説明

照射ユニット、光学式検出装置、表示システム及び情報処理システム

【課題】従来よりも小型な構成で対象物の位置を検出することができる照射ユニット、光学式検出装置、表示システム及び情報処理システム等を提供すること。
【解決手段】照射ユニットは、曲線に沿って配置される第1〜第n(nは2以上の整数)の発光素子LD1〜LDnを含む。第1の期間では、曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光を出射する。第2の期間では、曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2期間用照射光を出射する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照射ユニット、光学式検出装置、表示システム及び情報処理システム等に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、表示部の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付きの表示装置が用いられる。この表示装置によれば、ユーザーは、表示部に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングすることで、情報を入力することなどが可能になる。このような表示装置における位置検出方式としては、例えば、表示エリアに沿ってライトガイドを設け、複数の光源からライトガイドを介して照射光を照射し、対象物で反射した照射光を受光部で検出する方式が特許文献1に開示されている。このような構成の光学式位置検出装置では、受光部での受光結果に基づいて対象物の位置を検出する。
【0003】
一方、上述の特許文献1に開示される方式では、表示エリアと同等の大きさのライトガイドが必要となる。従って、投写型表示装置(プロジェクター)やデジタルサイネージ用の表示装置では、携帯電話やパーソナルコンピューターの表示装置に比べて、その表示エリアが広いために、上述の特許文献1に開示される方式を用いた位置検出を実現することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】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】
本発明の幾つかの態様によれば、従来よりも小型な構成で対象物の位置を検出することができる照射ユニット、光学式検出装置、表示システム及び情報処理システム等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、曲線に沿って配置される第1の発光素子〜第n(nは2以上の整数)の発光素子を含み、第1の期間では、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光を出射し、第2の期間では、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、前記照射光の強度が高くなる第2期間用照射光を出射する照射ユニットに関係する。
【0007】
本発明の一態様によれば、照射ユニットは、曲線に沿って配置されるn個の発光素子により、強度分布の異なる2つの照射光を例えば交互に出射することができる。その結果、光学式検出装置に適用した場合などに、小型な構成で対象物の位置を検出することなどが可能になる。
【0008】
また本発明の一態様では、前記第1の期間では、前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの前記第1の発光素子〜第m(mは1<m<nである整数)の発光素子は、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が低くなる第1期間用光源光を出射し、前記第2の期間では、前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が高くなる第2期間用光源光を出射し、前記第1の期間では、前記第1期間用光源光に基づいて、前記第1期間用照射光を出射し、前記第2の期間では、前記第2期間用光源光に基づいて、前記第2期間用照射光を出射してもよい。
【0009】
このようにすれば、第1の期間では、n個の発光素子のうちのm個の発光素子から出射される第1期間用光源光に基づいて第1期間用照射光を出射し、第2の期間では、n−m個の発光素子から出射される第2期間用光源光に基づいて、第1期間用照射光とは強度分布が異なる第2期間用照射光を出射することができる。その結果、小型な構成で対象物の位置を検出するための2つの照射光を出射することができる。
【0010】
また本発明の一態様では、前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子は、第1の曲線に沿って配置され、前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記第1の曲線とは離れて位置する第2の曲線に沿って配置されてもよい。
【0011】
このようにすれば、第1の期間では、第1の曲線に沿って第1期間用光源光が出射され、第2の期間では、第2の曲線に沿って第2期間用光源光が出射される。その結果、照射ユニットは、第1の曲線の法線方向に第1期間用照射光を出射し、第2の曲線の法線方向に第2期間用照射光を出射することができる。
【0012】
また本発明の一態様では、前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子を駆動する駆動回路を含み、前記駆動回路は、前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子の駆動電流を設定する第1の抵抗素子〜第mの抵抗素子と、前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子の駆動電流を設定する第m+1の抵抗素子〜第nの抵抗素子とを有してもよい。
【0013】
このようにすれば、第1〜第mの抵抗素子の抵抗値により、第1期間用照射光の強度分布を設定することができる。また、第m+1〜第nの抵抗素子の抵抗値により、第2期間用照射光の強度分布を設定することができる。
【0014】
また本発明の一態様では、前記第1の抵抗素子〜前記第mの抵抗素子は、前記第1の曲線の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に高くなり、前記第m+1の抵抗素子〜前記第nの抵抗素子は、前記第2の曲線の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に低くなってもよい。
