JP2012108016A - 光学式位置検出装置および位置検出機能付き機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学式位置検出装置10では、対象物体により反射した検出光L3の一部を光検出器30により受光した結果、および検出対象空間10Rを介さずに光検出器30に入射した参照光Lrの強度に基づいて対象物体Obの位置を検出する。光検出器30と、参照光Lrを出射する参照用光源12Rとは、受光ユニット35を構成しており、参照用光源12Rから出射された参照光Lrが検出対象空間10Rに漏れることを回避する。受光ユニット35では、参照用光源12Rから出射された参照光Lrを、強度を低下させた状態で光検出器30に入射させるため、光検出器30での参照光Lrの検出強度のレベルを低く抑えることができる。
【選択図】図6
Description
(光学式位置検出装置の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図であり、図1(a)、(b)は、光学式位置検出装置に用いた光学部品のレイアウト等を示す説明図、および光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置で用いた検出光の説明図であり、図2(a)、(b)、(c)は、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を平面的に示す説明図、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を断面的に示す説明図、および導光板内での検出光の減衰状態を示す説明図である。
光検出器30は、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子からなり、検出対象空間10Rの外側のうち、導光板13の辺部分の略中央位置で検出対象空間10Rに光検出器を向けている。本形態において、光検出器30は、検出光L2の中心ピークと略重なる位置に感度領域を備えたフォトダイオード等からなる。
さらに、本形態の光学式位置検出装置10は、検出対象空間10Rを経由せずに光検出器30に参照光Lrを入射させる参照用光源12Rを備えており、かかる参照用光源12Rは、検出用光源12と同様、可視光領域に近い近赤外線、例えば波長850nm付近にピークを有する光を発散光として出射するLEDである。
図1(b)に示すように、光学式位置検出装置10は、検出用光源12(検出用光源12A〜12D)および参照用光源12Rを駆動する光源駆動部14と、光検出器30から検出結果が出力される位置検出部50とを有しており、光源駆動部14と位置検出部50とは、例えば、共通の半導体集積回路500に構成されている。光源駆動部14は、検出用光源12(検出用光源12A〜12D)および参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140(光源駆動回路140a〜140d、140r)と、光源駆動回路140を介して検出用光源12(検出用光源12A〜12D)および参照用光源12Rの点灯を制御する光源制御部145とを備えている。
図3は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10において検出用光源12(検出用光源12A〜12D)を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10において、検出用光源12から出射された検出光L2によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。なお、図3では、点灯している検出用光源12についてはグレーで表してある。
本形態の光学式位置検出装置10においては、光強度分布形成用の検出用光源12を点灯させて検出対象空間10Rに検出光L2の光強度分布を形成するとともに、対象物体Obで反射した検出光L2(検出光L3)を光検出器30で検出し、かかる光検出器30での検出結果に基づいて、位置検出部50は、検出対象空間10R内の対象物体Obの位置を検出する。そこで、図5を参照して座標検出の原理を説明する。なお、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの検出対象空間10R内の位置情報を取得するにあたって、例えば、光源制御部145や位置検出部50として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。また、論理回路等のハードウェアを用いた構成を採用することもできる。
本形態においては、図4(c)、(d)を参照して説明したY座標検出用第1光強度分布L2YaおよびY座標検出用第2光強度分布L2Ybを利用してY軸方向の位置(Y座標)を検出する。より具体的には、検出用光源12A、12Cと検出用光源12B、12Dとを逆相に駆動する。すなわち、図3(c)に示すように、Y座標検出用第1期間においては、検出用光源12A、12Cを点灯させる一方、検出用光源12B、12Dを消灯させ、図4(c)に示すY座標検出用第1光強度分布L2Yaを形成する。次に、Y座標検出用第2期間において、図3(d)に示すように、検出用光源12A、12Cを消灯させる一方、検出用光源12B、12Dを点灯させ、図4(d)に示すY座標検出用第2光強度分布L2Ybを形成する。従って、Y座標検出部52は、Y座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LYaと、Y座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LYbとを比較する等、X座標を検出した方法と同様な方法により、対象物体ObのY座標を検出することができる。
本形態の光学式位置検出装置10において、Z座標を検出するには、検出用光源12A〜12Dの全てを点灯させ、Z軸方向で強度が単調変化するZ座標検出用光強度分布を形成する。従って、検出対象空間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光検出器30により検出される。ここで、Z座標検出用光強度分布は、一定の分布を有しているので、光検出器30での検出強度に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。
上記の座標検出を行う際、検出光L2のみを用いてもよいが、本形態の光学式位置検出装置10では、参照用光源12Rが設けられている。従って、対象物体ObのX座標およびY座標を検出する際、検出用光源12同士の差動に代えて、光検出器30での参照光Lrの検出強度と、対象物体Obで反射した検出光L3の光検出器30での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。より具体的には、光検出器30での検出強度が等しくなるように参照用光源12Rと一部の検出用光源12とを差動させた際の検出用光源12に対する駆動電流と、光検出器30での検出強度が等しくなるように参照用光源12Rと他の一部の検出用光源12とを差動させた際の検出用光源12に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Obの位置を検出することができる。
図6は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10に用いた受光ユニット35の説明図であり、図6(a)、(b)は、受光ユニット35の斜視図、および受光ユニット35の断面図である。
