位置検出システムおよび入力機能付き表示システム
【課題】光源部からの指示部材の距離にかかわらず、受光素子からの出力を適正なレベルに設定することのできる位置検出システム、および入力機能付き表示システムを提供すること。
【解決手段】位置検出システム１において、指示部材Ｏｂの外周面には再帰反射部Ｓｂが設けられている。光源部１２は、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。指示部材Ｏｂと光源部１２との距離が長い場合には、短い場合に比して、再帰反射部Ｓｂで反射した光が受光素子１３の受光面１３０に効率よく入射する。
【解決手段】位置検出システム１において、指示部材Ｏｂの外周面には再帰反射部Ｓｂが設けられている。光源部１２は、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。指示部材Ｏｂと光源部１２との距離が長い場合には、短い場合に比して、再帰反射部Ｓｂで反射した光が受光素子１３の受光面１３０に効率よく入射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指示部材の位置を光学的に検出する位置検出システム、および当該位置検出システムを備えた入力機能付き表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
指示部材を光学的に検出する位置検出システムとしては、例えば、複数の点光源を互いに離間した位置に設け、複数の点光源の各々から透光部材を介して指示部材に向けて検出光を出射した際に、指示部材で反射した検出光が透光部材を透過して受光素子で検出されるものが提案されている（特許文献１参照）。また、複数の点光源の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、指示部材で反射した検出光を受光素子で検出する方式の位置検出システムも提案されている（特許文献２、３参照）。
【０００３】
かかる位置検出システムでは、受光素子として共通のものを用い、複数の点光源のうちの一部の点光源が点灯した際の受光素子での受光強度と、他の一部の点光源が点灯した際の受光素子での受光強度との比較結果に基づいて指示部材の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の構成では、指示部材の二次元座標データ（例えば、Ｘ座標データおよびＹ座標データ）を得ようとしても、検出範囲を拡張することが困難である。すなわち、検出範囲を広めると、受光素子には、受光面に対する法線方向から大きく傾いた方向から光が入射するが、受光素子は、斜め方向に対する感度が低いという指向性を有しているため、特許文献１〜３に記載の構成では検出範囲の拡大が困難である。
【０００６】
ここに本願発明者は、図１５に示すように、光源部１２から、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿うように検出光Ｌ２を放射状に出射し、指示部材Ｏｂで反射してきた反射光Ｌ３を受光素子１３で検出することにより、基準面４１ａ内における指示部材Ｏｂの位置を、光源部１２を中心とする角度位置として検出することを検討している。また、指示部材Ｏｂの外周面に再帰反射部Ｓｂを設ける一方、受光素子１３については、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａおよび仮想面Ｐ１２に平行になるように配置し、指示部材Ｏｂからの反射光Ｌ３を効率よく受光面１３０に入射させることを検討している。
【０００７】
しかしながら、図１５に示す構成では、光源部１２からの距離がｄである箇所に到達する検出光Ｌ２の強度Ｌは、下式
Ｌ＝Ｌ0／ｄ2
Ｌ0＝光源部１２からの出射強度
に示すように、距離ｄの２乗に反比例する。このため、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄが、例えば、ｄｅで短い場合には受光素子１３からの出力レベルは十分高いが、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄが、例えば、ｄｆで長い場合には受光素子１３からの出力レベルが低くなってしまい、検出精度が低下する。かといって、光源部１２からの出射強度を高めると、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｅで短い場合、受光素子１３からの出力レベルが高くなりすぎて、検出回路での入力許容範囲を超えてしまう。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源部からの指示部材の距離にかかわらず、受光素子からの出力を適正なレベルに設定することのできる位置検出システム、およびかかる位置検出システムを備えた入力機能付き表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出システムは、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される基準面と、前記基準面に対して前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、外周面に再帰反射部をもって前記基準面に対して前記第３方向の一方側に位置する指示部材と、該指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記基準面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記基準面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、指示部材の外周面に再帰反射部が設けられているため、光源部から出射された検出光が指示部材で反射すると、反射光は光源部に向かって進行するとともに、反射光の一部が受光素子の受光面に入射する。その際、光源部に指示部材が近い位置にある場合、検出光の強度は高いが、受光素子の受光面に入射するのは、反射光が再帰反射する方向に対して大きな角度を成す方向であり、受光面への入射効率が低い。これに対して、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、検出光の強度は低いが、受光素子の受光面に入射するのは、反射光が再帰反射する方向に対して小さな角度を成す方向であり、受光面への入射効率が高い。また、受光素子の受光面に対する法線方向は、基準面に交差するように傾いているため、受光素子の受光面に入射する光が、受光面に対する法線方向と成す角度を小さくすることができる。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。また、受光面に対する法線方向は、基準面と交差する方向に傾いているため、受光素子の受光面に入射する光が受光面に対する法線方向と成す角度を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い位置にある場合、および遠い位置にある場合のいずれにおいても、受光素子から出力される信号のレベルが高い。それ故、本発明によれば、光源部からの指示部材の距離にかかわらず、受光素子からの出力を適正なレベルに設定することができ、検出精度を高めることができる。
【００１１】
本発明において、前記受光面は、前記仮想面より前記第３方向の一方側に位置することが好ましい。かかる構成において、受光面に対する法線方向は、基準面と交差する方向に傾いていると、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。すなわち、光源部に指示部材が近い位置にある場合、検出光の強度は高いが、受光素子の受光面に入射するのは、受光面に対する法線方向から大きく傾いた方向であり、受光素子の感度が低い。これに対して、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、検出光の強度は低いが、受光素子の受光面に入射するのは、受光面に対する法線方向から小さく傾いた方向であり、受光素子の感度が高い。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００１２】
本発明において、前記仮想面は、前記基準面に対して傾いていることが好ましい。かかる構成によれば、光源部に指示部材が近い位置にある場合、指示部材では、検出光が照射される面積を狭くし、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、指示部材では、検出光が照射される面積を広くすることができる。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。
【００１３】
本発明において、前記光源部の前記第３方向における出射強度の半値角度は、前記仮想面と前記基準面とが成す角度に等しいことが好ましい。かかる構成によれば、光源部に近い位置、および光源部から遠い位置のいずれにおいても、基準面から等距離の範囲を検出対象空間として設定するのに適している。
【００１４】
本発明において、前記光源部は、第１期間において前記検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向けて光強度を減少させ、前記第１期間と重ならない第２期間において前記検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向けて光強度を減少させ、前記位置検出部は、前記第１期間における前記受光素子からの出力と前記第２期間における前記受光素子からの出力との比較結果に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１５】
本発明に係る位置検出システムは、入力機能付き表示システムや、電子ペーパーに対する入力システムや、入力機能付きウインドウシステムや、入力機能付きアミューズメントシステム等、各種のシステムに利用することができる。
【００１６】
例えば、本発明は、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内に表示面を備えた表示装置と、前記表示面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面に表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、前記指示部材は、外周面に再帰反射部を備え、前記位置検出システムは、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記表示面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記表示面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内にスクリーン面を備えたスクリーンと、前記スクリーン面に画像を投射する画像投射装置と、前記スクリーン面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面で表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、前記位置検出システムは、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記スクリーン面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記スクリーン面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出システム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に係る位置検出システムの受発光ユニットの説明図である。
【図３】図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図４】図３に示す受発光ユニットに構成した光源部の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの電気的構成等を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおける位置検出原理を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおいて指示部材のＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた受光素子の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る位置検出システムの受発光ユニットの説明図である。
【図１２】図１１に示す受発光ユニットの光源部の説明図である。
【図１３】本発明を適用した位置検出システムの具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【図１５】参考例に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、互いに直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。また、本発明における「第１方向」をＸ軸方向とし、「第２方向」をＹ軸方向とし、「第３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、Ｚ軸方向の一方側をＺ１側とし、他方側をＺ２側として表してある。
【００２０】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出システムを検出光出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
【００２１】
図１において、本形態の位置検出システム１は、指示部材Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０を有しており、かかる光学式位置検出装置１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向により規定される仮想のＸＹ平面（仮想面）に沿うように放射状に出射した検出光Ｌ２を利用して、指示部材Ｏｂの位置を検出する。本形態において、位置検出システム１は、ＸＹ平面に沿って広がる視認面４１をＺ軸方向の一方側Ｚ１に備えた視認面構成部材４０を有しており、かかる視認面４１は、指示部材Ｏｂの位置を検出する際の基準面４１ａとなる。
【００２２】
従って、光学式位置検出装置１０は、視認面４１に沿って検出光Ｌ２を出射し、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する指示部材Ｏｂの基準面４１ａ（視認面４１）の面内方向における指示部材Ｏｂの位置を検出する。それ故、位置検出システム１の検出対象空間１０Ｒは、光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２が出射される検出光出射空間であり、検出対象空間１０Ｒには、後述する検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。かかる位置検出システム１は、光学式位置検出装置１０によって、後述する電子黒板等の入力機能付き表示システムや入力機能付き投射型表示システム等として用いることができる。
【００２３】
本形態において、指示部材Ｏｂは、外周面に再帰反射部Ｓｂを備えており、再帰反射部Ｓｂは、検出光Ｌ２が照射された方向に検出光を反射する。このため、指示部材Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材Ｏｂに照射された検出光Ｌ２が反射する方向が定まっている。かかる再帰反射部Ｓｂは、例えば、ガラスビーズ等の透光性の球体を複数、樹脂層等で固定した層によって構成されており、入射した光を、入射した角度にかかわらず、再び、入射した方向に反射する再帰反射性を有している。より具体的には、球体に入射した光は、球体に入射する際の屈折、球体内における球体と樹脂層との界面での反射、および球体から出射する際の屈折によって、入射した方向に反射する。従って、光源部１２から放射状に検出光Ｌ２が出射された際、指示部材Ｏｂに照射された検出光Ｌ２は、指示部材Ｏｂがいずれの位置にあっても、指示部材Ｏｂの再帰反射部Ｓｂにより、光源部１２に向けて反射されることになる。なお、再帰反射部Ｓｂは、半球状のガラスビーズやプリズム片の集合体等を用いて構成される場合もある。
【００２４】
