JP2013011551A - 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

Abstract

【課題】検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる光学式位置検出装置、および入力機能付き表示システムを提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、光源部１２から検出光を出射した際、受光部１３は対象物体Ｏｂからの反射光を第１受光素子１３１および第２受光素子１３２で受光する。第１受光素子１３１および第２受光素子１３２は、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向と第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向との交差角度θｃが９０°を超え、１８０°未満となる値、好ましくは、１２０°を超え、１４０°未満となる値に設定されている。
【選択図】図６

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光学式位置検出装置を備えた入力機能付き表示システム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、複数の点光源を互いに離間した位置に設け、複数の点光源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（例えば、特許文献１参照）。また、複数の点光源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（例えば、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１つの受光素子を用い、複数の点光源のうちの一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力と、他の一部の点光源が点灯した際の受光素子からの出力との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。

特表２００３−５３４５５４号公報 特開２０１０−１２７６７１号公報 特開２００９−２９５３１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学式位置検出装置は点光源から出射された検出光を利用しているので、検出光の照射範囲自体が狭い。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。また、特許文献２、３に記載の光学式位置検出装置は、導光板を利用して光強度分布を形成しているため、検出可能な範囲が導光板のサイズによって制限される。このため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。

そこで、本発明者等は、光源装置から仮想面に沿って出射された検出光を利用して対象物体の仮想面上の位置を検出する方式を検討している。例えば、図１６に示す光学式位置検出装置のように、光源部１２からＸＹ平面に沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、第１期間の第１点灯動作では、出射強度を円弧Ｌ２１の径で示すように、検出光Ｌ２が出射される空間（検出空間１０Ｒ）の一方側から他方側に向かって検出光Ｌ２の出射強度を減少させる。また、第１期間と重ならない第２期間の第２点灯動作では、出射強度を円弧Ｌ２２の径で示すように、他方側から一方側に向かって検出光Ｌ２の出射強度を減少させる。そして、第１期間に対象物体Ｏｂで反射した検出光（反射光Ｌ３）を受光素子１３０で受光した結果と、第２期間に対象物体Ｏｂで反射した検出光（反射光Ｌ３）を受光素子１３０で受光した結果との比較結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。かかる構成によれば、対象物体Ｏｂを検出しようとする座標面（仮想面）に沿って検出光Ｌ２を出射するので、検出空間１０Ｒが広いという利点がある。

しかしながら、図１６を参照して説明した構成、および特許文献１〜３に記載の構成のいずれにおいても、受光素子１３０の感度指向性に起因する検出誤差が発生するという問題点がある。また、検出光Ｌ２を出射した際、対象物体Ｏｂ以外の物体で反射した検出光Ｌ２の一部が受光素子１３０に入射するため、受光面１３０ａに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Ｏｂが位置する場合、受光素子１３０からの出力には、対象物体Ｏｂ以外の物体で反射して受光素子１３０に入射した検出光Ｌ２に起因する出力成分の比率が増大し、検出精度が低下するという問題もある。

具体的には、受光素子１３０は、図１７（ａ）に示すように、全体として直方体形状の素子本体１３０ｂと、素子本体１３０ｂの両端から突出する端子１３０ｃとを備えており、素子本体１３０ｂは、一方面側に受光面１３０ａを備えている。かかる受光素子１３０の受光感度は、図１７（ｂ）に示す入射角度依存性（感度指向性）を有しており、受光面１３０ａに対する法線方向に感度ピーク方向を有している。また、図１７（ｂ）からわかるように、受光素子１３０は、検出光の入射角度が受光面１３０ａに対する法線方向から６０°以上傾くと、感度ピーク値に対して１／２未満の感度となり、検出光の入射角度が受光面１３０ａに対する法線方向から９０°以上傾くと、感度が０となる。このため、検出光の入射角度が受光面１３０ａに対する法線方向に対して大きく傾いている場合、受光素子１３０から出力される信号のレベルが低くなってしまい、検出精度が低下する。

具体的には、対象物体Ｏｂの角度位置をずらしながら、第１点灯動作および第２点灯動作を行うと、受光部１３からの出力信号は、図１８（ａ）に示す結果となる。図１８（ａ）において、横軸は、検出光Ｌ２の出射空間における一方側（Ｘ軸方向の他方側Ｘ２）に相当する方向を０°とした場合の対象物体Ｏｂの角度位置である。また、図１８（ａ）において、線Ｖ１８１で示す値は、第１点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号を示し、線Ｖ１８２で示す値は、第２点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号を示し、線Ｖ１８３で示す値は、第１点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号と第２点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号との差分である。かかる結果において、線Ｖ１８３で示す差分は、対象物体Ｏｂの角度位置が移動するに伴って単調変化すべきであるが、実際には、受光素子１３０の受光面１３０ａに法線方向から大きく傾いた方向から反射光Ｌ３が入射した場合、受光素子１３０からの出力信号のレベルが極めて低いとともに、差分は単調変化を示さなくなる。

但し、図１８（ａ）に示す結果に対して、図１７（ｂ）に示す感度を乗じて換算すると、図１８（ｂ）に示す結果となる。図１８（ｂ）において、線Ｖ１８６で示す値は、第１点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線Ｖ１８７で示す値は、第２点灯動作時の受光素子１３０からの出力信号に感度を乗じた結果を示し、線Ｖ１８８で示す値は、換算後の出力信号との差分である。図１８（ｂ）に示すように、感度による換算を行うと、受光素子１３０の受光面１３０ａに法線方向から大きく傾いた方向から反射光Ｌ３が入射した場合でも、受光素子１３０からの出力信号のレベルが十分高いとともに、差分は広い角度範囲において単調変化を示す。それ故、図１８（ａ）に示す異常な変化は、受光素子１３０の感度指向性に起因するものであり、受光素子１３０に対する入射光量自身は、入射角度に依らず、適正であるといえる。

