JP6681290B2 - 光学的位置検出装置および光学的位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学的位置検出装置および光学的位置検出方法に関するものである。

パーソナルコンピュータでは、ディスプレイ装置の画面上に表示された情報の表示場所を人の指やペン状の指示物等を用いて接触させることで入力を行うタッチ方式が、多く採用されている。
このような画面上の接触位置を検出する方法として、表示画面の枠部分に光再帰性反射体を配置して、表示画面と光再帰性反射体を臨むように配置された発光部から照射されたレーザ光線によって画面上を角度走査し、光再帰性反射体から戻る光を受光部によって検出して、角度を算出することで位置を検知する技術がある（特許文献１、２参照）。

画面上に指または指示物が置かれると、その載置箇所において角度走査のための光線は指または指示物によって反射されるとともに、光再帰性反射体へ向かう光が遮断されるため、戻る光の光量が変化する。この変化のタイミングから指または指示物が存在する角度を算出し、さらに算出された角度から三角測量の要領で位置座標を検出することができる。

特開２０００−１４８３９７号公報 特開２０００−２４２４０６号公報

特許文献１、２に記載されている位置検出方法では、指または指示物に遮光、散乱されたレーザ光線と、光再帰性反射体に反射された反射光とが、受光部に戻る光量差を受光部にて検知、位置座標を算出している。
この方法で三角測量するためには、異なる位置に備えられた少なくとも一対の発光部、一対の受光部、一対の偏向部、一対の走査部を必要としており部品点数的にも多く装置が大型化や複雑化する場合があった。

さらに、特許文献１、２に記載されている位置検出方法で、複数の指示物を確実に三角測量する為には、指示物数以上の発光部、受光部、走査部、偏向部が一体となった位置検出ユニットが必要であり、それらの配置によっては、各々が外乱となりえるため、確実な検出を行うためには、各位置検出ユニット単体による走査を逐次実行する必要があり、計測に時間を要するおそれがあった。

そこで、本発明は前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、より簡単な構成であっても、測定精度を向上させるとともに部品点数が少ない光学的位置検出装置および光学的位置検出方法を提供することにある。

本請求項１に係る発明は、所定領域内にある指示物の位置を検出する光学的位置検出装置において、所定領域を臨むように配置され、ポリゴンミラーを有し、所定領域と平行である走査面内で光を角度走査する光走査部を備えている。
さらに、ポリゴンミラーの互いに角度を有する二つの反射面のそれぞれに光を照射する第１発光部および第２発光部と、第１発光部が発光し、ポリゴンミラーの一の反射面で反射された第１ビームを受ける第１受光部と、第２発光部が発光し、ポリゴンミラーの他の反射面で反射された第２ビームを受ける第２受光部と、を備えている。
そして、前記光走査部が、前記ポリゴンミラーを回転させて前記指示物を走査することにより前述した課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された光学的位置検出装置に加えて、第１受光部と第２受光部が、所定領域を臨む外縁に重なるように配置された導光体を有し、それぞれ該導光体に入射された第１ビームと前記第２ビームを受光することにより前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項３に係る発明は、請求項１に記載された光学的位置検出装置に加えて、所定領域を臨む外縁に配置された再帰性反射体と、再帰性反射体から光走査部への反射光を偏向する偏向部と、を備え、第１受光部と第２受光部が、それぞれ偏向部にて偏向された第１ビームと第２ビームを受光することにより前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された光学的位置検出装置に加えて、第１発光部が、第１ビームを第１受光部に受光させるように一の反射面での第１反射位置に光を照射し、第２発光部が、第２ビームを第２受光部に受光させるように他の反射面での第２反射位置に光を照射することにより前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項５に係る発明は、請求項４に記載された光学的位置検出装置に加えて、第１反射位置と第２反射位置とが、走査面に対して垂直方向の異なる位置に配置され、第１受光部と第２受光部が、第１反射位置と第２反射位置に応じて配置されていることにより前述した課題をさらに解決するものである。

本請求項６に係る発明は、複数の請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置が、所定領域を臨む異なる位置にそれぞれ配置される光学的位置検出方法により前述した課題を解決するものである。

本請求項７に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置を使用した光学的位置検出方法であって、第１発光部および第２発光部が、第１ビームおよび第２ビームを同時に発光し、光走査部が、ポリゴンミラーを回転させて指示物を走査し、第１受光部および第２受光部が、第１ビームおよび第２ビームの光量を受光し、受光した第１ビームおよび第２ビームの光量の時間的変化に基づいて、指示物の位置を算出することにより前述した課題を解決するものである。

本発明の所定領域内にある指示物の位置を検出する光学的位置検出装置および光学的位置検出方法は、測定精度を向上させ、部品点数が少ないばかりでなく、以下のような特有の効果を奏する。

本請求項１に係る発明の光学的位置検出装置によれば、所定領域を臨むように配置され、ポリゴンミラーを有し、所定領域と平行である走査面内で光を角度走査する光走査部と、ポリゴンミラーの互いに角度を有する二つの反射面のそれぞれに光を照射する第１発光部および第２発光部と、第１発光部が発光し、ポリゴンミラーの一の反射面で反射された第１ビームを受ける第１受光部と、第２発光部が発光し、ポリゴンミラーの他の反射面で反射された第２ビームを受ける第２受光部とを備え、光走査部が前記ポリゴンミラーを回転させて前記指示物を走査することにより、一つのポリゴンミラーと、この一つのポリゴンミラーによって同期した二つのレーザ光線による角度走査がされるため、部品点数の少ない簡単な構成にすることができる。

