特開 2015-102408 光学的位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-102408(P2015-102408A)

(43)【公開日】2015年6月4日

(54)【発明の名称】光学的位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20150508BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-242645(P2013-242645)

(22)【出願日】2013年11月25日

(71)【出願人】

【識別番号】591128453

【氏名又は名称】株式会社メガチップス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】島村 延寿

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA07

2F065CC16

2F065DD02

2F065FF42

2F065GG07

2F065GG12

2F065GG21

2F065HH02

2F065HH13

2F065JJ03

2F065JJ05

2F065JJ09

2F065JJ22

2F065NN08

2F065QQ13

2F065QQ27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光学的位置検出装置を小型化する技術を提供する。
【解決手段】光学的位置検出装置１は、光を照射する照明部２と、照明部２が照射する光が検知対象物で反射することによって得られた反射光を受光する受光面を有する受光部３と、検知対象物の位置を求める位置取得部とを備える。受光面は、第１乃至第３受光面を有する。第１乃至第３受光面のそれぞれは、他の２つの受光面と隣接するように基準点の周りに配置され、基準点の周りから互いに等しい角度を成して放射状に延びる２辺を有する。受光部３は、反射光を第１乃至第３受光面で受光し、当該第１乃至第３受光面で受光された光をそれぞれ第１乃至第３電気信号に変換して出力する。位置取得部は、受光部３から出力される第１乃至第３電気信号に基づいて検知対象物の位置を求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を照射する照明部と、
前記照明部が照射する光が検知対象物で反射することによって得られた反射光を受光する受光面を有する受光部と、
前記検知対象物の位置を求める位置取得部と
を備え、
前記受光面は、第１乃至第３受光面を有し、
前記第１乃至第３受光面のそれぞれは、他の２つの受光面と隣接するように基準点の周りに配置され、
前記第１受光面は、前記基準点の周りから第１角度を成して放射状に延びる２辺を有し、
前記第２受光面は、前記基準点の周りから第２角度を成して放射状に延びる２辺を有し、
前記第３受光面は、前記基準点の周りから第３角度を成して放射状に延びる２辺を有し、
前記第１乃至第３角度は互いに等しく、
前記受光部は、前記反射光を前記第１乃至第３受光面で受光し、当該第１乃至第３受光面で受光された光をそれぞれ第１乃至第３電気信号に変換して出力し、
前記位置取得部は、前記受光部から出力される前記第１乃至第３電気信号に基づいて前記検知対象物の位置を求める、光学的位置検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第１乃至第３受光面の面積は互いに等しい、光学的位置検出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第１乃至第３受光面の形状は合同である、光学的位置検出装置。

【請求項4】

請求項３に記載の光学的位置検出装置であって、
前記第１乃至第３受光面の形状は扇形である、光学的位置検出装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の光学的位置検出装置であって、
前記位置取得部は、
前記第１乃至第３受光面を含む座標平面を定義し、
前記受光部から出力される前記第１乃至第３電気信号を前記基準点から前記第１乃至第３受光面にそれぞれ延びる第１乃至第３ベクトルでそれぞれ表し、
前記第１乃至第３ベクトルに基づいて、前記座標平面での前記検知対象物の位置を求める、光学的位置検出装置。

【請求項6】

請求項５に記載の光学的位置検出装置であって、
前記位置取得部は、前記第１乃至第３電気信号に基づいて、前記検知対象物についての、前記座標平面に対して垂直方向の位置を求める、光学的位置検出装置。

【請求項7】

請求項５又は請求項６に記載の光学的位置検出装置であって、
前記位置取得部で求められる前記検知対象物の位置は、予め定められた数値範囲内で表現される、光学的位置検出装置。

【請求項8】

請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の光学的位置検出装置であって、
前記受光部は、３分割フォトダイオードで構成される、光学的位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検知対象物の位置を光学的に検出する光学的位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されているように、検知対象物の位置を光学的に検出する技術が従来から提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−８８１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

さて、光学的位置検出装置については、小型化することが望まれている。

【0005】

そこで、本発明は上述した点に鑑みて成されたものであり、光学的位置検出装置を小型化することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様は、光を照射する照明部と、前記照明部が照射する光が検知対象物で反射することによって得られた反射光を受光する受光面を有する受光部と、前記検知対象物の位置を求める位置取得部とを備え、前記受光面は、第１乃至第３受光面を有し、前記第１乃至第３受光面のそれぞれは、他の２つの受光面と隣接するように基準点の周りに配置され、前記第１受光面は、前記基準点の周りから第１角度を成して放射状に延びる２辺を有し、前記第２受光面は、前記基準点の周りから第２角度を成して放射状に延びる２辺を有し、前記第３受光面は、前記基準点の周りから第３角度を成して放射状に延びる２辺を有し、前記第１乃至第３角度は互いに等しく、前記受光部は、前記反射光を前記第１乃至第３受光面で受光し、当該第１乃至第３受光面で受光された光をそれぞれ第１乃至第３電気信号に変換して出力し、前記位置取得部は、前記受光部から出力される前記第１乃至第３電気信号に基づいて前記検知対象物の位置を求める。

【0007】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第１乃至第３受光面の面積は互いに等しい。

【0008】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第１乃至第３受光面の形状は合同である。

【0009】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記第１乃至第３受光面の形状は扇形である。

【0010】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記位置取得部は、前記第１乃至第３受光面を含む座標平面を定義し、前記受光部から出力される前記第１乃至第３電気信号を前記基準点から前記第１乃至第３受光面にそれぞれ延びる第１乃至第３ベクトルでそれぞれ表し、前記第１乃至第３ベクトルに基づいて、前記座標平面での前記検知対象物の位置を求める。

【0011】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記位置取得部は、前記第１乃至第３電気信号に基づいて、前記検知対象物についての、前記座標平面に対して垂直方向の位置を求める。

【0012】

また、本発明に係る光学的位置検出装置の一態様では、前記位置取得部で求められる前記検知対象物の位置は、予め定められた数値範囲内で表現される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によると、光学的位置検出装置を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】光学的位置検出装置の概略的な構成を示す図である。

