JP2008204047A - Display detection device and light detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自由空間上で障害物検出を行うための表示検出装置および光検出装置に関する。 The present invention relates to a display detection device and a light detection device for detecting an obstacle in free space.
自由空間に3D(3 Dimensional)ディスプレイ装置などを利用して仮想像(幻)を表示したとすると、表示された像は実体ではないから、もちろんその像に触ったりすることはできない。しかしながら、もし誰かが指でその仮想像に触れようと試みたとき、その誰かの試みに対しあたかもその仮想像に触ったかのような作用や反作用があれば、きっと、その誰かにとっては、その像の実在感はもっとずっと大きなものになるに違いない。また、もし、そのようなことができれば、その仮想像を介して何かの装置を操作したかのように見せかけることも可能なはずである。つまり、実体のない仮想像を、あたかも実体のあるインタフェースとして働かせることも可能なはずである。 If a virtual image (phantom) is displayed in a free space using a 3D (3 Dimensional) display device or the like, the displayed image is not a substance, and of course, the image cannot be touched. However, if someone tries to touch the virtual image with their finger, if there is an action or reaction as if they had touched the virtual image, it would certainly be Reality must be much bigger. If such a thing can be done, it should be possible to make it appear as if some device is operated through the virtual image. In other words, it should be possible to make a virtual image without an entity work as an actual interface.
そのようなインタフェースとしては従来、例えば非特許文献1,2に記載の装置がある。図20にその概念図を示す。この装置は、2次元表示ディスプレイ101と、3D用レンズ102と、空間センサ装置103と、PC(パーソナルコンピュータ)105とを備えている。3D用レンズ102は、アレイ状に多数配列されたマイクロレンズで構成されている。この装置では、2次元表示ディスプレイ101によって表示された映像が3D用レンズ102によって集光され、レンズの手前の空間である仮想スクリーン104上に結像される。空間センサ装置103は、仮想スクリーン104の周囲に配置され、障害物(指)の位置を検出する。その位置データをPC105に送り、リアルタイムで描画処理して2次元表示ディスプレイ101での表示に反映させることで、立体映像ユーザインタフェースシステムを構築している。空間センサ装置103は、仮想スクリーン104の周囲に検出用の光源と光センサとを配置することで実現していると考えられる。
Conventionally, for example, there are devices described in
また、これとは別に、バーチャルキーボードという装置がある(http://www.vkb-tech.com/default.php,)。これは、PDA(Personal Digital Assistant)や携帯電話などと組み合わせることで、モバイル環境での快適な文章入力を可能にすると言われている。図21に、その全体的な概念図を示す。また、図22(A),(B)に、その内部構成を示す。この装置は、図22(A),(B)に示したように、被投影物300にキーボードパターン301を投影する投影デバイス201と、キーボードパターン301を表示した部分に不可視の検出光302を出力する検出用の光出力デバイス203と、キーボードパターン301上の障害物(指)303を検出する検出デバイス202とを備えている。検出デバイス202はカメラモジュールで構成され、光出力デバイス203からの検出光302が障害物(指)303によって遮られたときに、その反射光を検出する。この装置では、上述の図20に示した装置のように自由空間上に仮想スクリーン104を形成するのではなく、キーボードパターン301を投影するためにスクリーンなど実在する被投影物300が必要なる。特許文献1ないし5には、この装置に関連した技術が開示されている。
In addition, there is a device called virtual keyboard (http://www.vkb-tech.com/default.php). This is said to enable comfortable text input in a mobile environment by combining with a PDA (Personal Digital Assistant) or a mobile phone. FIG. 21 shows an overall conceptual diagram thereof. 22A and 22B show the internal configuration. As shown in FIGS. 22A and 22B, this apparatus outputs a
上述のように、従来では、仮想的な画像を表示すると共に、その仮想的な画像が表示された場所において光センシングを行う装置が存在している。従来の装置での特徴的な点は、画像表示用の光源とセンシング用の光源とが別々に存在し、かつ、画像表示用の光が光源から目的場所(画像を表示する位置)に伝播する光路とセンシング用の光が光源から目的場所に至る光路とが全く独立で異なっている点である。この特徴のため、従来では実際に装置を構成する場合に様々な問題や制約をもたらすことが多い。例えば、部品点数の問題がある。仮想的な画像表示のための光学系部品とセンシングのための光学系部品とがまったく独立であるため、両方の光学系を準備しなくてはならない。このため部品点数が多くなってしまう。また、コンパクト性の問題がある。光学系を独立に配置する必要があるため、それぞれのスペースが必要となり、装置の規模が大きくなってしまう。また、アライメントの問題がある。仮想的な画像が表示された場所にセンシング用の光が精度良く導かれるように高精度のアライメントが必要となる。また、仮想的な画像を表示する位置が固定されていないような場合、または、センシング位置が固定されていないような場合は、上述したようなそれぞれの問題が極めて増大するため、その実現には困難さを伴う。このため従来では、特に、仮想的な画像を表示する位置とセンシング位置の両方があらかじめ設定されていないような装置、すなわち、特定の場所ではなく任意の空間(自由空間)上で仮想的な画像表示とセンシングとを実現する装置は実現されていないように思われる。 As described above, conventionally, there is an apparatus that displays a virtual image and performs optical sensing at a place where the virtual image is displayed. The characteristic point of the conventional apparatus is that the light source for image display and the light source for sensing exist separately, and the light for image display propagates from the light source to the target location (position where the image is displayed). This is that the optical path and the optical path from the light source to the destination are completely independent and different. Because of this feature, conventionally, various problems and restrictions are often caused when an apparatus is actually configured. For example, there is a problem of the number of parts. Since the optical system component for virtual image display and the optical system component for sensing are completely independent, both optical systems must be prepared. For this reason, the number of parts will increase. There is also a problem of compactness. Since it is necessary to arrange the optical systems independently, each space is required, and the scale of the apparatus becomes large. There is also an alignment problem. High-precision alignment is required so that the sensing light is accurately guided to the place where the virtual image is displayed. In addition, when the position where the virtual image is displayed is not fixed, or when the sensing position is not fixed, the respective problems as described above are extremely increased. With difficulty. For this reason, in the past, in particular, a device in which both a position for displaying a virtual image and a sensing position are not set in advance, that is, a virtual image in an arbitrary space (free space) instead of a specific place. It seems that no device that realizes display and sensing has been realized.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、仮想表示とその仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現でき、かつ位置精度の高い障害物検出を行うことができるようにした表示検出装置を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができるようにした光検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and a first object of the present invention is to realize obstacle detection with high positional accuracy that can realize virtual display and obstacle detection in the virtual display portion with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a display detection device that can be used. A second object of the present invention is to provide a photodetection device capable of detecting an obstacle with high positional accuracy with a simple configuration.
本発明の第1の観点に係る表示検出装置は、光を発する光源と、光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示する結像光学系と、仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。 A display detection apparatus according to a first aspect of the present invention includes a light source that emits light, an imaging optical system that forms an image of a light emitting part of the light source and displays a virtual light emitting part in free space, and the vicinity of the virtual light emitting part And an optical detector that detects light emitted from the light source and scattered / reflected by the obstacle when an obstacle exists.
