JP2009169488A - 光学センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 座標検出装置を構成する１対の光学センサユニットを電子ボード等の対象物に対し、正確な位置関係で容易に取付ける事ができるようにする光学センサ装置を提供すること。
【解決手段】 電子ボード等の対象物における画像等の表示領域を照射光により所定角度の走査範囲で順次走査する光源と、前記表示領域における前記照射光の走査範囲の境界位置に設置された再帰反射部材によって反射した照射光を受光する受光素子とから成る１対の光学センサを前記対象物に所定距離隔てて配置する光学センサ装置であって、前記１対の光学センサユニットを所定距離隔て、かつ照射光の走査範囲が所定角度になるように所定の剛性を有する金属材料で構成される取付け基台に取付けて構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子黒板やコンピュータデイスプレイ等に装着する座標検出装置における光学センサ装置に係り、特に１対の光学センサユニットを電子黒板等の対象物に正確な位置関係で容易に取付け可能にした光学センサ装置に関する。

従来において、図４に示すように、左右の上端部に１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を取付けると共に、プロジェクタ（後述）から投射した画像を表示する表示領域４０を形成した電子ボードがある。表示領域４０は４隅に表示領域の端部を示すマーク４１Ａ〜４１Ｄが取付けられている。
この電子ボードの表示領域４０における左右の側板および下部の側板には、図５に示すように、再帰反射テープ５１，５２，５３が貼り付けられている。
光学センサユニットＳ１，Ｓ２は、照射光５１Ａ、５２Ａを照射角θの範囲内で放射状に順次スキャンする光源５６と、再帰反射テープ５１，５２，５３によって折り返された反射光５２Ａ、５２Ｂを受光する受光素子５７とで構成される。
光学センサユニットＳ１，Ｓ２が照射光５１Ａ、５２Ａを照射角θの範囲内で放射状にスキャンしている状態で表示領域４０内に障害物が存在しない場合、照射光５１Ａ、５２Ａは再帰反射テープ５１，５２，５３によって反射され、反射光５２Ａ、５２Ｂは受光素子５７に折り返される。このため、受光した光の強度は図６に示すように、照射角が光源の真下から真横に至るまで一定である。

しかし、例えば図７に示すように、表示領域４０の任意の位置Ｐに指またはペンなどの障害物７１が置かれると、照射光５１Ａ、５２Ａが遮られ、反射光５２Ａ、５２Ｂが各光学センサユニットＳ１，Ｓ２の受光素子５７で受光されなくなる。このとき、例えば光学センサユニットＳ１の受光素子５７の受光強度は図８に示すように“０”となる。一方の光学センサユニットＳ１の受光素子５７の受光強度も“０”となる。
各光学センサユニットＳ１，Ｓ２の受光素子５７の出力を監視している障害物座標計算手段（後述）は、直線部分５５に対する照射光５１Ａ、５２Ａの角度θａ，θｂ（図７）を検出し、直線部分５５の長さＬと照射光５１Ａ、５２Ａの角度の値θａ，θｂに基づき、照射光５１Ａ、５２Ａの遮蔽点の位置座標を算出する。

すなわち、左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２によって検出した角度θａ，θｂと、左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２間の距離Ｌを使用することで、例えば、左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を結ぶ仮想線をＸ軸とし、左側光学センサユニットＳ１の真下の仮想線をＹ軸とする座標系での障害物の座標（以下、「絶対座標」という）を求める。
また、図９に示すように、表示領域４０が長方形状であり、かつ上辺（および下辺）が左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を結ぶ仮想線と並行である場合には表示領域４０の上辺と左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を結ぶ仮想線の距離Ｈ、表示領域４０の左辺と左側光学センサユニットＳ１の真下の仮想線との距離Ｄ１、および表示領域の右辺と右側光学センサユニットＳ２の真下の仮想線との距離Ｄ２を使用し、絶対座標を、例えば表示領域４０の上部左端を原点とする座標（以下「相対座標」という）に変換して出力する。

図１０は、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を用いた電子ボードシステムの全体構成を示すシステム構成図であり、電子ボード４に対し画像を投影するプロジェクタ１０１、電子ボード４の表示領域４０に置かれた障害物の位置座標を計算する障害物座標計算手段１０２０、プロジェクタ１０１で投影する画像を生成する画像生成手段１０２１、座標計算用基礎数値テーブル１０２２等を備えたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０２、キーボードやマウス等で構成される入力装置１０３、液晶ディスプレイ等で構成される表示装置１０４によって構成される。

