光学式位置検出装置および入力機能付き表示システム
【課題】検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる光学式位置検出装置、および入力機能付き表示システムを提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置10では、光源部12から検出光を出射した際、受光部13は対象物体Obからの反射光を第1受光素子131および第2受光素子132で受光する。第1受光素子131および第2受光素子132は、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向との交差角度θcが90°を超え、180°未満となる値、好ましくは、120°を超え、140°未満となる値に設定されている。
【解決手段】光学式位置検出装置10では、光源部12から検出光を出射した際、受光部13は対象物体Obからの反射光を第1受光素子131および第2受光素子132で受光する。第1受光素子131および第2受光素子132は、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向との交差角度θcが90°を超え、180°未満となる値、好ましくは、120°を超え、140°未満となる値に設定されている。
【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および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、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(例えば、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(例えば、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1つの受光素子を用い、複数の点光源のうちの一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力と、他の一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力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】
しかしながら、特許文献1に記載の光学式位置検出装置は点光源から出射された検出光を利用しているので、検出光の照射範囲自体が狭い。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。また、特許文献2、3に記載の光学式位置検出装置は、導光板を利用して光強度分布を形成しているため、検出可能な範囲が導光板のサイズによって制限される。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。
【0006】
そこで、本発明者等は、光源装置から仮想面に沿って出射された検出光を利用して対象物体の仮想面上の位置を検出する方式を検討している。例えば、図16に示す光学式位置検出装置のように、光源部12からXY平面に沿って検出光L2を出射するとともに、第1期間の第1点灯動作では、出射強度を円弧L21の径で示すように、検出光L2が出射される空間(検出空間10R)の一方側から他方側に向かって検出光L2の出射強度を減少させる。また、第1期間と重ならない第2期間の第2点灯動作では、出射強度を円弧L22の径で示すように、他方側から一方側に向かって検出光L2の出射強度を減少させる。そして、第1期間に対象物体Obで反射した検出光(反射光L3)を受光素子130で受光した結果と、第2期間に対象物体Obで反射した検出光(反射光L3)を受光素子130で受光した結果との比較結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Obを検出しようとする座標面(仮想面)に沿って検出光L2を出射するので、検出空間10Rが広いという利点がある。
【0007】
しかしながら、図16を参照して説明した構成、および特許文献1〜3に記載の構成のいずれにおいても、受光素子130の感度指向性に起因する検出誤差が発生するという問題点がある。また、検出光L2を出射した際、対象物体Ob以外の物体で反射した検出光L2の一部が受光素子130に入射するため、受光面130aに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合、受光素子130からの出力には、対象物体Ob以外の物体で反射して受光素子130に入射した検出光L2に起因する出力成分の比率が増大し、検出精度が低下するという問題もある。
【0008】
具体的には、受光素子130は、図17(a)に示すように、全体として直方体形状の素子本体130bと、素子本体130bの両端から突出する端子130cとを備えており、素子本体130bは、一方面側に受光面130aを備えている。かかる受光素子130の受光感度は、図17(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130aに対する法線方向に感度ピーク方向を有している。また、図17(b)からわかるように、受光素子130は、検出光の入射角度が受光面130a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、検出光の入射角度が受光面130aに対する法線方向から90°以上傾くと、感度が0となる。このため、検出光の入射角度が受光面130aに対する法線方向に対して大きく傾いている場合、受光素子130から出力される信号のレベルが低くなってしまい、検出精度が低下する。
【0009】
具体的には、対象物体Obの角度位置をずらしながら、第1点灯動作および第2点灯動作を行うと、受光部13からの出力信号は、図18(a)に示す結果となる。図18(a)において、横軸は、検出光L2の出射空間における一方側(X軸方向の他方側X2)に相当する方向を0°とした場合の対象物体Obの角度位置である。また、図18(a)において、線V181で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号を示し、線V182で示す値は、第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号を示し、線V183で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号と第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号との差分である。かかる結果において、線V183で示す差分は、対象物体Obの角度位置が移動するに伴って単調変化すべきであるが、実際には、受光素子130の受光面130aに法線方向から大きく傾いた方向から反射光L3が入射した場合、受光素子130からの出力信号のレベルが極めて低いとともに、差分は単調変化を示さなくなる。
【0010】
但し、図18(a)に示す結果に対して、図17(b)に示す感度を乗じて換算すると、図18(b)に示す結果となる。図18(b)において、線V186で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線V187で示す値は、第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線V188で示す値は、換算後の出力信号との差分である。図18(b)に示すように、感度による換算を行うと、受光素子130の受光面130aに法線方向から大きく傾いた方向から反射光L3が入射した場合でも、受光素子130からの出力信号のレベルが十分高いとともに、差分は広い角度範囲において単調変化を示す。それ故、図18(a)に示す異常な変化は、受光素子130の感度指向性に起因するものであり、受光素子130に対する入射光量自身は、入射角度に依らず、適正であるといえる。
【0011】
従って、受光素子130の感度指向性に起因する問題を解消するとすれば、検出空間10Rを囲むように受光素子130を配置すればよいことになるが、かかる構成では、装置が大型化してしまい、実用が困難である。
【0012】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる光学式位置検出装置、および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】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明の光学式位置検出装置は、検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第1受光素子と、該第1受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第2受光素子と、を備え、前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満であることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、受光部は、検出光が出射された空間で反射した検出光(反射光)を第1受光素子および第2受光素子で検出する。ここで、第1受光素子および第2受光素子は、第1受光素子の受光面に対する法線方向と第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満となるように配置されている。このため、第1受光素子と第2受光素子とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第1受光素子および第2受光素子のうち、一方の受光素子において受光感度が低下する方向から検出光が入射するような場合でも、他方の受光素子では、検出光を高い感度で受光することができる。このため、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【0015】
本発明において、前記交差角度は、120°を超え、140°未満であることが好ましい。かかる構成によれば、第1受光素子および第2受光素子のうち少なくとも一方には、常に、感度が高い方から検出光が入射するので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【0016】
本発明において、前記光源装置は、第1期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第1期間とは重ならない第2期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記位置検出部は、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと、前記第2期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。
【0017】
本発明において、前記位置検出部は、前記光源装置が前記第1期間および前記第2期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第1期間における前記駆動電流値と前記第2期間における前記駆動電流値とを変化させ、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第1期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第2期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、検出光が出射される空間に対象物体以外の物体が存在している場合でも、かかる物体の影響を緩和することができる。
【0018】
本発明において、前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に検出する構成を採用することができる。
【0019】
本発明において、前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出する構成を採用してもよい。
【0020】
この場合、前記光源装置は、前記第1受光素子が検出する期間では、前記第1期間における前記基準駆動電流値を前記第2期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第2受光素子が検出する期間では、前記第2期間における前記基準駆動電流値を前記第1期間における前記基準駆動電流値より低く設定することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体以外の物体での反射光が受光部に入射するような場合でも、かかる反射光の影響を緩和することができる。
【0021】
本発明において、前記光源装置は、前記第1期間に前記検出光を出射する第1光源と、該第1光源に供給する電流を増幅する第1増幅部と、前記第2期間に前記検出光を出射する第2光源と、該第2光源に供給する電流を増幅する第2増幅部と、を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、第1期間に検出光を出射する第1光源と、第2期間に検出光を出射する第2光源とを各々、適正な駆動電流値で駆動することができる。
【0022】
本発明に係る光学式位置検出装置は、画像が表示される表示面を備えた表示装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。
【0023】
また、本発明に係る光学式位置検出装置は、画像を投射する画像投射装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された投射画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【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の説明図である。
【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斜視図である。
【図3】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主要部の構成を示す説明図である。
【図4】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から出射される検出光の説明図である。
【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受光部の構成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の制御系の説明図である。
【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ける位置検出原理の説明図である。
【図8】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置において対象物体のXY座標データを取得する原理の説明図である。
【図9】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置における受光素子の受光面の傾きと受光素子から出力される信号レベルとの関係を示すグラフである。
【図10】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置において、交差角度を100°に設定した場合の受光部での感度指向性を示すグラフである。
【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説明図である。
【図12】本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の増幅部等の電気的構成を示す説明図である。
【図13】本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の効果を示す説明図である。
【図14】本発明を適用した位置検出システムの具体例1(入力機能付き表示システム)の説明図である。
【図15】本発明を適用した位置検出システムの具体例2(入力機能付き表示システム/入力機能付き投射型表示システム)の説明図である。
【図16】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【図17】光学式位置検出装置で用いられる受光素子の説明図である。