本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０は、視認面４１（ＸＹ平面）に沿って検出光Ｌ２を放射状に出射する光源部１２と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光素子１３とを備えており、受光素子１３は、検出対象空間１０Ｒに受光面１３０を向けている。
【００２５】
本形態においては、光源部１２として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）が用いられており、第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。また、本形態においては、受光素子１３として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１受光素子１３Ａおよび第２受光素子１３Ｂが用いられており、第１受光素子１３Ａと第２受光素子１３Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。
【００２６】
ここで、第１受光素子１３Ａは、第１光源部１２Ａから放射状に出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ）の放射中心位置にＺ軸方向で重なる位置に配置されており、第１受光素子１３Ａと第１光源部１２Ａとは受発光ユニット１５（第１受発光ユニット１５Ａ）として一体化されている。また、第２受光素子１３Ｂは、第２光源部１２Ｂから放射状に出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｂ）の放射中心位置にＺ軸方向で重なる位置に配置されており、第２受光素子１３Ｂと第２光源部１２Ｂとは受発光ユニット１５（第２受発光ユニット１５Ｂ）として一体化されている。
【００２７】
後述するように、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子からなる光源（点光源）を備えており、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を発散光として出射する。受光素子１３（第１受光素子１３Ａおよび第２受光素子１３Ｂ）は各々、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子１３を備えており、本形態において、受光素子１３は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードである。
【００２８】
第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、視認面構成部材４０よりＺ軸方向の一方側Ｚ１に突出した位置にある。また、第１受発光ユニット１５Ａと第２受発光ユニット１５Ｂとは異なる期間において動作する。従って、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２ａが出射された際、第１受光素子１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ａ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる動作とは異なる期間において、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第２光源部１２Ｂから検出光Ｌ２ｂが出射された際、第２受光素子１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００２９】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の受発光ユニットの説明図である。図３は、図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図４は、図３に示す受発光ユニットに構成した光源部１２の構成を模式的に示す説明図であり、第１期間の第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２期間の第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００３０】
図２に示すように、本形態の位置検出システム１において、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは同一の構成を有しており、それ故、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂも同一の構成を有している。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａは、Ｚ軸方向からみたときに扇形形状を有するホルダー１５０を有している。かかるホルダー１５０は、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１ホルダー１５１および第２ホルダー１５２は各々、扇形形状の鍔部１５６ａ、１５６ｂを備えている。鍔部１５６ａ、１５６ｂにより挟まれた部分は、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２が出射される出射部になっており、鍔部１５６ａ、１５６ｂは、Ｚ軸方向における検出光Ｌ２の出射範囲を制限している。
【００３１】
第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａは、検出光Ｌ２の出射部として、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂにおいても、第１受発光ユニット１５Ａと同様、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。
【００３３】
図４に示すように、第１光源モジュール１２６は、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第１光源１２１を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１に配置されている。また、第１光源モジュール１２６は、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第２光源１２２を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第２光源１２２は、ライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２に配置されている。また、第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。なお、ライトガイドＬＧの外周面ＬＧ３および内周面ＬＧ４のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光Ｌ２の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３４】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の電気的構成等を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、制御用ＩＣの構成を示す説明図、および光源に供給される駆動信号の説明図である。
【００３５】
本形態の位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０において、図１〜図４等を参照して説明した第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、図５（ａ）に示す制御用ＩＣ７０に電気的接続されている。制御用ＩＣ７０は、第１受発光ユニット１５Ａに電気的接続された第１制御用ＩＣ７０Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに電気的接続された第２制御用ＩＣ７０Ｂとからなり、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａおよび第１受光素子１３Ａは、第１制御用ＩＣ７０Ａに電気的接続されている。また、第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂおよび第２受光素子１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３６】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、同一構成を有しており、いずれも共通の制御装置６０に電気的接続されている。まず、第１制御用ＩＣ７０Ａは、基準クロック、Ａ相基準パルス、Ｂ相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路（図示せず）を有している。また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、Ａ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ａと、Ｂ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ｂと、パルス発生器７５ａおよびパルス発生器７５ｂが生成した駆動パルスを第１光源部１２Ａの第１光源１２１および第２光源１２２の何れに印加するかを制御するスイッチ部７６とを有している。かかるパルス発生器７５ａ、７５ｂ、およびスイッチ部７６は光源駆動部５１を構成している。
【００３７】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光素子１３Ａでの検出結果を増幅する増幅器等を備えた受光量測定部７３と、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第１光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する駆動パルスの駆動電流値（第１駆動電流値）を調整する調整量算出部７４とを備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。なお、調整量算出部７４は、パルス発生器７５ａ、７５ｂに対する制御信号を出力するアナログ−デジタル変換部等を備えている。
【００３８】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光素子１３Ｂでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３や、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第２光源部１２Ｂの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する第２駆動電流値を調整する調整量算出部７４等を備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３９】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０の制御部６１によって制御されており、かかる制御装置６０は、受光量測定部７３および調整量算出部７４とともに位置検出部５０を構成する座標データ取得部５５を有している。従って、本形態において、位置検出部５０は、制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）の受光量測定部７３および調整量算出部７４と、上位の制御装置６０（パーソナルコンピューター）の座標データ取得部５５とによって構成されている。
【００４０】
本形態では、光源部１２として、互いに離間した位置に配置された第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとを有している。従って、座標データ取得部５５は、第１光源部１２Ａに対する駆動結果に基づいて、第１光源部１２Ａの放射中心に対する指示部材Ｏｂの角度位置を検出する第１角度位置検出部５５１と、第２光源部１２Ｂに対する駆動結果に基づいて、第２光源部１２Ｂの放射中心に対する指示部材Ｏｂの角度位置を検出する第２角度位置検出部５５２とを有している。また、座標データ取得部５５は、第１角度位置検出部５５１で得られた指示部材Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた指示部材Ｏｂの角度位置とに基づいて指示部材ＯｂのＸＹ座標データを確定する座標データ確定部５５３を備えている。
【００４１】
なお、本形態では、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂに対して１対１の関係をもって２つの制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａ、第２制御用ＩＣ７０Ｂ）を用いたが、制御用ＩＣ７０を多チャンネル化し、１つの制御用ＩＣ７０によって第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂを駆動してもよい。
【００４２】
このように構成した位置検出システム１において、第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、図５（ｂ）に示すように、第１期間（第１点灯動作時）では、第１光源部１２Ａの第１光源１２１に駆動パルスを印加し、第２期間（第２点灯動作時）では、第１光源部１２Ａの第２光源１２２に第１光源１２１に印加する駆動パルスと逆相の駆動パルスを印加する。その後、第２制御用ＩＣ７０Ｂの光源駆動部５１は、第１期間（第１点灯動作時）では、第２光源部１２Ｂの第１光源１２１に駆動パルスを印加するとともに、第２期間（第２点灯動作時）では、第２光源部１２Ｂの第２光源１２２に第１光源１２１に印加する駆動パルスと逆相の駆動パルスを印加する。なお、位置検出システム１において、光源部１２に対する駆動電流値を制御するにあたっては、電圧振幅変調やパルス幅変調が行われる。
【００４３】
（座標検出原理）
図４に示すように、本形態の位置検出システム１において、図５（ａ）を参照して説明した光源駆動部５１は、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の放射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作（第１期間）と、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の放射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作（第２期間）とを行わせる。
【００４４】
より具体的には、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第１点灯動作時（第１期間）には、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第２光源１２２は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図４（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向から他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４５】
また、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第２点灯動作時（第２期間）には、第２光源モジュール１２７の第２光源１２２を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第１光源１２１は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図４（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向から一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４６】
