指示部材、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】姿勢や位置にかかわらず、指示部材、該指示部材を検出対象物体とする光学式位置検出装置、および当該位置検出装置を備えた入力機能付き表示システムを提供すること。
【解決手段】指示部材２０は、光学式位置検出装置において検出対象物体とされる部材であり、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えている。指示部材２０は、球体部２６の外周面、および軸部２５において球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっており、軸端部２５０に対して基端側に接続された部分２５１は、赤外光を吸収する光吸収部になっている。
【解決手段】指示部材２０は、光学式位置検出装置において検出対象物体とされる部材であり、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えている。指示部材２０は、球体部２６の外周面、および軸部２５において球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっており、軸端部２５０に対して基端側に接続された部分２５１は、赤外光を吸収する光吸収部になっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出の際の検出対象物体とされる指示部材、該指示部材を検出対象物体とする光学式位置検出装置、および当該位置検出装置を備えた入力機能付き表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、点光源からなる複数の光源部の各々に対して離間した位置に受光部を設け、複数の光源部の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射した際に、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部で検出されるものが提案されている（特許文献１参照）。また、点光源からなる複数の光源部の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている（特許文献２、３参照）。かかる光学式位置検出装置では、複数の光源部のうちの一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度と、他の一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２、３に記載の光学式位置検出装置では、対象物体で散乱あるいは乱反射した検出光を受光部で受光するため、受光部での受光強度が低く、検出精度が低いという問題点がある。かといって、対象物体に正反射する部分を設けても、対象物体の位置によっては受光部での受光強度が著しく低下するだけで、検出精度の向上を図ることは困難である。
【０００４】
一方、光学的に位置検出を行う際の検出対象物体として、外周面が再帰反射部とされた丸棒部を先端に備えた指示部材が提案されている（特許文献４参照）。かかる指示部材によれば、光学ユニットの光源部から出射された検出光が指示部材の再帰反射部で反射して確実に光学ユニットの受光部に入射するので、受光部での受光強度が高いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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
【特許文献４】特開２０１１−１４１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に記載の指示部材では、再帰反射部とされた丸棒部の全体から反射してきた光に基づいて位置検出を行うため、指示部材が傾いているときには、丸棒部の先端が指示位置であるにもかかわらず、丸棒部の長さ方向の中間位置を指示位置と誤検出してしまう。それ故、特許文献４に記載の指示部材では、丸棒部を長くすることができないので、受光部での受光強度を高めるという効果が小さく、検出精度を十分に高めることができないという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、姿勢や位置にかかわらず、指示位置を精度よく検出することができる指示部材、該指示部材を検出対象物体とする光学式位置検出装置、および当該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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る指示部材は、丸棒状の軸部と、該軸部の先端に設けられた球体部と、を備え、前記球体部の外周面、および前記軸部において前記球体部に接続された軸端部の外周面が再帰反射部になっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る指示部材は、丸棒状の軸部と、軸部の先端に設けられた球体部とを備えており、かかる球体部の外周面は再帰反射部になっている。このため、光源部から出射された検出光が指示部材の再帰反射部で反射すると、かかる反射光は、光源部の近傍に配置された受光部に入射するので、指示部材の先端部（再帰反射部）の位置を光学的に検出することができる。ここで、指示部材の先端側は球体部になっているため、先端が単なる丸棒である場合に比して投影面積が広い。従って、受光部に入射する反射光の光量が大であるので、位置検出精度が高い。また、球体部であれば、指示部材が斜めに傾いても、投影面積に変化がないので、指示部材が傾いても、位置検出精度が高い。さらに、球体部のみで受光部への入射光量を高めるには、球体部を大きくする必要があり、その場合、指示位置が不明確になる等の支障があるが、本発明では、軸部において球体部に接続された軸端部の外周面も再帰反射部になっているため、受光部への入射光量を高めることができる。ここで、指示部材が光源部に近い位置にある場合、球体部のみに検出光が照射され、軸端部には光が照射されないが、指示部材が光源部に近い位置にある場合、軸端部に光が照射されなくても、受光部への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。これに対して、指示部材が光源部から遠い位置にある場合、球体部および軸端部に検出光が照射される。従って、指示部材が光源部から遠い位置にある場合でも、受光部への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。その際、指示部材が傾いていると、球体部の位置と軸端部の位置とがずれることになるが、球体部の投影面積は軸端部の投影面積に比して大であるため、検出誤差を小さくすることができる。
【００１０】
本発明において、前記再帰反射部は、前記球体部および前記軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大していることが好ましい。かかる構成によれば、指示部材が光源部に近い場合には、指示部材の先端側のみに検出光が照射される結果、再帰反射部の狭い領域に検出光が照射される。これに対して、指示部材が光源部から遠い場合には、指示部材の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光が照射される結果、再帰反射部の広い領域に検出光が照射されることになる。このような場合でも、球体部および軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大している構成によれば、指示部材が光源部に近い場合に受光部に到達する検出光の光量と、指示部材が光源部から遠い場合に受光部に到達する検出光の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い場合と、指示部材が光源部から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００１１】
本発明において、前記軸端部の長さ寸法は、前記球体部の直径より短いことが好ましい。かかる構成によれば、球体部および軸端部に検出光が照射されている状態で指示部材が傾いても、球体部の位置と軸端部の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００１２】
本発明において、前記軸端部は、前記球体部の内部に進入可能になっていることが好ましい。かかる構成によれば、軸端部の露出面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１３】
本発明において、前記軸端部は、当該軸端部の基端側に接続された筒部内に進入可能になっている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、軸端部の露出面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１４】
本発明において、前記軸端部は、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部になっており、前記複数の筒部の外周面は前記再帰反射部になっていることが好ましい。かかる構成によれば、軸端部の面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１５】
本発明では、前記軸部において前記軸端部の基端側に接続された部分は、光吸収性を有していることが好ましい。かかる構成によれば、指示部材での反射領域を正確に限定することができるので、指示部材が傾いている場合の検出誤差を小さくすることができる。
【００１６】
本発明に係る指示部材を位置検出対象とする光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
かかる光学式位置検出装置において、前記光源部は、前記検出光の出射強度が前記出射空間の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が前記他方側から前記一方側に向かって減少する第２点灯動作とを異なる期間に行い、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１８】
この場合、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなったときに前記第１点灯動作時に前記光源部に供給した第１駆動電流値と前記第２点灯動作時に前記光源部に供給した第２駆動電流値との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体の位置によって受光部での受光強度が変化するのを単に利用する場合と違って、受光部での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、指示部材に再帰反射部を設けたことの効果が顕著である。
【００１９】
本発明は、入力機能付き表示システム等、各種のシステムに利用することができる。例えば、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を有し、前記表示面に沿う方向の前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。また、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し、前記画像の投射方向と交差する方向における前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図３】図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図４】図３に示す受発光ユニットに構成した光源部の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の電気的構成等を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおける位置検出原理を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおいて対象物体のＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る指示部材を用いたことの効果を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態７に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１６】図１５に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態８に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１８】図１７に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態９に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図２０】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２１】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する方向をＺ軸方向とする。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側とし、Ｚ軸方向の一方側をＺ１側とし、他方側をＺ２側として表してある。
【００２２】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出システムを検出光の出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
【００２３】
図１において、本形態の位置検出システム１は、対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０を有しており、かかる光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面に沿って放射状に出射した検出光Ｌ２を利用して、対象物体Ｏｂの位置を検出する。本形態において、位置検出システム１は、ＸＹ平面に沿って広がる視認面４１をＺ軸方向の一方側Ｚ１に備えた視認面構成部材４０を有しており、光学式位置検出装置１０は、視認面４１に沿って検出光Ｌ２を出射し、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、位置検出システム１の検出対象空間１０Ｒは、光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２が出射される空間である。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、後述する検出対象空間１０Ｒ内における対象物体ＯｂのＸＹ平面における位置（ＸＹ座標）を検出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。本形態では、対象物体Ｏｂとして、後述する指示部材２０が用いられる。
【００２４】
本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０は、視認面４１（ＸＹ平面）に沿って検出光Ｌ２を放射状に出射する線状の光源部１２（線状光源部）と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光部１３とを備えている。
【００２５】
本形態においては、光源部１２として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂが用いられており、第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。また、本形態においては、受光部１３として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂが用いられており、第１受光部１３Ａと第２受光部１３Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。
【００２６】
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とは第２受発光ユニット１５Ｂとして一体化されている。
【００２７】
後述するように、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源を備えており、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を放射状に出射する。なお、受光部１３は、受光素子として、フォトダイオードやフォトトランジスター等を備えており、本形態において、受光部１３は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードを備えている。
【００２８】
かかる第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とは異なるタイミングで動作する。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２ａが出射された際、第１受光部１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ａ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる動作とは異なるタイミングで、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第２光源部１２Ｂから検出光Ｌ２ｂが出射された際、第２受光部１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００２９】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図３は、図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図４は、図３に示す受発光ユニットに構成した光源部１２の構成を模式的に示す説明図であり、第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００３０】