【図2】実施の形態に係る光学的位置検出装置の動作を説明するための図である。

【図3】光学的位置検出装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】受光部の一例を示す図である。

【図5】光学的位置検出装置の回路図の一例を示す図である。

【図6】論理回路の制御内容の一例を示す図である。

【図7】受光部の一例を示す図である。

【図8】受光部の一例を示す図である。

【図9】受光部の一例を示す図である。

【図10】受光部の一例を示す図である。

【図11】電気信号に対応するベクトルを説明するための図である。

【図12】ｚ座標について説明するための図である。

【図13】ｚ座標について説明するための図である。

【図14】反射光の動きを説明するための図である。

【図15】光学的位置検出装置の検出結果を示す図である。

【図16】受光部の一例を示す図である。

【図17】受光部の一例を示す図である。

【図18】受光部の一例を示す図である。

【図19】比較対象装置の回路図の一例を示す図である。

【図20】比較対象装置の受光部の一例を示す図である。

【図21】反射光の動きを説明するための図である。

【図22】比較対象装置の検出結果を示す図である。

【図23】受光部の一例を示す図である。

【図24】受光部の一例を示す図である。

【図25】受光部の一例を示す図である。

【図26】電気信号に対応するベクトルを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜＜光学的位置検出装置の概要について＞＞
図１は、本実施の形態に係る光学的位置検出装置１の概略的な構成を示す図である。本実施の形態に係る光学的位置検出装置１は、例えば人の手や指といった検知対象物６０の位置を光学的に検出する。図１に示されるように、光学的位置検出装置１は、略直方体の形状を成している。光学的位置検出装置１には、光を透過させる窓が設けられており、その窓の内側に、照明部２と受光部３とが備えている。光学的位置検出装置１の最長の一辺の長さは、例えば１０ｍｍ程度の長さであるが、図１では、便宜上、実際よりも大きいサイズで光学的位置検出装置１が示されている。なお、図１に示される光学的位置検出装置１、照明部２、受光部３の形状は一例であり、図１に示される形状に限られない。

【0016】

次に、光学的位置検出装置１の概略的な動作について、図１，２を参照しながら説明する。図２は、光学的位置検出装置１の動作を説明するための図である。まず、照明部２から光５０が照射され（図２のステップＳ１）、照明部２が照射する光５０が検知対象物６０で反射して反射光５１となる（図２のステップＳ２）。そして、ステップＳ２における反射光５１が、受光部３で受光される（図２のステップＳ３）。それから、受光部３は、受光した反射光５１を例えば電流といった電気信号に変換（光電変換）し、出力する（図２のステップＳ４）。そして、光学的位置検出装置１は、受光部３から出力された電気信号に基づいて、検知対象物６０の位置を求める（図２のステップＳ５）。

【0017】

このように、本実施形態に係る光学的位置検出装置１では、検知対象物６０の位置を非接触で検出することができる。光学的位置検出装置１で連続的に求められる検知対象物６０の位置に基づいて、例えば、人の手の動き（ジェスチャー）を非接触で検知することが可能となる。

【0018】

＜＜光学的位置検出装置の電気的構成について＞＞
図３は、光学的位置検出装置１の電気的構成を示すブロック図である。図３に示されるように、光学的位置検出装置１には、照明部２と、受光部３と、制御部１０とが設けられている。

【0019】

照明部２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）４を有している。ＬＥＤ４は、例えば、赤外領域の光を照射する赤外発光ダイオードである。ただし、照明部２（ＬＥＤ４）から照射される光の波長は、受光部３で光電変換可能な（つまり、受光部３で検知可能な）波長が含まれていればよく、例えば可視光等の赤外領域以外の光であってもよい。赤外発光ダイオードを使用した場合には、照明部２（ＬＥＤ４）から照射される光は人の目には見えないため、光学的位置検出装置１の利用範囲を広くすることができる。また、本実施の形態では、照明部２は光学的位置検出装置１に一体として設けられているが、照明部２は光学的位置検出装置１と別体として設けられていてもよい。

【0020】

受光部３は、例えば、３分割フォトダイオードであって、ＰＤ（Photodiode）５，６，７を有している。ＰＤ５〜７は、一つの半導体基板上に形成された受光面が３つに分割されることによって形成されている。なお、受光部３は分割フォトダイオードでなくても良い。この場合には、ＰＤ５〜７は別々の半導体基板上に形成される。

【0021】

ＰＤ５は、第１受光面１５を有しており、ＰＤ６は第２受光面１６を有しており、ＰＤ７は第３受光面１７を有している。ＰＤ５は、第１受光面１５で反射光５１を受光し、受光した反射光５１を第１電気信号に変換する。同様に、ＰＤ６は、第２受光面１６で反射光５１を受光して第２電気信号に変換し、ＰＤ７は第３受光面１７で反射光５１を受光して第３電気信号に変換する（以後、第１電気信号、第２電気信号、第３電気信号を特に区別する必要がない場合には、単に「電気信号」と呼ぶ）。ＰＤ５，６，７で変換された電気信号は、制御部１０に出力される。

【0022】

図４は、本実施の形態に係る受光部３の受光面を示す図である。図４に示されるように、第１受光面１５、第２受光面１６および第３受光面１７が同一平面上に配置されることで、受光部３全体での１つの受光面１４を形成している。より具体的には、第１受光面１５、第２受光面１６、第３受光面１７のそれぞれは、同一平面上において、他の２つの受光面と隣接するように基準点２０の周りに配置されることで、１つの受光面１４を形成している。例えば、図４では、第１受光面１５、第２受光面１６および第３受光面１７が、この順で反時計回りに配置されている。

【0023】

また、図４に示されるように、第１受光面１５は、基準点２０の周りから第１角度２４を成して放射状に延びる２つの辺２１ａ，２１ｂを有している。同様に、第２受光面１６は、基準点２０の周りから第２角度２５を成して放射状に延びる２つの辺２２ａ，２２ｂを有しており、第３受光面１７は、基準点２０の周りから第３角度２６を成して放射状に延びる２つの辺２３ａ，２３ｂを有している。そして、受光面１４は、第１角度２４、第２角度２５および第３角度２６が互いに等しくなるように形成されている。本実施の形態では、第１角度２４、第２角度２５および第３角度２６のそれぞれは１２０°に設定されている。また、第１受光面１５、第２受光面１６および第３受光面１７は、互いに面積および形状が等しい（つまり、合同な）扇形をしている。ここで、２つの形状が等しいとは、２つの形状が相似形の場合も含む。

【0024】

制御部１０は、外部から入力される制御信号に応じて照明部２及び受光部３を制御して、光学的位置検出装置１の動作を統括的に管理する。また制御部１０は、受光部３から出力される第１乃至第３電気信号に基づいて検知対象物６０の位置を求めて、位置信号を出力する。

