位置検出装置および携帯型電話機
【課題】 構造の複雑化を回避しつつ、適切な位置検出が可能な位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 検出基準面１と、検出基準面１に近接する検出対象物Ｏｂを互いに異なる方向から撮像するカメラ２１，２２と、カメラ２１，２２の画像から、検出基準面１に対する検出対象物Ｏｂの近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置Ａ１であって、カメラ２１の視野において検出基準面１よりも離間した位置にあり、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる背景枠３１と、カメラ２２の視野において検出基準面１よりも離間した位置にあり、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる背景枠３２と、を備える。
【解決手段】 検出基準面１と、検出基準面１に近接する検出対象物Ｏｂを互いに異なる方向から撮像するカメラ２１，２２と、カメラ２１，２２の画像から、検出基準面１に対する検出対象物Ｏｂの近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置Ａ１であって、カメラ２１の視野において検出基準面１よりも離間した位置にあり、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる背景枠３１と、カメラ２２の視野において検出基準面１よりも離間した位置にあり、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる背景枠３２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるタッチパネルとして用いられる位置検出装置およびこれを備えた携帯型電話機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２２は、従来の位置検出装置の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された位置検出装置Ｘは、たとえば液晶表示パネルの表面である検出基準面９１に近接する指などの検出対象物Ｏｂの位置を検出する。位置検出装置Ｘには、２つの光学ユニット９２Ａ，９２Ｂおよび反射枠９３が備えられている。図２３に示すように、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂは、発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６を備えている。発光部９４からの光は、ハーフミラー９６によって反射されることにより、検出基準面９１のごく近傍を検出基準面９１に沿って進行する。図２２に示すように、検出基準面９１に沿って進行した光は、反射枠９３によって反射される。反射枠９３は、いわゆる再帰反射材によって構成されており、入射してきた方向に光を反射する機能を有する。反射枠９３によって反射された光は、図２３に示すようにハーフミラー９６を透して受光部９５に受光される。受光部９５は、たとえばフォトセンサを備えている。検出基準面９１に検出対象物Ｏｂが近接すると、光が遮られる。このため、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂの像には、検出対象物Ｏｂの陰が映る。これにより、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂそれぞれから検出対象物Ｏｂへの方位が得られ、これらの方位から検出基準面９１における検出対象物Ｏｂの２次元座標を算出することができる。
【０００３】
しかしながら、検出対象物Ｏｂの位置を適切に検出するには、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂにおいて、発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６の位置あわせを正確に行うことが不可欠である。発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６の位置に不当なずれがあると、発光部９４から出射された光は、再帰反射材からなる反射枠９３によって反射されても受光部９５に正確に受光されないからである。この位置あわせを行うことに起因して、製造工程の煩雑化やコストの増大が招来されるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、構造の複雑化を回避しつつ、適切な位置検出が可能な位置検出装置およびこれを用いた携帯型電話機を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される位置検出装置は、検出基準面と、上記検出基準面に近接する検出対象物を互いに異なる方向から撮像する第１および第２の撮像手段と、上記第１および第２の撮像手段の画像から、上記検出基準面に対する上記検出対象物の近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置であって、上記第１の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第１の背景体と、上記第２の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第２の背景体と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、黒色である。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体が内部に配置され、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体のそれぞれは、相対的に反射率が低い低反射部と反射率が高い高反射部とを有し、上記低反射部および高反射部のそれぞれは、上記検出基準面が広がる方向に延びている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部が内部に配置され、かつ上記高反射部が外縁部に配置されており、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部は、上記検出基準面に対して上記高反射部よりも離間した位置に配置されている。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部は、黒色であり、上記高反射部は、白色である。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体には、上記検出基準面が広がる方向に配列されており、背景色と異なる色とされた基準マーク群が設けられている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、互いの一部ずつが共通した共通部を有しており、上記共通部にある上記第１の背景体の上記基準マーク群と上記第２の背景体の上記基準マーク群とは、上記検出基準面の法線方向に重ねて配置されている。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークのうち互いに隣り合うものどうしが、上記検出対象物の像によって繋げられた部分を特定することにより、上記検出対象物の位置を演算する。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークを用いて、上記画像上の位置と上記検出基準面における位置との補正を行う。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、発光する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、ＬＥＤと、全体が細長状であり、上記ＬＥＤからの光が入射する入射部、この入射部から長手方向に進行してきた光を長手方向と垂直である方向に反射する反射部、およびこの反射部によって反射された光を上記検出基準面に沿って進行する線状光として出射する出射部を有する導光体と、を具備する。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、有機ＥＬ発光部を有する。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出基準面は、矩形状であり、上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面の四隅のいずれかに配置されている。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第３の撮像手段と、上記第３の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第３の背景体と、をさらに備える。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１ないし第３の撮像手段の視野は互いに重なっている。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１ないし第３の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第４の撮像手段と、上記第４の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第４の背景体と、をさらに備えており、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、かつ上記第２および第４の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっており、かつ上記第２および第４の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっている。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面に対して上記検出対象物が存在する表側とは反対側の裏側に配置されており、上記第１および第２の背景体の像を、上記第１および第２の撮像手段の視野に写り込ませる第１および第２の光学手段をさらに備える。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の光学手段は、上記検出基準面に対して上記表側に位置する表側反射部と、上記検出基準面に対して上記裏側に位置する裏側反射部とを有する。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表側反射部は、上記検出基準面に対して上記表側の空間を平行に進行してきた光を、上記裏側反射部を介して上記第１および第２の撮像手段に集光する凹面鏡である。
【００２７】
本発明の第２の側面によって提供される携帯型電話機は、本発明の第１の側面によって提供される上記位置検出装置と、上記検出基準面としての画像表示面と、を備え、上記第１および第２の撮像手段は、２次元撮像素子を具備しており、上記第１の撮像手段は上記画像表示面の法線方向表側方向を向くカメラ姿勢と、上記第１の背景体を撮像可能な検出姿勢とをとり、上記第２の撮像手段は上記画像表示面の法線方向裏側方向を向くカメラ姿勢と、上記第２背景体を撮像可能な検出姿勢とをとる、ことを特徴としている。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第１の撮像手段の視野に上記第１の背景体を写り込ませる第１の反射手段と、上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第２の撮像手段の視野に上記第２の背景体を写り込ませる第２の反射手段と、をさらに備える。
【００２９】
このような構成によれば、たとえば図２２，２３に示した例に備えられていた発光部９４やハーフミラー９６を備える必要がない。上記第１および第２の撮影手段の配置に際しては、上記第１および第２の背景体が映りこむ程度に位置あわせすれば十分である。このため、上記位置検出装置の製造において煩わしい光学的な位置決め作業をほとんど排除することが可能であり、上記位置検出装置の製造コストを削減することができる。
