JP2003202213A - 姿勢検出センサ、加速度センサ及びそれを用いた移動経路計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、構成の小型化、簡素化を図
ることのできる姿勢検出センサを提供することにある。 【解決手段】 測定側物体１８の参照側物体２０に対す
る相対的なギャップｈ及び傾きαを検出する姿勢検出セ
ンサであって、該物体の何れかに設けられ、或いは該物
体の何れかであり、該ギャップｈに応じたサイズ及び該
傾きαに応じた形状を有するスポットを検出手段１４に
形成する発散光２６を出射する発散光源１２と、該二物
体の何れかに設けられ、或いは該物体の何れかであり、
該発散光源１２からの発散光２６を受光しそのスポット
のサイズ及び形状を検出する検出手段１４と、該検出手
段１４で得たスポットのサイズ及び形状より該ギャップ
ｈ及び傾きαを求める姿勢演算手段１６と、を備えたこ
とを特徴とする姿勢検出センサ１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は姿勢検出センサ、加
速度センサ及びそれを用いた移動経路計測装置、特にそ
の検出原理の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、相対運動する２つの物体につ
いては、測定側物体（一方の物体）の参照側物体（他方
の物体）に対する相対的なギャップ及び傾きの検出が行
われている。前記ギャップ及び傾きを検出するために、
通常は光学センサをＸＹＺ軸方向に、それぞれ設けてい
た。

【０００３】前記各軸方向の光学センサは、測定光とし
て細い平行光を用い、対応する軸方向の位置情報を得る
ことにより、測定側物体の参照側物体に対する相対的な
ギャップ及び傾きを検出することができる。前述のよう
な光学センサを、例えばタッチプローブに設けると、該
タッチプローブによる倣い測定中に障害物がプローブの
どこに接触したかを検出する、タッチセンサとして用い
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ギ
ャップ及び傾きの検出のために、前述のような光学セン
サをＸＹＺ軸方向に、それぞれ設けていたのでは、セン
サの構成が複雑化、大型化してしまう。これにより広い
スペースが必要となってしまう。これらの点は改善の余
地が残されていたものの、従来は、これを解決すること
のできる適切な技術が存在しなかった。

【０００５】特に前記ギャップ及び傾きの検出を行うこ
とのできる姿勢検出センサは、移動体の移動経路を計測
する分野における加速度センサとしての応用が期待され
ており、該移動経路の計測装置の携帯性を図る点から
も、小型で且つ簡素な構成の姿勢検出センサの開発は急
務であった。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされ
たものであり、その目的は構成の小型化、簡素化を図る
ことのできる姿勢検出センサ、加速度センサ及びそれを
用いた移動経路計測装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者が前記課題につ
いて鋭意検討を重ねた結果、前記ギャップ及び傾きの検
出を行う姿勢検出センサの小型化、簡素化のためには、
測定光として、従来において一般的な細い平行光を用い
るのではなく、ギャップに応じたサイズ及び傾きに応じ
た形状を有するスポットを形成する発散光を用い、しか
も前記スポットのサイズ及び形状を検出することのでき
る光スポットセンサを用いることが重要であるとの知見
に至った。

【０００７】すなわち、前記発散光を用いると、測定側
物体の参照側物体に対する相対的なギャップの変化によ
り、検出手段に形成される真円状のスポットのサイズ
（直径）が変る。傾きの変化により、検出手段に形成さ
れるスポットの形状が真円より楕円に変る。このため、
前記スポットのサイズ及び形状を検出することのできる
光スポットセンサを用いることにより、一のセンサでギ
ャップ及び傾きを検出することができることを見出し、
本発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、前記目的を達成するために本発
明にかかる姿勢検出センサは、光源と、検出手段と、を
備える。前記光源は、前記測定側物体及び前記参照側物
体の何れかに設けられ、或いは該物体の何れかであり、
前記ギャップに応じたサイズ及び前記傾きに応じた形状
を有するスポットを前記検出手段に対し形成する発散光
を出射する発散光源である。前記検出手段は、前記測定
側物体及び前記参照側物体の何れかに設けられ、或いは
該物体の何れかであり、前記光源からの発散光を受光
し、そのスポットのサイズ及び形状を検出する。また演
算手段を備えたことを特徴とする。ここで、前記演算手
段は、前記検出手段で得たスポットのサイズ及び形状よ
り、前記測定側物体の前記参照側物体に対する相対的な
ギャップｈ及び傾きαを求める。

【０００９】ここにいうスポットとは、ギャップの変化
により検出手段に形成される真円状のスポットの直径が
変わり、傾きの変化により検出手段に形成されるスポッ
トの形状が、例えば傾きのない状態では真円、傾きが生
じると楕円に変わり、その傾きの大きさにより楕円の長
軸の長さないし短軸の長さが変る、光スポット或いは影
スポット等を含めていう。ここにいう傾きとは、傾きの
大きさ及び方向を含めていう。

【００１０】またここにいう前記測定側物体及び前記参
照側物体の何れかに設けられ、或いは該物体の何れかと
は、例えば光源及び検出手段を参照側物体に設け、且つ
光源からの発散光を反射し検出手段に入射させる反射面
を参照側物体として用いること、光源を、測定側又は参
照側の物体に設け或いは該測定側又は参照側の物体とし
て用い、且つ検出手段を、他方の物体に設け或いは他方
の物体として用いること等を含めていう。

【００１１】なお、本発明において、前記ギャップｈ
は、下記数３で表せることが好適である。

【数３】ｈ＝ｄ／（２tanθ） ただし、ｄは前記検出手段で得たスポットのサイズ（直
径） θは予め得ておいた前記光源の発散角

【００１２】また、本発明において、前記傾きαは、下
記数４で表せることが好適である。

【数４】α＝tan^-1√（（β−１）／（１＋βtan
²θ）） ただし、βは前記検出手段で得たスポットの短軸と長軸
の長さの比

【００１３】さらに本発明においては、前記検出手段
に、一般的なＣＣＤ等に比較し電気的なクロストークを
回避することができる点、基板の汎用性等に優れたアモ
ルファスシリコンを用いることが好適である。

【００１４】また前記目的を達成するために本発明にか
かる加速度センサは、前記姿勢検出センサにおいて、前
記測定側物体が前記参照側物体に対し弾性支持され、該
測定側物体及び該参照側物体に加速度が印加されると、
その方向及び大きさに応じて該測定側物体が該参照側物
体に対し三次元的に変位する。前記検出手段は、前記測
定側物体の前記参照側物体に対する移動方向及び移動量
に応じて変化するスポットのサイズ、形状ないし位置の
少なくとも何れかの変化を検出する。前記姿勢演算手段
は、前記検出手段により検出されたスポットの変化に基
づく前記測定側物体の前記参照側物体に対する三次元的
なギャップないし傾きの変化より、該測定側物体の該参
照側物体に対する三次元的な移動方向及び移動量を求め
る。また加速度情報取得手段を備えたことを特徴とす
る。ここで、前記加速度情報取得手段は、前記姿勢演算
手段により求められた移動方向及び移動量の情報に基づ
いて、前記測定側物体及び前記参照側物体に印加された
加速度の三次元的な方向及び大きさの情報を含む加速度
データを得る。ここにいう三次元的なギャップ及び傾き
の変化とは、前記測定側物体の前記参照側物体に対する
三次元的な変位をいう。

