JP5343896B2 - 光学式位置検出装置 - Google Patents

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に関するものである。

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しては、透光板（光伝播媒体）において対象物体が位置する第１面側とは反対側の第２面側から対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射して透光板の第２面側に透過してきた検出光を光検出器で検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特表２００３−５３４５５４号公報

ここに本発明者は、ショーウインドウの内側に位置する客（対象物体）の位置と外側に位置する客（対象物体）の位置や、カバーガラス等で覆われたアミーズメント機器においてカバーガラスの内側に位置する遊技媒体（対象物体）の位置と外側に位置するプレーヤー（対象物体）の位置等、２つの空間の各々に位置する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検討しているものである。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、光検出器での検出結果が、２つの空間に位置する対象物体の各々で反射された検出光の強度を合計したものになってしまうため、２つの空間に位置する対象物体の各々の位置を検出することができないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、２つの空間に位置する対象物体の各々の位置を検出することのできる光学式位置検出装置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であって、互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、前記Ｚ軸方向の一方側に向けて検出光を出射する位置検出用光源と、前記Ｚ軸方向の一方側に受光部を向けた第１光検出器と、前記位置検出用光源および前記第１光検出器に対して前記Ｚ軸方向の一方側で離間する位置で当該Ｚ軸方向の一方側に受光部を向けた第２光検出器と、前記第１光検出器での受光結果および前記第２光検出器での受光結果に基づいて、前記第１光検出器と前記第２光検出器との間の第１空間に位置する対象物体の位置、および前記第２光検出器より前記Ｚ軸方向の一方側の第２空間に位置する対象物体の位置を導出する位置導出部と、を有することを特徴とする。

本発明では、Ｚ軸方向の一方側に向けて位置検出用光源が配置され、かつ、Ｚ軸方向の一方側に受光部を向けた第１光検出器および第２光検出器がＺ軸方向で離間した位置に配置されている。このため、位置検出用光源がＺ軸方向の一方側に向けて検出光を出射した際、第１光検出器と第２光検出器との間の第１空間に位置する対象物体で反射した検出光は第１光検出器で受光され、第２光検出器よりＺ軸方向の一方側の第２空間に位置する対象物体で反射した検出光は、第１光検出器および第２光検出器で受光される。従って、第１光検出器での受光結果から第２光検出器での受光結果を差し引く等、第１光検出器での受光結果に対して第２光検出器での受光結果分を補正すれば、第１空間に位置する対象物体で反射した検出光の強度を求めることができ、かかる強度の算出結果を利用すれば、第１空間に位置する対象物体の位置を導出することができる。また、第２光検出器での受光結果に基づいて第２空間に位置する対象物体の位置を導出することができる。それ故、検出光の出射方向で離間する２つの空間（第１空間および第２空間）の各々に位置する対象物体の位置を光学的に検出することができる。

本発明において、前記位置導出部は、前記第２光検出器での受光結果に基づいて前記第２空間に位置する対象物体の位置を導出し、前記第１光検出器での受光結果と前記第２光検出器での受光結果との差に基づいて前記第１空間に位置する対象物体の位置を検出する構成を採用することができる。かかる構成によれば、差を求めるという簡単な処理で、第１光検出器での受光結果に対して第２光検出器での受光結果分の補正を行なうことができる。

本発明において、前記位置導出部は、前記対象物体の位置として、前記Ｘ軸方向の位置および前記Ｙ軸方向の位置を導出する構成を採用することができる。

本発明において、前記位置導出部は、前記対象物体の位置として、前記Ｚ軸方向の位置を導出する構成を採用してもよい。

本発明において、前記位置検出用光源および前記第１光検出器よりも前記Ｚ軸方向の一方側に、前記第２光検出器を保持する透光部材を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出用光源および第１光検出器に対してＺ軸方向の一方側で離間する位置に第２光検出器を配置することができる。また、透光部材であれば、その存在が目立たないという利点がある。

本発明において、前記透光部材は板状であり、前記第１空間と前記第２空間とは前記透光部材により仕切られている構成を採用することができる。かかる構成によれば、本発明を適用した光学式位置検出装置を、ショーウインドウ（透光部材）の内側に位置する客（対象物体）の位置、および外側に位置する客（対象物体）の位置を光学的に検出するのに利用することができる。また、本発明を適用した光学式位置検出装置を、カバーガラス（透光部材）等で覆われたアミーズメント機器において、カバーガラスの内側に位置する遊技媒体（対象物体）の位置、および外側に位置するプレーヤー（対象物体）の位置を光学的に検出するのに利用することができる。