また、この光学的位置検出装置によれば、二つのレーザ光線がそれぞれの受光部を備えて、指示物が走査されることにより、特許文献１，２にて示された技術のように指示物からの散乱光ではなく、直接照射されるレーザ光線の測定値である光量変化を使って座標を算出することができるため、微弱な散乱光に依存することなく、外乱の影響も少ない正確な位置検出を可能にして測定精度を向上させる。

さらに、この光学的位置検出装置によれば、上記のように外乱の影響を受けにくい光量変化を計測することにより、二つのレーザ光線を同時に照射することができるため、測定時間の短縮をすることができる。

そして、離れた箇所から二つのレーザ光線を同時に照射することにより、二つの光線の軌跡にも幅ができるため、光が遮断されることによって生ずる指示物後背の死角の面積を、従来技術における一つの発光部、受光部、走査部による走査よりも減ずることができる。

本請求項２に係る発明の光学的位置検出装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、第１受光部と第２受光部が、所定領域を臨む外縁に重なるように配置された導光体を有し、それぞれ導光体に入射された第１ビームと第２ビームを受光することにより、特許文献１，２にて示された技術のように光再帰性反射体を使用しないため、部品点数の削減を図ることができる。

本請求項３に係る発明の光学的位置検出装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、所定領域を臨む外縁に配置された再帰性反射体と、再帰性反射体から光走査部への反射光を偏向する偏向部と、を備え、第１受光部と第２受光部が、それぞれ偏向部にて偏向された第１ビームと第２ビームを受光することにより、特許文献１，２にて示された従来技術のノウハウや経験値をそのまま反映することができるため、信頼性の高い位置検出の測定をすることができる。

本請求項４に係る発明の光学的位置検出装置によれば、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明が奏する効果に加えて、第１発光部が、第１ビームを第１受光部に受光させるように一の反射面での第１反射位置に光を照射し、第２発光部が、第２ビームを第２受光部に受光させるように他の反射面での第２反射位置に光を照射することにより、一つの受光体に２つのビームが入射されることを防止するようにミラーの反射位置を特定されるため、二つのビームによる同時測定を行う場合でも、二つの光線が互いに影響し合うことなく、信頼性の高い位置検出の測定をすることができる。

本請求項５に係る発明の光学的位置検出装置によれば、請求項４に係る発明が奏する効果に加えて、第１反射位置と第２反射位置とが、前記走査面に対して垂直方向の異なる位置に配置され、前記第１受光部と前記第２受光部が、前記第１反射位置と前記第２反射位置に応じて配置されていることにより、二つのビームは重ならない上下関係を確定できるため、二つのビームによる同時測定を行う場合でも、二つの光線が互いに影響し合うことなく、信頼性の高い位置検出の測定をすることができる。

本請求項６に係る発明は、複数の請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置が、所定領域を臨む異なる位置にそれぞれ配置される光学的位置検出方法により、所定領域に複数の指示物が存在する場合であっても、複数の位置検出装置によって死角なく走査できるため、複数の指示物それぞれの位置を検出することができる。

本請求項７に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置を使用した光学的位置検出方法であって、第１発光部および第２発光部が、第１ビームおよび第２ビームを同時に発光し、光走査部が、ポリゴンミラーを回転させて指示物を走査し、第１受光部および前記第２受光部が、第１ビームおよび前記第２ビームの光量を受光し、受光した第１ビームおよび第２ビームの光量の時間的変化に基づいて、指示物の位置を算出することにより、指示物からの散乱光ではなく、ビームからの直接照射される光を測定するため、より正確な位置検出を可能にするとともに、二つのビームによって同時に角度走査するため、時間を短縮することができる。

本発明の第１実施形態である位置検出装置の全体を示す平面図。 図１に示す位置検出装置を説明する斜視図。 図１に示す位置検出装置を説明する側面図。 図１に示す位置検出装置の走査過程を説明する平面図。 図１に示す位置検出装置の走査過程を説明するグラフ。 座標算出のための三角測量の要領を示す模式図。 本発明の第２実施形態である位置検出装置の全体を示す平面図。 本発明の第３実施形態である位置検出装置の配置方法を示す平面図。 図８に示す位置検出装置の走査過程を説明するグラフ。

以下、図面を参照しながら、本発明の光学的位置検出装置および光学的位置検出方法に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

本発明の所定領域内にある指示物の位置を検出する光学的位置検出装置は、所定領域を臨むように配置され、ポリゴンミラーを有し、所定領域と平行である走査面内で光を角度走査する光走査部と、ポリゴンミラーの互いに角度を有する二つの反射面のそれぞれに光を照射する第１発光部および第２発光部と、第１発光部が発光し、ポリゴンミラーの一の反射面で反射された第１ビームを受ける第１受光部と、第２発光部が発光し、ポリゴンミラーの他の反射面で反射された第２ビームを受ける第２受光部と、を備え、光走査部が、前記ポリゴンミラーを回転させて前記指示物を走査する、ものであれば、その具体的態様は、いかなるものであっても構わない。