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは同一の構成を有しており、それ故、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂも同一の構成を有している。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａは、Ｚ軸方向からみたときに扇形形状あるいは半円形状を有する光源支持部材１５０を有している。かかる光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１および第２光源支持部材１５２は各々、扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ａ、１５６ｂを備えている。鍔部１５６ａ、１５６ｂにより挟まれた部分は、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２が出射される出射部になっており、鍔部１５６ａ、１５６ｂは、Ｚ軸方向における検出光Ｌ２の出射範囲を制限している。
【００３１】
第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａは、検出光Ｌ２の出射部として、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とを備えている。第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥にフォトダイオードを備えた第１受光部１３Ａが配置されている。ここで、第１受発光ユニット１５Ａは、光源支持部材１５０の中心角が概ね１８０°であり、第１光源部１２Ａは、概ね１８０°の角度範囲にわたって形成されている。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂにおいても、第１受発光ユニット１５Ａと同様、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。
【００３３】
より具体的には、図４に示すように、第１光源モジュール１２６は、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第１光源１２１を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１に配置されている。また、第１光源モジュール１２６は、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第２光源１２２を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第２光源１２２は、ライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２に配置されている。また、第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。なお、ライトガイドＬＧの外周面ＬＧ３および内周面ＬＧ４のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光Ｌ２の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３４】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の電気的構成等を示す説明図である。
【００３５】
本形態の位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０において、図１〜図４等を参照して説明した第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、図５に示す制御用ＩＣ７０に電気的接続されている。ここで、制御用ＩＣ７０は、第１受発光ユニット１５Ａに電気的接続された第１制御用ＩＣ７０Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに電気的接続された第２制御用ＩＣ７０Ｂとからなり、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａおよび第１受光部１３Ａは、第１制御用ＩＣ７０Ａに電気的接続されている。また、第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂおよび第２受光部１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３６】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、同一構成を有しており、いずれも共通の制御装置６０に電気的接続されている。まず、第１制御用ＩＣ７０Ａは、基準クロック、Ａ相基準パルス、Ｂ相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路（図示せず）を有している。また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、Ａ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ａと、Ｂ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ｂと、パルス発生器７５ａおよびパルス発生器７５ｂが生成した駆動パルスを第１光源部１２Ａの第１光源１２１および第２光源１２２の何れに印加するかを制御するスイッチ部７６とを有している。かかるパルス発生器７５ａ、７５ｂ、およびスイッチ部７６は光源駆動部５１を構成している。
【００３７】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光部１３Ａでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３と、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第１光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する駆動パルスの駆動電流値（第１駆動電流値）を調整する調整量算出部７４とを備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３８】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光部１３Ｂでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３や、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第２光源部１２Ｂの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する第２駆動電流値を調整する調整量算出部７４等を備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３９】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０の制御部６１によって制御されており、かかる制御装置６０は、受光量測定部７３および調整量算出部７４とともに位置検出部５０を構成する座標データ取得部５５を有している。従って、本形態において、位置検出部５０は、制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）の受光量測定部７３および調整量算出部７４と、上位の制御装置６０（パーソナルコンピューター）の座標データ取得部５５とによって構成されている。
【００４０】
本形態では、光源部１２として、互いに離間した位置に配置された第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとを有している。従って、座標データ取得部５５は、第１光源部１２Ａに対する駆動結果に基づいて、第１光源部１２Ａの放射中心に対する対象物体Ｏｂの角度位置を検出する第１角度位置検出部５５１と、第２光源部１２Ｂに対する駆動結果に基づいて、第２光源部１２Ｂの放射中心に対する対象物体Ｏｂの角度位置を検出する第２角度位置検出部５５２とを有している。また、座標データ取得部５５は、第１角度位置検出部５５１で得られた対象物体Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた対象物体Ｏｂの角度位置とに基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標データを確定する座標データ確定部５５３を備えている。
【００４１】
なお、本形態では、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂに対して１対１の関係をもって２つの制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａ、第２制御用ＩＣ７０Ｂ）を用いたが、制御用ＩＣ７０を多チャンネル化し、１つの制御用ＩＣ７０によって第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂを駆動してもよい。
【００４２】
（座標検出原理）
図６は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１における位置検出原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１において対象物体ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４３】
図４に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、図５を参照して説明した光源駆動部５１は、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、第１期間において検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、第１期間とは重ならない第２期間において検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを行わせる。
【００４４】
より具体的には、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第１点灯動作時には、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第２光源１２２は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図４（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向から他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４５】
また、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第２点灯動作時には、第２光源モジュール１２７の第２光源１２２を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第１光源１２１は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図４（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向から一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４６】
なお、第２光源部１２Ｂにおいて、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１が点灯した第１点灯動作時、および第２光源モジュール１２７の第２光源１２２が点灯した第２点灯動作時にも、第１光源部１２Ａと同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、後述するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの中心ＰＥの距離ＤＳ（図６参照）が固定であるので、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４７】
（対象物体Ｏｂの角度位置の検出）
まず、第１光源部１２Ａの第１光源モジュール１２６において、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ１で示す直線関係にある。また、第１光源部１２Ａの第２光源モジュール１２７において、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ２で示す直線関係にある。ここで、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥ（第１光源モジュール１２６の中心／検出光Ｌ２の放射中心位置）からみて角度θの方向に対象物体Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第２受光部１３Ｂでの検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１／角度位置）を求めることができる。
【００４８】
かかる原理を利用して、対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ１）を検出するにあたって、本形態では、第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６によって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光源モジュール１２７によって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度とが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。ここで、第１光源部１２Ａからの検出光Ｌ２の出射強度は、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値に比例する。従って、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整した後の第１駆動電流値と第２光源１２２との比や差、あるいは駆動電流値を調整した際の調整量の比や差から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００４９】
より具体的には、まず、図５に示す第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、第１点灯動作として第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した後、第２点灯動作として第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。この際、第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図５に示す位置検出部５０の調整量算出部７４は、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとを比較し、受光強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが相違している場合、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。そして、再度、第１点灯動作と第２点灯動作とを行った際に、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、図５に示す第１角度位置検出部５５１は、かかる調整を行った後の第１光源１２１および第２光源１２２に対する駆動電流の比や差、あるいは駆動電流の調整量の比や差から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。
【００５０】
かかる動作を第２光源部１２Ｂにおいても行えば、図５に示す第２角度位置検出部５５２は、第２光源部１２Ｂの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２／角度位置）を求めることができる。
【００５１】
従って、図５に示す座標データ確定部５５３は、第１角度位置検出部５５１で検出した角度位置（角度θ１の方向）と、第２角度位置検出部５５２で検出した角度位置（角度θ２の方向）の交点に相当する位置を対象物体Ｏｂが位置するＸＹ座標データとして取得する。
【００５２】
（指示部材の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１で用いた指示部材の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、指示部材の使用態様等を示す説明図、再帰反射部の一例を示す説明図、および再帰反射の原理を示す説明図である。
【００５３】
本形態の位置検出システム１において、対象物体Ｏｂとしては、図８（ａ）に示す棒状の指示部材２０が用いられ、かかる指示部材２０は、基端側を使用者が握って先端側で所定の位置を指示する。本形態において、指示部材２０は、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外径寸法は軸部２５の外径寸法より大である。ここで、指示部材２０は、球体部２６の外周面、および軸部２５において球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。また、軸部２５において、再帰反射部２１となっている軸端部２５０に対して基端側に接続された部分２５１は、検出光Ｌ２として用いた赤外光を吸収する光吸収部になっている。
【００５４】
再帰反射部２１は、例えば、図８（ｂ）に示すように、球体部２６の外周面、および軸端部２５０の外周面に対してガラスビーズ等の透光性の球体２９を複数、樹脂層２７等で固定した構成を有しており、矢印で示すように、入射した光を、入射した角度にかかわらず、再び、入射した方向に反射する再帰反射性を有している。より具体的には、図８（ｃ）に示すように、球体２９に入射した光は、球体２９に入射する際の屈折、球体２９内における球体２９と樹脂層２７との界面での反射、および球体２９から出射する際の屈折によって、入射した方向に反射する。従って、図１〜図７を参照して説明した位置検出システム１において、光源部１２から放射状に検出光Ｌ２が出射された際、指示部材２０（対象物体Ｏｂ）に照射された検出光Ｌ２は、指示部材２０（対象物体Ｏｂ）がいずれの位置にあっても、指示部材２０の再帰反射部２１により、光源部１２の中心ＰＥ（放射中心位置）に向けて反射され、受光部１３で受光される。なお、再帰反射部２１は、半球状のガラスビーズやプリズム片の集合体等を用いて構成される場合もある。
【００５５】
（本形態の主な効果）
