光学式位置検出装置、受光ユニットおよび入力機能付き表示システム
【課題】一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することのできる光学式位置検出装置、受光ユニット、および当該光学式位置検出装置を備えた入力機能付き表示システムを提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置において、受光部１３は、検出光がＸＹ平面に沿って放射状に出射された検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備え、凹面鏡１４の反射面１４１は、第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。このため、ＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届くが、ＹＺ面内方向においては、受光素子１３０に届く範囲が凹面鏡１４によって制限される。
【解決手段】光学式位置検出装置において、受光部１３は、検出光がＸＹ平面に沿って放射状に出射された検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備え、凹面鏡１４の反射面１４１は、第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。このため、ＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届くが、ＹＺ面内方向においては、受光素子１３０に届く範囲が凹面鏡１４によって制限される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置での使用に適した受光ユニット、および当該光学式位置検出装置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】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、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対象物体に向けて検出光を出射した際に、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部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、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている（特許文献２、３参照）。
【０００３】
かかる光学式位置検出装置では、受光部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部での受光強度と、他の一部の点光源が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
【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】
特許文献１〜３に記載の構成を応用すれば、対象物体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）を得ることができる。しかしながら、光学式位置検出装置を入力装置等として用いる場合、Ｚ軸方向では検出範囲を限定し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では検出範囲を広く設定したいという要求があるが、特許文献１〜３に記載の構成では、かかる設定が困難である。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することのできる光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置での使用に適した受光ユニット、および当該光学式位置検出装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する光源部と、前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、光源部は検出光を出射するとともに、受光部は、検出光が出射された空間に位置する対象物体で反射した検出光を受光する。ここで、受光部での受光強度は、対象物体の位置に対応するので、位置検出部は、受光部での受光強度に基づいて対象物体の位置を検出することができる。また、受光部は、受光素子と凹面鏡とを備えており、凹面鏡は、第１断面が円弧となり、第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えている。このため、第１断面に沿う面内方向においては、受光部に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡で反射して受光素子に届く。それ故、第１断面に沿う面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。これに対して、第２断面に沿う面内方向においては、受光部に検出光が到達しても、受光素子に届く入射角度が凹面鏡によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。それ故、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することができる。
【０００９】
本発明において、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。かかる構成によれば、反射面に到達した検出光については効率よく受光素子の受光面に向けて反射されるので、受光部の受光強度が高い。
【００１０】
本発明において、前記二次曲線は、例えば、円弧である。この場合、前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことが好ましい。かかる構成によれば、第２断面に沿う方向においては、受光素子に届く入射角度をより狭くすることができる。それ故、一方方向においては検出範囲をより狭く限定することができる。
【００１１】
本発明において、前記二次曲線は、放物線である構成を採用してもよい。かかる構成によれば、第２断面に沿う面内方向においては、放物線の軸線に平行な光のみが受光素子に届く。それ故、第２断面に沿う方向においては、受光素子に届く入射角度をより狭くすることができる。それ故、一方方向においては検出範囲をより狭く限定することができる。
【００１２】
また、本発明は、対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する光源部と、前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、を有し、前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする。かかる構成によれば、第２断面が放物線とした場合と同様、第２断面に沿う面内方向においては、放物線の軸線に平行あるいは略平行な光のみが受光素子に届くので、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することができる。また、凹面鏡を構成する際、第１断面の法線方向に複数の円錐状の部材を結合させればよいので、凹面鏡の製造が容易である。
【００１３】
また、本発明は、受光ユニットとして規定することもできる。すなわち、本発明に係る受光ユニットは、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る受光ユニットにおいて、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る受光ユニットにおいて、前記二次曲線は、例えば、円弧である。この場合、前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る受光ユニットは、前記二次曲線が、放物線である構成を採用してもよい。
【００１７】
本発明に係る受光ユニットは、第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、を有し、前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光学式位置検出装置は、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。
【００１９】
本発明に係る光学式位置検出装置を入力機能付き表示システムに適用した場合、入力機能付き表示システムは、例えば、検出光を出射する光源部と、対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて表示面に表示される画像が切り換えられる表示部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。この場合、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る入力機能付き表示システムは、検出光を出射する光源部と、対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて投射される画像が切り換えられる投射型表示部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。この場合、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置において対象物体の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に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）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に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）のＹＺ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１４】図１３に示す受発光ユニットの光源部の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【図１６】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１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、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、互いに交差する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する方向をＺ軸方向とする。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。
【００２３】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置を検出光出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および光学式位置検出装置を正面からみたときの説明図である。
【００２４】
図１において、本形態の位置検出システム１は、対象物体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、対象物体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、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）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、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。
【００２５】
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（線状光源部）と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光部１３（受光ユニット）とを備えている。
【００２６】
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、受光部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受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂが用いられており、第１受光部１３Ａと第２受光部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。
【００２７】
ここで、第１受光部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）の放射中心位置に配置されており、第１受光部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受光部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）の放射中心位置に配置されており、第２受光部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。
【００２８】
