1251769 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本务明係關於檢測被檢測物之位置之位置檢測裝置。詳 吕 係關於可取得被檢測物之實像及映像，而簡單之構 成求出被檢測物之位置之位置檢測裝置。 【先前技術】 以在’由於可利用手指或筆等觸摸顯示器之晝面，以執 订對應於其觸摸位置之處理，故有人提議求出手指或筆等 觸拉位置之2維座標之觸摸面板等之位置檢測裝置。作為位 置松測叙置，一般廣泛使用利用將電極配置成點陣狀之透 月板材，由被觸摸處之電阻值之變化求座標之電阻式之觸 摸面板。 ^ 又，也有人提出使用多數發光體與光感測器產生光束構 成之點陣，利用止土 > > 先束有無阻斷求座標之光學式之觸摸面板 (例如參照專利文獻1)。 另外，也有人提出使用2部攝影機以三角測量之原理求座 標之技術。 [專利文獻1 ] 曰本特許第2995735號公報 但’電阻式觸摸面板之耐用性不良。且 面板重疊於顯干势 ^ ^ .^ ......时，故顯示器之晝質可能惡化，甚至於合 序没文大，故難以進行小型化。 光學式觸摸面板為祖古 馮撻回松測位置精度，需要非常多之發 先脰與先感測器，故僧日 又1貝钇回叩，且由於將發光體與光感測 92361.doc 1251769 裔排列在顯示器之縱橫之邊，故難以進行小型化。另外， 使用2部攝影機之方式，其價格仍然偏高。 ’ 【發明内容】 w 本發明係為解決此種問題而設計者，其目的在於提供小 型而廉價之位置檢測裝置。 本發明之位置檢測裝置係包含：反射手段；及檢測手段， 其係包含攝影被檢測物之實像及反射手段所反射之被檢測 物之映像之檢測面，可檢測此檢測面中之被檢測物之實像 及映像之位置資釩者；由檢測面中之被檢測物之實像及映 _ 像之位置資訊，求出被檢測物之位置座標。 在本發明之位置檢測裝置中，檢測手段係以檢測面攝影 被檢測物之實像，檢測檢測面中之被檢測物之實像之位置 貧訊。又，檢測手段係以檢測面攝影反射手段所反射之被 才欢測物之映像，檢測檢測面中之被檢測物之映像之位置資 訊。由於檢測面中之被檢測物之實像之攝影位置與映像之 攝影位置會因被檢測物之位置而變化，故可由檢測面之被 ^測物之男像與映像之位置資訊’單一意義地求出被檢測 物之位置座標。 因此，可利用1個檢測手段檢測被檢測物之位置，故可使 ^ 、尘化且可廉價地提供裝置。另外，由於可利用光 子方式长出被檢測物之位置，故可高精度地求出被檢測物 之位置。 ^ 【實施方式】 以下苓知圖式說明有關本發明之位置檢測裝置之實施 92361.doc 1251769 瓜九、圖1係表示本發明之第1每# At ,, r 弟i κ轭形恶之位置檢測裝置之 2之說㈣。叫)係平面圖，圖聯叫)之Α_Α 二圖。又，在各圖中，為防止圖式之複雜化，並未割上 表不剖面之影線。 第“心悲之位置檢測裝置iA係用於求出被檢測物之2 ;位置之裝置’例如，可被利用作為觸摸面板裝置。位置 檢測裝置1A係在作為顯示手 a 丨丁仅 < 例之液晶顯示器2之畫 :之前面構成平面狀之檢測範圍3。在此檢測範圍3中為: :為被檢測物之-例之指示棒4所指示之位置，具有攝影 機早T05A與鏡6。 攝影機單元⑽檢測手段之_例，具有光線性感測器7 與使光線性感測器7對焦之針孔8。光線性感測器7具有將多 數受光元件’例如光二極體排成—行之檢測面9。針孔8朝 向光線性感測器7被配置。又，作為攝影機單元5八，除使用 針孔之攝影機料，也可使用利用透鏡之攝影機。 鏡6係反射手段之一例，具有棒狀之反射面，使反射面朝 向長f形之檢測範圍3之左右兩側之邊而被配置。又，在與 仏測辄圍3設置鏡6之邊成正交之—方之邊配置攝影機單元 5A，在與設置攝影機單元5八之邊相對向之邊配置光源單元 10 〇 —在此，攝影機單元5A之光線性感測器7之檢測面9係以特 定角度傾斜於垂直鏡6之面。