【0025】

＜＜制御部の構成について＞＞
図５は、主に制御部１０の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、制御部１０は、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成されている。図５に示されるように、制御部１０は、増幅器４２ａ〜４２ｃと、演算器４３と、論理回路４４と、ＬＥＤドライバ４１とを備えている。増幅器４２ａ〜４２ｃにはコンデンサ４５ａ〜４５ｃがそれぞれ接続されている。以後、増幅器４２ａ〜４２ｃを特に区別する必要がないときには、それぞれを「増幅器４２」と呼ぶ。また、コンデンサ４５ａ〜４５ｃを特に区別する必要がないときには、それぞれを「コンデンサ４５」と呼ぶ。

【0026】

ＬＥＤドライバ４１は、照明部２を構成するＬＥＤ４に電流を与えることによって、当該ＬＥＤ４を発光させる。これにより、ＬＥＤ４からは光５０が照射される。ＬＥＤドライバ４１に抵抗４６が接続されている。ＬＥＤ４には、この抵抗４６の値に応じた電流が流れる。

【0027】

増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃには、受光部３のＰＤ５〜７から出力される第１乃至第３電気信号がそれぞれ入力される。そして、増幅器４２ａ〜４２ｃは、入力される第１乃至第３電気信号をそれぞれ増幅して出力する。具体的には、各増幅器４２は、当該増幅器４２に接続されたＰＤから出力される電気信号から、当該増幅器４２に接続されたコンデンサ４５に蓄積されている電気信号を差し引いて得られる電気信号を増幅して出力する。演算器４３は、ＬＥＤ４から光５０が照射されている際に各増幅器４２から出力される電気信号に基づいて検知対象物６０の位置を求める。

【0028】

ここで、ＬＥＤ４が光５０を照射する際にＰＤで受光される光には、反射光５１以外にも、太陽光等の外乱光（「定常光」とも呼ばれる）も含まれる。したがって、仮に増幅器４２がＰＤから出力される電気信号をそのまま増幅すると、当該増幅器４２からは、外乱光の影響を受けた電気信号が出力されることになる。演算器４３が、外乱光の影響を受けた電気信号に基づいて検知対象物６０の位置を求めると、当該位置の精度が低下する可能性がある。

【0029】

そこで、本実施の形態では、ＬＥＤ４（照明部２）が光５０を照射していないときにＰＤから出力される電気信号、つまり、外乱光の強さを示す電気信号が、当該ＰＤが接続され増幅器４２に繋がったコンデンサ４５に蓄積される。そして、増幅器４２は、ＬＥＤ４が光５０を照射しているときにＰＤから出力される電気信号から、当該増幅器４２に繋がったコンデンサ４５で蓄積されている電気信号（外光の強さを示す電気信号）を差し引いて得られる電気信号を増幅して演算器４３に出力する。これにより、増幅器４２からは、外乱光の影響が低減された電気信号が出力される。つまり、増幅器４２からは、補正された、ＰＤからの電気信号が出力される。よって、演算器４３で求められる検知対象物６０の位置の精度が向上する。

【0030】

演算器４３は、ＬＥＤ４が光５０を照射している際に増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃから出力された電気信号に基づいて、検知対象物６０の位置として、後述するｘｙｚ座標系での検知対象物６０のｘ座標、ｙ座標およびｚ座標を求める。本実施の形態では、演算器４３を位置取得部と呼ぶこともある。演算器４３で行われる処理については、後で詳しく説明する。

【0031】

論理回路４４は、ＬＥＤドライバ４１、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び演算器４３へ指示信号を送出することで、制御部１０全体の動作を制御する。図５に例示される論理回路４４は、外部から入力される第一入力信号４８および第二入力信号４９に応じた指示信号を、ＬＥＤドライバ４１、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び演算器４３へ送出する。

【0032】

図６は、論理回路４４が行う制御内容の一例を示す図である。第一入力信号４８および第二入力信号４９のそれぞれは２値信号であって、ｈｉｇレベル及びＬｏｗレベルのどちらか一方の信号レベルを示す。論理回路４４は、図６に例示されるように、第一入力信号４８および第二入力信号４９が示す信号レベルの組み合わせに応じた指示信号を、ＬＥＤドライバ４１、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び演算器４３へ送出する。図６には、論理回路４４への入力信号（第一入力信号４８および第二入力信号４９）と、ＬＥＤドライバ４１、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び演算器４３の状態との関係が４種類示されている。

【0033】

図６のＮｏ．１に例示されるように、第一入力信号４８及び第二入力信号４９がともにｌｏｗレベルを示す場合には、論理回路４４は、ＬＥＤドライバ４１にはＬＥＤ４（照明部２）を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃには増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃの動作を休止（機能をＯＦＦ）する旨の指示信号を送出し、演算器４３には演算器４３の動作を休止（機能をＯＦＦ）する旨の指示信号を送出する。これにより、光学的位置検出装置１の動作が休止する。

【0034】

図６のＮｏ．２に例示されるように、第一入力信号４８がｈｉｇｈレベルを示し、第二入力信号４９がｌｏｗレベルを示す場合には、論理回路４４は、ＬＥＤドライバ４１にはＬＥＤ４（照明部２）を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃには増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃの動作モードを急速チャージモードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器４３には演算器４３の動作を休止する旨の指示信号を送出する。各増幅器４２は、急速チャージモードに設定されると、当該増幅器４２に接続されたＰＤから入力された電気信号を、当該増幅器４２に接続されたコンデンサ４５に急速に蓄積する。これにより、コンデンサ４５には、ＬＥＤ４が消灯している際にＰＤから出力される電気信号、つまり外乱光の強さを示す電気信号が急速に蓄積される。図６のＮｏ．２の指示信号は、光学的位置検出装置１の起動直後に使用される。

【0035】

図６のＮｏ．３に例示されるように、第一入力信号４８及び第二入力信号４９がともにｈｉｇｈレベルを示す場合には、論理回路４４は、ＬＥＤドライバ４１にはＬＥＤ４（照明部２）を消灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃには増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃの動作モードを通常チャージモードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器４３には演算器４３の動作を休止する旨の指示信号を送出する。各増幅器４２は、通常チャージモードに設定されると、当該増幅器４２に接続されたＰＤから入力された電気信号を、当該増幅器４２に接続されたコンデンサ４５に通常の速さで蓄積する。これにより、コンデンサ４５には、ＬＥＤ４が消灯している際にＰＤから出力される電気信号、つまり外乱光の強さを示す電気信号が蓄積される。

