JP2012037262A - 光学式位置検出装置、位置検出機能付き機器および位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物体に向き（方向性）があっても対象物体の位置を精度よく検出することができるとともに、対象物体の向きを検出することのできる光学式位置検出装置、位置検出機能付き機器、および位置検出方法を提供すること。
【解決手段】位置検出機能付き機器１の光学式位置検出装置１０において、複数の光源部１２が検出光Ｌ２を出射した際に対象物体Ｏｂで反射した検出光を受光部３０で検出して対象物体Ｏｂの位置に対応する複数のデータを生成した後、複数のデータが多数データか少数データかを判定する。そして、多数データに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出し、少数データに基づいて対象物体Ｏｂの向きを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置、該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器、および位置検出方法に関するものである。

対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、複数の光源部の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部で検出されるものが提案されている。このような構成の光学式位置検出装置では、例えば、受光部での検出結果に基づいて、複数の光源部同士を差動させて対象物体の位置を検出する（例えば、特許文献１参照）。

特表２００３−５３４５５４号公報の図８

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、対象物体で反射した検出光が受光部で検出された強度に基づいて対象物体の位置を検出するだけである。このため、対象物体に反射率が部分的に異なる部位や対象物体が傾いている場合等、対象物体の向き（方向性）がある場合、位置検出結果に大きな誤差が発生する。また、特許文献１に記載の構成では、対象物体の向きがあってもそれを検出することができないため、利用分野が狭い範囲に限られてしまうという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体の向き（方向性）があっても対象物体の位置を精度よく検出することができるとともに、対象物体の向きを検出することのできる光学式位置検出装置、該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器、および位置検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する複数の光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する受光部と、前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成し、当該３以上のデータのうち、データが密に分布するデータ群に属する多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出し、データが疎に分布するデータ群に属する少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出するデータ処理部と、を有していることを特徴とする。

また、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する位置検出方法であって、検出光を出射する複数の光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する受光部と、を設け、前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成するデータ生成工程と、前記３以上のデータが各々、データが密に分布するデータ群に属する多数データであるか、データが疎に分布するデータ群に属する少数データであるかを判定するデータ判定工程と、前記多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出工程と、前記少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出する向き検出工程と、を有していることを特徴とする。

本発明では、複数の光源部を順次点灯させ、その間、受光部は、対象物体で反射した検出光を受光する。従って、受光部での検出結果を直接用いれば、あるいは受光部での受光結果に基づいて光源部同士を差動させたときの駆動電流を用いれば、対象物体の位置を検出することができる。それ故、光学式位置検出装置および位置検出方法を入力装置および入力方法等として利用することができ、かかる方式によれば、光源部や受光部の数が少なくても高い分解能を得ることができる。ここで、対象物体の特定箇所に他の部分と反射率が異なる部位が存在する等、対象物体に向き（方向性）がある場合、検出結果の一部が異常となってしまう。本発明では、対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成し、複数のデータが各々、データが密に分布するデータ群に属する多数データであるか、データが疎に分布するデータ群に属する少数データであるかを判定する。かかる３以上のデータのうち、多数データは、対象物体の向きに影響されないデータである。従って、多数データに基づいて対象物体の位置を検出すれば、対象物体に向きがあっても、対象物体の位置を正確に検出することができる。また、３以上のデータのうち、少数データは、対象物体の向きに影響されたデータである。従って、少数データが分布する方向を判定すれば、対象物体の向きを検出することができる。それ故、本発明によれば、対象物体の向きがあっても対象物体の位置を精度よく検出することができるとともに、対象物体の向きを検出することができる。

本発明において、前記データ処理部は、前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成するデータ生成部と、前記３以上のデータが各々、前記多数データであるか、前記少数データであるかを判定するデータ判定部と、前記多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出する向き検出部と、を備えている構成を採用することができる。

本発明において、前記データ処理部は、予め設定された複数の区域の各々に含まれる前記データの数を判定し、データ数が最大となった区域に位置するデータを前記多数データと判定し、他の区域に位置するデータを前記少数データと判定する構成を採用することができる。

本発明において、前記データ処理部は、前記少数データが存在しないとき、あるいは、前記少数データが等方的に分散しているとき、前記対象物体に方向性がないと判定することが好ましい。

本発明において、前記データ処理部については、前記対象物体の向きとして、例えば、当該対象物体において反射率が当該対象物体の他の部分と異なる部分の向きを検出する構成を採用することができる。かかる構成によれば、対象物体の特定箇所に他の部分と反射率が異なる部位が存在する場合、かかる部位の向きを入力情報として利用することができる。

本発明において、前記データ処理部は、前記対象物体の向きとして、前記対象物体が延在している向きを検出するように構成してよい。かかる構成によれば、対象物体が延在する方向を検出することができるので、対象物体が延在する方向を入力情報として利用することができる。

本発明において、前記複数の光源部は、３つ以上であり、前記データ処理部は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記複数の光源部のうち、一部の光源部と他の一部の光源部とを組み合わせを変えて差動させた結果に基づいて、前記３以上のデータを生成する構成を採用することができる。このような差動を用いれば、環境光等の影響を自動的に補正することができる。

本発明において、前記出射空間を介さずに前記受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、前記複数の光源部は、３つ以上であり、前記データ処理部は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記複数の光源部のうち、一部の光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた結果に基づいて、前記３以上のデータを生成する構成を採用してもよい。このような差動を用いれば、環境光等の影響を自動的に補正することができる。

本発明を適用した光学式位置検出装置については、視認面を備えた視認面構成部材を有する位置検出機能付き機器に用いることができる。

本発明において、前記視認面構成部材としては、画像を表示する直視型画像生成装置を用いることができ、この場合、前記視認面は、前記直視型画像生成装置において前記画像が表示される画像表示面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付き直視型表示装置として構成することができる。

本発明において、前記視認面構成部材としては、情報が視認されるスクリーンを用いることができ、この場合、前記視認面は、前記スクリーンにおいて前記情報が視認されるスクリーン面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付きスクリーン装置として構成することができる。

本発明において、前記視認面構成部材としては、展示品を覆う透光部材を用いることができ、この場合、前記視認面は、前記視認面構成部材において前記展示品が配置される側とは反対側で当該展示品が視認される面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付きショーウインドウ等として構成することができる。

本発明において、前記視認面構成部材としては、移動する遊技用媒体を支持する基盤を備えている構成を採用でき、この場合、前記視認面は、前記基盤において前記遊技用媒体が視認される側の面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器をパチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器として構成することができる。

本発明を適用した位置検出機能付き機器の主要部を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き機器の光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置において、対象物体の位置に対応する複数のデータを生成する方法を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置において、対象物体の位置に対応する複数のデータが多数データか少数データかを判別する方法を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置において、対象物体の向きを検出した結果の利用例を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置において、対象物体の向きを検出した結果の別の利用例を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置に参照用光源を用いた場合の構成例を示す説明図である。 図７に示す光学式位置検出装置において、検出光と参照用光源から出射される参照光との差動を利用して対象物体の位置を検出する原理を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き直視型表示装置（位置検出機能付き機器）の分解斜視図である。 本発明を適用した位置検出機能付きスクリーン装置（位置検出機能付き機器）の説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付きウインドウ（位置検出機能付き機器）の説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付きアミューズメント機器（位置検出機能付き機器）の説明図である。 本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置（位置検出機能付き機器）の説明図である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、検出光の出射方向をＺ軸方向として説明する。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。