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。受光部１３（第１受光部１３Ａおよび第２受光部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１３０を備えており、本形態において、受光素子１３０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。また、受光部１３（第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂ）は各々、図９および図１０等を参照して後述する凹面鏡１４を備えている。
【００２９】
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受光部１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体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受光部１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００３０】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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。なお、図２では、シールド部材の図示を省略してある。
【００３１】
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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あるいは半円形状を有する光源支持部材１５０を有している。かかる光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１および第２光源支持部材１５２は各々、扇形形状あるいは半円形状の鍔部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。
【００３２】
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１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥に第１受光部１３Ａの受光素子１３０が配置されている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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。
【００３６】
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。ここで、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受光部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受光部１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３７】
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。
【００３８】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光部１３Ａ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。
【００３９】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光部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。
【００４０】
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。
【００４１】
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対象物体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対象物体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で得られた対象物体Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた対象物体Ｏｂの角度位置とに基づいて対象物体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。
【００４２】
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。
【００４３】
このように構成した光学式位置検出装置１０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、光学式位置検出装置１０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。
【００４４】
（座標検出原理）
図４に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４８】
（対象物体Ｏｂの角度位置の検出）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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、および対象物体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に係る光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４９】
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の方向に対象物体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、対象物体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、対象物体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受光部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受光部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を基準に対象物体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。
【００５０】
かかる原理を利用して、対象物体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受光部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受光部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対象物体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。
【００５１】
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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、対象物体Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５２】
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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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に対する駆動電流の比や差、あるいは駆動電流の調整量の比や差から対象物体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。
【００５３】
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を基準に対象物体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対象物体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。
【００５４】
（受光部１３（受光ユニット）の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、受光素子１３０の説明図、および受光素子１３０の感度指向性を示すグラフである。図９は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）のＹＺ断面図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。なお、本形態の光学式位置検出装置１０では、第１受発光ユニット１５Ａに設けられた第１受光部１３Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに設けられた第２受光部１３Ｂとは構成が同一であるため、第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂを総称する受光部１３として、第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂの構成を説明する。
【００５５】
本形態の光学式位置検出装置１０において、受光部１３は、図８（ａ）に示す受光素子１３０と、図９および図１０を参照して後述する凹面鏡１４とを備えている。受光素子１３０は、全体として直方体形状の素子本体１３５と、素子本体１３５のＸ軸方向の両端面から突出する端子１３６、１３７とを備えており、素子本体１３５は、一方面側に受光面１３１を備えている。かかる受光素子１３０（フォトダイオード）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１３１に対する法線方向に感度ピーク方向を有している。また、受光素子１３０は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３１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。
【００５６】
また、位置検出システム１において、図１に示す視認面４１に沿うＸＹ平面の面内方向では、光学式位置検出装置１０の検出領域が広い方が好ましい。これに対して、位置検出システム１において、視認面４１に対する対象物体ＯｂのＸＹ座標位置を入力情報として用いる場合、光学式位置検出装置１０のＺ軸方向における検出範囲が狭い方が好ましい。
【００５７】
そこで、本形態では、図９に示すように、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）がＸＹ平面に沿って入射してくるが、受光部１３において、受光素子１３０はＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けた状態で配線基板１３９に実装されている。また、受光部１３は、受光面１３１に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１、かつ、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１に、反射面１４１を受光面１３１に向けた凹面鏡１４を備えており、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）がＸＹ平面に沿って入射してきた際、凹面鏡１４は、反射光Ｌ３を受光部１３に向けて反射する。また、受光部１３は、配線基板１３９に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で対向するシールド板１３８を備えており、かかるシールド板１３８は、鉄やアルミニウム等の金属板からなる。また、受光部１３は、凹面鏡１４を内側に保持するとともに、接着剤層１３３ｆ等によりシールド板１３８や配線基板１３９を保持するケース１３３を備えており、かかるケース１３３によって受光部１３は受光ユニットとして構成されている。
【００５８】
ここで、ケース１３３は、シールド板１３８に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１に配置された遮光板部１３３ａと、遮光板部１３３ａ対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で対向する遮光板部１３３ｂと、凹面鏡１４に対してＹ軸方向の一方側で遮光板部１３３ａ、１３３ｂを連結する連結板部１３３ｃとを備えている。従って、ケース１３３において、遮光板部１３３ａ、１３３ｂにより挟まれた空間は、検出対象空間１０Ｒで反射した反射光Ｌ３を凹面鏡１４に導く光路１３ｓを構成しており、遮光板部１３３ａ、１３３ｂは、Ｚ軸方向において凹面鏡１４に入射する範囲を制限している。但し、ケース１３３は、ＸＹ平面方向においては凹面鏡１４に入射する範囲を制限していない。
【００５９】
