JP2011227026A - 位置検出機能付き機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定頻度を高めることに伴って対象物体の位置検出精度を高めることのできる位置検出機能付き機器を提供すること。
【解決手段】位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、検出用光源12が視認面41の側に検出光L2を出射し、対象物体Obで反射した検出光を光検出部30で検出して対象物体Obの座標を検出する。検出空間10Rからみたときに光検出部30の周りで周方向で並ぶ第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30からの距離が相違している。また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ線と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ線とが非平行で、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ線と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ線とが非平行である。
【選択図】図1
【解決手段】位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、検出用光源12が視認面41の側に検出光L2を出射し、対象物体Obで反射した検出光を光検出部30で検出して対象物体Obの座標を検出する。検出空間10Rからみたときに光検出部30の周りで周方向で並ぶ第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30からの距離が相違している。また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ線と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ線とが非平行で、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ線と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ線とが非平行である。
【選択図】図1
Description
本発明は、情報が視認される面側に位置する対象物体の位置を光学的に検出する位置検出機能付き機器に関するものである。
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、図17(a)に示すように、4つの検出用光源12(第1検出用光源12A〜第4検出用光源12D)の各々から透光部材90を介して対象物体Obに向けて検出光L2(検出光L2a〜L2d)を出射し、対象物体Obで反射した検出光L3が透光部材90を透過して光検出部30で検出されるものが提案されている。また、光検出部30を1つ配置する場合、検出光L2の出射空間としての検出空間10Rからみたとき、図17(b)に示すように、4つの検出用光源12が光検出部30を中心にして等距離かつ等角度間隔に配置された構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このような構成の光学式位置検出装置では、例えば、光検出部30での検出結果に基づいて、第1検出用光源12Aおよび第2検出用光源12Bと、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dとを差動させ、第1検出用光源12Aおよび第4検出用光源12Dと、第2検出用光源12Bおよび第3検出用光源12Cとを差動させれば、対象物体ObのX座標およびY座標を検出することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、特許文献1に記載の構成では、差動により得られる情報が2つであり、検出精度を高めることができないという問題点がある。ここに本発明者は、差動により多数の情報を得、それらを合成して対象物体Obの位置を検出することを提案する。例えば、光検出部30での検出結果に基づいて、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを差動させれば、第1検出用光源12Aと対象物体Obとの距離と、第3検出用光源12Cと対象物体Obとの距離の比PACがわかる。また、光検出部30での検出結果に基づいて、第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとを差動させれば、第2検出用光源12Bと対象物体Obとの距離と、第4検出用光源12Dと対象物体Obとの距離の比PBDがわかる。従って、図17(b)に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q12を比PACで分割した位置を通る等比線R12と、第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q11を比PBDで分割した位置を通る等比線R11とが交差する位置を求めれば、対象物体ObのX座標およびY座標を検出することができる。
さらに、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを差動させれば、仮想線Q13を所定の比で分割した位置を通る等比線R13を求めることができ、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを差動させれば、仮想線Q14を所定の比で分割した位置を通る等比線R14を求めることができる。また、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを差動させれば、仮想線Q15を所定の比で分割した位置を通る等比線R15を求めることができ、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを差動させれば、仮想線Q16を所定の比で分割した位置を通る等比線R16を求めることができる。それ故、対象物体Obの位置を特定するための情報量が増えるため、それらを平均する等の手法を用いれば、対象物体Obの位置検出精度を高めることができることになる。
しかしながら、4つの検出用光源12を光検出部30を中心にして等距離かつ等角度間隔に配置すると、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとの差動、および第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとの差動の中心が重なってしまい、光検出部30が位置する個所に測定の中心が重複する。このため、光検出部30から離間した位置での検出精度を十分に高めることができないという問題点がある。
また、4つの検出用光源12を光検出部30を中心にして等距離かつ等角度間隔に配置すると、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結んだ仮想線Q13と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結んだ仮想線Q15とは平行である。このため、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを差動させ、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを差動させても、互いに同一方向における対象物体Obの位置情報を得ているにすぎない。また、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結んだ仮想線Q14と、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結んだ仮想線Q16とは平行である。このため、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを差動させ、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを差動させても、互いに同一方向における対象物体Obの位置情報を得ているにすぎない。このため、測定頻度を増大させても重複した測定を行なっていることになるため、検出精度を十分に高め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、本発明の課題は、測定頻度を高めることに伴って、情報が視認される面側に位置する対象物体の位置検出精度を高めることのできる位置検出機能付き機器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、視認面を備えた視認面構成部材と、該視認面構成部材に対して前記視認面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置と、を有する位置検出機能付き機器であって、前記光学式位置検出装置は、前記視認面側に検出光を出射する4つ以上の検出用光源と、前記視認面側において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で反射した前記検出光を受光する光検出部と、前記4つ以上の検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、前記光検出部の受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、前記検出光出射空間からみたときに、前記4つ以上の検出用光源のうち、前記光検出部の周りで周方向で並ぶ第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源は、前記光検出部からの距離が相違していることを特徴とする。すなわち、第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源のうち、少なくとも1つ検出用光源は、他の検出用光源と、前記光検出部からの距離が相違していることを特徴とする。
本発明では、光源駆動部は、4つ以上の検出用光源を順次点灯させ、その間、光検出部は、対象物体で反射した検出光を受光する。従って、光検出部での検出結果を直接、あるいは光検出部を介して2つの検出用光源を差動させたときの駆動電流等を用いれば、位置検出部は、対象物体の位置を検出することができる。ここで、出射空間からみたときに、4つ以上の検出用光源のうち、光検出部の周りで周方向で並ぶ第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源は、光検出部からの距離が相違している。このため、第1検出用光源と第3検出用光源との差動、および第2検出用光源と第4検出用光源との差動の中心がずれているので、広い範囲にわたって高い検出精度を得ることができる。また、第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源から出射された検出光を用いて測定を行なった際、重複した方向の測定を回避することができる。それ故、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高めることができる。
本発明において、前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部からの距離が全て相違していることが好ましい。このように構成すると、第1検出用光源と第3検出用光源との差動、および第2検出用光源と第4検出用光源との差動の中心がずれているので、広い範囲にわたって高い検出精度を得ることができる。また、測定頻度を増大させても重複した測定を行なうことを確実に回避することができる。それ故、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高めることができる。
本発明において、前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源と前記第2検出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第3検出用光源と前記第4検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であることが好ましい。このように構成すると、第1検出用光源と第2検出用光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向と、第3検出用光源と第4検出用光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向とが相違する。従って、重複した測定を行なうことを回避することができるので、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高めることができる。
本発明において、前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源と前記第4検出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第2検出用光源と前記第3検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であることが好ましい。このように構成すると、第1検出用光源と第4検出用光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向と、第2検出用光源と第3検出用光源とを用いて対象物体の位置を検出した方向とが相違する。従って、重複した測定を行なうことを回避することができるので、測定頻度を高めた分だけ、対象物体の位置検出精度を高めることができる。
本発明において、前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部を中心に等角度間隔に配置されている構成を採用することができる。
本発明において、前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部を中心に不等の角度間隔に配置されていることが好ましい。すなわち、第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源において隣り合う2つの検出用光源がなす4つの角度のうち、少なくとも1つの角度が他の角度と相違していることが好ましい。
