JP2012103938A - 光学式検出システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 対象物の位置情報を検出した上で、対象物の反射率情報に基づいて、複数のコマンドの中から所定のコマンドを選択、実行することが可能な光学式検出システム及びプログラム等を提供すること。
【解決手段】 光学式検出システムは、照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、対象物の情報である対象物情報を検出する検出部２００と、対象物情報に基づいて処理を行う処理部３００と、を含み、処理部３００は、対象物情報として対象物の反射率情報を取得し、取得した反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学式検出システム及びプログラム等に関する。

携帯電話、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、表示部の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付きの表示装置が用いられる。この表示装置によれば、ユーザーは、表示部に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングしたり、情報を入力することが可能になる。このようなタッチパネルによる位置検出方式としては、例えば抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。

一方、投写型表示装置（プロジェクター）やデジタルサイネージ用の表示装置では、携帯電話やパーソナルコンピューターの表示装置に比べて、その表示エリアが広い。従って、これらの表示装置において、上述の抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルを用いて位置検出を実現することは難しい。

投写型表示装置用の位置検出装置の従来技術としては、例えば特許文献１、２に開示される技術が知られている。しかし、これらの位置検出装置では、オブジェクト（例えばユーザーの指やペン型デバイス等）の位置を検出することはできるが、入力開始（入力指示コマンド）と入力終了（終了指示コマンド）を判別することが困難であった。ここで、入力とはオブジェクトの位置に対応して実行されるものであり、例えば文字入力システムであれば、入力開始とはオブジェクトの位置から線の描画を開始することに対応し、入力終了とはオブジェクトの位置で線の描画を終了することに対応する。

特開平１１−３４５０８５号公報 特開２００１−１４２６４３号公報

入力開始と入力終了の判別が困難である場合には、例えば文字入力を行うケースでは、文字入力を開始するポイントが判別できず（つまり、文字を書き始められない）、また、文字入力の終了が判別できない（つまり、全ての文字が一筆書きになってしまう）。

本発明の幾つかの態様によれば、対象物の位置情報を検出した上で、対象物の反射率情報に基づいて、複数のコマンドの中から所定のコマンドを選択、実行することが可能な光学式検出システム及びプログラム等を提供できる。

本発明の幾つかの態様によれば、対象物の位置情報を検出した上で、対象物の反射率情報に基づいて、入力開始（入力指示コマンド）と入力終了（終了指示コマンド）とを判別することが可能な光学式検出システム及びプログラム等を提供できる。

本発明の一態様は、照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、前記対象物の情報である対象物情報を検出する検出部と、前記対象物情報に基づいて処理を行う処理部と、を含み、前記処理部は、前記対象物情報として前記対象物の反射率情報を取得し、取得した前記反射率情報に基づいて、前記対象物によって指示されるコマンドの処理を行う光学式検出システムに関係する。

本発明の一態様では、光学式検出システムは、対象物の反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行うことができる。よって、対象物の反射率を変化させることで、反射率に応じたコマンドの処理を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、前記コマンドの種類の判別処理を行ってもよい。

これにより、反射率の変化に基づいて、コマンドの種類の判別処理を行うことが可能になるため、反射率を適切に変化させることで、複数のコマンドの中から適切なコマンドを実行すること等ができる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、入力指示コマンドと終了指示コマンドの判別を行ってもよい。

これにより、反射率の変化に基づいて、入力指示コマンドと終了指示コマンドとの判別を行うことが可能になる。

また、本発明の一態様では、前記入力指示コマンドは、前記対象物による形状入力の入力開始を指示するコマンドであり、前記終了指示コマンドは、前記対象物による形状入力の入力終了を指示するコマンドであり、前記処理部は、前記対象物の前記反射率情報により表される反射率が、第１の反射率である場合には、前記入力指示コマンドにより前記形状入力の入力開始が指示されたと判断し、前記反射率情報により表される反射率が、前記第１の反射率と異なる第２の反射率である場合には、前記終了指示コマンドにより前記形状入力の入力終了が指示されたと判断してもよい。

これにより、形状入力システムにおいて、形状入力の開始と形状入力の終了のどちらが指示されたかを判別することが可能になり、適切に形状入力を行うこと等ができる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、実行対象コマンドを指示する指示コマンドと、前記指示コマンドにより指示された前記実行対象コマンドを実行する実行コマンドの判別を行ってもよい。

これにより、反射率の変化に基づいて、指示コマンドと実行コマンドとの判別を行うことが可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記対象物の前記反射率情報により表される反射率が、第１の反射率である場合には、前記指示コマンドにより前記実行対象コマンドが指示されたと判断し、その後、前記反射率情報により表される反射率が、前記第１の反射率と異なる第２の反射率となった場合には、前記実行コマンドにより、前記指示コマンドで指示された前記実行対象コマンドを実行してもよい。

これにより、実行対象コマンドの指示、実行のどちらを行ったかの判別が可能になる。そのため、例えばファイラー等のアプリケーションにおいては、アイコンの選択（指示）及び、アイコンの実行を行うことで、実行対象コマンドの指示及び実行を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記対象物は、ユーザーの指であり、前記処理部は、検出領域に存在する指の本数の違いによる前記反射率情報の変化に基づいて、前記コマンドの処理を行ってもよい。

これにより、ユーザーの指を用いてコマンドの処理を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記対象物は、ペン型オブジェクトであり、前記ペン型オブジェクトは、第１の反射率である第１の反射面と、前記第１の反射率よりも高い第２の反射率である第２の反射面とを有し、前記処理部は、前記第１の反射面からの反射光の受光結果により取得される第１の反射率情報と、前記第２の反射面からの反射光の受光結果により取得される第２の反射率情報とを取得し、前記第１の反射率情報と前記第２の反射率情報に基づいて、前記コマンドの処理を行ってもよい。

