JP2012194912A - 位置検出システム、入力機能付き表示システム、および指示部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】対象物体の位置にかかわらず、対象物体で反射した検出光を十分な強度をもって受光部に到達させることができる位置検出システム、入力機能付き表示システム、および当該位置検出システムに用いる指示部材を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置10において、光源部12は、検出光L2の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、検出光L2の出射強度が出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを行う線状光源部である。従って、第1点灯動作時における受光部13の受光強度と第2点灯動作時における受光部13の受光強度との比較結果に基づいて光源部12に対する対象物体Obの角度位置(角度θ)を検出できる。対象物体Obは、外周面に再帰反射部を備えた指示部材である。
【選択図】図1
【解決手段】光学式位置検出装置10において、光源部12は、検出光L2の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、検出光L2の出射強度が出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを行う線状光源部である。従って、第1点灯動作時における受光部13の受光強度と第2点灯動作時における受光部13の受光強度との比較結果に基づいて光源部12に対する対象物体Obの角度位置(角度θ)を検出できる。対象物体Obは、外周面に再帰反射部を備えた指示部材である。
【選択図】図1
Description
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する位置検出システム、入力機能付き表示システム、および当該位置検出システムに用いる指示部材に関するものである。
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、点光源からなる複数の光源部の各々に対して離間した位置に受光部を設け、複数の光源部の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射した際に、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部で検出されるものが提案されている(特許文献1参照)。
また、点光源からなる複数の光源部の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている(特許文献2、3参照)。
かかる光学式位置検出装置では、受光部として共通のものを用い、複数の光源部のうちの一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度と、他の一部の光源部が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
しかしながら、特許文献1、2、3に記載の光学式位置検出装置では、対象物体で散乱あるいは乱反射した検出光を受光部で受光するため、受光部での受光強度が低く、検出精度が低いという問題点がある。かといって、対象物体に正反射する部分を設けても、対象物体に位置によっては受光部での受光強度が著しく低下するだけで、検出精度の向上を図ることは困難である。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体の位置にかかわらず、対象物体で反射した検出光を十分な強度をもって受光部に到達させることができる位置検出システム、入力機能付き表示システム、および当該位置検出システムに用いる指示部材を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置を備えた位置検出システムであって、前記対象物体は外周面に再帰反射部を備えた指示部材であり、前記光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記光源部は、前記検出光を放射状に出射する線状光源部であって、前記受光部は、前記検出光の放射中心位置に配置され、前記光源部は、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを異なるタイミングで行い、前記位置検出部は、前記第1点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第2点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記光源部に対する前記指示部材の角度位置を検出することを特徴とする。
本発明に係る位置検出システムにおいて、光学式位置検出装置では、光源部が検出光を出射した際、受光部は、検出光の出射空間に位置する対象物体で反射された検出光を受光し、位置検出部は、第1点灯動作時における受光部の受光強度と第2点灯動作時における受光部の受光強度とを比較し、かかる比較結果に基づいて光源部に対する対象物体の角度位置を検出する。ここで、対象物体は、外周面に再帰反射部を備えた指示部材であり、再帰反射部では、検出光が照射された方向に検出光を反射する。このため、対象物体の位置にかかわらず、対象物体に照射された検出光が反射する方向が定まっているので、光源部が位置する方向に受光部を配置すれば、指示部材で反射した検出光は、十分な強度をもって受光部に到達する。それ故、本発明によれば、検出精度を向上することができる。また、受光部は、検出光の放射中心位置に配置されているため、光源部から出射された検出光は、指示部材の再帰反射部で反射して光源部の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、受光部を検出光の放射中心位置に配置しておけば、対象物体の位置にかかわらず、指示部材で反射した検出光は、十分な強度をもって受光部に到達するので、検出精度を向上することができる。
本発明において、前記位置検出部は、前記第1点灯動作時および前記第2点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなるように前記第1点灯動作時に前記光源部に供給する第1駆動電流値と、前記第2点灯動作時に前記光源部に供給する第2駆動電流値との比較結果に基づいて前記角度位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体の位置によって受光部での受光強度が変化するのを利用して対象物体の角度位置を検出する場合と違って、受光部での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、指示部材に再帰反射部を設けたことの効果が顕著である。
本発明において、前記光源部を複数備え、複数の前記光源部の各々の前記放射中心位置に前記受光部が配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、複数の光源部のいずれにおいても、光源部から出射された検出光は、指示部材の再帰反射部で反射して光源部の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、複数の光源部の各々において、放射中心位置に受光部を配置しておけば、複数の光源部のいずれにおいても、対象物体の位置にかかわらず、指示部材で反射した検出光は、十分な強度をもって受光部に到達するので、検出精度を向上することができる。
本発明は、入力機能付き表示システム等、各種のシステムに利用することができる。例えば、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表示面に表示される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。また、画像を投射する画像投射装置と、該画像投射装置からの前記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投射される画像が切り換えられる入力機能付き表示システムにおいて、前記光学式位置検出装置として、本発明に係る光学式位置検出装置を用いることができる。また、他のシステムとしては、電子ペーパーに対する入力システムや、入力機能付きウインドウシステムや、入力機能付きアミューズメントシステムに用いることができる。
また、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する位置検出システムにおいて前記対象物体とされる指示部材であって、先端部に球形部を備え、当該球形部の外周面が再帰反射部になっていることを特徴とする。本発明に係る指示部材によれば、指示部材を軸線周りの何れの向きに用いても、また、どのような姿勢(傾き)で用いても、再帰反射部に照射される光量が変化しない。従って、指示部材の向きや姿勢(傾き)にかかわらず、高い検出精度を得ることができる。
