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】対象物体からの反射光を複数の受光素子で受光した際に各受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、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。信号処理部７１は、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を加算した加算信号を位置検出部５０に検出用信号として出力する際、加算出力が閾値以下のときには加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、加算出力が閾値を超えるときには加算出力に第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する。
【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。信号処理部７１は、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を加算した加算信号を位置検出部５０に検出用信号として出力する際、加算出力が閾値以下のときには加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、加算出力が閾値を超えるときには加算出力に第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する。
【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１〜３に記載の構成では、受光素子が感度指向性を有しているため、検出範囲を拡張することが困難である。より具体的には、受光素子は、例えば、図１５（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１５（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１５（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、検出範囲は、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、例えば、６０°以下の傾きで入射するような角度範囲に限られてしまう。
【０００６】
また、検出光を出射した際、対象物体以外の物体で反射した検出光の一部が受光素子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が位置する場合、受光素子１３０からの出力には、対象物体以外の物体で反射して受光素子１３０に入射した検出光に起因する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。
【０００７】
ここに本願発明者は、受光部に複数の受光素子を設けることを提案するものである。また、本願発明者は、複数の受光素子から出力された信号の加算出力に基づいて対象物体の位置を検出することを提案するものである。かかる構成によれば、１つの受光素子に対して受光感度が低下する角度方向から検出光（反射光）が入射する場合でも、他方の受光素子では、受光感度が高い角度方向から検出光（反射光）が入射するので、検出範囲を拡大できる。
【０００８】
ここで、上記の構成の場合、位置検出部での入力レンジについては、加算出力の最大値に対応させないと、加算出力がオーバーフローしてしまい、対象物体の位置を検出できなくなる。例えば、受光素子を２つ設けた場合において、１つの受光素子から出力される信号の最大値が１Ｖである場合、位置検出部での入力レンジについては２Ｖと設定する必要がある。しかしながら、位置検出部での入力レンジを２Ｖまで広げると、その分、分解能が低下し、位置検出精度が低下する。それ故、複数の受光素子を設けた場合、分解能と、オーバーフローの防止とは、一方を満たせば他方が損なわれる二律背反の関係にある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体からの反射光を複数の受光素子で受光することにより検出範囲の拡張等を図った場合において、各受光素子からの出力レベルにかかわらず、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】
【００１０】
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、検出光を出射する光源部と、前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力と閾値とを比較し、当該加算出力が前記閾値以下のときには当該加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには当該加算出力に前記第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、前記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、を有していることを特徴とする。
【００１１】
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）を複数の受光素子で検出するので、複数の受光素子のうち、１つ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、対象物体の位置を検出できる範囲を拡張することができる。また、本発明では、複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力を求め、かかる加算出力に基づいて、対象物体の位置を検出する。このため、位置検出部が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。さらに、加算出力が閾値以下のときには加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する一方、加算出力が閾値を超えるときには加算出力に第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する。このため、位置検出部の入力レンジの最高値を高くしなくても、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部の入力レンジの最高値を低く設定することができるので、加算出力が低レベルであっても、対象物体の位置を高い精度で検出することができる。また、加算出力が閾値を超えるときには検出用信号のレベルを低めに設定することになるが、かかる事象が発生するのは、対象物体が受光部に近い位置にある等、検出精度が元々、極めて高い位置にある場合に相当する。従って、加算出力が閾値を超えるときには検出用信号のレベルを低めに設定した場合でも、対象物体の位置を比較的高い精度で検出することができる。それ故、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１２】
本発明において、前記検出用信号生成部は、例えば、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、前記加算出力を増幅して前記検出用信号を出力する加算出力増幅部と、前記比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには前記加算出力増幅部の増幅率を第１増幅率とし、前記加算出力が前記閾値を超えるときには前記加算出力増幅部の増幅率を前記第１増幅率より小さな第２増幅率とする増幅率切換部と、を備えている構成を採用することができる。かかる構成によれば、増幅率を切り換えるという比較的簡素な構成で、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１３】
本発明において、前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、該比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力する電流制限抵抗切換部と、を備えている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、電流制限抵抗を切り換えるという比較的簡素な構成で、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１４】
本発明の別の形態に係る光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号の強度を比較し、当該複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、前記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、を有していることを特徴とする。
【００１５】
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）を複数の受光素子で検出するので、複数の受光素子のうち、１つ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、対象物体の位置を検出できる範囲を拡張することができる。また、本発明では、複数の受光素子の各々から出力された複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として用いるため、位置検出部が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、位置検出部において入力が許容されているレンジについては、受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定しておけば、オーバーフローの発生を回避できるとともに、位置検出部の入力レンジを低く設定することができる。それ故、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、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、前記位置検出部において入力が許容されているレンジは、前記受光部に用いた受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定されていることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記光源部は、第１期間中、前記空間に一方側から他方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように前記検出光を出射し、前記第１期間とは重ならない第２期間中、前記空間に前記他方側から前記一方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように前記検出光を出射し、前記位置検出部は、前記第１期間中における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間中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部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。かかる構成によれば、検出用信号の絶対値により対象物体の位置を検出する場合に比較して、外光等の影響を受けにくい等の利点がある。また、検出用信号の絶対値により対象物体の位置を検出する場合と違って、検出用信号のレベルが高ければ高い程、検出精度が高いので、本発明を適用した場合の効果が顕著である。
【００１８】
本発明において、前記複数の受光素子には、第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置に配置された第２受光素子と、が含まれ、前記第１受光素子と前記第２受光素子とは、受光面に対する法線方向が互いに交差する方向に延びていることが好ましい。かかる構成によれば、第１受光素子と第２受光素子とは、互いに補完し合うため、少ない数の受光素子で検出範囲の拡張を図ることができる。
【００１９】
この場合、前記第１受光素子の前記法線方向、および前記第２受光素子の前記法線方向は、互いに４５°から９０°の角度を成す方向に延びていることが好ましい。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
【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において、受光部に用いた２つの受光素子の位置関係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の信号処理部の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置の信号処理部の説明図である。
