JP5889594B2 - 光学的位置検出装置 - Google Patents
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Description
光を照射する光照射部と、
対象物体からの反射光を受光する受光部とを有し、
上記受光部は、
受光面が2次元に分割された分割フォトダイオードと、
上記対象物体からの反射光を集光し上記分割フォトダイオードの受光面に上記対象物体の像を結像する受光レンズと、
上記分割フォトダイオードの分割された受光面の各々に対応するフォトダイオードの出力信号電流に基づいて、上記受光レンズの光軸と直交する2次元方向における上記対象物体の位置を検出する演算部と
を有する、といった構成を採る。
[第1の実施形態]
図1を参照すると、本発明の第1の実施形態にかかる光学的位置検出装置は、光を照射する光照射部10と、対象物体30からの反射光を受光する受光部20とから構成される。対象物体30は、位置検出の対象となる物体であり、本実施形態では人の手を対象物体としている。しかし、対象物体30は、人の手に限定されず、平面的な広がりを有する物体であれば他の物体、例えば人の指や棒状のスティックなどであってもよい。
X座標値=(A+C)/(A+B+C+D)−0.5 …(1)
Y座標値=(C+D)/(A+B+C+D)−0.5 …(2)
なお、上記のX座標値およびY座標値は、対象物体30の絶対位置ではなく相対位置である。
Z座標値=TH/(A+B+C+D+TH)−0.5 …(3)
ここで、THは、対象物体30の重心が原点Oの箇所にあるときの分割フォトダイオード21の出力信号電流A〜Dの総和に等しい値である。また、上記のZ座標値は、対象物体30の絶対位置ではなく相対位置である。
X座標値=(A+C)/(A+B+C+D)+α …(4)
Y座標値=(C+D)/(A+B+C+D)+β …(5)
Z座標値=TH/(A+B+C+D+TH)+γ …(6)
この場合、座標系は、α、β、γに相当する位置だけ上述した座標系をシフトしたものとなる。
V(Q51)−V(Q52)
=(Vref+VT・Log(I1/Io))
−(Vref+VT・Log(I2/Io))
=VT・Log(I1/I2) …(7)
V(Q51)−V(Q52)
=VT・(Log(IC1/Io)−Log(IC2/Io))
=VT・Log(IC1/IC2) …(8)
OUT電圧
=(Vref+VT・Log(I1/Io))−VT・Log(IC1/Io)
=(Vref+VT・Log(I1/Io))−VT・Log(I51・(I1/(I1+I2))/Io)
=Vref+VT・Log((I1+I2)/I51) …(9)
IC(Q31):IC(Q32):IC(Q33):IC(Q34)
=I(21A):I(21B):I(21C):I(21D) …(10)
抵抗R31の両端の電圧
=R31・I31(I(21C)+I(21D))/(I(21A)+I(21B)+I(21C)+I(21D)) …(11)
以上本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態にのみ限定されずその他各種の付加変更が可能である。例えば、上記の実施形態では4分割フォトダイオードを使用したが、直交する2組のフォトダイオードを構成できるならば分割数は任意でよい。例えば、直交する2組のフォトダイオードの1個のフォトダイオードをX軸Y軸の組み合わせの一つに共用することで、3分割フォトダイオードを使用することも可能である。また、分割フォトダイオードの形状は矩形に限定されず、各々の受光面が等しい形状であれば矩形以外の形状であっても良い。
11…赤外線発光ダイオード
12…駆動部
13…散光フィルタ
20…受光部
21…4分割フォトダイオード
22…受光レンズ
23…演算部
30…対象物体
Claims (7)
- 対象物体に対して光を照射する光照射部と、
前記対象物体からの反射光を受光する受光部とを有し、
前記受光部は、
受光面が複数の受光領域に2次元分割され、各々の前記受光領域ごとに受光した光の強度に応じた電流を出力する分割フォトダイオードと、
前記対象物体からの反射光を集光し前記分割フォトダイオードの前記受光面に前記対象物体の像を結像する受光レンズと、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する出力電流に基づいて、前記受光レンズの光軸と直交する2次元方向における前記対象物体の位置を検出する演算部と
を有し、
前記演算部は、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する前記出力電流を対数圧縮し、電圧に変換して出力する対数圧縮回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の一方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第1の演算回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の他方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第2の演算回路と
を有し、
前記分割フォトダイオードは、受光面が略十字状の分割線によって4個の受光領域に分割されており、
前記4個の受光領域のうちの特定の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogA、前記特定の受光領域に隣接する一方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogB、前記特定の受光領域に隣接する他方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogC、残りの1個の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogDとするとき、
前記第1の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogB、LogDが入力される第1および第2のトランジスタと、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogCが入力される第3および第4のトランジスタと、前記第1乃至第4のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第1の定電流源と、前記第1および第2のトランジスタのコレクタと前記第3および第4のトランジスタのコレクタとの間に接続された第1の抵抗と、前記第3および第4のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗との接続点から前記一方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第1のホロワとを有し、
前記第2の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogBが入力される第5および第6のトランジスタと、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogC、LogDが入力される第7および第8のトランジスタと、前記第5乃至第8のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第2の定電流源と、前記第5および第6のトランジスタのコレクタと前記第7および第8のトランジスタのコレクタとの間に接続された第2の抵抗と、前記第7および第8のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗との接続点から前記他方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第2のホロワとを有する