本発明の第1の観点に係る表示検出装置では、結像光学系によって、光源の発光部分の像が形成され、自由空間上に仮想発光部が表示される。仮想発光部近傍に障害物が存在した場合には、障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。表示のための光源と障害物検出用の光源とが共通化され、表示用の光と検出用の光とが共通の光源から発せられる。 In the display detection apparatus according to the first aspect of the present invention, an image of the light emitting part of the light source is formed by the imaging optical system, and the virtual light emitting unit is displayed in free space. When an obstacle exists in the vicinity of the virtual light emitting unit, the light scattered and reflected by the obstacle is detected by the photodetector. The light source for display and the light source for obstacle detection are shared, and the light for display and the light for detection are emitted from the common light source.
本発明の第2の観点に係る表示検出装置は、表示用の光を発する表示用光源と、障害物検出用の光を発する検出用光源と、表示用光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示し、かつ、検出用光源の発光部分の像を自由空間上の仮想発光部の近傍に形成する結像光学系と、仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、検出用光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。 A display detection apparatus according to a second aspect of the present invention forms an image of a display light source that emits display light, a detection light source that emits obstacle detection light, and a light emitting portion of the display light source. An imaging optical system that displays a virtual light emitting unit in free space and forms an image of the light emitting part of the light source for detection in the vicinity of the virtual light emitting unit in free space, and an obstacle exists in the vicinity of the virtual light emitting unit In some cases, a light detector that detects light emitted from the light source for detection and scattered / reflected by an obstacle is provided.
本発明の第2の観点に係る表示検出装置では、結像光学系によって、表示用光源の発光部分の像が形成され自由空間上に仮想発光部が表示されると共に、検出用光源の発光部分の像が自由空間上の仮想発光部の近傍に形成される。仮想表示用の光と検出用の光とが別々の光源から発せられるが、それぞれの光源で共通の結像光学系が用いられる。仮想発光部近傍に障害物が存在した場合には、検出用光源より放射され障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。 In the display detection apparatus according to the second aspect of the present invention, an image of the light emission portion of the display light source is formed by the imaging optical system, the virtual light emission portion is displayed in free space, and the light emission portion of the detection light source. Is formed in the vicinity of the virtual light emitting part in free space. The virtual display light and the detection light are emitted from different light sources, and a common imaging optical system is used for each light source. When an obstacle exists in the vicinity of the virtual light emitting unit, light emitted from the light source for detection and scattered / reflected by the obstacle is detected by the photodetector.
本発明による光検出装置は、光を発する光源と、光源の発光部分の像を自由空間上に形成する結像光学系と、発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合に、光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。 The light detection device according to the present invention includes a light source that emits light, an imaging optical system that forms an image of the light emitting portion of the light source in free space, and an obstacle in the vicinity of the image of the light emitting portion. And a photodetector for detecting light emitted and scattered / reflected by an obstacle.
本発明による光検出装置では、結像光学系によって、光源の発光部分の像が自由空間上に形成される。発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合には、障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。結像光学系による発光部分の像を形成して障害物検出が行われるので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物が来た場合にのみ、それが精度良く検出される。 In the photodetecting device according to the present invention, an image of the light emitting portion of the light source is formed in free space by the imaging optical system. When an obstacle exists in the vicinity of the image of the light emitting portion, the light scattered and reflected by the obstacle is detected by the photodetector. Obstacle detection is performed by forming an image of the light-emitting part by the imaging optical system, so only when an obstacle comes near a specific position (image formation position) in free space, it is detected accurately. Is done.
本発明の第1の観点に係る表示検出装置によれば、仮想表示のための光源と障害物検出のための光源とを共通化するようにしたので、別々の光源を用いる場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、表示用の光と検出用の光とが共通の光源から発せられるため、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。 According to the display detection apparatus according to the first aspect of the present invention, since the light source for virtual display and the light source for obstacle detection are made common, the number is smaller than when separate light sources are used. It can be configured with the number of parts and can be made compact. In addition, since the display light and the detection light are emitted from a common light source, display and detection alignment is easy. Thereby, virtual display and obstacle detection in the virtual display part can be realized with a simple configuration. In addition, since an image of the light emitting part is formed by the imaging optical system and the obstacle is detected, only when an obstacle comes near a specific position (image formation position) in free space. Can be detected with high accuracy. That is, obstacle detection with high position accuracy can be performed.
本発明の第2の観点に係る表示検出装置によれば、表示用光源と検出用光源とで共通の結像光学系を用いるようにしたので、表示用光源と検出用光源とが別々の独立した光学系である場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、共通の結像光学系を用いているので、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。 According to the display detection apparatus according to the second aspect of the present invention, since the common imaging optical system is used for the display light source and the detection light source, the display light source and the detection light source are separate and independent. Compared to the case of the optical system, the number of parts can be reduced, and the size can be reduced. In addition, since a common imaging optical system is used, alignment between display and detection is easy. Thereby, virtual display and obstacle detection in the virtual display part can be realized with a simple configuration. In addition, since an image of the light emitting part is formed by the imaging optical system and the obstacle is detected, only when an obstacle comes near a specific position (image formation position) in free space. Can be detected with high accuracy. That is, obstacle detection with high position accuracy can be performed.