【００３０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における撮像手段を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置の撮像手段および背景体と画像レベルとを示す概念図である。
【図５】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における座標演算を説明するための平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における撮像手段のレンズの一例を示す正面図および断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置の撮像手段および背景体と画像レベルとを示す概念図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１６】本発明の第７実施形態に用いられる発光ユニットを示す要部断面図である。
【図１７】本発明の第８実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を備えた携帯型電話機の一例を示す正面図である。
【図１９】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を備えた携帯型電話機の一例を示す背面図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２２】従来の位置検出装置の一例を示す概略平面図である。
【図２３】従来の位置検出装置の一例に用いられる光学ユニットを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図１および図２は、本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ１は、たとえば液晶表示パネル１１を備えた画像表示装置に備えられており、検出基準面１、カメラ２１，２２、枠部材３、および演算部６を備えている。図１においては、演算部６を省略している。
【００３４】
検出基準面１は、本実施形態においては、画像を表示するための液晶表示パネル１１の表面である。液晶表示パネル１１に表示された画像の内容に応じて、使用者は指で画像のアイコンなどを触れる動作を行うことにより、様々な操作を行う。使用者の指が、位置検出される検出対象物Ｏｂとなっている。本実施形態の検出基準面１は、矩形状である。
【００３５】
カメラ２１，２２は、２次元撮像素子を備えており、たとえばＶＧＡサイズの２次元画像を撮像可能である。カメラ２１，２２は、検出基準面１の二つの隅に離間して配置されている。図２に示すように、カメラ２１，２２の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２は、画角が９０度程度であり、それぞれが検出基準面１のほとんどをカバーしている。カメラ２１，２２は、本発明で言う第１および第２の撮像手段に相当する。
【００３６】
図６は、カメラ２１，２２のレンズ構成の一例を示している。この例においては、カメラ２１，２２のレンズ２５にフィルタ２６が設けられている。フィルタ２６は、４つのバンドパスフィルタ２６１，２６２，２６３，２６４によって構成されている。バンドパスフィルタ２６１，２６２，２６３，２６４は、順に赤外線Ｌｉｒ、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂのみを選択的に透過するフィルタである。これらのバンドパスフィルタ２６１，６２６，２６３，２６４が、同心円状に配置されている。このようなフィルタ２６を設けることにより、波長が異なる赤外線Ｌｉｒ、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂの焦点をほぼ同じ位置とすることが可能である。これは、カメラ２１，２２の画像をより鮮明とするのに適している。なお、本実施形態以降の構成においては、フィルタ２６を設けることが画像の鮮明化に好ましいが、フィルタ２６を備えない構成としてもよい。
【００３７】
図３に示すように、カメラ２１，２２の正面には、スリット２７ａが形成された遮光板２７が設けられている。遮光板２７は、光を遮るたとえば黒色樹脂からなる。スリット２７ａは、検出基準面１１と平行に延びており、カメラ２１，２２の画像に枠部材３以外の不要な部分が映り込むことを防止するためのものである。
【００３８】
枠部材３は、検出基準面１を囲むように設けられている。本実施形態において、枠部材３の内周壁は、黒色とされている。枠部材３の内周壁の一部は、背景枠３１，３２になっている。背景枠３１と背景枠３２とは、それぞれの一部ずつを共有する構成とされている。背景枠３１は、検出基準面１を挟んでカメラ２１とは反対側に配置されており、視野Ｆｖ１内に位置している。背景枠３２は、検出基準面１を挟んでカメラ２２とは反対側に配置されており、視野Ｆｖ２内に位置している。背景枠３１，３２は、本発明で言う第１および第２の背景体に相当する。
【００３９】
演算部６は、カメラ２１，２２が接続されており、カメラ２１，２２の画像データを用いて検出対象物Ｏｂの２次元座標を算出するためのものである。演算部６における座標算出は以下のように行われる。
【００４０】
まず、検出基準面１に検出対象物Ｏｂが近接すると、図４に示すように、カメラ２１，２２と背景枠３１，３２との間に検出対象物Ｏｂが位置することになる。このため、カメラ２１，２２の画像には、背景枠３１，３２が映っている黒色の背景と、これから浮かび上がるように見える検出対象物Ｏｂとが存在する。検出対象物Ｏｂは、外光または液晶表示パネル１１からの光により、黒色の背景枠３１，３２よりも明るい。このため、カメラ２１，２２の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分にピークを持つ分布となる。このピーク位置を算出することにより、図５に示すように、カメラ２１，２２からの検出対象物Ｏｂの方位角α，βが得られる。検出基準面１のｘ方向寸法をｗ、カメラ２１，２２から検出対象物Ｏｂまでの距離をｒ１，ｒ２とすると、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１、ｙ１）は、以下の数式により算出される。演算部６のカメラ２１，２２に対するサンプリング時間を適宜設定することにより、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）をほぼリアルタイムで検出することができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
次に、位置検出装置Ａ１の作用について説明する。
【００４３】
本実施形態によれば、たとえば図２２，２３に示した例に備えられていた発光部９４やハーフミラー９６を備える必要がない。カメラ２１，２２の配置に際しては、背景枠３１，３２が映りこむ程度に位置あわせすれば十分である。このため、位置検出装置Ａ１の製造において煩わしい光学的な位置決め作業をほとんど排除することが可能であり、位置検出装置Ａ１の製造コストを削減することができる。
【００４４】
黒色の背景枠３１，３２は、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じさせるのに適している。使用者に対して操作が求められる場合、液晶表示パネル１１には操作を誘導する画像が表示されている。このため、液晶表示パネル１１が検出対象物Ｏｂを照らす照明として機能する。また、検出基準面１がほとんど輝度を発揮しない状態であるにも関わらず使用者に操作が求められる場合は、液晶表示パネル１１以外の外光によってある程度視認できる状態が一般的である。このため、検出対象物Ｏｂは、この外光によって適切に照らされる。したがって、背景枠３１，３２を背景として検出対象物Ｏｂを撮影することにより、検出対象物Ｏｂの位置を適切に検出することができる。
【００４５】
２つのカメラ２１，２２を矩形状とされた検出基準面１の２つの隅に離間して配置することは、検出対象物Ｏｂの位置座標を正確に検出するのに有利である。
【００４６】
図７〜図２１は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００４７】
図７および図８は、本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ２は、枠部材３や背景枠３１，３２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態において、枠部材３の内周壁の一部には、凹溝３０および背景枠３１，３２が設けられている。各背景枠３１，３２は、低反射部３０Ａおよび高反射部３０Ｂを有している。
【００４８】
図７に示すように、凹溝３０は、枠部材３の横方向および縦方向（ｘ方向およびｙ方向）に沿って形成されている。低反射部３０Ａは、反射率が比較的低い色調を呈し、たとえば黒色とされている。高反射部３０Ｂは、反射率が比較的高い色調を呈し、たとえば白色とされている。図８に示すように、低反射部３０Ａは、凹溝３０内の底部３０ａに配置されている。高反射部３０Ｂは、凹溝３０の外縁部３０ｂに配置されている。低反射部３０Ａおよび高反射部３０Ｂは、枠部材３の横方向および縦方向に延びており、互いに平行に配置されている。低反射部３０Ａは、検出基準面１に対して高反射部３０Ｂよりも離間した位置にある。
【００４９】
図９に示すように、カメラ２１，２２と背景枠３１，３２との間に検出対象物Ｏｂが位置する場合、カメラ２１，２２の画像には、低反射部３０Ａに対応する黒色の背景および高反射部３０Ｂに対応する白色の背景、ならびにこれらの手前側に見えるように検出対象物Ｏｂが存在する。黒色の背景は、検出対象物Ｏｂを明るい像として浮かび上がらせる一方、白色の背景は、検出対象物Ｏｂを暗い像として浮かび上がらせる。すなわち、黒色の低反射部３０Ａに対応する画像レベルＬｖＡは、全体的に低位となり、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分に極大のピークを持つ分布となる。一方、白色の高反射部３０Ｂに対応する画像レベルＬｖＢは、全体的に高位となり、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分に極小のピークを持つ分布となる。これら極大および極小のピーク位置に基づき、上述した実施形態によるものと同様の演算処理を行うことにより、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を検出することができる。
【００５０】
たとえば、検出対象部Ｏｂが黒いタッチペンの場合、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡでは、ピーク位置を判別しにくくなるが、白色の背景に対応する画像レベルＬｖＢから容易にピーク位置を判別することができる。一方、検出対象部Ｏｂが白いタッチペンの場合、上述した場合とは逆に、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡから容易にピーク位置を判別することができる。これにより、検出対象部Ｏｂの色合いに左右されることなく、検出対象部Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を検出することができる。
【００５１】
また、黒色の低反射部３０Ａは、凹溝３０内に配置されているため、外光や液晶表示パネル１１からの光を受けにくく、不当に光を反射することがない。これにより、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡは、全体的により低位となり、検出対象物Ｏｂに対応するピーク位置がしきい値処理などによって容易に求めやすくなる。したがって、屋外などの強い外光の下で使用される状況にあっても、そのような外光の影響を受けずに検出対象部Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を確実に検出することができる。このことは、外光の強さによる画像レベルの変動を抑えることにも資する。なお、同様の効果を得るべく、上述した第１実施形態において、背景枠３１，３２を凹溝３０内に配置した構成としてもよい。また、高反射部３０Ｂが、凹溝３０の内部ではなく外縁部３０ｂに配置されていることにより、外光や液晶表示パネル１１からの光によって高反射部３０Ｂが照らされやすい。これにより、高反射部３０Ｂをより高輝度である部位とすることができる。低反射部３０Ａよりも高反射部３０Ｂが液晶表示パネル１１に対して近いことにより、液晶表示パネル１１からの光によって高反射部３０Ｂがより明るく照らされる。また、低反射部３０Ａが照らされてしまうことを回避することが可能である。