［第１実施形態］
［全体構成の説明］
以下、本発明の第１実施形態である位置検出装置１００について図１から図６に基づいて説明する。
ここで、図１は本発明の第１実施形態である位置検出装置の全体を示す平面図であり、図２は図１に示す位置検出装置をＡ矢視からみた斜視図であり、図３は図１に示す位置検出装置を図１のＢ矢視から見た側面図であり、図４は図１に示す位置検出装置の走査過程を説明する平面図であり、図５は図１に示す位置検出装置の走査過程を説明するグラフであり、図６は座標算出のための三角測量の要領を示す模式図である。

図１を参照すると、所定領域Ｓ内に指示物Ｍが配置されている。所定領域Ｓは、単なるボード状の面はもとより、パーソナルコンピュータ等の電子機器の表示装置であるＣＲＴやフラットディスプレイパネル（ＬＣＤ，ＥＬ等）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の表示画面が該当する。

図１において、所定領域Ｓは矩形状としているがこの形状に限定されず、円形でも、多角形でも良い。また、所定領域Ｓが設置される方向は特に限定されず、水平状に横置きされても、垂直状に縦置きされても、また斜めに置かれても良い。
また、所定領域Ｓの指示物Ｍが配置される面は、完全な水平面である必要はなく、図１をＢ矢視から見た平面図である図３に示す所定領域Ｓと平行する第１走査面Ｆ１、第２走査面Ｆ２が指示物Ｍを走査できる範囲での凹凸は許容される。

指示物Ｍは、人の指やペン状の指示物が該当するが、これらに限定されることはなく、例えば、平坦な広い所定領域Ｓ上に置かれた物体（人や自動車等）にも適用でき、指示物Ｍは照射された走査光を遮蔽するものであれば良い。

本実施形態に係る位置検出装置１００の一実施例は、所定領域Ｓ内にある指示物Ｍの位置を検出するものであり、光走査部１１０と、第１発光部１２０と、第２発光部１３０と、第１受光部１４０と、第２受光部１５０と、から構成されている。

光走査部１１０は、所定領域Ｓを臨むように矩形の角に配置されたポリゴンミラー１１１を備えている。ポリゴンミラー１１１は、高精度のデジタル複写機やレーザプリンター等に搭載される回転多面鏡であり、多面体の各面を鏡とし、光走査部１１０内に搭載されたモータなどで高速に回転させることにより、レーザを角度走査する。すなわち、回転速度が一定と考えて、鏡の面数によりレーザの走査速度とレーザの走査角度を決定することができる。本実施形態では６角柱の各側面を鏡とした一例を示しているが、４角柱や８角柱等の多角柱でも良い。

第１発光部１２０と第２発光部１３０とから発光された光は、ポリゴンミラー１１１の各側面に配され互いに角度を有する鏡である異なる第１反射面１１１ａおよび第２反射面１１１ｂによって反射し、第１ビームＢ１および第２ビームＢ２となって、図３に示す所定領域Ｓと平行である走査面Ｆ１，Ｆ２に沿った走査を行う。

そして、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ１することで所定領域Ｓと平行である走査面Ｆ１，Ｆ２内を角度走査する。このように、第１発光部１２０、第２発光部１３０、第１反射面１１１ａ、第２反射面１１１ｂ、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２は、所定領域Ｓを臨み、走査面Ｆ１，Ｆ２内で光を角度走査するように配置されている。

なお、本実施例では第１反射面１１１ａ、第２反射面１１１ｂは、走査の入射角が深くならないように隣り合う面を使用している。入射角を深くするとポリゴンミラー１１１上のビームの幅が広がるため、走査角が減少するためである。しかしながら、第１反射面１１１ａ、第２反射面１１１ｂの関係は本実施例に限定されず、光走査部１１０が配設されるスペース等の制約等から配置箇所を選択することができる。

第１発光部１２０、第２発光部１３０は、例えば、赤外線レーザ光を射出するレーザダイオード等を適用できるが、これに限定されない。

走査面Ｆ１，Ｆ２内で光を角度走査する第１ビームＢ１、第２ビームＢ２は、それぞれ所定領域を臨む外縁Ｓ１に配置された第１受光部１４０、第２受光部１５０に入射される。
なお、図１では、第１受光部１４０、第２受光部１５０が、光走査部１１０と走査面Ｓを挟んで対向する外縁Ｓ１のみに配置しているが、走査面Ｓの側面にも配置して、走査面Ｓを取り囲むようにしても良い。このように第１受光部１４０、第２受光部１５０の配設位置は本実施例に限定されず、スペース等の制約や指示物Ｍの位置等から配置箇所を選択することができる。

図１のＡ矢視から見た斜視図である図２も併せて参照する。ここで、図１と図２は回転しているポリゴンミラー１１１のある二つの瞬間を表している。すなわち、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ１することで第１発光部１２０にて発光されたレーザ光が、第１反射面１１１ａで反射され、第１ビームＢ１となって、指示物Ｍの側面にある始接点ａ１４３に接して第１受光部１４０を構成する第１導光体１４４に到達した瞬間と、第２発光部１３０にて発光されたレーザ光が、第２反射面１１１ｂで反射され、第２ビームＢ２となって、指示物Ｍの側面にある始接点ｂ１５３に接して第２受光部１５０を構成する第１導光体１５４に到達した瞬間との二つであり、これらの瞬間は後に説明するように同時には発生しない場合もあるが、説明の便宜上図示している。