図９は、本発明の実施の形態１に係る指示部材２０を用いたことの効果を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、全体が丸棒状で先端側が再帰反射部２１Ａになっている参考例１に係る指示部材２０Ａを用いた様子を示す説明図、丸棒状の軸部２５Ｂの先端に球体部２６Ｂを備え、球体部２６Ｂのみが再帰反射部２１Ｂになっている参考例２に係る指示部材２０Ｂを用いた様子を示す説明図、および本発明を適用した指示部材２０を用いた様子を示す説明図である。なお、図９の上半部には、指示部材２０Ａ、２０Ｂ、２０が視認面４１に対して直角姿勢である場合を示し、図９の下半部には、指示部材２０Ａ、２０Ｂ、２０が視認面４１に対して斜め姿勢である場合を示してある。
【００５６】
図１〜図８を参照して説明したように、本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０では、光源部１２が検出光Ｌ２を出射した際、受光部１３は、検出光Ｌ２の出射空間に位置する対象物体Ｏｂで反射された検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光し、位置検出部５０は、受光部１３での受光強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００５７】
ここで、対象物体Ｏｂは、図８および図９（ｃ）に示すように、外周面に再帰反射部２１を備えた指示部材２０であり、再帰反射部２１では、検出光Ｌ２が照射された方向に検出光を反射する。このため、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、対象物体Ｏｂに照射された検出光Ｌ２が反射する方向が定まっているので、本形態のように、光源部１２が位置する方向に受光部１３を配置すれば、指示部材２０で反射した検出光Ｌ２は、十分な強度をもって受光部１３に到達する。特に本形態において、光源部１２は、検出光Ｌ２を放射状に出射する線状光源部であるため、受光部１３は、検出光Ｌ２の放射中心位置（中心ＰＥ）に配置してある。このため、光源部１２から出射された検出光Ｌ２は、指示部材２０の再帰反射部２１で反射して光源部１２の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材２０で反射した検出光Ｌ２は、十分な強度をもって受光部１３に到達するので、検出精度を向上することができる。
【００５８】
また、本形態の指示部材２０は、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、かかる球体部２６の外周面は再帰反射部２１になっている。このため、図９（ａ）に示す指示部材２０Ａのように、先端が単なる丸棒である場合に比して再帰反射部２１の投影面積が広い。従って、本形態によれば、受光部１３に入射する反射光Ｌ３の光量が大であるので、位置検出精度が高い。また、図９（ａ）に示す指示部材２０Ａの場合、指示部材２０Ａが傾いているときには、丸棒部の先端が指示位置であるにもかかわらず、丸棒部の長さ方向の中間位置を指示位置と誤検出してしまう。しかるに本形態では、図９（ｃ）に示すように、本形態の指示部材２０の場合、指示部材２０が斜めに傾いても、先端の球体部２６が広い投影面積を有するので、指示部材２０の姿勢にかかわらず、指示位置（指示部材２０の先端（球体部２６））の位置を正確に検出することができる。
【００５９】
さらに、本形態の指示部材２０は、球体部２６の外周面および軸部２５の軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。このため、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂのように、球体部２６Ｂ（再帰反射部２１Ｂ）のみで受光部１３への入射光量を高めるには、球体部２６Ｂを大きくする必要があり、その場合、指示位置が不明確になる等の支障があるが、本形態では、球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面も再帰反射部２１になっているため、受光部１３への入射光量を高めることができる。それ故、指示部材２０の先端の位置を精度よく検出することができる。
【００６０】
また、指示部材２０が光源部１２に近い場合には、受光部１３での受光強度が大となる傾向にある一方、球体部２６の先端側のみに検出光Ｌ２が照射される分、再帰反射部２１の狭い領域に検出光Ｌ２が照射される。これに対して、指示部材２０が光源部１２から遠い場合には、受光部１３での受光強度が小となる傾向にある一方、指示部材２０の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光Ｌ２が照射される結果、再帰反射部２１の広い領域に検出光Ｌ２が照射されることになる。従って、指示部材２０が光源部１２に近い場合に受光部１３に到達する検出光の光量と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合に受光部１３に到達する検出光Ｌ２の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材２０が光源部１２に近い場合と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００６１】
ここで、指示部材２０が光源部１２に近い位置にある場合、球体部２６のみに検出光Ｌ２が照射され、軸端部２５０には検出光Ｌ２が照射されないことから、本形態の指示部材２０は、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂと同程度の効果しか得られない。ここで、指示部材２０が光源部１２に近い位置にある場合、軸端部２５０に検出光Ｌ２が照射されなくても、受光部１３への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。
【００６２】
これに対して、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にある場合、本形態では、球体部２６および軸端部２５０の双方に検出光が照射される。従って、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂと違って、本形態の指示部材２０では、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にある場合でも、球体部２６および軸端部２５０での反射光Ｌ３が受光部１３に入射する。従って、本形態によれば、受光部１３での受光強度が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。その際、指示部材２０が傾いていると、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とがずれることになるが、球体部２６の投影面積は軸端部２５０の投影面積に比して大であるため、検出誤差は極めて小さい。
【００６３】
また、本形態の指示部材２０の軸部２５において、軸端部２５０に基端側に接続された部分２５１は光吸収性を有している。このため、指示部材２０での反射領域を正確に限定することができるので、指示部材２０が傾いている場合の検出誤差を小さくすることができる。
【００６４】
また、本形態において、位置検出部５０は、光源部１２での第１点灯動作時および第２点灯動作時における受光部１３での受光強度が等しくなるように第１点灯動作時に光源部１２に供給する第１駆動電流値と、第２点灯動作時に光源部１２に供給する第２駆動電流値との比較結果に基づいて角度位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置によって受光部１３での受光強度が変化するのを直接利用して対象物体Ｏｂの角度位置を検出する場合と違って、受光部１３での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、再帰反射部２１を備えた指示部材２０を用いた場合の効果が大きい。
【００６５】
また、本形態では、光源部１２を２つ備え、２つの光源部１２の各々の放射中心位置に受光部１３が配置されている。従って、２つの光源部のいずれにおいても、光源部１２から出射された検出光Ｌ２は、指示部材２０の再帰反射部２１で反射して光源部１２の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材２０で反射した検出光は、十分な強度をもって受光部１３に到達するので、検出精度を向上することができる。
【００６６】
さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面４１に情報が表示されている場合でも、検出光Ｌ２が情報の視認を妨げないという利点がある。
【００６７】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、指示部材２０の先端側を模式的に示す説明図、指示部材２０が光源部１２に近い場合の様子を示す説明図、および指示部材２０が光源部１２から遠い場合の様子を示す説明図である。なお、本形態および後述する実施の形態３〜６の指示部材２０の基本的な構成や、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、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。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。ここで、再帰反射部２１は、球体部２６および軸端部２５０において先端側から基端側に向かって再帰反射度が連続的あるいは段階的に増大している。本形態では、球体部２６および軸端部２５０において先端側から基端側に向かって再帰反射度が段階的に増大している。
【００６９】
このため、図１０（ｂ）に示すように、指示部材２０が光源部１２に近い場合には、受光部１３での受光強度が大となる傾向にある一方、再帰反射部２１のうち、再帰反射度が低い先端側のみに検出光Ｌ２が照射される。これに対して、図１０（ｃ）に示すように、指示部材２０が光源部１２から遠い場合には、受光部１３での受光強度が小となる傾向にある一方、再帰反射部２１のうち、再帰反射度が高い部分まで検出光Ｌ２が照射される。従って、指示部材２０が光源部１２に近い場合に受光部１３に到達する検出光の光量と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合に受光部１３に到達する検出光Ｌ２の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材２０が光源部１２に近い場合と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００７０】
［実施の形態３］
図１１は、本発明の実施の形態３に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図である。図１１に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７１】
ここで、軸端部２５０の長さ寸法は、球体部２６の直径より短い。このため、図９（ｃ）に示すように、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にあって、球体部２６および軸端部２５０に検出光が照射されている状態で、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７２】
［実施の形態４］
図１２は、本発明の実施の形態４に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、軸端部２５０の長さ寸法が長い場合の説明図、および軸端部２５０の長さ寸法を短くした場合の説明図である。図１２（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７３】
ここで、軸端部２５０は、矢印Ｓ１で示すように、球体部２６の内部に進入可能になっている。このため、軸端部２５０の露出面積を変更することができる、例えば、指示部材２０で光源部１２に近い位置を指示する場合、矢印Ｓ１で示すように、軸端部２５０を球体部２６の内部に進入させて、図１２（ｂ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を狭くすることができる。また、指示部材２０で光源部１２から遠い位置を指示する場合、矢印Ｔ１で示すように、軸端部２５０を球体部２６から引き出して、図１２（ａ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を広くすることができる。それ故、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７４】
［実施の形態５］
図１３は、本発明の実施の形態５に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、軸端部２５０の長さ寸法が長い場合の説明図、および軸端部２５０の長さ寸法を短くした場合の説明図である。図１３（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７５】
ここで、軸部２５において軸端部２５０の基端側に接続された部分２５１は、軸端部２５０の外径寸法よりやや大きな内径寸法を有する筒部２５３になっている。このため、軸端部２５０は、矢印Ｓ２で示すように、筒部２５３の内部に進入可能になっている。従って、軸端部２５０の露出面積を変更することができる。例えば、指示部材２０で光源部１２に近い位置を指示する場合、矢印Ｓ２で示すように、軸端部２５０を筒部２５３の内部に進入させて、図１３（ｂ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を狭くすることができる。また、指示部材２０で光源部１２から遠い位置を指示する場合、矢印Ｔ２で示すように、軸端部２５０を筒部２５３から引き出して、図１３（ａ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を広くすることができる。それ故、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７６】
［実施の形態６］
図１４は、本発明の実施の形態６に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、軸端部２５０の太さが中程度である場合の説明図、軸端部２５０が細い場合の説明図、軸端部２５０が太い場合の説明図、および軸端部２５０の内部構造を示す半断面図である。図１４（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７７】
ここで、指示部材２０は、図１４（ｂ）に示すように、軸端部２５０を細くした状態と、図１４（ｃ）に示すように、軸端部２５０を太くした状態とに切り換えて使用することができる。このため、光源部１２からの距離等に応じて、指示部材２０の再帰反射量を切り換えて使用することができる。かかる構成は、例えば、軸端部２５０を、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部により構成し、かかる複数の筒部の外周面を再帰反射部２１にしておくことによって実現することができる。より具体的には、図１４（ｄ）に示すように、軸端部２５０は、細軸部２４１と、径の異なる複数の筒部２４２、２４３とが多重に設けられた伸縮部２４になっており、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の外周面は再帰反射部２１になっている。また、細軸部２４１、筒部２４２、２４３、および軸端部２５０の基端側に接続された筒状の部分２５１の径は、以下に示す関係
細軸部２４１の外径寸法＜筒部２４２の内径寸法
筒部２４２の外径寸法＜筒部２４３の内径寸法
筒部２４３の外径寸法＜軸端部２５０に接続された部分２５１の内径寸法
になっている。ここで、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の基端側には大径部２４１ａ、２４２ａ、２４３ａが設けられ、筒部２４２、２４３および接続された部分２５１の先端側には、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の大径部２４１ａ、２４２ａ、２４３ａが引っ掛かる抜け防止用の凸部が設けられている。
【００７８】
かかる構成によれば、細軸部２４１および筒部２４２、２４３のいずれを露出させるかによって、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、軸端部２５０の径を切り換えることができる。また、細軸部２４１および筒部２４２、２４３のいずれを露出させるかによって、軸端部２５０の長さ寸法を切り換えることもできる。
【００７９】
［実施の形態７］
図１５は、本発明の実施の形態７に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１６は、図１５に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８０】
実施の形態１では、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、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とを備えている構成であったが、図１５および図１６に示す形態では、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、１つの光源モジュールからなる。すなわち、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、１つのライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１および他方の端部ＬＧ２の各々に光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）が配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００８１】
かかる構成でも、第１点灯動作時に第１光源１２１が点灯すると、図４（ａ）および図６（ａ）に示す第１光強度分布ＬＩＤ１を形成することができ、第２点灯動作時に第２光源１２２が点灯すると、図４（ｂ）および図６（ａ）に示す第２光強度分布ＬＩＤ２を形成することができる。
【００８２】
なお、図１５および図１６に示す形態では、光源部１２の中心ＰＥに受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の中心ＰＥに対してＺ軸方向に重なる位置（放射中心位置）に受光部１３を設ければ、再帰反射部２１で反射した検出光Ｌ２を十分な強度をもって受光部１３に入射させることができる。
【００８３】
［実施の形態８］