而，攝影機單元5A係在檢測範 圍3中，偏置於與朝向光線性感測器7之一方之鏡6相反側之 邊卩偏置方；他方之鏡6側被配置。而，遠離攝影機單元$ a 92361.doc 1251769 之側之-方之鏡6之長度比他方之鏡6長。檢測範圍3之縱方 向之長雖以他方之鏡6長加以設定，但為取得在檢測範圍3 内之任意位置之指示棒4之映像，只要將-方之鏡6設定於 長於檢測範圍3之長度即可。 口口光源單凡：[〇係光源手段之一例，被設置作為受光型顯示 器之液晶顯示112之前光源’為了以棒狀之日光燈等光源u μ液晶顯示n2之畫面’具備有稜鏡12 位置檢測裝置1A利用此光源u之光之一部分，設置使= U所照射之光彎向檢測範圍3方向之稜鏡13。利用光源山盘 稜仙’由與設有攝影機單WA之邊相對向之邊側照射檢 測軌圍3。X ’作為位置檢測裝置1 A之光源手段，如使用自 發光型之顯示器作為顯示手段之構成時，也可採用在顯示 器之-部分構成棒狀之發光區域，利用與稜鏡之組合照射 檢測範圍3之構成。 在位置檢測裝置1A令，鏡6、光線性感測器7、針孔8、構 成光源單元1 0之稜鏡i 3係被配置於構成檢測範圍3之同一 平面上在此鏡6之反射面係以數mm以下之寬構成。 說明位置檢測裝置1八之動作時，鏡6面對光線性感測器7 之才欢測面9可反射來自面方向之光。又，利用光源單元⑺ 將光照射至檢測 方向。以扎示棒4指示檢測範圍3 之：意位置時’利用^⑷實線所示之光路，執行指示棒4 貝像之攝〜X ’利用鏡6形成指示棒4之映像4a，利用 圖1(a)-點短劃線所示之光路，執行指示棒*之映像^之攝 如口此在攝衫機單凡5A之檢測面9中，可依照指示檢測 92361.doc 1251769 範圍3之位置 攝影。 執行指示棒4之實像與鏡6所反射之映像4a之 係表示2維位置之測定原理之說明圖。又，在圖2中， 知用將鏡6僅配置於檢測範圍3之—方側部之構成維位置 軸’以與鏡6成直角而通過針孔δ之轴為 χ軸。又，以χ軸與γ軸之交點為原點。 運算所需之參數如以下所示： <固定值> F ••光線性感測器7與針孔8間之距離 L ·鏡6與針孔8中心間之距離 Θ :光線性感測器7之檢測面9與鏡6之角度 <變數> a:在光線性感測器7之指示棒實像位置（原點：針孔位置） b ·在光線性感測器7之指示棒映像位置（原點：針孔位置） Y :距離原點之指示棒垂直位置 X ·距離原點之指示棒水平位置（與鏡6之距離） 被照體之2維位置（χ，Υ)係由以上之參數，利用以下之式 (1)及式（2)求得： X=L/2xFx(b-a)/{FxFxsin0 xcos0 +Fx(a+b)x(l/2-cos0 χ cos0 )-axbxsin0 xcos0 } · · · (1) Y=Lx(Fxsin Θ -bxcos θ )x(Fxsin θ -axcos θ )/{FxFxsin θ χ cos θ +Fx(a+b)x(l/2-cos θ xcos θ )-axbxsin θ xcos 61 } · · · (2) 如以上之式（1)及式（2)所示，指示棒4之2維位置（Χ，Υ)可 由物理的固定值F、L、0、及光線性感測器7在檢測面9之 92361.doc -10- 1251769 實像之位置資訊3及映像之位置資訊b求又， 及式⑺之具體的計算式如圖2所示。 ¥出式⑴ Θ係表示朝向鏡6之被檢測物（指示棒4)之檢測例之說 明圖。在圖1所示之位置檢測裝置⑽，鏡6配置於檢測範 圍3之左右兩側。故，從光線性感測器7看光源單元10時， 棒狀之發光之映像可延伸至左右無限點。@在匕，可利用光 線性感測器7拍攝指示棒4之實像與映像遮住棒狀之發光之 圖像，而依據圖2之原理算出指示棒4之2維位置。