これにより、ペン型オブジェクトを用いてコマンドの処理を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記対象物は、ペン型オブジェクトであり、前記ペン型オブジェクトは、本体部と異なる反射率を有する部材からなる突起部を有し、所定の操作により前記突起部の状態が、収納状態と非収納状態とに切り替わるオブジェクトであり、前記処理部は、前記突起部が収納状態にある場合の、前記ペン型オブジェクトによる反射光の受光結果により取得される第１の反射率情報と、前記突起部が非収納状態にある場合の、前記ペン型オブジェクトによる反射光の受光結果により取得される第２の反射率情報とを取得し、前記第１の反射率情報と前記第２の反射率情報に基づいて、前記コマンドの処理を行ってもよい。

これにより、ペン型オブジェクトを用いてコマンドの処理を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記対象物の、対象面からのＺ座標範囲が、前記対象面から近い第１のＺ座標範囲であると検出された場合には、前記対象物のＸ座標情報及びＹ座標情報を用いてコマンド決定及びコマンド実行の少なくとも一方のコマンド処理を行い、前記対象物の、前記対象面からの前記Ｚ座標範囲が、前記第１のＺ座標範囲に比べて遠い第２のＺ座標範囲であると検出された場合には、前記対象物のＸ座標情報及びＹ座標情報を用いてホバリング操作のための処理であるホバリング処理を行ってもよい。

これにより、Ｚ座標範囲に基づいて、コマンド処理とホバリング処理とを適切に切り替えること等が可能となる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記対象物が、前記第１のＺ座標範囲にあるときの前記反射率情報に基づいて、前記コマンドの種類の判別処理を行ってもよい。

これにより、第１のＺ座標範囲における反射率情報を用いて、コマンドの種類の判別処理を行うことができる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記対象物が、前記第１のＺ座標範囲にあるときに、前記反射率情報についてのキャリブレーション処理を行ってもよい。

これにより、第１のＺ座標範囲における反射率情報を用いてキャリブレーションを行うことができるため、システムにおける誤差やユーザーの個人差等を吸収すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、検出領域に対して照射光を出射する照射部と、前記反射光を受光する受光部と、を含んでもよい。

これにより、照射部や受光部のようにハードウェア的に実現されることが想定される要素を含んで、光学式検出システムを構成すること等が可能になる。

また、本発明の他の態様は、照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、前記対象物の情報である対象物情報を検出する検出部と、前記対象物情報に基づいて処理を行う処理部として、コンピューターを機能させ、前記処理部は、前記対象物情報として前記対象物の反射率情報を取得し、取得した前記反射率情報に基づいて、前記対象物によって指示されるコマンドの処理を行うプログラムに関係する。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出システムの構成例。 受光部の構成例。 受光部の他の構成例。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は受光ユニットの構成例。 照射部の構成例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は指の本数を変化させることで対象物の反射率を変化させる例の説明図。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は複数の反射率の部材を有するペン型オブジェクトの例。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は複数の反射率の部材を有するペン型オブジェクトの他の例。 指の本数の違いによる反射率の違いを説明する図。 ４通りの反射率を用いて形状描画ソフトを操作する例。 ４通りの反射率を用いてマウス操作の代替を行う例。 第１のＺ座標範囲と第２のＺ座標範囲の設定の例。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、座標情報検出の手法を説明する図。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、発光制御信号の信号波形例。 照射部の他の構成例。 Ｚ座標を検出するための光学式検出装置の他の構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．光学式検出システムの構成例
図１（Ａ）に、光学式検出装置１００等により実現される本実施形態の光学式検出システムの基本的な構成例を示す。図１（Ａ）の光学式検出装置１００は、検出部２００、処理部３００、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。図１（Ｂ）は、本実施形態の光学式検出システムによるＺ座標情報の検出を説明する図である。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１（Ａ）、図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

なお、光学式検出システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学式検出装置１００として実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰＣ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、光学式検出システムが実現されてもよい。

検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する。具体的には、例えば図１（Ｂ）に示すように、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリアＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくともＺ方向での座標情報であるＺ座標情報を検出する。検出部２００は、検出エリアＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報をさらに検出してもよい。なお、検出部２００による座標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する情報である反射率情報を検出する。

検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的には、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部ＲＵが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。

処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。特に、対象物ＯＢの反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行う。具体的には、複数のコマンド（例えば入力指示コマンドと終了指示コマンド）の種類を判別する処理を行う。コマンド判別の詳細については後述する。

照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。

受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光する。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。

図２に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図２の構成例では、受光部ＲＵは２個の受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２を含み、受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２はＺ方向において高さが異なる位置に配置される。２つの受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２は、入射光が入射する角度（Ｙ−Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、それぞれ検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２に存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。例えば、受光ユニットＰＤ１は検出エリアＲＤＥＴ１に存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光するが、ＲＤＥＴ２に存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲは受光しない。検出部２００は、複数の受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２の各々の受光結果に基づいて、Ｚ座標情報を検出する。なお、照射部ＥＵは、２つの検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２に対して照射光ＬＴを出射する。また各検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２は、Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。

このようにすることで、対象物ＯＢが２つの検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２のうちのどの検出エリアに存在するかを検出することができるから、対象物ＯＢのＺ座標情報を検出することができる。

なお、図２の構成例は２つの受光ユニットで構成されるが、３つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。また後述するように、照射部ＥＵが照射光ＬＴを出射し、各受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２が対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光することで、対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出することができる。

図３に、本実施形態の受光部ＲＵの変形例を示す。図３の変形例では、照射部ＥＵは２つの照射ユニットＥＤ１、ＥＤ２を含む。照射ユニットＥＤ１、ＥＤ２は、それぞれ対応する検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２に対して照射光ＬＴを出射する。例えば、対象物ＯＢが検出エリアＲＤＥＴ１に存在する場合には、照射ユニットＥＤ１からの照射光が対象物ＯＢにより反射されて、その反射光が受光ユニットＰＤ１で受光される。