【図18】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置における受光部の感度指向性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に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。また、以下の説明では、図16および図17を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。
【0026】
[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の説明図である。図1(a)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であり、図1(b)は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。
【0027】
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を有している。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。
【0028】
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を放射状に出射可能な光源部12と、検出光L2の出射範囲(検出空間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とを備えている。ここで、光源部12は、図6を参照して説明する光源駆動部51や増幅部79とともに光源装置20を構成している。
【0029】
光学式位置検出装置10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)を備えており、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、光学式位置検出装置10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空間10Rに向く第1受光部13Aおよび第2受光部13Bを備えており、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。
【0030】
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。
【0031】
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が出射された際に、第1受光部13Aは、検出空間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。
【0032】
(受発光ユニット)
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15の斜視図である。図3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15の主要部の構成を示す説明図である。図4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15から出射される検出光L2の説明図であり、図4(a)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し、図4(b)は、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している。なお、図2および図3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いることから、第1受発光ユニット15Aの構成を中心に説明し、第2受発光ユニット15Bの詳細な説明を省略する。
【0033】
図2に示すように、第1光源部12Aは、長さ方向(円周方向)で湾曲した形状をもって延在する周面を備えた扇形形状のホルダー150を備えている。ホルダー150は、第1ホルダー151と第2ホルダー152とがZ軸方向で重ねられた構造になっており、第1ホルダー151は下端側に扇形形状の鍔部156aを備えており、第2ホルダー152は上端側に扇形形状の鍔部156bを備えている。鍔部156a、156bにより挟まれた部分は、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。
【0034】
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、対象物体Obからの反射光L3の入射部148になっており、かかる入射部148の奥に第1受光部13Aが配置されている。
【0035】
図3および図4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。
【0036】
第1光源モジュール126は、光源120として、第1光源121を備えている。第1光源121は、ライトガイドLGの一方の端部LG1の端面に出射方向を向けて配置されている。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出射方向設定部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、第2光源122を備えている。第2光源122はライトガイドLGの他方の端部LG2の端面に出射方向を向けて配置されている。また、第2光源モジュール127は、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出射方向設定部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1光源121および第2光源122としては、LED(発光ダイオード)等の発光素子が用いられている。LEDはピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる検出光L2を発散光として出射する。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いる。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。かかる第1光源モジュール126および第2光源モジュール127においては、第1光源121が点灯することにより、第1光源モジュール126から検出光L2が放射状に出射され、第2光源122が点灯することにより、第2光源モジュール127から検出光L2が放射状に出射される。
【0037】
(受光部13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の受光部13の構成を示す説明図であり、図5(a)、(b)は、受光部13に用いた2つの受光素子130の位置関係を示す説明図、および2つの受光素子130を拡大して示す説明図である。なお、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いることから、第1受発光ユニット15Aの構成を中心に説明し、第2受発光ユニット15Bの詳細な説明を省略する。
【0038】
図2〜図5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は、第1受光部13Aに複数の受光素子130を備えている。より具体的には、第1受光部13Aは、複数の受光素子130として、第1受光素子131と、第1受光素子131に対してX軸方向で隣り合う位置に配置された第2受光素子132とを備えている。複数の受光素子130(第1受光素子131、および第2受光素子132)はいずれも、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスターであり、本形態においては、赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードであり、図17を参照して説明した構成を有している。
【0039】
図5に示すように、第1受光素子131と第2受光素子132とは、第1受光素子131の受光面131aと第2受光素子132の受光面132aを逆方向に傾斜させて隣り合う位置に設けられており、第1受光素子131と第2受光素子132とは、受光面131a、132aに対する法線方向が互いに交差する方向に延在している。
【0040】
ここで、第1受光素子131は、検出空間10Rの一方側(図3に示すライトガイドLGの一方の端部LG1が位置する側/第1光源121が位置する側)に受光面131aを向けており、第2受光素子132は、検出空間10Rの他方側(図3に示すライトガイドLGの他方の端部LG2が位置する側/第2光源122が位置する側)に受光面132aを向けている。
【0041】
また、第1受光素子131および第2受光素子132は、図15を参照して説明した感度指向性に対応させて、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向とが成す交差角度θcを、90°を超え、180°未満の数値に設定してある。このため、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaは、45°を超え、90°未満の数値に設定してあり、第2受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbは、45°を超え、90°未満の数値に設定してある。
【0042】
さらに、本形態では、図9および図10を参照して後述するデータに基づいて、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向とが成す交差角度θcを、120°を超え、140°未満の数値に設定してある。このため、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaは、60°を超え、70°未満の数値に設定してあり、第2受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbは、60°を超え、70°未満の数値に設定してある。
【0043】
ここで、第1光源部12Aから出射される検出光L2の出射範囲の中央に相当する角度方向を0°方向とし、かかる0°の方向に広がる面を仮想面Sとすると、第1受光素子131の受光面131aと第2受光素子132の受光面132aは、仮想面Sに対して線対称に配置されている。従って、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaと受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbとは等しい。
【0044】
なお、第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bも、第1受光部13Aと同様、複数の受光素子130として、第1受光素子131と第2受光素子132とを備えている。
【0045】
(制御系)
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の制御系の説明図であり、図6(a)、(b)は、制御系のブロック図、および光源駆動部による点灯動作等を示す説明図である。図6(a)に示すように、光学式位置検出装置10において、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12A、および第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bは、制御用IC70に電気的に接続されている。また、第1受発光ユニット15Aの第1受光部13A、および第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bは、信号処理部71を介して、制御用IC70に電気的に接続されている。制御用IC70は、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置60に電気的に接続されている。
【0046】
制御用IC70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、制御用IC70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。
【0047】
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)、および制御用IC70の外部に設けられた増幅部79とともに光源装置20を構成しており、増幅部79を介して第1光源121と第2光源122に駆動電流を供給する。その際、光源駆動部51は、図6(b)に示すように、第1光源121と第2光源122に逆相の駆動パルスを印加することにより、第1光源121を点灯させ第2光源122を消灯させる第1期間の第1点灯動作と、第2光源122を点灯させ第1光源121を消灯させる第2期間の第2点灯動作とを行なわせる。なお、受光部13において、第1受光素子131および第2受光素子132は、第1期間および第2期間のいずれにおいても対象物体Obで反射した反射光L3を同時に検出する。
【0048】
かかる構成の光源装置20によって、第1期間の第1点灯動作時において検出空間10Rには、XY平面に沿って第1光強度分布LID1が形成される。かかる第1光強度分布LID1は、図4(a)に矢印の長さにより検出光の光強度を示すように、検出空間10R(出射範囲)内に一方の端部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光強度分布を備えている。一方、第2期間の第2点灯動作時において検出空間10Rには、XY平面に沿って第2光強度分布LID2が形成される。かかる第2光強度分布LID2は、図4(b)に矢印の長さにより検出光の光強度を示すように、出射範囲内に他方の端部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光強度分布を備えるものとなる。ここで、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。
【0049】
なお、第2受発光ユニット15Bは、第1受発光ユニット15Aと同様な構成をもって制御用IC70に電気的に接続されており、光源駆動部51は第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bに対しても、第1光源部12Aと同様、第1期間において第1点灯動作を行わせて第1光強度分布LID1を形成させる。また、第1期間とは重ならない第2期間において第2点灯動作を行わせて第2光強度分布LID2を形成させる。ここで、光源駆動部51は、図6(b)に示すように、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12Aの第1点灯動作(第1期間)および第2点灯動作(第2期間)の後に、第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bの第1点灯動作(第1期間)および第2点灯動作(第2期間)を行う。
【0050】
再び図6(a)において、制御用IC70は、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を制御して光源部12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。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。
【0051】
ここで、受光部13の第1受光素子131から出力された信号、および第2受光素子132から出力された信号は、I−V変換部や増幅部等を備えた信号処理部71を介して制御用IC70の位置検出部50に入力される。
【0052】
ここで、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されている。また、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されることもある。
【0053】
かかる制御用IC70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。
【0054】
本形態の光学式位置検出装置10は、受発光ユニット15として、互いに離間した位置に配置された第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bを有している。このため、座標データ取得部55は、第1受発光ユニット15A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受発光ユニット15B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。
