JP2006155346A - 遠隔制御装置及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 表示装置の表示面上に表示されているポインタの位置を円滑、迅速、正確に制御することができ、発光素子数を少なくした低消費電力型の遠隔制御装置及びこのような遠隔制御装置を用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 遠隔制御装置は、光学式指示装置1及び受光装置3を備える。表示装置2は、ポインタ4を示す表示部2aと受光装置3を内蔵する枠部2bを備える。変位位置D1、D2、D3、D4に発光素子5を順次変位させ、各変位位置で発光素子5に発光用信号を供給して位置検出用光信号LSpを発光出力させ、受光装置3の位置検出用受光素子3pで受光入力した受光信号を順次検出して、検出した受光信号を適宜演算処理することにより、基準軸変位角θsの変位状態を検出する。基準軸変位角θsの変位状態をポインタ4に対する指示信号としてポインタ4の移動を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】 遠隔制御装置は、光学式指示装置1及び受光装置3を備える。表示装置2は、ポインタ4を示す表示部2aと受光装置3を内蔵する枠部2bを備える。変位位置D1、D2、D3、D4に発光素子5を順次変位させ、各変位位置で発光素子5に発光用信号を供給して位置検出用光信号LSpを発光出力させ、受光装置3の位置検出用受光素子3pで受光入力した受光信号を順次検出して、検出した受光信号を適宜演算処理することにより、基準軸変位角θsの変位状態を検出する。基準軸変位角θsの変位状態をポインタ4に対する指示信号としてポインタ4の移動を制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、表示装置の表示面に表示されたポインタ(カーソル)などのマークの位置を離れた位置から光学的に制御する遠隔制御装置及びそのような遠隔制御装置を組み込んだ表示装置に関する。
従来、離れた位置から表示装置の表示面に表示されたカーソルを操作する装置として機械的に制御する遠隔制御装置が知られている。機械的に制御する遠隔制御装置は、例えば十字カーソルキーやボールポイント装置などを位置信号の入力手段としている。また、その他に、静電パッドやジョイスティックが付いた座標入力装置が知られている。
上述の機械的な制御による遠隔制御装置の他に、発光素子を用いた光学式の遠隔座標指示装置として、発光素子を有する遠隔操作体と、遠隔操作体からの光を受光して指示個所を検出するコントローラ部とを備えたものが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
これらの遠隔座標指示装置の遠隔操作体は、中央に配置された中央発光素子と、中央発光素子を中心として光軸が離れる方向に傾けて配置された上方向発光素子系、下方向発光素子系、右方向発光素子系、左方向発光素子系とを備え、全体で5系統の発光素子を備えていることから、機構的に複雑な構成となっており、制御系も複雑になっている。また、発光素子が多数必要となり、消費電力が大きくなり遠隔制御装置としては実用的でないという問題がある。
特許第3228864号公報
特許第3273531号公報
従来の遠隔制御装置では、付加した十字カーソルキーなどで希望の位置にカーソルを移動するのにステップ的な動きしか出来ず且つ、方向も上下左右の4方向のみであり斜めに円滑な移動をするには十分ではなかった。
また、ボールポイント・静電パッドやジョイスティックにおいても、片手で簡単に操作するには直感的ではなく、思うようなカーソルの移動が実行できなかった。
また、提案されている光学式の遠隔座標指示装置では、発光素子が多数必要となり遠隔制御装置としては実用的でないという問題があった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、位置検出用光信号を発光出力する発光素子を備える光学式指示装置と、光学式指示装置からの位置検出用光信号を受光入力して受光信号を検出し、受光信号から位置信号を求める受光装置とを備えることにより、表示装置の表示面上に表示されているポインタ(カーソル)などのマークの位置を円滑、迅速、正確に制御することができ、発光素子数を少なくした低消費電力型の遠隔制御装置を提供することを目的とする。
また、上述した遠隔制御装置を備えることにより、表示装置の表示面に表示されたポインタを自由に制御することが可能な表示装置を提供することを他の目的とする。
本発明に係る遠隔制御装置は、位置検出用光信号を発光出力する発光素子を実装してある光学式指示装置と、前記位置検出用光信号を受光入力して検出した受光信号から位置信号を求める受光装置とを備える遠隔制御装置であって、前記光学式指示装置は、前記発光素子の光軸が前記光学式指示装置の基準軸に対し傾斜角を有するように前記発光素子の光軸を変位位置に変位させる光軸制御部と、前記発光素子の光軸が前記変位位置にあるときに前記発光素子から位置検出用光信号を発光出力させる発光制御部とを備えることを特徴とする。
この構成により、発光素子の光軸を変位位置に変位させた状態で、位置検出用光信号を発光出力させることから、光学式指示装置の基準軸の変位状態(基準軸変位角)に応じたレベルの受光信号を演算処理することにより、位置信号を求めることができる。この位置信号を用いて例えば表示面に表示されたポインタ(カーソル)などのマークの位置を制御することが可能となる。また、発光素子が1個で良いことから、光軸制御部を簡単に構成できると共に、消費電力の少ない遠隔制御装置となる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記変位位置は前記基準軸を中心として対称位置に設けてあることを特徴とする。この構成により、光軸を対称に配置することから、光軸の変位位置の制御及び演算処理が簡単になり検出精度を向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記変位位置は少なくとも4箇所あることを特徴とする。この構成により、少ない変位位置で精度の高い2次元(X−Y)の位置検出をすることができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記光軸制御部は、前記光軸の変位位置を機構的に制御する機構部品を有することを特徴とする。この構成により、機構部品を用いることから、比較的容易に光軸の変位位置を制御することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記光軸制御部は、前記光軸の変位位置を電磁的に制御する電磁駆動装置を有することを特徴とする。この構成により、電磁駆動装置を用いることから、発光制御部との同期を容易に取ることが可能となり、精密な制御が可能になると共に光軸制御部を小型化、簡略化できる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記電磁駆動装置に印加する光軸制御信号は、位相が異なる2系統のパルス波であることを特徴とする。この構成により、パルスが印加され所定のレベルを占めている期間(振幅値期間)、光軸は変位位置に固定されており、変位位置に同期させて位置検出用光信号を発光出力することができるので安定した発光制御が可能であり、受光信号の検出精度を向上することが可能となる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記2系統のパルス波は、それぞれ階段状波形であり、一方の系統のパルス波での各階段の周期と他方の系統のパルス波での1群の階段の周期とが等しいことを特徴とする。この構成により、光軸の変位位置を精細なマトリックス状に構成することが可能となり、基準軸の変位状態に対する制御分解能を向上することができ、更に精密な位置信号の検出が可能となる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記発光制御部は、前記変位位置に同期してパルス波の発光用信号を発光素子に印加することを特徴とする。この構成により、発光用信号をパルス波とすることから、光軸の変位位置と位置検出用光信号との同期を確実に取ることができるので、各変位位置に対応する受光信号を容易に特定することができ、受光信号の検出を精度良く行うことができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記発光用信号は、検出開始用パルスと該検出開始用パルスの後の位置検出用パルスを含むことを特徴とする。この構成により、発光用信号を検出開始用パルスと位置検出用パルスとに区分して、先に検出開始用パルスを発生するので、受光装置での位置検出開始を確実に行うことができるので、受光信号の検出精度を向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記位置検出用パルスは、前記変位位置のそれぞれに対して同一のパルス幅と同一の周期を有する複数のパルスで構成してあることを特徴とする。