【００１５】また前記目的を達成するために本発明にか
かる移動経路計測装置は、前記加速度センサにおいて、
移動経路の計測対象となる移動体と共に移動し、該移動
体に印加された加速度データを時系列的に得る。また位
置情報取得手段と、経路記憶手段と、指示手段と、を備
えたことを特徴とする。ここで、前記位置情報取得手段
は、前記加速度情報取得手段よりの加速度データに基づ
いて、前記移動体の三次元的な位置情報を時系列的に得
る。また前記経路記憶手段は、前記位置情報取得手段に
より得られた移動体の三次元的な位置情報を時系列的に
記憶する。前記指示手段は、前記経路記憶手段に記憶さ
れた移動体の時系列的な位置情報に基づいて、該移動体
の三次元的な移動方向及び移動距離を指示する。ここに
いう指示とは、例えばディスプレイに表示する、プリン
タに出力すること等を含めていう。

【００１６】なお、本発明においては、前記加速度情報
取得手段よりの加速度データを時系列的に記憶する加速
度記憶手段を備える。前記位置情報取得手段は、前記加
速度記憶手段に記憶された加速度データに基づいて、前
記移動体の三次元的な位置情報を時系列的に得ることが
好適である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な一実施形態について説明する。第一実施形態 図１には本発明の第一実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成が示されている。なお、本実施形態では、姿
勢検出センサをタッチプローブのタッチセンサとして用
い、該姿勢検出センサの光源を参照側物体に、その検出
手段を測定側物体に、それぞれ設けた例について説明す
る。

【００１８】同図に示す姿勢検出センサ１０は、発散光
源１２と、光スポットセンサ（検出手段）１４と、コン
ピュータ（検出手段，姿勢演算手段）１６を備え、測定
側物体１８の参照側物体２０に対する相対的なギャップ
及び傾きを検出する。前記発散光源１２は、参照側物体
２０の下面に設けられている。前記光スポットセンサ１
４は、測定側物体１８の上面に、発散光源１２に対向配
置されている。前記測定側物体１８の下面にタッチプロ
ーブ２２の上部が設けられており、測定側物体１８は、
参照側物体２０に対し相対的なギャップ及び傾きが変る
ように構成されている。前記光スポットセンサ１４とコ
ンピュータ１６の間は、信号線２４で接続されている。

【００１９】そして、前記発散光源１２は、光スポット
センサ１４に対し光スポットを形成する発散光２６を発
散角θで出射する。光スポットは参照側物体２０と測定
側物体１８間のギャップに応じた直径（サイズ）、その
傾きに応じた形状を有する。前記光スポットセンサ１４
は、例えばアモルファス太陽電池を加工した、アモルフ
ァスシリコン等を用いた光スポットセンサ等よりなり、
受光素子がｘｙ方向にいっぱい並んでいる。光スポット
センサ１４は、発散光源１２からの発散光２６を、前記
ギャップに応じた大きさ及び前記傾きに応じた形状を有
する光スポットとして受光し、この光スポットの二次元
位置の検出を行う。光スポットセンサ１４は、受光した
光スポットの二次元位置情報を、信号線２４を介してコ
ンピュータ１６に出力する。

【００２０】前記コンピュータ１６は、例えば三角関数
の計算が行える処理回路、例えばＣＰＵ等の演算手段
（姿勢演算手段）２８と、記憶手段３０を備える。前記
演算手段２８は、前記光スポットセンサ１４で得た光ス
ポットの二次元位置情報より、光スポットのサイズ及び
形状情報を得る。

【００２１】前記記憶手段３０は、発散角情報記憶部３
２と、姿勢演算情報記憶部３４を備える。前記発散角情
報記憶部３２は、発散光源１２の種類毎に予め得ておい
た発散光源１２の発散角θの情報を記憶している。

【００２２】前記姿勢演算情報記憶部３４は、光スポッ
トセンサ１４からの光スポットの二次元位置情報より得
た光スポットの直径、及び発散角情報記憶部３２に予め
得ておいた、発散光源１２の発散角θより、測定側物体
１８の参照側物体２０に対する相対的なギャップｈを求
めるための下記数５に関する情報を記憶している。

【数５】ｈ＝ｄ／（２tanθ）

【００２３】またこの姿勢演算情報記憶部３４は、光ス
ポットセンサ１４からの光スポットの二次元位置情報よ
り得た楕円の光スポットの短軸と長軸の長さの比βよ
り、測定側物体１８の参照側物体２０に対する相対的な
傾きαを求めるための下記数６に関する情報を記憶して
いる。例えば、簡単な三角関数の計算により、角度αだ
け傾いたときの正接は、下記数６で示される。

【数６】tanα＝√（（β−１）／（１＋βtan²θ））
となる。

【００２４】したがって、傾きαは下記数７で示され
る。

【数７】 α＝tan^-1√（（β−１）／（１＋βtan²θ）） そして、演算手段２８は、光スポットセンサ１４で得た
光スポットのサイズ及び形状情報を前記数５ないし数７
に代入することにより、測定側物体１８の参照側物体２
０に対する相対的なギャップｈ及び傾きαを求める。

【００２５】本実施形態にかかる姿勢検出センサ１０は
概略以上のように構成され、以下にその作用について説
明する。前述のように本実施形態にかかる姿勢検出セン
サ１０を構成することにより、例えば倣い測定中にタッ
チプローブ２２が障害物３６，３８に衝突すると、測定
側物体１８の参照側物体２０に対する相対的なギャップ
ｈないし傾きαが変わる。このギャップｈ及び傾きα
は、光スポットセンサ１４で得た光スポットの二次元位
置情報より、そのサイズ及び形状情報をコンピュータ１
６により求めることにより得ることができる。したがっ
て、本実施形態では、ギャップｈないし傾きαの例えば
変化の有無等から、倣い測定中にタッチプローブ２２が
障害物３６，３８に衝突したか否かを検出することがで
きる。

【００２６】ここで、測定側物体１８の参照側物体２０
に対するギャップ及び傾きを検出するために、従来方
法、つまり測定光として細い平行光を用いた光学センサ
をＸＹＺ軸方向に、それぞれ設けていたのでは、構成が
複雑化、大型化してしまう。そこで、本発明において特
徴的なことは、前記立体的な姿勢の検出を小型、簡素な
構成で行うため、測定光として、検出手段に、ギャップ
に応じたサイズ及び傾きに応じた形状を有する光スポッ
トを形成する発散光を用い、しかも前記光スポットのサ
イズ及び形状を検出することのできる検出手段を用いた
ことである。

【００２７】このために本実施形態においては、検出手
段に前記光スポットを形成する発散光を発散角θで出射
する発散光源１２を用いている。しかも検出手段とし
て、受光した光スポットの二次元位置情報を得ることに
より、光スポットのサイズ及び形状を検出することので
きる光スポットセンサ１４を用いている。そして、コン
ピュータ１６により、光スポットセンサ１４より得た光
スポットの二次元位置情報より、サイズ及び形状を求
め、該サイズ及び形状より、ギャップ及び傾きを求めて
いる。

【００２８】図２に、前記ギャップの検出原理について
説明する。同図（Ａ）に示すように発散光源１２は、発
散光２６を発散角θで出射し、該発散光２６は光スポッ
トセンサ１４に受光される。ここで、傾きを零とし、参
照側物体２０の下面から光スポットセンサ１４の受光面
までの距離をギャップｈとすると、同図（Ｂ）に示すよ
うに光スポットセンサ１４を上方より見ると、その受光
面には真円の光スポット４０が直径ｄで受光される。

【００２９】前記光スポットセンサ１４は、例えばアモ
ルファスシリコン等を用いた光スポットセンサ等よりな
り、受光素子４２がｘｙ方向にいっぱい並んでいる。発
散光源１２からの発散光２６を光スポット４０として受
光すると、この光スポット４０の二次元位置の検出を行
い、コンピュータに出力する。コンピュータは、光スポ
ット４０の二次元位置情報より、光スポット４０のサイ
ズがｄ、形状が真円であることを把握する。