【0055】
なお、本形態では、制御用IC70を多チャンネル化して、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を駆動しているが、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の関係をもつ2つの制御用IC70を用いてもよい。
【0056】
(対象物体の位置検出動作)
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における位置検出原理の説明図であり、図7(a)は光強度分布の説明図であり、図7(b)は対象物体Obが存在する位置情報(角度位置/方位情報)を取得する方法の説明図である。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において対象物体ObのXY座標データを取得する原理の説明図である。図7では、光源部12から出射される検出光L2の出射範囲の中央(受光部13の正面)に相当する角度方向を0°としてある。
【0057】
本形態では、まず、第1光源部12Aの第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、検出光L2の出射角度方向と、検出光L2の強度とは、図7(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によって、第2光強度分布LID2を形成した際、検出光L2の出射角度方向と、検出光L2の強度とは、図7(a)に線E2で示す直線関係にある。ここで、図7(b)および図8に示すように、第1光源部12Aの中心PE(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での受光強度と、第2光強度分布LID2を形成した際の第1受光部13Aでの受光強度を比較して、強度INTa、INTbの関係を求めれば、図7(b)および図8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。
【0058】
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によって、第1光強度分布LID1を形成した第1期間における第1受光部13Aから出力される信号の強度と、第2光強度分布LID2を形成した第2期間における第1受光部13Aから出力される信号の強度とが等しくなるように、第1光源部12Aに対する第1駆動電流値、および第1光源部12Aに対する第2駆動電流値を調整する。
【0059】
ここで、第1光源部12Aから出力される信号の強度は、光源120に対する第1駆動電流値、および光源120に対する第2駆動電流値に比例する。従って、光源120に対する第1駆動電流値、および光源120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駆動電流値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。
【0060】
より具体的には、まず、図6(a)に示す制御用IC70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。その際、光源装置20は、まず、第1期間および第2期間において、予め設定された基準駆動電流値により第1光源部12Aの第1光源121および第2光源122を駆動する。本形態において、第1光源121に対する基準駆動電流値と、第2光源122に対する基準駆動電流値とは等しい。このため、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。また、第1受光部13Aの第1受光素子131および第2受光素子132は反射光L3を検出し、第1受光素子131および第2受光素子132から出力された信号は、信号処理部71を介して検出用信号Vtとして制御用IC70に出力される。
【0061】
そして、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。
【0062】
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6に示す第1角度位置検出部551は、かかる調整を行った後の第1光源121および第2光源122に対する駆動電流値の比や差、あるいは駆動電流値の調整量の比や差から対象物体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。本形態では、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とが等しくなった時点での基準駆動電流値から第1駆動電流値への調整量と、基準駆動電流値から第2駆動電流値へ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。
【0063】
かかる動作を第2光源部12Bにおいても行えば、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、座標データ確定部553は、図8に示すように、中心間距離DSが一定であるので、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。
【0064】
(第1受光素子131と第2受光素子132との位置関係)
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における受光素子130の受光面の傾きと受光素子130から出力される信号レベルとの関係を示すグラフであり、図9(a)、(b)、(c)、(d)は、交差角度θcが40°、80°、100°、120°である場合のグラフである。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において、交差角度を100°に設定した場合の受光部13での感度指向性を示すグラフである。
【0065】
より具体的には、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第1期間(第1点灯動作)において第1光強度分布LID1を形成した状態で対象物体Obの角度位置をずらした際の第1受光素子131からの出力電流のレベルを線V1(PhaseB)で示してある。また、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第2期間(第2点灯動作)において第2光強度分布LID2を形成した状態で対象物体Obの角度位置をずらした際の第1受光素子131からの出力電流のレベルを線V2(PhaseA)で示してある。また、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第1期間(第1点灯動作時)の第1受光素子131からの出力電流と、第2期間(第2点灯動作時)の第1受光素子131からの出力電流のレベルとの差を線V3で示してある。なお、図9において、第1受光素子131からの出力電流のレベルのスケールは各図の左側の縦軸に示し、差分のスケールは各図の右側の縦軸に示してある。
【0066】
また、図10には、交差角度θcが100°の場合における第1受光素子131の感度指向性と、第2受光素子132の感度指向性とを合成した感度指向性を示してある。なお、図9および図10において、横軸は、検出光L2の出射空間における一方側(X軸方向の他方側X2)に相当する方向を0°とした場合の対象物体Obの角度位置(反射光L3の入射角度)である。
【0067】
図9(a)、(b)、(c)、(d)に示す結果から分かるように、交差角度θcが40°〜120°のいずれの場合でも、図18(a)に示す結果と比較すれば、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合でも、第1受光素子131からの出力信号のレベルが高く、かつ、第1期間と第2期間とにおける差分が単調変化する角度範囲が広い。
【0068】
また、図9(a)、(b)、(c)、(d)に示す結果を比較すると、図9(c)、(d)に示す交差角度θcが100°、120°の場合には、図9(a)、(b)に示す交差角度θcが40°、80°の場合に比較して、円Qで示す領域のように、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向からX軸方向の他方側X2に大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合の差分の変化が大きい。従って、交差角度θcが100°、120°の場合には、交差角度θcが40°、80°の場合に比較して、検出精度が高いといえる。
【0069】
それ故、例えば、交差角度θcが100°になるように第1受光素子131および第2受光素子132を配置した場合の受光部13での感度指向性は、第1受光素子131の感度指向性と、第2受光素子132の感度指向性とを合成した結果として表され、かかる受光部13での感度指向性は、図10に示す特性となる。図10から分かるように、受光部13での受光感度は、0°から180°の角度範囲にわたって高いレベルを有することから、0°から180°の角度範囲にわたって、検出精度が高い。
【0070】
同様な評価を交差角度θcが上記の角度以外の場合についても評価したところ、交差角度θcを以下の範囲
90°<θc<180°
に設定すれば、広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。また、交差角度θcを以下の範囲
120°<θc<140°
に設定すれば、0°から180°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。それ故、本形態では、第1受発光ユニット15Aの第1受光部13Aおよび第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bのいずれにおいても、図5を参照して説明したように、交差角度θcを上記の適正範囲に設定してあるので、検出精度が高い。
【0071】
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態によれば、受光素子130として、複数の受光素子130(第1受光素子131および第2受光素子132)を用いて対象物体Obからの反射光L3を検出しているので、第1受光素子131において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、第2受光素子132には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。同様に、第2受光素子132において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、第1受光素子131には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。このため、検出空間10Rを広げることができる。
【0072】
また、第1受光素子131および第2受光素子132は、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向との交差角度θcが90°を超え、180°未満となるように配置されている。このため、第1受光素子131と第2受光素子132とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第1受光素子131および第2受光素子132のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。このため、検出空間10Rを拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体Obの位置を精度よく検出することができる。また、本形態において、交差角度θcは、120°を超え、140°未満である。このため、第1受光素子131および第2受光素子132のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射するので、0°から180°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られる。
【0073】
また、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力する。このため、位置検出部50は、検出用信号Vtとしてレベルの高い信号を用いて対象物体Obの位置を検出するので、検出空間10Rが広い。
【0074】
なお、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されることもあり、かかる構成の場合、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がない。それ故、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0075】
[実施の形態2]
(構成および動作)
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の説明図であり、図11(a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の点灯動作等を示す説明図、第1受光素子131が検出モードになっている期間の説明図、および第2受光素子132が検出モードになっている期間の説明図である。図12は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の増幅部79等の電気的構成を示す説明図であり、図12(a)は、増幅部79等における電気的接続の切り換え部分の説明図、および切り換え動作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。
【0076】
本形態でも、実施の形態1と同様、図5を参照して説明したように、受光部13では、受光素子130として、第1受光素子131および第2受光素子132が用いられている。また、本形態でも、実施の形態1と同様、図11(a)に示すように、第1期間においては第1光源121を点灯させて第1光強度分布LID1を形成し(第1点灯動作)、第2期間においては第2光源122を点灯させて第2光強度分布LID2を形成する(第2点灯動作)。また、本形態でも、実施の形態1と同様、対象物体Obの位置を検出する際、第1期間および第2期間において基準駆動電流値により検出光L2を出射した際の第1期間における検出用信号Vtのレベルと第2期間における検出用信号Vtのレベルとを比較した結果に基づいて第1期間における駆動電流値と第2期間における駆動電流値とを変化させる。そして、第1期間における検出用信号Vtのレベルと第2期間における検出用信号Vtのレベルとが等しくなったとき、第1期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量と第2期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。
【0077】
ここで、実施の形態1では、図6(b)を参照して説明したように、第1受光素子131および第2受光素子132を同時に反射光L3の検出に用いたが、本形態では、図11(a)、(b)、(c)に示すように、第1受光素子131と第2受光素子132とを異なる期間において検出モードとする。より具体的には、図11(a)、(b)に示すように、期間T1では、第1受光素子131を検出モードとし、かかる期間において、第1光源121を点灯させる第1点灯動作(第1期間)と、第2光源122を点灯させる第2点灯動作(第2期間)とを実行する。また、図11(a)、(c)に示すように、期間T2では、第2受光素子132を検出モードとし、かかる期間において、第1光源121を点灯させる第1点灯動作(第1期間)と、第2光源122を点灯させる第2点灯動作(第2期間)とを実行する。
【0078】
また、実施の形態1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値と同一としたが、本形態では、図11(a)、(b)に示すように、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定する。これに対して、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、図11(a)、(c)に示すように、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定する。
