JP5741088B2 - 位置検出システム及び投射型表示システム - Google Patents

Description

本発明は、検出対象物の位置を光学的に検出する位置検出システム及び投射型表示システムに関する。

従来から、携帯電話、カーナビゲーション、券売機及び自動現金預け払い機等の表示画面付き電子機器にはタッチパネルの如き位置検出システムが用いられている。この位置検出システムは表示画面の視認側に配置されており、表示画面の画像を参照しながらペンや指の如き検出対象物を表示画面上に配置することによって当該検出対象物の位置を検出するものである。例えば、特許文献１と特許文献２に記載されている。

特許文献１と特許文献２に記載の位置検出システムはそれぞれ光学式であり、物体表面の基準面上に検出空間が設定されており、光源と光検出部とを有している。この検出空間内の任意の位置に検出対象物を配置すると、光源の光が当該検出対象物の表面で反射して、その反射光の一部が光検出部によって受光されることにより検出対象物の位置を検出するように構成されている。

米国特許第５６６６０３７号明細書 米国特許第６９２７３８４号明細書

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の位置検出システムでは、その検出空間内に２個の検出対象物を同時に配置すると、その光検出部が当該２個の検出対象物の反射光をそれぞれ区別することができないことによって当該２個の検出対象物の中間位置を検出してしまうため、当該２個の検出対象物のそれぞれの位置を検出することができないという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複数の検出対象物の位置をそれぞれ検出することができる光学式位置検出システムを提供することにある。

［適用例１］本適用例にかかる位置検出システムは、第１検出対象物と第２検出対象物とに向けて光を射出する光射出部と、前記第１検出対象物と前記第２検出対象物とから反射する光を受光する受光部と、前記受光部が受光する光を用いて前記第１検出対象物及び前記第２検出対象物の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記第１検出対象物は第１反射光を反射する第１反射フィルターを有し、前記第２検出対象物は前記第１反射光と波長の異なる第２反射光を反射する第２反射フィルターを有し、前記受光部は光の波長を区別して前記第１反射光を検出する第１受光部と前記第２反射光を検出する第２受光部とを有し、前記第１反射フィルターは第１の波長域の反射率が第２の波長域の反射率よりも高く、前記第２反射フィルターは前記第２の波長域の反射率が前記第１の波長域の反射率よりも高く、前記光出射部から出射する光は、前記第１の波長域と前記第２の波長域を含む第３の波長域の光であることを特徴とする。

本適用例によれば、光射出部は第１検出対象物と第２検出対象物とに向けて光を射出する。第１検出対象物は第１反射光を反射する第１反射フィルターを有し、第２検出対象物は第１反射光と波長の異なる第２反射光を反射する第２反射フィルターを有している。これにより、第１反射光と第２反射光とは波長が異なる光となる。

そして、光射出部から射出された光のうち第１反射光が第１検出対象物によって反射される。そして、第１受光部は反射された光の波長を区別して第１反射光を受光する。これにより、第１検出対象物の位置を前記位置検出部によって検出することが可能になる。同様に、光射出部から射出された光のうち第２反射光が第２検出対象物によって反射される。第２受光部はその反射された光の波長を区別して第２反射光を受光する。これにより、第２検出対象物の位置を位置検出部が検出することが可能になる。従って、光学式位置検出システムは、第１検出対象物の位置と第２検出対象物の位置をそれぞれ区別して検出することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の位置検出システムは、前記第１反射フィルターと前記第２反射フィルターとは周波数フィルターと、入射光を入射方向と逆の方向に反射する再帰性反射体と、を備えることが好ましい。

本適用例によれば、周波数フィルターによって第１検出対象物が反射する第１反射光と第２検出対象物が反射する第２反射光とは明確に異なる周波数にすることができる。また、再帰性反射体が反射光を所定の方向に反射させることにより位置を検出するための反射光を効率よく受信することができる。従って、複数の検出対象物の位置を精度良く検出することができる。

［適用例３］上記適用例に記載の位置検出システムでは、前記再帰性反射体はプリズム形状であることが好ましい。

本適用例によれば、再帰性反射体はプリズム形状となっている。プリズム形状は断面形状が直角となる２辺を有する形状である。このとき、プリズム形状は入射光に対して効率よく確実に平行な逆方向の反射光とすることができる。

［適用例４］上記適用例に記載の位置検出システムでは、前記周波数フィルターは前記再帰性反射体の表面にコーティングまたは貼合により設置されていることが好ましい。

本適用例によれば、周波数フィルターと再帰性反射体との間の空気層が無くなり、光射出部からの光が界面反射で劣化することがなくなる。その結果、検出対象物の製造バラツキによる反射率の個体差を小さくすることができる。

［適用例５］上記適用例に記載の位置検出システムは、前記第１受光部と前記第２受光部とは、１つの光検出器に設置されていることが好ましい。

本適用例によれば、第１受光部と第２受光部とが１つの光検出器に設置されている。従って、別体である場合に比べて、部品点数を低減できる。さらに、第１受光部と第２受光部とが受光する向きを調整し易くすることができる。従って、両受光部の指向性の差を低減して検出位置のずれによる位置情報への影響を低減できる。その結果、各検出対象物の相対位置を複雑な処理を行わずに精度良く検出することができる。