本形態において、凹面鏡１４は、図１０に示すように、湾曲した反射面１４１を有している。本形態において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。ここで、受光素子１３０は、Ｚ軸方向からみたとき、円弧形状の反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。また、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、二次曲線形状の反射面１４１の中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。本形態において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの第２断面（ＹＺ断面）が円弧であり、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。従って、検出対象空間１０Ｒで反射した反射光Ｌ３は、光路１３ｓを通って凹面鏡１４まで到達すると、反射面１４１で反射して受光素子１３０の受光面１３１に到達する。
【００６０】
ここで、反射面１４１は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの円弧（第２断面）の曲率半径は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの円弧（第１断面）の曲率半径より小さい。従って、受光部１３では、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０の受光面１３１に届く。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。
【００６１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０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、受光部１３は、光強度分布が形成された検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。ここで、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２の強度は、光強度分布において対象物体Ｏｂが位置する箇所での強度に比例するので、受光部１３での受光強度は、対象物体Ｏｂの位置に対応する。従って、位置検出部５０は、受光部１３での受光強度に基づいて対象物体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。
【００６２】
また、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えており、凹面鏡１４の反射面１４１は、第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面（ＸＹ断面）と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。このため、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに大きく傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向において限られた範囲内で、かかるＺ軸方向と交差するＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００６３】
また、凹面鏡１４は、第１断面（ＸＹ断面）および第２断面（ＹＺ断面）の双方が円弧であるが、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの円弧（第２断面）の曲率半径は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの円弧（第１断面）の曲率半径より小さい。従って、受光部１３では、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０の受光面１３１に確実に届く。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、凹面鏡１４に到達できる範囲が狭いので、検出可能な角度範囲が狭い。それ故、本形態では、Ｚ軸方向において、より限られた範囲内で、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００６４】
また、受光素子１３０は、反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）である二次曲線の中心に配置されているため、凹面鏡１４は、反射面１４１に到達した反射光Ｌ２については効率よく受光素子１３０の受光面１３１に向けて反射するので、受光部１３の受光強度が高い。
【００６５】
また、本形態では、ＸＹ平面内で進行してきた反射光Ｌ３が凹面鏡１４でＺ軸方向に反射されて受光素子１３０に到達する。その際、受光素子１３０の受光面１３１に入射する際の角度範囲は、凹面鏡１４での反射によって、反射光Ｌ３がＸＹ平面内を進行しているときの角度範囲よりも狭くなる。従って、受光面１３１に入射する角度範囲は、受光面１３１に対する法線方向を中心とする狭い範囲になるので、受光素子１３０が、図８（ｂ）に示す感度指向性を有している場合でも、受光素子１３０での受光強度が大である。それ故、本形態の光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面内における広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置を感度よく検出することができる。
【００６６】
また、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出部５０は、光源部１２での第１点灯動作時（第１期間）および第２点灯動作時（第２期間）における受光部１３での受光強度が等しくなるように第１点灯動作時に光源部１２に供給する第１駆動電流値と、第２点灯動作時に光源部１２に供給する第２駆動電流値との比較結果に基づいて角度位置を検出する。かかる構成によれば、受光部１３での受光強度から直接、対象物体Ｏｂの角度位置を検出する場合に比較して、外光の影響や受光部１３での感度変化等の影響を受けにくいという利点がある。
【００６７】
さらに、本形態の光学式位置検出装置１０において、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面４１に情報が表示されている場合でも、検出光Ｌ２が情報の視認を妨げないという利点がある。
【００６８】
［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。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、それらの説明を省略する。
【００６９】
図１１に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、凹面鏡１４において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。また、受光素子１３０は、Ｚ軸方向からみたとき、円弧形状の反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。また、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、二次曲線形状の反射面１４１の中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。
【００７０】
ここで、反射面１４１は、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの第２断面（ＹＺ断面）が放物線であり、受光素子１３０は、かかる放物線の焦点位置（中心）でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。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。
【００７１】
このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。
【００７２】
これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、反射面１４１の第２断面は放物線であって、その焦点位置に受光素子１３０が配置されているため、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向での検出範囲を実施の形態１より狭めることができる一方、ＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００７３】
［実施の形態３］
図１２は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。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、それらの説明を省略する。
【００７４】
図１２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１、２と同様、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えている。また、本形態でも、実施の形態１、２と同様、凹面鏡１４において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧である。
【００７５】
本形態において、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）は、複数の直線的な反射面１４ａ〜１４ｅ（分割反射面）が第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って複数配列された形状になっている。すなわち、本形態において、反射面１４１は、複数の円錐面からなる反射面１４ａ〜１４ｅによって構成されている。ここで、複数の分割反射面のうち、受光素子１３０に近い位置から離れるにつれて順次、反射面１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅとしてある。
【００７６】
また、図１２（ｃ）に示すように、反射面１４ａ〜１４ｅの法線と第１断面（ＸＹ平面）とが成す角は、第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って受光素子１３０から離れるにつれて大きくなっている。より具体的には、反射面１４ａ〜１４ｅと第１断面（ＸＹ平面）とが成す角の角度を各々、θａ、θｂ、θｃ、θｄ、θｅとすると、以下の関係
θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄ＜θｅ
になっている。また、反射面１４ａ〜１４ｅのＺ軸方向の中心は放物線上に位置し、受光素子１３０は、かかる放物線の焦点位置（中心）でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。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。
【００７７】
このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。
【００７８】
これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向での検出範囲を実施の形態１より狭めることができる一方、ＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００７９】
また、本形態では、凹面鏡１４の反射面１４１が、円錐面からなる複数の反射面１４ａ〜１４ｅに分割されている。このため、凹面鏡１４を構成する際、第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に複数の円錐状の部材を結合させればよいので、凹面鏡１４の製造が容易である。
【００８０】
［実施の形態１〜３の変形例］
上記実施の形態１〜３では、２つのライドガイドＬＧの各々に光源１２０を設けたが、１つのライドガイド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。この場合、光源部１２の放射中心に受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の放射中心に対してＺ軸方向に重なる位置に受光部１３を設ければ、検出光Ｌ２を受光部１３に入射させることができる。
【００８１】
［実施の形態４］
図１３は、本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１４は、図１３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１４（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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１〜３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。
【００８２】
