第1检测用光源部12A观察时，第2检测用光源部12B及第4检测用光
源部12D相对第1检测用光源部12A也在X轴方向分离，从第3检测用
光源部12C观察时，第2检测用光源部12B及第4检测用光源部12D相
对第3检测用光源部12C也在X轴方向分离。同样，从第2检测用光源部
12B观察时，第1检测用光源部12A及第3检测用光源部12C相对第2检
测用光源部12B也在Y轴方向分离，从第4检测用光源部12D观察时，
第1检测用光源部12A及第3检测用光源部12C相对第4检测用光源部
12D也在Y轴方向分离。
此外，从检测空间10R(Z轴方向)观察时，第1检测用光源部12A、
第2检测用光源部12B、第3检测用光源部12C及第4检测用光源部12D，
以光检测器30为中心等角度间隔配置。并且，从检测空间10R(Z轴方向)
观察时，第1检测用光源部12A、第2检测用光源部12B、第3检测用光
源部12C及第4检测用光源部12D距光检测器30的距离相等。
此外，光源装置11还具备发光部120r朝向光检测器30的参照用光源
12R。参照用光源12R由LED(发光二极管)等构成，参照用光源12R将
由峰值波长位于840～1000nm的红外光构成的参照光Lr作为发散光放出。
但是，从参照用光源12R出射的参照光Lr，由于参照用光源12R的朝向
或设置于参照用光源12R的遮光罩(未图示)等而不入射到透光部件40
的第一面41侧(检测空间10R)，而是不经由检测空间10R入射到光检测
器30。
光检测器30由受光部31朝向透光部件40的光电二极管或光电晶体管
等构成，在本实施方式中，光检测器30为具备红外域的灵敏度峰值的光电
二极管。
(检测用光源部12的详细结构)
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，从检测空间10R(Z轴方
向)看时，多个检测用光源部12分别具备沿径向排列的两个发光元件。更
具体而言，首先，第1检测用光源部12A具备外侧发光元件12A1、和比外
侧发光元件12A1靠光检测器30侧(内侧)的内侧发光元件12A2，外侧发
光元件12A1、内侧发光元件12A2及光检测器30配置在同一直线上。此外，
第2检测用光源部12B也与第1检测用光源部12A一样，具备外侧发光元
件12B1、和比外侧发光元件12B1靠光检测器30侧(内侧)的内侧发光元
件12B2，外侧发光元件12B1、内侧发光元件12B2及光检测器30配置在同
一直线上。此外，第3检测用光源部12C也与第1检测用光源部12A一样，
具备外侧发光元件12C1、比外侧发光元件12C1靠光检测器30侧(内侧)
的内侧发光元件12C2，外侧发光元件12C1、内侧发光元件12C2及光检测
器30配置在同一直线上。此外，第4检测用光源部12D也与第1检测用
光源部12A一样，具备外侧发光元件12D1、和比外侧发光元件12D1靠光
检测器30侧(内侧)的内侧发光元件12D2，外侧发光元件12D1、内侧发
光元件12D2及光检测器30配置在同一直线上。
在此，外侧发光元件12A1～12D1均位于以光检测器30为中心的半径
r1的圆周上，内侧发光元件12A2～12D2均位于以光检测器30为中心的半
径r2(其中，r1＞r2)的圆周上。其中，图1(b)还表示了位于半径r1的
圆和半径r2的圆的中央的半径r0(其中，r0＝(r1+r2)/2)的圆。
在此，外侧发光元件12A1～12D1及内侧发光元件12A2～12D2，分别
由LED(发光二极管)等发光元件构成，将由峰值波长位于840～1000nm
的红外光构成的检测光L2(检测光L2a～L2d)作为发散光放出。
(位置检测部等的结构)
如图2所示，光源装置11具备驱动多个检测用光源部12的光源驱动部
14。光源驱动部14具备驱动检测用光源部12及参照用光源12R的光源驱
动电路140、经由光源驱动电路140控制多个检测用光源部12及参照用光
源12R的各个点亮模式的光源控制部145。光源驱动电路140具备驱动第
1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D的光源驱动电路140a～140d、
和驱动参照用光源12R的光源驱动电路140r。此外，光源驱动电路140a～
140d的各个分别驱动外侧发光元件12A1～12D1及内侧发光元件12A2～
12D2。光源控制部145对光源驱动电路140a～140d、140r均进行控制。
其中，对于光源驱动电路140a～140d，可以采用利用开关电路分别驱动外
侧发光元件12A1～12D1及内侧发光元件12A2～12D2的结构，此时，用一
个光源驱动电路140即可解决。
位置检测部50与光检测器30电连接，光检测器30的检测结果输出到
位置检测部50。位置检测部50具备基于光检测器30的检测结果来检测对
象物体Ob的位置的信号处理部55，该信号处理部55具备放大器和比较