［適用例６］上記適用例に記載の位置検出システムは、前記光射出部と前記第１検出対象物とを結ぶ線と、前記光検出器と前記第１検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下であり、前記光射出部と前記第２検出対象物とを結ぶ線と、前記光検出器と前記第２検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下であることが好ましい。

本適用例によれば、光射出部と第１検出対象物とを結ぶ線と、光検出器と第１検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下となっている。さらに、光射出部と第２検出対象物とを結ぶ線と、光検出器と第２検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下となっている。再帰性反射体は入射光に対して平行な逆の方向に反射する特性をもつ為、光射出部と第１検出対象物及び第２検出対象物とを結ぶ線と、光検出器と第１検出対象物及び第２検出対象物とを結ぶ線と、のなす角が１０度以上になると受光部で受光する光量が少なくなり、位置検出するためには不十分となる。本適用例では、反射光を受光可能となる場所に光検出器が位置している。従って、光射出部からの光を第１検出対象物及び第２検出対象物が反射した光を効率よく受光することができる。

［適用例７］本適用例にかかる投射型表示システムは、上記位置検出システムと、基準面に画像を投射する画像照射システムと、を具備することを特徴とする。

投射型表示システムは基準面に画像を投射する画像照射システムを具備している。従って、基準面に投射された画像を見ることができる。さらに、投射型表示システムは上記光学式位置検出システムを具備している。従って、画像と、第１検出対象物と第２検出対象物と検出する機能と、を組み合わせたシステムを構築することができる。この場合、光射出部を画像照射システムに設けてもよく、画像照射システムとは別に設けてもよい。

位置検出システムの構成を示す概略斜視図。 位置検出システムの構成を示す模式側面図。 位置検出システムの構成を示す模式正面図。 光射出部の構成を示す概略斜視図。 光源駆動部の回路構成を示す回路図。 光射出部が射出する光の周波数分布を示す分布図。 光射出部が射出する光の周波数分布を示す分布図。 検出対象物の構造を示す模式図。 再帰性反射体の基本構成例を示す模式断面図。 再帰反射要素層の形状の例を示す模式図。 （ａ）は、第１反射フィルターの再帰性反射体の反射特性を示す図、（ｂ）は、第２反射フィルターの再帰性反射体の反射特性を示す図。 （ａ）は、第１反射光の周波数分布を示す図、（ｂ）は、第２反射光の周波数分布を示す図。 位置検出部の構成を示すブロック図。 位置検出光の強度分布及び位置検出部での処理内容を説明するための模式図。 第１位置検出部の信号処理回路の例を示す概略回路図。

次に、図面を参照して本発明にかかる光学式位置検出システムの実施形態について説明する。尚、以下に示す本実施形態は光学式位置検出システムを投射型表示システムに適用したものであるが、本発明は投射型表示システムに限らず、種々の表示システム、その他の各種の操作システム等に適用できる。また以下の各図においては、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
（位置検出システムの全体構成）
図１は、位置検出システムの構成を示す概略斜視図であり、図２は、位置検出システムの構成を示す模式側面図である。図３は、位置検出システムの構成を示す模式正面図である。図１〜図３に示すように、本発明にかかる位置検出システム１０００は、位置検出の対象となる第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２と、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２に向けて光を射出する光射出部２０と、を具備する。さらに、位置検出システム１０００は、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２のそれぞれの反射光（第１反射光４１及び第２反射光４２）を受光する位置検出部としての光検出器３０と、を具備する。投射型表示システム１１００は光学式の位置検出システム１０００と、前記基準面に画像を投射する画像照射システム１２００とを具備する。

尚、これら図１から図３までは説明の便宜上、基準面１０に沿ってＸ軸及びＹ軸が設定され、基準面１０の法線方向に沿ってＺ軸が設定されている。これらＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸はそれぞれ交差している。

画像照射システム１２００は基準面１０に画像を投射する。これにより、操作者１１が基準面１０を見るとき、基準面１０に投射された画像を見ることが可能となっている。そして、操作者１１は第１検出対象物３１と第２検出対象物３２とを把持している。操作者１１は第１検出対象物３１と第２検出対象物３２と用いて投影された画像の特定の場所を指示する。光射出部２０は基準面１０と平行に設定された検出空間７０に光を射出する。そして、第１検出対象物３１と第２検出対象物３２とが検出空間７０に位置するとき、第１検出対象物３１と第２検出対象物３２とには光射出部２０が射出した光が照射される。

図３に示すように、第１検出対象物３１には第１反射フィルター６１が設置されている。そして、照射された光が第１反射フィルター６１にて反射する光を第１反射光４１とする。第２検出対象物３２には第２反射フィルター６２が設置されている。そして、照射された光が第２反射フィルター６２にて反射する光を第２反射光４２とする。第１反射フィルター６１と第２反射フィルター６２とは異なる波長の光を反射する機能をそなえている。従って、第１反射光４１と第２反射光４２とは異なる波長となる。