本発明において、前記指示部材は、形状が筒状であることが好ましい。かかる構成によれば、指示部材の軽量化を図ることができる。また、指示部材のサイズによっては、指示部材を指等に嵌めて用いることができ、便利である。
本発明において、前記指示部材は、形状が棒状であってもよい。かかる構成によれば、指示部材を指示棒として用いることができる。
本発明において、前記指示部材は、先端から離間した位置の外周面に前記再帰反射部を備えている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光源部から出射された検出光が発散している場合、指示部材が光源部に近い場合には、指示部材の先端側のみに検出光が照射される結果、再帰反射部の狭い領域に検出光が照射される。これに対して、指示部材が光源部から遠い場合には、指示部材の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光が照射される結果、再帰反射部の広い領域に検出光が照射されることになる。従って、指示部材が光源部に近い場合に受光部に到達する検出光の光量と、指示部材が光源部から遠い場合に受光部に到達する検出光の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い場合と、指示部材が光源部から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
本発明において、前記指示部材は、先端側から基端側に向かって前記再帰反射部の再帰反射度が増大している構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光源部から出射された検出光が発散している場合、指示部材が光源部に近い場合には、指示部材の先端側のみに検出光が照射される結果、再帰反射部において再帰反射度が低い領域のみに検出光が照射される。これに対して、指示部材が光源部から遠い場合には、指示部材の先端側から基端側に向かう広い領域に検出光が照射される結果、再帰反射部において再帰反射度が高い領域まで検出光が照射されることになる。従って、指示部材が光源部に近い場合に受光部に到達する検出光の光量と、指示部材が光源部から遠い場合に受光部に到達する検出光の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材が光源部に近い場合と、指示部材が光源部から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する方向を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側として表してある。
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出システム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、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出システム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、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
図1において、本形態の位置検出システム1は、対象物体Obの位置を検出する光学式位置検出装置10を有しており、かかる光学式位置検出装置10は、XY平面に沿って放射状に出射した検出光L2を利用して、対象物体Obの位置を検出する。本形態において、位置検出システム1は、XY平面に沿って広がる視認面41をZ軸方向の一方側Z1に備えた視認面構成部材40を有しており、光学式位置検出装置10は、視認面41に沿って検出光L2を出射し、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。従って、位置検出システム1の検出対象空間10Rは、光学式位置検出装置10において検出光L2が出射される空間である。かかる位置検出システム1は、光学式位置検出装置10によって、後述する検出対象空間10R内における対象物体ObのXY平面における位置(XY座標)を検出する電子黒板等の入力機能付き表示システムや入力機能付き投射型表示システム等として用いることができる。
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は、視認面41(XY平面)に沿って検出光L2を放射状に出射する線状の光源部12(線状光源部)と、検出光L2の出射空間(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L2(反射光L3)を受光する受光部13とを備えている。
本形態においては、光源部12として、視認面構成部材40に対してY軸方向の一方側Y1に離間する位置で検出対象空間10Rに向く第1光源部12Aおよび第2光源部12Bが用いられており、第1光源部12Aと第2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。また、本形態においては、受光部13として、視認面構成部材40に対してY軸方向の一方側Y1に離間する位置で検出対象空間10Rに向く第1受光部13Aおよび第2受光部13Bが用いられており、第1受光部13Aと第2受光部13Bとは、X軸方向で離間し、Y軸方向では同一の位置にある。
ここで、第1受光部13Aは、第1光源部12Aから放射状に出射される検出光L2(検出光L2a)の放射中心位置に配置されており、第1受光部13Aと第1光源部12Aとは第1受発光ユニット15Aとして一体化されている。また、第2受光部13Bは、第2光源部12Bから放射状に出射される検出光L2(検出光L2b)の放射中心位置に配置されており、第2受光部13Bと第2光源部12Bとは第2受発光ユニット15Bとして一体化されている。
後述するように、光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)は各々、LED(発光ダイオード)からなる光源を備えており、ピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる検出光L2(検出光L2a、L2b)を放射状に出射する。なお、受光部13は、受光素子として、フォトダイオードやフォトトランジスター等を備えており、本形態において、受光部13は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードを備えている。
かかる第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15B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。また、第1受発光ユニット15Aと第2受発光ユニット15Bとは異なるタイミングで動作する。より具体的には、第1受発光ユニット15Aにおいて、第1光源部12Aから検出光L2aが出射された際、第1受光部13Aは、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(反射光L3)を受光する。かかる動作とは異なるタイミングで、第2受発光ユニット15Bにおいて、第2光源部12Bから検出光L2bが出射された際、第2受光部13Bは、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L2b(反射光L3)を受光する。
(光源部12の具体的構成)
図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図3は、図2に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図4は、図3に示す受発光ユニットに構成した光源部12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2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図3は、図2に示す受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。図4は、図3に示す受発光ユニットに構成した光源部12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2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受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bは同一の構成を有しており、それ故、第1光源部12Aおよび第2光源部12Bも同一の構成を有している。より具体的には、第1受発光ユニット15Aは、Z軸方向からみたときに扇形形状あるいは半円形状を有する光源支持部材150を有している。かかる光源支持部材150は、第1光源支持部材151と第2光源支持部材152とがZ軸方向で重ねられた構造になっており、第1光源支持部材151および第2光源支持部材152は各々、扇形形状あるいは半円形状の鍔部156a、156bを備えている。鍔部156a、156bにより挟まれた部分は、第1光源部12Aから検出光L2が出射される出射部になっており、鍔部156a、156bは、Z軸方向における検出光L2の出射範囲を制限している。