【００５２】
図１０は、本発明の第３実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ３は、背景枠３１，３２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態の背景枠３１，３２には、基準マーク群３５，３６が設けられている。
【００５３】
基準マーク群３５は、複数の基準マーク３５１によって構成されており、背景枠３１に設けられている。複数の基準マーク３５１は、背景枠３１に沿って間隔をおいて配置されている。複数の基準マーク３５１の間隔は、カメラ２１から各基準マーク３５１に向かう方位が等角度となるように設定されている。基準マーク群３６は、複数の基準マーク３６１によって構成されており、背景枠３２に設けられている。複数の基準マーク３６１は、背景枠３２に沿って間隔をおいて配置されている。複数の基準マーク３６１の間隔は、カメラ２２から各基準マーク３６１に向かう方位が等角度となるように設定されている。背景枠３１，３２が共有されている部分においては、基準マーク群３５，３６の該当部分が検出基準面１の法線方向において重ねて配置されている。本実施形態においては、複数の基準マーク３５１，３６１は、いずれも白色とされている。
【００５４】
同図にはカメラ２１の２つの画像レベルＬｖを示している。上段の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが近接していない状態である。この画像レベルＬｖには、複数の基準マーク３５１に相当する複数のピークＬｖ１が分布している。この複数のピークＬｖ１は、等しい方位角度ごとに位置している。位置検出装置Ａ３を組み立てた後には、複数のピークＬｖ１を用いた補正を行ってもよい。具体的には、カメラ２１，２２の画像において、複数のピークＬｖ１が映っている位置が所定の方位角度ごとであると演算部６に記憶させておく。このような処理を行っておくことにより、たとえばカメラ２１，２２のレンズが不可避的な歪を有する場合であっても、検出対象物Ｏｂの方位を正確に得ることができる。
【００５５】
下段の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが近接している状態である。この場合、検出対象物Ｏｂの像があるピークＬｖと重なる。これにより、画像レベルＬｖには、複数のピークＬｖに加えて、高原状のピークＬｖ２が含まれることとなる。このピークＬｖ２は、複数のピークＬｖ１と容易に区別することが可能である。したがって、検出対象物Ｏｂの方位を適切に得ることができる。
【００５６】
図１１は、本発明の第４実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ３は、４つのカメラ２１，２２，２３，２４を備える点が、上述した実施形態と異なっている。カメラ２１，２２，２３，２４は、検出基準面１の四隅に配置されている。カメラ２３，２４は、本発明で言う第３および第４の撮像手段に相当する。
【００５７】
同図によく表れているように、カメラ２１，２２，２３，２４の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２，Ｆｖ３，Ｆｖ４は、それぞれ検出基準面１のおよそ半分の直角三角形領域をカバーしており、背景枠３１，３２，３３，３４が映っている。互いに対向配置されたカメラ２１，２３の視野Ｆｖ１と視野Ｆｖ３は、互いに検出基準面１の反対側をカバーしている。同様に互いに対向配置されたカメラ２２，２４の視野Ｆｖ２と視野Ｆｖ４とは、検出基準面１の反対側をカバーしている。これにより、検出基準面１は、視野Ｆｖ１，Ｆｖ２が重なる領域、視野Ｆｖ２，Ｆｖ３が重なる領域、視野Ｆｖ３，Ｆｖ４が重なる領域、視野Ｆｖ４，Ｆｖ１が重なる領域、の４つの二等辺三角形領域に区画されている。演算部６は、４つの二等辺三角形領域ごとに、検出対象物Ｏｂの位置検出演算を独立して行う。
【００５８】
このような構成により、複数の検出対象物Ｏｂが検出基準面１に近接した場合に、上記各二等辺三角形領域に含まれる検出対象物Ｏｂが１つまでであれば、最大４つの検出対象物Ｏｂの位置座標を同時に検出することができる。
【００５９】
図１２は、本発明の第５実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ４は、３つのカメラ２１，２２，２３を備えており、演算部６における演算処理が上述した位置検出装置と異なっている。
【００６０】
本実施形態においては、３つのカメラ２１，２２，２３が検出基準面の３つの隅に配置されている。カメラ２１，２２，２３の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２，Ｆｖ３は、それぞれが検出基準面１のほぼ全面をカバーしており、互いに重なり合っている。背景枠３１は、カメラ２１の視野Ｆｖ１の背景となるように、矩形状である検出基準面１の四辺のうち図中右方と下方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３２は、カメラ２２の視野Ｆｖ２の背景となるように、検出基準面１の四辺のうち、図中下方と左方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３１，３２のうち検出基準面１の図中下方の辺に相当する位置に設けられた部分どうしは、互いに共通である。背景枠３３は、カメラ２３の視野Ｆｖ３の背景となるように、検出基準面１の四辺のうち、図中左方と上方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３２，３３のうち検出基準面１の図中左方の辺に相当する位置に設けられた部分どうしは、互いに共通である。
【００６１】
本実施形態における演算部６の演算処理を以下に説明する。検出基準面１に２つの検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２が近接している。カメラ２１，２２のみを用いた演算処理のみでは、実体がある検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２だけでなく、虚像の検出対象物Ｏｂ１’，Ｏｂ２’が生じてしまう。ここで、カメラ２３の方位情報を加味することにより、検出対象物Ｏｂ１’，Ｏｂ２’が虚像であると容易に判断することが可能である。このカメラ２１，２２，２３を用いた位置検出は、検出基準面１のいずれの位置に２つの検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２が近接しても演算可能である。
【００６２】
図１３および図１４は、本発明の第６実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ６は、光学手段５１，５２を備える点が上述した実施形態と異なっている。
【００６３】
本実施形態においては、カメラ２１，２２は、液晶表示パネル１１に対して検出基準面１が配置された表側とは反対側の裏側に配置されている。カメラ２１，２２それぞれの表側には、背景枠３１，３２が配置されている。光学手段５１は、カメラ２１に正対する位置に配置されており、光学手段５２は、カメラ２２に正対する位置に配置されている。
【００６４】
図１４に示すように、光学手段５１は、表側反射部５１ａおよび裏側反射部５１ｂによって構成されている。表側反射部５１ａは、背景枠３１から互いに平行に進行してきた光を、カメラ２１に集光可能な凹面鏡とされている。表側反射部５１ａによって表側から裏側に向かって反射された光は、裏側反射部５１ｂによってカメラ２１へと向けられる。光学手段５２も光学手段５１と同様に、表側反射部５２ａおよび裏側反射部５２ｂを備えており、同様の構成とされている。
【００６５】
このような構成によれば、カメラ２１，２２を検出基準面１、さらには液晶表示パネル１１の裏側に配置することが可能である。これにより、検出基準面１の表側には、枠部材３と表側反射部５１ａ，５１ｂの一部ずつとが存在するだけである。したがって、位置検出装置Ａ６の見栄えをすっきりとすることができる。
【００６６】
また、カメラ２１，２２には、検出基準面１に沿って平行に進行してきた光が入射する。このため、カメラ２１，２２（あるいは背景枠３１，３２）に対する検出対象物Ｏｂの遠近によって位置精度がばらつきにくい。したがって、検出対象物Ｏｂの位置検出精度を高めることができる。
【００６７】
図１５は、本発明の第７実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ７は、本発明で言う第１および第２の背景体として発光ユニット４１，４２を備える点が、上述した各実施形態と異なっている。
【００６８】
発光ユニット４１，４２は、検出基準面１を囲むように配置されており、発光ユニット４１が視野Ｆｖ１内に、発光ユニット４２が視野Ｆｖ２内にそれぞれ配置されている。中央に位置する発光ユニット４１，４２は互いに共有されている。発光ユニット４１，４２は、それぞれＬＥＤ光源部４１ａ，４２ａと導光体４１ｂ，４２ｂとを具備している。
【００６９】
図１６は、発光ユニット４１の要部拡大図である。ＬＥＤ光源部４１ａは、発光ユニット４１の光源であるＬＥＤチップが内蔵されており、導光体４１ｂの端部に隣接して配置されている。ＬＥＤ光源部４１ａは、たとえば白色光を発する。
【００７０】
導光体４１ｂは、たとえば透明なアクリル樹脂からなる細長状体であり、入射部４１１、反射部４１２、および出射部４１３を有している。入射部４１１は、導光体４１ｂの一端面であり、ＬＥＤ光源部４１ａからの光が入射する。反射部４１２は、導光体４１ｂの長手方向に沿って配置された複数の凹部からなり、入射部４１１から導光体４１ｂの長手方向に進行してきた光を導光体４１ｂの幅方向に向けて反射する。反射部４１２によって反射された光は、出射部４１３から出射される。これにより、発光ユニット４１は、図１５に示すように検出基準面１に沿って広がる線状光を出射する。発光ユニット４２も、同様の構成により線状光を発する。
【００７１】
このような実施形態によれば、検出基準面１に近接した検出対象物Ｏｂが発光ユニット４１，４２からの光を遮ることとなる。このため、カメラ２１，２２の画像には、明るい背景に検出対象物Ｏｂの像が暗い部分として写る。したがって、このような構成によっても検出対象物Ｏｂの位置座標を適切に検出することができる。本実施形態から理解されるように、本発明で言う第１および第２の背景体は、黒色などのものに限定されず、自らが発光することにより検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる構成であってもよい。
【００７２】
図１７は、本発明の第８実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ８は、上述した実施形態Ａ７の発光ユニット４１，４４とは異なる構成とされた発光ユニット４３，４４を備えている。発光ユニット４３，４４は、それぞれ有機ＥＬ発光部を備えており、検出基準面１に沿った線状光を発する。
【００７３】
このような実施形態によっても、カメラ２１，２２の画像には、明るい背景に検出対象物Ｏｂの像が暗い部分として写る。したがって、検出対象物Ｏｂの位置座標を適切に検出することができる。
【００７４】
図１８〜図２１は、本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置およびこれを用いた携帯型電話機を示している。本実施形態の携帯型電話機Ｂは、ケース７１，７１’、液晶表示パネル７２、操作ボタン７３を備えており、位置検出装置Ａ９が組み込まれている。なお、図２０、図２１においては、理解の便宜上ケース７１’を省略している。
【００７５】