【0079】
かかる動作は、図12(a)に示す回路構成を採用することにより、実現することができる。より具体的には、光源装置20の増幅部79に、第1期間に検出光L2を出射する第1光源121に対して第1増幅部791を設け、第2期間に検出光L2を出射する第2光源122に対して第2増幅部792を設ける。また、第1増幅部791としてバイポーラ型のトランジスターを用い、第1光源121をトランジスターのエミッターと第1電位VEとの間に接続するか、コレクターと第2電位VSとの間に接続するかを切り換え、第1光源121に供給する基準駆動電流値を切り換える。また、第2増幅部792としても、第1増幅部791と同様、バイポーラ型のトランジスターを用い、第2光源122をトランジスターのエミッターと第1電位VEとの間に接続するか、コレクターと第2電位VSとの間に接続するかを切り換え、第2光源122に供給する基準駆動電流値を切り換える。なお、光源駆動部51からはトランジスターのベースに印加される電位を制御する電位が出力され、かかる電位によって、第1光源121および第2光源122に供給される駆動電流値が制御される。
【0080】
また、受光部13では、期間T1、T2において、信号処理部71の端子ra+、ra−に導通する受光素子130を第1受光素子131と第2受光素子132との間で切り換える。
【0081】
かかる回路構成によれば、図12(b)に示すように、端子間の接続を切り換えることにより、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定することができ、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定することができる。
【0082】
まず、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、信号処理部71の端子ra+、ra−を第1受光素子131の端子p1c、p1aと導通させる。そして、第1増幅部791の端子t11、t12を短絡させる一方、第1光源121の端子s1a、s1cを、第1増幅部791の端子t13、t14に導通させる。一方、第2増幅部792の端子t23、t24を短絡させる一方、第2光源122の端子s2a、s2cを、第2増幅部792の端子t21、t22に導通させる。そして、第1期間では、第1光源121に通電して第1光強度分布LID1を形成し、第2期間では、第2光源122に通電して第2光強度分布LID2を形成する。ここで、第1光源121はコレクター電流が供給されるのに対して、第2光源122はエミッター電流が供給される。従って、第1光源121および第2光源122に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第1光源121<第2光源122
となる。
【0083】
これに対して、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、信号処理部71の端子ra+、ra−を第2受光素子132の端子p2c、p2aと導通させる。そして、第1増幅部791の端子t13、t14を短絡させる一方、第1光源121の端子s1a、s1cを、第1増幅部791の端子t11、t12に導通させる。一方、第2増幅部792の端子t21、t22を短絡させる一方、第2光源122の端子s2a、s2cを、第2増幅部792の端子t23、t24に導通させる。そして、第1期間では、第1光源121に通電して第1光強度分布LID1を形成し、第2期間では、第2光源122に通電して第2光強度分布LID2を形成する。ここで、第1光源121はエミッター電流が供給されるのに対して、第2光源122はコレクター電流が供給される。従って、第1光源121および第2光源122に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第1光源121>第2光源122
となる。かかる構成は、第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bのいずれにおいても同様である。
【0084】
(本形態の主な効果)
図13は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の効果を示す説明図であり、図13(a)、(b)は、本形態の切り換え構造を適用した場合の検出レンジの説明図、および本形態の切り換え構造を適用しなかった場合の検出レンジの説明図である。
【0085】
本形態では、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定し、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定する。このため、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0086】
より具体的には、検出光L2を出射した際、対象物体Ob以外の物体で反射した迷光も受光部13に入射する。また、第1期間において第1光強度分布LID1を形成した際、第1受光素子131は、第1光強度分布LID1において光強度が高い方に受光面131aを向けているため、第1受光素子131に入射する迷光の強度は、第2受光素子132に入射する迷光の強度より大である。また、第2期間において第2光強度分布LID2を形成した際、第2受光素子131は、第2光強度分布LID2において光強度が高い方に受光面132aを向けているため、第2受光素子132に入射する迷光の強度は、第1受光素子131に入射する迷光の強度より大である。
【0087】
従って、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1において第1期間での基準駆動電流値と第2期間での基準駆動電流値とを同一の値に設定すると、図13(b)に示すように、対象物体Obが存在しない状態で既に、第1期間において第1受光素子131から出力される信号のレベルが位置検出部50で許容されている入力レンジの中央値から一方にずれている。このため、対象物体Obが存在する状態で第1期間を行う際、第1受光素子131に供給する駆動電流値の調整幅が制限されてしまい、検出範囲が制限されてしまう。第2受光素子132が検出モードとなる期間T2での第2期間でも同様である。
【0088】
しかるに本形態では、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1においては、第1期間での基準駆動電流値を第2期間での基準駆動電流値より低く設定してあるため、図13(a)に示すように、対象物体Obが存在しない状態では、第1期間において第1受光素子131から出力される信号のレベルが位置検出部50で許容されている入力レンジの中央に位置する。このため、対象物体Obが存在する状態で第1期間を行う際、第1受光素子131に供給する駆動電流値の調整幅が広いので、検出範囲が制限されてしまうことを防止することができる。第2受光素子132が検出モードとなる期間T2での第2期間でも同様である。
【0089】
それ故、本形態によれば、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0090】
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、2つの光源部(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)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。また、上記実施の形態では、検出光L2の放射中心位置に受光部13を設けたが、他の箇所に受光部13を設けてもよく、2つの光源部(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)に対して共通の受光部13を設けてもよい。さらに、上記の例では、受光部13が2つの受光素子(第1受光素子131および第2受光素子132)を備えているが、3つ以上の受光素子を備えてもよい。
【0091】
なお、上記実施の形態では、2つのライトガイドLGの各々に光源120を設けたが、1つのライトガイドLGの両端に光源120を設け、光源120を交互に点灯させて、第1期間と第2期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。この場合には、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ので、受光部13を光源部12の放射中心からZ軸方向にずれた位置に配置することができる。
【0092】
また、上記の形態では、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127は、ライトガイドLGを用いて、出射範囲内に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を備える検出光L2を出射しているが、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127として、複数の発光素子を備え、光源駆動部51によって、各発光素子に対する駆動電流を複数の発光素子の配列方向の一方端の発光素子から他方端の発光素子に向かって減少させることにより、出射範囲内に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を備える検出光L2を出射するものを採用することもできる。
【0093】
[位置検出システムの構成例]
(位置検出システムの具体例1)
図14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13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。
【0094】
上記実施の形態に係る位置検出システム1においては、図14に示すように、視認面構成部材40として画像表示装置110を用い、かかる画像表示装置110に、図1〜図13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、画像表示装置110は、直視型画像表示装置や、視認面構成部材40をスクリーンとする背面型投射型画像表示装置である。
【0095】
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、画像表示装置110の表示面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、画像表示装置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。
【0096】
(位置検出システムの具体例2)
図15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15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13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。
【0097】
図15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。
【0098】
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。
【0099】
なお、光学式位置検出装置10とスクリーン80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。
【0100】
(位置検出システムの他の具体例)
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。
【0101】
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】
【0102】
1・・位置検出システム、10・・光学式位置検出装置、12・・光源部、12A・・第1光源部、12B・・第2光源部、13・・受光部、13A・・第1受光部、13B・・第2受光部、15・・受発光ユニット、15A・・第1受発光ユニット、15B・・第2受発光ユニット、20・・光源装置、40・・視認面構成部材、50・・位置検出部、51・・光源駆動部、100・・入力機能付き表示システム、131・・第1受光素子、132・・第2受光素子、200・・入力機能付き投射型表示システム
【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および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、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(例えば、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(例えば、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1つの受光素子を用い、複数の点光源のうちの一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力と、他の一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力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】
しかしながら、特許文献1に記載の光学式位置検出装置は点光源から出射された検出光を利用しているので、検出光の照射範囲自体が狭い。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。また、特許文献2、3に記載の光学式位置検出装置は、導光板を利用して光強度分布を形成しているため、検出可能な範囲が導光板のサイズによって制限される。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。
【0006】
そこで、本発明者等は、光源装置から仮想面に沿って出射された検出光を利用して対象物体の仮想面上の位置を検出する方式を検討している。例えば、図16に示す光学式位置検出装置のように、光源部12からXY平面に沿って検出光L2を出射するとともに、第1期間の第1点灯動作では、出射強度を円弧L21の径で示すように、検出光L2が出射される空間(検出空間10R)の一方側から他方側に向かって検出光L2の出射強度を減少させる。また、第1期間と重ならない第2期間の第2点灯動作では、出射強度を円弧L22の径で示すように、他方側から一方側に向かって検出光L2の出射強度を減少させる。そして、第1期間に対象物体Obで反射した検出光(反射光L3)を受光素子130で受光した結果と、第2期間に対象物体Obで反射した検出光(反射光L3)を受光素子130で受光した結果との比較結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Obを検出しようとする座標面(仮想面)に沿って検出光L2を出射するので、検出空間10Rが広いという利点がある。
【0007】
しかしながら、図16を参照して説明した構成、および特許文献1〜3に記載の構成のいずれにおいても、受光素子130の感度指向性に起因する検出誤差が発生するという問題点がある。また、検出光L2を出射した際、対象物体Ob以外の物体で反射した検出光L2の一部が受光素子130に入射するため、受光面130aに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合、受光素子130からの出力には、対象物体Ob以外の物体で反射して受光素子130に入射した検出光L2に起因する出力成分の比率が増大し、検出精度が低下するという問題もある。
【0008】
具体的には、受光素子130は、図17(a)に示すように、全体として直方体形状の素子本体130bと、素子本体130bの両端から突出する端子130cとを備えており、素子本体130bは、一方面側に受光面130aを備えている。かかる受光素子130の受光感度は、図17(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130aに対する法線方向に感度ピーク方向を有している。また、図17(b)からわかるように、受光素子130は、検出光の入射角度が受光面130a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、検出光の入射角度が受光面130aに対する法線方向から90°以上傾くと、感度が0となる。このため、検出光の入射角度が受光面130aに対する法線方向に対して大きく傾いている場合、受光素子130から出力される信号のレベルが低くなってしまい、検出精度が低下する。