第1受発光ユニット15Aにおいて、第1光源部12Aは、検出光L2の出射部として、Z軸方向に重ねて配置された第1光源モジュール126と第2光源モジュール127とを備えている。第1光源部12Aにおいて、第1光源モジュール126と第2光源モジュール127とによってZ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部128になっており、かかる導光部128の奥にフォトダイオードを備えた第1受光部13Aが配置されている。ここで、第1受発光ユニット15Aは、光源支持部材150の中心角が概ね180°であり、第1光源部12Aは、概ね180°の角度範囲にわたって形成されている。第2受発光ユニット15Bも、第1受発光ユニット15Aと同様な構成を有していため、説明を省略する。
図3に示すように、第1受発光ユニット15Aにおいて、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源120、および円弧状のライトガイドLGを備えている。第2受発光ユニット15Bにおいても、第1受発光ユニット15Aと同様、第1光源モジュール126および第2光源モジュール127はいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源120、および円弧状のライトガイドLGを備えている。
より具体的には、図4に示すように、第1光源モジュール126は、光源120として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第1光源121を備えているとともに、円弧状のライトガイドLGを備えており、第1光源121は、ライトガイドLGの一方の端部LG1に配置されている。また、第1光源モジュール126は、ライトガイドLGの円弧状の外周面LG3に沿って、光学シートPSおよびルーバーフィルムLF等を備えた円弧状の照射方向設定部LEを備え、ライトガイドLGの円弧状の内周面LG4に沿って、円弧状の反射シートRSを備えている。第2光源モジュール127も、第1光源モジュール126と同様、光源120として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第2光源122を備えているとともに、円弧状のライトガイドLGを備えており、第2光源122は、ライトガイドLGの他方の端部LG2に配置されている。また、第2光源モジュール127も、第1光源モジュール126と同様、ライトガイドLGの円弧状の外周面LG3に沿って、光学シートPSおよびルーバーフィルムLF等を備えた円弧状の照射方向設定部LEを備え、ライトガイドLGの円弧状の内周面LG4に沿って、円弧状の反射シートRSを備えている。なお、ライトガイドLGの外周面LG3および内周面LG4のうちの少なくとも一方には、ライトガイドLGからの検出光L2の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。第2受発光ユニット15Bも、第1受発光ユニット15Aと同様な構成を有していため、説明を省略する。
(位置検出部等の構成)
図5は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1に用いた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。
図5は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1に用いた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。
本形態の位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10において、図1〜図4等を参照して説明した第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bは、図5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、第1受発光ユニット15Aに電気的接続された第1制御用IC70Aと、第2受発光ユニット15Bに電気的接続された第2制御用IC70Bとからなり、第1受発光ユニット15Aの第1光源部12Aおよび第1受光部13Aは、第1制御用IC70Aに電気的接続されている。また、第2受発光ユニット15Bの第2光源部12Bおよび第2受光部13Bは、第2制御用IC70Bに電気的接続されている。
第1制御用IC70Aおよび第2制御用IC70Bは、同一構成を有しており、いずれも共通の制御装置60に電気的接続されている。まず、第1制御用IC70Aは、基準クロック、A相基準パルス、B相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路(図示せず)を有している。また、第1制御用IC70Aは、A相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器75aと、B相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器75bと、パルス発生器75aおよびパルス発生器75bが生成した駆動パルスを第1光源部12Aの第1光源121および第2光源122の何れに印加するかを制御するスイッチ部76とを有している。かかるパルス発生器75a、75b、およびスイッチ部76は光源駆動部51を構成している。
また、第1制御用IC70Aは、第1受光部13Aでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部73と、受光量測定部73での測定結果に基づいてパルス発生器75a、75bを制御して第1光源部12Aの光源120(第1光源121および第2光源122)に供給する駆動パルスの駆動電流値(第1駆動電流値)を調整する調整量算出部74とを備えている。かかる受光量測定部73および調整量算出部74は、位置検出部50の一部の機能を担っている。
第2制御用IC70Bも、第1制御用IC70Aと同様、第2受光部13Bでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部73や、受光量測定部73での測定結果に基づいてパルス発生器75a、75bを制御して第2光源部12Bの光源120(第1光源121および第2光源122)に供給する第2駆動電流値を調整する調整量算出部74等を備えている。かかる受光量測定部73および調整量算出部74は、位置検出部50の一部の機能を担っている。
第1制御用IC70Aおよび第2制御用IC70Bは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置60の制御部61によって制御されており、かかる制御装置60は、受光量測定部73および調整量算出部74とともに位置検出部50を構成する座標データ取得部55を有している。従って、本形態において、位置検出部50は、制御用IC70(第1制御用IC70Aおよび第2制御用IC70B)の受光量測定部73および調整量算出部74と、上位の制御装置60(パーソナルコンピューター)の座標データ取得部55とによって構成されている。
本形態では、光源部12として、互いに離間した位置に配置された第1光源部12Aと第2光源部12Bとを有している。従って、座標データ取得部55は、第1光源部12Aに対する駆動結果に基づいて、第1光源部12Aの放射中心に対する対象物体Obの角度位置を検出する第1角度位置検出部551と、第2光源部12Bに対する駆動結果に基づいて、第2光源部12Bの放射中心に対する対象物体Obの角度位置を検出する第2角度位置検出部552とを有している。また、座標データ取得部55は、第1角度位置検出部551で得られた対象物体Obの角度位置と、第2角度位置検出部552で得られた対象物体Obの角度位置とに基づいて対象物体ObのXY座標データを確定する座標データ確定部553を備えている。
なお、本形態では、第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bに対して1対1の関係をもって2つの制御用IC70(第1制御用IC70A、第2制御用IC70B)を用いたが、制御用IC70の多チャンネル化し、1つの制御用IC70によって第1受発光ユニット15Aおよび第2受発光ユニット15Bを駆動してもよい。
(座標検出原理)
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1における位置検出原理を示す説明図であり、図6(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7は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1において対象物体ObのXY座標データを取得する原理を示す説明図である。