器等。此外，位置检测部50具备检测对象物体Ob的XY坐标的XY坐标
检测部52、和检测对象物体Ob的Z坐标的Z坐标检测部53。此外，位
置检测部50还具备在检测对象物体Ob的X坐标及Y坐标之际，检测对
象物体Ob位于比检测用光源部12靠内侧的位置还是靠外侧的位置的内外
检测部54。这样构成的位置检测部50和光源驱动部14联动地动作，进行
后述的位置检测。
(内外检测的原理)
图3为表示由应用本发明的光学式位置检测装置10进行的对象物体
Ob的内外判定的原理的说明图。
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，参照图4及图5，如后文
所述，通过检测用光源部12彼此的差动、或检测用光源部12和参照用光
源12R的差动，求解两个检测用光源部12中的一方的检测用光源部12和
对象物体Ob之间的距离、与另一方的检测用光源部12和对象物体Ob之
间的距离之比，并基于该比，检测对象物体Ob的位置。在进行上述差动
之际，可以使用外侧发光元件12A1～12D1及内侧发光元件12A2～12D2中
的任意一个，但在以下的说明中，例示使用外侧发光元件12A1～12D1的情
况。
此外，在本实施方式中，根据差动，对两个检测用光源部12中的一方
的检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离、与另一方的检测用光源部
12和对象物体Ob之间的距离之比进行求解之前、或者求解该比之后，检
测对象物体Ob如图3(a)的用对象物体Ob1表示的那样位于两个检测用
光源部12的内侧，还是如图3(a)的用对象物体Ob2表示的那样位于两
个检测用光源部12的外侧。
以下，对于上述内外检测的方法，以在检测对象物体Ob的坐标之际
检测对象物体Ob相比第3检测用光源部12C是位于内侧还是位于外侧的
情况为例进行说明。在本实施方式中，首先，通过外侧发光元件12A1、12C1
彼此的差动，或外侧发光元件12A1、12C1和参照用光源12R的差动，求
解外侧发光元件12A1和对象物体Ob之间的距离、与外侧发光元件12C1
和对象物体Ob之间的距离之比。
此外，在求解上述比之前、或求解之后，使第3检测用光源部12C所
使用的外侧发光元件12C1和内侧发光元件12C2交替点亮，以同一强度出
射检测光L2。然后，在内外检测部54中，对点亮外侧发光元件12C1时的
光检测器30的受光强度、和点亮内侧发光元件12C2时的光检测器30的受
光强度进行比较，并基于该比较结果检测对象物体Ob位于比第3检测用
光源部12C靠外侧的位置还是位于靠内侧的位置。
更具体而言，如图3(b)所示，在对象物体Ob位于比第3检测用光
源部12C靠内侧的位置的情况下，对象物体Ob和外侧发光元件12C1之间
的距离，大于对象物体Ob和内侧发光元件12C2之间的距离。从而，外侧
发光元件12C1点亮时的光检测器30的检测强度，小于内侧发光元件12C2
点亮时的光检测器30的受光强度。从而，内外检测部54能够判定出对象
物体Ob位于比第3检测用光源部12C靠内侧的位置。故，XY坐标检测
部52基于外侧发光元件12A1和对象物体Ob之间的距离、与外侧发光元
件12C1和对象物体Ob之间的距离之比，确定对象物体Ob的坐标之际，
对第1检测用光源部12A和第3检测用光源部12C之间的距离进行内分。
相对于此，如图3(e)所示，在对象物体Ob位于比第3检测用光源
部12C靠外侧的位置的情况下，对象物体Ob和外侧发光元件12C1之间的
距离，小于对象物体Ob和内侧发光元件12C2之间的距离。从而，外侧发
光元件12C1点亮时的光检测器30的检测强度，大于内侧发光元件12C2
点亮时的光检测器30的受光强度。从而，内外检测部54能够检测出对象
物体Ob位于比第3检测用光源部12C靠外侧的位置。故，XY坐标检测
部52基于外侧发光元件12A1和对象物体Ob之间的距离、与外侧发光元
件12C1和对象物体Ob之间的距离之比，确定对象物体Ob的坐标时，对
第1检测用光源部12A和第3检测用光源部12C之间的距离进行外分。
其中，在第3检测用光源部12C中，外侧发光元件12C1和内侧发光
元件12C2之间的距离窄的情况下，如图3(b)、(c)所示，与对象物体
Ob位于靠近外侧发光元件12C1的位置还是靠近内侧发光元件12C2的位置
无关，即使采用上述的方法，对对象物体Ob的坐标的检测误差也小。
但是，在第3检测用光源部12C中，外侧发光元件12C1和内侧发光
元件12C2之间的距离宽的情况下，可以将由位于半径r1的圆和半径r2的
圆的中央的半径r0(其中，r0＝(r1+r2)/2)的圆围成的区域作为有效
区域，并将比由半径r0的圆围成的区域靠外侧的区域作为无效区域，来进
行对象物体Ob的坐标的检测。
即，如图3(c)所示，在对象物体Ob位于外侧发光元件12C1和内侧
发光元件12C2之间的靠近内侧发光元件12C2的区域的情况下，对象物体