なお、第２光源部１２Ｂにおいて、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１が点灯した第１点灯動作時、および第２光源モジュール１２７の第２光源１２２が点灯した第２点灯動作時にも、第１光源部１２Ａと同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、後述するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの中心ＰＥの距離ＤＳ（図７参照）が固定であるので、指示部材Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４７】
（指示部材Ｏｂの角度位置の検出）
図６は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１における位置検出原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および指示部材が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１において指示部材ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４８】
まず、第１光源部１２Ａの第１光源モジュール１２６において、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ１で示す直線関係にある。また、第１光源部１２Ａの第２光源モジュール１２７において、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ２で示す直線関係にある。ここで、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥ（第１光源モジュール１２６の中心／検出光Ｌ２の放射中心位置）からみて角度θの方向に指示部材Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、指示部材Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、指示部材Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第２受光素子１３Ｂでの検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥを基準に指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１／角度位置）を求めることができる。
【００４９】
かかる原理を利用して、指示部材Ｏｂの角度位置（角度θ１）を検出するにあたって、本形態では、第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６によって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度と、第２光源モジュール１２７によって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度とが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。ここで、第１光源部１２Ａからの検出光Ｌ２の出射強度は、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値に比例する。従って、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整した後の第１駆動電流値と第２駆動電流値との比や差、あるいは駆動電流値を調整した際の調整量の比や差から指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００５０】
より具体的には、まず、図５に示す第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、第１点灯動作として第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した後、第２点灯動作として第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。この際、第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図５に示す位置検出部５０の調整量算出部７４は、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとを比較する。その結果、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、指示部材Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５１】
これに対して、受光強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが相違している場合、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。そして、再度、第１点灯動作と第２点灯動作とを行った際に、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、図５に示す第１角度位置検出部５５１は、かかる調整を行った後の第１光源１２１および第２光源１２２に対する駆動電流値の比や差、あるいは駆動電流値の調整量の比や差から指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００５２】
かかる動作を第２光源部１２Ｂにおいても行えば、図５に示す第２角度位置検出部５５２は、第２光源部１２Ｂの中心ＰＥを基準に指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２／角度位置）を求めることができる。従って、図５に示す座標データ確定部５５３は、第１角度位置検出部５５１で検出した角度位置（角度θ１の方向）と、第２角度位置検出部５５２で検出した角度位置（角度θ２の方向）の交点に相当する位置を指示部材Ｏｂが位置するＸＹ座標データとして取得することができる。
【００５３】
（受光素子１３の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた受光素子１３の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、受光素子１３の説明図、および受光素子１３の感度指向性を示すグラフである。
【００５４】
本形態の位置検出システム１において、受光素子１３は、図８（ａ）に示すフォトダイオードからなる。受光素子１３は、全体として直方体形状の素子本体１３２と、素子本体１３２のＸ軸方向の両端面から突出する端子１３３とを備えており、素子本体１３２は、一方面側に受光面１３０を備えている。かかる受光素子１３の受光感度は、図８（ｂ）に示す入射角度依存性（感度指向性）を有しており、受光面１３０に対する法線方向に感度ピーク方向を有している。図８（ｂ）からわかるように、受光素子１３は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３０に対する法線方向から６０°以上傾くと、感度ピーク値に対して１／２未満の感度となり、感度が著しく低い。さらに、受光素子１３は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３０に対する法線方向から９０°以上傾くと、感度が０となる。
【００５５】
本形態では、図９を参照して以下に説明するように、指示部材Ｏｂの外周面に設けた再帰反射部Ｓｂ、受光素子１３のレイアウト、受光素子１３の向き、および受光素子１３の感度指向性を利用して、光源部１２からの指示部材Ｏｂの距離にかかわらず、受光素子１３からの出力を適正なレベルに設定する。
【００５６】
（受光素子１３の向き等）
図９は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の受光素子１３の向き等の説明図であり、位置検出システム１のＹＺ断面に相当する。
【００５７】
図９に示すように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２の光軸Ｌ１２は、基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で基準面４１ａに平行に延びており、光源部１２は、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。
【００５８】
本形態において、受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。
【００５９】
このように構成した位置検出システム１において、光源部１２から、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に検出光Ｌ２を放射状に出射すると、指示部材Ｏｂの再帰反射部Ｓｂで反射した光（反射光Ｌ３）は、光源部１２に向けて反射し、その一部が受光素子１３に入射する。
【００６０】
ここで、光源部１２からの距離がｄである箇所に到達する検出光Ｌ２の強度Ｌは、下式
Ｌ＝Ｌ0／ｄ2
Ｌ0＝光源部１２からの出射強度
に示すように、距離ｄの２乗に反比例する。このため、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｅで短い場合には検出光Ｌ２の強度が高く、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｆで長い場合には検出光Ｌ２の強度が低い。
【００６１】
但し、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、反射光Ｌ３が再帰反射する方向に対して大きな角度θｅ１を成す方向であり、受光面１３０への入射効率が低い。例えば、受光素子１３に向けて反射して受光面１３０に入射するのは反射光Ｌ３の５０％である。
【００６２】
これに対して、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、反射光Ｌ３が再帰反射する方向に対して小さな角度θｆ１を成す方向であり、受光面への入射効率が高い。例えば、受光素子１３に向けて反射して受光面１３０に入射するのは反射光Ｌ３の７５％である。
【００６３】
従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００６４】
また、本形態において、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０は、基準面４１ａに交差するように傾いているため、受光素子１３の受光面１３０に入射する光が、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０と成す角度を小さくすることができる。従って、受光素子１３の感度が高いので、受光素子１３から出力される信号のレベルが高い。
【００６５】
さらに、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０に対して、大きな角度θｅ２を成す方向であり、かかる方向に対しては、受光素子１３の感度が低い。これに対して、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０に対して、小さな角度θｆ２を成す方向であり、かかる方向に対しては、受光素子１３の感度が高い。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００６６】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２は、検出光Ｌ２を放射状に出射するとともに、検出光Ｌ２の放射角度範囲において一方側から他方側に向かって強度が変化する光強度分布（第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２）を形成し、受光素子１３は、光強度分布が形成された検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。ここで、指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２の強度は、光強度分布において指示部材Ｏｂが位置する箇所での強度に比例するので、受光素子１３での受光強度は、指示部材Ｏｂの位置に対応する。従って、位置検出部５０は、受光素子１３での受光強度に基づいて指示部材Ｏｂの位置を検出することができる。かかる方式によれば、光源部１２から放射状に出射された検出光Ｌ２の光強度分布を利用するので、広い空間にわたって光強度分布を形成することができ、検出対象空間１０Ｒが広い。
【００６７】
また、本形態においては、図９を参照して説明したように、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差が小さいとともに、受光素子１３から出力される信号のレベルが高い。それ故、本形態によれば、位置検出部５０での入力許容範囲を狭くすることができる分、分解能を高めることができ、検出精度を向上することができる。
【００６８】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る位置検出システム１の受光素子１３の向き等の説明図であり、位置検出システム１のＹＺ断面に相当する。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、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６９】
図１０に示すように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２の光軸Ｌ１２は、基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対して傾いており、光源部１２は、基準面４１ａに対して交差角度θｇで斜めに傾いた仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。また、受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。
【００７０】
ここで、光源部１２のＺ軸方向における出射強度の半値角度θｈは、仮想面Ｐ１２と基準面４１ａとが成す角度θｇに等しい。このため、光源部１２に近い位置、および光源部１２から遠い位置のいずれにおいても、基準面４１ａから等距離の範囲を検出対象空間１０Ｒとして設定するのに適している。
【００７１】
また、本形態では、光源部１２の光軸Ｌ１２（仮想面Ｐ１２）が基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対して傾いているため、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、指示部材Ｏｂには検出光Ｌ２が照射されない領域が発生する。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合は、指示部材Ｏｂにおいて検出光Ｌ２が照射される面積が狭く、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、指示部材において検出光Ｌ２が照射される面積が広い。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７２】
［実施の形態１、２の変形例］
上記実施の形態１、２では、２つのライトガイドＬＧの各々に光源１２０を設けたが、１つのライトガイドＬＧの両端に光源１２０を設け、光源１２０を交互に点灯させて、第１期間と第２期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。
【００７３】
［実施の形態３］
図１１は、本発明の実施の形態３に係る位置検出システム１の受発光ユニットの説明図である。図１２は、図１１に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、第１期間の第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２期間の第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００７４】