［位置検出機能付き機器の構成］
（全体構成）
図１は、本発明を適用した位置検出機能付き機器の主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き機器の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図２は、本発明を適用した位置検出機能付き機器の光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。

図１および図２において、本形態の位置検出機能付き機器１は、情報が視認される視認面４１を備えた透光性の視認面構成部材４０と、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０とを有しており、後述する位置検出装置付き表示装置等として利用される。

光学式位置検出装置１０は、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光Ｌ２を出射する複数の光源部１２を備えた光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する受光部３０とを備えている。視認面構成部材４０は、光源部１２および受光部３０に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１に位置するシート状あるいは板状の透光部材からなる。従って、光源部１２は、視認面構成部材４０において視認面４１側とは反対側の裏面４２側から視認面４１側に検出光Ｌ２を出射し、受光部３０は、対象物体Ｏｂで反射して視認面構成部材４０の裏面４２側に透過してきた検出光Ｌ３を検出する。このため、受光部３０の受光面３１は、視認面構成部材４０の裏面４２に対向している。

光源装置１１は、複数の光源部１２として、３つ以上の光源部を備えており、本形態において、光源部１２の数は５つである。より具体的には、光源装置１１は、複数の光源部１２として、視認面構成部材４０の裏面４２側に、第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂ、第３光源部１２Ｃ、第４光源部１２Ｄおよび第５光源部１２Ｅを備えており、これらの光源部１２はいずれも、発光部１２０ａ〜１２０ｅを視認面構成部材４０に向けている。従って、光源部１２から出射された検出光Ｌ２は、視認面構成部材４０を透過して、視認面４１側（光源装置１１からの検出光Ｌ２の検出光出射空間）に出射され、本形態では、かかる検出光出射空間（視認面４１側の空間）によって、対象物体Ｏｂの位置が検出される検出空間１０Ｒが構成されている。

第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂ、第３光源部１２Ｃおよび第４光源部１２Ｄは、検出空間１０Ｒ（Ｚ軸方向）からみたとき、四角形の角に相当する位置に配置され、第５光源部１２Ｅは、第１光源部１２Ａと第２光源部１２Ｂとの間に配置されている。第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂおよび第５光源部１２Ｅは、Ｘ軸方向にずれており、Ｙ軸方向では略同一位置にある。第３光源部１２Ｃおよび第４光源部１２Ｄは、第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂおよび第５光源部１２Ｅに対してＹ軸方向でずれた位置でＸ軸方向にずれており、第３光源部１２Ｃと第４光源部１２ＤとはＹ軸方向では略同一位置にある。

本形態において、光源部１２（第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂ、第３光源部１２Ｃ、第４光源部１２Ｄおよび第５光源部１２Ｅ）はいずれも、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子により構成され、本形態において、光源部１２はいずれも、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅ）を発散光として放出する。本形態では、対象物体Ｏｂが指先等であることが多いことから、検出光Ｌ２として、対象物体Ｏｂ（人体）での反射率が高い波長域の赤外光（８４０〜９２０ｎｍ程度の近赤外光）が用いられている。

受光部３０は、視認面構成部材４０に受光面３１を向けたフォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、受光部３０は赤外域の感度ピークを備えたフォトダイオードである。本形態において、受光部３０は、検出領域１０Ｒの外側に配置されている。より具体的には、受光部３０は、第１光源部１２Ａ、第２光源部１２Ｂおよび第５光源部１２Ｅを結ぶ線よりもＹ軸方向の一方側に配置され、第５光源部１２Ｅに近接する位置にある。

（位置検出部等の構成）
図２に示すように、光源装置１１は複数の光源部１２を駆動する光源駆動部１４を備えている。光源駆動部１４は、光源部１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の光源部１２の各々の点灯を制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、第１光源部１２Ａ〜第５光源部１２Ｅを駆動する光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｅを備えており、光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｅの全てを制御する。

受光部３０にはデータ処理部５０が電気的に接続されており、受光部３０での検出結果はデータ処理部５０に出力される。データ処理部５０は、受光部３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出するための信号処理を行う信号処理部５５（信号処理回路）を備えており、かかる信号処理部５５は、増幅器や比較器等を備えている。

また、データ処理部５０は、複数の光源部１２が順次点灯した際の受光部３０での受光結果に基づいて検出空間１０Ｒ（出射空間）における対象物体Ｏｂの位置に対応する３以上のデータを生成するデータ生成部５１と、３以上のデータが各々、データが密に分布するデータ群に属する多数データであるか、データが疎に分布するデータ群に属する少数データであるかを判定するデータ判定部５２とを備えている。また、データ処理部５０は、多数データに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する位置検出部５３と、少数データに基づいて対象物体Ｏｂの向きを検出する向き検出部５４とを備えている。

本形態において、データ処理部５０のデータ生成部５１は、後述するように、受光部３０での受光結果に基づいて複数の光源部１２を組み合わせを変えて差動させ、かかる差動結果に基づいて、検出空間１０Ｒ（出射空間）における対象物体Ｏｂの位置に対応する３以上のデータを生成する。データ判定部５２は、予め設定された複数の区域の各々に含まれるデータの数を判定し、データ数が最大となった区域に位置するデータを多数データと判定し、他の区域に位置するデータを少数データと判定する。位置検出部５３は、多数データの平均値を求め、かかる平均値を対象物体Ｏｂの位置として特定する。また、向き検出部５４は、多数データが位置する区域に対して少数データが分布する方向を検出し、かかる方向を対象物体Ｏｂの向きとして特定する。その際、向き検出部５４は、全てのデータが特定の区域内に存在し、少数データが存在しないときには、対象物体Ｏｂに向き（方向性）がないと判定する。また、向き検出部５４は、多数データが存在する区域の周りに少数データが等方的に分散しているとき、対象物体Ｏｂに向き（方向性）がないと判定する。ここでいう「等方性」とは、例えば、少数データを平均した際、かかる平均値が、多数データが存在する区域内に位置する場合である。

このように構成したデータ処理部５０と光源駆動部１４とは連動して動作し、後述する位置検出を行なう。データ処理部５０において、データ生成部５１、データ判定部５２、位置検出部５３および向き検出部５４としてはマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。

（座標の基本的な検出原理）
本形態の光学式位置検出装置１０において、データ処理部５０は、光源部１２同士の差動により、２つの光源部１２のうちの一方の光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離と、他方の光源部１２と対象物体Ｏｂとの距離の比を求め、かかる比に対応して２つの光源部１２を基準にして設定される等比線に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。例えば、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃの差動を利用して対象物体Ｏｂの位置情報を得るには、第１光源部１２Ａを点灯させる一方、第３光源部１２Ｃを消灯させる。次に、第１光源部１２Ａを消灯させる一方、第３光源部１２Ｃを点灯させる。従って、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が受光部３０により検出される。その際、受光部３０での受光強度は、対象物体Ｏｂの位置に対応する値となる。それ故、第１光源部１２Ａを点灯させた際の受光部３０と、第３光源部１２Ｃを点灯させた際の受光部３０の受光強度が等しくなるように、第１光源部１２Ａに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流と、第３光源部１２Ｃに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流との比や調整量の比等を用いれば、ＸＹ平面内に第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃとを基準にした等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