【0009】
具体的には、対象物体Obの角度位置をずらしながら、第1点灯動作および第2点灯動作を行うと、受光部13からの出力信号は、図18(a)に示す結果となる。図18(a)において、横軸は、検出光L2の出射空間における一方側(X軸方向の他方側X2)に相当する方向を0°とした場合の対象物体Obの角度位置である。また、図18(a)において、線V181で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号を示し、線V182で示す値は、第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号を示し、線V183で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号と第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号との差分である。かかる結果において、線V183で示す差分は、対象物体Obの角度位置が移動するに伴って単調変化すべきであるが、実際には、受光素子130の受光面130aに法線方向から大きく傾いた方向から反射光L3が入射した場合、受光素子130からの出力信号のレベルが極めて低いとともに、差分は単調変化を示さなくなる。
【0010】
但し、図18(a)に示す結果に対して、図17(b)に示す感度を乗じて換算すると、図18(b)に示す結果となる。図18(b)において、線V186で示す値は、第1点灯動作時の受光素子130からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線V187で示す値は、第2点灯動作時の受光素子130からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線V188で示す値は、換算後の出力信号との差分である。図18(b)に示すように、感度による換算を行うと、受光素子130の受光面130aに法線方向から大きく傾いた方向から反射光L3が入射した場合でも、受光素子130からの出力信号のレベルが十分高いとともに、差分は広い角度範囲において単調変化を示す。それ故、図18(a)に示す異常な変化は、受光素子130の感度指向性に起因するものであり、受光素子130に対する入射光量自身は、入射角度に依らず、適正であるといえる。
【0011】
従って、受光素子130の感度指向性に起因する問題を解消するとすれば、検出空間10Rを囲むように受光素子130を配置すればよいことになるが、かかる構成では、装置が大型化してしまい、実用が困難である。
【0012】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる光学式位置検出装置、および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】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明の光学式位置検出装置は、検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第1受光素子と、該第1受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第2受光素子と、を備え、前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満であることを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、受光部は、検出光が出射された空間で反射した検出光(反射光)を第1受光素子および第2受光素子で検出する。ここで、第1受光素子および第2受光素子は、第1受光素子の受光面に対する法線方向と第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満となるように配置されている。このため、第1受光素子と第2受光素子とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第1受光素子および第2受光素子のうち、一方の受光素子において受光感度が低下する方向から検出光が入射するような場合でも、他方の受光素子では、検出光を高い感度で受光することができる。このため、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【0015】
本発明において、前記交差角度は、120°を超え、140°未満であることが好ましい。かかる構成によれば、第1受光素子および第2受光素子のうち少なくとも一方には、常に、感度が高い方から検出光が入射するので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【0016】
本発明において、前記光源装置は、第1期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第1期間とは重ならない第2期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記位置検出部は、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと、前記第2期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。
【0017】
本発明において、前記位置検出部は、前記光源装置が前記第1期間および前記第2期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第1期間における前記駆動電流値と前記第2期間における前記駆動電流値とを変化させ、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第1期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第2期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、検出光が出射される空間に対象物体以外の物体が存在している場合でも、かかる物体の影響を緩和することができる。
【0018】
本発明において、前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に検出する構成を採用することができる。
【0019】
本発明において、前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出する構成を採用してもよい。
【0020】
この場合、前記光源装置は、前記第1受光素子が検出する期間では、前記第1期間における前記基準駆動電流値を前記第2期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第2受光素子が検出する期間では、前記第2期間における前記基準駆動電流値を前記第1期間における前記基準駆動電流値より低く設定することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体以外の物体での反射光が受光部に入射するような場合でも、かかる反射光の影響を緩和することができる。
【0021】
本発明において、前記光源装置は、前記第1期間に前記検出光を出射する第1光源と、該第1光源に供給する電流を増幅する第1増幅部と、前記第2期間に前記検出光を出射する第2光源と、該第2光源に供給する電流を増幅する第2増幅部と、を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、第1期間に検出光を出射する第1光源と、第2期間に検出光を出射する第2光源とを各々、適正な駆動電流値で駆動することができる。
【0022】
本発明に係る光学式位置検出装置は、画像が表示される表示面を備えた表示装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。
【0023】
また、本発明に係る光学式位置検出装置は、画像を投射する画像投射装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された投射画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【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の説明図である。
【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斜視図である。
【図3】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主要部の構成を示す説明図である。
【図4】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から出射される検出光の説明図である。
【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受光部の構成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の制御系の説明図である。
【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ける位置検出原理の説明図である。
【図8】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置において対象物体のXY座標データを取得する原理の説明図である。
【図9】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置における受光素子の受光面の傾きと受光素子から出力される信号レベルとの関係を示すグラフである。
【図10】本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置において、交差角度を100°に設定した場合の受光部での感度指向性を示すグラフである。
【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説明図である。
【図12】本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の増幅部等の電気的構成を示す説明図である。
【図13】本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の効果を示す説明図である。
【図14】本発明を適用した位置検出システムの具体例1(入力機能付き表示システム)の説明図である。
【図15】本発明を適用した位置検出システムの具体例2(入力機能付き表示システム/入力機能付き投射型表示システム)の説明図である。
【図16】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【図17】光学式位置検出装置で用いられる受光素子の説明図である。
【図18】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置における受光部の感度指向性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に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。また、以下の説明では、図16および図17を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。
【0026】
[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の説明図である。図1(a)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であり、図1(b)は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。
【0027】
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を有している。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。
【0028】
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を放射状に出射可能な光源部12と、検出光L2の出射範囲(検出空間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とを備えている。ここで、光源部12は、図6を参照して説明する光源駆動部51や増幅部79とともに光源装置20を構成している。
【0029】
光学式位置検出装置10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)を備えており、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、光学式位置検出装置10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空間10Rに向く第1受光部13Aおよび第2受光部13Bを備えており、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。
【0030】
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。
【0031】
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が出射された際に、第1受光部13Aは、検出空間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。
【0032】
(受発光ユニット)
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15の斜視図である。図3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15の主要部の構成を示す説明図である。図4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15から出射される検出光L2の説明図であり、図4(a)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し、図4(b)は、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している。なお、図2および図3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いることから、第1受発光ユニット15Aの構成を中心に説明し、第2受発光ユニット15Bの詳細な説明を省略する。
【0033】
図2に示すように、第1光源部12Aは、長さ方向(円周方向)で湾曲した形状をもって延在する周面を備えた扇形形状のホルダー150を備えている。ホルダー150は、第1ホルダー151と第2ホルダー152とがZ軸方向で重ねられた構造になっており、第1ホルダー151は下端側に扇形形状の鍔部156aを備えており、第2ホルダー152は上端側に扇形形状の鍔部156bを備えている。鍔部156a、156bにより挟まれた部分は、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。
【0034】
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、対象物体Obからの反射光L3の入射部148になっており、かかる入射部148の奥に第1受光部13Aが配置されている。
【0035】
図3および図4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。
【0036】