本発明の光検出装置によれば、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができる。 According to the light detection device of the present invention, since the obstacle is detected by forming the image of the light emitting portion by the imaging optical system, the obstacle is located near a specific position (image formation position) in free space. Only when it comes, it can be detected accurately. In other words, obstacle detection with high positional accuracy can be performed with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
図1(A)は、本発明の第1の実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。この表示検出装置は、可視光10Aを発する発光光源1Aと、発光光源1Aの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示する集光レンズ等の結像光学系(投影光学系)2と、仮想発光部4A近傍に障害物5が存在した場合に、発光光源1Aより放射され障害物5により散乱・反射された光を検出する光検出器3とを備えている。発光光源1Aは例えば発光ダイオードで構成される。
FIG. 1A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. This display detection apparatus includes a light emitting
この表示検出装置は、まず、第一に空間の所望の場所(自由空間上)に所望の点像を表示する空間表示装置としての機能を有する。すなわち、この表示検出装置では、発光光源1Aからの可視光10Aを結像光学系2により空間の所望の場所に集光することにより、その集光領域を点状(点またはある程度の大きさをもった領域)の仮想発光部4Aとする。それによって、観察者に対してあたかも仮想発光部4Aから光が発しているかのように見せることができる。この表示検出装置はまた、空間検出装置としての機能を有する。この表示検出装置では、自由空間上に表示された仮想発光部4Aの極めて近傍に例えば人の指等の障害物5が近づくと、障害物5において仮想発光部4A近傍の局所的な領域に、光の散乱・反射による光輝度の極めて大きな領域が出現する。この局所的な輝度の増大を光検出器3で検出することで障害物5が仮想発光部4Aに極めて接近したことが確認される。光検出器3としては単純な光センサを用いても良いが、例えばCCD(電荷結合素子)などの2次元センサを利用しても良い。この場合、例えば、周囲の輝度とある仮想領域近傍からの輝度とを比較し、その比がある設定値以上になることを画像処理によって検出することで障害物5の検出を行うことができる。
This display detection device first has a function as a space display device that displays a desired point image at a desired place (in free space) in space. In other words, in this display detection device, the
図1(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。
この第2の構成例は、図1(A)の第1の構成例に対してさらに、集光光学系6とアイリス(ピンホール)7とを備えたものである。アイリス7は、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した光を遮光するものである。アイリス7は、集光光学系6の焦点位置近傍に設けられている。集光光学系6は、発光光源1Aと結像光学系2との間に設けられ、発光光源1Aからの光をアイリス7の開口部付近に集光する。本実施の形態において、アイリス7が、本発明における「光源用光路制限手段」の一具体例に対応する。
FIG. 1B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This second configuration example is provided with a condensing
この第2の構成例では、アイリス7を配置することによって、仮想発光部4Aの形状をよりシャープな状態で空間に配置できる。すなわち、光強度の高い領域をより狭い空間内に局在させることができる。このため、指等の障害物5による光の散乱強度の高い領域を細かく規定することが可能となる。これにより、光検出器3において精度の高い空間位置情報が得られる。
In the second configuration example, by arranging the
図2(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第3の構成例を示している。
この第3の構成例は、図1(A)の第1の構成例に対してさらに、光学フィルタ8を備えたものである。光学フィルタ8は、結像光学系2と仮想発光部4Aとの間に配置されている。この第3の構成例は、観察者に対してより効果的に仮想発光部4Aから光が発しているように見せる一つの方法である。図1(A)の第1の構成例では、発光光源1や結像光学系2などが、発光光源1から発せられる光のうち迷光となった光によって照明され、その反射散乱光が観察者に観察されるおそれがある。この場合、その反射散乱光が仮想発光部4Aの像と重なって観察され、観察者は仮想発光部4Aの像をそれらの迷光と関連付けて見てしまう。これにより、仮想発光部4Aとしての表示の効果が低減されてしまうことがある。この第3の構成例では、光学フィルタ8を配置することで、迷光による表示の効果低減を防ぐと共に観察者から発光光源1や結像光学系2などの光学パーツ等を隠す効果が得られる。
FIG. 2A shows a third configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This third configuration example is provided with an
図2(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第4の構成例を示している。
この第4の構成例は、図1(A)の第1の構成例に対してさらに、光検出器3の光入射側に配置された光学フィルタ9を備えたものである。光学フィルタ9は、発光光源1からの光の波長の光だけを通過させるフィルタとなっている。このような光学フィルタ9を光検出器3の光入射側に配置することによって、ノイズとなる不要な光が光検出器3に入ることを防ぎ、検出の感度を上げることができる。
FIG. 2B shows a fourth configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
The fourth configuration example further includes an
なお、本実施の形態において、発光光源1Aは単一の発光源に限らず、発光源が複数あっても構わない。また例えば、発光光源1Aを液晶ディスプレイ等の表示装置で構成しても構わない。そうすることで、仮想発光部4Aとして液晶ディスプレイ等の映像が自由空間上に仮想表示される。液晶ディスプレイ等を使用することで、仮想発光部4Aとして様々な形状を選ぶことが可能となる。
In the present embodiment, the
本実施の形態に係る表示検出装置によれば、何もない空間中に発光点(仮想発光点)を配置し、例えば発光点の観察者がこれを指等で触る動作をすれば、これを検出できる。さらに、空間中に配置できるのは、発光点に限らず、所望の画像等を配置でき、その空間中に配置された画像(仮想像)を指等で触る動作をすれば、これを検出できる。また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、上述の効果を利用して、例えば自由空間中に配置された実在物ではない仮想像を触る動作をすることで、家電機器等の起動・停止等のスイッチとして動作させることもできる。また、スイッチ動作の他にも、空間に配置した画像を選ぶことによってテレビのチャンネル機能を持たせることも可能であり、家電製品と人とのインタフェースとして機能させることなど可能である。この場合、空間に配置するスイッチやチャンネル等は実体のない仮想像であるため、実体のある装置と異なり、これが原因で怪我をするなどの心配もなく、また無くしてしまうといった心配もない仮想装置を実現することが可能となる。 According to the display detection apparatus according to the present embodiment, if a light emitting point (virtual light emitting point) is arranged in an empty space and an observer of the light emitting point touches it with a finger or the like, for example, It can be detected. Furthermore, what can be arranged in the space is not limited to the light emitting point, and a desired image or the like can be arranged, and this can be detected by touching the image (virtual image) arranged in the space with a finger or the like. . In addition, according to the display detection device according to the present embodiment, using the above-described effect, for example, by starting an operation of a home appliance or the like by touching a virtual image that is not a real object arranged in free space. -It can also be operated as a switch for stopping. In addition to the switch operation, it is possible to provide a television channel function by selecting an image arranged in a space, and to function as an interface between a home appliance and a person. In this case, the switches and channels placed in the space are virtual images that do not exist. Therefore, unlike actual devices, there is no need to worry about being injured or causing them to disappear. Can be realized.
また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、仮想表示のための光源と障害物検出のための光源とを共通化するようにしたので、別々の光源を用いる場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、表示用の光と検出用の光とが共通の発光光源1から発せられるため、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示とその仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系2によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物5が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
[第2の実施の形態]
In addition, according to the display detection apparatus according to the present embodiment, since the light source for virtual display and the light source for obstacle detection are made common, there are fewer parts than when separate light sources are used. It can be configured with a number of points and can be made compact. Further, since the light for display and the light for detection are emitted from the common light source 1, the alignment between display and detection is easy. Thereby, virtual display and obstacle detection in the virtual display part can be realized with a simple configuration. In addition, since the imaging
[Second Embodiment]
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
上記第1の実施の形態(図1(A),(B)および図2(A),(B))は、発光光源1Aとして可視光10Aを用い、観察者によって視認可能な仮想発光部4Aを表示するようにした例であるが、本実施の形態は、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。
In the first embodiment (FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B), the
図3(A)は、本実施の形態に係る光検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、図1(A)の構成例における発光光源1Aに代えて、不可視光(赤外光等)10Bを発する発光光源1Bを備えたものである。この構成例において、結像光学系2は、発光光源1Bの発光部分の像4Bを自由空間上に形成する。光検出器3は、発光部分の像4B近傍に障害物5が存在した場合に、発光光源1Bより放射され障害物5により散乱・反射された光を検出する。
FIG. 3A illustrates a first configuration example of the light detection device according to this embodiment.
This configuration example includes a
図3(B)は、本実施の形態に係る光検出装置の第2の構成例を示している。
この構成例は、図1(B)の構成例における発光光源1Aに代えて、図3(A)と同様の不可視光10Bを発する発光光源1Bを備えたものである。
FIG. 3B illustrates a second configuration example of the light detection device according to this embodiment.