Ob和外侧发光元件12C1之间的距离，大于对象物体Ob和内侧发光元件
12C2之间的距离。从而，在使第3检测用光源部12C所使用的外侧发光元
件12C1和内侧发光元件12C2交替发光，以同一强度出射检测光L2时，
外侧发光元件12C1点亮时的光检测器30的检测强度，小于内侧发光元件
12C2点亮时的光检测器30的受光强度。从而，内外检测部54能够判定出
对象物体Ob位于比由半径r0的圆围成的区域靠内侧的位置、即位于比外
侧发光元件12C1靠内侧的位置。故，XY坐标检测部52基于外侧发光元
件12A1和对象物体Ob之间的距离、与外侧发光元件12C1和对象物体Ob
之间的距离之比，确定对象物体Ob的坐标时，对第1检测用光源部12A
和第3检测用光源部12C之间的距离进行内分。
与此相对，如图3(d)所示，在对象物体Ob位于外侧发光元件12C1
和内侧发光元件12C2之间的靠近外侧发光元件12C1的区域的情况下，对
象物体Ob和外侧发光元件12C1之间的距离，小于对象物体Ob和内侧发
光元件12C2之间的距离。从而，与对象物体Ob位于比外侧发光元件12C1
靠内侧的位置无关，外侧发光元件12C1点亮时的光检测器30的检测强度，
大于内侧发光元件12C2点亮时的光检测器30的受光强度。在这种情况下，
内外检测部54判定对象物体Ob位于比由半径r0的圆围成的区域靠外侧的
位置，停止对象物体Ob的坐标的检测。按照上述方法，至少在对象物体
Ob位于比由半径r0的圆围成的区域靠内侧的位置的情况下，能够以高精
度检测对象物体Ob的坐标。
其中，在本实施方式中，对第1检测用光源部12A～第4检测用光源
部12D全部进行上述的内外判定。因此，即使在对象物体Ob位于相对X
轴方向及Y轴方向交叉的角度方向的情况下，也能够判定对象物体Ob位
于第1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D的内侧还是外侧的位置。
从而，能够以高精度检测对象物体Ob的XY坐标。
(坐标的基本检测原理)
图4(a)、(b)为表示应用本发明的光学式位置检测装置10所使用的
坐标检测的基本原理的说明图，图4(a)、(b)为对象物体Ob的位置和
光检测器30的受光强度之间的关系的示意表示的说明图及为了使检测器
30的受光强度相等而对检测光L2的出射强度进行调整的样子的示意表示
的说明图。
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，参照图4及图5，如以下
所进行的说明，位置检测部50通过检测用光源部12彼此的差动、或检测
用光源部12和参照用光源12R的差动，求解两个检测用光源部12中的一
方的检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离、与另一方的检测用光源
部12和对象物体Ob之间的距离之比，并基于上述比来检测对象物体Ob
的位置。
以下，说明基于光检测器30的受光结果，使第1检测用光源部12A、
第2检测用光源部12B、第3检测用光源部12C及第4检测用光源部12D
中的两个检测用光源改变组合地差动得到的多个结果来检测对象物体Ob
的X坐标及Y坐标时的基本原理。
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，在透光部件40的第一面
41侧(距光源装置11的检测光L2的出射侧的空间)设定有检测空间10R。
此外，两个检测用光源部12，例如，第1检测用光源部12A和第3检测用
光源部12C在X轴方向及Y轴方向分离。因此，在第1检测用光源部12A
的外侧发光元件12A1被点亮而出射检测光L2a时，检测光L2a如图4(a)
所示形成从一侧向另一侧强度单调递减的第1光强度分布L2Ga。此外，
在第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1被点亮而出射检测光L2c
时，检测光L2c透过透光部件40而在第一面41侧(检测空间10R)形成
从一侧向另一侧强度单调递增的第2光强度分布L2Gc。
为了利用这种检测光L2a、L2c的差动来获得对象物体Ob的位置信息，
如图4(a)所示，首先点亮第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1，
并灭掉第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1，从而形成从一侧向另
一侧强度单调递减的第1光强度分布L2Ga。此外，灭掉第1检测用光源
部12A的外侧发光元件12A1，另一方面点亮第3检测用光源部12C的外
侧发光元件12C1，从而形成从一侧向另一侧强度单调递增的第2光强度分
布L2Gc。从而，在检测空间10R配置对象物体Ob时，检测光L2被对象
物体Ob反射，其反射光的一部分被光检测器30检测出。此时，对象物体