図１７は、本発明の実施の形態８に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１８は、図１７に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図である。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図示し、それらの説明を省略する。
【００８４】
実施の形態１では、光源部１２にライトガイドＬＧを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態１と同様な原理で対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１７に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０の光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、複数の光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）と、複数の光源１２０が実装された帯状のフレキシブル基板１８０と、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する凸曲面１５５を備えた扇形形状あるいは半円形状の光源支持部材１５０とを備えている。本形態において、凸曲面１５５は、その長さ方向（円周方向）で円弧形状に湾曲した形状を有している。
【００８５】
本形態においては、フレキシブル基板１８０として、帯状の第１フレキシブル基板１８１と、第１フレキシブル基板１８１に対して幅方向（Ｚ軸方向）で並列する帯状の第２フレキシブル基板１８２とが用いられている。第１フレキシブル基板１８１には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第１光源１２１が実装されており、第２フレキシブル基板１８２には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第２光源１２２が実装されている。光源１２０にはいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００８６】
また、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１光源支持部材１５１は、凸曲面１５５の上半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ａと、凸曲面１５５ａにおいて第２光源支持部材１５２が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ａから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ａとを備えており、凸曲面１５５ａに第１フレキシブル基板１８１が重ねて配置されている。第２光源支持部材１５２は、凸曲面１５５の下半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ｂと、凸曲面１５５ｂにおいて第１光源支持部材１５１が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ｂから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ｂとを備えており、凸曲面１５５ｂに第２フレキシブル基板１８２が重ねて配置されている。ここで、第１フレキシブル基板１８１と第２フレキシブル基板１８２とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥にフォトダイオードを備えた受光部１３が配置されている。
【００８７】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、検出対象空間１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの位置を検出するには、第１フレキシブル基板１８１に実装されている複数の第１光源１２１と、第２フレキシブル基板１８２に実装されている複数の第２光源１２２とを異なるタイミングで点灯させる。その際、複数の第１光源１２１を全て点灯させ、複数の第２光源１２２を全て消灯させる第１点灯動作では、図１８（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する側から他方側の端部１８１ｅが位置する側に向かって第１光源１２１の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部１８１ｅが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８８】
これに対して、複数の第２光源１２２を全て点灯させ、複数の第１光源１２１を全て消灯させる第２点灯動作では、図１８（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の一方側の端部１８２ｆが位置する側から他方側の端部１８２ｅが位置する側に向かって第２光源１２２の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の他方側の端部１８２ｅが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部１８２ｆが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８９】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、複数の第１光源１２１に供給する駆動電流の和（第１駆動電流値）、および複数の第２光源１２２に供給する駆動電流の和（第２駆動電流値）に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源１２０の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源１２０毎に変えればよい。かかる形態によれば、光源部１２から離間した位置に対しても十分な強度をもって検出光を出射することができるという利点がある。
【００９０】
［実施の形態９］
図１９は、本発明の実施の形態９に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態７と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００９１】
実施の形態８では、第１点灯動作では第１光源１２１を点灯させ、第２点灯動作では第２光源１２２を点灯させたが、本形態では、図１９に示すように、１系統の光源１２０のみが用いられている。かかる構成でも、第１点灯動作時と第２点灯動作時において光源１２０に供給する駆動電流を変えれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。すなわち、第１点灯動作では、図１８（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する側から他方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。また、第２点灯動作では、図１８（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する側から一方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００９２】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、第１点灯動作における光源１２０への駆動電流の和（第１駆動電流値）、および第２点灯動作における光源１２０への駆動電流の和（第１駆動電流値）に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。
【００９３】
なお、図１８に示す形態では、光源部１２の中心ＰＥに受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の中心ＰＥに対してＺ軸方向に重なる位置（放射中心位置）に受光部１３を設ければ、再帰反射部２１で反射した検出光Ｌ２を十分な強度をもって受光部１３に入射させることができる。
【００９４】
［他の実施の形態］
上記実施の形態１〜９で説明した構成については各々を組み合わせてもよい。また、上記実施の形態では、２つの光源部１２を用いたが、１つの光源部１２を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。また、上記実施の形態では、第１点灯動作時の受光結果と第２点灯動作時の受光結果とを直接、比較したが、検出対象空間１０Ｒを介さずに受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を設けてもよい。かかる構成の場合、第１点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、第２点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、参照光の受光結果を基準に、第１点灯動作時の受光結果と第２点灯動作時の受光結果とを間接的に比較する。より具体的には、第１点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第１点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理し、第２点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第２点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理する。かかる構成によれば、外光等の影響を、参照光を受光した際の強度によって相殺することができるという利点がある。
【００９５】
［位置検出システムの構成例］
（位置検出システム１の具体例１）
図２０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１９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。
【００９６】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図２０に示すように、視認面構成部材４０として表示装置１１０を用い、かかる表示装置１１０に、図１〜図１９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を設ければ、電子黒板やデジタルサイネージ等といった入力機能付き表示システム１００として用いることができる。ここで、表示装置１１０は、直視型表示装置や、視認面構成部材４０をスクリーンとする背面型投射型表示装置である。
【００９７】
かかる入力機能付き表示システム１００において、光学式位置検出装置１０は、表示面１１０ａ（視認面４１）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、対象物体Ｏｂ（再帰反射部付きの指示部材）で反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を検出する。このため、表示装置１１０で表示された画像の一部に対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００９８】
（位置検出システム１の具体例２）
図２１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２１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１９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。
【００９９】
図２１に示す入力機能付き投射型表示システム７００（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７５０（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７００において、画像投射装置７５０は、筐体７４０に設けられた投射レンズ系７１０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７５０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。
【０１００】
かかる入力機能付き投射型表示システム７００において、光学式位置検出装置１０は、画像投射装置７５０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７１０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（再帰反射部付きの指示部材）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（投射方向に交差する方向の位置／ＸＹ座標）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。
【０１０１】
なお、光学式位置検出装置１０とスクリーン８０とを一体化させれば、入力機能付きスクリーン装置を構成することができる。
【０１０２】
（位置検出システム１の他の具体例）
本発明において、視認面構成部材４０は、展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、透光部材において展示品が配置される側とは反対側で展示品が視認される面である。かかる構成によれば、入力機能付きウインドウシステム等として構成することができる。
【０１０３】
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】
【０１０４】
１・・位置検出システム、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２・・光源部、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、２０・・指示部材、２１・・再帰反射部、２５・・軸部、２６・・球体部、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・位置検出部、１００・・入力機能付き表示システム、１２０・・光源、１２１・・第１光源、１２２・・第２光源、２４１・・細軸部、２４２、２４３・・筒部、２５０・・軸端部、２５１・・軸端部に接続された部分、７００・・入力機能付き投射型表示システム、７５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・対象物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出の際の検出対象物体とされる指示部材、該指示部材を検出対象物体とする光学式位置検出装置、および当該位置検出装置を備えた入力機能付き表示システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、点光源からなる複数の光源部の各々に対して離間した位置に受光部を設け、複数の光源部の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射した際に、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部で検出されるものが提案されている（特許文献１参照）。また、点光源からなる複数の光源部の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている（特許文献２、３参照）。かかる光学式位置検出装置では、複数の光源部のうちの一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度と、他の一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２、３に記載の光学式位置検出装置では、対象物体で散乱あるいは乱反射した検出光を受光部で受光するため、受光部での受光強度が低く、検出精度が低いという問題点がある。かといって、対象物体に正反射する部分を設けても、対象物体の位置によっては受光部での受光強度が著しく低下するだけで、検出精度の向上を図ることは困難である。
【０００４】
一方、光学的に位置検出を行う際の検出対象物体として、外周面が再帰反射部とされた丸棒部を先端に備えた指示部材が提案されている（特許文献４参照）。かかる指示部材によれば、光学ユニットの光源部から出射された検出光が指示部材の再帰反射部で反射して確実に光学ユニットの受光部に入射するので、受光部での受光強度が高いという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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
【特許文献４】特開２０１１−１４１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に記載の指示部材では、再帰反射部とされた丸棒部の全体から反射してきた光に基づいて位置検出を行うため、指示部材が傾いているときには、丸棒部の先端が指示位置であるにもかかわらず、丸棒部の長さ方向の中間位置を指示位置と誤検出してしまう。それ故、特許文献４に記載の指示部材では、丸棒部を長くすることができないので、受光部での受光強度を高めるという効果が小さく、検出精度を十分に高めることができないという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、姿勢や位置にかかわらず、指示位置を精度よく検出することができる指示部材、該指示部材を検出対象物体とする光学式位置検出装置、および当該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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る指示部材は、丸棒状の軸部と、該軸部の先端に設けられた球体部と、を備え、前記球体部の外周面、および前記軸部において前記球体部に接続された軸端部の外周面が再帰反射部になっていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る指示部材は、丸棒状の軸部と、軸部の先端に設けられた球体部とを備えており、かかる球体部の外周面は再帰反射部になっている。このため、光源部から出射された検出光が指示部材の再帰反射部で反射すると、かかる反射光は、光源部の近傍に配置された受光部に入射するので、指示部材の先端部（再帰反射部）の位置を光学的に検出することができる。ここで、指示部材の先端側は球体部になっているため、先端が単なる丸棒である場合に比して投影面積が広い。従って、受光部に入射する反射光の光量が大であるので、位置検出精度が高い。また、球体部であれば、指示部材が斜めに傾いても、投影面積に変化がないので、指示部材が傾いても、位置検出精度が高い。さらに、球体部のみで受光部への入射光量を高めるには、球体部を大きくする必要があり、その場合、指示位置が不明確になる等の支障があるが、本発明では、軸部において球体部に接続された軸端部の外周面も再帰反射部になっているため、受光部への入射光量を高めることができる。ここで、指示部材が光源部に近い位置にある場合、球体部のみに検出光が照射され、軸端部には光が照射されないが、指示部材が光源部に近い位置にある場合、軸端部に光が照射されなくても、受光部への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。これに対して、指示部材が光源部から遠い位置にある場合、球体部および軸端部に検出光が照射される。従って、指示部材が光源部から遠い位置にある場合でも、受光部への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。その際、指示部材が傾いていると、球体部の位置と軸端部の位置とがずれることになるが、球体部の投影面積は軸端部の投影面積に比して大であるため、検出誤差を小さくすることができる。
