JP2012032984A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光学式タッチセンサは部品点数が多い、または光を回転走査する回転部が必要であった。
【解決手段】インタラクティブボードの周囲を、内側が反射部材で構成される楕円形の光反射部７で囲む。光反射部７の二つの焦点に、または近傍に発光部４との受光部５を設ける。受光部５は集光レンズ１７と複数に分割されたエリアを持つ光センサー８からなり、指示手段１によって発光部４からの光を遮光し、その時の遮光位置を光センサー８で読み取り、インタラクティブボード上の指示手段１の指示座標位置３を検出できる。
【選択図】図６

Description

本発明はプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や電子ペーパー、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置の表示画面上において、指やペン状の指示手段の位置を検出するための位置検出装置に関するものである。

従来の液晶ディスプレイ等の自発光表示装置に用いられる位置検出装置、いわゆるタッチパネルあるいはタッチスクリーンには抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、光学式等の各種方式が開発されている。

このなかで、抵抗膜方式や静電容量方式ではタッチパネル部に透明の電極膜を構成し、タッチパネル部における電気的抵抗値変化や電気容量変化を検出してタッチパネル部の座標を認識するものである。また、超音波方式は表面弾性波の減衰を検知して座標を認識するものである。また、光学式は指やペン等の指示手段により光を遮光するかどうかを光センサーで感知してタッチ箇所の指示座標位置を検出するものである。

これらの方式のなかで、抵抗膜方式や静電容量方式ではタッチパネル部に構成される電極膜が透明電極膜であっても、可視光波長領域にある程度の吸収があるため透過率が落ちてしまう。よって、ディスプレイで表示される画像の鮮明さ等に悪影響を与える問題がある。また、指示手段とタッチ部との接触を繰り返すことで電極膜が破損する等の問題がある。

更に、近年ディスプレイサイズの大型化や大型デジタルサイネージ（電子看板）等の映像や情報を表示する広告媒体、大型電子ペーパー等が普及しつつあり、人とのインターフェースとしても利用されはじめている。それに伴い、タッチ部のサイズも大きくなりつつあることで、電極膜の面積が大きくなり、ディスプレイ本体や周囲の電磁ノイズの影響を受けやすくなるため、誤動作を起こすという課題がある。

更に、電極膜を大面積化するには低電気抵抗の確保、製造装置の大型化等の課題もある。

また、超音波方式では人の指によるタッチは認識できず、専用のペンを用いてタッチする必要がある。

それに対して、光学式ではディスプレイ部に電極膜は不要であり、光を検出して位置検出等をするため、外部からの電磁ノイズの影響を受けないメリットがある。そのため、これまで大型の位置検出装置には特に光学式が好適に用いられている。

これまで、光学式の位置検出装置としては以下のようなものが提案されている。

図１１は、従来例に係る位置検出装置の平面概略図である。（特許文献１）では図１１に示すように、ガラス等の透明パネルの側部の二辺にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）等の複数の発光部４を並べ、対向する二辺に、それぞれの発光部４に対応する複数のＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等からなる受光部５が並べられている。発光部４のＬＥＤから発せられた射出光６の光路が指やペン等の指示手段１により遮られると、その遮られた位置の横座標と縦座標が受光部５で感知できるため、指示手段１の指示座標位置３を検出できる仕組みである。

図１２（ａ）は従来例に係る位置検出装置の平面概略図であり、図１２（ｂ）は従来例に係る位置検出装置の光学ユニットの概略図である。図１２に示すような、別のタイプの光学式の位置検出装置は（特許文献２）により提案されている。

（特許文献２）で説明されている位置検出装置の概要を説明すると、図１２（ａ）の位置検出装置の左上端部及び右上端部に設けられた二つの光学ユニット２６内には、図１２（ｂ）に示すように、それぞれ発光部４と受光部５が設けられており、発光部４からの光ビーム２７をレンズ２９及びハーフミラー３０を介してパネルの二つの側辺部と底辺部に設けられた再帰性反射部２８へ回転走査部３１を介して投光走査する。再帰性反射部２８はその性質上、光ビーム２７の入射方向と同じ方向（入射方向に対し１８０°の方向）に光ビーム２７を反射させることができる。この反射された光ビーム２７を再び光学ユニット２６内に設置された回転走査部３１、ハーフミラー３０及びレンズ２９を介して受光部５に導く構造である。