【００３０】そして、このコンピュータは、記憶手段の
発散角情報にアクセスし、対応する発散光源１２の発散
角θと、光スポットセンサ１４からの光スポット４０の
情報、つまり光スポット４０の形状が真円、サイズが直
径ｄとの情報を前記数５に用いることにより、参照側物
体２０の下面から光スポットセンサ１４の受光面までの
ギャップｈを求めることができる。

【００３１】また、例えば参照側物体２０に対し測定側
物体１８が図中上方に移動し、同図（Ａ）に示したギャ
ップｈが、同図（Ｃ）に示すようなギャップｈ’に変わ
ったとする（ｈ’＜ｈ）。同図（Ｃ）に示すように傾き
が零の状態のまま、参照側物体２０の下面から光スポッ
トセンサ１４の受光面までの距離がギャップｈ’に変る
と、同図（Ｄ）に示すように光スポットセンサ１４上の
光スポット４０は、形状は真円のまま、同心円上である
が、直径のサイズがｄ’に変る。

【００３２】この光スポットセンサ１４は、発散光源１
２からの発散光２６を光スポット４０として受光する
と、この光スポット４０の二次元位置検出を行い、コン
ピュータに出力する。コンピュータは、光スポット４０
の二次元位置情報より、光スポット４０のサイズが
ｄ’、その形状が同心円上の真円であることを把握す
る。

【００３３】そして、このコンピュータは、記憶手段の
発散角情報にアクセスし、対応する発散光源１２の発散
角θと、光スポットセンサ１４からの光スポット４０の
情報、つまり光スポット４０の形状が真円、同心円上、
サイズが直径ｄ’との情報を前記数５に用いることによ
り、参照側物体２０の下面から光スポットセンサ１４の
受光面までのギャップｈ’を求めることができる。

【００３４】このように本実施形態では、光スポットセ
ンサ１４に光スポット４０を形成する発散光２６を発散
角θで入射させる発散光源１２を用いているので、傾き
の変化を生じることなく、ギャップのみが変ると、光ス
ポットセンサ１４上の光スポット４０の形状は真円のま
ま、同心円上であるが、その直径が変わる。例えばギャ
ップが大きくなると、真円の直径のサイズが大きくな
り、ギャップが小さくなると、真円の直径のサイズが小
さくなる。

【００３５】このため、本実施形態では、発散光源１２
の発散角θを予め測定して記憶手段に得ておけば、光ス
ポットセンサ１４により光スポット４０の二次元位置を
検出することにより、光スポット４０の直径、形状を検
出し、コンピュータにより参照側物体２０の下面から光
スポットセンサ１４の受光面までのギャップを求めるこ
とができる。

【００３６】図３に、前記傾きの検出原理について説明
する。まず同図（Ａ）に示すように発散光源１２は発散
光２６を発散角θで出射し、該発散光２６は光スポット
センサ１４に受光される。ここで、傾きが零の初期状態
では、参照側物体２０の下面から光スポットセンサ１４
の受光面までの距離をギャップｈとすると、同図（Ｂ）
に示すように光スポットセンサ１４には、真円の光スポ
ット４０が直径ｄで受光される。

【００３７】そして、同図（Ａ）に示すような参照側物
体２０に対する測定側物体１８の傾きが０の初期状態よ
り、同図（Ｃ）に示すように、参照側物体２０に対し測
定側物体１８が＋ｘ方向に角度α傾いたとする。前記初
期状態に比較し、参照側物体２０に対し測定側物体１８
が、光スポットセンサ１４の受光面の略中央を中心とし
て＋ｘ方向にα度傾いた状態では、参照側物体２０の下
面から光スポットセンサ１４の受光面の略中央までの距
離はギャップｈのままであるが、同図（Ｄ）に示すよう
に光スポットセンサ１４上の光スポット４０は、楕円に
変る。この楕円の光スポット４０は、ｘ方向の光スポッ
トサイズ（楕円の長軸に相当）が、傾きの大きさに応じ
て初期状態に比較し長いｄ''（β＝ｄ''／ｄ＞１）とな
る。一方、ｙ方向の光スポットサイズ（楕円の短軸に相
当）は、初期状態と同じくｄ（ｈ＝ｄ／（２tanθ））
となる。

【００３８】この光スポットセンサ１４は、例えばアモ
ルファスシリコン等を用いた光スポットセンサ等よりな
り、受光素子４２がｘｙ方向にいっぱい並んでいる。発
散光源１２からの発散光２６を、ギャップに応じたサイ
ズ及び傾きに応じた形状を有する光スポット４０として
受光すると、この光スポット４０の二次元位置の検出を
行い、コンピュータに出力する。コンピュータは光スポ
ットセンサ１４からの光スポット位置情報より、光スポ
ットの形状が楕円、その光スポットの右端４０ａの位置
が＋ｘ方向に長くなり、ｘ方向のサイズが直径ｄ''、ｙ
方向のサイズが直径ｄとの情報を得る。

【００３９】そして、このコンピュータは、記憶手段の
発散角情報にアクセスし、対応する発散光源の発散角θ
と、前記光スポット４０の形状が楕円、ｘ方向のサイズ
が直径ｄ''、ｙ方向のサイズが直径ｄ等との情報を前記
数７に用いることにより、測定側物体１８の傾きを求め
ることができる。つまり、楕円の光スポット４０の長軸
ｄ''と短軸ｄから、測定側物体１８の傾きの大きさ（角
度α）が求められ、また同時にその傾きの方向も求めら
れる。

【００４０】すなわち、コンピュータは、光スポットセ
ンサ１４のｘｙ平面における楕円の回転角により、つま
りｘ方向の傾きが大きくになるにつれ、光スポット４０
の右端４０ａの二次元位置が＋ｘ方向（図中右方）に移
動するが、光スポット４０の左端４０ｂの二次元位置が
同図（Ｂ）とほとんど変わらないと、測定側物体１８が
＋ｘ方向に傾いていると判断する。一方、コンピュータ
は、ｘ方向の傾きが大きくになるにつれ、光スポット４
０の左端４０ｂの二次元位置が−ｘ方向（図中左方）に
移動するが、光スポット４０の右端４０ａの二次元位置
が同図（Ｂ）とほとんど変わらないと、測定側物体１８
が−ｘ方向に傾いていると判断する。

【００４１】またｙ方向の傾きに関しては、その傾きが
大きくなっても、楕円の光スポット４０のｘ方向のサイ
ズは変わらない。また光スポット４０の上端４０ｃの二
次元位置が＋ｙ方向（図中上方）に移動するが、光スポ
ット４０の下端４０ｄの二次元位置が同図（Ｂ）とほと
んど変わらないと、測定側物体１８が＋ｙ方向に傾いて
いると判断する。一方、コンピュータは、ｙ方向の傾き
が大きくになるにつれ、光スポット４０の下端４０ｄの
二次元位置が−ｙ方向（図中下方）に移動するが、光ス
ポット４０の上端４０ｃの二次元位置が同図（Ｂ）とほ
とんど変わらないと、測定側物体１８が−ｙ方向に傾い
ていると判断する。

【００４２】このように本実施形態では、光スポットセ
ンサ１４に光スポット４０を形成する発散光２６を発散
角θで入射させる発散光源１２を用いているので、傾き
が生じると、光スポットセンサ１４上の光スポット４０
の形状は、真円から、測定側物体１８の傾きの大きさと
方向に応じた楕円に変る。このため、本実施形態では、
発散光源１２の発散角θを予め測定して記憶手段３２に
得ておけば、光スポットセンサ１４により楕円形状の光
スポット４０の二次元位置情報を得ることにより、楕円
の光スポット４０の長軸ｄ''と短軸ｄの長さ、その位置
を検出することができる。したがって、本実施形態で
は、コンピュータ１６により測定側物体１８の傾きの大
きさと方向を求めることができる。