【0015】
このようにすれば、照射ユニットは、第1の期間では、第1の曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光を出射し、第2の期間では、第2の曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2期間用照射光を出射することができる。
【0016】
また本発明の一態様では、前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子は、前記第1の曲線上での配置間隔が前記第1の曲線の一端から他端に向かって徐々に広くなるように配置され、前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記第2の曲線上での配置間隔が前記第2の曲線の一端から他端に向かって徐々に狭くなるように配置されてもよい。
【0017】
このようにすれば、配置間隔が徐々に変化することで照射光の強度が徐々に変化するから、照射ユニットは、第1の期間では、第1の曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光を出射し、第2の期間では、第2の曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2期間用照射光を出射することができる。
【0018】
また本発明の一態様では、前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子のうちの一端側の発光素子は、前記第1の曲線の一端から他端に向かって光量が線形特性で低くなる第1の線形光量特性に対して、ブーストされた光量の光源光を出射し、前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの他端側の発光素子は、前記第2の曲線の一端から他端に向かって光量が線形特性で高くなる第2の線形光量特性に対して、ブーストされた光量の光源光を出射してもよい。
【0019】
このようにすれば、反射光を受光する受光部の受光感度の角度依存性などによる影響を低減することができるから、広い角度範囲に対して均一な検出精度を得ることなどが可能になる。
【0020】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の照射ユニットと、前記照射ユニットから出射した照射光が対象物により反射されることによる反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置情報を検出する検出部とを含む光学式検出装置に関係する。
【0021】
本発明の他の態様によれば、コンパクトな構成の照射ユニットで照射光を出射することができるから、小型な構成で対象物の位置情報を検出することなどが可能になる。
【0022】
また本発明の他の態様では、前記照射ユニットは、前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子が配置される面に対する平面視において半円形状を有し、前記受光部は、前記照射ユニットの前記半円形状の中心に配置されてもよい。
【0023】
このようにすれば、受光部は、対象物からの反射光を半円の中心で受光することができるから、半円の中心から見た対象物の位置する方向などを精度よく検出することが可能になる。
【0024】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の光学式検出装置と、画像を表示する表示装置とを含む表示システムに関係する。
【0025】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の光学式検出装置と、前記光学式検出装置からの検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、前記情報処理装置からの画像データに基づいて画像を表示する表示装置とを含む情報処理システムに関係する。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】図1(A)、図1(B)は、照射ユニットの第1の構成例。
【図2】図2(A)〜図2(C)は、照射ユニットの第1の構成例により出射される照射光を説明する図。
【図3】図3(A)、図3(B)は、照射ユニットの第2の構成例。
【図4】図4(A)〜図4(C)は、照射ユニットの第2の構成例により出射される照射光を説明する図。
【図5】駆動回路の構成例。
【図6】図6(A)、図6(B)は、駆動回路の各抵抗素子の抵抗値の設定例。
【図7】図7(A)、図7(B)は、駆動回路の各抵抗素子の抵抗値の他の設定例。図7(C)は、抵抗素子の合成抵抗値。
【図8】図8(A)、図8(B)は、光学式検出装置の基本的な構成例。
【図9】図9(A)、図9(B)は、光学式検出装置による対象物の位置情報検出手法を説明する図。
【図10】図10(A)、図10(B)は、照射光の強度と受光強度との関係を説明する図。
【図11】図11(A)、図11(B)は、ブーストされた光量による照射光の強度と受光強度との関係を説明する図。
【図12】図12(A)、図12(B)は、表示システム及び情報処理システムの構成例。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【0028】
1.照射ユニット
図1(A)、図1(B)に本実施形態の照射ユニットの第1の構成例を示す。本実施形態の照射ユニットEUは、曲線CUR1、CUR2に沿って配置される第1〜第n(nは2以上の整数)の発光素子LD1〜LDnを含む。本実施形態の照射ユニットEUは、後述する光学式検出装置の照射光を出射するための照射ユニットとして用いることができる。なお、本実施形態の照射ユニットは図1(A)、図1(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【0029】
図1(A)に示すように、第1の構成例では、n個の発光素子のうちの第1〜第m(mは1<m<nである整数)の発光素子LD1〜LDmは、第1の曲線CUR1に沿って配置される。また、n個の発光素子のうちの第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnは、第1の曲線CUR1とは離れて位置する第2の曲線CUR2に沿って配置される。