【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制御系の説明図である。
【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信号処理部の説明図である。
【図１３】本発明を適用した位置検出システムの具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【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。
【００３０】
（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、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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において、受光部１３に用いた２つの受光素子の位置関係を示す説明図である。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。
【００３６】
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１５を参照して説明した構成を有している。
【００３７】
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接配置されており、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びている。本形態において、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、および第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向は、互いに４５°から９０°の角度θｃを成す方向に延びている。ここで、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角度θｃは、５０°から９０°の範囲にあることが好ましい。
【００３８】
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の第１受光範囲１３１Ｒと第２受光素子１３２の第２受光範囲１３２Ｒは、０°方向を中心とする所定の角度範囲において重なっている。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
この結果、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。
【００４４】
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２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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、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。信号処理部７１の詳細は、図９等を参照しながら後述する。
【００４７】
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。
【００４８】
ここで、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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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での検出受光強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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。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。
【００５５】
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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴｂを比較する。その結果、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、対象物体Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５６】
これに対して、検出受光強度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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度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。
【００５７】
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、第１受光部１３Ａと第２受光部１３Ｂの間の距離ＤＳに基づいて第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。
【００５８】
（信号処理部）
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の信号処理部７１の説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。なお、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、光学式位置検出装置１０において、信号処理部７１は、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａは、第１受光素子１３１から出力された第１信号（電流波形）から直流成分を除去して第１電圧信号に変換し、第１増幅部９２Ａは、第１電圧信号を増幅して第１増幅信号を出力する。第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂは、第２受光素子１３２から出力された第２信号（電流波形）から直流成分を除去して第２電圧信号に変換し、第２増幅部９２Ｂは、第２電圧信号を増幅して第２増幅信号を出力する。
【００６０】
また、信号処理部７１は加算部９３および検出用信号生成部９０を備えており、加算部９３は、第１増幅部９２Ａからの第１増幅信号と、第２増幅部９２Ｂからの第２増幅信号とを加算して加算出力Ｖｓを生成する。検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓを増幅した後、増幅後の加算出力Ｖｓと、予め設定された閾値とを比較し、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力する。このため、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００６１】
かかる検出用信号生成部９０として、本形態では、比較部９５、加算出力増幅部９４、および増幅率切換部９６（出力調整部）を備えている。ここで、比較部９５は、加算出力Ｖｓと閾値とを比較し、加算出力増幅部９４は、加算出力Ｖｓを所定の増幅率で増幅する。増幅率切換部９６は、比較部９５での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率とし、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率より小さな第２増幅率とする。従って、本形態では、第１倍率が第１増幅率に相当し、第２倍率が第２増幅率に相当する。
【００６２】
かかる信号処理部７１は、例えば、図９（ｂ）に示すように構成することができる。なお、図９（ｂ）には、帰還抵抗、入力抵抗等が用いられているが、抵抗については四角形で表し、それらの説明を省略する。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａおよび第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂは各々、結合容量９１１と、帰還抵抗および帰還容量を備えたオペアンプ９１２により構成され、第１増幅部９２Ａおよび第２増幅部９２Ｂは、帰還抵抗および帰還容量を備えたオペアンプ９２１により構成されている。加算部９３は、オペアンプ９３１により構成されている。
【００６３】
検出用信号生成部９０において、加算出力増幅部９４は、オペアンプ９４１、第１帰還抵抗９４２、および第２帰還抵抗９４３により構成されている。比較部９５は、閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ）と加算出力Ｖｓとを比較するコンパレーター９５１により構成されている。増幅率切換部９６は、コンパレーター９５１による比較結果に基づいて、第１帰還抵抗９４２および第２帰還抵抗９４３を選択的に切り替えるスイッチ９６１により構成されている。ここで、第１帰還抵抗９４２は第２帰還抵抗９４３よりも抵抗値が大きなものであり、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、通常時、オペアンプ９４１の帰還抵抗として、抵抗値の大きな第１帰還抵抗９４２を選択している。そして、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１帰還抵抗９４２を選択している状態を維持して、加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率に設定する。従って、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには、加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。
【００６４】
これに対して、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第２帰還抵抗９４３を選択する状態に切り換わる。その結果、加算出力増幅部９４の増幅率が第１増幅率より小さな第２増幅率に切り換わるため、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。
【００６５】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図６（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００６６】
（作用効果）
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。
【００６７】
また、本形態では、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）の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力Ｖｓを求め、かかる加算出力Ｖｓに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。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検出光Ｌ２の一部が受光素子１３０に入射するため、受光面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に入射した検出光に起因する成分の比率が増大する。しかるに本形態によれば、加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔ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に起因する成分の比率が低い。また、第１期間中および第２期間中に得られる加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔのレベルが高いので、検出精度が高い。
【００６８】