第1光源モジュール126は、光源120として、第1光源121を備えている。第1光源121は、ライトガイドLGの一方の端部LG1の端面に出射方向を向けて配置されている。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出射方向設定部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、第2光源122を備えている。第2光源122はライトガイドLGの他方の端部LG2の端面に出射方向を向けて配置されている。また、第2光源モジュール127は、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出射方向設定部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1光源121および第2光源122としては、LED(発光ダイオード)等の発光素子が用いられている。LEDはピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる検出光L2を発散光として出射する。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いる。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。かかる第1光源モジュール126および第2光源モジュール127においては、第1光源121が点灯することにより、第1光源モジュール126から検出光L2が放射状に出射され、第2光源122が点灯することにより、第2光源モジュール127から検出光L2が放射状に出射される。
【0037】
(受光部13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の受光部13の構成を示す説明図であり、図5(a)、(b)は、受光部13に用いた2つの受光素子130の位置関係を示す説明図、および2つの受光素子130を拡大して示す説明図である。なお、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いることから、第1受発光ユニット15Aの構成を中心に説明し、第2受発光ユニット15Bの詳細な説明を省略する。
【0038】
図2〜図5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は、第1受光部13Aに複数の受光素子130を備えている。より具体的には、第1受光部13Aは、複数の受光素子130として、第1受光素子131と、第1受光素子131に対してX軸方向で隣り合う位置に配置された第2受光素子132とを備えている。複数の受光素子130(第1受光素子131、および第2受光素子132)はいずれも、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスターであり、本形態においては、赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードであり、図17を参照して説明した構成を有している。
【0039】
図5に示すように、第1受光素子131と第2受光素子132とは、第1受光素子131の受光面131aと第2受光素子132の受光面132aを逆方向に傾斜させて隣り合う位置に設けられており、第1受光素子131と第2受光素子132とは、受光面131a、132aに対する法線方向が互いに交差する方向に延在している。
【0040】
ここで、第1受光素子131は、検出空間10Rの一方側(図3に示すライトガイドLGの一方の端部LG1が位置する側/第1光源121が位置する側)に受光面131aを向けており、第2受光素子132は、検出空間10Rの他方側(図3に示すライトガイドLGの他方の端部LG2が位置する側/第2光源122が位置する側)に受光面132aを向けている。
【0041】
また、第1受光素子131および第2受光素子132は、図15を参照して説明した感度指向性に対応させて、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向とが成す交差角度θcを、90°を超え、180°未満の数値に設定してある。このため、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaは、45°を超え、90°未満の数値に設定してあり、第2受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbは、45°を超え、90°未満の数値に設定してある。
【0042】
さらに、本形態では、図9および図10を参照して後述するデータに基づいて、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向とが成す交差角度θcを、120°を超え、140°未満の数値に設定してある。このため、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaは、60°を超え、70°未満の数値に設定してあり、第2受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbは、60°を超え、70°未満の数値に設定してある。
【0043】
ここで、第1光源部12Aから出射される検出光L2の出射範囲の中央に相当する角度方向を0°方向とし、かかる0°の方向に広がる面を仮想面Sとすると、第1受光素子131の受光面131aと第2受光素子132の受光面132aは、仮想面Sに対して線対称に配置されている。従って、第1受光素子131の受光面131aがX軸方向となす角度θaと受光素子132の受光面132aがX軸方向となす角度θbとは等しい。
【0044】
なお、第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bも、第1受光部13Aと同様、複数の受光素子130として、第1受光素子131と第2受光素子132とを備えている。
【0045】
(制御系)
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の制御系の説明図であり、図6(a)、(b)は、制御系のブロック図、および光源駆動部による点灯動作等を示す説明図である。図6(a)に示すように、光学式位置検出装置10において、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12A、および第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bは、制御用IC70に電気的に接続されている。また、第1受発光ユニット15Aの第1受光部13A、および第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bは、信号処理部71を介して、制御用IC70に電気的に接続されている。制御用IC70は、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置60に電気的に接続されている。
【0046】
制御用IC70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、制御用IC70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。
【0047】
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)、および制御用IC70の外部に設けられた増幅部79とともに光源装置20を構成しており、増幅部79を介して第1光源121と第2光源122に駆動電流を供給する。その際、光源駆動部51は、図6(b)に示すように、第1光源121と第2光源122に逆相の駆動パルスを印加することにより、第1光源121を点灯させ第2光源122を消灯させる第1期間の第1点灯動作と、第2光源122を点灯させ第1光源121を消灯させる第2期間の第2点灯動作とを行なわせる。なお、受光部13において、第1受光素子131および第2受光素子132は、第1期間および第2期間のいずれにおいても対象物体Obで反射した反射光L3を同時に検出する。
【0048】
かかる構成の光源装置20によって、第1期間の第1点灯動作時において検出空間10Rには、XY平面に沿って第1光強度分布LID1が形成される。かかる第1光強度分布LID1は、図4(a)に矢印の長さにより検出光の光強度を示すように、検出空間10R(出射範囲)内に一方の端部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光強度分布を備えている。一方、第2期間の第2点灯動作時において検出空間10Rには、XY平面に沿って第2光強度分布LID2が形成される。かかる第2光強度分布LID2は、図4(b)に矢印の長さにより検出光の光強度を示すように、出射範囲内に他方の端部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光強度分布を備えるものとなる。ここで、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。
【0049】
なお、第2受発光ユニット15Bは、第1受発光ユニット15Aと同様な構成をもって制御用IC70に電気的に接続されており、光源駆動部51は第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bに対しても、第1光源部12Aと同様、第1期間において第1点灯動作を行わせて第1光強度分布LID1を形成させる。また、第1期間とは重ならない第2期間において第2点灯動作を行わせて第2光強度分布LID2を形成させる。ここで、光源駆動部51は、図6(b)に示すように、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12Aの第1点灯動作(第1期間)および第2点灯動作(第2期間)の後に、第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bの第1点灯動作(第1期間)および第2点灯動作(第2期間)を行う。
【0050】
再び図6(a)において、制御用IC70は、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を制御して光源部12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。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。
【0051】
ここで、受光部13の第1受光素子131から出力された信号、および第2受光素子132から出力された信号は、I−V変換部や増幅部等を備えた信号処理部71を介して制御用IC70の位置検出部50に入力される。
【0052】
ここで、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されている。また、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されることもある。
【0053】
かかる制御用IC70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。
【0054】
本形態の光学式位置検出装置10は、受発光ユニット15として、互いに離間した位置に配置された第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bを有している。このため、座標データ取得部55は、第1受発光ユニット15A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受発光ユニット15B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。
【0055】
なお、本形態では、制御用IC70を多チャンネル化して、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を駆動しているが、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の関係をもつ2つの制御用IC70を用いてもよい。
【0056】
(対象物体の位置検出動作)
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における位置検出原理の説明図であり、図7(a)は光強度分布の説明図であり、図7(b)は対象物体Obが存在する位置情報(角度位置/方位情報)を取得する方法の説明図である。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において対象物体ObのXY座標データを取得する原理の説明図である。図7では、光源部12から出射される検出光L2の出射範囲の中央(受光部13の正面)に相当する角度方向を0°としてある。
【0057】
本形態では、まず、第1光源部12Aの第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、検出光L2の出射角度方向と、検出光L2の強度とは、図7(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によって、第2光強度分布LID2を形成した際、検出光L2の出射角度方向と、検出光L2の強度とは、図7(a)に線E2で示す直線関係にある。ここで、図7(b)および図8に示すように、第1光源部12Aの中心PE(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での受光強度と、第2光強度分布LID2を形成した際の第1受光部13Aでの受光強度を比較して、強度INTa、INTbの関係を求めれば、図7(b)および図8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。
【0058】
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によって、第1光強度分布LID1を形成した第1期間における第1受光部13Aから出力される信号の強度と、第2光強度分布LID2を形成した第2期間における第1受光部13Aから出力される信号の強度とが等しくなるように、第1光源部12Aに対する第1駆動電流値、および第1光源部12Aに対する第2駆動電流値を調整する。
【0059】
ここで、第1光源部12Aから出力される信号の強度は、光源120に対する第1駆動電流値、および光源120に対する第2駆動電流値に比例する。従って、光源120に対する第1駆動電流値、および光源120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駆動電流値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。
【0060】
より具体的には、まず、図6(a)に示す制御用IC70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。その際、光源装置20は、まず、第1期間および第2期間において、予め設定された基準駆動電流値により第1光源部12Aの第1光源121および第2光源122を駆動する。本形態において、第1光源121に対する基準駆動電流値と、第2光源122に対する基準駆動電流値とは等しい。このため、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。また、第1受光部13Aの第1受光素子131および第2受光素子132は反射光L3を検出し、第1受光素子131および第2受光素子132から出力された信号は、信号処理部71を介して検出用信号Vtとして制御用IC70に出力される。
【0061】
そして、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。
【0062】
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6に示す第1角度位置検出部551は、かかる調整を行った後の第1光源121および第2光源122に対する駆動電流値の比や差、あるいは駆動電流値の調整量の比や差から対象物体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。本形態では、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とが等しくなった時点での基準駆動電流値から第1駆動電流値への調整量と、基準駆動電流値から第2駆動電流値へ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。
【0063】
かかる動作を第2光源部12Bにおいても行えば、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、座標データ確定部553は、図8に示すように、中心間距離DSが一定であるので、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。