図２と図３を参照すると、第１ビームＢ１はポリゴンミラー１１１の上側に割り当てられた第１反射面１１１ａ内にある第１反射点１４６で反射されて、指示物Ｍの上側の始接点ａ１４３に接するように経由して、第１反射点１４６に応じるように配置された導光体１４４に入射される。
同様に第２ビームＢ２はポリゴンミラー１１１の下側に割り当てられた第２反射面１１１ｂ内にある第２反射点１５６で反射されて、指示物Ｍの下側の始接点ｂ１５３に接するように経由して、第２反射点１５６に応じるように配置された導光体１５４に入射される。

本実施形態においては、第１ビームＢ１および第２ビームＢ２の交錯を極力回避するように上下に分割するようにしているが、この形態に限定されない。

第１受光部１４０は、アクリル樹脂などの透明樹脂の内面反射を利用して片側から入射した光を他方へ効率よく導く第１導光体１４４と、導かれた光を受光する第１受光体１４５とからなる。
第２受光部１５０も第１受光部１４０と同様な構成であって、第２導光体１５４と、第２受光体１５５とからなる。
第１受光部１４０と第２受光部１５０とは、第１ビームＢ１と第２ビームＢ２の光線軌跡に合わせて上下関係に配されている。この構成によって、光線が交錯することを防止することができる。

第１導光体１４４、第２導光体１５４は、スキャナー等に使用されている棒状ライトガイドを適用でき、例えば、内部にマイクロプリズムを備えたものでも良いし、透明アクリル棒の円周面の一部にテープ等を貼付して反射面にした簡易的な構成でも良い。要求される精度や、装置の配置等から任意に選択することができる。

第１導光体１４４，第２導光体１５４に入射された第１ビームＢ１、第２ビームＢ２は、導光体内を経由して、フォトダイオード等からなる第１受光体１４５，第２受光体１５５によって受光される。
第１受光体１４５，第２受光体１５５によって検出された光は光検出信号となり、光走査部１１０のポリゴンミラー１１１の回転Ｒ１から取得される角度信号とによって、角度走査が実行される。

なお、これらの角度走査は図示しないマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）によって実行されるようにすることができる。
ＭＰＵは、第１発光部１２０、第２発光部１３０の発光素子の駆動・制御、ポリゴンミラー１１１の回転Ｒ１の駆動・制御、第１受光部１４０、第２受光部１５０が検出した光検出信号の取得を行い、光検出信号と角度信号から角度走査結果を算出する。

［光角度走査方法の説明］
次に主に図４、図５を参照して、本実施形態の１実施例に係る光角度走査方法について説明する。図４は光角度走査が時間の経過とともに（Ａ）〜（Ｄ）の順で進められることを示しており、図５は第１受光部１４０、第２受光部１５０が検出した光検出信号である光量の時間的変化を示している。

ＭＰＵに光角度走査を開始する信号を受信した光走査部１１０は、第１発光部１２０、第２発光部１３０の発光素子を駆動し、ポリゴンミラー１１１を回転駆動する。
図４，図５を参照すると、光走査部１１０は、走査開始時点ｔ０で、第１受光部１４０、第２受光部１５０の右端に第１ビームＢ１、第２ビームＢ２が照射されるように制御する。そして、ポリゴンミラー１１１の回転Ｒ１によって順に第１受光部１４０、第２受光部１５０の左端へと第１ビームＢ１、第２ビームＢ２の照射位置を移動させる。

なお、本実施例では、例えば図面では省略しているトリガーとなるセンサーを用いて走査開始時点ｔ０から走査を開始する形態としているが、このセンサーを使わずに常に走査を行う形態とすることも可能であり、装置の仕様によって適宜選択することができる。

なお、ＭＰＵは光走査開始から時間を計測して、図５に示すように時間経過に対する第１受光部１４０、第２受光部１５０が検出した第１ビームＢ１、第２ビームＢ２の光量の変化を算出する。

図４（Ａ）は、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ１することで第１発光部１２０にて発光されたレーザ光が、第１反射面１１１ａで反射され、第１ビームＢ１となって、指示物Ｍの始接点ａ１４３に接して第１受光部１４０を構成する第１導光体１４４に到達した瞬間ｔ１である。図５を参照すると、第１ビームＢ１の光量が瞬間ｔ１を境に減少するが、第２ビームＢ２の光量は変化していない。

図４（Ｂ）は、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ２することで第２発光部１３０にて発光されたレーザ光が、第２反射面１１１ｂで反射され、第２ビームＢ２となって、指示物Ｍの始接点ｂ１５３に接して第２受光部１５０を構成する第１導光体１５４に到達した瞬間ｔ２である。図５を参照すると、第１ビームＢ１の光量は瞬間ｔ１に比べてさらに減少しており、第２ビームＢ２の光量も瞬間ｔ２を境に減少している。

さらにポリゴンミラー１１１が回転（Ｒ２からＲ３）すると、図５に示すように、第１ビームＢ１の光量は下限の第１ピークＰ１となる。第１ピークＰ１は、指示物Ｍによって第１受光部１４０へ到達する光が遮蔽されるとともに第１ビームＢ１の散乱光による影響が最も小さくなる箇所である。このように第１ピークＰ１は、検出が容易な明らかな兆候を示している。

