(57)【要約】【課題】従来の光学式タッチセンサは複数の点を同時に検出することが構造上難しかった。【解決手段】インタラクティブボードの周囲を、内側が反射部材で構成される楕円形の二つの異なる形状の光反射部７で囲む。二つの光反射部７の合計四つの焦点に、二つの発光手段４と二つの受光手段５を設ける。インタラクティブボード上を複数の指やペン等の指示手段１で同時に指示すると、指示手段１によって発光手段４が走査した光を遮光するため、そのときの発光手段４の走査時間あるいは走査角度から、インタラクティブボード上の指示手段１による指示座標位置３を検出できる。【選択図】図１２
2011210080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面からなる有限の検出領域に存在する指示手段の任意の指示座標位置あるいは、前記検出領域内に存在する前記指示手段の指示範囲を検出するための位置検出装置であり、前記検出領域内に光ビームを投光するための発光手段と、投光された光ビームを反射、集光する任意の二つの楕円体あるいは任意の二つの楕円体の一部からなる光反射部と、前記光反射部で反射された光ビームを受光するための受光手段からなり、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点に前記発光手段と前記受光手段がそれぞれ配置され、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点が違う位置であり、前記二つの光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
平面からなる有限の検出領域に存在する指示手段の任意の指示座標位置あるいは、前記検出領域内に存在する前記指示手段の指示範囲を検出するための位置検出装置であり、前記検出領域内に光ビームを投光するための発光手段と、投光された光ビームを反射、集光する任意の二つの楕円体あるいは任意の二つの楕円体の一部からなる光反射部と、前記光反射部で反射された光ビームを受光するための受光手段からなり、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点に前記発光手段と前記受光手段が配置され、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点のうち少なくとも一つが同じ位置であり、前記発光手段と前記受光手段の少なくとも一方が一つであり、前記二つの光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
前記光反射部の少なくとも一方が光の一部を透過する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記光反射部が一体成型されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記楕円体のそれぞれ二つの焦点が同一直線上に位置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記発光手段からの光ビームが異なる分光分布の光を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記光反射部が異なる分光分布の光を選択的に反射または透過する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記受光手段が異なる分光分布の光を選択的に電気信号に変換する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記発光手段からの光ビームが異なる変調された信号を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記受光手段が異なる変調された信号を選択的に電気信号に変換する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記発光手段と前記受光手段との間の光ビームの経路内に光ビームを異なる方向に偏光する機能を有する偏光手段と、異なる偏光した光ビームを選択的に透過あるいは反射する分別手段と、が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や電子ペーパー、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置の表示画面上において、指やペン状の指示手段により指示された位置を検出するための位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶ディスプレイ等の自発光表示装置に用いられる位置検出装置、いわゆるタッチパネルには抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、光学式等の各種方式が開発されている。
【０００３】
このなかで、抵抗膜方式や静電容量方式ではタッチパネル部に透明の電極膜を構成し、タッチパネル部における電気的抵抗値変化や電気容量変化を検出してタッチパネル部の座標を認識するものである。また、超音波方式は表面弾性波の減衰を検知して座標を認識するものである。また、光学式は指やペン等の指示手段により光を遮光するかどうかを光センサーで感知してタッチ箇所の座標位置を検出するものである。
【０００４】
これらの方式のなかで、抵抗膜方式や静電容量方式ではタッチ部に構成される電極膜が透明電極膜であっても、可視光波長領域にある程度の吸収があるため透過率が落ちてしまう。よって、ディスプレイで表示される画像の鮮明さ等に悪影響を与える問題がある。また、指示手段とタッチ部との接触を繰り返すことで電極膜が破損する等の問題がある。
【０００５】
更に、近年ディスプレイサイズの大型化によりタッチ部のサイズも大きくなりつつあることで、電極膜の面積が大きくなり、ディスプレイ本体や周囲の電磁ノイズの影響を受けやすくなるため、誤動作を起こすという課題がある。
【０００６】
更に、電極膜を大面積化するには低電気抵抗の確保、製造装置の大型化等の課題もある。
【０００７】
また、超音波方式では人の指によるタッチは認識できず、専用のペンを用いてタッチする必要がある。