【００４３】このように本実施形態にかかる姿勢検出セ
ンサ１０は、光スポットセンサ１４に光スポット４０を
形成する発散光２６を発散角θで入射させる発散光源１
２と、光スポット４０の二次元位置情報より、そのサイ
ズ及び形状を検出することのできる光スポットセンサを
用いることにより、一の簡単なセンサを用いて測定側物
体１８のギャップｈ、及び傾きα（大きさと方向）の両
方を非接触で検出することができる。このため本実施形
態にかかる姿勢検出センサを、例えばタッチプローブに
用いることにより、例えば倣い測定中に、障害物がタッ
チプローブのどこに接触したのかを、小型及び簡素な構
成で検出することができる。

【００４４】なお、前記構成では、測定側物体１８に光
スポットセンサ１４を設け、参照側物体２０に発散光源
１２を設けた例について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、参照側物体２０を設けることな
く、発散光源１２を参照側物体として用いたり、測定側
物体１８を設けることなく、光スポットセンサ１４を測
定側物体として例えばタッチプローブ２２等に直接設け
ることもできる。

【００４５】第二実施形態 図４には本発明の第二実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成が示されている。なお、本実施形態では、参
照側物体に姿勢検出センサの光源及び検出手段を設け、
測定側物体として反射面を用いた例について説明する。
前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説
明を省略する。同図に示す姿勢検出センサ１１０は、参
照側物体１２０に発散光源１１２及び光スポットセンサ
１１４を設け、また測定側物体１１８として反射面（以
下、反射面１１８という）を用いている。

【００４６】前記反射面１１８は、参照側物体１２０に
対し相対的なギャップ及び傾きが変るように設置されて
おり、発散光源１１２からの発散光１２６を受光し、光
スポットセンサ１１４に反射する材質で構成されてい
る。そして、発散光源１１２は、反射面１１８に対し前
記光スポットを形成する発散光１２６を発散角θで出射
する。

【００４７】前記反射面１１８は、前記発散光源１１２
からの発散光１２６を受光し、光スポットセンサ１１４
に反射させる。前記光スポットセンサ１１４は、反射面
１１８からの光を受光し、その光スポットの二次元位置
情報をコンピュータ１１６に出力する。コンピュータ１
１６は、光スポットセンサ１１４からの光スポットの二
次元位置情報より、光スポットのサイズ及び形状情報を
得、得た光スポットのサイズ及び形状より、反射面１１
８の光スポットセンサ１１４受光面に対する相対的なギ
ャップｈ及び傾きαを求める。

【００４８】図５に、前記ギャップの検出原理について
説明する。同図（Ａ）に示すように発散光源１１２から
の発散光は、反射面１１８に対し発散角θで出射され、
反射面１１８で反射され、光スポットセンサ１１４に入
射する。このとき、同図（Ｂ）に示すように光スポット
センサ１１４を下方より見ると、その受光面には、真円
の光スポット１４０が直径ｄで受光される。

【００４９】一方、例えば参照側物体１２０に対し反射
面１１８が図中上方に移動し、同図（Ａ）に示したギャ
ップｈが、同図（Ｃ）に示すようなギャップｈ’に変わ
ると、本実施形態は、前記第一実施形態と同様、測定光
として発散角θの発散光を用いているので、光スポット
センサ１１４上の光スポット１４０は、同図（Ｄ）に示
すように形状が真円のまま、同心円上であるが、直径の
大きさがｄ’に変る。

【００５０】このため、本実施形態では、前記第一実施
形態と同様、発散光源１１２の発散角θを予め測定して
記憶手段に得ておけば、光スポットセンサ１１４により
光スポット１４０の二次元位置情報を検出することによ
り、光スポット１４０の直径を検出し、コンピュータに
より反射面１１８の上面から光スポットセンサ１１４の
受光面までのギャップを求めることができる。

【００５１】図６に、前記傾きの検出原理について説明
する。まず同図（Ａ）に示すように傾きが零の初期状態
では、同図（Ｂ）に示すように光スポットセンサ１１４
を下方より見ると、その受光面には、真円の光スポット
１４０が直径ｄで受光される。一方、同図（Ｃ）に示す
ように、反射面１１８がその略中央を軸として＋ｘ方向
に角度α傾くと、前記第一実施形態と同様、光スポット
センサ１１４上の光スポット１４０は、真円より同図
（Ｄ）に示すような楕円に変り、その光スポット１４０
のｘ方向のサイズ、位置も傾きの角度αの方向に応じた
＋ｘ方向にその大きさに応じた量だけ、＋ｘ方向の変化
が生じる。

【００５２】このような変化を前記第一実施形態と同
様、コンピュータにより光スポットセンサ１１４からの
光スポット１４０の二次元位置情報より読み取る。すな
わち、光スポット１４０の形状が、真円から、光スポッ
ト１４０の右端が＋ｘ方向に長い楕円へと変り、ｘ方向
のサイズが直径ｄ''で、ｙ方向のサイズが直径ｄとの情
報を得る。これを前記数７に用いることにより、反射面
１１８の傾きの大きさと方向を求めることができる。こ
れを前記数７に用いることにより、反射面１１８の傾き
の大きさ（角度α）と方向（＋ｘ方向）を求めることが
できる。

【００５３】このように本実施形態では、反射面１１８
を介して光スポットセンサ１１４に光スポット１４０を
形成する発散光１２６を発散角θで入射させる発散光源
１１２を用いているので、前記第一実施形態と同様、傾
きが生じると、光スポットセンサ１１４上の光スポット
１４０の形状は、真円から、傾きの大きさと方向に応じ
た楕円に変る。

【００５４】このため、本実施形態では、前記第一実施
形態と同様、発散光源１１２の発散角θを予め測定して
記憶手段に得ておけば、光スポットセンサ１１４により
楕円形状の光スポット１４０の二次元位置情報を得るこ
とにより、楕円の光スポット１４０の長軸と短軸の長さ
を検出することができる。したがって、本実施形態で
は、コンピュータにより反射面１１８の傾きの大きさと
方向を求めることができる。

【００５５】このように本実施形態にかかる姿勢検出セ
ンサ１１０は、前記第一実施形態と同様、光スポットセ
ンサ１１４に光スポット１４０を形成する発散光１２８
を発散角θで入射させる発散光源１１２と、光スポット
１４０の二次元位置の情報より形状及びサイズを検出す
ることのできる光スポットセンサ１１４を用いることに
より、一の簡単なセンサ１１０を用いて反射面１１８の
ギャップ及び傾きの両方を非接触で検出することができ
る。

【００５６】第三実施形態 図７には本発明の第三実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成が示されている。なお、本実施形態では、参
照側物体に姿勢検出センサの光源を、測定側物体に検出
手段を、それぞれ設け、検出手段に前記光スポットに代
えて、影スポットを投射した例について説明する。前記
図１と対応する部分には符号２００を加えて示し説明を
省略する。同図に示す姿勢検出センサ２１０は、参照側
物体２２０に発散光源２１２を、測定側物体２１８に光
スポットセンサ２１４を、それぞれ設けている。そし
て、光スポットセンサ２１４に前記光スポットに代え
て、影スポットを形成している。

【００５７】このために本実施形態においては、同図に
示すように発散光源２１２と光スポットセンサ２１４の
間にマスク２５０を設けている。参照側物体２２０及び
マスク２５０の立体的な姿勢は固定されており、参照側
物体２２０及びマスク２５０に対し、光スポットセンサ
２１４及び測定側物体２１８の相対的なギャップ及び傾
きが変るように設置されている。