指やペン等の指示手段１が検出領域２内にタッチされると、その指示手段１により光ビーム２７が遮られるため、その遮られた時の光ビーム２７の時間を受光部５で感知し、回転走査部３１の回転速度から光ビーム２７の遮光角度を計算し、指示手段１の指示座標位置３を検出する仕組みである。二つの光学ユニット２６により三角測量の原理を用いて指示手段１の指示座標位置３を算出できる。この方法では、部品点数を少なくでき、指やペン等の指示手段１の指示座標位置３を検出することがきる。

特開２００３−０９９２０２号公報 特開平１１−３２７７７０号公報

しかしながら、図１１に示すような光学式の位置検出装置では、ディスプレイサイズが大きくなれば、それに比例して発光部４と受光部５の部品数が増え、コスト面、製造面で大きな課題がある。

また、発光部４や受光部５の取り付け間隔が素子の大きさに依存したものとなり、分解能を高くすることができないという課題もある。

また、図１２に示すような光学式の位置検出装置では、光学ユニット２６を二つ用意する必要があり、光学ユニット２６間の位置精度等の光学調整が必要であるという課題がある。

また、光ビーム２７を回転走査するための回転走査部３１が必要で、回転走査のムラによる検出位置精度の悪化や回転速度の制限による反応速度が低下、回転駆動部による騒音等の課題がある。

このような課題を解決するため、本発明の位置検出装置は、指示手段が指示した指示座標位置を検出するため想定された検出領域と、楕円球体または楕円体、若しくはそれらの一部を切り取ったものを組み合わせた面からなる枠体であって、その内面を反射材で構成する光反射部と、検出領域の端部若しくはその近傍にあって光反射部の一方の焦点若しくはその近傍に設けられ光を射出する発光部と、検出領域の端部若しくはその近傍にあって光反射部の一方の焦点とは異なる他方の焦点若しくはその近傍に設けられ発光部から射出され光反射部で反射された光を受光する受光部とを備え、受光部は複数に分割された光センサーからなることを特徴としている。

また、発光部と受光部との間に、発光部からの射出光を受光部に集光する集光レンズが配置されてなることを特徴としている。

また、発光部と受光部との間に発光部からの射出光を位置検出装置の外部に放射されないための遮光部が配置されてなることを特徴としている。

更に、本発明は位置検出装置を備えたことを特徴とするディスプレイまたはインタラクティブボードである。

本発明の光学式の位置検出装置により、検出領域内に発光部と、前記発光部から射出された光を反射する楕円球体の内面、またはその一部からなる光反射部と、前記光反射部で反射された光を受光するための受光部からなり、前記楕円球体の持つ二つの焦点の一方の焦点位置、または近傍に前記発光部を設けるとともに、もう一方の焦点位置、または近傍に前記受光部がそれぞれ配置されるとともに、前記受光部は集光レンズと複数に分割されたエリアを持つ光センサーからなることで、ディスプレイ部の透明度が確保でき、外部電磁ノイズ耐性を確保することができ、より少ない部品点数でしかも位置精度がよく、指示手段の指示座標位置あるいは指示手段の移動状態を検出することができる。また、発光部に回転走査部を含まないので、回転走査のムラによる検出位置精度の悪化がない。また、回転速度の制限による反応速度の低下がなく、回転駆動部による騒音がない位置検出装置を提供することができる。

本発明に係る位置検出装置の利用の一例を示す概略図 本発明に係る位置検出装置の利用の一例を示す概略図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の平面概略図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図 （ａ）本発明の実施例１に係る位置検出装置の受光部の斜視概略図、（ｂ）本発明の実施例１に係る位置検出装置の受光部の信号を示した図 本発明の実施例１に係る位置検出装置の基本回路構成の概略図 本発明の実施例２に係る位置検出装置の平面概略図 本発明の実施例２に係る位置検出装置の斜視概略図 本発明の実施例３に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図 従来例に係る位置検出装置の平面概略図 （ａ）従来例に係る位置検出装置の平面概略図、（ｂ）従来例に係る位置検出装置の光学ユニットの概略図

以下、本発明の位置検出装置の例を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下に説明するものに限定されるものではない。また、以下で説明する部材、手段その他の構成要件の定義、及び構成要件の位置、形状、配置等の定義は、特に断らない限り、明細書全文及び図面において共通のものである。