又，指示 棒4之映像4_可因面對之鏡6之效應而無限產纟，但光線 性感測器7接近於原點之2個被照體之圖像為指示棒*之實 像與映像’故可利用此2個位置資訊算出指示棒⑴維位 置。 圖4係表示位置檢測裝置之控制系統之構成例之區塊 圖。位置檢測裝置1A具有攝影機處理區塊丨5、被照體選定 區塊16與位置計算區塊17。攝影機處理區塊15係施行攝影 枝單元5A之圖1所不之光線性感測器7之控制及變換處 理，並將被照體攝影資料輸出至被照體選定區塊16。 被照體選定區塊16係由攝影機處理區塊15所輸出之被照 體攝影資料，選擇指示棒4之實像與映像之2種被照體資 料。位置計异區塊1 7係運算手段之—例，由被照體選定區 塊16所選擇之選擇指示棒4之實像之位置資訊與映像之位 置資訊，以圖2所述之原理算出指示棒4之2維位置。又，檢 測範圍3中之指示棒4之位置資料例如係被送至個人電腦 (PC)18，以執灯與指示棒4之位置資料有關之應用程式。 92361.doc -11- 1251769 圖5係表不第1實施形態之位置檢測裝置之變形例之說明 圖，圖5(a)係平面圖，圖5(b)係圖5(a)之a_a剖面圖。位置· 檢測裝置1B係用於求出被檢測物之2維位置之裝置，仍然可 · 被利用作為觸摸面板裝置。位置檢測裝置1B係在液晶顯示 器2之晝面前面具有平面狀之檢測範圍3，鏡6僅設在檢測範 圍3之一方之側部。 攝影機單元5A之構成如圖丨之說明所述，具有光線性感測 器7與使光線性感測器7對焦之針孔8。此攝影機單元5八係在 與檢測範圍3設有鏡6之邊成正交之一方邊側，偏置於與鏡6 φ 相反側之邊方向而被設置。又，在接近於針孔8之位置設置 紅外線發光體21作為光源手段。另外，在指示棒4之前端具 有遞歸反射球4b作為反射構造體。遞歸反射球朴具有將向 此遞歸反射球4b照射之光再向入射方向反射之遞歸反射機 厶b 月&。 況明位置檢測裝置1B之動作時，來自紅外線發光體2丨之 紅外光會在某種角度範圍輻射，其中，直接向指示棒4放射 之紅外光可藉指示棒4之前端之遞歸反射球4b之遞歸反射 機能而向入射方向反射。此反射光會被輸入至光線性感測 器7成為實像。 另一方面’紅外線發光體2丨之紅外光之一部分被鏡6反射 而入射於指示棒4之前端之遞歸反射球4b。藉遞歸反射球仆 之遞歸反射機能，紅外光向入射方向被反射，在鏡6再度被 ， 反射而返回紅外線發光體21之方向。此反射光會被輸入至 光線性感測器7成為映像。 92361 .doc -12- 1251769 藉此，可在光線性感測器7取得指示棒4之遞歸反射球朴 之貝像與映像之位置貢訊’利用圖2所述之原理求得遞歸反 射球4b之2維位置。 ♦ 圖6表示第丨實施形態之位置檢測裝置之另—變形例之說 明圖。圖6所示之位置檢測裝置1C係在液晶顯示器之畫面前 面具有平面狀之檢測範圍3，將鏡6設於檢測範圍3之左右側 部° 攝影機單元5A之構成如圖丨之說明所述，具有光線性感測 器7與使光線性感測器7對焦之針孔8。此攝影機單元5A係在 · 與檢測範圍3設有鏡6之邊成正交之一方邊侧被偏置設置。 又，在接近於針孔8之位置設置紅外線發光體21。另外，在 朝向攝影機單元5 A及紅外線發光體2丨配置反射面丨9。反射 面19係反射構造體之一例，例如係將遞歸反射球排成棒狀 所構成。 說明位置檢測裝置1C動作時，來自紅外線發光體21之紅 外光會在某種角度範圍輻射，其中，直接向指示棒4放射之 紅外光可藉反射面1 9之遞歸反射機能而向入射方向反射。 此反射光會被輸入至光線性感測器7成為指示棒4之實像。 另一方面’紅外線發光體21之紅外光之一部分被鏡6反射 而入射方；反射面19。藉反射面19之遞歸反射機能，紅外光 向入射方向被反射，在鏡6再度被反射而返回紅外線發光體 2 1之方向。