【００１０】
本発明において、前記再帰反射部は、前記球体部および前記軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大していることが好ましい。かかる構成によれば、指示部材が光源部に近い場合には、指示部材の先端側のみに検出光が照射される結果、再帰反射部の狭い領域に検出光が照射される。これに対して、指示部材が光源部から遠い場合には、指示部材の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光が照射される結果、再帰反射部の広い領域に検出光が照射されることになる。このような場合でも、球体部および軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大している構成によれば、指示部材が光源部に近い場合に受光部に到達する検出光の光量と、指示部材が光源部から遠い場合に受光部に到達する検出光の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い場合と、指示部材が光源部から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００１１】
本発明において、前記軸端部の長さ寸法は、前記球体部の直径より短いことが好ましい。かかる構成によれば、球体部および軸端部に検出光が照射されている状態で指示部材が傾いても、球体部の位置と軸端部の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００１２】
本発明において、前記軸端部は、前記球体部の内部に進入可能になっていることが好ましい。かかる構成によれば、軸端部の露出面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１３】
本発明において、前記軸端部は、当該軸端部の基端側に接続された筒部内に進入可能になっている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、軸端部の露出面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１４】
本発明において、前記軸端部は、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部になっており、前記複数の筒部の外周面は前記再帰反射部になっていることが好ましい。かかる構成によれば、軸端部の面積を変更することができるので、状況にあった状態で支持部材を用いることができる。例えば、指示部材が光源部から近い場合には、軸端部の露出を小さくし、指示部材が光源部から遠い場合には、軸端部の露出を大きくすることができる。
【００１５】
本発明では、前記軸部において前記軸端部の基端側に接続された部分は、光吸収性を有していることが好ましい。かかる構成によれば、指示部材での反射領域を正確に限定することができるので、指示部材が傾いている場合の検出誤差を小さくすることができる。
【００１６】
本発明に係る指示部材を位置検出対象とする光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とする。
【００１７】
かかる光学式位置検出装置において、前記光源部は、前記検出光の出射強度が前記出射空間の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が前記他方側から前記一方側に向かって減少する第２点灯動作とを異なる期間に行い、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１８】
この場合、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなったときに前記第１点灯動作時に前記光源部に供給した第１駆動電流値と前記第２点灯動作時に前記光源部に供給した第２駆動電流値との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体の位置によって受光部での受光強度が変化するのを単に利用する場合と違って、受光部での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、指示部材に再帰反射部を設けたことの効果が顕著である。
【００１９】
本発明は、入力機能付き表示システム等、各種のシステムに利用することができる。例えば、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を有し、前記表示面に沿う方向の前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。また、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し、前記画像の投射方向と交差する方向における前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図３】図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図４】図３に示す受発光ユニットに構成した光源部の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の電気的構成等を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおける位置検出原理を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムにおいて対象物体のＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る指示部材を用いたことの効果を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態６に係る位置検出システムで用いた指示部材の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態７に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１６】図１５に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態８に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図１８】図１７に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態９に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の受発光ユニットの説明図である。
【図２０】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２１】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（入力機能付き表示システム／入力機能付き投射型表示システム）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する方向をＺ軸方向とする。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側とし、Ｚ軸方向の一方側をＺ１側とし、他方側をＺ２側として表してある。
【００２２】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出システムを検出光の出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
【００２３】
図１において、本形態の位置検出システム１は、対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０を有しており、かかる光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面に沿って放射状に出射した検出光Ｌ２を利用して、対象物体Ｏｂの位置を検出する。本形態において、位置検出システム１は、ＸＹ平面に沿って広がる視認面４１をＺ軸方向の一方側Ｚ１に備えた視認面構成部材４０を有しており、光学式位置検出装置１０は、視認面４１に沿って検出光Ｌ２を出射し、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、位置検出システム１の検出対象空間１０Ｒは、光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２が出射される空間である。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、後述する検出対象空間１０Ｒ内における対象物体ＯｂのＸＹ平面における位置（ＸＹ座標）を検出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。本形態では、対象物体Ｏｂとして、後述する指示部材２０が用いられる。
【００２４】
本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０は、視認面４１（ＸＹ平面）に沿って検出光Ｌ２を放射状に出射する線状の光源部１２（線状光源部）と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光部１３とを備えている。
【００２５】
本形態においては、光源部１２として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂが用いられており、第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。また、本形態においては、受光部１３として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂが用いられており、第１受光部１３Ａと第２受光部１３Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。
【００２６】
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とは第２受発光ユニット１５Ｂとして一体化されている。
【００２７】
後述するように、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源を備えており、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を放射状に出射する。なお、受光部１３は、受光素子として、フォトダイオードやフォトトランジスター等を備えており、本形態において、受光部１３は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードを備えている。
【００２８】
かかる第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とは異なるタイミングで動作する。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２ａが出射された際、第１受光部１３Ａは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ａ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる動作とは異なるタイミングで、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第２光源部１２Ｂから検出光Ｌ２ｂが出射された際、第２受光部１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。
【００２９】
（光源部１２の具体的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図３は、図２に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図４は、図３に示す受発光ユニットに構成した光源部１２の構成を模式的に示す説明図であり、第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００３０】
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは同一の構成を有しており、それ故、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂも同一の構成を有している。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａは、Ｚ軸方向からみたときに扇形形状あるいは半円形状を有する光源支持部材１５０を有している。かかる光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１および第２光源支持部材１５２は各々、扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ａ、１５６ｂを備えている。鍔部１５６ａ、１５６ｂにより挟まれた部分は、第１光源部１２Ａから検出光Ｌ２が出射される出射部になっており、鍔部１５６ａ、１５６ｂは、Ｚ軸方向における検出光Ｌ２の出射範囲を制限している。
【００３１】
第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源部１２Ａは、検出光Ｌ２の出射部として、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とを備えている。第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６と第２光源モジュール１２７とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥にフォトダイオードを備えた第１受光部１３Ａが配置されている。ここで、第１受発光ユニット１５Ａは、光源支持部材１５０の中心角が概ね１８０°であり、第１光源部１２Ａは、概ね１８０°の角度範囲にわたって形成されている。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。第２受発光ユニット１５Ｂにおいても、第１受発光ユニット１５Ａと同様、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０、および円弧状のライトガイドＬＧを備えている。
【００３３】
より具体的には、図４に示すように、第１光源モジュール１２６は、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第１光源１２１を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１に配置されている。また、第１光源モジュール１２６は、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第２光源１２２を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第２光源１２２は、ライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２に配置されている。また、第２光源モジュール１２７も、第１光源モジュール１２６と同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面ＬＧ３に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面ＬＧ４に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。なお、ライトガイドＬＧの外周面ＬＧ３および内周面ＬＧ４のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光Ｌ２の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。第２受発光ユニット１５Ｂも、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成を有しているため、説明を省略する。
【００３４】
（位置検出部等の構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の電気的構成等を示す説明図である。
【００３５】