【0030】
第1の曲線CUR1の一端に第1の発光素子LD1が配置され、他端に第mの発光素子LDmが配置される。また、第2の曲線CUR2の一端に第m+1の発光素子LDm+1が配置され、他端に第nの発光素子LDnが配置される。
【0031】
第1〜第nの発光素子LD1〜LDnは、例えば赤外光(可視光領域に近い近赤外線)を出射するLED(発光ダイオード)等であって、曲線CUR1、CUR2に沿って配置され、光源光をそれぞれ出射する。曲線CUR1、CUR2は円弧線であってもよいし、曲率半径が変化する曲線であってもよい。また、各発光素子の配置間隔は等間隔であってもよいし、変化する間隔であってもよい。
【0032】
以下の説明のために、図1(A)に示すように、第1、第2、第3の方向D1、D2、D3を定義しておく。すなわち、曲線CUR1、CUR2の他端から一端へ向かう方向を第2の方向D2とし、第2の方向D2に垂直で曲線CUR1、CUR2の内側から外側に向かう方向を第1の方向D1とする。そして第1、第2の方向D1、D2に垂直な方向を第3の方向D3とする。
【0033】
第1の曲線CUR1と第2の曲線CUR2とは、互いに交差せず、離れた位置に配置される。具体的には、例えば第1の曲線CUR1と第2の曲線CUR2とは、第3の方向D3において分離して配置される。第1の曲線CUR1と第2の曲線CUR2との第3の方向D3における距離(間隔)は、一定であってもよいし、変化してもよい。
【0034】
図示していないが、本実施形態の照射ユニットEUは、発光素子LD1〜LDnを駆動する駆動回路130を含む。駆動回路130の詳細については、後述する。
【0035】
図1(B)は、第1の構成例を第2の方向D2から見た図である。第1〜第mの発光素子LD1〜LDmは、第1の照射基準面SL1に沿って光源光をそれぞれ出射する。また、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnは、第2の照射基準面SL2に沿って光源光をそれぞれ出射する。第1、第2の照射基準面SL1、SL2は、照射ユニットEUが照射光を出射する方向を規定するための仮想的な面であって、これら照射基準面SL1、SL2に沿って照射光が出射される。
【0036】
ただし、各発光素子からの光源光は一定の角度で広がりを持つから、その光源光に基づいて出射される照射光も、照射基準面SL1、SL2の面内に限定されず、照射基準面SL1、SL2を基準として第3の方向D3及びその反対方向に一定の広がりを持つ。
【0037】
なお、以降の説明において、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmをまとめて第1の発光素子群と記載し、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnをまとめて第2の発光素子群と記載する。
【0038】
図2(A)〜図2(C)は、照射ユニットの第1の構成例により出射される照射光を説明する図である。図2(A)〜図2(C)では、例えば第1の発光素子群として第1〜第13の発光素子LD1〜LD13を含み、第2の発光素子群として第14〜第26の発光素子LD14〜LD26を含む構成例について示す。
【0039】
図2(A)に、第1の期間に出射される第1期間用照射光LT1を示す。第1の期間では、第1の発光素子群(LD1〜LD13)は、第1の曲線CUR1の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が低くなる第1期間用光源光LS1−1〜LS1−13を出射する。例えば、LD1は光源光LS1−1を出射し、次のLD2はLD1よりも光量が低い光源光LS1−2を出射し、次のLD3はLD2よりも光量が低い光源光LS1−3を出射する。そして最後のLD13はLD12よりも光量の低い光源光LS1−13を出射する。すなわち、第1の曲線CUR1の一端からは最も光量の高い光源光が出射され、一端から他端に向かって徐々に光量が減少し、他端からは最も光量の低い光源光が出射される。
【0040】
このようにして、第1の期間では第1期間用光源光LS1−1〜LS1−13が出射され、これに基づいて第1の曲線CUR1の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光LT1が出射される。第1期間用照射光LT1は、各発光素子から出射された第1期間用光源光LS1−1〜LS1−13が合成された光である。
【0041】
図2(B)に、第2の期間に出射される第2期間用照射光LT2を示す。第2の期間では、第2の発光素子群(LD14〜LD26)は、第2の曲線CUR2の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が高くなる第2期間用光源光LS2−14〜LS2−26を出射する。例えば、LD14は光源光LS2−14を出射し、次のLD15はLD14よりも光量が高い光源光LS2−15を出射し、次のLD16はLD15よりも光量が高い光源光LS2−16を出射する。そして最後のLD26はLD25よりも光量の高い光源光LS2−26を出射する。すなわち、第2の曲線CUR2の一端からは最も光量の低い光源光が出射され、一端から他端に向かって徐々に光量が増加し、他端からは最も光量の高い光源光が出射される。
【0042】
このようにして、第2の期間では第2期間用光源光LS2−14〜LS2−26が出射され、これに基づいて第2の曲線CUR2の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2期間用照射光LT2が出射される。第2期間用照射光LT2は、各発光素子から出射された第2期間用光源光LS2−14〜LS2−26が合成された光である。
【0043】
図2(C)に示すように、第1、第2期間用照射光LT1、LT2は、第1、第2の照射基準面SL1、SL2に沿って照射されるが、上述したように、照射光LT1、LT2が照射される範囲は第1、第2の照射基準面SL1、SL2の面内に限定されず、照射基準面SL1、SL2を基準として第3の方向D3及びその反対方向に一定の広がりを持つ。
【0044】
後述するように、本実施形態の照射ユニットを含む光学式検出装置では、第1の期間と第2の期間とが交互に設けられ、第1の期間では第1期間用照射光LT1を出射し、第2の期間では第2期間用照射光LT2を出射することができる。こうすることで、強度分布の異なる2つの照射光を交互に出射することができるから、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。