従って、受光素子１３０の感度指向性に起因する問題を解消するとすれば、検出空間１０Ｒを囲むように受光素子１３０を配置すればよいことになるが、かかる構成では、装置が大型化してしまい、実用が困難である。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる光学式位置検出装置、および該光学式位置検出装置を備えた入力機能付き表示システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の光学式位置検出装置は、検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第２受光素子と、を備え、前記第１受光素子の受光面に対する法線方向と前記第２受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が９０°を超え、１８０°未満であることを特徴とする。

本発明によれば、受光部は、検出光が出射された空間で反射した検出光（反射光）を第１受光素子および第２受光素子で検出する。ここで、第１受光素子および第２受光素子は、第１受光素子の受光面に対する法線方向と第２受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が９０°を超え、１８０°未満となるように配置されている。このため、第１受光素子と第２受光素子とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第１受光素子および第２受光素子のうち、一方の受光素子において受光感度が低下する方向から検出光が入射するような場合でも、他方の受光素子では、検出光を高い感度で受光することができる。このため、検出空間を拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体の位置を精度よく検出することができる。

本発明において、前記交差角度は、１２０°を超え、１４０°未満であることが好ましい。かかる構成によれば、第１受光素子および第２受光素子のうち少なくとも一方には、常に、感度が高い方から検出光が入射するので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。

本発明において、前記光源装置は、第１期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第１期間とは重ならない第２期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記位置検出部は、前記第１期間における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値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。

本発明において、前記位置検出部は、前記光源装置が前記第１期間および前記第２期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第１期間における前記検出用信号のレベルと前記第２期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第１期間における前記駆動電流値と前記第２期間における前記駆動電流値とを変化させ、前記第１期間における前記検出用信号のレベルと前記第２期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第１期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第２期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較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、検出光が出射される空間に対象物体以外の物体が存在している場合でも、かかる物体の影響を緩和することができる。

本発明において、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に検出する構成を採用することができる。

本発明において、前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出する構成を採用してもよい。

この場合、前記光源装置は、前記第１受光素子が検出する期間では、前記第１期間における前記基準駆動電流値を前記第２期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第２受光素子が検出する期間では、前記第２期間における前記基準駆動電流値を前記第１期間における前記基準駆動電流値より低く設定することが好ましい。かかる構成によれば、対象物体以外の物体での反射光が受光部に入射するような場合でも、かかる反射光の影響を緩和することができる。

本発明において、前記光源装置は、前記第１期間に前記検出光を出射する第１光源と、該第１光源に供給する電流を増幅する第１増幅部と、前記第２期間に前記検出光を出射する第２光源と、該第２光源に供給する電流を増幅する第２増幅部と、を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、第１期間に検出光を出射する第１光源と、第２期間に検出光を出射する第２光源とを各々、適正な駆動電流値で駆動することができる。

本発明に係る光学式位置検出装置は、画像が表示される表示面を備えた表示装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。

また、本発明に係る光学式位置検出装置は、画像を投射する画像投射装置を有する入力機能付き表示システムを構成するのに用いることができ、この場合、前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする。かかる構成の入力機能付き表示システムによれば、光学式位置検出装置の検出空間を広く確保することができるので、広い範囲にわたって表示された投射画像を対象物体で指し示すことによって画像を切り換える等の動作を行うことができる。

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の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受発光ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受発光ユニットの主要部の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受発光ユニットから出射される検出光の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の受光部の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の制御系の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置における位置検出原理の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において対象物体のＸＹ座標データを取得する原理の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置における受光素子の受光面の傾きと受光素子から出力される信号レベルとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、交差角度を１００°に設定した場合の受光部での感度指向性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の増幅部等の電気的構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の効果を示す説明図である。 本発明を適用した位置検出システムの具体例１（入力機能付き表示システム）の説明図である。 本発明を適用した位置検出システムの具体例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。 本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。 光学式位置検出装置で用いられる受光素子の説明図である。 本発明の参考例に係る光学式位置検出装置における受光部の感度指向性を示す説明図である。

以下に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側とし、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。また、以下の説明では、図１６および図１７を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の主要部の説明図である。図１（ａ）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であり、図１（ｂ）は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。

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を有している。光学式位置検出装置１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向により規定される仮想のＸＹ平面（仮想面）に沿うように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が出射される検出光出射空間であり、検出空間１０Ｒには、後述する検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。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を放射状に出射可能な光源部１２と、検出光Ｌ２の出射範囲（検出空間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。ここで、光源部１２は、図６を参照して説明する光源駆動部５１や増幅部７９とともに光源装置２０を構成している。

光学式位置検出装置１０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空間１０Ｒに向く２つの光源部１２（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）を備えており、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、光学式位置検出装置１０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空間１０Ｒに向く第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂを備えており、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とは受発光ユニット１５（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とは受発光ユニット１５（第２受発光ユニット１５Ｂ）として一体化されている。

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とは異なる期間において動作する。従って、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が出射された際に、第１受光部１３Ａは、検出空間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期間において、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。

（受発光ユニット）
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１５の斜視図である。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１０の受発光ユニット１５の主要部の構成を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の受発光ユニット１５から出射される検出光Ｌ２の説明図であり、図４（ａ）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し、図４（ｂ）は、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している。なお、図２および図３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いることから、第１受発光ユニット１５Ａの構成を中心に説明し、第２受発光ユニット１５Ｂの詳細な説明を省略する。

