光学传感器的制作方法

1.本发明涉及在光学方式下探测物体的接近的光学传感器。


背景技术：

2.近年来，提出了搭载于机器人手等并能够实现物体的接近或接触之类的多种多样的感测的各种传感器(例如专利文献1～3)。
3.专利文献1公开了一种在机器人把持物体等的动作时对物体所引起的接触力以及到物体的距离等进行测量的系统。在专利文献1的系统中，利用嵌入到对红外光具有透光性的弹性体的红外线接近传感器的信号，实现了力、距离以及接触的测量。
4.专利文献2公开了一种能够实现6轴力的测量的光学式触觉传感器。专利文献3公开了一种利用可变框来检测剪切力的力传感器。在专利文献2、3中，在利用了弹性体的变形的光学机构中，进行了物体所引起的各种的接触力的感测。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：美国专利申请公开第2017/0297206号说明书
8.专利文献2：日本专利第5825604号公报
9.专利文献3：国际公开第2014/045685号


技术实现要素：

10.发明要解决的问题
11.在专利文献1等现有技术中，作为红外线接近传感器的信号使用了来自物体的红外光的反射光量。然而，反射光量根据作为对象的物体的反射率而变化，设为接触的状态的反射光量的绝对值会变化。因此，难以关于各种物体分开感测是否伴随接近而光量发生了变化，或者是否在接触的状态下被推入传感器等。
12.本发明的目的在于，提供一种能够与物体的反射率无关地对物体到达特定距离的接近进行探测的光学传感器。
13.用于解决问题的手段
14.本发明涉及的光学传感器根据光的受光结果来探测物体的接近。光学传感器具备光源、受光部和凸部。光源向物体射出光。受光部接受所射出的光在物体反射的反射光，生成表示受光结果的信号。凸部具有比光源以及受光部高的高度。凸部配置在光源与受光部之间，使得从受光部遮挡来自光源的光在与凸部相距给定距离的范围内反射时的反射光。受光部对应于到达给定距离的范围内的物体的接近，输出信号，使得示出表示反射光未被受光的阈值光量以下的受光结果。另外，可视为反射光未被受光的阈值光量预先设定为从光源输出的光输出功率的10％以下。
15.发明效果
16.根据本发明涉及的光学传感器，能够与物体的反射率无关地对物体到达特定距离
的接近高精度地进行探测。
附图说明
17.图1是用于说明实施方式1涉及的光学传感器的概要的图。
18.图2是实施方式1涉及的光学传感器的俯视图。
19.图3是示出实施方式1涉及的光学传感器的结构的框图。
20.图4是例示光学传感器中的阈值距离的图。
21.图5是用于说明光学传感器的动作的概要的图。
22.图6是例示光学传感器的动作的时序图。
23.图7是用于说明关于光学传感器的数值仿真的环境的图。
24.图8是示出关于光学传感器的数值仿真的结果的图。
25.图9是示出实施方式2涉及的光学传感器的结构的框图。
26.图10是例示实施方式2涉及的光学传感器的动作的流程图。
27.图11是示出图10的步骤s4的处理的一例的流程图。
28.图12是示出实施方式3涉及的光学传感器的结构的框图。
29.图13是用于说明实施方式3中的光学传感器的力传感器部的图。
30.图14是示出实施方式3涉及的光学传感器的一例的俯视图。
31.图15是图14所例示的光学传感器的剖视图。
32.图16是实施方式1的变形例涉及的光学传感器的俯视图。
33.图17是示出光学传感器中的阈值距离的变形例的图。
具体实施方式
34.以下，参照附图对本发明涉及的光学传感器的实施方式进行说明。
35.各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。在实施方式2以后省略关于与实施方式1共通的事项的记述，仅针对不同点进行说明。特别是，关于同样的结构所带来的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
36.(实施方式1)
37.1.结构
38.参照图1对实施方式1涉及的光学传感器的结构进行说明。图1是用于说明本实施方式涉及的光学传感器1的概要的图。
39.本实施方式的光学传感器1是一体地构成了接近传感器部12和力传感器部13的模块，接近传感器部12在光学式的探测方式下探测对象物5的接近，力传感器部13探测对象物5接触时作用的力(即接触力)。光学传感器1例如能够应用于在机器人手中将把持的对象的各种物体作为对象物5进行探测的用途。光学传感器1通过接近传感器部12以及力传感器部13能够连续地探测对象物5接近而达到接触并作用力等的一系列的过程。
40.在光学传感器1中，接近传感器部12包含发出用于探测对象物5的接近的探测光l1的光源21、和接受从外部入射的光的受光部22。根据接近传感器部12，通过由受光部22接受探测光l1在对象物5反射的反射光l2，从而可探测对象物5的接近。
41.在一般的光学式的接近探测方式中，即使在各种对象物5接近到相同距离的情况下，反射光l2的光量也依赖于各个对象物5的反射率而改变，因此存在会难以探测对象物5接近到了何种程度的距离的问题。相对于此，在本实施方式中，提供一种能够与对象物5的反射率无关地探测对象物5接近到特定距离的光学传感器1。
