(57)【要約】  非接触ポジションセンシング装置（２）は、互いに異なる場所に設けられ、赤外光を送信する複数の赤外線ＬＥＤ（５１，５２）と、対象物で反射した複数の赤外光を受信するフォトセンサ（６１）と、フォトセンサ（６１）で受信した反射光に基づいて対象物の位置を算出する制御部（２０）とを備えている。制御部（２０）は、反射光の強度に基づいて対象物の位置を算出する強度位置算出と、赤外光を赤外線ＬＥＤ（５１，５２）からの信号の強度を周期的に変化させ、反射光の強度変化の位相に基づいて対象物の位置を算出する位相位置算出と、反射光の強度に基づいて切り替える。
2012063387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる場所に設けられ、信号を送信する複数の送信手段と、
対象物で反射した複数の前記信号を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項２】
信号を発する送信手段と、
互いに異なる場所に設けられ、対象物で反射した前記信号を受信する複数の受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項３】
対象物と共に移動し、信号を送信する送信手段と、
互いに異なる場所に設けられ、前記信号を受信する複数の受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記強度位置算出を行うときに、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記強度位置算出と前記位相位置算出との切替を判断するときに、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて該強度位置算出と該位相位置算出とを切り替えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項６】
前記強度が周期的に変化する信号は、強度が正弦波状に変化することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項７】
互いに異なる複数の場所から信号を送信することと、
対象物で反射した前記信号を受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項８】
信号を送信することと、
対象物で反射した前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項９】
対象物と同じ場所から信号を送信することと、
前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１０】
前記強度位置算出においては、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１１】
前記強度位置算出と前記位相位置算出との切替を判断する際には、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて該強度位置算出と該位相位置算出とを切り替えることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１２】
前記信号の強度を周期的に変化させるときには、該信号の強度を正弦波状に変化させることを特徴とする請求項７乃至１１の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置を非接触でセンシングする非接触ポジションセンシング装置及び非接触ポジションセンシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＤＡ、スマートフォン、タブレットＰＣ、カーナビゲーションシステム等の情報端末や小型ＴＶ端末が普及している。これらの端末は、通常、操作性向上のためにタッチ式入力部を採用している場合が多い。例えば、タッチ式入力部は、アイコン等の、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の画面部品を表示するディスプレイで構成されており、このディスプレイは、スタイラス（タッチペン）や指で表示画面をタッチされることにより情報の入力を受け付けるようになっている。例えば、ディスプレイの表示画面には複数のアイコン等を含む画面部品が表示され、それに対して、ユーザがスタイラスや指で表示画面をタッチすることによってアイコンが選択され、アイコンに割り当てられているアプリケーションプログラムが起動される。【０００３】
また、タッチ式入力部以外の技術としては、複数の赤外線ＬＥＤとフォトセンサを用いた非接触のポジションセンシング技術が知られている。例えば、特許文献１に係る技術は、光強度を変調した赤外光を所定の位置から出射し、スタイラスや指等の対象物からの反射光を受光して、出射光と反射光との位相差に基づいて対象物の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２００１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、対象物の位置がフォトセンサ等の受光部に近すぎると位相の検出誤差が無視できず精度が低下してしまう。【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物の位置を非接触でセンシングする技術において、対象物の位置を近いところから離れたところまで広範囲にわたって良好に検出できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、ここに開示された非接触ポジションセンシング装置は、互いに異なる場所に設けられ、信号を送信する複数の送信手段と、対象物で反射した複数の前記信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。【０００８】
また、別の非接触ポジションセンシング装置は、信号を発する送信手段と、互いに異なる場所に設けられ、対象物で反射した前記信号を受信する複数の受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。【０００９】
さらに別の非接触ポジションセンシング装置は、対象物と共に移動し、信号を送信する送信手段と、互いに異なる場所に設けられ、前記信号を受信する複数の受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。【００１０】
また、ここに開示された非接触ポジションセンシング方法は、互いに異なる複数の場所から信号を送信することと、対象物で反射した前記信号を受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。【００１１】
別の非接触ポジションセンシング方法は、信号を送信することと、対象物で反射した前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。【００１２】
さらに別の非接触ポジションセンシング方法は、対象物と同じ場所から信号を送信することと、前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
前記非接触ポジションセンシング装置によれば、強度位置算出と位相位置算出とを信号の強度に応じて使い分けることによって、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出できる。【００１４】
また、前記非接触ポジションセンシング方法によれば、強度位置算出と位相位置算出とを信号の強度に応じて使い分けることによって、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る小型ＴＶ端末の正面図である。
【図３】図３は、ＬＥＤ制御手段での処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は、赤外線ＬＥＤから出力される光の変調パターンを示す図である。
【図５】図５は、受光した反射光の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、送信信号と受信信号とを示す波形図である。
【図７】図７は、光強度差による位置検出を説明するための概念図である。
【図８】図８は、対象物の位置と反射光の強度との関係を示す概念図である。
【図９】図９は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る小型ＴＶ端末の正面図である。
【図１２】図１２は、赤外線ＬＥＤから出力される光の変調パターンを示す図である。
【図１３】図１３は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。
【図１４】図１４は、Ｙ軸方向とＺ軸方向の合成軸Ｒを示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３に係る入力装置の斜視図である。
【図１７】図１７は、フォトセンサでの受信強度に対する指示棒とフォトセンサとの距離の関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、その他の実施の形態に係る非接触ポジションセンシング装置の概略図である。
【図１９】図１９は、その他の実施の形態に係る別の非接触ポジションセンシング装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、非接触ポジションセンシング装置を小型ＴＶ端末に組み込んだ例について説明する。
【００１７】
《発明の実施形態１》
図１は、非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図２は、小型ＴＶ端末１の正面図である。
【００１８】
小型ＴＶ端末１は、非接触ポジションセンシング装置２と、長方形状の表示部３と、該表示部３を囲む長方形状のフレーム４と、を備えている。小型ＴＶ端末１の長手方向をＸ軸方向とし、表示部３に直交する方向をＺ軸方向とする。表示部３には、ＴＶ映像、インターネット画面、音量及びチャンネル等が表示される。表示部３には、現在の音量やチャンネル以外に、音量やチャンネルを変更するための操作部も表示され得る。さらに、表示部３には、ユーザが入力操作を行うためのポインタも表示され得る。その場合、ポインタは、その表示状態や色が変化しており、現在のポインティング位置が明確にわかるようになっている。これにより、ユーザの入力操作がわかりやすくなる。ユーザは、ポインタを移動させることによって、インターネットのリンク先の指定や、音量又はチャンネルの変更を行う。表示部３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ又はプラズマディスプレイ等で構成され得る。
【００１９】
非接触ポジションセンシング装置２は、赤外光を出射する第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２と、赤外光を受光するフォトセンサ６１と、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２並びにフォトセンサ６１を制御して対象物の位置を算出する制御部２０とを備えている。制御部２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段２１と、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２を制御するＬＥＤ制御手段２２と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段２３と、サンプリング手段２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段２４と、平均値算出手段２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段２５と、サンプリング手段２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段２８とを有している。この制御部２０が制御手段を構成する。
【００２０】
第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、フレーム４のうち、表示部３の上方に位置する長辺部４１の長手方向両端部に設けられている。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、それぞれ赤外光を出射するように構成されている。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２が、信号を送信する送信手段を構成する。
【００２１】
フォトセンサ６１は、長辺部４１の長手方向中央に設けられている。フォトセンサ６１は、赤外光を受光して、受光した赤外光を電圧に変換するように構成されている。フォトセンサ６１が信号を受信する受信手段を構成する。
【００２２】
詳しくは後述するが、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射された赤外光は、小型ＴＶ端末１のユーザ（操作者）の指又はスタイラスに当たって反射し、その反射光がフォトセンサ６１で受光される。そして、受光された反射光が解析され、対象物の位置が算出される。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２が、信号を送信する複数の送信手段を構成し、フォトセンサ６１が複数の送信手段から送信され、対象物で反射した反射信号を受信する受信手段を構成する。この場合の信号は、赤外光で構成されている。
【００２３】
タイミング生成手段２１は、システム全体のタイミング信号を生成しており、これを各部に供給する。システム全体のタイミング信号には、サンプリングタイミング信号とＬＥＤの切替タイミング信号とが含まれる。例えば、サンプリングタイミング信号は、１２０ＭＨｚのクロック信号である。切替タイミング信号は、「０」と「１」の二値の信号であって、「０」と「１」とが３０ＭＨｚで切り替わる。つまり、切替タイミング信号は、サンプリングタイミング信号に基づいて、４クロックごとに「０」と「１」とが切り替わるように生成される。
【００２４】
ＬＥＤ制御手段２２は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２のそれぞれに赤外光を出射させるように制御する。ＬＥＤ制御手段２２は、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号を用いて、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２の駆動信号を生成する。図３は、ＬＥＤ制御手段２２での処理を示すフローチャートであり、図４は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出力される光の変調パターンを示す図である。
【００２５】
まず、ＬＥＤ制御手段２２は、タイミング生成手段２１からサンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号の入力を受ける（Ｓ３０１）。図４における等間隔の縦破線は、クロック信号であるサンプリングタイミング信号の立ち上がりと立ち下がりのエッジを示している。すなわち、この縦破線がサンプリングタイミングを示している。
【００２６】
ＬＥＤ制御手段２２は、サンプリングタイミング信号を用いて正弦波状の変調データを作成する（Ｓ３０２）。具体的には、ＬＥＤ制御手段２２は、ｓｉｎ波又はｃｏｓ波であって、切替タイミング信号の「０」と「１」とが切り替わるタイミングで位相が零となる変調データを作成する。そして、ＬＥＤ制御手段２２は、切替タイミング信号が「０」か否かを判定し（Ｓ３０３）、切替タイミング信号が「０」の場合は、変調データを用いて第１赤外線ＬＥＤ５１を駆動する（Ｓ３０４）。該信号が「０」である間は、第１赤外線ＬＥＤ５１が駆動され続ける。詳しくは、ＬＥＤ制御手段２２は、変調データにオフセットを加算して駆動信号を生成する。すなわち、各駆動信号は、ＯＮ／ＯＦＦの矩形波のＯＮのときの振幅が変調データで変調された信号である。各駆動信号の変調データは、１周期分のｓｉｎ波であり、開始時の位相は零である。ＬＥＤ制御手段２２は、該駆動信号をＤ／Ａ変換して第１赤外線ＬＥＤ５１へ出力する。すると、第１赤外線ＬＥＤ５１は、図４に示すように、切替タイミング信号が「０」の間、強度が変調データに従って周期的に、詳しくは正弦波状に変調する赤外光を出力する。一方、ＬＥＤ制御手段２２は、切替タイミング信号が「１」の場合は、変調データを用いて第２赤外線ＬＥＤ５２を駆動する（Ｓ３０５）。該信号が「１」である間は、第２赤外線ＬＥＤ５２が駆動され続ける。詳しい制御内容は、第１赤外線ＬＥＤ５１の場合と同じである。その結果、第２赤外線ＬＥＤ５２は、図４に示すように、切替タイミング信号が「１」の間、強度が変調データに従って周期的に、詳しくは正弦波状に変調する赤外光を出力する。こうして、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、強度が変調された赤外光を切替タイミング信号に従って交互に出力する。
【００２７】
ここで、切替タイミング信号の切替点で変調データの位相が零となる変調データを用いることによって、後述する、反射光との位相差を算出する際の処理が簡単になる。ただし、これに限定するものではない。
【００２８】
続いて、指やスタイラス等の対象物の位置を反射光に基づいて算出する処理について説明する。図５は、受光した反射光の処理を示すフローチャートであり、図６は、送信信号と受信信号とを示す波形図である。
【００２９】
サンプリング手段２３には、タイミング生成手段２１からのサンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号と、フォトセンサ６１からの検出電圧が入力されている。サンプリング手段２３は、フォトセンサ６１からの検出電圧を切替タイミング信号に応じた期間で、サンプリングタイミング信号によるサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して、取り込む（Ｓ５０１）。その結果、サンプリング手段２３は、図６に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つのサンプルデータを取得する。サンプリング手段２３は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光とをそれぞれ取得する。サンプリング手段２３は、取り込んだサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を、切替タイミング信号の種別を識別した状態で平均値算出手段２４及び位相値算出手段２６へ入力する。切替タイミング信号の種別は、赤外光を出射した赤外線ＬＥＤの種別、即ち、第１赤外線ＬＥＤ５１か第２赤外線ＬＥＤ５２かに対応している。
【００３０】
次に、平均値算出手段２４は、切替タイミング信号の一周期分のサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の大きさを平均化して、反射光の強度の平均値Ｑ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４）を求める（Ｓ５０２）。以下、この強度の平均値を平均強度ともいう。こうして、平均値算出手段２４は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度とを求める。平均値算出手段２４は、各平均強度を平均値保存手段２５及び位相値算出手段２６へ入力する。
【００３１】
平均値保存手段２５は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度Ｑと、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度Ｑとをそれぞれ保存する（Ｓ５０３）。平均値保存手段２５は、順次入力される最新の平均強度Ｑを第１赤外線ＬＥＤ５１と第２赤外線ＬＥＤ５２とで分けて保存していく。
【００３２】
