JP5533408B2 - 光学式位置検出装置および位置検出機能付き機器 - Google Patents
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Description
(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の主要部を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)、(c)は、光学式位置検出装置における光源部などの立体的な配置を示す説明図、光源部などをZ軸方向の他方側からみて説明図、および光源部などをX軸方向からみた説明図である。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の全体構成を示す説明図であり、光源部などについてはY軸方向からみた様子を示してある。
図2に示すように、ユニット11は複数の光源部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、光源部12を駆動する光源駆動回路140と、光源駆動回路140を介して複数の光源部12の各々の点灯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光源部12A〜第3光源部12Cを駆動する光源駆動回路140a〜140cを備えており、光源制御部145は、光源駆動回路140a〜140cの全てを制御する。
本形態の光学式位置検出装置10において、位置検出部50は、複数の光源部12(第1光源部12A、第2光源部12Bおよび第3光源部12C)のうち、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させたときの受光部30での受光結果、およびZ軸方向で離間する光源部12を順次点灯させたときの受光部30での受光結果に基づいて、検出空間10Rにおける対象物体ObのX座標およびZ座標を検出する。その際、2つの光源部12のうちの一方の光源部12と対象物体Obとの距離と、他方の光源部12と対象物体Obとの距離の比を求め、かかる比に対応して2つの光源部12を基準にして設定される等比線に基づいて、対象物体Obの位置を検出する。
T=対象物体Obの反射率
At=第1光源部12Aから出射された検出光L2aが対象物体Obで
反射して受光部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光源部12A
が点灯したときの受光部30の検出強度
Bt=第2光源部12Bから出射された検出光L2bが対象物体Obで
反射して受光部30に到る距離関数
B=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第2光源部12B
が点灯したときの受光部30の検出強度
とする。なお、第1光源部12Aおよび第2光源部12B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、受光部30での受光強度が等しくなったときの第1光源部12Aに対する駆動電流をIAとし、第2光源部12Bに対する駆動電流をIBとする。
A=T×At×IA+環境光 ・・式(1)
B=T×Bt×IB+環境光 ・・式(2)
の関係が得られる。
T×At×IA+環境光=T×Bt×IB+環境光
T×At×IA=T×Bt×IB・・式(3)
が導かれる。
PAB=At/Bt・・式(4)
で定義されることから、式(3)、(4)から、距離関数の比PABは
PAB=IB/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、および対象物体Obの反射率の項が存在しない。それ故、距離関数At、Btの比PAB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。
下式
PAB=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、XZ平面内において第1光源部12Aと第2光源部12Bを基準にして比P1:P2に対応する等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Obが位置することになる。
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置10では、第1光源部12A、第2光源部12Bおよび第3光源部12Cのうち、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させた際、受光部30での受光結果は、光源部12から対象物体Obを経て受光部30に至るまでの距離に対応する。従って、受光部30での検出結果を直接、あるいは受光部30での受光結果に基づいて光源部12同士を差動させたときの駆動電流を用いれば、対象物体ObのX軸方向における位置情報を検出することができる。また、第1光源部12A、第2光源部12Bおよび第3光源部12Cのうち、Z軸方向で離間する光源部12を順次点灯させた際、受光部30での受光結果は、光源部12から対象物体Obを経て受光部30に至るまでの距離に対応する。従って、受光部30での検出結果を直接、あるいは受光部30での受光結果に基づいて光源部12同士を差動させたときの駆動電流を用いれば、対象物体ObのZ軸方向における位置情報を検出することができる。すなわち、第1光源部12A、第2光源部12Bおよび第3光源部12Cから検出光L2が出射される方向(Z軸方向)における対象物体Obの位置情報を検出することができる。それ故、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させた際に得られた位置情報、およびZ軸方向で離間する光源部12を順次点灯させた際に得られた位置情報によれば、対象物体ObのZ軸方向の位置およびX軸方向の位置を検出することができるので、光学式位置検出装置10を入力装置等として利用することができる。
上記実施の形態1において、光源駆動部14は、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させるにあたって、第1光源部12Aと第2光源部12Bとを交互に点灯させ、Z軸方向で離間する光源部12を順次点灯させるにあたって、第1光源部12Aと第3光源部12Cとを交互に点灯させた。
図3は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図3(a)、(b)、(c)は、光学式位置検出装置における光源部などの立体的な配置を示す説明図、光源部などをZ軸方向の他方側からみて説明図、および光源部などをX軸方向からみた説明図である。図4は、本発明の実施の形態2に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図であり、光源部などについてはY軸方向からみた様子を示してある。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。
上記実施の形態2において、光源駆動部14は、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させるにあたって、第1光源部12Aと第2光源部12Bとを交互に点灯させ、Z軸方向で離間する光源部12を順次点灯させるにあたって、第1光源部12Aと、第3光源部12Cおよび第4光源部12Dとを交互に点灯させた。
上記実施の形態2、および実施の形態2の変形例1において、光源駆動部14は、X軸方向で離間する光源部12を順次点灯させるにあたって、第1光源部12Aと第2光源部12Bとを交互に点灯させたが、第1光源部12Aおよび第3光源部12Cと、第2光源部12Bおよび第4光源部12Dとを交互に点灯させてもよい。