実施の形態１〜３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と同様な原理で対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１３に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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を備えた扇形形状あるいは半円形状の光源支持部材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。
【００８３】
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はいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００８４】
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、光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１光源支持部材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光源支持部材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あるいは半円形状の鍔部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光源支持部材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光源支持部材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あるいは半円形状の鍔部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。ここで、第１フレキシブル基板１８１と第２フレキシブル基板１８２とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥に受光部１３の受光素子１３０が配置されている。
【００８５】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、検出対象空間１０Ｒにおける対象物体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１４（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。
【００８６】
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１４（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。
【００８７】
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と同様な原理で対象物体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）に基づいて対象物体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。
【００８８】
［実施の形態４の変形例］
上記実施の形態４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。この場合、光源部１２の放射中心に受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の放射中心に対してＺ軸方向に重なる位置に受光部１３を設ければ、検出光Ｌ２を受光部１３に入射させることができる。
【００８９】
［実施の形態５］
図１５は、本発明の実施の形態５に係る光学式位置検出装置１０の説明図であり、光学式位置検出装置１０を側方（Ｘ軸方向）からみた様子を示してある。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１〜４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。
【００９０】
図１５に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０では、受発光ユニット１５がＺ軸方向に重ねて２つ配置されている。また、本形態において、受光部１３は、実施の形態１〜４と同様、凹面鏡１４（図１５では図示せず）を用いることによって、受発光ユニット１５でのＺ軸方向における検出範囲が狭い。それ故、本形態によれば、対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置を検出することができる。すなわち、Ｚ軸方向において視認面４１から離間した位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に、対象物体Ｏｂが検出され、Ｚ軸方向において視認面４１に近い位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に対象物体Ｏｂが検出されなかった場合、対象物体Ｏｂが視認面４１から離間している位置（範囲Ｚａ）にあると判定することができる。従って、現在の対象物体ＯｂのＸＹ座標データを入力予定位置と判定するのに利用することができる。これに対して、Ｚ軸方向において視認面４１に近い位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に対象物体Ｏｂが検出された場合、対象物体Ｏｂが視認面４１に近い位置（範囲Ｚｂ）にあると判定することができる。従って、現在の対象物体ＯｂのＸＹ座標データを入力確定と判定するのに利用することができる。
【００９１】
なお、本形態では、受発光ユニット１５をＺ軸方向に重ねて２つ配置したが、受光部１３（受光ユニット）のみをＺ軸方向に重ねて２つ配置しても同様な検出を行うことができる。
【００９２】
［他の実施の形態］
上記実施の形態１では、凹面鏡１４の反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である例として、円弧および放物線の例を説明したが、反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）が、二次曲線のうち、双曲線である構造を採用してもよい。なお、双曲線では中心軸（対称軸）が２本設定されるが、凹面鏡１４という観点からすれば、受光素子１３０が配置される中心は、当然、双曲線の内側を通る中心軸上に受光素子１３０が配置される。
【００９３】
上記実施の形態では、２つの光源部１２を用いたが、１つの光源部１２を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。
【００９４】
［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１６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および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１５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。
【００９５】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図１６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１５を参照して説明した光学式位置検出装置１０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。
【００９６】
かかる入力機能付き表示システム１００において、光学式位置検出装置１０は、表示面１１０ａ（視認面４１）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、対象物体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対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体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。
【００９７】
（位置検出システム１の具体例２）
図１７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１７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および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１５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。
【００９８】
図１７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が構成されている。
【００９９】
かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、光学式位置検出装置１０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、光学式位置検出装置１０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、対象物体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対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体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。
【０１００】
なお、光学式位置検出装置１０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。
【０１０１】
（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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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・・受光部（受光ユニット）、１４・・凹面鏡、１５・・受発光ユニット、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・位置検出部、１００・・入力機能付き表示システム、２００・・入力機能付き投射型表示システム、２５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・対象物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置での使用に適した受光ユニット、および当該光学式位置検出装置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】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、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対象物体に向けて検出光を出射した際に、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部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、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている（特許文献２、３参照）。
【０００３】
かかる光学式位置検出装置では、受光部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部での受光強度と、他の一部の点光源が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
【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】
特許文献１〜３に記載の構成を応用すれば、対象物体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）を得ることができる。しかしながら、光学式位置検出装置を入力装置等として用いる場合、Ｚ軸方向では検出範囲を限定し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では検出範囲を広く設定したいという要求があるが、特許文献１〜３に記載の構成では、かかる設定が困難である。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することのできる光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置での使用に適した受光ユニット、および当該光学式位置検出装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する光源部と、前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、光源部は検出光を出射するとともに、受光部は、検出光が出射された空間に位置する対象物体で反射した検出光を受光する。ここで、受光部での受光強度は、対象物体の位置に対応するので、位置検出部は、受光部での受光強度に基づいて対象物体の位置を検出することができる。また、受光部は、受光素子と凹面鏡とを備えており、凹面鏡は、第１断面が円弧となり、第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えている。このため、第１断面に沿う面内方向においては、受光部に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡で反射して受光素子に届く。それ故、第１断面に沿う面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。これに対して、第２断面に沿う面内方向においては、受光部に検出光が到達しても、受光素子に届く入射角度が凹面鏡によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。それ故、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することができる。