42.1-1.结构的详情
43.以下，对本实施方式涉及的光学传感器1的结构的详情进行说明。
44.图2示出本实施方式涉及的光学传感器1的俯视图。光学传感器1例如在基板11上组装接近传感器部12和力传感器部13而构成。以下，将与基板11的主面平行的2个方向分别设为x方向以及y方向，将该主面的法线方向设为z方向。
45.在本实施方式的光学传感器1中，接近传感器部12的光源21和受光部22配置在基板11上，使得例如在x方向上夹着力传感器部13。以下，有时将力传感器部13从基板11突出的 z侧称为上侧，将成为相反侧的一z侧称为下侧。关于光学传感器1中的接近传感器部12以及力传感器部13的配置的详情在后面叙述。
46.图3是示出本实施方式涉及的光学传感器1的结构的框图。本实施方式的光学传感器1具备包含接近传感器部12、光源驱动电路23以及接近探测电路24的接近探测部2、和包含力传感器部13以及力探测电路30的力探测部3。
47.在接近探测部2中，光源21例如包含单个或多个发射极的vcsel(面发光激光器)等发光元件，具有窄指向性。例如，光源21发出具有红外区域等给定波段的光，并具有作为探测光l1而射出的光射出面21a。光源21使光射出面21a朝向上侧而配置。
48.光源21不限于vcsel，例如也可以包含ld(半导体激光器)或者led等各种固体发光元件。光源21也可以包含多个发光元件。在光源21也可以设置有使来自发光元件的光变得准直的透镜以及反射镜等的光学系统。
49.受光部22包含pd(光电二极管)等一个或多个受光元件，并具有由受光元件构成的受光面22a。受光部22在受光面22a接受探测光l1的反射光l2等光，生成例如将受光的光量作为受光结果而示出的受光信号。
50.受光部22不限于pd，也可以包含例如光电晶体管、psd(位置检测元件)、cis(cmos图像传感器)或者ccd等各种受光元件。受光部22也可以由受光元件的线性阵列或者二维阵列构成。在受光部22也可以设置有用于对反射光l2进行聚光的透镜等的光学系统。此外，在受光部22的受光面22a也可以设置有阻断与探测光l1的波段不同的波段的光的带通滤波器等。由此，能够抑制外部环境所引起的干扰光的影响。
51.光源驱动电路23将发出探测光l1的驱动信号供给至光源21。光源驱动电路23也可以包含例如am调制等的调制器。例如，光源驱动电路23也可以将10hz～1mhz等中的特定的频率用于使光的振幅周期性地变动的调制频率来对探测光l1进行调制。通过探测光l1的调制，变得容易将探测光l1及其反射光l2与干扰光区分开。
52.接近探测电路24对从受光部22输出的受光信号进行各种信号处理，生成接近探测信号。该信号处理包含例如用于根据受光结果的光量来推定到对象物5的距离及其变动的各种运算处理，此外也可以包含从受光结果中提取反射光l2的光量的处理。接近探测信号能够对应于各种信号处理而设定为示出对象物5的接近的探测结果的各种信号。此外，接近探测电路24也可以包含对受光部22进行驱动的电路结构，还可以包含对从受光元件输出的
信号进行放大的传感放大器等。这样的电路结构也可以与受光元件一起包含于受光部22。
53.接近探测电路24也可以进行例如使包含探测光l1的调制频率的信号成分通过的带通滤波器等的滤波器处理，还可以与光源驱动电路23同步地进行同步检波。例如，在接近探测电路24中，通过阻断稳态的dc成分，从而能够与干扰光分离地进行反射光l2的解析。探测光l1的调制频率能够避开例如作为红外线遥控器的载波而利用的38khz等、在现有的外部系统中利用的频率来适当地设定。由此，能够抑制起因于外部系统的那样的光学传感器1的误动作。
54.在本实施方式的力探测部3中，为了探测来自对象物5的力能够采用各种力探测方式。各种力探测方式例如包括压电式、光学式、应变电阻式以及静电电容式等。力探测部3例如对3轴或6轴之类的多轴中的力进行探测。
55.力传感器部13构成在所采用的力探测方式下探测来自对象物5的力时对象物5所接触的部分。力传感器部13包含该力探测方式下的传感器元件及其封装件等。例如，力传感器部13具有圆锥台形状，在上表面13a与对象物5接触。力传感器部13的形状没有特别限定，也可以是各种凸形状。力传感器部13是本实施方式的光学传感器1中的凸部的一例。
56.力探测电路30基于从力传感器部13中的传感器元件输出的信号，生成例如表示多轴中的力的探测结果的力探测信号。力探测电路30不限于多轴，也可以输出一个轴的力的探测结果的力探测信号。力探测电路30也可以包含对传感器元件进行驱动的电路结构，还可以包含对从传感器元件输出的信号进行放大的传感放大器等。
57.另外，以上说明的结构是一例，光学传感器1并不特别限定于上述的结构。例如，本实施方式的光学传感器1也可以将各电路23、24、30中的任意电路设为外部结构，还可以作为与各电路23、24、30分体的模块而提供。
58.1-2.关于接近传感器部以及力传感器部的配置
59.利用图4对光学传感器1中的接近传感器部12以及力传感器部13的配置的详情进行说明。
