JP2012108019A - Optical position detection apparatus and device with position detecting function - Google Patents
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Abstract
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、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器に関するものである。 The present invention relates to an optical position detection device that optically detects the position of a target object, and a device with a position detection function including the optical position detection device.
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、複数の検出用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光検出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、光検出部での検出光の検出結果に基づいて対象物体の位置を検出する(例えば、特許文献1参照)。 As an optical position detection device that optically detects a target object, for example, detection light is emitted from each of a plurality of light source units for detection toward the target object via a translucent member and reflected by the target object. There has been proposed a method in which light is transmitted through a translucent member and detected by a light detection unit. In the optical position detection device having such a configuration, the position of the target object is detected based on the detection result of the detection light in the light detection unit (see, for example, Patent Document 1).
また、光学式位置検出装置に導光板を設け、複数の検出用光源部の各々から出射された検出光を、導光板を介して対象物体に向けて出射し、対象物体で反射した検出光を光検出部で検出する方式も提案されている(特許文献2、3参照) In addition, a light guide plate is provided in the optical position detection device, and the detection light emitted from each of the plurality of light source units for detection is emitted toward the target object via the light guide plate, and the detection light reflected by the target object is output. A method of detecting by a light detection unit has also been proposed (see Patent Documents 2 and 3).
しかしながら、特許文献1〜3に記載の光学式位置検出装置では、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いため、投射型表示装置のスクリーン面側、電子黒板のスクリーン面側、デジタルサイネージの表示面側等、広い領域での対象物体の位置を検出する場合、検出用光源部や光検出部の数を増やさなければならないという問題点がある。
However, in the optical position detection devices described in
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、少ない数の検出用光源部であっても、広い領域にわたって対象物体の位置を検出することのできる光学式位置検出装置、およびかかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical position detection device capable of detecting the position of a target object over a wide area even with a small number of light source units for detection, and such an optical position. The object is to provide a device with a position detection function provided with a detection device.
上記課題を解決するために、本発明は、検出対象空間における対象物体の少なくとも第1方向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、前記第1方向に交差する第2方向および前記第1方向で前記検出対象空間から離間した位置において当該検出対象空間に向けて検出光を出射する第1検出用光源部と、前記第1方向の反対方向および前記第2方向で前記検出対象空間から離間した位置において当該検出対象空間に向けて検出光を出射する第2検出用光源部と、前記第1方向において前記第1検出用光源部と前記第2検出用光源部との間に位置し、前記第2方向で前記検出対象空間から離間した位置において前記検出対象空間内の前記対象物体により反射された前記検出光を受光する光検出部と、前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を駆動する光源駆動部と、前記光源駆動部が前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を順次点灯させた際の前記光検出部の受光結果に基づいて前記象物体の前記第1方向における位置を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an optical position detection device that optically detects at least a position of a target object in a detection target space in a first direction, the second direction intersecting the first direction. And a first detection light source unit that emits detection light toward the detection target space at a position separated from the detection target space in the first direction, and the detection in the direction opposite to the first direction and the second direction. A second detection light source unit that emits detection light toward the detection target space at a position separated from the target space, and between the first detection light source unit and the second detection light source unit in the first direction. A light detection unit that receives the detection light reflected by the target object in the detection target space at a position separated from the detection target space in the second direction, and a first detection light source unit; A light source driving unit for driving the second detection light source unit, and a light reception result of the light detection unit when the light source driving unit sequentially turns on the first detection light source unit and the second detection light source unit. And a position detector that detects a position of the elephant object in the first direction.
本発明において、「光検出部の受光結果」に基づいて対象物体の位置を検出するとは、光検出部での受光強度自身を用いて対象物体の位置を検出する場合、および光検出部での受光強度が所定の値になるように検出用光源部に供給する電流値を調整した場合の電流値(制御量)に基づいて対象物体の位置を検出する場合の双方を含む意味である。 In the present invention, “detecting the position of the target object based on the“ light reception result of the light detection unit ”” refers to detecting the position of the target object using the light reception intensity itself in the light detection unit, and in the light detection unit. This means that both the case where the position of the target object is detected based on the current value (control amount) when the current value supplied to the light source for detection is adjusted so that the received light intensity becomes a predetermined value.
本発明を適用した光学式位置検出装置では、第1検出用光源部および第2検出用光源部が検出対象空間に向けて検出光を出射し、検出対象空間に位置する対象物体により反射した検出光を光検出部により受光する。ここで、第1検出用光源部および第2検出用光源部は、第1方向で離間している。このため、第1検出用光源部が点灯した際の光検出部での受光強度と、第2検出用光源部が点灯した際の光検出部での受光強度との比や差を求めれば、第1検出用光源部から対象物体までの第1方向における距離と第2検出用光源部から対象物体までの第1方向における距離との比が分かる。あるいは、第1検出用光源部が点灯した際の光検出部での受光強度と、第2検出用光源部が点灯した際の光検出部での受光強度とが等しくなるように第1検出用光源部および第2検出用光源部に供給する電流値を調整した後の電流値の比や差を用いても、第1検出用光源部から対象物体までの第1方向における距離と第2検出用光源部から対象物体までの第1方向における距離との比が分かる。従って、第1検出用光源部の位置と第2検出用光源部の位置を基準に等比線を求めれば、かかる等比線上に対象物体が位置することになるので、対象物体の第1方向における位置を求めることができる。ここで、第1検出用光源部および第2検出用光源部は、検出対象空間から第1方向および第1方向とは反対方向で離間している。このため、第1検出用光源部が検出対象空間に対して第1方向で離間していない場合と比較して、第1検出用光源部から出射された検出光が正反射して光検出部に入射するような対象物体の特異位置を第1方向において外側にシフトさせることができる。同様に、第2検出用光源部が検出対象空間に対して第2方向で離間していない場合と比較して、第2検出用光源部から出射された検出光が正反射して光検出部に入射するような対象物体の特異位置を、第1方向とは反対方向において外側にシフトさせることができる。それ故、第1検出用光源部および第2検出用光源部という少ない数の光源部によって対象物体の位置を検出する場合でも、検出対象空間を第1方向において広く設定することができる。 In the optical position detection device to which the present invention is applied, the first detection light source unit and the second detection light source unit emit detection light toward the detection target space and are reflected by the target object located in the detection target space. Light is received by the light detection unit. Here, the first light source unit for detection and the second light source unit for detection are separated in the first direction. For this reason, if the ratio or difference between the received light intensity at the light detection unit when the first detection light source unit is turned on and the received light intensity at the light detection unit when the second detection light source unit is turned on, A ratio between the distance in the first direction from the first light source for detection to the target object and the distance in the first direction from the second light source for detection to the target object is known. Alternatively, for the first detection, the light reception intensity at the light detection unit when the first detection light source unit is turned on is equal to the light reception intensity at the light detection unit when the second detection light source unit is turned on. The distance and the second detection in the first direction from the first light source unit for detection to the target object can be obtained using the ratio or difference of the current values after adjusting the current value supplied to the light source unit and the second light source unit for detection. A ratio with the distance in the first direction from the light source unit to the target object is known. Therefore, if the geometric line is obtained with reference to the position of the first light source unit for detection and the position of the second light source unit for detection, the target object is positioned on the geometric line, so the first direction of the target object The position at can be determined. Here, the first detection light source unit and the second detection light source unit are separated from the detection target space in the first direction and the direction opposite to the first direction. For this reason, compared with the case where the first light source unit for detection is not spaced apart from the detection target space in the first direction, the detection light emitted from the first light source unit for detection is regularly reflected and the light detection unit. The singular position of the target object that is incident on can be shifted outward in the first direction. Similarly, the detection light emitted from the second detection light source unit is regularly reflected and compared with the case where the second detection light source unit is not separated from the detection target space in the second direction. It is possible to shift the singular position of the target object that is incident on the outside in the direction opposite to the first direction. Therefore, even when the position of the target object is detected by a small number of light source units such as the first detection light source unit and the second detection light source unit, the detection target space can be set wide in the first direction.