【０００９】
本発明において、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。かかる構成によれば、反射面に到達した検出光については効率よく受光素子の受光面に向けて反射されるので、受光部の受光強度が高い。
【００１０】
本発明において、前記二次曲線は、例えば、円弧である。この場合、前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことが好ましい。かかる構成によれば、第２断面に沿う方向においては、受光素子に届く入射角度をより狭くすることができる。それ故、一方方向においては検出範囲をより狭く限定することができる。
【００１１】
本発明において、前記二次曲線は、放物線である構成を採用してもよい。かかる構成によれば、第２断面に沿う面内方向においては、放物線の軸線に平行な光のみが受光素子に届く。それ故、第２断面に沿う方向においては、受光素子に届く入射角度をより狭くすることができる。それ故、一方方向においては検出範囲をより狭く限定することができる。
【００１２】
また、本発明は、対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する光源部と、前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、を有し、前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする。かかる構成によれば、第２断面が放物線とした場合と同様、第２断面に沿う面内方向においては、放物線の軸線に平行あるいは略平行な光のみが受光素子に届くので、一方方向においては検出範囲を限定し、一方方向に交差する面内方向では検出範囲を広く設定することができる。また、凹面鏡を構成する際、第１断面の法線方向に複数の円錐状の部材を結合させればよいので、凹面鏡の製造が容易である。
【００１３】
また、本発明は、受光ユニットとして規定することもできる。すなわち、本発明に係る受光ユニットは、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る受光ユニットにおいて、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る受光ユニットにおいて、前記二次曲線は、例えば、円弧である。この場合、前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る受光ユニットは、前記二次曲線が、放物線である構成を採用してもよい。
【００１７】
本発明に係る受光ユニットは、第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、を有し、前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光学式位置検出装置は、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。
【００１９】
本発明に係る光学式位置検出装置を入力機能付き表示システムに適用した場合、入力機能付き表示システムは、例えば、検出光を出射する光源部と、対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて表示面に表示される画像が切り換えられる表示部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。この場合、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る入力機能付き表示システムは、検出光を出射する光源部と、対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて投射される画像が切り換えられる投射型表示部と、を有し、前記受光部は、第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする。この場合、前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置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に係る光学式位置検出装置において対象物体の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に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）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に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）のＹＺ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置の受光部（受光ユニット）に用いた受光素子および凹面鏡の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１４】図１３に示す受発光ユニットの光源部の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【図１６】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１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、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、互いに交差する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する方向をＺ軸方向とする。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。
【００２３】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置を検出光出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および光学式位置検出装置を正面からみたときの説明図である。
【００２４】
図１において、本形態の位置検出システム１は、対象物体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、対象物体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、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）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、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。
【００２５】
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（線状光源部）と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光部１３（受光ユニット）とを備えている。
【００２６】
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、受光部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受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂが用いられており、第１受光部１３Ａと第２受光部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。
【００２７】
ここで、第１受光部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）の放射中心位置に配置されており、第１受光部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受光部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）の放射中心位置に配置されており、第２受光部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。
【００２８】
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。受光部１３（第１受光部１３Ａおよび第２受光部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１３０を備えており、本形態において、受光素子１３０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。また、受光部１３（第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂ）は各々、図９および図１０等を参照して後述する凹面鏡１４を備えている。
【００２９】
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受光部１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体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受光部１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００３０】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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。なお、図２では、シールド部材の図示を省略してある。
【００３１】
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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あるいは半円形状を有する光源支持部材１５０を有している。かかる光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１および第２光源支持部材１５２は各々、扇形形状あるいは半円形状の鍔部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。
【００３２】
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１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥に第１受光部１３Ａの受光素子１３０が配置されている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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。
【００３６】
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。ここで、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受光部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受光部１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３７】
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。
【００３８】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光部１３Ａ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。
【００３９】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光部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。
【００４０】
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。
【００４１】