本形態の位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０において、図１〜図４等を参照して説明した第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、図５に示す制御用ＩＣ７０に電気的接続されている。ここで、制御用ＩＣ７０は、第１受発光ユニット１５Ａに電気的接続された第１制御用ＩＣ７０Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに電気的接続された第２制御用ＩＣ７０Ｂとからなり、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａおよび第１受光部１３Ａは、第１制御用ＩＣ７０Ａに電気的接続されている。また、第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂおよび第２受光部１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３６】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、同一構成を有しており、いずれも共通の制御装置６０に電気的接続されている。まず、第１制御用ＩＣ７０Ａは、基準クロック、Ａ相基準パルス、Ｂ相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路（図示せず）を有している。また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、Ａ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ａと、Ｂ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ｂと、パルス発生器７５ａおよびパルス発生器７５ｂが生成した駆動パルスを第１光源部１２Ａの第１光源１２１および第２光源１２２の何れに印加するかを制御するスイッチ部７６とを有している。かかるパルス発生器７５ａ、７５ｂ、およびスイッチ部７６は光源駆動部５１を構成している。
【００３７】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光部１３Ａでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３と、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第１光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する駆動パルスの駆動電流値（第１駆動電流値）を調整する調整量算出部７４とを備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３８】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光部１３Ｂでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３や、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第２光源部１２Ｂの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）に供給する第２駆動電流値を調整する調整量算出部７４等を備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００３９】
第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０の制御部６１によって制御されており、かかる制御装置６０は、受光量測定部７３および調整量算出部７４とともに位置検出部５０を構成する座標データ取得部５５を有している。従って、本形態において、位置検出部５０は、制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）の受光量測定部７３および調整量算出部７４と、上位の制御装置６０（パーソナルコンピューター）の座標データ取得部５５とによって構成されている。
【００４０】
本形態では、光源部１２として、互いに離間した位置に配置された第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとを有している。従って、座標データ取得部５５は、第１光源部１２Ａに対する駆動結果に基づいて、第１光源部１２Ａの放射中心に対する対象物体Ｏｂの角度位置を検出する第１角度位置検出部５５１と、第２光源部１２Ｂに対する駆動結果に基づいて、第２光源部１２Ｂの放射中心に対する対象物体Ｏｂの角度位置を検出する第２角度位置検出部５５２とを有している。また、座標データ取得部５５は、第１角度位置検出部５５１で得られた対象物体Ｏｂの角度位置と、第２角度位置検出部５５２で得られた対象物体Ｏｂの角度位置とに基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標データを確定する座標データ確定部５５３を備えている。
【００４１】
なお、本形態では、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂに対して１対１の関係をもって２つの制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａ、第２制御用ＩＣ７０Ｂ）を用いたが、制御用ＩＣ７０を多チャンネル化し、１つの制御用ＩＣ７０によって第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂを駆動してもよい。
【００４２】
（座標検出原理）
図６は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１における位置検出原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１において対象物体ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理を示す説明図である。
【００４３】
図４に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、図５を参照して説明した光源駆動部５１は、光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、第１期間において検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、第１期間とは重ならない第２期間において検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを行わせる。
【００４４】
より具体的には、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第１点灯動作時には、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第２光源１２２は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図４（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向から他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４５】
また、光源駆動部５１は、第１光源部１２Ａに対して、第２点灯動作時には、第２光源モジュール１２７の第２光源１２２を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第１光源１２１は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図４（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部ＬＧ２に対応する角度方向から一方の端部ＬＧ１に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４６】
なお、第２光源部１２Ｂにおいて、第１光源モジュール１２６の第１光源１２１が点灯した第１点灯動作時、および第２光源モジュール１２７の第２光源１２２が点灯した第２点灯動作時にも、第１光源部１２Ａと同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、後述するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの中心ＰＥの距離ＤＳ（図６参照）が固定であるので、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４７】
（対象物体Ｏｂの角度位置の検出）
まず、第１光源部１２Ａの第１光源モジュール１２６において、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ１で示す直線関係にある。また、第１光源部１２Ａの第２光源モジュール１２７において、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図６（ａ）に線Ｅ２で示す直線関係にある。ここで、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥ（第１光源モジュール１２６の中心／検出光Ｌ２の放射中心位置）からみて角度θの方向に対象物体Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第２受光部１３Ｂでの検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図６（ｂ）および図７に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１／角度位置）を求めることができる。
【００４８】
かかる原理を利用して、対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ１）を検出するにあたって、本形態では、第１光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２６によって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光源モジュール１２７によって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度とが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。ここで、第１光源部１２Ａからの検出光Ｌ２の出射強度は、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値に比例する。従って、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整した後の第１駆動電流値と第２光源１２２との比や差、あるいは駆動電流値を調整した際の調整量の比や差から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００４９】
より具体的には、まず、図５に示す第１制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、第１点灯動作として第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した後、第２点灯動作として第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。この際、第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図５に示す位置検出部５０の調整量算出部７４は、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとを比較し、受光強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが相違している場合、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しくなるように、第１光源１２１に対する第１駆動電流値、および第２光源１２２に対する第２駆動電流値を調整する。そして、再度、第１点灯動作と第２点灯動作とを行った際に、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、図５に示す第１角度位置検出部５５１は、かかる調整を行った後の第１光源１２１および第２光源１２２に対する駆動電流の比や差、あるいは駆動電流の調整量の比や差から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。
【００５０】
かかる動作を第２光源部１２Ｂにおいても行えば、図５に示す第２角度位置検出部５５２は、第２光源部１２Ｂの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２／角度位置）を求めることができる。
【００５１】
従って、図５に示す座標データ確定部５５３は、第１角度位置検出部５５１で検出した角度位置（角度θ１の方向）と、第２角度位置検出部５５２で検出した角度位置（角度θ２の方向）の交点に相当する位置を対象物体Ｏｂが位置するＸＹ座標データとして取得する。
【００５２】
（指示部材の構成）
図８は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１で用いた指示部材の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、指示部材の使用態様等を示す説明図、再帰反射部の一例を示す説明図、および再帰反射の原理を示す説明図である。
【００５３】
本形態の位置検出システム１において、対象物体Ｏｂとしては、図８（ａ）に示す棒状の指示部材２０が用いられ、かかる指示部材２０は、基端側を使用者が握って先端側で所定の位置を指示する。本形態において、指示部材２０は、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外径寸法は軸部２５の外径寸法より大である。ここで、指示部材２０は、球体部２６の外周面、および軸部２５において球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。また、軸部２５において、再帰反射部２１となっている軸端部２５０に対して基端側に接続された部分２５１は、検出光Ｌ２として用いた赤外光を吸収する光吸収部になっている。
【００５４】
再帰反射部２１は、例えば、図８（ｂ）に示すように、球体部２６の外周面、および軸端部２５０の外周面に対してガラスビーズ等の透光性の球体２９を複数、樹脂層２７等で固定した構成を有しており、矢印で示すように、入射した光を、入射した角度にかかわらず、再び、入射した方向に反射する再帰反射性を有している。より具体的には、図８（ｃ）に示すように、球体２９に入射した光は、球体２９に入射する際の屈折、球体２９内における球体２９と樹脂層２７との界面での反射、および球体２９から出射する際の屈折によって、入射した方向に反射する。従って、図１〜図７を参照して説明した位置検出システム１において、光源部１２から放射状に検出光Ｌ２が出射された際、指示部材２０（対象物体Ｏｂ）に照射された検出光Ｌ２は、指示部材２０（対象物体Ｏｂ）がいずれの位置にあっても、指示部材２０の再帰反射部２１により、光源部１２の中心ＰＥ（放射中心位置）に向けて反射され、受光部１３で受光される。なお、再帰反射部２１は、半球状のガラスビーズやプリズム片の集合体等を用いて構成される場合もある。
【００５５】
（本形態の主な効果）
図９は、本発明の実施の形態１に係る指示部材２０を用いたことの効果を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、全体が丸棒状で先端側が再帰反射部２１Ａになっている参考例１に係る指示部材２０Ａを用いた様子を示す説明図、丸棒状の軸部２５Ｂの先端に球体部２６Ｂを備え、球体部２６Ｂのみが再帰反射部２１Ｂになっている参考例２に係る指示部材２０Ｂを用いた様子を示す説明図、および本発明を適用した指示部材２０を用いた様子を示す説明図である。なお、図９の上半部には、指示部材２０Ａ、２０Ｂ、２０が視認面４１に対して直角姿勢である場合を示し、図９の下半部には、指示部材２０Ａ、２０Ｂ、２０が視認面４１に対して斜め姿勢である場合を示してある。
【００５６】
図１〜図８を参照して説明したように、本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０では、光源部１２が検出光Ｌ２を出射した際、受光部１３は、検出光Ｌ２の出射空間に位置する対象物体Ｏｂで反射された検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光し、位置検出部５０は、受光部１３での受光強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００５７】
ここで、対象物体Ｏｂは、図８および図９（ｃ）に示すように、外周面に再帰反射部２１を備えた指示部材２０であり、再帰反射部２１では、検出光Ｌ２が照射された方向に検出光を反射する。このため、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、対象物体Ｏｂに照射された検出光Ｌ２が反射する方向が定まっているので、本形態のように、光源部１２が位置する方向に受光部１３を配置すれば、指示部材２０で反射した検出光Ｌ２は、十分な強度をもって受光部１３に到達する。特に本形態において、光源部１２は、検出光Ｌ２を放射状に出射する線状光源部であるため、受光部１３は、検出光Ｌ２の放射中心位置（中心ＰＥ）に配置してある。このため、光源部１２から出射された検出光Ｌ２は、指示部材２０の再帰反射部２１で反射して光源部１２の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材２０で反射した検出光Ｌ２は、十分な強度をもって受光部１３に到達するので、検出精度を向上することができる。
【００５８】
また、本形態の指示部材２０は、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、かかる球体部２６の外周面は再帰反射部２１になっている。このため、図９（ａ）に示す指示部材２０Ａのように、先端が単なる丸棒である場合に比して再帰反射部２１の投影面積が広い。従って、本形態によれば、受光部１３に入射する反射光Ｌ３の光量が大であるので、位置検出精度が高い。また、図９（ａ）に示す指示部材２０Ａの場合、指示部材２０Ａが傾いているときには、丸棒部の先端が指示位置であるにもかかわらず、丸棒部の長さ方向の中間位置を指示位置と誤検出してしまう。しかるに本形態では、図９（ｃ）に示すように、本形態の指示部材２０の場合、指示部材２０が斜めに傾いても、先端の球体部２６が広い投影面積を有するので、指示部材２０の姿勢にかかわらず、指示位置（指示部材２０の先端（球体部２６））の位置を正確に検出することができる。
【００５９】
さらに、本形態の指示部材２０は、球体部２６の外周面および軸部２５の軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。このため、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂのように、球体部２６Ｂ（再帰反射部２１Ｂ）のみで受光部１３への入射光量を高めるには、球体部２６Ｂを大きくする必要があり、その場合、指示位置が不明確になる等の支障があるが、本形態では、球体部２６に接続された軸端部２５０の外周面も再帰反射部２１になっているため、受光部１３への入射光量を高めることができる。それ故、指示部材２０の先端の位置を精度よく検出することができる。