本発明において、前記光検出部は、前記第2方向で前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部から離間した位置に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、第1検出用光源部から出射された検出光が正反射して光検出部に入射するような対象物体の特異位置を第1方向において外側にシフトさせることができる。同様に、第2検出用光源部から出射された検出光が正反射して光検出部に入射するような対象物体の特異位置を第1方向とは反対方向において外側にシフトさせることができる。それ故、第1検出用光源部および第2検出用光源部という少ない数の光源部によって対象物体の位置を検出する場合でも、検出対象空間を第1方向においてより広く設定することができる。 In this invention, it is preferable that the said light detection part is provided in the position away from the said 1st light source part for a detection and the said 2nd light source part for a detection in the said 2nd direction. According to such a configuration, it is possible to shift the singular position of the target object in the first direction so that the detection light emitted from the first detection light source unit is regularly reflected and enters the light detection unit. Similarly, the singular position of the target object in which the detection light emitted from the second light source unit for detection is specularly reflected and enters the light detection unit can be shifted outward in the direction opposite to the first direction. Therefore, even when the position of the target object is detected by a small number of light source units such as the first detection light source unit and the second detection light source unit, the detection target space can be set wider in the first direction.
本発明において、前記第1検出用光源部は、前記第1方向において前記光検出部および前記検出対象空間を中心に前記第2検出用光源部と対称に配置されている構成を採用することができる。かかる構成によれば、検出対象空間での検出精度を対称とすることができる。 In the present invention, the first detection light source unit may be configured to be arranged symmetrically with the second detection light source unit around the light detection unit and the detection target space in the first direction. it can. According to such a configuration, the detection accuracy in the detection target space can be made symmetric.
本発明において、前記位置検出部は、前記光源駆動部が前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を同時に点灯させた際の前記光検出部の受光結果、あるいは前記光源駆動部が前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を順次点灯させた際の前記光検出部の受光結果を合成した結果に基づいて前記対象物体の前記第2方向における位置を検出することが好ましい。ここで、光検出部の受光結果を合成した結果とは、光検出部での受光強度自身の和、および光検出部での受光強度が所定の値になるように検出用光源部に供給する電流値を調整した場合の電流値(制御量)の和の双方を含む意味である。かかる構成によれば、第1検出用光源部および第2検出用光源部が同時点灯した場合の光検出部での受光強度、あるいは第1検出用光源部および第2検出用光源部が順次点灯した場合の光検出部での受光強度を合成した結果によれば、対象物体の第2方向における位置が分かる。また、第1検出用光源部および第2検出用光源部が同時点灯した場合の光検出部での受光強度が所定の値になるように第1検出用光源部および第2検出用光源部を駆動した際の電流値の和や、第1検出用光源部および第2検出用光源部が順次点灯した場合の光検出部での受光強度の和が所定の値になるように第1検出用光源部および第2検出用光源部を駆動した際の電流値の和によっても、対象物体の第2方向における位置が分かる。それ故、検出用光源部として、2つの検出用光源部(第1検出用光源部および第2検出用光源部)を用いるだけで対象物体の第1方向における位置、および第2方向における位置を検出することができる。また、第2位置を検出するにあたっては、第1検出用光源部および第2検出用光源部が同時点灯した際の光検出部の受光結果、あるいは第1検出用光源部および第2検出用光源部を順次点灯させた際の光検出部の受光結果を合成した結果を用いるため、対象物体が第1検出用光源部および第2検出用光源部から離間している場合でも対象物体の第2方向における位置を検出でき、第2位置の検出対象範囲が広い。 In the present invention, the position detection unit includes a light reception result of the light detection unit when the light source driving unit simultaneously turns on the first light source unit for detection and the second light source unit for detection, or the light source driving unit. Detects a position of the target object in the second direction based on a result of combining light reception results of the light detection unit when the first detection light source unit and the second detection light source unit are sequentially turned on. It is preferable. Here, the result of combining the light reception results of the light detection unit is supplied to the light source unit for detection so that the sum of the light reception intensity itself in the light detection unit and the light reception intensity in the light detection unit become a predetermined value. It means to include both the sum of current values (control amounts) when the current value is adjusted. According to this configuration, the received light intensity at the light detection unit when the first detection light source unit and the second detection light source unit are simultaneously turned on, or the first detection light source unit and the second detection light source unit are sequentially turned on. According to the result of synthesizing the received light intensity at the light detection unit in this case, the position of the target object in the second direction can be known. In addition, the first detection light source unit and the second detection light source unit are arranged so that the received light intensity at the light detection unit when the first detection light source unit and the second detection light source unit are simultaneously turned on becomes a predetermined value. For the first detection, the sum of the current values at the time of driving and the sum of the received light intensity at the light detection unit when the first detection light source unit and the second detection light source unit are sequentially turned on become a predetermined value. The position of the target object in the second direction can also be determined from the sum of the current values when the light source unit and the second light source unit for detection are driven. Therefore, the position of the target object in the first direction and the position in the second direction can be determined simply by using two detection light source units (first detection light source unit and second detection light source unit) as the detection light source unit. Can be detected. In detecting the second position, the light reception result of the light detection unit when the first detection light source unit and the second detection light source unit are turned on simultaneously, or the first detection light source unit and the second detection light source. Since the result of combining the light reception results of the light detection units when the units are sequentially turned on is used, even if the target object is separated from the first detection light source unit and the second detection light source unit, the second target object The position in the direction can be detected, and the detection target range of the second position is wide.