【０００８】
それに対して、光学式ではディスプレイ部に電極膜は不要であり、光を検出して位置検出等をするため、外部からの電磁ノイズの影響を受けないメリットがある。そのため、これまで大型の位置検出装置には特に光学式が好適に用いられている。
【０００９】
これまで光学式の位置検出装置としては以下のようなものが提案されている。
【００１０】
図２３は、従来例に係る位置検出装置の平面概略図である。図２３は（特許文献１）に開示された従来技術であり、ガラス等の透明パネルの側部の二辺にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の複数の発光手段４を並べ、対向する二辺に、それぞれの発光手段４に対応する複数のＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）等の受光手段５が並べられている。発光手段４のＬＥＤから発せられた光ビーム６の光路が指やペン等の指示手段１により遮られると、その遮られた位置の横座標と縦座標が受光手段５で感知できるため、指示手段１の指示座標位置３を検出できる仕組みである。図２４は、従来例に係る位置検出装置の平面概略図である。
【００１１】
図２５は従来例に係る位置検出装置及び光学ユニットの平面概略図であり、（特許文献２）に開示されているものである。図２５（ａ）は、位置検出装置の構成と原理を示す図であり、図２５（ｂ）は、発光及び受光の原理を示す図である。図２６は従来例に係る位置検出装置の平面概略図である。
【００１２】
図２５に開示された従来技術の概要を説明すると、二つの光学ユニット２８内に設置された発光手段４からの光ビーム６をレンズ３１及びハーフミラー３０を介してパネルの二つの側辺部と底辺部に設けられた再帰性反射部２９へ投光する。再帰性反射部２９はその性質上、光ビーム６の入射方向と同じ方向（入射方向に対し１８０°の方向）に光ビーム６を反射させることができる。この反射された光ビーム６を再び光学ユニット２８内に設置されたハーフミラー３０及びレンズ３１を介して受光手段５に導く構造である。指やペン等の指示手段１が検出領域２内にタッチされると、その指示手段１により光ビーム６が遮られるため、その遮られたときの光ビーム６の角度を受光手段５で感知し、指示手段１の指示座標位置３を検出する仕組みである。二つの光学ユニット２８により三角測量の原理を用いて指示手段１の指示座標位置３を算出できる。この方法では、少ない部品点数で指やペン等の指示手段１の指示座標位置３を検出することがきる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−０９９２０２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２７７７０号公報
【特許文献３】特開２００４−３１８２５７号公報
【特許文献４】特開２００９−３６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図２３に示すようなマトリックス光学式の位置検出装置では、図２４に示すように二点同時の指示座標を入力した場合、その指示座標位置を特定することはできない。詳細を説明すると、図２４において白丸で表示されたＡ点とＢ点の二点を同時に指示されたとする。その時、それぞれ横座標と縦座標において二箇所ずつ、計四箇所の光ビームが遮光されることになる。しかしこの四箇所の光ビームを遮光する指示位置は、白丸のＡ点とＢ点の組み合わせの他に、盲点座標２７として黒丸のＣ点とＤ点の組み合わせも考えられる。
【００１５】
つまり、単なる遮光する横座標と縦座標検出だけではＡ点とＢ点の二点の組み合わせの特定ができないことになる。
【００１６】
このような課題を解決するために、（特許文献３）では二点の入力エリアを指定し、更に二点の指示時間の時間差を設けることで二点の検出を可能にする方法が開示されている。
【００１７】
しかし、この場合、二点の入力エリアはそれぞれ別に設けなければならず、同じエリアの二点は検出できない、しかも、二点同時の検出、例えば二人で同時に文字の入力をする場合等では時間差を検出することはできないため、二点の同時入力の検出はできない。
【００１８】
また、図２５に示すような光学式の位置検出装置では、図２６に示すように白丸で表示されたＡ点とＢ点の二点を指示されたとすると、二つの光学ユニット２８においてそれぞれ二つの方向の角度で光ビーム６が遮光されることになる。
【００１９】
しかし、これらの光ビーム６を遮光する指示位置１は白丸のＡ点とＢ点の組み合わせの他に盲点座標２７として黒丸のＣ点とＤ点の組み合わせも考えられる。つまり、単なる光ビームの遮光位置からではＡ点とＢ点の二点の組み合わせの特定ができないことになる。
【００２０】
このような課題を解決するために、（特許文献４）は指示手段１の移動に伴う速度ベクトルを順次算出して、この速度ベクトルに基づき二点の指示手段１の指示座標位置３を検出している。
【００２１】
しかし、速度を伴わない押しボタン等のタッチ操作では検出することはできない。また、二つの指示手段１同士が近くの座標をすれ違うとき等も、二つの指示手段１の速度ベクトルの区別が困難である等の課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を解決するため、本発明の位置検出装置は、平面からなる有限の検出領域に存在する指示手段の任意の指示座標位置あるいは、前記検出領域内に存在する前記指示手段の指示範囲を検出するための位置検出装置であり、前記検出領域内に光ビームを投光するための発光手段と、投光された光ビームを反射、集光する任意の二つの楕円体あるいは任意の二つの楕円体の一部からなる光反射部と、前記光反射部で反射された光ビームを受光するための受光手段からなり、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点に前記発光手段と前記受光手段がそれぞれ配置され、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点が違う位置であり、前記二つの光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴としている。
【００２３】