位相値算出手段２６は、切替タイミング信号の一周期でのサンプルデータ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）から、平均値算出手段２４で算出した平均強度Ｑを減算し、その減算したデータ（Ａ−Ｑ，Ｂ−Ｑ，Ｃ−Ｑ，Ｄ−Ｑ）にフーリエ変換を実行する。そして、位相値算出手段２６は、フーリエ変換して得られた複素数データの中から絶対値（パワー値）が最大のものを求め、その最大のものの位相値（偏角）を求める（Ｓ５０４）。具体的には、位相値算出手段２６は、絶対値が最大の複素数データの実数成分と虚数成分からアークタンジェント演算をして位相値を算出する。このとき、反射光のサンプリングタイミングは、切替タイミング信号の切替タイミングに対してずれているため、得られた位相値に対してこの固定的なずれ分を補正する。図６のでは、切替タイミング信号の開始して（切り替わって）１／４周期経過してからサンプリングを開始しているため、得られた位相値から切替タイミング信号の１／４周期（位相値としてはπ／２）を減算する。こうして、反射光の位相値が求められる。ここで、出射光は位相値が零であるため、反射光の位相値は、出射光と反射光との位相差を意味する。位相値算出手段２６は、切替タイミング信号に応じて、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の位相値と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の位相値とをそれぞれ求める。尚、出射光の位相値が零でない場合は、反射光の位相値から出射光の位相値を減算して位相差を求める。
【００３３】
位相値保存手段２７は、求められた第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の位相値と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の位相値とをそれぞれ保存する（Ｓ５０５）。位相値保存手段２７は、順次入力される最新の位相値を第１赤外線ＬＥＤ５１と第２赤外線ＬＥＤ５２とで分けて保存していく。
【００３４】
位置演算手段２８は、平均値保存手段２５に保存されている、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度Ｑと、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度Ｑを読み出し、少なくとも一方の平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ５０６）。位置演算手段２８は、少なくとも一方の平均強度が所定の閾値を超えている場合は、反射光の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出を行う（Ｓ５０７）一方、両方の平均強度が所定の閾値以下である場合は、反射光の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出を行う（Ｓ５０８）。この所定の閾値は、後述する強度位置算出を行うことができる最低限の強度である。
【００３５】
まず、強度位置算出について、図７，８を参照しながら説明する。図７は、光強度差による位置検出を説明するための概念図であり、図８は、対象物の位置と反射光の強度（平均強度）との関係を示す概念図である。以下、第１赤外線ＬＥＤ５１から出射される出射光を第１出射光７１と、それに対応する反射光を第１反射光８１と称し、第２赤外線ＬＥＤ５２から出射される出射光を第２出射光７２と、それに対応する反射光を第２反射光８２と称する。
【００３６】
強度位置算出は、光の強度の減衰を利用している。つまり、光は伝播に伴い強度が減衰するため、反射光の強度が対象物の位置に応じて変化する。例えば、図７において、対象物としての指が（１）の位置に存在するときには、第２反射光８２の強度は、第１反射光８１の強度に比較して小さくなる。一方、指が（９）の位置に存在するときには、逆の結果となる。また、指が中央である（５）の位置に存在するときには、第１反射光８１と第２反射光８２の強度は同程度となる。この対象物の位置と反射光の強度との関係は、実測又はシミュレーションにより求めることができる。図８に示すようなグラフが予め求められ、記憶されている。位置演算手段２８は、第１反射光８１の強度と第２反射光８２の強度との比率を、グラフに照らし合わせて、指の位置を算出する（Ｓ５０７）。位置演算手段２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。尚、グラフの代わりに、対象物の位置と反射光の強度との関係を示すテーブルが予め記憶されていてもよい。その場合、位置演算手段２８は、テーブル内の強度の中から、実際の反射光の強度に最も近似するデータを探し、最も近似するデータに対応する位置に指が存在するとしてもよい。
【００３７】
次に、位相位置算出について、図９を参照しながら説明する。図９は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。尚、位相差とは、赤外光の強度変化の位相差を意味する。
【００３８】
出射光の強度変化は、ＬＥＤ制御手段２２によって制御されるものであり、その周期は既知である。そのため、反射光の位相値に基づいて、光の伝播距離を算出することができる。詳しくは、位置演算手段２８は、位相値保存手段２７に保存された、第１反射光８１の位相値と第２反射光８２の位相値とを読み出す。これらの位相値は、前述の如く、出射光と反射光との位相差に相当する。ここで、第１及び第２出射光７１，７２の強度変化の周波数は３０ＭＨｚなので、その周期は３３．３３ｎｓであり、第１及び第２反射光８１，８２の周期も当然ながら同じである。これら第１及び第２反射光８１，８２の位相値と周期とから、赤外光が第１又は第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されてから、指で反射して、フォトセンサ６１で受光されるまでの伝播時間がわかる。赤外光の速度は既知であるので、該伝播時間と赤外光の速度から伝播距離を算出することができる。
【００３９】
第１赤外線ＬＥＤ５１から指までの距離をＬ１、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離をＬ２、指からフォトセンサ６１までの距離をＬ０とすると、第１赤外線ＬＥＤ５１から指を経由してフォトセンサ６１までの距離は、Ｌ１＋Ｌ０で表され、第２赤外線ＬＥＤ５２から指を経由してフォトセンサ６１までの距離は、Ｌ２＋Ｌ０で表される。そして、第１反射光８１の位相値に基づいて算出された伝播距離をａとし、第２反射光８２の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂとすると、以下の式が成り立つ。
【００４０】
Ｌ１＋Ｌ０＝ａ  ・・・（１）
Ｌ２＋Ｌ０＝ｂ  ・・・（２）
そして、図９に示すように、フォトセンサ６１を原点として、第１赤外線ＬＥＤ５１、第２赤外線ＬＥＤ５２及びフォトセンサ６１が並ぶ方向にＸ軸（第２赤外線ＬＥＤ５２側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ（ｘ，ｚ）で表される。また、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、フレーム４の長辺部４１の長手方向両端部に設けられ、フォトセンサ６１は、長辺部４１の長手方向中央に設けられているので、第１赤外線ＬＥＤ５１からフォトセンサ６１までの距離と第２赤外線ＬＥＤ５２からフォトセンサ６１までの距離は等しい。この距離をＬとする。距離Ｌは、既知である。この場合、以下の式が成り立つ。
【００４１】
Ｌ０２＝ｘ２＋ｚ２  ・・・（３）
Ｌ１２＝（ｘ＋Ｌ）２＋ｚ２  ・・・（４）
Ｌ２２＝（ｘ−Ｌ）２＋ｚ２  ・・・（５）
上記式（１）〜（５）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ（ｘ，ｚ）を求めることができる。位置演算手段２８は、この計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２８は、指の位置Ｐ（ｘ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。
【００４２】
上位のミドルウェアやアプリケーションは、ポジションデータ９０を用いて指の位置に対応した制御を行う。例えば、小型ＴＶ端末１のチャンネル変更やボリュームの調整を行う。
【００４３】
本実施形態によれば、反射光の強度に応じて、強度位置算出と位相位置算出とが使い分けられる。具体的には、指が小型ＴＶ端末１に比較的近い場合は、反射光の平均強度が大きいので、第１及び第２反射光８１，８２の少なくとも一方の平均強度は所定の閾値を超える。その結果、強度位置算出によって指の位置が求められる。一方、指が小型ＴＶ端末１に比較的遠い場合は、反射光の平均強度が小さいので、第１及び第２反射光８１，８２の少なく両方の平均強度が所定の閾値以下となる。その結果、位相位置算出によって指の位置が求められる。
【００４４】
ここで、赤外光の伝播距離が短い場合には、位相値に対する、検出時の誤差の影響が相対的に大きくなってしまい、位置検出精度が低下するという問題がある。一方、赤外光の伝播距離が長い場合には、光の強度差がわかり難くなるため、赤外光の出力を高くしなければならないという問題がある。
【００４５】
それに対し、本実施形態では、赤外光の伝播距離が短い場合には強度位置算出を用い、赤外光の伝播距離が長い場合には位相位置算出を用いるので、強度位置算出及び位相位置算出の短所を補いつつ、両者の長所だけを利用して、対象物の位置を検出することができる。その結果、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出することができる。
【００４６】
このとき、前記制御手段は、少なくとも１つの前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値を超えているときには前記強度位置算出を行う一方、全ての前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値以下のときには前記位相位置検出を行うように構成されている。具体的には、制御部２０は、少なくとも１つの赤外光の平均強度が強度位置算出を行うことができる程度である場合には、位相位置算出ではなく強度位置算出を行う。これによって、位置検出性能を向上させることができる。つまり、少なくとも１つの赤外光の平均強度が大きいということは、少なくとも１つの赤外光の電波距離が短く、位相差を検出し難い状態にあることを意味する。そのため、少なくとも１つの赤外光の平均強度が大きいときには強度位置算出を行うことによって、位置検出性能を向上させることができる。
【００４７】
ただし、前記制御手段は、全ての前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値を超えているときには前記強度位置算出を行う一方、少なくとも１つの前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値以下のときには前記位相位置検出を行うように構成してもよい。こうすることによって、２つの赤外光の強度差をよりはっきりと検出することができ、強度位置算出の検出能力を向上させることができる。
【００４８】
《発明の実施形態２》
続いて、実施形態２に係る小型ＴＶ端末について説明する。図１０は、実施形態２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図１１は、小型ＴＶ端末２０３の正面図である。実施形態２に係る小型ＴＶ端末２０１は、ＬＥＤ及びフォトセンサの個数及び配置の点で実施形態１に係る小型ＴＶ端末１と異なる。そこで、実施形態１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００４９】
小型ＴＶ端末２０１は、図１１に示すように、長方形状の表示部３と、該表示部３を囲む長方形状のフレーム２０４と、非接触ポジションセンシング装置２０２とを備えている。小型ＴＶ端末２０１の長手方向をＸ軸方向とし、短手方向をＹ軸方向とし、表示部３に直交する方向をＺ軸方向とする。
【００５０】
フレーム２０４の四隅部のそれぞれには、赤外線ＬＥＤが設けられている。詳しくは、表示部３に向かって、左上の隅部に第１赤外線ＬＥＤ５１が、右上の隅部に第２赤外線ＬＥＤ５２が、右下の隅部に第３赤外線ＬＥＤ５３が、左下の隅部に第４赤外線ＬＥＤ５４が設けられている。これら第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４が信号を送信する送信手段を構成する。
【００５１】
また、フレーム２０４の４辺のそれぞれには、フォトセンサが設けられている。詳しくは、表示部３に向かって、上側の長辺部２４１の長手方向中央に第１フォトセンサ６１が、右側の短辺部２４２の長手方向中央に第２フォトセンサ６２が、下側の長辺部２４３の長手方向中央に第３フォトセンサ６３が、左側の短辺部２４４の長手方向中央に第４フォトセンサ６４が設けられている。第１フォトセンサ６１は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第２フォトセンサ６２は、第２及び第３赤外線ＬＥＤ５２，５３から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第３フォトセンサ６３は、第３及び第４赤外線ＬＥＤ５３，５４から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第４フォトセンサ６４は、第４及び第１赤外線ＬＥＤ５４，５１から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第１及び第３フォトセンサ６１，６３は、Ｘ軸方向の位置検出する際に用いられるセンサである。また、第２及び第４フォトセンサ６２，６４は、Ｙ軸方向の位置検出する際に用いられるセンサである。これら第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が信号を受信する受信手段を構成する。
【００５２】
非接触ポジションセンシング装置２０２の基本的な構成は、実施形態１に係る非接触ポジションセンシング装置２と同様である。非接触ポジションセンシング装置２０２は、赤外線ＬＥＤ及びフォトセンサの個数が実施形態１に係る非接触ポジションセンシング装置２と異なるので、各部の制御内容も多少異なる。
【００５３】
非接触ポジションセンシング装置２０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光の強度に応じて、前記強度位置算出と前記位相位置算出とを使い分ける。非接触ポジションセンシング装置２０２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４及び第１〜第４フォトセンサ６１〜６４の他に、１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４及び第１〜第４フォトセンサ６１〜６４を制御し対象物の位置を算出する制御部２２０を備えている。制御部２２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段２２１と、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４を制御するＬＥＤ制御手段２２２と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段２２３と、サンプリング手段２２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段２２４と、平均値算出手段２２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段２２５と、サンプリング手段２２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段２２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段２２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段２２８とを備えている。この制御部２２０が制御手段を構成する。
【００５４】
タイミング生成手段２２１は、実施形態１と同様に、サンプリングタイミング信号及びＬＥＤの切替タイミング信号を生成しており、これらを各部に供給する。実施形態２に係る切替タイミング信号は、「０」、「１」、「２」、「３」の４つの値をとり、３０ＭＨｚで、この順番で切り替わる。つまり、切替タイミング信号は、サンプリングタイミング信号に基づいて、４クロックごとに「０」、「１」、「２」、「３」が順番に切り替わる。
【００５５】
ＬＥＤ制御手段２２２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４のそれぞれに赤外光を出射させるように制御する。ＬＥＤ制御手段２２２は、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号を用いて、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４の駆動信号を生成する。図１２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４から出力される光の変調パターンを示す図である。
【００５６】
ＬＥＤ制御手段２２２は、正弦波状の変調データを作成し、切替タイミング信号に応じて変調データを分割して各赤外線ＬＥＤへの駆動信号を生成する。各駆動信号は、変調データにオフセットを加算して生成される。各駆動信号の変調データは、１周期分のｓｉｎ波であり、開始時の位相は零である。ＬＥＤ制御手段２２２は、切替タイミング信号が「０」のときには第１赤外線ＬＥＤ５１へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「１」のときには第２赤外線ＬＥＤ５２へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「２」のときには第３赤外線ＬＥＤ５３へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「３」のときには第４赤外線ＬＥＤ５４へ駆動信号を出力する。その結果、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４は、強度が変調された第１〜第４赤外光７１〜７４を切替タイミング信号に従って交互に出力する。
【００５７】
操作者が指を小型ＴＶ端末２０１に近づけると、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４からの赤外光が指に順次、当たって反射され、第１〜第４反射光８１〜８４のそれぞれが第１〜第４フォトセンサ６１〜６４に受光される。詳しくは、第１フォトセンサ６１は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２からの第１及び第２反射光８１，８２を受光する。第２フォトセンサ６２は、第２及び第３赤外線ＬＥＤ５２，５３からの第２及び第３反射光８２，８３を受光する。第３フォトセンサ６３は、第３及び第４赤外線ＬＥＤ１１３，１１４からの第３及び第４反射光８３，８４を受光する。第４フォトセンサ６４は、第４及び第１赤外線ＬＥＤ１１４，１１１からの第４及び第１反射光８４，８１を受光する。
【００５８】
サンプリング手段２２３には、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号が入力されている。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「０」のときに第４及び第１フォトセンサ６４，６１からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「１」のときに第１及び第２フォトセンサ６１，６２からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「２」のときに第２及び第３フォトセンサ６２，６３からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「３」のときに第３及び第４フォトセンサ６３，６４からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、取り込んだサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別を識別した状態で平均値算出手段２２４及び位相値算出手段２２６へ入力する。切替タイミング信号の種別は、赤外光を出射した赤外線ＬＥＤの種別に対応している。