このようにすることで、対象物ＯＢが２つの検出エリアＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２のうちのどの検出エリアに存在するかを検出することができるから、対象物ＯＢのＺ座標情報を検出することが可能になる。また、１つの検出エリアに対して１つの照射ユニットを設けることで、Ｚ座標情報の検出精度を高くすることができる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２の構成例を示す。図４（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けられ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤ１、ＰＤ２は、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光することができる。

図４（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷＢ上に受光素子ＰＨＤが実装される。

図５に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図５の構成例の照射部ＥＵは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図５の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。

光源部ＬＳ１は、図５のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エリアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリアに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布が異なる照射光を出射することができる。

ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図５ではライトガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図５ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。

ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。

プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようになる。

このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。

このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。

このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。

２．対象物の反射率情報に基づくコマンドの処理
次に処理部３００における、対象物によって指示されるコマンドの処理手法について説明する。ここでコマンドの処理とは、具体的には例えば、コマンドの種類の判別（さらに具体的には例えば、入力指示コマンドと終了指示コマンドの判別）手法等である。ただし、コマンド処理とはコマンドの種類の判別に限定されるものではなく、対象物の反射率に基づき、かつ、対象物によって指示されるコマンドの処理を行うものであればよい。

前項で上述した光学式検出システムにおいては、対象物の位置検出用情報（具体的には例えば、次項で後述する制御電流の情報等）を検出することが可能である。そのため、位置検出用情報に基づいて、対象物の位置情報を例えば（Ｘ，Ｙ）の２次元座標等として取得することができる。しかし、特定のアプリケーションを実行しようとしたときには、適切にコマンドを判別する必要がある。

例えば、文字入力アプリケーションにおいては、コマンドとは描画コマンド（実際にオブジェクトでなぞった位置に対応した画面上位置に文字を描画する）に対応する。さらに具体的には、例えばコマンドは入力指示コマンドと終了指示コマンドである。入力指示コマンドとは、オブジェクトの位置から文字の描画を開始するコマンドであり、終了指示コマンドとは、オブジェクトの位置で文字の描画を終了するコマンドである。この２つのコマンドの判別を適切に行えないと、文字の描画を行えない。

入力指示コマンドがないと、現在の描画対象位置を把握できるだけで文字の描画は一切できない。また、終了指示コマンドを判別できないと、常時描画コマンドが実行されてしまい、一筆書きで文字を書き続けることになるため、文字と文字の間、もしくは、文字の中の隙間等を表現できない。

また、位置検出システムのセンシング範囲からオブジェクトを除外することで、終了指示コマンドとすることも考えられるが、この場合、センシング範囲からのオブジェクトの除外をスムーズに行うことが困難であるという問題が生じる。本実施形態にかかる光学式検出システムでは、タッチパネルと異なり対象面だけでなく、対象面に近い空間にもセンシングエリアが広がっている。通常、センシングには赤外光等を使うためユーザーにとってセンシング範囲は不可視となる。不可視の領域に対してオブジェクトをスムーズに出し入れすることは非常に難しく、確実に終了指示コマンドを行うためには、オブジェクトを対象面から大きく離す必要がある。しかし、文字描画システム等ではコマンドの判別は高速かつ頻繁に行われることが想定され、そのたびにオブジェクトを大きく動かす必要が生じてはユーザーにとって利便性等の問題がある。よって、コマンドの判別はセンシング範囲からのオブジェクトの除外以外の方法で行われることが望ましい。

また、例えば、コマンドとは実行対象コマンドを指示する指示コマンドと、指示コマンドにより指示された実行対象コマンドを実行する実行コマンドであってもよい。ここで、指示コマンドと実行コマンドとは、例えば画面上のアイコンを選択・実行するアプリケーション（例えばファイラー等）においては、アイコンの選択及びアイコンの実行コマンドに対応する。さらに具体的には例えば、マウス動作の代替として用いられることを想定すれば、ホバリング（カーソルの移動）、選択コマンド（左クリック）、実行コマンド（ダブルクリック）、プロパティ表示コマンド（右クリック）等のコマンドが考えられる。ユーザーの意図するアイコンを適切に選択・実行するためには、やはりこれらのコマンドの判別は必須となる。ただし、指示コマンド及び実行コマンドは、アイコンの選択コマンド及びアイコンの実行コマンドに限定されるものではなく、実行対象コマンドが存在する場合に、実行対象コマンドを指示及び実行するコマンドであれば、他のコマンドであってもよい。例えば、アイコン以外のものに実行対象コマンドが対応付けられていてもよい。

しかし、単純に対象物の２次元座標（あるいは３次元座標）を取得しただけでは、コマンドの判別は困難であった。そこで本出願人は、適切な手法で対象物の反射率を検出するとともに、対象物の反射率を変化させ、対象物の反射率情報に基づいて、コマンドを判別する手法を提案する。

以下、第１の実施形態ではオブジェクトとしてユーザーの指を用いる手法について説明し、第２の実施形態ではオブジェクトとしてペン型オブジェクトを用いる手法について説明する。また第１、第２の実施形態ではオブジェクトの反射率は２通りのものを説明するが、第３、第４の実施形態ではオブジェクトが３通り以上の反射率を持つ場合について説明する。第３の実施形態では、文字入力システムに適用する例を説明し、第４の実施形態ではファイラー等のアイコンの選択・実行システムに適用する例を説明する。

２．１ 第１の実施形態
まず、オブジェクトとしてユーザーの指を用いる例について説明する。なお、本実施形態においてはオブジェクトの反射率は２通りのみとする。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示したように、指を１本伸ばすか、２本伸ばすかによって、オブジェクトの反射率を変化させる。指が１本の時に比べて、指が２本の時の方が反射光の光量が多くなる。つまり、図６（Ａ）のように指が１本の時の反射率をＲ、図６（Ｂ）のように指が２本の時の反射率をｒとしたときに、ｒ＞Ｒが成り立つ。つまり、反射率がＲの時に第１のコマンドを実行し、反射率がｒの時に第２のコマンドを実行するように設定を行えば、第１のコマンドと第２のコマンドとをオブジェクトの反射率に応じて判別することが可能になる。