実施の形態１では、光源部１２にライトガイドＬＧを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態１と同様な原理で指示部材ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１１に示すように、本形態の位置検出システム１の光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、複数の光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）と、複数の光源１２０が実装された帯状のフレキシブル基板１８０と、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する凸曲面１５５を備えた扇形形状のホルダー１５０とを備えている。本形態において、凸曲面１５５は、その長さ方向（円周方向）で円弧形状に湾曲した形状を有している。
【００７５】
本形態においては、フレキシブル基板１８０として、帯状の第１フレキシブル基板１８１（第１光源モジュール）と、第１フレキシブル基板１８１に対して幅方向（Ｚ軸方向）で並列する帯状の第２フレキシブル基板１８２（第２光源モジュール）とが用いられている。第１フレキシブル基板１８１には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第１光源１２１が実装されており、第２フレキシブル基板１８２には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第２光源１２２が実装されている。光源１２０にはいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００７６】
また、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、ホルダー１５０は、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１ホルダー１５１は、凸曲面１５５の下半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ａと、凸曲面１５５ａにおいて第２ホルダー１５２が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ａから突出する扇形形状の鍔部１５６ａとを備えており、凸曲面１５５ａに第１フレキシブル基板１８１が重ねて配置されている。第２ホルダー１５２は、凸曲面１５５の上半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ｂと、凸曲面１５５ｂにおいて第１ホルダー１５１が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ｂから突出する扇形形状の鍔部１５６ｂとを備えており、凸曲面１５５ｂに第２フレキシブル基板１８２が重ねて配置されている。
【００７７】
このように構成した位置検出システム１において、検出対象空間１０Ｒにおける指示部材Ｏｂの位置を検出するには、第１フレキシブル基板１８１に実装されている複数の第１光源１２１と、第２フレキシブル基板１８２に実装されている複数の第２光源１２２とを異なる期間において点灯させる。その際、複数の第１光源１２１を全て点灯させ、複数の第２光源１２２を全て消灯させる第１点灯動作（第１期間）では、図１２（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する側から他方側の端部１８１ｅが位置する側に向かって第１光源１２１の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部１８１ｅが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００７８】
これに対して、複数の第２光源１２２を全て点灯させ、複数の第１光源１２１を全て消灯させる第２点灯動作（第２期間）では、図１２（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の一方側の端部１８２ｆが位置する側から他方側の端部１８２ｅが位置する側に向かって第２光源１２２の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の他方側の端部１８２ｅが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部１８２ｆが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００７９】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で指示部材Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、複数の第１光源１２１に供給する駆動電流の和（第１駆動電流値）、および複数の第２光源１２２に供給する駆動電流の和（第２駆動電流値）に基づいて指示部材Ｏｂの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源１２０の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源１２０毎に変えればよい。
【００８０】
［実施の形態３の変形例］
上記実施の形態２では、２系統の光源１２０を設けたが、１系統の光源１２０を設け、第１期間と第２期間とにおいて、複数の光源１２０に供給する駆動電流の大小関係を反転させて第１期間と第２期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。
【００８１】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、２つの受発光ユニット１５を用いたが、１つの受発光ユニット１５を用いて指示部材Ｏｂの位置を検出する場合に本発明を適用してもよい。また、３つ以上の受発光ユニット１５を用いて指示部材Ｏｂの位置を検出する場合に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、受光素子１３と光源部１２とによって受発光ユニット１５を構成したが、受光素子１３と光源部１２とを別体で構成した場合に本発明を適用してもよい。
【００８２】
［位置検出システムの構成例］
（位置検出システム１の具体例１）
図１３は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。なお、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム１および位置検出システム１の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８３】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図１３に示すように、視認面構成部材４０として表示装置１１０を用い、かかる表示装置１１０に、図１〜図１２を参照して説明した位置検出システム１を設ければ、電子黒板やデジタルサイネージ等といった入力機能付き表示システム１００として用いることができる。ここで、表示装置１１０（表示部）は、直視型表示装置や、視認面構成部材４０をスクリーンとする背面型投射型表示装置である。
【００８４】
かかる入力機能付き表示システム１００において、位置検出システム１は、表示面１１０ａ（視認面４１／基準面４１ａ）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を検出する。このため、表示装置１１０で表示された画像の一部に指示部材Ｏｂを接近させれば、かかる指示部材Ｏｂの位置を検出することができるので、指示部材Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００８５】
（位置検出システム１の具体例２）
図１４を参照して、視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、位置検出機能付き投射型表示システムを構成した例を説明する。図１４は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。なお、本形態の位置機能付き投射型表示システムにおいて、位置検出システム１および位置検出システム１の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８６】
図１４に示す入力機能付き投射型表示システム２００（入力機能付き表示システム）では、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２５０（画像生成装置）からスクリーン８０（視認面構成部材４０）に画像が投射される。かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、画像投射装置２５０（投射表示部）は、筐体２４０に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン８０に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。ここで、画像投射装置２５０は、Ｙ軸方向に対してわずかに傾いた方向から画像表示光Ｐｉをスクリーン８０に向けて投射する。従って、スクリーン８０において画像が投射されるスクリーン面８０ａによって、情報が視認される視認面４１（基準面４１ａ）が構成されている。
【００８７】
かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、位置検出システム１は、画像投射装置２５０に付加されて一体に構成されている。このため、位置検出システム１は、投射レンズ系２１０とは異なる箇所から、スクリーン面８０ａに沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、指示部材Ｏｂで反射した反射光Ｌ３を検出する。このため、スクリーン８０に投射された画像の一部に指示部材Ｏｂを接近させれば、かかる指示部材Ｏｂの位置を検出することができるので、指示部材Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００８８】
なお、位置検出システム１とスクリーン８０とを一体化させれば、入力機能付きスクリーン装置を構成することができる。
【００８９】
（位置検出システム１の他の具体例）
本発明において、視認面構成部材４０は、展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、透光部材において展示品が配置される側とは反対側で展示品が視認される面である。かかる構成によれば、入力機能付きウインドウシステム等として構成することができる。
【００９０】
また、視認面構成部材４０は、移動する遊技用媒体を支持する基盤である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、基盤において基盤と遊技用媒体との相対位置が視認される側の面である。かかる構成によれば、パチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器を入力機能付きアミューズメントシステム等として構成することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１・・位置検出システム、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２・・光源部、１３・・受光素子、１５・・受発光ユニット、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、４１ａ・・基準面、５０・・位置検出部、８０・・スクリーン、８０ａ・・スクリーン面（視認面、基準面）、１００・・入力機能付き表示システム、１１０・・表示装置、１１０ａ・・表示面（視認面、基準面）、１３０・・受光面、２００・・入力機能付き投射型表示システム、２５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・指示部材、Ｓｂ・・再帰反射部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指示部材の位置を光学的に検出する位置検出システム、および当該位置検出システムを備えた入力機能付き表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
指示部材を光学的に検出する位置検出システムとしては、例えば、複数の点光源を互いに離間した位置に設け、複数の点光源の各々から透光部材を介して指示部材に向けて検出光を出射した際に、指示部材で反射した検出光が透光部材を透過して受光素子で検出されるものが提案されている（特許文献１参照）。また、複数の点光源の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、指示部材で反射した検出光を受光素子で検出する方式の位置検出システムも提案されている（特許文献２、３参照）。
【０００３】
かかる位置検出システムでは、受光素子として共通のものを用い、複数の点光源のうちの一部の点光源が点灯した際の受光素子での受光強度と、他の一部の点光源が点灯した際の受光素子での受光強度との比較結果に基づいて指示部材の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の構成では、指示部材の二次元座標データ（例えば、Ｘ座標データおよびＹ座標データ）を得ようとしても、検出範囲を拡張することが困難である。すなわち、検出範囲を広めると、受光素子には、受光面に対する法線方向から大きく傾いた方向から光が入射するが、受光素子は、斜め方向に対する感度が低いという指向性を有しているため、特許文献１〜３に記載の構成では検出範囲の拡大が困難である。
【０００６】
ここに本願発明者は、図１５に示すように、光源部１２から、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿うように検出光Ｌ２を放射状に出射し、指示部材Ｏｂで反射してきた反射光Ｌ３を受光素子１３で検出することにより、基準面４１ａ内における指示部材Ｏｂの位置を、光源部１２を中心とする角度位置として検出することを検討している。また、指示部材Ｏｂの外周面に再帰反射部Ｓｂを設ける一方、受光素子１３については、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａおよび仮想面Ｐ１２に平行になるように配置し、指示部材Ｏｂからの反射光Ｌ３を効率よく受光面１３０に入射させることを検討している。
【０００７】
しかしながら、図１５に示す構成では、光源部１２からの距離がｄである箇所に到達する検出光Ｌ２の強度Ｌは、下式
Ｌ＝Ｌ0／ｄ2
Ｌ0＝光源部１２からの出射強度
に示すように、距離ｄの２乗に反比例する。このため、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄが、例えば、ｄｅで短い場合には受光素子１３からの出力レベルは十分高いが、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄが、例えば、ｄｆで長い場合には受光素子１３からの出力レベルが低くなってしまい、検出精度が低下する。かといって、光源部１２からの出射強度を高めると、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｅで短い場合、受光素子１３からの出力レベルが高くなりすぎて、検出回路での入力許容範囲を超えてしまう。