【００５９】
平均値算出手段２２４は、入力されたサンプルデータを、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに平均化する。すなわち、平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「０」のときの第４フォトセンサ６４のサンプルデータの平均強度を算出すると共に、切替タイミング信号が「０」のときの第１フォトセンサ６１のサンプルデータの平均強度を算出する。同様に、平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「１」のときの第１及び第２フォトセンサ６１，６２のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「２」のときの第２及び第３フォトセンサ６２，６３のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「３」のときの第３及び第４フォトセンサ６３，６４のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、各平均強度を平均値保存手段２２５及び位相値算出手段２２６へ入力する。
【００６０】
平均値保存手段２２５は、切替タイミング信号の種別及びフォトセンサの種別ごとに平均強度を保存する。つまり、平均値保存手段２２５は、切替タイミング信号が「０」，「１」のそれぞれのときに第１フォトセンサ６１で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「１」，「２」のそれぞれのときに第２フォトセンサ６２で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「２」，「３」のそれぞれのときに第３フォトセンサ６３で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「３」，「０」のそれぞれのときに第４フォトセンサ６４で受光した反射光の平均強度との合計８種類の平均強度を保存する。
【００６１】
位相値算出手段２２６は、入力されたサンプルデータの位相値を、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに算出する。詳しくは、位相値算出手段２２６は、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに、入力されたサンプリングデータから平均値算出手段２２４で算出した平均強度を減算し、その減算したデータにフーリエ変換を実行する。そして、位相値算出手段２２６は、フーリエ変換して得られた複素数データの中から絶対値（パワー値）が最大のものを求め、その最大のものの位相値（偏角）を求める。このとき、反射光のサンプリングタイミングは、切替タイミング信号の切替タイミングに対してずれているため、得られた位相値に対してこの固定的なずれ分を補正する。こうして、位相値算出手段２２６は、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに反射光の位相値を算出する。位相値算出手段２２６は、算出した位相値を位相値保存手段２２７へ入力する。
【００６２】
位相値保存手段２２７は、切替タイミング信号の種別及びフォトセンサの種別ごとに位相値を保存する。つまり、位相値保存手段２２７は、切替タイミング信号が「０」，「１」のそれぞれのときに第１フォトセンサ６１で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「１」，「２」のそれぞれのときに第２フォトセンサ６２で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「２」，「３」のそれぞれのときに第３フォトセンサ６３で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「３」，「０」のそれぞれのときに第４フォトセンサ６４で受光した反射光の位相値との合計８種類の位相値を保存する。
【００６３】
位置演算手段２２８は、平均値保存手段２２５に保存されている平均強度を読み出し、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかを該平均強度に基づいて判定する。位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との判定を、Ｘ軸方向の位置検出とＹ軸方向の位置検出とで別々に実行する。詳しくは、位置演算手段２２８は、Ｘ軸方向の位置検出に関し、第１フォトセンサ６１で受光した２つの反射光（詳しくは、異なる２つの赤外線ＬＥＤから出射された光の反射光を意味する。以下、同様。）及び第３フォトセンサ６３で受光した２つの反射光のうち少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する。位置演算手段２２８は、少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えている場合は強度位置算出を行う一方、全ての平均強度が所定の閾値以下である場合は位相位置算出を行う。また、位置演算手段２２８は、Ｙ軸方向の位置検出に関し、第２フォトセンサ６２で受光した２つの反射光及び第４フォトセンサ６４で受光した２つの反射光のうち少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する。位置演算手段２２８は、少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えている場合は強度位置算出を行う一方、全ての平均強度が所定の閾値以下である場合は位相位置算出を行う。
【００６４】
尚、位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との判定を、Ｘ軸方向の位置検出とＹ軸方向の位置検出とで別々に実行しているが、これに限られるものではない。例えば、位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との上記の判定を、フォトセンサごとに別々に実行してもよい。すなわち、フォトセンサごとに２つの反射光の強度を調査し、少なくとも１つの反射光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、両方の反射光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。この場合、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかは、フォトセンサごとに異なる。あるいは、位置演算手段２２８は、全てのフォトセンサでの反射光に基づいて、強度位置算出と位相位置算出との上記の判定を実行してもよい。すなわち、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した全ての反射光のうち少なくとも１つの反射光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、全ての反射光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。この場合、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかは、全てのフォトセンサで共通となる。
【００６５】
強度位置算出の基本的な算出原理は、実施形態１と同様である。詳しくは、強度位置算出は、各フォトセンサで受光する２つの反射光の強度を用いて、フォトセンサごとに行う。フォトセンサごとに、図８に示すような、該フォトセンサに対応する２つの赤外線ＬＥＤ間における位置に応じた、２つの反射光の強度の比率をグラフ又はテーブルの形式で予め取得しておく。そして、フォトセンサごとに、実際に受光した２つの反射光の強度を、記憶しておいたグラフ又はテーブルに照らし合わせて、指の位置を求める。
【００６６】
ここで、指のＸ軸方向位置を検出するためのフォトセンサは、第１フォトセンサ６１と第３フォトセンサ６３とで２つ存在する。そのため、Ｘ軸方向位置は、２つの値が求められる。２つの値が等しい場合には、その値をそのままＸ軸方向位置として採用する。２つの値が異なる場合には、２つのフォトセンサで受光された計４つの反射光のうち最も強度が大きい反射光を用いて算出された値をＸ軸方向位置として採用する。ただし、Ｘ軸方向位置の決め方は、これに限られるものではない。例えば、各フォトセンサで受光される２つの反射光の強度を合計し、その合計値が大きい方のフォトセンサを用いて算出された値をＸ軸方向位置として採用してもよい。あるいは、２つのフォトセンサで求められた値を平均して、それをＸ軸方向位置としてもよい。
【００６７】
指のＹ軸方向位置の検出も、Ｘ軸方向位置の検出と同様に行う。
【００６８】
位置演算手段２２８は、これらの計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。
【００６９】
次に、位相位置算出について説明する。位相位置算出の基本的な算出原理は、実施形態１と同様である。位相位置算出は、各フォトセンサで受光する２つの反射光の位相値を用いて、フォトセンサごとに行う。
【００７０】
以下では、第１フォトセンサ６１を例にして説明する。出射光の強度変化の周期は既知であるため、第１フォトセンサ６１で受光された第１及び第２反射光８１，８２の位相値と該周期とから、赤外光が第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されてから、指で反射して、第１フォトセンサ６１で受光されるまでの伝播時間を求める。そして、この伝播時間と赤外光の速度とから伝播距離を算出する。
【００７１】
ここで、第１赤外線ＬＥＤ５１から指までの距離をＬ１、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離をＬ２、指から第１フォトセンサ６１までの距離をＬ０とすると、第１赤外線ＬＥＤ５１から指を経由して第１フォトセンサ６１までの距離は、Ｌ１＋Ｌ０で表され、第２赤外線ＬＥＤ５２から指を経由して第１フォトセンサ６１までの距離は、Ｌ２＋Ｌ０で表される。そして、第１反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をａとし、第２反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂとすると、以下の式が成り立つ。
【００７２】
Ｌ１＋Ｌ０＝ａ  ・・・（６）
Ｌ２＋Ｌ０＝ｂ  ・・・（７）
そして、図１３に示すように、第１フォトセンサ６１を原点として、第１赤外線ＬＥＤ５１、第２赤外線ＬＥＤ５２及び第１フォトセンサ６１が並ぶ方向にＸ軸（第２赤外線ＬＥＤ５２側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとり、第１フォトセンサ６１から、第３フォトセンサ６３へ向かう方向にＹ軸（第３フォトセンサ６３側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ１（ｘ１，ｒ１）で表される。ここで、第１赤外線ＬＥＤ５１から第１フォトセンサ６１までの距離と、第２赤外線ＬＥＤ５２から第１フォトセンサ６１までの距離は等しい。この距離をＬとする。距離Ｌは既知である。また、ｒは、図１４に示すように、ＹＺ平面内において第１フォトセンサ６１から延びるＲ軸方向の位置であり、以下の式が成り立つ。
【００７３】
ｒ２＝ｙ２＋ｚ２  ・・・（８）
この場合、以下の式が成り立つ。
【００７４】
Ｌ０２＝ｘ２＋ｒ２  ・・・（９）
Ｌ１２＝（ｘ＋Ｌ）２＋ｒ２  ・・・（１０）
Ｌ２２＝（ｘ−Ｌ）２＋ｒ２  ・・・（１１）
上記式（６）〜（１１）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ１（ｘ１，ｒ１）を求める。
【００７５】
第３フォトセンサ６３で受光された２つの反射光についても同様に計算して、指の位置Ｐ３（ｘ３，ｒ３）を求める。
【００７６】
こうして、第１フォトセンサ６１を用いて求めた、指のＸ軸方向位置ｘ１と第３フォトセンサ６３を用いて求めた、指のＸ軸方向位置ｘ３とを平均して、最終的な指のＸ軸方向位置ｘとする。
【００７７】
尚、最終的なＸ軸方向位置ｘの算出方法は、上記の方法に限られるものではない。例えば、ｒ１とｒ３とを比較して、小さい方のＸ座標（ｘ１又はｘ３）を最終的なＸ方向位置ｘとして採用してもよい。尚、Ｚ軸方向の位置は、Ｙ軸方向の位置よりも十分に大きいと仮定することができるので、ｚ＞＞ｙとみなし、ｒ≒ｚとしてｚを算出することで演算を簡略化してもよい。
【００７８】
Ｙ軸方向についても同様に計算を行う。ここでは、第２フォトセンサ６２で受光する、第２赤外線ＬＥＤ５２からの第２反射光８２と第３赤外線ＬＥＤ５３からの第３反射光８３の位相値を用いる場合を例にして具体的に説明する。第２及び第３反射光の位相値に基づいて赤外光の伝播距離を求める方法は上述の通りである。第２反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をａ’とし、第３反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂ’とすると、以下の式が成り立つ。
【００７９】
Ｌ２＋Ｌ０’＝ａ’  ・・・（１２）
Ｌ３＋Ｌ０’＝ｂ’  ・・・（１３）
ここで、Ｌ２は、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離であり、Ｌ３は、第３赤外線ＬＥＤ５３から指までの距離であり、Ｌ０’は、指から第２フォトセンサ６２までの距離である。
【００８０】
そして、第２フォトセンサ６２を原点として、第２赤外線ＬＥＤ５２、第３赤外線ＬＥＤ５３及び第２フォトセンサ６２が並ぶ方向にＹ軸（第３赤外線ＬＥＤ５３側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ（ｘ，ｒ）で表される。ここで、第２赤外線ＬＥＤ５２から第２フォトセンサ６２までの距離と、第３赤外線ＬＥＤ５３から第２フォトセンサ６２までの距離は等しい。この距離をＭとする。距離Ｍは既知である。また、ｒは、ＺＸ平面内において第２フォトセンサ６２から延びるＲ軸方向の位置であり、以下の式が成り立つ。
【００８１】
ｒ２＝ｚ２＋ｘ２  ・・・（１４）
さらに、以下の式が成り立つ。
【００８２】
（Ｌ０’）２＝ｙ２＋ｒ２  ・・・（１５）
Ｌ２２＝（ｙ＋Ｍ）２＋ｒ２  ・・・（１６）
Ｌ３２＝（ｙ−Ｍ）２＋ｒ２  ・・・（１７）
上記式（１２）〜（１７）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ２（ｙ２，ｒ２）を求める。
【００８３】
第４フォトセンサ６４で受光された２つの反射光についても同様に計算して、指の位置Ｐ４（ｙ４，ｒ４）を求める。
【００８４】
こうして、第２フォトセンサ６２を用いて求めた、指のＹ軸方向位置ｙ２と第４フォトセンサ６４を用いて求めた、指のＹ軸方向位置ｙ４とを平均して、最終的な指のＹ軸方向位置ｙとする。
【００８５】
尚、最終的なＹ軸方向位置ｙの算出方法は、上記の方法に限られるものではない。例えば、ｒ２とｒ４とを比較して、小さい方のＹ座標（ｙ２又はｙ４）を最終的なＹ方向位置ｙとして採用してもよい。尚、Ｚ軸方向の位置は、Ｘ軸方向の位置よりも十分に大きいと仮定することができるので、ｚ＞＞ｘとみなし、ｒ≒ｚとしてｚを算出することで演算を簡略化してもよい。
【００８６】
尚、Ｚ軸方向位置ｚについては、この最終的なＹ軸方向位置ｙと、最終的なＸ軸方向位置ｘを求めた際の（ｘ，ｒ）を用いて算出する。ただし、Ｚ軸方向位置ｚは、最終的なＸ軸方向位置ｘと、最終的なＹ軸方向位置ｙを求めた際の（ｙ，ｒ）を用いて算出してもよい。
【００８７】
位置演算手段２２８は、これらの計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。
【００８８】
《発明の実施形態３》
続いて、実施形態３に係る入力装置について説明する。図１５は、実施形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図１６は、入力装置３０１の斜視図である。実施形態１，２では、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとが１つの装置に組み込まれていたが、実施形態３では、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとが分離している。また、実施形態１，２は、非接触ポジションセンシング装置を備えた小型ＴＶ端末であるが、実施形態３は、非接触ポジションセンシング装置を備えた入力装置である。
【００８９】
実施形態３に係る入力装置３０１は、非接触ポジションセンシング装置３０２と、平板状のパッド３０３とを備えている。非接触ポジションセンシング装置３０２は、パッド３０３に設けられた４つのフォトセンサ６１〜６４と、操作者が持って操作する指示棒３０４と、フォトセンサ６１〜６４を制御して指示棒３０４の位置を算出する制御部３２０とを備えている。入力装置３０１によれば、例えば、図示省略のディスプレイにポインタが表示されており、操作者が指示棒３０４を操作することによって、該ポインタを移動させたり、ディスプレイに表示された選択しを選択したりすることができる。非接触ポジションセンシング装置３０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光の強度に応じて、前記強度位置算出と前記位相位置算出とを使い分ける。
【００９０】
指示棒３０４は、先端に赤外線ＬＥＤが設けられている。指示棒３０４は、赤外線ＬＥＤを発光させることによって、その先端から赤外光を出射している。この赤外光は、強度が正弦波状に変調されている。指示棒３０４は、この赤外光を連続的に出射するものであっても、間欠的に出射するものであってもよい。指示棒３０４には、赤外線ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチ（図示省略）が設けられている。この指示棒３０４が送信手段を構成する。
【００９１】
パッド３０３は、それ自体がセンシングを行うものではなく、フォトセンサ６１〜６４を配設するための部材である。パッド３０３には、フォトセンサ６１〜６４によって指示棒３０４の位置を検出可能な範囲である入力エリア３３０が示されている。
【００９２】
入力エリア３３０は、長方形状である。フォトセンサ６１〜６４は、入力エリア３３０の短辺３３１，３３３及び長辺３３２，３３４上に配置されている。詳しくは、右短辺３３１の中点に第１フォトセンサ６１が配置され、上長辺３３２の中点に第２フォトセンサ６２が配置され、左短辺３３３の中点に第３フォトセンサ６３が配置され、下長辺３３４に第４フォトセンサ６４が配置されている。これら第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が受信手段を構成する。
【００９３】
操作者が指示棒３０４の赤外線ＬＥＤをＯＮにして、指示棒３０４をパッド３０３の入力エリア３３０の近傍で移動させると、指示棒３０４からの赤外光を第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が受光する。ここで、説明の便宜上、指示棒３０４から出射される赤外光のうち、第１フォトセンサ６１に到達するものを第１赤外光７１、第２フォトセンサ６２に到達するものを第２赤外光７２、第３フォトセンサ６３に到達するものを第３赤外光７３、第４フォトセンサ６４に到達するものを第４赤外光７４と称する。そして、非接触ポジションセンシング装置３０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した第１から第４赤外光７１〜７４に基づいて指示棒３０４の位置を検出する。入力装置３０１は、指示棒３０４の位置及び移動を操作者の入力として受け付ける。