具体的には例えば、文字描画システムにおいて、第１のコマンドを入力指示コマンドとし、第２のコマンドを終了指示コマンドとすればよい。つまり、指が１本の時に文字の描画を行い、指を２本にすることで文字の描画を終了する。

この場合には、例えば、人差し指１本だけで文字入力を行い、書き終わった後に人差し指に中指を添えることで文字入力を終了することができる。また、書き始めの時は人差し指に中指を添えた状態でセンシング範囲に指を入れればよい。このときは終了指示コマンドが実行されるため、文字描画は行われない。そして、中指を添えた状態で文字描画を始めたい位置まで指を移動させ、所望の位置まで移動したところで中指を折りたたみ、人差し指１本にして文字描画を始める。

なお、用いる指の種類と本数は、２通りの反射率の違いが出せれば任意である。しかし、システムにおいて反射率とコマンドとを対応付ける関係上、低反射時と高反射時とを認識するために、起動時にキャリブレーションを実行することが望ましい。これは、例えばどの指を用いるかによって反射率が異なるため、どの反射率の時どのコマンドを行うのかという対応付けを行う必要があるためである。また、ユーザーが大人の場合と子供の場合とでは、同じ指を用いたとしても反射率が大きく異なる可能性がある。そのような違いもキャリブレーションにより吸収する必要がある。

以上の本実施形態では、光学式検出システムは、図１（Ａ）に示したように、照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて対象物情報を検出する検出部２００と、対象物情報に基づいて処理を行う処理部３００とを含み、処理部３００は、対象物情報として対象物の反射率情報を取得し、取得した反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行う。

ここで、反射率情報とは、照射光が照射されたときの対象物の反射率を表す情報であり、反射率そのものであってもよいし、反射率と同等の他の情報であってもよい。例えば、上述した本実施形態の受光部ＲＵの構成では、受光ユニットとしてフォトダイオード等が用いられる。そのため、反射光の光量（反射率に対応）は検出部２００において電流値として取得されることになる。よって、反射率情報として電流値の情報を用いてもよい。

これにより、上述した検出部２００と処理部３００とを含む光学式検出システムにおいて、位置検出の対象となる対象物の反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行うことが可能になる。つまり、反射率の異なる対象物を用いることで、それぞれの反射率に対応した複数のコマンドを使い分けることが可能になる。

また、処理部３００は、反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、コマンドの種類の判別処理を行ってもよい。

これにより、反射率の異なるオブジェクトを用いることで、異なる種類の複数のコマンドの中から、どのコマンドを実行するかの判別処理を行うことが可能になる。つまり、オブジェクトの反射率とコマンドの種類とを適切に対応付けておくことで、ユーザーの意図に従い複数のコマンドを使い分けることが可能になる。

また、処理部３００は、反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、入力指示コマンドと終了指示コマンドの判別を行ってもよい。具体的には、入力指示コマンドとは対象物（オブジェクト）による形状入力の入力開始を指示するコマンドであり、終了指示コマンドとは、対象物による形状入力の入力終了を指示するコマンドである。処理部３００は、対象物の反射率が第１の反射率である場合には、入力指示コマンドにより形状入力の入力開始が指示されたと判断し、対象物の反射率が第１の反射率と異なる第２の反射率である場合には、終了指示コマンドにより形状入力の入力終了が指示されたと判断する。

これにより、上述したような形状入力システム（文字入力システム）において、オブジェクトの反射率を変化させることで、形状の入力開始と入力終了とを指示することができるため、適切に形状入力を行うことが可能になる。

また、対象物はユーザーの指であってもよい。そして処理部３００は、検出領域（センシング領域）に存在する指の本数の違いによる反射率情報の変化に基づいて、コマンドの処理を行ってもよい。

これにより、オブジェクトとしてユーザーの指を用いることが可能になる。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示したように、伸ばしている指を１本にするか、２本にするかによって検出部２００が検出する反射光の光量を変化させることができる。つまり、指の本数を変化させることでオブジェクトの反射率を変化させることができるため、ユーザーにとって簡単な方法でオブジェクトの反射率を変化させることが可能になる。

また、光学式検出システムは、図１に示したように、検出部２００と処理部３００に加えて、検出領域に対して照射光を出射する照射部ＥＵと、反射光を受光する受光部ＲＵとを含んでもよい。

これにより、図１で光学式検出装置１００として示したような、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含むような構成を、光学式検出システムとして用いることが可能になる。つまり、本実施形態における光学式検出システムとは、照射部ＥＵや受光部ＲＵのようにハードウェア的に構成されることが想定される要素を含んで構成されてもよい。

また、本実施形態は検出部２００と処理部３００としてコンピューターを機能させるプログラムにも関係する。検出部２００は、照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、対象物情報を検出する。処理部３００は、対象物情報として対象物の反射率情報を取得し、取得した反射率情報に基づいて、対象物によって指示されるコマンドの処理を行う。

これにより、本実施形態は、ハードウェア的に実現されるケースにとどまらず、光学式検出システムに搭載されるソフトウェア（プログラム）として処理を行うものにも適用することが可能となる。そして、上記プログラムは、情報記憶媒体に記録される。ここで、情報記録媒体としては、ＤＶＤやＣＤ等の光ディスク、光磁気ディスク、ハードディスク（ＨＤＤ）、不揮発性メモリーやＲＡＭ等のメモリーなど、光学式検出システムによって読み取り可能な種々の記録媒体を想定できる。