本発明において、前記第２光検出器は、前記透光部材に対して前記第１空間側に配置されていることが好ましい。透光部材に対して第１空間側には、位置検出用光源および第１光検出器が配置されているので、第２光検出器を透光部材に対して第１空間側に配置すれば、位置検出用光源、第１光検出器および第２光検出器の全てを第１空間側に配置することができ、第２空間側には、位置検出用光源、第１光検出器および第２光検出器のいずれをも配置する必要がないので、第２空間の構成を簡素化することができる。

本発明において、前記位置検出用光源は、前記検出光として赤外光を出射することが好ましい。かかる構成によれば、位置検出光が目立たないという利点がある。

本発明において、前記位置検出用光源は、互いに異なる位置に中心光軸をもって前記Ｚ軸方向の一方側に前記検出光を出射する複数の発光素子を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、ＬＥＤ等の発光素子によって位置検出用光源を構成でき、位置検出用光源の構成を簡素化することができる。

本発明を適用した光学式位置検出装置の要部を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置における検出用光源や光検出器のＺ軸方向における位置関係を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置における位置検出用光源や光検出器のＸ軸方向およびＹ軸方向における位置を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置で利用される位置検出光の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置で用いたＸＹ座標検出の原理を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置において、対象物体のＸＹ座標を導出する方法を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置において差動を利用して対象物体の座標を検出する原理を示す説明図である。

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、Ｙ軸方向およびＺ軸方向として説明する。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側とて示してある。

［光学式位置検出装置の全体構成］
図１は、本発明を適用した光学式位置検出装置の要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出装置の光検出器等をＺ軸方向の一方側Ｚ１からみた説明図、および光検出器等をＺ軸方向の他方側Ｚ２からみた説明図である。図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置における検出用光源や光検出器のＺ軸方向における位置関係を示す説明図である。図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置における位置検出用光源や光検出器のＸ軸方向およびＹ軸方向における位置を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、Ｚ軸方向の他方側Ｚ２に配置された第１光検出器等の位置を示す説明図、およびＺ軸方向の一方側Ｚ１に配置された第２光検出器等の位置を示す説明図である。なお、図１および図３では、発光素子の発光部および受光素子の受光部についてはグレー領域で表してある。

図１、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は、対象物体の位置を光学的に検出する装置であって、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光Ｌ２を出射する位置検出用光源１２と、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に受光部３１０を向けた第１光検出器３１とを備えている。

本形態において、位置検出用光源１２は、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に発光部１２０を向けた複数の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃからなる。発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの中心光軸はいずれもＺ軸方向に延在しており、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは各々、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ）を出射する。ここで、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの中心光軸は、互いに平行であるが、互いに異なる位置にある。より具体的には、発光素子１２Ｂの中心光軸は、発光素子１２Ａの中心光軸に対してＸ軸方向の他方側Ｘ２、かつ、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２にずれた位置にある。また、発光素子１２Ｃの中心光軸は、発光素子１２Ａの中心光軸に対してＸ軸方向の一方側Ｘ１、かつ、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２にずれた位置にある。なお、発光素子１２Ｂの中心光軸と発光素子１２Ｃの中心光軸とは、Ｘ軸方向においてずれているが、Ｙ軸方向では略同一の位置にある。

位置検出用光源１２を構成する発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃはいずれも赤外光を出射する発光ダイオードであり、赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として出射する。検出光Ｌ２は、指やタッチペン等の対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２により効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２が人体等であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えばピーク波長が８５０ｎｍ付近）が用いられている。

第１光検出器３１は、赤外光を検出可能なフォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態では、フォトダイオードが用いられている。第１光検出器３１と位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）とは、Ｚ軸方向の略同一の位置にある。

第１光検出器３１の側方には、第１光検出器３１に向けて発光部１２０ｓを向けた参照用第１発光素子１２Ｓが配置されている。かかる参照用第１発光素子１２Ｓも、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と同様、赤外光を出射する発光ダイオードからなり、参照用第１発光素子１２Ｓから出射された光は、参照光Ｌｒ１として利用される。

本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源１２および第１光検出器３１に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で離間した位置には、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に受光部３２０を向けた第２光検出器３２が配置されている。第１光検出器３１と第２光検出器３２とは、Ｚ軸方向からみたとき略重なる位置にある。第２光検出器３２は、第１光検出器３１と同様、赤外光を検出可能なフォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、フォトダイオードが用いられている。

第２光検出器３２の側方には、第２光検出器３２に発光部１２０ｔを向けた参照用第２発光素子１２Ｔが配置されている。かかる参照用第２発光素子１２Ｔも、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）および参照用第１発光素子１２Ｓと同様、赤外光を出射する発光ダイオードからなり、参照用第２発光素子１２Ｔから出射された光は、参照光Ｌｒ２として利用される。

このように構成した光学式位置検出装置１０では、後述するように、第１光検出器３１での受光結果および第２光検出器３２での受光結果に基づいて、第１光検出器３１と第２光検出器３２との間の第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１の位置、および第２光検出器３２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１の第２空間１０Ｒ２に位置する対象物体Ｏｂ２の位置を検出する。