【００９４】
制御部３２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段３２１と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段３２３と、サンプリング手段３２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段３２４と、平均値算出手段３２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段３２５と、サンプリング手段３２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段３２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段３２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段３２８とを備えている。この制御部３２０が制御手段を構成する。
【００９５】
タイミング生成手段３２１は、システム全体のタイミング信号を生成しており、これを各部に供給する。システム全体のタイミング信号には、サンプリングタイミング信号が含まれる。タイミング生成手段３２１は、実施形態１と異なり、ＬＥＤの切替タイミング信号を生成していない。
【００９６】
サンプリング手段３２３は、サンプリングタイミング信号に基づいて、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からの検出電圧をサンプリングする。このとき、サンプリング手段３２３は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からの検出信号を並列的にサンプリングする。
【００９７】
平均値算出手段３２４及び平均値保存手段３２５は、基本的な構成は実施形態１と同様であり、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からのサンプルデータをそれぞれ平均して、その平均強度をそれぞれ保存する。
【００９８】
位相値算出手段３２６は、基本的な構成は実施形態１と同様であり、第２〜第４フォトセンサ６２〜６４で受光された赤外光の、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光に対する位相差を算出する。各赤外光の位相値の算出方法は上述の通りである。尚、本実施形態では、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光を基準に位相差を算出しているが、第１フォトセンサ６１以外のフォトセンサで受光された赤外光を基準に位相差を算出してもよい。
【００９９】
位相値保存手段３２７は、第２〜第４フォトセンサ６２〜６４で受光された赤外光の、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光に対する位相差を保存する。
【０１００】
位置演算手段３２８は、平均値保存手段３２５に保存されている赤外光の平均強度を読み出す。そして、位置演算手段３２８は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光のうち、少なくとも１つの赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、全ての赤外光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。
【０１０１】
位置演算手段３２８は、以下のようにして、強度位置算出を行う。すなわち、図１７に示すような、フォトセンサで受光した赤外光の受信強度に対する、指示棒３０４とフォトセンサとの距離の関係を予め測定しており、その測定結果からその関係を示す近似式（１８）を求め、記憶しておく。ここで、ｕ，ｖは定数である。
【０１０２】
ｄｉｓ＝ｕ×ｌｎ（ｄｅｔ）＋ｖ  ・・・（１８）
入力エリア３３０の２つの短辺３３１，３３３の中点を結ぶ直線をＸ軸とし、入力エリア３３０の２つの長辺３３２，３３４の中点を結ぶ直線をＹ軸とする。Ｘ軸及びＹ軸は、入力エリア３３０の重心で交差しており、この点をＸ軸及びＹ軸の０点とする。そして、０点から、Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する直線をＺ軸とする。Ｘ軸は、図１６における右辺の側を正とし、Ｙ軸は、図１６における上辺の側を正とし、Ｚ軸は、操作者へ向かう側を正とする。前記第１〜第４フォトセンサ６１〜６４は、Ｘ軸又はＹ軸上に配置されることになる。
【０１０３】
ここで、入力エリア３３０の長辺３３２，３３４の長さを２ｐ、短辺３３１，３３３の長さを２ｑとすると、ＸＹＺ座標系において、第１フォトセンサ６１の位置はＡ（ｐ，０，０）、第２フォトセンサ６２の位置はＢ（０，ｑ，０）、第３フォトセンサ６３の位置はＣ（−ｐ，０，０）、第４フォトセンサ６４の位置はＤ（０，−ｑ，０）で表される。
【０１０４】
また、指示棒３０４の先端から第１〜第４フォトセンサ６１〜６４のそれぞれまでの距離をＬａ〜Ｌｄとする。そして、指示棒３０４の先端がＳ（ｘ，ｙ，ｚ）に位置するとすると、以下の式が成り立つ。
【０１０５】
Ｌａ２＝（ｘ−ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（１９）
Ｌｂ２＝ｘ２＋（ｙ−ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２０）
Ｌｃ２＝（ｘ＋ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２１）
Ｌｄ２＝ｘ２＋（ｙ＋ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２２）
位置演算手段３２８は、前記近似式（１８）を読み出し、第１〜第４赤外光７１〜７４のそれぞれの受信強度から距離Ｌａ〜Ｌｄを求める。求めた距離Ｌａ〜Ｌｄを式（１９）〜（２２）に代入して、連立方程式を解くと、指示棒３０４の先端の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。位置演算手段３２８は、指示棒３０４の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。尚、ｚを含まなくてもよい。
【０１０６】
尚、位置演算手段３２８は、実施形態１のように、Ｘ軸方向に並ぶ第１及び第３第フォトセンサ６１，６３で受光された赤外光の平均強度の比率に基づいてＸ軸方向位置を求め、Ｙ軸方向に並ぶ第２及び第４第フォトセンサ６２，６４で受光された赤外光の平均強度の比率に基づいてＹ軸方向位置を求めてもよい。
【０１０７】
一方、位置演算手段３２８は、以下のようにして、位相位置算出を行う。
【０１０８】
詳しくは、指示棒３０４から第１フォトセンサ６１までの赤外光の伝播時間をｔとし、赤外光の伝播速度をｓとすると、以下の式が成り立つ。
【０１０９】
Ｌａ＝ｓｔ  ・・・（２３）
Ｌｂ＝ｓ（ｔ＋α）  ・・・（２４）
Ｌｃ＝ｓ（ｔ＋β）  ・・・（２５）
Ｌｄ＝ｓ（ｔ＋γ）  ・・・（２６）
ただし、αは、指示棒３０４から第２フォトセンサ６２までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差であり、βは、指示棒３０４から第３フォトセンサ６３までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差であり，γは、指示棒３０４から第４フォトセンサ６４までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差である。これらの時間差は、対応する２つの赤外光の位相差から求めることができる。
【０１１０】
式（２３）〜（２６）を式（１９）〜（２２）に代入すると、以下のようになる。
【０１１１】
ｓ２ｔ２＝（ｘ−ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２７）
ｓ２（ｔ＋α）２＝ｘ２＋（ｙ−ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２８）
ｓ２（ｔ＋β）２＝（ｘ＋ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２９）
ｓ２（ｔ＋γ）２＝ｘ２＋（ｙ＋ｑ）２＋ｚ２  ・・・（３０）
そして、式（２７）、（２８）を用いてｔについて解くと、以下のようになる。
【０１１２】
ｔ＝（２ｐｘ−２ｑｙ−ｐ２＋ｑ２−α２ｓ２）／（２αｓ２）  ・・・（３１）
そして、式（２９）から式（２７）を減算してできた式に式（３１）を代入して得られた式と、式（３０）から式（２８）を減算してできた式に式（３１）を代入して得られた式とを用いて、ｘ及びｙをｐ，ｑ，ｓ，α，β，γだけで表すと、以下のようになる。
【０１１３】
ｘ＝（２αβ２ｓ２＋２α２β２ｓ２−α３βｓ２−αβγ２ｓ２＋ｑ２β＋ｑ２αβ）／４ｐα  ・・・（３２）
ｙ＝｛（γ−α）（２αβ２ｓ２＋２α２β２ｓ２＋２α２γｓ２−α３βｓ２−αβγ２ｓ２＋２ｑ２α−２ｐ２α＋ｑ２β＋ｑ２αβ）｝／４ｑγα  ・・・（３３）
ここで、ｐ，ｑ，ｓは既知であり、α，β，γは、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で反射光が受光される時間差より求めることができる。その結果、式（３２），（３３）を用いて、ｘ，ｙを求めることができる。尚、式（２７）に、式（３１）及び求めたｘ，ｙを代入して、ｚについて解くと、ｚを求めることができる。
【０１１４】
こうして、位置算出手段３２８は、指示棒３０４の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。尚、ｚを含まなくてもよい。
【０１１５】
このように、実施形態３では、１つの赤外線ＬＥＤから出射された赤外光を複数のフォトセンサで受光して、各フォトセンサでの赤外光の平均強度及び強度変化の位相に基づいて対象物の位置を求める。つまり、指示棒３０４から出射された赤外光は、１つのフォトセンサだけでなく、全てのフォトセンサで受光される。
【０１１６】
《その他の実施形態》
前述した本発明の非接触ポジションセンシング装置は、ＣＰＵやセンサ等の純然たるハードウェアで構成される場合に限らず、ファームウェアやＯＳ、さらには周辺機器を含むものであってもよい。また、前述の処理は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。また、機能ブロック群の一部又は全ては、適宜、結合されることによって一体化されて実現されてもよい。例えば、ハイブリッドＩＣとして実現されてもよい。
【０１１７】
前記実施形態では、強度位置算出と位相位置算出との判定を行うべく反射光の強度を確認する際に、強度が変調された赤外光、即ち、位相位置算出を行う際と同じ赤外光を出射している。しかし、反射光の強度を確認する際は、光強度が一定の赤外光を出射してもよい。この場合、反射光の強度を確認した結果、強度位置算出を行うときには、強度確認時と同様の光強度が一定の赤外光を出射する一方、位相位置算出を行うときには、光強度が変調された赤外光を出射するようにしてもよい。こうすることによって、赤外光の強度を変調するのに要する電力を削減することができる。
【０１１８】
また、前記実施形態では、信号として赤外光を用いているが、これに限られるものではない。例えば、可視光を信号として用いてもよく、さらには、超音波等の音波を信号として用いてもよい。
【０１１９】
また、前記実施形態では、赤外線ＬＥＤから出射される赤外光の強度は、位相が零のｓｉｎ波で変調されているが、これに限られるものではない。該赤外光の強度は、位相が零のｃｏｓ波で変調されていてもよい。または、該赤外光の強度は、位相が零以外のｓｉｎ波またはｃｏｓ波で変調されていてもよい。ただし、赤外線ＬＥＤから出射されるときの位相が零でない場合には、実施形態１及び２の位相算出手段は、フォトセンサで受光した赤外光の位相値を求めた後、赤外線ＬＥＤから出射した赤外光の位相との位相差を求める必要がある。そして、この位相差によって赤外光の伝播時間を算出する。
【０１２０】
さらには、赤外線ＬＥＤから出射される赤外光の強度は、ｓｉｎ波またはｃｏｓ波のような正弦波状に変調されるものに限られない。該強度の変調波は、周期的に変化するものであれば、任意の周期関数とすることができる。
【０１２１】
また、実施形態１，２では、非接触ポジションセンシング装置が小型ＴＶ端末に組み込まれ、実施形態３では、非接触ポジションセンシング装置が入力装置に組み込まれていが、非接触ポジションセンシング装置の適用はこれらに限られるものではない。当然ながら、実施形態１，２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成を実施形態３に係る入力装置に適用してもよいし、実施形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成を実施形態１，２に係る小型ＴＶ端末に適用してもよい。また、非接触ポジションセンシング装置は、入力インターフェースとして使用される場合に限らず、単に対象物の位置を検出する用途に適用することもできる。
【０１２２】
前記実施形態では、少なくとも１つの赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合に強度位置算出を行うように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の両方の強度が所定の閾値を超えている場合に強度位置算出を行うように構成してもよい。こうすることによって、２つの赤外光の強度差をよりはっきりと検出することができ、強度位置算出の検出能力を向上させることができる。または、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の強度を、２つの赤外光で平均化して、その平均値が所定の閾値を超えるときに強度位置算出を行うようにしてもよい。あるいは、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の強度を合算して、その合計が所定の閾値を超えるときに強度位置算出を行うようにしてもよい。
【０１２３】
また、前記実施形態では、所定の閾値が、強度位置算出を行うことができる強度に設定されているが、これに限られるものではない。例えば、所定の閾値は、位相位置算出を行うことができる距離に相当する強度に設定してもよい。この場合、位相位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の両方の強度が所定の閾値以下である場合に位相位置算出を行う一方、少なくとも一方の赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を行うことが好ましい。こうすることで、２つの赤外光の位相差をよりはっきりと検出することができ、強度位相算出の検出能力を向上させることができる。
【０１２４】
また、赤外線ＬＥＤ及びフォトセンサの個数及び配置は、前記実施形態に限られるものではない。例えば、実施形態１，２では、対応する２つの赤外線ＬＥＤ間の中点に１つのフォトセンサが設けられ、１つのフォトセンサで２つの赤外光を受光しているが、これに限られるものではない。この位置に２つのフォトセンサを並べて配置してもよい。この場合、赤外線ＬＥＤとフォトセンサが１対１で対応する。また、実施形態１，２の赤外線ＬＥＤの位置にフォトセンサを配置し、フォトセンサの位置に赤外線ＬＥＤを配置してもよい。この場合、赤外線ＬＥＤの個数とフォトセンサの個数とが、実施形態１，２の構成に対して、入れ替わる。かかる構成では、１つの赤外線ＬＥＤから出射された赤外光を２つのフォトセンサで受光し、その２つの赤外光を用いて強度位置算出または位相位置算出を行う。
【０１２５】
例えば、赤外線ＬＥＤとフォトセンサの、前記実施形態以外の配置例としては、図１８に示すような、３つの赤外線ＬＥＤ５１〜５３と、赤外線ＬＥＤ５１〜５３で構成される三角形の内部に配置された１つのフォトセンサ６１とで構成される非接触ポジションセンシング装置４０１が挙げられる。また、別の例としては、図１９に示すような、２つで１組として計４つの赤外線ＬＥＤ５１〜５４と、各組の赤外線ＬＥＤを結ぶ直線の交点に配置された１つのフォトセンサ６１とで構成される非接触ポジションセンシング装置５０１が挙げられる。これらの例において、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとを入れ替えてもよい。尚、これら以外の配置であってもよく、任意の配置を採用することができる。
【０１２６】
前記実施形態をまとめると、以下のように表現することもできる。
【０１２７】
すなわち、非接触ポジションセンシング装置は、複数の発光手段と、前記複数の発光手段の発光光の対象物による反射光を前記複数の発光手段ごとに受光する受光手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度に基づいて、前記対象物の位置を算出する光強度位置算出手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の位相に基づいて、前記対象物の位置を算出する光位相位置算出手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度に基づいて、前記光強度位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、前記光位相位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、を切り換える制御手段と、を備えている。
【０１２８】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記複数の発光手段の発光光は、正弦波または余弦波で変調されている。
【０１２９】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記光強度位置算出手段は、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度の所定の期間における平均値に基づいて、前記対象物の位置を算出する。
【０１３０】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記制御手段は、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度の所定の期間における平均値に基づいて、前記光強度位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、前記光位相位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、を切り換える。
【０１３１】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
ここに開示された技術は、対象物の位置を非接触で検出する用途に有効である。
【符号の説明】
【０１３３】
２０，２２０，３２０      制御部（制御手段）
５１      第１赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５２      第２赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５３      第３赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５４      第４赤外線ＬＥＤ（送信手段）
６１      （第１）フォトセンサ（受信手段）
６２      第２フォトセンサ（受信手段）
６３      第３フォトセンサ（受信手段）
６４      第４フォトセンサ（受信手段）
３０４    指示棒（送信手段）
【図１】
2012063387.tif 000003
【図２】
2012063387.tif 000004
【図３】
2012063387.tif 000005
【図４】
2012063387.tif 000006
【図５】