さらに、本形態では、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する一方、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する。このため、位置検出部５０の入力レンジの最高値を高くしなくても、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジの最高値を低く設定することができるので、加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔが低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。なお、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには検出用信号Ｖｔのレベルを低めに設定することになるが、かかる事象が発生するのは、対象物体Ｏｂが受光部１３に近い位置にある等、検出精度が元々、極めて高い位置にある場合に相当する。従って、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには検出用信号Ｖｔのレベルを低めに設定した場合でも、対象物体Ｏｂの位置を比較的高い精度で検出することができる。それ故、受光素子１３０からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
【００６９】
さらにまた、本形態では、受光部１３において、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを同時に駆動した状態で反射光Ｌ３を検出するので、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを時間帯をずらして別々に駆動して反射光Ｌ３を検出する場合と比較して、対象物体Ｏｂの位置の検出時間を半分にすることができる。従って、光学式位置検出装置１０の応答速度が向上する。また、検出時間が半分になれば、対称物体Ｏｂの位置検出動作を間欠的に行うことが可能となるので、消費電力を低下させることができる。さらに、検出時間が半分になれば、位置検出動作を繰り返し行った場合でも、応答速度の低下を抑制できる。従って、応答速度を低下させずに、位置検出精度を向上させることができる。
【００７０】
［実施の形態１の変形例］
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置１０の信号処理部７１の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。なお、本形態は、信号処理部７１の構成以外は、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。また、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００７１】
図１０（ａ）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、信号処理部７１は、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。また、信号処理部７１は、加算部９３を備えており、加算部９３は、第１増幅部９２Ａからの第１増幅信号と、第２増幅部９２Ｂからの第２増幅信号とを加算して、加算出力を生成する。また、信号処理部７１は、加算出力Ｖｓを増幅する加算出力増幅部９４′を有している。
【００７２】
また、信号処理部７１は、加算出力増幅部９４′から出力された増幅後の加算出力Ｖｓと、予め設定された閾値とを比較し、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力する検出用信号生成部９０を有している。このため、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００７３】
かかる検出用信号生成部９０として、本形態では、加算出力Ｖｓと閾値とを比較する比較部９５と、比較部９５での比較結果に基づいて、加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力する際の電流制限抵抗を切り換える電流制限抵抗切換部９６′（出力調整部）とを備えている。かかる電流制限抵抗切換部９６′は、比較部９５での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力する。
【００７４】
本形態では、図１０（ｂ）に示すように、加算出力増幅部９４′は、オペアンプ９４１および帰還抵抗９４５により構成されている。比較部９５は、加算出力増幅部９４′により増幅された後の加算出力Ｖｓと閾値Ｖｒｅｆとを比較するコンパレーター９５１により構成されている。電流制限抵抗切換部９６′は、第１抵抗値を有する第１電流制限抵抗９６２と、第１電流制限抵抗９６２の第１抵抗値より大きな第２抵抗値を有する第２電流制限抵抗９６３と、コンパレーター９５１による比較結果に基づいて、第１電流制限抵抗９６２および第２電流制限抵抗９６３を選択的に切り替えるスイッチ９６４により構成されている。スイッチ９６４（電流制限抵抗切換部９６′）は、初期状態においては、電流制限抵抗として、抵抗値の小さな第１電流制限抵抗９６２を選択している。そして、スイッチ９６４は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１電流制限抵抗９６２を選択している状態を維持する。
【００７５】
これに対して、スイッチ９６４（電流制限抵抗切換部９６′）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第２電流制限抵抗９６３を選択している状態に切り換わる。その結果、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。従って、本形態では、第１倍率が第１抵抗値の逆数に相当し、第２倍率が第２抵抗値の逆数に相当する。
【００７６】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図６（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００７７】
以上説明したように、本形態でも、実施の形態１と同様、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、検出空間１０Ｒを広げることができる。また、本形態では、第１受光素子１３１から出力される信号と、第２受光素子１３２から出力される信号との加算出力Ｖｓに対応する検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０には、レベルの高い検出用信号Ｖｔが入力されるので、検出空間１０Ｒを広げた場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
【００７８】
また、本形態では、信号処理部７１の検出用信号生成部９０によって、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する一方、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力するため、位置検出部５０の入力レンジを低く設定した場合でも、オーバーフローの発生を回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジを低く設定することができるので、加算出力Ｖｓ（検出用信号Ｖｔ）が低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００７９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０は、光源駆動部５１による光源部の駆動制御方法および信号処理部７１の構成が実施の形態１と相違する。図１〜図５、図７および図８を参照して説明した構成は、実施の形態１と同様であるので、対応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。また、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００８０】
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の制御系の説明図であり、図１１（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の信号処理部７１の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。
【００８１】
図１１（ａ）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、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、制御用ＩＣ７０に電気的に接続され、制御用ＩＣ７０は制御装置６０に電気的に接続されている。
【００８２】
制御用ＩＣ７０において、光源駆動部５１は、図１１（ｂ）に示すように、まず、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａの第１光源１２１と第２光源１２２とに同相の駆動パルスを印加することにより第１光源１２１と第２光源１２２を同時に点灯させる初期点灯動作を行なわせる。かかる初期点灯動作において、検出空間１０Ｒには、図４を参照して説明した第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とを合成した光強度分布が形成され、かかる光強度分布では、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一定の光強度分布が形成される。
【００８３】
次に、光源駆動部５１は、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、および第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点灯動作を第１光源部１２Ａに行なわせる。
【００８４】
なお、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と同様に、まず、初期点灯動作を行なわせて第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とを合成した光強度分布を形成させ、しかる後に、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、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。なお、光源駆動部５１は、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａの初期点灯動作、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の初期点灯動作、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行なわせる。
【００８５】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、受光部１３から出力された信号は、信号処理部７１を介して、位置検出部５０の受光量測定部７３に入力される。本形態において、図１２を参照して以下に説明するように、信号処理部７１は、位置検出部５０に出力する信号レベルを調整するために、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択し、かかる一方の受光素子の出力結果を位置検出部５０に出力する。図１１（ｂ）には、第１受発光ユニット１５Ａでは、第２受光素子１３２が選択され、第２受発光ユニット１５Ａでは、第１受光素子１３１が選択された場合を図示してある。このため、第１受発光ユニット１５Ａでは、初期点灯動作の際には、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の双方がオン状態にあるが、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）では、第２受光素子１３２のみがオン状態にあって、第１受光素子１３１はオフ状態にある。また、第２受発光ユニット１５Ｂでは、初期点灯動作の際には、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の双方がオン状態にあるが、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）では、第１受光素子１３１のみがオン状態にあって、第２受光素子１３２はオフ状態にある。
【００８６】
かかる動作を実現するにあたって、図１２（ａ）に示すように、本形態の信号処理部７１は、実施の形態１と同様、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。
【００８７】