本形態の光学式位置検出装置１０では、位置検出用光源１２および第１光検出器３１に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１で離間した位置に透光部材１６が配置されている。透光部材１６は、赤外線を通過可能なガラス板や合成樹脂板からなり、位置検出用光源１２および第１光検出器３１に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１に位置する空間を第１空間１０Ｒ１と第２空間１０Ｒ２とに仕切っている。透光部材１６には、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔが搭載されているとともに、透光部材１６には、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔに対する配線層（図示せず）も形成されている。本形態において、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔは、透光部材１６の両面のうち、第１空間１０Ｒ１側に搭載されている。なお、配線層は、細いため、透光部材１６の赤外光や可視光の透過を阻害することはない。但し、配線層については目立たないことが好ましいことから、配線については、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜等の透光性導電膜により形成されていることが好ましい。

［光学式位置検出装置１０の電気的構成］
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の電気的構成を示すブロック図である。図４に示すように、光学式位置検出装置１０は、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）、参照用第１発光素子１２Ｓ、および参照用第２発光素子１２Ｔを駆動する光源駆動部１４と、第１光検出器３１および第２光検出器３２から検出結果が出力される位置導出部５０とを有している。

光源駆動部１４は、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、参照用第１発光素子１２Ｓ、および参照用第２発光素子１２Ｔ等の発光素子を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して発光素子の各々の発光強度を制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、発光素子１２Ａを駆動する光源駆動回路１４０ａと、発光素子１２Ｂを駆動する光源駆動回路１４０ｂと、発光素子１２Ｃを駆動する光源駆動回路１４０ｃとを備えている。また、光源駆動回路１４０は、参照用第１発光素子１２Ｓを駆動する光源駆動回路１４０ｓと、参照用第２発光素子１２Ｔを駆動する光源駆動回路１４０ｔも備えている。

位置導出部５０は、信号処理部５１、ＸＹ座標導出部５２およびＺ座標導出部５３を備えており、第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１の位置（ＸＹ座標およびＺ座標）、および第２空間１０Ｒ２に位置する対象物体の位置（ＸＹ座標およびＺ座標）を導出する。位置導出部５０は、例えば、マイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）からなり、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、位置導出部５０は、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部５１で処理を行う構成を採用することもできる。なお、光源制御部１４５と位置導出部５０とは、信号線で接続されており、発光素子に対する駆動と、位置導出部５０での検出動作とは、連動して行われる。

（位置検出光Ｌ２の光強度分布の構成）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で利用される位置検出光の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、発光素子１２Ａが出射する検出光Ｌ２ａの光強度分布の説明図、発光素子１２Ｂが出射する検出光Ｌ２ｂの光強度分布の説明図、および発光素子１２Ｃが出射する検出光Ｌ２ｃの光強度分布の説明図である。

図１〜図３を参照して説明した発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、各々異なる位置に中心光軸を向けている。また、検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃはいずれも発散光であり、かかる発散光では、中心光軸付近で最も強度が大であり、中心光軸から離間するほど、強度が連続的に低下していく。このため、発光素子１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａは、図５（ａ）に示す光強度分布Ｌ２ａ０を形成する。かかる光強度分布Ｌ２ａ０においては、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１においてＸ軸方向の略中央で強度が最大となり、かかる最大強度部から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布Ｌ２ａ０においては、最大強度部から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。発光素子１２Ｂから出射された検出光Ｌ２ｂは、図５（ｂ）に示す光強度分布Ｌ２ｂ０を形成する。かかる光強度分布Ｌ２ｂ０においては、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２においてＸ軸方向の他方側Ｘ２で強度が最大となり、かかる最大強度部から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布Ｌ２ｂ０においては、最大強度部から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。発光素子１２Ｃから出射された検出光Ｌ２ｃは、図５（ｃ）に示す光強度分布Ｌ２ｃ０を形成する。かかる光強度分布Ｌ２ｃ０においては、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２においてＸ軸方向の一方側Ｘ１で強度が最大となり、かかる最大強度部から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布Ｌ２ｃ０においては、最大強度部から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。

ここで、光強度分布Ｌ２ａ０の最大強度部分と、光強度分布Ｌ２ｂ０の最大強度部分とは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方でずれている。また、光強度分布Ｌ２ａ０の最大強度部分と、光強度分布Ｌ２ｃ０の最大強度部分とは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方でずれている。また、光強度分布Ｌ２ｂ０の最大強度部分と、光強度分布Ｌ２ｃ０の最大強度部分とは、Ｘ軸方向でずれている。すなわち、光強度分布Ｌ２ａ０の最大強度部分、光強度分布Ｌ２ｂ０の最大強度部分、および光強度分布Ｌ２ｃ０の最大強度部分は、仮想の三角形の角部分に位置する。