【0045】
なお、以下の説明では、第1期間用照射光LT1により形成される照射光強度分布を第1の照射光強度分布LID1と記載し、第2期間用照射光LT2により形成される照射光強度分布を第2の照射光強度分布LID2と記載する。
【0046】
図3(A)、図3(B)に、本実施形態の照射ユニットの第2の構成例を示す。第2の構成例は、第1の曲線CUR1に沿って配列される第1〜第mの発光素子LD1〜LDm(第1の発光素子群)及び第2の曲線CUR2に沿って配列される第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDn(第2の発光素子群)を含む。
【0047】
第1〜第mの発光素子LD1〜LDmは、第1の曲線CUR1上での配置間隔が第1の曲線CUR1の一端から他端に向かって徐々に広くなるように配置される。また、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnは、第2の曲線CUR2上での配置間隔が第2の曲線CUR2の一端から他端に向かって徐々に狭くなるように配置される。なお、本実施形態の照射ユニットは図3(A)、図3(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【0048】
図3(B)は、第2の構成例を第2の方向D2から見た図である。第1〜第mの発光素子LD1〜LDmは、第1の照射基準面SL1に沿って光源光をそれぞれ出射する。また、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnは、第2の照射基準面SL2に沿って光源光をそれぞれ出射する。第1、第2の照射基準面SL1、SL2は、照射ユニットEUが照射光を出射する方向を規定するための仮想的な面であって、これら照射基準面SL1、SL2に沿って照射光が出射される。
【0049】
ただし、各発光素子からの光源光は一定の角度で広がりを持つから、その光源光に基づいて出射される照射光も、照射基準面SL1、SL2の面内に限定されず、照射基準面SL1、SL2を基準として第3の方向D3及びその反対方向に一定の広がりを持つ。
【0050】
図4(A)〜図4(C)は、照射ユニットの第2の構成例により出射される照射光を説明する図である。図4(A)〜図4(C)では、例えば第1の発光素子群として第1〜第13の発光素子LD1〜LD13を含み、第2の発光素子群として第14〜第26の発光素子LD14〜LD26を含む構成例について示す。
【0051】
図4(A)に、第1の期間に出射される第1期間用照射光LT1を示す。第1の期間では、第1の発光素子群の各発光素子LD1〜LD13が第1期間用光源光LS1−1〜LS1−13を出射する。各発光素子の光量が同じであっても、第1の曲線CUR1の一端側では発光素子の配置間隔が狭いから、出射される照射光の強度は高くなる。そして第1の曲線CUR1の一端から他端に向かって配置間隔が徐々に広くなるから、出射される照射光の強度は徐々に低くなる。このようにして、第1の期間では第1期間用光源光LS1−1〜LS1−13が出射され、これに基づいて第1の曲線CUR1の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光LT1が出射される。すなわち、第1の曲線CUR1の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1の照射光強度分布LID1が形成される。
【0052】
図4(B)に、第2の期間に出射される第2期間用照射光LT2を示す。第2の期間では、第2の発光素子群の各発光素子LD14〜LD26が第2期間用光源光LS2−14〜LS2−26を出射する。各発光素子の光量が同じであっても、第2の曲線CUR2の一端側では発光素子の配置間隔が広いから、出射される照射光の強度は低くなる。そして第2の曲線CUR2の一端から他端に向かって配置間隔が徐々に狭くなるから、出射される照射光の強度は徐々に高くなる。このようにして、第2の期間では第2期間用光源光LS2−14〜LS2−26が出射され、これに基づいて第2の曲線CUR2の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2期間用照射光LT2が出射される。すなわち、第2の曲線CUR2の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が高くなる第2の照射光強度分布LID2が形成される。
【0053】
図4(C)に示すように、第1、第2期間用照射光LT1、LT2は、第1、第2の照射基準面SL1、SL2に沿って照射されるが、上述したように、照射光LT1、LT2が照射される範囲は第1、第2の照射基準面SL1、SL2の面内に限定されず、照射基準面SL1、SL2を基準として第3の方向D3及びその反対方向に一定の広がりを持つ。
【0054】
照射ユニットの第2の構成例では、発光素子の配置間隔を変化させることで照射光の強度を変化させることができる。従って、上述した第1、第2の構成例のように発光素子を駆動する駆動電流(発光電流)を発光素子ごとに個別に設定する必要がなくなるから、駆動回路の構成をさらに簡素にすることが可能になる。
【0055】
なお、第2の構成例において、各発光素子の光量を同一にしなくてもよい。例えば、発光素子の光量を徐々に変化させ、且つ、配置間隔を徐々に変化させることで、所望の照射光強度分布を持つ第1、第2の照射光強度分布LID1、LID2を形成することができる。
【0056】
以上説明したように、本実施形態の照射ユニットによれば、円弧線などの曲線に沿って配置された複数の発光素子を用いることで、小型の構成であって、且つ、広い範囲で2つの異なる照射光強度分布(第1、第2の照射光強度分布)を交互に形成することができる。その結果、本実施形態の照射ユニットを光学式検出装置に適用した場合に、例えば投射型表示装置(プロジェクター)のスクリーンなど広い検出エリアに対しても、小型の構成で精度の高い位置検出などが可能になる。
【0057】
図5に、本実施形態の照射ユニットに含まれる駆動回路130の構成例を示す。図5に示す駆動回路130−1、130−2は、上述した照射ユニットの第1の構成例(図1(A)、図1(B))に用いられる。駆動回路130−1は、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmの駆動電流を設定する第1〜第mの抵抗素子R1〜Rm及びスイッチ素子SW1を含む。駆動回路130−2は、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnの駆動電流を設定する第m+1〜第nの抵抗素子Rm+1〜Rn及びスイッチ素子SW2を含む。