この構成により、同一のパルスを複数個繰り返して発生するので、受光装置では受光信号の複数の振幅値を平均して振幅値とすることができることから、信号処理の精度を更に向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記発光用信号には、変調搬送波が重畳してあることを特徴とする。この構成により、位置検出用光信号に変調搬送波を重畳するので、外乱光(ノイズ)による影響を排除することができ、検出精度を向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記発光素子は、赤外光領域の発光波長を発光出力することを特徴とする。この構成により、赤外光を位置検出用光信号とすることから、外乱光(ノイズ)による影響を排除することができ、検出精度を向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記傾斜角は、前記発光素子が有する半値角以下であることを特徴とする。この構成により、傾斜角を半値角以下とすることから、指向性の良い位置検出用光信号とすることができるので、精度良く位置検出用光信号を検出することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記受光装置は、前記位置検出用光信号を受光入力して受光信号を検出する位置検出用受光素子と、該位置検出用受光素子が検出した受光信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された受光信号の振幅値を検出する振幅値検出回路と、前記振幅値を演算処理して前記位置信号を求める演算処理部とを備えることを特徴とする。
この構成により、増幅回路、振幅値検出回路により受光信号の振幅値を適宜の値(出力レベル)に調整して、検出するので、受光信号の出力レベル(相対的光強度)を精度良く、容易に検出することができる。また受光信号の出力レベルを適切な値に制御できることから確実な演算処理が可能となり、演算処理部により振幅値を演算処理するので精度良く、容易に位置信号を求めることができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記位置検出用パルスの前記複数のパルスに対応する受光信号の複数のパルスについて求めた振幅値を平均して受光信号の振幅値とすることを特徴とする。この構成により、各変位位置それぞれに同期して発光出力された複数のパルスで構成される位置検出用パルスに対応する受光パルスの複数のパルスの振幅値を平均するので、より精度の良い受光信号とすることができ、精度良く位置検出をすることができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記増幅回路と前記振幅値検出回路の間にバンドパスフィルタが接続してあることを特徴とする。この構成により、バンドパスフィルタを用いことから、所定の周波数以外の信号(ノイズ)を排除した受光信号に対して振幅値を求めるので受光信号の検出精度を向上することができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記増幅回路の増幅率は、自動利得制御回路により調整されることを特徴とする。この構成により、自動利得制御回路を用いて増幅回路の増幅率を制御することから、受光信号の出力レベルを妥当な値に調整することができ、演算処理を容易、正確に行うことができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記増幅率は、受光信号の振幅値が飽和しないように調整することを特徴とする。この構成により、受光信号の振幅値を飽和させないことから、信頼度の高い正確な受光信号(出力レベル、振幅値)を得ることができる。
本発明に係る遠隔制御装置では、前記振幅値は、信号の無い期間での受光信号のノイズレベルを基準レベルとして求め、該基準レベルとの差から求めることを特徴とする。この構成により、ノイズを除去した基準レベルに基づいて受光信号のレベル(振幅値)を求めることから、正確な受光信号(振幅値)を求めることができ、受光信号の検出精度を向上することができる。
本発明に係る表示装置は、情報を表示する表示部及び該表示部を保持する枠部を備える表示装置において、本発明に係る遠隔制御装置を備え、前記受光装置を前記枠部の前面に配置してあることを特徴とする。
この構成により、受光装置を目視で確認することができるから、光学式指示装置の基準軸の方向を確実に受光装置の方向に向けることができ、位置検出用光信号を確実に受光入力することができる。
本発明に係る表示装置では、前記光学式指示装置は、表示装置の機能を制御する機能制御信号に対応する機能制御用光信号を発光出力して前記受光装置へ送信し、前記受光装置は、前記機能制御用光信号を受光入力して前記機能制御信号を出力する構成としてあることを特徴とする。この構成により、マーク(ポインタ)の位置検出(位置制御)に加えて、表示装置の機能を制御することができるので、実用性の高い遠隔制御装置を備えた表示装置とすることができる。
本発明に係る表示装置では、前記機能制御用光信号は、前記発光素子から発光出力されることを特徴とする。この構成により、位置検出用光信号を発光出力する発光素子と機能制御用光信号を発光出力する発光素子とを兼用することから、発光素子の実装を簡略化でき、光学式指示装置の機構構成を簡略化することができる。
本発明に係る表示装置では、前記受光装置は、前記機能制御用光信号を受光入力する機能制御用受光素子を備えることを特徴とする。この構成により、機能制御用受光素子を備える受光装置とすることから機能制御用光信号の確実な検出が可能となり、表示装置の機能制御を確実に行うことができる。
本発明に係る表示装置では、前記位置検出用受光素子は、前記機能制御用光信号を受光入力して機能制御用信号を検出することを特徴とする。この構成により、位置検出用受光素子と機能制御用受光素子とを兼用することにより受光装置(受光素子)の実装を簡略化することができる。
本発明に係る表示装置では、前記位置信号に基いて、前記表示部に表示されたマークの位置を制御することを特徴とする。この構成により、表示装置の表示部に表示されたマークとしての例えばポインタの位置を容易に制御することができる。
本発明に係る表示装置では、表示装置はテレビジョン受像機であることを特徴とする。この構成により、新しい機能(光学式ポインティング機能)を備えたテレビジョン受像機とすることができる。
本発明に係る遠隔制御装置は、位置検出用光信号を発光出力する発光素子を備える光学式指示装置と、位置検出用光信号を受光入力して受光信号を検出し、受光信号から位置信号を求める受光装置とを備え、発光素子の光軸を所定の変位位置に変位させ、変位位置に同期して位置検出用光信号を発光出力することから、光学式指示装置の基準軸の変位状態(基準軸変位角)に応じたレベル(振幅値)の受光信号を検出し、受光信号の振幅値に対して演算処理を行うことにより、光学式指示装置(基準軸)の位置信号を求めることができる。
したがって、本発明に係る遠隔制御装置によれば、この位置信号を用いて例えば表示装置の表示面に表示されたポインタ(カーソル)などのマークの位置を円滑、迅速、正確に制御する操作性の良い遠隔制御装置とすることができるという効果を奏する。
また、位置検出用光信号を発光出力する発光素子は1個あれば良く、少ない発光素子数として光学式指示装置の構成を簡略化した安価で操作性の良い低消費電力型の遠隔制御装置とすることができるという効果を奏する。
本発明に係る表示装置によれば、本発明に係る遠隔制御装置を組み合わせて受光装置を内蔵する表示装置とすることから、表示面に表示されたマーク(カーソル、ポインタ)の位置を自由に制御することが可能な表示装置とすることができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る遠隔制御装置及び該遠隔制御装置を備える本発明に係る表示装置の要部概略を示す説明図である。
本発明に係る遠隔制御装置は、いわゆるリモートコントローラであり、光学式指示装置1及び受光装置3により構成してある。また、本発明に係る表示装置2は、本発明の遠隔制御装置の受光装置3を内蔵している。表示装置2は、画像、データなどの情報を表示するモニタ、あるいはテレビジョン受像機などであり、前面の中央部に表示部2aを有し、その周囲には表示部2aを保持する枠部2bを設けてある。受光装置3は、枠部2bの前面に配置(内蔵)してある。なお、受光装置3を表示部2aに設けることも可能である。
表示部2aの表示面には、マーク(カーソル)としてのポインタ4が表示してある。同図では、移動する前のポインタ4a、移動した後のポインタ4b、ポインタ4の移動軌跡4cを概念的に示す。