【００５８】図８に示すように前記マスク２５０は、略
中心部に遮光部２５２が、その周囲に透光部２５４が設
けられている。そして、発散光源２１２からの発散光が
マスク２５０に入射すると、マスク２５０では発散光の
中心部分が遮光部２５２で遮光されるが、その周囲の光
は透光部２５４を透過する。

【００５９】このため、本実施形態は、図９に示すよう
に光スポットセンサ２１４を上方より見ると、その略中
心部に影スポット２５６が、その周囲に前記透光部２５
４を透過した発散光源２１２からの発散光による明部２
５８が形成されている。このように本実施形態では、光
スポットセンサ２１４上には、前記マスク２５０によ
り、ギャップに応じたサイズ及び傾きに応じた形状を有
する影スポット２５６が、くっきりと形成されている。

【００６０】そして、本実施形態は、スポットが前記第
一実施形態での光スポットとネガポジ反転ではあるが、
同様の原理で、ギャップの変化により、光スポットセン
サ２１４上の影スポット２５６の直径が変り、傾きの変
化により、光スポットセンサ２１４上の影スポット２５
６の形状が変る。

【００６１】このため、本実施形態は、光スポットセン
サ２１４により影スポット２５６の二次元位置情報を
得、コンピュータにより、光スポットセンサ２１４から
の影スポット２５６の二次元位置情報より影スポット２
５６のサイズ及び形状を検出し、そのサイズ及び形状よ
り、前記第一実施形態と同様、ギャップ及び傾きを求め
る。したがって、本実施形態では、前記第一実施形態と
同様、一のセンサにより、ギャップ及び傾きを非接触で
検出することができる。これによりギャップ及び傾きを
検出するのに、構成の小型化、簡素化を図ることができ
る。

【００６２】第四実施形態 図１０には本発明の第四実施形態にかかる姿勢検出セン
サの概略構成が示されている。なお、本実施形態では、
参照側物体に光源を、測定側物体に検出手段を、それぞ
れ設けている。そして、前記一の光スポットの投射に代
えて、少なくとも三の光スポットを検出手段に投射した
例について説明する。前記図１と対応する部分には符号
３００を加えて示し説明を省略する。同図に示す姿勢検
出センサ３１０は、参照側物体３２０に発散光源３１２
を、測定側物体３１８に光スポットセンサ３１４を、そ
れぞれ設けている。そして、光スポットセンサ３１４に
少なくとも三の光スポットを形成している。

【００６３】このために本実施形態においては、同図に
示すように発散光源３１２と光スポットセンサ３１４の
間にマスク３６０を設置している。参照側物体３２０及
びマスク３６０の立体的な姿勢は固定されており、参照
側物体３２０及びマスク３６０に対し、前記光スポット
センサ３１４及び測定側物体３１８の相対的なギャップ
及び傾きが変るように設置されている。

【００６４】図１１に示すようにマスク３６０は、３箇
所に透光部３６２，３６４，３６６が、その周囲に遮光
部３６８が設けられている。そして、発散光源３１２か
らの発散光がマスク３６０に入射すると、マスク３６０
は発散光を３箇所の透光部３６２，３６４，３６６を介
して透過させ、その周囲の光は遮光部３６８で遮光して
いる。

【００６５】このため、図１２に示すように光スポット
センサ３１４を上方より見ると、そのｘｙ方向の３箇所
に光スポット３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃが形成され
ている。したがって、光スポットセンサ３１４上に形成
される三の光スポット３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｃの
二次元位置情報を検出することにより、各位置での光ス
ポットサイズを検出する。そして、前記光スポットセン
サ３１４上の各位置での光スポットサイズより、各位置
でのギャップを求めることができる。これにより、本実
施形態は、前記第一実施形態と同様、一の姿勢検出セン
サで測定側物体３１８のギャップ及び傾きを非接触で検
出することができる。

【００６６】以上のように本実施形態にかかる姿勢検出
センサによれば、ギャップに応じたサイズ及び傾きに応
じた形状を有するスポットを光スポットセンサに形成す
る発散光を出射する発散光源と、そのスポットの二次元
位置情報を検出することによりそのスポットのサイズ及
び形状情報を得るための光スポットセンサを備えること
とした。

【００６７】この結果、本実施形態では、光スポットセ
ンサにスポットを形成する発散光と、スポットのサイズ
及び形状を検出することのできる光スポットセンサの組
合せにより、一のセンサにより、非接触でギャップ及び
傾きを検出することができる。したがって、本実施形態
は、従来方法、つまり細い平行光の測定光を用い、しか
も光学センサをＸＹＺ軸方向に、それぞれ用いたものに
比較し、構成の小型化、簡素化を図ることができる。

【００６８】なお、本発明は前記各構成に限定されるも
のではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能で
ある。例えばスポットの二次元位置情報を検出すること
ができるように、光スポットセンサの受光素子の画素サ
イズと、スポットのサイズとを考慮して設計することが
できる。例えばスポットサイズが大きいと、そのサイズ
に合わせて光スポットセンサの画素のサイズを大きくす
る。一方、例えばスポットが小さいと、そのサイズに合
わせて光スポットセンサの画素サイズを小さくすること
ができる。また本発明の検出手段は、ギャップに応じた
サイズ及び傾きに応じた形状を有する光スポット或いは
影スポットを検出することができるものであれば、任意
のものを用いることができるが、例えば以下に示すよう
な光スポットセンサを用いることが、特に好ましい。

【００６９】図１３〜図１４には本実施形態にかかる姿
勢検出センサに用いるのに適した光スポットセンサ（検
出手段）の概略構成が示されている。なお、図１３は前
記光スポットセンサの平面図、図１４は同様の光スポッ
トセンサのＢ−Ｂ´断面図である。前記図１と対応する
部分には符号４００を加えて示し説明を省略する。この
光スポットセンサ４１４は、二つの受光素子アレイＰＤ
Ａ１，ＰＤＡ２を積層することにより構成されている。
第１の受光素子アレイＰＤＡ１は、ストライプ状の受光
素子４４２がｘ方向に配列形成されている。

【００７０】すなわち、例えばガラス等よりなる基板４
７０上には、共通下部電極となる透明電極４７２が形成
される。この透明電極４７２上には、ｐ型アモルファス
半導体層４７４と、ｉ型アモルファス半導体層４７６
と、ｎ型アモルファス半導体層４７８と、上部電極４８
０が順次積層されている。これらの積層膜をパターンニ
ングすることにより、各受光素子４４２が絶縁分離さ
れ、所定のピッチで配列される。

【００７１】第１の受光素子アレイＰＤＡ１としては、
ストライプ状の受光素子４４２をｘ方向に配列形成され
ている。各受光素子４４２の上部電極４８０は、透明電
極等よりなる。第２の受光素子アレイＰＤＡ２は、第１
の受光素子アレイＰＤＡ１と同様のストライプ状のフォ
トダイオード４４２等よりなり、第１の受光素子アレイ
ＰＤＡ１上に層間絶縁膜４８２を介して重ねられ、ｙ方
向に同じピッチで配列形成されている。

【００７２】第２の受光素子アレイＰＤＡ２は、透明電
極等よりなり、共通下部電極４８４上にｐ型アモルファ
ス半導体層４８６と、ｉ型アモルファス半導体層４８８
と、ｎ型アモルファス半導体層４９０と、上部電極４９
２が順次積層されている。これらの積層膜をパターニン
グすることにより、各受光素子４４２が絶縁分離されて
いる。全体は保護膜４９４により覆われている。