光検出器３０には第１反射光４１を検出する第１受光部５１と第２反射光４２を検出する第２受光部５２とが設置されている。従って、光検出器３０は第１反射光４１と第２反射光４２とを区別して検出することが可能になっている。そして、第１受光部５１と第２受光部５２とが１つの光検出器に設置されている。従って、別体である場合に比べて、部品点数を低減できる。さらに、第１受光部５１と第２受光部５２とが受光する向きを調整し易くすることができる。従って、両受光部の指向性の差を低減して検出位置のずれによる位置情報への影響を低減できる。その結果、各検出対象物の相対位置を複雑な処理を行わずに精度良く検出することができる。

図４は、光射出部の構成を示す概略斜視図である。図４に示すように、光射出部２０は、赤外光を射出する複数の発光素子９０と、この複数の発光素子９０を駆動する光源駆動部１００とを有している。この複数の発光素子９０は例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏde，発光ダイオード）であり、この複数の発光素子９０から位置検出光８０が射出されるようになっている。第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２に向けて光を射出する光射出部２０は検出空間７０内に位置検出光８０の強度分布を形成する。

図５は、光源駆動部の回路構成を示す回路図である。図５に示すように、光源駆動部１００は複数の発光素子９０を駆動する光源駆動回路１１０と、この光源駆動回路１１０を介して複数の発光素子９０の発光強度をそれぞれ制御する光源制御部１２０とを備えている。このうち光源駆動回路１１０は例えば第１反射光源駆動回路１１１と第２反射光源駆動回路１１２と第３光源駆動回路１１３と第４光源駆動回路１１４とからなり、これらはそれぞれ１個の発光素子９０に電気的に接続されている。これにより、位置検出光８０は所定の波長域の光となっている。図６は、光射出部が射出する光の周波数分布を示す分布図である。図６において、位置検出光分布線８３は位置検出光８０の波長の分布の例を示す。位置検出光分布線８３が示すように、例えば、位置検出光８０は約８００ｎｍから１，０００ｎｍまでの波長域の光である。尚、位置検出光８０は９００ｎｍ以下の波長域にピーク強度を１つ有している。

また、図７は、光射出部が射出する光の周波数分布を示す分布図である。図７において、位置検出光分布線８４は位置検出光８０の波長の分布の例を示す。位置検出光分布線８４が示すように、位置検出光８０の周波数分布は波長域が互いに異なる２種類の赤外光分布線８１、８２を合成した位置検出光分布線８４であってもよい。例えば、一方の赤外光分布線８１は約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の光の分布であり、他方の赤外光分布線８２は約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の光の分布となっている。したがって、全体として約８００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域となり、異なる波長域にそれぞれピーク強度を有している。

これにより、赤外光分布線８１と赤外光分布線８２のいずれか１つから位置検出光を構成する場合に比べて、位置検出光分布線８４の位置検出光８０は位置検出光の波長域を広げることができるとともに、互いに離れた波長域においても光強度を十分に備えることができる。この位置検出光８０は、例えば、赤外光分布線８１を射出するＬＥＤの如き第１の発光素子と、赤外光分布線８２を射出するＬＥＤの如き第２の発光素子とを位置検出システムの光射出部２０にそれぞれ複数個設けて同時に点灯することによって生成できる。尚、位置検出光８０は波長域がそれぞれ異なる発光素子を３種類以上用いて生成させてもよい。

図８は、検出対象物の構造を示す模式図である。図８に示すように、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２は、それぞれペン型形状となっている。そして、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の表面には再帰性反射体１３０が設けられている。再帰性反射体１３０は第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２に設置されてもよく、全体を覆って設置されても良い。位置検出光８０が照射される場所に設置されていれば良い。

図９は、再帰性反射体の基本構成例を示す模式断面図である。図９に示すように、再帰性反射体１３０は再帰反射要素層１４０を備え、再帰反射要素層１４０の一面には周波数フィルターとしての周波数フィルター付表面保護層１５０が設置されている。周波数フィルター付表面保護層１５０は設置された面が位置検出光８０が入射する面となっている。第１反射フィルター６１に設置された周波数フィルター付表面保護層１５０を第１周波数フィルター１５１とし、第２反射フィルター６２に設置された周波数フィルター付表面保護層１５０を第２周波数フィルター１５２とする。第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２とは異なる周波数特性を備えている。

周波数フィルター付表面保護層１５０は再帰性反射体１３０の表面にコーティングまたは貼合により設置されている。これにより、周波数フィルター付表面保護層１５０と再帰性反射体１３０の間の空気層が無くなり、光射出部からの光が界面反射で劣化することがなくなる。その結果、検出対象物の製造バラツキによる反射率の個体差を小さくすることができる。

再帰反射要素層１４０において、周波数フィルター付表面保護層１５０と反対側は空洞部１４１が設置されている。そして、再帰反射要素層１４０と空洞部１４１との屈折率の差により光が反射するようになっている。

図１０は、再帰反射要素層の形状の例を示す模式図である。図１０（ａ）は第１例の再帰反射要素層を示す模式平面図であり、図１０（ｂ）は第１例の再帰反射要素層を示す模式断面図である。図１０（ａ）及び１０（ｂ）に示すように、再帰反射要素層１４２は三角錐コーナーキューブ型再帰反射素子から構成されている。図１０（ｃ）は第２例の再帰反射要素層を示す模式平面図であり、図１０（ｄ）は第２例の再帰反射要素層を示す模式断面図である。図１０（ｃ）及び１０（ｄ）に示すように、再帰反射要素層１４３は六角プリズム型再帰反射素子から構成されている。