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1における位置検出原理を示す説明図であり、図6(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7は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1において対象物体ObのXY座標データを取得する原理を示す説明図である。
図4に示すように、本形態の光学式位置検出装置10において、図5を参照して説明した光源駆動部51は、光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)のいずれにおいても、検出光L2の出射強度が検出光L2の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、検出光L2の出射強度が検出光L2の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを行わせる。
より具体的には、光源駆動部51は、第1光源部12Aに対して、第1点灯動作時には、第1光源モジュール126の第1光源121を点灯させ、検出対象空間10Rに検出光L2を出射させる。その際、第2光源122は消灯状態にある。その結果、検出対象空間10Rには第1光強度分布LID1が形成される。かかる第1光強度分布LID1は、図4(a)に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部LG1に対応する角度方向から他方の端部LG2に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
また、光源駆動部51は、第1光源部12Aに対して、第2点灯動作時には、第2光源モジュール127の第2光源122を点灯させ、検出対象空間10Rに検出光L2を出射させる。その際、第1光源121は消灯状態にある。その結果、検出対象空間10Rには第2光強度分布LID2が形成される。かかる第2光強度分布LID2は、図4(b)に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部LG2に対応する角度方向から一方の端部LG1に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
なお、第2光源部12Bにおいて、第1光源モジュール126の第1光源121が点灯した第1点灯動作時、および第2光源モジュール127の第2光源122が点灯した第2点灯動作時にも、第1光源部12Aと同様、第1光強度分布LID1および第2光強度分布LID2が形成される。従って、後述するように、第1光強度分布LID1および第2光強度分布LID2を利用すれば、第1光源部12Aおよび第2光源部12Bの中心PEの距離DS(図6参照)が固定であるので、対象物体Obの位置を検出することができる。
(対象物体Obの角度位置の検出)
まず、第1光源部12Aの第1光源モジュール126において、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6(a)に線E1で示す直線関係にある。また、第1光源部12Aの第2光源モジュール127において、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6(a)に線E2で示す直線関係にある。ここで、図6(b)および図7に示すように、第1光源部12Aの中心PE(第1光源モジュール126の中心/検出光L2の放射中心位置)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2受光部13B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6(b)および図7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/角度位置)を求めることができる。
まず、第1光源部12Aの第1光源モジュール126において、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6(a)に線E1で示す直線関係にある。また、第1光源部12Aの第2光源モジュール127において、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6(a)に線E2で示す直線関係にある。ここで、図6(b)および図7に示すように、第1光源部12Aの中心PE(第1光源モジュール126の中心/検出光L2の放射中心位置)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2受光部13B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6(b)および図7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/角度位置)を求めることができる。
かかる原理を利用して、対象物体Obの角度位置(角度θ1)を検出するにあたって、本形態では、第1光源部12Aにおいて、第1光源モジュール126によって第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光源モジュール127によって第2光強度分布LID2を形成した際の第1受光部13Aでの検出強度とが等しくなるように、第1光源121に対する第1駆動電流値、および第2光源122に対する第2駆動電流値を調整する。ここで、第1光源部12Aからの検出光L2の出射強度は、第1光源121に対する第1駆動電流値、および第2光源122に対する第2駆動電流値に比例する。従って、第1光源121に対する第1駆動電流値、および第2光源122に対する第2駆動電流値を調整した後の第1駆動電流値と第2光源122との比や差や、あるいは駆動電流値を調整した際の調整量の比や差から対象物体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。
より具体的には、まず、図5に示す第1制御用IC70Aの光源駆動部51は、第1点灯動作として第1光源121を点灯させて第1光強度分布LID1を形成した後、第2点灯動作として第2光源122を点灯させて第2光強度分布LID2を形成する。この際、第1光強度分布LID1と第2光強度分布LID2とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図5に示す位置検出部50の調整量算出部74は、第1点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTaと、第2点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTbとを比較し、受光強度INTa、INTbが相違している場合、第1点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTaと、第2点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTbとが等しくなるように、第1光源121に対する第1駆動電流値、および第2光源122に対する第2駆動電流値を調整する。そして、再度、第1点灯動作と第2点灯動作とを行った際に、第1点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTaと、第2点灯動作時の第1受光部13Aの受光強度INTbとが等しければ、図5に示す第1角度位置検出部551は、かかる調整を行った後の第1光源121および第2光源122に対する駆動電流の比や差、あるいは駆動電流の調整量の比や差から対象物体Obが位置する方向の角度θ(角度θ1)を求める。
かかる動作を第2光源部12Bにおいても行えば、図5に示す第2角度位置検出部552は、第2光源部12B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θ2/角度位置)を求めることができる。
従って、図5に示す座標データ確定部553は、第1角度位置検出部551で検出した角度位置(角度θ1の方向)と、第2角度位置検出部552で検出した角度位置(角度θ2の方向)の交点に相当する位置を対象物体Obが位置するXY座標データとして取得する。
(再帰反射性の指示部材の構成)
図8は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いた指示部材の説明図であり、図8(a)、(b)、(c)、(d)は、指示部材の説明図、指示部材を指に装着した様子を示す説明図、再帰反射部の一例を示す説明図、および再帰反射の原理を示す説明図である。
図8は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いた指示部材の説明図であり、図8(a)、(b)、(c)、(d)は、指示部材の説明図、指示部材を指に装着した様子を示す説明図、再帰反射部の一例を示す説明図、および再帰反射の原理を示す説明図である。