本発明において、前記検出光の出射空間を介さずに前記光検出部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源部と前記参照用光源とを差動させた結果、および前記第2検出用光源部と前記参照用光源とを差動させた結果に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、環境光の影響を受けずに対象物体の位置を検出することができる。 In the present invention, a light source for reference that emits reference light incident on the light detection unit without passing through an emission space of the detection light is provided, and the position detection unit is based on a light reception result of the light detection unit. The position of the target object is detected based on a result obtained by differentiating the first detection light source unit and the reference light source and a result obtained by differentiating the second detection light source unit and the reference light source. It is preferable. According to this configuration, the position of the target object can be detected without being affected by ambient light.
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検出光が視認されないので、表示装置に光学式位置検出装置を設けた場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置を各種機器に用いることができる。 In the present invention, the detection light is preferably infrared light. According to such a configuration, since the detection light is not visually recognized, the optical position detection device can be used for various devices, for example, the display is not hindered even when the optical position detection device is provided in the display device.
本発明を適用した光学式位置検出装置は、例えば、前記第1方向および前記第2方向に沿って広がる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、かかる位置検出機能付き機器は、例えば以下の機器を挙げることができる。 The optical position detection device to which the present invention is applied can be used for, for example, a device with a position detection function having a viewing surface constituent member having a viewing surface extending along the first direction and the second direction. Examples of the device with a position detection function include the following devices.
まず、前記視認面構成部材は、情報としての画像を表示する直視型画像生成装置である構成を採用でき、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。 First, the viewing surface constituent member can adopt a configuration that is a direct-view image generation device that displays an image as information. In this case, the viewing surface is an image on which the image is displayed in the direct-view image generation device. It is a display surface. According to this configuration, the device with a position detection function can be configured as a direct view display device with a position detection function.
本発明において、前記視認面構成部材はスクリーンや表示板である構成を採用でき、この場合、前記視認面は、スクリーンや表示板において情報が視認される表示面である。 In the present invention, the viewing surface constituting member can adopt a configuration that is a screen or a display plate. In this case, the viewing surface is a display surface on which information is visually recognized on the screen or the display plate.
本発明において、前記スクリーンに対して前記視認面側に、前記スクリーンに向けて画像を投射する画像投射装置を備え、当該画像投射装置と一体に前記検出用光源部および前記光検出部が配置されている構成を採用することもできる。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付き投射型表示装置として構成することができる。 In the present invention, an image projection device for projecting an image toward the screen is provided on the viewing surface side with respect to the screen, and the detection light source unit and the light detection unit are arranged integrally with the image projection device. It is also possible to adopt the configuration. According to this configuration, the device with a position detection function can be configured as a projection display device with a position detection function.
本発明において、前記視認面構成部材は、前記情報としての展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、前記視認面は、前記透光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ウインドウ等として構成することができる。 In the present invention, the viewing surface constituent member may employ a configuration that is a translucent member that covers the exhibit as the information. In this case, the viewing surface is arranged on the translucent member. This is the surface on which the exhibit is viewed on the opposite side of the display side. According to this configuration, the device with a position detection function can be configured as a window with a position detection function.
本発明において、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である構成を採用することができ、この場合、前記視認面は、前記基盤において当該基盤と前記遊技用媒体との相対位置が前記情報として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。 In the present invention, the viewing surface constituent member may employ a configuration that is a base that supports a moving game medium. In this case, the visual surface is formed between the base and the game medium on the base. The relative position is the surface that is visually recognized as the information. According to such a configuration, the device with a position detection function can be configured as an amusement device such as a pachinko machine or a coin game.
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、互いに交差する方向をX軸方向およびY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向に交差する方向をZ軸方向とし、検出光の出射方向をY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、Z軸方向の一方側をZ1側とし、他方側をZ2側として表してあり、本発明における「第1方向」はX軸方向の一方側X1に相当し、本発明における「第2方向」はY軸方向の一方側Y1に相当する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the directions intersecting each other are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction, the directions intersecting the X-axis direction and the Y-axis direction are defined as the Z-axis direction, and the detection light emission direction is defined as the Y-axis direction. To do. In the drawings referred to below, one side in the X-axis direction is the X1 side, the other side is the X2 side, one side in the Y-axis direction is the Y1 side, the other side is the Y2 side, and one side in the Z-axis direction. Is the Z1 side, and the other side is the Z2 side. The “first direction” in the present invention corresponds to one side X1 in the X-axis direction, and the “second direction” in the present invention is one side in the Y-axis direction. Corresponds to Y1.
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る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、検出用光源部を検出光の出射空間側からみたときの説明図、および検出用光源部を側方からみたときの説明図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置の光源装置等の構成を示す説明図であり、図2(a)、(b)は、検出用光源部を検出光の出射空間からみたときの平面図、および電気構成を示す説明図である。
[Embodiment 1]
(overall structure)
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a main part of a device with a position detection function according to
図1(a)、(b)および図2(a)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、電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置や投射型表示装置用の位置検出機能付きスクリーン装置等として用いることができる。
1 (a), 1 (b), and 2 (a), the
光学式位置検出装置10は、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向けて検出光L2を出射する複数の検出用光源部12を備えた光源装置11と、Y軸方向の一方側Y1において他方側Y2に検出面31を向けた光検出器30とを備えている。視認面構成部材40は、シート状あるいは板状の透光部材等からなり、X軸方向およびY軸方向に沿って広がる視認面41を備えている。
The optical
(光源装置11の概略構成)