ケース７１，７１’は、たとえば樹脂からなり互いにスライドさせることが可能とされている。図１８および図１９は、ケース７１からケース７１’を引き出した状態を示している。ケース７１は、液晶表示パネル７２を収容している。液晶表示パネル７２には、携帯型電話機Ｂの動作状態を示す画像や操作のためのアイコンが表示される。ケース７１’には、操作ボタン７３が設けられている。また、ケース７１’（もしくはケース７１）には、図示しない演算部が収容されている。
【００７６】
図２０は、カメラ２１，２２がカメラ姿勢をとっている状態を示している。この状態においては、カメラ２１，２２は互いに反対方向を向いている。そして、図１８および図１９に示すように、ケース７１の液晶表示パネル７２が露出している側には、カメラ２２のレンズが露出しており、ケース７１の反対側にはカメラ２１のレンズが露出している。カメラ２１は、通常の風景画像の撮影に用いられ、カメラ２２はたとえば使用者の顔を撮影するために用いられる。
【００７７】
カメラ２１，２２には、ギヤ７５ａ，７５ｂが取り付けられている。ギヤ７５ａ，７５ｂは、ギヤ７５ｃと噛み合っている。ギヤ７５ｃにはレバー７４が取り付けられている。図１８に示すようにレバー７４を右に位置させるとカメラ２１，２２がカメラ姿勢をとる。一方、レバー７４を左に位置させると、カメラ２１，２２が検出姿勢をとる。
【００７８】
図２１は、カメラ２１，２２が検出姿勢をとった状態を示している。本図に示すように、カメラ２１，２２の正面には、反射部５３，５４が配置されている。液晶表示パネル７２の表面が検出基準面１となっており、この検出基準面１を囲むように枠部材３が設けられている。反射部５３は、背景枠３１から進行してきた光をカメラ２１へと集光する凹面鏡である。反射部５４は、背景枠３２から進行してきた光をカメラ２２へと集光する凹面鏡である。これにより、カメラ２１の視野Ｆｖ１とカメラ２２の視野Ｆｖ２とが、互いに重なるように検出基準面１のほぼ全域をカバーしている。反射部５３，５４は、本発明で言う第１および第２の反射手段に相当する。
【００７９】
このような構成によれば、カメラ２１，２２にカメラ姿勢をとらせることにより、風景と使用者の顔とを携帯型電話機Ｂによって撮影可能である一方、カメラ２１，２２に検出姿勢をとらせることにより、検出基準面１に近接する使用者の指などの検出対象物Ｏｂの位置座標を検出することができる。
【００８０】
ギヤ７５ａ，７５ｂ，７５ｃを介してレバー７４とカメラ２１，２２とを連結することにより、レバー７４の動作のみによって、カメラ２１，２２のカメラ姿勢と検出姿勢とを容易に切り替えることが可能である。凹面鏡とされた反射部５３，５４を備えることにより、互いに近接して設けられたカメラ２１，２２の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２を、互いに異なる方向から検出基準面１に近接する検出対象物Ｏｂを捉えうる構成とすることができる。
【００８１】
本発明に係る位置検出装置および携帯型電話機は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る位置検出装置および携帯型電話機の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００８２】
第１ないし第４の撮像手段としては、２次元撮像素子を備えたもの以外に、複数の受光素子が１次元に配置されたものであってもよい。本発明で言う背景体としては、黒色のものに限定されず、検出対象物との明暗差を適切に生じうるものであればよい。
【００８３】
本発明に係る位置検出装置の用途は、上述した実施形態に限定されず、ＡＴＭ、券売機、ゲーム機、計測機器、ＯＡ機器、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータなど、主に画像表示面に対する指示をタッチ操作によって行うことを意図された機器が挙げられる。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ１〜Ａ９ 位置検出装置
Ｆｖ１〜Ｆｖ４ 視野
Ｏｂ 検出対象物
Ｂ 携帯型電話機
１ 検出基準面
１１ 液晶表示パネル
２１ カメラ（第１の撮像手段）
２２ カメラ（第２の撮像手段）
２３ カメラ（第３の撮像手段）
２４ カメラ（第４の撮像手段）
２５ レンズ
２６ フィルタ
２７ 遮光板
２７ａ スリット
３ 枠部材
３１ 背景枠（第１の背景体）
３２ 背景枠（第２の背景体）
３３ 背景枠（第３の背景体）
３４ 背景枠（第４の背景体）
３５，３６ 基準マーク群
３５１，３６１ 基準マーク
４１，４２，４３，４４ 発光ユニット（背景体）
４１ａ，４２ａ ＬＥＤ光源部
４１ｂ，４２ｂ 導光体
４１１ 入射部
４１２ 反射部
４１３ 出射部
５１ （第１の）光学手段
５２ （第２の）光学手段
５１ａ，５２ａ 表側反射部
５１ｂ，５２ｂ 裏側反射部
５３ 反射部（第１の反射手段）
５４ 反射部（第２の反射手段）
６ 演算部（演算手段）
７１ ケース
７２ 液晶表示パネル
７３ 操作ボタン
７４ レバー
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ ギヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるタッチパネルとして用いられる位置検出装置およびこれを備えた携帯型電話機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２２は、従来の位置検出装置の一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された位置検出装置Ｘは、たとえば液晶表示パネルの表面である検出基準面９１に近接する指などの検出対象物Ｏｂの位置を検出する。位置検出装置Ｘには、２つの光学ユニット９２Ａ，９２Ｂおよび反射枠９３が備えられている。図２３に示すように、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂは、発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６を備えている。発光部９４からの光は、ハーフミラー９６によって反射されることにより、検出基準面９１のごく近傍を検出基準面９１に沿って進行する。図２２に示すように、検出基準面９１に沿って進行した光は、反射枠９３によって反射される。反射枠９３は、いわゆる再帰反射材によって構成されており、入射してきた方向に光を反射する機能を有する。反射枠９３によって反射された光は、図２３に示すようにハーフミラー９６を透して受光部９５に受光される。受光部９５は、たとえばフォトセンサを備えている。検出基準面９１に検出対象物Ｏｂが近接すると、光が遮られる。このため、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂの像には、検出対象物Ｏｂの陰が映る。これにより、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂそれぞれから検出対象物Ｏｂへの方位が得られ、これらの方位から検出基準面９１における検出対象物Ｏｂの２次元座標を算出することができる。
【０００３】
しかしながら、検出対象物Ｏｂの位置を適切に検出するには、光学ユニット９２Ａ，９２Ｂにおいて、発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６の位置あわせを正確に行うことが不可欠である。発光部９４、受光部９５、およびハーフミラー９６の位置に不当なずれがあると、発光部９４から出射された光は、再帰反射材からなる反射枠９３によって反射されても受光部９５に正確に受光されないからである。この位置あわせを行うことに起因して、製造工程の煩雑化やコストの増大が招来されるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、構造の複雑化を回避しつつ、適切な位置検出が可能な位置検出装置およびこれを用いた携帯型電話機を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される位置検出装置は、検出基準面と、上記検出基準面に近接する検出対象物を互いに異なる方向から撮像する第１および第２の撮像手段と、上記第１および第２の撮像手段の画像から、上記検出基準面に対する上記検出対象物の近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置であって、上記第１の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第１の背景体と、上記第２の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第２の背景体と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、黒色である。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体が内部に配置され、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体のそれぞれは、相対的に反射率が低い低反射部と反射率が高い高反射部とを有し、上記低反射部および高反射部のそれぞれは、上記検出基準面が広がる方向に延びている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部が内部に配置され、かつ上記高反射部が外縁部に配置されており、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部は、上記検出基準面に対して上記高反射部よりも離間した位置に配置されている。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記低反射部は、黒色であり、上記高反射部は、白色である。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体には、上記検出基準面が広がる方向に配列されており、背景色と異なる色とされた基準マーク群が設けられている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、互いの一部ずつが共通した共通部を有しており、上記共通部にある上記第１の背景体の上記基準マーク群と上記第２の背景体の上記基準マーク群とは、上記検出基準面の法線方向に重ねて配置されている。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークのうち互いに隣り合うものどうしが、上記検出対象物の像によって繋げられた部分を特定することにより、上記検出対象物の位置を演算する。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークを用いて、上記画像上の位置と上記検出基準面における位置との補正を行う。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、発光する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、ＬＥＤと、全体が細長状であり、上記ＬＥＤからの光が入射する入射部、この入射部から長手方向に進行してきた光を長手方向と垂直である方向に反射する反射部、およびこの反射部によって反射された光を上記検出基準面に沿って進行する線状光として出射する出射部を有する導光体と、を具備する。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の背景体は、有機ＥＬ発光部を有する。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出基準面は、矩形状であり、上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面の四隅のいずれかに配置されている。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第３の撮像手段と、上記第３の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第３の背景体と、をさらに備える。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１ないし第３の撮像手段の視野は互いに重なっている。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１ないし第３の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第４の撮像手段と、上記第４の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第４の背景体と、をさらに備えており、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、かつ上記第２および第４の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっており、かつ上記第２および第４の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっている。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面に対して上記検出対象物が存在する表側とは反対側の裏側に配置されており、上記第１および第２の背景体の像を、上記第１および第２の撮像手段の視野に写り込ませる第１および第２の光学手段をさらに備える。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の光学手段は、上記検出基準面に対して上記表側に位置する表側反射部と、上記検出基準面に対して上記裏側に位置する裏側反射部とを有する。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記表側反射部は、上記検出基準面に対して上記表側の空間を平行に進行してきた光を、上記裏側反射部を介して上記第１および第２の撮像手段に集光する凹面鏡である。