2012063387.tif 000007
【図６】
2012063387.tif 000008
【図７】
2012063387.tif 000009
【図８】
2012063387.tif 000010
【図９】
2012063387.tif 000011
【図１０】
2012063387.tif 000012
【図１１】
2012063387.tif 000013
【図１２】
2012063387.tif 000014
【図１３】
2012063387.tif 000015
【図１４】
2012063387.tif 000016
【図１５】
2012063387.tif 000017
【図１６】
2012063387.tif 000018
【図１７】
2012063387.tif 000019
【図１８】
2012063387.tif 000020
【図１９】
2012063387.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月21日(2012.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置を非接触でセンシングする非接触ポジションセンシング装置及び非接触ポジションセンシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＤＡ、スマートフォン、タブレットＰＣ、カーナビゲーションシステム等の情報端末や小型ＴＶ端末が普及している。これらの端末は、通常、操作性向上のためにタッチ式入力部を採用している場合が多い。例えば、タッチ式入力部は、アイコン等の、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の画面部品を表示するディスプレイで構成されており、このディスプレイは、スタイラス（タッチペン）や指で表示画面をタッチされることにより情報の入力を受け付けるようになっている。例えば、ディスプレイの表示画面には複数のアイコン等を含む画面部品が表示され、それに対して、ユーザがスタイラスや指で表示画面をタッチすることによってアイコンが選択され、アイコンに割り当てられているアプリケーションプログラムが起動される。
【０００３】
また、タッチ式入力部以外の技術としては、複数の赤外線ＬＥＤとフォトセンサを用いた非接触のポジションセンシング技術が知られている。例えば、特許文献１に係る技術は、光強度を変調した赤外光を所定の位置から出射し、スタイラスや指等の対象物からの反射光を受光して、出射光と反射光との位相差に基づいて対象物の位置を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２００１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る技術では、対象物の位置がフォトセンサ等の受光部に近すぎると位相の検出誤差が無視できず精度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物の位置を非接触でセンシングする技術において、対象物の位置を近いところから離れたところまで広範囲にわたって良好に検出できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、ここに開示された非接触ポジションセンシング装置は、互いに異なる場所に設けられ、信号を送信する複数の送信手段と、対象物で反射した複数の前記信号を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【０００８】
また、別の非接触ポジションセンシング装置は、信号を発する送信手段と、互いに異なる場所に設けられ、対象物で反射した前記信号を受信する複数の受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【０００９】
さらに別の非接触ポジションセンシング装置は、対象物と共に移動し、信号を送信する送信手段と、互いに異なる場所に設けられ、前記信号を受信する複数の受信手段と、前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【００１０】
また、ここに開示された非接触ポジションセンシング方法は、互いに異なる複数の場所から信号を送信することと、対象物で反射した前記信号を受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【００１１】
別の非接触ポジションセンシング方法は、信号を送信することと、対象物で反射した前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【００１２】
さらに別の非接触ポジションセンシング方法は、対象物と同じ場所から信号を送信することと、前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、前記位置算出においては、前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、を前記受信信号の強度に基づいて切り替えるものとする。
【発明の効果】
【００１３】
前記非接触ポジションセンシング装置によれば、強度位置算出と位相位置算出とを信号の強度に応じて使い分けることによって、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出できる。
【００１４】
また、前記非接触ポジションセンシング方法によれば、強度位置算出と位相位置算出とを信号の強度に応じて使い分けることによって、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る小型ＴＶ端末の正面図である。
【図３】図３は、ＬＥＤ制御手段での処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は、赤外線ＬＥＤから出力される光の変調パターンを示す図である。
【図５】図５は、受光した反射光の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、送信信号と受信信号とを示す波形図である。
【図７】図７は、光強度差による位置検出を説明するための概念図である。
【図８】図８は、対象物の位置と反射光の強度との関係を示す概念図である。
【図９】図９は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る小型ＴＶ端末の正面図である。
【図１２】図１２は、赤外線ＬＥＤから出力される光の変調パターンを示す図である。
【図１３】図１３は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。
【図１４】図１４は、Ｙ軸方向とＺ軸方向の合成軸Ｒを示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３に係る入力装置の斜視図である。
【図１７】図１７は、フォトセンサでの受信強度に対する指示棒とフォトセンサとの距離の関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、その他の実施の形態に係る非接触ポジションセンシング装置の概略図である。
【図１９】図１９は、その他の実施の形態に係る別の非接触ポジションセンシング装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、非接触ポジションセンシング装置を小型ＴＶ端末に組み込んだ例について説明する。
【００１７】
《発明の実施形態１》
図１は、非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図２は、小型ＴＶ端末１の正面図である。
【００１８】
小型ＴＶ端末１は、非接触ポジションセンシング装置２と、長方形状の表示部３と、該表示部３を囲む長方形状のフレーム４と、を備えている。小型ＴＶ端末１の長手方向をＸ軸方向とし、表示部３に直交する方向をＺ軸方向とする。表示部３には、ＴＶ映像、インターネット画面、音量及びチャンネル等が表示される。表示部３には、現在の音量やチャンネル以外に、音量やチャンネルを変更するための操作部も表示され得る。さらに、表示部３には、ユーザが入力操作を行うためのポインタも表示され得る。その場合、ポインタは、その表示状態や色が変化しており、現在のポインティング位置が明確にわかるようになっている。これにより、ユーザの入力操作がわかりやすくなる。ユーザは、ポインタを移動させることによって、インターネットのリンク先の指定や、音量又はチャンネルの変更を行う。表示部３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ又はプラズマディスプレイ等で構成され得る。
【００１９】
非接触ポジションセンシング装置２は、赤外光を出射する第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２と、赤外光を受光するフォトセンサ６１と、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２並びにフォトセンサ６１を制御して対象物の位置を算出する制御部２０とを備えている。制御部２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段２１と、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２を制御するＬＥＤ制御手段２２と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段２３と、サンプリング手段２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段２４と、平均値算出手段２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段２５と、サンプリング手段２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段２８とを有している。この制御部２０が制御手段を構成する。
【００２０】
第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、フレーム４のうち、表示部３の上方に位置する長辺部４１の長手方向両端部に設けられている。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、それぞれ赤外光を出射するように構成されている。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２が、信号を送信する送信手段を構成する。
【００２１】
フォトセンサ６１は、長辺部４１の長手方向中央に設けられている。フォトセンサ６１は、赤外光を受光して、受光した赤外光を電圧に変換するように構成されている。フォトセンサ６１が信号を受信する受信手段を構成する。
【００２２】
詳しくは後述するが、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射された赤外光は、小型ＴＶ端末１のユーザ（操作者）の指又はスタイラスに当たって反射し、その反射光がフォトセンサ６１で受光される。そして、受光された反射光が解析され、対象物の位置が算出される。第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２が、信号を送信する複数の送信手段を構成し、フォトセンサ６１が複数の送信手段から送信され、対象物で反射した反射信号を受信する受信手段を構成する。この場合の信号は、赤外光で構成されている。
【００２３】
タイミング生成手段２１は、システム全体のタイミング信号を生成しており、これを各部に供給する。システム全体のタイミング信号には、サンプリングタイミング信号とＬＥＤの切替タイミング信号とが含まれる。例えば、サンプリングタイミング信号は、１２０ＭＨｚのクロック信号である。切替タイミング信号は、「０」と「１」の二値の信号であって、「０」と「１」とが３０ＭＨｚで切り替わる。つまり、切替タイミング信号は、サンプリングタイミング信号に基づいて、４クロックごとに「０」と「１」とが切り替わるように生成される。
【００２４】
ＬＥＤ制御手段２２は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２のそれぞれに赤外光を出射させるように制御する。ＬＥＤ制御手段２２は、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号を用いて、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２の駆動信号を生成する。図３は、ＬＥＤ制御手段２２での処理を示すフローチャートであり、図４は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出力される光の変調パターンを示す図である。
【００２５】
まず、ＬＥＤ制御手段２２は、タイミング生成手段２１からサンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号の入力を受ける（Ｓ３０１）。図４における等間隔の縦破線は、クロック信号であるサンプリングタイミング信号の立ち上がりと立ち下がりのエッジを示している。すなわち、この縦破線がサンプリングタイミングを示している。
【００２６】
ＬＥＤ制御手段２２は、サンプリングタイミング信号を用いて正弦波状の変調データを作成する（Ｓ３０２）。具体的には、ＬＥＤ制御手段２２は、ｓｉｎ波又はｃｏｓ波であって、切替タイミング信号の「０」と「１」とが切り替わるタイミングで位相が零となる変調データを作成する。そして、ＬＥＤ制御手段２２は、切替タイミング信号が「０」か否かを判定し（Ｓ３０３）、切替タイミング信号が「０」の場合は、変調データを用いて第１赤外線ＬＥＤ５１を駆動する（Ｓ３０４）。該信号が「０」である間は、第１赤外線ＬＥＤ５１が駆動され続ける。詳しくは、ＬＥＤ制御手段２２は、変調データにオフセットを加算して駆動信号を生成する。すなわち、各駆動信号は、ＯＮ／ＯＦＦの矩形波のＯＮのときの振幅が変調データで変調された信号である。各駆動信号の変調データは、１周期分のｓｉｎ波であり、開始時の位相は零である。ＬＥＤ制御手段２２は、該駆動信号をＤ／Ａ変換して第１赤外線ＬＥＤ５１へ出力する。すると、第１赤外線ＬＥＤ５１は、図４に示すように、切替タイミング信号が「０」の間、強度が変調データに従って周期的に、詳しくは正弦波状に変調する赤外光を出力する。一方、ＬＥＤ制御手段２２は、切替タイミング信号が「１」の場合は、変調データを用いて第２赤外線ＬＥＤ５２を駆動する（Ｓ３０５）。該信号が「１」である間は、第２赤外線ＬＥＤ５２が駆動され続ける。詳しい制御内容は、第１赤外線ＬＥＤ５１の場合と同じである。その結果、第２赤外線ＬＥＤ５２は、図４に示すように、切替タイミング信号が「１」の間、強度が変調データに従って周期的に、詳しくは正弦波状に変調する赤外光を出力する。こうして、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、強度が変調された赤外光を切替タイミング信号に従って交互に出力する。
【００２７】
ここで、切替タイミング信号の切替点で変調データの位相が零となる変調データを用いることによって、後述する、反射光との位相差を算出する際の処理が簡単になる。ただし、これに限定するものではない。
【００２８】
続いて、指やスタイラス等の対象物の位置を反射光に基づいて算出する処理について説明する。図５は、受光した反射光の処理を示すフローチャートであり、図６は、送信信号と受信信号とを示す波形図である。
【００２９】
サンプリング手段２３には、タイミング生成手段２１からのサンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号と、フォトセンサ６１からの検出電圧が入力されている。サンプリング手段２３は、フォトセンサ６１からの検出電圧を切替タイミング信号に応じた期間で、サンプリングタイミング信号によるサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して、取り込む（Ｓ５０１）。その結果、サンプリング手段２３は、図６に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つのサンプルデータを取得する。サンプリング手段２３は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光とをそれぞれ取得する。サンプリング手段２３は、取り込んだサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を、切替タイミング信号の種別を識別した状態で平均値算出手段２４及び位相値算出手段２６へ入力する。切替タイミング信号の種別は、赤外光を出射した赤外線ＬＥＤの種別、即ち、第１赤外線ＬＥＤ５１か第２赤外線ＬＥＤ５２かに対応している。
【００３０】
次に、平均値算出手段２４は、切替タイミング信号の一周期分のサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の大きさを平均化して、反射光の強度の平均値Ｑ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４）を求める（Ｓ５０２）。以下、この強度の平均値を平均強度ともいう。こうして、平均値算出手段２４は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度とを求める。平均値算出手段２４は、各平均強度を平均値保存手段２５及び位相値算出手段２６へ入力する。
【００３１】
平均値保存手段２５は、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度Ｑと、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度Ｑとをそれぞれ保存する（Ｓ５０３）。平均値保存手段２５は、順次入力される最新の平均強度Ｑを第１赤外線ＬＥＤ５１と第２赤外線ＬＥＤ５２とで分けて保存していく。
【００３２】
位相値算出手段２６は、切替タイミング信号の一周期でのサンプルデータ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）から、平均値算出手段２４で算出した平均強度Ｑを減算し、その減算したデータ（Ａ−Ｑ，Ｂ−Ｑ，Ｃ−Ｑ，Ｄ−Ｑ）にフーリエ変換を実行する。そして、位相値算出手段２６は、フーリエ変換して得られた複素数データの中から絶対値（パワー値）が最大のものを求め、その最大のものの位相値（偏角）を求める（Ｓ５０４）。具体的には、位相値算出手段２６は、絶対値が最大の複素数データの実数成分と虚数成分からアークタンジェント演算をして位相値を算出する。このとき、反射光のサンプリングタイミングは、切替タイミング信号の切替タイミングに対してずれているため、得られた位相値に対してこの固定的なずれ分を補正する。図６のでは、切替タイミング信号の開始して（切り替わって）１／４周期経過してからサンプリングを開始しているため、得られた位相値から切替タイミング信号の１／４周期（位相値としてはπ／２）を減算する。こうして、反射光の位相値が求められる。ここで、出射光は位相値が零であるため、反射光の位相値は、出射光と反射光との位相差を意味する。位相値算出手段２６は、切替タイミング信号に応じて、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の位相値と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の位相値とをそれぞれ求める。尚、出射光の位相値が零でない場合は、反射光の位相値から出射光の位相値を減算して位相差を求める。
【００３３】
位相値保存手段２７は、求められた第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の位相値と、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の位相値とをそれぞれ保存する（Ｓ５０５）。位相値保存手段２７は、順次入力される最新の位相値を第１赤外線ＬＥＤ５１と第２赤外線ＬＥＤ５２とで分けて保存していく。
【００３４】