【0058】
第1の期間では、駆動回路130−1のスイッチ素子SW1がオン状態に設定され、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmに駆動電流が供給される。一方、駆動回路130−2のスイッチ素子SW2はオフ状態に設定されるから、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnは発光しない。
【0059】
第2の期間では、駆動回路130−2のスイッチ素子SW2がオン状態に設定され、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnに駆動電流が供給される。一方、駆動回路130−1のスイッチ素子SW1はオフ状態に設定されるから、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmは発光しない。
【0060】
第1〜第mの抵抗素子R1〜Rmは、第1の曲線CUR1の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に高くなる。すなわち、R1の抵抗値が最も低く、R1からRmに向かって抵抗値が徐々に高くなる。こうすることで、発光素子LD1の駆動電流を最も大きくし、LD1からLDmに向かって駆動電流を徐々に小さくすることができる。その結果、LD1からLDmに向かって各発光素子の光量を徐々に低くすることができる。
【0061】
第m+1〜第nの抵抗素子Rm+1〜Rnは、第2の曲線CUR2の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に低くなる。すなわち、Rm+1の抵抗値が最も高く、Rm+1からRnに向かって抵抗値が徐々に低くなる。こうすることで、発光素子LDm+1の駆動電流を最も小さくし、LDm+1からLDnに向かって駆動電流を徐々に大きくすることができる。その結果、LDm+1からLDnに向かって各発光素子の光量を徐々に高くすることができる。
【0062】
図6(A)、図6(B)に、駆動回路130−1の各抵抗素子の抵抗値の設定例を示す。図6(A)、図6(B)では、第1の発光素子群として8個の発光素子LD1〜LD8を含む。
【0063】
図6(B)に示すように、発光素子LD1〜LD8に対応する抵抗素子R1〜R8の抵抗値を、R1からR8に向かって徐々に高く設定することで、上述した第1の照射光強度分布LID1を形成することができる。なお、発光素子(例えば発光ダイオード)の特性のばらつきのために、所望の光量を得るためには、個々の発光素子について個別に抵抗値を設定することが望ましい。
【0064】
また、図示していないが、第2の発光素子群を駆動する駆動回路130−2については、発光素子LD9〜LD16に対応する抵抗素子R9〜R16の抵抗値を、R9からR16に向かって徐々に低く設定することで、上述した第2の照射光強度分布LID2を形成することができる。
【0065】
図7(A)、図7(B)に、駆動回路130−1の各抵抗素子の抵抗値の他の設定例を示す。図7(A)に示す駆動回路130−1では、発光素子LD1〜LD8を2つのグループに分割して駆動する。すなわち、LD1、LD3、LD5、LD7から成る第1のグループと、LD2、LD4、LD6、LD8から成る第2のグループに分割して、第1のグループは抵抗素子RA及びスイッチ素子SW1aを介して駆動電流が供給される。また、第2のグループは抵抗素子RB及びスイッチ素子SW1bを介して駆動電流が供給される。このようにすることで、各抵抗素子の抵抗値の設定が容易になり、またスイッチ素子を流れる電流を小さくすることができるから、回路設計が容易になる。
【0066】
図7(B)に、抵抗素子R1〜R8、RA、RBの抵抗値を示す。そして図7(C)に、発光素子LD1〜LD8に直列接続される抵抗素子の合成抵抗値を示す。例えば、LD1については、R1とRAが直列接続されるから、合成抵抗値は4.8Ωとなる。各発光素子に対応する合成抵抗値を、図7(C)に示すように、LD1からLD8に向かって徐々に高く設定することで、上述した第1の照射光強度分布LID1を形成することができる。
【0067】
また、図示していないが、第2の発光素子群を駆動する駆動回路130−2についても、図7(A)と同様な構成で、上述した第2の照射光強度分布LID2を形成することができる。
【0068】
2.光学式検出装置
図8(A)、図8(B)に、本実施形態の光学式検出装置100の基本的な構成例を示す。光学式検出装置100は、照射ユニットEU、受光部RU、検出部110及び制御部120を含む。なお、本実施形態の光学式検出装置は図8(A)、図8(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【0069】
本実施形態の光学式検出装置100は、図8(A)に示すようにスクリーン20(表示部)の前方側(Z軸方向側)に設定された検出エリアRDETにおいて、ユーザーの指やタッチペンなどの対象物OBを光学的に検出する。このために照射ユニットEUは、対象物OBを検出するための第1期間用及び第2期間用照射光LT1、LT2を出射する。具体的には、照射方向に応じて強度が異なる照射光を放射状に出射する。これにより検出エリアRDETには、照射方向に応じて強度が異なる第1、第2の照射光強度分布LID1、LID2が形成される。
【0070】
ここでX−Y平面とは、例えば表示部20によって規定される対象面(表示面)に沿った平面である。対象面とは、検出エリアRDETの設定対象となる面であって、例えば情報処理装置のディスプレイの表示面、或いは投射型表示装置(プロジェクター)の投影面、或いはデジタルサイネージにおけるディスプレイ面などである。
【0071】
検出エリアRDETとは、対象物OBが検出されるエリア(領域)であって、具体的には、例えば照射光が対象物OBに反射されることによる反射光を、受光部RUが受光して、対象物OBを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部RUが反射光を受光して対象物OBを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
【0072】