本形態の位置検出システム1において、対象物体Obは、図8(a)に示す筒状の指示部材20Aであり、かかる指示部材20Aは、外周面に再帰反射部21(グレーで示す領域)を備えている。ここで、指示部材20Aは円筒状であり、例えば、図8(b)に示すように、指等に装着した状態で使用される。
再帰反射部21は、例えば、図8(c)に示すように、指示部材20Aの円筒状の基材26の外周面に対してガラスビーズ等の透光性の球体29を複数、樹脂層27等で固定した構成を有しており、矢印で示すように、入射した光を、入射した角度にかかわらず、再び、入射した方向に反射する再帰反射性を有している。より具体的には、図8(d)に示すように、球体29に入射した光は、球体29に入射する際の屈折、球体29内における球体29と樹脂層27との界面での反射、および球体29から出射する際の屈折によって、入射した方向に反射する。従って、図1〜図7を参照して説明した位置検出システム1において、光源部12から放射状に検出光L2が出射された際、指示部材20A(対象物体Ob)に照射された検出光L2は、指示部材20A(対象物体Ob)がいずれの位置にあっても、指示部材20Aの再帰反射部21により、光源部12の中心PE(放射中心位置)に向けて反射され、受光部13で受光される。なお、再帰反射部21は、半球状のガラスビーズやプリズム片の集合体等を用いて構成される場合もある。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、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では、光源部12が検出光L2を出射した際、受光部13は、検出光L2の出射空間に位置する対象物体Obで反射された検出光L2(反射光L3)を受光し、位置検出部50は、受光部13での受光強度に基づいて対象物体Obの位置を検出する。ここで、対象物体Obは、外周面に再帰反射部21を備えた指示部材20Aであり、再帰反射部21では、検出光L2が照射された方向に検出光を反射する。このため、対象物体OBの位置にかかわらず、対象物体Obに照射された検出光L2が反射する方向が定まっているので、光源部12が位置する方向に受光部13を配置すれば、指示部材20Aで反射した検出光L2は、十分な強度をもって受光部13に到達する。それ故、本形態によれば、検出精度を向上することができる。
以上説明したように、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では、光源部12が検出光L2を出射した際、受光部13は、検出光L2の出射空間に位置する対象物体Obで反射された検出光L2(反射光L3)を受光し、位置検出部50は、受光部13での受光強度に基づいて対象物体Obの位置を検出する。ここで、対象物体Obは、外周面に再帰反射部21を備えた指示部材20Aであり、再帰反射部21では、検出光L2が照射された方向に検出光を反射する。このため、対象物体OBの位置にかかわらず、対象物体Obに照射された検出光L2が反射する方向が定まっているので、光源部12が位置する方向に受光部13を配置すれば、指示部材20Aで反射した検出光L2は、十分な強度をもって受光部13に到達する。それ故、本形態によれば、検出精度を向上することができる。
特に本形態において、光源部12は、検出光L2を放射状に出射する線状光源部であるため、受光部13は、検出光L2の放射中心位置(中心PE)に配置すればよく、かかる構成によれば、光源部12から出射された検出光L2は、指示部材20Aの再帰反射部21で反射して光源部12の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Obの位置にかかわらず、指示部材20Aで反射した検出光L2は、十分な強度をもって受光部13に到達するので、検出精度を向上することができる。
また、本形態において、位置検出部50は、光源部12での第1点灯動作時および第2点灯動作時における受光部13での受光強度が等しくなるように第1点灯動作時に光源部12に供給する第1駆動電流値と、第2点灯動作時に光源部12に供給する第2駆動電流値との比較結果に基づいて角度位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Obの位置によって受光部13での受光強度が変化するのを利用して対象物体Obの角度位置を検出する場合と違って、受光部13での受光強度が大であればある程、検出精度が向上するので、再帰反射部21を備えた指示部材20Aを用いた場合の効果が大きい。
また、本形態では、光源部12を2つ備え、2つの光源部12の各々の放射中心位置に受光部13が配置されている。従って、2つの光源部のいずれにおいても、光源部12から出射された検出光L2は、指示部材20Aの再帰反射部21で反射して光源部12の放射中心に向けて再帰反射してくることになる。従って、対象物体Obの位置にかかわらず、指示部材20Aで反射した検出光は、十分な強度をもって受光部13に到達するので、検出精度を向上することができる。
また、本形態において、指示部材20Aは、形状が筒状である。従って、指示部材20Aの軽量化を図ることができるとともに、指示部材20Aのサイズによっては、指示部材20Aを指等に嵌めて用いることができ、便利である。しかも、指示部材20Aは、円筒状であるため、指示部材20Aにおいて、再帰反射部21が形成されている部分の外周面は断面円形である。それ故、指示部材20Aを軸線周りの何れの向きに用いても、検出光L2が再帰反射部21に照射され、検出光L2を再帰反射することができる。それ故、指示部材20Aの向きによって、検出精度が変動しないという利点がある。
さらに、検出光L2は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面41に情報が表示されている場合でも、検出光L2が情報の視認を妨げないという利点がある。
(再帰反射性の指示部材の別の構成例)
図9は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いられる別の指示部材の説明図である。上記実施の形態1では、指示部材として筒状の指示部材20Aを説明したが、図9(a)に示すように、外周面に再帰反射部21を備えた棒状の指示部材20Bを採用してもよい。かかる構成によれば、指示部材20Bを指示棒として利用できる。
図9は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いられる別の指示部材の説明図である。上記実施の形態1では、指示部材として筒状の指示部材20Aを説明したが、図9(a)に示すように、外周面に再帰反射部21を備えた棒状の指示部材20Bを採用してもよい。かかる構成によれば、指示部材20Bを指示棒として利用できる。
図9(a)では、指示部材20Bの外周面全体が再帰反射部21になっていたが、図9(b)に示す指示部材20Cのように、棒状あるいは筒状に延在する部分の先端部の外周面のみに再帰反射部21を備えている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、指示部材20Cを傾けて使用しても、指示部材20Cの先端部の位置が検出されることになるので、指示部材20Cを傾けて用いても高い分解能を得ることができる。
なお、図9(a)、(b)に示す形態の場合でも、再帰反射部21が形成されている部分の外周面が断面円形でなっていることが好ましく、かかる構成によれば、指示部材20Aを軸線周りの何れの向きに用いても、検出精度が変動しないという利点がある。
図9(c)に示す指示部材20Dでは、棒状あるいは筒状に延在する部分の先端部が球形部22になっており、かかる球形部22の外周面が再帰反射部21になっている。かかる構成によれば、指示部材20Dを軸線周りの何れの向きに用いても、また、どのような姿勢(傾き)で用いても、再帰反射部21に照射される光量が変化せず、それ故、受光部13での受光強度が変動しない。従って、指示部材20Dの向きや姿勢(傾き)にかかわらず、高い検出精度を得ることができる。
(再帰反射性の指示部材のさら別の構成例)
図10は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いられるさらに別の指示部材の説明図である。図8および図9に示す指示部材20A、20B、20C、20Dでは、少なくとも先端部が再帰反射部21になっていたが、図10(a)に示す指示部材20Eのように、棒状あるいは筒状に延在する部分の先端部が球形であって、かつ、基端側に離間した位置に再帰反射部21を備えている。かかる構成によれば、光源部12から出射された検出光L2がZ軸方向に発散している場合でも、指示部材20Eが光源部12に近い場合には、指示部材20Eの先端側のみに検出光L2が照射される結果、再帰反射部21の狭い領域に検出光L2が照射される。これに対して、指示部材20Eが光源部12から遠い場合には、指示部材20Eの先端側から基端側に向かう広い領域に検出光L2が照射される結果、再帰反射部21の広い領域に検出光L2が照射されることになる。従って、指示部材20Eが光源部12に近い場合に受光部13に到達する検出光の光量と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合に受光部13に到達する検出光L2の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材20Eが光源部12に近い場合と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