図４（Ｃ）は、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ３することで第１ビームＢ１が、指示物Ｍの表面を越えて、終接点ａ１４７に達し、第１導光体１４４に到達した瞬間ｔ３である。図５を参照すると、第１ビームＢ１の光量が瞬間ｔ３を境に通常に戻るが、第２ビームＢ２の光量は指示物Ｍの遮蔽および散乱光の影響によってさらに減少している。

さらにポリゴンミラー１１１が回転（Ｒ３からＲ４）すると、図５に示すように、第２ビームＢ２の光量は下限の第２ピークＰ２となる。第２ピークＰ２は、指示物Ｍによって第２受光部１５０へ到達する光が遮蔽されるとともに第２ビームＢ２の散乱光による影響が最も小さくなる箇所である。このように第２ピークＰ２も第１ピークＰ１と同様に検出が容易な明らかな兆候を示している。

図４（Ｄ）は、ポリゴンミラー１１１が回転Ｒ４することで第２ビームＢ２が、指示物Ｍの表面を越えて、終接点ｂ１５６に達し、第２導光体１５４に到達した瞬間ｔ４である。図５を参照すると、第１ビームＢ１の光量は通常であり、第２ビームＢ２の光量は瞬間ｔ４を越えて通常に戻っている。

その後、ポリゴンミラー１１１の回転によって第１ビームＢ１、第２ビームＢ２の照射位置は、第１受光部１４０、第２受光部１５０の左端へと移動して、光角度走査が終了する。

再び図５を参照すると、第１ピークＰ１と第２ピークＰ２の時間差Δｔは、光量の推移を検出した結果から、ＭＰＵによって算出される。この時間差Δｔは、第１ビームＢ１、第２ビームＢ２のポリゴンミラー１１１を介した指示物Ｍへの照射角度に換算することできる。

また、第１ビームＢ１はポリゴンミラー１１１の上側に割り当てられた第１反射面１１１ａ内にある第１反射点１４６と、第２ビームＢ２はポリゴンミラー１１１の下側に割り当てられた第２反射面１１１ｂ内にある第２反射点１５６との距離は幾何学的に算出することができる。

このように、第１ビームＢ１の指示物Ｍへの照射角度θ１、第２ビームＢ２の指示物Ｍへの照射角度θ２、第１反射点１４６と第２反射点１５６との距離ｗが分かれば、図６に示すような三角測量によって、指示物Ｍの位置を検出することができる。

すなわち図６のように指示物Ｍがｘｙ座標に配置している場合、指示物Ｍのｘ座標であるＭｘとｙ座標であるＭｙは、それぞれ（１）式、（２）式にて表される。
Ｍｘ＝ｔａｎθ１／（ｔａｎθ２＋ｔａｎθ１）×ｗ （１）
Ｍｙ＝（ｔａｎθ１×ｔａｎθ２）／（ｔａｎθ２＋ｔａｎθ１）×ｗ （２）

以上のように、本実施形態の１実施例に係る光角度走査方法によって、指示物Ｍの座標を検出することができる。

なお、図６に示す第１ビームＢ１、第２ビームＢ２の照射位置に対する指示物Ｍの幅Φｘは、第１反射点１４６と第２反射点１５６との距離ｗに比して十分に小さいこと、すなわち ｗ＞Φｘ であることが望ましい。すなわち指示物Ｍの幅Φｘに対してこの条件を満たすようにｗを設定することで、角度誤差が減少して、検出の精度を向上させることができる。

本実施形態によれば、一つのポリゴンミラー１１１と、この一つのポリゴンミラー１１１によって同期した二つのレーザ光線（第１ビームＢ１と第２ビームＢ２）による角度走査がされるため、部品点数の少ない簡単な構成にすることができる。

また、本実施形態によれば、二つのレーザ光線（第１ビームＢ１と第２ビームＢ２）がそれぞれの受光部（第１受光部１４０、第２受光部１５０）を備えて、指示物Ｍが走査されることにより、特許文献１，２にて示された技術のように指示物からの散乱光ではなく、直接照射されるレーザ光線の測定値である光量変化を使って座標を算出することができるため、微弱な散乱光に依存することなく、外乱の影響も少ない正確な位置検出を可能にして測定精度を向上させる。

さらに、本実施形態によれば、上記のように外乱の影響を受けにくい光量変化を計測することにより、二つのレーザ光線（第１ビームＢ１と第２ビームＢ２）を同時に照射することができるため、測定時間の短縮をすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態である位置検出装置２００について図７に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態とは光を受光する方法が異なる。
ここで、図７は、本発明の第２実施形態である位置検出装置２００の全体を示す平面図である。

図７を参照すると、本実施形態に係る位置検出装置２００の一実施例は、所定領域Ｓ内にある指示物Ｍの位置を検出するものであり、光走査部２１０と、第１発光部２２０と、第２発光部２３０と、第１受光部２４０と、第２受光部２５０と、から構成されている。
そして、第１受光部２４０は、第１受光体２４５と偏向部２６２を備え、第２受光部２５０は、第２受光体２５５と偏向部２６３を備えている。

本実施例では、所定領域Ｓを臨む外縁Ｓ２には再帰性反射体２６１が配置されている。再帰性反射体２６１は、ガラスビーズやプリズムを利用した再帰性反射材が用いられ、あらゆる方向から入射した光に対しても常に入射した方向に光を返すものである。

