JP2012221081A - 光学式位置検出装置、受光ユニット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において、受光部13は、検出光がXY平面に沿って放射状に出射された検出対象空間10Rに位置する対象物体Obで反射した検出光L2を受光する。受光部13は、受光素子130と凹面鏡14とを備え、凹面鏡14の反射面141は、第1断面(XY断面)が円弧であり、第1断面と直交する第2断面(YZ断面)が二次曲線である。このため、XY面内方向においては、受光部13に対して斜め方向から入射してきた光であっても、凹面鏡14で反射して受光素子130に届くが、YZ面内方向においては、受光素子130に届く範囲が凹面鏡14によって制限される。
【選択図】図9
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期間の第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期間の第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。なお、図2では、シールド部材の図示を省略してある。
図5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り、図5(a)、(b)は、制御用ICの構成を示す説明図、および光源に供給される駆動信号の説明図である。
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(a)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の放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(第1期間)と、検出光L2の出射強度が検出光L2の放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(第2期間)とを行わせる。
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に係る光学式位置検出装置10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の受光部13(受光ユニット)に用いた受光素子130の説明図であり、図8(a)、(b)は、受光素子130の説明図、および受光素子130の感度指向性を示すグラフである。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の受光部13(受光ユニット)のYZ断面図である。図10は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10の受光部13(受光ユニット)に用いた受光素子130および凹面鏡14の説明図であり、図10(a)、(b)、(c)は、受光部13と凹面鏡14との位置関係を示す斜視図、XY断面図、およびYZ断面図である。なお、本形態の光学式位置検出装置10では、第1受発光ユニット15Aに設けられた第1受光部13Aと、第2受発光ユニット15Bに設けられた第2受光部13Bとは構成が同一であるため、第1受光部13Aおよび第2受光部13Bを総称する受光部13として、第1受光部13Aおよび第2受光部13Bの構成を説明する。
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、光源部12は、検出光L2を放射状に出射するとともに、検出光L2の放射角度範囲において一方側から他方側に向かって強度が変化する光強度分布(第1光強度分布LID1および第2光強度分布LID2)を形成し、受光部13は、光強度分布が形成された検出対象空間10Rに位置する対象物体Obで反射した検出光L2を受光する。ここで、対象物体Obで反射した検出光L2の強度は、光強度分布において対象物体Obが位置する箇所での強度に比例するので、受光部13での受光強度は、対象物体Obの位置に対応する。従って、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とができる。かかる方式によれば、光源部12から放射状に出射された検出光L2の光強度分布を利用するので、広い空間にわたって光強度分布を形成することができ、検出対象空間10Rが広い。
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の受光部13(受光ユニット)に用いた受光素子130および凹面鏡14の説明図であり、図11(a)、(b)、(c)は、受光部13と凹面鏡14との位置関係を示す斜視図、XY断面図、およびYZ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、それらの説明を省略する。
図12は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置10の受光部13(受光ユニット)に用いた受光素子130および凹面鏡14の説明図であり、図12(a)、(b)、(c)は、受光部13と凹面鏡14との位置関係を示す斜視図、XY断面図、およびYZ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、それらの説明を省略する。
θa<θb<θc<θd<θe
になっている。また、反射面14a〜14eのZ軸方向の中心は放物線上に位置し、受光素子130は、かかる放物線の焦点位置(中心)でZ軸方向の一方側Z1に受光面131を向けている。その他の構成は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
上記実施の形態1〜3では、2つのライドガイドLGの各々に光源120を設けたが、1つのライドガイドLGの両端に光源120を設け、光源120を交互に点灯させて、第1期間と第2期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。この場合、光源部12の放射中心に受光部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の放射中心に対してZ軸方向に重なる位置に受光部13を設ければ、検出光L2を受光部13に入射させることができる。
図13は、本発明の実施の形態4に係る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り、図14(a)、(b)は、第1期間の第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期間の第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。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4では、2系統の光源120を設けたが、1系統の光源120を設け、第1期間と第2期間とにおいて、複数の光源120に供給する駆動電流の大小関係を反転させて第1期間と第2期間とにおいて互いに逆向きの光強度分布を形成してもよい。この場合、光源部12の放射中心に受光部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の放射中心に対してZ軸方向に重なる位置に受光部13を設ければ、検出光L2を受光部13に入射させることができる。
図15は、本発明の実施の形態5に係る光学式位置検出装置10の説明図であり、光学式位置検出装置10を側方(X軸方向)からみた様子を示してある。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1〜4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1では、凹面鏡14の反射面141の第2断面(YZ断面)が二次曲線である例として、円弧および放物線の例を説明したが、反射面141の第2断面(YZ断面)が、二次曲線のうち、双曲線である構造を採用してもよい。なお、双曲線では中心軸(対称軸)が2本設定されるが、凹面鏡14という観点からすれば、受光素子130が配置される中心は、当然、双曲線の内側を通る中心軸上に受光素子130が配置される。
(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。
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。
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。
Claims (16)
- 対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第1断面が円弧となり、前記第1断面と直交する第2断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第2断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置す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。
- 前記二次曲線は、円弧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2断面の円弧の曲率半径は、前記第1断面の円弧の曲率半径より小さい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。
- 前記二次曲線は、放物線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。
- 対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する光源部と、
前記対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記受光部は、
第1断面が円弧となり、前記第1断面に直交する第2断面が直線となる反射面が前記第1断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第1断面とが成す角は、前記第1断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 第1断面が円弧となり、前記第1断面と直交する第2断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第2断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする受光ユニット。 - 前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項7に記載の受光ユニット。
- 前記二次曲線は、円弧であることを特徴とする請求項7または8に記載の受光ユニット。
- 前記第2断面の曲率半径は、前記第1断面の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項9に記載の受光ユニット。
- 前記二次曲線は、放物線であることを特徴とする請求項7または8に記載の受光ユニット。
- 第1断面が円弧となり、前記第1断面に直交する第2断面が直線となる反射面が前記第1断面の法線に沿って複数配列してなる凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で複数の前記反射面の前記円弧の中心に位置する受光素子と、
を有し、
前記反射面の法線と前記第1断面とが成す角は、前記第1断面の法線に沿って前記受光素子から離れるにつれて大きくなることを特徴とする受光ユニット。 - 検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部での前記対象物体の位置検出結果に基づいて表示面に表示される画像が切り換えられる表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第1断面が円弧となり、前記第1断面と直交する第2断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第2断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。 - 前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項13に記載の入力機能付き表示システム。
- 検出光を出射する光源部と、
対象物体により反射してきた前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部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投射型表示部と、
を有し、
前記受光部は、
第1断面が円弧となり、前記第1断面と直交する第2断面が二次曲線となる反射面を備えた凹面鏡と、
前記第1断面に対する平面視で前記円弧の中心に位置し、かつ、前記第2断面に対する平面視で前記二次曲線の対称軸上に位置する受光素子と、
を有することを特徴とする入力機能付き表示システム。 - 前記受光素子は、前記二次曲線の中心に位置することを特徴とする請求項15に記載の入力機能付き表示システム。
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