図10は、本発明の実施の形態1に係る位置検出システム1で用いられるさらに別の指示部材の説明図である。図8および図9に示す指示部材20A、20B、20C、20Dでは、少なくとも先端部が再帰反射部21になっていたが、図10(a)に示す指示部材20Eのように、棒状あるいは筒状に延在する部分の先端部が球形であって、かつ、基端側に離間した位置に再帰反射部21を備えている。かかる構成によれば、光源部12から出射された検出光L2がZ軸方向に発散している場合でも、指示部材20Eが光源部12に近い場合には、指示部材20Eの先端側のみに検出光L2が照射される結果、再帰反射部21の狭い領域に検出光L2が照射される。これに対して、指示部材20Eが光源部12から遠い場合には、指示部材20Eの先端側から基端側に向かう広い領域に検出光L2が照射される結果、再帰反射部21の広い領域に検出光L2が照射されることになる。従って、指示部材20Eが光源部12に近い場合に受光部13に到達する検出光の光量と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合に受光部13に到達する検出光L2の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材20Eが光源部12に近い場合と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
図10(a)に示す指示部材20Eにおいて得られる効果は、図10(b)に示す指示部材20Fのように、棒状あるいは筒状に延在する部分において先端側が球形で、かつ、先端側から基端側に向かって再帰反射部21の再帰反射度が連続的あるいは段階的に増大している構成を採用した場合も得ることができる。かかる構成によれば、光源部12から出射された検出光L2がZ軸方向に発散している場合でも、指示部材20Eが光源部12に近い場合には、指示部材20Eの先端側のみに検出光L2が照射される結果、再帰反射部21において再帰反射度が低い領域のみに検出光L2が照射される。これに対して、指示部材20Eが光源部12から遠い場合には、指示部材20Eの先端側から基端側に向かう広い領域に検出光L2が照射される結果、再帰反射部21において再帰反射度が高い領域まで検出光L2が照射されることになる。従って、指示部材20Eが光源部12に近い場合に受光部13に到達する検出光の光量と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合に受光部13に到達する検出光L2の光量の差を小さくすることができる。それ故、指示部材20Eが光源部12に近い場合と、指示部材20Eが光源部12から遠い場合とにおいて、同等の検出精度を実現することができる。
[実施の形態1の変形例]
図11は、本発明の実施の形態1の変形例に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図12は、図11に示す受発光ユニットの主要部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1の変形例に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図12は、図11に示す受発光ユニットの主要部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。
実施の形態1では、2つの光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)はいずれも、Z軸方向に重ねて配置された第1光源モジュール126と第2光源モジュール127とを備えている構成であったが、図11および図12に示す形態では、2つの光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)はいずれも、1つの光源モジュールからなる。すなわち、2つの光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)のいずれにおいても、1つのライトガイドLGの一方の端部LG1および他方の端部LG2の各々に光源120(第1光源121および第2光源122)が配置されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
かかる構成でも、第1点灯動作時に第1光源121が点灯すると、図4(a)および図6(a)に示す第1光強度分布LID1を形成することができ、第2点灯動作時に第2光源122が点灯すると、図4(b)および図6(a)に示す第2光強度分布LID2を形成することができる。
なお、図10および図11に示す形態では、光源部12の中心PEに受光部13を設けると、受光部13への検出光L2の入射が光源部12によって妨げられることになる。このような構成でも、光源部12の中心PEに対してZ軸方向に重なる位置(放射中心位置)に受光部13を設ければ、再帰反射部21で反射した検出光L2を十分な強度をもって受光部13に入射させることができる。
[実施の形態2]
図13は、本発明の実施の形態2に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図14は、図13に示す受発光ユニットにおける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に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。図14は、図13に示す受発光ユニットにおける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。
実施の形態1では、光源部12にライトガイドLGを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態1と同様な原理で対象物体ObのXY座標を検出する。より具体的には、図12に示すように、本形態の光学式位置検出装置10の光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)はいずれも、複数の光源120(第1光源121および第2光源122)と、複数の光源120が実装された帯状のフレキシブル基板180と、長さ方向(円周方向)で湾曲した形状をもって延在する凸曲面155を備えた扇形形状あるいは半円形状の光源支持部材150とを備えている。本形態において、凸曲面155は、その長さ方向(円周方向)で円弧形状に湾曲した形状を有している。
本形態においては、フレキシブル基板180として、帯状の第1フレキシブル基板181と、第1フレキシブル基板181に対して幅方向(Z軸方向)で並列する帯状の第2フレキシブル基板182とが用いられている。第1フレキシブル基板181には、その長さ方向に、複数の光源120として、複数の第1光源121が実装されており、第2フレキシブル基板182には、その長さ方向に、複数の光源120として、複数の第2光源122が実装されている。光源120はいずれも、LEDが用いられている。
また、2つの光源部12(第1光源部12Aおよび第2光源部12B)のいずれにおいても、光源支持部材150は、第1光源支持部材151と第2光源支持部材152とがZ軸方向で重ねられた構造になっており、第1光源支持部材151と第2光源支持部材152とはZ軸方向で互いに対称な構成を有している。第1光源支持部材151は、凸曲面155の上半部を構成する円弧状の凸曲面155aと、凸曲面155aにおいて第2光源支持部材152が位置する側とは反対側の端部で凸曲面155aから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部156aとを備えており、凸曲面155aに第1フレキシブル基板181が重ねて配置されている。第2光源支持部材152は、凸曲面155の下半部を構成する円弧状の凸曲面155bと、凸曲面155bにおいて第1光源支持部材151が位置する側とは反対側の端部で凸曲面155bから突出する扇形形状あるいは半円形状の鍔部156bとを備えており、凸曲面155bに第2フレキシブル基板182が重ねて配置されている。ここで、第1フレキシブル基板181と第2フレキシブル基板182とによってZ軸方向で挟まれた部分は透光性の導光部128になっており、かかる導光部128の奥にフォトダイオードを備えた受光部13が配置されている。
