JP2012173029A - 光学式位置検出装置および入力機能付き表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学式位置検出装置10の検出対象空間10Rは、第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bによる検出対象空間10Rabと、第3受発光ユニット15Cおよび第4受発光ユニット15Dによる検出対象空間10Rcdとに分割されている。第1受発光ユニット15Aと第4受発光ユニット15DとはX軸方向で離間し、第2受発光ユニット15Bおよび第3受発光ユニット15Cは、Y軸方向の一方の側に配置されている。第1受発光ユニット15Aおよび第4受発光ユニット15Dは、X軸方向において、第2受発光ユニット15Bおよび第3受発光ユニット15Cより外側に配置されている。
【選択図】図1
Description
(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主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、光学式位置検出装置を検出光の出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および光学式位置検出装置を正面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に係る光学式位置検出装置に用いた受発光ユニットの説明図であり、図2(a)、(b)は、受発光ユニットからの検出用光源の出射角度範囲等を示す説明図、および受発光ユニットのレイアウトを示す説明図である。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に用いた受光部の受光感度の入射角度依存性を示す説明図である。
本形態では、図2(b)を参照して後述するレイアウトを採用することにより、第1受発光ユニット15Aと第2受発光ユニット15Bとにおいて、第1光源部12Aの検出光出射角度範囲θaと第2光源部12Bの検出光出射角度範囲θbとは、少なくとも一部が重なっている。また、第1受光部13Aの受光角度範囲と第2受光部13Bの受光角度範囲とは、少なくとも一部が重なっている。従って、第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bは、後述する原理によって、第1光源部12Aの検出光出射角度範囲θa、第2光源部12Bの検出光出射角度範囲θb、第1受光部13Aの受光角度範囲、および第2受光部13Bの受光角度範囲が重なっている空間に位置する対象物体Obの位置を検出可能である。それ故、本形態では、かかる空間のうち、視認面41とZ軸方向で重なっている空間が第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bからなる第1ユニット対11abによる検出対象空間10Rabになっている。
本形態では、図2(b)を参照して以下に説明するレイアウトを採用することにより、第1ユニット対11abによる検出対象空間10Rabと、第2ユニット対11cdによる検出対象空間10Rcdとを隣接させ、全体として、一体に連続した検出対象空間10Rが構成されている。
本形態では、上記のように、受発光ユニットをレイアウトするとともに、受発光ユニットの向きを、図2(a)を参照して以下に説明するように設定し、第1ユニット対11abによる検出対象空間10Rabと、第2ユニット対11cdによる検出対象空間10RcdとをY軸方向に延在する垂直二等分線L11を間に挟んでX軸方向で隣接させ、全体として、一体に連続した検出対象空間10Rを構成している。
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に用いた受発光ユニットの外観を示す説明図である。図5は、図4に示す受発光ユニットの主要部を示す説明図である。図6は、図5に示す光源部の構成を模式的に示す説明図であり、第1点灯動作時に検出光L2が出射される様子を示す説明図、および第2点灯動作時に検出光L2が出射される様子を示す説明図である。
図7は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10の電気的構成等を示す説明図である。本形態の光学式位置検出装置10において、図1〜図6を参照して説明した第1受発光ユニット15A、第2受発光ユニット15B、第3受発光ユニット15Cおよび第4受発光ユニット15Dは各々、図7に示す制御用IC70に電気的に接続されている。ここで、制御用IC70は、1つの受発光ユニットに対応するように構成される場合、あるいは複数の受発光ユニットに対応するように構成される場合があり、図7には、制御用IC70が1つの受発光ユニットに対応するように構成される場合を例示してある。このため、本形態では、制御用IC70として制御用IC70A、70B、70C、70Dからなる4つの制御用ICが用いられ、かかる制御用IC70は各々、第1受発光ユニット15A、第2受発光ユニット15B、第3受発光ユニット15Cおよび第4受発光ユニット15Dに電気的接続されている。また、4つの制御用IC70は、同一構成を有しており、共通の制御装置60に電気的接続されている。
図8は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10における位置検出原理を示す説明図であり、図8(a)、(b)は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報(方位情報)を取得する方法の説明図である。図9は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10において対象物体Obの角度位置を検出する原理を示す説明図である。
まず、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12Aによって、第1光強度分布LID1を形成した際、検出光L2の照射方向と、検出光L2の強度とは、図8(a)に線E1で示す関係にある。また、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12Aによって、第2光強度分布LID2を形成した際、検出光L2の照射方向と、検出光L2の強度とは、図8(a)に線E2で示す関係にある。ここで、図8(b)および図9に示すように、第1光源部12Aの中心PEからみて角度θの方向に対象物体Obが存在するとする。この場合、第1光強度分布LID1を形成したとき、対象物体Obが存在する位置での検出光L2の強度はINTaとなる。これに対して、第2光強度分布LID2を形成したとき、対象物体Obが存在する位置での検出光L2の強度はINTbとなる。従って、第1光強度分布LID1を形成した際の第1受光部13Aでの検出強度と、第2光強度分布LID2を形成した際の第1受光部13Aでの検出強度とを比較して、強度INTa、INTbの関係を求めれば、図8(b)および図9に示すように、第1光源部12Aの中心PEを基準に対象物体Obが位置する方向の角度θ(角度θ1)を求めることができる。