また、信号処理部７１は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較し、これらの信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号Ｖｔとして出力する検出用信号生成部９９を備えている。本形態において、検出用信号生成部９９は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較する比較部９７と、比較部９７での検出結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号のうち、検出用信号Ｖｔとして出力する信号を切り換える出力切換部９８とを備えている。従って、本形態において、位置検出部５０において入力が許容されているレンジは、受光部１３に用いた受光素子１３０一つ分の最高出力に対応する値に設定されている。
【００８８】
図１２（ｂ）に示すように、比較部９５は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較するコンパレーター９７１により構成されている。出力切換部９８は、コンパレーター９７１による比較結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号のうち、強度が最大の信号を選択するスイッチ９８１によって構成されている。
【００８９】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第２受光素子１３２が選択されると、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行った際、第２受光素子１３２から出力された信号は、増幅された後、検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力されることになる。また、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第１受光素子１３１が選択されると、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行った際、第１受光素子１３１から出力された信号は、増幅された後、検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力されることになる。
【００９０】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９９から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図１１（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００９１】
以上説明したように、本形態でも、実施の形態１と同様、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。
【００９２】
また、本形態では、第１受光素子１３１から出力される信号と、第２受光素子１３２から出力される信号のうち、レベルが高い信号を検出用信号Ｖｔとして出力し、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０には、レベルの高い検出用信号Ｖｔが入力されるので、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。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検出光Ｌ２の一部が受光素子１３０に入射するため、受光面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に入射した検出光に起因する成分の比率が増大する。しかるに本形態によれば、検出用信号Ｖｔ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に起因する成分の比率が低い。また、第１期間中および第２期間中に得られる検出用信号Ｖｔのレベルが高いので、検出精度が高い。
【００９３】
また、位置検出部５０において入力が許容されているレンジは、受光部１３に用いた受光素子１３０一つ分の最高出力に対応する値に設定すればよいので、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジを低く設定することができるので、検出用信号Ｖｔが比較的低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。
【００９４】
さらに、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２から一方の受光素子を選択した以降は、他方の受光素子から出力された信号の処理を停止することができるので、省電力化や処理時間の短縮を図ることができる。
【００９５】
［実施の形態２の変形例］
上記実施の形態では、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択したが、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択してもよい。
【００９６】
［他の実施の形態の形態］
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
［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１３は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。なお、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【０１００】
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１３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１２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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（位置検出システムの具体例２）
図１４を参照して、視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、位置機能付き投射型表示システムを構成した例を説明する。図１４は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。なお、本形態の位置機能付き投射型表示システムにおいて、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【０１０３】
図１４に示す入力機能付き投射型表示システム２００（入力機能付き表示システム）では、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２５０（画像生成装置）からスクリーン８０（視認面構成部材４０）に画像が投射される。かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、画像投射装置２５０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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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】
【０１０８】
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、４０・・視認面構成部材、５０・位置検出部、５１・・光源駆動部、７１・・信号処理部、８０・・スクリーン、９３・・加算部、９４・・加算出力増幅部、９５、９７・・比較部、９６・・増幅率切換部、９６′・・電流制限抵抗切換部、９８・・出力切換部、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１〜３に記載の構成では、受光素子が感度指向性を有しているため、検出範囲を拡張することが困難である。より具体的には、受光素子は、例えば、図１５（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１５（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１５（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、検出範囲は、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、例えば、６０°以下の傾きで入射するような角度範囲に限られてしまう。
【０００６】
また、検出光を出射した際、対象物体以外の物体で反射した検出光の一部が受光素子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が位置する場合、受光素子１３０からの出力には、対象物体以外の物体で反射して受光素子１３０に入射した検出光に起因する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。
【０００７】
ここに本願発明者は、受光部に複数の受光素子を設けることを提案するものである。また、本願発明者は、複数の受光素子から出力された信号の加算出力に基づいて対象物体の位置を検出することを提案するものである。かかる構成によれば、１つの受光素子に対して受光感度が低下する角度方向から検出光（反射光）が入射する場合でも、他方の受光素子では、受光感度が高い角度方向から検出光（反射光）が入射するので、検出範囲を拡大できる。
【０００８】
ここで、上記の構成の場合、位置検出部での入力レンジについては、加算出力の最大値に対応させないと、加算出力がオーバーフローしてしまい、対象物体の位置を検出できなくなる。例えば、受光素子を２つ設けた場合において、１つの受光素子から出力される信号の最大値が１Ｖである場合、位置検出部での入力レンジについては２Ｖと設定する必要がある。しかしながら、位置検出部での入力レンジを２Ｖまで広げると、その分、分解能が低下し、位置検出精度が低下する。それ故、複数の受光素子を設けた場合、分解能と、オーバーフローの防止とは、一方を満たせば他方が損なわれる二律背反の関係にある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体からの反射光を複数の受光素子で受光することにより検出範囲の拡張等を図った場合において、各受光素子からの出力レベルにかかわらず、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】
【００１０】
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、検出光を出射する光源部と、前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力と閾値とを比較し、当該加算出力が前記閾値以下のときには当該加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには当該加算出力に前記第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、前記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、を有していることを特徴とする。
【００１１】
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）を複数の受光素子で検出するので、複数の受光素子のうち、１つ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、対象物体の位置を検出できる範囲を拡張することができる。また、本発明では、複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力を求め、かかる加算出力に基づいて、対象物体の位置を検出する。このため、位置検出部が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。さらに、加算出力が閾値以下のときには加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する一方、加算出力が閾値を超えるときには加算出力に第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する。このため、位置検出部の入力レンジの最高値を高くしなくても、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部の入力レンジの最高値を低く設定することができるので、加算出力が低レベルであっても、対象物体の位置を高い精度で検出することができる。また、加算出力が閾値を超えるときには検出用信号のレベルを低めに設定することになるが、かかる事象が発生するのは、対象物体が受光部に近い位置にある等、検出精度が元々、極めて高い位置にある場合に相当する。従って、加算出力が閾値を超えるときには検出用信号のレベルを低めに設定した場合でも、対象物体の位置を比較的高い精度で検出することができる。それ故、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１２】