60.图4是对光学传感器1中的阈值距离d1进行例示的图。在本实施方式中，配置光源21以及受光部22(接近传感器部12)和力传感器部13，使得光学传感器1具有阈值距离d1。阈值距离d1是从光源21射出的探测光l1的反射光l2被力传感器部13遮挡，入射到受光部22的受光面22a的反射光l2成为所设定的阈值光量以下的边界的距离。阈值光量示出可视为反射光l2未被受光的基准的光量。另外，阈值光量例如预先设定为从光源21输出的光输出功率的10％以下。
61.图4对应于从y方向观察光学传感器1的侧视图。在本实施方式中，力传感器部13具有上表面13a比光源21的光射出面21a以及受光部22的受光面22a更向上方突出的高度h1。换言之，光源21以及受光部22设置在比力传感器部13的上表面13a低的位置。进而，在接近传感器部12的光源21以及受光部22之间配置力传感器部13，光源21比力传感器部13小。此外光源21配置为与力传感器部13的距离即间隔w1成为比力传感器部13的高度h1短的距离。通过这样的配置，能够根据对象物5与光学传感器1之间的距离来产生力传感器部13遮挡反射光l2的受光的现象。
62.在图4中，例示了对象物5处于阈值距离d1的情况下的探测光l1以及反射光l2的光路。对象物5与光学传感器1之间的距离能够以力传感器部13的上表面13a为基准沿着z方向
来规定。
63.在图4的例子中，探测光l1从光源21沿着z方向向上方前进阈值距离d1，在处于该距离d1的反射位置p1进行反射。在来自反射位置p1的反射光l2的光路中，直线朝向受光部22的光路在中途与力传感器部13重叠。因此，反射光l2之中在该光路中前进的成分入射到力传感器部13而被阻断。另一方面，在与力传感器部13不重叠的光路中前进的反射光l2的成分偏离受光部22而前进，不到达受光面22a。
64.如以上这样，来自阈值距离d1的反射位置p1的反射光l2会被力传感器部13遮挡，不被受光部22受光。此外，关于来自比阈值距离d1更接近光学传感器1的反射位置的反射光l2也与上述同样地，不被受光部22受光。另一方面，来自比阈值距离d1远的反射位置的反射光l2具有不与力传感器部13重叠而朝向受光部22的光路，能够到达受光面22a。
65.在本实施方式中，上述那样的阈值距离d1例如通过在光学传感器1制造时等对尺寸以及布局的参数进行调整，从而能够预先设定为与光学传感器1中的各种规格等相应的希望的大小。阈值距离d1是本实施方式的光学传感器1中的给定距离的一例。
66.能够调整阈值距离d1的参数例如包含光源21与力传感器部13之间的间隔w1、以及受光部22与力传感器部13之间的间隔w2等。在图4的例子中，越增大间隔w1，就能够越增大阈值距离d1。另一方面，越减小间隔w2，就能够越增大阈值距离d1。此外，阈值距离d1的参数不限于间隔w1、w2，例如也可以包含力传感器部13的高度h1等尺寸及形状、光源21的高度等尺寸及形状、以及受光部22的高度等尺寸及形状。
67.此外，根据以上那样的光学传感器1，光源21以及受光部22位于比力传感器部13的上表面13a低的位置，因此能够使得容易避免对象物5与光源21以及受光部22接触而破损这样的状况。此外，通过以上那样的结构，能够提供小型且低成本的光学传感器1。
68.2.动作
69.以下对如以上那样构成的光学传感器1的动作进行说明。
70.2-1.动作的概要
71.利用图5对本实施方式涉及的光学传感器1的动作的概要进行说明。
72.在本实施方式的光学传感器1中，光源驱动电路23通过驱动信号来驱动光源21，发出探测光l1。光源21例如沿着z方向向上方射出探测光l1。探测光l1若入射到对象物5，则根据对象物5所具有的反射率，例如扩散式地反射。
73.图5的(a)例示对象物5与光学传感器1相隔距离d的状态。图5的(b)例示对象物5从图5的(a)的状态接近而与光学传感器1接触的状态。在图5的(a)所例示的状态下，到对象物5的距离d大于阈值距离d1。
74.在图5的(a)的例子中，对象物5处的探测光l1的反射光l2入射到受光部22。在光学传感器1中，接近探测电路24基于受光部22的受光结果生成接近探测信号。受光部22所接受的反射光l2的光量根据到对象物5的距离d而变动，因此能够对接近探测电路24应用用于基于受光信号来推定到对象物5的距离的各种运算。
75.此外，例如如图5的(b)所示，若对象物5与力传感器部13接触，则根据接触的程度而从对象物5施加力。光学传感器1的力探测电路30例如在多轴中对力进行探测，生成力探测信号。
76.在本实施方式的光学传感器1中，在从图5的(a)的状态到达图5的(b)的状态的期
间，若到对象物5的距离成为阈值距离d1以下，则探测光l1的反射光l2被力传感器部13遮挡，不再到达受光部22。利用该现象，本实施方式的光学传感器1能够根据受光部22的受光结果，将表示对象物5是否接近至阈值距离d1以内的信息包含在接近探测信号中输出。
77.上述那样的阈值距离d1前后的接近的探测结果能够不依赖于对象物5的反射率而高精度地获得。此外，阈值距离d1能够预先设定为希望的距离。因此，本实施方式的光学传感器1能够利用阈值距离d1，使得连续地探测从对象物5接近起到产生接触力的一系列过程的精度变得良好。以下，对光学传感器1的动作的详情进行说明。