図１０（ｅ）は第３例の再帰反射要素層を示す模式平面図であり、図１０（ｆ）は第３例の再帰反射要素層を示す模式断面図である。図１０（ｅ）及び１０（ｆ）に示すように、再帰反射要素層１４４は三角錐コーナーキューブ型再帰反射素子から構成されている。図１０（ｇ）は第４例の再帰反射要素層を示す模式平面図であり、図１０（ｈ）は第４例の再帰反射要素層を示す模式断面図である。図１０（ｇ）及び１０（ｈ）に示すように、再帰反射要素層１４５は六角プリズム型再帰反射素子から構成されている。再帰反射要素層１４２〜再帰反射要素層１４５はこれらの形状から入射光を平行な逆向きに反射する特性を備えている。

この、第１検出対象物３１に設けられた再帰性反射体１３０には第１周波数フィルター１５１が設けられているとともに、第２検出対象物３２に設けられた再帰性反射体１３０には第２周波数フィルター１５２が設けられており、これら第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２とは互いに異なる反射特性を備えている。

光射出部２０と第１検出対象物３１とを結ぶ線と、光検出器３０と第１検出対象物３１を結ぶ線と、の成す角が１０度以下であることが好ましい。同様に、光射出部２０と第２検出対象物３２とを結ぶ線と、光検出器３０と第２検出対象物３２とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下であることが好ましい。再帰性反射体１３０は入射光に対して平行な逆の方向に反射する特性をもつ為、光射出部２０と第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２とを結ぶ線と、光検出器３０と第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２とを結ぶ線と、のなす角が１０度以上になると光検出器３０で受光する光量が少なくなり、位置検出するためには不十分となる。反射光を受光可能となる場所に光検出器３０を設置することにより、光検出器３０は、光射出部２０からの光を第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２が入射光と平行な逆の方向に反射した光を効率よく受光することができる。

図１１（ａ）は、第１反射フィルターの再帰性反射体の反射特性を示す図であり、図１１（ｂ）は、第２反射フィルターの再帰性反射体の反射特性を示す図である。図１１（ａ）に示おいて、第１周波数特性線１５１ａは第１周波数フィルター１５１のフィルター特性を示す。第１周波数特性線１５１ａが示すように、具体的には、第１周波数フィルター１５１は約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域（第１の波長域）の反射率が約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域（第２の波長域）の反射率より高い反射特性を備えている。

一方、図１１（ｂ）に示おいて、第２周波数特性線１５２ａは第２周波数フィルター１５２のフィルター特性を示す。第２周波数特性線１５２ａが示すように、第２周波数フィルター１５２は約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の反射率が約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の反射率より高い反射特性を備えている。

図１２（ａ）は、第１反射光の周波数分布を示す図であり、図１２（ｂ）は、第２反射光の周波数分布を示す図である。位置検出光分布線８０ａは位置検出光８０の周波数分布を示す。第１反射光分布線４１ａは第１反射光４１の周波数分布を示し、第２反射光分布線４２ａは第２反射光４２の周波数分布を示す。図１２（ａ）に示すように、位置検出光８０がこの第１周波数フィルター１５１に入射すると、位置検出光８０の約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の光成分が第１周波数フィルター１５１により吸収されるとともに、位置検出光８０の約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の光成分が再帰性反射体１３０により反射されて、第１反射光４１として射出する。

図１２（ｂ）に示すように、位置検出光８０がこの第２周波数フィルター１５２に入射すると、位置検出光８０の約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の光成分が第２周波数フィルター１５２により吸収されるとともに、位置検出光８０の約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の光成分が再帰性反射体１３０により反射されて、第２反射光４２として射出するようになっている。したがって、第１検出対象物３１の第１反射光４１と第２検出対象物３２の第２反射光４２はその波長分布が互いに異なったものとされる。

（位置検出部の構成）
図１から図３までに示すように、光検出器３０では第１受光部５１（第１の光検出部）と第２受光部５２（第２の光検出部）とが同一の筐体内に備えられている。図１３は、位置検出部の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、第１受光部５１には、第１反射光検出部５１１が設けられており、第２受光部５２には、第２反射光検出部５２１が設けられている。光検出器３０には、第１反射光検出部５１１の検出値に基づいて位置情報を求める第１位置検出部５１２と、第２反射光検出部５２１の検出値に基づいて位置情報を求める第２位置検出部５２２とが設けられている。

これら第１反射光検出部５１１と第２反射光検出部５２１は互いに異なる感度特性を備えている。具体的には、第１反射光検出部５１１は約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の検出感度が約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の検出感度より高い感度特性を備えている。これにより、第１反射光検出部５１１の検出値に対する第２反射光４２の影響を少なくし、第１反射光４１の強度を反映する検出値が得られるようになっている。この第１反射光検出部５１１は第１位置検出部５１２に電気的に接続されており、第１反射光検出部５１１の検出値が第１位置検出部５１２に出力されるようになっている。