本発明において、前記検出用信号生成部は、例えば、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、前記加算出力を増幅して前記検出用信号を出力する加算出力増幅部と、前記比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには前記加算出力増幅部の増幅率を第１増幅率とし、前記加算出力が前記閾値を超えるときには前記加算出力増幅部の増幅率を前記第１増幅率より小さな第２増幅率とする増幅率切換部と、を備えている構成を採用することができる。かかる構成によれば、増幅率を切り換えるという比較的簡素な構成で、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１３】
本発明において、前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、該比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力する電流制限抵抗切換部と、を備えている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、電流制限抵抗を切り換えるという比較的簡素な構成で、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１４】
本発明の別の形態に係る光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号の強度を比較し、当該複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、前記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、を有していることを特徴とする。
【００１５】
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）を複数の受光素子で検出するので、複数の受光素子のうち、１つ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、対象物体の位置を検出できる範囲を拡張することができる。また、本発明では、複数の受光素子の各々から出力された複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として用いるため、位置検出部が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、位置検出部において入力が許容されているレンジについては、受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定しておけば、オーバーフローの発生を回避できるとともに、位置検出部の入力レンジを低く設定することができる。それ故、受光素子からの出力レベルの高低にかかわらず、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、前記位置検出部において入力が許容されているレンジは、前記受光部に用いた受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定されていることが好ましい。
【００１７】
本発明において、前記光源部は、第１期間中、前記空間に一方側から他方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように前記検出光を出射し、前記第１期間とは重ならない第２期間中、前記空間に前記他方側から前記一方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように前記検出光を出射し、前記位置検出部は、前記第１期間中における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間中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部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。かかる構成によれば、検出用信号の絶対値により対象物体の位置を検出する場合に比較して、外光等の影響を受けにくい等の利点がある。また、検出用信号の絶対値により対象物体の位置を検出する場合と違って、検出用信号のレベルが高ければ高い程、検出精度が高いので、本発明を適用した場合の効果が顕著である。
【００１８】
本発明において、前記複数の受光素子には、第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置に配置された第２受光素子と、が含まれ、前記第１受光素子と前記第２受光素子とは、受光面に対する法線方向が互いに交差する方向に延びていることが好ましい。かかる構成によれば、第１受光素子と第２受光素子とは、互いに補完し合うため、少ない数の受光素子で検出範囲の拡張を図ることができる。
【００１９】
この場合、前記第１受光素子の前記法線方向、および前記第２受光素子の前記法線方向は、互いに４５°から９０°の角度を成す方向に延びていることが好ましい。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
【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において、受光部に用いた２つの受光素子の位置関係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の信号処理部の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置の信号処理部の説明図である。
【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制御系の説明図である。
【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信号処理部の説明図である。
【図１３】本発明を適用した位置検出システムの具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【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。
【００３０】
（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、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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において、受光部１３に用いた２つの受光素子の位置関係を示す説明図である。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。
【００３６】
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１５を参照して説明した構成を有している。
【００３７】
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接配置されており、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びている。本形態において、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、および第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向は、互いに４５°から９０°の角度θｃを成す方向に延びている。ここで、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角度θｃは、５０°から９０°の範囲にあることが好ましい。
【００３８】
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の第１受光範囲１３１Ｒと第２受光素子１３２の第２受光範囲１３２Ｒは、０°方向を中心とする所定の角度範囲において重なっている。
【００３９】
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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
この結果、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。
【００４４】
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２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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、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。信号処理部７１の詳細は、図９等を参照しながら後述する。
【００４７】
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。
【００４８】
ここで、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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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での検出受光強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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。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。
【００５５】
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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴｂを比較する。その結果、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、対象物体Ｏｂの角度位置は０°である。
【００５６】
これに対して、検出受光強度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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度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の検出受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの検出受光強度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。
【００５７】
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、第１受光部１３Ａと第２受光部１３Ｂの間の距離ＤＳに基づいて第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。
【００５８】
（信号処理部）
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の信号処理部７１の説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。なお、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、光学式位置検出装置１０において、信号処理部７１は、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａは、第１受光素子１３１から出力された第１信号（電流波形）から直流成分を除去して第１電圧信号に変換し、第１増幅部９２Ａは、第１電圧信号を増幅して第１増幅信号を出力する。第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂは、第２受光素子１３２から出力された第２信号（電流波形）から直流成分を除去して第２電圧信号に変換し、第２増幅部９２Ｂは、第２電圧信号を増幅して第２増幅信号を出力する。
