JP5326989B2 - 光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置 - Google Patents
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Description
(位置検出機能付き表示装置の全体構成)
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および位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置の要部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。
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の基本構成を示す説明図であり、図2(a)、(b)、(c)は、光学式位置検出装置10の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置に用いた導光板13などの構成を示す説明図、および導光板13内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。なお、図2では、Z軸方向を上下方向として表してある。
図3は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10の詳細な構成を示す説明図であり、図3(a)、(b)は、本発明を適用した光学式位置検出装置10に用いた光検出器30の入射角度範囲を模式的に示す説明図、および光学式位置検出装置10の電気的構成などを示す説明図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10の光検出器30で用いたフォトダイオードの感度指向性を示す説明図である。図5は、本発明の実施の形態1に係る光学式位置検出装置10で用いた入射角度範囲制限部材の説明図であり、図5(a)、(b)、(c)、(d)は、入射角度範囲制限部材を斜め上方からみた斜視図、斜め上方からみた分解斜視図、斜め下方からみた分解斜視図、および正面図である。
図6を参照して、本形態の光学式位置検出装置10で採用した座標検出方法の基本的な原理を説明する。図6は、本発明を適用した光学式位置検出装置10で用いた座標検出方法の基本的な原理を示す説明図であり、図6(a)、(b)、(c)は、位置検出光L2のX軸方向の強度分布を示す説明図、対象物体Obで反射した位置検出光L3の強度を示す説明図、対象物体Obで反射した位置検出光L3の強度が等しくなるように位置検出光L2の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
次に、本形態の光学式位置装置10において、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する動作を説明する。本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体ObのXY座標を検出するには、以下に説明するX座標検出用第1期間およびX座標検出用第2期間によってX座標を検出し、Y座標検出用第1期間およびY座標検出用第2期間によってY座標を検出する。さらに、本形態の位置検出機能付き表示装置においては、Z座標検出期間によってZ座標を検出する。ここで、X座標検出用第1期間〜Z座標検出期間の各時間は例えば数msec程度である。
本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体ObのX座標を検出するには、まず、X座標検出用第1期間において、図2(b)に示す位置検出用光源12A、12Dを点灯させ、位置検出用光源12B、12Cを消灯させる。その結果、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって位置検出光の強度が単調減少するX座標検出用第1強度分布が形成される。本形態のX座標検出用第1強度分布では、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって位置検出光の強度が連続的に直線的に減少している。かかるX座標検出用第1強度分布では、X軸方向における位置と位置検出光の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、X座標検出用第1強度分布における位置検出光の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体ObのY座標を検出するには、まず、Y座標検出用第1期間において、図2(b)に示す位置検出用光源12B、12Dを点灯させ、位置検出用光源12A、12Cを消灯させる。その結果、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光の強度が単調減少するY座標検出用第1強度分布が形成される。本形態のY座標検出用第1強度分布では、Y方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光の強度が連続的に直線的に減少している。かかるY座標検出用第1強度分布では、Y軸方向における位置と位置検出光の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Y座標検出用第1強度分布における位置検出光の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体ObのZ座標を検出するには、Z座標検出期間において、位置検出用光源12A〜12Dの全てを点灯させる。その結果、Z軸方向において位置検出光の強度が単調減少するZ座標検出用強度分布が形成される。かかるZ座標検出用強度分布では、Z軸方向における位置と位置検出光の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Z座標検出用強度分布における位置検出光の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。従って、位置検出部50の位置算出部53は、Z座標検出期間における光検出器30の検出結果に基づいて、対象物体ObのZ座標を検出することができる。かかるZ座標の検出は、検出領域10RにおいてZ軸方向の所定範囲を検出有効領域として設定するのに利用することができる。例えば、スクリーン部材290の表面から5cm以内の範囲を検出有効領域と設定すれば、スクリーン部材290の表面から5cmを超える位置で対象物体Obを検出した場合には、その検出結果を無効とすることができる。このため、スクリーン部材290の表面から5cm以内の範囲に対象物体Obを検出した場合のみ、対象物体ObのXY座標を入力とみなすなどの処理を行なうことができる。
本形態の光学式位置検出装置10においては、1つの光検出器30および位置算出部53において、上記の動作を行なった後、他の光検出器30および位置算出部53においても同様に行なう。すなわち、第1位置算出部531は、第1光検出器31での検出結果に基づいて対象物体ObのXYZ座標を検出し、次に、第2位置算出部532は、第2光検出器32での検出結果に基づいて対象物体ObのXYZ座標を検出する。その結果、第1光検出器31での検出結果によれば、図3(a)に示す領域10R1における対象物体Obの有無や座標を検出することができる。また、第2光検出器32での検出結果によれば、領域10R2における対象物体Obの有無や座標を検出することができる。それ故、検出領域10Rの2つの領域10R1、10R2毎に対象物体Obの有無や座標を検出することができる。
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100では、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光L2を出射し、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光を光検出器30によって検出する。ここで、位置検出光L2は、検出領域10Rに強度分布を形成するため、検出領域10R内における位置と位置検出光L2の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体ObのXYZ座標を検出することができる。また、位置検出光L2は、赤外光からなるため、位置検出光L2が視認されることがない。それ故、位置検出光L2が画像の表示を妨げることがない。