Ob的反射强度，与对象物体Ob所处位置的检测光L2的强度成比例，并
且光检测器30的受光强度与对象物体Ob的反射强度成比例。从而，光检
测器30的受光强度成为与对象物体Ob的位置对应的值。故，如图4(b)
所示，为了使形成第1光强度分布L2Ga时的光检测器30的检测值LGa、
与形成第2光强度分布L2Gc时的光检测器30的检测值LGc相等，使用
对第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1的控制量(驱动电流)进
行调整时的驱动电流、与对第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1
的控制量(驱动电流)进行调整时的驱动电流之比、调整量之比等，就能
够检测在XY平面内中对象物体Ob是否存在于第1检测用光源部12A的
外侧发光元件12A1和第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1之间的
任意位置。
更具体而言，如图4(a)所示，将第1光强度分布L2Ga和第2光强
度分布L2Gc形成为使光强度分布相反。在该状态下，若光检测器30的检
测值LGa、LGc相等，则可知道在XY平面内对象物体Ob位于第1检测
用光源部12A的外侧发光元件12A1和第3检测用光源部12C的外侧发光
元件12C1之间的中央。相对于此，在光检测器30的检测值LGa、LGc不
同的情况下，为了使检测值LGa、LGc相等，调整对第1检测用光源部
12A的外侧发光元件12A1及第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1
的控制量(驱动电流)，并如图4(b)所示那样再一次依次形成第1光强
度分布L2Ga及第2光强度分布L2Gc。其结果，若光检测器30的检测值
LGa、LGc变为相等，则使用该时刻的对第1检测用光源部12A的外侧发
光元件12A1的驱动电流、和对第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1
驱动电流之比，就能够检测在XY平面内对象物体Ob是否存在于第1检
测用光源部12A的外侧发光元件12A1和第3检测用光源部12C的外侧发
光元件12C1之间的任意位置。
以下，使用光路函数对上述检测原理进行数理性说明。首先，在上述
的差动中，将光检测器30的受光强度变为相等时的对第1检测用光源部
12A的外侧发光元件12A1的驱动电流设为IA、对第3检测用光源部12C
的外侧发光元件12C1的驱动电流设为IC、从第1检测用光源部12A的外
侧发光元件12A1经由对象物体Ob到达光检测器30的距离函数与从第3
检测用光源部12C的外侧发光元件12C1经由对象物体Ob到达光检测器
30的距离函数之比设为PAC时，比PAC基本上通过下式求解。
PAC＝IC/IA
从而，可知对象物体Ob位于，从将第1检测用光源部12A的外侧发光元
件12C1和第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1相连的线以规定的
比值分割的位置穿过的等比线上。
对上述模型进行数理说明。首先，将各参数设为如下。
T＝对象物体Ob的反射率
At＝从第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1出射的检测光L2
被对象物体Ob反射而到达光检测器30的距离函数
A＝在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下第1检测用光源部12A
的外侧发光元件12A1被点亮时的光检测器30的检测强度
Ct＝从第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1出射的检测光L2
被对象物体Ob反射而到达光检测器30的距离函数
C＝在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下第3检测用光源部12C
的外侧发光元件12C1被点亮时的光检测器30的检测强度
其中，将第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1及第3检测用光
源部12C的外侧发光元件12C1的发光强度，用驱动电流和发光系数之积
进行了表示，但在以下的说明中，将发光系数设为1。
此外，在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下，进行上述的差动
时，能够获得如下关系。
A＝T×At×IA+环境光 ...式(1)
C＝T×Ct×IC+环境光 ...式(2)
在此，由于差动时的光检测器30的检测强度相等，所以可从式(1)、
(2)导出下式。