（位置検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、図２に示すように、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）から出射された位置検出光Ｌ２（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ）が対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２で反射し、かかる反射光の一部を第１光検出器３１および第２光検出器３２によって検出し、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２の位置を検出する。その際、第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出強度は、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２での反射強度と比例関係にあり、かかる対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２での反射強度は、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２が位置する個所での検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ）の強度に比例する。従って、第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出強度は、図５に示す光強度分布において、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２が位置する個所での検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ）の強度に比例することになる。

また、本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）が配置され、かつ、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて受光部を向けた第１光検出器３１および第２光検出器３２がＺ軸方向の一方側Ｚ１で離間した位置に配置されている。

このため、第１空間１０Ｒ１に対象物体Ｏｂ１が存在する場合、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ）は、対象物体Ｏｂ１で反射し、かかる反射光は、第１光検出器３１に到達し、第１光検出器３１によって反射光の強度が検出される。

また、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が存在する場合、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ）は、対象物体Ｏｂ２で反射し、かかる反射光は、第２光検出器３２に到達するとともに、第１光検出器３１にも到達する。従って、対象物体Ｏｂ２で反射した反射光の強度は、第１光検出器３１で検出されるとともに、第２光検出器３２でも検出される。

それ故、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が存在する場合、第１空間１０Ｒ１に対象物体Ｏｂ１が存在するか否かにかかわらず、第２光検出器３２での検出結果を用いれば、対象物体Ｏｂ２で反射した反射光の強度がわかる。従って、図４に示す位置導出部５０は、後述する方法で対象物体Ｏｂ２の位置（ＸＹＺ座標）を検出することができる。

一方、第１空間１０Ｒ１の対象物体Ｏｂ１の位置を検出する際、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が存在しなければ、第１光検出器３１での検出結果から対象物体Ｏｂ１で反射した反射光の強度がわかる。但し、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が存在する場合、第１光検出器３１には、対象物体Ｏｂ１で反射した光に加えて、対象物体Ｏｂ２で反射した光も入射するため、第１光検出器３１での検出結果を用いても、対象物体Ｏｂ１で反射した反射光の強度がわからない。そこで、本形態では、図４に示す位置導出部５０は、第１空間１０Ｒ１の対象物体Ｏｂ１の位置を検出する際、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が存在するか否かにかかわらず、第１光検出器３１の検出結果に対して、第２光検出器３２での受光結果分を補正して、第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１で反射した光の強度を求める。より具体的には、第１空間１０Ｒ１の対象物体Ｏｂ１の位置を検出する際、第１光検出器３１の検出結果から第２光検出器３２での受光結果分を減算し、かかる減算結果（第１光検出器３１の検出結果と第２光検出器３２での受光結果との差）を第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１で反射した光の強度を求める。それ故、図４に示す位置導出部５０は、後述する方法で対象物体Ｏｂ１の位置（ＸＹＺ座標）を検出することができる。

［ＸＹ座標検出の原理］
図６および図７を参照して、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において、対象物体のＸＹ座標を検出するための原理を説明する。図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置で用いたＸＹ座標検出の原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、検出光の光強度分布等を示す説明図、および対象物体Ｏｂ２で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において、対象物体のＸＹ座標を導出する方法を示す説明図である。

（ＸＹ座標検出の原理の第１例）
本形態の光学式位置検出装置１０では、図１〜図５を参照して説明したように、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）は、ＸＹ平面内において仮想の三角形の角部分に最大強度部分を備え、各々が異なる光強度分布をしている。そこで、本形態では、まず、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを異なるタイミングで順次点灯させ、その間、第１光検出器３１および第２光検出器３２は、入射した光の強度を検出する。そして、発光素子１２Ａを点灯させた際の第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出結果、発光素子１２Ｂを点灯させた際の第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出結果、および発光素子１２Ｃを点灯させた際の第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出結果を比較し、かかる比較結果に基づいて、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２の位置を検出する。

以下、第２空間１０Ｒ２の対象物体Ｏ２ｂのＸＹ座標を検出する例を詳細に説明する。まず、ＸＹ座標検出用第１期間において、発光素子１２Ａを点灯させる一方、発光素子１２Ｂ、１２Ｃを消灯させると、図６（ａ）に示すように、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置と発光素子１２ＢのＸＹ座標位置との間には、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置から発光素子１２ＢのＸＹ座標位置に向かって強度が単調減少していく光強度分布Ｌ２ａ０が形成される。従って、第２空間１０Ｒ２の対象物体Ｏｂ２により検出光Ｌ２ａが反射され、その反射光の一部が第２光検出器３２により検出される。