一方、第２反射光検出部５２１は約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の検出感度が約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の検出感度より高い感度特性を備えている。これにより、第２反射光検出部５２１の検出値に対する第１反射光４１の影響を少なくし、第２反射光４２の強度を反映する検出値が得られるようになっている。この第２反射光検出部５２１は第２位置検出部５２２に電気的に接続されており、第２反射光検出部５２１の検出値が第２位置検出部５２２に出力されるようになっている。

したがって、第１受光部５１の第１位置検出部５１２は、第１反射光４１を検出した第１反射光検出部５１１の検出値と位置検出光８０の強度分布とを用いて検出空間７０における第１検出対象物３１の位置を検出することができるようになっている。さらに、第２受光部５２の第２位置検出部５２２は、第２反射光４２を検出した第２反射光検出部５２１の検出値と位置検出光８０の強度分布とを用いて検出空間７０における第２検出対象物３２の位置を検出することができるようになっている。

（座標検出の基本原理）
本実施形態の光学式位置検出システムにおいては、光射出部２０の複数の発光素子９０を点灯させることにより、検出空間７０に基準面１０に沿って位置検出光８０の強度分布を形成した。この状態で、第１検出対象物３１の再帰性反射体１３０で反射した第１反射光４１を第１反射光検出部５１１によって検出し、その結果に基づいて第１位置検出部５１２によって検出空間７０における第１検出対象物３１の位置を検出する。さらに、第２検出対象物３２の再帰性反射体１３０で反射した第２反射光４２を第２反射光検出部５２１によって検出してその結果に基づいて第２位置検出部５２２によって検出空間７０における第２検出対象物３２の位置を検出する。以下においては、図１４を参照して、光強度分布の構成及び第１検出対象物３１の座標検出の原理を説明する。尚、第２検出対象物３２の座標検出原理は第１検出対象物３１の座標検出の原理と同様であり、その説明は省略する。

図１４は、位置検出光の強度分布及び位置検出部での処理内容を説明するための模式図である。図１４（ａ）は、位置検出光のＸ軸方向の強度分布を説明するための図であり、図１４（ｂ）は、第１検出対象物で反射した反射光の強度を説明するための図である。図１４（ｃ）は、第１検出対象物で反射した反射光の強度が等しくなるように位置検出光の強度分布を調整する様子を説明するための図である。

光射出部２０から位置検出光８０が射出されると、複数の発光素子９０の点灯パターンによって基準面１０に沿った検出空間７０に位置検出光８０の強度分布が形成される。例えば、Ｘ座標を検出する際には、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、まず、第１期間においてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用第１強度分布８０Ｘａを形成した後、第２期間においてＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂを形成する。

ここで、図示例のように、第１期間においてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１強度分布８０Ｘａを形成し、第２期間においてＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂを形成することが好ましい。

この状態において、第１検出対象物３１を検出空間７０に配置すると、位置検出光８０が第１検出対象物３１の再帰性反射体１３０によって反射されて第１反射光４１に変調され、この第１反射光４１の一部が光検出器３０の第１反射光検出部５１１によって検出される。このときＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂとを予め設定しておけば以下の方法等により、第１検出対象物３１のＸ座標を検出することができる。

図１４（ｂ）に示すように、第１の方法はＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂの差を利用する方法である。具体的には、Ｘ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂは予め設定した既定の分布態様になるように構成されているので、Ｘ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂの差も予め設定した態様のＸ座標の関数になっている。したがって、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布８０Ｘａを形成した際の第１反射光検出部５１１での検出値３００Ｘａと、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂを形成した際の第１反射光検出部５１１での検出値３００Ｘｂとの差を求めれば、第１検出対象物３１のＸ座標を検出することができる。尚、検出値３００Ｘａと３００Ｘｂの比もＸ座標の関数となるため、当該比を求めてＸ座標を検出することも可能である。

第２の方法は、Ｘ座標検出用第１強度分布８０Ｘａにおける検出値３００ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂにおける検出値３００Ｘｂとが等しくなるように複数の発光素子９０の駆動電流を調整する際の調整量を利用する方法である。尚、この第２の方法は図１４（ｂ）に示すＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０ＸｂとがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。

図１４（ｂ）に示すように、まず、第１期間及び第２期間においてＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂとを絶対値が等しくかつＸ軸方向に逆向きに形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１強度分布８０Ｘａにおける検出値３００Ｘａと、Ｘ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂにおける検出値３００Ｘｂとが等しければ、第１検出対象物３１がＸ軸方向の中央に位置することが分かる。

これに対して、図１４（ｃ）に示すように、検出値３００Ｘａと検出値３００Ｘｂが相違している場合には、両者が等しくなるように第１期間と第２期間の両方またはいずれか一方の期間における複数の発光素子９０に対する駆動電流を調整して、再度、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布８０Ｘａを形成するとともに第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂを形成する。その結果、検出値３００Ｘａと検出値３００Ｘｂが等しくなれば、第１期間における調整量Δ３００Ｘａと、第２期間における調整量Δ３００Ｘｂとの比や差等により、第１検出対象物３１のＸ座標を検出することができる。または調整した後の第１期間での複数の発光素子９０に対する制御量と、調整した後の第２期間での複数の発光素子９０に対する制御量との比や差等により、第１検出対象物３１のＸ座標を検出することができる。

