JP5732980B2 - 光学式位置検出装置、光学式位置検出システム、および入力機能付き表示システム - Google Patents
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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(XY座標検出用第1検出光L2e)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(XY座標検出用第2検出光L2f)が出射される様子を示す説明図である。図5は、図3に示す受発光ユニットに設けた光学部材の説明図であり、図5(a)、(b)は、第1光源モジュールに設けた光学部材の説明図、および第2光源モジュールに設けた光学部材の説明図である。
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の電気的構成等を示す説明図であり、図6(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において発光素子120が点灯した際に形成される光強度分布の説明図であり、図7(a)、(b)は、XY平面内における対象物体Obの位置(角度方向)の検出に用いる光強度分布の説明図、およびZ軸における対象物体Obの位置の検出に用いる光強度分布の説明図である。図8は、図3に示す受発光ユニットからZ軸方向位置検出用検出光が出射される様子を示す説明図であり、第3期間に検出光L2(Z軸方向位置検出用第1検出光L2g)が出射される様子を示す説明図、および第4期間に検出光L2(Z軸方向位置検出用第2検出光L2h)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におけるXY座標(角度位置)の検出原理を示す説明図であり、図9(a)、(b)は、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、および対象物体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における位置検出動作を示す説明図であり、図10(a)、(b)は、XY座標(角度位置)の検出動作を示す説明図、およびZ軸方向における対象物体Obの位置(Z軸方向の位置)の検出動作を示す説明図である。なお、図10には、環境光等、対象物体Obで反射した検出光L2以外の光の存在については省略してある。
本形態の光学式位置検出装置10において、対象物体ObのZ軸方向における対象物体Obの位置を検出する場合も、XY座標(角度位置)を検出する際と同様な原理を利用する。より具体的には、図8(a)に示すように、第1光源部12Aの第1光源モジュール126によって、第3期間に第3光強度分布LID3を形成した際、Z軸方向の位置と検出光L2の強度とは、図7(b)に点線E3で示す関係にある。また、第1光源部12Aの第2光源モジュール127によって、第4期間に第4光強度分布LID4を形成した際、Z軸方向の位置と検出光L2の強度とは、図7(b)に一点鎖線E4で示す関係にある。従って、第3光強度分布LID3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INT3となり、第4光強度分布LID4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INT4となる。従って、第3光強度分布LID3を形成した際の第1受光部13Aでの受光強度と、第4光強度分布LID4を形成した際の第1受光部13Aでの受光強度とを比較して、強度INT3、INT4の関係を求めれば、対象物体ObのZ軸方向の位置を求めることができる。
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におけるZ軸方向の位置検出動作を示す説明図であり、図11(a)は、対象物体ObのZ軸方向の位置と調整量の差との関係を示すグラフであり、図11(b)〜(d)は、対象物体Obと視認面構成部材40との位置関係を示す説明図である。なお、図11(e)は、第1検出光のZ軸方向の出射角度範囲と第2検出光のZ軸方向の出射角度範囲が等しい場合の説明図である。なお、図11(b)〜(d)には、第1検出光および第2検出光のうち、光強度が比較的高い部分をグレー領域で示してある。
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。
(受発光ユニットの構成)
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の電気的構成等を示す説明図であり、図13(a)、(b)、(c)は、制御用ICの構成を示す説明図、光源駆動部51の駆動電流バランス調整回路の説明図、および別の駆動電流バランス調整回路の説明図である。
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において、対象物体Obの角度位置を検出する際に光源部12から出射される検出光L2の説明図であり、図14(a)、(b)は、第1期間に出射される第1検出光L2s(XY座標検出用第1検出光L2e)の説明図、および第2期間に出射される第2検出光L2t(XY座標検出用第2検出光L2f)の説明図である。図15は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10において、Z軸方向の対象物体Obの位置を検出する際に光源部12から出射される検出光L2の説明図であり、図15(a)、(b)は、第3期間に出射される第1検出光L2s(Z軸方向位置検出用第1検出光L2g)の説明図、および第4期間に出射される第2検出光L2t(Z軸方向位置検出用第2検出光L2h)の説明図である。
図16は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10に用いた発光素子120の説明図であり、図16(a)、(b)は、第2光源モジュール126に用いた発光素子120の説明図、および第1光源モジュール126に用いた発光素子120の説明図である。
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。
(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、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 (10)
- 第1受発光ユニットと、
互いに交差する第1方向および第2方向により規定される仮想面において前記第1受発光ユニットとは異なる位置に配置される第2受発光ユニットと、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットを駆動して、検出光を出射させる光源駆動部と、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットから前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットのそれぞれは、
第1光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第1検出光を出射する第1光源モジュールと、
前記第1光源モジュールに対して前記仮想面に交差する第3方向で離間する位置に設けられ、第2光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第2検出光を出射する第2光源モジュールと、
前記対象物体からの光を受光する受光部と、を有し、
前記光源駆動部は、
第1期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が変化するように前記第1光源モジュールを駆動し、第2期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が変化するように前記第2光源モジュールを駆動し、第3期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が一定となるように前記第1光源モジュールを駆動し、第4期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が一定となるように前記第2光源モジュールを駆動し、
前記位置検出部は、