【0036】

図６のＮｏ．４に例示されるように、第一入力信号４８がｌｏｗレベルを示し、第二入力信号４９がｈｉｇｈレベルを示す場合には、論理回路４４は、ＬＥＤドライバ４１にＬＥＤ（照明部２）を点灯させる旨の指示信号を送出し、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃには増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃの動作モードを増幅モードに設定する旨の指示信号を送出し、演算器４３には動作を行う旨の指示信号を送出する。各増幅器４２は、増幅モードに設定されると、当該増幅器４２に接続されたＰＤから入力された電気信号から、当該増幅器４２に接続されたコンデンサに蓄積されている電気信号を差し引き、それによって得られる電気信号を増幅して出力する。

【0037】

ここで、論理回路４４は、第一入力信号４８および第二入力信号４９によって、Ｎｏ．３に示される指示信号とＮｏ．４に示される指示信号とを所定周期で切り替えて送出する。したがって、論理回路４４は、Ｎｏ．４に示される指示信号を、常に、Ｎｏ．３に示される指示信号の後に送出する。よって、論理回路４４からＮｏ．４に示される指示信号が送出されたときには、各増幅器４２は、ＬＥＤ４が光５０を照射している際にＰＤから出力された電気信号から、コンデンサに蓄積されている、外乱光の強さを示す電気信号を差し引き、それによって得られる電気信号を増幅して出力する。つまり、各増幅器４２は、ＬＥＤ４が光５０を照射している際にＰＤから出力された電気信号を、外乱光の強さを示す電気信号で補正し、補正後の当該電気信号を増幅して出力する。そして、演算器４３は、各増幅器４２からこのようにして出力される電気信号に基づいて、検知対象物６０の位置を求める。これにより、演算器４３は、各ＰＤで受光された反射光５１の強さを示す電気信号に基づいて検知対象物６０の位置を求めることができる。

【0038】

＜＜演算器の処理について＞＞
図７および図９は、図４に示される受光部３の受光面１４に反射光５１が入射した例を示す図である。図７は反射光５１が受光部中心２０に対して垂直に入射しているときの一例である。図７に示されるように、反射光５１が入射する入射領域５００は、受光面１４や前述した光を透過させる窓３ｂの領域より大きい。受光部３は凸レンズ構造になっているため、受光部３に入射された反射光５１は集光されて受光面１４に到達する。受光面１４での光量分布は、図７に示されるように中心が最大光量となった同心円を描く。本実施の形態では、受光面１４での光量分布のうち、光量が所定の閾値より強い部分を強受光領域５１０と呼ぶ。図８は、計算しやすいように図７に示される受光面１５、１６、１７それぞれに入射される、強受光領域５１０の光量を平均して近似したイメージ図である。

【0039】

図９は反射光５１が受光部中心２０に対して右上にずれた位置から入射しているときの一例を示している。受光部３は凸レンズ構造になっているため、受光部３に入射した光は集光されて受光面１４に到達する。図１０は、計算しやすいように図９に示される受光面１５、１６、１７それぞれに入射される、強受光領域５１０の光量を平均して円で近似したイメージ図である。

【0040】

なお、受光面１４での光量分布はレンズの形状や焦点距離に依存するため、図７，９は一例である。また、第１受光面１５と第２受光面１６の間、第２受光面１６と第３受光面１７の間、および第３受光面１７と第１受光面１５の間には、実際には図４に示されるように少し隙間が存在するが、以後の説明では、図７〜１０に示されるように簡略化して第１受光面１５、第２受光面１６、第３受光面１７を接触させて示す。

【0041】

本実施の形態に係る演算器４３（位置取得部４３）は、図７〜１０に示されるように、受光面１４（第１受光面１５、第２受光面１６及び第３受光面１７）を含み、かつ基準点２０を原点とするｘｙ座標平面を定義する。本実施の形態では、ｘｙ座標平面のｘ軸は、第１受光面１５と第３受光面１７との境界を通るように定義されている。そして、演算器４３は、ｘｙ座標平面のｘ軸及びｙ軸に対して垂直なｚ軸を定義する。演算器４３は、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃから出力された電気信号に基づいて、検知対象物６０の位置として、このようにして定義されたｘｙｚ座標系（直交座標系）での検知対象物６０のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標を求めて出力する。以下に、演算器４３が行うｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の算出方法について説明する。

【0042】

以後、特に断らない限り、単に「第１電気信号」と言えば、増幅器４２ａから出力される、補正されたＰＤ５からの第１電気信号を意味する。また、単に「第２電気信号」と言えば、増幅器４２ｂから出力される、補正されたＰＤ６からの第２電気信号を意味する。そして、単に「第３電気信号」と言えば、増幅器４２ｃから出力される、補正されたＰＤ７からの第３電気信号を意味する。

【0043】

また、以下の説明では、第１電気信号（電流）の大きさをＡとして、第２電気信号（電流）の大きさをＢとして、第３電気信号（電流）の大きさをＣとする。

【0044】

＜ｘ座標およびｙ座標の検出について＞
ここでは、本実施の形態における、演算器４３が行う処理であるｘ座標およびｙ座標の算出について説明する。演算器４３は、まず、ｘｙ座標平面において第１〜第３電気信号のそれぞれを基準点２０（原点）から延びるベクトルで表す。第１電気信号を示すベクトルを第１ベクトルｕ１とし、第２電気信号を示すベクトルを第２ベクトルｕ２とし、第３電気信号を示すベクトルを第３ベクトルｕ３とする。そして、演算器４３は、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３に基づいて、ｘｙ座標平面（ｘｙｚ座標系）での検知対象物６０の位置を求める。以下に、ｘ座標およびｙ座標の算出方法について詳しく説明する。

【0045】

まず、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２、第３ベクトルｕ３について説明する。図１１は、図１０に示されるように反射光５１が受光面１４で受光された際の第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２、第３ベクトルｕ３を示す図である。

【0046】

図１１に示されるように、第１ベクトルｕ１は、基準点２０（ｘｙｚ座標系の原点）から第１受光面１５に延びている。第１ベクトルｕ１は、基準点２０から、第１受光面１５の２つの辺２１ａ，２１ｂが成す第１角度２４を等分にする方向に延びている。そして、第１ベクトルｕ１の大きさは、第１電気信号の大きさ、つまりＡと一致している。