光源装置11は、複数の検出用光源部12として、視認面構成部材40においてY軸方向の一方側Y1でX軸方向に延在する辺部分に沿って配置された第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを備えている。第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向で離間し、Y軸方向では同一の位置にある。
(Schematic configuration of the light source device 11)
The
また、光学式位置検出装置10は、視認面構成部材40においてY軸方向の一方側Y1でX軸方向に延在する辺部分に光検出器30を備えている。光検出器30は、X軸方向において第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとの間に配置されており、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bの各々に対してX軸方向で離間している。本形態において、光検出器30は、Y軸方向では第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bと同一の位置にある。このため、第1検出用光源部12A、光検出器30および第2検出用光源部12Bは、X軸方向において同一直線上にこの順で配列されている。また、光検出器30、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bは、視認面構成部材40よりZ軸方向の一方側Z1に突出した位置にある。
In addition, the optical
ここで、検出用光源部12(第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B)の中心光軸は、互いに平行である。また、検出用光源部12の中心光軸は、視認面構成部材40の視認面41に対しても平行である。このため、検出用光源部12(第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B)は、視認面構成部材40において視認面41側に沿うように検出光L2(検出光L2a、L2b)を出射する。従って、図1(a)、(b)に点線で示すように、本形態では、視認面構成部材40において視認面41が位置する側の空間全体が、検出光L2の出射空間になっており、かかる出射空間によって、対象物体Obの位置が検出される検出対象空間10Rが構成されている。このように設定された検出対象空間10Rに対象物体Obが存在すると、検出用光源部12(第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B)から出射された検出光L2(検出光L2a、L2b)の一部は対象物体Obで反射し、反射光L3の一部が光検出器30で受光される。
Here, the center optical axes of the detection light source unit 12 (the first detection
第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bは各々、LED(発光ダイオード)等により構成され、ピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる検出光L2a、L2bを発散光として放出する。なお、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bでは、LEDの前面に散乱シート等の光学シート(図示せず)が配置されることが好ましい。また、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からなり、本形態において、光検出器30は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードである。かかる光検出器30および検出用光源部12は、例えば配線材15によって、図2(b)に示す光源駆動部14や位置検出部50に電気的に接続されている。
Each of the first detection
光学式位置検出装置10において、光源装置11は、光検出器30と第1検出用光源部12Aとの間に、光検出器30に発光部を向けた参照用光源12Rを備えており、かかる参照用光源12Rも、光検出器30、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bと同様、視認面構成部材40よりZ軸方向の一方側Z1に突出した位置にある。このため、第1検出用光源部12A、参照用光源12R、光検出器30および第2検出用光源部12Bは、X軸方向において同一直線上にこの順で配列されている。参照用光源12Rは、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を発散光として出射する。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(検出対象空間10R)に入射せず、検出対象空間10Rを介さずに光検出器30に入射するようになっている。
In the optical
このように構成した光学式位置検出装置10において、光検出器30と、光源装置11(第1検出用光源部12A、第2検出用光源部12Bおよび参照用光源12R)とは、視認面構成部材40の1つの辺部分に沿って配置されている。そこで、本形態では、光検出器30と光源装置11とは、二点鎖線で示す共通のハウジング19に収納され、光学ユニット18として一体化されている。
In the optical
(位置検出部等の構成)
図2(b)に示すように、光源装置11は複数の検出用光源部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、検出用光源部12および参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140と、光源駆動回路140を介して複数の検出用光源部12および参照用光源12Rの各々の点灯パターン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検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを駆動する光源駆動回路140a、140bと、参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140rとを備えている。なお、光源駆動回路140a、140bについては、スイッチング回路等を用いることにより、複数の検出用光源部12を共通の光源駆動回路140で駆動する構成を採用してもよい。
(Configuration of position detector, etc.)
As illustrated in FIG. 2B, the
光検出器30には位置検出部50が電気的に接続されており、光検出器30での検出結果は位置検出部50に出力される。位置検出部50は、光検出器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部55と、対象物体ObのX座標(第1方向における位置(第1位置))およびY座標(第2方向における位置(第2位置))を検出するXY座標検出部52とを備えている。このように構成した位置検出部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。
A
(X座標情報の検出原理)
本形態の光学式位置検出装置10では、以下に説明するように、検出用光源部12同士の差動、あるいは検出用光源部12と参照用光源12Rとの差動により、2つの検出用光源部12のうちの一方の検出用光源部12と対象物体Obとの距離と、他方の検出用光源部12と対象物体Obとの距離の比を求め、かかる比に基づいて、対象物体ObのX座標情報を得る。以下、光検出器30の受光結果に基づいて、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとを差動させた結果を利用して対象物体ObのX座標情報を得る際の基本的な原理を説明する。
(X-coordinate information detection principle)
In the optical
本形態の光学式位置検出装置10において、第1検出用光源部12Aから出射された検出光L2aと、第2検出用光源部12Bから出射された検出光L2bと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検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを順次点灯させる。より具体的には、第1期間では第1検出用光源部12Aを点灯させる一方、第2検出用光源部12Bを消灯させ、第2期間では第1検出用光源部12Aを消灯させる一方、第2検出用光源部12Bを点灯させる。このような期間中、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L2a、L2bが反射され、その反射光L3の一部が光検出器30により検出される。その際、第1期間における光検出器30での検出値と、第2期間における光検出器30での検出値とが等しくなるように、第1検出用光源部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2検出用光源部12Bに対する制御量(駆動電流)を調整した際の駆動電流とを調整する。そして、調整した後の第1検出用光源部12Aに対する制御量(駆動電流IA)と、調整した後の第2検出用光源部12Bに対する制御量(駆動電流IB)との比や調整量の比等を用いれば、X軸方向において対象物体Obがいずれの位置に存在するかを検出できることになる。
In the optical
ここで、光学式位置検出装置10は参照用光源12Rを有している。従って、本形態では、検出光L2a、L2b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L2bと参照光Lrとの差動とを利用し、最終的に検出光L2a、L2bを差動させた場合と同様な結果を導く。検出光L2aと参照光Lrとの差動、および検出光L2bと参照光Lrとの差動は、以下のようにして実行される。
Here, the optical
まず、参照用光源12Rから出射された参照光Lrの光検出器30での受光強度は、対象物体Obの位置にかかわらず、一定である。従って、第1期間においては、光検出器30での検出光L2aの受光強度と、光検出器30での参照光Lrの受光強度とが等しくなった時点での第1検出用光源部12Aに対する駆動電流IAを求める。また、第2期間においては、光検出器30での検出光L2bの受光強度と、光検出器30での参照光Lrの受光強度とが等しくなった時点での第2検出用光源部12Bに対する駆動電流IBを求める。そして、第1検出用光源部12Aに対する駆動電流IAと、第2検出用光源部12Bに対する駆動電流IBとの比や差を求め、かかる比や差を用いて、X軸方向において第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12B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する。
First, the received light intensity of the reference light Lr emitted from the
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
At=第1検出用光源部12Aから出射された
検出光L2が対象物体Obで反射して光検出器30に到る距離関数
A=検出対象空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第1検出用光源部12A
が点灯したときの光検出器30の受光強度
Bt=第2検出用光源部12Bから出射された
検出光L2が対象物体Obで反射して光検出器30に到る距離関数
B=検出対象空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第2検出用光源部12B
が点灯したときの光検出器30の受光強度
Rs=参照用光源12Rから光検出器30に到る光路係数
R=参照用光源12Rのみが点灯したときの光検出器30の受光強度
とする。なお、第1検出用光源部12A、第2検出用光源部12B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、光検出器30での受光強度が等しくなったときの第1検出用光源部12Aに対する駆動電流をIAとし、第2検出用光源部12Bに対する駆動電流をIBとし、参照用光源12Rに対する駆動電流をIR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光検出器30の受光強度については、第1検出用光源部12Aとの差動と、第2検出用光源部12Bとの差動とにおいて同一と仮定する。
The above detection principle can be mathematically explained using an optical path function as follows. First, it emitted the parameters from the following T = reflectivity of the target object Ob A t = the first detection
A distance function in which the detection light L2 is reflected by the target object Ob and reaches the light detector 30 A = first detection
Received light intensity of the
A distance function in which the detection light L2 is reflected by the target object Ob and reaches the light detector 30 B = the second detection light source unit 12B in a state where the target object Ob exists in the
The light reception intensity R s of the
検出対象空間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×At×IA+環境光 ・・式(1)
B=T×Bt×IB+環境光 ・・式(2)
R=Rs×IR+環境光 ・・式(3)
の関係が得られる。
When the above-described differential is performed in a state where the target object Ob exists in the
A = T × A t × I A + Ambient Light ・ ・ Formula (1)
B = T × B t × I B + Ambient Light ・ ・ Formula (2)
R = R s × I R + Ambient Light ・ ・ Formula (3)
The relationship is obtained.