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対象物体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対象物体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で得られた対象物体Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた対象物体Ｏｂの角度位置とに基づいて対象物体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。
【００４２】
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。
【００４３】
このように構成した光学式位置検出装置１０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、光学式位置検出装置１０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。
【００４４】
（座標検出原理）
図４に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４８】
（対象物体Ｏｂの角度位置の検出）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０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、および対象物体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に係る光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４９】
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の方向に対象物体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、対象物体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、対象物体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受光部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受光部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を基準に対象物体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。
【００５０】
かかる原理を利用して、対象物体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受光部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受光部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対象物体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。
【００５１】
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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、対象物体Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５２】
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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部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に対する駆動電流の比や差、あるいは駆動電流の調整量の比や差から対象物体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。
【００５３】
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を基準に対象物体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対象物体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。
【００５４】
（受光部１３（受光ユニット）の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、受光素子１３０の説明図、および受光素子１３０の感度指向性を示すグラフである。図９は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）のＹＺ断面図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。なお、本形態の光学式位置検出装置１０では、第１受発光ユニット１５Ａに設けられた第１受光部１３Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに設けられた第２受光部１３Ｂとは構成が同一であるため、第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂを総称する受光部１３として、第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂの構成を説明する。
【００５５】
本形態の光学式位置検出装置１０において、受光部１３は、図８（ａ）に示す受光素子１３０と、図９および図１０を参照して後述する凹面鏡１４とを備えている。受光素子１３０は、全体として直方体形状の素子本体１３５と、素子本体１３５のＸ軸方向の両端面から突出する端子１３６、１３７とを備えており、素子本体１３５は、一方面側に受光面１３１を備えている。かかる受光素子１３０（フォトダイオード）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１３１に対する法線方向に感度ピーク方向を有している。また、受光素子１３０は、検出光Ｌ２の入射角度が受光面１３１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。
【００５６】
また、位置検出システム１において、図１に示す視認面４１に沿うＸＹ平面の面内方向では、光学式位置検出装置１０の検出領域が広い方が好ましい。これに対して、位置検出システム１において、視認面４１に対する対象物体ＯｂのＸＹ座標位置を入力情報として用いる場合、光学式位置検出装置１０のＺ軸方向における検出範囲が狭い方が好ましい。
【００５７】
そこで、本形態では、図９に示すように、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）がＸＹ平面に沿って入射してくるが、受光部１３において、受光素子１３０はＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けた状態で配線基板１３９に実装されている。また、受光部１３は、受光面１３１に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１、かつ、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１に、反射面１４１を受光面１３１に向けた凹面鏡１４を備えており、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）がＸＹ平面に沿って入射してきた際、凹面鏡１４は、反射光Ｌ３を受光部１３に向けて反射する。また、受光部１３は、配線基板１３９に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で対向するシールド板１３８を備えており、かかるシールド板１３８は、鉄やアルミニウム等の金属板からなる。また、受光部１３は、凹面鏡１４を内側に保持するとともに、接着剤層１３３ｆ等によりシールド板１３８や配線基板１３９を保持するケース１３３を備えており、かかるケース１３３によって受光部１３は受光ユニットとして構成されている。
【００５８】
ここで、ケース１３３は、シールド板１３８に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１に配置された遮光板部１３３ａと、遮光板部１３３ａ対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で対向する遮光板部１３３ｂと、凹面鏡１４に対してＹ軸方向の一方側で遮光板部１３３ａ、１３３ｂを連結する連結板部１３３ｃとを備えている。従って、ケース１３３において、遮光板部１３３ａ、１３３ｂにより挟まれた空間は、検出対象空間１０Ｒで反射した反射光Ｌ３を凹面鏡１４に導く光路１３ｓを構成しており、遮光板部１３３ａ、１３３ｂは、Ｚ軸方向において凹面鏡１４に入射する範囲を制限している。但し、ケース１３３は、ＸＹ平面方向においては凹面鏡１４に入射する範囲を制限していない。
【００５９】
本形態において、凹面鏡１４は、図１０に示すように、湾曲した反射面１４１を有している。本形態において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。ここで、受光素子１３０は、Ｚ軸方向からみたとき、円弧形状の反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。また、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、二次曲線形状の反射面１４１の中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。本形態において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの第２断面（ＹＺ断面）が円弧であり、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。従って、検出対象空間１０Ｒで反射した反射光Ｌ３は、光路１３ｓを通って凹面鏡１４まで到達すると、反射面１４１で反射して受光素子１３０の受光面１３１に到達する。
【００６０】
ここで、反射面１４１は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの円弧（第２断面）の曲率半径は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの円弧（第１断面）の曲率半径より小さい。従って、受光部１３では、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０の受光面１３１に届く。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。
【００６１】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０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、受光部１３は、光強度分布が形成された検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を受光する。ここで、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２の強度は、光強度分布において対象物体Ｏｂが位置する箇所での強度に比例するので、受光部１３での受光強度は、対象物体Ｏｂの位置に対応する。従って、位置検出部５０は、受光部１３での受光強度に基づいて対象物体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。
【００６２】
また、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えており、凹面鏡１４の反射面１４１は、第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面（ＸＹ断面）と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。このため、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに大きく傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向において限られた範囲内で、かかるＺ軸方向と交差するＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００６３】
また、凹面鏡１４は、第１断面（ＸＹ断面）および第２断面（ＹＺ断面）の双方が円弧であるが、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの円弧（第２断面）の曲率半径は、曲率半径が最大となる位置で凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの円弧（第１断面）の曲率半径より小さい。従って、受光部１３では、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０の受光面１３１に確実に届く。これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、凹面鏡１４に到達できる範囲が狭いので、検出可能な角度範囲が狭い。それ故、本形態では、Ｚ軸方向において、より限られた範囲内で、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００６４】