図１は本発明に係る位置検出装置の利用の一例を示す概略図である。位置検出装置を含む出力装置として自発光型のディスプレイを例に挙げており、指示手段１として人の指先を例として示している。自発光型のディスプレイ上の検出領域２の任意の点を指し示すことで、それらの指示座標位置３を位置検出装置が信号として読み取り、位置検出装置が信号として読み取った指示座標位置３を自発光型のディスプレイにより視覚的に出力させることで、自発光型のディスプレイをボタン操作、指示時間の検出、文字入力、文字書き速度の検出、入力画像選択、画像処理、指示検出、等の入力インターフェースとして動作させることができる。

但し、検出領域２は本発明に係る位置検出装置を作動させるに当たって、特に設けなければならない必須の構成要件ではなく、後述する光反射部７の領域内において、指示座標位置３が検出できればよい。即ち、検出領域２を設けた場合、検出領域２外においても指示座標位置３を検出可能であり、検出領域２外において指示座標位置３を検出したとしても、本発明に係る位置検出装置の発明の範囲に含まれるものである。

また、検出領域２として機能し得る構成、装置として、例えば、電子黒板、インタラクティブボード、タッチパネル、プラズマディスプレイパネル、液晶パネル、電子ペーパー等が挙げられるが、これらに限られるものではない。

図２は本発明に係る位置検出装置の利用の一例を示す概略図であり、図１とは別のタイプの例を示したものである。図２では、位置検出装置を含む機器として表示ボードを例に挙げており、この表示ボードと電気信号を送信できるように接続された出力装置として画像投影機器を例として挙げている。指示手段１として人の手に持たれたペン状の指示部材を例として示している。人が指示手段１により表示ボードの検出領域２内で指示座標位置３を指示した場合、位置検出装置が信号として読み取り、信号として読み取った指示座標位置３を、画像投影機器へ信号として送信し、画像投影機器が指示座標位置３を含む検出領域２の画像を表示ボードに視覚的に投影出力させることで、ボタン操作、指示時間の検出、文字入力、文字書き速度の検出、入力画像選択、画像処理、指示検出等の入力インターフェースとして動作させることができる。

図３は本発明の実施例１に係る位置検出装置の平面概略図である。図３で示された楕円体または楕円球体の光反射部７はその内側の面に発光部４が射出した射出光６を反射する機能を有する鏡、その他の反射材が設けられ、検出領域２の端部若しくはその近傍である周辺領域に配置されている。検出領域２は平面若しくはわずかな傾きをもった凹面または凸面で形成されたり、空中状態つまり何もない状態であったり、適宜、有限の領域とすることができる。空中状態の場合は面状のものは必要ない。

検出領域２は、面を形成している場合、その面上に筆記具により記入可能な他、人の指や電子ペン、レーザポインタその他の指示手段１を検出領域２の面に接触させたり、近づけたりする等、指示手段１による指示を受け入れ、指示手段１による指示座標位置３を認識させて情報処理に用いる検出部、検出手段として機能する。また、プロジェクタ等の投影機により映像情報を投影することも可能な構造を有しており、パネル状、ボード状、シート状、プレート状等の材質で形成できる。

また、検出領域２は上記のようにボード状部材、パネル部材等の有体物を備えることを必ずしも前提とする必要はなく、検出領域２を空中状態として、擬似的な空間領域とすることもできる。このようにすることで、楕円体の光反射部７で囲まれた領域内での人の指や指示棒、その他、指示手段１を検出領域２内に近づけたり、通り抜けたりする等、指示手段１による指示を受け入れ、指示手段１による指示座標位置３を認識させて情報処理に用いる検出部、検出手段として機能する。

検出領域２の形状は、図３では主に長方形等の矩形形状を例示している。これは検出領域２がプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や、電子ペーパー、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置を想定しているためである。しかし、本願における検出領域２は矩形形状に限らず、三角形を含む多角形や角部が婉曲している形状、曲線により閉じた形状とすることも可能であるし、前述したように何もない中空状態の検出領域２も考えられる。

発光部４は図示しないＬＥＤ等の可視光、赤外光その他の適切な性質を有する射出光６を投光、射出する光源を備えている。光源は検出領域２に投光可能なように適宜構成され、球面状あるいは、ある光束幅（図３において紙面垂直方向）をもった円状あるいは扇状の射出光６を投光する。

受光部５は発光部４が射出した射出光６を受光可能な光センサー８を備え、射出光６がどの方向から入射しても適切に受光可能であるように、後述する集光レンズを設けている。また、受光部５は受光した射出光６を電気信号に変換する光電変換機能を有する光センサーを有している。