此反射光會被輸入至光線性感測器7作為指示棒 4之映像。藉此，可在光線性感測器7取得指示棒4之實像與 映像之位置資訊，利用圖2所述之原理求得指示棒4之2維位 92361.doc 13 1251769 置。 圖7係攝影機單元之視野角與檢測範圍之關係之說明· 圖。攝影機單元5八存在有由光線性感測器7之檢測面9之長‘ 與此檢測面9與針孔8間之距離等所規定之視野角α。此視 野角α之中，不僅指示棒4之實像，也有必要含有鏡6產生 之映像故將核測範圍3之2倍之範圍設定為收容於攝影機 單兀5 Α之視野角α内。因此，作為檢測範圍3，如圖7所示， 可形成敗長之長方形或横長之長方形。 圖8係表示本發明之第2實施形態之位置檢測裝置之構成鲁 例之說明圖。圖8(甸係平面圖，圖8(b)係圖8(a)之α_α剖面 圖’圖8⑷係圖8⑷之Β_Β剖面圖。第2實施形態之位置檢測 裝置1D係用於求出被檢測物之2維位置之裝置，仍然:可被利 用作為觸摸面板裝置。位置檢測裝置〇係將攝影機單元化 之光線性感測器7之檢測面9設定於與檢測範圍3之面平行 之方向。而’為檢測檢測範圍3上之指示棒4之實像與映像， 具有稜鏡22作為光路變更手段。 棱鏡22係在與檢測範圍3同一面上，朝向攝影機軍元5Β鲁 之針孔8被設置。鏡6及光源單元1〇係採用與第ι實施形態之 位置檢測裝置1Α同樣之構成。 說明位置檢測裝置1D之動作時’將照射指示棒4之光入射 ’兄使光方向變更為轉向攝影機^元5B，使指示棒4 只像舁映像入射至攝影機單元5B之光線性感測器7，冑 - 此’可利用圖2所述之原理算出指示棒⑴維位置。 利用以上之構成’可使攝影機單元5B低於檢測範圍3之 9236l.d〇i 14 1251769 面在與檢測範圍3同一面上配置稜鏡22，但因稜鏡22可使 用例如鏡6之寬同等之厚度，故可減少液晶顯示器2之顯示 面側之突起。 圖9係表不第2實施形態之位置檢測裝置之變形例之說明 圖’圖9(a)係平面圖，圖9(b)係圖％勾之a_a剖面圖。位置 才双測I置1E係與圖8所說明之第2實施形態之位置檢測裝置 1D同樣地設置稜鏡22而採用使攝影機單元5B之安裝位置 低於/夜晶顯不器面之構成，作為光源使用在位置檢測裝置 1B所說明之紅外線發光體以。紅外線發光體2丨配置於接近 於棱鏡22之入射面之位置。且在指示棒4之前端具有遞歸反 射球4b鏡6僅设於檢測範圍3之一方側部。 說明位置檢測裝置1£之動作時，來自紅外線發光體21之 紅外光會在某種角度範圍輻射，其中，直接向指示棒4放射 之紅外光可藉指示棒4之前端之遞歸反射球4b之遞歸反射 枝此而向入射方向反射。此反射光會入射於稜鏡22而改變 方向，並輸入至光線性感測器7成為實像。 另一方面，紅外線發光體21之紅外光之一部分被鏡6反射 而入射於指示棒4之前端之遞歸反射球仆。藉遞歸反射球仆 之遞歸反射機能，紅外光向入射方向被反射，在鏡6再度被 反射而返回紅外線發光體。此反射光入射於稜鏡22而變更 方向’被輸入至光線性感測器7成為映像。 藉此，可在光線性感測器7取得指示棒4之遞歸反射球4b 之貫像與映像之位置資訊，利用圖2所述之原理求得遞歸反 射球4b之2維位置。 92361.doc -15- 1251769 如上所述，即使使用紅外線發光體21作為光源之構成， 使用棱鏡22等時，可使攝影機單元5B低於檢測範圍3之面， 減少液晶顯示器2之顯示面側之突起。 圖1〇係表示本發明之第3實施形態之位置檢測裝置之構 成例之說明«。第3實施形態之位置檢測裝置ιρ係使用具有 CCD(Charge Coupled DeWce :電荷耦合裝置）等2維光感測 扣23之攝心機單元5C作為檢測手段，並使攝影機單元π具 有指示棒4之位置檢測用之機能、與通常之攝影機能。