光学式指示装置1は、位置検出用光信号LSp及び機能制御用光信号LScを発光出力し、受光装置3へ送信する。位置検出用光信号LSp及び機能制御用光信号LScは、それぞれ別体の光学式指示装置から送信する形態としても良いが一体の光学指示装置1により発光出力するように構成することが遠隔制御装置の機構を簡略化するためには好ましい。なお、位置検出用光信号LSpの発光出力の形態は図2ないし図6で説明する。
受光装置3は、位置検出用光信号LSpを受光入力(検出)する位置検出用受光素子3pと、機能制御用光信号LScを受光入力(検出)する機能制御用受光素子3cとを備える。なお、制御方式、送信方式を工夫することにより位置検出用受光素子3pと機能制御用受光素子3cを兼用することも可能である。つまり、位置検出用受光素子3pにより機能制御用光信号LScを受光入力して機能制御信号を検出する構成とすることができる。
光学式指示装置1(の基準軸BAX(図2参照。))を移動軌跡1cで示すように光学式指示装置1aから光学式指示装置1bへと移動すると、位置検出用受光素子3pが受光入力する位置検出用光信号LSpはこの移動に追従して変化する。受光装置3は、位置検出用光信号LSpを受光信号として検出することから、受光信号の変化を演算処理して位置信号として検出(出力)することができる。
したがって、検出した位置信号に応じてポインタ4の表示位置を制御して移動させることができる。なお、光学式指示装置1(の基準軸BAX)の移動を検出するときの検出基準を第1方向としてのX軸(水平方向の移動)、第1方向と交差する第2方向としてのY軸(垂直方向の移動)として例示する。演算処理を簡略化し、検出精度を向上するためには、第1方向と第2方向の交差角をX軸−Y軸のように90度とすることがより好ましい。
機能制御用光信号LScは、表示装置2の機能を制御する機能制御信号に対応して発光出力(送信)される。機能制御信号としては、例えば表示装置2をテレビジョン受像機とした場合にはチャンネル選択信号、音量調整信号、輝度調整信号、表示面上のボタンのポインタ4によるオンオフ制御信号などである。機能制御用受光素子3cが受光する機能制御用光信号LScを受光装置3は機能制御信号として検出(出力)し、検出した機能制御信号に応じて表示装置2の機能を制御する。
本発明に係る遠隔制御装置では、通常利用される機能制御用光信号LScに加えて、ポインタ4の位置を制御する位置検出用光信号LSpに対応する受光信号の演算処理をして、光学式指示装置1の基準軸BAXの移動方向を検出することにより、基準軸BAXの移動方向に同期させて表示面上のポインタ4を移動させたい位置へ簡単に移動させることができ、機械的に制御する従来の遠隔制御装置に比較してポインタ4の位置を高速で円滑に移動制御することが可能となる。
図2ないし図6は、本発明に係る遠隔制御装置の光学式指示装置(位置検出用の発光素子)の変位位置の態様を説明する説明図である。図1と同一の構成については同一符号を付して適宜説明を省略する。
図2は、光学式指示装置1の基準軸BAXと位置検出用の発光素子5の光軸LAXが一致している(発光素子5の光軸が中性点位置Dnにある)場合を示す説明図である。(A)は、受光装置3(受光素子3p)の側から見た(つまり正面視)状態での光学式指示装置1の要部を示す正面図であり、(B)は、(A)の矢符X−Xでの要部を示す側面透視図である。なお、(B)では、受光装置3(位置検出用受光素子3p)を参考に記載してある。
光学式指示装置1の基準軸BAXは、通常光学式指示装置1(発光素子5の中心)から受光装置3(位置検出用受光素子3p)に向けられる。ポインタ4の位置制御をするときは、移動させたいポインタ4の制御(移動方向、移動量)に対応させて基準軸BAXを位置検出用受光素子3pの中心に対して左右上下に基準軸変位角θsとして適宜変位した状態で発光素子5から位置検出用光信号LSpを発光出力する。なお、基準軸BAXは、光学式指示装置1(発光素子5)を受光装置3に正対させたときに光学式指示装置1が構成する仮想線(指示方向)である。
位置検出用受光素子3pで受光入力する位置検出用光信号LSp(つまり受光信号)は、基準軸BAXの変位(基準軸変位角θs)に応じて変化することから、位置検出用受光素子3pが受光入力する受光信号を検出し、適宜演算処理して位置信号(位置制御信号)を求め、ポインタ4の移動制御を行う。
光学式指示装置1の正面(受光装置3に対向する面)の中央機構部1mに発光素子5が配置され実装してある。発光素子5は、例えば基板部5b(図8参照。)上に載置された発光ダイオード(LED)チップ5c(図8参照。)と表面を覆う凸レンズ状の樹脂レンズ部5r(図8参照。)で構成してある。発光素子5の基板部5bには発光素子5の光軸方向を制御する光軸制御部6が連接して設けてある。
光軸制御部6は、変位中心Prを中心にして発光素子5の光軸LAXの変位方向(変位位置)を機構的に制御(制御の例を図3ないし図6に示す。)することができるように、例えば適宜の歯車、円環レールなどの機構部品を組み合わせて構成してある。円環レールのような回転体を用いた場合には、基準軸BAXを中心とする逆円錐状に光軸LAXを変位させることができる。また、回転体のような機構部品を用いた場合には、比較的容易に光軸LAXの変位位置を制御することができる。また、基準軸BAX(変位中心Pr)を中心に回転(傾斜)して光軸LAXを変位させるようにした反射物6mなどを用いることも可能である(図17参照。)。
発光素子5は発光強度分布特性LDCを有する。利用環境の状況(例えば光学式指示装置1と表示装置2の距離など)に応じて適宜の光強度と指向性を有するものを選択することができる。
発光素子5は赤外光領域の発光波長で発光出力することが好ましい。赤外光領域の発光波長とすることにより、外乱光(ノイズ)による影響を排除することができるので、検出精度を向上することができる。
なお、発光素子5と発光素子24(図10参照。)とを兼用して、発光素子5の光軸LAXが中性点位置Dnにある状態のときに発光素子24として機能させて機能制御用信号LScの発光出力(送信)を行うことにより、発光素子数を低減できると共に安定した機能制御を行うことが可能となる。
図3は、発光素子5の光軸LAXが光学式指示装置1の基準軸BAXに対して正面視水平・左側方向(変位位置D1)で傾斜角θd1となるように発光素子5を変位させた場合を示す説明図である。(A)は、受光装置3(受光素子3p)の側から見た(つまり正面視)状態での光学式指示装置1の正面図であり、(B)は、(A)の矢符X−X(光学式指示装置1の水平方向(第1方向)に対応)での要部透視図である。なお、位置検出用受光素子3pを参考に記載してある。また、「発光素子5の変位」は、「発光素子5の光軸LAXの変位」と実質的に同義である。
変位位置D1(傾斜角θd1)は、光軸制御部6により変位中心Prを中心にして発光素子5を適宜回転させることにより実現することができる。傾斜角θd1は検出精度を向上するためには半値角θh以下であることが好ましい。なお、半値角θhとは、発光素子の発光強度の指向性を示し、光強度分布特性で光強度が最大値の半分になる点の光軸からの角度である。つまり、半値角θh以下とすることにより、指向性の良い位置検出用光信号LSpとすることができるので、受光装置3(位置検出用受光素子3p)で確実な受光入力ができ、精度良く位置検出用光信号を検出することができることから、精度の良い遠隔制御装置を実現することができる。
図4は、発光素子5の光軸LAXが光学式指示装置1の基準軸BAXに対して正面視垂直・上側方向(変位位置D2)で傾斜角θd2となるように発光素子5を変位させた場合を示す説明図である。(A)は、受光装置3(受光素子3p)の側から見た(つまり正面視)状態での光学式指示装置1の正面図であり、(B)は、(A)の矢符Y−Y(光学式指示装置1の垂直方向(第1方向と垂直に交差する第2方向)に対応)での要部透視図である。なお、位置検出用受光素子3pを参考に記載してある。
変位位置D2(傾斜角θd2)は、光軸制御部6により変位中心Prを中心にして発光素子5を適宜回転させることにより実現することができる。傾斜角θd2は検出精度を向上するためには半値角θh以下であることが好ましい。
図5は、発光素子5の光軸LAXが光学式指示装置1の基準軸BAXに対して正面視水平・右側方向(変位位置D3)で傾斜角θd3となるように発光素子5を変位させた場合を示す説明図である。(A)は、受光装置3(受光素子3p)の側から見た(つまり正面視)状態での光学式指示装置1の正面図であり、(B)は、(A)の矢符X−Xでの要部透視図である。なお、位置検出用受光素子3pを参考に記載してある。
変位位置D3(傾斜角θd3)は、光軸制御部6により変位中心Prを中心にして発光素子5を適宜回転させることにより実現することができる。傾斜角θd3は検出精度を向上するためには半値角θh以下であることが好ましい。なお、光軸LAXの制御を容易にし、検出精度を向上するために、変位位置D3は、基準軸BAXを中心として変位位置D1と対称位置に設けることが好ましい。
図6は、発光素子5の光軸LAXが光学式指示装置1の基準軸BAXに対して正面視垂直・下側方向(変位位置D4)で傾斜角θd4となるように発光素子を変位させた場合を示す説明図である。(A)は、受光装置3(受光素子3p)の側から見た(つまり正面視)状態での光学式指示装置1の正面図であり、(B)は、(A)の矢符Y−Yでの要部透視図である。なお、位置検出用受光素子3pを参考に記載してある。