78.2-2.动作的详情
79.本实施方式的光学传感器1例如在通过对机器人手等应用了光学传感器1的各种机器人的控制系统而确认了对象物5的存在时开始进行动作。利用图6的(a)～(e)对这样的情况下的光学传感器1的动作的一例进行说明。
80.图6的(a)是示出对象物5与光学传感器1之间的距离的变化的一例的曲线图。图6的(b)对光源21的驱动信号进行例示。图6的(c)对受光部22中的受光信号(作为接近探测信号的一例)进行例示。图6的(d)对光学传感器1中的接近探测信号的一例的接近标志进行例示。图6的(e)对光学传感器1中的力探测信号进行例示。图6的(a)～(e)的横轴示出时间。
81.在图6的(a)中，例示了对象物5从时刻t1起开始接近光学传感器1，在时刻t2与力传感器部13接触的状况(参照图5的(a)、(b))。在本例中，光学传感器1基于图6的(b)所例示的驱动信号发出探测光l1，照射到对象物5。对象物5处的探测光l1的反射光l2例如与干扰光一起入射到受光部22。在图6的(c)中，例示在光学传感器1中干扰光被滤波后的受光信号。
82.光学传感器1也可以将图6的(c)所例示的那样的受光信号作为接近探测信号的一例输出到上述的控制系统等。在图6的(a)的状况下，受光信号的信号电平根据所受光的反射光l2的光量从时刻t1起逐渐增大。通过这样的受光信号的变化，能够探测对象物5正在接近。
83.在图6的(a)的状况下，在与力传感器部13接触的时刻t2紧前面的时刻t20，到对象物5的距离到达阈值距离d1。此时，如图6的(c)所示，受光信号从时刻t20前急剧减少，在时刻t20成为阈值光量a1。通过这样的受光信号的信号电平，能够探测对象物5到达阈值距离d1的定时，即、即将接触之前的定时。
84.作为进一步的接近探测信号的一例，本实施方式的光学传感器1也可以如图6的(d)所示生成接近标志。接近标志是用“1”或“0”来表示对象物5是否接近至阈值距离d1以上的标志。根据图6的(c)的受光信号的信号电平，接近标志在时刻t20从“0”上升到“1”。
85.此外，在图6的(a)的例子中，对象物5在从时刻t2到时刻t3的与力传感器部13接触中的期间t11，产生各种接触力。此时，光学传感器1的力探测部3例如如图6的(e)所示生成表示接触力的探测结果的力探测信号。
86.进而，图6的(a)的例子的对象物5在时刻t3离开力传感器部13，在之后的时刻t31到达阈值距离d1，远离光学传感器1。在光学传感器1中，如图6的(c)所示，受光信号的信号电平在时刻t31急剧增大使得超过阈值光量a1。如图6的(d)所示，接近标志在时刻t31从“1”返回到“0”。另外，以上那样的接近标志也可以不在光学传感器1中生成，也可以在控制系统中被管理。
87.根据以上的光学传感器1的动作，通过光学传感器1的力探测信号(图6的(e))，能够探测在对象物5进行接触的从时刻t2到时刻t3的期间t11产生的接触力。此外，通过接近探测信号(图6的(c)、(d))，能够探测在包含该期间t11的从时刻t20到时刻t31的期间t10，对象物5处于光学传感器1附近(阈值距离d1以内)。例如，在接近标志上升的时刻t21，光学传感器1能够探测即将接触之前的定时。通过这样的光学传感器1的动作，例如能够使得在控制系统中容易进行把持对象物5时的计划。
88.例如，通过对多指手部、夹持器那样的机器人臂的末端执行器(即机器人手)应用光学传感器1，能够容易地实现不定形物、柔软物之类的对象物5的把持。一般在用机器人臂来把持对象物5这样的情况下，从机器人的控制系统内的照相机等视觉传感器识别对象物5，使机器人臂移动到能够把持对象物5的位置。此时，例如由于机器人臂的关节之类的可动部的可动误差、臂自身的刚性，有时机器人臂会偏离目标位置，无法进行恰当的动作，陷入无法把持不定形物、柔软物的状况。此外，还可能存在由于使机器人臂移动，从而对象物5进入到视觉传感器的死角，无法掌握对象物5的位置的状况。
89.相对于此，通过将设置了本实施方式的光学传感器1的末端执行器用于机器人臂，从而即使机器人臂从目标位置产生了偏离，也能够探测末端执行器与对象物5接近到了何种程度。因此，基于光学传感器1所产生的接近以及力的探测结果的信息，能够实现精密地校正机器人臂的位置、末端执行器的动作这样的控制，能够实现不定形物、柔软物的把持。
90.而且，即使对象物5进入到视觉传感器的死角，也能够根据光学传感器1所产生的接近的探测结果的信息，来推定到对象物5的距离。进而，对象物5的接近以及力的探测结果的信息可从一个传感器得到，因此不仅能够从接触对象物5之前制定表示如何把持对象物5的把持计划，还能够在把持对象物5的过程中进行把持的反馈控制使得即使把持状态变化也不会失败。因此，能够实现高效且失败少的不定形物、柔软物的把持。
91.2-3.阈值距离的数值仿真
92.关于以上那样的光学传感器1的阈值距离d1，本技术发明人进行了数值仿真，并确认了其效果。利用图7、8对光学传感器1中的阈值距离d1的数值仿真进行说明。
