JP2013024579A - 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、受発光ユニット15Aおよび受発光ユニット15Bによる検出対象空間10Rabと、受発光ユニット15Cおよび受発光ユニット15Dによる検出対象空間10Rcdとに分割されている。受発光ユニット15B、15CはZ軸方向で重なっており、受発光ユニット15Bの受光素子13Bと受発光ユニット15Cの受光素子13Cは、受光面を異なる方向に向けてZ軸方向で重なるように配置されている。
【選択図】図1
Description
受発光ユニット
第1受発光ユニット=受発光ユニット15B
第2受発光ユニット=受発光ユニット15C
第3受発光ユニット=受発光ユニット15A
第4受発光ユニット=受発光ユニット15D
光源部
第1光源部=光源部12B
第2光源部=光源部12C
第3光源部=光源部12A
第4光源部=光源部12D
光源部
第1受光素子=受光素子13B
第2受光素子=受光素子13C
第3受光素子=受光素子13A
第4受光素子=受光素子13D
(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に用いた受発光ユニット15A〜15Dの説明図であり、図2(a)、(b)は、受発光ユニット15A〜15Dの概略構成を示す説明図、および受発光ユニット15B、15Cの受光素子13B、13C(第1受光素子および第2受光素子)をZ軸方向の一方側Z1からみたときの説明図である。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10を反射光L3の出射空間側の正面からみたときの説明図である。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に用いた一方のユニット対の説明図であり、図4(a)、(b)は、当該ユニット対からの検出光L2の出射角度範囲を示す説明図、および当該ユニット対での検出光の受光角度範囲を示す説明図である。図5は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10に用いた他方のユニット対の説明図であり、図5(a)、(b)は当該ユニット対からの検出光L2の出射角度範囲を示す説明図、および当該ユニット対での検出光の受光角度範囲を示す説明図である。図6は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10に用いた受光素子13A〜13Dの受光感度の入射角度依存性(感度指向性)を示す説明図である。
図3〜図5に示すように、本形態では、後述するレイアウトを採用することにより、受発光ユニット15Aと受発光ユニット15Bとにおいて、光源部12Aの検出光出射角度範囲θaと光源部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、受光素子13Aの受光角度範囲と受光素子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、受発光ユニット15Aおよび受発光ユニット15Bは、後述する原理によって、光源部12Aの検出光出射角度範囲θa、光源部12Bの検出光出射角度範囲θb、受光素子13Aの受光角度範囲、および受光素子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受発光ユニット15Aおよび受発光ユニット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3〜図5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15A〜15Dをレイアウトするとともに、受発光ユニットの向きを、図3〜図5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軸方向に延びる垂直二等分線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7は、図2に示す受発光ユニットの主要部を示す説明図である。図8は、図7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8を参照して説明した受発光ユニット15A、受発光ユニット15B、受発光ユニット15Cおよび受発光ユニット15Dは各々、図9に示す制御用IC70に電気的接続されている。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9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、受発光ユニット15A、受発光ユニット15B、受発光ユニット15Cおよび受発光ユニット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における位置検出原理を示す説明図であり、図10(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11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、受発光ユニット15Aの光源部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10(a)に線E1で示す関係にある。また、受発光ユニット15Aの光源部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10(a)に線E2で示す関係にある。ここで、図10(b)および図11に示すように、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を形成した際の受光素子13Aでの検出強度と、第2光強度分布LID2を形成した際の受光素子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10(b)および図11に示すように、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、受発光ユニット15A〜15Dの各光源部12A〜12Dから仮想面に沿うように検出光L2を放射状に出射し、かかる検出光L2を利用して位置検出を行う。このため、広い範囲にわたって、検出光L2を比較的強い強度で出射することができる。また、受発光ユニット15A(第3受発光ユニット)と受発光ユニット15B(第1受発光ユニット)とからなる第1ユニット対11abにおいて、光源部(光源部12Aおよび光源部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(受発光ユニット15Aおよび受発光ユニット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の受発光ユニット15C(第2受発光ユニット)および受発光ユニット15D(第4受発光ユニット)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、各受光素子(受光素子13A〜13D)が担う角度範囲が比較的狭くてよいので、受光素子は、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12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の主要部を模式的に示す説明図である。図14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15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。
図16は、本発明の他の実施形態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説明図である。上記実施の形態では、受光素子13B、13Cの各々に光源部12B、12Cを設けて受発光ユニット15B、15Cを構成したが、図16に示すように、受光素子13B(第1受光素子)および受光素子13C(第2受光素子)に共通の光源部12を設けて受発光ユニット15を構成してもよい。
(位置検出システム1の具体例1)