変位位置D4(傾斜角θd4)は、光軸制御部6により変位中心Prを中心にして発光素子5を適宜回転させることにより実現することができる。傾斜角θd4は検出精度を向上するためには半値角θh以下であることが好ましい。なお、光軸LAXの制御を容易にし、検出精度を向上するために、変位位置D4は、基準軸BAXを中心として変位位置D2と対称位置に設けることが好ましい。
図3ないし図6で示したように変位位置を4箇所とすることにより、2次元での位置検出を行うことができるので、確実な位置制御が可能となる。また、変位位置D1ないしD4(傾斜角θd1ないしθd4)は基準軸BAXに対して相互に対称となるように配置することが検出精度を向上し、演算処理を簡略化するためには好ましい。なお、変位位置を4箇所としたがこれに限るものではない。変位位置を増やすことにより、更に検出精度を向上することができる(図13参照。)。
光軸制御部6の機構動作により、発光素子5の光軸LAXが変位位置D1→変位位置D2→変位位置D3→変位位置D4と回転する形態とすることにより制御機構を簡略化することができる。
図7は、本発明に係る遠隔制御装置の基準軸変位角を検出する原理を説明するための説明図であり、位置検出用受光素子が検出した位置検出用光信号(受光信号)の相対的光強度と基準軸変位角との相関を相対的光強度対基準軸変位角特性として示すグラフである。同図において、横軸は基準軸変位角θs(度)であり、縦軸は相対的光強度(%)である。図1ないし図6と同一の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。なお、簡単のため、傾斜角θd1、θd2、θd3、θd4は発光素子5の半値角θhに等しく、半値角θhは30度であるとする。
光軸制御部6により発光素子5の光軸LAXを変位位置D1に制御(変位)した状態(図3参照。)では、相対的光強度対基準軸変位角特性は曲線CD1で示すグラフのようになる。
つまり、基準軸変位角θsが「0度」の場合、位置検出用受光素子3pが検出する受光信号(発光素子5からの位置検出用光信号LSpに対する受光量)の相対的光強度は、50%となる。また、基準軸変位角θsを「0度」から「プラス」方向に変位した場合、つまり光学式指示装置1をプラス方向へ変位すると、光軸LAXが位置検出用受光素子3pの正面方向に近づくことから、相対的光強度は徐々に大きくなる。基準軸変位角θsが「30度」(半値角θh)の方向に変位すると、光軸LAXは位置検出用受光素子3pの正面方向に位置することから、相対的光強度は最大値(100%)となる。更に、基準軸変位角θsを「0度」から「マイナス」方向に変位した場合、つまり光学式指示装置1をマイナス方向へ変位すると、光軸LAXが位置検出用受光素子3pの正面方向からいっそう離れることから、相対的光強度は徐々に小さくなり、減衰する。
また、光軸制御部6により発光素子5の光軸LAXを変位位置D3に制御(変位)した状態(図5参照。)では、相対的光強度対基準軸変位角特性は曲線CD3で示すグラフのようになる。
つまり、基準軸変位角θsが「0度」の場合、位置検出用受光素子3pが検出する受光信号(発光素子5からの位置検出用光信号LSpに対する受光量)の相対的光強度は、50%となる。また、基準軸変位角θsを「0度」から「マイナス」方向に変位した場合、つまり光学式指示装置1をマイナス方向へ変位すると、光軸LAXが位置検出用受光素子3pの正面方向に近づくことから、相対的光強度は徐々に大きくなる。基準軸変位角θsがマイナス「30度」(半値角θh)の方向に変位すると、光軸LAXは位置検出用受光素子3pの正面方向に位置することから、相対的光強度は最大値(100%)となる。更に、基準軸変位角θsを「0度」から「プラス」方向に変位した場合、つまり光学式指示装置1をプラス方向へ変位すると、光軸LAXが位置検出用受光素子3pの正面方向からいっそう離れることから、相対的光強度は徐々に小さくなり、減衰する。
以上の相対的光強度対基準軸変位角特性から分かるように光軸LAXの変位位置(D1ないしD4)及び基準軸変位角θsの変位状態に応じて、検出される相対的光強度が異なる。光軸LAXの変位位置は少なくとも2箇所が対称であれば、1次元の検出をすることができる。また、少なくとも4箇所が対称であれば、2次元の検出をすることができる。
したがって、相対的光強度対基準軸変位角特性を予め求めておき、発光素子5の変位位置(例えば変位位置D1、D2、D3、D4)に対応(同期)させて位置検出用光信号LSpを発光出力させ、これに同期して位置検出用受光素子3pに受光入力される相対的光強度を測定し、測定した相対的光強度の差、比、又は差と比を用いて演算処理することにより、光学式指示装置1(基準軸変位角θs)の変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)を把握することができる。
例えば、基準軸変位角θsが水平・右側方向に30度変位している場合、発光素子5を変位位置D1とした状態では、相対的光強度は100%として検出され、発光素子5を変位位置D3とした状態では、相対的光強度は6%として検出される。相対的光強度の差(変位位置D1での相対的光強度100−変位位置D3での相対的光強度6=94(%))、比(変位位置D1での相対的光強度100/変位位置D3での相対的光強度6=約16.7)、又は差と比を求めることにより、予め対応させてある基準軸変位角θsの変位状態を把握することができる。つまり、ここでは、「基準軸BAXは水平・右側方向へ30度変位している」ことを検出できる。
上述の例では水平方向の場合について説明したが、垂直方向においても同様に基準軸変位角θsを求めることができることは言うまでもない。また水平、垂直両方向に変位(全4方位での変位)した場合についても同様に基準軸変位角θsの変位状態を求めることができることは言うまでもない。
つまり、遠隔制御装置は、光学式指示装置1の所定の変位位置(例えば変位位置D1、D2、D3、D4)に発光素子5を順次変位させ、各変位位置で発光素子5に発光用信号(例えば、LEDの場合には電流信号)を供給して位置検出用光信号LSpを発光出力させ、受光装置3の位置検出用受光素子3pで受光入力した受光信号(相対的光強度。出力レベル)を順次検出して、検出した受光信号を適宜演算処理することにより、基準軸変位角θsの変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)を検出する。
なお、所定の変位位置D1、D2、D3、D4の変位の順番は予め特定しておくことにより各変位位置に対応する受光信号の検出は容易に行うことができる。また、各変位位置に対応する受光信号で相対的光強度が最大となったグラフから基準軸変位角θsが最大の変位位置(主たる変位方向)を特定することができる。
したがって、遠隔制御装置は、基準軸変位角θsを水平方向(第1方向)、垂直方向(第1方向と垂直に交差する第2方向)の両方向(平面座標上XY両方向)について求めることができる。基準軸変位角θsの変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)はそのまま光学式指示装置1の位置信号(移動方向と移動量)を表し、ひいてはポインタ4の位置信号に対応させることができるから、基準軸変位角θs(基準軸変位角θsの変化)をポインタ4に対する指示信号(移動方向と移動量)としてマイクロコンピュータ(CPU:中央演算処理装置)により処理することにより、ポインタ4の表示面(平面上)での移動(移動方向と移動量)を制御することができる。
図8は、光軸制御部の他の実施例としての電磁駆動装置の構造を説明するための説明図であり、(A)は受光装置(受光素子)の側から見た(つまり正面視)状態での電磁駆動装置の要部を示す正面図、(B)は(A)の矢符X−Xでの要部を示す概略断面図である。
電磁駆動装置は、可動コイル10a、10b、10c、10d(各可動コイル10a、10b、10c、10dを区別する必要が無いときは可動コイル10と記載する。)、板ばね11を構成する板ばね枠部11a、11b(板ばね枠部11a、11bを区別する必要が無いときは板ばね11と記載する。)、枠体12、磁石13a、13b、13c、13d(磁石13a、13b、13c、13dを区別する必要が無いときは磁石13と記載する。)、係止部14を主要な構成としてある。なお、枠体12は磁石13と共に適宜磁気回路を構成する。
電磁駆動装置に連接された発光素子5は、基板部5b、基板部5bに実装された発光ダイオードチップ5c、発光ダイオードチップ5cを保護すると共に光強度分布特性を規定する樹脂レンズ部5rで構成してある。
基板部5bの側面には可動コイル10a、10b、10c、10dが連接してあり、Y軸方向に配置された可動コイル10a、10cには、板ばね11(板ばね枠部11a)が取り付けてある。板ばね11の内外に配置された板ばね枠部11a及び板ばね枠部11bはX軸方向で連接してあり、板ばね枠部11bは枠体12で保持してある。枠体12には、可動コイル10a、10b、10c、10dに対向して磁石13a、13b、13c、13dがそれぞれ配置してある。枠体12の底面には基板部5bを回動(光軸の変位)可能に係止する係止部14が設けてある。