【００７３】この二次元の光スポットセンサ４１６の基
板４７０の裏面から光スポット４４０が入射される。光
スポット４４０の二次元位置検出は、第１の受光素子ア
レイＰＤＡ１の出力を走査して検出する走査検出回路４
９６と、第２の受光素子アレイＰＤＡ２の出力を走査し
て検出する走査検出回路４９８により行われている。つ
まり光スポット４４０が入射されたとき、受光素子アレ
イのどの受光素子４４２に出力が得られるかを検出する
ことにより、光スポット４４０のＸ軸方向及びＹ軸方向
の入射位置が分かる。

【００７４】このように本実施形態では、受光素子４４
２の１本が例えば４μｍ幅で構成されており、このよう
な受光素子４４２がｘｙ方向にいっぱい並んでいるの
で、前述のような光スポット４４０の二次元位置の検出
により、スポット４４０のサイズ、形状及び位置を検出
することができる。

【００７５】以上のように本実施形態は、例えばアモル
ファス太陽電池を加工したアモルファスシリコンを用い
た光スポットセンサを用いることにより、光スポットセ
ンサの基板はシリコンウエハに限定されず、種々の基
板、例えばガラス基板等の任意の材質を用いることがで
きる。また形状が多少変形しても、機能的に満たすもの
であれば、基板の形状は平面に限定されず、凹面、凸面
等の任意の形状を用いることができる。これにより、基
板の汎用性が広がり、光スポットセンサの設置場所の汎
用性の向上が図られる。しかも、本実施形態では、光ス
ポットセンサの製造が、特別な半導体プロセスを用いる
ことなく、例えば太陽電池プロセスで容易に行える。

【００７６】また本実施形態では、例えばガラス基板等
を用いるので、一般的なＣＣＤのように基板としてシリ
コンウエハを用いたものに比較し、原理的には電気的な
クロストークを零にすることができる。しかも、このア
モルファスシリコンは、特に可視光線に敏感なので、本
実施形態では、測定光として可視光線を用いることによ
り、スポットのサイズ及び形状をより正確に検出するこ
とができるので、ギャップ及び傾きをより正確に検出す
ることができる。

【００７７】なお、受光素子４４２の幅、密度と、スポ
ット４４０のサイズとを考慮して設計することができ
る。例えばスポットサイズが大きいと、そのサイズに合
わせて受光素子４４２の幅を大きく、密度を粗くする。
一方、例えばスポットが小さいと、そのサイズに合わせ
て受光素子４４２の幅を小さく、密度を密にすることが
できる。

【００７８】また前記各構成では本発明の姿勢検出セン
サをタッチプローブのタッチセンサとして用いた例につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、参照側物体に対し測定側物体が相対運動する任意の
もの、例えば３次元測定器、リニアスケールの検出器
側、車体の傾きセンサ、加速度センサ（重りをぶら下げ
る）等に適用することができる。

【００７９】移動経路計測装置 本発明の姿勢検出センサは、その構成が小型で且つ簡素
であり、しかも一のセンサで、測定側物体の３次元方向
（ｘｙｚの３軸方向）の変位方向及び変位量を検出する
ことができることから、携帯性が要求される移動経路計
測装置の加速度センサとして用いることも好ましい。す
なわち、移動体の移動経路計測の分野では、ユーザが例
えばかばんやポケットに入れて携帯し、気軽に自分の辿
ってきた経路・距離を気軽に記録して残すことのできる
装置、つまり携帯性に優れ、移動経路を三次元的に指示
することのできる装置の開発に対する要望がある。しか
しながら、従来は、ユーザは地図やＧＰＳシステムを用
いることにより、自分の移動経路を二次元的に知ること
はできるものの、携帯性に優れ、その移動経路を三次元
的に知ることのできるものは存在しなかった。

【００８０】このため、従来より、移動経路等を三次元
的に計測し指示することのできる装置を、携帯性に優れ
た大きさ（携帯電話程度）で実現することのできる技術
の開発が強く望まれていた。これらの要望に応えるため
には、小型で簡素な構成の加速度センサの開発が重要で
あったが、従来はこの要望を充分に満足することのでき
る加速度センサが存在しなかったため、前述のような携
帯式移動経路計測装置の開発も事実上不可能であった。
これに対し、本実施形態においては、前述のように小型
で且つ簡素な構成であり、しかも一のセンサで測定側物
体の３軸方向の移動方向及び移動量を検出することので
きる前記姿勢検出センサを、携帯性が要求される移動経
路計測装置の加速度センサとして用いることとした。

【００８１】図１５には本実施形態にかかる姿勢検出セ
ンサを加速度センサとして用いた移動経路計測装置の概
略構成が示されている。なお前記図２と対応する部分に
は符号５００を加えて示し説明を省略する。同図に示す
携帯式移動経路記憶・表示装置（移動経路計測装置）５
０１は、本発明の姿勢検出センサの一例である前記図２
に示した姿勢検出センサを三次元加速度センサ（以下、
加速度センサ５１０という）として用いる。また位置情
報取得手段５０３と、コンピュータ５０５を備える。こ
の携帯式移動経路記憶・表示装置５０１は、ユーザの移
動経路を計測して記録し、これを移動中のリアルタイ
ム、移動の事後等の、ユーザが所望する時期に指示する
ことにより、ユーザに移動経路の三次元情報を提供して
いる。

【００８２】ここで、前記加速度センサ５１０は、移動
経路の計測対象の一例であるユーザのかばん等の移動体
と共に移動し、該移動体に印加された加速度データを時
系列的に得る。この加速度センサ５１０は、加速度が印
加された時の前記測定側物体（図示省略）の前記参照側
物体（図示省略）に対する三次元的な移動方向及び移動
量に基づいて、加速度データをｘｙｚの三軸方向につい
て得ている。この加速度データを時系列的に得るため、
例えば時計手段５０７よりの時刻情報（検出時刻情報）
と共に、加速度データを、例えばユーザの予定している
移動距離に応じて定められた時間間隔で随時、出力して
いる。また前記位置情報取得手段５０３は、第一の積分
機５０９と、第二の積分機５１１を備え、加速度センサ
５１０よりの加速度データに基づいて、移動体の三次元
的な移動方向及び移動距離を時系列的に求める。

【００８３】すなわち、加速度センサ５１０よりの加速
度データは随時、第一の積分機５０９で積分され、速度
データを得、第二の積分機５１１で第一の積分機５０９
よりの速度データが積分され、移動距離データを得てい
る。前記コンピュータ５０５は、経路記憶手段５１３
と、指示手段の一例である表示器５２１と、ＣＰＵ５１
７を備える。このコンピュータ５０５は、加速度データ
の検出時刻と共に、位置情報取得手段５０３で得た三次
元的な移動方向及び移動距離データを、ＣＰＵ５１７を
介して経路記憶手段５１３に記憶している。またこのコ
ンピュータ５０５は、入力手段５１９を備え、ユーザが
入力手段５１９を用いて移動経路の表示等を指示する
と、ＣＰＵ５１７は、経路記憶手段５１３に記憶された
三次元的な経路情報を表示器５２１に表示している。

【００８４】この結果、携帯式移動経路記憶・表示装置
５０１により、ユーザは旅行等で移動した道のり（経
路、距離等）を所望の時期に知ることができ、さらに記
録として残すこともできる。しかも、本実施形態にかか
る姿勢検出センサを用いることにより、従来極めて困難
であった携帯式移動経路記憶・表示装置の加速度センサ
の小型化を大幅に図ることができる。このため、装置５
０１の小型、軽量化、構成の簡略化等が大幅に図られ
る。例えば装置５０１としては携帯電話程度に小型化す
ることができ、その装置５０１の携帯性の向上を大幅に
図ることができるので、ユーザはかばんやポケットに入
れて気軽に携帯することができる。