２．２ 第２の実施形態
次に、オブジェクトとしてペン型オブジェクトを用いる例について説明する。なお、本実施形態においてはオブジェクトの反射率は２通りのみとする。

一例を図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す。本実施形態のペン型オブジェクトは、第１の反射率を持つ第１の反射面と、第１の反射率よりも高い第２の反射率を持つ第２の反射面とを有する構造となっている。つまり、照射光を第１の反射面で反射させるか、第２の反射面で反射させるかによって、オブジェクトの反射率を異ならせる。具体的には、第１の反射率で使用している状態から、手の中でペン型オブジェクトを１８０°回転させる（図７（Ａ）から図７（Ｂ）の状態に変化させる）ことで、第２の反射率に変化させることが可能になる。

また、別の例を図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示す。この例では、ペン型オブジェクトはペン本体部分よりも反射率の高い突起を有する。そして、図８（Ａ）のように突起を収納しているか、もしくは、図８（Ｂ）のように突起を出しているかで、反射率を異ならせる。図８（Ａ）のように収納している場合に比べて、図８（Ｂ）のように高反射突起を出している場合の方が反射率は高くなる。具体的には例えばペン本体に突起を出すボタンが設けられているとすれば、第１の反射率で使用している状態から、ボタンを押下することで、第２の反射率に変化させることが可能になる。

２通りの反射率を用いる例については第１の実施形態と同様である。例えば文字描画システムであれば、一方を入力指示コマンドに対応させ、他方を終了指示コマンドに対応させればよい。

以上の本実施形態では、対象物はペン型オブジェクトであってもよい。そしてペン型オブジェクトは第１の反射率である第１の反射面と、第１の反射率よりも高い第２の反射率である第２の反射面とを有する。処理部３００は、第１の反射面からの反射光の受光結果により取得される第１の反射光情報と、第２の反射面からの反射光の受光結果により取得される第２の反射光情報とを取得する。そして、第１の反射光情報と第２の反射率情報とに基づいてコマンドの処理を行ってもよい。

これにより、オブジェクトとして図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したようなペン型オブジェクトを用いることが可能になる。このようなペン型オブジェクトを用いることで、単一のオブジェクトであっても複数の反射率を持たせることができる。よって、この例では、手の中で１８０°ペンを持ち変える動作を行うだけで、簡単にコマンドを切り替えることが可能になる。

また、対象物はペン型オブジェクトであり、ペン型オブジェクトは本体部と異なる反射率を有する部材からなる突起部を有し、所定の操作により図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示したように、突起部を出したり収納したりできる構成であってもよい。処理部３００は、突起部が収納状態にある場合の反射率情報を第１の反射光情報として取得し、突起部が非収納状態にある場合の反射率情報を第２の反射率情報として取得する。そして、第１の反射光情報と第２の反射率情報とに基づいてコマンドの処理を行ってもよい。

これにより、オブジェクトとして図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示したようなペン型オブジェクトを用いることが可能になる。このようなペン型オブジェクトを用いることで、単一のオブジェクトであっても複数の反射率を持たせることができる。よって、この例では、突起部を操作するボタンを押下するという動作を行うだけで、簡単にコマンドを切り替えることが可能になる。

２．３ 第３の実施形態
第１の実施形態及び第２の実施形態では、オブジェクトの反射率は２通りであったが、本実施形態では、３通り以上の反射率を用いる例について説明する。

図９に示したように、ここではオブジェクトとして人の手を利用する。具体的には、こぶしを用いる場合と、指が３本、２本、１本の各場合を用いて、４通りの反射率を実現する。ここで、指を用いる場合には、上述したように、１本の場合よりも２本の場合の方が、反射率が大きい。同様に、２本の場合よりも３本の場合の方が、反射率は大きくなる。また、指３本の場合よりもこぶしを用いた方が反射率は大きくなる。つまり、図９に示したように、指１本に対応する反射率をＲ１とし、２本をＲ２、３本をＲ３、こぶしをＲ５とした場合に、Ｒ５＞Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１が成り立つことになる。

これにより、４通りの反射率を実現できるため、４種類のコマンドを判別することが可能になる。具体的には例えば、図１０に示したように、まずこぶしをセンシング範囲に入れることで、文字入力ソフトの起動を行う。そして、第１の実施形態において上述したように、指が１本の場合の入力指示コマンドと、指が２本の場合の終了指示コマンドを繰り返すことで、１画ずつ文字入力を行う。そして、文字入力が終了した時点で、指を３本にすることで、ソフトを終了させる。つまり、コマンドとしては、入力指示コマンド、終了指示コマンド、ソフト起動コマンド、ソフト終了コマンドの４種類のコマンドが判別可能となる。

このようにすることで、システムが文字入力を含め、複数のアプリケーションを持つ場合にも、対応が可能となる。つまり、２通りの反射率で２種類のコマンドを実行する実施例では、ソフト自体の起動を行うことができず、他の入力手段を持つシステムか、単一のアプリケーションしか持たないシステムにしか適用できなかった。しかし、本実施形態のように反射率のパターンを増やし、多くのコマンドを判別できるようにすることで、ＰＣ等の汎用システムにも本実施形態の手法を適用することが可能になる。

なお、システムにおいて実行されるアプリケーションは文字入力ソフトに限定されるものではない。具体例としてマウス動作の代替を行う例を第４の実施形態で後述する。

２．４ 第４の実施形態
第３の実施形態と同様の４通りの反射率で４種類のコマンドを実行する例において、図１１に示したように、マウス動作の代替を行うことも可能である。例えば、ファイラーのようなアプリケーションにおいて、アイコンの選択や実行等のコマンドを行う。

本実施形態においては、Ｚ軸方向に複数（ここでは２つであるがこれに限定されない）のセンシング範囲を設定する。これは例えば、受光素子をＺ軸上での位置を異ならせて、複数並べることで実現できる。対象面に近い第１のセンシング範囲は、コマンド実行エリアに対応し、対象面から遠い第２のセンシング範囲は、ホバリングエリアに対応する。コマンド実行エリアとは、アイコンの選択・実行等の確定的な動作（マウス動作でいえば左クリック等）に対応したコマンド処理が行われるエリアであり、ホバリングエリアとは、カーソルの移動等の非確定的な動作に対応したコマンド処理が行われるエリアである。