つまり、発光素子5は板ばね11により枠体12が形成する内側空間に変位回転可能に配置された形態(可動エレメント部)となっている。また、板ばね11(板ばね枠部11a、板ばね枠部11b)は、絶縁薄膜の両面に金属薄板を張り付けて可動コイル10に電流を供給する構成としてある。更に、相互に対向する位置に配置された可動コイル10bと可動コイル10dを直列に、また相互に対向する位置に配置された可動コイル10aと可動コイル10cを直列に接続する。
直列に接続された一組の可動コイル10b、10dについて、可動コイル10bと磁石13bとの間に吸引力(又は反発力)が発生するときは可動コイル10dと磁石13dとの間に反発力(又は吸引力)が発生するように可動コイルに流れる電流方向を規定する。可動コイル10b、10dでは、コイルに流れる電流が同一であるから発生する吸引力と反発力は方向が逆で大きさは同一となる。つまり、光軸LAXの変位位置D1、D3を対称的にすることができる。
また、直列に接続された一組の可動コイル10a、10cについて、可動コイル10aと磁石13aとの間に吸引力(又は反発力)が発生するときは可動コイル10cと磁石13cとの間に反発力(又は吸引力)が発生するように可動コイルに流れる電流方向を規定する。可動コイル10a、10cでは、コイルに流れる電流が同一であるから発生する吸引力と反発力は方向が逆で大きさは同一となる。つまり、光軸LAXの変位位置D2、D4を対称的にすることができる。
可動コイル10に電流を流すことにより、可動コイル10と磁石13との間に吸引力、反発力を発生させることができるので、可動コイル10に連接している基板部5b(発光ダイオードチップ5c)つまり発光素子5の光軸を変位させることができる。可動コイル10に流す電流波形(光軸制御信号Sa、Sb。図9参照。)の位相を順次変化させることにより、光軸LAXを変位位置D2、D3、D4と順次変化させることができる。
例えばX軸方向の可動コイル10b、10dに所定方向の電流を流すことにより、可動コイル10dと磁石13dとの間に吸引力Fd1p、可動コイル10bと磁石13bとの間に反発力Fd1qを発生させた場合、発光素子5には変位中心Prで回転力Fd1(吸引力Fd1pと反発力Fd1qの合成力)が作用するから光軸LAXは傾斜角θd1だけ傾斜し、変位位置D1に変位する。したがって、発光素子5を図3で示した状態とすることができる。また、電流の方向を逆にした場合には、光軸は傾斜角θd3だけ傾斜し、変位位置D3に変位する。したがって、発光素子5を図5で示した状態とすることができる。
図9は、図8に示した電磁駆動装置の可動コイルへ供給する光軸制御信号(電流波形)の例を説明する説明図であり、(A)は回路構成の概略を示す配線説明図、(B)は光軸制御信号を正弦波とした場合の波形図、(C)は光軸制御信号をパルス波とした場合の波形図である。
図9(A)で示す回路構成のように、直列に接続された可動コイル10b、10dに光軸制御信号Saを印加し、直列に接続された可動コイル10a、10cに光軸制御信号Saと位相が異なる光軸制御信号Sbを印加する。つまり、電磁駆動装置(としての可動コイル)に2系統の光軸制御信号Sa、Sbが供給される。
同図(B)で、縦軸は光軸制御信号Sa、Sbであり、横軸は時間tである。光軸制御信号Sa、Sbは位相が90度異なり、周波数は例えば200Hzの正弦波であり、周期Tscは5ms(ミリ秒)となる。
時間t1では、光軸制御信号Saがプラス(最大)、光軸制御信号Sbがゼロであるから、例えば回転力Fd1が発生し、光軸LAXは変位位置D1となり、時間t2では、光軸制御信号Sbがプラス(最大)、光軸制御信号Saがゼロであるから、例えば回転力Fd2が発生し、光軸LAXは変位位置D2となる。また、時間t3では、光軸制御信号Saがマイナス(最大)、光軸制御信号Sbがゼロであるから、例えば回転力Fd1と反対方向の回転力Fd3が発生し、光軸LAXは変位位置D3となり、時間t4では、光軸制御信号Sbがマイナス(最大)、光軸制御信号Saがゼロであるから、例えば回転力Fd2と反対方向の回転力Fd4が発生し、光軸LAXは変位位置D4となる。
つまり、位相が相互に90度異なる正弦波の光軸制御信号Sa、Sbを可動コイル10に印加することにより、光軸LAXの変位位置を順次変位位置D1→変位位置D2→変位位置D3→変位位置D4と変化させることができる。また、正弦波の光軸制御信号Sa、Sbは徐々に連続的に変化することから、光軸LAXに変位中心Prを頂点とする逆円錐状の回転運動を発生させることができる。
同図(C)で、縦軸は光軸制御信号Sa、Sbであり、横軸は時間tである。光軸制御信号Sa、Sbは同図(B)での正弦波をパルス波にしたものである。位相、周波数、周期は基本的に同図(B)の場合と同様であるがパルス波である点が異なる。光軸制御信号Sa、Sbがパルス状に変化することから、正弦波の場合のように逆円錐状に連続して光軸LAXを変化させることはできず、パルスが供給されている期間(振幅値期間)t1p、t2p、t3p、t4pでそれぞれ回転力Fd1、Fd2、Fd3、Fd4が発生し、相互に独立した4方向の変位位置D1、変位位置D2、変位位置D3、変位位置D4を取ることになる(X−Yスキャン方式)。また、パルスが印加されない状態(信号が0レベル)では、回転力は発生しないことから光軸LAXは中性点位置Dnを示すことになる。
同図(B)の場合には、光軸LAXが各変位位置(D1、D2、D3、D4)にある時間が短いことから、発光制御部(位置検出用発光制御回路22。図10参照。)での発光制御を光軸LAXの変位位置に同期させることは困難となるが、同図(C)では所定の長さを有する期間(t1p、t2p、t3p、t4p)、光軸LAXはそれぞれの変位位置で固定されることから、光軸LAXの変位位置に同期させた発光制御を極めて容易に、安定して行うことができる。
図10は、光軸制御部として電磁駆動装置を用いた本発明の光学式指示装置の概略回路を説明するための概略回路ブロック図である。
光学式指示装置1の回路は、通常電池で構成される電源Batに所定の回路を接続して構成してある。電源Batには、例えば、各種の演算制御の中心となる中央処理装置(CPU)20、光軸制御回路21、発光制御部としての位置検出用発光制御回路22、機能制御用発光回路23が接続してある。
CPU20は、各種の信号を入力して、予めプログラムされた所定の演算を行い、必要な制御信号を出力して、光軸制御回路21、位置検出用発光制御回路22、機能制御用発光回路23などの制御を行う。
光軸制御回路21は、光軸制御部6を駆動制御するための光軸制御信号Sa、Sbを出力して光軸制御部6へ供給する。光軸制御回路21と電源ラインとの間にはスイッチSw1が挿入してあり、光軸制御回路21のオンオフ(動作・非動作)制御を行う。つまり、光軸LAXの変位位置を制御するときにのみ光軸制御回路21を動作状態にして光軸制御部6を駆動制御することにより、不要な電力消費を防止するができる。
位置検出用発光制御回路22は、発光素子5に直列に接続してあり、発光素子5に発光用信号(例えば、LEDの場合には電流信号)を供給することにより、位置検出用光信号LSpを発光出力させる。位置検出用発光制御回路22は、光軸制御回路21、スイッチSw1と接続してあり、光軸制御回路21と同期して動作する構成としてある。つまり、光軸LAXが所定の変位位置(例えば、変位位置D1、D2、D3、D4)にあるときにのみ、位置検出用光信号LSpを発光出力する構成としてある。
なお、光軸制御回路21と位置検出用発光制御回路22との同期は、予めプログラムを書き込んでおくことにより、CPU20により容易に制御することができる。また、光軸制御回路21と位置検出用発光制御回路22にそのような同期機能を設けることも容易である。
機能制御用発光回路23は、機能制御用光信号LScを発光出力する発光素子24に直列に接続してあり、発光素子24に電流を供給することにより、機能制御用光信号LScを発光出力させる。機能制御用発光回路23と電源ラインとの間にはスイッチSw2が挿入してあり、機能制御用発光回路23のオンオフ(動作・非動作)制御を行う。つまり、表示装置2の機能を制御するときにのみ機能制御用発光回路23を動作状態にして機能制御用光信号LScを発光出力することにより、不要な電力消費を防止することができる。
発光素子5の発光波長と発光素子24の発光波長とは異ならせることにより、受光装置3(機能制御用受光素子3c、位置検出用受光素子3p)での受光入力を確実に行うことができる。例えば、発光素子5の発光波長を赤外光領域、発光素子24の発光波長を可視光領域とし、これに対応させて位置検出用受光素子3pの波長選択特性(検出波長)を赤外光領域、機能制御用受光素子3cの波長選択特性(検出波長)を可視光領域とすることができる。