【０００８】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光源部からの指示部材の距離にかかわらず、受光素子からの出力を適正なレベルに設定することのできる位置検出システム、およびかかる位置検出システムを備えた入力機能付き表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出システムは、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される基準面と、前記基準面に対して前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、外周面に再帰反射部をもって前記基準面に対して前記第３方向の一方側に位置する指示部材と、該指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記基準面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記基準面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、指示部材の外周面に再帰反射部が設けられているため、光源部から出射された検出光が指示部材で反射すると、反射光は光源部に向かって進行するとともに、反射光の一部が受光素子の受光面に入射する。その際、光源部に指示部材が近い位置にある場合、検出光の強度は高いが、受光素子の受光面に入射するのは、反射光が再帰反射する方向に対して大きな角度を成す方向であり、受光面への入射効率が低い。これに対して、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、検出光の強度は低いが、受光素子の受光面に入射するのは、反射光が再帰反射する方向に対して小さな角度を成す方向であり、受光面への入射効率が高い。また、受光素子の受光面に対する法線方向は、基準面に交差するように傾いているため、受光素子の受光面に入射する光が、受光面に対する法線方向と成す角度を小さくすることができる。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。また、受光面に対する法線方向は、基準面と交差する方向に傾いているため、受光素子の受光面に入射する光が受光面に対する法線方向と成す角度を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い位置にある場合、および遠い位置にある場合のいずれにおいても、受光素子から出力される信号のレベルが高い。それ故、本発明によれば、光源部からの指示部材の距離にかかわらず、受光素子からの出力を適正なレベルに設定することができ、検出精度を高めることができる。
【００１１】
本発明において、前記受光面は、前記仮想面より前記第３方向の一方側に位置することが好ましい。かかる構成において、受光面に対する法線方向は、基準面と交差する方向に傾いていると、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。すなわち、光源部に指示部材が近い位置にある場合、検出光の強度は高いが、受光素子の受光面に入射するのは、受光面に対する法線方向から大きく傾いた方向であり、受光素子の感度が低い。これに対して、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、検出光の強度は低いが、受光素子の受光面に入射するのは、受光面に対する法線方向から小さく傾いた方向であり、受光素子の感度が高い。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００１２】
本発明において、前記仮想面は、前記基準面に対して傾いていることが好ましい。かかる構成によれば、光源部に指示部材が近い位置にある場合、指示部材では、検出光が照射される面積を狭くし、光源部から指示部材が遠い位置にある場合、指示部材では、検出光が照射される面積を広くすることができる。従って、指示部材が光源部に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。
【００１３】
本発明において、前記光源部の前記第３方向における出射強度の半値角度は、前記仮想面と前記基準面とが成す角度に等しいことが好ましい。かかる構成によれば、光源部に近い位置、および光源部から遠い位置のいずれにおいても、基準面から等距離の範囲を検出対象空間として設定するのに適している。
【００１４】
本発明において、前記光源部は、第１期間において前記検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向けて光強度を減少させ、前記第１期間と重ならない第２期間において前記検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向けて光強度を減少させ、前記位置検出部は、前記第１期間における前記受光素子からの出力と前記第２期間における前記受光素子からの出力との比較結果に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１５】
本発明に係る位置検出システムは、入力機能付き表示システムや、電子ペーパーに対する入力システムや、入力機能付きウインドウシステムや、入力機能付きアミューズメントシステム等、各種のシステムに利用することができる。
【００１６】
例えば、本発明は、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内に表示面を備えた表示装置と、前記表示面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面に表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、前記指示部材は、外周面に再帰反射部を備え、前記位置検出システムは、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記表示面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記表示面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内にスクリーン面を備えたスクリーンと、前記スクリーン面に画像を投射する画像投射装置と、前記スクリーン面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面で表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、前記位置検出システムは、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、該受光素子からの出力に基づいて前記スクリーン面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光素子は、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記スクリーン面に交差するように配置されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出システム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に係る位置検出システムの受発光ユニットの説明図である。
【図３】図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図４】図３に示す受発光ユニットに構成した光源部の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの電気的構成等を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおける位置検出原理を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおいて指示部材のＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた受光素子の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る位置検出システムの受発光ユニットの説明図である。
【図１２】図１１に示す受発光ユニットの光源部の説明図である。
【図１３】本発明を適用した位置検出システムの具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【図１５】参考例に係る位置検出システムの受光素子の向き等の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、互いに直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。また、本発明における「第１方向」をＸ軸方向とし、「第２方向」をＹ軸方向とし、「第３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、Ｚ軸方向の一方側をＺ１側とし、他方側をＺ２側として表してある。
【００２０】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出システムを検出光出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
【００２１】
図１において、本形態の位置検出システム１は、指示部材Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０を有しており、かかる光学式位置検出装置１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向により規定される仮想のＸＹ平面（仮想面）に沿うように放射状に出射した検出光Ｌ２を利用して、指示部材Ｏｂの位置を検出する。本形態において、位置検出システム１は、ＸＹ平面に沿って広がる視認面４１をＺ軸方向の一方側Ｚ１に備えた視認面構成部材４０を有しており、かかる視認面４１は、指示部材Ｏｂの位置を検出する際の基準面４１ａとなる。
【００２２】
従って、光学式位置検出装置１０は、視認面４１に沿って検出光Ｌ２を出射し、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する指示部材Ｏｂの基準面４１ａ（視認面４１）の面内方向における指示部材Ｏｂの位置を検出する。それ故、位置検出システム１の検出対象空間１０Ｒは、光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２が出射される検出光出射空間であり、検出対象空間１０Ｒには、後述する検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。かかる位置検出システム１は、光学式位置検出装置１０によって、後述する電子黒板等の入力機能付き表示システムや入力機能付き投射型表示システム等として用いることができる。
【００２３】
本形態において、指示部材Ｏｂは、外周面に再帰反射部Ｓｂを備えており、再帰反射部Ｓｂは、検出光Ｌ２が照射された方向に検出光を反射する。このため、指示部材Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材Ｏｂに照射された検出光Ｌ２が反射する方向が定まっている。かかる再帰反射部Ｓｂは、例えば、ガラスビーズ等の透光性の球体を複数、樹脂層等で固定した層によって構成されており、入射した光を、入射した角度にかかわらず、再び、入射した方向に反射する再帰反射性を有している。より具体的には、球体に入射した光は、球体に入射する際の屈折、球体内における球体と樹脂層との界面での反射、および球体から出射する際の屈折によって、入射した方向に反射する。従って、光源部１２から放射状に検出光Ｌ２が出射された際、指示部材Ｏｂに照射された検出光Ｌ２は、指示部材Ｏｂがいずれの位置にあっても、指示部材Ｏｂの再帰反射部Ｓｂにより、光源部１２に向けて反射されることになる。なお、再帰反射部Ｓｂは、半球状のガラスビーズやプリズム片の集合体等を用いて構成される場合もある。
【００２４】
本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０は、視認面４１（ＸＹ平面）に沿って検出光Ｌ２を放射状に出射する光源部１２と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光素子１３とを備えており、受光素子１３は、検出対象空間１０Ｒに受光面１３０を向けている。
【００２５】
本形態においては、光源部１２として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）が用いられており、第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。また、本形態においては、受光素子１３として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１受光素子１３Ａおよび第２受光素子１３Ｂが用いられており、第１受光素子１３Ａと第２受光素子１３Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。
【００２６】
ここで、第１受光素子１３Ａは、第１光源部１２Ａから放射状に出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ）の放射中心位置にＺ軸方向で重なる位置に配置されており、第１受光素子１３Ａと第１光源部１２Ａとは受発光ユニット１５（第１受発光ユニット１５Ａ）として一体化されている。また、第２受光素子１３Ｂは、第２光源部１２Ｂから放射状に出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｂ）の放射中心位置にＺ軸方向で重なる位置に配置されており、第２受光素子１３Ｂと第２光源部１２Ｂとは受発光ユニット１５（第２受発光ユニット１５Ｂ）として一体化されている。
【００２７】
後述するように、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子からなる光源（点光源）を備えており、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を発散光として出射する。受光素子１３（第１受光素子１３Ａおよび第２受光素子１３Ｂ）は各々、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子１３を備えており、本形態において、受光素子１３は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードである。
【００２８】
第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、視認面構成部材４０よりＺ軸方向の一方側Ｚ１に突出した位置にある。また、第１受発光ユニット１５Ａと第２受発光ユニット１５Ｂとは異なる期間において動作する。従って、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２ａが出射された際、第１受光素子１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ａ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる動作とは異なる期間において、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第２光源部１２Ｂから検出光Ｌ２ｂが出射された際、第２受光素子１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００２９】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の受発光ユニットの説明図である。図３は、図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図４は、図３に示す受発光ユニットに構成した光源部１２の構成を模式的に示す説明図であり、第１期間の第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２期間の第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００３０】
図２に示すように、本形態の位置検出システム１において、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは同一の構成を有しており、それ故、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂも同一の構成を有している。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａは、Ｚ軸方向からみたときに扇形形状を有するホルダー１５０を有している。かかるホルダー１５０は、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１ホルダー１５１および第２ホルダー１５２は各々、扇形形状の鍔部１５６ａ、１５６ｂを備えている。鍔部１５６ａ、１５６ｂにより挟まれた部分は、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２が出射される出射部になっており、鍔部１５６ａ、１５６ｂは、Ｚ軸方向における検出光Ｌ２の出射範囲を制限している。