また、受光素子１３０は、反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）である二次曲線の中心に配置されているため、凹面鏡１４は、反射面１４１に到達した反射光Ｌ２については効率よく受光素子１３０の受光面１３１に向けて反射するので、受光部１３の受光強度が高い。
【００６５】
また、本形態では、ＸＹ平面内で進行してきた反射光Ｌ３が凹面鏡１４でＺ軸方向に反射されて受光素子１３０に到達する。その際、受光素子１３０の受光面１３１に入射する際の角度範囲は、凹面鏡１４での反射によって、反射光Ｌ３がＸＹ平面内を進行しているときの角度範囲よりも狭くなる。従って、受光面１３１に入射する角度範囲は、受光面１３１に対する法線方向を中心とする狭い範囲になるので、受光素子１３０が、図８（ｂ）に示す感度指向性を有している場合でも、受光素子１３０での受光強度が大である。それ故、本形態の光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面内における広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置を感度よく検出することができる。
【００６６】
また、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出部５０は、光源部１２での第１点灯動作時（第１期間）および第２点灯動作時（第２期間）における受光部１３での受光強度が等しくなるように第１点灯動作時に光源部１２に供給する第１駆動電流値と、第２点灯動作時に光源部１２に供給する第２駆動電流値との比較結果に基づいて角度位置を検出する。かかる構成によれば、受光部１３での受光強度から直接、対象物体Ｏｂの角度位置を検出する場合に比較して、外光の影響や受光部１３での感度変化等の影響を受けにくいという利点がある。
【００６７】
さらに、本形態の光学式位置検出装置１０において、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面４１に情報が表示されている場合でも、検出光Ｌ２が情報の視認を妨げないという利点がある。
【００６８】
［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。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、それらの説明を省略する。
【００６９】
図１１に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、凹面鏡１４において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧であり、第１断面と直交する第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である。また、受光素子１３０は、Ｚ軸方向からみたとき、円弧形状の反射面１４１の円中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。また、受光素子１３０は、Ｘ軸方向からみたとき、二次曲線形状の反射面１４１の中心でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。
【００７０】
ここで、反射面１４１は、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの第２断面（ＹＺ断面）が放物線であり、受光素子１３０は、かかる放物線の焦点位置（中心）でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。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。
【００７１】
このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。
【００７２】
これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、反射面１４１の第２断面は放物線であって、その焦点位置に受光素子１３０が配置されているため、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向での検出範囲を実施の形態１より狭めることができる一方、ＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００７３】
［実施の形態３］
図１２は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０の受光部１３（受光ユニット）に用いた受光素子１３０および凹面鏡１４の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、受光部１３と凹面鏡１４との位置関係を示す斜視図、ＸＹ断面図、およびＹＺ断面図である。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、それらの説明を省略する。
【００７４】
図１２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１、２と同様、受光部１３は、受光素子１３０と凹面鏡１４とを備えている。また、本形態でも、実施の形態１、２と同様、凹面鏡１４において、反射面１４１は、凹面鏡１４をＸＹ面で切断したときの第１断面（ＸＹ断面）が円弧である。
【００７５】
本形態において、凹面鏡１４をＹＺ面で切断したときの反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）は、複数の直線的な反射面１４ａ〜１４ｅ（分割反射面）が第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って複数配列された形状になっている。すなわち、本形態において、反射面１４１は、複数の円錐面からなる反射面１４ａ〜１４ｅによって構成されている。ここで、複数の分割反射面のうち、受光素子１３０に近い位置から離れるにつれて順次、反射面１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅとしてある。
【００７６】
また、図１２（ｃ）に示すように、反射面１４ａ〜１４ｅの法線と第１断面（ＸＹ平面）とが成す角は、第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って受光素子１３０から離れるにつれて大きくなっている。より具体的には、反射面１４ａ〜１４ｅと第１断面（ＸＹ平面）とが成す角の角度を各々、θａ、θｂ、θｃ、θｄ、θｅとすると、以下の関係
θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄ＜θｅ
になっている。また、反射面１４ａ〜１４ｅのＺ軸方向の中心は放物線上に位置し、受光素子１３０は、かかる放物線の焦点位置（中心）でＺ軸方向の一方側Ｚ１に受光面１３１を向けている。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。
【００７７】
このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、受光部１３に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡１４で反射して受光素子１３０に届く。それ故、第１断面に沿うＸＹ面内方向においては、検出可能な角度範囲が広い。
【００７８】
これに対して、第２断面に沿うＹＺ面内方向においては、受光部１３に反射光Ｌ３が到達しても、受光素子１３０に届く入射角度が凹面鏡１４によって制限されるので、検出可能な角度範囲が狭い。すなわち、光路１３ｓを通過した反射光Ｌ３であっても、反射面１４１の中心軸に対して斜めに傾いた方向に進行する光は、凹面鏡１４の反射面１４１に到達できず、受光素子１３０に到達しない。それ故、Ｚ軸方向での検出範囲を実施の形態１より狭めることができる一方、ＸＹ面内方向では広い範囲にわたって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標データ）を検出することができる。
【００７９】
また、本形態では、凹面鏡１４の反射面１４１が、円錐面からなる複数の反射面１４ａ〜１４ｅに分割されている。このため、凹面鏡１４を構成する際、第１断面の法線方向（Ｚ軸方向）に複数の円錐状の部材を結合させればよいので、凹面鏡１４の製造が容易である。
【００８０】
［実施の形態１〜３の変形例］
上記実施の形態１〜３では、２つのライドガイドＬＧの各々に光源１２０を設けたが、１つのライドガイド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。この場合、光源部１２の放射中心に受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の放射中心に対してＺ軸方向に重なる位置に受光部１３を設ければ、検出光Ｌ２を受光部１３に入射させることができる。
【００８１】
［実施の形態４］
図１３は、本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１４は、図１３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１４（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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１〜３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。
【００８２】
実施の形態１〜３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と同様な原理で対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１３に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０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を備えた扇形形状あるいは半円形状の光源支持部材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。
【００８３】
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はいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００８４】
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、光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１光源支持部材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光源支持部材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あるいは半円形状の鍔部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光源支持部材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光源支持部材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あるいは半円形状の鍔部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。ここで、第１フレキシブル基板１８１と第２フレキシブル基板１８２とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥に受光部１３の受光素子１３０が配置されている。
【００８５】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、検出対象空間１０Ｒにおける対象物体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１４（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。
【００８６】
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１４（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。
【００８７】
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と同様な原理で対象物体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）に基づいて対象物体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。
【００８８】
［実施の形態４の変形例］
上記実施の形態４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。この場合、光源部１２の放射中心に受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の放射中心に対してＺ軸方向に重なる位置に受光部１３を設ければ、検出光Ｌ２を受光部１３に入射させることができる。