本発明において、前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源のうち、一部の検出用光源と他の一部の検出用光源とを差動させた結果により前記視認面に沿う方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。このような差動を用いれば、環境光等の影響を自動的に補正することができる。
本発明において、前記検出光出射空間を介さずに前記光検出部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源のうち、一部の検出用光源と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた結果により前記視認面に沿う方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。このような差動を用いれば、環境光等の影響を自動的に補正することができる。
本発明において、前記位置検出部は、前記4つ以上の検出用光源の全てが同時、あるいは順次点灯したときの前記光検出部での受光結果に基づいて前記視認面に対する法線方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検出光が視認されないので、情報の視認を検出光が妨げないという利点がある。
本発明を適用した位置検出機能付き機器は、例えば、以下の機器として構成することができる。
本発明において、前記視認面構成部材は、前記情報としての画像を表示する直視型画像生成装置である構成を採用でき、この場合、前記視認面は、前記直視型画像生成装置において前記画像が表示される画像表示面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付き直視型表示装置として構成することができる。
本発明において、前記視認面構成部材はスクリーンである構成を採用でき、この場合、前記視認面は、スクリーンにおいて情報が視認されるスクリーン面である。
ここで、前記スクリーンに対して前記視認面側とは反対側に前記検出用光源および前記光検出部が配置さ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、位置検出機能付き機器を位置検出機能付きスクリーン装置として構成することができる。
本発明において、前記スクリーンに対して前記視認面側に、前記スクリーンに向けて画像を投射する画像投射装置を備え、当該画像投射装置に前記検出用光源および前記光検出部が配置されている構成を採用することもできる。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付き投射型表示装置として構成することができる。
本発明において、前記視認面構成部材は、情報としての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、前記視認面は、前記透光部材において前記展示品が配置される側とは反対側で当該展示品が視認される面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器を位置検出機能付きウインドウ等として構成することができる。
本発明において、前記視認面構成部材は、移動する遊技用媒体を支持する基盤である構成を採用することができ、この場合、前記視認面は、前記基盤において当該基盤と前記遊技用媒体との相対位置が情報として視認される側の面である。かかる構成によれば、位置検出機能付き機器をパチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器として構成することができる。
次に、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、互いに交差する軸をX軸、Y軸およびZ軸とし、検出光の出射方向を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側として示してある。また、以下の説明では、図17に示す構成との対応がわかりやすいように、対応する構成要素については同一の符号を付して説明する。
[実施の形態1]
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器の主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出機能付き機器の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器の光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器の主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出機能付き機器の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および位置検出機能付き機器に用いた光学式位置検出装置の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器の光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図である。
図1および図2において、本形態の位置検出機能付き機器1は、情報が視認される視認面41を備えた視認面構成部材40と、視認面構成部材40に対して視認面41側(Z軸方向の一方側Z1)に位置する対象物体Obの位置を検出する光学式位置検出装置10とを有しており、後述する位置検出装置付き表示装置等として利用される。
光学式位置検出装置10は、Z軸方向の一方側Z1に向けて検出光L2を出射する複数の検出用光源12を備えた光源装置11と、対象物体Obで反射した検出光L3を検出する光検出部30とを備えている。視認面構成部材40は、検出用光源12および光検出部30に対してZ軸方向の一方側Z1に位置するシート状あるいは板状の透光部材からなる。従って、検出用光源12は、視認面構成部材40において視認面41側とは反対側の裏面42側から視認面41側に検出光L2を出射し、光検出部30は、対象物体Obで反射して視認面構成部材40の裏面42側に透過してきた検出光L3を検出する。このため、光検出部30の受光部31は、部材の裏面42に対向している。
本形態において、光源装置11は、複数の検出用光源12として、4つ以上の検出用光源を備えており、本形態において、検出用光源12の数は4つである。より具体的には、光源装置11は、複数の検出用光源12として、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dを備えており、これらの検出用光源12はいずれも、発光部120a〜120dを部材に向けている。従って、検出用光源12から出射された検出光L2は、部材を透過して、視認面41側(光源装置11からの検出光L2の出射空間)に出射され、本形態では、かかる出射空間(視認面41側の空間)によって、対象物体Obの位置が検出される検出空間10Rが構成されている。
第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、検出空間10R(Z軸方向)からみたとき、光検出部30の中心光軸の周りにこの順に配置されている。
また、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30を中心に等角度間隔に配置されている。すなわち、光検出部30と第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dとを各々直線で結んだときの中心角を以下
ΘAB=第1検出用光源12A、光検出部30、第2検出用光源12Bが成す角度
ΘBC=第2検出用光源12B、光検出部30、第3検出用光源12Cが成す角度
ΘCD=第3検出用光源12C、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
ΘAD=第1検出用光源12A、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘAB=ΘBC=ΘCD=ΘAD=90°
に設定されている。
ΘAB=第1検出用光源12A、光検出部30、第2検出用光源12Bが成す角度
ΘBC=第2検出用光源12B、光検出部30、第3検出用光源12Cが成す角度
ΘCD=第3検出用光源12C、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
ΘAD=第1検出用光源12A、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘAB=ΘBC=ΘCD=ΘAD=90°
に設定されている。
ここで、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、検出空間10R(Z軸方向)からみたとき、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離は相違している。
より具体的には、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離を各々、r1、r2、r3、r4としたとき、距離r1、r2、r3、r4は、以下の条件
r4<r1<r2<r3
に設定されている。
r4<r1<r2<r3
に設定されている。
また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線とは、非平行であり、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線とは、非平行である。
本形態において、検出用光源12はいずれも、LED(発光ダイオード)等の発光素子により構成され、本形態において、検出用光源12はいずれも、ピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる検出光L2(検出光L2a〜L2d)を発散光として放出する。
また、光源装置11は、光検出部30に発光部120rを向けた参照用光源12Rも備えている。参照用光源12Rも、検出用光源12と同様、LED(発光ダイオード)等により構成され、参照用光源12Rは、ピーク波長が840〜1000nmに位置する赤外光からなる参照光Lrを発散光として放出する。但し、参照用光源12Rから出射される参照光Lrは、参照用光源12Rの向きや、参照用光源12Rに設けられる遮光カバー(図示せず)等によって、部材の視認面41側(検出空間10R)に入射せず、検出空間10Rを介さずに光検出部30に入射するようになっている。
光検出部30は、部材に受光部31を向けたフォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、光検出部30は赤外域の感度ピークを備えたフォトダイオードである。
(位置検出部等の構成)
図2に示すように、光源装置11は複数の検出用光源12を駆動する光源駆動部14を備えている。光源駆動部14は、検出用光源12および参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140と、光源駆動回路140を介して複数の検出用光源12および参照用光源12Rの各々の点灯パターン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、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを駆動する光源駆動回路140a〜140dと、参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140rとを備えている。光源制御部145は、光源駆動回路140a〜140d、140rの全てを制御する。
図2に示すように、光源装置11は複数の検出用光源12を駆動する光源駆動部14を備えている。光源駆動部14は、検出用光源12および参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140と、光源駆動回路140を介して複数の検出用光源12および参照用光源12Rの各々の点灯パターン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、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを駆動する光源駆動回路140a〜140dと、参照用光源12Rを駆動する光源駆動回路140rとを備えている。光源制御部145は、光源駆動回路140a〜140d、140rの全てを制御する。
光検出部30には位置検出部50が電気的に接続されており、光検出部30での検出結果は位置検出部50に出力される。位置検出部50は、光検出部30での検出結果に基づいて対象物体Obの位置を検出するための信号処理部55を備えており、かかる信号処理部55は、増幅器や比較器等を備えている。また、位置検出部50は、対象物体ObのX座標(視認面41に沿う方向の位置)を検出するX座標検出部51と、対象物体ObのY座標(視認面41に沿う方向の位置)を検出するY座標検出部52と、対象物体ObのZ座標(視認面41の法線方向の位置)を検出するZ座標検出部53とを備えている。このように構成した位置検出部50と光源駆動部14とは連動して動作し、後述する位置検出や位置検出を行なう。
(差動を利用した座標検出の原理)
図3は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10で用いた座標検出の基本原理を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、対象物体Obの位置と光検出部30での受光強度との関係を模式的に示す説明図、および検出部30での受光強度が等しくなるように検出光L2の出射強度を調整する様子を模式的に示す説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において差動により求めた複数の結果から対象物体ObのX座標およびY座標を特定する方法を示す説明図である。