93.图7是用于说明关于光学传感器1的数值仿真的环境的图。图8是示出本仿真的结果的图。
94.在本仿真中，在各种各样的间隔w1、w2下使到对象物5的距离d变化了的情况下，对探测光l1的反射光l2被受光部22接受的光量所对应的受光功率进行了数值计算。在本仿真中，如图7所示，光源21与力传感器部13之间的间隔w1用x方向上的光源21的中心位置到力传感器部13的端部的距离来规定，使w11、w12、w13按升顺增大。此外，受光部22与力传感器部13之间的间隔w2用x方向上的受光部22的中心位置到力传感器部13的端部的距离来规定，使w21、w22、w23按升顺增大。
95.在本仿真中，变更对象物5的反射率，分别进行了上述的数值计算。图8的(a)示出将对象物5的反射率设定为99％时的仿真结果。图8的(b)示出将对象物5的反射率设定为14％时的仿真结果。图8的(a)、(b)的横轴用mm单位示出距离d。纵轴将受光功率归一化为0以上且1以下而示出。
96.如图8的(a)、(b)所示，若在本仿真中对象物5的反射率改变，则各种距离d下的受光功率变动，而受光功率到达“0”时的距离d、即阈值距离d1未变动。因此，通过本仿真，确认
了在光学传感器1中可与对象物5的反射率无关地进行阈值距离d1的接近探测。
97.此外，在图8的(a)、(b)的仿真结果中，若使光源21与力传感器部13之间的间隔w1从“w13”减少到“w11”，或者使受光部22与力传感器部13之间的间隔w2从“w21”增大到“w23”，则阈值距离d1变小。因此，还确认了通过对间隔w1、w2等进行调整等的光源21、受光部22以及力传感器部13的布局，能够将阈值距离d1设定为希望的长度。通过这样的布局，例如还考虑到力传感器部13的高度h1等，也能够将阈值距离d1设为“0”附近，能够将对象物5与力传感器部13接触的位置设为探测对象。
98.3.总结
99.如上，本实施方式中的光学传感器1根据光的受光结果来探测作为各种物体的对象物5的接近。光学传感器具备作为第1光源的一例的光源21、作为第1受光部的一例的受光部22、和作为凸部的一例的力传感器部13。光源21向对象物5射出探测光l1那样的光。受光部22接受所射出的探测光l1在对象物5反射的反射光l2，作为表示受光结果的信号而生成受光信号。力传感器部13具有比光源21以及受光部22高的高度h1。力传感器部13配置在光源21与受光部22之间，使得从受光部22遮挡来自光源21的探测光l1在与力传感器部13相距阈值距离d1(给定距离)的范围内反射时的反射光l2。受光部22对应于到达阈值距离d1的范围内的对象物5的接近，输出受光信号等的接近探测信号，使得示出表示反射光l2未被受光的阈值光量a1以下的受光结果。另外，可视为反射光l2未被受光的阈值光量a1例如预先设定为从光源21输出的光输出功率的10％以下。
100.根据以上的光学传感器1，在根据来自对象物5的反射光l2的受光结果来探测作为各种物体的对象物5的接近时，对应于到达阈值距离d1的范围内的对象物5的接近，得到可视为反射光l2未被受光的阈值光量a1以下的受光结果。由此，在来自对象物5的反射光l2能够被受光部22接受的反射率的范围内，能够与对象物5的反射率无关地探测对象物5接近到阈值距离d1。
101.例如，受光部22在对象物5接近到阈值距离d1的范围内时输出受光信号，使得示出来自该对象物5的反射光l2未被受光的结果。此外，受光部22对应于到阈值距离d1的范围外为止的对象物5的接近，接受不被力传感器部13遮挡而到达的反射光l2。若对象物5从处于阈值距离d1的范围内的状态起到达阈值距离d1的范围外，则受光部22输出受光信号使得示出反射光l2开始被受光的受光结果。通过这样的受光信号，能够容易地探测接近到阈值距离d1前后的对象物5的移动。这样的接近探测能够通过将力传感器部13、光源21以及受光部22配置为不从受光部22遮挡来自光源21的光在阈值距离d1的范围外反射时的反射光l2的至少一部分来实现。
102.在本实施方式中，作为凸部的力传感器部13构成探测对象物5接触而产生的力的力探测部3。根据这样的光学传感器1，能够连续地探测对象物5接近而达到接触并产生力这样的一系列的过程。
103.(实施方式2)
104.在实施方式2中，利用图9～11来说明将阈值距离d1下的接近的探测结果有效利用于力探测部3的电力控制的例子。
105.图9是示出实施方式2涉及的光学传感器1a的结构的框图。本实施方式的光学传感器1a除了例如与实施方式1同样的结构(参照图3)之外，还具备进一步对力探测部3以及接
近探测部2的动作进行控制的控制部10。
106.控制部10例如由微型计算机构成，与软件协作来实现给定的功能。控制部10例如具有rom以及ram之类的内部存储器，将保存于rom的数据以及程序读出到ram来进行各种运算处理，实现各种功能。另外，控制部10也可以是设计为实现给定功能的专用的电子电路、可重构的电子电路等硬件电路。控制部10也可以由cpu、mpu、dsp、fpga、asic等各种半导体集成电路构成。