同様に、第２光源部１２Ｂを点灯させた際の受光部３０と、第４光源部１２Ｄを点灯させた際の受光部３０の受光強度が等しくなるように、第２光源部１２Ｂに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流と、第４光源部１２Ｄに対する制御量（駆動電流）を調整した際の駆動電流との比や調整量の比等を用いれば、ＸＹ平面内に第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとを基準にした等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

よって、第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃとの差動により得た等比線と、第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとの差動により得た等比線との交点を求めれば、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を得ることができる。

かかる等比線は、光源部１２から出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して受光部３０に到る距離関数に着目して取得することができ、かかる取得方法を以下に説明する。まず、各パラメーターを以下
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率
Ａ_t＝第１光源部１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａが対象物体Ｏｂで
反射して受光部３０に到る距離関数
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１光源部１２Ａ
が点灯したときの受光部３０の検出強度
Ｃ_t＝第３光源部１２Ｃから出射された検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで
反射して受光部３０に到る距離関数
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３光源部１２Ｃ
が点灯したときの受光部３０の検出強度
とする。なお、第１光源部１２Ａおよび第３光源部１２Ｃの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を１とする。また、上記の差動において、受光部３０での受光強度が等しくなったときの第１光源部１２Ａに対する駆動電流をＩ_Aとし、第３光源部１２Ｃに対する駆動電流をＩ_Cとする。

検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
Ａ＝Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＋環境光 ・・式（１）
Ｃ＝Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C＋環境光 ・・式（２）
の関係が得られる。

ここで、差動の際の受光部３０の検出強度は等しいことから、式（１）、（２）から下式
Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＋環境光＝Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C＋環境光
Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＝Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C・・式（３）
が導かれる。

また、距離関数Ａ_t、Ｃ_tの比Ｐ_ACは、下式
Ｐ_AC＝Ａ_t／Ｃ_t・・式（４）
で定義されることから、式（３）、（４）から、距離関数の比Ｐ_ACは
Ｐ_AC＝Ｉ_C／Ｉ_A・・式（５）
で示すように表される。かかる式（５）では、環境光の項が存在しない。また、対象物体Ｏｂの部位にかかわらず、反射率が一定であれば、対象物体Ｏｂの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数Ａ_t、Ｃ_tの比Ｐ_ACには、環境光、対象物体Ｏｂの反射率が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した検出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。

ここで、光源部１２は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２乗に反比例する。従って、第１光源部１２Ａから対象物体Ｏｂを経て受光部３０に至る離間距離Ｐ１と、第３光源部１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て受光部３０に至る離間距離Ｐ２との比は、下式
Ｐ_AC＝（Ｐ１）²：（Ｐ２）²
により求められる。それ故、ＸＹ平面内において第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃを基準にして比Ｐ１：Ｐ２に対応する等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

同様に、第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとを差動させて、第２光源部１２Ｂと対象物体Ｏｂとの距離と、第４光源部１２Ｄと対象物体Ｏｂとの距離の比を求めれば、ＸＹ平面内において第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄを基準にして等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

よって、第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃとの差動により得た等比線と、第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとの差動により得た等比線との交点を求めれば、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を得ることができる。

（本形態における対象物体Ｏｂの位置の検出方法）
図３は、本発明を適用した位置検出機能付き機器１に用いた光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂの位置に対応する複数のデータを生成する方法を示す説明図である。図４は、本発明を適用した位置検出機能付き機器１に用いた光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂの位置に対応する複数のデータが多数データか少数データかを判別する方法を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、全てのデータが多数データである場合の説明図、多数データに対して一方方向に少数データが分散している場合の説明図、および多数データの周りに少数データが等方的に分布している場合の説明図である。なお、図４では、データ同士が重なっているので、点の数はデータの数より少なく表されている。

本形態では、上記の方法で対象物体Ｏｂの位置を検出するにあたって、データ生成工程において、データ生成部５１は、信号処理部５５によって２つの光源部１２を組み合わせを変えて差動させ、対象物体Ｏｂの位置に対応する３以上のデータを生成する。

より具体的には、まず、図３（ａ）〜（ｊ）に示すように、２つの光源部１２を、以下のように、組み合わせを変えて差動させ、ＸＹ平面内に２つの光源部１２を基準にした等比線を求める。
図３（ａ）：第１光源部１２Ａ−第５光源部１２Ｅ・・等比線Ｌ_A-E
図３（ｂ）：第３光源部１２Ｃ−第４光源部１２Ｄ・・等比線Ｌ_C-D
図３（ｃ）：第４光源部１２Ｄ−第５光源部１２Ｅ・・等比線Ｌ_D-E
図３（ｄ）：第２光源部１２Ｂ−第３光源部１２Ｃ・・等比線Ｌ_B-C
図３（ｅ）：第１光源部１２Ａ−第４光源部１２Ｄ・・等比線Ｌ_A-D
図３（ｆ）：第２光源部１２Ｂ−第５光源部１２Ｅ・・等比線Ｌ_B-E
図３（ｇ）：第３光源部１２Ｃ−第５光源部１２Ｅ・・等比線Ｌ_C-E
図３（ｈ）：第１光源部１２Ａ−第２光源部１２Ｂ・・等比線Ｌ_A-B
図３（ｉ）：第２光源部１２Ｂ−第４光源部１２Ｄ・・等比線Ｌ_B-D
図３（ｊ）：第１光源部１２Ａ−第３光源部１２Ｃ・・等比線Ｌ_A-C

そして、上記の等比線のうち、任意の２つの等比線の組み合わせを変えて、交点を求める。例えば、第３光源部１２Ｃと第４光源部１２Ｄとの差動により求めた等比線Ｌ_C-Dと、第４光源部１２Ｄと第５光源部１２Ｅとの差動により求めた等比線Ｌ_D-Eとの交点を求めた後、等比線の組み合わせを変えて、交点を求める。本形態では、１０本の等比線が得られるので、最大で４５個の交点を求めることができ、かかる交点は、対象物体Ｏｂの位置に対応するデータである。なお、利用するデータの数については多いほど精度が向上するが、処理に長い時間がかかる。従って、後述する多数データと少数データとを得ることができるデータ数であれば、データの数については３個以上、４５個未満であってもよい。

次に、データ判定工程において、データ処理部５０のデータ判定部５２は、上記のデータが各々、データが密に分布するデータ群に属する多数データであるか、データが疎に分布するデータ群に属する少数データであるかを判定する。なお、データの疎密は、データ群間の相対的な密度である。かかる判定には、図４（ａ）に示すように、予め設定された複数の区域Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃・・の各々に含まれるデータの数を判定し、データ数が最大となった区域Ｒ_stに位置するデータを多数データと判定し、他の区域に位置するデータを少数データと判定する。より具体的には、ＸＹ平面内における解像度を所定の数に分割した各区域Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃・・内に位置するデータの数を判定する。かかる判定において、対象物体Ｏｂに部分的に反射率が高い部位が存在しない等、対象物体Ｏｂの部位にかかわらず、反射率が一定であれば、対象物体Ｏｂに向きが存在しない。従って、図４（ａ）に示すように、複数の区域Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃・・のうちの１つの区域Ｒ_st内にデータが含まれることになる。このような場合、全てのデータが多数データとなり、少数データが存在しないことになる。