【００６０】
また、信号処理部７１は加算部９３および検出用信号生成部９０を備えており、加算部９３は、第１増幅部９２Ａからの第１増幅信号と、第２増幅部９２Ｂからの第２増幅信号とを加算して加算出力Ｖｓを生成する。検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓを増幅した後、増幅後の加算出力Ｖｓと、予め設定された閾値とを比較し、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力する。このため、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００６１】
かかる検出用信号生成部９０として、本形態では、比較部９５、加算出力増幅部９４、および増幅率切換部９６（出力調整部）を備えている。ここで、比較部９５は、加算出力Ｖｓと閾値とを比較し、加算出力増幅部９４は、加算出力Ｖｓを所定の増幅率で増幅する。増幅率切換部９６は、比較部９５での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率とし、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率より小さな第２増幅率とする。従って、本形態では、第１倍率が第１増幅率に相当し、第２倍率が第２増幅率に相当する。
【００６２】
かかる信号処理部７１は、例えば、図９（ｂ）に示すように構成することができる。なお、図９（ｂ）には、帰還抵抗、入力抵抗等が用いられているが、抵抗については四角形で表し、それらの説明を省略する。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａおよび第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂは各々、結合容量９１１と、帰還抵抗および帰還容量を備えたオペアンプ９１２により構成され、第１増幅部９２Ａおよび第２増幅部９２Ｂは、帰還抵抗および帰還容量を備えたオペアンプ９２１により構成されている。加算部９３は、オペアンプ９３１により構成されている。
【００６３】
検出用信号生成部９０において、加算出力増幅部９４は、オペアンプ９４１、第１帰還抵抗９４２、および第２帰還抵抗９４３により構成されている。比較部９５は、閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ）と加算出力Ｖｓとを比較するコンパレーター９５１により構成されている。増幅率切換部９６は、コンパレーター９５１による比較結果に基づいて、第１帰還抵抗９４２および第２帰還抵抗９４３を選択的に切り替えるスイッチ９６１により構成されている。ここで、第１帰還抵抗９４２は第２帰還抵抗９４３よりも抵抗値が大きなものであり、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、通常時、オペアンプ９４１の帰還抵抗として、抵抗値の大きな第１帰還抵抗９４２を選択している。そして、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１帰還抵抗９４２を選択している状態を維持して、加算出力増幅部９４の増幅率を第１増幅率に設定する。従って、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには、加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。
【００６４】
これに対して、スイッチ９６１（増幅率切換部９６）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第２帰還抵抗９４３を選択する状態に切り換わる。その結果、加算出力増幅部９４の増幅率が第１増幅率より小さな第２増幅率に切り換わるため、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。
【００６５】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図６（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００６６】
（作用効果）
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。
【００６７】
また、本形態では、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）の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力Ｖｓを求め、かかる加算出力Ｖｓに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０が位置検出に用いる信号レベルが高いので、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。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検出光Ｌ２の一部が受光素子１３０に入射するため、受光面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に入射した検出光に起因する成分の比率が増大する。しかるに本形態によれば、加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔ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に起因する成分の比率が低い。また、第１期間中および第２期間中に得られる加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔのレベルが高いので、検出精度が高い。
【００６８】
さらに、本形態では、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する一方、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する。このため、位置検出部５０の入力レンジの最高値を高くしなくても、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジの最高値を低く設定することができるので、加算出力Ｖｓおよび検出用信号Ｖｔが低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。なお、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには検出用信号Ｖｔのレベルを低めに設定することになるが、かかる事象が発生するのは、対象物体Ｏｂが受光部１３に近い位置にある等、検出精度が元々、極めて高い位置にある場合に相当する。従って、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには検出用信号Ｖｔのレベルを低めに設定した場合でも、対象物体Ｏｂの位置を比較的高い精度で検出することができる。それ故、受光素子１３０からの出力レベルの高低にかかわらず、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
【００６９】
さらにまた、本形態では、受光部１３において、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを同時に駆動した状態で反射光Ｌ３を検出するので、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを時間帯をずらして別々に駆動して反射光Ｌ３を検出する場合と比較して、対象物体Ｏｂの位置の検出時間を半分にすることができる。従って、光学式位置検出装置１０の応答速度が向上する。また、検出時間が半分になれば、対称物体Ｏｂの位置検出動作を間欠的に行うことが可能となるので、消費電力を低下させることができる。さらに、検出時間が半分になれば、位置検出動作を繰り返し行った場合でも、応答速度の低下を抑制できる。従って、応答速度を低下させずに、位置検出精度を向上させることができる。
【００７０】
［実施の形態１の変形例］
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置１０の信号処理部７１の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。なお、本形態は、信号処理部７１の構成以外は、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。また、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００７１】
図１０（ａ）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、信号処理部７１は、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。また、信号処理部７１は、加算部９３を備えており、加算部９３は、第１増幅部９２Ａからの第１増幅信号と、第２増幅部９２Ｂからの第２増幅信号とを加算して、加算出力を生成する。また、信号処理部７１は、加算出力Ｖｓを増幅する加算出力増幅部９４′を有している。
【００７２】
また、信号処理部７１は、加算出力増幅部９４′から出力された増幅後の加算出力Ｖｓと、予め設定された閾値とを比較し、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力する検出用信号生成部９０を有している。このため、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００７３】
かかる検出用信号生成部９０として、本形態では、加算出力Ｖｓと閾値とを比較する比較部９５と、比較部９５での比較結果に基づいて、加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力する際の電流制限抵抗を切り換える電流制限抵抗切換部９６′（出力調整部）とを備えている。かかる電流制限抵抗切換部９６′は、比較部９５での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力し、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に加算出力Ｖｓを通して検出用信号Ｖｔを出力する。
【００７４】
本形態では、図１０（ｂ）に示すように、加算出力増幅部９４′は、オペアンプ９４１および帰還抵抗９４５により構成されている。比較部９５は、加算出力増幅部９４′により増幅された後の加算出力Ｖｓと閾値Ｖｒｅｆとを比較するコンパレーター９５１により構成されている。電流制限抵抗切換部９６′は、第１抵抗値を有する第１電流制限抵抗９６２と、第１電流制限抵抗９６２の第１抵抗値より大きな第２抵抗値を有する第２電流制限抵抗９６３と、コンパレーター９５１による比較結果に基づいて、第１電流制限抵抗９６２および第２電流制限抵抗９６３を選択的に切り替えるスイッチ９６４により構成されている。スイッチ９６４（電流制限抵抗切換部９６′）は、初期状態においては、電流制限抵抗として、抵抗値の小さな第１電流制限抵抗９６２を選択している。そして、スイッチ９６４は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには第１電流制限抵抗９６２を選択している状態を維持する。
【００７５】
これに対して、スイッチ９６４（電流制限抵抗切換部９６′）は、コンパレーター９５１（比較部９５）での比較結果において、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには第２電流制限抵抗９６３を選択している状態に切り換わる。その結果、検出用信号生成部９０は、加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力することになる。従って、本形態では、第１倍率が第１抵抗値の逆数に相当し、第２倍率が第２抵抗値の逆数に相当する。
【００７６】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９０から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図６（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００７７】