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置10においては、第1受発光ユニット15Aと第2受発光ユニット15Bとからなる第1ユニット対11abにおいて、光源部(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)が出射する検出光L2の出射角度範囲(検出光出射角度範囲θa、θb)が重なっている。従って、2つの受発光ユニット(第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15B)の各々において、対象物体Obで反射した検出光L2を受光して対象物体Obが存在する角度方向を検出すれば、対象物体Obの位置を検出することができる。ここで、光学式位置検出装置10は、ユニット対をもう一組備えており、もう一組の第2ユニット対11cdの第3受発光ユニット15Cおよび第4受発光ユニット15Dの各々においても、対象物体Obで反射した検出光L2を受光して対象物体Obが存在する角度方向を検出し、対象物体Obの位置を検出する。このため、第1ユニット対11abによる検出対象空間10Rabと、第2ユニット対11cdによる検出対象空間10Rcdとを連続させるだけで、広い検出対象空間10Rを実現することができる。逆にいえば、広い検出対象空間10Rを、第1ユニット対11abによる検出対象空間10Rabと、第2ユニット対11cdによる検出対象空間10Rcdとに分割することができる。従って、検出対象空間10Rが広い場合でも、検出対象空間10R全体に十分な強度で検出光L2を照射することができる。また、検出対象空間10Rを分割したため、各受光部(第1受光部13A、第2受光部13B、第3受光部13Cおよび第4受光部13D)が担う角度範囲が比較的狭くてよいので、受光部は、比較的感度が高い角度範囲から入射する検出光を受光すればよい。それ故、検出対象空間10Rが広い場合でも、対象物体Obの位置検出精度が高い。
図10は、本発明の実施の形態1の変形例に係る光学式位置検出装置10の構成を示す説明図である。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11は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の主要部を模式的に示す説明図である。図12は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の光源部の説明図である。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13は、本発明の実施の形態2の変形例に係る光学式位置検出装置10の構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態2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。
上記実施の形態では、第1受発光ユニット15Aの検出光出射角度範囲θaおよび第4受発光ユニット15Dの検出光出射角度範囲θdを120°とし、第2受発光ユニット15Bの検出光出射角度範囲θbおよび第3受発光ユニット15Cの検出光出射角度範囲θcを90°とした。但し、第1受発光ユニット15Aおよび第4受発光ユニット15Dと検出対象空間10Rとの距離によっては、検出光出射角度範囲θa、θdを120°未満としてもよい。また、第2受発光ユニット15Bおよび第3受発光ユニット15Cと検出対象空間10Rとの距離によっては、検出光出射角度範囲θb、θcを90°未満としてもよい。
(位置検出システム1の具体例1)
図14は、本発明を適用した位置検出システム1の具体例1(入力機能付き表示システム)の説明図である。なお、本形態の位置検出システム1において、光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図13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。
図15を参照して、視認面構成部材40としてスクリーンを用い、位置機能付き投射型表示システムを構成した例を説明する。図15は、本発明を適用した位置検出システム1の具体例2(入力機能付き表示システム/入力機能付き投射型表示システム)の説明図である。なお、本形態の位置機能付き投射型表示システムにおいて、光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図13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。
本発明において、視認面構成部材は、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、視認面は、透光部材において展示品が配置される側とは反対側で展示品が視認される面である。かかる構成によれば、入力機能付きウインドウシステム等として構成することができる。
Claims (9)
- 放射状に検出光を出射する第1光源部、および該第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第1受光部を備えた第1受発光ユニットと、
前記第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第2光源部、および該第2光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第2受光部を備えた第2受発光ユニットと、
放射状に検出光を出射する第3光源部、および該第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第3受光部を備えた第3受発光ユニットと、
前記第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第4光源部、および該第4光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第4受光部を備えた第4受発光ユニットと、
を有し、
前記第2受発光ユニットおよび前記第3受発光ユニットは、前記第1受発光ユニットおよび前記第4受発光ユニットに対して、前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとが離間する第1方向に直交する第2方向の一方の側に配置され、
前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとを結ぶ仮想の線分に対する仮想の垂直二等分線と前記第1受発光ユニットとの離間距離および前記第4受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離は、前記第2受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離および前記第3受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離より大であることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記第1方向において、前記第2受発光ユニットは、前記垂直二等分線に対して前記第1受発光ユニットが位置する側に配置され、前記第3受発光ユニットは、前記垂直二等分線に対して前記第4受発光ユニットが位置する側に配置さ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。