次に、位置検出工程では、データ処理部５０の位置検出部５３は、多数データに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、多数データの平均値を求め、かかる平均値を対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）とする。なお、隣接する複数の区域に跨ってデータが分布し、隣接する区域におけるデータの数が同数の場合、位置検出部５３は、例えば、これらの区域内に位置するデータ全てを多数データとして対象物体Ｏｂの位置を検出する。

次に、向き検出工程では、データ処理部５０の向き検出部５４は、少数データに基づいて対象物体の向きを検出する。但し、図４（ａ）に示す結果では、少数データが存在しない。それ故、対象物体Ｏｂに部分的に反射率が高い部位が存在しない等、対象物体Ｏｂに向きがないことを検出することができる。

（対象物体Ｏｂに向きがある場合）
次に、対象物体Ｏｂに反射率が高い部位が存在する場合として、図３に示すように、対象物体Ｏｂにおいて第１光源部１２Ａが位置する側に爪やマニキュアに起因する高反射率の部位Ｏｂ₀が存在する場合を説明する。すなわち、対象物体Ｏｂが指先であって、指先が視認面構成部材４０に略垂直な姿勢にある場合、対象物体Ｏｂ（指先）のうち、爪が位置する部位は、指先の他の部位よりも検出光Ｌ２の反射率が高い部位Ｏｂ₀となる。従って、光源部１２から出射された検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射して受光部３０で検出される際、第１光源部１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａの中心光軸は、反射率が高い部位Ｏｂ₀を経由して受光部３０に至ることになる。

従って、データ生成工程において、データ処理部５０のデータ生成部５１が、２つの光源部１２を組み合わせを変えて差動させ、等比線を求める際、図３（ａ）、（ｅ）、（ｈ）、（ｊ）に示す検出光Ｌ２ａ（第１光源部１２Ａから出射された検出光）は、対象物体Ｏｂでの反射率が、他の検出光Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｅよりも大となる。このため、受光部３０での検出光Ｌ２ａの検出強度は、対象物体Ｏｂの実際の位置に対応する強度よりも大となり、等比線Ｌ_A-E、Ｌ_A-D、Ｌ_A-B、Ｌ_A-Cは誤差を含んだ位置を通ることになる。それ故、２つの等比線の組み合わせを変えて交点（対象物体Ｏｂの位置に対応するデータ）を求めた際、等比線Ｌ_A-E、Ｌ_A-D、Ｌ_A-B、Ｌ_A-Cを用いて得たデータは、図４（ｂ）に示すように、第１光源部１２Ａが位置する側（Ｘ軸方向の一方側Ｘ１かつＹ軸方向の一方側Ｙ１）に分布する。

従って、次のデータ判定工程において、データ処理部５０のデータ判定部５２によって、上記のデータが各々、多数データであるか少数データであるかを判定すると、図４（ｂ）に示すように、交点を求めるのに用いた２つの等比線のいずれもが等比線Ｌ_A-E、Ｌ_A-D、Ｌ_A-B、Ｌ_A-C以外である場合、２つの等比線の交点は、複数の区域Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃・・のうちの１つの区域Ｒ_st内に含まれ、多数データとなる。これに対して、交点を求めるのに用いた２つの等比線の少なくとも一方が等比線Ｌ_A-E、Ｌ_A-D、Ｌ_A-B、Ｌ_A-Cである場合、交点の位置は誤差を含んだ値となるので、多数データが位置する区域Ｒ_stとは異なる区域に少数データとして分散する。

次に、位置検出工程において、データ処理部５０の位置検出部５３は、区域Ｒ_st内に位置する多数データに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。より具体的には、位置検出部５３は、区域Ｒ_st内に位置する多数データの平均値を求め、かかる平均値を対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）とする。

また、向き検出工程において、データ処理部５０の向き検出部５４は、少数データに基づいて対象物体の向きを検出する。より具体的には、多数データが位置する区域Ｒ_stからみて、少数データがいずれの方向に分散しているかを検出し、少数データが分散している方向に、対象物体Ｏｂにおいて反射率が高い部位Ｏｂ₀が存在すると判定する。例えば、少数データの平均値を求め、かかる平均値が、多数データが位置する区域Ｒ_stからみて、いずれの方向に位置しているかを検出し、平均値が位置する方向に、対象物体Ｏｂにおいて反射率が高い部位Ｏｂ₀が存在すると判定する。本形態では、図４（ｂ）に示すように、多数データが位置する区域Ｒ_stからみて、第１光源部１２Ａが位置する側（Ｘ軸方向の一方側Ｘ１、かつ、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１）に少数データが分散しているので、対象物体Ｏｂにおいて第１光源部１２Ａが位置する側に、反射率が高い部位Ｏｂ₀が存在すると判定することができる。

なお、隣接する２つの区域に跨ってデータが分布する結果、多数データが位置する区域Ｒ_stに隣接する区域のみに少数データが存在する場合、少数データが対象物体Ｏｂの向きと無関係である可能性があるので、向き検出部５４は、対象物体Ｏｂに向きがないと判定するとともに、その結果の信頼度が低い旨の報知を行う。

また、対象物体Ｏｂにおいて反射率が高い部位が存在せず、対象物体Ｏｂに向きがない場合でも、図４（ｃ）に示すように、多数データが存在する区域Ｒ_stの周りに少数データが等方的に分布することがある。このような場合、少数データの平均値は、多数データが位置する区域Ｒ_st内に位置することになるので、データ処理部５０の向き検出部５４は、対象物体Ｏｂにおいて反射率が高い部位Ｏｂ₀が存在せず、対象物体Ｏｂに向きがないと検出することができる。

（対象物体Ｏｂの向き検出結果の利用例）
図５は、本発明を適用した位置検出機能付き機器１に用いた光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂの向きを検出した結果の利用例を示す説明図である。

上記のように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出方法によれば、対象物体Ｏｂの位置に加えて、向きを検出することができる。このため、図５（ａ）に実線で示す向きで対象物体Ｏｂ（指先）による入力が行われたか、図５（ａ）に点線で示す向きで対象物体Ｏｂ（指先）による入力が行われたかを判別することができる。従って、図５（ａ）に実線で示す向きでの対象物体Ｏｂによる入力と、図５（ａ）に点線で示す向きでの対象物体Ｏｂによる入力とを各々、異なる入力として検出することができる。それ故、２つの対象物体Ｏｂによる入力を行うことができるので、向かい合った２人の利用者が各々入力した場合、いずれの利用者による入力かを判別することができる。