107.例如，控制部10具有对力探测部3以及接近探测部2的动作的开始/停止分别进行控制的功能。控制部10也可以对供给至力探测部3以及接近探测部2的电力进行控制。另外，光学传感器1a可以通过从外部电源供给的电力来驱动，也可以内置电池等电源。
108.图10是对本实施方式涉及的光学传感器1a的动作进行例示的流程图。以下，对本实施方式的光学传感器1a在与图6的(a)～(e)同样的状况下进行动作的一例进行说明。
109.图10的流程图所示的处理在力探测部3的动作被停止的状态下开始。本流程图所示的各处理例如通过光学传感器1a的控制部10来执行。
110.首先，光学传感器1a的控制部10例如从接近探测电路24取得接近标志(s1)，判断所取得的接近标志是否为“1”(s2)。步骤s2为了判断对象物5是否接近到阈值距离d1的范围内而进行。
111.例如在与图6的(a)～(e)同样的动作例中，在对象物5接近到阈值距离d1的时刻t20之前的期间中，接近标志为“0”(s2中“否”)，所以周期性地重复步骤s1、s2的处理。此时，力探测部3被维持在停止了动作的状态，能够降低消耗功率。在之后的时刻t20，接近标志成为“1”，控制部10在步骤s2中前进到“是”。
112.控制部10若判断为所取得的接近标志为“1”(s2中“是”)，则使力探测部3的动作开始(s3)。例如，控制部10对力传感器部13以及力探测电路30供给能够进行动作的电力。本实施方式中的力探测部3例如从步骤s3起开始生成力探测信号的动作。
113.然后，控制部10例如基于力探测信号，对接近探测部2的动作进行控制(s4)。根据步骤s4，还能够降低接近探测部2的消耗功率。关于步骤s4的处理在后面叙述。另外，步骤s4的处理也可以适当省略。
114.接着，控制部10再次从接近探测电路24取得接近标志(s5)，例如与步骤s2同样地判断所取得的接近标志是否为“1”(s6)。在接近标志为“1”时(s6中“是”)，控制部10再次进行步骤s4以后的处理。
115.在图6的(a)～(e)的例子中，在从时刻t20到时刻t31的期间t10中，接近标志为“1”(s6中“是”)，因此进行步骤s4～s6的处理。此时，由于力探测部3处于动作中，因此在本实施方式中可得到在图6的(e)中与期间t10相应的力探测信号。在时刻t31，接近标志成为“0”，控制部10在步骤s6中前进到“否”。
116.控制部10若判断为所取得的接近标志为“0”(s6中“否”)，则使力探测部3的动作停止(s7)。例如，控制部10停止向力传感器部13以及力探测电路30的电力的供给，或者限制为待机电力。
117.控制部10在停止了力探测部3的动作(s7)后，结束本流程图所示的处理。例如，控制部10以给定的周期重复以上的处理。
118.根据以上的处理，可实现如下力探测部3的电力控制，即，基于接近标志，只要对象
物5不接近到阈值距离d1以内(s2中“否”)，就不使力探测部3进行动作。另一方面，若对象物5接近到阈值距离d1以内(s2、s6中“是”)，则起动力探测部3(s3)，能够在不会对由于对象物5的接触而产生的力探测失败的情况下进行省电化。
119.在以上的说明中，说明了在步骤s1、s5中控制部10取得接近标志的例子，但也可以取而代之取得受光信号。控制部10能够基于所取得的受光信号进行与步骤s2、s6同样的判断。
120.在以上的说明中，说明了在步骤s3、s7中使力探测部3的动作开始/停止的例子，但并不特别限定于此，也可以进行将力探测部3省电化的各种电力控制。控制部10也可以在步骤s3之前以及步骤s7中对探测部3的动作进行限制使得降低力探测部3的消耗功率，并在步骤s3中解除力探测部3的限制而使其进行动作。
121.利用图11对以上的步骤s4的处理进行说明。图11所示的处理在力探测部3的动作中被执行。
122.首先，控制部10从力探测部3的力探测电路30取得力探测信号(s21)，基于所取得的力探测信号，判断是否探测到接触力(s22)。例如在对象物5接触前等未产生接触力时，控制部10在步骤s22中前进到“否”，结束图10的步骤s4。在该情况下，接近探测部2的动作继续(参照步骤s5)。
123.另一方面，在探测到接触力的情况下(s22中“是”)，可认为对象物5与力传感器部13接触，也可以不使接近探测部2进行动作。在该情况下，控制部10例如在接近探测部2中控制光源驱动电路23使得将光源21熄灭(s23)。由此，能够降低接近探测部2的消耗功率。
124.然后，控制部10再次从力探测电路30取得力探测信号(s24)，例如与步骤s22同样地判断是否探测到接触力(s25)。若探测到接触力(s25中“是”)，则控制部10再次进行步骤s24以后的处理。
125.另一方面，在不再探测到接触力的情况下(s25中“否”)，对象物5可能处于光学传感器1a的附近。在该情况下为了使接近探测部2进行动作来探测对象物5的接近，控制部10例如控制光源驱动电路23使得将熄灭的光源21点亮(s26)。
126.控制部10若使接近探测部2进行动作(s26)，则结束图10的步骤s4，前进到步骤s5。