図3は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10で用いた座標検出の基本原理を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、対象物体Obの位置と光検出部30での受光強度との関係を模式的に示す説明図、および検出部30での受光強度が等しくなるように検出光L2の出射強度を調整する様子を模式的に示す説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において差動により求めた複数の結果から対象物体ObのX座標およびY座標を特定する方法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、図3〜図5を参照して以下に説明するように、位置検出部50は、検出用光源12同士の差動、あるいは検出用光源12と参照用光源12Rとの差動により、2つの検出用光源12のうちの一方の検出用光源12と対象物体Obとの距離と、他方の検出用光源12と対象物体Obとの距離の比を求め、かかる比に基づいて、対象物体Obの位置を検出する。
本形態の光学式位置検出装置10において、視認面構成部材40の視認面41側(光源装置11からの検出光L2の出射側の空間)には検出空間10Rが設定されている。また、2つの検出用光源12、例えば、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12CはX軸方向およびY軸方向で離間している。このため、第1検出用光源12Aが点灯して検出光L2aを出射すると、検出光L2aは、図3(a)に示すように、一方側から他方側に向けて強度が単調減少する第1光強度分布L2Gaを形成する。また、第3検出用光源12Cが点灯して検出光L2cを出射すると、検出光L2cは、視認面構成部材40を透過して視認面41側(検出空間10R)に、一方側から他方側に向けて強度が単調増加する第2光強度分布L2Gcを形成する。
このような検出光L2a、L2cの差動を利用して対象物体Obの位置情報を得るには、図3(a)に示すように、まず、第1検出用光源12Aを点灯させる一方、第3検出用光源12Cを消灯させ、一方側から他方側に向かって強度が単調減少していく第1光強度分布L2Gaを形成する。また、第1検出用光源12Aを消灯させる一方、第3検出用光源12Cを点灯させ、一方側から他方側に向かって強度が単調増加していく第2光強度分布L2Gcを形成する。従って、検出空間10Rに対象物体Obが配置されると、対象物体Obにより検出光L2が反射され、その反射光の一部が光検出部30により検出される。その際、対象物体Obでの反射強度は、対象物体Obが位置する個所での検出光L2の強度に比例し、光検出部30での受光強度は対象物体Obでの反射強度に比例する。従って、光検出部30での受光強度は、対象物体Obの位置に対応する値となる。それ故、図3(b)に示すように、第1光強度分布L2Gaを形成した際の光検出部30での検出値LGaと、第2光強度分布L2Gcを形成した際の光検出部30での検出値LGcとが等しくなるように、第1検出用光源12Aに対する制御量(駆動電流)を調整した際の駆動電流と、第3検出用光源12Cに対する制御量(駆動電流)を調整した際の駆動電流との比や調整量の比等を用いれば、XY平面内において対象物体Obが第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとの間のいずれの位置に存在するかを検出できることになる。
かかるモデルを数理的に説明する。まず、各パラメーターを以下
T=対象物体Obの反射率
At=第1検出用光源12Aから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
A=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第1検出用光源12Aが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Ct=第3検出用光源12Cから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
C=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第3検出用光源12Cが
点灯したときの光検出部30の検出強度
とする。なお、第1検出用光源12Aおよび第3検出用光源12Cの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を1とする。また、上記の差動において、光検出部30での受光強度が等しくなったときの第1検出用光源12Aに対する駆動電流をIAとし、第3検出用光源12Cに対する駆動電流をICとする。
T=対象物体Obの反射率
At=第1検出用光源12Aから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
A=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第1検出用光源12Aが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Ct=第3検出用光源12Cから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
C=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第3検出用光源12Cが
点灯したときの光検出部30の検出強度
とする。なお、第1検出用光源12Aおよび第3検出用光源12Cの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を1とする。また、上記の差動において、光検出部30での受光強度が等しくなったときの第1検出用光源12Aに対する駆動電流をIAとし、第3検出用光源12Cに対する駆動電流をICとする。
また、検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
A=T×At×IA+環境光 ・・式(1)
C=T×Ct×IC+環境光 ・・式(2)
の関係が得られる。
A=T×At×IA+環境光 ・・式(1)
C=T×Ct×IC+環境光 ・・式(2)
の関係が得られる。
ここで、差動の際の光検出部30の検出強度は等しいことから、式(1)、(2)から下式
T×At×IA+環境光=T×Ct×IC+環境光
T×At×IA=T×Ct×IC・・式(3)
が導かれる。
T×At×IA+環境光=T×Ct×IC+環境光
T×At×IA=T×Ct×IC・・式(3)
が導かれる。
また、距離関数At、Ctの比PACは、下式
PAC=At/Ct・・式(4)
で定義されることから、式(3)、(4)から、比PACは
PAC=IC/IA・・式(5)
で示すように表される。かかる式(5)では、環境光の項、対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Ctの比PACには、環境光、対象物体Obの反射率が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Obで反射せずに入射した検出光L2の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。
PAC=At/Ct・・式(4)
で定義されることから、式(3)、(4)から、比PACは
PAC=IC/IA・・式(5)
で示すように表される。かかる式(5)では、環境光の項、対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Ctの比PACには、環境光、対象物体Obの反射率が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Obで反射せずに入射した検出光L2の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。
ここで、検出用光源12は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の2乗に反比例する。従って、第1検出用光源12Aと対象物体Obとの離間距離P1と、第3検出用光源12Cと対象物体Obとの離間距離P2との比は、下式
PAC=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、対象物体Obは、図4に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q11をP1:P2で分割した位置を通る等比線R11上に対象物体Obが存在することがわかる。
PAC=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、対象物体Obは、図4に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q11をP1:P2で分割した位置を通る等比線R11上に対象物体Obが存在することがわかる。
同様に、第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとを差動させて、第2検出用光源12Bと対象物体Obとの距離と、第4検出用光源12Dと対象物体Obとの距離の比を求めれば、第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q12を距離の比で分割した位置を通る等比線R12上に対象物体Obが存在することがわかる。
さらに、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを差動させれば、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線Q13を所定の比で分割した位置を通る等比線R13を求めることができる。また、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを差動させれば、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q14を所定の比で分割した位置を通る等比線R14を求めることができる。また、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを差動させれば、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q15を所定の比で分割した位置を通る等比線R15を求めることができる。また、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを差動させれば、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q16を所定の比で分割した位置を通る等比線R16を求めることができる。なお、図4は、本形態で採用した原理を幾何学的に示したものであり、実際には、得られたデータを用いて計算を行う。
かかる構成によれば、対象物体Obの位置を特定するための情報量が多いため、差動により得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Obの位置検出精度を高めることができることになる。
(参照光Lrと検出光L2との差動)
図5は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、参照光Lrと検出光L2との差動を利用して対象物体Obの位置を検出する原理を示す説明図であり、図5(a)、(b)は、検出用光源12から対象物体Obまでの距離と検出光L2等の受光強度との関係を示す説明図、および光源への駆動電流を調整した後の様子を示す説明図である。
図5は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、参照光Lrと検出光L2との差動を利用して対象物体Obの位置を検出する原理を示す説明図であり、図5(a)、(b)は、検出用光源12から対象物体Obまでの距離と検出光L2等の受光強度との関係を示す説明図、および光源への駆動電流を調整した後の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においては、検出光L2aと検出光L2cとの直接的な差動に代えて、検出光L2aと参照光Lrとの差動と、検出光L2cと参照光Lrとの差動とを利用し、最終的に図3(a)、(b)を参照して説明した原理と同様な結果を導く。ここで、検出光L2aと参照光Lrとの差動、および検出光L2cと参照光Lrとの差動は、以下のようにして実行される。
図5(a)に示すように、検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態においては、第1検出用光源12Aから対象物体Obまで距離と、光検出部30での検出光L2aの受光強度Daとは、実線SAで示すように単調に変化する。これに対して、参照用光源12Rから出射された参照光Lrの光検出部30での検出強度は、実線SRで示すように、対象物体Obの位置にかかわらず、一定である。従って、光検出部30での検出光L2aの受光強度Daと、光検出部30での参照光Lrの検出強度Drとは、相違している。
次に、図5(b)に示すように、第1検出用光源12Aに対する駆動電流、および参照用光源12Rに対する駆動電流のうちの少なくとも一方を調整し、光検出部30での検出光L2aの受光強度Daと、参照光Lrの光検出部30での検出強度Drとを一致させる。このような差動は、参照光Lrと検出光L2aとの間で行なわれるとともに、参照光Lrと検出光L2cとの間でも行なわれる。従って、光検出部30での検出光L2a、L2c(対象物体Obで反射した検出光L3a、L3c)の検出結果と、光検出部30での参照光Lrの検出結果とが等しくなった時点での第1検出用光源12Aに対する駆動電流と、第3検出用光源12Cに対する駆動電流との比を求めることができる。それ故、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとの間のいずれの位置に対象物体Obが存在するかを検出できることになる。
上記の検出原理を光路関数を用いて数理的に説明すると、以下のようになる。まず、各パラメーターを以下
T=対象物体Obの反射率
At=第1検出用光源12Aから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