また、図５（ａ）に実線で示す向きの対象物体Ｏｂによる入力を許容し、図５（ａ）に点線で示す向きの対象物体Ｏｂによる入力を排除するという利用形態を実現することもできる。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器１をカーナビゲーション装置として構成した場合、助手席に座った者の入力を許容し、運転席に座った者の入力を排除する形態を実現することができる。

さらに、図５（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂを回転させた際、対象物体Ｏｂの向きが回転するので、対象物体Ｏｂの回転方向や回転速度を入力情報として利用することもできる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出方法では、複数の光源部１２を順次点灯させ、その間、受光部３０は、対象物体Ｏｂで反射した検出光を受光する。そして、受光部３０を介して光源部１２同士を差動させたときの駆動電流の比等を用いて、対象物体Ｏｂの位置を検出する。それ故、光学式位置検出装置１０および位置検出方法を入力装置および入力方法等として利用することができ、かかる方式によれば、光源部や受光部の数が少なくても高い分解能を得ることができる。

ここで、対象物体Ｏｂの特定箇所に他の部分と反射率が異なる部位Ｏｂ₀があって対象物体Ｏｂに向き（方向性）がある場合、検出結果の一部が異常となってしまう。本形態では、対象物体Ｏｂの位置に対応する３以上のデータを生成し、かかる３以上のデータのうち、多数データは、対象物体Ｏｂの向きに影響されないデータである。従って、多数データに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出すれば、対象物体Ｏｂに向きがあっても、対象物体Ｏｂの位置を正確に検出することができる。また、３以上のデータのうち、少数データは、対象物体Ｏｂの向きに影響されたデータである。従って、少数データが分布する位置に基づいて対象物体Ｏｂの向きを検出することができる。それ故、本形態によれば、対象物体Ｏｂの向きがあっても対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができるとともに、対象物体Ｏｂの向きを検出することができる。

また、本形態では、２つの光源部１２での差動、あるいは光源部１２と参照用光源１２Ｒとの差動を利用しているため、環境光等の影響を自動的に補正することができる。

さらに、複数の光源部１２と受光部３０とは、視認面構成部材４０に対して同一の側に配置されているので、光学式位置検出装置１０の小型化を図ることができる。

また、本形態において、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。このため、本形態の光学式位置検出装置１０を搭載した機器において情報を表示する場合でも、情報の視認を検出光が妨げないという利点がある。

なお、上記実施の形態では、対象物体Ｏｂに高反射率の部位Ｏｂ₀が存在する場合を例に説明したが、反射率が低い部位が存在する場合でも、上記と同様な方法で検出することができる。また、対象物体Ｏｂにおいて形状が他の部分と相違することに起因する向きが存在する場合でも、上記と同様な方法で検出することができる。

（対象物体Ｏｂの向き検出結果の別の利用例）
図６は、本発明を適用した位置検出機能付き機器１に用いた光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂの向きを検出した結果の別の利用例を示す説明図である。

上記実施の形態では、対象物体Ｏｂに爪やマニキュアに起因する高反射率の部位Ｏｂ₀が存在する場合に高反射率の部位Ｏｂ₀の向きを検出したが、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出方法によれば、指先等の対象物体Ｏｂの延在方向を向きとして検出することができる。

より具体的には、図６（ａ）に示すように、指先等の対象物体Ｏｂが大きく傾斜している場合、対象物体Ｏｂの延在方向では、対象物体Ｏｂの側面での反射の有無に起因する向きが発生するので、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出方法によれば、指先等の対象物体Ｏｂの延在方向を向きとして検出することができる。

このため、図６（ｂ）に実線で示す向きで対象物体Ｏｂによる入力が行われたか、図６（ｂ）に点線で示す向きで対象物体Ｏｂによる入力が行われたかを判別することができる。従って、図６（ｂ）に実線で示す向きでの対象物体Ｏｂによる入力と、図６（ｂ）に点線で示す向きでの対象物体Ｏｂによる入力とを各々、異なる入力として検出することができる。それ故、２つの対象物体Ｏｂによる入力を行うことができるので、向かい合った２人の利用者が各々入力した場合、いずれの利用者による入力かを判別することができる。

また、図６（ｂ）に実線で示す向きの対象物体Ｏｂによる入力を許容し、図６（ｂ）に点線で示す向きの対象物体Ｏｂによる入力を排除するという利用形態を実現することもができる。

さらに、図６（ｃ）に示すように、対象物体Ｏｂを回転させた際、対象物体Ｏｂの向きが回転するので、対象物体Ｏｂの回転方向や回転速度を入力情報として利用することもできる。

［参照用光源を用いた場合の構成例］
図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０に参照用光源を用いた場合の構成例を示す説明図である。図８は、図７に示す光学式位置検出装置１０において、検出光Ｌ２と参照用光源から出射される参照光との差動を利用して対象物体Ｏｂの位置を検出する原理を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離と検出光Ｌ２等の受光強度との関係を示す説明図、および光源への駆動電流を調整した後の様子を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、図１〜図６を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図７に示すように、本形態の位置検出機能付き機器１も、図１〜図６を参照して説明した形態と同様、情報が視認される視認面４１を備えた透光性の視認面構成部材４０と、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０とを有しており、後述する位置検出装置付き表示装置等として利用される。光学式位置検出装置１０は、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光Ｌ２を出射する複数の光源部１２を備えた光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する受光部３０とを備えている。光源装置１１は、複数の光源部１２として、４つ以上の光源部を備えており、本形態において、光源部１２の数は５つである。

また、光源装置１１は、受光部３０に発光部１２０ｒを向けた参照用光源１２Ｒも備えている。このため、図２を参照して説明した光源駆動回路１４０は、参照用光源１２Ｒに対する駆動回路を備えている。

ここで、参照用光源１２Ｒは、光源部１２と同様、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、参照用光源１２Ｒは、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる参照光Ｌｒを発散光として放出する。但し、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは、参照用光源１２Ｒの向きや、参照用光源１２Ｒに設けられる遮光カバー（図示せず）等によって、視認面構成部材４０の視認面４１側（検出空間１０Ｒ）に入射せず、検出空間１０Ｒを介さずに受光部３０に入射するようになっている。

本形態の光学式位置検出装置１０においては、検出光同士の直接的な差動に代えて、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差動と、検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの差動とを利用し、最終的に、検出光同士を直接、差動させた結果と同様な結果を導く。ここで、検出光Ｌ２ａと参照光Ｌｒとの差動、および検出光Ｌ２ｃと参照光Ｌｒとの差動は、以下のようにして実行される。

図８（ａ）に示すように、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態においては、第１光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまで距離と、受光部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄ_aとは、実線ＳＡで示すように単調に変化する。これに対して、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの受光部３０での検出強度は、実線ＳＲで示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。従って、受光部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄ_aと、受光部３０での参照光Ｌｒの検出強度Ｄ_rとは、相違している。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１光源部１２Ａに対する駆動電流、および参照用光源１２Ｒに対する駆動電流のうちの少なくとも一方を調整し、受光部３０での検出光Ｌ２ａの受光強度Ｄ_aと、参照光Ｌｒの受光部３０での検出強度Ｄ_rとを一致させる。このような差動は、参照光Ｌｒと検出光Ｌ２ａとの間で行なわれるとともに、参照光Ｌｒと検出光Ｌ２ｃとの間でも行なわれる。従って、受光部３０での検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃの検出結果と、受光部３０での参照光Ｌｒの検出結果とが等しくなった時点での第１光源部１２Ａに対する駆動電流と、第３光源部１２Ｃに対する駆動電流との比を求めることができる。それ故、第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃとの間のいずれの位置に対象物体Ｏｂが存在するかを検出できることになる。