このように構成した光学式位置検出装置10において、検出対象空間10Rにおける対象物体Obの位置を検出するには、第1フレキシブル基板181に実装されている複数の第1光源121と、第2フレキシブル基板182に実装されている複数の第2光源122とを異なるタイミングで点灯させる。その際、複数の第1光源121を全て点灯させ、複数の第2光源122を全て消灯させる第1点灯動作では、図14(a)に出射強度の高低を矢印Paで示すように、第1フレキシブル基板181の長さ方向の一方側の端部181fが位置する側から他方側の端部181eが位置する側に向かって第1光源121の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間10Rに出射される検出光L2の第1光強度分布LID1では、第1フレキシブル基板181の長さ方向の一方側の端部181fが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部181eが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
これに対して、複数の第2光源122を全て点灯させ、複数の第1光源121を全て消灯させる第2点灯動作では、図14(b)に出射強度の高低を矢印Pbで示すように、第2フレキシブル基板182の長さ方向の一方側の端部182fが位置する側から他方側の端部182eが位置する側に向かって第2光源122の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間10Rに出射される検出光L2の第2光強度分布LID2では、第2フレキシブル基板182の長さ方向の他方側の端部182eが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部182fが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
それ故、第1点灯動作および第2点灯動作を第1光源部12Aおよび第2光源部12Bの各々において実行すれば、実施の形態1と同様な原理で対象物体Obの位置(XY座標)を検出することができる。その際、複数の第1光源121に供給する駆動電流の和(第1駆動電流値)、および複数の第2光源122に供給する駆動電流の和(第2駆動電流値)に基づいて対象物体Obの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源120の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源120毎に変えればよい。かかる実施の形態2によれば、光源部12から離間した位置に対しても十分な強度をもって検出光を出射することができるという利点がある。
[実施の形態2の変形例]
図15は、本発明の実施の形態2の変形例に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。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。
図15は、本発明の実施の形態2の変形例に係る位置検出システム1に用いた光学式位置検出装置10の受発光ユニットの説明図である。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。
実施の形態2では、第1点灯動作では第1光源121を点灯させ、第2点灯動作では第2光源122を点灯させたが、本形態では、図15に示すように、1系統の光源120のみが用いられている。かかる構成でも、第1点灯動作時と第2点灯動作時において光源120に供給する駆動電流を変えれば、実施の形態1と同様な原理で対象物体Obの位置(XY座標)を検出することができる。すなわち、第1点灯動作では、図14(a)に出射強度の高低を矢印Paで示すように、フレキシブル基板180の長さ方向の一方側の端部が位置する側から他方側の端部が位置する側に向かって光源120の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間10Rに出射される検出光L2の第1光強度分布LID1では、フレキシブル基板180の長さ方向の一方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。また、第2点灯動作では、図14(b)に出射強度の高低を矢印Pbで示すように、フレキシブル基板180の長さ方向の他方側の端部が位置する側から一方側の端部が位置する側に向かって光源120の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間10Rに出射される検出光L2の第2光強度分布LID2では、フレキシブル基板180の長さ方向の他方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
それ故、第1点灯動作および第2点灯動作を第1光源部12Aおよび第2光源部12Bの各々において実行すれば、実施の形態1と同様な原理で対象物体Obの位置(XY座標)を検出することができる。その際、第1点灯動作における光源120への駆動電流の和(第1駆動電流値)、および第2点灯動作における光源120への駆動電流の和(第1駆動電流値)に基づいて対象物体Obの角度位置を検出すればよい。
[他の実施の形態]
上記実施の形態では、2つの光源部12を用いたが、1つの光源部12を用いて対象物体Obの位置を検出してもよい。
上記実施の形態では、2つの光源部12を用いたが、1つの光源部12を用いて対象物体Obの位置を検出してもよい。
上記実施の形態では、第1点灯動作時の受光結果と第2点灯動作時の受光結果とを直接、比較したが、検出対象空間10Rを介さずに受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を設けてもよい。かかる構成の場合、第1点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、第2点灯動作時における受光結果と参照光の受光結果とを比較し、参照光の受光結果を基準に、第1点灯動作時の受光結果と第2点灯動作時の受光結果とを間接的に比較する。より具体的には、第1点灯動作時における受光部13の検出光L2(反射光L3)の検出強度と受光部13の参照光の検出強度との差を、第1点灯動作時における受光部13の検出強度として処理し、第2点灯動作時における受光部13の検出光L2(反射光L3)の検出強度と受光部13の参照光の検出強度との差を、第2点灯動作時における受光部13の検出強度として処理する。かかる構成によれば、外光等の影響を、参照光を受光した際の強度によって相殺することができるという利点がある。
[位置検出システムの構成例]
(位置検出システム1の具体例1)
図16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、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム1および光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図15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。
(位置検出システム1の具体例1)
図16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、本形態の入力機能付き表示システムにおいて、位置検出システム1および光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図15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。
上記実施の形態に係る位置検出システム1において、図16に示すように、視認面構成部材40として表示装置110を用い、かかる表示装置110に、図1〜図15を参照して説明した光学式位置検出装置10を設ければ、電子黒板やデジタルサイネージ等といった入力機能付き表示システム100として用いることができる。ここで、表示装置110は、直視型表示装置や、視認面構成部材40をスクリーンとする背面型投射型表示装置である。
かかる入力機能付き表示システム100において、光学式位置検出装置10は、表示面110a(視認面41)に沿って検出光L2を出射するとともに、対象物体Ob(再帰反射部付きの指示部材)で反射した検出光L2(反射光L3)を検出する。このため、表示装置110で表示された画像の一部に対象物体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。
(位置検出システム1の具体例2)