以上説明したように、本形態でも、実施の形態１と同様、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、検出空間１０Ｒを広げることができる。また、本形態では、第１受光素子１３１から出力される信号と、第２受光素子１３２から出力される信号との加算出力Ｖｓに対応する検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０には、レベルの高い検出用信号Ｖｔが入力されるので、検出空間１０Ｒを広げた場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
【００７８】
また、本形態では、信号処理部７１の検出用信号生成部９０によって、加算出力Ｖｓが閾値以下のときには加算出力Ｖｓに第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力する一方、加算出力Ｖｓが閾値を超えるときには加算出力Ｖｓに第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号Ｖｔとして出力するため、位置検出部５０の入力レンジを低く設定した場合でも、オーバーフローの発生を回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジを低く設定することができるので、加算出力Ｖｓ（検出用信号Ｖｔ）が低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００７９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０は、光源駆動部５１による光源部の駆動制御方法および信号処理部７１の構成が実施の形態１と相違する。図１〜図５、図７および図８を参照して説明した構成は、実施の形態１と同様であるので、対応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。また、信号処理部７１は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの双方に同一の構成をもって設けられているため、第１受発光ユニット１５Ａに対する信号処理部７１のみを説明し、第２受発光ユニット１５Ｂに対する信号処理部７１の説明を省略する。
【００８０】
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の制御系の説明図であり、図１１（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の信号処理部７１の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、信号処理部７１のブロック図、および信号処理部７１の具体的な構成例を示す説明図である。
【００８１】
図１１（ａ）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、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、制御用ＩＣ７０に電気的に接続され、制御用ＩＣ７０は制御装置６０に電気的に接続されている。
【００８２】
制御用ＩＣ７０において、光源駆動部５１は、図１１（ｂ）に示すように、まず、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａの第１光源１２１と第２光源１２２とに同相の駆動パルスを印加することにより第１光源１２１と第２光源１２２を同時に点灯させる初期点灯動作を行なわせる。かかる初期点灯動作において、検出空間１０Ｒには、図４を参照して説明した第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とを合成した光強度分布が形成され、かかる光強度分布では、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一定の光強度分布が形成される。
【００８３】
次に、光源駆動部５１は、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、および第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点灯動作を第１光源部１２Ａに行なわせる。
【００８４】
なお、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と同様に、まず、初期点灯動作を行なわせて第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とを合成した光強度分布を形成させ、しかる後に、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、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。なお、光源駆動部５１は、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａの初期点灯動作、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の初期点灯動作、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行なわせる。
【００８５】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、受光部１３から出力された信号は、信号処理部７１を介して、位置検出部５０の受光量測定部７３に入力される。本形態において、図１２を参照して以下に説明するように、信号処理部７１は、位置検出部５０に出力する信号レベルを調整するために、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択し、かかる一方の受光素子の出力結果を位置検出部５０に出力する。図１１（ｂ）には、第１受発光ユニット１５Ａでは、第２受光素子１３２が選択され、第２受発光ユニット１５Ａでは、第１受光素子１３１が選択された場合を図示してある。このため、第１受発光ユニット１５Ａでは、初期点灯動作の際には、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の双方がオン状態にあるが、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）では、第２受光素子１３２のみがオン状態にあって、第１受光素子１３１はオフ状態にある。また、第２受発光ユニット１５Ｂでは、初期点灯動作の際には、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の双方がオン状態にあるが、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）では、第１受光素子１３１のみがオン状態にあって、第２受光素子１３２はオフ状態にある。
【００８６】
かかる動作を実現するにあたって、図１２（ａ）に示すように、本形態の信号処理部７１は、実施の形態１と同様、まず、第１Ｉ−Ｖ変換部９１Ａ、第１増幅部９２Ａ、第２Ｉ−Ｖ変換部９１Ｂ、および第２増幅部９２Ｂを有している。
【００８７】
また、信号処理部７１は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較し、これらの信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号Ｖｔとして出力する検出用信号生成部９９を備えている。本形態において、検出用信号生成部９９は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較する比較部９７と、比較部９７での検出結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号のうち、検出用信号Ｖｔとして出力する信号を切り換える出力切換部９８とを備えている。従って、本形態において、位置検出部５０において入力が許容されているレンジは、受光部１３に用いた受光素子１３０一つ分の最高出力に対応する値に設定されている。
【００８８】
図１２（ｂ）に示すように、比較部９５は、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号の強度を比較するコンパレーター９７１により構成されている。出力切換部９８は、コンパレーター９７１による比較結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の各々から出力された信号のうち、強度が最大の信号を選択するスイッチ９８１によって構成されている。
【００８９】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第２受光素子１３２が選択されると、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行った際、第２受光素子１３２から出力された信号は、増幅された後、検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力されることになる。また、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第１受光素子１３１が選択されると、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行った際、第１受光素子１３１から出力された信号は、増幅された後、検出用信号Ｖｔとして位置検出部５０に出力されることになる。
【００９０】
そして、位置検出部５０は、検出用信号生成部９９から出力された検出用信号Ｖｔに基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、光源部１２は、前記した第１期間中における検出用信号Ｖｔのレベルと、前記した第２期間中における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったときの光源部１２での駆動電流値に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる動作は、図１１（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂにおいて順次行われる結果、対象物体ＯｂのＸＹ座標が検出されることになる。
【００９１】
以上説明したように、本形態でも、実施の形態１と同様、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。
【００９２】
また、本形態では、第１受光素子１３１から出力される信号と、第２受光素子１３２から出力される信号のうち、レベルが高い信号を検出用信号Ｖｔとして出力し、対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、位置検出部５０には、レベルの高い検出用信号Ｖｔが入力されるので、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。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検出光Ｌ２の一部が受光素子１３０に入射するため、受光面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に入射した検出光に起因する成分の比率が増大する。しかるに本形態によれば、検出用信号Ｖｔ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に起因する成分の比率が低い。また、第１期間中および第２期間中に得られる検出用信号Ｖｔのレベルが高いので、検出精度が高い。
【００９３】
また、位置検出部５０において入力が許容されているレンジは、受光部１３に用いた受光素子１３０一つ分の最高出力に対応する値に設定すればよいので、信号のオーバーフローを回避できる。また、位置検出部５０の入力レンジを低く設定することができるので、検出用信号Ｖｔが比較的低レベルであっても、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。
【００９４】
さらに、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２から一方の受光素子を選択した以降は、他方の受光素子から出力された信号の処理を停止することができるので、省電力化や処理時間の短縮を図ることができる。
【００９５】
［実施の形態２の変形例］
上記実施の形態では、初期点灯動作での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択したが、第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）での受光結果に基づいて、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２の一方の受光素子を選択してもよい。