図２に示すように、第１光源部１２Ａは、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する周面を備えた扇形形状のホルダー１５０を備えている。ホルダー１５０は、第１ホルダー１５１と第２ホルダー１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１ホルダー１５１は下端側に扇形形状の鍔部１５６ａを備えており、第２ホルダー１５２は上端側に扇形形状の鍔部１５６ｂを備えている。鍔部１５６ａ、１５６ｂにより挟まれた部分は、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、対象物体Ｏｂからの反射光Ｌ３の入射部１４８になっており、かかる入射部１４８の奥に第１受光部１３Ａが配置されている。

図３および図４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。

第１光源モジュール１２６は、光源１２０として、第１光源１２１を備えている。第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１の端面に出射方向を向けて配置されている。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出射方向設定部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、第２光源１２２を備えている。第２光源１２２はライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２の端面に出射方向を向けて配置されている。また、第２光源モジュール１２７は、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出射方向設定部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１光源１２１および第２光源１２２としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子が用いられている。ＬＥＤはピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として出射する。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いる。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。かかる第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７においては、第１光源１２１が点灯することにより、第１光源モジュール１２６から検出光Ｌ２が放射状に出射され、第２光源１２２が点灯することにより、第２光源モジュール１２７から検出光Ｌ２が放射状に出射される。

（受光部１３の構成）
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の受光部１３の構成を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、受光部１３に用いた２つの受光素子１３０の位置関係を示す説明図、および２つの受光素子１３０を拡大して示す説明図である。なお、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いることから、第１受発光ユニット１５Ａの構成を中心に説明し、第２受発光ユニット１５Ｂの詳細な説明を省略する。

図２〜図５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は、第１受光部１３Ａに複数の受光素子１３０を備えている。より具体的には、第１受光部１３Ａは、複数の受光素子１３０として、第１受光素子１３１と、第１受光素子１３１に対してＸ軸方向で隣り合う位置に配置された第２受光素子１３２とを備えている。複数の受光素子１３０（第１受光素子１３１、および第２受光素子１３２）はいずれも、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスターであり、本形態においては、赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードであり、図１７を参照して説明した構成を有している。

図５に示すように、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とは、第１受光素子１３１の受光面１３１ａと第２受光素子１３２の受光面１３２ａを逆方向に傾斜させて隣り合う位置に設けられており、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とは、受光面１３１ａ、１３２ａに対する法線方向が互いに交差する方向に延在している。

ここで、第１受光素子１３１は、検出空間１０Ｒの一方側（図３に示すライトガイドＬＧの一方の端部ＬＧ１が位置する側／第１光源１２１が位置する側）に受光面１３１ａを向けており、第２受光素子１３２は、検出空間１０Ｒの他方側（図３に示すライトガイドＬＧの他方の端部ＬＧ２が位置する側／第２光源１２２が位置する側）に受光面１３２ａを向けている。

また、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２は、図１５を参照して説明した感度指向性に対応させて、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向と第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向とが成す交差角度θｃを、９０°を超え、１８０°未満の数値に設定してある。このため、第１受光素子１３１の受光面１３１ａがＸ軸方向となす角度θａは、４５°を超え、９０°未満の数値に設定してあり、第２受光素子１３２の受光面１３２ａがＸ軸方向となす角度θｂは、４５°を超え、９０°未満の数値に設定してある。

さらに、本形態では、図９および図１０を参照して後述するデータに基づいて、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向と第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向とが成す交差角度θｃを、１２０°を超え、１４０°未満の数値に設定してある。このため、第１受光素子１３１の受光面１３１ａがＸ軸方向となす角度θａは、６０°を超え、７０°未満の数値に設定してあり、第２受光素子１３２の受光面１３２ａがＸ軸方向となす角度θｂは、６０°を超え、７０°未満の数値に設定してある。

ここで、第１光源部１２Ａから出射される検出光Ｌ２の出射範囲の中央に相当する角度方向を０°方向とし、かかる０°の方向に広がる面を仮想面Ｓとすると、第１受光素子１３１の受光面１３１ａと第２受光素子１３２の受光面１３２ａは、仮想面Ｓに対して線対称に配置されている。従って、第１受光素子１３１の受光面１３１ａがＸ軸方向となす角度θａと受光素子１３２の受光面１３２ａがＸ軸方向となす角度θｂとは等しい。

なお、第２受発光ユニット１５Ｂの第２受光部１３Ｂも、第１受光部１３Ａと同様、複数の受光素子１３０として、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを備えている。

（制御系）
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の制御系の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、制御系のブロック図、および光源駆動部による点灯動作等を示す説明図である。図６（ａ）に示すように、光学式位置検出装置１０において、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂは、制御用ＩＣ７０に電気的に接続されている。また、第１受発光ユニット１５Ａの第１受光部１３Ａ、および第２受発光ユニット１５Ｂの第２受光部１３Ｂは、信号処理部７１を介して、制御用ＩＣ７０に電気的に接続されている。制御用ＩＣ７０は、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０に電気的に接続されている。

制御用ＩＣ７０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、制御用ＩＣ７０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。