/、 位置檢測裝置1F係在液晶顯示器2之晝面前面具有平面 狀之檢測範圍3，攝影機單以具有將多數攝影it件2維配 置之2維光感測器23與未圖示之透鏡，2維光感測器η之檢 測面23a設定於與檢測範圍3之面平行之方向。 為利用攝影機單元5C檢測檢測範圍3上之指示棒4之實像 與映像，⑨置有稜鏡22,但設置有使此稜鏡22移冑之機構。 例如’在攝影機單元5C前方設置開關自如之蓋部Μ。此蓋 部24構成移動手段，採用可自在地由閉塞攝影機單元％前 方之位置移動至開放之位置之構成。@，在此蓋部24之背 面安裝棱鏡22。 說明位置檢測震置巧之動作時，如圖1〇⑷所示，關閉蓋 部24時，稜鏡22位於攝影機單元％前方。故，照射指示棒4 之光入射於稜鏡22 ’將光方向變更為轉向攝影機單元％， 使指示棒4之實像與映像人射至攝影機單元以2維光感測 器23。2維光感測器23之水平方向通常平行於液晶顯示器2 之邊緣’故來自稜鏡22之光在2維光感測器23上成為斜的直 92361.doc -16- 1251769 線。可由此直線上之指示棒4之實像與映像之位置資訊，利 用圖2所述之原理求得指示棒4之2維位置。
如圖10(b)所示，開啟蓋部24時，稜鏡22由攝影機單元5C 前方退避，而開放攝影機單元5C前方。因此，可利用攝影 機單元5C執行通常之攝影。 在以上之構成中，在攝影機單元5(：採用使用2維光感測器 23，使稜鏡22可退避之構成，故可將攝影用之攝影機與位 置檢測用之檢測手段共用。 圖11係表不本發明之第3實施形態之位置檢測裝置之變 形例之說明圖。與圖10所說明之第3實施形態之位置檢測裝 置1G同樣地設置移動自如之稜鏡22而採用可利用攝影機單 兀5C執行通常之攝影與指示棒4之2維位置檢測之構成，作 為光源，使用位置檢測裝置1B所述之紅外線發光體21。 位置檢測裝置1G之動作及效果在關閉蓋部24時，與位置 檢測裝置1E相同。又，在開啟蓋部24時，與位置檢測裝置 1F相同。 圖12係表示本發明之第3實施形態之位置檢測裝置之另 一變形例之說明圖。位置檢測裝置1H與圖1〇所說明之第3 貫施形態之位置檢測裝置1F同樣地設置移動自如之稜鏡22 而採用可利用攝影機單元5C執行通常之攝影與指示棒4之2 維位置檢測之構成，作為光源，使用位置檢測裝置1B所述 之紅外線發光體21。又，在朝向紅外線發光體21配置反射 面1 9反射面19係反射構造體之一例，例如係將遞歸反射 球排成棒狀所構成。 92361.doc 17 1251769 說明位置檢測裝置1H動作時，如圖12(a)所示，關閉蓋部 24時，稜鏡22位於攝影機單元5C前方。來自紅外線發光體 之紅外光會在某種角度範圍輕射，其中，直接向指；二 放射之紅外光可藉反射面丨9之遞歸反射機能而向入射方向 反射。此反射光會被入射至稜鏡22而變更方向，被輸入至2 維光感測器2 3成為指示棒4之實像。 另一方面，、紅外線發光體21之紅外光之一部分被鏡6反射 而入射於反射面19。藉反射面19之遞歸反射機能，紅外光 向入射方向被反射，在鏡6再度被反射而返回紅外線發光體 21之方向。此反射光會被入射至稜鏡22而變更方向，被輸 入至2維光感測器23成為指示棒4之映像。藉此，可利用圖2 所述之原理求得指示棒4之2維位置。又，開啟蓋部Μ時之 位置檢測裝置1H之動作及效果與位置檢測裂置1F相同。 圖13係表示第4實施形態之位置檢測裝置之構成例及測 定1理之說明圖。第4實施形態之位置檢測裝置u係以使作 2杬测手段之例如光線性感測器7垂直於鏡6方式設置攝影 A利用以上之構成，可簡化位置之算出。利用圖 兒月測定原理時，採用將鏡6僅配置於檢測範圍3之一方 側邠之構成。2維位置座標軸係以鏡6為¥軸，以與鏡6成直 角而θ針孔8之轴為义轴。