【００２７】
本発明の第２の側面によって提供される携帯型電話機は、本発明の第１の側面によって提供される上記位置検出装置と、上記検出基準面としての画像表示面と、を備え、上記第１および第２の撮像手段は、２次元撮像素子を具備しており、上記第１の撮像手段は上記画像表示面の法線方向表側方向を向くカメラ姿勢と、上記第１の背景体を撮像可能な検出姿勢とをとり、上記第２の撮像手段は上記画像表示面の法線方向裏側方向を向くカメラ姿勢と、上記第２背景体を撮像可能な検出姿勢とをとる、ことを特徴としている。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第１の撮像手段の視野に上記第１の背景体を写り込ませる第１の反射手段と、上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第２の撮像手段の視野に上記第２の背景体を写り込ませる第２の反射手段と、をさらに備える。
【００２９】
このような構成によれば、たとえば図２２，２３に示した例に備えられていた発光部９４やハーフミラー９６を備える必要がない。上記第１および第２の撮影手段の配置に際しては、上記第１および第２の背景体が映りこむ程度に位置あわせすれば十分である。このため、上記位置検出装置の製造において煩わしい光学的な位置決め作業をほとんど排除することが可能であり、上記位置検出装置の製造コストを削減することができる。
【００３０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における撮像手段を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置の撮像手段および背景体と画像レベルとを示す概念図である。
【図５】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における座標演算を説明するための平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置における撮像手段のレンズの一例を示す正面図および断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置の撮像手段および背景体と画像レベルとを示す概念図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１３】本発明の第６実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１６】本発明の第７実施形態に用いられる発光ユニットを示す要部断面図である。
【図１７】本発明の第８実施形態に基づく位置検出装置を示す概略平面図である。
【図１８】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を備えた携帯型電話機の一例を示す正面図である。
【図１９】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を備えた携帯型電話機の一例を示す背面図である。
【図２０】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置を示す斜視図である。
【図２２】従来の位置検出装置の一例を示す概略平面図である。
【図２３】従来の位置検出装置の一例に用いられる光学ユニットを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図１および図２は、本発明の第１実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ１は、たとえば液晶表示パネル１１を備えた画像表示装置に備えられており、検出基準面１、カメラ２１，２２、枠部材３、および演算部６を備えている。図１においては、演算部６を省略している。
【００３４】
検出基準面１は、本実施形態においては、画像を表示するための液晶表示パネル１１の表面である。液晶表示パネル１１に表示された画像の内容に応じて、使用者は指で画像のアイコンなどを触れる動作を行うことにより、様々な操作を行う。使用者の指が、位置検出される検出対象物Ｏｂとなっている。本実施形態の検出基準面１は、矩形状である。
【００３５】
カメラ２１，２２は、２次元撮像素子を備えており、たとえばＶＧＡサイズの２次元画像を撮像可能である。カメラ２１，２２は、検出基準面１の二つの隅に離間して配置されている。図２に示すように、カメラ２１，２２の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２は、画角が９０度程度であり、それぞれが検出基準面１のほとんどをカバーしている。カメラ２１，２２は、本発明で言う第１および第２の撮像手段に相当する。
【００３６】
図６は、カメラ２１，２２のレンズ構成の一例を示している。この例においては、カメラ２１，２２のレンズ２５にフィルタ２６が設けられている。フィルタ２６は、４つのバンドパスフィルタ２６１，２６２，２６３，２６４によって構成されている。バンドパスフィルタ２６１，２６２，２６３，２６４は、順に赤外線Ｌｉｒ、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂのみを選択的に透過するフィルタである。これらのバンドパスフィルタ２６１，６２６，２６３，２６４が、同心円状に配置されている。このようなフィルタ２６を設けることにより、波長が異なる赤外線Ｌｉｒ、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇ、青色光Ｌｂの焦点をほぼ同じ位置とすることが可能である。これは、カメラ２１，２２の画像をより鮮明とするのに適している。なお、本実施形態以降の構成においては、フィルタ２６を設けることが画像の鮮明化に好ましいが、フィルタ２６を備えない構成としてもよい。
【００３７】
図３に示すように、カメラ２１，２２の正面には、スリット２７ａが形成された遮光板２７が設けられている。遮光板２７は、光を遮るたとえば黒色樹脂からなる。スリット２７ａは、検出基準面１１と平行に延びており、カメラ２１，２２の画像に枠部材３以外の不要な部分が映り込むことを防止するためのものである。
【００３８】
枠部材３は、検出基準面１を囲むように設けられている。本実施形態において、枠部材３の内周壁は、黒色とされている。枠部材３の内周壁の一部は、背景枠３１，３２になっている。背景枠３１と背景枠３２とは、それぞれの一部ずつを共有する構成とされている。背景枠３１は、検出基準面１を挟んでカメラ２１とは反対側に配置されており、視野Ｆｖ１内に位置している。背景枠３２は、検出基準面１を挟んでカメラ２２とは反対側に配置されており、視野Ｆｖ２内に位置している。背景枠３１，３２は、本発明で言う第１および第２の背景体に相当する。
【００３９】
演算部６は、カメラ２１，２２が接続されており、カメラ２１，２２の画像データを用いて検出対象物Ｏｂの２次元座標を算出するためのものである。演算部６における座標算出は以下のように行われる。
【００４０】
まず、検出基準面１に検出対象物Ｏｂが近接すると、図４に示すように、カメラ２１，２２と背景枠３１，３２との間に検出対象物Ｏｂが位置することになる。このため、カメラ２１，２２の画像には、背景枠３１，３２が映っている黒色の背景と、これから浮かび上がるように見える検出対象物Ｏｂとが存在する。検出対象物Ｏｂは、外光または液晶表示パネル１１からの光により、黒色の背景枠３１，３２よりも明るい。このため、カメラ２１，２２の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分にピークを持つ分布となる。このピーク位置を算出することにより、図５に示すように、カメラ２１，２２からの検出対象物Ｏｂの方位角α，βが得られる。検出基準面１のｘ方向寸法をｗ、カメラ２１，２２から検出対象物Ｏｂまでの距離をｒ１，ｒ２とすると、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１、ｙ１）は、以下の数式により算出される。演算部６のカメラ２１，２２に対するサンプリング時間を適宜設定することにより、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）をほぼリアルタイムで検出することができる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
次に、位置検出装置Ａ１の作用について説明する。
【００４３】
本実施形態によれば、たとえば図２２，２３に示した例に備えられていた発光部９４やハーフミラー９６を備える必要がない。カメラ２１，２２の配置に際しては、背景枠３１，３２が映りこむ程度に位置あわせすれば十分である。このため、位置検出装置Ａ１の製造において煩わしい光学的な位置決め作業をほとんど排除することが可能であり、位置検出装置Ａ１の製造コストを削減することができる。
【００４４】
黒色の背景枠３１，３２は、検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じさせるのに適している。使用者に対して操作が求められる場合、液晶表示パネル１１には操作を誘導する画像が表示されている。このため、液晶表示パネル１１が検出対象物Ｏｂを照らす照明として機能する。また、検出基準面１がほとんど輝度を発揮しない状態であるにも関わらず使用者に操作が求められる場合は、液晶表示パネル１１以外の外光によってある程度視認できる状態が一般的である。このため、検出対象物Ｏｂは、この外光によって適切に照らされる。したがって、背景枠３１，３２を背景として検出対象物Ｏｂを撮影することにより、検出対象物Ｏｂの位置を適切に検出することができる。
【００４５】
２つのカメラ２１，２２を矩形状とされた検出基準面１の２つの隅に離間して配置することは、検出対象物Ｏｂの位置座標を正確に検出するのに有利である。
【００４６】
図７〜図２１は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００４７】
図７および図８は、本発明の第２実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ２は、枠部材３や背景枠３１，３２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態において、枠部材３の内周壁の一部には、凹溝３０および背景枠３１，３２が設けられている。各背景枠３１，３２は、低反射部３０Ａおよび高反射部３０Ｂを有している。
【００４８】