【0047】

第２ベクトルｕ２は、基準点２０から第２受光面１６に延びている。第２ベクトルｕ２は、基準点２０から、第２受光面１６の２つの辺２２ａ，２２ｂが成す第２角度２５を等分にする方向に延びている。そして、第２ベクトルｕ２の大きさは、第２電気信号の大きさ、つまりＢと一致している。

【0048】

第３ベクトルｕ３は、基準点２０から第３受光面１７に延びている。第３ベクトルｕ３は、基準点２０から、第３受光面１７の２つの辺２３ａ，２３ｂが成す第３角度２６を等分にする方向に延びている。そして、第３ベクトルｕ３の大きさは、第３電気信号の大きさ、つまりＣと一致している。

【0049】

本実施の形態では、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３のそれぞれの向きを、ｘ軸のプラス側から当該ベクトルへの反時計回りの角度で表す。したがって、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の向きは、それぞれ、６０度、１８０度及び３００度となる。

【0050】

演算器４３は、第１乃至第３電気信号に基づいて、このような第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３をｘｙｚ座標系において定めると、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２、第３ベクトルｕ３に基づいて、検知対象物６０のｘ座標及びｙ座標を求める。

【0051】

ここで、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の合成ベクトルのｘ成分ｘ１及びｙ成分ｙ１は以下の式（１），（２）で表される。

【0052】

【数1】

【0053】

【数2】

【0054】

第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の合成ベクトルの先端の位置は、受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置を示している。受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置は、検知対象物６０の位置に応じて変化することから、合成ベクトルの先端の位置を、検知対象物６０の位置とすることが可能である。つまり、式（１）に示される合成ベクトルのｘ成分ｘ１（受光面１４での反射光５１の受光領域の位置のｘ座標）を検知対象物６０のｘ座標とし、式（２）に示される合成ベクトルのｙ成分ｙ１（受光面１４での反射光５１の受光領域の位置のｙ座標）を検知対象物６０のｙ座標とすることが可能である。

【0055】

一方で、本実施の形態では、制御部１０の位置出力電圧の最小値及び最大値はそれぞれ０（Ｖ）及びＶ_REF（Ｖ）となっている。式（１），（２）で示されるｘ１及びｙ１が取り得る範囲は−∞から＋∞となることから、制御部１０は、ｘ１及びｙ１をそのまま、検知対象物６０のｘ座標及びｙ座標としてアナログ出力することはできない。

【0056】

そこで、本実施の形態では、式（１），（２）を変形して、制御部１０が外部に出力することが可能な検知対象物６０のｘ座標及びｙ座標を求めるための式を導出し、当該式を使用して、検知対象物６０のｘ座標及びｙ座標を求める。

【0057】

まず、式（１）を以下の式（３．１）及び（３．２）に変形して、最小値及び最大値が−∞及び＋∞であるｘ１を、最小値及び最大値が−１及び＋１となるｘ２に変形する。

【0058】

【数3】

【0059】

【数4】

【0060】

式（３．２）に示されるＢ＞２（Ａ＋Ｃ）という条件式は、第２受光面１６（ＰＤ６）での反射光５１の受光量が、第１受光面１５および第３受光面１７（ＰＤ５，７）での反射光５１の受光量の２倍よりも大きい状態を表している。つまり、反射光５１の大部分が第２受光面１６（ＰＤ６）に当たっており、その他の第１受光面１５および第３受光面１７では、あまり反射光５１が受光されていない場合となる。このような場合には、受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置は、受光面１４の左端であると考えて、式（３．２）に示されるようにｘ２を最小値−１に固定する。

【0061】

また、式（２）を以下の式（４．１），（４．２），（４．３）に変形して、最小値及び最大値が−∞及び＋∞であるｙ１を、最小値及び最大値が−１及び＋１となるｙ２に変形する。

【0062】

【数5】

【0063】

【数6】

【0064】

【数7】

【0065】

式（４．２）に示される条件式は、第１受光面１５での反射光５１の受光量が、第２受光面１６および第３受光面１７での反射光５１の受光量に比べて極めて大きい状態を表している。このような場合には、受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置は、受光面１４の上端であると考えて、式（４．２）に示されるようにｙ２を最大値１に固定する。

【0066】

また、式（４．３）に示される条件式は、第３受光面１７での反射光５１の受光量が、第１受光面１５および第２受光面１６での反射光５１の受光量に比べて極めて大きい状態を表している。このような場合には、受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置は、受光面１４の下端であると考えて、式（４．３）に示されるようにｙ２を最小値−１に固定する。

【0067】

次に、式（３．１）及び（３．２）を式（５．１）及び（５．２）に変形して、最小値及び最大値が−１及び＋１であるｘ２を、最小値及び最大値が０及び＋１となるｘ３に変形する。

【0068】

【数8】

【0069】

【数9】

【0070】

また、式（４．１）〜（４．３）を式（６．１）〜（６．３）に変形して、最小値及び最大値が−１及び＋１であるｙ２を、最小値及び最大値が０及び＋１となるｙ３に変形する。

【0071】

【数10】

【0072】

【数11】

【0073】

【数12】

【0074】

次に、式（５．１）及び（５．２）を式（７．１）及び（７．２）に変形して、最小値及び最大値が０及び＋１であるｘ３を、最小値及び最大値が０及びＶ_REFとなるｘ４に変形する。

【0075】

【数13】

【0076】

【数14】

【0077】

また、式（６．１）〜（６．３）を式（８．１）〜（８．３）に変形して、最小値及び最大値が０及び＋１であるｙ３を、最小値及び最大値が０及びＶ_REFとなるｙ４に変形する。

【0078】

【数15】

【0079】

【数16】

【0080】

【数17】

【0081】

本実施の形態では、式（７．１）及び（７．２）で表れるｘ４を、検知対象物６０のｘ座標とする。また、式（８．１）〜（８．３）で表されるｙ４を、検知対象物６０のｙ座標とする。演算器４３は、第１乃至第３電気信号と、式（７．１）及び（７．２）とを用いて検知対象物６０のｘ座標（ｘ４）を求める。また、演算器４３は、第１乃至第３電気信号と、式（８．１）〜（８．３）とを用いて検知対象物６０のｙ座標（ｙ４）を求める。これにより、制御部１０は、演算器４３で求められた検知対象物６０のｘ座標及びｙ座標をアナログ信号として外部に出力することができる。