ここで、差動の際の光検出器30の受光強度は等しいことから、式(1)、(3)から下式
T×At×IA+環境光=Rs×IR+環境光
T×At×IA=Rs×IR
T×At=Rs×IR/IA・・式(4)
が導かれ、式(2)、(3)から下式
T×Bt×IB+環境光=Rs×IR+環境光
T×Bt×IB=Rs×IR
T×Bt=Rs×IR/IB・・式(5)
が導かれる。
Here, since the received light intensity of the
T × A t = R s × I R / I A ... (4)
From the formulas (2) and (3), the following formula T × B t × I B + environment light = R s × I R + environment light T × B t × I B = R s × I R
T × B t = R s × I R / I B ... (5)
Is guided.
また、距離関数At、Btの比PABは、下式
PAB=At/Bt・・式(6)
で定義されることから、式(4)、(5)から、距離関数の比PABは
PAB=IB/IA・・式(7)
で示すように表される。かかる式(7)では、環境光の項、対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Btの比PAB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。また、第1検出用光源部12Aとの差動と、第2検出用光源部12B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光検出器30の受光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。
Further, the ratio P AB of the distance functions A t and B t is expressed by the following equation: P AB = A t / B t.
From the formulas (4) and (5), the ratio P AB of the distance function is P AB = I B / I A ··· Formula (7)
It is expressed as In the equation (7), there is no term of ambient light and no term of reflectance of the target object Ob. Therefore, the ambient light and the reflectance of the target object Ob do not affect the ratio P AB of the distance functions A t and B t . In addition, about said mathematical model, you may correct | amend in order to cancel the influence etc. of the detection light L2 which entered without reflecting with the target object Ob. Further, in the differential with the first detection
ここで、検出用光源部12で用いた光源は点光源であり、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検出用光源部12Aと対象物体Obとの離間距離P1と、第2検出用光源部12Bと対象物体Obとの離間距離P2との比は、下式
PAC=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、対象物体Obは、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとを結ぶ仮想線をP1:P2で分割した位置を通る等比線上に対象物体Obが存在することがわかる。
Here, the light source used in the detection light source unit 12 is a point light source, and the light intensity at a certain point is inversely proportional to the square of the distance from the light source. Therefore, the ratio of the separation distance P1 between the first detection
Is required. Therefore, the target object Ob may exist on a contour line passing through a position obtained by dividing the virtual line connecting the first detection
(Y座標情報の検出原理およびXY座標の確定)
次に、対象物体ObのY座標に関する情報を検出する原理を示す説明する。本形態では、X座標情報を求める際と同様な差動を利用して、対象物体ObのY座標に関する情報を検出する。すなわち、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bと、参照用光源12Rとを差動させた結果に基づいて、Y座標情報を得る。より具体的には、検出対象空間10Rに対象物体Obが存在する状態において、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bの双方を点灯させた際、対象物体ObのY軸方向の位置と、光検出器30での検出光L2aの受光強度との間には、単調に変化する関係がある。そこで、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B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、光検出器30での検出光L2aの受光強度と、参照光Lrの光検出器30での受光強度とを一致させる。このような差動において、光検出器30での検出光L2a、L2bの受光強度と、光検出器30での参照光Lrの受光強度とが等しくなった時点での第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bに対する駆動電流と、参照用光源12Rに対する駆動電流との差や比を求めれば、対象物体ObがY軸方向のいずれの位置に存在するかを示すY座標情報を得ることができる。なお、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを順次点灯させて、光検出器30での検出光L2aの受光強度と、参照光Lrの光検出器30での受光強度とを一致させた際の第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bに対する駆動電流を合成した値を用いても、対象物体ObがY軸方向のいずれの位置に存在するかを示すY座標情報を得ることができる。
(Detection principle of Y coordinate information and determination of XY coordinates)
Next, the principle of detecting information related to the Y coordinate of the target object Ob will be described. In the present embodiment, information related to the Y coordinate of the target object Ob is detected using the same differential as that used when obtaining the X coordinate information. That is, Y coordinate information is obtained based on a result obtained by differentiating the first detection
それ故、先に説明した方法で求めたX座標情報とY座標情報とを用いれば、対象物体ObのX座標とY座標とを確定することができる。より具体的には、X座標情報に相当する線とY座標情報に相当する線との交点を求めれば、対象物体ObのX座標とY座標とを確定することができる。なお、交点という考え方は、対象物体Obの位置を幾何学的に説明するものであり、実際には、演算によって対象物体ObのX座標とY座標とを算出する。 Therefore, the X coordinate and Y coordinate of the target object Ob can be determined by using the X coordinate information and the Y coordinate information obtained by the method described above. More specifically, if the intersection of the line corresponding to the X coordinate information and the line corresponding to the Y coordinate information is obtained, the X coordinate and the Y coordinate of the target object Ob can be determined. Note that the concept of intersection points geometrically describes the position of the target object Ob, and actually the X and Y coordinates of the target object Ob are calculated by calculation.