前記第1期間および前記第2期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第1方向および前記第2方向における前記対象物体の位置を検出し、前記第3期間および前記第4期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第3方向における前記対象物体の位置を検出することを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記第3方向における前記第1検出光の出射角度範囲が、前記第3方向における前記第2検出光の出射角度範囲に比して狭い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光源モジュールは、前記第1検出光を出射する第1検出光出射用発光素子と、該第1検出光出射用発光素子が出射した前記第1検出光を内部に採りこんで前記検出光出射空間に向けて出射する第1ライトガイドと、を備え、
前記第2光源モジュールは、前記第2検出光を出射する第2検出光出射用発光素子と、該第2検出光出射用発光素子が出射した前記第2検出光を内部に採りこんで前記検出光出射空間に向けて出射する第2ライトガイドと、を備え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1ライトガイドの光出射面に前記第1検出光の前記第3方向における出射角度範囲を狭める出射角度範囲制限部材を備え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。
- 前記出射角度範囲制限部材は、ルーバーフィルムであり、
前記ルーバーフィルムのルーバー部は、前記ルーバーフィルムの光入射面から光出射面に向けて前記第3方向において前記第2光源モジュールが位置する側とは反対側に向けて傾斜し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。 - 前記第1光源モジュールは、前記第1検出光出射用発光素子として、前記第1ライトガイドに一方端側から前記第1検出光を入射させる第1発光素子と、前記第1ライトガイドに他方端側から前記第1検出光を入射させる第2発光素子と、を備え、
前記第2光源モジュールは、前記第2検出光出射用発光素子として、前記第2ライトガイドに前記一方端側から前記第2検出光を入射させる第3発光素子と、前記第2ライトガイドに前記他方端側から前記第2検出光を入射させる第4発光素子と、を備え、
前記光源駆動部は、前記第1期間において、前記第1発光素子を点灯させ、前記第2期間において、前記第4発光素子を点灯させ、前記第3期間において、前記第1発光素子および前記第2発光素子を点灯させ、前記第4期間において、前記第3発光素子および前記第4発光素子を点灯させることを特徴とする請求項3乃至5の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。 - 前記第1光源モジュールは、前記第1光源モジュールの周方向に配列された複数の第1検出光出射用発光素子を備え、
前記第2光源モジュールは、前記第2光源モジュールの周方向に配列された複数の第2検出光出射用発光素子を備え、
前記光源駆動部は、前記第1期間において、前記複数の第1検出光出射用発光素子を一方端側から他方端側に向けて発光強度が減少する条件で点灯させ、前記第2期間において、前記複数の第2検出光出射用発光素子を前記他方端側から前記一方端側に向けて発光強度が減少する条件で点灯させ、前記第3期間において、前記複数の第1検出光出射用発光素子を同一の発光強度で点灯させ、前記第4期間において、前記複数の第2検出光出射用発光素子を同一の発光強度で点灯させ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。 - 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を備えた光学式位置検出システムであって、
前記第3方向において前記検出光出射空間に対して前記第1光源モジュールが位置する側には、前記仮想面に沿って広がる視認面を備えた視認面構成部材が配置されていることを特徴とする光学式位置検出システム。 - 画像が表示される表示面を備えた表示装置と、該表示装置に対して前記画像が表示される面側の対象物体の位置を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、
第1受発光ユニットと、
互いに交差する第1方向および第2方向により規定される仮想面において前記第1受発光ユニットとは異なる位置に配置される第2受発光ユニットと、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットを駆動して、検出光を出射させる光源駆動部と、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットから前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットのそれぞれは、
第1光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第1検出光を出射する第1光源モジュールと、
前記第1光源モジュールに対して前記仮想面に交差する第3方向で離間する位置に設けられ、第2光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第2検出光を出射する第2光源モジュールと、
前記対象物体からの光を受光する受光部と、を有し、
前記光源駆動部は、
第1期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が変化するように前記第1光源モジュールを駆動し、第2期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が変化するように前記第2光源モジュールを駆動し、第3期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が一定となるように前記第1光源モジュールを駆動し、第4期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が一定となるように前記第2光源モジュールを駆動し、
前記位置検出部は、
前記第1期間および前記第2期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第1方向および前記第2方向における前記対象物体の位置を検出し、前記第3期間および前記第4期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第3方向における前記対象物体の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、該画像投射装置に対して前記画像が投射される側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、
第1受発光ユニットと、
互いに交差する第1方向および第2方向により規定される仮想面において前記第1受発光ユニットとは異なる位置に配置される第2受発光ユニットと、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットを駆動して、検出光を出射させる光源駆動部と、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットから前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記第1受発光ユニットおよび前記第2受発光ユニットのそれぞれは、
第1光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第1検出光を出射する第1光源モジュールと、
前記第1光源モジュールに対して前記仮想面に交差する第3方向で離間する位置に設けられ、第2光出射部から前記仮想面に沿って放射状に第2検出光を出射する第2光源モジュールと、
前記対象物体からの光を受光する受光部と、を有し、
前記光源駆動部は、
第1期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が変化するように前記第1光源モジュールを駆動し、第2期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が変化するように前記第2光源モジュールを駆動し、第3期間において、前記第1光出射部の周方向に沿って前記第1検出光の光強度が一定となるように前記第1光源モジュールを駆動し、第4期間において、前記第2光出射部の周方向に沿って前記第2検出光の光強度が一定となるように前記第2光源モジュールを駆動し、
前記位置検出部は、
前記第1期間および前記第2期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第1方向および前記第2方向における前記対象物体の位置を検出し、前記第3期間および前記第4期間における前記受光部の受光強度に基づいて、前記第3方向における前記対象物体の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。
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