T×At×IA+环境光＝T×Ct×IC+环境光
T×At×IA ＝T×Ct×IC...式(3)
此外，距离函数At、Ct之比PAC由下式定义。
PAC＝At/Ct...式(4)
根据式(3)、(4)，距离函数之PAC可用下式表示。
PAC＝IC/IA...式(5)
在上述式(5)中，不存在环境光的项、对象物体Ob的反射率的项。故，
光路系数At、Ct之比PAC不受环境光、对象物体Ob的反射率影响。其中，
对于上述的数理模型，可以进行用于抵消不被对象物体Ob反射地入射的
检测光L2的影响等的修正。
在此，检测用光源部12所使用的光源为点光源，某一地点的光强度与
距光源的距离的平方成反比。从而，第1检测用光源部12A的外侧发光元
件12A1和对象物体O之间的分离距离P1、与第3检测用光源部12C的外
侧发光元件12C1和对象物体Ob之间的分离距离P2之比，可通过下式求
解。
PAC＝(P1)2∶(P2)2
故，可知对象物体Ob存在于，从将检测用光源部12A的外侧发光元件12A1
和第2检测用光源部12C的外侧发光元件12C1相连的虚线以P1∶P2分割
的位置穿过的等比线上。
同样，若使外侧发光元件12B1和外侧发光元件12D1差动，来求解外
侧发光元件12B1和对象物体Ob之间的距离、与外侧发光元件12D1和对
象物体Ob之间的距离之比，则可知对象物体Ob存在于，从将外侧发光
元件12B1和外侧发光元件12D1相连的虚线以规定的比例分割的位置穿过
的等比线上。故，能够检测对象物体Ob的X坐标及Y坐标。其中，上述
的方法为对本实施方式所采用的原理进行几何学说明的情况，实际上，使
用获得的数据进行计算。
这样在检测X坐标及Y坐标之际，只要进行参照图3说明的内外判定，
则在对外侧发光元件12A1和外侧发光元件12C1相连的虚线进行分割时、
及对外侧发光元件12B1和外侧发光元件12D1相连的虚线进行分割时，知
道对象物体Ob位于第1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D的内
侧及外侧，就能够进行适当的分割。故，能够高精度地检测对象物体Ob
的X坐标及Y坐标。
(参照光Lr和检测光L2的差动)
图5(a)、(b)为表示在应用本发明的光学式位置检测装置10中利用
参照光Lr和检测光L2的差动来检测对象物体Ob的位置的原理的说明图，
图5(a)、(b)为表示从检测用光源部12到对象物体Ob的距离与检测光
L2等的受光强度的关系的说明图及调整对光源的驱动电流后的样子的说
明图。
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，代替检测光L2a和检测
光L2c的直接差动，利用检测光L2a和参照光Lr的差动、检测光L2c和
参照光Lr的差动，来最终导出与参照图4(a)、(b)说明的原理相同的结
果。在此，检测光L2a和参照光Lr的差动及检测光L2c和参照光Lr的差
动如下执行。
如图5(a)所示，在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下，从第
1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1到对象物体Ob的距离、与光检
测器30的检测光L2a的受光强度Da，如实线SA表示的那样单调变化。
相对于此，从参照用光源12R出射的参照光Lr的光检测器30的检测强度，
如实线SR表示的那样，与对象物体Ob的位置无关恒定不变。从而，光
检测器30的检测光L2a的受光强度Da、与光检测器30的参照光Lr的检
测强度Dr不同。
接着，如图5(b)所示，对第1检测用光源部12A的外侧发光元件
12A1的驱动电流及参照用光源12R的驱动电流中的至少一方进行调整，使
光检测器30的检测光L2a的受光强度Da、与参照光Lr的光检测器30的
检测强度Dr一致。这种差动在参照光Lr和检测光L2a之间进行，同时也
在参照光Lr和检测光L2c之间进行。从而，能够求出：在光检测器30的
检测光L2a、L2c(被对象物体Ob反射的检测光L3a、L3c)的检测结果
和光检测器30的参照光Lr的检测结果变为相等时刻，第1检测用光源部
12A的外侧发光元件12A1的驱动电流与第3检测用光源部12C的外侧发
光元件12C1的驱动电流之比。故，能够检测对象物体Ob是否位于第1检
测用光源部12A和第3检测用光源部12C之间的任意位置。
以下，使用光路函数对上述的检测原理进行数理性说明。首先，将各
参数设为如下。
T＝对象物体Ob的反射率
At＝从第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1出射的检测光L2
被对象物体Ob反射而到达光检测器30的距离函数
A＝在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下第1检测用光源部12A