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）、および制御用ＩＣ７０の外部に設けられた増幅部７９とともに光源装置２０を構成しており、増幅部７９を介して第１光源１２１と第２光源１２２に駆動電流を供給する。その際、光源駆動部５１は、図６（ｂ）に示すように、第１光源１２１と第２光源１２２に逆相の駆動パルスを印加することにより、第１光源１２１を点灯させ第２光源１２２を消灯させる第１期間の第１点灯動作と、第２光源１２２を点灯させ第１光源１２１を消灯させる第２期間の第２点灯動作とを行なわせる。なお、受光部１３において、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２は、第１期間および第２期間のいずれにおいても対象物体Ｏｂで反射した反射光Ｌ３を同時に検出する。

かかる構成の光源装置２０によって、第１期間の第１点灯動作時において検出空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第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検出光の光強度を示すように、検出空間１０Ｒ（出射範囲）内に一方の端部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光強度分布を備えている。一方、第２期間の第２点灯動作時において検出空間１０Ｒには、ＸＹ平面に沿って第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検出光の光強度を示すように、出射範囲内に他方の端部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光強度分布を備えるものとなる。ここで、光学式位置検出装置１０において、光源部１２に対する駆動電流値を制御するにあたっては、電圧振幅変調やパルス幅変調が行われる。

なお、第２受発光ユニット１５Ｂは、第１受発光ユニット１５Ａと同様な構成をもって制御用ＩＣ７０に電気的に接続されており、光源駆動部５１は第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂに対しても、第１光源部１２Ａと同様、第１期間において第１点灯動作を行わせて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成させる。また、第１期間とは重ならない第２期間において第２点灯動作を行わせて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成させる。ここで、光源駆動部５１は、図６（ｂ）に示すように、第１受発光ユニット１５Ａの第１光源部１２Ａの第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）の後に、第２受発光ユニット１５Ｂの第２光源部１２Ｂの第１点灯動作（第１期間）および第２点灯動作（第２期間）を行う。

再び図６（ａ）において、制御用ＩＣ７０は、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を制御して光源部１２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。調整量算出部７４は、パルス発生器７５ａ、７５ｂに対する制御信号を出力するアナログ−デジタル変換部等を備えている。

ここで、受光部１３の第１受光素子１３１から出力された信号、および第２受光素子１３２から出力された信号は、Ｉ−Ｖ変換部や増幅部等を備えた信号処理部７１を介して制御用ＩＣ７０の位置検出部５０に入力される。

ここで、信号処理部７１は、第１受光素子１３１から出力された信号レベルと第２受光素子１３２から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Ｖｔとして制御用ＩＣ７０に出力するように構成されている。また、信号処理部７１は、第１受光素子１３１から出力された信号レベルと第２受光素子１３２から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Ｖｔとして制御用ＩＣ７０に出力するように構成されることもある。

かかる制御用ＩＣ７０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。

本形態の光学式位置検出装置１０は、受発光ユニット１５として、互いに離間した位置に配置された第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂを有している。このため、座標データ取得部５５は、第１受発光ユニット１５Ａ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受発光ユニット１５Ｂ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、制御用ＩＣ７０を多チャンネル化して、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を駆動しているが、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の関係をもつ２つの制御用ＩＣ７０を用いてもよい。

（対象物体の位置検出動作）
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における位置検出原理の説明図であり、図７（ａ）は光強度分布の説明図であり、図７（ｂ）は対象物体Ｏｂが存在する位置情報（角度位置／方位情報）を取得する方法の説明図である。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において対象物体ＯｂのＸＹ座標データを取得する原理の説明図である。図７では、光源部１２から出射される検出光Ｌ２の出射範囲の中央（受光部１３の正面）に相当する角度方向を０°としてある。

本形態では、まず、第１光源部１２Ａの第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、検出光Ｌ２の出射角度方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図７（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によって、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の出射角度方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図７（ａ）に線Ｅ２で示す直線関係にある。ここで、図７（ｂ）および図８に示すように、第１光源部１２Ａの中心ＰＥ（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での受光強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの受光強度を比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図７（ｂ）および図８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によって、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した第１期間における第１受光部１３Ａから出力される信号の強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した第２期間における第１受光部１３Ａから出力される信号の強度とが等しくなるように、第１光源部１２Ａに対する第１駆動電流値、および第１光源部１２Ａ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から出力される信号の強度は、光源１２０に対する第１駆動電流値、および光源１２０に対する第２駆動電流値に比例する。従って、光源１２０に対する第１駆動電流値、および光源１２０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駆動電流値との比や差、あるいは駆動電流値を調整した際の駆動電流値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６（ａ）に示す制御用ＩＣ７０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。その際、光源装置２０は、まず、第１期間および第２期間において、予め設定された基準駆動電流値により第１光源部１２Ａの第１光源１２１および第２光源１２２を駆動する。本形態において、第１光源１２１に対する基準駆動電流値と、第２光源１２２に対する基準駆動電流値とは等しい。このため、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。また、第１受光部１３Ａの第１受光素子１３１および第２受光素子１３２は反射光Ｌ３を検出し、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２から出力された信号は、信号処理部７１を介して検出用信号Ｖｔとして制御用ＩＣ７０に出力される。

そして、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を比較する。その結果、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、対象物体Ｏｂの角度位置は０°である。

これに対して、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６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に対する駆動電流値の比や差、あるいは駆動電流値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。本形態では、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とが等しくなった時点での基準駆動電流値から第１駆動電流値への調整量と、基準駆動電流値から第２駆動電流値へ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、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、座標データ確定部５５３は、図８に示すように、中心間距離ＤＳが一定であるので、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ことができる。