図７に示すように、凹溝３０は、枠部材３の横方向および縦方向（ｘ方向およびｙ方向）に沿って形成されている。低反射部３０Ａは、反射率が比較的低い色調を呈し、たとえば黒色とされている。高反射部３０Ｂは、反射率が比較的高い色調を呈し、たとえば白色とされている。図８に示すように、低反射部３０Ａは、凹溝３０内の底部３０ａに配置されている。高反射部３０Ｂは、凹溝３０の外縁部３０ｂに配置されている。低反射部３０Ａおよび高反射部３０Ｂは、枠部材３の横方向および縦方向に延びており、互いに平行に配置されている。低反射部３０Ａは、検出基準面１に対して高反射部３０Ｂよりも離間した位置にある。
【００４９】
図９に示すように、カメラ２１，２２と背景枠３１，３２との間に検出対象物Ｏｂが位置する場合、カメラ２１，２２の画像には、低反射部３０Ａに対応する黒色の背景および高反射部３０Ｂに対応する白色の背景、ならびにこれらの手前側に見えるように検出対象物Ｏｂが存在する。黒色の背景は、検出対象物Ｏｂを明るい像として浮かび上がらせる一方、白色の背景は、検出対象物Ｏｂを暗い像として浮かび上がらせる。すなわち、黒色の低反射部３０Ａに対応する画像レベルＬｖＡは、全体的に低位となり、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分に極大のピークを持つ分布となる。一方、白色の高反射部３０Ｂに対応する画像レベルＬｖＢは、全体的に高位となり、検出対象物Ｏｂが存在する方位に相当する画素部分に極小のピークを持つ分布となる。これら極大および極小のピーク位置に基づき、上述した実施形態によるものと同様の演算処理を行うことにより、検出対象物Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を検出することができる。
【００５０】
たとえば、検出対象部Ｏｂが黒いタッチペンの場合、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡでは、ピーク位置を判別しにくくなるが、白色の背景に対応する画像レベルＬｖＢから容易にピーク位置を判別することができる。一方、検出対象部Ｏｂが白いタッチペンの場合、上述した場合とは逆に、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡから容易にピーク位置を判別することができる。これにより、検出対象部Ｏｂの色合いに左右されることなく、検出対象部Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を検出することができる。
【００５１】
また、黒色の低反射部３０Ａは、凹溝３０内に配置されているため、外光や液晶表示パネル１１からの光を受けにくく、不当に光を反射することがない。これにより、黒色の背景に対応する画像レベルＬｖＡは、全体的により低位となり、検出対象物Ｏｂに対応するピーク位置がしきい値処理などによって容易に求めやすくなる。したがって、屋外などの強い外光の下で使用される状況にあっても、そのような外光の影響を受けずに検出対象部Ｏｂの位置座標（ｘ１，ｙ１）を確実に検出することができる。このことは、外光の強さによる画像レベルの変動を抑えることにも資する。なお、同様の効果を得るべく、上述した第１実施形態において、背景枠３１，３２を凹溝３０内に配置した構成としてもよい。また、高反射部３０Ｂが、凹溝３０の内部ではなく外縁部３０ｂに配置されていることにより、外光や液晶表示パネル１１からの光によって高反射部３０Ｂが照らされやすい。これにより、高反射部３０Ｂをより高輝度である部位とすることができる。低反射部３０Ａよりも高反射部３０Ｂが液晶表示パネル１１に対して近いことにより、液晶表示パネル１１からの光によって高反射部３０Ｂがより明るく照らされる。また、低反射部３０Ａが照らされてしまうことを回避することが可能である。
【００５２】
図１０は、本発明の第３実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ３は、背景枠３１，３２の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態の背景枠３１，３２には、基準マーク群３５，３６が設けられている。
【００５３】
基準マーク群３５は、複数の基準マーク３５１によって構成されており、背景枠３１に設けられている。複数の基準マーク３５１は、背景枠３１に沿って間隔をおいて配置されている。複数の基準マーク３５１の間隔は、カメラ２１から各基準マーク３５１に向かう方位が等角度となるように設定されている。基準マーク群３６は、複数の基準マーク３６１によって構成されており、背景枠３２に設けられている。複数の基準マーク３６１は、背景枠３２に沿って間隔をおいて配置されている。複数の基準マーク３６１の間隔は、カメラ２２から各基準マーク３６１に向かう方位が等角度となるように設定されている。背景枠３１，３２が共有されている部分においては、基準マーク群３５，３６の該当部分が検出基準面１の法線方向において重ねて配置されている。本実施形態においては、複数の基準マーク３５１，３６１は、いずれも白色とされている。
【００５４】
同図にはカメラ２１の２つの画像レベルＬｖを示している。上段の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが近接していない状態である。この画像レベルＬｖには、複数の基準マーク３５１に相当する複数のピークＬｖ１が分布している。この複数のピークＬｖ１は、等しい方位角度ごとに位置している。位置検出装置Ａ３を組み立てた後には、複数のピークＬｖ１を用いた補正を行ってもよい。具体的には、カメラ２１，２２の画像において、複数のピークＬｖ１が映っている位置が所定の方位角度ごとであると演算部６に記憶させておく。このような処理を行っておくことにより、たとえばカメラ２１，２２のレンズが不可避的な歪を有する場合であっても、検出対象物Ｏｂの方位を正確に得ることができる。
【００５５】
下段の画像レベルＬｖは、検出対象物Ｏｂが近接している状態である。この場合、検出対象物Ｏｂの像があるピークＬｖと重なる。これにより、画像レベルＬｖには、複数のピークＬｖに加えて、高原状のピークＬｖ２が含まれることとなる。このピークＬｖ２は、複数のピークＬｖ１と容易に区別することが可能である。したがって、検出対象物Ｏｂの方位を適切に得ることができる。
【００５６】
図１１は、本発明の第４実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ３は、４つのカメラ２１，２２，２３，２４を備える点が、上述した実施形態と異なっている。カメラ２１，２２，２３，２４は、検出基準面１の四隅に配置されている。カメラ２３，２４は、本発明で言う第３および第４の撮像手段に相当する。
【００５７】
同図によく表れているように、カメラ２１，２２，２３，２４の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２，Ｆｖ３，Ｆｖ４は、それぞれ検出基準面１のおよそ半分の直角三角形領域をカバーしており、背景枠３１，３２，３３，３４が映っている。互いに対向配置されたカメラ２１，２３の視野Ｆｖ１と視野Ｆｖ３は、互いに検出基準面１の反対側をカバーしている。同様に互いに対向配置されたカメラ２２，２４の視野Ｆｖ２と視野Ｆｖ４とは、検出基準面１の反対側をカバーしている。これにより、検出基準面１は、視野Ｆｖ１，Ｆｖ２が重なる領域、視野Ｆｖ２，Ｆｖ３が重なる領域、視野Ｆｖ３，Ｆｖ４が重なる領域、視野Ｆｖ４，Ｆｖ１が重なる領域、の４つの二等辺三角形領域に区画されている。演算部６は、４つの二等辺三角形領域ごとに、検出対象物Ｏｂの位置検出演算を独立して行う。
【００５８】
このような構成により、複数の検出対象物Ｏｂが検出基準面１に近接した場合に、上記各二等辺三角形領域に含まれる検出対象物Ｏｂが１つまでであれば、最大４つの検出対象物Ｏｂの位置座標を同時に検出することができる。
【００５９】
図１２は、本発明の第５実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ４は、３つのカメラ２１，２２，２３を備えており、演算部６における演算処理が上述した位置検出装置と異なっている。
【００６０】
本実施形態においては、３つのカメラ２１，２２，２３が検出基準面の３つの隅に配置されている。カメラ２１，２２，２３の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２，Ｆｖ３は、それぞれが検出基準面１のほぼ全面をカバーしており、互いに重なり合っている。背景枠３１は、カメラ２１の視野Ｆｖ１の背景となるように、矩形状である検出基準面１の四辺のうち図中右方と下方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３２は、カメラ２２の視野Ｆｖ２の背景となるように、検出基準面１の四辺のうち、図中下方と左方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３１，３２のうち検出基準面１の図中下方の辺に相当する位置に設けられた部分どうしは、互いに共通である。背景枠３３は、カメラ２３の視野Ｆｖ３の背景となるように、検出基準面１の四辺のうち、図中左方と上方の辺に相当する位置に設けられている。背景枠３２，３３のうち検出基準面１の図中左方の辺に相当する位置に設けられた部分どうしは、互いに共通である。
【００６１】
本実施形態における演算部６の演算処理を以下に説明する。検出基準面１に２つの検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２が近接している。カメラ２１，２２のみを用いた演算処理のみでは、実体がある検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２だけでなく、虚像の検出対象物Ｏｂ１’，Ｏｂ２’が生じてしまう。ここで、カメラ２３の方位情報を加味することにより、検出対象物Ｏｂ１’，Ｏｂ２’が虚像であると容易に判断することが可能である。このカメラ２１，２２，２３を用いた位置検出は、検出基準面１のいずれの位置に２つの検出対象物Ｏｂ１，Ｏｂ２が近接しても演算可能である。
【００６２】
図１３および図１４は、本発明の第６実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ６は、光学手段５１，５２を備える点が上述した実施形態と異なっている。
【００６３】
本実施形態においては、カメラ２１，２２は、液晶表示パネル１１に対して検出基準面１が配置された表側とは反対側の裏側に配置されている。カメラ２１，２２それぞれの表側には、背景枠３１，３２が配置されている。光学手段５１は、カメラ２１に正対する位置に配置されており、光学手段５２は、カメラ２２に正対する位置に配置されている。
【００６４】
図１４に示すように、光学手段５１は、表側反射部５１ａおよび裏側反射部５１ｂによって構成されている。表側反射部５１ａは、背景枠３１から互いに平行に進行してきた光を、カメラ２１に集光可能な凹面鏡とされている。表側反射部５１ａによって表側から裏側に向かって反射された光は、裏側反射部５１ｂによってカメラ２１へと向けられる。光学手段５２も光学手段５１と同様に、表側反射部５２ａおよび裏側反射部５２ｂを備えており、同様の構成とされている。
【００６５】
このような構成によれば、カメラ２１，２２を検出基準面１、さらには液晶表示パネル１１の裏側に配置することが可能である。これにより、検出基準面１の表側には、枠部材３と表側反射部５１ａ，５１ｂの一部ずつとが存在するだけである。したがって、位置検出装置Ａ６の見栄えをすっきりとすることができる。
【００６６】
また、カメラ２１，２２には、検出基準面１に沿って平行に進行してきた光が入射する。このため、カメラ２１，２２（あるいは背景枠３１，３２）に対する検出対象物Ｏｂの遠近によって位置精度がばらつきにくい。したがって、検出対象物Ｏｂの位置検出精度を高めることができる。
【００６７】
図１５は、本発明の第７実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ７は、本発明で言う第１および第２の背景体として発光ユニット４１，４２を備える点が、上述した各実施形態と異なっている。
【００６８】