又，以χ轴與丫轴之交點 運算所需之參數如以下所示： ”、、 <固定值> F:光線性感測器7與針孔8間之距離 L ·鏡6與針孔8中心間之距離 92361.doc 1251769 〈變數> a ··在光線性感測器7之指示棒實像位置（原點··針孔位置） b ·在光線性感測器7之指示棒映像位置（原點··針孔位置） Y ··距離原點之指示棒垂直位置（與針孔8之距離） X ··距離原點之指示棒水平位置（與鏡6之距離） 指示棒4之2維位置（χ，Υ)係由以上之參數，利用以下之式 (3)及式（4)求得·· X=Lx(b-a)/(a+b) · · · (3) Y=FxL/d=2xFxL/(a+b) · · · (4) _ 如以上之式（3)及式（4)所示，被照體2維位置（χ，γ)可由物 理的固定值F、L、及光線性感測器7在檢測面9之實像之位 置資δίΐ a及映像之位置資訊b求得。又，導出式（3)及式（4)之 具體的計算式如圖12所示。又，式（3)及式（4)係在式（1)及式 (1)中’代入Θ = 9 0而成。 圖14及圖15係表示視野角與檢測範圍之關係之說明圖。 將鏡6與攝影機單元5A之光線性感測器7構成垂直時，有必 要將檢測範圍3之2倍程度之區域納人攝影機單元从之視肖_ 内。 在圖14中，在檢測範圍3之左右設置鏡6,將攝影機單元 5A配置成使針孔8位於檢測範圍3之中央上，藉以對視野角 擴大檢測範圍3。在圖i 4之構成中，假設納入攝影機單元5 a ‘ 之視角内之範圍為4xZ時’可知檢測範圍3可擴大至2以之範 圍。 在圖1 5中’在檢測乾圍3之一方側部設置鏡6，在攝影機 92361 .doc -19- 1251769 單凡5 A中，將針孔8位置由光線性感測器7之中心向設有鏡6 之方向偏置配置，藉以對視野角擴大檢測範圍3。在圖15 之構成中，假設納入攝影機單元5 A之視角内之範圍為2χΖ 時’可知檢測範圍3可擴大至ΙχΖ之範圍。 在以上說明之位置檢測裝置中，可使用鏡6，利用1個光 線性感測器7或2維光感測器23檢測被檢測物之實像與映 像，以求出被檢測物之2維位置。故，可謀求裝置之小型化。 適用於觸摸面板裝置時，顯示器之侧部僅設置鏡6即可，故 可增加設計之自由度。又，因可薄化鏡6之寬度，故可防止 顯示器厚度之增加。 另外，可藉使用線性感測器7或2維光感測器23高精度地 求出被檢測物之位置。而，不需要如電阻式觸摸面板之類 之片材，故耐用性高，顯示器之晝質不會惡化。 圖16係表示第5實施形態之位置檢測裝置之構成例之說 明圖。第5實施形態之位置檢測裝置㈣用於求出被檢測物 之3、准位置之裝置。位置檢測裝置⑽具有四角柱狀之檢測 耗圍3B。具有用於求出存在於此檢測範圍3b之被檢測物扣 之3維位置之攝影機單元5D及鏡6。 攝影機單元5D係檢測手段之一例，具有2維光感測器25 與使D維光感測器25對焦之針孔8。2維光感測器25具有將 夕數文光7L件2維排列之檢測面26。針孔8朝向2維光感測界 25被配置。又，作為攝影機單元5〇，除使用針孔之攝影機 以外，也可使用利用透鏡之攝影機。 鏡6B係具有平面狀之；尉 、。朝向此反射面形成四角形 92361.doc -20- 1251769 狀之檢測範圍3B。即，將鏡6B被配置於檢測範圍3B之一 面。又，在與檢測範圍3B設有鏡6B之面成正交之面配置攝 影機單元5D。在此，2維光感測器25之檢測面26係垂直於鏡 6B。 說明位置檢測裝置U動作時，被檢測物4B存在於檢測範 圍3B内。此被檢測物4B之實像被攝影機單元5D之2維光感 測β 25所攝影。又，被鏡6B反射之被檢測物4之映像被2維 光感測裔2 5所攝影。