位置演算手段２８は、平均値保存手段２５に保存されている、第１赤外線ＬＥＤ５１に対応する反射光の平均強度Ｑと、第２赤外線ＬＥＤ５２に対応する反射光の平均強度Ｑを読み出し、少なくとも一方の平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ５０６）。位置演算手段２８は、少なくとも一方の平均強度が所定の閾値を超えている場合は、反射光の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出を行う（Ｓ５０７）一方、両方の平均強度が所定の閾値以下である場合は、反射光の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出を行う（Ｓ５０８）。この所定の閾値は、後述する強度位置算出を行うことができる最低限の強度である。
【００３５】
まず、強度位置算出について、図７，８を参照しながら説明する。図７は、光強度差による位置検出を説明するための概念図であり、図８は、対象物の位置と反射光の強度（平均強度）との関係を示す概念図である。以下、第１赤外線ＬＥＤ５１から出射される出射光を第１出射光７１と、それに対応する反射光を第１反射光８１と称し、第２赤外線ＬＥＤ５２から出射される出射光を第２出射光７２と、それに対応する反射光を第２反射光８２と称する。
【００３６】
強度位置算出は、光の強度の減衰を利用している。つまり、光は伝播に伴い強度が減衰するため、反射光の強度が対象物の位置に応じて変化する。例えば、図７において、対象物としての指が（１）の位置に存在するときには、第２反射光８２の強度は、第１反射光８１の強度に比較して小さくなる。一方、指が（９）の位置に存在するときには、逆の結果となる。また、指が中央である（５）の位置に存在するときには、第１反射光８１と第２反射光８２の強度は同程度となる。この対象物の位置と反射光の強度との関係は、実測又はシミュレーションにより求めることができる。図８に示すようなグラフが予め求められ、記憶されている。位置演算手段２８は、第１反射光８１の強度と第２反射光８２の強度との比率を、グラフに照らし合わせて、指の位置を算出する（Ｓ５０７）。位置演算手段２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。尚、グラフの代わりに、対象物の位置と反射光の強度との関係を示すテーブルが予め記憶されていてもよい。その場合、位置演算手段２８は、テーブル内の強度の中から、実際の反射光の強度に最も近似するデータを探し、最も近似するデータに対応する位置に指が存在するとしてもよい。
【００３７】
次に、位相位置算出について、図９を参照しながら説明する。図９は、位相差による位置検出を説明するための概念図である。尚、位相差とは、赤外光の強度変化の位相差を意味する。
【００３８】
出射光の強度変化は、ＬＥＤ制御手段２２によって制御されるものであり、その周期は既知である。そのため、反射光の位相値に基づいて、光の伝播距離を算出することができる。詳しくは、位置演算手段２８は、位相値保存手段２７に保存された、第１反射光８１の位相値と第２反射光８２の位相値とを読み出す。これらの位相値は、前述の如く、出射光と反射光との位相差に相当する。ここで、第１及び第２出射光７１，７２の強度変化の周波数は３０ＭＨｚなので、その周期は３３．３３ｎｓであり、第１及び第２反射光８１，８２の周期も当然ながら同じである。これら第１及び第２反射光８１，８２の位相値と周期とから、赤外光が第１又は第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されてから、指で反射して、フォトセンサ６１で受光されるまでの伝播時間がわかる。赤外光の速度は既知であるので、該伝播時間と赤外光の速度から伝播距離を算出することができる。
【００３９】
第１赤外線ＬＥＤ５１から指までの距離をＬ１、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離をＬ２、指からフォトセンサ６１までの距離をＬ０とすると、第１赤外線ＬＥＤ５１から指を経由してフォトセンサ６１までの距離は、Ｌ１＋Ｌ０で表され、第２赤外線ＬＥＤ５２から指を経由してフォトセンサ６１までの距離は、Ｌ２＋Ｌ０で表される。そして、第１反射光８１の位相値に基づいて算出された伝播距離をａとし、第２反射光８２の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂとすると、以下の式が成り立つ。
【００４０】
Ｌ１＋Ｌ０＝ａ  ・・・（１）
Ｌ２＋Ｌ０＝ｂ  ・・・（２）
そして、図９に示すように、フォトセンサ６１を原点として、第１赤外線ＬＥＤ５１、第２赤外線ＬＥＤ５２及びフォトセンサ６１が並ぶ方向にＸ軸（第２赤外線ＬＥＤ５２側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ（ｘ，ｚ）で表される。また、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２は、フレーム４の長辺部４１の長手方向両端部に設けられ、フォトセンサ６１は、長辺部４１の長手方向中央に設けられているので、第１赤外線ＬＥＤ５１からフォトセンサ６１までの距離と第２赤外線ＬＥＤ５２からフォトセンサ６１までの距離は等しい。この距離をＬとする。距離Ｌは、既知である。この場合、以下の式が成り立つ。
【００４１】
Ｌ０２＝ｘ２＋ｚ２  ・・・（３）
Ｌ１２＝（ｘ＋Ｌ）２＋ｚ２  ・・・（４）
Ｌ２２＝（ｘ−Ｌ）２＋ｚ２  ・・・（５）
上記式（１）〜（５）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ（ｘ，ｚ）を求めることができる。位置演算手段２８は、この計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２８は、指の位置Ｐ（ｘ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。
【００４２】
上位のミドルウェアやアプリケーションは、ポジションデータ９０を用いて指の位置に対応した制御を行う。例えば、小型ＴＶ端末１のチャンネル変更やボリュームの調整を行う。
【００４３】
本実施形態によれば、反射光の強度に応じて、強度位置算出と位相位置算出とが使い分けられる。具体的には、指が小型ＴＶ端末１に比較的近い場合は、反射光の平均強度が大きいので、第１及び第２反射光８１，８２の少なくとも一方の平均強度は所定の閾値を超える。その結果、強度位置算出によって指の位置が求められる。一方、指が小型ＴＶ端末１に比較的遠い場合は、反射光の平均強度が小さいので、第１及び第２反射光８１，８２の少なく両方の平均強度が所定の閾値以下となる。その結果、位相位置算出によって指の位置が求められる。
【００４４】
ここで、赤外光の伝播距離が短い場合には、位相値に対する、検出時の誤差の影響が相対的に大きくなってしまい、位置検出精度が低下するという問題がある。一方、赤外光の伝播距離が長い場合には、光の強度差がわかり難くなるため、赤外光の出力を高くしなければならないという問題がある。
【００４５】
それに対し、本実施形態では、赤外光の伝播距離が短い場合には強度位置算出を用い、赤外光の伝播距離が長い場合には位相位置算出を用いるので、強度位置算出及び位相位置算出の短所を補いつつ、両者の長所だけを利用して、対象物の位置を検出することができる。その結果、対象物の位置を広範囲にわたって良好に検出することができる。
【００４６】
このとき、前記制御手段は、少なくとも１つの前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値を超えているときには前記強度位置算出を行う一方、全ての前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値以下のときには前記位相位置検出を行うように構成されている。具体的には、制御部２０は、少なくとも１つの赤外光の平均強度が強度位置算出を行うことができる程度である場合には、位相位置算出ではなく強度位置算出を行う。これによって、位置検出性能を向上させることができる。つまり、少なくとも１つの赤外光の平均強度が大きいということは、少なくとも１つの赤外光の電波距離が短く、位相差を検出し難い状態にあることを意味する。そのため、少なくとも１つの赤外光の平均強度が大きいときには強度位置算出を行うことによって、位置検出性能を向上させることができる。
【００４７】
ただし、前記制御手段は、全ての前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値を超えているときには前記強度位置算出を行う一方、少なくとも１つの前記発光手段からの光の反射光の強度が所定の閾値以下のときには前記位相位置検出を行うように構成してもよい。こうすることによって、２つの赤外光の強度差をよりはっきりと検出することができ、強度位置算出の検出能力を向上させることができる。
【００４８】
《発明の実施形態２》
続いて、実施形態２に係る小型ＴＶ端末について説明する。図１０は、実施形態２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図１１は、小型ＴＶ端末２０３の正面図である。実施形態２に係る小型ＴＶ端末２０１は、ＬＥＤ及びフォトセンサの個数及び配置の点で実施形態１に係る小型ＴＶ端末１と異なる。そこで、実施形態１と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００４９】
小型ＴＶ端末２０１は、図１１に示すように、長方形状の表示部３と、該表示部３を囲む長方形状のフレーム２０４と、非接触ポジションセンシング装置２０２とを備えている。小型ＴＶ端末２０１の長手方向をＸ軸方向とし、短手方向をＹ軸方向とし、表示部３に直交する方向をＺ軸方向とする。
【００５０】
フレーム２０４の四隅部のそれぞれには、赤外線ＬＥＤが設けられている。詳しくは、表示部３に向かって、左上の隅部に第１赤外線ＬＥＤ５１が、右上の隅部に第２赤外線ＬＥＤ５２が、右下の隅部に第３赤外線ＬＥＤ５３が、左下の隅部に第４赤外線ＬＥＤ５４が設けられている。これら第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４が信号を送信する送信手段を構成する。
【００５１】
また、フレーム２０４の４辺のそれぞれには、フォトセンサが設けられている。詳しくは、表示部３に向かって、上側の長辺部２４１の長手方向中央に第１フォトセンサ６１が、右側の短辺部２４２の長手方向中央に第２フォトセンサ６２が、下側の長辺部２４３の長手方向中央に第３フォトセンサ６３が、左側の短辺部２４４の長手方向中央に第４フォトセンサ６４が設けられている。第１フォトセンサ６１は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第２フォトセンサ６２は、第２及び第３赤外線ＬＥＤ５２，５３から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第３フォトセンサ６３は、第３及び第４赤外線ＬＥＤ５３，５４から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第４フォトセンサ６４は、第４及び第１赤外線ＬＥＤ５４，５１から出射されて、指等の対象物で反射された反射光を受光する。第１及び第３フォトセンサ６１，６３は、Ｘ軸方向の位置検出する際に用いられるセンサである。また、第２及び第４フォトセンサ６２，６４は、Ｙ軸方向の位置検出する際に用いられるセンサである。これら第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が信号を受信する受信手段を構成する。
【００５２】
非接触ポジションセンシング装置２０２の基本的な構成は、実施形態１に係る非接触ポジションセンシング装置２と同様である。非接触ポジションセンシング装置２０２は、赤外線ＬＥＤ及びフォトセンサの個数が実施形態１に係る非接触ポジションセンシング装置２と異なるので、各部の制御内容も多少異なる。
【００５３】
非接触ポジションセンシング装置２０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光の強度に応じて、前記強度位置算出と前記位相位置算出とを使い分ける。非接触ポジションセンシング装置２０２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４及び第１〜第４フォトセンサ６１〜６４の他に、１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４及び第１〜第４フォトセンサ６１〜６４を制御し対象物の位置を算出する制御部２２０を備えている。制御部２２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段２２１と、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４を制御するＬＥＤ制御手段２２２と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段２２３と、サンプリング手段２２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段２２４と、平均値算出手段２２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段２２５と、サンプリング手段２２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段２２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段２２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段２２８とを備えている。この制御部２２０が制御手段を構成する。
【００５４】
タイミング生成手段２２１は、実施形態１と同様に、サンプリングタイミング信号及びＬＥＤの切替タイミング信号を生成しており、これらを各部に供給する。実施形態２に係る切替タイミング信号は、「０」、「１」、「２」、「３」の４つの値をとり、３０ＭＨｚで、この順番で切り替わる。つまり、切替タイミング信号は、サンプリングタイミング信号に基づいて、４クロックごとに「０」、「１」、「２」、「３」が順番に切り替わる。
【００５５】
ＬＥＤ制御手段２２２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４のそれぞれに赤外光を出射させるように制御する。ＬＥＤ制御手段２２２は、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号を用いて、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４の駆動信号を生成する。図１２は、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４から出力される光の変調パターンを示す図である。
【００５６】
ＬＥＤ制御手段２２２は、正弦波状の変調データを作成し、切替タイミング信号に応じて変調データを分割して各赤外線ＬＥＤへの駆動信号を生成する。各駆動信号は、変調データにオフセットを加算して生成される。各駆動信号の変調データは、１周期分のｓｉｎ波であり、開始時の位相は零である。ＬＥＤ制御手段２２２は、切替タイミング信号が「０」のときには第１赤外線ＬＥＤ５１へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「１」のときには第２赤外線ＬＥＤ５２へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「２」のときには第３赤外線ＬＥＤ５３へ駆動信号を出力し、切替タイミング信号が「３」のときには第４赤外線ＬＥＤ５４へ駆動信号を出力する。その結果、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４は、強度が変調された第１〜第４赤外光７１〜７４を切替タイミング信号に従って交互に出力する。
【００５７】
操作者が指を小型ＴＶ端末２０１に近づけると、第１〜第４赤外線ＬＥＤ５１〜５４からの赤外光が指に順次、当たって反射され、第１〜第４反射光８１〜８４のそれぞれが第１〜第４フォトセンサ６１〜６４に受光される。詳しくは、第１フォトセンサ６１は、第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２からの第１及び第２反射光８１，８２を受光する。第２フォトセンサ６２は、第２及び第３赤外線ＬＥＤ５２，５３からの第２及び第３反射光８２，８３を受光する。第３フォトセンサ６３は、第３及び第４赤外線ＬＥＤ１１３，１１４からの第３及び第４反射光８３，８４を受光する。第４フォトセンサ６４は、第４及び第１赤外線ＬＥＤ１１４，１１１からの第４及び第１反射光８４，８１を受光する。
【００５８】
サンプリング手段２２３には、サンプリングタイミング信号及び切替タイミング信号が入力されている。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「０」のときに第４及び第１フォトセンサ６４，６１からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「１」のときに第１及び第２フォトセンサ６１，６２からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「２」のときに第２及び第３フォトセンサ６２，６３からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、切替タイミング信号が「３」のときに第３及び第４フォトセンサ６３，６４からの検出電圧をサンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換して取り込む。サンプリング手段２２３は、取り込んだサンプルデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別を識別した状態で平均値算出手段２２４及び位相値算出手段２２６へ入力する。切替タイミング信号の種別は、赤外光を出射した赤外線ＬＥＤの種別に対応している。
【００５９】
平均値算出手段２２４は、入力されたサンプルデータを、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに平均化する。すなわち、平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「０」のときの第４フォトセンサ６４のサンプルデータの平均強度を算出すると共に、切替タイミング信号が「０」のときの第１フォトセンサ６１のサンプルデータの平均強度を算出する。同様に、平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「１」のときの第１及び第２フォトセンサ６１，６２のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「２」のときの第２及び第３フォトセンサ６２，６３のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、切替タイミング信号が「３」のときの第３及び第４フォトセンサ６３，６４のサンプルデータの平均強度をそれぞれ算出する。平均値算出手段２２４は、各平均強度を平均値保存手段２２５及び位相値算出手段２２６へ入力する。
【００６０】
平均値保存手段２２５は、切替タイミング信号の種別及びフォトセンサの種別ごとに平均強度を保存する。つまり、平均値保存手段２２５は、切替タイミング信号が「０」，「１」のそれぞれのときに第１フォトセンサ６１で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「１」，「２」のそれぞれのときに第２フォトセンサ６２で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「２」，「３」のそれぞれのときに第３フォトセンサ６３で受光した反射光の平均強度と、切替タイミング信号が「３」，「０」のそれぞれのときに第４フォトセンサ６４で受光した反射光の平均強度との合計８種類の平均強度を保存する。
【００６１】