照射ユニットEUは、上述したように、発光素子LD1〜LDnを含み、第1の期間では第1期間用照射光LT1を出射し、第1の照射光強度分布LID1を形成する。また、第2の期間では第2期間用照射光LT2を出射し、第2の照射光強度分布LID2を形成する。照射ユニットEUは、第1〜第nの発光素子LD1〜LDnが配置される面に対する平面視において、例えば半円形状を有してもよい。
【0073】
照射ユニットEUの形状は、中心角が180度である半円形状に限定されるものではなく、中心角が180度より小さい扇形形状であってもよい。また、半円又は扇形の曲線部分(弧の部分)は、円弧(真円の一部)でなくてもよい。例えば楕円等の一部であってもよい。
【0074】
受光部RUは、照射ユニットEUから出射した照射光LT1、LT2が検出エリアRDETに存在する対象物OBにより反射されることによる反射光を受光する。受光部RUは、照射ユニットEUの半円形状の中心に配置されてもよい。この受光部RUは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどの受光素子により実現できる。この受光部RUには検出部110が例えば電気的に接続されている。
【0075】
検出部110は、照射光LT1、LT2が対象物OBにより反射することによる反射光の受光結果に基づいて、対象物OBの位置情報を検出する。この検出部110の機能は、アナログ回路等を有する集積回路装置や、マイクロコンピューター上で動作するソフトウェア(プログラム)などにより実現できる。例えば検出部110は、受光部RUの受光素子が対象物からの反射光を受光することで発生した検出電流を、検出電圧に変換し、受光結果である検出電圧に基づいて、対象物の位置情報を検出する。
【0076】
ここで対象物の位置情報とは、対象物の位置を特定する情報(位置特定情報)であって、例えば対象物の位置座標についての情報であってもよいし、或いは対象物の位置する方向を表す情報であってもよい。
【0077】
制御部120は、光学式検出装置100の各種の制御処理を行う。具体的には照射ユニットEUが有する発光素子の発光制御などを行う。この制御部120は照射ユニットEU、検出部110に電気的に接続されている。制御部120の機能は、集積回路装置やマイクロコンピューター上で動作するソフトウェアなどにより実現できる。例えば制御部120は、照射ユニットEUが第1、第2の発光素子群を含む場合に、これらの第1、第2の発光素子群を交互に発光させる制御を行う。
【0078】
図9(A)、図9(B)は、本実施形態の光学式検出装置100による対象物の位置情報検出手法を説明する図である。図9(A)、図9(B)では、照射ユニットEUにおいて発光素子が配列される曲線CUR1、CUR2の一端側の角度を90度とし、他端側の角度を−90度とする。また図9(B)では、照射ユニットEUの円弧形状(半円形状)の中心位置が、光学式検出装置100の配置位置PEになっている。
【0079】
図9(A)のE1は、第1期間用照射光LT1による第1の照射光強度分布LID1において、照射光LT1の照射方向の角度と、その角度での照射光LT1の強度との関係を示す図である。図9(A)のE1では、照射方向が図9(B)のDD3の方向(右方向)である場合に強度が最も高くなる。一方、DD1の方向(左方向)である場合に強度が最も低くなり、DD2の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向DD3から方向DD1への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアー(線形、直線的)に変化している。
【0080】
また図9(A)のE2は、第2期間用照射光LT2による第2の照射光強度分布LID2において、照射光LTの照射方向の角度と、その角度での照射光LTの強度との関係を示す図である。図9(A)のE2では、照射方向が図9(B)のDD1の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、DD3の方向である場合に強度が最も低くなり、DD2の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向DD1から方向DD3への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアーに変化している。
【0081】
なお図9(A)では照射方向の角度と強度の関係はリニアーな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば後述するように、一端側又は他端側で照射光強度がリニアーな関係に対してブースト(増加)されてもよい。なお、照射方向の角度と照射光の強度との関係については、後で詳しく説明する。
【0082】
図9(B)に示すように、角度θの方向DDBに対象物OBが存在したとする。すると、第1の期間において第1の照射光強度分布LID1を形成した場合(E1の場合)には、図9(A)に示すように、DDB(角度θ)の方向に存在する対象物OBの位置での強度はINTaになる。一方、第2の期間において第2の照射光強度分布LID2を形成した場合(E2の場合)には、DDBの方向に存在する対象物OBの位置での強度はINTbになる。従って、これらの強度INTa、INTbの関係を求めることで、対象物OBの位置する方向DDB(角度θ)を特定できる。
【0083】
照射ユニットEUが半円形状(又は扇形形状)である場合には、受光部RUが照射ユニットEUの半円形状(扇形形状)の中心に配置されることが望ましい。受光部RUが照射ユニットEUの半円形状の中心に配置されることで、受光部RUの受光素子が、対象物からの反射光を半円の中心、すなわち座標原点(例えば図9(B)のPE)で受光することができるから、対象物の位置する方向(角度)などを精度よく検出することが可能になる。
【0084】
図10(A)、図10(B)は、照射光の強度と受光部RUの受光強度(受光信号レベル)との関係を説明する図である。図10(A)に、照射ユニットEUから出射される第2期間用照射光LT2の各方向に対する強度の一例を示す。これは、図9(A)におけるE2に相当する。また図10(B)に、第2期間用照射光LT2が各方向に存在する対象物により反射され、受光部RUがその反射光を受光することによる受光強度(広義には受光結果)の一例を示す。
【0085】
受光部RUの受光感度は、角度(反射光の入射角度)に対して一様ではなく、例えば中心方向(角度が0度、又は0度に近い方向)から入射する光に対しては感度が高く、周辺方向(角度が90度又は−90度に近い方向)から入射する光に対しては感度が低くなる。そのために、照射光が図10(A)に示すようなリニアー(線形、直線的)な強度分布を有していても、反射光の受光強度は例えば図10(B)に示す特性になってしまう。