（第１受光素子１３１と第２受光素子１３２との位置関係）
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における受光素子１３０の受光面の傾きと受光素子１３０から出力される信号レベルとの関係を示すグラフであり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、交差角度θｃが４０°、８０°、１００°、１２０°である場合のグラフである。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において、交差角度を１００°に設定した場合の受光部１３での感度指向性を示すグラフである。

より具体的には、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、第１受光素子１３１の受光面１３１ａとＸ軸方向とが成す角度θａが２０°、４０°、５０°、６０°である場合に、第１期間（第１点灯動作）において第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した状態で対象物体Ｏｂの角度位置をずらした際の第１受光素子１３１からの出力電流のレベルを線Ｖ１（PhaseＢ）で示してある。また、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、第１受光素子１３１の受光面１３１ａとＸ軸方向とが成す角度θａが２０°、４０°、５０°、６０°である場合に、第２期間（第２点灯動作）において第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した状態で対象物体Ｏｂの角度位置をずらした際の第１受光素子１３１からの出力電流のレベルを線Ｖ２（PhaseＡ）で示してある。また、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、第１受光素子１３１の受光面１３１ａとＸ軸方向とが成す角度θａが２０°、４０°、５０°、６０°である場合に、第１期間（第１点灯動作時）の第１受光素子１３１からの出力電流と、第２期間（第２点灯動作時）の第１受光素子１３１からの出力電流のレベルとの差を線Ｖ３で示してある。なお、図９において、第１受光素子１３１からの出力電流のレベルのスケールは各図の左側の縦軸に示し、差分のスケールは各図の右側の縦軸に示してある。

また、図１０には、交差角度θｃが１００°の場合における第１受光素子１３１の感度指向性と、第２受光素子１３２の感度指向性とを合成した感度指向性を示してある。なお、図９および図１０において、横軸は、検出光Ｌ２の出射空間における一方側（Ｘ軸方向の他方側Ｘ２）に相当する方向を０°とした場合の対象物体Ｏｂの角度位置（反射光Ｌ３の入射角度）である。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す結果から分かるように、交差角度θｃが４０°〜１２０°のいずれの場合でも、図１８（ａ）に示す結果と比較すれば、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向から大きく傾いた方向に対象物体Ｏｂが位置する場合でも、第１受光素子１３１からの出力信号のレベルが高く、かつ、第１期間と第２期間とにおける差分が単調変化する角度範囲が広い。

また、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す結果を比較すると、図９（ｃ）、（ｄ）に示す交差角度θｃが１００°、１２０°の場合には、図９（ａ）、（ｂ）に示す交差角度θｃが４０°、８０°の場合に比較して、円Ｑで示す領域のように、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向からＸ軸方向の他方側Ｘ２に大きく傾いた方向に対象物体Ｏｂが位置する場合の差分の変化が大きい。従って、交差角度θｃが１００°、１２０°の場合には、交差角度θｃが４０°、８０°の場合に比較して、検出精度が高いといえる。

それ故、例えば、交差角度θｃが１００°になるように第１受光素子１３１および第２受光素子１３２を配置した場合の受光部１３での感度指向性は、第１受光素子１３１の感度指向性と、第２受光素子１３２の感度指向性とを合成した結果として表され、かかる受光部１３での感度指向性は、図１０に示す特性となる。図１０から分かるように、受光部１３での受光感度は、０°から１８０°の角度範囲にわたって高いレベルを有することから、０°から１８０°の角度範囲にわたって、検出精度が高い。

同様な評価を交差角度θｃが上記の角度以外の場合についても評価したところ、交差角度θｃを以下の範囲
９０°＜θｃ＜１８０°
に設定すれば、広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。また、交差角度θｃを以下の範囲
１２０°＜θｃ＜１４０°
に設定すれば、０°から１８０°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られることが確認できた。それ故、本形態では、第１受発光ユニット１５Ａの第１受光部１３Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの第２受光部１３Ｂのいずれにおいても、図５を参照して説明したように、交差角度θｃを上記の適正範囲に設定してあるので、検出精度が高い。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態によれば、受光素子１３０として、複数の受光素子１３０（第１受光素子１３１および第２受光素子１３２）を用いて対象物体Ｏｂからの反射光Ｌ３を検出しているので、第１受光素子１３１において受光感度が低い方向から反射光Ｌ３が入射した際、第２受光素子１３２には、受光感度が高い方向から反射光Ｌ３が入射する。同様に、第２受光素子１３２において受光感度が低い方向から反射光Ｌ３が入射した際、第１受光素子１３１には、受光感度が高い方向から反射光Ｌ３が入射する。このため、検出空間１０Ｒを広げることができる。

また、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２は、第１受光素子１３１の受光面１３１ａに対する法線方向と第２受光素子１３２の受光面１３２ａに対する法線方向との交差角度θｃが９０°を超え、１８０°未満となるように配置されている。このため、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを隣り合う位置に配置して装置の小型化を図った場合でも、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光Ｌ３が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光Ｌ３が入射する。このため、検出空間１０Ｒを拡張した場合でも、装置を大型化せずに対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。また、本形態において、交差角度θｃは、１２０°を超え、１４０°未満である。このため、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２のうちの一方において受光感度が低い方向から反射光Ｌ３が入射した際、他方には、受光感度が高い方向から反射光Ｌ３が入射するので、０°から１８０°の広い角度範囲にわたって高い検出感度が得られる。

また、信号処理部７１は、第１受光素子１３１から出力された信号レベルと第２受光素子１３２から出力された信号レベルとを加算した結果を検出用信号Ｖｔとして制御用ＩＣ７０に出力する。このため、位置検出部５０は、検出用信号Ｖｔとしてレベルの高い信号を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出するので、検出空間１０Ｒが広い。