発光ユニット４１，４２は、検出基準面１を囲むように配置されており、発光ユニット４１が視野Ｆｖ１内に、発光ユニット４２が視野Ｆｖ２内にそれぞれ配置されている。中央に位置する発光ユニット４１，４２は互いに共有されている。発光ユニット４１，４２は、それぞれＬＥＤ光源部４１ａ，４２ａと導光体４１ｂ，４２ｂとを具備している。
【００６９】
図１６は、発光ユニット４１の要部拡大図である。ＬＥＤ光源部４１ａは、発光ユニット４１の光源であるＬＥＤチップが内蔵されており、導光体４１ｂの端部に隣接して配置されている。ＬＥＤ光源部４１ａは、たとえば白色光を発する。
【００７０】
導光体４１ｂは、たとえば透明なアクリル樹脂からなる細長状体であり、入射部４１１、反射部４１２、および出射部４１３を有している。入射部４１１は、導光体４１ｂの一端面であり、ＬＥＤ光源部４１ａからの光が入射する。反射部４１２は、導光体４１ｂの長手方向に沿って配置された複数の凹部からなり、入射部４１１から導光体４１ｂの長手方向に進行してきた光を導光体４１ｂの幅方向に向けて反射する。反射部４１２によって反射された光は、出射部４１３から出射される。これにより、発光ユニット４１は、図１５に示すように検出基準面１に沿って広がる線状光を出射する。発光ユニット４２も、同様の構成により線状光を発する。
【００７１】
このような実施形態によれば、検出基準面１に近接した検出対象物Ｏｂが発光ユニット４１，４２からの光を遮ることとなる。このため、カメラ２１，２２の画像には、明るい背景に検出対象物Ｏｂの像が暗い部分として写る。したがって、このような構成によっても検出対象物Ｏｂの位置座標を適切に検出することができる。本実施形態から理解されるように、本発明で言う第１および第２の背景体は、黒色などのものに限定されず、自らが発光することにより検出対象物Ｏｂとの明暗差を生じうる構成であってもよい。
【００７２】
図１７は、本発明の第８実施形態に基づく位置検出装置を示している。本実施形態の位置検出装置Ａ８は、上述した実施形態Ａ７の発光ユニット４１，４４とは異なる構成とされた発光ユニット４３，４４を備えている。発光ユニット４３，４４は、それぞれ有機ＥＬ発光部を備えており、検出基準面１に沿った線状光を発する。
【００７３】
このような実施形態によっても、カメラ２１，２２の画像には、明るい背景に検出対象物Ｏｂの像が暗い部分として写る。したがって、検出対象物Ｏｂの位置座標を適切に検出することができる。
【００７４】
図１８〜図２１は、本発明の第９実施形態に基づく位置検出装置およびこれを用いた携帯型電話機を示している。本実施形態の携帯型電話機Ｂは、ケース７１，７１’、液晶表示パネル７２、操作ボタン７３を備えており、位置検出装置Ａ９が組み込まれている。なお、図２０、図２１においては、理解の便宜上ケース７１’を省略している。
【００７５】
ケース７１，７１’は、たとえば樹脂からなり互いにスライドさせることが可能とされている。図１８および図１９は、ケース７１からケース７１’を引き出した状態を示している。ケース７１は、液晶表示パネル７２を収容している。液晶表示パネル７２には、携帯型電話機Ｂの動作状態を示す画像や操作のためのアイコンが表示される。ケース７１’には、操作ボタン７３が設けられている。また、ケース７１’（もしくはケース７１）には、図示しない演算部が収容されている。
【００７６】
図２０は、カメラ２１，２２がカメラ姿勢をとっている状態を示している。この状態においては、カメラ２１，２２は互いに反対方向を向いている。そして、図１８および図１９に示すように、ケース７１の液晶表示パネル７２が露出している側には、カメラ２２のレンズが露出しており、ケース７１の反対側にはカメラ２１のレンズが露出している。カメラ２１は、通常の風景画像の撮影に用いられ、カメラ２２はたとえば使用者の顔を撮影するために用いられる。
【００７７】
カメラ２１，２２には、ギヤ７５ａ，７５ｂが取り付けられている。ギヤ７５ａ，７５ｂは、ギヤ７５ｃと噛み合っている。ギヤ７５ｃにはレバー７４が取り付けられている。図１８に示すようにレバー７４を右に位置させるとカメラ２１，２２がカメラ姿勢をとる。一方、レバー７４を左に位置させると、カメラ２１，２２が検出姿勢をとる。
【００７８】
図２１は、カメラ２１，２２が検出姿勢をとった状態を示している。本図に示すように、カメラ２１，２２の正面には、反射部５３，５４が配置されている。液晶表示パネル７２の表面が検出基準面１となっており、この検出基準面１を囲むように枠部材３が設けられている。反射部５３は、背景枠３１から進行してきた光をカメラ２１へと集光する凹面鏡である。反射部５４は、背景枠３２から進行してきた光をカメラ２２へと集光する凹面鏡である。これにより、カメラ２１の視野Ｆｖ１とカメラ２２の視野Ｆｖ２とが、互いに重なるように検出基準面１のほぼ全域をカバーしている。反射部５３，５４は、本発明で言う第１および第２の反射手段に相当する。
【００７９】
このような構成によれば、カメラ２１，２２にカメラ姿勢をとらせることにより、風景と使用者の顔とを携帯型電話機Ｂによって撮影可能である一方、カメラ２１，２２に検出姿勢をとらせることにより、検出基準面１に近接する使用者の指などの検出対象物Ｏｂの位置座標を検出することができる。
【００８０】
ギヤ７５ａ，７５ｂ，７５ｃを介してレバー７４とカメラ２１，２２とを連結することにより、レバー７４の動作のみによって、カメラ２１，２２のカメラ姿勢と検出姿勢とを容易に切り替えることが可能である。凹面鏡とされた反射部５３，５４を備えることにより、互いに近接して設けられたカメラ２１，２２の視野Ｆｖ１，Ｆｖ２を、互いに異なる方向から検出基準面１に近接する検出対象物Ｏｂを捉えうる構成とすることができる。
【００８１】
本発明に係る位置検出装置および携帯型電話機は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る位置検出装置および携帯型電話機の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００８２】
第１ないし第４の撮像手段としては、２次元撮像素子を備えたもの以外に、複数の受光素子が１次元に配置されたものであってもよい。本発明で言う背景体としては、黒色のものに限定されず、検出対象物との明暗差を適切に生じうるものであればよい。
【００８３】
本発明に係る位置検出装置の用途は、上述した実施形態に限定されず、ＡＴＭ、券売機、ゲーム機、計測機器、ＯＡ機器、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータなど、主に画像表示面に対する指示をタッチ操作によって行うことを意図された機器が挙げられる。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ１〜Ａ９ 位置検出装置
Ｆｖ１〜Ｆｖ４ 視野
Ｏｂ 検出対象物
Ｂ 携帯型電話機
１ 検出基準面
１１ 液晶表示パネル
２１ カメラ（第１の撮像手段）
２２ カメラ（第２の撮像手段）
２３ カメラ（第３の撮像手段）
２４ カメラ（第４の撮像手段）
２５ レンズ
２６ フィルタ
２７ 遮光板
２７ａ スリット
３ 枠部材
３１ 背景枠（第１の背景体）
３２ 背景枠（第２の背景体）
３３ 背景枠（第３の背景体）
３４ 背景枠（第４の背景体）
３５，３６ 基準マーク群
３５１，３６１ 基準マーク
４１，４２，４３，４４ 発光ユニット（背景体）
４１ａ，４２ａ ＬＥＤ光源部
４１ｂ，４２ｂ 導光体
４１１ 入射部
４１２ 反射部
４１３ 出射部
５１ （第１の）光学手段
５２ （第２の）光学手段
５１ａ，５２ａ 表側反射部
５１ｂ，５２ｂ 裏側反射部
５３ 反射部（第１の反射手段）
５４ 反射部（第２の反射手段）
６ 演算部（演算手段）
７１ ケース
７２ 液晶表示パネル
７３ 操作ボタン
７４ レバー
７５ａ，７５ｂ，７５ｃ ギヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出基準面と、
上記検出基準面に近接する検出対象物を互いに異なる方向から撮像する第１および第２の撮像手段と、
上記第１および第２の撮像手段の画像から、上記検出基準面に対する上記検出対象物の近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置であって、
上記第１の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第１の背景体と、
上記第２の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第２の背景体と、
を備えることを特徴とする、位置検出装置。
【請求項２】
上記第１および第２の背景体は、黒色である、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
上記第１および第２の背景体が内部に配置され、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている、請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
上記第１および第２の背景体のそれぞれは、相対的に反射率が低い低反射部と反射率が高い高反射部とを有し、上記低反射部および高反射部のそれぞれは、上記検出基準面が広がる方向に延びている、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項５】
上記低反射部が内部に配置され、かつ上記高反射部が外縁部に配置されており、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている、請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
上記低反射部は、上記検出基準面に対して上記高反射部よりも離間した位置に配置されている、請求項４または５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
上記低反射部は、黒色であり、上記高反射部は、白色である、請求項４ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項８】
上記第１および第２の背景体には、上記検出基準面が広がる方向に配列されており、背景色と異なる色とされた基準マーク群が設けられている、請求項１ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項９】
上記第１および第２の背景体は、互いの一部ずつが共通した共通部を有しており、
上記共通部にある上記第１の背景体の上記基準マーク群と上記第２の背景体の上記基準マーク群とは、上記検出基準面の法線方向に重ねて配置されている、請求項８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークのうち互いに隣り合うものどうしが、上記検出対象物の像によって繋げられた部分を特定することにより、上記検出対象物の位置を演算する、請求項８または９に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークを用いて、上記画像上の位置と上記検出基準面における位置との補正を行う、請求項８ないし１０のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１２】
上記第１および第２の背景体は、発光する、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
上記第１および第２の背景体は、ＬＥＤと、全体が細長状であり、上記ＬＥＤからの光が入射する入射部、この入射部から長手方向に進行してきた光を長手方向と垂直である方向に反射する反射部、およびこの反射部によって反射された光を上記検出基準面に沿って進行する線状光として出射する出射部を有する導光体と、を具備する、請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
上記第１および第２の背景体は、有機ＥＬ発光部を有する、請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項１５】
上記検出基準面は、矩形状であり、
上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面の四隅のいずれかに配置されている、請求項１ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１６】