位相値算出手段２２６は、入力されたサンプルデータの位相値を、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに算出する。詳しくは、位相値算出手段２２６は、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに、入力されたサンプリングデータから平均値算出手段２２４で算出した平均強度を減算し、その減算したデータにフーリエ変換を実行する。そして、位相値算出手段２２６は、フーリエ変換して得られた複素数データの中から絶対値（パワー値）が最大のものを求め、その最大のものの位相値（偏角）を求める。このとき、反射光のサンプリングタイミングは、切替タイミング信号の切替タイミングに対してずれているため、得られた位相値に対してこの固定的なずれ分を補正する。こうして、位相値算出手段２２６は、切替タイミング信号及びフォトセンサの種別ごとに反射光の位相値を算出する。位相値算出手段２２６は、算出した位相値を位相値保存手段２２７へ入力する。
【００６２】
位相値保存手段２２７は、切替タイミング信号の種別及びフォトセンサの種別ごとに位相値を保存する。つまり、位相値保存手段２２７は、切替タイミング信号が「０」，「１」のそれぞれのときに第１フォトセンサ６１で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「１」，「２」のそれぞれのときに第２フォトセンサ６２で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「２」，「３」のそれぞれのときに第３フォトセンサ６３で受光した反射光の位相値と、切替タイミング信号が「３」，「０」のそれぞれのときに第４フォトセンサ６４で受光した反射光の位相値との合計８種類の位相値を保存する。
【００６３】
位置演算手段２２８は、平均値保存手段２２５に保存されている平均強度を読み出し、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかを該平均強度に基づいて判定する。位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との判定を、Ｘ軸方向の位置検出とＹ軸方向の位置検出とで別々に実行する。詳しくは、位置演算手段２２８は、Ｘ軸方向の位置検出に関し、第１フォトセンサ６１で受光した２つの反射光（詳しくは、異なる２つの赤外線ＬＥＤから出射された光の反射光を意味する。以下、同様。）及び第３フォトセンサ６３で受光した２つの反射光のうち少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する。位置演算手段２２８は、少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えている場合は強度位置算出を行う一方、全ての平均強度が所定の閾値以下である場合は位相位置算出を行う。また、位置演算手段２２８は、Ｙ軸方向の位置検出に関し、第２フォトセンサ６２で受光した２つの反射光及び第４フォトセンサ６４で受光した２つの反射光のうち少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えているか否かを判定する。位置演算手段２２８は、少なくとも１つの平均強度が所定の閾値を超えている場合は強度位置算出を行う一方、全ての平均強度が所定の閾値以下である場合は位相位置算出を行う。
【００６４】
尚、位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との判定を、Ｘ軸方向の位置検出とＹ軸方向の位置検出とで別々に実行しているが、これに限られるものではない。例えば、位置演算手段２２８は、強度位置算出と位相位置算出との上記の判定を、フォトセンサごとに別々に実行してもよい。すなわち、フォトセンサごとに２つの反射光の強度を調査し、少なくとも１つの反射光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、両方の反射光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。この場合、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかは、フォトセンサごとに異なる。あるいは、位置演算手段２２８は、全てのフォトセンサでの反射光に基づいて、強度位置算出と位相位置算出との上記の判定を実行してもよい。すなわち、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した全ての反射光のうち少なくとも１つの反射光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、全ての反射光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。この場合、強度位置算出を行うか位相位置算出を行うかは、全てのフォトセンサで共通となる。
【００６５】
強度位置算出の基本的な算出原理は、実施形態１と同様である。詳しくは、強度位置算出は、各フォトセンサで受光する２つの反射光の強度を用いて、フォトセンサごとに行う。フォトセンサごとに、図８に示すような、該フォトセンサに対応する２つの赤外線ＬＥＤ間における位置に応じた、２つの反射光の強度の比率をグラフ又はテーブルの形式で予め取得しておく。そして、フォトセンサごとに、実際に受光した２つの反射光の強度を、記憶しておいたグラフ又はテーブルに照らし合わせて、指の位置を求める。
【００６６】
ここで、指のＸ軸方向位置を検出するためのフォトセンサは、第１フォトセンサ６１と第３フォトセンサ６３とで２つ存在する。そのため、Ｘ軸方向位置は、２つの値が求められる。２つの値が等しい場合には、その値をそのままＸ軸方向位置として採用する。２つの値が異なる場合には、２つのフォトセンサで受光された計４つの反射光のうち最も強度が大きい反射光を用いて算出された値をＸ軸方向位置として採用する。ただし、Ｘ軸方向位置の決め方は、これに限られるものではない。例えば、各フォトセンサで受光される２つの反射光の強度を合計し、その合計値が大きい方のフォトセンサを用いて算出された値をＸ軸方向位置として採用してもよい。あるいは、２つのフォトセンサで求められた値を平均して、それをＸ軸方向位置としてもよい。
【００６７】
指のＹ軸方向位置の検出も、Ｘ軸方向位置の検出と同様に行う。
【００６８】
位置演算手段２２８は、これらの計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。
【００６９】
次に、位相位置算出について説明する。位相位置算出の基本的な算出原理は、実施形態１と同様である。位相位置算出は、各フォトセンサで受光する２つの反射光の位相値を用いて、フォトセンサごとに行う。
【００７０】
以下では、第１フォトセンサ６１を例にして説明する。出射光の強度変化の周期は既知であるため、第１フォトセンサ６１で受光された第１及び第２反射光８１，８２の位相値と該周期とから、赤外光が第１及び第２赤外線ＬＥＤ５１，５２から出射されてから、指で反射して、第１フォトセンサ６１で受光されるまでの伝播時間を求める。そして、この伝播時間と赤外光の速度とから伝播距離を算出する。
【００７１】
ここで、第１赤外線ＬＥＤ５１から指までの距離をＬ１、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離をＬ２、指から第１フォトセンサ６１までの距離をＬ０とすると、第１赤外線ＬＥＤ５１から指を経由して第１フォトセンサ６１までの距離は、Ｌ１＋Ｌ０で表され、第２赤外線ＬＥＤ５２から指を経由して第１フォトセンサ６１までの距離は、Ｌ２＋Ｌ０で表される。そして、第１反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をａとし、第２反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂとすると、以下の式が成り立つ。
【００７２】
Ｌ１＋Ｌ０＝ａ  ・・・（６）
Ｌ２＋Ｌ０＝ｂ  ・・・（７）
そして、図１３に示すように、第１フォトセンサ６１を原点として、第１赤外線ＬＥＤ５１、第２赤外線ＬＥＤ５２及び第１フォトセンサ６１が並ぶ方向にＸ軸（第２赤外線ＬＥＤ５２側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとり、第１フォトセンサ６１から、第３フォトセンサ６３へ向かう方向にＹ軸（第３フォトセンサ６３側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ１（ｘ１，ｒ１）で表される。ここで、第１赤外線ＬＥＤ５１から第１フォトセンサ６１までの距離と、第２赤外線ＬＥＤ５２から第１フォトセンサ６１までの距離は等しい。この距離をＬとする。距離Ｌは既知である。また、ｒは、図１４に示すように、ＹＺ平面内において第１フォトセンサ６１から延びるＲ軸方向の位置であり、以下の式が成り立つ。
【００７３】
ｒ２＝ｙ２＋ｚ２  ・・・（８）
この場合、以下の式が成り立つ。
【００７４】
Ｌ０２＝ｘ２＋ｒ２  ・・・（９）
Ｌ１２＝（ｘ＋Ｌ）２＋ｒ２  ・・・（１０）
Ｌ２２＝（ｘ−Ｌ）２＋ｒ２  ・・・（１１）
上記式（６）〜（１１）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ１（ｘ１，ｒ１）を求める。
【００７５】
第３フォトセンサ６３で受光された２つの反射光についても同様に計算して、指の位置Ｐ３（ｘ３，ｒ３）を求める。
【００７６】
こうして、第１フォトセンサ６１を用いて求めた、指のＸ軸方向位置ｘ１と第３フォトセンサ６３を用いて求めた、指のＸ軸方向位置ｘ３とを平均して、最終的な指のＸ軸方向位置ｘとする。
【００７７】
尚、最終的なＸ軸方向位置ｘの算出方法は、上記の方法に限られるものではない。例えば、ｒ１とｒ３とを比較して、小さい方のＸ座標（ｘ１又はｘ３）を最終的なＸ方向位置ｘとして採用してもよい。尚、Ｚ軸方向の位置は、Ｙ軸方向の位置よりも十分に大きいと仮定することができるので、ｚ＞＞ｙとみなし、ｒ≒ｚとしてｚを算出することで演算を簡略化してもよい。
【００７８】
Ｙ軸方向についても同様に計算を行う。ここでは、第２フォトセンサ６２で受光する、第２赤外線ＬＥＤ５２からの第２反射光８２と第３赤外線ＬＥＤ５３からの第３反射光８３の位相値を用いる場合を例にして具体的に説明する。第２及び第３反射光の位相値に基づいて赤外光の伝播距離を求める方法は上述の通りである。第２反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をａ’とし、第３反射光の位相値に基づいて算出された伝播距離をｂ’とすると、以下の式が成り立つ。
【００７９】
Ｌ２＋Ｌ０’＝ａ’  ・・・（１２）
Ｌ３＋Ｌ０’＝ｂ’  ・・・（１３）
ここで、Ｌ２は、第２赤外線ＬＥＤ５２から指までの距離であり、Ｌ３は、第３赤外線ＬＥＤ５３から指までの距離であり、Ｌ０’は、指から第２フォトセンサ６２までの距離である。
【００８０】
そして、第２フォトセンサ６２を原点として、第２赤外線ＬＥＤ５２、第３赤外線ＬＥＤ５３及び第２フォトセンサ６２が並ぶ方向にＹ軸（第３赤外線ＬＥＤ５３側を正とする）をとり、小型ＴＶ端末１の画面に直交する方向にＺ軸（操作者へ向かう側を正とする）をとる。そうすると、指の位置はＰ（ｘ，ｒ）で表される。ここで、第２赤外線ＬＥＤ５２から第２フォトセンサ６２までの距離と、第３赤外線ＬＥＤ５３から第２フォトセンサ６２までの距離は等しい。この距離をＭとする。距離Ｍは既知である。また、ｒは、ＺＸ平面内において第２フォトセンサ６２から延びるＲ軸方向の位置であり、以下の式が成り立つ。
【００８１】
ｒ２＝ｚ２＋ｘ２  ・・・（１４）
さらに、以下の式が成り立つ。
【００８２】
（Ｌ０’）２＝ｙ２＋ｒ２  ・・・（１５）
Ｌ２２＝（ｙ＋Ｍ）２＋ｒ２  ・・・（１６）
Ｌ３２＝（ｙ−Ｍ）２＋ｒ２  ・・・（１７）
上記式（１２）〜（１７）の連立方程式を解くことによって、位置Ｐ２（ｙ２，ｒ２）を求める。
【００８３】
第４フォトセンサ６４で受光された２つの反射光についても同様に計算して、指の位置Ｐ４（ｙ４，ｒ４）を求める。
【００８４】
こうして、第２フォトセンサ６２を用いて求めた、指のＹ軸方向位置ｙ２と第４フォトセンサ６４を用いて求めた、指のＹ軸方向位置ｙ４とを平均して、最終的な指のＹ軸方向位置ｙとする。
【００８５】
尚、最終的なＹ軸方向位置ｙの算出方法は、上記の方法に限られるものではない。例えば、ｒ２とｒ４とを比較して、小さい方のＹ座標（ｙ２又はｙ４）を最終的なＹ方向位置ｙとして採用してもよい。尚、Ｚ軸方向の位置は、Ｘ軸方向の位置よりも十分に大きいと仮定することができるので、ｚ＞＞ｘとみなし、ｒ≒ｚとしてｚを算出することで演算を簡略化してもよい。
【００８６】
尚、Ｚ軸方向位置ｚについては、この最終的なＹ軸方向位置ｙと、最終的なＸ軸方向位置ｘを求めた際の（ｘ，ｒ）を用いて算出する。ただし、Ｚ軸方向位置ｚは、最終的なＸ軸方向位置ｘと、最終的なＹ軸方向位置ｙを求めた際の（ｙ，ｒ）を用いて算出してもよい。
【００８７】
位置演算手段２２８は、これらの計算を行うことによって、指の位置を算出する。位置演算手段２２８は、指の位置をポジションデータ９０として出力する。
【００８８】
《発明の実施形態３》
続いて、実施形態３に係る入力装置について説明する。図１５は、実施形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成図であり、図１６は、入力装置３０１の斜視図である。実施形態１，２では、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとが１つの装置に組み込まれていたが、実施形態３では、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとが分離している。また、実施形態１，２は、非接触ポジションセンシング装置を備えた小型ＴＶ端末であるが、実施形態３は、非接触ポジションセンシング装置を備えた入力装置である。
【００８９】
実施形態３に係る入力装置３０１は、非接触ポジションセンシング装置３０２と、平板状のパッド３０３とを備えている。非接触ポジションセンシング装置３０２は、パッド３０３に設けられた４つのフォトセンサ６１〜６４と、操作者が持って操作する指示棒３０４と、フォトセンサ６１〜６４を制御して指示棒３０４の位置を算出する制御部３２０とを備えている。入力装置３０１によれば、例えば、図示省略のディスプレイにポインタが表示されており、操作者が指示棒３０４を操作することによって、該ポインタを移動させたり、ディスプレイに表示された選択しを選択したりすることができる。非接触ポジションセンシング装置３０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光の強度に応じて、前記強度位置算出と前記位相位置算出とを使い分ける。
【００９０】
指示棒３０４は、先端に赤外線ＬＥＤが設けられている。指示棒３０４は、赤外線ＬＥＤを発光させることによって、その先端から赤外光を出射している。この赤外光は、強度が正弦波状に変調されている。指示棒３０４は、この赤外光を連続的に出射するものであっても、間欠的に出射するものであってもよい。指示棒３０４には、赤外線ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチ（図示省略）が設けられている。この指示棒３０４が送信手段を構成する。
【００９１】
パッド３０３は、それ自体がセンシングを行うものではなく、フォトセンサ６１〜６４を配設するための部材である。パッド３０３には、フォトセンサ６１〜６４によって指示棒３０４の位置を検出可能な範囲である入力エリア３３０が示されている。
【００９２】
入力エリア３３０は、長方形状である。フォトセンサ６１〜６４は、入力エリア３３０の短辺３３１，３３３及び長辺３３２，３３４上に配置されている。詳しくは、右短辺３３１の中点に第１フォトセンサ６１が配置され、上長辺３３２の中点に第２フォトセンサ６２が配置され、左短辺３３３の中点に第３フォトセンサ６３が配置され、下長辺３３４に第４フォトセンサ６４が配置されている。これら第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が受信手段を構成する。
【００９３】
操作者が指示棒３０４の赤外線ＬＥＤをＯＮにして、指示棒３０４をパッド３０３の入力エリア３３０の近傍で移動させると、指示棒３０４からの赤外光を第１〜第４フォトセンサ６１〜６４が受光する。ここで、説明の便宜上、指示棒３０４から出射される赤外光のうち、第１フォトセンサ６１に到達するものを第１赤外光７１、第２フォトセンサ６２に到達するものを第２赤外光７２、第３フォトセンサ６３に到達するものを第３赤外光７３、第４フォトセンサ６４に到達するものを第４赤外光７４と称する。そして、非接触ポジションセンシング装置３０２は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した第１から第４赤外光７１〜７４に基づいて指示棒３０４の位置を検出する。入力装置３０１は、指示棒３０４の位置及び移動を操作者の入力として受け付ける。
【００９４】
制御部３２０は、システム全体のタイミング信号を生成するタイミング生成手段３２１と、赤外光をフォトセンサ６１で受光しデジタル信号として取り込むサンプリング手段３２３と、サンプリング手段３２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の平均強度を算出する平均値算出手段３２４と、平均値算出手段３２４で算出した平均強度を保存する平均値保存手段３２５と、サンプリング手段３２３で取り込んだデジタル信号に基づいて反射光の位相値を算出する位相値算出手段３２６と、位相値算出手段で算出した位相値を保存する位相値保存手段３２７と、保存した平均強度又は位相値に基づいて対象物の位置を算出する位置演算手段３２８とを備えている。この制御部３２０が制御手段を構成する。
【００９５】
タイミング生成手段３２１は、システム全体のタイミング信号を生成しており、これを各部に供給する。システム全体のタイミング信号には、サンプリングタイミング信号が含まれる。タイミング生成手段３２１は、実施形態１と異なり、ＬＥＤの切替タイミング信号を生成していない。
【００９６】
サンプリング手段３２３は、サンプリングタイミング信号に基づいて、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からの検出電圧をサンプリングする。このとき、サンプリング手段３２３は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からの検出信号を並列的にサンプリングする。
【００９７】
平均値算出手段３２４及び平均値保存手段３２５は、基本的な構成は実施形態１と同様であり、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４からのサンプルデータをそれぞれ平均して、その平均強度をそれぞれ保存する。
【００９８】
位相値算出手段３２６は、基本的な構成は実施形態１と同様であり、第２〜第４フォトセンサ６２〜６４で受光された赤外光の、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光に対する位相差を算出する。各赤外光の位相値の算出方法は上述の通りである。尚、本実施形態では、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光を基準に位相差を算出しているが、第１フォトセンサ６１以外のフォトセンサで受光された赤外光を基準に位相差を算出してもよい。
【００９９】
位相値保存手段３２７は、第２〜第４フォトセンサ６２〜６４で受光された赤外光の、第１フォトセンサ６１で受光された赤外光に対する位相差を保存する。
【０１００】
位置演算手段３２８は、平均値保存手段３２５に保存されている赤外光の平均強度を読み出す。そして、位置演算手段３２８は、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で受光した赤外光のうち、少なくとも１つの赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を実行する一方、全ての赤外光の強度が所定の閾値以下である場合には位相位置算出を実行する。