上記の検出原理を光路関数を用いて数理的に説明すると、以下のようになる。まず、各パラメーターを以下
Ｔ＝対象物体Ｏｂの反射率
Ａ_t＝第１光源部１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａが対象物体Ｏｂで
反射して受光部３０に到る距離関数
Ａ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第１光源部１２Ａ
が点灯したときの受光部３０の検出強度
Ｃ_t＝第３光源部１２Ｃから出射された検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで
反射して受光部３０に到る距離関数
Ｃ＝検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で第３光源部１２Ｃ
が点灯したときの受光部３０の検出強度
Ｒ_s＝参照用光源１２Ｒから受光部３０に到る距離関数
Ｒ＝参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの受光部３０の検出強度
とする。なお、第１光源部１２Ａ、第３光源部１２Ｃおよび参照用光源１２Ｒの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を１とする。また、上記の差動において、受光部３０での受光強度が等しくなったときの第１光源部１２Ａに対する駆動電流をＩ_Aとし、第３光源部１２Ｃに対する駆動電流をＩ_Cとし、参照用光源１２Ｒに対する駆動電流をＩ_Rとする。また、差動の際、参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの受光部３０の検出強度については、第１光源部１２Ａとの差動、および第３光源部１２Ｃとの差動において同一と仮定する。

検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
Ａ＝Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＋環境光 ・・式（６）
Ｃ＝Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C＋環境光 ・・式（７）
Ｒ＝Ｒ_s×Ｉ_R＋環境光 ・・式（８）
の関係が得られる。

ここで、差動の際の受光部３０の検出強度は等しいことから、式（６）、（８）から下式
Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＋環境光＝Ｒ_s×Ｉ_R＋環境光
Ｔ×Ａ_t×Ｉ_A＝Ｒ_s×Ｉ_R
Ｔ×Ａ_t＝Ｒ_s×Ｉ_R／Ｉ_A・・式（９）
が導かれ、式（７）、（８）から下式
Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C＋環境光＝Ｒ_s×Ｉ_R＋環境光
Ｔ×Ｃ_t×Ｉ_C＝Ｒ_s×Ｉ_R
Ｔ×Ｃ_t＝Ｒ_s×Ｉ_R／Ｉ_C・・式（１０）
が導かれる。

また、距離関数Ａ_t、Ｃ_tの比Ｐ_ACは、下式
Ｐ_AC＝Ａ_t／Ｃ_t・・式（１１）
で定義されることから、式（９）、（１０）から、距離関数の比Ｐ_ACは
Ｐ_AC＝Ｉ_C／Ｉ_A・・式（１２）
で示すように表される。かかる式（１２）では、環境光の項が存在しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Ｏｂで反射せずに入射した検出光Ｌ２の影響等を相殺するための補正等を行なってもよい。また、第１光源部１２Ａとの差動と、第３光源部１２Ｃとの差動とにおいて、参照用光源１２Ｒのみが点灯したときの受光部３０の検出強度を異なる値に設定した場合でも、基本的には同様な原理が成り立つ。

ここで、光源部１２は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の２乗に反比例する。従って、第１光源部１２Ａから対象物体Ｏｂを経て受光部３０に至る離間距離Ｐ１と、第３光源部１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て受光部３０に至る離間距離Ｐ２との比は、下式
Ｐ_AC＝（Ｐ１）²：（Ｐ２）²
により求められる。それ故、ＸＹ平面内において第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃを基準にして比Ｐ１：Ｐ２に対応する等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

同様に、第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとを差動させて、第２光源部１２Ｂと対象物体Ｏｂとの距離と、第４光源部１２Ｄと対象物体Ｏｂとの距離の比を求めれば、ＸＹ平面内において第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄを基準にして等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Ｏｂが位置することになる。

よって、第１光源部１２Ａと第３光源部１２Ｃとの差動により得た等比線と、第２光源部１２Ｂと第４光源部１２Ｄとの差動により得た等比線との交点を求めれば、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を得ることができる。また、他の組み合わせによって、光源部１２同士を差動させれば、光源部１２の組み合わせに対応する等比線が求まる。それ故、等比線の組み合わせを変えて交点を求めれば、対象物体Ｏｂの位置に対応するデータを生成することができる。

このような構成によれば、光源部１２と参照用光源１２Ｒとの差動を利用しているため、環境光等の影響を自動的に補正することができる。

［他の実施形態］
上記実施の形態では、光源部１２の同士を差動させる際、複数の光源部１２のうちの１つと、他の１つとを交互に点灯させたが、複数の光源部１２のうちの２つと、他の２つを交互に点灯させてもよい。また、上記実施の形態では、光源部１２と参照用光源１２Ｒとを差動させる際、複数の光源部１２のうちの１つと参照用光源１２Ｒとを交互に点灯させたが、複数の光源部１２のうちの２つと参照用光源１２Ｒとを交互に点灯させた後、別の２つと参照用光源１２Ｒとを交互に点灯させてもよい。

上記実施の形態では、光源部１２が５つの例であったが、光源部の数は４つ以上であれば、差動方式を作用した場合でも、３つ以上のデータを生成することができるので、多数データと少数データとを得ることができる。

上記実施の形態では、複数の光源部１２から出射される検出光Ｌ２の中心光軸が視認面構成部材４０に垂直であったが、複数の光源部１２から出射される検出光Ｌ２の中心光軸が認面構成部材４０に沿う方向に設定されていてもよい。

上記実施の形態では、複数の光源部１２が配置されている領域の外側に受光部３０が配置されている構成であったが、受光部３０の周りに複数の光源部１２が配置されている構成を採用してもよい。

［位置検出機能付き機器１の具体例１］
図９を参照して、位置検出機能付き機器１の視認面構成部材４０として直視型画像生成装置を用いて、位置検出機能付き機器１を位置検出機能付き直視型表示装置として構成した例を説明する。

図９は、本発明を適用した位置検出機能付き直視型表示装置（位置検出機能付き機器１）の分解斜視図である。なお、本形態の位置検出機能付き直視型表示装置において、光学式位置検出装置１０の構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図９に示す位置検出機能付き直視型表示装置１００は、図７を参照して説明した光学式位置検出装置１０と、各種の直視型の画像生成装置２０（直視型表示装置／視認面構成部材４０）とを備えており、画像生成装置２０の一方の面によって情報が視認される視認面４１が構成されている。画像生成装置２０は、視認面４１に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは、Ｙ軸方向からみたとき検出空間１０Ｒと重なっている。

画像生成装置２０は、画像生成パネル２９を備えている。画像生成パネル２９には、例えば、駆動回路等を構成する電子部品２５が実装されているとともに、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等の配線部材２６が接続されている。