【００８５】またユーザは入力手段５１９を用いて、加
速度センサ５１０よりの加速度データの検出間隔を、例
えば予定している移動距離等に応じて、適切な検出間隔
を指示することにより、経路や距離の分解能を適切に調
整することができるので、長距離の計測にも短距離の計
測にも使用することができる。さらに経路記憶手段５１
３として、安価で且つ大容量の半導体メモリを用いるこ
とにより、長距離でも、経路記憶手段５１３の容量不足
を生じることなく、移動経路を記憶することができる。

【００８６】図１６には、図１５に示した加速度センサ
５１０のセンサ本体部分の概略構成が縦断面図で示され
ている。同図に示す加速度センサ５１０のセンサ本体部
分は、ケーシング５２１内に収容されている。ケーシン
グ５２１内にて、前記加速度センサの重りとしての機能
も持つ光スポットセンサ５１４及び測定側物体５１８
が、参照側物体５２０に対し弾性支持されている。加速
度センサ５１０は、該弾性支持された測定側物体５１８
等の参照側物体５２０に対する三次元的な移動方向及び
移動量より、加速度検出をｘｙｚの三軸方向について行
うものである。

【００８７】すなわち、ケーシング５２１上部の内側５
２１ａには、発散光源５１２が参照側物体５２０を介し
て固定されている。またケーシング５２１には、光スポ
ットセンサ５１４の固定された測定側物体５１８が、上
側ばね５２３、下側ばね５２５により三次元方向に移動
自在に設けられている。ケーシング５２１内にて測定側
物体５１８は、その上部５１８ａ、下部５１８ｂが、そ
れぞればね５２３，５２５により、少なくとも３箇所、
本実施形態では、その上部５１８ａの四隅及び下部５１
８ｂの四隅がそれぞれ弾性支持されている。

【００８８】すなわち、ケーシング５２１側部の内側５
２１ｂからは、横方向に突起部５２１が設けられてい
る。該突起部の下部５２１ａと光スポットセンサ５１４
を載置している測定側物体の上部５１８ａの各対応隅部
との間に、それぞれ上側ばね５２３を設けている。該測
定側物体の下部５１８ｂの各対応隅部とケーシング底部
の内側５２１ｃとの間に、それぞれ下側ばね５２５を、
前記上側ばね５２３と同一直線上に設けている。また移
動体の移動時等の外部よりの振動等のノイズは、測定側
物体５１８を弾性支持しているばね５２３，５２５によ
り抑制されるので、加速度センサ５１０による加速度デ
ータの検出感度が改善される。

【００８９】そして、加速度センサ５１０は、移動体に
加速度が印加されると、その方向及び大きさに応じて測
定側物体５１８が参照側物体５２０に対し三次元方向に
移動する。例えば移動体に対し＋Ｚ軸方向に加速度αが
加わると、測定側物体５１８がその基準位置より加速度
の慣性方向である−Ｚ軸方向に移動する。これは加速度
αの大きさに応じた量だけ変位する。このように測定側
物体５１８が基準位置より加速度の慣性方向に移動する
と、その移動方向及び移動量に応じて、光スポットセン
サ５１４に形成されるスポットのサイズ、形状ないし位
置の何れかが変化する。

【００９０】その変化に基づいて移動体に印加された加
速度の三次元的な方向及び大きさを含む加速度データを
得る。例えばスポット位置の移動方向より、加速度の向
きを読み取り、スポット位置の移動量より加速度の大き
さを読み取る。このために加速度センサ５１０は、加速
度情報取得手段の一例として、図１７に示すような変換
情報記憶部５２９と、演算手段５２８を備える。なお同
図においては、前記図１６に示した加速度センサ５１０
のセンサ本体部分をセンサ本体５２１という。

【００９１】同図に示す変換情報記憶部５２９は、セン
サ本体５２１よりの検出時刻（時間）情報付きの、測定
側物体の移動方向及び移動量の情報を含むデータを変換
し、測定側物体に印加された加速度データを得るための
姿勢−加速度の変換情報の一例である、変換式（ｍａ＝
−ｋｌ）を記憶している。ただし、前記ｍは、前記光ス
ポットセンサと測定側物体の質量の合計である。前記ｋ
は、測定側物体５１８を弾性支持するばねのばね定数
（各軸の成分ごと又はそれらの合成）である。前記ｌ
は、時間情報付きの移動量（各軸の成分ごと又はそれら
の合成）であり、この移動量及び移動方向は、光スポッ
トセンサの中央部の真上に、基準のギャップをおいて発
散光源の中心部が位置し、且つ傾きが０の時を基準位置
としている。

【００９２】そして、演算手段５２８は、前述のように
してセンサ本体５２１より、移動方向及び移動量を含む
該時間情報付き変位データが得られると、これを変換情
報記憶部５２９の変換情報に基づいて、時間情報付き加
速度データ（大きさ及び方向の情報を含む）に変換す
る。例えば演算手段５２８は、前述のようにして発散角
情報記憶部５３２、姿勢演算情報記憶部５３４の情報を
参照し、前記センサ本体５２１よりの姿勢データより、
測定側物体について、以下に示す時間情報付き位置デー
タ（３軸方向）を得る。 ＜時間情報付き位置データ＞ ｔ_１…（（+/-）ｘ_１，（+/-）ｙ_１，（+/-）ｚ_１） ｔ_２…（（+/-）ｘ_２，（+/-）ｙ_２，（+/-）ｚ_２） ｔ_ｎ…（（+/-）ｘ_ｎ，（+/-）ｙ_ｎ，（+/-）ｚ_ｎ）

【００９３】そして、演算手段５２８は、前述のように
して測定側物体の時間情報付き位置データが得られる
と、該位置データより、検出開始の指示時刻から最初の
検出時刻ｔ_１までの時間をΔｔ_１、つまりある検出時刻
ｔ_ｎ−１から次の検出時刻ｔ_ｎまでの時間をΔｔ_ｎとし
て、測定側物体について、以下に示す時間情報付き変位
データを３軸方向について得る。 ＜時間情報付き変位データ＞ Δｔ_１…（（+/-）Δｘ_１，（+/-）Δｙ_１，（+/-）Δｚ_１） Δｔ_２…（（+/-）Δｘ_２，（+/-）Δｙ_２，（+/-）Δｚ_２） Δｔ_ｎ…（（+/-）Δｘ_ｎ，（+/-）Δｙ_ｎ，（+/-）Δｚ_ｎ） ただし、前記Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ，Δｚ_ｎは、ある検出時刻
ｔ_ｎ−１から次の検出時刻ｔ_ｎまでの時間Δｔ_ｎにおけ
る測定側物体の各軸の移動量（ｘ_ｎ−ｘ_ｎ−１，ｙ_ｎ−
ｙ_ｎ−１，ｚ_ｎ−ｚ_ｎ−１）をいう。前記符号（+/-）
は、測定側物体の基準位置よりの移動方向を示す。

【００９４】次に演算手段５２８は、前記時間情報付き
変位データより、測定側物体（移動体）に印加された以
下に示す時間情報付き加速度データを３軸方向について
得ている。 ＜時間情報付き加速度データ＞ Δｔ_１…（（-/+）Δａ_ｘ１，（-/+）Δａ_ｙ１，（-/+）Δａ_ｚ１） Δｔ_２…（（-/+）Δａ_ｘ２，（-/+）Δａ_ｙ２，（-/+）Δａ_ｚ２） Δｔ_ｎ…（（-/+）Δａ_ｘｎ，（-/+）Δａ_ｙｎ，（-/+）Δａ_ｚｎ） ただし、前記符号（-/+）は測定側物体（移動体）に印
加された加速度方向を示す。