第１発光部２２０および第２発光部２３０が発光した光である第１ビームＢ１と第２ビームＢ２は、偏向部２６２、２６３に入射される。偏向部２６２，２６３は、いわゆるビームスプリッターであり、光束を２つに分割する。すなわち、偏向部２６２，２６３は、再帰性反射体２６１から戻ってきた光の一部を受光体２４５，２５５のある別の方向に反射し、残りを発光部２２０，２３０側に透過させる。

偏向部２６２，２６３は、反射面の一部に穴が開けられた穴開きミラーでも良い。再帰性反射体２６１から戻ってきた光は広がっている為、その多くは受光体側に反射される為、光の損失を大幅に低減し同様の効果が得られる。

本実施例では、第１ビームＢ１と第２ビームＢ２は、偏向部２６２、２６３を透過して、ポリゴンミラー２１１の第１反射面２１１ａ、第２反射面２１１ｂに到達して、反射によって方向が変えられ、所定領域Ｓを走査する。

外縁Ｓ２に到達した第１ビームＢ１と第２ビームＢ２は、再帰性反射体２６１によって入射した方向へ返されて、再びポリゴンミラー２１１の第１反射面２１１ａ、第２反射面２１１ｂに到達する。

第１反射面２１１ａ、第２反射面２１１ｂで反射された第１ビームＢ１と第２ビームＢ２は、再度偏向部２６２，２６３に入射されるが、偏向部２６２，２６３は当該方向から入射された光を反射して、第１受光体２４５、第２受光体２５５に受光させる。
ここで、第１発光部２２０と第２発光部２３０との配置関係、第１受光部２４０と第２受光部２５０との配置関係は、図２、図３にて示した第１実施形態と同様に走査面に対して垂直方向の異なる位置に配置することで、光線の交錯を防止することができる。

なお、本実施例においても第１実施形態と同様に、第１発光部２２０、第２発光部２３０にはレーザダイオード等を適用でき、第１受光体２４５、第２受光体２５５にはフォトダイオード等を適用できる。

角度走査方法は第１実施形態と同様にポリゴンミラー２１１の回転Ｒ５によって行われる。ここで図７は、第１実施形態の図１と同様に、回転しているポリゴンミラー２１１のある二つの瞬間を表している。すなわち、ポリゴンミラー２１１が回転Ｒ５することで第１発光部２２０にて発光されたレーザ光が、第１反射面２１１ａで反射され、第１ビームＢ１となって、指示物Ｍの側面にある始接点ａ２４３に接して第１受光部２４０にて検出された瞬間と、第２発光部２３０にて発光されたレーザ光が、第２反射面２１１ｂで反射され、第２ビームＢ２となって、指示物Ｍの側面にある始接点ｂ２５３に接して第２受光部２５０にて検出された瞬間との二つであり、これらの瞬間は第１実施形態において説明したように同時には発生しない場合もあるが、説明の便宜上図示している。

本実施形態における指示物Ｍの位置検出、座標算出については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態によれば、特許文献１，２にて示された従来技術のノウハウや経験値をそのまま反映することができるため、既存の構成を流用することもできるほか、信頼性の高い位置検出の測定をすることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態である位置検出システム３００について図８，図９に基づいて説明する。
ここで、図８は本発明の第３実施形態である位置検出装置の配置方法を示す平面図であり、図９は図８に示す位置検出装置の走査過程を説明するグラフである。

図８を参照すると、本実施形態における１実施例である位置検出システム３００は、複数のこれまでに説明した位置検出装置１００もしくは位置検出装置２００を第１位置検出ユニット３１０および第２位置検出ユニット３２０として、所定領域Ｓが臨めるように配置するものである。

所定領域Ｓには３つの指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣが配置されており、位置検出システム３００は、これらの指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣのいずれについても位置を検出するものであり、特に、指示物ＭＡ，ＭＢの死角となる指示物ＭＣの位置検出について以下に説明する。

第１位置検出ユニット３１０、第２位置検出ユニット３２０は、光走査部１１０と、第１発光部１２０と、第２発光部１３０と、第１受光部１４０と、第２受光部１５０と、から構成されている第１実施形態の位置検出装置１００であっても、光走査部２１０と、第１発光部２２０と、第２発光部２３０と、第１受光部２４０と、第２受光部２５０と、から構成されている第２実施形態の位置検出装置２００のどちらでも良い。

本実施例における位置検出システム３００においても、第１位置検出ユニット３１０、第２位置検出ユニット３２０の構成は、上記のように位置検出装置１００もしくは位置検出装置２００のいずれかに限定していない。

そして、位置検出システム３００は、第１位置検出ユニット３１０に対応した第１受光部と第２受光部を併せ持つ第１受光装置３４０と、第２位置検出ユニット３２０に対応した第１受光部と第２受光部を併せ持つ第２受光装置３５０を備えている。

なお、第１位置検出ユニット３１０および第２位置検出ユニット３２０を何れか一辺に配置することにより、第１受光装置３４０、第２受光装置３５０は、図８に示すように、図１、図７と異なり、所定領域Ｓを囲むように配置できる。このように配置することで、第１位置検出ユニット３１０、第２位置検出ユニット３２０は、互いのビームの影響を受ける事無く、３つの指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣを走査することができる。前記したように、第１受光装置３４０、第２受光装置３５０は、スペース等の制約や指示物Ｍの位置等から配置箇所を図８のように選択することができる。