なお、位置検出用発光制御回路22と機能制御用発光回路23とは、時分割方式を採用することにより、適宜兼用することができる。つまり、発光素子5と発光素子24を同一の発光素子で兼用することも可能である。発光素子を兼用することにより、発光素子の実装を簡略化することができ、光学式指示装置1の構成を簡略化することができる。したがって、構成がシンプルで安価な遠隔制御装置とすることができる。
図11は、位置検出用光信号を発光出力するために位置検出用の発光素子に印加される発光用信号及び位置検出用受光素子が受光入力した位置検出用光信号から得られる受光信号の波形例を示す波形図である。(A)は、発光用信号を示し、(B)は、バンドパスフィルタから出力された状態の受光信号を示す。受光信号としては、バンドパスフィルタ32(図12参照。)から出力された状態の波形例を示す。
発光用信号はパルス波として構成してあり、例えば検出開始用パルス周期Tsで検出開始用パルスPsを発生し、検出開始用パルス周期Tsの後に続く位置検出用パルス周期Tpdの4周期の間で位置検出用パルスPd1、Pd2、Pd3、Pd4をそれぞれ発生し、位置検出用パルス周期Tpdの4周期の後に続く検出終了用パルス周期Teで検出終了用パルスPeを発生している。
検出開始用パルス周期Ts、位置検出用パルス周期Tpd、検出終了用パルス周期Teは、一般の遠隔制御装置に用いられる程度の周期(例えば1msないし数ms)とするので、ポインタ4の移動を迅速で円滑に制御することが可能となる。
また、発光用信号には通常用いられる10kHzないし40kHz程度の変調搬送波fcを重畳することにより、外乱光(ノイズ)による検出エラーを防止することができる。通常用いられる程度の変調搬送波fcを採用することから、機能制御用光信号LScを発光出力する回路部品と同程度の仕様の部品で構成することができるので、容易かつ安価に製造することができる。
なお、発光用信号は、スイッチSw1(図10参照。)がオン状態の間継続して繰り返し発生することができ、ポインタ4の移動を安定して制御することができる。
位置検出用パルスPd1、Pd2、Pd3、Pd4は、それぞれ光軸LAXの変位位置D1、D2、D3、D4に対応(同期)して発生される。つまり、位置検出用パルスPd1、Pd2、Pd3、Pd4は、例えばそれぞれ期間t1p、t2p、t3p、t4pに同期して発生される。また、位置検出用パルスPd1、Pd2、Pd3、Pd4は、それぞれ複数(例えば3個を図示。)のパルスで構成されることから、位置検出用光信号LSpの安定した発光出力と受光入力が可能となる。
受光信号は、発光用信号に同期して検出されることからパルス波となり、検出開始用受光パルスPrs、位置検出用受光パルスPrd1、Prd2、Prd3、Prd4、検出終了用受光パルスPreで構成される。位置検出用受光パルスPrd1、Prd2、Prd3、Prd4は、基準軸BAXの変位状態に応じて異なる振幅値をそれぞれ示す。例えば、位置検出用受光パルスPrd1、Prd2、Prd3、Prd4は、それぞれ振幅値Ard1、Ard2、Ard3、Ard4を示す。この振幅値を比較することにより、基準軸BAXの変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)を知ることができる。
例えば、振幅値Ard1、Ard2、Ard3、Ard4の中で振幅値Ard2が最大となっていることから、基準軸BAXの変位方向を知ることができる。また、振幅値Ard1と振幅値Ard3を比較(例えば、相互の差、相互の比、又は相互の差と比の組み合わせの比較)することにより、水平方向での基準軸BAXの変位状態(基準軸変位角θs)を知ることができ、振幅値Ard2と振幅値Ard4を比較することにより、垂直方向での基準軸BAXの変位状態(基準軸変位角θs)を知ることができることは図2ないし図7で説明したとおりである。なお、振幅値はアナログ値であるからアナログデジタル変換を行って適宜デジタル値に変換することにより容易に演算を行うことができる。
また、各変位位置D1、D2、D3、D4それぞれでの複数(例えば3個)のパルスの受光信号(振幅値)を平均することにより、より精度良く受光信号を求めることができ、精度良く位置検出をすることが可能となる。なお、複数の振幅値の平均は、振幅値検出回路33(図12参照。)又は演算処理部35(図12参照。)のいずれで求めても良い。
図12は、本発明に係る遠隔制御装置での受光装置の回路ブロックの実施例を示すブロック図である。
受光装置3は、受光入力した位置検出用光信号LSpの光強度(受光信号の振幅値)を受光回路30により検出し、検出した振幅値を演算処理部35で演算処理することにより基準軸BAXの変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)つまり光学式指示装置1の位置信号(移動方向と移動量)を求め、位置信号を出力して表示部2aに表示されたポインタ4の位置を移動制御する。演算処理部35は、例えばマイコンなどの中央処理装置(CPU)で構成することができ、表示装置2に内蔵してあるCPUを適宜用いることができる。
受光回路30は、位置検出用受光素子3p、増幅回路31、バンドパスフィルタ32、振幅値検出回路33、自動利得制御回路(AGC)34により構成されている。位置検出用受光素子3pは、発光素子5から発光出力された位置検出用光信号LSpを選択的に受光入力(検出)して受光信号(発光用信号に対応する受光信号)を検出し、増幅回路31へ出力する。位置検出用受光素子3pは、例えばフォトダイオード、又はフォトトランジスタで構成することができ、適宜の波長選択特性を有する光学フィルタを設けることができる。
増幅回路31は、位置検出用受光素子3pから出力された受光信号を適宜のレベルに増幅する。バンドパスフィルタ32は、増幅回路31が増幅した受光信号から所定の周波数の信号のみを通過させてノイズを低減し、検出精度を向上する。振幅値検出回路33は、バンドパスフィルタ32から出力された受光信号の振幅値(光強度、相対的光強度、出力レベル)を検出する。
AGC34は、位置検出用パルスPd1、Pd2、Pd3、Pd4に対応してバンドパスフィルタ32から出力された受光信号(位置検出用受光パルスPrd1、Prd2、Prd3、Prd4)の振幅値の最大値を検出して、受光信号の振幅値(の最大値)が飽和しないように増幅回路31の増幅率を調整する。振幅値(の最大値)が飽和しないことから、検出精度が高く、安定性、信頼性の高い受光信号(受光信号レベル)を得ることができる。例えば、検出開始用パルス周期Ts、位置検出用パルス周期Tpd、検出終了用パルス周期Teの一連の周期を複数回繰り返す構成としておき、初めの周期(1回目の周期)で検出した最大振幅値を基に調整し、2回目の周期以降で制御対象の振幅値を検出する構成とすることができる。
振幅値検出回路33で検出した受光信号の振幅値(光強度、相対的光強度、出力レベル)を演算処理部35で適宜演算処理することにより、位置信号を求め、演算処理部35から表示部2aに位置信号(位置制御信号)として出力することによりポインタ4の位置を制御することができる。なお、振幅値はアナログ値であるからアナログデジタル変換を行って適宜デジタル値に変換することが必要であるが、アナログデジタル変換は、振幅値検出回路33又は演算処理部35のいずれで行っても良い。
受光装置3は、表示装置2(表示部2a)の機能を制御する機能制御信号に対応して発光素子24から発光出力される機能制御用光信号LScを受光入力する機能用受光回路(不図示)を更に備える。機能用受光回路は、機能制御用受光素子3c(図1参照。)が受光入力した機能制御用光信号LScを周知の信号変換により機能制御信号として検出(出力)し、演算処理部35などを用いて表示装置2(表示部2a)の機能を制御する。なお、時分割方式の採用など、制御方式、送信方式を工夫することにより位置検出用受光素子3pと機能制御用受光素子3cを兼用することも可能である。受光素子を兼用することにより、受光装置3の受光部品構成を簡略化することができる。
また、受光信号で信号の無い期間(パルスがゼロレベルの期間)のノイズレベルをボトムホールドし、各信号(振幅値)とボトムホールド値(基準レベル)との差を有効な信号レベル(振幅値)とすることにより、ノイズレベルを排除した更に精度の高いレベル判定が可能となり、高精度の位置制御が可能となる。このような処理は、演算処理部35に適宜のプログラムを組み込むことにより実現することができる。
図13は、光軸の変位位置を増加した場合の光軸分布パターンの例(M×Nマトリックス)を正面視で模式的に示すパターン図であり、図14は、図13の行M=3の場合に対応する光軸の変位状態を光学式指示装置の側面要部と共に示す側面模式図である。
図13では、光軸LAXの変位位置(変位状態)をM×N(M行N列)マトリックスで表示し、M=N=5とした状態を示す。なお、マトリックスとしては精細度と対称性を考慮して、M=Nで、かつM=3以上とすることが好ましい。「MN」の数字(行列)が各変位位置を示す。例えば行列「31」は変位位置D31を意味する。このようなマトリックス状の変位位置は図8に示した電磁駆動装置の可動コイル10へ供給する光軸制御信号を調整することにより容易に得られる(図15、図16参照。)。