【０１０１】
位置演算手段３２８は、以下のようにして、強度位置算出を行う。すなわち、図１７に示すような、フォトセンサで受光した赤外光の受信強度に対する、指示棒３０４とフォトセンサとの距離の関係を予め測定しており、その測定結果からその関係を示す近似式（１８）を求め、記憶しておく。ここで、ｕ，ｖは定数である。
【０１０２】
ｄｉｓ＝ｕ×ｌｎ（ｄｅｔ）＋ｖ  ・・・（１８）
入力エリア３３０の２つの短辺３３１，３３３の中点を結ぶ直線をＸ軸とし、入力エリア３３０の２つの長辺３３２，３３４の中点を結ぶ直線をＹ軸とする。Ｘ軸及びＹ軸は、入力エリア３３０の重心で交差しており、この点をＸ軸及びＹ軸の０点とする。そして、０点から、Ｘ軸及びＹ軸の両方に直交する直線をＺ軸とする。Ｘ軸は、図１６における右辺の側を正とし、Ｙ軸は、図１６における上辺の側を正とし、Ｚ軸は、操作者へ向かう側を正とする。前記第１〜第４フォトセンサ６１〜６４は、Ｘ軸又はＹ軸上に配置されることになる。
【０１０３】
ここで、入力エリア３３０の長辺３３２，３３４の長さを２ｐ、短辺３３１，３３３の長さを２ｑとすると、ＸＹＺ座標系において、第１フォトセンサ６１の位置はＡ（ｐ，０，０）、第２フォトセンサ６２の位置はＢ（０，ｑ，０）、第３フォトセンサ６３の位置はＣ（−ｐ，０，０）、第４フォトセンサ６４の位置はＤ（０，−ｑ，０）で表される。
【０１０４】
また、指示棒３０４の先端から第１〜第４フォトセンサ６１〜６４のそれぞれまでの距離をＬａ〜Ｌｄとする。そして、指示棒３０４の先端がＳ（ｘ，ｙ，ｚ）に位置するとすると、以下の式が成り立つ。
【０１０５】
Ｌａ２＝（ｘ−ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（１９）
Ｌｂ２＝ｘ２＋（ｙ−ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２０）
Ｌｃ２＝（ｘ＋ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２１）
Ｌｄ２＝ｘ２＋（ｙ＋ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２２）
位置演算手段３２８は、前記近似式（１８）を読み出し、第１〜第４赤外光７１〜７４のそれぞれの受信強度から距離Ｌａ〜Ｌｄを求める。求めた距離Ｌａ〜Ｌｄを式（１９）〜（２２）に代入して、連立方程式を解くと、指示棒３０４の先端の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。位置演算手段３２８は、指示棒３０４の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。尚、ｚを含まなくてもよい。
【０１０６】
尚、位置演算手段３２８は、実施形態１のように、Ｘ軸方向に並ぶ第１及び第３第フォトセンサ６１，６３で受光された赤外光の平均強度の比率に基づいてＸ軸方向位置を求め、Ｙ軸方向に並ぶ第２及び第４第フォトセンサ６２，６４で受光された赤外光の平均強度の比率に基づいてＹ軸方向位置を求めてもよい。
【０１０７】
一方、位置演算手段３２８は、以下のようにして、位相位置算出を行う。
【０１０８】
詳しくは、指示棒３０４から第１フォトセンサ６１までの赤外光の伝播時間をｔとし、赤外光の伝播速度をｓとすると、以下の式が成り立つ。
【０１０９】
Ｌａ＝ｓｔ  ・・・（２３）
Ｌｂ＝ｓ（ｔ＋α）  ・・・（２４）
Ｌｃ＝ｓ（ｔ＋β）  ・・・（２５）
Ｌｄ＝ｓ（ｔ＋γ）  ・・・（２６）
ただし、αは、指示棒３０４から第２フォトセンサ６２までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差であり、βは、指示棒３０４から第３フォトセンサ６３までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差であり，γは、指示棒３０４から第４フォトセンサ６４までの赤外光の伝播時間と第１フォトセンサ６１までの伝播時間ｔとの時間差である。これらの時間差は、対応する２つの赤外光の位相差から求めることができる。
【０１１０】
式（２３）〜（２６）を式（１９）〜（２２）に代入すると、以下のようになる。
【０１１１】
ｓ２ｔ２＝（ｘ−ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２７）
ｓ２（ｔ＋α）２＝ｘ２＋（ｙ−ｑ）２＋ｚ２  ・・・（２８）
ｓ２（ｔ＋β）２＝（ｘ＋ｐ）２＋ｙ２＋ｚ２  ・・・（２９）
ｓ２（ｔ＋γ）２＝ｘ２＋（ｙ＋ｑ）２＋ｚ２  ・・・（３０）
そして、式（２７）、（２８）を用いてｔについて解くと、以下のようになる。
【０１１２】
ｔ＝（２ｐｘ−２ｑｙ−ｐ２＋ｑ２−α２ｓ２）／（２αｓ２）  ・・・（３１）
そして、式（２９）から式（２７）を減算してできた式に式（３１）を代入して得られた式と、式（３０）から式（２８）を減算してできた式に式（３１）を代入して得られた式とを用いて、ｘ及びｙをｐ，ｑ，ｓ，α，β，γだけで表すと、以下のようになる。
【０１１３】
ｘ＝（２αβ２ｓ２＋２α２β２ｓ２−α３βｓ２−αβγ２ｓ２＋ｑ２β＋ｑ２αβ）／４ｐα  ・・・（３２）
ｙ＝｛（γ−α）（２αβ２ｓ２＋２α２β２ｓ２＋２α２γｓ２−α３βｓ２−αβγ２ｓ２＋２ｑ２α−２ｐ２α＋ｑ２β＋ｑ２αβ）｝／４ｑγα  ・・・（３３）
ここで、ｐ，ｑ，ｓは既知であり、α，β，γは、第１〜第４フォトセンサ６１〜６４で反射光が受光される時間差より求めることができる。その結果、式（３２），（３３）を用いて、ｘ，ｙを求めることができる。尚、式（２７）に、式（３１）及び求めたｘ，ｙを代入して、ｚについて解くと、ｚを求めることができる。
【０１１４】
こうして、位置算出手段３２８は、指示棒３０４の位置Ｓ（ｘ，ｙ，ｚ）をポジションデータ９０として出力する。尚、ｚを含まなくてもよい。
【０１１５】
このように、実施形態３では、１つの赤外線ＬＥＤから出射された赤外光を複数のフォトセンサで受光して、各フォトセンサでの赤外光の平均強度及び強度変化の位相に基づいて対象物の位置を求める。つまり、指示棒３０４から出射された赤外光は、１つのフォトセンサだけでなく、全てのフォトセンサで受光される。
【０１１６】
《その他の実施形態》
前述した本発明の非接触ポジションセンシング装置は、ＣＰＵやセンサ等の純然たるハードウェアで構成される場合に限らず、ファームウェアやＯＳ、さらには周辺機器を含むものであってもよい。また、前述の処理は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現してもよい。また、機能ブロック群の一部又は全ては、適宜、結合されることによって一体化されて実現されてもよい。例えば、ハイブリッドＩＣとして実現されてもよい。
【０１１７】
前記実施形態では、強度位置算出と位相位置算出との判定を行うべく反射光の強度を確認する際に、強度が変調された赤外光、即ち、位相位置算出を行う際と同じ赤外光を出射している。しかし、反射光の強度を確認する際は、光強度が一定の赤外光を出射してもよい。この場合、反射光の強度を確認した結果、強度位置算出を行うときには、強度確認時と同様の光強度が一定の赤外光を出射する一方、位相位置算出を行うときには、光強度が変調された赤外光を出射するようにしてもよい。こうすることによって、赤外光の強度を変調するのに要する電力を削減することができる。
【０１１８】
また、前記実施形態では、信号として赤外光を用いているが、これに限られるものではない。例えば、可視光を信号として用いてもよく、さらには、超音波等の音波を信号として用いてもよい。
【０１１９】
また、前記実施形態では、赤外線ＬＥＤから出射される赤外光の強度は、位相が零のｓｉｎ波で変調されているが、これに限られるものではない。該赤外光の強度は、位相が零のｃｏｓ波で変調されていてもよい。または、該赤外光の強度は、位相が零以外のｓｉｎ波またはｃｏｓ波で変調されていてもよい。ただし、赤外線ＬＥＤから出射されるときの位相が零でない場合には、実施形態１及び２の位相算出手段は、フォトセンサで受光した赤外光の位相値を求めた後、赤外線ＬＥＤから出射した赤外光の位相との位相差を求める必要がある。そして、この位相差によって赤外光の伝播時間を算出する。
【０１２０】
さらには、赤外線ＬＥＤから出射される赤外光の強度は、ｓｉｎ波またはｃｏｓ波のような正弦波状に変調されるものに限られない。該強度の変調波は、周期的に変化するものであれば、任意の周期関数とすることができる。
【０１２１】
また、実施形態１，２では、非接触ポジションセンシング装置が小型ＴＶ端末に組み込まれ、実施形態３では、非接触ポジションセンシング装置が入力装置に組み込まれていが、非接触ポジションセンシング装置の適用はこれらに限られるものではない。当然ながら、実施形態１，２に係る非接触ポジションセンシング装置の構成を実施形態３に係る入力装置に適用してもよいし、実施形態３に係る非接触ポジションセンシング装置の構成を実施形態１，２に係る小型ＴＶ端末に適用してもよい。また、非接触ポジションセンシング装置は、入力インターフェースとして使用される場合に限らず、単に対象物の位置を検出する用途に適用することもできる。
【０１２２】
前記実施形態では、少なくとも１つの赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合に強度位置算出を行うように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の両方の強度が所定の閾値を超えている場合に強度位置算出を行うように構成してもよい。こうすることによって、２つの赤外光の強度差をよりはっきりと検出することができ、強度位置算出の検出能力を向上させることができる。または、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の強度を、２つの赤外光で平均化して、その平均値が所定の閾値を超えるときに強度位置算出を行うようにしてもよい。あるいは、強度位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の強度を合算して、その合計が所定の閾値を超えるときに強度位置算出を行うようにしてもよい。
【０１２３】
また、前記実施形態では、所定の閾値が、強度位置算出を行うことができる強度に設定されているが、これに限られるものではない。例えば、所定の閾値は、位相位置算出を行うことができる距離に相当する強度に設定してもよい。この場合、位相位置算出を行うために用いられる２つの赤外光の両方の強度が所定の閾値以下である場合に位相位置算出を行う一方、少なくとも一方の赤外光の強度が所定の閾値を超えている場合には強度位置算出を行うことが好ましい。こうすることで、２つの赤外光の位相差をよりはっきりと検出することができ、強度位相算出の検出能力を向上させることができる。
【０１２４】
また、赤外線ＬＥＤ及びフォトセンサの個数及び配置は、前記実施形態に限られるものではない。例えば、実施形態１，２では、対応する２つの赤外線ＬＥＤ間の中点に１つのフォトセンサが設けられ、１つのフォトセンサで２つの赤外光を受光しているが、これに限られるものではない。この位置に２つのフォトセンサを並べて配置してもよい。この場合、赤外線ＬＥＤとフォトセンサが１対１で対応する。また、実施形態１，２の赤外線ＬＥＤの位置にフォトセンサを配置し、フォトセンサの位置に赤外線ＬＥＤを配置してもよい。この場合、赤外線ＬＥＤの個数とフォトセンサの個数とが、実施形態１，２の構成に対して、入れ替わる。かかる構成では、１つの赤外線ＬＥＤから出射された赤外光を２つのフォトセンサで受光し、その２つの赤外光を用いて強度位置算出または位相位置算出を行う。
【０１２５】
例えば、赤外線ＬＥＤとフォトセンサの、前記実施形態以外の配置例としては、図１８に示すような、３つの赤外線ＬＥＤ５１〜５３と、赤外線ＬＥＤ５１〜５３で構成される三角形の内部に配置された１つのフォトセンサ６１とで構成される非接触ポジションセンシング装置４０１が挙げられる。また、別の例としては、図１９に示すような、２つで１組として計４つの赤外線ＬＥＤ５１〜５４と、各組の赤外線ＬＥＤを結ぶ直線の交点に配置された１つのフォトセンサ６１とで構成される非接触ポジションセンシング装置５０１が挙げられる。これらの例において、赤外線ＬＥＤとフォトセンサとを入れ替えてもよい。尚、これら以外の配置であってもよく、任意の配置を採用することができる。
【０１２６】
前記実施形態をまとめると、以下のように表現することもできる。
【０１２７】
すなわち、非接触ポジションセンシング装置は、複数の発光手段と、前記複数の発光手段の発光光の対象物による反射光を前記複数の発光手段ごとに受光する受光手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度に基づいて、前記対象物の位置を算出する光強度位置算出手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の位相に基づいて、前記対象物の位置を算出する光位相位置算出手段と、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度に基づいて、前記光強度位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、前記光位相位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、を切り換える制御手段と、を備えている。
【０１２８】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記複数の発光手段の発光光は、正弦波または余弦波で変調されている。
【０１２９】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記光強度位置算出手段は、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度の所定の期間における平均値に基づいて、前記対象物の位置を算出する。
【０１３０】
また、前記非接触ポジションセンシング装置において、前記制御手段は、前記複数の発光手段ごとの反射光の強度の所定の期間における平均値に基づいて、前記光強度位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、前記光位相位置算出手段による前記対象物の位置算出を行なうか、を切り換える。
【０１３１】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
ここに開示された技術は、対象物の位置を非接触で検出する用途に有効である。
【符号の説明】
【０１３３】
２０，２２０，３２０      制御部（制御手段）
５１      第１赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５２      第２赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５３      第３赤外線ＬＥＤ（送信手段）
５４      第４赤外線ＬＥＤ（送信手段）
６１      （第１）フォトセンサ（受信手段）
６２      第２フォトセンサ（受信手段）
６３      第３フォトセンサ（受信手段）
６４      第４フォトセンサ（受信手段）
３０４    指示棒（送信手段）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる場所に設けられ、信号を送信する複数の送信手段と、
対象物で反射した複数の前記信号を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項２】
信号を発する送信手段と、
互いに異なる場所に設けられ、対象物で反射した前記信号を受信する複数の受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項３】
対象物と共に移動し、信号を送信する送信手段と、
互いに異なる場所に設けられ、前記信号を受信する複数の受信手段と、
前記受信手段で受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記複数の受信手段で受信した受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記強度位置算出を行うときに、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記強度位置算出と前記位相位置算出との切替を判断するときに、前記送信手段から送信される信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて該強度位置算出と該位相位置算出とを切り替えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項６】
前記強度が周期的に変化する信号は、強度が正弦波状に変化することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング装置。
【請求項７】
互いに異なる複数の場所から信号を送信することと、
対象物で反射した前記信号を受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項８】
信号を送信することと、
対象物で反射した前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項９】
対象物と同じ場所から信号を送信することと、
前記信号を互いに異なる複数の場所で受信することと、
受信した受信信号に基づいて前記対象物の位置算出を行うこととを含み、
前記位置算出においては、
前記受信信号の強度に基づいて該対象物の位置を算出する強度位置算出と、
前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度変化の位相に基づいて該対象物の位置を算出する位相位置算出と、
を前記受信信号の強度に基づいて切り替えることを特徴とする非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１０】
前記強度位置算出においては、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて前記対象物の位置を算出することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１１】
前記強度位置算出と前記位相位置算出との切替を判断する際には、前記信号を送信するときに該信号の強度を周期的に変化させ、前記受信信号の強度の所定の期間における平均値に基づいて該強度位置算出と該位相位置算出とを切り替えることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【請求項１２】
前記信号の強度を周期的に変化させるときには、該信号の強度を正弦波状に変化させることを特徴とする請求項７乃至１１の何れか１つに記載の非接触ポジションセンシング方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012063387.tif 000022
【図２】
2012063387.tif 000023
【図３】
2012063387.tif 000024
【図４】
2012063387.tif 000025
【図５】
2012063387.tif 000026
【図６】
2012063387.tif 000027
【図７】
2012063387.tif 000028
【図８】
2012063387.tif 000029
【図９】
2012063387.tif 000030
【図１０】
2012063387.tif 000031
【図１１】
2012063387.tif 000032
【図１２】
2012063387.tif 000033
【図１３】
2012063387.tif 000034
【図１４】
2012063387.tif 000035
【図１５】
2012063387.tif 000036
【図１６】
2012063387.tif 000037
【図１７】
2012063387.tif 000038
【図１８】
2012063387.tif 000039
【図１９】
2012063387.tif 000040
【国際調査報告】
2012063387.tif 000041
2012063387.tif 000042