【0082】

＜ｚ座標の検出について＞
ここでは、ｚ座標の算出について説明する。前述したように、ｚ軸は、受光面１４（ｘｙ平面）に対して垂直な軸である。ｚ座標は、第１乃至第３電気信号に基づいて求められる。より具体的には、ｚ座標は、第１電気信号の最大値（Ａの最大値）をＡmax、第２電気信号の最大値（Ｂの最大値）をBmax、第３電気信号の最大値（Ｃの最大値）をＣmaxとすると、式（９）に示されるように表される。ｚ座標は、ｘ座標およびｙ座標と同様に、予め定められた範囲内（つまり、最小値が「０」かつ最大値が「Ｖ_REF」）となっている。演算器４３は、第１乃至第３電気信号と式（９）を用いて検知対象物６０のｚ座標を求める。

【0083】

【数18】

【0084】

図１２は、演算器４３で求められるｚ座標について説明するための図である。式（９）で求められるｚ座標は、検知対象物６０の位置が受光面１４（受光部３）に近いほど大きい値をとり、検知対象物６０の位置が受光面１４（受光部３）に遠いほど小さい値をとる。

【0085】

なお、検知対象物６０が受光面１４に対して近いか遠いかの２値が分かるだけで良い場合には、演算器４３は、ｚ座標を式（１０．１），（１０．２）を用いて求めても良い。

【0086】

【数19】

【0087】

【数20】

【0088】

図１３は、式（１０．１），（１０．２）で表されるｚ座標について説明するための図である。式（１０．１）に示されるように、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａmax＋Ｂmax＋Ｃmax）が予め定めたしきい値βより大きい場合にはｚの出力は「Ｖ_REF」となる。検知対象物６０が受光面１４に対して近づいている場合には、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａmax＋Ｂmax＋Ｃmax）がしきい値βより大きくなることから、図１３に示されるように、ｚ座標＝Ｖ_REFは、検知対象物６０が受光面１４に対して近づいていることを示している。

【0089】

一方で、式（１０．２）に示されるように、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａmax＋Ｂmax＋Ｃmax）がしきい値β以下の場合には、ｚの出力は「０」となる。検知対象物６０が受光面１４に対して離れている場合には、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ａmax＋Ｂmax＋Ｃmax）がしきい値β以下となることから、ｚ座標＝０は、図１３に示されるように、検知対象物６０が受光面１４に対して離れていることを示している。

【0090】

＜検出結果について＞
次に、光学的位置検出装置１における検知対象物６０の位置の検出結果について図１４，１５に基づいて説明する。図１４は、受光面１４での反射光５１の強受光領域５１０の位置が変化する様子を示している。図１５は、反射光５１の強受光領域５１０の位置が図１４のように変化するときの光学的位置検出装置１における検知対象物６０の位置の検出結果を示す図である。

【0091】

図１４の例では、反射光５１の強受光領域５１０の位置は、受光面１４の右側を始点として、受光面１４上を反時計回りに１周回転するように変化している。図１４の例では反射光５１の強受光領域５１０の面積は一定である。検知対象物６０が受光面１４に平行な平面内において回転移動すると、反射光５１の強受光領域５１０の位置は図１４のように変化する。

【0092】

ここで、反射光５１の強受光領域５１０の位置が図１４のように回転する際の当該強受光領域５１０の位置を「強受光領域回転位置」と呼ぶ。そして、図１４の左上に示されるように、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の右側に存在するときの強受光領域回転位置を０度とし、図１４の左下に示されるように、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の上側に存在するときの強受光領域回転位置を９０度とする。そして、図１４の右下に示されるように、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の左側に存在するときの強受光領域回転位置を１８０度とし、図１４の右上に示されるように、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の下側に存在するときの強受光領域回転位置を２７０度とする。

【0093】

図１５の横軸は強受光領域回転位置を示している。図１５の縦軸は、制御部１０から検知対象物６０のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標として出力される出力電圧を示している。図１５のグラフ７１，７２，７３は、強受光領域回転位置が変化する際の検知対象物６０のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標をそれぞれ示している。

【0094】

図１５のグラフ７１に示されるように、ｘ座標は、反射光回転位置が０度の場合（つまり、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の右側、すなわちｘ軸のプラス側に存在する場合）、一番大きい値をとり、反射光回転位置が１８０度に近づくにともなって（つまり、反射光５１の強受光領域５１０が、受光面１４の左側、すなわちｘ軸方向のマイナス側に近づくにともなって）小さくなる。そして、反射光回転位置が１８０度となったときに、ｘ座標は一番小さい値をとる。その後、反射光回転位置が３６０度（つまり、始点位置である０度）に近づくにつれてｘ座標が大きくなる。このように、反射光５１の強受光領域５１０のｘ軸方向の位置の変化に伴って、求められるｘ座標が変化している。

【0095】

また図１５のグラフ７２に示されるように、ｙ座標は、反射光回転位置が０度の場合（反射光５１の強受光領域５１０がｙ軸方向の中央付近に存在する場合）、中央値の“０．５”の値をとり、反射光回転位置が９０度の場合（つまり、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の上側、すなわちｙ軸のプラス側に存在する場合）、一番大きい値をとる。その後、反射光回転位置が２７０度の場合（つまり、反射光５１の強受光領域５１０が受光面１４の下側、すなわちｙ軸のマイナス側に存在する場合）、一番小さい値をとる。ｙ座標も、ｘ座標と同様に、反射光５１の強受光領域５１０のｙ軸方向の位置の変化に伴って、求められるｙ座標が変化している。

【0096】

なお、受光面１４と検知対象物６０との距離が一定に保たれているため、図１５のグラフ７３に示されるようにｚ座標は一定となっている。

【0097】

このように、本実施の形態では、検知対象物６０の実際の位置の変化に応じたｘ座標、ｙ座標及びｚ座標が得られることから、検知対象物６０の位置を正確に検出することができる。

【0098】

＜受光面の形状について＞
上述した実施の形態では、受光面１４の形状が図４に示されるような円形であり、ＰＤ５の第１受光面１５、ＰＤ６の第２受光面１６およびＰＤ７の第３受光面１７の形状は互いに形状が等しい扇形である。しかし、受光面１４および各ＰＤの受光面の形状は他の形状であっても良い。受光面１４および各ＰＤの受光面の形状は、例えば図１６，１７，１８に示されるような形状であっても、上述した図４の受光部３（受光面１４）と同様に扱うことができる。図１６，１７，１８は受光面を示す図である。

【0099】

図１６の例では、受光部３全体の受光面１４ａの形状は三角形である。また、ＰＤ５ａの第１受光面１５ａ、ＰＤ６ａの第２受光面１６ａおよびＰＤ７ａの第３受光面１７ａは互いに面積及び形状が等しい三角形となっている。