This configuration example includes a
図3(C)は、本実施の形態に係る光検出装置の第3の構成例を示している。
この構成例は、図2(B)の構成例における発光光源1Aに代えて、図3(A)と同様の不可視光10Bを発する発光光源1Bを備えたものである。
FIG. 3C illustrates a third configuration example of the light detection device according to this embodiment.
This configuration example includes a
上記第1の実施の形態では、仮想発光部4Aを表示するようにしたが、仮想発光点が見えない状態で、仮想発光点の位置近傍に障害物5が来たことを知りたい場合も考えられる。例えば、撮影カメラの焦点位置に不可視の仮想発光点を配置し、その場所に動物などの被写体が来たときにだけそれを検知し撮影するような装置が考えられる。本実施の形態に係る光検出装置によれば、そのような使用形態に対応できる。不可視光10Bを使用したとしても、本実施の形態における図3(A),(B)および図3(C)の構成例はそれぞれ、上記第1の実施の形態における図1(A),(B)および図2(B)の構成例と同様にして、不可視光10Bによる発光部分の像4B近傍に障害物5が存在した場合には、それを検知することができる。
In the first embodiment, the virtual
以上説明したように、本実施の形態に係る光検出装置によれば、結像光学系2によって発光部分の像4Bを形成して障害物検出を行うようにしたので、上記第1の実施の形態と同様に、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物5が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
[第3の実施の形態]
As described above, according to the photodetector according to the present embodiment, the obstacle 4 is detected by forming the
[Third Embodiment]
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。なお、上記第1および第2の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. Note that components that are substantially the same as those in the first and second embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
図4(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、上記第1の実施の形態における図1(A)の構成と上記第2の実施の形態における図3(A)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図4(A)の構成例では、光源として、可視光10Aを発する発光光源1Aと不可視光10Bを発する発光光源1Bとを備えている。発光光源1Aと発光光源1Bは、近接して配置されている。本実施の形態において、結像光学系2は、発光光源1Aの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示し、かつ、発光光源1Bの発光部分の像4Bを自由空間上の仮想発光部4Aの近傍に形成する。光検出器3は、発光部分の像4B近傍(すなわち仮想発光部4Aの近傍)に障害物5が存在した場合に、発光光源1Bより放射され障害物5により散乱・反射された光を検出する。
本実施の形態において、可視光10Aを発する発光光源1Aが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光10Bを発する発光光源1Bが「検出用光源」の一具体例に対応する。
FIG. 4A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example is a combination of the configuration of FIG. 1A in the first embodiment and the configuration of FIG. 3A in the second embodiment. That is, in the configuration example of FIG. 4A, a
In the present embodiment, the
本実施の形態では、発光光源1Aの可視光10Aによる仮想発光部4Aは観察者のための目印の役割を持つ。一方、発光光源1Bの不可視光10Bによる発光部分の像4Bは、障害物検出の役割を持つ。なお、図4(A)の構成例では、発光光源1Aおよび発光光源1Bがそれぞれ単一の発光源となっているが、単一の発光源に限らず、発光光源1Aおよび発光光源1Bがそれぞれ複数あっても構わない。例えば、表示用光源である発光光源1Aを液晶ディスプレイ等の表示装置で構成しても構わない。そして、その中に検出用光源である発光光源1Bを埋め込んだ構成であっても構わない。そうすることで、仮想発光部4Aとして液晶ディスプレイ等の映像が自由空間上に仮想表示される。液晶ディスプレイ等を使用することで、仮想発光部4Aとして様々な形状を選ぶことが可能となる。
In the present embodiment, the virtual
図4(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。
可視光10Aを発する発光光源1Aは、自発光である必要はなく照明灯によって照射された光を散乱するような通常の物体(反射・散乱体)であっても構わない。図4(B)の第2の構成例では、図4(A)における発光光源1Aに代えて、可視光10Aを発する照明灯11と、この照明灯11によって照明されて可視光10Aを反射・散乱させる反射・散乱体12とを備えている。検出用光源である発光光源1Bは、反射・散乱体12に近接して配置されている。また、この第2の構成例では、上記第1の実施の形態における図2(B)の構成例と同様の光学フィルタ9を光検出器3の光入射側に備えている。この構成例では、結像光学系2は、発光光源1Aに代えて、反射・散乱体12を発光部分として、その像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示する。反射・散乱体12を発光部分とすることによって、通常の発光素子では構成が難しいような形状であっても仮想発光部4Aとして自由空間上に配置することが可能となる。
FIG. 4B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
The
図4(C)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第3の構成例を示している。
図4(B)の第2の構成例では、検出用光源である発光光源1Bと反射・散乱体12とを近接して配置したが、図4(C)の第3の構成例では、発光光源1Bに対して離間して配置され、照明灯11によって照明されて可視光10Aを反射・散乱させる反射・散乱体アイリス(ピンホール)7Aを備えている。反射・散乱体アイリス7Aは、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した発光光源1Bからの不可視光10Bを遮光するようになっている。反射・散乱体アイリス7Aと発光光源1Bとの間には、集光光学系6が設けられ、発光光源1Bからの光を反射・散乱体アイリス7Aの開口部近傍に集光する。本実施の形態において、アイリス7Aは、本発明における「光源用光路制限手段」の一具体例に対応する。
FIG. 4C shows a third configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
In the second configuration example of FIG. 4B, the
この第3の構成例では、結像光学系2は、発光光源1Aに代えて、反射・散乱体アイリス7Aを発光部分として、その像を形成して自由空間上に、中心部に開口のある仮想発光部4Cを表示する。一方、検出用光源である発光光源1Bからの不可視光10Bは、集光光学系6によって反射・散乱体アイリス7Aの開口部近傍に一旦集光される。その後、結像光学系2によって、仮想発光部4Cの中心部の開口近傍に像が形成される。これにより、観察者から見える仮想発光部4Cの中心部に発光光源1Bの発光部分の像4Bが配置され、ここが障害物検出のための領域となる。なお、図4(C)の構成例では、アイリスを反射・散乱体で構成したが、図4(A)の構成例の説明で述べた場合と同様、アイリスを例えば液晶ディスプレイやLED等で構成しても構わない。
In this third configuration example, the imaging
以上説明したように、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、仮想発光部4Aの近傍に障害物検出用の発光部分の像4Bを形成しているので、上記第1の実施の形態と同様、例えば自由空間中に配置された実在物ではない仮想像を触る動作をすることで、家電機器等の起動・停止等のスイッチとして動作させることができる。また、スイッチ動作の他にも、空間に配置した画像を選ぶことによってテレビのチャンネル機能を持たせることも可能であり、家電製品と人とのインタフェースとして機能させることなど可能である。この場合、空間に配置するスイッチやチャンネル等は実体のない仮想像であるため、実体のある装置と異なり、これが原因で怪我をするなどの心配もなく、また無くしてしまうといった心配もない仮想装置を実現することが可能となる。
As described above, according to the display detection apparatus according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、表示用光源(発光光源1A)と検出用光源(発光光源1B)とで共通の結像光学系2を用いるようにしたので、表示用光源と検出用光源とが別々の独立した光学系である場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、共通の結像光学系2を用いているので、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系2によって発光部分の像4Bを形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置(像の形成位置)近傍に障害物5が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
[第4の実施の形態]
Moreover, according to the display detection apparatus according to the present embodiment, the common imaging