ここで、光学式位置検出装置１０の光源部１２は、画像生成パネル２９に対して表示光の出射側とは反対側に配置されている。このため、対象物体Ｏｂの位置を検出するためには、検出光Ｌ２を対象物体Ｏｂが位置する検出空間１０Ｒに出射させる必要がある。従って、画像生成パネル２９の画像表示領域２０Ｒは、検出光Ｌ２を透過可能に構成されている。

このように構成した位置検出機能付き直視型表示装置１００において、光源部１２は、画像生成装置２０（視認面構成部材４０）において視認面４１側とは反対側から視認面４１側に位置する検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射し、対象物体Ｏｂで反射して画像生成装置２０を透過してきた検出光Ｌ３を検出する。従って、位置検出機能付き直視型表示装置１００では、対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、画像生成装置２０で表示された画像を指先等の対象物体Ｏｂで指示すると、所定の情報入力を行なうことができる。

［位置検出機能付き機器１の具体例２］
図１０を参照して、位置検出機能付き機器１の視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、位置検出機能付き機器１を位置検出機能付きスクリーン装置として構成した例を説明する。

図１０は、本発明を適用した位置検出機能付きスクリーン装置（位置検出機能付き機器１）の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付きスクリーン装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置において、光学式位置検出装置１０の構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１０（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付きスクリーン装置８は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２５０（画像生成装置）から画像が投射されるスクリーン８０（視認面構成部材４０）と、図７を参照して説明した光学式位置検出装置１０とを備えており、画像投射装置２５０は、筐体２４０の前面部２４１に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン装置８に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。従って、位置検出機能付きスクリーン装置８では、スクリーン８０において画像が投射されるスクリーン面８ａによって、情報が視認される視認面４１が構成されている。

かかる位置検出機能付きスクリーン装置８において、光学式位置検出装置１０は、スクリーン８０の裏面８ｂの側に、検出光Ｌ２を出射する位置検出用の光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する受光部３０とを備えており、光源装置１１は、複数の光源部１２（第１光源部１２Ａ〜第５光源部１２Ｅ）と、参照用光源１２Ｒとを備えている。このため、光源部１２は、スクリーン８０（視認面構成部材４０）において視認面４１側とは反対側から視認面４１側に設定された検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射することになる。また、受光部３０は、対象物体Ｏｂで反射してスクリーン８０を透過してきた検出光Ｌ３を検出することになる。従って、スクリーン８０として、検出光Ｌ２に対する透光性を備えているものが用いられている。より具体的には、スクリーン８０は、スクリーン面８ａ側に白い塗料が塗ってある布地や、エンボス加工された白いビニール素材からなるホワイトスクリーンからなり、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光を有している、スクリーン８０としては、光の反射率を高めるために高銀色としたシルバースクリーン、スクリーン面８ａ側を構成する布地表面に樹脂加工を行なって光の反射率を高めたパールスクリーン、スクリーン面８ａ側に細かいガラス粉末が塗布して光の反射率を高めたピーススクリーンを用いることができ、このような場合も、スクリーン８０は、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を備えている。なお、スクリーン８０は、表示される画像の品位を高めることを目的に、裏面８ｂに黒色の遮光層が形成される場合があり、このような場合、遮光層には、穴からなる透光部を複数形成しておく。

このように構成した位置検出機能付きスクリーン装置８において、検出空間１０Ｒは、スクリーン装置８に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン装置８において画像投射装置２５０によって画像が投射される領域（画像表示領域２０Ｒ）と重なっている。このため、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置８では、例えば、スクリーン８０に投射された画像の一部に指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。

なお、本形態では、位置検出機能付きスクリーン装置８として、画像投射装置２５０から画像が投射される投射型表示装置用のスクリーン装置を説明したが、電子黒板用のスクリーンに光学式位置検出装置１０を設けて電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置を構成してもよい。

［位置検出機能付き機器１の具体例３］
図１１を参照して、位置検出機能付き機器１の視認面構成部材４０として、情報としての展示品を覆う透光部材を用いて、位置検出機能付き機器１を位置検出機能付きウインドウ（位置検出機能付きショーウインドウ）として構成した例を説明する。

図１１は、本発明を適用した位置検出機能付きウインドウ（位置検出機能付き機器１）の説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付きウインドウを外側（視認面側）からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きウインドウにおいて、光学式位置検出装置１０の構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付きウインドウ４００は、情報としての展示品４５０を覆う透光部材４４０（視認面構成部材４０）を備えており、透光部材４４０の外面４４１によって展示品４５０の視認面（視認面４１）が構成されている。また、位置検出機能付きウインドウ４００において、展示品４５０は、展示品４５０に前進や旋回等の動作を行なわせるアクチュエーター（図示せず）に保持されている。

かかる位置検出機能付きウインドウ４００は、透光部材４４０の内面４４２の側に、図７を参照して説明した光学式位置検出装置１０の光源装置１１および受光部３０を備えており、光源装置１１の複数の光源部１２（第１光源部１２Ａ〜第５光源部１２Ｅ）は、透光部材４４０の内側から外面４４１（視認面４１）の側に検出光Ｌ２を出射することになる。また、受光部３０は、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４４０を透過してきた検出光Ｌ３を検出することになる。

このように構成した位置検出機能付きウインドウ４００において、透光部材４４０の外面４４１側には光学式位置検出装置１０の検出空間１０Ｒが設定されている。従って、検出空間１０Ｒにおいて指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を展示品４５０の向きを切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。例えば、指先等の対象物体Ｏｂの位置を下方にずらしていけば、展示品４５０を透光部材４４０に接近させ、指先等の対象物体Ｏｂの位置を右側にずらしていけば、展示品４５０を右回りに旋回させる等、展示品４５０の向きを変更することができる。

［位置検出機能付き機器１の具体例４］
図１２を参照して、位置検出機能付き機器１の視認面構成部材４０として、パチンコ台等のアミューズメント機器において遊技用媒体を支持する基盤を用い、アミューズメント機器を位置検出機能付きアミューズメント機器として構成した例を説明する。

図１２は、本発明を適用した位置検出機能付きアミューズメント機器（位置検出機能付き機器１）の説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面（視認面側）からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置１０の構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１２（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付きアミューズメント機器５００は、パチンコ玉等の遊技媒体５０１を支持する板状の基盤５２０（視認面構成部材４０）、基盤５２０を保持する外枠５１０、遊技媒体５０１を基盤５２０上に送り出す位置等を設定するハンドル５７０、遊技媒体５０１を受ける受け皿５６０等を備えている。基盤５２０の表面５２１（視認面４１）は、ガラス板５３０で覆われており、基盤５２０の表面５２１において、ガラス板５３０の内側には、遊技媒体５０１に対するガイドレール５２５や、遊技媒体５０１の動きを変化させる釘５２８や、入賞口５８０、５９０等が設けられている。また、基盤５２０の表面５２１において、ガラス板５３０の内側には、遊技媒体５０１が入賞口５８０に入るたびに行われる抽選の結果等が表示される画像生成装置５４０が設けられている。