【００３１】
第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａは、検出光Ｌ２の出射部として、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂにおいても、第１受発光ユニット１５Ａと同様、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。
【００３３】
図４に示すように、第１光源モジュール１２６は、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第１光源１２１を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１に配置されている。また、第１光源モジュール１２６は、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第２光源１２２を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第２光源１２２は、ライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２に配置されている。また、第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。なお、ライトガイドＬＧの外周面ＬＧ３および内周面ＬＧ４のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光Ｌ２の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３４】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の電気的構成等を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、制御用ＩＣの構成を示す説明図、および光源に供給される駆動信号の説明図である。
【００３５】
本形態の位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０において、図１〜図４等を参照して説明した第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、図５（ａ）に示す制御用ＩＣ７０に電気的接続されている。制御用ＩＣ７０は、第１受発光ユニット１５Ａに電気的接続された第１制御用ＩＣ７０Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに電気的接続された第２制御用ＩＣ７０Ｂとからなり、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａおよび第１受光素子１３Ａは、第１制御用ＩＣ７０Ａに電気的接続されている。また、第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂおよび第２受光素子１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３６】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、同一構成を有しており、いずれも共通の制御装置６０に電気的接続されている。まず、第１制御用ＩＣ７０Ａは、基準クロック、Ａ相基準パルス、Ｂ相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路（図示せず）を有している。また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、Ａ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ａと、Ｂ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ｂと、パルス発生器７５ａおよびパルス発生器７５ｂが生成した駆動パルスを第１光源部１２Ａの第１光源１２１および第２光源１２２の何れに印加するかを制御するスイッチ部７６とを有している。かかるパルス発生器７５ａ、７５ｂ、およびスイッチ部７６は光源駆動部５１を構成している。
【００３７】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光素子１３Ａでの検出結果を増幅する増幅器等を備えた受光量測定部７３と、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第１光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する駆動パルスの駆動電流値（第１駆動電流値）を調整する調整量算出部７４とを備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。なお、調整量算出部７４は、パルス発生器７５ａ、７５ｂに対する制御信号を出力するアナログ−デジタル変換部等を備えている。
【００３８】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光素子１３Ｂでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３や、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第２光源部１２Ｂの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する第２駆動電流値を調整する調整量算出部７４等を備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３９】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０の制御部６１によって制御されており、かかる制御装置６０は、受光量測定部７３および調整量算出部７４とともに位置検出部５０を構成する座標データ取得部５５を有している。従って、本形態において、位置検出部５０は、制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）の受光量測定部７３および調整量算出部７４と、上位の制御装置６０（パーソナルコンピューター）の座標データ取得部５５とによって構成されている。
【００４０】
本形態では、光源部１２として、互いに離間した位置に配置された第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとを有している。従って、座標データ取得部５５は、第１光源部１２Ａに対する駆動結果に基づいて、第１光源部１２Ａの放射中心に対する指示部材Ｏｂの角度位置を検出する第１角度位置検出部５５１と、第２光源部１２Ｂに対する駆動結果に基づいて、第２光源部１２Ｂの放射中心に対する指示部材Ｏｂの角度位置を検出する第２角度位置検出部５５２とを有している。また、座標データ取得部５５は、第１角度位置検出部５５１で得られた指示部材Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた指示部材Ｏｂの角度位置とに基づいて指示部材ＯｂのＸＹ座標データを確定する座標データ確定部５５３を備えている。
【００４１】
なお、本形態では、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂに対して１対１の関係をもって２つの制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａ、第２制御用ＩＣ７０Ｂ）を用いたが、制御用ＩＣ７０を多チャンネル化し、１つの制御用ＩＣ７０によって第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂを駆動してもよい。
【００４２】
このように構成した位置検出システム１において、第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、図５（ｂ）に示すように、第１期間（第１点灯動作時）では、第１光源部１２Ａの第１光源１２１に駆動パルスを印加し、第２期間（第２点灯動作時）では、第１光源部１２Ａの第２光源１２２に第１光源１２１に印加する駆動パルスと逆相の駆動パルスを印加する。その後、第２制御用ＩＣ７０Ｂの光源駆動部５１は、第１期間（第１点灯動作時）では、第２光源部１２Ｂの第１光源１２１に駆動パルスを印加するとともに、第２期間（第２点灯動作時）では、第２光源部１２Ｂの第２光源１２２に第１光源１２１に印加する駆動パルスと逆相の駆動パルスを印加する。なお、位置検出システム１において、光源部１２に対する駆動電流値を制御するにあたっては、電圧振幅変調やパルス幅変調が行われる。
【００４３】
（座標検出原理）
図４に示すように、本形態の位置検出システム１において、図５（ａ）を参照して説明した光源駆動部５１は、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の放射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作（第１期間）と、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の放射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作（第２期間）とを行わせる。
【００４４】
より具体的には、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第１点灯動作時（第１期間）には、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第２光源１２２は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図４（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向から他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４５】
また、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第２点灯動作時（第２期間）には、第２光源モジュール１２７の第２光源１２２を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第１光源１２１は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図４（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向から一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４６】
なお、第２光源部１２Ｂにおいて、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１が点灯した第１点灯動作時、および第２光源モジュール１２７の第２光源１２２が点灯した第２点灯動作時にも、第１光源部１２Ａと同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、後述するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの中心ＰＥの距離ＤＳ（図７参照）が固定であるので、指示部材Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４７】
（指示部材Ｏｂの角度位置の検出）
図６は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１における位置検出原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および指示部材が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１において指示部材ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４８】
まず、第１光源部１２Ａの第１光源モジュール１２６において、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ１で示す直線関係にある。また、第１光源部１２Ａの第２光源モジュール１２７において、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ２で示す直線関係にある。ここで、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥ（第１光源モジュール１２６の中心／検出光Ｌ２の放射中心位置）からみて角度θの方向に指示部材Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、指示部材Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、指示部材Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第２受光素子１３Ｂでの検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥを基準に指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１／角度位置）を求めることができる。
【００４９】
かかる原理を利用して、指示部材Ｏｂの角度位置（角度θ１）を検出するにあたって、本形態では、第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６によって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度と、第２光源モジュール１２７によって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光素子１３Ａでの検出強度とが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。ここで、第１光源部１２Ａからの検出光Ｌ２の出射強度は、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値に比例する。従って、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整した後の第１駆動電流値と第２駆動電流値との比や差、あるいは駆動電流値を調整した際の調整量の比や差から指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００５０】
より具体的には、まず、図５に示す第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、第１点灯動作として第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した後、第２点灯動作として第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。この際、第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図５に示す位置検出部５０の調整量算出部７４は、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとを比較する。その結果、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、指示部材Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５１】
これに対して、受光強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが相違している場合、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。そして、再度、第１点灯動作と第２点灯動作とを行った際に、第１点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光素子１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、図５に示す第１角度位置検出部５５１は、かかる調整を行った後の第１光源１２１および第２光源１２２に対する駆動電流値の比や差、あるいは駆動電流値の調整量の比や差から指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００５２】