的外侧发光元件12A1被点亮时的光检测器30的检测强度
Ct＝从第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1出射的检测光L2
被对象物体Ob反射而到达光检测器30的距离函数
C＝在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下第3检测用光源部12C
的外侧发光元件12C1被点亮时的光检测器30的检测强度
Rs＝从参照用光源12R到光检测器30的光路系数
R＝只有参照用光源12R被点亮时的光检测器30的检测强度
其中，将第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1、第3检测用光
源部12C的外侧发光元件12C1及参照用光源12R的发光强度，用驱动电
流与发光系数之积进行了表示，但在以下的说明中，将发光系数设为1。
此外，在上述的差动中，将光检测器30的受光强度变为相等时的第1检测
用光源部12A的外侧发光元件12A1的驱动电流设为IA、第3检测用光源
部12C的外侧发光元件12C1的驱动电流设为IC、参照用光源12R的驱动
电流设为IR。此外，在差动时，对于只有参照用光源12R被点亮时的光检
测器30的检测强度，在第1检测用光源部12A的外侧发光元件12A1的差
动、和第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1的差动中假定为相同。
在检测空间10R存在对象物体Ob的状态下，若进行上述的差动，则
可获得如下关系。
A＝T×At×IA+环境光...式(6)
C＝T×Ct×IC+环境光...式(7)
R＝Rs×IR+环境光...式(8)
在此，由于差动时的光检测器30的检测强度相等，所以根据式(6)、
(8)可导出下式。
T×At×IA+环境光＝Rs×IR+环境光
T×At×IA＝Rs×IR
T×At＝Rs×IR/IA...式(9)
根据式(7)、(8)可导出下式。
T×Ct×IC+环境光＝Rs×IR+环境光
T×Ct×IC＝Rs×IR
T×Ct＝Rs×IR/IC...式(10)
此外，距离函数At、Ct之比PAC由于定义为下式。
PAC＝At/Ct...式(11)
所以根据式(9)、(10)，距离函数之比PAC可表示为下式。
PAC＝IC/IA...式(12)
在上述式(12)中，不存在环境光的项、对象物体Ob的反射率的项。故，
光路系数At、Ct之比PAC不受环境光、对象物体Ob的反射率的影响。其
中，对于上述的数理模型，可以进行用于抵消不被对象物体Ob反射地入
射的检测光L2的影响等的修正。此外，在与第1检测用光源部12A的外
侧发光元件12A1的差动、和与第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1
的差动中，将只有参照用光源12R被点亮时的光检测器30的检测强度设
定为不同值的情况下，相同的原理基本上成立。
在此，检测用光源部12所使用的光源为点光源，某一地点的光强度与
距光源的距离的平方成反比。从而，第1检测用光源部12A的外侧发光元
件12A1和对象物体Ob之间的分离距离P1、与第3检测用光源部12C的
外侧发光元件12C1和对象物体Ob之间的分离距离P2之比，可通过下式
求解。
PAC ＝(P1)2∶(P2)2
故，可知对象物体Ob存在于，从将检测用光源部12A的外侧发光元件12A1
和第3检测用光源部12C的外侧发光元件12C1相连的虚线以P1∶P2分割
的位置穿过的等比线上。
同样地，利用外侧发光元件12B1和参照用光源12R的差动及外侧发光
元件12D1和参照用光源12R的差动，求解外侧发光元件12B1和对象物体
Ob之间的距离、与外侧发光元件12D1和对象物体Ob之间的距离之比，
则可知对象物体Ob存在于，从将外侧发光元件12B1和外侧发光元件12D1
相连的虚线以规定里的比例分割的位置穿过的等比线上。故，能够检测对
象物体Ob的XY坐标。
这样在检测X坐标及Y坐标时，进行参照图3说明的内外判定，则在
对外侧发光元件12A1和外侧发光元件12C1相连的虚线进行分割时、及对
外侧发光元件12B1和外侧发光元件12D1相连的虚线进行分割时，知道对
象物体Ob位于第1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D的内侧及
外侧，就能够进行适当的分割。故，能够高精度地检测对象物体Ob的X
坐标及Y坐标。
(用于差动的位置检测部50的结构例)
图6为表示在应用本发明的光学式位置检测装置中由位置检测部进行
的处理内容等的说明图。
在实施上述的差动时，可以采用作为位置检测部50使用微处理单元
(MPU)，执行规定的软件(动作程序)进行处理的结构。此外，如参照
图6所进行的以下说明，可以采用由使用逻辑电路等硬件的信号处理部来