ここで第１受光装置３４０、第２受光装置３５０は、導光体で構成されていても、光再帰性反射体とユニットに組み込まれた偏向部とで構成されていても良い。

図８を参照すると、図の左側に位置する第１位置検出ユニット３１０の位置ＡからはビームＢＡが照射され、位置ＢからはビームＢＢが照射されている。同様に図の右側に位置する第１位置検出ユニット３２０の位置ＣからはビームＢＣが照射され、位置ＤからはビームＢＤが照射されている。

位置Ａと位置Ｂとの距離ｗおよび位置Ｃと位置Ｄとの距離は、指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣの走査方向に対向する幅Φｘに対して ｗ＞Φｘ となるように配置されている。なお、位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、第１，２実施形態における反射点に相当する。

ビームＢＡはＢＡ１からＢＡ２へと回転して所定領域Ｓを走査し、ビームＢＢはＢＢ１からＢＢ３へと回転して所定領域Ｓを走査し、ビームＢＣはＢＣ１からＢＣ３へと回転して所定領域Ｓを走査し、ビームＢＤはＢＤ１からＢＤ２へと回転して所定領域Ｓを走査する。

また、図８を参照すると、第１位置検出ユニット３１０から照射されたビームＢＡ１は所定領域Ｓを角度走査するが、指示物ＭＡに遮蔽されるため指示物ＭＣを全面的に走査することはできない。このような状態について、図８においては、一点鎖線はそれぞれのユニットの図上右側から照射される実際の光線を表し、二点鎖線はそれぞれのユニットの図上左側から照射される実際の光線を表し、破線は実際に存在しないが指示物等に遮蔽されない場合の仮想光線を表している。

図９を参照すると、第１位置検出ユニット３１０のビームＢＡによって角度走査によって検出した信号を処理した光量は、指示物ＭＡにビームＢＡが到達した瞬間から減少する。そして、図９の破線のように仮想光線となったビームＢＡは指示物ＭＣに到達しているが、指示物ＭＡに遮蔽されていることから実光線のビームＢＡは指示物ＭＣには到達できないために、指示物ＭＣによる光量の減少は検出できない（ＢＡ１および仮想光線ＢＡ１参照）。その後、一旦通常の光量に復帰し、ビームＢＡが指示物ＭＢに到達したとき、実光線のビームＢＡの光量は再び減少する（ＢＡ２参照）。さらに走査が進むと光量は再び通常に復帰する。

同様に、第１位置検出ユニット３１０のビームＢＢによって角度走査によって検出した信号を処理した光量は、指示物ＭＡにビームＢＢが到達した瞬間から減少する。そして、指示物ＭＡの走査が終わる前にビームＢＡは指示物ＭＣに到達するが、指示物ＭＣに到達するビームＢＢの一部は指示物ＭＡによって遮蔽されているため、光量は通常の状態に戻らないまま減少する（ＢＢ１，ＢＢ２参照）。その後、一旦通常の光量に復帰し、ビームＢＢが指示物ＭＢに到達したとき、実光線のビームＢＢの光量は再び減少する（ＢＢ３参照）。さらに走査が進むと光量は再び通常に復帰する。

次に、第２位置検出ユニット３２０のビームＢＣによって角度走査によって検出した信号を処理した光量は、指示物ＭＡにビームＢＣが到達した瞬間から減少する（ＢＣ１参照）。その後、一旦通常の光量に復帰し、ビームＢＣが指示物ＭＣに到達したとき、実光線のビームＢＣの光量は再び減少する（ＢＣ２参照）。そして、指示物ＭＣの走査が終わる前にビームＢＣは指示物ＭＢに到達するが、指示物ＭＣに到達するビームＢＣの一部は指示物ＭＢによって遮蔽されているため、光量は通常の状態に戻らないまま減少する（ＢＣ３参照）。さらに走査が進むと光量は再び通常に復帰する。

同様に、第２位置検出ユニット３２０のビームＢＤによって角度走査によって検出した信号を処理した光量は、指示物ＭＡにビームＢＤが到達した瞬間から減少する（ＢＤ１参照）。その後、一旦通常の光量に復帰し、ビームＢＤが指示物ＭＢに到達したとき、実光線のビームＢＤの光量は再び減少する（ＢＤ２参照）。そして、仮想光線となったビームＢＤは指示物ＭＣに到達しているが、指示物ＭＢに遮蔽されていることから実光線のビームＢＤは指示物ＭＣには到達できないために指示物ＭＣによる光量の減少は検出できない。さらに走査が進むと光量は再び通常に復帰する。

図５を参照しながら、図９を見ると時間の推移とともに指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣによって光量が下限となるピークを検出することができる。そして、指示物ＭＡに対応するピークであるＢＡ１，ＢＢ１、ＢＣ１、ＢＤ１のいずれか二つのピークの時間差によって、図６に示すような三角測量に基づいて、指示物ＭＡの位置を検出することができる。

同様に、指示物ＭＢに対応するピークであるＢＡ２，ＢＢ３、ＢＣ３、ＢＤ２のいずれか二つのピークの時間差によって、指示物ＭＡの位置を検出することができる。

次に、指示物ＭＣについても、対応するピークであるＢＢ２、ＢＣ２の二つのピークの時間差によって、指示物ＭＣの位置を検出することができる。このように一つの位置検出ユニットでは検出できなかった別の指示物に光線が遮蔽された指示物の位置であっても、複数の位置検出ユニットを備えることで検出することが可能となる。