かかる動作を第２光源部１２Ｂにおいても行えば、図５に示す第２角度位置検出部５５２は、第２光源部１２Ｂの中心ＰＥを基準に指示部材Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２／角度位置）を求めることができる。従って、図５に示す座標データ確定部５５３は、第１角度位置検出部５５１で検出した角度位置（角度θ１の方向）と、第２角度位置検出部５５２で検出した角度位置（角度θ２の方向）の交点に相当する位置を指示部材Ｏｂが位置するＸＹ座標データとして取得することができる。
【００５３】
（受光素子１３の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた受光素子１３の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、受光素子１３の説明図、および受光素子１３の感度指向性を示すグラフである。
【００５４】
本形態の位置検出システム１において、受光素子１３は、図８（ａ）に示すフォトダイオードからなる。受光素子１３は、全体として直方体形状の素子本体１３２と、素子本体１３２のＸ軸方向の両端面から突出する端子１３３とを備えており、素子本体１３２は、一方面側に受光面１３０を備えている。かかる受光素子１３の受光感度は、図８（ｂ）に示す入射角度依存性（感度指向性）を有しており、受光面１３０に対する法線方向に感度ピーク方向を有している。図８（ｂ）からわかるように、受光素子１３は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３０に対する法線方向から６０°以上傾くと、感度ピーク値に対して１／２未満の感度となり、感度が著しく低い。さらに、受光素子１３は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３０に対する法線方向から９０°以上傾くと、感度が０となる。
【００５５】
本形態では、図９を参照して以下に説明するように、指示部材Ｏｂの外周面に設けた再帰反射部Ｓｂ、受光素子１３のレイアウト、受光素子１３の向き、および受光素子１３の感度指向性を利用して、光源部１２からの指示部材Ｏｂの距離にかかわらず、受光素子１３からの出力を適正なレベルに設定する。
【００５６】
（受光素子１３の向き等）
図９は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１の受光素子１３の向き等の説明図であり、位置検出システム１のＹＺ断面に相当する。
【００５７】
図９に示すように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２の光軸Ｌ１２は、基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で基準面４１ａに平行に延びており、光源部１２は、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。
【００５８】
本形態において、受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。
【００５９】
このように構成した位置検出システム１において、光源部１２から、基準面４１ａに平行な仮想面Ｐ１２に検出光Ｌ２を放射状に出射すると、指示部材Ｏｂの再帰反射部Ｓｂで反射した光（反射光Ｌ３）は、光源部１２に向けて反射し、その一部が受光素子１３に入射する。
【００６０】
ここで、光源部１２からの距離がｄである箇所に到達する検出光Ｌ２の強度Ｌは、下式
Ｌ＝Ｌ0／ｄ2
Ｌ0＝光源部１２からの出射強度
に示すように、距離ｄの２乗に反比例する。このため、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｅで短い場合には検出光Ｌ２の強度が高く、指示部材Ｏｂと光源部１２との距離ｄがｄｆで長い場合には検出光Ｌ２の強度が低い。
【００６１】
但し、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、反射光Ｌ３が再帰反射する方向に対して大きな角度θｅ１を成す方向であり、受光面１３０への入射効率が低い。例えば、受光素子１３に向けて反射して受光面１３０に入射するのは反射光Ｌ３の５０％である。
【００６２】
これに対して、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、反射光Ｌ３が再帰反射する方向に対して小さな角度θｆ１を成す方向であり、受光面への入射効率が高い。例えば、受光素子１３に向けて反射して受光面１３０に入射するのは反射光Ｌ３の７５％である。
【００６３】
従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００６４】
また、本形態において、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０は、基準面４１ａに交差するように傾いているため、受光素子１３の受光面１３０に入射する光が、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０と成す角度を小さくすることができる。従って、受光素子１３の感度が高いので、受光素子１３から出力される信号のレベルが高い。
【００６５】
さらに、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０に対して、大きな角度θｅ２を成す方向であり、かかる方向に対しては、受光素子１３の感度が低い。これに対して、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、受光素子１３の受光面１３０に入射するのは、受光素子１３の受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０に対して、小さな角度θｆ２を成す方向であり、かかる方向に対しては、受光素子１３の感度が高い。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差を小さくすることができる。
【００６６】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２は、検出光Ｌ２を放射状に出射するとともに、検出光Ｌ２の放射角度範囲において一方側から他方側に向かって強度が変化する光強度分布（第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２）を形成し、受光素子１３は、光強度分布が形成された検出対象空間１０Ｒに位置する指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。ここで、指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２の強度は、光強度分布において指示部材Ｏｂが位置する箇所での強度に比例するので、受光素子１３での受光強度は、指示部材Ｏｂの位置に対応する。従って、位置検出部５０は、受光素子１３での受光強度に基づいて指示部材Ｏｂの位置を検出することができる。かかる方式によれば、光源部１２から放射状に出射された検出光Ｌ２の光強度分布を利用するので、広い空間にわたって光強度分布を形成することができ、検出対象空間１０Ｒが広い。
【００６７】
また、本形態においては、図９を参照して説明したように、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差が小さいとともに、受光素子１３から出力される信号のレベルが高い。それ故、本形態によれば、位置検出部５０での入力許容範囲を狭くすることができる分、分解能を高めることができ、検出精度を向上することができる。
【００６８】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る位置検出システム１の受光素子１３の向き等の説明図であり、位置検出システム１のＹＺ断面に相当する。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、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６９】
図１０に示すように、本形態の位置検出システム１において、光源部１２の光軸Ｌ１２は、基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対して傾いており、光源部１２は、基準面４１ａに対して交差角度θｇで斜めに傾いた仮想面Ｐ１２に沿って検出光Ｌ２を出射する。また、受光素子１３は、仮想面Ｐ１２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１において、受光面１３０に対する法線方向Ｌ１３０が基準面４１ａに交差するように配置されている。
【００７０】
ここで、光源部１２のＺ軸方向における出射強度の半値角度θｈは、仮想面Ｐ１２と基準面４１ａとが成す角度θｇに等しい。このため、光源部１２に近い位置、および光源部１２から遠い位置のいずれにおいても、基準面４１ａから等距離の範囲を検出対象空間１０Ｒとして設定するのに適している。
【００７１】
また、本形態では、光源部１２の光軸Ｌ１２（仮想面Ｐ１２）が基準面４１ａ（視認面構成部材４０の視認面４１）に対して傾いているため、光源部１２に指示部材Ｏｂが近い位置にある場合、指示部材Ｏｂには検出光Ｌ２が照射されない領域が発生する。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合は、指示部材Ｏｂにおいて検出光Ｌ２が照射される面積が狭く、光源部１２から指示部材Ｏｂが遠い位置にある場合、指示部材において検出光Ｌ２が照射される面積が広い。従って、指示部材Ｏｂが光源部１２に近い位置にある場合と遠い位置にある場合とにおいて受光素子１３から出力される信号のレベル差をより小さくすることができる。その他の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７２】
［実施の形態１、２の変形例］
上記実施の形態１、２では、２つのライトガイドＬＧの各々に光源１２０を設けたが、１つのライトガイドＬＧの両端に光源１２０を設け、光源１２０を交互に点灯させて、第１期間と第２期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。
【００７３】
［実施の形態３］
図１１は、本発明の実施の形態３に係る位置検出システム１の受発光ユニットの説明図である。図１２は、図１１に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、第１期間の第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２期間の第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００７４】
実施の形態１では、光源部１２にライトガイドＬＧを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態１と同様な原理で指示部材ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１１に示すように、本形態の位置検出システム１の光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、複数の光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）と、複数の光源１２０が実装された帯状のフレキシブル基板１８０と、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する凸曲面１５５を備えた扇形形状のホルダー１５０とを備えている。本形態において、凸曲面１５５は、その長さ方向（円周方向）で円弧形状に湾曲した形状を有している。
【００７５】
本形態においては、フレキシブル基板１８０として、帯状の第１フレキシブル基板１８１（第１光源モジュール）と、第１フレキシブル基板１８１に対して幅方向（Ｚ軸方向）で並列する帯状の第２フレキシブル基板１８２（第２光源モジュール）とが用いられている。第１フレキシブル基板１８１には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第１光源１２１が実装されており、第２フレキシブル基板１８２には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第２光源１２２が実装されている。光源１２０にはいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００７６】
また、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、ホルダー１５０は、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１ホルダー１５１は、凸曲面１５５の下半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ａと、凸曲面１５５ａにおいて第２ホルダー１５２が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ａから突出する扇形形状の鍔部１５６ａとを備えており、凸曲面１５５ａに第１フレキシブル基板１８１が重ねて配置されている。第２ホルダー１５２は、凸曲面１５５の上半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ｂと、凸曲面１５５ｂにおいて第１ホルダー１５１が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ｂから突出する扇形形状の鍔部１５６ｂとを備えており、凸曲面１５５ｂに第２フレキシブル基板１８２が重ねて配置されている。
【００７７】
このように構成した位置検出システム１において、検出対象空間１０Ｒにおける指示部材Ｏｂの位置を検出するには、第１フレキシブル基板１８１に実装されている複数の第１光源１２１と、第２フレキシブル基板１８２に実装されている複数の第２光源１２２とを異なる期間において点灯させる。その際、複数の第１光源１２１を全て点灯させ、複数の第２光源１２２を全て消灯させる第１点灯動作（第１期間）では、図１２（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する側から他方側の端部１８１ｅが位置する側に向かって第１光源１２１の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部１８１ｅが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００７８】
これに対して、複数の第２光源１２２を全て点灯させ、複数の第１光源１２１を全て消灯させる第２点灯動作（第２期間）では、図１２（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の一方側の端部１８２ｆが位置する側から他方側の端部１８２ｅが位置する側に向かって第２光源１２２の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の他方側の端部１８２ｅが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部１８２ｆが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００７９】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で指示部材Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、複数の第１光源１２１に供給する駆動電流の和（第１駆動電流値）、および複数の第２光源１２２に供給する駆動電流の和（第２駆動電流値）に基づいて指示部材Ｏｂの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源１２０の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源１２０毎に変えればよい。