次に、ＸＹ座標検出用第２期間において、発光素子１２Ｂを点灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｃを消灯させると、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置と発光素子１２ＢのＸＹ座標位置との間には、発光素子１２ＢのＸＹ座標位置から発光素子１２ＡのＸＹ座標位置に向かって強度が単調減少していく光強度分布Ｌ２ｂ０が形成される。従って、第２空間１０Ｒ２の対象物体Ｏ２ｂにより検出光Ｌ２ｂが反射され、その反射光の一部が第２光検出器３２により検出される。

次に、発光素子１２Ａのみを点灯させたＸＹ座標検出用第１期間における第２光検出器３２での検出結果と、発光素子１２Ｂのみを点灯させたＸＹ座標検出用第２期間における第２光検出器３２での検出結果との比を求め、かかる比がｄ１１：ｄ１２だった場合、図７（ａ）に示すＸＹ面上において、対象物体Ｏｂ２は、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置と発光素子１２ＢのＸＹ座標位置とを結んだ仮想の直線Ｌ５１をｄ１１：ｄ１２で分割した位置を通って直線Ｌ５１に対して直交する方向に延在する仮想の線Ｌ６１（第１直線）上に位置することがわかる。

同様に、ＸＹ座標検出用第３期間において、発光素子１２Ｃを点灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｂを消灯させる。その結果、第２空間１０Ｒ２の対象物体Ｏ２ｂにより検出光Ｌ２ｃが反射され、その反射光の一部が第２光検出器３２により検出される。従って、発光素子１２Ａのみを点灯させたＸＹ座標検出用第１期間における第２光検出器３２での検出結果と、発光素子１２Ｃのみを点灯させたＸＹ座標検出用第３期間における第２光検出器３２での検出結果との比を求め、かかる比がｄ２１：ｄ２３だった場合、図７（ｂ）に示すＸＹ面上において、対象物体Ｏｂ２は、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置と発光素子１２ＣのＸＹ座標位置とを結んだ仮想の直線Ｌ５２をｄ２１：ｄ２３で分割した位置を通って直線Ｌ５２に対して直交する方向に延在する仮想の線Ｌ６２（第２直線）上に位置することがわかる。

従って、図４に示すＸＹ座標導出部５２において、２つの線Ｌ６１、Ｌ６２の交点（第１直線と第２直線との交点）を求めれば、対象物体Ｏｂ２のＸＹ座標を検出することができる。また、第２光検出器３２での検出結果に代えて、第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値を用いれば、図４に示すＸＹ座標導出部５２においては、対象物体Ｏｂ２の場合と同様な方法で、対象物体Ｏｂ１のＸＹ座標を検出することができる。より具体的には、発光素子１２Ａのみを点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値と、発光素子１２Ｂのみを点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値との比がわかれば、対象物体Ｏｂ１が位置する線Ｌ６１(第１直線／図７（ａ）参照)を求めることができる。また、発光素子１２Ａのみを点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値と、発光素子１２Ｃのみを点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値との比がわかれば、対象物体Ｏｂ１が位置する線Ｌ６２(第２直線／図７（ｂ）参照)を求めることができる。それ故、第１直線と第２直線との交点を求めれば、対象物体Ｏｂ１のＸＹ座標を検出することができる。

（ＸＹ座標検出の原理の第２例）
上記基本原理１では、第１光検出器３１での検出結果および第２光検出器３２での検出結果を位置検出の導出に直接用いたが、発光素子１２Ａと発光素子１２Ｂとの差動、および発光素子１２Ａと発光素子１２Ｃとの差動を利用して、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２のＸＹ座標を検出してもよい。

以下、第２空間１０Ｒ２の対象物体Ｏ２ｂのＸＹ座標を検出する例を詳細に説明する。まず、発光素子１２Ｃを消灯させたまま、発光素子１２Ａと発光素子１２Ｂとを交互に標準条件で点灯させる。そして、第２光検出器３２における検出結果が、発光素子１２Ａのみを点灯させたＸＹ座標検出用第１期間と、発光素子１２Ｂのみを点灯させたＸＹ座標検出用第２期間とにおいて等しくなるように発光素子１２Ａ、１２Ｂを制御した際の電流値（制御量）や、電流値（制御量）の調整量に基づいて、図７（ａ）を参照して説明した線Ｌ６１（第１直線）を求める。かかる方法では、発光素子１２Ｂを消灯させたまま、発光素子１２Ａと発光素子１２Ｃとを交互に標準条件で点灯させ、第２光検出器３２における検出結果が、発光素子１２Ａのみを点灯させたＸＹ座標検出用第３期間と、発光素子１２Ｃのみを点灯させたＸＹ座標検出用第４期間とにおいて等しくなるように発光素子１２Ａ、１２Ｃを制御した際の電流値（制御量）や、電流値（制御量）の調整量に基づいて、図７（ｂ）を参照して説明した線Ｌ６２（第２直線）を求めることになる。