(検出用光源部12および光検出器30のレイアウト)
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における検出対象空間10R、検出用光源部12および光検出器30の位置関係を模式的に示す説明図であり、図3(a)は、本発明の実施の形態1におけるレイアウトの説明図であり、図3(b)は、本発明の実施の形態1に対する参考例におけるレイアウトの説明図である。
(Layout of light source unit 12 for detection and photodetector 30)
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a positional relationship among the
図3(a)に示すように、本形態の光学式位置検出装置10において、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向で離間し、Y軸方向では同一の位置にある。より具体的には、第1検出用光源部12Aは、検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy1をもって離間しているとともに、検出対象空間10Rの端部に対してX軸方向の一方側X1(第1方向)に向かって離間距離dx1をもって離間している。また、第2検出用光源部12Bは、検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy1をもって離間しているとともに、検出対象空間10Rの端部に対してX軸方向の他方側X2(第1方向と反対の方向)に向かって離間距離dx1をもって離間している。従って、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向において検出対象空間10Rを中心に対称に配置されている。
As shown in FIG. 3A, in the optical
また、光検出器30は、X軸方向において第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとの中間位置に配置されており、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bの各々に対してX軸方向で等しい距離をもって離間している。従って、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向において光検出器30を中心に対称に配置されている。また、光検出器30は、Y軸方向では第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bと同一の位置にあり、検出対象空間10Rから検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy1をもって離間している。
The
このようなレイアウトによれば、以下に説明するように、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bが検出対象空間10RからX軸方向の一方側X1および他方側X2に向かって離間しているので、検出対象空間10RをX軸方向において広く設定することができる。かかる作用を第2検出用光源部12Bから出射された検出光L2bを例に説明する。なお、図3(b)に示す参考例では、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bは、X軸方向において検出対象空間10RのX軸方向の端部と重なる位置に配置されている。
According to such a layout, as described below, the first detection
図3(b)に示す参考例では、対象物体ObがX軸方向において検出対象空間10Rの内側にある場合でも、対象物体ObがX軸方向において第2検出用光源部12Bと光検出器30との中間位置にあると、対象物体Obへの検出光L2bの入射角Θ1と、対象物体Obからの反射光L3の出射角Θ2とが等しく、対象物体Obで正反射した反射光L3が光検出器30に入射してしまう。このため、対象物体ObがX軸方向において第2検出用光源部12Bと光検出器30との中間位置にある場合、かかる対象物体Obの位置は、位置検出の際の特異点となって、対象物体Obの位置検出精度が低い。このため、図3(b)に示す参考例では、X軸方向において第2検出用光源部12Bと光検出器30との中間位置と、X軸方向において第1検出用光源部12Aと光検出器30との中間位置とによって挟まれた領域10R1しか、検出対象空間10Rとして有効な領域として利用できないことになる。
In the reference example shown in FIG. 3B, even when the target object Ob is inside the
これに対して、図3(a)に示す実施の形態1では、対象物体Obへの検出光L2bの入射角Θ11と、対象物体Obからの反射光L3の出射角Θ12とが等しくなって、対象物体Obで正反射した検出光L2bが光検出器30に入射してしまうのは、対象物体Obが検出対象空間10R内のX軸方向の最も他方側X2、かつ、Y軸方向の最も他方側に位置するときである。従って、対象物体Obが検出対象空間10Rの他の位置にある場合、対象物体Obで正反射した検出光L2bが光検出器30に入射してしまうことがない。それ故、図3(a)に示す実施の形態1では、検出対象空間10RのX軸方向の全域が有効な領域として利用でき、図3(b)に示す参考例に比較して、X軸方向で有効な検出対象空間10Rが広いという利点がある。
On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 3A, the incident angle Θ11 of the detection light L2b to the target object Ob is equal to the emission angle Θ12 of the reflected light L3 from the target object Ob. The detection light L2b specularly reflected by the target object Ob is incident on the
(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では、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12BがY方向の一方側Y1から他方側Y2に向けて検出光L2a、L2bを出射し、検出光L2a、L2bが出射される検出対象空間10Rに位置する対象物体Obで反射した検出光L2a、L2bの一部を光検出器30で受光する。ここで、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bは、X軸方向で離間している。このため、第1検出用光源部12Aが点灯した際の光検出器30での受光強度と、第2検出用光源部12Bが点灯した際の光検出器30での受光強度と光検出部での受光強度とが等しくなるように第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bに供給する電流値を調整した後の電流値の比や差を用いれば、第1検出用光源部12Aから対象物体ObまでのX軸方向における距離と第2検出用光源部12Bから対象物体ObまでのX軸方向における距離との比が分かる。
(Main effects of this form)
As described above, in the optical
また、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bは、Y軸方向で同一位置に配置されている。このため、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bが同時点灯した場合の光検出器30での受光強度が所定の値になるように第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを駆動した際の電流値の和によって、対象物体ObのY軸方向における位置が分かる。
The first detection
それ故、検出用光源部12として、2つの検出用光源部(第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B)を用いるだけで対象物体ObのX座標(第1位置)およびY座標(第2位置)を検出することができる。
Therefore, the X coordinate (first position) and Y of the target object Ob can be obtained only by using two detection light source units (the first detection
また、本形態では、Y座標を検出するにあたっては、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bが同時点灯した場合の光検出器30での受光強度が所定の値になるように第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bを駆動した際の電流値の和を利用する。このため、対象物体Obが第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bから離間している場合でも対象物体ObのY軸方向における位置を検出でき、Y座標の検出対象範囲が広い。
In this embodiment, when detecting the Y coordinate, the light reception intensity at the
また、本形態では、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bが検出対象空間10RからX軸方向で離間している。このため、図3(a)、(b)を参照して説明したように、第1検出用光源部Aおよび第2検出用光源部12Bが検出対象空間10Rに対してX軸方向で離間していない場合と比較して、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bから出射された検出光L2が正反射して光検出部に入射するような対象物体Obの特異位置を、よりX軸方向の外側にシフトさせることができる。それ故、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bという少ない数の光源部によって対象物体Obの位置を検出する場合でも、検出対象空間10RをX軸方向において広く設定することができる。
In this embodiment, the first detection
また、本形態において、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、光検出器30および検出対象空間10Rを中心にX軸方向で対称に配置されているため、検出対象空間10Rでの検出精度をX軸方向において対称とすることができる。
Further, in the present embodiment, the first detection
また、本形態では、検出光L2a、L2bの出射空間(検出対象空間10R)を介さずに光検出部に入射する参照光を出射する参照用光源12Rを備え、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて、検出用光源部12と参照用光源12Rとを差動させた結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。このため、環境光の影響を受けずに対象物体ObのY座標を検出することができる。
In this embodiment, the
また、検出光L2(検出光L2a、L2b)は赤外光であるため、検出光L2が視認されない。従って、表示装置に光学式位置検出装置10を設けた場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置10を各種機器に用いることができる。
Moreover, since the detection light L2 (detection light L2a, L2b) is infrared light, the detection light L2 is not visually recognized. Therefore, even when the optical
また、検出用光源部12(第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12B)と光検出器30は、光学ユニット18として一体化されている。このため、各種機器に光学式位置検出装置10を容易に付加することができる等の利点がある。
Further, the detection light source unit 12 (the first detection light source unit 12 </ b> A and the second detection light source unit 12 </ b> B) and the