[Fourth Embodiment]
次に、本発明の第4の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第1の実施の形態に係る表示検出装置に対して、発光光源1Aの発光部分と光検出器3との位置を互いに概共焦点に配置し、いわゆる「共焦点光学系」となるように配置したものである。
In the present embodiment, with respect to the display detection apparatus according to the first embodiment, the positions of the light emitting portion of the light emitting
図5(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、図1(A)の構成例に対して発光光源1Aの近傍に光検出器3を配置している。この構成例では、仮想発光部4A近傍に障害物5が存在した場合に、発光光源1Aより放射され障害物5により散乱・反射された光が、結像光学系2を介して光検出器3で検出される。共焦点光学系では、発光点(発光光源1Aの発光部分)が焦点を結ぶ位置に障害物5があるときにだけ障害物5によって散乱された光が発光点近傍で焦点を結び、従ってこのときだけ発光点近傍の光強度が大幅に増大するという性質がある。このため、図5(A)に示すように、発光光源1Aの近傍に光検出器3を配置し、発光点の近傍の光強度を観察することによって仮想発光部4A近傍に障害物5があるかどうか知ることができる。
FIG. 5A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
In this configuration example, the
図5(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。
この構成例は、図5(A)の構成例と同様に発光光源1Aの近傍に光検出器3を配置すると共に、図1(B)の構成例と同様の集光光学系6とアイリス7とを配置したものである。アイリス7を配置することによる効果は、図1(B)の構成例と同様である。
FIG. 5B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
In this configuration example, the
図6(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第3の構成例を示している。
この構成例は、発光光源1Aの周囲を囲むような形状の光検出器3Aを備えたものである。このような形状の光検出器3Aを備えたことで、障害物5により散乱・反射され発光光源1A近傍に戻ってきた光を効率良く検出できる。
FIG. 6A shows a third configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example includes a
図6(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第4の構成例を示している。
この構成例は、図5(B)の構成例と同様にアイリス7を備えたものであるが、図5(B)の構成例に対してアイリス7の開口部周囲を囲むような形状の光検出器3Aを備えている。この構成例では、アイリス7によって仮想発光部4Aとして局在した仮想発光点を形成できると共に、障害物5により散乱・反射され、アイリス7の開口部近傍に戻ってきた光を効率よく検出できる。
FIG. 6B shows a fourth configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example includes the
本実施の形態に係る表示検出装置のその他の作用・効果は上記第1の実施の形態と同様である。
[第5の実施の形態]
Other operations and effects of the display detection apparatus according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment.
[Fifth Embodiment]
次に、本発明の第5の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第2の実施の形態と同様、不可視光(赤外光等)10Bを発する発光光源1Bを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図7(A),(B)および図8(A),(B)は、本実施の形態に係る光検出装置の第1ないし第4の構成例を示しており、それぞれ、上記第4の実施の形態における図5(A),(B)および図6(A),(B)で説明した構成例を不可視光10Bを用いた光学系で構成した例である。不可視光10Bを用いた光学系で構成する有用性は上記第2の実施の形態と同様である。
[第6の実施の形態]
As in the second embodiment, the present embodiment relates to a light detection apparatus that includes a
[Sixth Embodiment]
次に、本発明の第6の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第4の実施の形態と上記第5の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第3の実施の形態と同様、可視光10Aと不可視光10Bとを併用するようにしたものである。可視光10Aと不可視光10Bとを併用する有用性は上記第3の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, by combining the fourth embodiment and the fifth embodiment, the
図9(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、上記第3の実施の形態における図5(A)の構成と上記第4の実施の形態における図7(A)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図9(A)の構成例では、光源として、可視光10Aを発する発光光源1Aと不可視光10Bを発する発光光源1Bとを備えている。発光光源1Aと発光光源1Bは、近接して配置されている。光検出器3は、図7(A)の構成例と同様、発光光源1Bの近傍に配置されている。これにより、発光光源1Bの発光部分と光検出器3とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系2は、発光光源1Aの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示し、かつ、発光光源1Bの発光部分の像4Bを自由空間上の仮想発光部4Aの近傍に形成する。発光部分の像4B近傍(すなわち仮想発光部4Aの近傍)に障害物5が存在した場合には、発光光源1Bより放射され障害物5により散乱・反射された光が、結像光学系2を介して光検出器3で検出される。
本実施の形態において、可視光10Aを発する発光光源1Aが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光10Bを発する発光光源1Bが「検出用光源」の一具体例に対応する。
FIG. 9A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example is a combination of the configuration of FIG. 5A in the third embodiment and the configuration of FIG. 7A in the fourth embodiment. That is, the configuration example of FIG. 9A includes a
In the present embodiment, the
図9(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。この構成例は、上記第3の実施の形態における図5(B)の構成と上記第4の実施の形態における図7(B)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。 FIG. 9B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment. This configuration example is a configuration form in which the configuration of FIG. 5B in the third embodiment is combined with the configuration of FIG. 7B in the fourth embodiment.
図10(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第3の構成例を示している。この構成例は、上記第3の実施の形態における図6(A)の構成と上記第4の実施の形態における図8(A)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。この構成例では、光検出器3Aが発光光源1Aと発光光源1Bとの周囲を囲むように設けられている。
FIG. 10A shows a third configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment. This configuration example is a combination of the configuration of FIG. 6A in the third embodiment and the configuration of FIG. 8A in the fourth embodiment. In this configuration example, the
図10(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第4の構成例を示している。この構成例は、上記第3の実施の形態における図6(B)の構成と上記第4の実施の形態における図8(B)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。
[第7の実施の形態]
FIG. 10B shows a fourth configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment. This configuration example is a configuration form combining the configuration of FIG. 6B in the third embodiment and the configuration of FIG. 8B in the fourth embodiment.