より具体的には、まず、発光素子１２Ｃを消灯させたまま、発光素子１２Ａ、１２Ｂを交互に点灯させると、図６（ａ）に示す光強度分布Ｌ２ａ０と、図６（ａ）に示す光強度分布Ｌ２ｂ０とが交互に形成される。ここで、ＸＹ座標検出用第１期間での第２光検出器３２での検出結果Ｌａと、ＸＹ座標検出用第２期間での第２光検出器３２での検出結果Ｌｂとが等しければ、対象物体Ｏｂ２は、発光素子１２ＡのＸＹ座標位置と発光素子１２ＢのＸＹ座標位置との中間に位置することになる。これに対して、ＸＹ座標検出用第１期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌａと、ＸＹ座標検出用第２期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌｂとが相違している場合、図６（ｂ）に示すように、検出結果Ｌａ、Ｌｂが等しくなるように、発光素子１２Ａ、１２Ｂに対する制御量（駆動電流）を調整する。そして、ＸＹ座標検出用第１期間での発光素子１２Ａに対する制御量の調整量ΔＩａと、ＸＹ座標検出用第２期間での発光素子１２Ｂに対する制御量の調整量ΔＩｂとの比を求めれば、図７（ａ）を参照して説明した比（ｄ１１：ｄ１２）を求めることができる。

また、発光素子１２Ｂを消灯させる一方、発光素子１２Ａ、１２Ｃを交互に点灯させ、上記と同様な方法を実施すれば、図７（ｂ）を参照して説明した比（ｄ２１：ｄ２３）を求めることができる。

それ故、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、対象物体Ｏｂ２のＸＹ座標を検出することができる。また、第２光検出器３２での検出結果に代えて、第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値を用いれば、対象物体Ｏｂ１のＸＹ座標を検出することができる。また、かかる方法によれば、外光や温度等といった外乱の影響をキャンセルすることができる。

［Ｚ座標検出の基本原理］
本形態の光学式位置検出装置１０において、複数の発光素子（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）を全て点灯すれば、図５を参照して説明した光強度分布が合成されたＺ座標検出用の光強度分布が形成され、かかるＺ座標検出用の光強度分布では、強度がＺ軸方向で単調に変化することになる。例えば、Ｚ座標検出用の光強度分布では、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて強度が直線的あるいは略直線的に低下する。従って、図４に示すＺ座標導出部５３は、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを全て点灯させた際の第１光検出器３１および第２光検出器３２での検出結果に基づいて、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２のＺ座標を検出することができる。より具体的には、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを全て点灯させた際の第２光検出器３２での検出結果に基づいて、対象物体Ｏｂ２のＺ座標を検出することができる。また、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを全て点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引けば、対象物体Ｏｂ１のＺ座標を検出することができる。

［参照光を利用した座標検出］
本形態の光学式位置検出装置１０は、第１光検出器３１に発光部１２０ｓを向けた参照用第１発光素子１２Ｓと、第２光検出器３２に発光部１２０ｔを向けた参照用第２発光素子１２Ｔを備えており、参照用第１発光素子１２Ｓおよび参照用第２発光素子１２Ｔから出射された参照光Ｌｒ１、Ｌｒ２は、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２が存在するか否かにかかわらず、一定の強度をもって第１光検出器３１および第２光検出器３２に入射する。従って、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ）と、参照用第１発光素子１２Ｓおよび参照用第２発光素子１２Ｔから出射された参照光Ｌｒ１、Ｌｒ２との比較結果を利用すれば、外光や温度等といった外乱の影響をキャンセルすることができる。

例えば、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、参照用第１発光素子１２Ｓを消灯させた際の第１光検出器３１での検出結果から、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを消灯させ、参照用第１発光素子１２Ｓを点灯させた際の第１光検出器３１での検出結果を差し引いた値を第１光検出器３１での外乱補正後の値とする。また、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、参照用第２発光素子１２Ｔを消灯させた際の第２光検出器３２での検出結果から、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを消灯させ、参照用第２発光素子１２Ｔを点灯させた際の第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値を第２光検出器３２での外乱補正後の値とする。かかる値を用いれば、外光や温度等といった外乱の影響をキャンセルすることができる。

また、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と参照用第１発光素子１２Ｓとの差動、および位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と参照用第２発光素子１２Ｔとの差動を利用して、対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２の座標を検出してもよい。

以下、図８を参照して、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と参照用第１発光素子１２Ｓとの差動、および位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）と参照用第２発光素子１２Ｔとの差動を利用して、対象物体Ｏｂ２のＺ座標を検出する例を説明する。