【0086】
なお、図10(A)、図10(B)は、第2期間用照射光LT2についての図であるが、第1期間用照射光LT1についても同様である。
【0087】
図9(A)、図9(B)で説明したように、90度から−90度までの角度範囲で均一な検出精度を得るためには、反射光の受光強度、すなわち受光部RUが反射光を受光することにより出力する受光信号レベルが、角度に対してリニアー(線形、直線的)に変化することが望ましい。そのためには、受光部RUの受光感度の角度依存性を考慮して、照射光の強度分布を設定する必要がある。
【0088】
具体的には、第1の発光素子群(LD1〜LDm)については、一端側の発光素子の光量をリニアーな特性に対してブースト(増加)された光量とし、第2の発光素子群(LDm+1〜LDn)については、他端側の発光素子の光量をリニアーな特性に対してブーストされた光量とすることで、受光強度(受光信号レベル)の角度に対する特性をリニアー(線形、直線的)な特性にすることができる。
【0089】
すなわち、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmのうちの一端側の発光素子は、第1の曲線CUR1の一端から他端に向かって光量が線形特性で低くなる第1の線形光量特性に対して、ブースト(増加)された光量の光源光を出射する。また、第m+1〜第nの発光素子LDm+1〜LDnのうちの他端側の発光素子は、第2の曲線CUR2の一端から他端に向かって光量が線形特性で高くなる第2の線形光量特性に対してブースト(増加)された光量の光源光を出射する。
【0090】
発光素子の光量をブーストするためには、その発光素子の駆動電流を設定する抵抗素子の抵抗値を低くすればよい。例えば図5に示す駆動回路130−1において、一端側のいくつかの抵抗素子(例えばR1〜R3)の抵抗値を下げることで、第1〜第mの発光素子LD1〜LDmのうちの一端側の発光素子(例えばLD1〜LD3)の光量をブーストすることができる。
【0091】
図11(A)、図11(B)は、ブーストされた光量による照射光の強度と受光強度(受光信号レベル)との関係を説明する図である。図11(A)に、ブーストされた第2期間用照射光LT2の各方向に対する強度の一例を示す。また図11(B)に、ブーストされた第2期間用照射光LT2による反射光を受光することによる受光強度の一例を示す。
【0092】
図11(A)のA1に示すように、第2の発光素子群(LDm+1〜LDn)のうちの他端側(角度が−90度に近い側)の発光素子の光量をリニアーな特性(第2の線形光量特性)に対してブーストされた光量に設定する。こうすることで、図11(B)のA2に示すように、受光強度の角度に対する特性をほぼリニアーな特性にすることができる。その結果、広い角度範囲に対して均一な、又はほぼ均一な検出精度を得ることが可能になる。
【0093】
なお、図11(A)、図11(B)は、ブーストされた第2期間用照射光LT2についての図であるが、ブーストされた第1期間用照射光LT1についても同様である。すなわち、第1の発光素子群(LD1〜LDm)のうちの一端側(角度が90度に近い側)の発光素子の光量をリニアーな特性(第1の線形光量特性)に対してブーストされた光量に設定することで、受光強度の角度に対する特性をほぼリニアーな特性にすることができる。
【0094】
以上説明したように、本実施形態の光学式検出装置によれば、広い範囲で強度分布の異なる2つの照射光強度分布を形成することができるから、従来よりも小型な構成で対象物の位置を検出することなどが可能になる。さらに発光素子群の一端側又は他端側の発光素子の光量をブーストすることにより、受光部の受光感度の角度依存性を補償して、受光強度の角度に対する特性をリニアーな特性にすることができる。その結果、広い角度範囲に対して均一な検出精度を得ることなどが可能になる。
【0095】
3.表示システム及び情報処理システム
図12(A)、図12(B)に、本実施形態の表示システム及び情報処理システムの構成例を示す。図12(A)に示す表示システムの構成例は、光学式検出装置100及び表示装置10を含む。また、図12(A)に示す情報処理システムの構成例は、光学式検出装置100、表示装置10及び情報処理装置200を含む。
【0096】
情報処理装置200は、例えばパーソナルコンピューター(PC)などであって、光学式検出装置100からの検出情報に基づいて処理を行う。光学式検出装置100と情報処理装置200とは、USBケーブルUSBCを介して電気的に接続される。表示装置10は、例えば投射型表示装置(プロジェクター)などであって、情報処理装置200からの画像データに基づいて、表示部(スクリーン)20に画像を表示する。ユーザーは、表示部20に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングすることで、情報処理装置200に対して必要な情報を入力することができる。
【0097】
なお、図12(A)では、光学式検出装置100が表示部20に取り付けられているが、他の場所に取り付けることもできる。例えば、光学式検出装置100を表示装置10に取り付けてもよいし、天井や壁などに取り付けてもよい。また、表示装置10としては、投射型表示装置(プロジェクター)に限定されるものではなく、例えばデジタルサイネージ用表示装置であってもよい。
【0098】
上述したように、本実施形態の光学式検出装置によれば、広い範囲で照射光強度分布を形成することができるから、従来よりも小型な構成で対象物の位置を検出することなどが可能になる。従って、投射型表示装置(プロジェクター)やデジタルサイネージ用の表示装置のように表示エリアが広い場合であっても、従来よりも小型な構成でポインティング等による情報入力などが可能になる。
【0099】
図12(B)に示す情報処理システムの構成例では、表示装置10として情報処理装置200(PC)に内蔵されたディスプレイ220が用いられる。光学式検出装置100はディスプレイ220に着脱可能であって、USBケーブルUSBCを介して情報処理装置200と電気的に接続される。
【0100】
上述したように、本実施形態の光学式検出装置によれば、従来よりも小型な構成で対象物の位置情報を検出することができる。その結果、例えばタッチパネル機能を持たないディスプレイに本実施形態の光学式検出装置を後付けで装着することにより、ディスプレイに手を加えずにタッチパネル機能を付加することなどが可能になる。