特許文献１、２に記載されている位置検出方法では、指または指示物に照射されたレーザ光線が反射して戻る散乱光と、光再帰性反射体に反射された反射光とが、受光部に戻るが、このうち散乱光を受光部にて検知して位置座標を検出している。

従って図８のような指示物ＭＡ，ＭＢ，ＭＣの配置状況において、第１位置検出ユニット３１０、第２位置検出ユニット３２０の位置に従来技術に係る位置検出装置を設置しても、ほとんどの部分が死角となる指示物ＭＣの角度走査はできない。
そこで、従来技術に係る位置検出装置によって、指示物ＭＣを角度走査するには、指示物ＭＣが視野として臨める位置に新たな位置検出装置を付加する必要がある。

しかしながら、本実施形態によれば、図８に示す第１位置検出ユニット３１０、第２位置検出ユニット３２０から見て、指示物ＭＣは、指示物ＭＡ、指示物ＭＢの死角となる部分が多く、一部しか走査することができない場合でも、指示物ＭＣの位置検出が可能となる。

また、本実施形態によれば、従来技術に係る位置検出装置と比べて、少ない部品構成で、確実な位置検出をすることができる。

以上で、本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。

１００，２００，３００・・・位置検出装置
１１０、２１０・・・光走査部
１１１、２１１・・・ポリゴンミラー
１１１ａ，２１１ａ・・・第１反射面
１１１ｂ、２１１ｂ・・・第２反射面
１２０、２２０・・・第１発光部
１３０、２３０・・・第２発光部
１４０、２４０・・・第１受光部
１４３、２４３・・・始接点ａ
１４４・・・第１導光体
１４５、２４５・・・第１受光体
１４６・・・第１反射点
１４７・・・終接点ａ
１５０、２５０・・・第２受光部
１５３、２５３・・・始接点ｂ
１５４・・・第２導光体
１５５、２５５・・・第２受光体
１５６・・・第２反射点
１５７・・・終接点ｂ
２６１・・・再帰性反射体
２６２，２６３・・・偏向部
３１０・・・第１位置検出ユニット
３２０・・・第２位置検出ユニット
３４０・・・第１受光装置
３５０・・・第２受光装置
Ｆ１，Ｆ２・・・走査面
Ｓ・・・所定領域
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・外縁
Ｍ，ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ・・・指示物
Ｂ１・・・第１ビーム
Ｂ２・・・第２ビーム
ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ，ＢＤ・・・ビーム
Ｐ１・・・第１ピーク
Ｐ２・・・第２ピーク
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５・・・回転

Claims (7)

1. 所定領域内にある指示物の位置を検出する光学的位置検出装置において、
   前記所定領域を臨むように配置され、ポリゴンミラーを有し、前記所定領域と平行である走査面内で光を角度走査する光走査部と、
   前記ポリゴンミラーの互いに角度を有する二つの反射面のそれぞれに光を照射する第１発光部および第２発光部と、
   前記第１発光部が発光し、前記ポリゴンミラーの一の反射面で反射された第１ビームを受ける第１受光部と、
   前記第２発光部が発光し、前記ポリゴンミラーの他の反射面で反射された第２ビームを受ける第２受光部と、を備え、
   前記光走査部が、前記ポリゴンミラーを回転させて前記指示物を走査する、ことを特徴とする光学的位置検出装置。
2. 前記第１受光部と前記第２受光部が、前記所定領域を臨む外縁に重なるように配置された導光体を有し、それぞれ該導光体に入射された前記第１ビームと前記第２ビームを受光する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学的位置検出装置。
3. 前記所定領域を臨む外縁に配置された再帰性反射体と、
   該再帰性反射体から前記光走査部への反射光を偏向する偏向部と、を備え、
   前記第１受光部と前記第２受光部が、それぞれ該偏向部にて偏向された前記第１ビームと前記第２ビームを受光する、ことを特徴とする請求項１に記載の光学的位置検出装置。
4. 前記第１発光部が、前記第１ビームを前記第１受光部に受光させるように前記一の反射面での第１反射位置に前記光を照射し、
   前記第２発光部が、前記第２ビームを前記第２受光部に受光させるように前記他の反射面での第２反射位置に前記光を照射する、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学的位置検出装置。
5. 前記第１反射位置と前記第２反射位置とが、前記走査面に対して垂直方向の異なる位置に配置され、
   前記第１受光部と前記第２受光部が、前記第１反射位置と前記第２反射位置に応じて配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の光学的位置検出装置。
6. 複数の請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置が、前記所定領域を臨む異なる位置にそれぞれ配置されている、ことを特徴とする光学的位置検出方法。
7. 請求項１から請求項５のいずれかの記載の光学的位置検出装置を使用した光学的位置検出方法であって、
   前記第１発光部および前記第２発光部が、前記第１ビームおよび前記第２ビームを同時に発光し、
   前記光走査部が、前記ポリゴンミラーを回転させて前記指示物を走査し、
   前記第１受光部および前記第２受光部が、前記第１ビームおよび前記第２ビームの光量を受光し、
   受光した前記第１ビームおよび前記第２ビームの光量の時間的変化に基づいて、前記指示物の位置を算出する、ことを特徴とする光学的位置検出方法。