発光部４は楕円体の光反射部７に複数ある焦点のうち一方の焦点若しくはその近傍に設けられ、受光部５は発光部４が設けられた前記一方の焦点とは異なる他方の焦点若しくはその近傍に設けられている。

楕円体の基本性質上、一方の焦点若しくはその近傍に設けられた発光部４から投光された射出光６は、楕円体の光反射部７で反射し、必ず他方の焦点に設けられた受光部５に集光されることになる。射出光６はある光束幅（図３において紙面垂直方向）をもった光線であるため、射出光６を反射する反射面をもった楕円体の光反射部７は、ある幅（図３において紙面垂直方向）をもった形状であり、これは発光部４と受光部５の位置を二つの焦点とする楕円球体の一部からなる。

光反射部７は上記したように楕円体または楕円球体でもよいし、若しくはこれらの一部を切り取ったものを組み合わせた面として有する枠体とし、光反射部７の周囲に設置する形態でもよい。

図４は本発明の実施例１に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図である。発光部４にはＬＥＤ等の光源１０があり、この光源１０が射出した射出光６をレンズ等の集光部１１を介して、光源１０からの光の射出方向（光軸）と４５度の角度をなす平面反射部１２で反射させて検出領域２へと投光される。平面反射部１２は発光部４の小型化に寄与する部材で本発明の必須要件ではない。光源１０からの光路上にある楕円焦点位置１３が楕円体の光反射部７の焦点位置にあたる。

図５は本発明の実施例１に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図である。

図４の発光部４と同様に、ＬＥＤ等の光源１０があり、この光源１０が射出した射出光６をレンズ等の集光部１１を介して、射出方向と４５度の角度をなす平面反射部１２で反射させて検出領域２へと投光させる機能を有する。図５では光源１０と検出領域２との間に広角レンズ１５を設けており、この広角レンズ１５は光源１０の放射角度が狭い場合等に好適に配置され、検出領域２のすべての領域をカバーするために射出光範囲１４の角度を拡げる機能を有している。検出領域２の形状が狭い領域であれば広角レンズ１５は特に必須要件ではない。また、図５では見かけの焦点位置１６が楕円体の光反射部７の楕円焦点位置１３となる。

このように位置検出装置を構成することで、人の指を指示手段１として用いた場合、発光部４から投光走査された射出光６のうち、図３の検出領域２内において指示手段１が指示した位置を射出光６が走査した時に射出光６が遮光される（光路９ａ及び光路９ｂ）。この二つの光路９ａと光路９ｂが楕円体である光反射部７の長軸となす角をそれぞれ遮光角度θ１と遮光角度θ２として受光部５で検出できれば、図３で示されたように指示座標位置３を特定することができる。

次に、図３における遮光角度θ１及び遮光角度θ２を受光部５によりどのように検出するかを説明する。

図６（ａ）は本発明の実施例１に係る位置検出装置の受光部の斜視概略図である。

図３において、発光部４から射出された射出光６が光反射部７で反射した後、図６（ａ）の集光レンズ１７を介して光センサー８へと導かれる。この集光レンズ１７はレンズ視野範囲１９の視野を持ち、レンズ焦点位置ライン１８での空中像を捉えることができる。また、捉えた像を光センサー８上で結像させる機能を有する。

集光レンズ１７は、図６（ａ）に示すように、一例として長軸、短軸を有する略楕円形とすることができる。

光センサー８は検出領域２の平面に沿って複数に分割された光センサー部２０が一列（Ｘ方向）に並べられている。光センサー部２０は単一の光センサーデバイスを複数に分割したものでよいし、複数の光センサーデバイスを並べたものでもよい。

検出領域２を通過した射出光６は集光レンズ１７を透過して所定の領域に入射するので、光センサー８を構成する複数の光センサー部２０はその所定領域をカバーするように並べられている。

光センサー８の形状は、図６に示すように平板上であってもよい。また、光センサー部２０が設けられた側に凹曲した曲面であってもよい。凹曲させることにより、光センサー８の両端部で受光した射出光６の光量が中央部の光量と変わらず、射出光６が入射する光センサー部２０の位置によって受光効率が変わらないという効果を奏する。