【0100】

図１７の例では、受光部３全体の受光面１４ｂの形状は六角形である。また、ＰＤ５ｂの第１受光面１５ｂ、ＰＤ６ｂの第２受光面１６ｂおよびＰＤ７ｂの第３受光面１７ｂは互いに面積及び形状が等しい四角形である。

【0101】

図１８の例では、受光部３全体の受光面１４ｃの形状は、十二角形である。ＰＤ５ｃの第１受光面１５ｃ、ＰＤ６ｃの第２受光面１６ｃおよびＰＤ７ｃの第３受光面１７ｃは互いに面積及び形状が等しい六角形である。

【0102】

図１６〜１８に示されるように、複数のＰＤが有する受光面の面積及び形状を等しくすることで、つまり複数のＰＤが有する受光面の形状を合同にすることで、各ＰＤの感度のばらつきを低減することができる。よって、検知対象物６０の位置の検出精度が向上する。

【0103】

また、受光部３として分割フォトダイオードを採用した場合には、３つのＰＤ（ＰＤ５，６，７）の受光面の位置及び形状のばらつきを小さくすることができる。したがって、検知対象物６０の位置の検出精度が向上する。

【0104】

＜＜比較対象の光学的位置検出装置について＞＞
さて、ここで本実施形態の光学的位置検出装置１と比較される光学的位置検出装置（以後、「比較対象装置」と呼ぶ）について説明する。

【0105】

＜比較対象装置の電気的構成について＞
図１９は、比較対象装置の制御部１０の構成を主に示す図である。図１９に示されるように、比較対象装置の受光部３には、ＰＤ５〜７以外にもＰＤ８が設けられている。ＰＤ８は、その受光面で受光した光を第４電気信号に変換して出力する。

【0106】

また比較対象装置の制御部１０には、増幅器４２ａ〜４２ｃ以外にも、ＰＤ８からの第４電気信号が入力される増幅器４３ｄが設けられている。増幅器４３ｄにはコンデンサ４５ｄが接続されている。増幅器４３ｄの動作は、上述した増幅器４２ａ〜４２ｃの動作と同様である。演算器４３には、増幅器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄにおいて補正された第１乃至第４電気信号が入力される。

【0107】

以後、第１乃至第３電気信号と同様に、特に断らない限り、単に「第４電気信号」と言えば、増幅器４２ｄで補正された第４電気信号を意味する。

【0108】

＜比較対象装置のｘ座標およびｙ座標の位置検出について＞
図２０は、比較対象装置における受光部３の受光面１４ｄを示す図である。図２０に示されるように、受光面１４ｄは、ＰＤ５の第１受光面１５ｄと、ＰＤ６の第２受光面１６ｄと、ＰＤ７の第３受光面１７ｄと、ＰＤ８の第４受光面１８ｄとで構成されている。演算器４３は、検知対象物６０の位置を求める際には、図２０のようにしてｘ軸及びｙ軸を定義するとともに、当該ｘ軸及ｙ軸に垂直なｚ軸を定義する。なお、図２０では、第１受光面１５ｄと、第２受光面１６ｄと、第３受光面１７ｄと、第４受光面１８ｄとは、互いに隣接して示されているが、実際には、第１受光面１５ｄと第２受光面１６ｄの間、第２受光面１６ｄと第３受光面１７ｄの間、第３受光面１７ｄと第４受光面１８ｄの間、第４受光面１８ｄと第１受光面１５ｄの間には少し隙間が設けられている。

【0109】

ここで、第１乃至第４電気信号（電流）の大きさを、それぞれＡ〜Ｄとすると、演算器３２は、以下の式（１１）〜（１３）を用いて、検知対象物６０のｘ座標ｘｃ、ｙ座標ｙｃ及びｚ座標ｚｃを求める。なお、ｘ座標ｘｃ、ｙ座標ｙｃ及びｚ座標ｚｃのとり得る範囲は、０〜Ｖ_REFである。

【0110】

【数21】

【0111】

【数22】

【0112】

【数23】

【0113】

＜比較対象装置の検出結果について＞
次に、比較対象装置における検知対象物６０の位置の検出結果について、図２１，２２に基づいて説明する。図２１は、受光面１４ｄでの反射光５１の強受光領域５１０の位置が変化する様子を示している。図２２は、反射光５１の強受光領域５１０の位置が図２１のように変化するときの光学的位置検出装置１における検知対象物６０の位置の検出結果を示す図である。

【0114】

図２１の例では、上述の図１４と同様に、反射光５１の強受光領域５１０の位置は、受光面１４ｄの右側を始点として、受光面１４ｄ上を反時計回りに１周回転するように変化している。図２１の例では反射光５１の強受光領域５１０の面積は一定である。検知対象物６０が受光面１４ｄに平行な平面内において回転移動すると、反射光５１の強受光領域５１０の位置は図２１のように変化する。

【0115】

図２２のグラフ７１，７２，７３は、強受光領域回転位置が変化する際の検知対象物６０のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標をそれぞれ示している。図２２に示されるように、比較対象装置で求められるｘ座標、ｙ座標及びｚ座標についても、検知対象物６０の位置の変化に応じた値となる。

【0116】

＜光学的位置検出装置と比較対象装置との比較について＞
上述したように、実施の形態に係る光学的位置検出装置１と比較対象装置を比較すると、光学的位置検出装置１は比較対象装置よりＰＤ（受光面）が１つ少ない。そのため、光学的位置検出装置１の制御部１０では、比較対象装置の制御部１０に比べて、増幅器４３および増幅器４３に接続されるコンデンサ４５を１つ少なくすることができる。実施の形態に係る光学的位置検出装置１は、ＰＤ、増幅器およびコンデンサを１つ削除することで、比較対象装置よりも小型化することが可能である。

【0117】

また、光学的位置検出装置１では、式（７．１）〜（７．２）、式（８．１）〜（８．３）および式（９）に示されるように、特殊な演算を用いることなく、四則演算を用いて検知対象物６０の位置を求めることができる。したがって、光学的位置検出装置１の演算器４３で行われる演算は、比較対象装置の演算器４３で行われる演算と同程度の複雑度であると言える。