127.根据以上的处理，可实现如下接近探测部2的电力控制，即，基于力探测部3的探测结果，若对象物5与力传感器部13接触而探测到接触力(s22、s25中“是”)，则不使接近探测部2进行动作(s23)。
128.在以上的步骤s23中，说明了光源21被熄灭的例子，但并不特别限定于此，控制部10也可以进行将接近探测部2省电化的各种动作限制。例如，控制部10也可以降低光源21的光量，还可以降低受光部22的传感放大器的增益。在该情况下，控制部10在步骤s26中恢复降低了的光量或增益。由此，能够解除接近探测部2的动作限制，使动作状态适当地恢复。
129.此外，在以上的说明中，说明了图10、11所示的处理由光学传感器1a的控制部10来进行的例子。与图10、11同样的处理也可以由应用光学传感器1a的控制系统来进行。在该情况下，执行该处理的cpu等是控制部的一例。
130.如上，本实施方式的光学传感器1a例如还具备通过接近标志根据从受光部22输出的受光信号来控制力探测部3的动作的控制部10。控制部10根据阈值光量a1以下的受光结果(s2、s6中“是”)，使力探测部3进行动作(s3)。控制部10根据超过阈值光量a1的受光结果
(s2、s6中“否”)，限制力探测部3的动作(s7)。由此，只要对象物5未接近到阈值距离d就限制力探测部3的动作，能够降低力探测部3带来的消耗功率。
131.(实施方式3)
132.在实施方式3中，利用图12～15对作为力探测方式而采用光学式的例子进行说明。
133.图12是示出实施方式3涉及的光学传感器1b的结构的框图。本实施方式的光学传感器1b例如在与实施方式2的光学传感器1a同样的结构中对力探测部3b采用光学式的力探测方式。本实施方式的力探测部3b具备：具备光源31以及受光部32的光学式的力传感器部13b；光源驱动电路33；和力探测电路30b。
134.图13是用于说明本实施方式中的光学传感器1b的力传感器部13b的图。光学式的力传感器部13b用形成为凸状的弹性构件35覆盖光源31以及受光部32而构成。在力传感器部13b的内部，例如光源31和受光部32配置在基板11上使得受光部32包围光源31。弹性构件35由根据对象物5接触而作用的接触力等外力进行变形的各种弹性体构成。
135.图13的(a)对朝向z方向的力作用于力传感器部13b的状态进行例示。图13的(b)对作用了与图13的(a)不同的朝向的力的状态进行例示。
136.在光学式的力传感器部13b中，光源31发出光，受光部32在弹性构件35内部接受所发出的光的反射光。在此，若力作用于力传感器部13b，则如图13的(a)、(b)所例示的那样，弹性构件35的变形的方式根据所作用的力的差异而变化。
137.根据光学式的力传感器部13b，基于对应于弹性构件35的变形而变化的受光部32的受光结果，能够探测各种力。在弹性构件35也可以设置有对来自光源31的光进行反射的反射部。此外，也可以不特别在弹性构件35设置反射部，也可以在弹性构件35和对象物5的接触中等使受光部32接受来自对象物5的反射光。
138.力传感器部13b的光源31与接近传感器部12的光源21同样地由vcsel等各种发光元件构成。力传感器部13b的受光部32例如与接近传感器部12的受光部22同样地由pd等各种受光元件构成，生成表示受光结果的受光信号。力传感器部13b的受光部32的受光元件例如为3个以上，例如为4个。
139.返回图12，力探测部3b的光源驱动电路33例如与接近探测部2的光源驱动电路23同样地构成。本实施方式的力探测电路30b例如对受光部32所包含的受光元件分组来处理，并对各组的受光信号间的差分等进行运算，由此生成能够探测3轴的力的力探测信号。
140.在对本实施方式的光学传感器1b应用与实施方式2同样的电力控制的情况下，例如，控制部10进行在图10的步骤s3中将光源31点亮，在步骤s7中将光源31熄灭这样的控制。在本实施方式中，能够对光学式的力探测部3b的电力控制(s3、s7)应用与接近探测部2的电力控制(图11的s23、s26)同样的各种控制。
141.图14是示出本实施方式涉及的光学传感器1b的一例的俯视图。图15示出与图14的沿着x方向的a-a线对应的、光学传感器1b的剖视图。
142.在本实施方式的光学传感器1b中，例如如图15所示，弹性构件35包含3层的树脂体35a、35b、35c。第1层的树脂体35a例如由比较硬质的树脂构成，对光源31以及受光部32进行密封。第2层的树脂体35b例如由比第1层的树脂体35a软质的树脂构成，对第1层的树脂体35a进行密封。第3层的树脂体35c对第2层的树脂体35b进行密封。
143.在本实施方式中，接近探测部2的光源21以及受光部22也可以分别被树脂体21b、
22b密封。在图14、15中，示出了树脂体21b、22b是与弹性构件35的第1层的树脂体35a相同的树脂材料的例子。通过将对光源21以及受光部22进行密封的树脂材料、和弹性构件35的树脂材料设为共通，从而能够合并制造工序，能够使光学传感器1b的制造容易化。