また、集光レンズ１７を図６（ａ）のような略楕円形とすることで、集光レンズ１７の長軸方向をＸ方向として、光センサー８を構成する複数の光センサー部２０を集光レンズ１７の長軸方向、即ち前記Ｘ方向に並べた構成とすることができる。

図６（ｂ）は本発明の実施例１に係る位置検出装置の受光部の信号を示した図である。縦軸は受光部５が受光した射出光６を光電変換した光電流値を、横軸は光センサー８内の複数に分割された光センサー部２０のＸ方向の位置を示している。このように光センサー８をＸ方向に分割して設けられた複数の光センサー部２０で構成することで、検出領域２を通過する射出光６は集光レンズ１７を通過する角度によって入射する光センサー部２０が異なるため、指示手段１（図３）が射出光６を遮った影を光センサー部２０が検出することで、射出光６の中のうちどの方向からの光が指示手段１により遮られたのかを検出することができる。図６（ｂ）において、光センサー部２０が出力する光電流値が急減期に減少したＸ方向位置に基づいて、指示手段１が光センサー８から見てどの方向（図３の点線がどの方向からのものか）にあるかを検出できる。

ここで、図３において検出領域２内に指示手段１がある指示座標位置３に存在する時、発光部４から放射状に射出された射出光６の中で、図３の点線で示されたように、一度光反射部７に反射して指示座標位置３を通る光路９ａと、直接指示座標位置３を通る光路９ｂを辿る射出光６が指示手段１に遮光されることになる。射出光６が光路９ａ、９ｂを通る時、受光部５から見て影になるため、その時光センサー部２０が出力する光電流値が小さくなる。

つまり、指示手段１が指示座標位置３を指したことにより影が生じ、その時の光センサー部２０のセンサーの光電流値が図６（ｂ）に示すように低くなるため、二箇所の遮光位置Ｘ１及びＸ２として検出される。この遮光位置Ｘ１及びＸ２は図６（ａ）の光センサー部２０のＸ方向座標位置に対応していて、図３で説明したように、光路９ａ、９ｂと光反射部７の楕円体の長軸とのなす遮光角度θ１とθ２がわかっているため、遮光角度θ１とθ２を検出することができる。このようにして、指示手段１の指示座標位置３を遮光角度θ１、θ２から算出することができる。

図６（ａ）において、集光レンズ１７はレンズ焦点位置ライン１８にある空中像を捉えるように配置するため、光センサー８は必ずしも楕円体の光反射部７の焦点位置に配置していなくてもよく、焦点位置近傍に配置していればよい。集光レンズ１７はレンズ焦点位置ライン１８にある空中像を捉えて光センサー部２０に空中像を結像する機能を有しており、光センサー８は空中像を結像する位置に配置されている。また、集光レンズ１７はレンズ視野範囲１９からの光を捉える画角を有しておりの集光レンズ１７の焦点距離等は特に指定しない。指示手段１としてある幅をもったもの、例えば人の指等の場合では、図６（ｂ）の光電流値に示すようにある幅（遮光半値幅ΔＸ１、遮光半値幅ΔＸ２）をもって電流値が変化する。この遮光半値幅ΔＸ１、遮光半値幅ΔＸ２により、指示手段１の幅、つまり指の大きさを検出することができる。

図７は本発明の実施例１に係る位置検出装置の基本回路構成の概略図である。

但し、当該基本回路構成は、本願のすべての実施例に適用可能なものである。

図７において、位置検出装置は、発光部４を駆動させ、光波、超音波その他の信号を発信させる発光部駆動回路２１と、受光部５からの電気信号を検出する受光部信号検出回路２２とで構成されている。

図６、図７を用いて当該基本回路の動作を説明する。受光部５は発光部４が投光した射出光６を検出し、受光部信号検出回路２２が指示手段１が遮光した時の光センサー部２０から得られた遮光角度θ１と遮光角度θ２の遮光情報を出力し、演算処理部２３で遮光情報を演算し、出力部２４で指示手段１の指示座標位置３を算出して所望のデータとして出力させることができる。

以上、実施例１により指示手段１の指示座標位置３を検出するための位置検出装置を提供できる。尚、位置検出装置の当該効果は以降で説明する実施例においても共通の効果である。