圖1 7係表示被檢測物之3維位置之測定原理之說明圖。在 此，以垂直於鏡6Β而通過針孔8之軸為X軸，以垂直於2維 光感測器25而在鏡面上與X軸交叉之直線為γ軸。又，以平 行於含2維光感測器25之平面與鏡面之切線而在鏡面上與X 軸父叉之直線為Ζ軸。另外，以X、γ、ζ軸之交點為原點。 首先，在垂直於鏡6Β而通過被檢測物4Β及針孔8之平面A 上，求被檢測物4B之2維位置。運算所需之參數如以下所示： <固定值> F : 2維光感測器25與針孔8間之距離 L :鏡6B與針孔8中心間之距離 <變數> a ·在2維光感測裔25之X軸方向被檢測物實像位置 b .在2維光感測器25之X軸方向被檢測物映像位置 Y ·距離原點之被檢測物垂直位置 X :距離原點之被檢測物水平位置（與鏡6B之距離） ζ:距離原點之被檢測物縱深位置 92361.doc 1251769 在平面A上之被檢測物4 B之2維位置（χ，γ)係由以上之參 數，利用以下之式（5)及式（6)求得： ^=:Lx(b-a)/(a+b) · · · (5) Y=2xFxL/(a+b) ---(6) 乂上之式（5)及式（6)所不，在平面A上之被檢測物之 2維位置（X，Y)可由物理的固定值F、L、及2維光感測器以 之檢測面26之實像之位置資訊a及映像之位置資訊b求得。 作為求被檢測物之Z軸成分所需之參數，需要以下所示之 變數： <變數> e · 2維光感測裔25之Z軸方向被檢測物位置 被檢測物之Z軸成分可利用以下之式（7)求得： Z=exY/F=2xexFxL(a+b) · · · (7) 如以上之式（7)所示，被檢測物之z軸成分可由物理的固 疋值F L及2維光感測器2 5之檢測面2 6之實像之位置資訊 a、映像之位置資訊bA2維光感測器25之檢測面％之被檢測 物之位置資訊e求得。 而，由以上之式（5)、式⑹及式⑺，可求出檢測範圍3β 之被檢測物4B之3維位置。 圖18係表示第5實施形態之位置檢測裝置之應用例之說 明圖，圖18(a)係概略正面圖，圖18(b)係概略正面圖。圖18 中，係將位置檢測裝置應用於門戶監視之情形。作為位置 檢測裝置之3維位置檢測器31係具有攝影機單元32、鏡33 及紅外線發光裝置34。 92361.doc -22- 1251769 攝影機單元32具有2維光感測器32a與使此2維光感測器 32 a對焦之針孔32b。鏡33具有平面狀之反射面，2維光感測 器32a垂直於鏡33。 在此，以垂直於鏡33而通過針孔32b之軸為X軸，以垂直 於2維光感測器32a而在鏡面上與X軸交又之直線為γ軸。 又以平行於含2維光感測器3 2 a之平面與鏡面之切線而在 鏡面上與X軸交叉之直線為Z軸。 紅外線發光裝置34係被配置於接近攝影機單元32之位 置。此紅外線發光裝置34例如係由多數發光元件所構成， 使其角度變化至沿著X-Y面之方向而逐次放射紅外光。 圖19係表示3維位置檢測器之配置例之說明圖。3維位置 檢測器3 1例如係在電梯40内被配置於門41之上部。而，在 門41之附近範圍放射紅外光，並接收來自被檢測物4(：之反 射光。圖20係表示紅外光照射範圍例之說明圖，圖2〇(a)係 正面圖，圖20(b)係側面圖。 末自紅外線發光裝置34之紅外光如圖20(a)所示，係在某 種角度範圍輻射。如圖20(b)所示，使角度變化至沿著χ-γ 面之方向而逐次放射紅外光。 圖2 1、圖22係表示3維位置檢測器之3維位置測定原理之 說明圖。利用使角度變化至沿著χ_γ面之方向而逐次放射紅 外光’由3維位置檢測器3 1以面狀放射紅外光，被照體之反 射光如圖21所示成為線狀。 而，在垂直於鏡33而通過針孔32b之平面Α與線狀反射紅 外光之交點求出被檢測物之3維位置。圖22係表示2維光感 92361.doc -23- 1251769 測為32a之被照體之實像與映像之軌跡，在2維光感測器μ 之Ζ轴方向，以圖17所說明之變數0為單位抽樣實像與映像 之位置資訊’由其資料以圖17之原理計算位置而求出χ、γ 座標時，即可求得線狀反射紅外光之χ、γ、ζ座標。 