【００９６】
［他の実施の形態の形態］
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
［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１３は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。なお、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【０１００】
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１３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１２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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
（位置検出システムの具体例２）
図１４を参照して、視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、位置機能付き投射型表示システムを構成した例を説明する。図１４は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。なお、本形態の位置機能付き投射型表示システムにおいて、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１２を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【０１０３】
図１４に示す入力機能付き投射型表示システム２００（入力機能付き表示システム）では、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２５０（画像生成装置）からスクリーン８０（視認面構成部材４０）に画像が投射される。かかる入力機能付き投射型表示システム２００において、画像投射装置２５０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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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】
【０１０８】
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、４０・・視認面構成部材、５０・位置検出部、５１・・光源駆動部、７１・・信号処理部、８０・・スクリーン、９３・・加算部、９４・・加算出力増幅部、９５、９７・・比較部、９６・・増幅率切換部、９６′・・電流制限抵抗切換部、９８・・出力切換部、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】
検出光を出射する光源部と、
前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、
前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力と閾値とを比較し、当該加算出力が前記閾値以下のときには当該加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには当該加算出力に前記第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、
前記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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、前記加算出力を増幅して前記検出用信号を出力する加算出力増幅部と、前記比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには前記加算出力増幅部の増幅率を第１増幅率とし、前記加算出力が前記閾値を超えるときには前記加算出力増幅部の増幅率を前記第１増幅率より小さな第２増幅率とする増幅率切換部と、
を備えてい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】
前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、該比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力する電流制限抵抗切換部と、を備えてい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４】
検出光を出射する光源部と、
前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、
前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号の強度を比較し、当該複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、
前記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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記位置検出部において入力が許容されているレンジは、前記受光部に用いた受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定されてい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６】
前記光源部は、第１期間中、前記空間に一方側から他方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように検出光を出射し、前記第１期間とは重ならない第２期間中、前記空間に前記他方側から前記一方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように検出光を出射し、
前記位置検出部は、前記第１期間中における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間中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部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乃至５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記複数の受光素子には、第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置に配置された第２受光素子と、が含まれ、
前記第１受光素子と前記第２受光素子とは、受光面に対する法線方向が互いに交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記第１受光素子の前記法線方向、および前記第２受光素子の前記法線方向は、互いに４５°から９０°の角度を成す方向に延びていることを特徴とする請求項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】
検出光を出射する光源部と、
前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、
前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号を加算した加算出力と閾値とを比較し、当該加算出力が前記閾値以下のときには当該加算出力に第１倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには当該加算出力に前記第１倍率より小さな第２倍率を乗じたレベルの信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、
前記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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、前記加算出力を増幅して前記検出用信号を出力する加算出力増幅部と、前記比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには前記加算出力増幅部の増幅率を第１増幅率とし、前記加算出力が前記閾値を超えるときには前記加算出力増幅部の増幅率を前記第１増幅率より小さな第２増幅率とする増幅率切換部と、
を備えてい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】
前記検出用信号生成部は、前記加算出力と前記閾値とを比較する比較部と、該比較部での比較結果において、前記加算出力が前記閾値以下のときには第１抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力し、前記加算出力が前記閾値を超えるときには第１抵抗値より値が大きな第２抵抗値を有する電流制限抵抗に前記加算出力を通して前記検出用信号を出力する電流制限抵抗切換部と、を備えてい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４】
検出光を出射する光源部と、
前記検出光が出射された空間で反射した前記検出光を受光する複数の受光素子を備えた受光部と、
前記複数の受光素子の各々から出力された複数の信号の強度を比較し、当該複数の信号のうち、強度が最大の信号を検出用信号として出力する検出用信号生成部と、
前記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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記位置検出部において入力が許容されているレンジは、前記受光部に用いた受光素子一つ分の最高出力に対応する値に設定されてい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６】
前記光源部は、第１期間中、前記空間に一方側から他方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように検出光を出射し、前記第１期間とは重ならない第２期間中、前記空間に前記他方側から前記一方側に向かって強度が減少する光強度分布を形成するように検出光を出射し、
前記位置検出部は、前記第１期間中における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間中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部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乃至５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記複数の受光素子には、第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置に配置された第２受光素子と、が含まれ、
前記第１受光素子と前記第２受光素子とは、受光面に対する法線方向が互いに交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記第１受光素子の前記法線方向、および前記第２受光素子の前記法線方向は、互いに４５°から９０°の角度を成す方向に延びていることを特徴とする請求項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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３９９７（Ｐ２０１３−３９９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７０７９（Ｐ２０１１−１３７０７９）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【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７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【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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