上記第１および第２の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第３の撮像手段と、
上記第３の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第３の背景体と、をさらに備える、請求項１ないし１５のずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１７】
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１ないし第３の撮像手段の視野は互いに重なっている、請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
上記第１ないし第３の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第４の撮像手段と、
上記第４の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第４の背景体と、をさらに備えており、
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、かつ上記第２および第４の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっており、かつ上記第２および第４の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっている、請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１９】
上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面に対して上記検出対象物が存在する表側とは反対側の裏側に配置されており、
上記第１および第２の背景体の像を、上記第１および第２の撮像手段の視野に写り込ませる第１および第２の光学手段をさらに備える、請求項１ないし１５のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項２０】
上記第１および第２の光学手段は、上記検出基準面に対して上記表側に位置する表側反射部と、上記検出基準面に対して上記裏側に位置する裏側反射部とを有する、請求項１９に記載の位置検出装置。
【請求項２１】
上記表側反射部は、上記検出基準面に対して上記表側の空間を平行に進行してきた光を、上記裏側反射部を介して上記第１および第２の撮像手段に集光する凹面鏡である、請求項２０に記載の位置検出装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかに記載の位置検出装置と、
上記検出基準面としての画像表示面と、
を備え、
上記第１および第２の撮像手段は、２次元撮像素子を具備しており、
上記第１の撮像手段は上記画像表示面の法線方向表側方向を向くカメラ姿勢と、上記第１の背景体を撮像可能な検出姿勢とをとり、
上記第２の撮像手段は上記画像表示面の法線方向裏側方向を向くカメラ姿勢と、上記第２背景体を撮像可能な検出姿勢とをとる、
ことを特徴とする、携帯型電話機。
【請求項２３】
上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第１の撮像手段の視野に上記第１の背景体を写り込ませる第１の反射手段と、
上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第２の撮像手段の視野に上記第２の背景体を写り込ませる第２の反射手段と、をさらに備える、請求項２２に記載の携帯型電話機。
【請求項１】
検出基準面と、
上記検出基準面に近接する検出対象物を互いに異なる方向から撮像する第１および第２の撮像手段と、
上記第１および第２の撮像手段の画像から、上記検出基準面に対する上記検出対象物の近接位置を演算する演算手段と、を備えた位置検出装置であって、
上記第１の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第１の背景体と、
上記第２の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第２の背景体と、
を備えることを特徴とする、位置検出装置。
【請求項２】
上記第１および第２の背景体は、黒色である、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
上記第１および第２の背景体が内部に配置され、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている、請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
上記第１および第２の背景体のそれぞれは、相対的に反射率が低い低反射部と反射率が高い高反射部とを有し、上記低反射部および高反射部のそれぞれは、上記検出基準面が広がる方向に延びている、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項５】
上記低反射部が内部に配置され、かつ上記高反射部が外縁部に配置されており、上記検出基準面が広がる方向に延びる凹溝を備えている、請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項６】
上記低反射部は、上記検出基準面に対して上記高反射部よりも離間した位置に配置されている、請求項４または５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
上記低反射部は、黒色であり、上記高反射部は、白色である、請求項４ないし６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項８】
上記第１および第２の背景体には、上記検出基準面が広がる方向に配列されており、背景色と異なる色とされた基準マーク群が設けられている、請求項１ないし７のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項９】
上記第１および第２の背景体は、互いの一部ずつが共通した共通部を有しており、
上記共通部にある上記第１の背景体の上記基準マーク群と上記第２の背景体の上記基準マーク群とは、上記検出基準面の法線方向に重ねて配置されている、請求項８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークのうち互いに隣り合うものどうしが、上記検出対象物の像によって繋げられた部分を特定することにより、上記検出対象物の位置を演算する、請求項８または９に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
上記演算手段は、上記第１および第２の撮像手段の画像において、上記基準マーク群によって生じる複数の明度ピークを用いて、上記画像上の位置と上記検出基準面における位置との補正を行う、請求項８ないし１０のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１２】
上記第１および第２の背景体は、発光する、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
上記第１および第２の背景体は、ＬＥＤと、全体が細長状であり、上記ＬＥＤからの光が入射する入射部、この入射部から長手方向に進行してきた光を長手方向と垂直である方向に反射する反射部、およびこの反射部によって反射された光を上記検出基準面に沿って進行する線状光として出射する出射部を有する導光体と、を具備する、請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
上記第１および第２の背景体は、有機ＥＬ発光部を有する、請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項１５】
上記検出基準面は、矩形状であり、
上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面の四隅のいずれかに配置されている、請求項１ないし１４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１６】
上記第１および第２の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第３の撮像手段と、
上記第３の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第３の背景体と、をさらに備える、請求項１ないし１５のずれかに記載の位置検出装置。
【請求項１７】
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１ないし第３の撮像手段の視野は互いに重なっている、請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
上記第１ないし第３の撮像手段のいずれとも異なる方向から上記検出対象物を撮像する第４の撮像手段と、
上記第４の撮像手段の視野において上記検出基準面よりも離間した位置にあり、上記検出対象物との明暗差を生じうる第４の背景体と、をさらに備えており、
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、かつ上記第２および第４の撮像手段が上記検出基準面を挟んで対向配置されており、
上記検出基準面の法線方向視において、上記第１および第３の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっており、かつ上記第２および第４の撮像手段の視野と上記検出基準面とが重なる領域が互いに異なっている、請求項１６に記載の位置検出装置。
【請求項１９】
上記第１および第２の撮像手段は、上記検出基準面に対して上記検出対象物が存在する表側とは反対側の裏側に配置されており、
上記第１および第２の背景体の像を、上記第１および第２の撮像手段の視野に写り込ませる第１および第２の光学手段をさらに備える、請求項１ないし１５のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項２０】
上記第１および第２の光学手段は、上記検出基準面に対して上記表側に位置する表側反射部と、上記検出基準面に対して上記裏側に位置する裏側反射部とを有する、請求項１９に記載の位置検出装置。
【請求項２１】
上記表側反射部は、上記検出基準面に対して上記表側の空間を平行に進行してきた光を、上記裏側反射部を介して上記第１および第２の撮像手段に集光する凹面鏡である、請求項２０に記載の位置検出装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２１のいずれかに記載の位置検出装置と、
上記検出基準面としての画像表示面と、
を備え、
上記第１および第２の撮像手段は、２次元撮像素子を具備しており、
上記第１の撮像手段は上記画像表示面の法線方向表側方向を向くカメラ姿勢と、上記第１の背景体を撮像可能な検出姿勢とをとり、
上記第２の撮像手段は上記画像表示面の法線方向裏側方向を向くカメラ姿勢と、上記第２背景体を撮像可能な検出姿勢とをとる、
ことを特徴とする、携帯型電話機。
【請求項２３】
上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第１の撮像手段の視野に上記第１の背景体を写り込ませる第１の反射手段と、
上記画像表示面の法線方向視において、上記画像表示面から退避した位置にあり、上記カメラ姿勢をとった上記第２の撮像手段の視野に上記第２の背景体を写り込ませる第２の反射手段と、をさらに備える、請求項２２に記載の携帯型電話機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−３７４１（Ｐ２０１２−３７４１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９３０９（Ｐ２０１１−２９３０９）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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