このようにすることで、図１１に示したように、ホバリングエリアにおいて、こぶしを動かすことで、カーソルの画面上での位置を移動させることができる。そして、コマンド実行エリアにおいて、指を１本にすることで、カーソル位置に対応するアイコンを選択する（左クリックに対応）。適切なアイコンを選択した状態で指を２本にすることでアイコンを実行する（ダブルクリックに対応）。また、アイコンを選択した状態で、指を３本にすることで所定の画面を表示してもよい（右クリックに対応し、例えば、選択したアイコンに対して「開く」「コピー」「切り取り」「削除」等の実行可能な処理を表示する）。複数の実行可能な処理が表示された状態で、指を１本にすることで、複数の処理の中の１つの処理を選択する。そして、処理が選択された状態で指を２本にすることで選択した処理を実行する。

これにより、マウスのような入力機器の機能を代替することが可能になる。なお、本実施形態においては、コマンド実行エリアにおける指１本の例を選択コマンド、コマンド実行エリアにおける指２本の例を実行コマンドとして説明した。それに対してマウスの動作は、実行コマンドがシングルクリック（左クリック）の場合もダブルクリックの場合もありうるため、指１本がシングルクリック、指２本がダブルクリックといったような対応関係は成り立たない。ただし、指の本数（あるいはこぶし）とコマンドの対応関係は任意に設定可能であるため、マウスのクリックと指の本数とを１対１に対応付けるような設定にしてもよい。

また、本実施形態においては、センシング範囲がコマンド実行エリアとホバリングエリアの２つであるケースについて説明したが、これに限定されるものではない。カーソルの移動とアイコンの選択・実行等は、オブジェクトの反射率により判別可能であるため、センシング範囲が１つのみであっても本実施形態の機能は実現できる。ただし、ホバリングエリアを設定することで、ホバリングという非確定的な動作（例えばカーソル移動等）を直感的に理解することが可能となる。例えば、文字入力アプリケーションでいえば、コマンド実行エリアにおいて、文字の描画を行い、ホバリングエリアにおいて、描画対象位置の移動（カーソルの移動）を行うように設定すれば、紙とペンを用いた実際の描画動作との対応関係を明確にすることができる。つまり、対象面に近い位置で文字描画を行い、対象面から遠い位置でカーソルの移動を行うという動作設定になるため、文字を描画するときは紙（対象面に対応）にペン（オブジェクトに対応）を近づけて動かし、文字を描画せずにペンだけを動かすときは紙からペンを浮かせる、という実際の描画動作との対応付けが明確になり、直感的な操作が可能になる。

また、ユーザーにとって複数のセンシング範囲の位置の違いが明確に理解可能であれば（ユーザーがコマンド実行エリアとホバリングエリアを意識的に使い分けできれば）、コマンドの種類数を増やす効果も期待できる。つまり、ホバリングエリアにおけるこぶしに第１のコマンドを割り当て、コマンド実行エリアにおけるこぶしに第２のコマンドを割り当てる。同様に指１本の場合もホバリングエリアとコマンド実行エリアとで違うコマンドを割り当てられる。また、指が２本、３本の場合も同様である。このようにすることで、オブジェクトの反射率自体は４通りしかなくても、センシング範囲を２つ設けることで、８通りのコマンドを判別することが可能になる。センシング範囲の数を増やせば、それだけ判別可能なコマンドの数が増える。ただし、センシング範囲の数を増やすことによって、センシング範囲同士の位置の違いを認識することが困難になり、ユーザーの意図とは異なるコマンドを実行してしまう可能性も高まる点に注意が必要である。

以上の本実施形態では、処理部３００は、反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、指示コマンドと実行コマンドの判別を行ってもよい。ここで、指示コマンドとは実行対象コマンドを指示するコマンドのことであり、実行コマンドとは指示コマンドにより指示された実行対象コマンドを実行するコマンドである。具体的には、例えばファイラーのようなアプリケーションを想定した場合には、指示コマンドとは対象物により示される画像上位置のアイコンに対応付けられた実行対象コマンドを指示するコマンドである。また、実行コマンドとは、指示コマンドにより指示された実行対象コマンド（アイコンに対応付けられた実行対象コマンド）を実行するコマンドである。処理部３００は、対象物の反射率が第１の反射率である場合には、指示コマンドに対応する処理を行い、その後、対象物の反射率が第１の反射率と異なる第２の反射率になった場合には、実行コマンドに対応する処理を行う。

これにより、指示コマンドと実行コマンドの判別を行うことが可能になる。具体的には例えば、図１１に示したように、ファイラーのようなアプリケーションにおいて、マウス操作の代替を行うことが可能になる。具体的な処理の例は上述したとおりであり、こぶし或いは指の本数の違いにより、反射率を変化させ、反射率の違いにより左クリック、右クリック、ダブルクリック等に対応する操作を行う。

また、処理部３００は、対象物の対象面からのＺ座標範囲が第１のＺ座標範囲であると検出された場合には、対象物のＸ座標情報とＹ座標情報を用いてコマンド処理を行い。また、対象物のＺ座標範囲が第２のＺ座標範囲であると検出された場合には、対象物のＸ座標情報とＹ座標情報を用いてホバリング処理を行う。

ここで、Ｘ，Ｙ，Ｚの拡座標の基準となるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は例えば図１のように設定される。対象面２０はＸＹ平面に含まれ、ＸＹ平面に垂直、つまり対象面に垂直な方向をＺ軸とする。