図14では、例えばM=3の場合、即ち行列「31」「32」「33」「34」「35」で示す変位位置(D31、D32、D33、D34、D35)について、光軸LAXの変位状態を示す。つまり、M=3の行ではY軸方向(行方向)での変位が無く、X軸方向(列方向)で図上左右に2箇所の変位位置を有することを示す。図3、図5の場合と比較すると、変位位置D31は変位位置D1に、変位位置D35は変位位置D3に、変位位置D33は中性点位置Dnに対応する。また、変位位置D32は変位位置D31と中性点位置Dnとの中間の変位位置であり、変位位置D34は変位位置D35と中性点位置Dnとの中間の変位位置である。つまり、光軸LAXの変位位置についてより精細な位置制御が可能となる。他のマトリックスの場合についても同様であるので詳細は省略する。
図3ないし図6に示した光学式指示装置(発光素子)の場合では、変位位置は4箇所(変位位置D1、D2、D3、D4)であったが、本実施例では24箇所(中性点位置Dn=D33を除く)の変位位置を設けてあり、図2ないし図6の場合に比較して更に精細な光軸LAXの変位位置の制御を行うことから、基準軸BAXの変位状態の制御分解能を向上することができ、受光装置3で得られる位置信号も更に精細な信号となり、ポインタ4の位置制御(移動制御)を更に精細に行うことができる。
図15は、図13に示す光軸の変位位置を設定するために可動コイルへ印加する光軸制御信号の実施例の波形図である。
2系統の光軸制御信号Sa、Sb(図9参照。)を所定形状のパルス波として可動コイル10に印加することによりマトリックス状の変位位置を得ることができる。つまり、光軸制御信号Sa、Sbを正からゼロレベルを介して負へ又は負からゼロレベルを介して正へ対称的に変化する階段状波形とし、光軸制御信号Sa(一方の系統のパルス波)の各階段の1周期と光軸制御信号Sb(他方の系統のパルス波)の1群の階段の周期とを等しくすることで、図13に示した変位位置を実現することができる。光軸制御信号Sa、Sbの階段数を同一とすることにより、正方マトリックス状の変位位置を実現することができる。
光軸制御信号Saは、周期tm1ではマイナス2のレベル、周期tm2ではマイナス1のレベル、周期tm3ではゼロレベル、周期tm4ではプラス1のレベル、周期tm5ではプラス2のレベルの階段状波形として、これを繰り返す波形としている。
また、周期と変位位置との関係は、例えば周期tm1で、光軸LAXの変位位置がN=1の列(変位位置D11〜D51)とすれば、周期tm2では、光軸LAXの変位位置はN=2の列(変位位置D12〜D52)、周期tm3では、光軸LAXの変位位置はN=3の列(変位位置D13〜D53)、周期tm4では、光軸LAXの変位位置はN=4の列(変位位置D14〜D54)、周期tm5では、光軸LAXの変位位置はN=5の列(変位位置D15〜D55)にそれぞれ対応する。
光軸制御信号Sbは、光軸制御信号Saの1段の周期tm1に対応して、周期t11ではマイナス2のレベル、周期t21ではマイナス1のレベル、周期t31ではゼロレベル、周期t41ではプラス1のレベル、周期t51ではプラス2のレベルの階段状波形としている。つまり、光軸制御信号Saの1段の周期tm1と光軸制御信号Sbでの1群の階段の周期(t11+t21+t31+t41+t51)とは等しく設定してある。また、光軸制御信号Saでの他の各階段の周期tm2、tm3、tm4、tm5についても同様に、光軸制御信号Sbでの1群の階段の周期(t12〜t52、t13〜t53、t14〜t54、t15〜t55)とはそれぞれ等しく設定してある。
また、周期と変位位置との関係は、例えば周期t11で、光軸LAXの変位位置D11とすれば、周期t21では、光軸LAXの変位位置D21、周期t31では、光軸LAXの変位位置D31、周期t41では、光軸LAXの変位位置D41、周期t51では、光軸LAXの変位位置D51にそれぞれ対応する。
なお、このように精細に変位位置を制御する場合には、機械的な応答速度を向上する必要があり、発光素子5、電磁駆動装置を軽量小型化することが必要である。発光素子5については、発光ダイオードチップ5cとして高出力素子を、樹脂レンズ部5rに高屈折率樹脂を用いる。また、駆動装置としてMEMS(Micro Electro Mechanical System)などを用いることも可能である。
図16は、図13、図15に示す光軸の変位位置に同期して位置検出用の発光素子に印加される発光用信号及び位置検出用受光素子が受光入力した位置検出用光信号から得られる受光信号の波形例を説明する波形図である。(A)が印加される発光用信号を示し、(B)が受光信号を示す。基本的には図11について説明したとおりであり詳細は省略する。
発光用信号はパルス波として構成してあり、検出開始用パルス周期Tsで検出開始用パルスPsを発生し、検出開始用パルス周期Tsの後に続く位置検出用パルス周期Tpdの25周期の間で位置検出用パルスPd11〜Pd51、Pd12〜Pd52、Pd13〜Pd53、Pd14〜Pd54、Pd15〜Pd55をそれぞれ発生し、位置検出用パルス周期Tpdの25周期の後に続く検出終了用パルス周期Teで検出終了用パルスPeを発生している。例えば、位置検出用パルスPd11、Pd21、Pd31、Pd41、Pd51は、周期t11、t21、t31、t41、t51(変位位置D11、D21、D31、D41、D51)にそれぞれ同期して発生される。
受光信号は、発光用信号に同期して検出されることからパルス波となり、検出開始用受光パルスPrs、位置検出用受光パルスPrd11〜Prd51、Prd12〜Prd52、Prd13〜Prd53、Prd14〜Prd54、Prd15〜Prd55、検出終了用受光パルスPreで構成される。位置検出用受光パルスPrd11〜Prd51、Prd12〜Prd52、Prd13〜Prd53、Prd14〜Prd54、Prd15〜Prd55は、基準軸BAXの変位状態に応じてそれぞれ異なる振幅値、例えば、振幅値Ard11、Ard21、・・・Ard55を示す。この振幅値を比較することにより、基準軸BAXの変位状態(変位方向と基準軸変位角θs)をより精細に高分解能で知ることができる。
図17は、図2で示した光学式指示装置の光軸制御部に反射物を用いて発光素子の光軸の変位位置を制御する実施例を説明する説明図(側面透視図)である。なお、光学式指示装置1の正面図は、図2と同様であるので図示は省略する。(A)は光学式指示装置1の基準軸BAXと発光素子5の光軸LAXが一致するように反射物6mを傾斜角θrnで傾斜させた(発光素子5の光軸が中性点位置Dnにある)場合、(B)は発光素子5の光軸LAXが基準軸BAXに対して正面視水平・左側方向(変位位置D1)で傾斜角θd1となるように反射物6mを傾斜角θr1で傾斜させた場合、(C)は発光素子5の光軸LAXが基準軸BAXに対して正面視水平・右側方向(変位位置D3)で傾斜角θd3となるように反射物6mを傾斜角θr3で傾斜させた場合を示す。
発光素子5は例えば正面視水平・右側方向に配置してあり、側面透視図で示すように基準軸BAXに対して右方向で例えば45度の位置から変位中心Prに光軸が照射するように固定配置してある。また、傾斜角θrn、θr1、θr3は反射物6mの法線LVに対する入射角=反射角の式を用いて適宜幾何学的に求めることができ、図8で説明した電磁駆動装置の表面(例えば基板部5bの表面)に反射物6mを取り付けることにより適宜制御することができる。電磁駆動装置の表面に反射物を取り付けるだけで良いことから、可動部の重量を軽減することができ、電磁駆動装置の負荷を軽減することができる。したがって、高速かつ低消費電力で駆動することが可能となる。なお、反射物6mとしては例えばミラー(鏡面板)が適している。
同図では水平方向での制御についてだけ示したが、垂直方向についても同様に制御することができることは言うまでもない。また、水平方向、垂直方向の2次元についても同様に制御できる。また、図13で示したように光軸LAXの変位位置を更に増加することも可能である。
1、1a、1b、1c 光学式指示装置
2 表示装置
2a 表示部
2b 枠部
3 受光装置
3c 機能制御用受光素子
3p 位置検出用受光素子
4、4a、4b ポインタ
4c 移動軌跡
5 発光素子
5b 基板部
5c 発光ダイオードチップ
5r 樹脂レンズ部
6 光軸制御部
6m 反射物
10、10a、10b、10c、10d 可動コイル
11 板ばね
11a、11b 板ばね枠部
12 枠体
13、13a、13b、13c、13d 磁石
14 係止部
20 中央処理装置(CPU)
21 光軸制御回路
22 位置検出用発光制御回路
23 機能制御用発光回路
24 発光素子
30 受光回路
31 増幅回路
32 バンドパスフィルタ
33 振幅値検出回路
34 自動利得制御回路(AGC)
35 演算処理部
Ard1、Ard2、Ard3、Ard4、 振幅値
Ard11・・・Ard55 振幅値
Bat 電源
BAX 基準軸