144.对光源21以及受光部22进行密封的树脂材料也可以具有选择性地透射探测光l1及其反射光l2(参照图1)的波长滤波器特性。树脂体21b、22b的波长滤波器特性例如是对与探测光l1的峰值波长附近相比短和/或长的给定波段的光进行遮光的光学特性。通过这样的树脂体21b、22b，在光学传感器1b所进行的接近探测中能够容易地抑制干扰光的影响。例如，弹性构件35的树脂体35a也可以也具有与上述同样的波长滤波器特性。
145.作为以上那样的树脂体35a、35b、35c、21b、22b的树脂材料，例如能够采用甲基硅酮、苯基硅酮以及改性硅酮之类的硅酮系树脂、或者环氧树脂。此外，对光源21以及受光部22进行密封的树脂材料不限于弹性构件35的第1层，也可以与其他层的树脂体35b、35c共通化。弹性构件35不限于3层，也可以包含2层以下或4层以上的树脂体。
146.如上，在本实施方式的光学传感器1b中，力探测部3b具备作为第2光源的一例的光源31、作为第2受光部的一例的受光部32、和作为凸部的一例的力传感器部13b的弹性构件35。光源31在弹性构件35的内部发出光。受光部32在弹性构件35的内部接受光。弹性构件35根据外力而变形。根据本实施方式的光学传感器1b，能够通过光学式的力探测方式来实现对象物5的接触所引起的力的探测。
147.在本实施方式中，弹性构件35也可以包含作为第1树脂体的一例的树脂体35a。光源21以及受光部22也可以被作为由与第1树脂体共通的树脂材料构成的第2树脂体的一例的树脂体21b、22b密封。由此，能够使光学传感器1b制造时的密封工序容易化。
148.在本实施方式中，树脂体21b、22b也可以具有选择性地透射光源21所发出的光的波长滤波器特性。由此，能够抑制光学传感器1b中的干扰光的影响。
149.(其他实施方式)
150.在以上的各实施方式1～3中，在接近传感器部12设置了受光部22，但也可以进一步设置追加的受光部。利用图16对该变形例进行说明。
151.图16示出本变形例涉及的光学传感器1c的俯视图。本变形例的光学传感器1c例如除了与实施方式1同样的结构(参照图2)之外，还具备追加的受光部25。在图16中，示出了追加的受光部25与光源21相邻地配置的例子。受光部25的位置也可以是能够接受阈值距离d1下的探测光l1的反射光l2的各种位置。
152.在本变形例中，追加的受光部25例如与接近传感器部12的受光部22同样地构成，生成受光信号。光学传感器1c也可以还具备对来自追加的受光部25的受光信号进行处理的各种电路结构。根据来自追加的受光部25的受光信号，在接近传感器部12的受光部22的受光信号的信号电平例如为“0”附近的情况下，能够判定对象物5处于阈值距离d1还是不存在对象物5。
153.此外，通过使追加的受光部25与光源21相邻，从而能够根据受光部25的受光信号来监视环境温度的变化或者经时劣化所引起的光源21的特性变化，能够有效利用于光学传感器1c的温度补偿、故障的探测。
154.如以上的变形例那样，本实施方式的光学传感器1c也可以还具备作为第3受光部的一例的受光部25，该第3受光部配置为接受从光源21射出的探测光l1在阈值距离d1处反
射时的反射光l2。
155.在上述的各实施方式中，说明了光源21具有窄指向性的例子，但光源21的指向性没有特别限定，也可以是宽指向性。将光源21为宽指向性的情况下的阈值距离d1例示于图17。在本实施方式中，光学传感器1的阈值距离d1能够还考虑光源21的指向性来适当设定。
156.此外，在上述的各实施方式中，说明了根据基于接近传感器部12的受光部22的受光信号的反射光l2的光量来探测到对象物5的距离的光学传感器1。本实施方式的光学传感器不限于反射光l2的光量，也可以基于相位差来探测到对象物5的距离。例如，能够使接近探测电路24和光源驱动电路23同步，根据受光部22的受光信号来探测从来自光源21的探测光l1射出时到反射光l2被受光为止的相位差，该相位差对应于到对象物5的距离。即使在这样的探测方式中，若对象物5接近到阈值距离d1以内则受光部22的受光信号的信号电平也成为“0”，因此能够利用这样的受光结果的变化与对象物5的反射率无关地高精度地探测到达阈值距离d1的接近。
157.此外，在上述的各实施方式中，说明了光学传感器的凸部构成力探测部3的例子。在本实施方式中，光学传感器的凸部也可以不特别构成力探测部。例如，光学传感器的凸部也可以是具有与力传感器部13不同的功能的构件，还可以是单纯的构造体。即使通过这样的凸部，也能够与上述各实施方式同样地，产生在阈值距离d1下从受光部22遮挡反射光l2的现象，能够高精度地探测阈值距离d1下的对象物5的接近。
158.附图标记说明
159.1、1a、1b、1c
ꢀꢀꢀ
光学传感器；
160.10
ꢀꢀ
控制部；
161.12
ꢀꢀꢀ
接近传感器部；
162.13、13b
ꢀꢀ
力传感器部；
163.21
ꢀꢀꢀꢀ
光源；
164.22
ꢀꢀ
受光部；
165.25
ꢀꢀꢀ
受光部；
166.21b、22b
ꢀꢀꢀ
树脂体；
[0167]2ꢀꢀꢀ
接近探测部；
[0168]
3、3b
ꢀꢀꢀꢀ
力探测部；
[0169]
31
ꢀꢀꢀ
光源；
[0170]
32
ꢀꢀꢀꢀ
受光部；
[0171]
35
ꢀꢀꢀꢀ
弹性构件；
[0172]
35a、35b、35c
ꢀꢀꢀꢀ
树脂体。