座標計算用基礎数値テーブル１０２２には、図９で説明した値Ｌ、Ｈ、Ｄ１，Ｄ２が設定され、これらの値を参照して、電子ボード４の表示領域４０に置かれた障害物の位置座標が算出され、その位置座表上にカーソルマークが表示され、そこに表示されている画像が指やペンで指示されたものとして判定される。
電子ボードにおける座標検出装置は１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０２内に実装された障害物座標計算手段１０２０とによって構成される。
以上の構成により、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２が検出した障害物が表示領域のどこに存在するかを求めることができる。
以下の特許文献に、上記技術について開示されている。

特開平９−９１０９４号 特開２０００−１３２３３９号

上述の電子ボードを使用するに当たり、所望の位置に線を引いたり、図形を思うがままに移動したりするためには次の２つの条件が満たされる必要がある。
条件（１）：絶対座標が正しく算出されること。
条件（２）：相対座標が正しく算出されること。
ここで条件（２）について補足すると、絶対座標が求められれば、前述した値Ｈ、Ｄ１，Ｄ２を使用して相対座標を求めること自体は特に問題はない。
しかしながら、表示領域４０に画像を表示するプロジェクタ１０１は所定の方向に画像を投射するだけである。一方、電子ボード４は投射された画像が表示領域に表示されるように制御するわけではない。
即ち、プロジェクタ１０１から投射された画像が表示領域４０に表示されるように、プロジェクタ１０１や電子ボード４の設置位置等については、人間が調整する必要がある。
この調整がずれてしまうと、例えば指を置いた場所と異なった場所にカーソルマーク等が表示されることになり、実際の指の位置と表示位置が異なるため、正確な位置表示ができなくなり、利用する意味がなくなるという問題点がある。
これは投射型の電子ボード４が必然的に有する問題であり、現状では、電子ボード４を使用する際にプロジェクタ１０１や電子ボード４との相対位置関係を適切に設置する以外に解決策はない。

次に、条件（１）であるが、正しい絶対座標を求めるためには、障害物の検出角度と左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２間の距離Ｌの両方が正しい値である必要がある。
特に障害物の検出角度は重要である。例えば、光学センサユニットＳ１，Ｓ２が水平方向から真下方向までの９０度の範囲の光を照射すると仮定し、左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２とも、その中央（４５度の位置）に障害物を検出したとする。このとき、Ｌが２ｍであり、カメラが図３に示すように設置されているとすると、障害物の絶対座標は、左右の光学センサユニットＳ１，Ｓ２の中央の真下１ｍの位置ということになる。
ところが、もしも左側光学センサユニットＳ１の取付け角度が１度だけ半時計方向に傾いていたとすると、実際には、障害物は左側光学センサユニットＳ１の時計回り方向４４度の位置に存在するので、左側光学センサユニットＳ１から水平方向98.2ｃｍ、垂直方向101.7ｃｍの位置に存在することになる。すなわち、実際に存在する場所と、上下、左右方向にそれぞれ２ｃｍ近く離れた場所を障害物の存在場所として認識することになる。

このように、光学センサユニットＳ１、Ｓ２の取付け角度のずれは、光学センサユニットＳ１、Ｓ２から離れるほど大きな影響を与える。この影響は、電子ボード上の場所によって異なるため、電子ボード４を使用する際にプロジェクタ１０１の位置等を変える等によって調整することはできない。

また、光学センサユニットＳ１、Ｓ２の取付け位置が多少ずれること等によるＬの相違も、光学センサユニット取付け角度のずれほどではないにしても絶対座標の計算に影響を与え、またＬの相違による絶対座標のずれも、光学センサユニットから離れるほど大きくなる。
このため、電子ボード４を使用する前に、絶対座標が正しく算定されるようにすべく、ＰＣ１０２に記憶された座標計算用基礎数値のうちのＬを補正し、また、実際に光学センサユニットが検出できる角度範囲（例えば水平方向−１度から８９度の範囲）を座標計算用基礎数値として設定しておく必要がある。

一方、電子ボードは図９から明らかなように、搬送のための梱包には不向きな形状となっている。このため、特に海外輸出するような場合、幾つかの部分に分解して梱包し、使用地で組み立てるということが行われている。
ところが、例えば１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を電子ボードの表示領域からそれぞれ取り外して梱包して搬送するようにした場合、使用地において１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２相互間及び表示領域との関係が正確になるように取付け、障害物の検出位置ずれが無いように基礎数値Ｌ、Ｈ，Ｄ１，Ｄ２のキャリブレーションを行うことが必要になる。