上記の第１の方法と第２の方法とのいずれの方法を採用する場合でも同様に、第３期間においてＹ軸方向の一方側から他方側に向かって強度が漸次減少するＹ座標検出用第１強度分布を形成する。その後、第４期間においてＹ軸方向の他方側から一方側に向かって強度が漸次減少するＹ座標検出用第２強度分布を形成する。これにより、第１検出対象物３１のＹ座標を検出することができる。さらに、第５期間においてＺ軸方向の強度分布を形成すれば、第１検出対象物３１のＺ座標を検出することができる。ここで、この第５期間においては、例えば光射出部２０の総ての発光素子９０を総て同じ発光量となるように駆動し、これによってＸ軸及びＹ軸方向には強度がほぼ一定であるが、Ｚ軸方向には強度が変化する強度分布を形成することができる。尚、上記の第１の方法または第２の方法を用いて同様に第２検出対象物３２のＸ座標とＹ座標とＺ座標とをそれぞれ検出することができる。

また、上記の第１の方法と第２の方法のいずれの方法でも、環境光に含まれる赤外成分が第１反射光検出部５１１に入射したとしても、検出値３００Ｘａ、３００Ｘｂの差を求める際に、または検出値３００Ｘａ、３００Ｘｂが等しくなるように調整する際に環境光の強度が相殺されるので、環境光が第１検出対象物３１の検出精度に影響を及ぼすことがない。環境光が第２反射光検出部５２１に入射したとしても同様に第２検出対象物３２の検出精度に影響を及ぼすことがない。

上記のように、第１反射光検出部５１１の検出結果に基づいて検出空間７０における第１検出対象物３１の位置情報を取得する。そして、第２反射光検出部５２１の検出結果に基づいて検出空間７０における第２検出対象物３２の位置情報を取得する。このとき、例えば、第１位置検出部５１２と第２位置検出部５２２とにマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ：Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）をそれぞれ用いて、これに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、図１５を参照して以下に説明するように、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。

図１５は、第１位置検出部の信号処理回路の例を示す概略回路図である。ここに示す第１位置検出部５１２は、上述の座標検出の基本原理における第１の方法を実現するものである。すなわち、第１期間における第１反射光検出部５１１での検出値３００Ｘａと、第２期間における第1反射光検出部５１１での検出値３００Ｘｂとの差を算出する。次に、算出した差の値を予め設定されたＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂとの差の関数値に照合させて、第１検出対象物３１のＸ座標を検出するものである。尚、第１検出対象物３１のＸ座標とＹ座標とＺ座標とをそれぞれ検出するための構成は同様であるため、以下の説明では第１検出対象物３１のＸ座標を求める場合のみを説明する。また、図１３に示す第２検出対象物３２のＸ座標とＹ座標とＺ座標とを検出するための第２受光部５２の第２反射光検出部５２１及び第２位置検出部５２２は、第１受光部５１の第１反射光検出部５１１及び第１位置検出部５１２とそれぞれ同様であり、その説明は省略する。

図１５に示すように、本実施形態の位置検出システム１０００における光源駆動回路１１０は、第１期間では可変抵抗１６０を介して複数の発光素子９０に所定電流値の駆動パルスを印加し、第２期間では可変抵抗１６１及び反転回路１７０を介して複数の発光素子９０に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。したがって、光源駆動回路１１０は第１期間と第２期間とでは、複数の発光素子９０に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。

そして、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布８０Ｘａを形成した際の位置検出光８０が第１検出対象物３１の再帰性反射体１３０で反射して第１反射光４１に変調され、この第１反射光４１が第１反射光検出部５１１で受光される。同様に、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂを形成した際の位置検出光８０が第１検出対象物３１の再帰性反射体１３０で反射して第１反射光４１に変調され、この第１反射光４１が第１反射光検出部５１１で受光される。この第１反射光検出部５１１は光強度信号生成回路１８０の中に設けられており、１ｋΩ程度の抵抗１９０が直列に電気的に接続され、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。

光強度信号生成回路１８０において、第１反射光検出部５１１と抵抗１９０との接続点２００には、第１位置検出部５１２が電気的に接続されている。この接続点２００から出力される検出信号Ｖｃは第１反射光検出部５１１が受光する光強度を反映したレベル及び振幅を備えた、上記パルス信号に対応する交流信号となっている。

第１位置検出部５１２は光強度信号生成回路１８０の出力に接続されている。第１位置検出部５１２は、光検出信号を取り出す信号抽出回路２２０と、光検出信号から第１期間と第２期間の信号を分離する信号抽出回路２６０と、分離された信号に基づいて位置情報と関連する信号を形成する信号処理回路３００とを有している。

この信号抽出回路２２０は、１ｎＦ程度のキャパシターからなるフィルター２３０を備えており、このフィルター２３０は第１反射光検出部５１１と抵抗１９０との接続点２００から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター２３０によって接続点２００から出力された検出信号Ｖｃからは、電圧Ｖｃの交流成分である位置検出信号Ｖｄが抽出される。つまり、位置検出光８０は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター２３０によって除去される。