[Seventh Embodiment]
次に、本発明の第7の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第4の実施の形態と同様、発光光源1Aの発光部分と光検出器3とを互いに略共焦点光学系となるように配置したものである。
In the present embodiment, as in the fourth embodiment, the light emitting portion of the
図11(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
上記第4の実施の形態の図5(A)の構成例では、光検出器3を発光光源1Aの発光部分の近傍に配置することで略共焦点光学系を形成するようにしたが、図11(A)の構成例では、障害物5により散乱・反射され結像光学系2側に戻って来た光を発光光源1Aとは異なる方向に反射するビームスプリッタ13を備え、光検出器3を、ビームスプリッタ13による光の反射方向に設けている。
本実施の形態において、ビームスプリッタ13が、本発明における「反射光学部材」の一具体例に対応する。
FIG. 11A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
In the configuration example of FIG. 5A of the fourth embodiment, the
In the present embodiment, the
図11(A)の構成例において、光検出器3は、ビームスプリッタ13からの光路長が、発光光源1Aからビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源1Aと光検出器3とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置している。こうすることによって、光検出器3を仮想発光部4Aの共焦点の位置に精度良く配置することができる。上記第4の実施の形態の図5(A)の構成例における共焦点光学系では、障害物5によって散乱・反射され戻ってきた光は、発光光源1Aの位置に集光される。従って光強度の一番強くなるのは発光光源1Aの位置であり、理想的にはその位置に光検出器3を配置することが望ましい。しかしながら、発光光源1Aと光検出器3とを完全に同一位置に重ねて配置することは困難である。図11(A)の構成例では、障害物5によって散乱・反射された光をビームスプリッタ13で反射することによって、共焦点の位置をもう一点作っている。そのあらたに作られた共焦点の位置には発光光源1Aもなにもないため、光強度がもっとも強くなる位置に精度良く光検出器3を配置することが可能となる。これにより、障害物5が仮想発光部4A近傍の位置に来たことを精度良く検知することが可能になる。
In the configuration example of FIG. 11A, the
図11(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。
図11(B)の構成例では、上記第4の実施の形態の図5(B)の構成例に対して、図11(A)の構成例と同様のビームスプリッタ13を設けたものである。図11(B)の構成例では、光検出器3は、ビームスプリッタ13からの光路長が、アイリス7からビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、アイリス7の開口部には集光光学系6によって発光光源1Aの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス7の開口部にできた発光部の中間像を発光光源1Aとみなすことで、発光光源1Aと光検出器3とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。
FIG. 11B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
In the configuration example of FIG. 11B, a
図11(A),(B)のようにビームスプリッタ13によって共焦点光学系を分離することのもう一つの利点は、2つの共焦点光学系を比較的独立に設計できることである。例えば、図12の第3の構成例に示したように、光検出器3の前にレンズ等の集光光学系14を配置する。これにより、集光光学系14の焦点距離を適宜変えることで光検出器3を配置する位置を選ぶ自由度を上げることができる。
[第8の実施の形態]
Another advantage of separating the confocal optical system by the
[Eighth Embodiment]
次に、本発明の第8の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第2の実施の形態と同様、不可視光(赤外光等)10Bを発する発光光源1Bを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図13(A),(B)は、本実施の形態に係る光検出装置の第1および第2の構成例を示しており、それぞれ、上記第7の実施の形態における図11(A),(B)で説明した構成例を不可視光10Bを用いた光学系で構成した例である。不可視光10Bを用いた光学系で構成する有用性は上記第2の実施の形態と同様である。
[第9の実施の形態]
As in the second embodiment, the present embodiment relates to a light detection apparatus that includes a
[Ninth Embodiment]
次に、本発明の第9の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第7の実施の形態と上記第8の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第3の実施の形態と同様、可視光10Aと不可視光10Bとを併用するようにしたものである。可視光10Aと不可視光10Bとを併用する有用性は上記第3の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, by combining the seventh embodiment and the eighth embodiment, the
図14(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、上記第7の実施の形態における図11(A)の構成と上記第8の実施の形態における図13(A)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図14(A)の構成例では、光源として、可視光10Aを発する発光光源1Aと不可視光10Bを発する発光光源1Bとを備えている。発光光源1Aと発光光源1Bは、近接して配置されている。光検出器3は、図13(A)の構成例と同様、ビームスプリッタ13からの光路長が、発光光源1Bからビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源1Bの発光部分と光検出器3とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系2は、発光光源1Aの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示し、かつ、発光光源1Bの発光部分の像4Bを自由空間上の仮想発光部4Aの近傍に形成する。発光部分の像4B近傍(すなわち仮想発光部4Aの近傍)に障害物5が存在した場合には、発光光源1Bより放射され障害物5により散乱・反射された光が、結像光学系2およびビームスプリッタ13を介して光検出器3で検出される。
本実施の形態において、可視光10Aを発する発光光源1Aが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光10Bを発する発光光源1Bが「検出用光源」の一具体例に対応する。
FIG. 14A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example is a configuration form in which the configuration of FIG. 11A in the seventh embodiment and the configuration of FIG. 13A in the eighth embodiment are combined. That is, the configuration example of FIG. 14A includes a
In the present embodiment, the
図14(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。この構成例は、上記第7の実施の形態における図11(B)の構成と上記第8の実施の形態における図13(B)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。図14(B)の構成例では、アイリス7の開口部の近傍に可視光10Aを発する発光光源1Aが配置されている。不可視光10Bを導く光学要素の配置は図11(B)と同様である。図14(B)の構成例では、光検出器3は、ビームスプリッタ13からの光路長が、アイリス7からビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、アイリス7の開口部には、集光光学系6によって発光光源1Bの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス7の開口部にできた発光部の中間像を発光光源1Bとみなすことで、不可視光10Bを発する発光光源1Bと光検出器3とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。
[第10の実施の形態]
FIG. 14B illustrates a second configuration example of the display detection apparatus according to the present embodiment. This configuration example is a configuration in which the configuration of FIG. 11B in the seventh embodiment is combined with the configuration of FIG. 13B in the eighth embodiment. In the configuration example of FIG. 14B, a light emission source 1 </ b> A that emits
[Tenth embodiment]
次に、本発明の第10の実施の形態を説明する。なお、上記第1の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as the said 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図15(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
図15(A)の構成例は、上記第7の実施の形態の図11(A)の構成例に対してさらに、ビームスプリッタ13と光検出器3との間にピンホール15を備えたものである。ピンホール15は、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した可視光10Aを遮光するようになっている。
本実施の形態において、ピンホール15は、本発明における「検出用光路制限手段」の一具体例に対応する。
FIG. 15A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
The configuration example of FIG. 15A further includes a
In the present embodiment, the
図11(A)の構成例では、光検出器3の受光面積は戻り光が集光されたスポット面積と同等の面積であることが望ましい。しかし、その場合は微小領域のみの受光になるので、受光面の汚れや欠陥は高度に制御する必要がある。また、受光面積は簡単には変更できないといった問題もある。図15(A)の構成例は、これを解決するものである。図15(A)の構成例では、光検出器3ではなくピンホール15の開口部を仮想発光部4Aの共焦点の位置に配置する。すなわち、ピンホール15を、ビームスプリッタ13と光検出器3との間で、ビームスプリッタ13からの光路長が、発光光源1Aとビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設ける。
In the configuration example of FIG. 11A, it is desirable that the light receiving area of the
図15(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。
図15(B)の構成例は、上記第7の実施の形態の図11(B)の構成例に対してさらに、ビームスプリッタ13と光検出器3との間にピンホール15を備えたものである。ピンホール15を設けることによる効果は図15(A)の構成例と同様である。図15(B)の構成例では、ビームスプリッタ13からピンホール15の開口部までの光路長が、アイリス7の開口部からビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなるように配置している。
FIG. 15B shows a second configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
The configuration example in FIG. 15B further includes a
なお、光がピンホール15を通過後は、後述の図18の構成例に示すように集光レンズ16を配置することによって光検出器3の受光面上での光ビームの径が所望のビーム径になるように調節しても良い。
[第11の実施の形態]
After the light passes through the
[Eleventh embodiment]
次に、本発明の第11の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第2の実施の形態と同様、不可視光(赤外光等)10Bを発する発光光源1Bを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図16(A),(B)は、本実施の形態に係る光検出装置の第1および第2の構成例を示しており、それぞれ、上記第10の実施の形態における図15(A),(B)で説明した構成例を不可視光10Bを用いた光学系で構成した例である。不可視光10Bを用いた光学系で構成する有用性は上記第2の実施の形態と同様である。
[第12の実施の形態]
As in the second embodiment, the present embodiment relates to a light detection apparatus that includes a
[Twelfth embodiment]
次に、本発明の第12の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
本実施の形態は、上記第10の実施の形態と上記第11の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第3の実施の形態と同様、可視光10Aと不可視光10Bとを併用するようにしたものである。可視光10Aと不可視光10Bとを併用する有用性は上記第3の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, by combining the tenth embodiment and the eleventh embodiment, the
図17(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第1の構成例を示している。
この構成例は、上記第10の実施の形態における図15(A)の構成と上記第11の実施の形態における図16(A)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図17(A)の構成例では、光源として、可視光10Aを発する発光光源1Aと不可視光10Bを発する発光光源1Bとを備えている。発光光源1Aと発光光源1Bは、近接して配置されている。ピンホール15は、図16(A)の構成例と同様、ビームスプリッタ13と光検出器3との間で、ビームスプリッタ13からの光路長が、発光光源1Bとビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源1Bの発光部分とピンホール15の開口部分とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系2は、発光光源1Aの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部4Aを表示し、かつ、発光光源1Bの発光部分の像4Bを自由空間上の仮想発光部4Aの近傍に形成する。発光部分の像4B近傍(すなわち仮想発光部4Aの近傍)に障害物5が存在した場合には、発光光源1Bより放射され障害物5により散乱・反射された光が、結像光学系2、ビームスプリッタ13、およびピンホール15を介して光検出器3で検出される。
本実施の形態において、可視光10Aを発する発光光源1Aが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光10Bを発する発光光源1Bが「検出用光源」の一具体例に対応する。
FIG. 17A shows a first configuration example of the display detection apparatus according to this embodiment.