また、第１のＺ座標範囲と第２のＺ座標範囲は、例えば図１２のように設定される。第１のＺ座標範囲は、第２のＺ座標範囲に比べて、Ｚ軸方向において対象面に近い範囲である。上記条件が満たされれば、各Ｚ座標範囲の設定は自由である。例えば、図１２の例では第１のＺ座標範囲と第２のＺ座標範囲とが隣接するものとしているが、これに限定されるものではない。例えば、各Ｚ座標範囲の間に第３のＺ座標範囲を設け、緩衝領域に用いてもよい。

また、ここでは、コマンド処理とは、コマンド決定及びコマンド実行の少なくとも一方の処理のことである。あるコマンドの内容に対応する処理が行われると言うことは、当該コマンドの決定の後に当該コマンドの実行が行われることに相当する。本実施形態においては、コマンドの決定のみが行われ、実行は時間的間隔があいた後に行われるようなケースにおいても、コマンド処理が行われたものとする。ただし、これに限定されず、コマンド実行が行われたことを持ってコマンド処理としてもかまわない。

これにより、本実施形態にかかる光学式検出システムにおいて、対象物のＺ座標情報を用いて、コマンド処理（確定機能）とホバリング処理（浮遊機能）とを切り替えることが可能になる。よって、上述したような形状入力システムやファイラーのようなアプリケーションにおいて、確定的な動作と非確定的な動作とをスムーズに切り替えることが可能となり、ユーザーにとって直感的で使いやすいインターフェースを実現することができる。

また、処理部３００は、対象物が第１のＺ座標範囲にあるときの反射率情報に基づいて、コマンドの種類の判別処理を行ってもよい。

これにより、対象物が第１のＺ座標範囲にあるとき、つまり、第２のＺ座標範囲に比べて対象面に近い位置にあるときに、コマンドの種類の判別処理を行うことが可能になる。上述したように、対象物が対象面に近い場合には、確定的な動作が行われることが想定されるため、コマンドの種類の判別処理は主に、第１のＺ座標範囲にあるときの反射率情報に基づいて行われることになる。

また、処理部３００は、対象物が第１のＺ座標範囲にあるときに、反射率情報についてのキャリブレーション処理を行ってもよい。

これにより、第１のＺ座標範囲にあるときの反射率情報を用いて、反射率情報についてのキャリブレーションを行うことが可能になる。上述したように、ユーザーの指の太さや長さに応じて、同じ指を用いた場合でも反射率が異なることが考えられる。そのため、個人差等を吸収するためにキャリブレーションを行うことが有効である。なお、本実施形態においては、実際にコマンド処理を行う際に、主に使用されることが想定される第１のＺ座標範囲においてキャリブレーションを行うものとしたが、これに限定されない。第２のＺ座標範囲における反射率情報を用いて、反射率情報のキャリブレーションを行ってもよい。

３．座標情報検出の手法
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、本実施形態の光学式検出システムを含む光学式検出装置１００による座標情報検出の手法を説明する図である。

図１３（Ａ）のＥ１は、図５の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図１３（Ａ）のＥ１では、照射方向が図１３（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図１３（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥになっている。

また図１３（Ａ）のＥ２は、図５の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図１３（Ａ）のＥ２では、照射方向が図１３（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図１３（Ａ）では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。

そして図１３（Ｂ）に示すように、角度θの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１の場合）には、図１３（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度θ）の方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴｂになる。

従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢ（角度θ）を特定できる。そして例えば後述する図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）の手法により光学式検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述する図１５に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（θ１）、ＤＤＢ２（θ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。

このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めることができる。

例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（１）、（２）が成立する。

Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （１）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （２）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（３）、（４）が成立する。

Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （３）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （４）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（５）のように表せる。

Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （５）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図１３（Ａ）の強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（５）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。

より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の方向、位置等を求める。

また下式（６）、（７）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるように制御してもよい。

Ｇａ／Ｇｂ＝１ （６）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （７）
上式（６）、（７）を上式（５）に代入すると下式（８）が成立する。

Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （８）
上式（８）より、Ｉｂは下式（９）のように表される。

Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （９）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（９）は下式（１０）のように表され、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１１）のように表される。

Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１０）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１１）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御すれば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１０）によりαを求め、求められたαを上式（１１）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。

次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例について説明する。図１４（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっている。また信号ＳＲＣは受光信号である。

例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図１４（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図５に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これにより図５に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。

このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式（６）、（７）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図１３（Ｂ）に示すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１０）、（１１）から減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）で説明した手法により対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。

そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出された距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図１３（Ｂ）において、光学式検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。

具体的には図１４（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。

なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図１４（Ｂ）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図１４（Ｂ）は、制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な信号波形例である。

具体的には図１４（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図１４（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図１４（Ｂ）のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示されている。

図１５に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図１５では、照射部ＥＵとして第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１（Ａ）、図１（Ｂ）のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置される。

第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。

具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度θ１）として検出する。また第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度θ２）として検出する。そして検出された第１の方向ＤＤＢ１（θ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（θ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。

図１５の変形例によれば、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）のように光学式検出装置と対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。

この場合、Ｚ座標の検出手法は前項で示したように、Ｚ軸方向に複数の受光ユニットを設ければよいが、これに限定されるものではない。例えば、図５の構成の照射ユニットを、図１６のＢ１〜Ｂ５のように設けることで実現してもよい。

図１６のＢ１及びＢ２は、上述したように対象物のＸ座標及びＹ座標（もしくは角度θ）を求めるためのものである。そして、Ｂ１及びＢ２と直交するような向きに設けられたＢ３〜Ｂ５により、Ｚ座標を検出する。Ｂ３〜Ｂ５はＸＹ平面に直交する平面内（図１６の例ではＹＺ平面）における対象物の２次元座標（もしくは角度）を検出することができるため、対象物のＺ座標を特定することが可能である。