また、信号抽出回路２２０は、フィルター２３０の後段に２２０ｋΩ程度の帰還抵抗２４０を備えた加算回路２５０を有している。フィルター２３０によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして信号抽出回路２６０に出力される。

信号抽出回路２６０は、第１期間において発光素子９０に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行うスイッチ２７０と、比較器２８０と、比較器２８０の入力線にそれぞれ電気的に接続されたキャパシター２９０とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが信号抽出回路２６０に入力されると、信号抽出回路２６０から信号処理回路３００には、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。

この信号処理回路３００は、第１期間での実効値Ｖｅａと第２期間での実効値Ｖｅｂとの差を求めるものであり、この差を位置検出信号Ｖｇとして位置判定部３１０に出力する。位置判定部３１０の記憶部３２０には検出空間７０のＸ軸方向にわたるＸ座標検出用第１強度分布８０ＸａとＸ座標検出用第２強度分布８０Ｘｂの差の関数値が収容されており、位置検出信号Ｖｇをこの関数値と照合して対応するＸ座標を割り出し、これにより第１検出対象物３１のＸ座標を得ることができる。

尚、上述の座標検出の基本原理における第２の方法は、第１期間及び第２期間における第１反射光検出部５１１での検出値３００Ｘａ、３００Ｘｂが等しくなるように、複数の発光素子９０に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて第１検出対象物３１のＸ座標を検出する。図１５に点線で示すように、第１受光部５１の信号処理回路３００から、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように位置検出システム１０００の光源駆動回路１１０に制御信号Ｖｆが出力するように構成される。この場合には、第１期間の実効値Ｖｅａと第２期間の実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合には現状の駆動条件を維持させる。これに対して、第１期間の実効値Ｖｅａが第２期間の実効値Ｖｅｂより低い場合には可変抵抗１６０の抵抗値を下げさせて第１期間での発光素子９０からの射出光量を高める。また、第２期間の実効値Ｖｅｂが第１期間の実効値Ｖｅａより低い場合には可変抵抗１６１の抵抗値を下げさせて第２期間の射出光量を高める。そして、最終的に実効値ＶｅａとＶｅｂとが同一レベルになったときの上記調整量を位置情報の算出に用いる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態では、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２に互いに異なる反射特性を備えた第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２がそれぞれ設けられた。そして、入射光に対し平行な逆方向に強く反射する再帰性反射体１３０が設けられているとともに、光検出器３０に互いに異なる感度特性を備えた第１反射光検出部５１１と第２反射光検出部５２１がそれぞれ設けられた。これにより、第１反射光検出部５１１の検出値は第１周波数フィルター１５１の反射光（第１反射光４１）を反映するが、第２周波数フィルター１５２の反射光（第２反射光４２）の影響は抑制される。また、第２反射光検出部５２１の検出値は第２周波数フィルター１５２の反射光（第２反射光４２）を反映するが、第１周波数フィルター１５１の反射光（第１反射光４１）の影響は抑制される。２つの反射光はそれぞれ強い反射光を検出器に戻すことができるので、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の反射光を混同することなく区別して、精度良く検出できる。従って、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の検出空間７０における位置をそれぞれ検出できる。

（２）第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２は第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の先端部にそれぞれ設けられている。そして、第１周波数フィルター１５１は第１反射光４１を通過させ、第２周波数フィルター１５２は第２反射光４２を通過させている。第１受光部５１は第１反射光４１を検出し、第２受光部５２は第２反射光４２を検出する。従って、第１受光部５１は第１検出対象物３１の位置を検出することができ、第２受光部５２は第２検出対象物３２の位置を検出することができる。また、再帰性反射体１３０が反射光を所定の方向に反射させることにより位置を検出するための反射光を効率よく受信することができる。従って、複数の検出対象物の位置を精度良く検出することができる。

（３）本実施形態では、再帰性反射体１３０はプリズム形状となっている。このとき、プリズム形状は入射光に対して効率よく確実に平行な逆方向の反射光とすることができる。

（４）本実施形態では、周波数フィルター付表面保護層１５０は再帰性反射体１３０の表面にコーティングまたは貼合により設置されている。周波数フィルター付表面保護層１５０と再帰性反射体１３０との間の空気層が無くなり、光射出部２０からの光が界面反射で劣化することがなくなる。その結果、検出対象物の製造バラツキによる反射率の個体差を小さくすることができる。

（５）本実施形態では、第１受光部５１と第２受光部５２とが１つの光検出器３０に設置されている。従って、別体である場合に比べて、部品点数を低減できる。さらに、第１受光部５１と第２受光部５２とが受光する向きを調整し易くすることができる。従って、両受光部の指向性の差を低減して検出位置のずれによる位置情報への影響を低減できる。その結果、各検出対象物の相対位置を複雑な処理を行わずに精度良く検出することができる。

（６）本実施形態では、光射出部２０と第１検出対象物３１とを結ぶ線と、光検出器３０と第１検出対象物３１とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下となっている。さらに、光射出部２０と第２検出対象物３２とを結ぶ線と、光検出器３０と第２検出対象物３２とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下となっている。再帰性反射体は入射光に対して平行な逆の方向に反射する特性をもつ為、光射出部２０と第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２とを結ぶ線と、光検出器３０と第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２とを結ぶ線と、のなす角が１０度以上になると光検出器３０で受光する光量が少なくなり、位置検出するためには不十分となる。本実施形態では、反射光を受光可能となる場所に光検出器３０が位置している。従って、光射出部２０からの光を第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２が反射した光を効率よく受光することができる。