【００８９】
［実施の形態５］
図１５は、本発明の実施の形態５に係る光学式位置検出装置１０の説明図であり、光学式位置検出装置１０を側方（Ｘ軸方向）からみた様子を示してある。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１〜４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。
【００９０】
図１５に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０では、受発光ユニット１５がＺ軸方向に重ねて２つ配置されている。また、本形態において、受光部１３は、実施の形態１〜４と同様、凹面鏡１４（図１５では図示せず）を用いることによって、受発光ユニット１５でのＺ軸方向における検出範囲が狭い。それ故、本形態によれば、対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置を検出することができる。すなわち、Ｚ軸方向において視認面４１から離間した位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に、対象物体Ｏｂが検出され、Ｚ軸方向において視認面４１に近い位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に対象物体Ｏｂが検出されなかった場合、対象物体Ｏｂが視認面４１から離間している位置（範囲Ｚａ）にあると判定することができる。従って、現在の対象物体ＯｂのＸＹ座標データを入力予定位置と判定するのに利用することができる。これに対して、Ｚ軸方向において視認面４１に近い位置に設けた受発光ユニット１５を動作させた際に対象物体Ｏｂが検出された場合、対象物体Ｏｂが視認面４１に近い位置（範囲Ｚｂ）にあると判定することができる。従って、現在の対象物体ＯｂのＸＹ座標データを入力確定と判定するのに利用することができる。
【００９１】
なお、本形態では、受発光ユニット１５をＺ軸方向に重ねて２つ配置したが、受光部１３（受光ユニット）のみをＺ軸方向に重ねて２つ配置しても同様な検出を行うことができる。
【００９２】
［他の実施の形態］
上記実施の形態１では、凹面鏡１４の反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）が二次曲線である例として、円弧および放物線の例を説明したが、反射面１４１の第２断面（ＹＺ断面）が、二次曲線のうち、双曲線である構造を採用してもよい。なお、双曲線では中心軸（対称軸）が２本設定されるが、凹面鏡１４という観点からすれば、受光素子１３０が配置される中心は、当然、双曲線の内側を通る中心軸上に受光素子１３０が配置される。
【００９３】
上記実施の形態では、２つの光源部１２を用いたが、１つの光源部１２を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。
【００９４】
［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１６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および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１５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。
【００９５】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図１６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１５を参照して説明した光学式位置検出装置１０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。
【００９６】
かかる入力機能付き表示システム１００において、光学式位置検出装置１０は、表示面１１０ａ（視認面４１）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、対象物体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対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体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。
【００９７】
（位置検出システム１の具体例２）
図１７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１７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および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１５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。
【００９８】
図１７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が構成されている。
【００９９】
かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、光学式位置検出装置１０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、光学式位置検出装置１０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、対象物体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対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体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。
【０１００】
なお、光学式位置検出装置１０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。
【０１０１】
（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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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・・受光部（受光ユニット）、１４・・凹面鏡、１５・・受発光ユニット、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・位置検出部、１００・・入力機能付き表示システム、２００・・入力機能付き投射型表示システム、２５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・対象物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記二次曲線は、円弧であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記二次曲線は、放物線であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項７】
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする受光ユニット。
【請求項８】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項７に記載の受光ユニット。
【請求項９】
前記二次曲線は、円弧であることを特徴とする請求項７または８に記載の受光ユニット。
【請求項１０】
前記第２断面の曲率半径は、前記第１断面の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項９に記載の受光ユニット。
【請求項１１】
前記二次曲線は、放物線であることを特徴とする請求項７または８に記載の受光ユニット。
【請求項１２】
第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする受光ユニット。
【請求項１３】
検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて表示面に表示される画像が切り換えられる表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１４】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１３に記載の入力機能付き表示システム。
【請求項１５】
検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて投射される画像が切り換えられる投射型表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１６】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１５に記載の入力機能付き表示システム。
【請求項１】
対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記二次曲線は、円弧であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記第２断面の円弧の曲率半径は、前記第１断面の円弧の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記二次曲線は、放物線であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項７】
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする受光ユニット。
【請求項８】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項７に記載の受光ユニット。
【請求項９】
前記二次曲線は、円弧であることを特徴とする請求項７または８に記載の受光ユニット。
【請求項１０】
前記第２断面の曲率半径は、前記第１断面の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項９に記載の受光ユニット。
【請求項１１】
前記二次曲線は、放物線であることを特徴とする請求項７または８に記載の受光ユニット。
【請求項１２】
第１断面が円弧となり、前記第１断面に直交する第２断面が直線となる反射面が前記第１断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第１断面とが成す角は、前記第１断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする受光ユニット。
【請求項１３】
検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて表示面に表示される画像が切り換えられる表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１４】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１３に記載の入力機能付き表示システム。
【請求項１５】
検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて投射される画像が切り換えられる投射型表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第１断面が円弧となり、前記第１断面と直交する第２断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第１断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第２断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１６】
前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項１５に記載の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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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】
【公開番号】特開２０１２−２２１０８１（Ｐ２０１２−２２１０８１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４２３８（Ｐ２０１１−８４２３８）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【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２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【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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