This configuration example is a configuration form combining the configuration of FIG. 15A in the tenth embodiment and the configuration of FIG. 16A in the eleventh embodiment. That is, in the configuration example of FIG. 17A, a
In the present embodiment, the
図17(B)は、本実施の形態に係る表示検出装置の第2の構成例を示している。この構成例は、上記第10の実施の形態における図15(B)の構成と上記第11の実施の形態における図16(B)の構成とを組み合わせた構成形態となっている。図17(B)の構成例では、アイリス7の開口部の近傍に可視光10Aを発する発光光源1Aが配置されている。不可視光10Bを導く光学要素の配置は図16(B)と同様である。図17(B)の構成例では、ビームスプリッタ13からピンホール15の開口部までの光路長が、アイリス7の開口部からビームスプリッタ13までの光路長と略同じとなるように配置している。これにより、アイリス7の開口部には、集光光学系6によって発光光源1Bの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス7の開口部にできた発光部の中間像を発光光源1Bとみなすことで、不可視光10Bを発する発光光源1Bとピンホール15の開口部とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。
[第13の実施の形態]
FIG. 17B illustrates a second configuration example of the display detection apparatus according to the present embodiment. This configuration example is a combination of the configuration of FIG. 15B in the tenth embodiment and the configuration of FIG. 16B in the eleventh embodiment. In the configuration example of FIG. 17B, a light emission source 1 </ b> A that emits
[Thirteenth embodiment]
次に、本発明の第13の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component substantially the same as previous embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
図18は、本実施の形態に係る表示検出装置の構成を示している。この表示検出装置は、上記第10の実施の形態の図15(A)の構成例に対してさらに、集光レンズ16と光学フィルタ8とを配置したものである。光学フィルタ8は、結像光学系2と仮想発光部4Aとの間に配置されている。光学フィルタ8を設けることによる作用・効果は、上記第1の実施の形態の図2(A)の構成例と同様である。集光レンズ16は、光検出器3とピンホール15の間に設けられている。集光レンズ16を設けることで、光検出器3の受光面上における光ビームの径を、所望のビーム径となるように調節しやすくなる。
FIG. 18 shows the configuration of the display detection apparatus according to the present embodiment. In this display detection device, a condensing lens 16 and an
図19(A)は、本実施の形態に係る表示検出装置を用いて実際にどのような検出信号が得られるか実験した結果を示している。図18の構成において、図19(B)に示すように、仮想発光部4Aに対し障害物5としての指の位置をA点→B点→C点→B点→A点のように連続して動かした。この場合の光検出器3で観察された光量変化を図19(A)に示す。図19(A)において縦軸は光量、横軸は時間を示す。図19(A)からわかるように、指の位置が仮想発光部4Aの位置(B点)にあるときにだけ光検出器3に戻る光量が増している。すなわち、仮想発光部4A近傍における障害物5の有無を正確に知ることができる。なお、上記第1ないし第12の実施の形態の各検出装置についても同様の検出結果が得られる。
FIG. 19A shows a result of an experiment to determine what kind of detection signal is actually obtained using the display detection apparatus according to the present embodiment. In the configuration of FIG. 18, as shown in FIG. 19 (B), the position of the finger as the
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。
例えば、障害物検出のための発光部の像4B(例えば図16(A))は1つだけ配置する場合に限らず、必要に応じて複数個配置することも可能である。複数個配置する方法は、例えば図16(A)の装置を所望台数配置しても良いし、図16(A)の装置の中に所望の数の障害物検出用光源(発光光源1B)とそれに対応した数の光検出器3を配置しても構わない。
In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible.
For example, the number of the light emitting
1A…発光光源(表示用光源)、1B…発光光源(検出用光源)、2…結像光学系、3,3A…光検出器、4A…仮想発光部、4B…発光部の像、6…集光光学系、7…アイリス(光源用光路制限手段)、7A…反射・散乱体アイリス、8,9…光学フィルタ、10A…可視光、10B…不可視光、11…照明灯、12…反射・散乱体、13…ビームスプリッタ(反射光学部材)、14…集光光学系、15…ピンホール(検出用光路制限手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (33)
前記光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示する結像光学系と、
前記仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、前記光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を備えたことを特徴とする表示検出装置。 A light source that emits light;
An imaging optical system for forming an image of a light emitting part of the light source and displaying a virtual light emitting part in free space;
And a photodetector that detects light emitted from the light source and scattered / reflected by the obstacle when an obstacle is present in the vicinity of the virtual light emitting unit.
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の表示検出装置。 The display detection device according to claim 1, further comprising: an optical filter disposed between the imaging optical system and the virtual light emitting unit.
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の表示検出装置。 The display detection apparatus according to claim 1, further comprising: an optical filter disposed on a light incident side of the photodetector.
ことを特徴とする請求項1に記載の表示検出装置。 The display detection according to claim 1, wherein the photodetector is disposed in the vicinity of the light source, and detects light scattered and reflected by the obstacle through the imaging optical system. apparatus.
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の表示検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
The display detection apparatus according to claim 1, wherein the photodetector is provided in a direction in which light is reflected by the reflective optical member.