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係る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4(a)、(b)は、検出用光源部を検出光の出射空間側からみたときの説明図、および検出用光源部を側方からみたときの説明図である。図5は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置の光源装置等の構成を示す説明図であり、検出用光源部を検出光の出射空間からみたときの平面図である。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における検出対象空間10R、検出用光源部12および光検出器30の位置関係を模式的に示す説明図であり、図6(a)は、本発明の実施の形態2におけるレイアウトの説明図であり、図6(b)は、本発明の実施の形態1におけるレイアウトの説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示してそれらの説明を省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the main part of the device with a position detection function according to the second embodiment of the present invention. FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the detection light source unit of the detection light. It is explanatory drawing when it sees from the output space side, and explanatory drawing when the light source part for a detection is seen from the side. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the light source device and the like of the optical position detection device used in the device with a position detection function according to the second embodiment of the present invention, and the detection light source unit from the detection light emission space. It is a top view when seen. FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the positional relationship among the
図4(a)、(b)および図5に示すように、本形態の位置検出機能付き機器1も、実施の形態1と同様、情報が視認される視認面41を備えた視認面構成部材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、電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置や投射型表示装置用の位置検出機能付きスクリーン装置等として用いることができる。
As shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 5, the
かかる構成の光学式位置検出装置10において、本形態では、検出用光源部12および光検出器30のレイアウトが、図4、図5および図6(a)を参照して以下に説明するようになっている。
In the optical
まず、本形態の光学式位置検出装置10において、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向で離間し、Y軸方向では同一の位置にある。より具体的には、第1検出用光源部12Aは、検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy1をもって離間しているとともに、検出対象空間10Rの端部に対してX軸方向の一方側X1(第1方向)に向かって離間距離dx2(dx2<dx1)をもって離間している。また、第2検出用光源部12Bは、検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy1をもって離間しているとともに、検出対象空間10Rの端部に対してX軸方向の他方側X2(第1方向とは反対の方向)に向かって離間距離dx2(dx2<dx1)をもって離間している。従って、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向において検出対象空間10Rを中心に対称に配置されている。
First, in the optical
また、光検出器30は、X軸方向において第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとの中間位置に配置されており、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bの各々に対してX軸方向で等しい距離をもって離間している。従って、第1検出用光源部12Aと第2検出用光源部12Bとは、X軸方向において光検出器30を中心に対称に配置されている。
The
本形態では、実施の形態1と違って、光検出器30は、Y軸方向では第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bよりも検出対象空間10Rから離間した位置にあり、検出対象空間10Rの端部に対してY軸方向の一方側Y1(第2方向)に向かって離間距離dy2(dy1<dy2)をもって離間している。従って、本形態では、複数個所で折れ曲がった配線材15や、複数の部材を接続した配線材15が用いられている。
In this embodiment, unlike
このようなレイアウトによれば、以下に説明するように、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bが検出対象空間10RからX軸方向の一方側X1および他方側X2に向かって離間しているので、検出対象空間10RをX軸方向において広く設定することができる。さらに、光検出器30は、Y軸方向では第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bよりも検出対象空間10Rから離間した位置にあるため、検出対象空間10RのX軸方向の広さを実施の形態1と同様なサイズに設定する場合、第1検出用光源部12Aと検出対象空間10Rとの離間距離dx2、および第2検出用光源部12Bと検出対象空間10Rとの離間距離dx2を実施の形態1における離間距離dx1より狭めることができる。
According to such a layout, as described below, the first detection
より具体的には、図6(b)に示す実施の形態1では、対象物体Obへの検出光L2bの入射角Θ11と、対象物体Obからの反射光L3の出射角Θ12とが等しくなって、対象物体Obで正反射した検出光L2bが光検出器30に入射してしまうことを回避するのに、第1検出用光源部12Aと検出対象空間10Rとの離間距離、および第2検出用光源部12Bと検出対象空間10Rとの離間距離を離間距離dx1に設定する必要があった。しかるに本形態では、光検出器30がY軸方向で第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bよりも検出対象空間10Rから離間した位置にある。このため、対象物体Obへの検出光L2bの入射角Θ21と、対象物体Obからの反射光L3の出射角Θ22とが等しくなって、対象物体Obで正反射した検出光L2bが光検出器30に入射してしまうことを回避するのに、第1検出用光源部12Aと検出対象空間10Rとの離間距離、および第2検出用光源部12Bと検出対象空間10Rとの離間距離を離間距離dx2(dx2<dx1)に設定すればよい。
More specifically, in the first embodiment shown in FIG. 6B, the incident angle Θ11 of the detection light L2b to the target object Ob is equal to the emission angle Θ12 of the reflected light L3 from the target object Ob. In order to avoid the detection light L2b specularly reflected by the target object Ob from entering the
それ故、本形態によれば、第1検出用光源部12Aおよび第2検出用光源部12Bという少ない数の光源部によって対象物体Obの位置を検出する場合でも、検出対象空間10RをX軸方向においてより広く設定することができ、しかも、実施の形態1と比較して、第1検出用光源部12Aと検出対象空間10Rとの離間距離dx2、および第2検出用光源部12Bと検出対象空間10Rとの離間距離dx2が狭くてよい。従って、光学式位置検出装置10のX軸方向の寸法を短くできるという利点がある。
Therefore, according to the present embodiment, even when the position of the target object Ob is detected by a small number of light source units such as the first detection
なお、本形態では、第1検出用光源部12Aと検出対象空間10Rとの離間距離、および第2検出用光源部12Bと検出対象空間10Rとの離間距離を、実施の形態1と同様に離間距離dx1に設定すれば、実施の形態1に比較して、有効な検出対象空間10RをX軸方向に拡張できるという利点がある。
In the present embodiment, the separation distance between the first detection
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、検出用光源部12および光検出器30がユニット化されていたが、本形態では、検出用光源部12と光検出器30とが離間していることから、検出用光源部12および光検出器30をユニット化せずに個別に配置してもよい。
[Other embodiments]
In the above embodiment, the light source unit for detection 12 and the
[位置検出機能付き機器の構成]
図1〜図6を参照して説明した光学式位置検出装置10は、例えば、視認面構成部材40として、投射型表示装置のスクリーンや電子黒板のスクリーンを用いれば、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)を構成することができる。また、視認面構成部材40として、直視型表示装置を用いれば、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)を構成することができる。また、視認面構成部材40として、デジタルサイネージを用いれば、位置検出機能付きデジタルサイネージ(位置検出機能付き機器)を構成することができる。さらに、図1〜図6を参照して説明した光学式位置検出装置10については、図7〜図9等に示す位置検出機能付き機器等を構成するのに用いることができる。
[Configuration of equipment with position detection function]
The optical
(位置検出機能付き機器1の具体例1)
図7を参照して、視認面構成部材40としてスクリーンを用い、本発明を適用した位置検出機能付き機器1を投射型表示装置として構成した例を説明する。図7は、本発明を適用した位置検出機能付き機器1の具体例1(位置検出機能付き投射型表示装置)の説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き機器1において、光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図6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図示しそれらの説明を省略する。
(Specific example 1 of the
With reference to FIG. 7, the example which comprised the
図7に示す位置検出機能付き機器1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)からスクリーン80(視認面構成部材40)に画像が投射される位置検出機能付き投射型表示装置200である。位置検出機能付き投射型表示装置200において、画像投射装置250は、筐体240に設けられた投射レンズ系210からスクリーン80に向けて画像表示光Piを拡大投射する。ここで、画像投射装置250は、Y軸方向に対してわずかに傾いた方向から画像表示光Piをスクリーン80に向けて投射する。従って、スクリーン80において画像が投射されるスクリーン面80aによって、情報が視認される視認面41が構成されている。
The position detection function-equipped
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(光学ユニット18)は、画像投射装置250と一体に構成されている。このため、光学式位置検出装置10は、スクリーン面80aに沿って検出光L2を出射するとともに、対象物体Obで反射した反射光L3を検出する。このため、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の位置を検出することができるので、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。
In the projection display device 200 with a position detection function, the optical position detection device 10 (optical unit 18) is configured integrally with the
(位置検出機能付き機器1の具体例2)