なお、信号処理部７１は、第１受光素子１３１から出力された信号レベルと第２受光素子１３２から出力された信号レベルと比較し、信号レベルの高い方を検出用信号Ｖｔとして制御用ＩＣ７０に出力するように構成されることもあり、かかる構成の場合、位置検出部５０の入力レンジを拡大する必要がない。それ故、位置検出部５０は、対象物体Ｏｂの位置を高い分解能をもって検出することができる。

［実施の形態２］
（構成および動作）
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の説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の点灯動作等を示す説明図、第１受光素子１３１が検出モードになっている期間の説明図、および第２受光素子１３２が検出モードになっている期間の説明図である。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の増幅部７９等の電気的構成を示す説明図であり、図１２（ａ）は、増幅部７９等における電気的接続の切り換え部分の説明図、および切り換え動作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、それらの説明を省略する。

本形態でも、実施の形態１と同様、図５を参照して説明したように、受光部１３では、受光素子１３０として、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２が用いられている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、図１１（ａ）に示すように、第１期間においては第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成し（第１点灯動作）、第２期間においては第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する（第２点灯動作）。また、本形態でも、実施の形態１と同様、対象物体Ｏｂの位置を検出する際、第１期間および第２期間において基準駆動電流値により検出光Ｌ２を出射した際の第１期間における検出用信号Ｖｔのレベルと第２期間における検出用信号Ｖｔのレベルとを比較した結果に基づいて第１期間における駆動電流値と第２期間における駆動電流値とを変化させる。そして、第１期間における検出用信号Ｖｔのレベルと第２期間における検出用信号Ｖｔのレベルとが等しくなったとき、第１期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量と第２期間における駆動電流値の基準駆動電流値からの調整量との比較結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。

ここで、実施の形態１では、図６（ｂ）を参照して説明したように、第１受光素子１３１および第２受光素子１３２を同時に反射光Ｌ３の検出に用いたが、本形態では、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１受光素子１３１と第２受光素子１３２とを異なる期間において検出モードとする。より具体的には、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、期間Ｔ１では、第１受光素子１３１を検出モードとし、かかる期間において、第１光源１２１を点灯させる第１点灯動作（第１期間）と、第２光源１２２を点灯させる第２点灯動作（第２期間）とを実行する。また、図１１（ａ）、（ｃ）に示すように、期間Ｔ２では、第２受光素子１３２を検出モードとし、かかる期間において、第１光源１２１を点灯させる第１点灯動作（第１期間）と、第２光源１２２を点灯させる第２点灯動作（第２期間）とを実行する。

また、実施の形態１では、第１期間における基準駆動電流値を第２期間における基準駆動電流値と同一としたが、本形態では、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１では、第１期間における基準駆動電流値を第２期間における基準駆動電流値より低く設定する。これに対して、第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２では、図１１（ａ）、（ｃ）に示すように、第２期間における基準駆動電流値を第１期間における基準駆動電流値より低く設定する。

かかる動作は、図１２（ａ）に示す回路構成を採用することにより、実現することができる。より具体的には、光源装置２０の増幅部７９に、第１期間に検出光Ｌ２を出射する第１光源１２１に対して第１増幅部７９１を設け、第２期間に検出光Ｌ２を出射する第２光源１２２に対して第２増幅部７９２を設ける。また、第１増幅部７９１としてバイポーラ型のトランジスターを用い、第１光源１２１をトランジスターのエミッターと第１電位ＶＥとの間に接続するか、コレクターと第２電位ＶＳとの間に接続するかを切り換え、第１光源１２１に供給する基準駆動電流値を切り換える。また、第２増幅部７９２としても、第１増幅部７９１と同様、バイポーラ型のトランジスターを用い、第２光源１２２をトランジスターのエミッターと第１電位ＶＥとの間に接続するか、コレクターと第２電位ＶＳとの間に接続するかを切り換え、第２光源１２２に供給する基準駆動電流値を切り換える。なお、光源駆動部５１からはトランジスターのベースに印加される電位を制御する電位が出力され、かかる電位によって、第１光源１２１および第２光源１２２に供給される駆動電流値が制御される。

また、受光部１３では、期間Ｔ１、Ｔ２において、信号処理部７１の端子ｒａ＋、ｒａ−に導通する受光素子１３０を第１受光素子１３１と第２受光素子１３２との間で切り換える。

かかる回路構成によれば、図１２（ｂ）に示すように、端子間の接続を切り換えることにより、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１では、第１期間における基準駆動電流値を第２期間における基準駆動電流値より低く設定することができ、第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２では、第２期間における基準駆動電流値を第１期間における基準駆動電流値より低く設定することができる。

まず、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１では、信号処理部７１の端子ｒａ＋、ｒａ−を第１受光素子１３１の端子ｐ１ｃ、ｐ１ａと導通させる。そして、第１増幅部７９１の端子ｔ１１、ｔ１２を短絡させる一方、第１光源１２１の端子ｓ１ａ、ｓ１ｃを、第１増幅部７９１の端子ｔ１３、ｔ１４に導通させる。一方、第２増幅部７９２の端子ｔ２３、ｔ２４を短絡させる一方、第２光源１２２の端子ｓ２ａ、ｓ２ｃを、第２増幅部７９２の端子ｔ２１、ｔ２２に導通させる。そして、第１期間では、第１光源１２１に通電して第１光強度分布ＬＩＤ１を形成し、第２期間では、第２光源１２２に通電して第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。ここで、第１光源１２１はコレクター電流が供給されるのに対して、第２光源１２２はエミッター電流が供給される。従って、第１光源１２１および第２光源１２２に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第１光源１２１＜第２光源１２２
となる。