光学的位置検出装置。 - 対象物体に対して光を照射する光照射部と、
前記対象物体からの反射光を受光する受光部とを有し、
前記受光部は、
受光面が複数の受光領域に2次元分割され、各々の前記受光領域ごとに受光した光の強度に応じた電流を出力する分割フォトダイオードと、
前記対象物体からの反射光を集光し前記分割フォトダイオードの前記受光面に前記対象物体の像を結像する受光レンズと、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する出力電流に基づいて、前記受光レンズの光軸と直交する2次元方向における前記対象物体の位置を検出する演算部と
を有し、
前記演算部は、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する前記出力電流を対数圧縮し、電圧に変換して出力する対数圧縮回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の一方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第1の演算回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の他方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第2の演算回路と
を有し、
前記分割フォトダイオードは、受光面が略十字状の分割線によって4個の受光領域に分割されており、
前記4個の受光領域のうちの特定の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogA、前記特定の受光領域に隣接する一方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogB、前記特定の受光領域に隣接する他方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogC、残りの1個の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogDとするとき、
前記第1の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogB、LogDが入力される第1および第2のトランジスタと、前記第1および第2のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第1の定電流源と、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogCが入力される第3および第4のトランジスタと、前記第3および第4のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第2の定電流源と、ベースが前記第1および第2のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第1の抵抗器を介して接地され、エミッタに第3の定電流源が接続された第5のトランジスタと、ベースが前記第3および第4のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが接地され、エミッタが前記第3の定電流源に接続された第6のトランジスタと、前記第5のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗との接続点から前記一方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第1のホロワとを有し、
前記第2の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogBが入力される第7および第8のトランジスタと、前記第7および第8のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第4の定電流源と、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogC、LogDが入力される第9および第10のトランジスタと、前記第9および第10のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第5の定電流源と、ベースが前記第7および第8のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第2の抵抗器を介して接地され、エミッタに第6の定電流源が接続された第11のトランジスタと、ベースが前記第9および第10のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが接地され、エミッタが前記第6の定電流源に接続された第12のトランジスタと、前記第11のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗との接続点から前記他方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第2のホロワとを有する
光学的位置検出装置。 - 対象物体に対して光を照射する光照射部と、
前記対象物体からの反射光を受光する受光部とを有し、
前記受光部は、
受光面が複数の受光領域に2次元分割され、各々の前記受光領域ごとに受光した光の強度に応じた電流を出力する分割フォトダイオードと、
前記対象物体からの反射光を集光し前記分割フォトダイオードの前記受光面に前記対象物体の像を結像する受光レンズと、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する出力電流に基づいて、前記受光レンズの光軸と直交する2次元方向における前記対象物体の位置を検出する演算部と
を有し、
前記演算部は、
前記分割フォトダイオードの各々の前記受光領域に対応する前記出力電流を対数圧縮し、電圧に変換して出力する対数圧縮回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の一方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第1の演算回路と、
前記対数圧縮回路から出力される前記電圧を入力し、前記2次元方向の他方向における前記対象物体の位置に応じた電圧を出力する第2の演算回路と
を有し、
前記分割フォトダイオードは、受光面が略十字状の分割線によって4個の受光領域に分割されており、
前記4個の受光領域のうちの特定の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogA、前記特定の受光領域に隣接する一方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogB、前記特定の受光領域に隣接する他方の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogC、残りの1個の前記受光領域に対応する前記出力電流を前記対数圧縮回路で対数圧縮して電圧に変換した電圧をLogDとするとき、