进行处理的结构。其中，图6表示了参照图5说明的差动，但若将参照用
光源12R置换为第2检测用光源部12B，则可以应用到参照图4说明的差
动中。
如图6(a)所示，在本实施方式的光学式位置检测装置10中，光源
驱动电路140经由可变电阻111对第1检测用光源部12A施加规定电流值
的驱动脉冲，另一方面经由可变电阻112及反转电路113向参照用光源12R
施加规定电流值的驱动脉冲。因此，由于在第1检测用光源部12A和参照
用光源12R上施加有倒相的驱动脉冲，因此第1检测用光源部12A和参照
用光源12R交替点亮。然后，第1检测用光源部12A点亮时，检测光L2a
中的被对象物体Ob反射的光由光检测器30受光，而参照用光源12R点
亮时，参照光Lr由光检测器30受光。在光强度信号生成电路150中，在
光检测器30上，串联地电连接着1kΩ左右的电阻30r，在它们的两端施
加有偏压电压Vb。
在上述光强度信号生成电路150中，在光检测器30和电阻30r的连接
点Q1，电连接了位置检测部50。从光检测器30和电阻30r的连接点Q1
输出的检测信号Vc，由下式表示。
Vc＝V30/(V30+电阻30r的电阻值)
V30：光检测器30的等价电阻
从而，对环境光Lc没有入射到光检测器30的情况、和环境光Lc入射到
光检测器30的情况进行比较时，在环境光Lc入射到光检测器30的情况
下检测信号Vc的电平及振幅变大。
位置检测部50主要具备位置检测用信号提取电路190、位置检测用信
号分离电路170及发光强度补偿指令电路180。位置检测用信号提取电路
190具备由1nF左右的电容构成的过滤器192，上述过滤器192作为从光
检测器30和电阻30r的连接点Q1输出的信号除去直流成分的偏压过滤器
发挥功能。因此，利用过滤器192，从由光检测器30和电阻30r的连接点
Q1输出的检测信号Vc，只提取由光检测器30产生的位置检测信号Vd。
即，相对于检测光L2a及参照光Lr被调制，可将环境光Lc视为在某一期
间内强度保持恒定，因此由环境光Lc引起的低频成分或直流成分被过滤
器192除去。
此外，位置检测用信号提取电路190在过滤器192的后部具有加法电
路193，该加法电路193具备220kΩ左右的反馈电阻194，并且，由过滤
器192提取出的位置检测信号Vd，作为重叠到偏压电压Vb的1/2倍的
电压V/2的位置检测信号Vs向位置检测用信号分离电路170输出。
位置检测用信号分离电路170具备：与向第1检测用光源部12A施加
的驱动脉冲同步地进行开关动作的开关171、比较器172、以及分别与比较
器172的输入线电连接的电容173。因此，当位置检测信号Vs输入到位置
检测用信号分离电路170时，从位置检测用信号分离电路170到发光强度
补偿指令电路180，交替输出第1检测用光源部12A被点亮时的位置检测
信号Vs的实效值Vea、和参照用光源12R被点亮时的位置检测信号Vs的
实效值Veb。
发光强度补偿指令电路180，比较实效值Vea、Veb，进行图6(b)所
示的处理，向光源驱动电路140输出控制信号Vf以使位置检测信号Vs的
实效值Vea和位置检测信号Vs的实效值Veb成为相同的电平。即，发光
强度补偿指令电路180比较位置检测信号Vs的实效值Vea和位置检测信
号Vs的实效值Veb，在它们相等的情况下，维持现状的驱动条件。相对于
此，位置检测信号Vs的实效值Vea低于位置检测信号Vs的实效值Veb
的情况下，发光强度补偿指令电路180使可变电阻111的电阻值下降来提
高来自第1检测用光源部12A的出射光量。此外，位置检测信号Vs的实
效值Veb低于位置检测信号Vs的实效值Vea的情况下，发光强度补偿指
令电路180使可变电阻112的电阻值下降来提高来自参照用光源12R的出
射光量。
这样，在光学式位置检测装置10中利用位置检测部50的发光强度补
偿指令电路180，对第1检测用光源部12A及参照用光源12R的控制量(驱
动电流)进行控制，以使得第1检测用光源点亮动作中及参照用光源点亮
动作中的由光检测器30进行的检测量相同。从而，在发光强度补偿指令电
路180中存在与使第1检测用光源点亮动作中及参照用光源点亮动作中的
由光检测器30进行的检测量变为相同的第1检测用光源部12A及参照用
光源12R的驱动电流有关的信息，上述信息作为位置检测信号Vg输出到
位置检测部50。
同样的处理在第2检测用光源部12B和参照用光源12R之间进行，从
发光强度补偿指令电路180输出的位置检测信号Vg，为与使第2检测用光
源点亮动作中及参照用光源点亮动作中的由光检测器30进行的检测量变
为相同的第2检测用光源部12B及参照用光源12R的驱动电流有关的信
息。
(Z坐标的检测)
在本实施方式的光学式位置检测装置10中，当第1检测用光源部12A～
第4检测用光源部12D同时点亮时，在透光部件40的第一面41侧(检测
空间10R)，形成在相对第一面41的法线方向强度单调递减的Z坐标检测