これに対して、第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２では、信号処理部７１の端子ｒａ＋、ｒａ−を第２受光素子１３２の端子ｐ２ｃ、ｐ２ａと導通させる。そして、第１増幅部７９１の端子ｔ１３、ｔ１４を短絡させる一方、第１光源１２１の端子ｓ１ａ、ｓ１ｃを、第１増幅部７９１の端子ｔ１１、ｔ１２に導通させる。一方、第２増幅部７９２の端子ｔ２１、ｔ２２を短絡させる一方、第２光源１２２の端子ｓ２ａ、ｓ２ｃを、第２増幅部７９２の端子ｔ２３、ｔ２４に導通させる。そして、第１期間では、第１光源１２１に通電して第１光強度分布ＬＩＤ１を形成し、第２期間では、第２光源１２２に通電して第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。ここで、第１光源１２１はエミッター電流が供給されるのに対して、第２光源１２２はコレクター電流が供給される。従って、第１光源１２１および第２光源１２２に供給される基準駆動電流の大小は、以下の関係
第１光源１２１＞第２光源１２２
となる。かかる構成は、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂのいずれにおいても同様である。

（本形態の主な効果）
図１３は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の効果を示す説明図であり、図１３（ａ）、（ｂ）は、本形態の切り換え構造を適用した場合の検出レンジの説明図、および本形態の切り換え構造を適用しなかった場合の検出レンジの説明図である。

本形態では、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１では、第１期間における基準駆動電流値を第２期間における基準駆動電流値より低く設定し、第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２では、第２期間における基準駆動電流値を第１期間における基準駆動電流値より低く設定する。このため、位置検出部５０の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部５０は、対象物体Ｏｂの位置を高い分解能をもって検出することができる。

より具体的には、検出光Ｌ２を出射した際、対象物体Ｏｂ以外の物体で反射した迷光も受光部１３に入射する。また、第１期間において第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、第１受光素子１３１は、第１光強度分布ＬＩＤ１において光強度が高い方に受光面１３１ａを向けているため、第１受光素子１３１に入射する迷光の強度は、第２受光素子１３２に入射する迷光の強度より大である。また、第２期間において第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、第２受光素子１３１は、第２光強度分布ＬＩＤ２において光強度が高い方に受光面１３２ａを向けているため、第２受光素子１３２に入射する迷光の強度は、第１受光素子１３１に入射する迷光の強度より大である。

従って、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１において第１期間での基準駆動電流値と第２期間での基準駆動電流値とを同一の値に設定すると、図１３（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂが存在しない状態で既に、第１期間において第１受光素子１３１から出力される信号のレベルが位置検出部５０で許容されている入力レンジの中央値から一方にずれている。このため、対象物体Ｏｂが存在する状態で第１期間を行う際、第１受光素子１３１に供給する駆動電流値の調整幅が制限されてしまい、検出範囲が制限されてしまう。第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２での第２期間でも同様である。

しかるに本形態では、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１においては、第１期間での基準駆動電流値を第２期間での基準駆動電流値より低く設定してあるため、図１３（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂが存在しない状態では、第１期間において第１受光素子１３１から出力される信号のレベルが位置検出部５０で許容されている入力レンジの中央に位置する。このため、対象物体Ｏｂが存在する状態で第１期間を行う際、第１受光素子１３１に供給する駆動電流値の調整幅が広いので、検出範囲が制限されてしまうことを防止することができる。第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２での第２期間でも同様である。

それ故、本形態によれば、位置検出部５０の入力レンジを拡大する必要がないので、位置検出部５０は、対象物体Ｏｂの位置を高い分解能をもって検出することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、２つの光源部（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）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。また、上記実施の形態では、検出光Ｌ２の放射中心位置に受光部１３を設けたが、他の箇所に受光部１３を設けてもよく、２つの光源部（第１光源部１２Ａおよび第２光源部１２Ｂ）に対して共通の受光部１３を設けてもよい。さらに、上記の例では、受光部１３が２つの受光素子（第１受光素子１３１および第２受光素子１３２）を備えているが、３つ以上の受光素子を備えてもよい。

なお、上記実施の形態では、２つのライトガイドＬＧの各々に光源１２０を設けたが、１つのライトガイド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。この場合には、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ので、受光部１３を光源部１２の放射中心からＺ軸方向にずれた位置に配置することができる。

また、上記の形態では、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７は、ライトガイドＬＧを用いて、出射範囲内に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を備える検出光Ｌ２を出射しているが、第１光源モジュール１２６および第２光源モジュール１２７として、複数の発光素子を備え、光源駆動部５１によって、各発光素子に対する駆動電流を複数の発光素子の配列方向の一方端の発光素子から他方端の発光素子に向かって減少させることにより、出射範囲内に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を備える検出光Ｌ２を出射するものを採用することもできる。

［位置検出システムの構成例］
（位置検出システムの具体例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。

上記実施の形態に係る位置検出システム１においては、図１４に示すように、視認面構成部材４０として画像表示装置１１０を用い、かかる画像表示装置１１０に、図１〜図１３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、画像表示装置１１０は、直視型画像表示装置や、視認面構成部材４０をスクリーンとする背面型投射型画像表示装置である。

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、画像表示装置１１０の表示面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で反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を検出する。このため、画像表示装置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。

（位置検出システムの具体例２）
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、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。