前記第1の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogB、LogDが入力される第1および第2のトランジスタと、前記第1および第2のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第1の定電流源と、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogCが入力される第3および第4のトランジスタと、前記第3および第4のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第2の定電流源と、ベースが前記第1および第2のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記第1および第2のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタに第3の定電流源が接続された第5のトランジスタと、ベースが前記第3および第4のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第1の抵抗を介して前記第3および第4のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタが前記第3の定電流源に接続された第6のトランジスタと、前記第6のトランジスタのコレクタと前記第1の抵抗との接続点から前記一方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第1のホロワとを有し、
前記第2の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogBが入力される第7および第8のトランジスタと、前記第7および第8のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第4の定電流源と、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogC、LogDが入力される第9および第10のトランジスタと、前記第9および第10のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第5の定電流源と、ベースが前記第7および第8のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記第7および第8のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタに第6の定電流源が接続された第11のトランジスタと、ベースが前記第9および第10のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第2の抵抗を介して前記第9および第10のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタが前記第6の定電流源に接続された第12のトランジスタと、前記第12のトランジスタのコレクタと前記第2の抵抗との接続点から前記他方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第2のホロワとを有する
光学的位置検出装置。 - 前記演算部は、さらに、前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を出力する第3の演算回路を有し、
前記第3の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogB、LogC、LogDが入力される第13乃至第16のトランジスタと、前記第13乃至第16のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第7の定電流源と、エミッタが前記第7の定電流源を介して接地され、コレクタが第3の抵抗を通じて前記第13乃至第16のトランジスタのコレクタに接続され、ベースに基準電圧が入力される第17のトランジスタと、前記第17のトランジスタのコレクタと前記第3の抵抗との接続点から前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第3のホロワとを有する
請求項1乃至3の何れかに記載の光学的位置検出装置。 - 前記演算部は、さらに、前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を出力する第3の演算回路を有し、
前記第3の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogB、LogC、LogDが入力される第13乃至第16のトランジスタと、前記第13乃至第16のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第7の定電流源と、エミッタが第8の定電流源を介して接地され、コレクタが前記第13乃至第16のトランジスタのコレクタに接続され、ベースに基準電圧が入力される第17のトランジスタと、ベースが前記第13乃至第16のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第3の抵抗器を介して接地され、エミッタに第9の定電流源が接続された第18のトランジスタと、ベースが前記第17のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが接地され、エミッタが前記第9の定電流源に接続された第19のトランジスタと、前記第18のトランジスタのコレクタと前記第3の抵抗との接続点から前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第3のホロワとを有する
請求項1乃至3の何れかに記載の光学的位置検出装置。 - 前記演算部は、さらに、前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を出力する第3の演算回路を有し、
前記第3の演算回路は、エミッタどうし及びコレクタどうしが互いに接続され、ベースに前記LogA、LogB、LogC、LogDが入力される第13乃至第16のトランジスタと、前記第13乃至第16のトランジスタのエミッタと接地との間に接続された第7の定電流源と、エミッタが第8の定電流源を介して接地され、コレクタが前記第13乃至第16のトランジスタのコレクタに接続され、ベースに基準電圧が入力される第17のトランジスタと、ベースが前記第13乃至第16のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが前記第13乃至第16のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタに第9の定電流源が接続された第18のトランジスタと、ベースが前記第17のトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが第3の抵抗を介して前記第17のトランジスタのコレクタに接続され、エミッタが前記第9の定電流源I9に接続された第19のトランジスタと、前記第19のトランジスタのコレクタと前記第3の抵抗との接続点から前記2次元方向と直交する方向における前記対象物体の位置に応じた前記電圧を取り出す第3のホロワとを有する
請求項1乃至3の何れかに記載の光学的位置検出装置。 - 前記光照射部は、発光素子と、前記発光素子から出射した赤外光を拡散光に変換して前記対象物体に照射する散光フィルタとを有する
請求項1乃至6の何れかに記載の光学的位置検出装置。
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