- 前記第1受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度、前記第2受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度、前記第3受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度、および前記第4受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度は60°以下であ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。
- 前記第1受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度は、前記第2受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度未満であり、
前記第4受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度は、前記第3受光部の受光感度ピークが位置する角度方向と前記垂直二等分線とが成す角度未満であることを特徴とする請求項3に記載の光学式位置検出装置。 - 前記第2受発光ユニットと前記第3受発光ユニットとは、前記垂直二等分線を中心とする線対称位置に配置されてい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。
- 前記第2受発光ユニットと前記第3受発光ユニットとは、前記垂直二等分線を挟んで隣接していることを特徴とする請求項5に記載の光学式位置検出装置。
- 前記第2光源部の検出光出射角度範囲および前記第3光源部の検出光出射角度範囲は、90°以下であ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。
- 画像が表示される表示面を備えた表示装置と、前記表示面に沿う方向の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と、を有し、当該光学式位置検出装置での前記対象物体の位置検出結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記光学式位置検出装置は、
放射状に検出光を出射する第1光源部、および該第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第1受光部を備えた第1受発光ユニットと、
前記第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第2光源部、および該第2光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第2受光部を備えた第2受発光ユニットと、
放射状に検出光を出射する第3光源部、および該第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第3受光部を備えた第3受発光ユニットと、
前記第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第4光源部、および該第4光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第4受光部を備えた第4受発光ユニットと、
を有し、
前記第2受発光ユニットおよび前記第3受発光ユニットは、前記第1受発光ユニットおよび前記第4受発光ユニットに対して、前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとが離間する第1方向に直交する第2方向の一方の側に配置され、
前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとを結ぶ仮想の線分に対する仮想の垂直二等分線と前記第1受発光ユニットとの離間距離前記第1受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離および前記第4受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離は、前記第2受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離および前記第3受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離より大であることを特徴とする入力機能付き表示システム。 - 画像を投射する画像投射装置と、画像の投射方向と交差する方向の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と、を有し、当該光学式位置検出装置での前記対象物体の位置検出結果に基づいて前記画像が切り換えられる入力機能付き表示システムであって、
前記光学式位置検出装置は、
放射状に検出光を出射する第1光源部、および該第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第1受光部を備えた第1受発光ユニットと、
前記第1光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第2光源部、および該第2光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第2受光部を備えた第2受発光ユニットと、
放射状に検出光を出射する第3光源部、および該第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第3受光部を備えた第3受発光ユニットと、
前記第3光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲に検出光を放射状に出射する第4光源部、および該第4光源部の検出光出射角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を受光角度範囲とする第4受光部を備えた第4受発光ユニットと、
を有し、
前記第2受発光ユニットおよび前記第3受発光ユニットは、前記第1受発光ユニットおよび前記第4受発光ユニットに対して、前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとが離間する第1方向に直交する第2方向の一方の側に配置され、
前記第1受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとを結ぶ仮想の線分に対する仮想の垂直二等分線と前記第1受発光ユニットとの離間距離および前記第4受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離は、前記第2受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離および前記第3受発光ユニットと前記垂直二等分線との離間距離より大であることを特徴とする入力機能付き表示システム。
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