しかし、例えば絶対座標キャリブレーション用のプログラムを提供したとしても利用者自らが絶対座標のキャリブレーションを行うのは容易ではないという問題がある。
本発明の目的は、以上のような問題に鑑みなされたものであり、座標検出装置を構成する１対の光学センサユニットを電子ボード等の対象物に対し、正確な位置関係で容易に取付ける事ができるようにする光学センサ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光学センサ装置は、電子ボード等の対象物における画像等の表示領域を照射光により所定角度の走査範囲で順次走査する光源と、前記表示領域における前記照射光の走査範囲の境界位置に設置された再帰反射部材によって反射した照射光を受光する受光素子とから成る１対の光学センサを前記対象物に所定距離隔てて配置する光学センサ装置であって、
前記１対の光学センサユニットを所定距離隔て、かつ照射光の走査範囲が所定角度になるように所定の剛性を有する金属材料で構成される取付け基台に取付けて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、前記１対の光学センサユニットを所定距離隔て、かつ照射光の走査範囲が所定角度になるように所定の剛性を有する金属材料で構成される取付け基台に取付けて構成したことにより、１対の光学センサユニットの取付け間隔を所定距離Ｌに維持することができる。
また、１対の光学センサユニットが取付けられた取付け基台を対象物（電子ボード）に仮り取付けを行い、キャリブレーションを行う。このキャリブレーションによるＬ、光学センサユニットの走査角度などの補正値は、取付け基台に付随している基盤内のＥＰＲＯＭに記憶される。
すなわち、ＰＣとのやり取りは、常にＥＰＲＯＭで補正された値となり、キャリブレ−ションされた補正値でデ−タ通信を行われることができる。
絶対座標は、結局のところ取付け基台を基準にした座標であるので、取付け基台で光学センサユニットの位置がキャリブレーションされれば、仮に電子ボード本体への取付け基台の位置がずれたとしても、絶対座標についてはずれることがない。つまり相対座標の調整の問題に帰着することになる。
そして、前述したように、相対座標の調整についてはいずれにしても電子ボードを使用するたびに合わせざるを得ないし、電子ボードやプロジェクタの位置等を調整することで比較適用に調整することができる。

以下、本発明の光学センサ装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明における光学センサ装置１０の実施の形態を示す正面図であり、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を所定距離Ｌだけ隔てて取付け基台１１に取付けた構造になっている。
取付け部材１１は、所定の剛性を有する金属材料で構成されており、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２は照射光の走査範囲が所定角度θになるように取付け基台１１に取付けられている。
図２は、電子ボードに取付け基台１１を取付けた状態を示す正面図である。
本発明においては、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２の取付け間隔Ｌが剛性の取付け基台１１によって維持されるため、Ｍ方向の位置合わせ調整のみで光学センサユニットＳ１，Ｓ２の取付け間隔Ｌを調整するといった面倒な調整作業が不要になる。そして、１対の光学センサユニットＳ１，Ｓ２を取付けた取付け基台１１を光学センサ装置として独立して梱包し、配送することも可能になり、海外などの遠方に配送する場合に極めて有効な効果を奏する。

本発明の実施の形態を示す正面図である。 電子ボード（対象物）に本発明の光学センサ装置を取付けた場合の正面図である。 光学センサユニットの取付け位置の誤差による障害物の検出誤差を説明する図である。 本発明の光学センサ装置を用いる電子ボードの一例を示す外観図である。 １対の光学センサユニットにより表示領域に置かれた障害物を検出するための構成を説明する図である。 走査範囲内に障害物が存在しない場合の光学センサユニットにおける受光素子の受光強度を示す図である。 １対の光学センサユニットにより表示領域に置かれた障害物を検出するための動作を説明する図である。 走査範囲内に障害物が置かれた場合の光学センサユニットにおける受光素子の受光強度を示す図である。 電子ボードにおける障害物の置かれた位置の相対座標位置を求める場合の説明図である。 電子ボードシステムの全体構成を示すシステム構成図である。

符号の説明

Ｓ１，Ｓ２ 光学センサユニット
４ 電子ボード
１０ 光学センサ装置
１１ 取付け基台
４０ 表示領域
５１，５２、５３ 再帰反射テープ
５６ 光源
５７ 受光素子
１０２ パーソナルコンピュータ
１０１ プロジェクタ
１０２０ 障害物座標計算手段
１０２１ 画像生成手段
１０２２ 座標計算用基礎数値

Claims (1)

1. 電子ボード等の対象物における画像等の表示領域を照射光により所定角度の走査範囲で順次走査する光源と、前記表示領域における前記照射光の走査範囲の境界位置に設置された再帰反射部材によって反射した照射光を受光する受光素子とから成る１対の光学センサを前記対象物に所定距離隔てて配置する光学センサ装置であって、
   前記１対の光学センサユニットを所定距離隔て、かつ照射光の走査範囲が所定角度になるように所定の剛性を有する金属材料で構成される取付け基台に取付けて構成したことを特徴とする光学センサ装置。

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