かかる位置検出機能付きアミューズメント機器５００において、基盤５２０の裏面５２２には、図７を参照して説明した光学式位置検出装置１０の光源装置１１、および受光部３０が設けられており、光源装置１１の複数の光源部１２は、基盤５２０の裏面５２２側から表面４５２（視認面４１）の側に設定された検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射する。また、受光部３０は、対象物体Ｏｂで反射して透光部材４４０を透過してきた検出光Ｌ３を検出することになる。

このように光学式位置検出装置１０を配置するにあたって、本形態では、画像生成装置５４０が、図９を参照して説明した位置検出機能付き直視型表示装置１００として構成されている。すなわち、画像生成装置５４０の裏面側に光源装置１１および受光部３０が設けられている。このため、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器５００では、基盤５２０の表面４５２側（視認面４１側）のうち、画像生成装置５４０と重なる領域に検出空間１０Ｒが設定されている。また、本形態では、ガラス板５３０の外面側を検出空間１０Ｒとし、かかる検出空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する。

このため、遊技者が画像生成装置５４０で表示されている内容や遊技の進行に合わせて検出空間１０Ｒに指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を、画像生成装置５４０で表示されている内容を切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。

なお、位置検出機能付きアミューズメント機器５００を構成するにあたって、基盤５２０全体を赤外光からなる検出光Ｌ２が透過可能な構成とすれば、基盤５２０と重なる全域を検出空間１０Ｒとすることができる。また、基盤５２０において光源部１２および受光部３０と重なる領域を赤外光からなる検出光Ｌ２が透過可能な構成とすれば、基盤５２０と重なる全域を検出空間１０Ｒとすることができる。

［位置検出機能付き機器１の具体例５］
図１３を参照して、位置検出機能付き機器１の視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、スクリーンと画像投射装置とによって位置検出機能付き投射型表示装置を構成した例を説明する。

図１３は、本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置（位置検出機能付き機器１）の説明図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き投射型表示装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置において、光学式位置検出装置１０の構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１３（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き投射型表示装置２００は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２５０（画像生成装置）と、図７を参照して説明した光学式位置検出装置１０とを備えている。画像投射装置２５０は、筐体２４０の前面部２０１に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン装置８に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。かかる投射型表示装置２００では、スクリーン８０において画像が投射されるスクリーン面８ａによって、情報が視認される視認面４１が構成されている。

かかる位置検出機能付き投射型表示装置２００において、光学式位置検出装置１０は、スクリーン８０のスクリーン面８ａ（視認面４１）側に配置された画像投射装置２５０に搭載されている。このため、光学式位置検出装置１０は、画像投射装置２５０からスクリーン８０（視認面構成部材４０）の視認面４１に沿って検出光Ｌ２を出射する。また、光学式位置検出装置１０は、対象物体Ｏｂで反射してきた検出光Ｌ３を画像投射装置２５０において検出する。

このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置２００において、検出空間１０Ｒは、スクリーン８０に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン８０において画像投射装置２５０によって画像が投射される領域（画像表示領域２０Ｒ）と重なっている。このため、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置２００では、例えば、スクリーン８０に投射された画像の一部に指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。

１・・位置検出機能付き機器、８・・スクリーン装置（位置検出機能付き機器）、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出空間（検出光出射空間）、１１・・光源装置、１２・・光源部、１２Ａ・・第１光源部、１２Ｂ・・第２光源部、１２Ｃ・・第３光源部、１２Ｄ・・第４光源部、１２Ｅ・・第５光源部、１２Ｒ・・参照用光源、２０・・画像生成装置（視認面構成部材）、３０・・受光部、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・データ処理部、５１・・データ生成部、５２・・データ判定部、５３・・位置検出部、５４・・向き検出部、８０・・スクリーン（視認面構成部材）、１００・・位置検出機能付き直視型表示装置（位置検出機能付き機器）、４００・・位置検出機能付きウインドウ（位置検出機能付き機器）、５００・・位置検出機能付きアミューズメント機器（位置検出機能付き機器）、Ｏｂ・・対象物体

Claims (14)

1. 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
   検出光を出射する複数の光源部と、
   前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する受光部と、
   前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成し、当該３以上のデータのうち、データが密に分布するデータ群に属する多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出し、データが疎に分布するデータ群に属する少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出するデータ処理部と、
   を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 前記データ処理部は、前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成するデータ生成部と、前記３以上のデータが各々、前記多数データであるか、前記少数データであるかを判定するデータ判定部と、前記多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出する向き検出部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
3. 前記データ処理部は、予め設定された複数の区域の各々に含まれる前記データの数を判定し、データ数が最大となった区域に位置するデータを前記多数データと判定し、他の区域に位置するデータを前記少数データと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
4. 前記データ処理部は、前記少数データが存在しないとき、あるいは、前記少数データが等方的に分散しているとき、前記対象物体に方向性がないと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記データ処理部は、前記対象物体の向きとして、当該対象物体において反射率が当該対象物体の他の部分と異なる部分の向きを検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
6. 前記データ処理部は、前記対象物体の向きとして、前記対象物体が延在している向きを検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
7. 前記複数の光源部は、３つ以上であり、
   前記データ処理部は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記複数の光源部のうち、一部の光源部と他の一部の光源部とを組み合わせを変えて差動させた結果に基づいて、前記３以上のデータを生成することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
8. 前記出射空間を介さずに前記受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、
   前記複数の光源部は、３つ以上であり、
   前記データ処理部は、前記受光部の受光結果に基づいて、前記複数の光源部のうち、一部の光源部と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた結果に基づいて、前記３以上のデータを生成することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、視認面を備えた視認面構成部材と、を有していることを特徴とする位置検出機能付き機器。
10. 前記視認面構成部材は、画像を表示する直視型画像生成装置であり、
    前記視認面は、前記直視型画像生成装置において前記画像が表示される画像表示面であることを特徴とする請求項９に記載の位置検出機能付き機器。
11. 前記視認面構成部材は、情報が視認されるスクリーンであり、
    前記視認面は、前記スクリーンにおいて前記情報が視認されるスクリーン面であることを特徴とする請求項９に記載の位置検出機能付き機器。
12. 前記視認面構成部材は、展示品を覆う透光部材であり、
    前記視認面は、前記視認面構成部材において前記展示品が配置される側とは反対側で当該展示品が視認される面であることを特徴とする請求項９に記載の位置検出機能付き機器。
13. 前記視認面構成部材は、移動する遊技用媒体を支持する基盤を備え、
    前記視認面は、前記基盤において前記遊技用媒体が視認される側の面であることを特徴とする請求項９に記載の位置検出機能付き機器。
14. 対象物体の位置を光学的に検出する位置検出方法であって、
    検出光を出射する複数の光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体で反射した前記検出光を受光する受光部と、を設け、
    前記複数の光源部が順次点灯した際の前記受光部での受光結果に基づいて前記出射空間における前記対象物体の位置に対応する３以上のデータを生成するデータ生成工程と、
    前記３以上のデータが各々、データが密に分布するデータ群に属する多数データであるか、データが疎に分布するデータ群に属する少数データであるかを判定するデータ判定工程と、
    前記多数データに基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出工程と、
    前記少数データに基づいて前記対象物体の向きを検出する向き検出工程と、
    を有していることを特徴とする位置検出方法。