【００８０】
［実施の形態３の変形例］
上記実施の形態２では、２系統の光源１２０を設けたが、１系統の光源１２０を設け、第１期間と第２期間とにおいて、複数の光源１２０に供給する駆動電流の大小関係を反転させて第１期間と第２期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。
【００８１】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、２つの受発光ユニット１５を用いたが、１つの受発光ユニット１５を用いて指示部材Ｏｂの位置を検出する場合に本発明を適用してもよい。また、３つ以上の受発光ユニット１５を用いて指示部材Ｏｂの位置を検出する場合に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、受光素子１３と光源部１２とによって受発光ユニット１５を構成したが、受光素子１３と光源部１２とを別体で構成した場合に本発明を適用してもよい。
【００８２】
［位置検出システムの構成例］
（位置検出システム１の具体例１）
図１３は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。なお、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム１および位置検出システム１の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８３】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図１３に示すように、視認面構成部材４０として表示装置１１０を用い、かかる表示装置１１０に、図１〜図１２を参照して説明した位置検出システム１を設ければ、電子黒板やデジタルサイネージ等といった入力機能付き表示システム１００として用いることができる。ここで、表示装置１１０（表示部）は、直視型表示装置や、視認面構成部材４０をスクリーンとする背面型投射型表示装置である。
【００８４】
かかる入力機能付き表示システム１００において、位置検出システム１は、表示面１１０ａ（視認面４１／基準面４１ａ）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、指示部材Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を検出する。このため、表示装置１１０で表示された画像の一部に指示部材Ｏｂを接近させれば、かかる指示部材Ｏｂの位置を検出することができるので、指示部材Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００８５】
（位置検出システム１の具体例２）
図１４を参照して、視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、位置検出機能付き投射型表示システムを構成した例を説明する。図１４は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。なお、本形態の位置機能付き投射型表示システムにおいて、位置検出システム１および位置検出システム１の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８６】
図１４に示す入力機能付き投射型表示システム２００（入力機能付き表示システム）では、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２５０（画像生成装置）からスクリーン８０（視認面構成部材４０）に画像が投射される。かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、画像投射装置２５０（投射表示部）は、筐体２４０に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン８０に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。ここで、画像投射装置２５０は、Ｙ軸方向に対してわずかに傾いた方向から画像表示光Ｐｉをスクリーン８０に向けて投射する。従って、スクリーン８０において画像が投射されるスクリーン面８０ａによって、情報が視認される視認面４１（基準面４１ａ）が構成されている。
【００８７】
かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、位置検出システム１は、画像投射装置２５０に付加されて一体に構成されている。このため、位置検出システム１は、投射レンズ系２１０とは異なる箇所から、スクリーン面８０ａに沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、指示部材Ｏｂで反射した反射光Ｌ３を検出する。このため、スクリーン８０に投射された画像の一部に指示部材Ｏｂを接近させれば、かかる指示部材Ｏｂの位置を検出することができるので、指示部材Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００８８】
なお、位置検出システム１とスクリーン８０とを一体化させれば、入力機能付きスクリーン装置を構成することができる。
【００８９】
（位置検出システム１の他の具体例）
本発明において、視認面構成部材４０は、展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、透光部材において展示品が配置される側とは反対側で展示品が視認される面である。かかる構成によれば、入力機能付きウインドウシステム等として構成することができる。
【００９０】
また、視認面構成部材４０は、移動する遊技用媒体を支持する基盤である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、基盤において基盤と遊技用媒体との相対位置が視認される側の面である。かかる構成によれば、パチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器を入力機能付きアミューズメントシステム等として構成することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１・・位置検出システム、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２・・光源部、１３・・受光素子、１５・・受発光ユニット、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、４１ａ・・基準面、５０・・位置検出部、８０・・スクリーン、８０ａ・・スクリーン面（視認面、基準面）、１００・・入力機能付き表示システム、１１０・・表示装置、１１０ａ・・表示面（視認面、基準面）、１３０・・受光面、２００・・入力機能付き投射型表示システム、２５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・指示部材、Ｓｂ・・再帰反射部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される基準面と、
前記基準面に対して前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
外周面に再帰反射部をもって前記基準面に対して前記第３方向の一方側に位置する指示部材と、
該指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記基準面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記基準面に交差するように配置されていることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
前記受光面は、前記仮想面より前記第３方向の一方側に位置することを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記仮想面は、前記基準面に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記光源部の前記第３方向における出射強度の半値角度は、前記仮想面と前記基準面とが成す角度に等しいことを特徴とする請求項３に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記光源部は、第１期間において前記検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向けて光強度を減少させ、前記第１期間と重ならない第２期間において前記検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向けて光強度を減少させ、
前記位置検出部は、前記第１期間における前記受光素子からの出力と前記第２期間における前記受光素子からの出力との比較結果に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出す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位置検出システム。
【請求項６】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内に表示面を備えた表示装置と、前記表示面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面に表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記指示部材は、外周面に再帰反射部を備え、
前記位置検出システムは、
前記表示面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記表示面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記表示面に交差するように配置されていることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項７】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内にスクリーン面を備えたスクリーンと、前記スクリーン面に画像を投射する画像投射装置と、前記スクリーン面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面で表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記位置検出システムは、
前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記スクリーン面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記スクリーン面に交差するように配置されていることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される基準面と、
前記基準面に対して前記第１方向および前記第２方向に対して直交する第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
外周面に再帰反射部をもって前記基準面に対して前記第３方向の一方側に位置する指示部材と、
該指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記基準面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記基準面に交差するように配置されていることを特徴とする位置検出システム。
【請求項２】
前記受光面は、前記仮想面より前記第３方向の一方側に位置することを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
【請求項３】
前記仮想面は、前記基準面に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出システム。
【請求項４】
前記光源部の前記第３方向における出射強度の半値角度は、前記仮想面と前記基準面とが成す角度に等しいことを特徴とする請求項３に記載の位置検出システム。
【請求項５】
前記光源部は、第１期間において前記検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向けて光強度を減少させ、前記第１期間と重ならない第２期間において前記検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向けて光強度を減少させ、
前記位置検出部は、前記第１期間における前記受光素子からの出力と前記第２期間における前記受光素子からの出力との比較結果に基づいて前記基準面の面内方向における前記指示部材の位置を検出す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位置検出システム。
【請求項６】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内に表示面を備えた表示装置と、前記表示面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面に表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記指示部材は、外周面に再帰反射部を備え、
前記位置検出システムは、
前記表示面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記表示面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記表示面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記表示面に交差するように配置されていることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項７】
互いに直交する第１方向および第２方向によって規定される面内にスクリーン面を備えたスクリーンと、前記スクリーン面に画像を投射する画像投射装置と、前記スクリーン面に対して直交する第３方向の一方側に位置する指示部材の位置を検出する位置検出システムと、を有し、当該位置検出システムでの前記指示部材の位置検出結果に基づいて前記表示面で表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記位置検出システムは、
前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で対向するように設定された仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記指示部材で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子からの出力に基づいて前記スクリーン面の面内方向における前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光素子は、前記スクリーン面に対して前記第３方向の一方側で、受光面に対する法線方向が前記スクリーン面に交差するように配置されていることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図９】
【図１０】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−２４５７８（Ｐ２０１３−２４５７８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６４３１（Ｐ２０１１−１５６４３１）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【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２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【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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