用光强度分布。在上述Z坐标检测用光强度分布中，随着从透光部件40
的第一面41分离而强度单调递减。从而，在位置检测部50的Z坐标检测
部53中，能够基于使参照用光源12R和第1检测用光源部12A～第4检
测用光源部12D交替点亮时的光检测器30的检测值的差或比来检测对象
物体Ob的Z坐标。此外，在位置检测部50的Z坐标检测部53中，能够
基于使参照用光源12R和第1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D
交替点亮时的光检测器30的检测值变为相等时的参照用光源12R的驱动
电流、与第1检测用光源部12A～第4检测用光源部12D的驱动电流之差
或之比来检测对象物体Ob的Z坐标。
(本实施方式的主要效果)
如以上的说明，在本实施方式的光学式位置检测装置10中，光源驱动
部14使多个检测用光源部12依次点亮，其间，光检测器30对被对象物体
Ob反射的检测光L3进行受光。从而，只要直接利用光检测器30的检测
结果、或利用经由光检测器30使两个检测用光源部12差动时的驱动电流，
则位置检测部50能够检测对象物体Ob的位置。在此，从检测空间10R
观察时，光检测器30位于比多个检测用光源部12靠内侧的位置，同时多
个检测用光源部12分别具备外侧发光元件12A1～12D1和内侧发光元件
12A2～12D2。从而，位置检测部50基于外侧发光元件12A1～12D1点亮时
的光检测器30的受光强度、和内侧发光元件12A2～12D2点亮时的光检测
器30的受光强度的比较结果，能够判定出对象物体Ob是位于比检测用光
源部12靠外侧的位置还是靠内侧的位置。因此，在求解两个检测用光源部
12中的一方的检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离、与另一方的
检测用光源部12和对象物体Ob之间的距离之比时，不会误判对两个检测
用光源部12的距离进行内分来确定对象物体Ob的位置好，还是对两个检
测用光源部12的距离进行外分来确定对象物体Ob的位置好。故，能够准
确地检测对象物体Ob的位置。
此外，在本实施方式中，由于使用了两个检测用光源部12的差动、或
检测用光源部12和参照用光源12R的差动，所以能够自动修正环境光等
的影响。
进而，由于检测光L2为红外光，所以无法肉眼确认。从而，即使将
本实施方式的光学式位置检测装置10应用到显示装置的情况下也不会妨
碍显示等，光学式位置检测装置10可使用在各种设备。
[其他实施方式]
在上述实施方式中，在进行差动时，点亮了外侧发光元件12A1～12D1，
但可以不点亮内侧发光元件12A2～12D2。此外，还可以点亮外侧发光元件
12A1～12D1及内侧发光元件12A2～12D2。
[光学式位置检测装置10的利用例]
参照图7(a)、(b)，对将应用本发明的光学式位置检测装置10作为触
觉传感器使用的机械手装置进行说明。图7为将应用本发明的光学式位置
检测装置10作为触觉传感器设置到手装置的机械臂的说明图，图7(a)、
(b)为机械臂整体的说明图及手装置的说明图。
图7(a)所示的机械臂200为对数控机床等进行工件或工具的供给及
取出等的装置，具备从基台290垂直立起的支柱220和臂210。在本实施
方式中，臂210具备与支柱220的前端部经由第1关节260连结的第1臂
部230、和与第1臂部230的前端部经由第2关节270连结的第2臂部240。
支柱220能够绕着与基台290垂直的轴线H1旋转，第1臂部230能够在
支柱220的前端部通过第1关节260绕着水平的轴线H2旋转，第2臂部
240能够在第1臂部230的前端部通过第2关节270绕着水平的轴线H3
旋转。第2臂部240的前端部与手装置400的手450连结，手450能够绕
着第2臂部240的轴线H4旋转。
如图7(b)所示，手装置400具有手450，该手450具备多个把持爪
410(把持具)，手450具备对多个把持爪410的根部进行保持的圆盘状的
把持爪保持体420。在本实施方式中，手450具备作为多个把持爪410的
第1把持爪410A及第2把持爪410B。两个把持爪410如箭头H4所示均
能够向相互分离的方向及接近的方向移动。
在这样构成的机械臂200中，把持对象物体Ob时，支柱220、第1
臂部230及第2臂部240向规定方向旋转而使手450接近对象物体Ob(工
件)之后，两个把持爪410向相互接近的方向移动地把持对象物体Ob。
在此，把持对象物体Ob(工件)时与对象物体Ob接触的把持爪410
的内面，由在上述实施方式中说明的光学式位置检测装置10的透光部件
40的第一面41构成。从而，在把持爪410把持对象物体Ob时，光学式
位置检测装置10检测对象物体Ob和把持爪410的相对位置或位置，并且
上述检测结果被反馈给把持爪410的驱动控制部。故，能够使把持爪410
以高速接近对象物体Ob，从而能够实现工件把持动作的高速化。