図17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17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、位置検出システム1および光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図15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17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17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、位置検出システム1および光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図15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17に示す入力機能付き投射型表示システム200(入力機能付き表示システム)では、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。かかる入力機能付き投射型表示システム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。
かかる入力機能付き投射型表示システム200において、光学式位置検出装置10は、画像投射装置250に付加されて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、投射レンズ系210とは異なる箇所から、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(再帰反射部付きの指示部材)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。
なお、光学式位置検出装置10とスクリーン80とを一体化させれば、入力機能付きスクリーン装置を構成することができる。
(位置検出システム1の他の具体例)
本発明において、視認面構成部材40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41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。
本発明において、視認面構成部材40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41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。
また、視認面構成部材40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、視認面41は、基盤において基盤と遊技用媒体との相対位置が視認される側の面である。かかる構成によれば、パチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器を入力機能付きアミューズメントシステム等として構成することができる。
1・・位置検出システム、10・・光学式位置検出装置、10R・・検出対象空間、12・・光源部、12A・・第1光源部、12B・・・第2光源部、13・・受光部、13A・・第1受光部、13B・・第2受光部、20A〜20F・・指示部材、21・・再帰反射部、40・・視認面構成部材、41・・視認面、50・・位置検出部、100・・入力機能付き表示システム、120・・光源、121・・第1光源、122・・第2光源、200・・・・入力機能付き投射型表示システム、250・・画像投射装置、Ob・・対象物体
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を備えた位置検出システムであって、
前記対象物体は、外周面に再帰反射部を備えた指示部材であり、
前記光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記光源部は、前記検出光を放射状に出射する線状光源部であって、
前記受光部は、前記検出光の放射中心位置に配置され、
前記光源部は、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを異なるタイミングで行い、
前記位置検出部は、前記第1点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第2点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記光源部に対する前記指示部材の角度位置を検出することを特徴とする位置検出システム。 - 前記位置検出部は、前記第1点灯動作時および前記第2点灯動作時における前記受光部での受光強度が等しくなるように前記第1点灯動作時に前記光源部に供給する第1駆動電流値と前記第2点灯動作時に前記光源部に供給する第2駆動電流値との比較結果に基づいて前記角度位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の位置検出システム。
- 前記光源部を複数備え、
複数の前記光源部の各々の前記放射中心位置に前記受光部が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出システム。 - 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表示面に表示される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、
前記対象物体は、外周面に再帰反射部を備えた指示部材であり、
前記光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記光源部は、前記検出光を放射状に出射する線状光源部であって、
前記受光部は、前記検出光の放射中心位置に配置され、
前記光源部は、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを異なるタイミングで行い、
前記位置検出部は、前記第1点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第2点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記光源部に対する前記指示部材の角度位置を検出す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、該画像投射装置からの前記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投射される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、
前記対象物体は、外周面に再帰反射部を備えた指示部材であり、
前記光学式位置検出装置は、検出光を出射する光源部と、前記検出光の出射空間に位置する前記指示部材の前記再帰反射部により反射された前記検出光を受光する受光部と、該受光部での受光強度に基づいて前記指示部材の位置を検出する位置検出部と、を有し、
前記受光部は、前記検出光の放射中心位置に配置され、
前記光源部は、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第1点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第2点灯動作とを異なるタイミングで行い、
前記位置検出部は、前記第1点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第2点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記光源部に対する前記指示部材の角度位置を検出することを特徴とする入力機能付き表示システム。 - 対象物体の位置を光学的に検出する位置検出システムにおいて前記対象物体とされる指示部材であって、
先端部に球形部を備え、
当該球形部の外周面が前記再帰反射部になっていることを特徴とする指示部材。 - 形状が筒状であることを特徴とする請求項6に記載の指示部材。
- 形状が棒状であることを特徴とする請求項6に記載の指示部材。
- 先端から離間した位置の外周面に前記再帰反射部を備えていることを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載の指示部材。
- 先端側から基端側に向かって前記再帰反射部の再帰反射度が増大していることを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載の指示部材。
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JP2011059790A JP2012194912A (ja) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | 位置検出システム、入力機能付き表示システム、および指示部材 |
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JP2011059790A Withdrawn JP2012194912A (ja) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | 位置検出システム、入力機能付き表示システム、および指示部材 |
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