図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において差動を利用して対象物体Ｏｂ２の座標を検出する原理を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の光強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂ２で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光のＺ軸方向の光強度分布を調整した様子を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０では、検出光検出期間において、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが全て標準条件で点灯すると、図８（ａ）に示すように、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向かって強度が単調減少する光強度分布Ｌ２ｚ０が形成される。従って、第２空間１０Ｒ２に対象物体Ｏｂ２が配置されると、対象対物Ｏｂ２により検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が第２光検出器３２により検出される。ここで、第２光検出器３２での検出光Ｌ２の受光結果Ｌ２ｚは、光強度分布Ｌ２ｚ０において対象物体Ｏｂ２の位置に対応する強度と一定の関係、例えば、比例関係にある。

これに対して、参照光検出期間において発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが消灯し、参照用第２発光素子１２Ｔが点灯すると、参照用第２発光素子１２Ｔから出射された参照光Ｌｒ２は、その一部が第２光検出器３２により検出される。ここで、参照光Ｌｒ２は、対象物体Ｏｂ２で反射されることがないので、第２光検出器３２での参照光Ｌｒ２の受光結果Ｌｒは、対象物体Ｏｂ２の位置にかかわらず、一定である。

次に、図４に示す位置導出部５０は、光源制御部１４５に指令して、検出光検出期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌ２ｚと、参照光検出期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌｒとが等しくなるように、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対する制御量（駆動電流）と、参照用第２発光素子１２Ｔに対する制御量（駆動電流）とを調整する。その結果、図８（ｂ）に示すように、検出光検出期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌ２ｚ、および参照光検出期間における第２光検出器３２での検出結果Ｌｒの双方が値Ｌｚになって等しくなれば、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対する制御量の調整量ΔＩ２ｚと、参照用第２発光素子１２Ｔに対する制御量の調整量ΔＩｒ２との比や差から対象物体Ｏｂ２のＺ座標を検出することができる。

また、第２光検出器３２での検出結果に代えて、第１光検出器３１での検出結果から第２光検出器３２での検出結果を差し引いた値を用いれば、第１空間１０Ｒ１の対象物体Ｏｂ１の座標を検出することができる。かかる方法によれば、外光や温度等といった外乱の影響をキャンセルすることができる。

なお、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）から出射された検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ）と、参照用第１発光素子１２Ｓおよび参照用第２発光素子１２Ｔから出射された参照光Ｌｒ１、Ｌｒ２との差動は、ＸＹ座標検出の原理の第１例で説明した方法を実施する場合にも適用することができる。
また、上記の方法では、参照用第１発光素子１２Ｓおよび参照用第２発光素子１２Ｔから出射される参照光Ｌｒ１、Ｌｒ２の強度を変化させたが、参照用第１発光素子１２Ｓおよび参照用第２発光素子１２Ｔから出射される参照光Ｌｒ１、Ｌｒ２の強度については固定であってもよい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０では、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に向けて位置検出用光源１２が配置され、かつ、Ｚ軸方向の一方側Ｚ１に受光部３１０、３２０を向けた第１光検出器３１および第２光検出器３２がＺ軸方向で離間した位置に配置されている。このため、位置検出用光源１２がＺ軸方向の一方側Ｚ１に向けて検出光を出射した際、第１光検出器３１と第２光検出器３２との間の第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１で反射した検出光は第１光検出器３１で受光され、第２光検出器３２よりＺ軸方向の一方側Ｚ１の第２空間１０Ｒ２に位置する対象物体Ｏｂ２で反射した検出光は、第１光検出器３１および第２光検出器３２で受光される。

従って、第１光検出器３１での受光結果から第２光検出器３２での受光結果を差し引く等、第１光検出器３１での受光結果に対して第２光検出器３２での受光結果分を補正すれば、第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１で反射した検出光の強度を導出することができ、かかる強度の導出結果を利用すれば、第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１の位置を導出することができる。また、第２光検出器３２での受光結果に基づいて第２空間１０Ｒ２に位置する対象物体Ｏｂ２の位置を導出することができる。それ故、検出光の出射方向で離間する２つの空間（第１空間１０Ｒ１および第２空間１０Ｒ２）の各々に位置する対象物体Ｏｂ１、Ｏｂ２の位置を光学的に検出することができる。

また、本形態において、位置導出部５０は、第１光検出器３１での受光結果と第２光検出器３２での受光結果との差に基づいて第１空間１０Ｒ１に位置する対象物体Ｏｂ１の位置を検出しており、かかる構成によれば、差を求めるという簡単な処理で、第１光検出器３１での受光結果に対して第２光検出器３２での受光結果分の補正を行なうことができる。

