JP2011210007A - 光学式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
検出面上の指示体の位置を、精度よくしかも高い感度で検出できる光学式位置検出装置を提供する。
【解決手段】
四角形状の検出面における隣接する２つの隅に、それぞれ撮像部が設置され、
各撮像部には、光源およびバーコードリーダー型カメラが収納され、
各撮像部における光源は、検出面に向けて光を照射し、検出面上の指示体をバーコードリーダー型カメラで撮像する手段、
各バーコードリーダー型カメラで撮像した指示体の方向を、撮像したバーコードの位置で読み取る手段および
２つの撮像部で読み取られたバーコードにおける指示体の位置から、検出面における指示体の位置を算出する処理部
を、備えた光学式位置検出装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学式位置検出装置に関する。さらに詳しくは、検出面上に存在する指示体の位置を光学的に２次元座標として求めることによる光学式位置検出装置に関する。

検出面上に存在する指示体の位置を検出するための方式として、種々の方法が知られ、それぞれ製品化されている。その方式の一つとして光学式位置検出装置がある。この光学式位置検出装置は、検出面上に存在する指示体を、２個所の撮像部から撮像し、指示体の位置（座標）を三角測量の原理を用いて決定するものである。
前記光学式位置検出装置にも種々の方式があるが、その代表的なものとして、入射した光を入射した方向に向けて反射する再帰反射部材を検出面の周囲に設置し、光源からの光を指示体に向けて放射し、光の部分或いは影の部分の位置から、指示体の位置（座標）を算出することにより決定する方式がある。この方式の装置をさらに具体的に説明すると、四角面上の検出面上にある指示体を上部左右の２つの隅に設けられた撮像部から撮像し、三角測量の原理に基づいて指示体の位置を、再帰反射部材からの光を検知して、影の部分をセンサーで感知する方式である。つまり２つの撮像部の光源から検出面方向に光が放射され、その光が検出面の３辺の枠に設けられた再帰反射枠に入射し、入射した方向に反射し戻ってきた光を撮像部で撮像する。この際、指示体が存在するとその指示体の部分が影の状態で撮像部に撮像されることになる。この再帰反射枠を設ける光学式位置検出装置は検出面の材質や表示面の表示に大きな影響を与えないので実用的装置として提案されている（特許文献１参照）。
しかし、前記再帰反射部材を枠に設ける光学式位置検出装置は、光源からの光の反射による指示体の影を検出することから、検出面が大型化するに従ってその精度や感度が低くなるという問題が生じる。

特開２００５−４７２９号公報

そこで本発明者は、前記した再帰反射部材を利用して指示体の影を検出する方式とは異なり、検出面上の指示体を直接検出する方式について研究を進めた。すなわち、四角面上の検出面の上部の左右２隅に２つのカメラをそれぞれ検出面に向けて設置し、指示体を直接撮像してその方向を検出し、三角測量の原理により指示体の位置を検出する手段について種々検討した。その結果、指示体を撮像するカメラとしてバーコードリーダー型カメラを使用することによって、指示体とカメラの距離の遠近に大きな影響を受けることなく、指示体の位置方向を精度よく短時間で検出することが判った。このバーコードリーダー型カメラを使用することにより、指示体の位置方向を光の反射により直接感知することができ、再帰反射部材の反射光を利用する方式に比べて、精度と感度も優れていることが判った。

バーコードリーダー型カメラは、最近その性能が改良されたものが市販され、例えば読み取り距離が最大で約１１０ｃｍでしかも読み取り線の幅も最大で約１．４ｍｍと拡がっている。これらの性能を利用することにより、表示装置として検出面が約４５〜５０インチに相当する大型のものであっても指示体の位置検出が可能となる。またバーコードリーダー型カメラを使用する他の利点は、スキャン速度が２７０スキャン／秒以上、つまり約０．００４秒の１照射による読み取りが可能ということになる。

本発明は、前記知見に基づいて到達されたものである。かくして本発明によれば、下記光学式位置検出装置が提供される。
（１）四角形状の検出面における隣接する２つの隅に、それぞれ撮像部が設置され、
各撮像部には、光源およびバーコードリーダー型カメラが収納され、
各撮像部における光源は、検出面に向けて光を照射し、検出面上の指示体をバーコードリーダー型カメラで撮像する手段、
各バーコードリーダー型カメラで撮像した指示体の方向を、撮像したバーコードの位置で読み取る手段および
２つの撮像部で読み取られたバーコードにおける指示体の位置から、検出面における指示体の位置を算出する処理部
を、備えた光学式位置検出装置。
（２）バーコードリーダー型カメラで撮像したバーコードは、指示体の位置が白色のバーとして表示され、他の位置が暗色系乃至黒色系のバーとして表示される前記（１）記載の光学式位置検出装置。
（３）光源からの光を吸収する材質により額縁枠が形成されている前記（１）記載の光学式位置検出装置。
（４）光源は、赤外線または赤色系LEDを光源とする前記（１）記載の光学式位置検出装置。