【００６０】
また、指示部材２０が光源部１２に近い場合には、受光部１３での受光強度が大となる傾向にある一方、球体部２６の先端側のみに検出光Ｌ２が照射される分、再帰反射部２１の狭い領域に検出光Ｌ２が照射される。これに対して、指示部材２０が光源部１２から遠い場合には、受光部１３での受光強度が小となる傾向にある一方、指示部材２０の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光Ｌ２が照射される結果、再帰反射部２１の広い領域に検出光Ｌ２が照射されることになる。従って、指示部材２０が光源部１２に近い場合に受光部１３に到達する検出光の光量と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合に受光部１３に到達する検出光Ｌ２の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材２０が光源部１２に近い場合と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００６１】
ここで、指示部材２０が光源部１２に近い位置にある場合、球体部２６のみに検出光Ｌ２が照射され、軸端部２５０には検出光Ｌ２が照射されないことから、本形態の指示部材２０は、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂと同程度の効果しか得られない。ここで、指示部材２０が光源部１２に近い位置にある場合、軸端部２５０に検出光Ｌ２が照射されなくても、受光部１３への入射光量が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。
【００６２】
これに対して、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にある場合、本形態では、球体部２６および軸端部２５０の双方に検出光が照射される。従って、図９（ｂ）に示す指示部材２０Ｂと違って、本形態の指示部材２０では、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にある場合でも、球体部２６および軸端部２５０での反射光Ｌ３が受光部１３に入射する。従って、本形態によれば、受光部１３での受光強度が高いので、指示位置を精度よく検出することができる。その際、指示部材２０が傾いていると、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とがずれることになるが、球体部２６の投影面積は軸端部２５０の投影面積に比して大であるため、検出誤差は極めて小さい。
【００６３】
また、本形態の指示部材２０の軸部２５において、軸端部２５０に基端側に接続された部分２５１は光吸収性を有している。このため、指示部材２０での反射領域を正確に限定することができるので、指示部材２０が傾いている場合の検出誤差を小さくすることができる。
【００６４】
また、本形態において、位置検出部５０は、光源部１２での第１点灯動作時および第２点灯動作時における受光部１３での受光強度が等しくなるように第１点灯動作時に光源部１２に供給する第１駆動電流値と、第２点灯動作時に光源部１２に供給する第２駆動電流値との比較結果に基づいて角度位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置によって受光部１３での受光強度が変化するのを直接利用して対象物体Ｏｂの角度位置を検出する場合と違って、受光部１３での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、再帰反射部２１を備えた指示部材２０を用いた場合の効果が大きい。
【００６５】
また、本形態では、光源部１２を２つ備え、２つの光源部１２の各々の放射中心位置に受光部１３が配置されている。従って、２つの光源部のいずれにおいても、光源部１２から出射された検出光Ｌ２は、指示部材２０の再帰反射部２１で反射して光源部１２の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、指示部材２０で反射した検出光は、十分な強度をもって受光部１３に到達するので、検出精度を向上することができる。
【００６６】
さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面４１に情報が表示されている場合でも、検出光Ｌ２が情報の視認を妨げないという利点がある。
【００６７】
［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、指示部材２０の先端側を模式的に示す説明図、指示部材２０が光源部１２に近い場合の様子を示す説明図、および指示部材２０が光源部１２から遠い場合の様子を示す説明図である。なお、本形態および後述する実施の形態３〜６の指示部材２０の基本的な構成や、位置検出システム１および光学式位置検出装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、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。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。ここで、再帰反射部２１は、球体部２６および軸端部２５０において先端側から基端側に向かって再帰反射度が連続的あるいは段階的に増大している。本形態では、球体部２６および軸端部２５０において先端側から基端側に向かって再帰反射度が段階的に増大している。
【００６９】
このため、図１０（ｂ）に示すように、指示部材２０が光源部１２に近い場合には、受光部１３での受光強度が大となる傾向にある一方、再帰反射部２１のうち、再帰反射度が低い先端側のみに検出光Ｌ２が照射される。これに対して、図１０（ｃ）に示すように、指示部材２０が光源部１２から遠い場合には、受光部１３での受光強度が小となる傾向にある一方、再帰反射部２１のうち、再帰反射度が高い部分まで検出光Ｌ２が照射される。従って、指示部材２０が光源部１２に近い場合に受光部１３に到達する検出光の光量と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合に受光部１３に到達する検出光Ｌ２の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材２０が光源部１２に近い場合と、指示部材２０が光源部１２から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
【００７０】
［実施の形態３］
図１１は、本発明の実施の形態３に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図である。図１１に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７１】
ここで、軸端部２５０の長さ寸法は、球体部２６の直径より短い。このため、図９（ｃ）に示すように、指示部材２０が光源部１２から遠い位置にあって、球体部２６および軸端部２５０に検出光が照射されている状態で、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７２】
［実施の形態４］
図１２は、本発明の実施の形態４に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、軸端部２５０の長さ寸法が長い場合の説明図、および軸端部２５０の長さ寸法を短くした場合の説明図である。図１２（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７３】
ここで、軸端部２５０は、矢印Ｓ１で示すように、球体部２６の内部に進入可能になっている。このため、軸端部２５０の露出面積を変更することができる、例えば、指示部材２０で光源部１２に近い位置を指示する場合、矢印Ｓ１で示すように、軸端部２５０を球体部２６の内部に進入させて、図１２（ｂ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を狭くすることができる。また、指示部材２０で光源部１２から遠い位置を指示する場合、矢印Ｔ１で示すように、軸端部２５０を球体部２６から引き出して、図１２（ａ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を広くすることができる。それ故、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７４】
［実施の形態５］
図１３は、本発明の実施の形態５に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、軸端部２５０の長さ寸法が長い場合の説明図、および軸端部２５０の長さ寸法を短くした場合の説明図である。図１３（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７５】
ここで、軸部２５において軸端部２５０の基端側に接続された部分２５１は、軸端部２５０の外径寸法よりやや大きな内径寸法を有する筒部２５３になっている。このため、軸端部２５０は、矢印Ｓ２で示すように、筒部２５３の内部に進入可能になっている。従って、軸端部２５０の露出面積を変更することができる。例えば、指示部材２０で光源部１２に近い位置を指示する場合、矢印Ｓ２で示すように、軸端部２５０を筒部２５３の内部に進入させて、図１３（ｂ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を狭くすることができる。また、指示部材２０で光源部１２から遠い位置を指示する場合、矢印Ｔ２で示すように、軸端部２５０を筒部２５３から引き出して、図１３（ａ）に示すように、軸端部２５０の露出面積（長さ寸法）を広くすることができる。それ故、指示部材２０が傾いても、球体部２６の位置と軸端部２５０の位置とのずれに起因する検出誤差を小さくすることができる。
【００７６】
［実施の形態６］
図１４は、本発明の実施の形態６に係る位置検出システム１で用いた指示部材２０の説明図であり、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、軸端部２５０の太さが中程度である場合の説明図、軸端部２５０が細い場合の説明図、軸端部２５０が太い場合の説明図、および軸端部２５０の内部構造を示す半断面図である。図１４（ａ）に示すように、本形態の指示部材２０も、実施の形態１と同様、丸棒状の軸部２５と、軸部２５の先端に設けられた球体部２６とを備えており、球体部２６の外周面および軸端部２５０の外周面が再帰反射部２１になっている。
【００７７】
ここで、指示部材２０は、図１４（ｂ）に示すように、軸端部２５０を細くした状態と、図１４（ｃ）に示すように、軸端部２５０を太くした状態とに切り換えて使用することができる。このため、光源部１２からの距離等に応じて、指示部材２０の再帰反射量を切り換えて使用することができる。かかる構成は、例えば、軸端部２５０を、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部により構成し、かかる複数の筒部の外周面を再帰反射部２１にしておくことによって実現することができる。より具体的には、図１４（ｄ）に示すように、軸端部２５０は、細軸部２４１と、径の異なる複数の筒部２４２、２４３とが多重に設けられた伸縮部２４になっており、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の外周面は再帰反射部２１になっている。また、細軸部２４１、筒部２４２、２４３、および軸端部２５０の基端側に接続された筒状の部分２５１の径は、以下に示す関係
細軸部２４１の外径寸法＜筒部２４２の内径寸法
筒部２４２の外径寸法＜筒部２４３の内径寸法
筒部２４３の外径寸法＜軸端部２５０に接続された部分２５１の内径寸法
になっている。ここで、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の基端側には大径部２４１ａ、２４２ａ、２４３ａが設けられ、筒部２４２、２４３および接続された部分２５１の先端側には、細軸部２４１および筒部２４２、２４３の大径部２４１ａ、２４２ａ、２４３ａが引っ掛かる抜け防止用の凸部が設けられている。
【００７８】
かかる構成によれば、細軸部２４１および筒部２４２、２４３のいずれを露出させるかによって、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、軸端部２５０の径を切り換えることができる。また、細軸部２４１および筒部２４２、２４３のいずれを露出させるかによって、軸端部２５０の長さ寸法を切り換えることもできる。
【００７９】
［実施の形態７］
図１５は、本発明の実施の形態７に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１６は、図１５に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８０】
実施の形態１では、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、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とを備えている構成であったが、図１５および図１６に示す形態では、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、１つの光源モジュールからなる。すなわち、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、１つのライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１および他方の端部ＬＧ２の各々に光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）が配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００８１】
かかる構成でも、第１点灯動作時に第１光源１２１が点灯すると、図４（ａ）および図６（ａ）に示す第１光強度分布ＬＩＤ１を形成することができ、第２点灯動作時に第２光源１２２が点灯すると、図４（ｂ）および図６（ａ）に示す第２光強度分布ＬＩＤ２を形成することができる。
【００８２】
なお、図１５および図１６に示す形態では、光源部１２の中心ＰＥに受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の中心ＰＥに対してＺ軸方向に重なる位置（放射中心位置）に受光部１３を設ければ、再帰反射部２１で反射した検出光Ｌ２を十分な強度をもって受光部１３に入射させることができる。
【００８３】
［実施の形態８］
図１７は、本発明の実施の形態８に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。図１８は、図１７に示す受発光ユニットにおける光源部の説明図である。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図示し、それらの説明を省略する。
【００８４】
実施の形態１では、光源部１２にライトガイドＬＧを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態１と同様な原理で対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。より具体的には、図１７に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０の光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）はいずれも、複数の光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）と、複数の光源１２０が実装された帯状のフレキシブル基板１８０と、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する凸曲面１５５を備えた扇形形状あるいは半円形状の光源支持部材１５０とを備えている。本形態において、凸曲面１５５は、その長さ方向（円周方向）で円弧形状に湾曲した形状を有している。
【００８５】
本形態においては、フレキシブル基板１８０として、帯状の第１フレキシブル基板１８１と、第１フレキシブル基板１８１に対して幅方向（Ｚ軸方向）で並列する帯状の第２フレキシブル基板１８２とが用いられている。第１フレキシブル基板１８１には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第１光源１２１が実装されており、第２フレキシブル基板１８２には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第２光源１２２が実装されている。光源１２０にはいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００８６】
また、２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、光源支持部材１５０は、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１光源支持部材１５１と第２光源支持部材１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１光源支持部材１５１は、凸曲面１５５の上半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ａと、凸曲面１５５ａにおいて第２光源支持部材１５２が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ａから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ａとを備えており、凸曲面１５５ａに第１フレキシブル基板１８１が重ねて配置されている。第２光源支持部材１５２は、凸曲面１５５の下半部を構成する円弧状の凸曲面１５５ｂと、凸曲面１５５ｂにおいて第１光源支持部材１５１が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ｂから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部１５６ｂとを備えており、凸曲面１５５ｂに第２フレキシブル基板１８２が重ねて配置されている。ここで、第１フレキシブル基板１８１と第２フレキシブル基板１８２とによってＺ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部１２８になっており、かかる導光部１２８の奥にフォトダイオードを備えた受光部１３が配置されている。