【0064】
(第1受光素子131と第2受光素子132との位置関係)
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における受光素子130の受光面の傾きと受光素子130から出力される信号レベルとの関係を示すグラフであり、図9(a)、(b)、(c)、(d)は、交差角度θcが40°、80°、100°、120°である場合のグラフである。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において、交差角度を100°に設定した場合の受光部13での感度指向性を示すグラフである。
【0065】
より具体的には、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第1期間(第1点灯動作)において第1光強度分布LID1を形成した状態で対象物体Obの角度位置をずらした際の第1受光素子131からの出力電流のレベルを線V1(PhaseB)で示してある。また、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第2期間(第2点灯動作)において第2光強度分布LID2を形成した状態で対象物体Obの角度位置をずらした際の第1受光素子131からの出力電流のレベルを線V2(PhaseA)で示してある。また、図9(a)、(b)、(c)、(d)には、第1受光素子131の受光面131aとX軸方向とが成す角度θaが20°、40°、50°、60°である場合に、第1期間(第1点灯動作時)の第1受光素子131からの出力電流と、第2期間(第2点灯動作時)の第1受光素子131からの出力電流のレベルとの差を線V3で示してある。なお、図9において、第1受光素子131からの出力電流のレベルのスケールは各図の左側の縦軸に示し、差分のスケールは各図の右側の縦軸に示してある。
【0066】
また、図10には、交差角度θcが100°の場合における第1受光素子131の感度指向性と、第2受光素子132の感度指向性とを合成した感度指向性を示してある。なお、図9および図10において、横軸は、検出光L2の出射空間における一方側(X軸方向の他方側X2)に相当する方向を0°とした場合の対象物体Obの角度位置(反射光L3の入射角度)である。
【0067】
図9(a)、(b)、(c)、(d)に示す結果から分かるように、交差角度θcが40°〜120°のいずれの場合でも、図18(a)に示す結果と比較すれば、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合でも、第1受光素子131からの出力信号のレベルが高く、かつ、第1期間と第2期間とにおける差分が単調変化する角度範囲が広い。
【0068】
また、図9(a)、(b)、(c)、(d)に示す結果を比較すると、図9(c)、(d)に示す交差角度θcが100°、120°の場合には、図9(a)、(b)に示す交差角度θcが40°、80°の場合に比較して、円Qで示す領域のように、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向からX軸方向の他方側X2に大きく傾いた方向に対象物体Obが位置する場合の差分の変化が大きい。従って、交差角度θcが100°、120°の場合には、交差角度θcが40°、80°の場合に比較して、検出精度が高いといえる。
【0069】
それ故、例えば、交差角度θcが100°になるように第1受光素子131および第2受光素子132を配置した場合の受光部13での感度指向性は、第1受光素子131の感度指向性と、第2受光素子132の感度指向性とを合成した結果として表され、かかる受光部13での感度指向性は、図10に示す特性となる。図10から分かるように、受光部13での受光感度は、0°から180°の角度範囲にわたって高いレベルを有することから、0°から180°の角度範囲にわたって、検出精度が高い。
【0070】
同様な評価を交差角度θcが上記の角度以外の場合についても評価したところ、交差角度θcを以下の範囲
90°<θc<180°
に設定すれば、広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。また、交差角度θcを以下の範囲
120°<θc<140°
に設定すれば、0°から180°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。それ故、本形態では、第1受発光ユニット15Aの第1受光部13Aおよび第2受発光ユニット15Bの第2受光部13Bのいずれにおいても、図5を参照して説明したように、交差角度θcを上記の適正範囲に設定してあるので、検出精度が高い。
【0071】
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態によれば、受光素子130として、複数の受光素子130(第1受光素子131および第2受光素子132)を用いて対象物体Obからの反射光L3を検出しているので、第1受光素子131において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、第2受光素子132には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。同様に、第2受光素子132において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、第1受光素子131には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。このため、検出空間10Rを広げることができる。
【0072】
また、第1受光素子131および第2受光素子132は、第1受光素子131の受光面131aに対する法線方向と第2受光素子132の受光面132aに対する法線方向との交差角度θcが90°を超え、180°未満となるように配置されている。このため、第1受光素子131と第2受光素子132とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第1受光素子131および第2受光素子132のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射する。このため、検出空間10Rを拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体Obの位置を精度よく検出することができる。また、本形態において、交差角度θcは、120°を超え、140°未満である。このため、第1受光素子131および第2受光素子132のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光L3が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光L3が入射するので、0°から180°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られる。
【0073】
また、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力する。このため、位置検出部50は、検出用信号Vtとしてレベルの高い信号を用いて対象物体Obの位置を検出するので、検出空間10Rが広い。
【0074】
なお、信号処理部71は、第1受光素子131から出力された信号レベルと第2受光素子132から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Vtとして制御用IC70に出力するように構成されることもあり、かかる構成の場合、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がない。それ故、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0075】
[実施の形態2]
(構成および動作)
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の説明図であり、図11(a)、(b)、(c)は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の点灯動作等を示す説明図、第1受光素子131が検出モードになっている期間の説明図、および第2受光素子132が検出モードになっている期間の説明図である。図12は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の増幅部79等の電気的構成を示す説明図であり、図12(a)は、増幅部79等における電気的接続の切り換え部分の説明図、および切り換え動作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。
【0076】
本形態でも、実施の形態1と同様、図5を参照して説明したように、受光部13では、受光素子130として、第1受光素子131および第2受光素子132が用いられている。また、本形態でも、実施の形態1と同様、図11(a)に示すように、第1期間においては第1光源121を点灯させて第1光強度分布LID1を形成し(第1点灯動作)、第2期間においては第2光源122を点灯させて第2光強度分布LID2を形成する(第2点灯動作)。また、本形態でも、実施の形態1と同様、対象物体Obの位置を検出する際、第1期間および第2期間において基準駆動電流値により検出光L2を出射した際の第1期間における検出用信号Vtのレベルと第2期間における検出用信号Vtのレベルとを比較した結果に基づいて第1期間における駆動電流値と第2期間における駆動電流値とを変化させる。そして、第1期間における検出用信号Vtのレベルと第2期間における検出用信号Vtのレベルとが等しくなったとき、第1期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量と第2期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。
【0077】
ここで、実施の形態1では、図6(b)を参照して説明したように、第1受光素子131および第2受光素子132を同時に反射光L3の検出に用いたが、本形態では、図11(a)、(b)、(c)に示すように、第1受光素子131と第2受光素子132とを異なる期間において検出モードとする。より具体的には、図11(a)、(b)に示すように、期間T1では、第1受光素子131を検出モードとし、かかる期間において、第1光源121を点灯させる第1点灯動作(第1期間)と、第2光源122を点灯させる第2点灯動作(第2期間)とを実行する。また、図11(a)、(c)に示すように、期間T2では、第2受光素子132を検出モードとし、かかる期間において、第1光源121を点灯させる第1点灯動作(第1期間)と、第2光源122を点灯させる第2点灯動作(第2期間)とを実行する。
【0078】
また、実施の形態1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値と同一としたが、本形態では、図11(a)、(b)に示すように、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定する。これに対して、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、図11(a)、(c)に示すように、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定する。
【0079】
かかる動作は、図12(a)に示す回路構成を採用することにより、実現することができる。より具体的には、光源装置20の増幅部79に、第1期間に検出光L2を出射する第1光源121に対して第1増幅部791を設け、第2期間に検出光L2を出射する第2光源122に対して第2増幅部792を設ける。また、第1増幅部791としてバイポーラ型のトランジスターを用い、第1光源121をトランジスターのエミッターと第1電位VEとの間に接続するか、コレクターと第2電位VSとの間に接続するかを切り換え、第1光源121に供給する基準駆動電流値を切り換える。また、第2増幅部792としても、第1増幅部791と同様、バイポーラ型のトランジスターを用い、第2光源122をトランジスターのエミッターと第1電位VEとの間に接続するか、コレクターと第2電位VSとの間に接続するかを切り換え、第2光源122に供給する基準駆動電流値を切り換える。なお、光源駆動部51からはトランジスターのベースに印加される電位を制御する電位が出力され、かかる電位によって、第1光源121および第2光源122に供給される駆動電流値が制御される。
【0080】
また、受光部13では、期間T1、T2において、信号処理部71の端子ra+、ra−に導通する受光素子130を第1受光素子131と第2受光素子132との間で切り換える。
【0081】
かかる回路構成によれば、図12(b)に示すように、端子間の接続を切り換えることにより、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定することができ、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定することができる。
【0082】
まず、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、信号処理部71の端子ra+、ra−を第1受光素子131の端子p1c、p1aと導通させる。そして、第1増幅部791の端子t11、t12を短絡させる一方、第1光源121の端子s1a、s1cを、第1増幅部791の端子t13、t14に導通させる。一方、第2増幅部792の端子t23、t24を短絡させる一方、第2光源122の端子s2a、s2cを、第2増幅部792の端子t21、t22に導通させる。そして、第1期間では、第1光源121に通電して第1光強度分布LID1を形成し、第2期間では、第2光源122に通電して第2光強度分布LID2を形成する。ここで、第1光源121はコレクター電流が供給されるのに対して、第2光源122はエミッター電流が供給される。従って、第1光源121および第2光源122に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第1光源121<第2光源122
となる。
【0083】
これに対して、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、信号処理部71の端子ra+、ra−を第2受光素子132の端子p2c、p2aと導通させる。そして、第1増幅部791の端子t13、t14を短絡させる一方、第1光源121の端子s1a、s1cを、第1増幅部791の端子t11、t12に導通させる。一方、第2増幅部792の端子t21、t22を短絡させる一方、第2光源122の端子s2a、s2cを、第2増幅部792の端子t23、t24に導通させる。そして、第1期間では、第1光源121に通電して第1光強度分布LID1を形成し、第2期間では、第2光源122に通電して第2光強度分布LID2を形成する。ここで、第1光源121はエミッター電流が供給されるのに対して、第2光源122はコレクター電流が供給される。従って、第1光源121および第2光源122に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第1光源121>第2光源122
となる。かかる構成は、第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bのいずれにおいても同様である。
【0084】
(本形態の主な効果)
図13は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の効果を示す説明図であり、図13(a)、(b)は、本形態の切り換え構造を適用した場合の検出レンジの説明図、および本形態の切り換え構造を適用しなかった場合の検出レンジの説明図である。
【0085】
本形態では、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1では、第1期間における基準駆動電流値を第2期間における基準駆動電流値より低く設定し、第2受光素子132が検出モードとなる期間T2では、第2期間における基準駆動電流値を第1期間における基準駆動電流値より低く設定する。このため、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0086】