図7は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置10の構成を示す説明図であり、図7には、本発明を適用した光学式位置検出装置10に用いた光検出器30の入射角度範囲を模式的に示してある。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8は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置10の構成を示す説明図であり、図8には、本発明を適用した光学式位置検出装置10に用いた光検出器30の入射角度範囲を模式的に示してある。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9は、本発明の実施の形態4に係る光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の構成を模式的に示す説明図であり、図4(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置の要部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10は、本発明の実施の形態5に係る光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の構成を模式的に示す説明図であり、図10(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置の要部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。
上記実施の形態では、位置検出機能付き表示装置100として投射型表示装置に光学式位置検出装置10を設けたが、位置検出機能付き表示装置100としては、スクリーン部材を備えた電子黒板に光学式位置検出装置10を設けて位置検出機能付き表示装置100を構成してもよい。
上記実施の形態では位置検出機能付き表示装置100を投射型表示装置や電子黒板に適用した例であったが、図11〜図14に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置200として採用すれば、図15を参照して後述する電子機器に用いることができる。
図11および図12は、本発明の変形例1に係る光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置100において、光学式位置検出装置10の構成は、上記実施の形態と同様であるため、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および図14は、本発明の変形例2に係る光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の説明図であり、図13および図14は各々、光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置100において、光学式位置検出装置10の構成は、上記実施の形態と同様であるため、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を参照しながら、図11〜図14を参照して説明した位置検出機能付き表示装置100を適用した電子機器について説明する。図15は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。図15(a)に、位置検出機能付き表示装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター2000は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100と本体部2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001、およびキーボード2002が設けられている。図15(b)に、位置検出機能付き表示装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001、およびスクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、位置検出機能付き表示装置100に表示される画面がスクロールされる。図15(c)に、位置検出機能付き表示装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001、および電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置100に表示される。
Claims (10)
- 検出領域内の対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
前記検出領域に位置検出光を出射して当該検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、
前記検出領域内の互いに重ならない領域に入射角度範囲を向ける複数の光検出器と、
前記対象物体で反射した前記位置検出光を前記光検出器が検出した光量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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記位置検出部は、前記複数の光検出器の各々が検出した光量毎に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に記載の光学式位置検出装置。
- 前記位置検出用光源装置は、
第1期間において、前記検出領域内の一つの方向の一方側から他方側に向かって単調減少している第1強度分布を形成する位置検出光を出射し、
前記第1期間の後の第2期間において、前記検出領域内の前記一つの方向の前記他方側から前記一方側に向かって単調減少している第2強度分布を形成する位置検出光を出射す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。 - 前記光検出器には、前記入射角度範囲を規定する入射角度範囲制限部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記複数の光検出器は、前記検出領域に隣接する特定箇所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光学式位置検出装置。
- 前記複数の光検出器は、前記検出領域に隣接する複数個所に配置されていることを特徴とする請求求項1乃至4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記位置検出光は、赤外光からな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光学式位置検出装置。
- 前記位置検出用光源装置は、前記強度分布として、第1方向で前記位置検出光の強度が変化する第1座標検出用強度分布と、前記第1方向に交差する第2方向で前記位置検出光の強度が変化する第2座標検出用強度分布を形成することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記位置検出用光源部は、前記強度分布として、前記第1方向および前記第2方向の双方に交差する方向で前記位置検出光の強度が変化する第3座標検出用強度分布を形成することを特徴とする請求項8記載の光学式位置検出装置。
- 請求項1乃至9の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
前記検出領域に対して重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
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