図８は本発明の実施例２に係る位置検出装置の平面概略図である。図３で説明した実施例１に係る位置検出装置では、検出領域２を内包する光反射部７は閉じた楕円体の光反射部７であったが、図８のように、楕円体の光反射部７は、少なくとも楕円の焦点に位置する発光部４と受光部５を結ぶ長軸より下側に設けられていれば、本発明の光反射部７として機能するため、発光部４及び受光部５は検出領域２の外部の他、検出領域２の端部近傍若しくは前記端部と一部重なる位置に設けることが可能である。このように、光反射部７は検出領域２の形状、大きさ等により発光部４と受光部５の位置付近を二つの焦点とする楕円球体の一部分から構成されていてもよい。

図８では、発光部４からの射出光６は検出領域２へ放射状に射出されており、検出領域２のすべての領域をカバーしている。

実施例２では、検出領域２は発光部４、受光部５及び光反射部７のいずれとも交わらず、重複せず、これらを含まない。即ち、検出領域２は発光部４、受光部５及び光反射部７のいずれとも重複しない領域であればよく、指示座標位置３の検出原理は実施例１で説明したものと同様である。

また、図８では検出領域２が矩形形状しているが、これは検出領域２がプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や、電子ペーパー、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置を想定しているためである。この場合、光反射部７がこの矩形形状の任意の三辺の外側に位置して構成されて、残る一辺の外側に発光部４及び受光部５が位置した場合が最も広く検出領域２を構成することができる。

図９は本発明の実施例２に係る位置検出装置の斜視概略図である。図９では検出領域２は省略している。図９に示すように、指示手段１として人の指等を想定した場合、射出光６はある一定の幅（遮光範囲９）をもって遮光される。この場合、指の幅が遮光幅として検出されるため、例えば図６（ｂ）の遮光半値幅ΔＸ１及びΔＸ２として検出され、指示手段１の遮光領域（指の大きさ等）も検出することができる。また、図９に示すように光反射部７はある幅をもった形状であり、これは発光部４と受光部５の位置付近を二つの焦点とする楕円球体の一部からなる。

図１０は本発明の実施例３に係る位置検出装置の発光部の斜視概略図である。

遮光部２５は光源１０からの光が検出領域２の外へ漏れるのを防ぐために設けられている。集光レンズ１７を透過する射出光６のうち、集光レンズ１７の端部を透過して検出領域２から逸脱するものを遮光部２５で遮光することで、迷光によるノイズを低減することができる。

次に、本発明の各構成について詳しく説明する。

指示手段１としては射出光６を遮光するものであればどのようなものでもよい。本発明の位置検出装置を入力デバイスと考えると、代表的なものとしては、人の手や指、ペン状の指示部材等が考えられる。また、本発明の位置検出装置を検出デバイスと考えた場合、指示手段１として射出光６を人が意図せずに遮光するものも考えられる。例えば、検出領域２に付着したゴミ等を検知することも可能である。つまり、指示手段１としては射出光６を遮光するものであればどのようなものでもよい。

検出領域２には指示手段１が接触できるパネル状のものを設置することも可能であり、その場合、前記パネルの表面近くに射出光６を投光させることになる。前記パネルは、図１に示すような自発光型のディスプレイの外枠にひっかける等して取り付ける場合は、ディスプレイ画面の映像を透過させるための透明なものがよく、ガラス板やアクリル板等の透明樹脂板が好適に用いられる。

また、図２に示すような表示ボードに画像投影機器から画像を投影して位置検出する位置検出装置では、特にパネルの材質にはこだわらない。

更に、本発明の位置検出装置では、指示手段１により射出光６を遮光すれば位置を検出することができるので、パネル状のものがなくても構わない。つまり、発光部４、受光部５及び光反射部７で囲まれた空間部を形成し、その空間部において射出光６を遮光するものを検出することができる。

検出デバイスとして本発明の位置検出装置を用いると、指示手段１は射出光６を遮光するものであればどのようなものでもよいことから、例えば、指示手段１として雨粒や飛球体等が考えられる（利用例として図示はしない）。このような場合、光反射部７で囲まれた検出領域２を雨粒や飛球体等が通過する時の通過センサーとして用いることができる。通過する時の大きさ、速度、数、量、方向等の情報を得ることが可能である。

発光部４における光源１０としては射出光６を投光できるものであれば特に限定されるものではない。好適に用いられるものとしてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等がある。波長領域は特に指定しないが、赤外領域の波長を用いると人の目には見えないため、自発光型のディスプレイに取り付ける場合等はディスプレイ画像が見えにくくなることがない。また、可視光を用いると遮光した場所が目視できるという効果がある。