より具体的には、検出光L2を出射した際、対象物体Ob以外の物体で反射した迷光も受光部13に入射する。また、第1期間において第1光強度分布LID1を形成した際、第1受光素子131は、第1光強度分布LID1において光強度が高い方に受光面131aを向けているため、第1受光素子131に入射する迷光の強度は、第2受光素子132に入射する迷光の強度より大である。また、第2期間において第2光強度分布LID2を形成した際、第2受光素子131は、第2光強度分布LID2において光強度が高い方に受光面132aを向けているため、第2受光素子132に入射する迷光の強度は、第1受光素子131に入射する迷光の強度より大である。
【0087】
従って、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1において第1期間での基準駆動電流値と第2期間での基準駆動電流値とを同一の値に設定すると、図13(b)に示すように、対象物体Obが存在しない状態で既に、第1期間において第1受光素子131から出力される信号のレベルが位置検出部50で許容されている入力レンジの中央値から一方にずれている。このため、対象物体Obが存在する状態で第1期間を行う際、第1受光素子131に供給する駆動電流値の調整幅が制限されてしまい、検出範囲が制限されてしまう。第2受光素子132が検出モードとなる期間T2での第2期間でも同様である。
【0088】
しかるに本形態では、第1受光素子131が検出モードとなる期間T1においては、第1期間での基準駆動電流値を第2期間での基準駆動電流値より低く設定してあるため、図13(a)に示すように、対象物体Obが存在しない状態では、第1期間において第1受光素子131から出力される信号のレベルが位置検出部50で許容されている入力レンジの中央に位置する。このため、対象物体Obが存在する状態で第1期間を行う際、第1受光素子131に供給する駆動電流値の調整幅が広いので、検出範囲が制限されてしまうことを防止することができる。第2受光素子132が検出モードとなる期間T2での第2期間でも同様である。
【0089】
それ故、本形態によれば、位置検出部50の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部50は、対象物体Obの位置を高い分解能をもって検出することができる。
【0090】
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、2つの光源部(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)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。また、上記実施の形態では、検出光L2の放射中心位置に受光部13を設けたが、他の箇所に受光部13を設けてもよく、2つの光源部(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)に対して共通の受光部13を設けてもよい。さらに、上記の例では、受光部13が2つの受光素子(第1受光素子131および第2受光素子132)を備えているが、3つ以上の受光素子を備えてもよい。
【0091】
なお、上記実施の形態では、2つのライトガイドLGの各々に光源120を設けたが、1つのライトガイドLGの両端に光源120を設け、光源120を交互に点灯させて、第1期間と第2期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。この場合には、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ので、受光部13を光源部12の放射中心からZ軸方向にずれた位置に配置することができる。
【0092】
また、上記の形態では、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127は、ライトガイドLGを用いて、出射範囲内に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を備える検出光L2を出射しているが、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127として、複数の発光素子を備え、光源駆動部51によって、各発光素子に対する駆動電流を複数の発光素子の配列方向の一方端の発光素子から他方端の発光素子に向かって減少させることにより、出射範囲内に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を備える検出光L2を出射するものを採用することもできる。
【0093】
[位置検出システムの構成例]
(位置検出システムの具体例1)
図14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13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。
【0094】
上記実施の形態に係る位置検出システム1においては、図14に示すように、視認面構成部材40として画像表示装置110を用い、かかる画像表示装置110に、図1〜図13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、画像表示装置110は、直視型画像表示装置や、視認面構成部材40をスクリーンとする背面型投射型画像表示装置である。
【0095】
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、画像表示装置110の表示面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、画像表示装置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。
【0096】
(位置検出システムの具体例2)
図15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15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13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。
【0097】
図15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。
【0098】
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。
【0099】
なお、光学式位置検出装置10とスクリーン80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。
【0100】
(位置検出システムの他の具体例)
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。
【0101】
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】
【0102】
1・・位置検出システム、10・・光学式位置検出装置、12・・光源部、12A・・第1光源部、12B・・第2光源部、13・・受光部、13A・・第1受光部、13B・・第2受光部、15・・受発光ユニット、15A・・第1受発光ユニット、15B・・第2受発光ユニット、20・・光源装置、40・・視認面構成部材、50・・位置検出部、51・・光源駆動部、100・・入力機能付き表示システム、131・・第1受光素子、132・・第2受光素子、200・・入力機能付き投射型表示システム
【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、
前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、
前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第1受光素子と、該第1受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第2受光素子と、を備え、
前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満であることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項2】
前記交差角度は、120°を超え、140°未満であ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】
前記光源装置は、第1期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第1期間とは重ならない第2期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、
前記位置検出部は、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと、前記第2期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値に基づいて前記対象物体の位置を検出す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】
前記位置検出部は、前記光源装置が前記第1期間および前記第2期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第1期間における前記駆動電流値と前記第2期間における前記駆動電流値とを変化させ、
前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第1期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第2期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する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】
前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項6】
前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出することを特徴とする請求項4に記載の光学式位置検出装置。
【請求項7】
前記光源装置は、前記第1受光素子が検出する期間では、前記第1期間における前記基準駆動電流値を前記第2期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第2受光素子が検出する期間では、前記第2期間における前記基準駆動電流値を前記第1期間における前記基準駆動電流値より低く設定することを特徴とする請求項6に記載の光学式位置検出装置。
【請求項8】
前記光源装置は、前記第1期間に前記検出光を出射する第1光源と、該第1光源に供給する電流を増幅する第1増幅部と、前記第2期間に前記検出光を出射する第2光源と、該第2光源に供給する電流を増幅する第2増幅部と、を備えている請求項7に記載の光学式位置検出装置。
【請求項9】
請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像が表示される表示面を備えた表示装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項10】
請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像を投射する画像投射装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項1】
検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、
前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、
前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第1受光素子と、該第1受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第2受光素子と、を備え、
前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記第2受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が90°を超え、180°未満であることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項2】
前記交差角度は、120°を超え、140°未満であ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】
前記光源装置は、第1期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第1期間とは重ならない第2期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、
前記位置検出部は、前記第1期間における前記検出用信号のレベルと、前記第2期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値に基づいて前記対象物体の位置を検出す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】
前記位置検出部は、前記光源装置が前記第1期間および前記第2期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第1期間における前記駆動電流値と前記第2期間における前記駆動電流値とを変化させ、
前記第1期間における前記検出用信号のレベルと前記第2期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第1期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第2期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する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】
前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に検出することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項6】
前記第1受光素子および前記第2受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出することを特徴とする請求項4に記載の光学式位置検出装置。
【請求項7】
前記光源装置は、前記第1受光素子が検出する期間では、前記第1期間における前記基準駆動電流値を前記第2期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第2受光素子が検出する期間では、前記第2期間における前記基準駆動電流値を前記第1期間における前記基準駆動電流値より低く設定することを特徴とする請求項6に記載の光学式位置検出装置。
【請求項8】
前記光源装置は、前記第1期間に前記検出光を出射する第1光源と、該第1光源に供給する電流を増幅する第1増幅部と、前記第2期間に前記検出光を出射する第2光源と、該第2光源に供給する電流を増幅する第2増幅部と、を備えている請求項7に記載の光学式位置検出装置。
【請求項9】
請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像が表示される表示面を備えた表示装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項10】
請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像を投射する画像投射装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図18】
【図5】
【図11】
【図12】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図18】
【図5】
【図11】
【図12】
【図16】
【公開番号】特開2013−11551(P2013−11551A)
【公開日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−145370(P2011−145370)
【出願日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]