また、位置検出用光源１２および第１光検出器３１よりもＺ軸方向の一方側Ｚ１に、第２光検出器３２を保持する透光部材１６を備えているため、位置検出用光源１２および第１光検出器３１よりもＺ軸方向の一方側Ｚ１で離間する位置に第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔを保持することができる。また、透光部材１６であれば、その存在が目立たないという利点がある。また、本形態では、透光部材１６は板状であり、第１空間１０Ｒ１と第２空間１０Ｒ２とは透光部材１６により仕切られている。それ故、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を、ショーウインドウ（透光部材１６）の内側(第１空間１０Ｒ１)に位置する客（対象物体Ｏｂ１）の位置、および外側(第２空間１０Ｒ２)に位置する客（対象物体Ｏｂ２）の位置を光学的に検出するのに利用することができる。また、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を、カバーガラス（透光部材１６）等で覆われたパチンコ台のようなアミーズメント機器において、カバーガラスの内側(第１空間１０Ｒ１)で移動する玉あるいはコイン状の遊技媒体（対象物体Ｏｂ１）の位置、および外側(第２空間１０Ｒ２)に位置するプレーヤー（対象物体Ｏｂ２）の位置を光学的に検出するのに利用することができる。

さらに、本形態において、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔは、透光部材１６に対して第１空間１０Ｒ１側に配置されており、かかる第１空間１０Ｒ１側には、位置検出用光源１２、第１光検出器３１および参照用第１発光素子１２Ｓが配置されている。それ故、位置検出用光源１２、第１光検出器３１、参照用第１発光素子１２Ｓ、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔの全てを第１空間１０Ｒ１側に配置することができ、第２空間側１０Ｒ２には、位置検出用光源１２、第１光検出器３１および第２光検出器３２等を一切配置する必要がない。それ故、第２空間１０Ｒ２の構成を簡素化することができる。

また、位置検出用光源１２は、検出光として赤外光を出射するため、検出光が目立たないという利点がある。また、位置検出用光源１２は、互いに異なる位置に中心光軸をもってＺ軸方向の一方側Ｚ１に検出光Ｌ２を出射するＬＥＤからなる複数の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備えているため、位置検出用光源１２の構成を簡素化することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔが透光部材１６に対して第１空間１０Ｒ１側に配置されていたが、第２光検出器３２および参照用第２発光素子１２Ｔが透光部材１６に対して第２空間１０Ｒ２側に配置されている構成を採用してもよい。

上記実施の形態において、位置検出用光源１２は３つの発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備えていたが、２つあるいは４つ以上の発光素子を備えている構成であってもよい。

上記実施の形態において、位置検出用光源１２は、互いに異なる位置に中心光軸をもってＺ軸方向の一方側Ｚ１に検出光Ｌ２を出射する複数の発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを備えていたが、ＸＹ座標の検出に用いる光強度分布を順次形成可能な面状の光源を用いてもよい。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ１・・第１空間、１０Ｒ２・・第２空間、１２・・位置検出用光源、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・発光素子、１２Ｓ・・参照用第１発光素子、１２Ｔ・・参照用第２発光素子、１６・・透光部材、３１・・第１光検出器、３２・・第２光検出器、５０・・位置導出部、５１・・信号処理部、５２・・ＸＹ座標導出部、５３・・Ｚ座標導出部

Claims (9)

1. 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であって、
   互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、
   前記Ｚ軸方向の一方側に向けて検出光を出射する位置検出用光源と、
   前記Ｚ軸方向の一方側に受光部を向けた第１光検出器と、
   前記位置検出用光源および前記第１光検出器に対して前記Ｚ軸方向の一方側で離間する位置で当該Ｚ軸方向の一方側に受光部を向けた第２光検出器と、
   前記第１光検出器での受光結果および前記第２光検出器での受光結果に基づいて、前記第１光検出器と前記第２光検出器との間の第１空間に位置する対象物体の位置、および前記第２光検出器より前記Ｚ軸方向の一方側の第２空間に位置する対象物体の位置を導出する位置導出部と、
   を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 前記位置導出部は、前記第２光検出器での受光結果に基づいて前記第２空間に位置する対象物体の位置を導出し、前記第１光検出器での受光結果と前記第２光検出器での受光結果との差に基づいて前記第１空間に位置する対象物体の位置を検出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。
3. 前記位置導出部は、前記対象物体の位置として、前記Ｘ軸方向の位置および前記Ｙ軸方向の位置を導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. 前記位置導出部は、前記対象物体の位置として、前記Ｚ軸方向の位置を導出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記位置検出用光源および前記第１光検出器よりも前記Ｚ軸方向の一方側に、前記第２光検出器を保持する透光部材を備え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。
6. 前記透光部材は板状であり、
   前記第１空間と前記第２空間とは前記透光部材により仕切られていることを特徴とする請求項５に光学式位置検出装置。
7. 前記第２光検出器は、前記透光部材に対して前記第１空間側に配置されてい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. 前記位置検出用光源は、前記検出光として、赤外光を出射することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
9. 前記位置検出用光源は、互いに異なる位置に中心光軸をもって前記Ｚ軸方向の一方側に前記検出光を出射する複数の発光素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。