図5は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図であり、図5(a)、(b)、(c)は、光学式位置検出装置における光源部などの立体的な配置を示す説明図、光源部などをZ軸方向の他方側からみて説明図、および光源部などをX軸方向からみた説明図である。図6は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置の全体構成を示す説明図であり、光源部などについてはY軸方向からみた様子を示してある。図7は、本発明の実施の形態3に係る光学式位置検出装置において、検出光L2と参照用光源から出射される参照光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7(a)、(b)は、光源部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。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それらの説明を省略する。
T=対象物体Obの反射率
At=第1光源部12Aから出射された検出光L2aが対象物体Obで
反射して受光部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光源部12A
が点灯したときの受光部30の検出強度
Bt=第2光源部12Bから出射された検出光L2bが対象物体Obで
反射して受光部30に到る距離関数
B=検出空間10Rに対象物体Obが存在する状態で第2光源部12B
が点灯したときの受光部30の検出強度
Rs=参照用光源12Rから受光部30に到る距離関数
R=参照用光源12Rのみが点灯したときの受光部30の検出強度
とする。なお、第1光源部12A、第2光源部12B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、受光部30での受光強度が等しくなったときの第1光源部12Aに対する駆動電流をIAとし、第2光源部12Bに対する駆動電流をIB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受光部30の検出強度については、第1光源部12Aとの差動、および第2光源部12Bとの差動において同一と仮定する。
A=T×At×IA+環境光 ・・式(6)
B=T×Bt×IB+環境光 ・・式(7)
R=Rs×IR+環境光 ・・式(8)
の関係が得られる。
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×Bt×IB+環境光=Rs×IR+環境光
T×Bt×IB=Rs×IR
T×Bt=Rs×IR/IB・・式(10)
が導かれる。
PAB=At/Bt・・式(11)
で定義されることから、式(9)、(10)から、距離関数の比PABは
PAB=IB/IA・・式(12)
で示すように表される。かかる式(12)では、環境光の項が存在しない。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等を行なってもよい。また、第1光源部12Aとの差動と、第2光源部12Bとの差動とにおいて、参照用光源12Rのみが点灯したときの受光部30の検出強度を異なる値に設定した場合でも、基本的には同様な原理が成り立つ。
PAB=(P1)2:(P2)2
により求められる。それ故、XZ平面内において第1光源部12Aと第2光源部12Bを基準にして比P1:P2に対応する等比線を設定でき、かかる等比線上に対象物体Obが位置することになる。
図8は、本発明を適用した光学式位置検出装置10を用いた位置検出機能付き機器の説明図であり、図8(a)、(b)は、光学式位置検出装置の光学ユニット11と視認面構成部材との位置関係を示す説明図、および光学ユニット11をX軸方向からみた説明図である。
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11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、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、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(位置検出機能付きショーウインドウ)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、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、本発明を適用した光学式位置検出装置10を用いた別の位置検出機能付き機器の説明図であり、図14(a)、(b)は、光学式位置検出装置の光学ユニット11と視認面構成部材との位置関係を示す説明図、および光学ユニット11をX軸方向からみた説明図である。
図15は、本発明を適用した別の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、図1〜図7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16(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、図7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17は、本発明を適用した別の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17(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、図1〜図7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18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18(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、図1〜図7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。
Claims (9)
- 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第1光源部と、
前記第1方向に交差する第2方向において前記第1光源部から離間する位置で前記第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第2光源部と、
前記第1光源部および前記第2光源部から前記第1方向の一方側に離間する位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第3光源部と、
前記検出光の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受光部と、
前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部が前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部のうち、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果、および前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果に基づいて、前記出射空間における前記対象物体の前記第1方向の位置および前記第2方向の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記第1光源部と前記第2光源部とは、前記第1方向で同一の位置に設けられ、
前記光源駆動部は、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部と前記第2光源部とを順次点灯させ、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部および前記第2光源部を同一輝度で同時点灯させるとともに、前記第3光源部と、前記第1光源部および前記第2光源部とを順次点灯させることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記第1方向で前記第3光源部と同一の位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第4光源部を有し、