【0101】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また照射ユニット、光学式検出装置、表示システム及び情報処理システムの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【0102】
EU 照射ユニット、RU 受光部、LS1、LS2 第1、第2期間用光源光、
LT1、LT2 第1、第2期間用照射光、CUR1、CUR2 第1、第2の曲線、
SL1、SL2 第1、第2の照射基準面、LD1〜LDn 第1〜第nの発光素子、
LID1、LID2 第1、第2の照射光強度分布、RDET 検出エリア、
OB 対象物、
10 表示装置、20 表示部、100 光学式検出装置、110 検出部、
120 制御部、130 駆動回路、200 情報処理装置、220 ディスプレイ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
曲線に沿って配置される第1の発光素子〜第n(nは2以上の整数)の発光素子を含み、
第1の期間では、
前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、照射光の強度が低くなる第1期間用照射光を出射し、
第2の期間では、
前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、前記照射光の強度が高くなる第2期間用照射光を出射することを特徴とする照射ユニット。
【請求項2】
請求項1において、
前記第1の期間では、
前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの前記第1の発光素子〜第m(mは1<m<nである整数)の発光素子は、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が低くなる第1期間用光源光を出射し、
前記第2の期間では、
前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記曲線の一端から他端に向かうにつれて、各発光素子の光量が高くなる第2期間用光源光を出射し、
前記第1の期間では、
前記第1期間用光源光に基づいて、前記第1期間用照射光を出射し、
前記第2の期間では、
前記第2期間用光源光に基づいて、前記第2期間用照射光を出射することを特徴とする照射ユニット。
【請求項3】
請求項2において、
前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子は、第1の曲線に沿って配置され、
前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記第1の曲線とは離れて位置する第2の曲線に沿って配置されることを特徴とする照射ユニット。
【請求項4】
請求項3において、
前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子を駆動する駆動回路を含み、
前記駆動回路は、
前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子の駆動電流を設定する第1の抵抗素子〜第mの抵抗素子と、
前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子の駆動電流を設定する第m+1の抵抗素子〜第nの抵抗素子とを有することを特徴とする照射ユニット。
【請求項5】
請求項4において、
前記第1の抵抗素子〜前記第mの抵抗素子は、前記第1の曲線の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に高くなり、
前記第m+1の抵抗素子〜前記第nの抵抗素子は、前記第2の曲線の一端から他端に向かって、各抵抗素子の抵抗値が徐々に低くなることを特徴とする照射ユニット。
【請求項6】
請求項4又は5において、
前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子は、前記第1の曲線上での配置間隔が前記第1の曲線の一端から他端に向かって徐々に広くなるように配置され、
前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子は、前記第2の曲線上での配置間隔が前記第2の曲線の一端から他端に向かって徐々に狭くなるように配置されることを特徴とする照射ユニット。
【請求項7】
請求項3乃至6のいずれかにおいて、
前記第1の発光素子〜前記第mの発光素子のうちの一端側の発光素子は、前記第1の曲線の一端から他端に向かって光量が線形特性で低くなる第1の線形光量特性に対して、ブーストされた光量の光源光を出射し、
前記第m+1の発光素子〜前記第nの発光素子のうちの他端側の発光素子は、前記第2の曲線の一端から他端に向かって光量が線形特性で高くなる第2の線形光量特性に対して、ブーストされた光量の光源光を出射することを特徴とする照射ユニット。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれかに記載の照射ユニットと、
前記照射ユニットから出射した照射光が対象物により反射されることによる反射光を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果に基づいて、前記対象物の位置情報を検出する検出部とを含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項9】
請求項8において、
前記照射ユニットは、前記第1の発光素子〜前記第nの発光素子が配置される面に対する平面視において半円形状を有し、
前記受光部は、前記照射ユニットの前記半円形状の中心に配置されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項10】
請求項8又は9に記載の光学式検出装置と、
画像を表示する表示装置とを含むことを特徴とする表示システム。
【請求項11】
請求項8又は9に記載の光学式検出装置と、
前記光学式検出装置からの検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、
前記情報処理装置からの画像データに基づいて画像を表示する表示装置とを含むことを特徴とする情報処理システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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