A=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第1検出用光源12Aが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Ct=第3検出用光源12Cから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
C=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第3検出用光源12Cが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Rs=参照用光源12Rから光検出部30に到る光路係数
R=参照用光源12Rのみが点灯したときの光検出部30の検出強度
とする。なお、第1検出用光源12A、第3検出用光源12Cおよび参照用光源12Rの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を1とする。また、上記の差動において、光検出部30での受光強度が等しくなったときの第1検出用光源12Aに対する駆動電流をIAとし、第3検出用光源12Cに対する駆動電流をICとし、参照用光源12Rに対する駆動電流をIRとする。また、差動の際、参照用光源12Rのみが点灯したときの光検出部30の検出強度については、第1検出用光源12Aとの差動と、第3検出用光源12Cとの差動とにおいて同一と仮定する。
T=対象物体Obの反射率
At=第1検出用光源12Aから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
A=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第1検出用光源12Aが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Ct=第3検出用光源12Cから出射された検出光L2が対象物体Obで反射して
光検出部30に到る距離関数
C=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第3検出用光源12Cが
点灯したときの光検出部30の検出強度
Rs=参照用光源12Rから光検出部30に到る光路係数
R=参照用光源12Rのみが点灯したときの光検出部30の検出強度
とする。なお、第1検出用光源12A、第3検出用光源12Cおよび参照用光源12Rの発光強度は、駆動電流と発光係数との積で表されるが、以下の説明では、発光係数を1とする。また、上記の差動において、光検出部30での受光強度が等しくなったときの第1検出用光源12Aに対する駆動電流をIAとし、第3検出用光源12Cに対する駆動電流をICとし、参照用光源12Rに対する駆動電流をIRとする。また、差動の際、参照用光源12Rのみが点灯したときの光検出部30の検出強度については、第1検出用光源12Aとの差動と、第3検出用光源12Cとの差動とにおいて同一と仮定する。
検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で、前記した差動を行なうと、
A=T×At×IA+環境光 ・・式(6)
C=T×Ct×IC+環境光 ・・式(7)
R=Rs×IR+環境光 ・・式(8)
の関係が得られる。
A=T×At×IA+環境光 ・・式(6)
C=T×Ct×IC+環境光 ・・式(7)
R=Rs×IR+環境光 ・・式(8)
の関係が得られる。
ここで、差動の際の光検出部30の検出強度は等しいことから、式(6)、(8)から下式
T×At×IA+環境光=Rs×IR+環境光
T×At×IA=Rs×IR
T×At=Rs×IR/IA・・式(9)
が導かれ、式(7)、(8)から下式
T×Ct×IC+環境光=Rs×IR+環境光
T×Ct×IC=Rs×IR
T×Ct=Rs×IR/IC・・式(10)
が導かれる。
T×At×IA+環境光=Rs×IR+環境光
T×At×IA=Rs×IR
T×At=Rs×IR/IA・・式(9)
が導かれ、式(7)、(8)から下式
T×Ct×IC+環境光=Rs×IR+環境光
T×Ct×IC=Rs×IR
T×Ct=Rs×IR/IC・・式(10)
が導かれる。
また、距離関数At、Ctの比PACは、下式
PAC=At/Ct・・式(11)
で定義されることから、式(9)、(10)から、比PACは
PAC=IC/IA・・式(12)
で示すように表される。かかる式(12)では、環境光の項、対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Ctの比PACには、環境光や、対象物体Obの反射率が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Obで反射せずに入射した検出光L2の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。また、参照用光源12Rに対する駆動電流IRについては、第1検出用光源12Aとの差動と、第3検出用光源12Cとの差動とにおいて異なる値であっても、略同様な方法で比PACを求めることができる。
PAC=At/Ct・・式(11)
で定義されることから、式(9)、(10)から、比PACは
PAC=IC/IA・・式(12)
で示すように表される。かかる式(12)では、環境光の項、対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Ctの比PACには、環境光や、対象物体Obの反射率が影響しない。なお、上記の数理モデルについては、対象物体Obで反射せずに入射した検出光L2の影響等を相殺するための補正を行なってもよい。また、参照用光源12Rに対する駆動電流IRについては、第1検出用光源12Aとの差動と、第3検出用光源12Cとの差動とにおいて異なる値であっても、略同様な方法で比PACを求めることができる。
ここで、検出用光源12は点光源であり、ある地点での光強度は、光源からの距離の2乗に反比例する。従って、第1検出用光源12Aと対象物体Obとの離間距離P1と、第3検出用光源12Cと対象物体Obとの離間距離P2との比は、下式
PAC=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、対象物体Obは、図4に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q12をP1:P2で分割した位置を通る等比線R11上に対象物体Obが存在することがわかる。
PAC=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、対象物体Obは、図4に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q12をP1:P2で分割した位置を通る等比線R11上に対象物体Obが存在することがわかる。
そこで、本形態では、第1検出用光源12Aと参照用光源12Rとの差動、第2検出用光源12Bと参照用光源12Rとの差動、第3検出用光源12Cと参照用光源12Rとの差動、第4検出用光源12Dと参照用光源12Rとの差動を順次行い、各距離関数の比を求める。従って、第1検出用光源12Aと対象物体Obとの離間距離、第2検出用光源12Bと対象物体Obとの離間距離、第3検出用光源12Cと対象物体Obとの離間距離、および第4検出用光源12Dと対象物体Obとの離間距離の比がわかる。それ故、図4を参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ObのX座標およびY座標を検出することができる。なお、図4は、本形態で採用した原理を幾何学的に示したものであり、実際には、得られたデータを用いて計算を行う。
かかる構成によれば、対象物体Obの位置を特定するための情報量が多いため、差動により得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Obの位置検出精度を高めることができることになる。
(差動のための位置検出部50の構成例)
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、位置検出部50で行なわれる処理内容等を示す説明図である。
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において、位置検出部50で行なわれる処理内容等を示す説明図である。
上記の差動を実施するにあたっては、位置検出部50としてマイクロプロセッサーユニット(MPU)を用い、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、図6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。なお、図6には、図5を参照して説明した差動を示してあるが、参照用光源12Rを第2検出用光源12Bに置き換えれば、図3を参照して説明した差動に適用することができる。
図6(a)に示すように、本形態の光学式位置検出装置10において、光源駆動回路140は、可変抵抗111を介して第1検出用光源12Aに所定電流値の駆動パルスを印加する一方、可変抵抗112および反転回路113を介して参照用光源12Rに所定電流値の駆動パルスを印加する。このため、第1検出用光源12Aと参照用光源12Rには逆相の駆動パルスが印加されるので、第1検出用光源12Aと参照用光源12Rとは交互に点灯することになる。そして、第1検出用光源12Aが点灯した時、検出光L2aのうち、対象物体Obで反射した光は光検出部30で受光され、参照用光源12Rが点灯した時、参照光Lrが光検出部30で受光される。光強度信号生成回路150において、光検出部30には、1kΩ程度の抵抗30rが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Vbが印加されている。
かかる光強度信号生成回路150において、光検出部30と抵抗30rとの接続点Q1には、位置検出部50が電気的に接続されている。光検出部30と抵抗30rとの接続点Q1から出力される検出信号Vcは、下式
Vc=V30/(V30+抵抗30rの抵抗値)
V30:光検出部30の等価抵抗
で表される。従って、環境光Lcが光検出部30に入射しない場合と、環境光Lcが光検出部30に入射している場合とを比較すると、環境光Lcが光検出部30に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
Vc=V30/(V30+抵抗30rの抵抗値)
V30:光検出部30の等価抵抗
で表される。従って、環境光Lcが光検出部30に入射しない場合と、環境光Lcが光検出部30に入射している場合とを比較すると、環境光Lcが光検出部30に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
位置検出部50は概ね、位置検出用信号抽出回路190、位置検出用信号分離回路170、および発光強度補償指令回路180を備えている。位置検出用信号抽出回路190は、1nF程度のキャパシタからなるフィルター192を備えており、かかるフィルター192は、光検出部30と抵抗30rとの接続点Q1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192によって、光検出部30と抵抗30rとの接続点Q1から出力された検出信号Vcからは、光検出部30による位置検出信号Vdのみが抽出される。すなわち、検出光L2aおよび参照光Lrは変調されているのに対して、環境光Lc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Lcに起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター192によって除去される。
また、位置検出用信号抽出回路190は、フィルター192の後段に、220kΩ程度の帰還抵抗194を備えた加算回路193を有しており、フィルター192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として位置検出用信号分離回路170に出力される。
位置検出用信号分離回路170は、第1検出用光源12A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なうスイッチ171と、比較器172と、比較器172の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ173とを備えている。このため、位置検出信号Vsが位置検出用信号分離回路170に入力されると、位置検出用信号分離回路170から発光強度補償指令回路180には、第1検出用光源12Aが点灯した時の位置検出信号Vsの実効値Veaと、参照用光源12Rが点灯した時の位置検出信号Vsの実効値Vebとが交互に出力される。
発光強度補償指令回路180は、実効値Vea、Vebを比較して、図6(b)に示す処理を行ない、位置検出信号Vsの実効値Veaと位置検出信号Vsの実効値Vebとが同一レベルとなるように光源駆動回路140に制御信号Vfを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路180は、位置検出信号Vsの実効値Veaと位置検出信号Vsの実効値Vebとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、位置検出信号Vsの実効値Veaが位置検出信号Vsの実効値Vebより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗111の抵抗値を下げさせて第1検出用光源12Aからの出射光量を高める。また、位置検出信号Vsの実効値Vebが位置検出信号Vsの実効値Veaより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗112の抵抗値を下げさせて参照用光源12Rからの出射光量を高める。
このようにして、光学式位置検出装置10では位置検出部50の発光強度補償指令回路180によって、第1検出用光源点灯動作中および参照用光源点灯動作中での光検出部30による検出量が同一となるように、第1検出用光源12Aおよび参照用光源12Rの制御量(駆動電流)を制御する。従って、発光強度補償指令回路180には、第1検出用光源点灯動作中および参照用光源点灯動作中での光検出部30による検出量が同一となるような第1検出用光源12Aおよび参照用光源12Rに対する駆動電流に関する情報が存在し、かかる情報は、位置検出信号Vgとして位置検出部50に出力される。