（７）本実施形態では、再帰性反射体１３０により第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２からの反射光を強めることが可能になる。従って、投射型表示装置（プロジェクター）のように表示エリアが広い場合であっても、光学的に位置を検出することが可能になる。

（８）本実施形態においては、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の座標を検出するのに、座標検出の基本原理における第１の方法、すなわち、位置検出光８０の２種類の強度分布の差を利用する方法を用いることができる。第２の方法を２種類の強度分布における検出値が等しくなるように複数の発光素子９０の駆動電流を調整する際の調整量を利用する方法とする。このとき、第２の方法に比べて第１の方法は、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２のそれぞれについて複数の発光素子９０の駆動電流を調節する必要がない。従って、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の位置を同時に並行して検出することができる。したがって、時分割処理等を行う必要がなくなり、複数の検出対象物の位置情報を任意のタイミングで求めることが可能になるため、簡易な構成で複数の検出対象物を判別することができる。

（９）本実施形態においては、投射型表示システム１１００は基準面１０に画像を投射する画像照射システム１２００を具備している。従って、基準面１０に投射された画像を見ることができる。さらに、投射型表示システム１１００は位置検出システム１０００を具備している。従って、画像と、第１検出対象物３１と第２検出対象物３２と検出する機能と、を組み合わせたシステムを構築することができる。この場合、光射出部２０を画像照射システム１２００に設けてもよく、画像照射システム１２００とは別に設けてもよい。

上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
（変形例１）
本実施形態においては、第１検出対象物３１と第２検出対象物３２の表面に互いに異なる反射特性を備えた第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２とをそれぞれ設けた。これら第１周波数フィルター１５１と第２周波数フィルター１５２を設けることなく、第１検出対象物３１と第２検出対象物３２の表面に露出する構成材料を異なる素材で構成することで互いに異なる反射特性を有するものとしてもよい。

（変形例２）
本実施形態では、第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２と、これらに対応する第１反射光検出部５１１及び第２反射光検出部５２１とを設けている。そして、相互に異なる波長域を用いることにより第１検出対象物３１及び第２検出対象物３２の位置をそれぞれ検出している。この方法に限定されずに３種類以上の異なる波長域を用いることにより３個以上の検出対象物と３個以上の光検出器とを設けて３個以上の検出対象物の位置をそれぞれ検出することも可能である。

以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は総て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また光学式位置検出システム及び投射型表示システムの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

２０…光射出部、３０…位置検出部としての光検出器、３１…第１検出対象物、３２…第２検出対象物、５１…第１受光部、５２…第２受光部、６１…第１反射フィルター、６２…第２反射フィルター、１３０…再帰性反射体、１５１…周波数フィルターとしての第１周波数フィルター、１５２…周波数フィルターとしての第２周波数フィルター、５１２…第１位置検出部、５２２…第２位置検出部、１０００…位置検出システム、１１００…投射型表示システム、１２００…画像照射システム。

Claims (7)

1. 第１検出対象物と第２検出対象物とに向けて光を射出する光射出部と、
   前記第１検出対象物と前記第２検出対象物とから反射する光を受光する受光部と、
   前記受光部が受光する光を用いて前記第１検出対象物及び前記第２検出対象物の位置を検出する位置検出部と、を有し、
   前記第１検出対象物は第１反射光を反射する第１反射フィルターを有し、前記第２検出対象物は前記第１反射光と波長の異なる第２反射光を反射する第２反射フィルターを有し、
   前記受光部は光の波長を区別して前記第１反射光を検出する第１受光部と前記第２反射光を検出する第２受光部とを有し、
   前記第１反射フィルターは第１の波長域の反射率が第２の波長域の反射率よりも高く、
   前記第２反射フィルターは前記第２の波長域の反射率が前記第１の波長域の反射率よりも高く、
   前記光出射部から出射する光は、前記第１の波長域と前記第２の波長域を含む第３の波長域の光であることを特徴とする位置検出システム。
2. 前記第１反射フィルターと前記第２反射フィルターとは周波数フィルターと、入射光を入射方向と逆の方向に反射する再帰性反射体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出システム。
3. 前記再帰性反射体はプリズム形状であることを特徴とする請求項２に記載の位置検出システム。
4. 前記周波数フィルターは前記再帰性反射体の表面にコーティングまたは貼合により設置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の位置検出システム。
5. 前記第１受光部と前記第２受光部とは、１つの光検出器に設置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の位置検出システム。
6. 前記光射出部と前記第１検出対象物とを結ぶ線と、前記光検出器と前記第１検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下であり、前記光射出部と前記第２検出対象物とを結ぶ線と、前記光検出器と前記第２検出対象物とを結ぶ線と、の成す角が１０度以下であることを特徴とする請求項５に記載の位置検出システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の位置検出システムと、基準面に画像を投射する画像照射システムと、を具備することを特徴とする投射型表示システム。

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