本発明の光学式位置検出装置は、検出面の指示体を光源からの光により直接、バーコードリーダー型カメラを使用して撮像し、撮像されたバーコードリーダー型カメラの指示体の位置から、検出面の指示体の位置を検出するので、精度よくしかも感度にも優れ、かつ大型化した表示装置にも適用可能である。

次に、本発明の光学式位置検出装置を図面により具体的に説明する。図１は、本発明の光学式位置検出装置を上面から見た平面図を示す。本発明の光学式位置検出装置は、図１の（ａ）に示すように、四角形状の形を有し、検出面１の形状もほぼ同じ四角形状であり、その検出面１の周囲は、額縁枠７が形成されている。また四角形状の検出面１の隣接する２つの隅（図１では上辺の左右の隅）には、撮像部３が設置されている。

左右の撮像部３には、図１の（ｂ）に示すようにそれぞれバーコードリーダー型カメラ４および光源５が収納されている。撮像部３における光源５は、検出面１の全面に光が照射されるようにその方向が調整されている。一方撮像部３には光源５からの光の照射により、指示体２に照射された光を撮像するためバーコードリーダー型カメラ４が収納されている。２つのバーコードリーダー型カメラ４は、指示体２の像を白色系のバーとして、また指示体２以外の部分を暗色乃至黒色系のバーとして撮像するようになっている。そのため、指示体２に照射されなかった光は、額縁枠７に照射され額縁枠７では照射された光が吸収される材質で形成されていることが望ましい。光が吸収される材質としては、黒色系の塗料が表面に塗布されているものであればよい。そのため額縁枠７は、再帰反射部材を使用すべきではない。撮像部３のバーコードリーダー型カメラ４により撮像されたバーコードにより、２種類のバーコードの画像が得られる。

図２の（ａ）および（ｂ）には、２つのバーコードリーダー型カメラにより撮像されたバーコードの画像８が示されている。図２の（ａ）および（ｂ）のバーコード画像８には、それぞれ指示体２の位置（角度）が白色系のバー９として示され、その他の部分（額縁枠部）は暗色系乃至黒色系のバー１０として示される。２種類のバーコードにおける指示体２の像（白色系のバー）の位置から、指示体２の位置の方向（角度）を読み取り、読み取られた像から指示体２の位置を処理部６で算出する。かくして処理部６で算出された検出面１における指示体２の位置が決定されることになる。
撮像部３における光源５としては、可視光、赤外線またはＬＥＤライトが使用できるが、好ましくは赤外線または赤色系ＬＥＤライトである。

バーコードリーダー型カメラ４は、読み取り距離が長いほうが大型の検出面（表示面）に適用可能である。読み取り距離は、検出面（表示面）の大きさに合わせて、３ｃｍ〜２００ｃｍ、好ましくは６ｃｍ〜１６０ｃｍのものが適当である。バーコードリーダー型カメラ４は、読み取ることができる指示体２の幅が１ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ〜２０ｍｍの性能を有していることが有利である。またバーコードリーダー型カメラ４は、そのスキャン速度は特に制限されないが、例えば１秒当り２７０スキャン以上（つまり１照射当り０．００４秒以下）であるものを利用できる。バーコードリーダー型カメラ４のスキャン速度に合わせて光源５の照射スキャン速度を適合させることが望ましい。

本発明の光学式位置検出装置の上面から見た平面図を示す。 バーコードリーダー型カメラにて撮像した指示体の位置を模式的に示す。図２の（ａ）は一方のカメラで撮像したバーコード画像を示し、図２の（ｂ）は他方のカメラで撮像したバーコード画像を示す。

１．検出面
２．指示体
３．撮像部
４．カメラ
５．光源
６．処理部
７．額縁枠
８．バーコード画像
９．白色系バー
１０．
暗色系乃至黒色系バー

Claims (4)

1. 四角形状の検出面における隣接する２つの隅に、それぞれ撮像部が設置され、
   各撮像部には、光源およびバーコードリーダー型カメラが収納され、
   各撮像部における光源は、検出面に向けて光を照射し、検出面上の指示体をバーコードリーダー型カメラで撮像する手段、
   各バーコードリーダー型カメラで撮像した指示体の方向を、撮像したバーコードの位置で読み取る手段および
   ２つの撮像部で読み取られたバーコードにおける指示体の位置から、検出面における指示体の位置を算出する処理部
   を、備えた光学式位置検出装置。
2. バーコードリーダー型カメラで撮像したバーコードは、指示体の位置が白色のバーとして表示され、他の位置が暗色系乃至黒色系のバーとして表示される請求項１記載の光学式位置検出装置。
3. 光源からの光を吸収する材質により額縁枠が形成されている請求項１記載の光学式位置検出装置。
4. 光源は、赤外線または赤色系LEDを光源とする請求項１記載の光学式位置検出装置。