【００８７】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、検出対象空間１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの位置を検出するには、第１フレキシブル基板１８１に実装されている複数の第１光源１２１と、第２フレキシブル基板１８２に実装されている複数の第２光源１２２とを異なるタイミングで点灯させる。その際、複数の第１光源１２１を全て点灯させ、複数の第２光源１２２を全て消灯させる第１点灯動作では、図１８（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する側から他方側の端部１８１ｅが位置する側に向かって第１光源１２１の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部１８１ｅが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８８】
これに対して、複数の第２光源１２２を全て点灯させ、複数の第１光源１２１を全て消灯させる第２点灯動作では、図１８（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の一方側の端部１８２ｆが位置する側から他方側の端部１８２ｅが位置する側に向かって第２光源１２２の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の他方側の端部１８２ｅが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部１８２ｆが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８９】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、複数の第１光源１２１に供給する駆動電流の和（第１駆動電流値）、および複数の第２光源１２２に供給する駆動電流の和（第２駆動電流値）に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源１２０の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源１２０毎に変えればよい。かかる形態によれば、光源部１２から離間した位置に対しても十分な強度をもって検出光を出射することができるという利点がある。
【００９０】
［実施の形態９］
図１９は、本発明の実施の形態９に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の受発光ユニットの説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態７と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００９１】
実施の形態８では、第１点灯動作では第１光源１２１を点灯させ、第２点灯動作では第２光源１２２を点灯させたが、本形態では、図１９に示すように、１系統の光源１２０のみが用いられている。かかる構成でも、第１点灯動作時と第２点灯動作時において光源１２０に供給する駆動電流を変えれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。すなわち、第１点灯動作では、図１８（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する側から他方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。また、第２点灯動作では、図１８（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する側から一方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００９２】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、第１点灯動作における光源１２０への駆動電流の和（第１駆動電流値）、および第２点灯動作における光源１２０への駆動電流の和（第１駆動電流値）に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。
【００９３】
なお、図１８に示す形態では、光源部１２の中心ＰＥに受光部１３を設けると、受光部１３への検出光Ｌ２の入射が光源部１２によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部１２の中心ＰＥに対してＺ軸方向に重なる位置（放射中心位置）に受光部１３を設ければ、再帰反射部２１で反射した検出光Ｌ２を十分な強度をもって受光部１３に入射させることができる。
【００９４】
［他の実施の形態］
上記実施の形態１〜９で説明した構成については各々を組み合わせてもよい。また、上記実施の形態では、２つの光源部１２を用いたが、１つの光源部１２を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。また、上記実施の形態では、第１点灯動作時の受光結果と第２点灯動作時の受光結果とを直接、比較したが、検出対象空間１０Ｒを介さずに受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を設けてもよい。かかる構成の場合、第１点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、第２点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、参照光の受光結果を基準に、第１点灯動作時の受光結果と第２点灯動作時の受光結果とを間接的に比較する。より具体的には、第１点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第１点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理し、第２点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第２点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理する。かかる構成によれば、外光等の影響を、参照光を受光した際の強度によって相殺することができるという利点がある。
【００９５】
［位置検出システムの構成例］
（位置検出システム１の具体例１）
図２０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１９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。
【００９６】
上記実施の形態に係る位置検出システム１において、図２０に示すように、視認面構成部材４０として表示装置１１０を用い、かかる表示装置１１０に、図１〜図１９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を設ければ、電子黒板やデジタルサイネージ等といった入力機能付き表示システム１００として用いることができる。ここで、表示装置１１０は、直視型表示装置や、視認面構成部材４０をスクリーンとする背面型投射型表示装置である。
【００９７】
かかる入力機能付き表示システム１００において、光学式位置検出装置１０は、表示面１１０ａ（視認面４１）に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、対象物体Ｏｂ（再帰反射部付きの指示部材）で反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を検出する。このため、表示装置１１０で表示された画像の一部に対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
【００９８】
（位置検出システム１の具体例２）
図２１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２１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１９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。
【００９９】
図２１に示す入力機能付き投射型表示システム７００（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７５０（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７００において、画像投射装置７５０は、筐体７４０に設けられた投射レンズ系７１０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７５０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。
【０１００】
かかる入力機能付き投射型表示システム７００において、光学式位置検出装置１０は、画像投射装置７５０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７１０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（再帰反射部付きの指示部材）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（投射方向に交差する方向の位置／ＸＹ座標）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。
【０１０１】
なお、光学式位置検出装置１０とスクリーン８０とを一体化させれば、入力機能付きスクリーン装置を構成することができる。
【０１０２】
（位置検出システム１の他の具体例）
本発明において、視認面構成部材４０は、展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、視認面４１は、透光部材において展示品が配置される側とは反対側で展示品が視認される面である。かかる構成によれば、入力機能付きウインドウシステム等として構成することができる。
【０１０３】
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】
【０１０４】
１・・位置検出システム、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２・・光源部、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、２０・・指示部材、２１・・再帰反射部、２５・・軸部、２６・・球体部、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・位置検出部、１００・・入力機能付き表示システム、１２０・・光源、１２１・・第１光源、１２２・・第２光源、２４１・・細軸部、２４２、２４３・・筒部、２５０・・軸端部、２５１・・軸端部に接続された部分、７００・・入力機能付き投射型表示システム、７５０・・画像投射装置、Ｏｂ・・対象物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状の軸部と、該軸部の先端に設けられた球体部と、を備え、
前記球体部の外周面、および前記軸部において前記球体部に接続された軸端部の外周面が再帰反射部になっていることを特徴とする指示部材。
【請求項２】
前記再帰反射部は、前記球体部および前記軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大していることを特徴とする請求項１に記載の指示部材。
【請求項３】
前記軸端部の長さ寸法は、前記球体部の直径より短いことを特徴とする請求項１または２に記載の指示部材。
【請求項４】
前記軸端部は、前記球体部の内部に進入可能になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項５】
前記軸端部は、当該軸端部において前記軸端部の基端側に接続された筒部内に進入可能になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項６】
前記軸端部は、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部になっており、
前記複数の筒部の外周面は前記再帰反射部になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項７】
前記軸部において前記軸端部の基端側に接続された部分は、光吸収性を有し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指示部材。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の指示部材を位置検出対象とする光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、
該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記光源部は、前記検出光の出射強度が前記出射空間の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が前記他方側から前記一方側に向かって減少する第２点灯動作とを異なる期間に行い、
前記位置検出部は、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することを特徴とする請求項８に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなったときに前記第１点灯動作時に前記光源部に供給した第１駆動電流値と前記第２点灯動作時に前記光源部に供給した第２駆動電流値との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の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であって、
画像が表示される表示面を備えた表示装置を有し、
前記表示面に沿う方向の前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の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であって、
画像を投射する画像投射装置を有し、
前記画像の投射方向と交差する方向における前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられ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】
丸棒状の軸部と、該軸部の先端に設けられた球体部と、を備え、
前記球体部の外周面、および前記軸部において前記球体部に接続された軸端部の外周面が再帰反射部になっていることを特徴とする指示部材。
【請求項２】
前記再帰反射部は、前記球体部および前記軸端部において先端側から基端側に向かって再帰反射度が増大していることを特徴とする請求項１に記載の指示部材。
【請求項３】
前記軸端部の長さ寸法は、前記球体部の直径より短いことを特徴とする請求項１または２に記載の指示部材。
【請求項４】
前記軸端部は、前記球体部の内部に進入可能になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項５】
前記軸端部は、当該軸端部において前記軸端部の基端側に接続された筒部内に進入可能になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項６】
前記軸端部は、径の異なる複数の筒部が多重に設けられた伸縮部になっており、
前記複数の筒部の外周面は前記再帰反射部になっていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の指示部材。
【請求項７】
前記軸部において前記軸端部の基端側に接続された部分は、光吸収性を有し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指示部材。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の指示部材を位置検出対象とする光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、
該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記光源部は、前記検出光の出射強度が前記出射空間の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が前記他方側から前記一方側に向かって減少する第２点灯動作とを異なる期間に行い、
前記位置検出部は、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することを特徴とする請求項８に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなったときに前記第１点灯動作時に前記光源部に供給した第１駆動電流値と前記第２点灯動作時に前記光源部に供給した第２駆動電流値との比較結果に基づいて前記指示部材の位置を検出することを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の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であって、
画像が表示される表示面を備えた表示装置を有し、
前記表示面に沿う方向の前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の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であって、
画像を投射する画像投射装置を有し、
前記画像の投射方向と交差する方向における前記指示部材の位置を前記光学式位置検出装置が検出した結果に基づいて前記画像が切り換えられることを特徴とする入力機能付き表示システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１２１１３（Ｐ２０１３−１２１１３Ａ）
【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２０１１−１４５３７１（Ｐ２０１１−１４５３７１）
【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）】
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