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置10では、複数の検出用光源12および参照用光源12Rを順次点灯させて検出光L2および参照光Lrを出射させ、対象物体Obにより反射した検出光L3の一部を光検出器30により受光した結果、および検出対象空間10Rを介さずに光検出器30に入射した参照光Lrの強度に基づいて対象物体Obの位置を検出する。このため、対象物体Obについては、指等であってもよく、発光するような指示具である必要はない。また、参照光Lrを利用したため、環境光や駆動信号の強度変動等の影響を受けずに対象物体Obの位置を高い精度で検出することができる。しかも、検出光L2は赤外光であるため、視認されない。それ故、後述する位置検出機能付き表示装置等を構成した際、情報の視認が検出光L2によって妨げられないという利点がある。
図7は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10に用いた受光ユニット35の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1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図示し、それらの説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置10に用いた受光ユニット35の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1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図示し、それらの説明を省略する。
図9は、本発明の実施の形態4に係る光学式位置検出装置10に用いた受光ユニット35の断面図であり、図9(a)、(b)は、フィルター18を上板部分165と参照用光源12Rとの間に配置した場合の説明図、およびフィルター18を反射面175に配置した場合の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1、3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図示し、それらの説明を省略する。
上記実施の形態2、3では、参照用光源12Rの出射光軸上に開口部165aを設けたが、参照用光源12Rの出射光軸上からずれた位置に開口部165a(ピンホール)を設けてもよい。また、実施の形態1、2に対して、開口部165aを備えた遮光部を設けた構成や、反射面175を設けた構成を採用してもよい。さらに、反射面175によって光路を延ばして参照光Lrを減衰させる構成や、参照用光源12Rに開口部165a(ピンホール)を備えた遮光部を設けた構成については単独で採用してもよい。
本発明は実施の形態1〜4では、板状の導光板13を備えた光学式位置検出装置10を説明したが、特表2003−534554号公報等に記載されている方式の光学式位置検出装置10や、以下に説明する方式の光学式位置検出装置10に本発明を適用してもよい。
(位置検出機能付き表示装置の具体例1)
図14は、本発明を適用した光学式位置検出装置10を備えた位置検出機能付き表示装置(位置検出機能付き機器)の分解斜視図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置100において、光学式位置検出装置10の構成は、上記実施の形態と同様であるため、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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置10として、図1〜図9を参照して説明した光学式位置検出装置10を用いてあるが、図10〜図13を参照して説明した光学式位置検出装置10を用いてもよい。
図15は、本発明の別の位置検出機能付き表示装置100(位置検出機能付き機器)の構成を模式的に示す説明図であり、図15(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置100の要部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表示装置100において、光学式位置検出装置10の構成は、上記実施の形態と同様であるため、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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置10として、図1〜図9を参照して説明した光学式位置検出装置10を用いてあるが、図10〜図13を参照して説明した光学式位置検出装置10を用いてもよい。
Claims (10)
- 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検出用光源と、
前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記検出光を検出する光検出器と、
前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源と、
前記複数の検出用光源を順次点灯させた際の前記光検出器での前記検出光の検出強度、および前記光検出器での前記参照光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記光検出器と前記参照用光源とは共通のユニットケースに保持されて受光ユニットを構成しているとともに、当該受光ユニットでは、前記参照用光源から出射された前記参照光を、強度を低下させた状態で前記光検出器に入射させることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源と前記検出光出射空間との間に遮光部が設けられ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。
- 前記受光ユニットにおいて、前記光検出器は、前記参照用光源の出射光軸上からずれた位置に配置されてい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。
- 前記受光ユニットにおいて、前記光検出器と前記参照用光源との間には、前記参照用光源から出射された前記参照光の一部を通過させる開口部を備えた遮光部が設けられてい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。
- 前記開口部は、ピンホールであることを特徴とする請求項4に記載の光学式位置検出装置。
- 前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を前記光検出器に向けて導く反射面が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を部分透過させるフィルターが設けられてい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。
- 前記位置検出部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて交互に点灯させた際に前記光検出器での受光強度が等しくなるように前記参照用光源および前記検出用光源を駆動した結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 請求項1乃至9の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えていることを特徴とする位置検出機能付き機器。
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