発光部４における集光部１１は特に材料等は規定しないが、ガラスや樹脂等が好適に用いられる。

光反射部７としては発光部４からの射出光６を反射させる機能を有していればよく、ミラーやプリズム等が例として挙げられる。ミラーの形成方法としてはガラスや樹脂等の基材を、金型等を用いて成型し、表面にアルミニウム、スズ、銀、等の金属を蒸着成膜させる方法や、反射テープを貼り付ける等の方法がある。また、ガラスや樹脂等の基材に無電解メッキや銀鏡反応等の化学反応による成膜方法や、反射材料を塗布する方法等がある。

受光部５における光センサー８としては光エネルギーあるいは光信号を電気エネルギーあるいは電気信号に変換する機能を有していればよい。好適に用いられるものとしてはＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を複数含むものや、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサーやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等がある。

受光部５における集光レンズ１７は特に材料等は規定しないが、ガラスや樹脂等が好適に用いられる。

遮光部２５としては光の射出光範囲１４を制限する機能を有していればよく、例えば検出領域２から著しく逸脱する射出光６を制限するフィルタ、または遮光器、光吸収帯等が用いられる。

以上、本発明の位置検出装置で得られた座標位置情報を基に、指示手段１の検出領域２での速度、検出領域２への指示スピード、指示時間、指示の時間間隔等の情報を得ることができ、図７の出力部２４を通じてボタン操作、文字入力、画像選択、画像移動、画像拡大縮小、画像変更、ボタン制御、音声出力、機械制御等の操作を行うことができる。図１は出力部２４としてディスプレイ表示、図２は出力部２４として画像投影プロジェクタを用いた例である。

以上の構成により本発明の位置検出装置を実施することができる。

本発明は、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や電子ペーパー、電子黒板、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置（例えば、いわゆるインタラクティブボード、インタラクティブ電子黒板、インタラクティブ電子ボード等）の表示画面上にある指やペン状の指示手段の位置を検出するための光学式の位置検出装置に関するものである。更に指やペン等により指示した指示座標位置の情報を得ることで、上記した自発光型表示装置、投影型表示装置等のさまざまな機器、事務機器、ＯＡ機器、コンピュータ関連機器の制御や操作を行うことができる。

また、デジタルサイネージ（電子看板）等の映像や情報を表示する広告媒体における人とのインターフェースとしても利用可能である。

１ 指示手段
２ 検出領域
３ 指示座標位置
４ 発光部
５ 受光部
６ 射出光
７ 光反射部
８ 光センサー
９ａ 光路
９ｂ 光路
１０ 光源
１１ 集光部
１２ 平面反射部
１３ 楕円焦点位置
１４ 射出光範囲
１５ 広角レンズ
１６ 見かけの焦点位置
１７ 集光レンズ
１８ レンズ焦点位置ライン
１９ レンズ視野範囲
２０ 光センサー部
２１ 発光部駆動回路
２２ 受光部信号検出回路
２３ 演算処理部
２４ 出力部
２５ 遮光部
２６ 光学ユニット
２７ 光ビーム
２８ 再帰性反射部
２９ レンズ
３０ ハーフミラー
３１ 回転走査部

Claims (6)

1. 指示手段が指示した指示座標位置を検出するため想定された検出領域と、
   楕円球体または楕円体、若しくはそれらの一部を切り取ったものを組み合わせた面からなる枠体であって、その内面を反射材で構成する光反射部と、
   前記検出領域の端部若しくはその近傍にあって前記光反射部の一方の焦点若しくはその近傍に設けられ光を射出する発光部と、
   前記検出領域の端部若しくはその近傍にあって前記光反射部の前記一方の焦点とは異なる他方の焦点若しくはその近傍に設けられ前記発光部から射出され前記光反射部で反射された光を受光する受光部とを備え、
   前記受光部は複数に分割された光センサーからなることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記発光部と前記受光部との間に、前記発光部からの射出光を前記受光部に集光する集光レンズが配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記受光部を構成する複数の光センサーは、前記集光レンズを透過した射出光を検出できる領域をカバーする位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記受光部を構成する複数の光センサーは、前記集光レンズの長軸方向に並べられていることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
5. 前記発光部と前記受光部との間に前記発光部からの射出光を前記位置検出装置の外部に放射されないための遮光部が配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載された前記位置検出装置を備えたことを特徴とするディスプレイまたはインタラクティブボード。