【００９５】前述のようにして得られた加速度データ
は、演算手段５２８により、各軸の成分ごと又は各軸の
成分が合成され、加速度データ（大きさ及び方向の情報
を含む）として、後段の位置情報取得手段５０３に出力
され、演算処理がなされることにより、移動体の三次元
方向の移動方向及び移動距離の情報を得ることができ
る。

【００９６】なお、本実施形態においては、位置情報取
得手段５０３の前段の一例である加速度センサ５１０と
位置情報取得手段５０３の間に、加速度記憶手段５３１
を設けることも好ましい。そして、加速度記憶手段５３
１に加速度センサ５１０よりの加速度データを随時記憶
しておく。位置情報取得手段５０３は、加速度記憶手段
５３１に記録された加速度の変化を積分し、三次元的な
移動距離、移動方向を時系列的に得ている。その計算結
果を経路記憶手段５１３に記憶させ、ユーザが所望する
時期に指示させることによっても、前記構成と同様、ユ
ーザは旅行等で移動した道のりを知ることができる、さ
らにこれを記録として残すこともできる。なお、加速度
記憶手段５３１は、加速度センサ５１０の記憶手段５３
０に直接設けることもできる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる姿勢
検出センサによれば、二物体間のギャップに応じたサイ
ズ及び傾きに応じた形状を有するスポットを検出手段に
対し形成する発散光を出射する発散光源と、受光したス
ポットのサイズ及び形状を検出する検出手段を備えるこ
ととした。この結果、本発明は、一のセンサにより、測
定側物体の参照側物体に対する相対的なギャップ及び傾
きの検出が行えるので、従来極めて困難であった構成の
小型化、簡素化を図ることができる。また本発明におい
ては、前記検出手段にアモルファスシリコンを用いるこ
とにより、基板の汎用性向上が図られると共に、スポッ
トのサイズ及び傾きを正確に検出することができる。ま
た本発明にかかる加速度センサによれば、前記姿勢検出
センサを用いることとしたので、従来極めて困難であっ
た構成の小型化、簡素化を図ることができる。さらに本
発明にかかる移動経路計測装置によれば、前記加速度セ
ンサを用いることとしたので、その携帯性の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成の説明図である。

【図２】図１に示した姿勢検出センサによるギャップの
検出原理の説明図である。

【図３】図１に示した姿勢検出センサによる傾きの検出
原理の説明図である。

【図４】本発明の第二実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成の説明図である。

【図５】図４に示した姿勢検出センサによるギャップの
検出原理の説明図である。

【図６】図４に示した姿勢検出センサによる傾きの検出
原理の説明図である。

【図７】本発明の第三実施形態にかかる姿勢検出センサ
の概略構成の説明図である。

【図８】図７に示した姿勢検出センサにおいて特徴的な
マスクの説明図である。

【図９】図７に示した光スポットセンサでの影スポット
の形成状態の上面図である。

【図１０】本発明の第四実施形態にかかる姿勢検出セン
サの概略構成の説明図である。

【図１１】図１０に示した姿勢検出センサにおいて特徴
的なマスクの説明図である。

【図１２】図１０に示した光スポットセンサでの光スポ
ットの形成状態の上面図である。

【図１３】本実施形態にかかる姿勢検出センサの検出手
段として好適な光スポットセンサの説明図である。

【図１４】本実施形態にかかる姿勢検出センサの検出手
段として好適な光スポットセンサの説明図である。

【図１５】本実施形態にかかる姿勢検出センサを加速度
センサとして用いた移動経路計測装置の概略構成の説明
図である。

【図１６】図１５に示した加速度センサのセンサ本体部
分の説明図である。

【図１７】図１６に示した加速度センサのセンサ本体部
分よりも後段部分の説明図である。

【符号の説明】

１０，１１０，２１０，３１０，５１０ 姿勢検出セン
サ １２，１１２，２１２，３１２，５１２ 発散光源 １４，１１４，２１４，３１４，４１４，５１４ 光ス
ポットセンサ（検出手段） １６，１１６，２１６，３１６，５１６ コンピュータ
（検出手段，姿勢演算手段） ５０１ 携帯式移動経路記憶・表示装置（移動経路計測
装置）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、検出手段と、を備え、測定側物
   体の参照側物体に対する相対的なギャップ及び傾きを検
   出する姿勢検出センサであって、 前記光源は、前記測定側物体及び前記参照側物体の何れ
   かに設けられ、或いは該物体の何れかであり、前記ギャ
   ップに応じたサイズ及び前記傾きに応じた形状を有する
   スポットを前記検出手段に対し形成する発散光を出射す
   る発散光源であり、 前記検出手段は、前記測定側物体及び前記参照側物体の
   何れかに設けられ、或いは該物体の何れかであり、前記
   光源からの発散光を受光し、そのスポットのサイズ及び
   形状を検出し、 また前記検出手段で得たスポットのサイズ及び形状よ
   り、前記測定側物体の前記参照側物体に対する相対的な
   ギャップｈ及び傾きαを求める姿勢演算手段を備えたこ
   とを特徴とする姿勢検出センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の姿勢検出センサにおい
   て、 前記ギャップｈは、下記数１で表せることを特徴とする
   姿勢検出センサ。 【数１】ｈ＝ｄ／（２tanθ） ただし、ｄは前記検出手段で得たスポットのサイズ θは予め得ておいた前記光源の発散角
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の姿勢検出センサに
   おいて、 前記傾きαは、下記数２で表せることを特徴とする姿勢
   検出センサ。 【数２】 α＝tan^-1√（（β−１）／（１＋βtan²θ）） ただし、βは前記検出手段で得たスポットの短軸と長軸
   の長さの比
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載の姿勢検出
   センサにおいて、 前記検出手段にアモルファスシリコンを用いたことを特
   徴とする姿勢検出センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかに記載の姿勢検出
   センサにおいて、前記測定側物体が前記参照側物体に対
   し弾性支持され、該測定側物体及び該参照側物体に加速
   度が印加されると、その方向及び大きさに応じて該測定
   側物体が該参照側物体に対し三次元的に変位し、 前記検出手段は、前記測定側物体の前記参照側物体に対
   する移動方向及び移動量に応じて変化するスポットのサ
   イズ、形状ないし位置の少なくとも何れかの変化を検出
   し、 前記姿勢演算手段は、前記検出手段により検出されたス
   ポットの変化に基づく前記測定側物体の前記参照側物体
   に対する三次元的なギャップないし傾きの変化より、該
   測定側物体の該参照側物体に対する三次元的な移動方向
   及び移動量を求め、 また前記姿勢演算手段により求められた移動方向及び移
   動量の情報に基づいて、前記測定側物体及び前記参照側
   物体に印加された加速度の三次元的な方向及び大きさの
   情報を含む加速度データを得る加速度情報取得手段を備
   えたことを特徴とする加速度センサ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の加速度センサにおいて、
   移動経路の計測対象となる移動体と共に移動し、該移動
   体に印加された加速度データを時系列的に得、 また前記加速度情報取得手段よりの加速度データに基づ
   いて、前記移動体の三次元的な位置情報を時系列的に得
   る位置情報取得手段と、 前記位置情報取得手段により得られた移動体の三次元的
   な位置情報を時系列的に記憶する経路記憶手段と、 前記経路記憶手段に記憶された移動体の時系列的な位置
   情報に基づいて、該移動体の三次元的な移動方向及び移
   動距離を指示する指示手段と、 を備えたことを特徴とする移動経路計測装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の移動経路計測装置におい
   て、 前記加速度情報取得手段よりの加速度データを時系列的
   に記憶する加速度記憶手段を備え、 前記位置情報取得手段は、前記加速度記憶手段に記憶さ
   れた加速度データに基づいて、前記移動体の三次元的な
   位置情報を時系列的に得ることを特徴とする移動経路計
   測装置。