D1、D2、D3、D4、D11〜D55 変位位置
Fd1p 吸引力
Fd1q 反発力
Fd1、Fd2、Fd3、Fd4 回転力
LAX 光軸
LDC 発光強度分布特性
LSc 機能制御用光信号
LSp 位置検出用光信号
Pd1、Pd2、Pd3、Pd4、Pd11〜Pd51、Pd12〜Pd52、Pd13〜Pd53、Pd14〜Pd54、Pd15〜Pd55 位置検出用パルス
Pe 検出終了用パルス
Pr 変位中心
Pre 検出終了用受光パルス
Prd1、Prd2、Prd3、Prd4、Prd11〜Prd51、Prd12〜Prd52、Prd13〜Prd53、Prd14〜Prd54、Prd15〜Prd55 位置検出用受光パルス
Prs 検出開始用受光パルス
Ps 検出開始用パルス
Sa、Sb 光軸制御信号
Sw1、Sw2 スイッチ
t、t1、t2、t3、t4 時間
t1p、t2p、t3p、t4p 期間
t11、t21、t31、t41、t51、t12〜t52、t13〜t53、t14〜t54、t15〜t55、tm1、tm2、tm3、tm4、tm5 周期
Te 検出終了用パルス周期
Ts 検出開始用パルス周期
Tpd 位置検出用パルス周期
θ1 傾斜角
θh 半値角
θs 基準軸変位角
2 表示装置
2a 表示部
2b 枠部
3 受光装置
3c 機能制御用受光素子
3p 位置検出用受光素子
4、4a、4b ポインタ
4c 移動軌跡
5 発光素子
5b 基板部
5c 発光ダイオードチップ
5r 樹脂レンズ部
6 光軸制御部
6m 反射物
10、10a、10b、10c、10d 可動コイル
11 板ばね
11a、11b 板ばね枠部
12 枠体
13、13a、13b、13c、13d 磁石
14 係止部
20 中央処理装置(CPU)
21 光軸制御回路
22 位置検出用発光制御回路
23 機能制御用発光回路
24 発光素子
30 受光回路
31 増幅回路
32 バンドパスフィルタ
33 振幅値検出回路
34 自動利得制御回路(AGC)
35 演算処理部
Ard1、Ard2、Ard3、Ard4、 振幅値
Ard11・・・Ard55 振幅値
Bat 電源
BAX 基準軸
D1、D2、D3、D4、D11〜D55 変位位置
Fd1p 吸引力
Fd1q 反発力
Fd1、Fd2、Fd3、Fd4 回転力
LAX 光軸
LDC 発光強度分布特性
LSc 機能制御用光信号
LSp 位置検出用光信号
Pd1、Pd2、Pd3、Pd4、Pd11〜Pd51、Pd12〜Pd52、Pd13〜Pd53、Pd14〜Pd54、Pd15〜Pd55 位置検出用パルス
Pe 検出終了用パルス
Pr 変位中心
Pre 検出終了用受光パルス
Prd1、Prd2、Prd3、Prd4、Prd11〜Prd51、Prd12〜Prd52、Prd13〜Prd53、Prd14〜Prd54、Prd15〜Prd55 位置検出用受光パルス
Prs 検出開始用受光パルス
Ps 検出開始用パルス
Sa、Sb 光軸制御信号
Sw1、Sw2 スイッチ
t、t1、t2、t3、t4 時間
t1p、t2p、t3p、t4p 期間
t11、t21、t31、t41、t51、t12〜t52、t13〜t53、t14〜t54、t15〜t55、tm1、tm2、tm3、tm4、tm5 周期
Te 検出終了用パルス周期
Ts 検出開始用パルス周期
Tpd 位置検出用パルス周期
θ1 傾斜角
θh 半値角
θs 基準軸変位角
Claims (26)
- 位置検出用光信号を発光出力する発光素子を実装してある光学式指示装置と、前記位置検出用光信号を受光入力して検出した受光信号から位置信号を求める受光装置とを備える遠隔制御装置であって、
前記光学式指示装置は、
前記発光素子の光軸が前記光学式指示装置の基準軸に対し傾斜角を有するように前記発光素子の光軸を変位位置に変位させる光軸制御部と、
前記発光素子の光軸が前記変位位置にあるときに前記発光素子から位置検出用光信号を発光出力させる発光制御部と
を備えることを特徴とする遠隔制御装置。 - 前記変位位置は前記基準軸を中心として対称位置に設けてあることを特徴とする請求項1に記載の遠隔制御装置。
- 前記変位位置は少なくとも4箇所あることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の遠隔制御装置。
- 前記光軸制御部は、前記光軸の変位位置を機構的に制御する機構部品を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記光軸制御部は、前記光軸の変位位置を電磁的に制御する電磁駆動装置を有することを特徴とする請求項1請求項3のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記電磁駆動装置に印加する光軸制御信号は、位相が異なる2系統のパルス波であることを特徴とする請求項5に記載の遠隔制御装置。
- 前記2系統のパルス波は、それぞれ階段状波形であり、一方の系統のパルス波での各階段の周期と他方の系統のパルス波での1群の階段の周期とが等しいことを特徴とする請求項6に記載の遠隔制御装置。
- 前記発光制御部は、前記変位位置に同期してパルス波の発光用信号を発光素子に印加することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記発光用信号は、検出開始用パルスと該検出開始用パルスの後の位置検出用パルスを含むことを特徴とする請求項8に記載の遠隔制御装置。
- 前記位置検出用パルスは、前記変位位置のそれぞれに対して同一のパルス幅と同一の周期を有する複数のパルスで構成してあることを特徴とする請求項9に記載の遠隔制御装置。
- 前記発光用信号には、変調搬送波が重畳してあることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記発光素子は、赤外光領域の発光波長を発光出力することを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記傾斜角は、前記発光素子が有する半値角以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記受光装置は、前記位置検出用光信号を受光入力して受光信号を検出する位置検出用受光素子と、該位置検出用受光素子が検出した受光信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路で増幅された受光信号の振幅値を検出する振幅値検出回路と、前記振幅値を演算処理して前記位置信号を求める演算処理部とを備えることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記位置検出用パルスの前記複数のパルスに対応する受光信号の複数のパルスについて求めた振幅値を平均して受光信号の振幅値とすることを特徴とする請求項14に記載の遠隔制御装置。
- 前記増幅回路と前記振幅値検出回路の間にバンドパスフィルタが接続してあることを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の遠隔制御装置。
- 前記増幅回路の増幅率は、自動利得制御回路により調整されることを特徴とする請求項14ないし請求項16のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 前記増幅率は、受光信号の振幅値が飽和しないように調整することを特徴とする請求項17に記載の遠隔制御装置。
- 前記振幅値は、信号の無い期間での受光信号のノイズレベルを基準レベルとして求め、該基準レベルとの差から求めることを特徴とする請求項14ないし請求項18のいずれか一つに記載の遠隔制御装置。
- 情報を表示する表示部及び該表示部を保持する枠部を備える表示装置において、請求項1ないし請求項19のいずれか一つに記載の遠隔制御装置を備え、前記受光装置を前記枠部の前面に配置してあることを特徴とする表示装置。
- 前記光学式指示装置は、表示装置の機能を制御する機能制御信号に対応する機能制御用光信号を発光出力して前記受光装置へ送信し、前記受光装置は、前記機能制御用光信号を受光入力して前記機能制御信号を出力する構成としてあることを特徴とする請求項20に記載の表示装置。
- 前記機能制御用光信号は、前記発光素子から発光出力されることを特徴とする請求項21に記載の表示装置。
- 前記受光装置は、前記機能制御用光信号を受光入力する機能制御用受光素子を備えることを特徴とする請求項21又は請求項22のいずれか一つに記載の表示装置。
- 前記位置検出用受光素子は、前記機能制御用光信号を受光入力して機能制御用信号を検出することを特徴とする請求項21又は請求項22のいずれか一つに記載の表示装置。
- 前記位置信号に基いて、前記表示部に表示されたマークの位置を制御することを特徴とする請求項20ないし請求項24のいずれか一つに記載の表示装置。
- 表示装置はテレビジョン受像機であることを特徴とする請求項20ないし請求項25のいずれか一つに記載の表示装置。
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