図8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として構成した例を説明する。図8は、本発明を適用した位置検出機能付き機器1の具体例2(位置検出機能付きウインドウ)の説明図であり、図8(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機器1(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1〜図6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。
(Specific example 2 of the
Referring to FIG. 8,
図8(a)、(b)に示す位置検出機能付きウインドウ400(位置検出機能付き機器1)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。
A window 400 with position detection function (
かかる位置検出機能付きウインドウ400は、透光部材440の外面441の側に、図1〜図6を参照して説明した光学式位置検出装置10を備えている。かかる光学式位置検出装置10は、透光部材440の外面441(視認面41)に沿うように検出光L2を出射し、対象物体Obで反射した光を検出する。従って、透光部材440の外面441側には光学式位置検出装置10の検出対象空間10Rが設定されている。それ故、検出対象空間10Rにおいて指先等の対象物体Obを進入させれば、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(Y軸方向の他方側Y2)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(X軸方向の一方側X1)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。
The window 400 with a position detection function includes the optical
(位置検出機能付き機器1の具体例3)
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、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9は、本発明を適用した位置検出機能付き機器1の具体例3(位置検出機能付きアミューズメント機器)の説明図であり、図9(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機器1(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1〜図6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。
(Specific example 3 of the
Referring to FIG. 9, as the viewing
図9(a)、(b)に示す位置検出機能付きアミューズメント機器500(位置検出機能付き機器1)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液晶装置540が設けられている。
An amusement device 500 with position detection function (
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、ガラス板530の外面531の上端側には、図1〜図6を参照して説明した光学式位置検出装置10が設けられており、かかる光学式位置検出装置10は、ガラス板530の外面531および基盤520の表面521(視認面41)に沿うように検出光L2を出射し、対象物体Obで反射した光を検出する。従って、ガラス板530の外面441側には光学式位置検出装置10の検出対象空間10Rが設定されている。それ故、遊技者が液晶装置540で表示されている内容や遊技に進行に合わせて検出対象空間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、液晶装置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。
In such an amusement device 500 with a position detection function, the optical
1・・位置検出機能付き機器、10・・光学式位置検出装置、10R・・検出対象空間、11・・光源装置、12・・検出用光源部、12A・・第1検出用光源部、12B・・・第2検出用光源部、12R・・参照用光源、30・・光検出部、40・・視認面構成部材、41・・視認面、50・・位置検出部、52・・XY座標検出部、200・・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)、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 1 .... Equipment with position detection function, 10 .... Optical position detection device, 10R ... Space to be detected, 11. Light source device, 12 .... Light source unit for detection, 12A ... Light source unit for first detection, 12B ... Second light source for detection, 12R ... Light source for reference, 30 ... Light detector, 40 ... Viewing surface component, 41 ... Viewing surface, 50 ... Position detector, 52 ... XY coordinates Detection unit, 200 ... Projection type display device with position detection function (equipment with position detection function), 400 ... Window with position detection function (equipment with position detection function), 500 ... Amusement apparatus with position detection function (position detection) Equipment with function), Ob ...
Claims (7)
前記第1方向に交差する第2方向および前記第1方向で前記検出対象空間から離間した位置において当該検出対象空間に向けて検出光を出射する第1検出用光源部と、
前記第1方向の反対方向および前記第2方向で前記検出対象空間から離間した位置において当該検出対象空間に向けて検出光を出射する第2検出用光源部と、
前記第1方向において前記第1検出用光源部と前記第2検出用光源部との間に位置し、前記第2方向で前記検出対象空間から離間した位置において前記検出対象空間内の前記対象物体により反射された前記検出光を受光する光検出部と、
前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部が前記第1検出用光源部および前記第2検出用光源部を順次点灯させた際の前記光検出部の受光結果に基づいて前記象物体の前記第1方向における位置を検出する位置検出部と、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。 An optical position detection device that optically detects a position of at least a first direction of a target object in a detection target space,
A first light source section for emitting detection light toward the detection target space at a position separated from the detection target space in a second direction intersecting the first direction and in the first direction;
A second light source unit for detection that emits detection light toward the detection target space at a position separated from the detection target space in a direction opposite to the first direction and in the second direction;
The target object located between the first detection light source unit and the second detection light source unit in the first direction and spaced from the detection target space in the second direction. A light detection unit that receives the detection light reflected by
A light source driving unit for driving the first detection light source unit and the second detection light source unit;
The position of the elephant object in the first direction is detected based on a light reception result of the light detection unit when the light source driving unit sequentially turns on the first detection light source unit and the second detection light source unit. A position detector;
An optical position detection device characterized by comprising:
前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源部と前記参照用光源とを差動させた結果、および前記第2検出用光源部と前記参照用光源とを差動させ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4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。 A reference light source that emits reference light incident on the light detection unit without going through the detection light emission space;
The position detection unit is configured to make a difference between the first detection light source unit and the reference light source based on a light reception result of the light detection unit, and the second detection light source unit and the reference light source. 5. The optical position detection device according to claim 1, wherein the position of the target object is detected based on a result obtained by differentiating the position of the target object. 6.
前記第1方向および前記第2方向に沿う視認面を備えた視認面構成部材を有していることを特徴とする位置検出機能付き機器。 A device with a position detection function comprising the optical position detection device according to any one of claims 1 to 6,
A device with a position detection function, comprising a viewing surface constituent member having a viewing surface along the first direction and the second direction.
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CN105783717A (en) * | 2016-03-31 | 2016-07-20 | 浙江工业大学 | Device for detecting shelf beam by use of ring optical fiber set |
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- 2010-11-18 JP JP2010257564A patent/JP2012108019A/en not_active Withdrawn
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