圖23係表示3維位置檢測器之控制系統之構成例之區塊 S 3、准位置檢測器3 1具有攝影機處理區塊3 5、被照體選定 區塊36、位置計算區塊37及發光控制區塊％。攝影機處理 區塊35係施行攝影機單元32之2維光感測器之控制及 4換處理，並將被知體攝影資料輸出至被照體選定區塊 36 ° 被照體選定區塊36係由攝影機處理區塊35所輸出之被照 體攝影資料’選擇被照體之實像與映像之2種線狀紅外線資 料。 位置計算區塊37係由被選擇之線狀紅外線資料以圖“之 原理算出線狀紅外線之位置。發光控制區塊38係依序重複 使紅外線發光裝置34之多數發光元件，例如發光二極體“a 發光，一面改變角度，一面重複放射紅外光。 而後執行位置汁异區塊3 7之線狀紅外線之位置計算、 及由發光控制區塊38所發光之發光二極體34a之資訊等之 被照體部分之線狀紅外線之位置資料之匯集。又，被照體 之位置資料例如係被送至個人電腦（pc)39，以執行與被照 體之位置資料有關之應用程式。 [發明之效果] 如以上所說明，本發明係包含··反射手段；及檢測手段， 92361.doc -24 - 1251769 其係包含攝影被檢測物之實像及反射手段 物之映像之檢測面，可檢測此檢測面灿 及映像之位置資訊者；由檢測面中之被檢測物之實像及映 像之位置貧訊，可求出被檢測物之位置座標。 因此，可利用1個檢測手段檢測被檢測物之位置，故可使 2置小型化，且可廉價地提供裝置。另外，由於可利用光 學方式求出被檢測物之位置，故可高精度地求出被檢測物 之位置。 【圖式簡單說明】 圖i(a)、（b)係表示第i實施形態之位置檢測裝置之構成例 之說明圖。 圖2係表不2維位置之測定原理之說明圖。 圖3係表不被檢測物之檢測例之說明圖。 圖4係表示位置檢測裝置之控制系統之構成例之區塊圖。 圖5(a)、（b)係表示第丄實施形態之位置檢測裝置之變形例 之說明圖。 圖6係表示第1實施形態之位置檢測裝置之另一變形例之 說明圖。 Θ 7係攝衫機單元之視野角與檢測範圍之關係之說明圖。 圖8(a)、（b)、（c)係表示第2實施形態之位置檢測裝置之構 成例之說明圖。 圖9(a)、（b)係表示第2實施形態之位置檢測裝置之變形例 之說明圖。 圖1 〇(a)、（b)係表示第3實施形態之位置檢測裝置之構成 92361.doc 1251769 例之說明圖。 圖 11(a)、 例之說明圖 ()係表示第3實施形態之位置檢測裝置之變形 回（）（b)係表示第3實施形態之位置檢測裝置之變形 例之說明圖。 —圖13係表示第4實施形態之位置檢測裝置之構成例及測 定原理之說明圖。
圖14係表示視野角與檢測範圍之關係之說明圖。 圖1 5係表示視野角與檢測範圍之關係之說明圖。 圖16係表示第5實施形態之位置檢測裝置之構成例之說 明圖。 圖17係表示被檢測物之3維位置之測定原理之說明圖。 圖18(a)、（b)係表示第5實施形態之位置檢測裝置之應用 例之說明圖。 圖19係表示3維位置檢測器之配置例之說明圖。
圖20(a)、（b)係表示紅外光照射範圍例之說明圖。 圖21係表示3維位置檢測器之3維位置測定原理之說明 圖0 圖22係表示3維位置檢測器之3維位置測定原理之說明 圖0 圖23係表示3維位置檢測器之控制系統之構成例之區塊 圖0 【主要元件符號說明】 1 (A〜J) 位置檢測裝置 92361.doc -26- 液晶顯不裔 檢測範圍 指示棒 攝影機單元 鏡 光線性感測器 針孑L 檢測面 光源單元 攝影機處理區塊 被照體選定區塊 位置計算區塊17 紅外線發光體 稜鏡 2維光感測器 蓋部 2維光感測器 檢測面 3維位置檢測器 攝影機單元 鏡 紅外線發光裝置 攝影機處理區塊 被照體選定區塊 位置計算區塊 發光控制區塊38 -27-