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、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、１５・・受発光ユニット、１５Ａ・・第１受発光ユニット、１５Ｂ・・第２受発光ユニット、２０・・光源装置、４０・・視認面構成部材、５０・・位置検出部、５１・・光源駆動部、１００・・入力機能付き表示システム、１３１・・第１受光素子、１３２・・第２受光素子、２００・・入力機能付き投射型表示システム

［実施の形態２］
（構成および動作）
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の説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の点灯動作等を示す説明図、第１受光素子１３１が検出モードになっている期間の説明図、および第２受光素子１３２が検出モードになっている期間の説明図である。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の増幅部７９等の電気的構成を示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、増幅部７９等における電気的接続の切り換え部分の説明図、および切り換え動作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、それらの説明を省略する。

より具体的には、検出光Ｌ２を出射した際、対象物体Ｏｂ以外の物体で反射した迷光も受光部１３に入射する。また、第１期間において第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、第１受光素子１３１は、第１光強度分布ＬＩＤ１において光強度が高い方に受光面１３１ａを向けているため、第１受光素子１３１に入射する迷光の強度は、第２受光素子１３２に入射する迷光の強度より大である。また、第２期間において第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、第２受光素子１３２は、第２光強度分布ＬＩＤ２において光強度が高い方に受光面１３２ａを向けているため、第２受光素子１３２に入射する迷光の強度は、第１受光素子１３１に入射する迷光の強度より大である。

従って、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１において第１期間での基準駆動電流値と第２期間での基準駆動電流値とを同一の値に設定すると、図１３（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂが存在しない状態で既に、第１期間において第１受光素子１３１から出力される信号のレベルが位置検出部５０で許容されている入力レンジの中央値から一方にずれている。このため、対象物体Ｏｂが存在する状態で第１期間を行う際、第１光源１２１に供給する駆動電流値の調整幅が制限されてしまい、検出範囲が制限されてしまう。第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２での第２期間でも同様である。

しかるに本形態では、第１受光素子１３１が検出モードとなる期間Ｔ１においては、第１期間での基準駆動電流値を第２期間での基準駆動電流値より低く設定してあるため、図１３（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂが存在しない状態では、第１期間において第１受光素子１３１から出力される信号のレベルが位置検出部５０で許容されている入力レンジの中央に位置する。このため、対象物体Ｏｂが存在する状態で第１期間を行う際、第１光源１２１に供給する駆動電流値の調整幅が広いので、検出範囲が制限されてしまうことを防止することができる。第２受光素子１３２が検出モードとなる期間Ｔ２での第２期間でも同様である。

（位置検出システムの具体例２）
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、入力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、本形態の入力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。

Claims (10)

1. 検出光を出射するとともに、前記検出光を出射する際に当該検出光が出射される空間の一方側から他方側に向かって前記検出光の出射強度を変化させる光源装置と、
   前記空間で反射した前記検出光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力された検出用信号に基づいて前記空間内の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、前記空間の前記一方側に受光面を向ける第１受光素子と、該第１受光素子と隣り合う位置で前記空間の前記他方側に受光面を向ける第２受光素子と、を備え、
   前記第１受光素子の受光面に対する法線方向と前記第２受光素子の受光面に対する法線方向との交差角度が９０°を超え、１８０°未満であることを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 前記交差角度は、１２０°を超え、１４０°未満であ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。
3. 前記光源装置は、第１期間では前記空間の前記一方側から前記他方側に向かって前記出射強度を減少させ、前記第１期間とは重ならない第２期間では前記空間の前記他方側から前記一方側に向かって前記出射強度を減少させ、
   前記位置検出部は、前記第１期間における前記検出用信号のレベルと、前記第２期間における前記検出用信号のレベルとが等しくなったときの前記光源装置での駆動電流値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または２に記載の光学式位置検出装置。
4. 前記位置検出部は、前記光源装置が前記第１期間および前記第２期間において基準駆動電流値により前記検出光を出射した際の前記第１期間における前記検出用信号のレベルと前記第２期間における前記検出用信号のレベルとを比較した結果に基づいて前記第１期間における前記駆動電流値と前記第２期間における前記駆動電流値とを変化させ、
   前記第１期間における前記検出用信号のレベルと前記第２期間における検出用信号のレベルとが等しくなったとき、前記第１期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量と前記第２期間における前記駆動電流値の前記基準駆動電流値からの調整量との比較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３に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を同時に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。
6. 前記第１受光素子および前記第２受光素子は、前記空間で反射した前記検出光を異なる期間に検出することを特徴とする請求項４に記載の光学式位置検出装置。
7. 前記光源装置は、前記第１受光素子が検出する期間では、前記第１期間における前記基準駆動電流値を前記第２期間における前記基準駆動電流値より低く設定し、前記第２受光素子が検出する期間では、前記第２期間における前記基準駆動電流値を前記第１期間における前記基準駆動電流値より低く設定することを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
8. 前記光源装置は、前記第１期間に前記検出光を出射する第１光源と、該第１光源に供給する電流を増幅する第１増幅部と、前記第２期間に前記検出光を出射する第２光源と、該第２光源に供給する電流を増幅する第２増幅部と、を備えている請求項７に記載の光学式位置検出装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像が表示される表示面を備えた表示装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
   前記表示装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記表示面に沿う方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。
10. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置と、画像を投射する画像投射装置と、を有する入力機能付き表示システムであって、
    前記画像投射装置は、前記光学式位置検出装置によって検出された前記画像の投射方向と交差する方向の前記対象物体の位置に基づいて前記画像を切り換えることを特徴とする入力機能付き表示システム。