前記光源駆動部は、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記第3光源部と同一輝度で前記第4光源部を同時点灯させ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。 - 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第1光源部と、
前記第1方向に交差する第2方向において前記第1光源部から離間する位置で前記第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第2光源部と、
前記第1光源部および前記第2光源部から前記第1方向の一方側に離間する位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第3光源部と、
前記検出光の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受光部と、
前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部が前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部のうち、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果、および前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果に基づいて、前記出射空間における前記対象物体の前記第1方向の位置および前記第2方向の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記光源駆動部は、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部と前記第2光源部とを順次点灯させ、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部と前記第3光源部とを順次点灯させ、
前記第1方向で前記第3光源部と同一の位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第4光源部を有し、
前記光源駆動部は、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記第3光源部と同一輝度で前記第4光源部を同時点灯させることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第1光源部と、
前記第1方向に交差する第2方向において前記第1光源部から離間する位置で前記第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第2光源部と、
前記第1光源部および前記第2光源部から前記第1方向の一方側に離間する位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第3光源部と、
前記検出光の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受光部と、
前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部が前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部のうち、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果、および前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果に基づいて、前記出射空間における前記対象物体の前記第1方向の位置および前記第2方向の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記光源駆動部は、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記受光部での受光強度が等しくなるように当該光源部同士を差動させ、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記受光部での受光強度が等しくなるように当該光源部同士を差動させることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第1光源部と、
前記第1方向に交差する第2方向において前記第1光源部から離間する位置で前記第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第2光源部と、
前記第1光源部および前記第2光源部から前記第1方向の一方側に離間する位置で当該第1方向の一方側から他方側に向けて検出光を出射する第3光源部と、
前記検出光の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受光部と、
前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部を駆動する光源駆動部と、
前記光源駆動部が前記第1光源部、前記第2光源部および前記第3光源部のうち、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果、および前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させたときの前記受光部での受光結果に基づいて、前記出射空間における前記対象物体の前記第1方向の位置および前記第2方向の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記出射空間を介さずに前記受光部に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、
前記光源駆動部は、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記受光部での受光強度が等しくなるように当該光源部と前記参照用光源とを差動させ、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させる際、前記受光部での受光強度が等しくなるように当該光源部と前記参照用光源とを差動させることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記光源駆動部は、前記第2方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部と前記第2光源部とを順次点灯させ、前記第1方向で離間する光源部を順次点灯させるにあたって、前記第1光源部と前記第3光源部とを順次点灯させることを特徴とする請求項4または5に記載の光学式位置検出装置。
- 前記第3光源部は、前記第1光源部および前記第2光源部を通って前記第1方向および前記第2方向に展開する平面内に位置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光学式位置検出装置。
- 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と、視認面を備えた視認面構成部材とを備えた位置検出機能付き機器において、
前記検出光は、前記視認面に沿うように出射されることを特徴とする位置検出機能付き機器。 - 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と、視認面を備えた視認面構成部材とを備えた位置検出機能付き機器において、
前記検出光は、前記視認面を透過するように出射されることを特徴とする位置検出機能付き機器。
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