同様な処理は、第2検出用光源12Bと参照用光源12Rとの間でも行なわれ、発光強度補償指令回路180から出力される位置検出用信号Vgは、第2検出用光源点灯動作中および参照用光源点灯動作中での光検出部30による検出量が同一となるような第2検出用光源12Bおよび参照用光源12Rに対する駆動電流に関する情報である。
(Z座標の検出)
本形態の光学式位置検出装置10において、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dが同時に点灯すると、視認面構成部材40の視認面41側(検出空間10R)には、視認面41に対する法線方向で強度が単調減少するZ座標検出用光強度分布が形成される。かかるZ座標検出用光強度分布では、視認面構成部材40の視認面41から離間するに従って強度が単調に低下する。従って、位置検出部50のZ座標検出部53では、参照用光源12Rと第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dとを交互に点灯させたときの光検出部30での検出値の差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。また、位置検出部50のZ座標検出部53では、参照用光源12Rと第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dとを交互に点灯させたときの光検出部30での検出値が等しくなったときの参照用光源12Rに対する駆動電流と第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。さらに、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを順次点灯させた際と参照用光源12Rを点灯させたときの光検出部30での検出値との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。さらにまた、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを順次点灯させた際と参照用光源12Rを点灯させたときに光検出部30での検出値が等しくなったときの参照用光源12Rに対する駆動電流と検出用光源12A、12Bに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。いずれの場合も、かかるZ座標については、対象物体ObのXY座標によって補正を加えることもある。
本形態の光学式位置検出装置10において、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dが同時に点灯すると、視認面構成部材40の視認面41側(検出空間10R)には、視認面41に対する法線方向で強度が単調減少するZ座標検出用光強度分布が形成される。かかるZ座標検出用光強度分布では、視認面構成部材40の視認面41から離間するに従って強度が単調に低下する。従って、位置検出部50のZ座標検出部53では、参照用光源12Rと第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dとを交互に点灯させたときの光検出部30での検出値の差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。また、位置検出部50のZ座標検出部53では、参照用光源12Rと第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dとを交互に点灯させたときの光検出部30での検出値が等しくなったときの参照用光源12Rに対する駆動電流と第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。さらに、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを順次点灯させた際と参照用光源12Rを点灯させたときの光検出部30での検出値との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。さらにまた、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dを順次点灯させた際と参照用光源12Rを点灯させたときに光検出部30での検出値が等しくなったときの参照用光源12Rに対する駆動電流と検出用光源12A、12Bに対する駆動電流との差や比に基づいて対象物体ObのZ座標を検出することができる。いずれの場合も、かかるZ座標については、対象物体ObのXY座標によって補正を加えることもある。
また、第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dに対してZ軸方向で離間する検出用光源を設けてZ座標を検出してもよく、この場合も、X座標を検出したのと同様な差動を利用してZ座標を検出することができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10では、光源駆動部14は、4つの検出用光源12を順次点灯させ、その間、光検出部30は、対象物体Obで反射した検出光L3を受光する。従って、光検出部30での検出結果を直接、あるいは光検出部30を介して2つの検出用光源12を差動させたときの駆動電流を用いれば、位置検出部50は、対象物体Obの位置(X座標およびY座標)を検出することができる。
以上説明したように、本形態の位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10では、光源駆動部14は、4つの検出用光源12を順次点灯させ、その間、光検出部30は、対象物体Obで反射した検出光L3を受光する。従って、光検出部30での検出結果を直接、あるいは光検出部30を介して2つの検出用光源12を差動させたときの駆動電流を用いれば、位置検出部50は、対象物体Obの位置(X座標およびY座標)を検出することができる。
ここで、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、検出空間10R(Z軸方向)からみたとき、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離は相違している。
このため、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとの差動、および第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとの差動の中心がずれているので、広い範囲にわたって高い検出精度を得ることができる。
また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線Q13と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q15とは、非平行である。従って、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向とが相違する。また、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q16と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q14とは、非平行である。従って、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向とが相違する。
それ故、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dを用いた測定の頻度を増大させても重複した測定を行なうことがない。よって、本形態の光学式位置検出装置10によれば、測定頻度を高めた分だけ、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる。
また、本形態では、2つの検出用光源12での差動、あるいは検出用光源12と参照用光源12Rとの差動を利用しているため、環境光等の影響を自動的に補正することができる。さらに、検出光L2は赤外光であるため、視認されない。従って、本形態の光学式位置検出装置10を表示装置に適用した場合でも表示を妨げない等、光学式位置検出装置10を各種機器に用いることができる。
[実施の形態2]
図7は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10の主要部を模式的に示す説明図であり、図2(a)、(b)は、位置検出機能付き機器1の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および光学式位置検出装置10の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図8は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において差動により求めた複数の結果から対象物体ObのX座標およびY座標を特定する方法を示す説明図である。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7は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10の主要部を模式的に示す説明図であり、図2(a)、(b)は、位置検出機能付き機器1の構成要素の立体的な配置を示す説明図、および光学式位置検出装置10の構成要素の平面的な配置を示す説明図である。図8は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10において差動により求めた複数の結果から対象物体ObのX座標およびY座標を特定する方法を示す説明図である。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7において、本形態の位置検出機能付き機器1の光学式位置検出装置10も、実施の形態1と同様、光源装置11は、複数の検出用光源12として、4つ以上の検出用光源を備えており、本形態において、検出用光源12の数は4つである。より具体的には、光源装置11は、複数の検出用光源12として、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dを備えており、これらの検出用光源12はいずれも、発光部120a〜120dを部材に向けている。
ここで、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、検出空間10R(Z軸方向)からみたとき、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離は相違している。
より具体的には、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離を各々、r1、r2、r3、r4としたとき、距離r1、r2、r3、r4は、以下の条件
r4<r1<r2<r3
に設定されている。
r4<r1<r2<r3
に設定されている。
また、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30を中心に不等な角度間隔に配置されている。すなわち、光検出部30と第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dとを各々直線で結んだときの中心角を以下
ΘAB=第1検出用光源12A、光検出部30、第2検出用光源12Bが成す角度
ΘBC=第2検出用光源12B、光検出部30、第3検出用光源12Cが成す角度
ΘCD=第3検出用光源12C、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
ΘAD=第1検出用光源12A、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADのうちの1つの角度は他の角度と相違している。本形態では、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは全てが相違しており、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘCD<ΘAD<ΘAB<ΘBC
に設定されている。
ΘAB=第1検出用光源12A、光検出部30、第2検出用光源12Bが成す角度
ΘBC=第2検出用光源12B、光検出部30、第3検出用光源12Cが成す角度
ΘCD=第3検出用光源12C、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
ΘAD=第1検出用光源12A、光検出部30、第4検出用光源12Dが成す角度
にように定義したとき、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADのうちの1つの角度は他の角度と相違している。本形態では、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは全てが相違しており、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADは以下の関係
ΘCD<ΘAD<ΘAB<ΘBC
に設定されている。
また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線とは、非平行であり、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線とは、非平行である。