【0118】

また、光学的位置検出装置１の受光面１４を、図４に示されるように円形（つまり、受光面１４が有する各受光面を扇形）とした場合には、比較対象装置と比べて各ＰＤの受光面の面積を大きくすることができる。図２０に示される比較対象装置における各ＰＤの受光面の面積は、例えば、受光面１４ｄの一辺が２ａ［ｍｍ］であるときは、略ａ^２［ｍｍ^２］となる。一方、図４に示される光学的位置検出装置１における各ＰＤの受光面の面積は、受光面１４の直径（一辺）が２ａ［ｍｍ］であるときには、略πａ^２／３［ｍｍ^２］となる。つまり、受光面１４，１４ｄの一辺の長さを同じとしたときには、光学的位置検出装置１が有する各ＰＤの受光面の面積は、比較対象装置が有する各ＰＤの受光面の面積より大きくなる。ＰＤの受光面の面積が大きくなると、ＰＤの感度が高くなることから、受光面の面積が大きいＰＤは、強度が弱い反射光５１についても検出することが可能となる。よって、検知対象物６０の位置の検出精度が向上する。見方を変えれば、受光面の面積が大きいＰＤは、強度が弱い反射光５１についても検出することが可能となることから、ＬＥＤ４の発光強度を低減したとしても、検知対象物６０の位置の検出精度を維持することができる。よって、検知対象物６０の位置の検出精度を維持しつつ、消費電力を低減することができる。

【0119】

また、光学的位置検出装置１の受光面１４を、図４に示されるように円形とした場合には、比較対象装置と比べて受光面の面積を小さくすることができる。受光面１４，１４ｄの一辺が２ａ［ｍｍ］であるときは、図２０に示される比較対象装置の受光面１４ｄの面積は、略４ａ^２［ｍｍ^２］となるのに対し、図４に示される光学的位置検出装置１における受光面１４の面積は、略πａ^２［ｍｍ^２］となる。つまり、受光面１４，１４ｄの一辺の長さを同じとしたときには、光学的位置検出装置１の受光面１４の面積は、比較対象装置の受光面１４ｄの面積よりも小さくなる。受光面１４の面積が小さくなることで、実施の形態に係る光学的位置検出装置１では、電子部品を詰めて配置することができ、比較対象装置よりも小型化することができる。

【0120】

＜＜第一変形例＞＞
上述した実施の形態では、図４，１６〜１８に示されるように、各ＰＤの受光面の面積および形状が互いに等しい場合について説明した。しかし、受光面１４が図２３，２４に示されるような形状であっても、検知対象物６０の位置を求めることができる。図２３，２４は、共に受光面の一例を示す図である。

【0121】

図２３に示される受光面１４ｆでは、ＰＤ５ｆの第１受光面１５ｆ、ＰＤ６ｆの第２受光面１６ｆおよびＰＤ７ｆの第３受光面１７ｆの形状は互いに等しい。しかし、第１受光面１５ｆおよび第３受光面１７ｆと、第２受光面１６ｆとは、面積が異なる。図２４に示される受光面１４ｇでは、ＰＤ５ｇの第１受光面１５ｇおよびＰＤ７ｇの第３受光面１７ｇと、ＰＤ６ｇの第２受光面１６ｇとで、面積も形状も異なる。

【0122】

各ＰＤの受光面の面積が異なる場合には、例えば、強受光領域５１０の中心位置がｘｙ平面の中心位置（基準点２０）と一致している場合であっても、各ＰＤから出力される電気信号の大きさは互いに異なる（より具体的には、入射領域５００内（図７〜１０参照）であれば、面積の大きい受光面を有するＰＤでは、多くの反射光５１を受光できるため、出力される電気信号の大きさが大きくなる）。各ＰＤから出力される電気信号の大きさが異なると、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の大きさもそれぞれ異なる。したがって、強受光領域５１０の中心位置がｘｙ平面の中心位置（基準点２０）と一致している場合であっても、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の合成ベクトルの先端の位置が、強受光領域５１０の中心位置（この例では基準点２０の位置）を示すことはない。つまり、各ＰＤの受光面の面積が異なる場合には、第１乃至第３電気信号と、既述した式（７．１）〜（７．２）および式（８．１）〜（８．３）とを用いて検知対象物６０のｘ座標およびｙ座標を求めることができない。

【0123】

しかし、各ＰＤの受光面の面積比が既知である場合（言い換えると、各ＰＤの感度比が既知である場合）には、当該面積比に基づいて第１乃至第３電気信号を所定数倍して式（７．１）〜（７．２）および式（８．１）〜（８．３）に代入することで、例えば、図２３のような、第１受光面１５ｆおよび第３受光面１７ｆと、第２受光面１６ｆとの面積が異なる場合であっても検知対象物６０のｘ座標およびｙ座標を求めることができる。

【0124】

＜＜第二変形例＞＞
上述した実施の形態では、ｘｙ座標平面のｘ軸は、第１受光面１５と第３受光面１７との境界を通るように定義されている。しかし、ｘｙ座標平面が図２５に示されるような場合であっても、検知対象物６０の位置を求めることができる。図２５は、受光面およびｘｙ座標平面を示す図である。

【0125】

図２５に示される例では、ｘｙ座標平面のｘ軸は、第１受光面１５における第１角度２４を９０度と３０度に分けるように定義されている。ｘｙ座標平面の軸がこのように定義される場合であっても、上述した実施の形態と同様の考え方で検知対象物６０の位置を求めることができる。

【0126】

図２６は、図２５に示されるように反射光５１が受光面１４で受光された際の第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２、第３ベクトルｕ３を示す図である。図２６において、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３のそれぞれの向きを、ｘ軸のプラス側から当該ベクトルへの反時計回りの角度で表すと、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の向きは、それぞれ、３０度、１５０度及び２７０度となる。

【0127】

そして、上述した実施の形態と同様に、第１ベクトルｕ１、第２ベクトルｕ２及び第３ベクトルｕ３の合成ベクトルのｘ成分を検知対象物６０のｘ座標とし、合成ベクトルのｙ成分を検知対象物６０のｙ座標とすることで、検知対象物６０の位置を求めることができる。つまり、ｘｙ座標平面の軸が、受光面１４に対してどのような角度で定義されていても、上述した実施の形態と同じ考え方で、検知対象物６０の位置を求めることができる。

【0128】

上記において光学的位置検出装置１は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての曲面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。また、上述した各種の例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

【符号の説明】

【0129】

１ 光学的位置検出装置
２ 照明部
３ 受光部
４ ＬＥＤ
５，６，７ ＰＤ
１４ 受光面
１５ 第１受光面
１６ 第２受光面
１７ 第３受光面
５０ 光
５１ 反射光
６０ 検知対象物

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】