図17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16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18を参照して、視認面構成部材40としてスクリーンを用い、位置検出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18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16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。
受発光ユニット
第1受発光ユニット=受発光ユニット15B
第2受発光ユニット=受発光ユニット15C
第3受発光ユニット=受発光ユニット15A
第4受発光ユニット=受発光ユニット15D
光源部
第1光源部=光源部12B
第2光源部=光源部12C
第3光源部=光源部12A
第4光源部=光源部12D
光源素子
第1受光素子=受光素子13B
第2受光素子=受光素子13C
第3受光素子=受光素子13A
第4受光素子=受光素子13D
図18を参照して、視認面構成部材40としてスクリーンを用い、位置検出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18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、光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図16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 (9)
- 互いに直交する第1方向および第2方向によって規定される仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記仮想面に直交する第3方向からみたとき前記検出光の放射中心と重なる位置に設けられ、対象物体で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子での受光強度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、
前記受光素子として、第1受光素子と、該第1受光素子に対して前記第3方向の一方側に配置されて当該第3方向からみたときに前記第1受光素子に重なり、前記仮想面内方向において受光面に対する法線方向が前記第1受光素子と相違する第2受光素子と、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記光源部として、前記第1受光素子の受光角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を検出光出射角度範囲とする第1光源部と、前記第2受光素子の受光角度範囲と少なくとも一部が重なる角度範囲を検出光出射角度範囲とする第2光源部と、が設けられ、
前記第3方向からみたとき、前記第1光源部から出射される前記検出光の放射中心と、前記第2光源部から出射される前記検出光の放射中心とが重なっ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光源部と前記第2光源部とは、前記第3方向の異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光学式位置検出装置。
- 前記第1受光素子および前記第1光源部は、第1受発光ユニットを構成し、
前記第2受光素子および前記第2光源部は、第2受発光ユニットを構成してい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。 - 前記光源部として、さらに、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3光源部と、前記第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に検出光を放射状に出射する第4光源部と、が設けられ、
前記受光素子として、さらに、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を受光角度範囲とし、前記第3方向からみたとき前記第3光源部から出射される前記検出光の放射中心と重なる第3受光素子と、前記第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し、前記第3方向からみたとき前記第4光源部から出射される前記検出光の放射中心と重なる第4受光素子と、が設けられ、
前記第3受光素子および前記第3光源部は、前記第1受発光ユニットに対して前記第2方向の一方側で離間する位置で第3受発光ユニットを構成し、
前記第4受光素子および前記第4光源部は、前記第3受発光ユニットに対して前記第1方向の一方側で離間する位置で第4受発光ユニットを構成しており、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットは、前記第3受発光ユニットと前記第4受発光ユニットとを結んで前記第1方向に延びる仮想の線分に対する垂直二等分線上において前記線分から前記第2方向の他方側に離間する位置に設けられてい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。 - 前記仮想面内方向において、前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度、前記第2受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度、前記第3受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度、および前記第4受光素子の受光面に対する法線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5に記載の光学式位置検出装置。
- 前記仮想面内方向において、前記第3受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度は、前記第1受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度以下であり、
前記第4受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度は、前記第2受光素子の受光面に対する法線方向と前記垂直二等分線とが成す角度以下であることを特徴とする請求項5または6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、
互いに直交する第1方向および第2方向によって規定される仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記仮想面に直交する第3方向からみたとき前記検出光の放射中心と重なる位置に設けられ、対象物体で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子での受光強度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、
前記受光素子として、第1受光素子と、該第1受光素子に対して前記第3方向で重なる位置に設けられ、前記仮想面内方向において受光面に対する法線方向が前記第1受光素子と相違する第2受光素子と、
を有してい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、
互いに直交する第1方向および第2方向によって規定される仮想面に沿って検出光を放射状に出射する光源部と、
前記仮想面に直交する第3方向からみたとき前記検出光の放射中心と重なる位置に設けられ、対象物体で反射した前記検出光を受光する受光素子と、
該受光素子での受光強度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、
前記受光素子として、第1受光素子と、該第1受光素子に対して前記第3方向で重なる位置に設けられ、前記仮想面内方向において受光面に対する法線方向が前記第1受光素子と相違する第2受光素子と、
を有してい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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