このような構成の光学式位置検出装置10でも、実施の形態1と同様、位置検出用光源12同士の差動や、位置検出用光源12と参照用光源12Rとの差動を利用すれば、図8に示すように、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q11を比PACで分割した位置を通る等比線R11上に対象物体Obが存在することがわかる。また、第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線を比PBDで分割した位置を通る等比線R12上に対象物体Obが存在することがわかる。さらに、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bと結ぶ仮想線Q13を所定の比で分割した位置を通る等比線R13を求めることができ、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q14を所定の比で分割した位置を通る等比線R14を求めることができる。また、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q15を所定の比で分割した位置を通る等比線R15を求めることができ、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q16を所定の比で分割した位置を通る等比線R16を求めることができる。
かかる構成によれば、対象物体Obの位置を特定するための情報量が多いため、差動により得られた複数の結果全部を平均する等の手法を用いれば、対象物体Obの位置検出精度を高めることができることになる。
ここで、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、検出空間10R(Z軸方向)からみたとき、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離は相違している。また、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30を中心に不等な角度間隔に配置されている。このため、第1検出用光源12Aと第3検出用光源12Cとの差動、および第2検出用光源12Bと第4検出用光源12Dとの差動の中心がずれているので、広い範囲にわたって高い検出精度を得ることができる。
また、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線Q13と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q15とは、非平行である。従って、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向とが相違する。また、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q16と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q14とは、非平行である。従って、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを用いて対象物体Obの位置を検出した方向とが相違する。それ故、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dを用いた測定の頻度を増大させても重複した測定を行なうことがない。よって、本形態の光学式位置検出装置10によれば、測定頻度を高めた分だけ、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる等、実施の形態1と同様な効果を奏する。
[光学式位置検出装置10の変形例]
上記実施の形態1、2では、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離を相違させるにあたって、全ての距離を相違させたが、1つの距離が他の距離と相違している構成を採用してもよい。かかる構成の場合でも、図17(b)を参照して説明した構成に比して、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる。
上記実施の形態1、2では、第1検出用光源12Aと光検出部30との距離、第2検出用光源12Bと光検出部30との距離、第3検出用光源12Cと光検出部30との距離、および第4検出用光源12Dと光検出部30との距離を相違させるにあたって、全ての距離を相違させたが、1つの距離が他の距離と相違している構成を採用してもよい。かかる構成の場合でも、図17(b)を参照して説明した構成に比して、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる。
また、上記実施の形態2では、第1検出用光源12A、第2検出用光源12B、第3検出用光源12Cおよび第4検出用光源12Dは、光検出部30を中心に不等な角度間隔に配置するにあたって、角度ΘAB、ΘBC、ΘCD、ΘADの全てが相違している構成を採用したが、1つの角度が他の角度と相違している構成を採用してもよい。かかる構成の場合でも、図17(b)を参照して説明した構成に比して、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる。
また、上記実施の形態では、第1検出用光源12Aと第2検出用光源12Bとを結ぶ仮想線Q13と、第3検出用光源12Cと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q15とが非平行で、第1検出用光源12Aと第4検出用光源12Dとを結ぶ仮想線Q16と、第2検出用光源12Bと第3検出用光源12Cとを結ぶ仮想線Q14とが非平行であったが、一方のみが非平行であってもよい。かかる構成の場合でも、図17(b)を参照して説明した構成に比して、対象物体Obの位置検出精度を高めることができる。
上記実施の形態では、位置検出用光源12の同士を差動させる際、複数の位置検出用光源12のうちの1つと、他の1つとを交互に点灯させたが、複数の位置検出用光源12のうちの2つと、他の2つを交互に点灯させてもよい。
また、上記実施の形態では、位置検出用光源12と参照用光源12Rとを差動させる際、複数の位置検出用光源12のうちの1つと参照用光源12Rとを交互に点灯させたが、複数の位置検出用光源12のうちの2つと参照用光源12Rとを交互に点灯させた後、別の2つと参照用光源12Rとを交互に点灯させてもよい。
上記実施の形態では、検出用光源12が4つの例であったが、検出用光源の数は5つ以上であってもよく、この場合も、5つ以上の検出用光源のうちの4つの検出用光源が第1検出用光源12A〜第4検出用光源12Dとして、上記の構成を満たしていればよい。
[位置検出機能付き機器1の具体例1]
図9を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として直視型画像生成装置を用いて、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付き直視型表示装置として構成した例を説明する。
図9を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として直視型画像生成装置を用いて、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付き直視型表示装置として構成した例を説明する。
図9は、本発明を適用した位置検出機能付き直視型表示装置(位置検出機能付き機器1)の分解斜視図である。なお、本形態の位置検出機能付き直視型表示装置において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。
図9に示す位置検出機能付き直視型表示装置100は、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10と、画像生成装置としての液晶装置20(直視型表示装置/視認面構成部材40)を備えており、液晶装置20の一方の面によって情報が視認される視認面41が構成されている。本形態でも、光学式位置検出装置10は、対象物体Obの位置を検出する検出空間10Rに検出光L2を出射する位置検出用の光源装置11と、対象物体Obで反射した検出光L3を検出する光検出部30とを有しており、光源装置11は、複数の検出用光源12(第1検出用光源12A〜第4検出用光源12D)と、参照用光源12Rとを備えている。液晶装置20は、視認面41に画像表示領域20Rを備えており、かかる画像表示領域20Rは、Z軸方向からみたとき検出空間10Rと重なっている。
液晶装置20は、光源装置11に対して検出光L2の出射側に液晶パネル29を備えている。液晶パネル29は、透過型の液晶パネルであり、2枚の透光性基板21、22をシール材で貼り合わせ、基板間に液晶層を充填した構造を有している。液晶パネル29は、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、2枚の透光性基板21、22の一方側には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子(図示せず)が形成され、他方側には透光性の共通電極(図示せず)が形成されている。なお、画素電極および共通電極が同一の基板に形成されることもある。かかる液晶パネル29では、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶層の配向が制御される結果、画像表示領域20Rに画像が形成される。液晶パネル29において、一方の透光性基板21には、他方の透光性基板22の外形より周囲に張り出した基板張出部21tが設けられている。この基板張出部21tの表面上には駆動回路等を構成する電子部品25が実装されている。また、基板張出部21tには、フレキシブル配線基板(FPC)等の配線部材26が接続されている。なお、基板張出部21t上には配線部材26のみが実装されていてもよい。
液晶パネル29において、光源装置11が位置する側(検出光L2の入射側)には第1偏光板188が重ねて配置され、光源装置11が位置する側とは反対側(検出光L2の出射側)には第2偏光板189が重ねて配置されている。
このように構成した液晶装置20において、対象物体Obの位置を検出するためには、検出光L2を対象物体Obが位置する検出空間10Rに出射させる必要がある。また、液晶パネル29は、光強度分布変換用液晶装置16よりも検出空間10Rの側に配置されている。このため、液晶パネル29において、画像表示領域20Rは、検出光L2を透過可能に構成されている。
液晶装置20は、液晶パネル29を照明するための照明装置70を備えている。本形態において、照明装置70は、光源装置11より検出光L2の出射側に配置されている。照明装置70は、照明用光源71と、この照明用光源71から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板73とを備えており、照明用導光板73は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源71は、例えばLED(発光ダイオード)等の発光素子で構成され、駆動回路(図示せず)から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光L4を放出する。本形態において、照明用光源71は、照明用導光板73の辺部分73aに沿って複数、配列されている。
かかる照明装置70において、照明用光源71から出射された照明光は、照明用導光板73の辺部分73aから照明用導光板73の内部に入射した後、照明用導光板73の内部を反対側の外縁部73bに向けて伝播し、一方の表面である光出射部73sから出射される。ここで、照明用導光板73は、辺部分73a側から反対側の外縁部73bに向けて内部伝播光に対する光出射部73sからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板73の光出射部73s、または背面73tに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度等を上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分73aから入射した照明光L4は光出射部73sからほぼ均一に出射される。
液晶装置16において、照明装置70と液晶パネル29との間には光学シート60が配置されている。本形態においては、光学シート60として、第1プリズムシート61と、第2プリズムシート62、および光散乱板63が順に積層されている。なお、光学シート60には矩形枠状の遮光シート67が配置されており、かかる遮光シート67は検出光L2が漏れるのを防止する。
このように構成した位置検出機能付き直視型表示装置100では、検出用光源12は、液晶装置20(視認面構成部材40)において視認面41側とは反対側から視認面41側に位置する検出空間10Rに検出光L2を出射し、光検出部30は、対象物体Obで反射して液晶装置20を透過してきた検出光L3を検出する。従って、位置検出機能付き直視型表示装置100では、対象物体Obの位置を検出することができるので、液晶装置20で表示された画像を指先等の対象物体Obで指示すると、所定の情報入力を行なうことができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例2]
図10を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40としてスクリーンを用い、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付きスクリーン装置として構成した例を説明する。
図10を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40としてスクリーンを用い、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付きスクリーン装置として構成した例を説明する。
図10は、本発明を適用した位置検出機能付きスクリーン装置(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図10(a)、(b)は、位置検出機能付きスクリーン装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。
図10(a)、(b)に示す位置検出機能付きスクリーン装置8は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置250(画像生成装置)から画像が投射されるスクリーン80(視認面構成部材40)と、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10とを備えており、画像投射装置250は、筐体240の前面部241に設けられた投射レンズ系210から位置検出機能付きスクリーン装置8に向けて画像表示光Piを拡大投射する。従って、位置検出機能付きスクリーン装置8では、スクリーン80において画像が投射されるスクリーン面8aによって、情報が視認される視認面41が構成されている。