ここで、Ｚ座標を検出するにあたって照射ユニットを３つ設ける例を説明したが、照射ユニットの数はこれに限定されるものではない。２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。ただし、照射ユニットからの照射光は、ある程度の広がりを持つものの、平面的に照射される。つまり図１６の例で言うとＢ３〜Ｂ５の照射ユニットの照射光はＸ軸方向において、狭い範囲にしか照射されない。よって、１つの照射ユニットでＺ座標を検出可能なＸ軸方向の範囲は、狭い範囲に限定されてしまうため、広範な領域においてＺ座標の検出を行うためには、図１６の例のように複数の照射ユニットを設けることが望ましい。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、光学式検出装置、表示装置及び電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

２０ 対象面、１００ 光学式検出装置、２００ 検出部、３００ 処理部、
ＥＵ 照射部、ＬＥ 照射方向設定部、ＬＦ ルーバーフィルム、
ＬＧ ライトガイド、ＬＩＤ１、ＬＩＤ２ 照射光強度分布、ＬＳ１、ＬＳ２ 光源部、
ＯＢ 対象物、ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２ 受光ユニット、ＰＳ プリズムシート、
ＲＤＥＴ、ＲＤＥＴ１、ＲＤＥＴ２ 検出エリア、ＲＳ 反射シート、ＲＵ 受光部、
ＳＬＴ スリット

Claims (14)

1. 照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、前記対象物の情報である対象物情報を検出する検出部と、
   前記対象物情報に基づいて処理を行う処理部と、
   を含み、
   前記処理部は、前記対象物情報として前記対象物の反射率情報を取得し、取得した前記反射率情報に基づいて、前記対象物によって指示されるコマンドの処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
2. 請求項１において、
   前記処理部は、
   前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、前記コマンドの種類の判別処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
3. 請求項２において、
   前記処理部は、
   前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、入力指示コマンドと終了指示コマンドの判別を行うことを特徴とする光学式検出システム。
4. 請求項３において、
   前記入力指示コマンドは、
   前記対象物による形状入力の入力開始を指示するコマンドであり、
   前記終了指示コマンドは、
   前記対象物による形状入力の入力終了を指示するコマンドであり、
   前記処理部は、
   前記対象物の前記反射率情報により表される反射率が、第１の反射率である場合には、前記入力指示コマンドにより前記形状入力の入力開始が指示されたと判断し、前記反射率情報により表される反射率が、前記第１の反射率と異なる第２の反射率である場合には、前記終了指示コマンドにより前記形状入力の入力終了が指示されたと判断することを特徴とする光学式検出システム。
5. 請求項２において、
   前記処理部は、
   前記反射率情報により表される反射率の変化に基づいて、実行対象コマンドを指示する指示コマンドと、前記指示コマンドにより指示された前記実行対象コマンドを実行する実行コマンドの判別を行うことを特徴とする光学式検出システム。
6. 請求項５において、
   前記処理部は、
   前記対象物の前記反射率情報により表される反射率が、第１の反射率である場合には、前記指示コマンドにより前記実行対象コマンドが指示されたと判断し、その後、前記反射率情報により表される反射率が、前記第１の反射率と異なる第２の反射率となった場合には、前記実行コマンドにより、前記指示コマンドで指示された前記実行対象コマンドを実行することを特徴とする光学式検出システム。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記対象物は、
   ユーザーの指であり、
   前記処理部は、
   検出領域に存在する指の本数の違いによる前記反射率情報の変化に基づいて、前記コマンドの処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記対象物は、
   ペン型オブジェクトであり、
   前記ペン型オブジェクトは、
   第１の反射率である第１の反射面と、前記第１の反射率よりも高い第２の反射率である第２の反射面とを有し、
   前記処理部は、
   前記第１の反射面からの反射光の受光結果により取得される第１の反射率情報と、前記第２の反射面からの反射光の受光結果により取得される第２の反射率情報とを取得し、前記第１の反射率情報と前記第２の反射率情報に基づいて、前記コマンドの処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
9. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記対象物は、
   ペン型オブジェクトであり、
   前記ペン型オブジェクトは、
   本体部と異なる反射率を有する部材からなる突起部を有し、所定の操作により前記突起部の状態が、収納状態と非収納状態とに切り替わるオブジェクトであり、
   前記処理部は、
   前記突起部が収納状態にある場合の、前記ペン型オブジェクトによる反射光の受光結果により取得される第１の反射率情報と、前記突起部が非収納状態にある場合の、前記ペン型オブジェクトによる反射光の受光結果により取得される第２の反射率情報とを取得し、前記第１の反射率情報と前記第２の反射率情報に基づいて、前記コマンドの処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記対象物の、対象面からのＺ座標範囲が、前記対象面から近い第１のＺ座標範囲であると検出された場合には、前記対象物のＸ座標情報及びＹ座標情報を用いてコマンド決定及びコマンド実行の少なくとも一方のコマンド処理を行い、
    前記対象物の、前記対象面からの前記Ｚ座標範囲が、前記第１のＺ座標範囲に比べて遠い第２のＺ座標範囲であると検出された場合には、前記対象物のＸ座標情報及びＹ座標情報を用いてホバリング操作のための処理であるホバリング処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
11. 請求項１０において、
    前記処理部は、
    前記対象物が、前記第１のＺ座標範囲にあるときの前記反射率情報に基づいて、前記コマンドの種類の判別処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
12. 請求項１０または１１において、
    前記処理部は、
    前記対象物が、前記第１のＺ座標範囲にあるときに、前記反射率情報についてのキャリブレーション処理を行うことを特徴とする光学式検出システム。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    検出領域に対して照射光を出射する照射部と、
    前記反射光を受光する受光部と、
    を含むことを特徴とする光学式検出システム。
14. 照射光が対象物に反射することによる反射光の受光結果に基づいて、前記対象物の情報である対象物情報を検出する検出部と、
    前記対象物情報に基づいて処理を行う処理部として、
    コンピューターを機能させ、
    前記処理部は、前記対象物情報として前記対象物の反射率情報を取得し、取得した前記反射率情報に基づいて、前記対象物によって指示されるコマンドの処理を行うことを特徴とするプログラム。

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