ことを特徴とする請求項5に記載の表示検出装置。 The display according to claim 5, wherein the optical detector is provided at a position where an optical path length from the reflective optical member is substantially the same as an optical path length from the light source to the reflective optical member. Detection device.
をさらに備えたことを特徴とする請求項5に記載の表示検出装置。 Optical path limiting means for detection provided between the reflective optical member and the photodetector at a position where the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source to the reflective optical member. The display detection apparatus according to claim 5, further comprising:
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の表示検出装置。 A condensing optical system that is provided between the light source and the imaging optical system and condenses light from the light source;
The display detection apparatus according to claim 1, further comprising: an optical path limiting unit for a light source provided in the vicinity of a focal position of the condensing optical system.
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項8に記載の表示検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member, and the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. The display detection apparatus according to claim 8, wherein the display detection apparatus is provided at a position.
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項8に記載の表示検出装置。 A reflective optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
A detection optical path limiting means provided between the reflective optical member and the photodetector;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member,
The detection optical path limiting means is provided at a position where an optical path length from the reflective optical member is substantially the same as an optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. Item 9. The display detection device according to Item 8.
ことを特徴とする請求項8に記載の表示検出装置。 The display detection apparatus according to claim 8, wherein the photodetector is provided in the vicinity of a light source optical path limiting unit.
障害物検出用の光を発する検出用光源と、
前記表示用光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示し、かつ、前記検出用光源の発光部分の像を自由空間上の前記仮想発光部の近傍に形成する結像光学系と、
前記仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、前記検出用光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を備えたことを特徴とする表示検出装置。 A display light source that emits display light;
A light source for detection that emits light for detecting obstacles;
An image of a light emitting part of the display light source is formed to display a virtual light emitting part in free space, and an image of the light emitting part of the detection light source is formed in the vicinity of the virtual light emitting part in free space. An image optical system;
And a photodetector for detecting light emitted from the detection light source and scattered / reflected by the obstacle when an obstacle is present near the virtual light emitting unit.
をさらに備えたことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 The display detection device according to claim 12, further comprising: an optical filter disposed on a light incident side of the photodetector.
前記検出用光源で発する光は不可視光である
ことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 The light emitted from the display light source is visible light,
The display detection apparatus according to claim 12, wherein the light emitted from the detection light source is invisible light.
ことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 The display detection apparatus according to claim 12, wherein the light emitted from the light source for detection is infrared light.
ことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 The said photodetector is arrange | positioned in the vicinity of the said light source for a detection, and detects the light scattered and reflected by the said obstacle through the said imaging optical system. Display detection device.
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source for detection;
The display detection apparatus according to claim 12, wherein the photodetector is provided in a direction in which light is reflected by the reflective optical member.
をさらに備えたことを特徴とする請求項17に記載の表示検出装置。 The optical detector further includes: an optical path length from the reflective optical member provided at a position where the optical path length from the detection light source to the reflective optical member is substantially the same. Item 18. The display detection device according to Item 17.
をさらに備えたことを特徴とする請求項17に記載の表示検出装置。 An optical path for detection provided between the reflective optical member and the photodetector at a position where the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source for detection to the reflective optical member. The display detection apparatus according to claim 17, further comprising a limiting unit.
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項12に記載の表示検出装置。 It is provided between at least one of the display light source and the imaging optical system, or between the detection light source and the imaging optical system, and collects light from the display light source or the detection light source. A condensing optical system,
The display detection apparatus according to claim 12, further comprising: an optical path limiting unit for a light source provided in the vicinity of a focal position of the condensing optical system.
前記集光光学系と前記光源用光路制限手段とが、前記検出用光源と前記結像光学系との間に設けられ、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項20に記載の表示検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source for detection;
The condensing optical system and the light source optical path limiting means are provided between the detection light source and the imaging optical system;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member, and the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. The display detection apparatus according to claim 20, wherein the display detection apparatus is provided at a position.
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記集光光学系と前記光源用光路制限手段とが、前記検出用光源と前記結像光学系との間に設けられ、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項20に記載の表示検出装置。 A reflective optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system side in a direction different from the light source for detection;
A detection optical path limiting means provided between the reflective optical member and the photodetector;
The condensing optical system and the light source optical path limiting means are provided between the detection light source and the imaging optical system;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member,
The detection optical path limiting means is provided at a position where an optical path length from the reflective optical member is substantially the same as an optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. Item 20. The display detection device according to Item 20.
前記光源の発光部分の像を自由空間上に形成する結像光学系と、
前記発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合に、前記光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を特徴とする光検出装置。 A light source that emits light;
An imaging optical system for forming an image of a light emitting portion of the light source on a free space;
And a photodetector that detects light emitted from the light source and scattered / reflected by the obstacle when an obstacle exists in the vicinity of the image of the light emitting portion.
をさらに備えたことを特徴とする請求項23に記載の光検出装置。 The optical detection device according to claim 23, further comprising an optical filter disposed on a light incident side of the photodetector.
ことを特徴とする請求項23に記載の光検出装置。 The light detection apparatus according to claim 23, wherein the light emitted from the light source is infrared light.
ことを特徴とする請求項23に記載の光検出装置。 24. The light detection according to claim 23, wherein the light detector is disposed in the vicinity of the light source, and detects light scattered and reflected by the obstacle through the imaging optical system. apparatus.
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項23に記載の光検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
The photodetection device according to claim 23, wherein the photodetector is provided in a direction in which light is reflected by the reflective optical member.
ことを特徴とする請求項27に記載の光検出装置。 28. The light according to claim 27, wherein the optical detector is provided at a position where an optical path length from the reflective optical member is substantially the same as an optical path length from the light source to the reflective optical member. Detection device.
をさらに備えたことを特徴とする請求項27に記載の光検出装置。 Optical path limiting means for detection provided between the reflective optical member and the photodetector at a position where the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source to the reflective optical member. 28. The photodetecting device according to claim 27, further comprising:
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項23に記載の光検出装置。 A condensing optical system that is provided between the light source and the imaging optical system and condenses light from the light source;
24. The light detection device according to claim 23, further comprising: a light source path limiting unit provided in the vicinity of a focal position of the condensing optical system.
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項30に記載の光検出装置。 A reflection optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member, and the optical path length from the reflective optical member is substantially the same as the optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. The photodetection device according to claim 30, wherein the photodetection device is provided at a position.
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項30に記載の光検出装置。 A reflective optical member that reflects the light scattered and reflected by the obstacle and returned to the imaging optical system in a direction different from the light source;
A detection optical path limiting means provided between the reflective optical member and the photodetector;
The photodetector is provided in the direction of light reflection by the reflective optical member,
The detection optical path limiting means is provided at a position where an optical path length from the reflective optical member is substantially the same as an optical path length from the light source optical path limiting means to the reflective optical member. Item 30. The light detection device according to Item 30.
ことを特徴とする請求項30に記載の光検出装置。 31. The light detection device according to claim 30, wherein the light detector is provided in the vicinity of the light path limiting means for the light source.
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