かかる位置検出機能付きスクリーン装置8において、光学式位置検出装置10は、スクリーン80の裏面8bの側に、検出光L2を出射する位置検出用の光源装置11と、対象物体Obで反射した検出光L3を検出する光検出部30とを備えており、光源装置11は、複数の検出用光源12(第1検出用光源12A〜第4検出用光源12D)と、参照用光源12Rとを備えている。このため、検出用光源12は、スクリーン80(視認面構成部材40)において視認面41側とは反対側から視認面41側に設定された検出空間10Rに検出光L2を出射することになる。また、光検出部30は、対象物体Obで反射してスクリーン80を透過してきた検出光L3を検出することになる。従って、スクリーン80として、検出光L2に対する透光性を備えているものが用いられている。より具体的には、スクリーン80は、スクリーン面8a側に白い塗料が塗ってある布地や、エンボス加工された白いビニール素材からなるホワイトスクリーンからなり、赤外光からなる検出光L2に対して透光を有している、スクリーン80としては、光の反射率を高めるために高銀色としたシルバースクリーン、スクリーン面8a側を構成する布地表面に樹脂加工を行なって光の反射率を高めたパールスクリーン、スクリーン面8a側に細かいガラス粉末が塗布して光の反射率を高めたピーススクリーンを用いることができ、このような場合も、スクリーン80は、赤外光からなる検出光L2に対して透光性を備えている。なお、スクリーン80は、表示される画像の品位を高めることを目的に、裏面8bに黒色の遮光層が形成される場合があり、このような場合、遮光層には、穴からなる透光部を複数形成しておく。
このように構成した位置検出機能付きスクリーン装置8において、検出空間10Rは、スクリーン装置8に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン装置8において画像投射装置200によって画像が投射される領域(画像表示領域20R)と重なっている。このため、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置8では、例えば、スクリーン80に投射された画像の一部に指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる対象物体Obの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
なお、本形態では、位置検出機能付きスクリーン装置8として、画像投射装置250から画像が投射される投射型表示装置用のスクリーン装置を説明したが、電子黒板用のスクリーンに光学式位置検出装置10を設けて電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置を構成してもよい。
[位置検出機能付き機器1の具体例2の変形例]
図11は、本発明を適用した別の位置検出機能付きスクリーン装置(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図11(a)、(b)は、位置検出機能付きスクリーン装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置は、図10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それらの説明を省略する。
図11は、本発明を適用した別の位置検出機能付きスクリーン装置(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図11(a)、(b)は、位置検出機能付きスクリーン装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きスクリーン装置は、図10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それらの説明を省略する。
図10に示す位置検出機能付きスクリーン装置8では、1枚のスクリーン80に対して1つの光学式位置検出装置10を設けたが、図11に示す位置検出機能付きスクリーン装置8では、1枚のスクリーン80に対して複数の光学式位置検出装置10が設けられており、複数の光学式位置検出装置10は各々、スクリーン80の異なる領域の対象物体Obの位置を検出する。その他の構成は、図10を参照して説明した構成と同様である。
本形態によれば、スクリーン80の異なる領域を複数の光学式位置検出装置10が分担して対象物体Obの位置を検出するため、広いスクリーン80の全体にわたって対象物体Obの位置を高い精度で検出することができる。また、複数の光学式位置検出装置10は各々、検出用光源12および光検出部30を備えているため、スクリーン80に対して複数の対象物体Obが存在する場合でも、複数の対象物体Obの各々の位置を検出することができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例3]
図12を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40としてのスクリーンを用い、スクリーンと画像投射装置とによって位置検出機能付き投射型表示装置を構成した例を説明する。
図12を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40としてのスクリーンを用い、スクリーンと画像投射装置とによって位置検出機能付き投射型表示装置を構成した例を説明する。
図12は、本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図12(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。
図12(a)、(b)に示す位置検出機能付き投射型表示装置200は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置250(画像生成装置)と、画像投射装置250から画像が投射されるスクリーン80(視認面構成部材40)と、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10とを備えている。画像投射装置200は、筐体250の前面部201に設けられた投射レンズ系210からスクリーン装置8に向けて画像表示光Piを拡大投射する。かかる投射型表示装置200では、スクリーン80において画像が投射されるスクリーン面8aによって、情報が視認される視認面41が構成されている。
かかる位置検出機能付き投射型表示装置200において、光学式位置検出装置10(光源装置11や光検出部30)は、スクリーン80のスクリーン面8a(視認面41)側に配置された画像投射装置250に搭載されている。このため、検出用光源12は、画像投射装置250からスクリーン80(視認面構成部材40)の視認面41に向けて検出光L2を出射する。また、光検出部30は、対象物体Obで反射してきた検出光L3を画像投射装置250において検出する。
このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置200において、検出空間10Rは、スクリーン80に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン80において画像投射装置200によって画像が投射される領域(画像表示領域20R)と重なっている。このため、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置200では、例えば、スクリーン80に投射された画像の一部に指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる対象物体Obの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例4]
図13を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として、情報としての展示品を覆う透光部材を用いて、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付きウインドウとして構成した例を説明する。
図13を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として、情報としての展示品を覆う透光部材を用いて、位置検出機能付き機器1を位置検出機能付きウインドウとして構成した例を説明する。
図13は、本発明を適用した位置検出機能付きウインドウ(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図13(a)、(b)は、位置検出機能付きウインドウを外側(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きウインドウにおいて、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。
図13(a)、(b)に示す位置検出機能付きウインドウ400は、情報としての展示品450を覆う透光部材440(視認面構成部材40)を備えており、透光部材440の外面441によって展示品450の視認面(視認面41)が構成されている。また、位置検出機能付きウインドウ400において、展示品450は、展示品450に前進や旋回等の動作を行なわせるアクチューエータ(図示せず)に保持されている。
かかる位置検出機能付きウインドウ400は、透光部材440の内面442の側に、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10の光源装置11および光検出部30を備えており、光源装置11の複数の検出用光源12(第1検出用光源12A〜第4検出用光源12D)は、透光部材440の内側から外面441(視認面41)の側に検出光L2を出射することになる。また、光検出部30は、対象物体Obで反射して透光部材440を透過してきた検出光L3を検出することになる。
このように構成した位置検出機能付きウインドウ400において、透光部材440の外面441側には光学式位置検出装置10の検出空間10Rが設定されている。従って、検出空間10Rにおいて指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる対象物体Obの位置を展示品450の向きを切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。例えば、指先等の対象物体Obの位置を下方にずらしていけば、展示品450を透光部材440に接近させ、指先等の対象物体Obの位置を右側にずらしていけば、展示品450を右回りに旋回させる等、展示品450の向きを変更することができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例5]
図14を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として、パチンコ台等のアミューズメント機器において遊技用媒体を支持する基盤を用い、アミューズメント機器を位置検出機能付きアミューズメント機器として構成した例を説明する。
図14を参照して、位置検出機能付き機器1の視認面構成部材40として、パチンコ台等のアミューズメント機器において遊技用媒体を支持する基盤を用い、アミューズメント機器を位置検出機能付きアミューズメント機器として構成した例を説明する。
図14は、本発明を適用した位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図14(a)、(b)は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。
図14(a)、(b)に示す位置検出機能付きアミューズメント機器500は、パチンコ玉等の遊技媒体501を支持する板状の基盤520(視認面構成部材40)、基盤520を保持する外枠510、遊技媒体501を基盤520上に送り出す位置等を設定するハンドル570、遊技媒体501を受ける受け皿560等を備えている。基盤520の表面521(視認面41)は、ガラス板530で覆われており、基盤520の表面521において、ガラス板530の内側には、遊技媒体501に対するガイドレール525や、遊技媒体501の動きを変化させる釘528や、入賞口580、590等が設けられている。また、基盤520の表面521において、ガラス板530の内側には、遊技媒体501が入賞口580に入るたびに行われる抽選の結果等が表示される液晶装置540が設けられている。
かかる位置検出機能付きアミューズメント機器500において、基盤520の裏面522には、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10の光源装置11、および光検出部30が設けられており、光源装置11の複数の検出用光源12は、基盤520の裏面522側から表面452(視認面41)の側に設定された検出空間10Rに検出光L2を出射する。また、光検出部30は、対象物体Obで反射して透光部材440を透過してきた検出光L3を検出することになる。
このように光学式位置検出装置10を配置するにあたって、本形態では、液晶装置540が、図9を参照して説明した位置検出機能付き直視型表示装置100として構成されている。すなわち、液晶装置540の裏面側に光源装置11および光検出部30が設けられている。このため、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器500では、基盤520の表面452側(視認面41側)のうち、液晶装置540と重なる領域に検出空間10Rが設定されている。また、本形態では、ガラス板530の外面側を検出空間10Rとし、かかる検出空間10Rに位置する対象物体Obの位置を検出する。
このため、遊技者が液晶装置540で表示されている内容や遊技に進行に合わせて検出空間10Rに指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる対象物体Obの位置を、液晶装置540で表示されている内容を切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例5の変形例1]
図15は、本発明を適用した別の位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図15(a)、(b)は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器は、図14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それらの説明を省略する。
図15は、本発明を適用した別の位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図15(a)、(b)は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器は、図14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それらの説明を省略する。
図15(a)、(b)に示す位置検出機能付きアミューズメント機器500も、図14を参照して説明した構成と同様、パチンコ玉からなる遊技媒体501を支持する基盤520(視認面構成部材40)の裏面522には、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10の光源装置11および光検出部30が設けられており、光源装置11の複数の検出用光源12は、基盤520の裏面522側から表面452(視認面41)の側に検出光L2を出射する。また、光検出部30は、対象物体Obで反射して透光部材440を透過してきた検出光L3を検出することになる。
本形態では、液晶装置540も含めて、基盤520全体が赤外光からなる検出光L2を透過可能である。従って、本形態では、基盤520の裏面522全体を利用して光源装置11および光検出部30が設けられている。このため、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器500では、基盤520の表面452側(視認面41側)のうち、基盤520と重なる全域に検出空間10Rが設定されている。また、本形態では、ガラス板530の外面側に検出空間10Rが設定されている。
このため、遊技者が液晶装置540で表示されている内容や遊技に進行に合わせて検出空間10Rに指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる対象物体Obの位置を、液晶装置540で表示されている内容を切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。また、ハンドル570の操作に代えて、基盤520の上辺側のいずれかに指先等の対象物体Obを接近させれば、かかる指定箇所を、遊技媒体501を基盤520上に送り出す際の強度を指定する指示等といった入力情報として利用することができる。
[位置検出機能付き機器1の具体例5の変形例2]
図16は、本発明を適用したさらに別に位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図16(a)、(b)は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器は、図14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それらの説明を省略する。
図16は、本発明を適用したさらに別に位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器1)の説明図であり、図16(a)、(b)は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面(視認面側)からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器において、光学式位置検出装置10の構成は、実施の形態1、2で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それらの説明を省略する。また、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器は、図14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それらの説明を省略する。
図16(a)、(b)に示す位置検出機能付きアミューズメント機器500も、図14を参照して説明した構成と同様、パチンコ玉からなる遊技媒体501を支持する基盤520(視認面構成部材40)の裏面522には、図1〜図8を参照して説明した光学式位置検出装置10の光源装置11および光検出部30が設けられており、光源装置11の複数の検出用光源12は、基盤520の裏面522側から表面452(視認面41)の側に検出光L2を出射する。また、光検出部30は、対象物体Obで反射して透光部材440を透過してきた検出光L3を検出することになる。
ここで、図14および図15を参照して説明した位置検出機能付きアミューズメント機器500では、1枚の基盤520に対して1つの光学式位置検出装置10を設けたが、図16に示すように、本形態の位置検出機能付きアミューズメント機器500では、1枚の基盤520に対して複数の光学式位置検出装置10が設けられており、複数の光学式位置検出装置10は各々、基盤520の異なる領域の対象物体Obの位置を検出する。その他の構成は、図14等を参照して説明した構成と同様である。
本形態によれば、基盤520の異なる領域を複数の光学式位置検出装置10が分担して対象物体Obの位置を検出するため、広い基盤520の全体にわたって対象物体Obの位置を高い精度で検出することができる。また、複数の光学式位置検出装置10は各々、検出用光源12および光検出部30を備えているため、基盤520に対して複数の対象物体Obが存在する場合でも、複数の対象物体Obの各々の位置を検出することができる。それ故、基盤520の領域毎に遊技媒体501が通過する数等を検出することもできる。なお、基盤520のうち、検出用光源や光検出部が配置されている個所のみを透光部としてもよい。
1・・位置検出機能付き機器、8・・スクリーン装置(位置検出機能付き機器)、10・・光学式位置検出装置、10R・・検出空間(検出光出射空間)、11・・光源装置、12・・検出用光源、12A・・第1検出用光源、12B・・第2検出用光源、12C・・第3検出用光源、12D・・第4検出用光源、12R・・参照用光源、20・・液晶装置(視認面構成部材)、30・・光検出部、40・・視認面構成部材、41・・視認面、50・・位置検出部、51・・X座標検出部、52・・Y座標検出部、53・・Z座標検出部、80・・スクリーン(視認面構成部材)、100・・位置検出機能付き直視型表示装置(位置検出機能付き機器)、200・・位置検出機能付き投射型表示装置(位置検出機能付き機器)、400・・位置検出機能付きウインドウ(位置検出機能付き機器)、500・・位置検出機能付きアミューズメント機器(位置検出機能付き機器)、520・・基盤(視認面構成部材)、Ob・・対象物体
Claims (16)
- 視認面を備えた視認面構成部材と、該視認面構成部材に対して前記視認面側に位置する対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置と、を有する位置検出機能付き機器であって、
前記光学式位置検出装置は、前記視認面側に検出光を出射する4つ以上の検出用光源と、前記視認面側において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で反射した前記検出光を受光する光検出部と、前記4つ以上の検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、前記光検出部の受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記検出光出射空間からみたときに、前記4つ以上の検出用光源のうち、前記光検出部の周りで周方向で並ぶ第1検出用光源、第2検出用光源、第3検出用光源および第4検出用光源は、前記光検出部からの距離が相違していることを特徴とする位置検出機能付き機器。 - 前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部からの距離が全て相違していることを特徴とする請求項1に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源と前記第2検出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第3検出用光源と前記第4検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であることを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源と前記第4検出用光源とを結ぶ仮想線と、前記第2検出用光源と前記第3検出用光源とを結ぶ仮想線とは、非平行であることを特徴とする請求項3に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部を中心に等角度間隔に配置され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位置検出機能付き機器。
- 前記検出光出射空間からみたときに、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源は、前記光検出部を中心に不等の角度間隔に配置され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位置検出機能付き機器。
- 前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源のうち、一部の検出用光源と他の一部の検出用光源とを差動させた結果により前記視認面に沿う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請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記検出光出射空間を介さずに前記光検出部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、
前記位置検出部は、前記光検出部の受光結果に基づいて、前記第1検出用光源、前記第2検出用光源、前記第3検出用光源および前記第4検出用光源のうち、一部の検出用光源と前記参照用光源とを組み合わせを変えて差動させた結果により前記視認面に沿う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請求項1乃至6の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。 - 前記位置検出部は、前記4つ以上の検出用光源の全てが同時、あるいは順次点灯したときの前記光検出部での受光結果に基づいて前記視認面に対する法線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請求項1乃至8の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記視認面構成部材は、情報としての画像を表示する直視型画像生成装置であり、
前記視認面は、前記直視型画像生成装置において前記画像が表示される画像表示面であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。 - 前記視認面構成部材はスクリーンであり、
前記視認面は、前記スクリーンにおいて情報が視認されるスクリーン面であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。 - 前記スクリーンに対して前記視認面側とは反対側に前記検出用光源および前記光検出部が配置されていることを特徴とする請求項12に記載の位置検出機能付き機器。
- 前記スクリーンに対して前記視認面側に、前記スクリーンに向けて画像を投射する画像投射装置を備え、
当該画像投射装置に前記検出用光源および前記光検出部が配置されていることを特徴とする請求項12に記載の位置検出機能付き機器。 - 前記視認面構成部材は、展示品を覆う透光部材であり、
前記視認面は、前記透光部材において前記展示品が配置される側とは反対側で当該展示品が視認される面であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。 - 前記視認面構成部材は、移動する遊技用媒体を支持する基盤を備え、
前記視認面は、前記基盤において当該基盤と前記遊技用媒体との相対位置が視認される側の面であることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の位置検出機能付き機器。
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JP2010099523A JP2011227026A (ja) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | 位置検出機能付き機器 |
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JP2010099523A Withdrawn JP2011227026A (ja) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | 位置検出機能付き機器 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8735825B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-05-27 | Seiko Epson Corporation | Optical position detection device |
CN105758632A (zh) * | 2015-08-24 | 2016-07-13 | 江苏理工学院 | 新型大齿轮检测设备 |
-
2010
- 2010-04-23 JP JP2010099523A patent/JP2011227026A/ja not_active Withdrawn
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