また、平面からなる有限の検出領域に存在する指示手段の任意の指示座標位置あるいは、前記検出領域内に存在する前記指示手段の指示範囲を検出するための位置検出装置であり、前記検出領域内に光ビームを投光するための発光手段と、投光された光ビームを反射、集光する任意の二つの楕円体あるいは任意の二つの楕円体の一部からなる光反射部と、前記光反射部で反射された光ビームを受光するための受光手段からなり、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点に前記発光手段と前記受光手段が配置され、前記二つの楕円体のそれぞれ二つの焦点のうち少なくとも一つが同じ位置であり、前記発光手段と前記受光手段の少なくとも一方が一つであり、前記二つの光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴としている。
【００２４】
また、前記光反射部の少なくとも一方が光の一部を透過する機能を有することを特徴としている。
【００２５】
また、前記光反射部が一体成型されたことを特徴としている。
【００２６】
また、前記楕円体のそれぞれ二つの焦点が同一直線上に位置することを特徴としている。
【００２７】
また、前記発光手段からの光ビームが異なる分光分布の光を含むことを特徴としている。
【００２８】
また、前記光反射部が異なる分光分布の光を選択的に反射または透過する機能を有することを特徴としている。
【００２９】
また、前記受光手段が異なる分光分布の光を選択的に電気信号に変換する機能を有することを特徴としている。
【００３０】
また、前記発光手段からの光ビームが異なる変調された信号を含むことを特徴としている。
【００３１】
また、前記受光手段が異なる変調された信号を選択的に電気信号に変換する機能を有することを特徴としている。
【００３２】
また、前記発光手段と前記受光手段との間の光ビームの経路内に光ビームを異なる方向に偏光する機能を有する偏光手段と、異なる偏光した光ビームを選択的に透過あるいは反射する分別手段と、が設けられたことを特徴としている。
【００３３】
また、前記光反射部が前記検出領域に含まれず、前記検出領域の周辺領域に配置されてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る位置検出装置により、検出領域内に光ビームを投光するための発光手段と、投光された光ビームを受光して信号を得るための受光手段とを楕円体の光反射部の焦点に対応する部分に配置させることで、ディスプレイ部の透明度が確保でき、外部ノイズ耐性を確保することができ、より少ない部品点数でしかも位置精度がよく、複数の指示手段の指示座標位置あるいは指示手段の指示範囲を同時に検出させることができる位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る位置検出装置の利用例を示す概略図
【図２】本発明に係る位置検出装置の利用例を示す概略図
【図３】本発明に係る位置検出装置の概略を示す平面図
【図４】本発明に係る位置検出装置の概略を示す平面図
【図５】本発明に係る位置検出装置における発光手段の概略を示す斜視図
【図６】本発明に係る位置検出装置における受光手段の概略を示す平面図
【図７】本発明に係る位置検出装置の概略を示す斜視図
【図８】本発明に係る位置検出装置の概略を示す平面図及び受光手段信号の変化を示す図
【図９】本発明に係る位置検出装置の基本回路構成を示す概略図
【図１０】本発明に係る位置検出装置の二点指示を示す平面図
【図１１】本発明に係る位置検出装置の二点指示を示す平面図
【図１２】本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図
【図１３】本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図
【図１４】本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図
【図１５】本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図
【図１６】本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した斜視図
【図１７】本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図
【図１８】本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図
【図１９】本発明に係る位置検出装置における受光手段の実施例２を示した平面図
【図２０】本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図
【図２１】本発明に係る位置検出装置における発光手段駆動回路及び受光手段信号検出回路の実施例３を示した概略図
【図２２】本発明に係る位置検出装置における光ビーム経路図及び受光手段の実施例４を示した斜視図
【図２３】従来例に係る位置検出装置の平面概略図
【図２４】従来例に係る位置検出装置の平面概略図
【図２５】従来例に係る位置検出装置及び光学ユニットの平面概略図
【図２６】従来例に係る位置検出装置の平面概略図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の位置検出装置の例を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は以下に説明するものに限定されるものではない。
【００３７】
図１は本発明に係る位置検出装置の利用例を示す概略図である。位置検出装置を含む出力装置として自発光型のディスプレイを例に挙げており、指示手段１として人の指先を例として示している。複数の人が自発光型のディスプレイ上の検出領域２の任意の点を同時に指し示すことで、それらの指示座標位置３を位置検出装置が信号として読み取り、信号として読取った指示座標位置３を自発光ディスプレイに視覚的に出力させることで、ボタン操作、指示時間の検出、文字入力、文字書き速度の検出、入力画像選択、画像処理、指示検出等の入力インタフェースとして動作させることができる。図１に示すように、二人での操作の他、一人で両手を使っての操作もあり得る。
【００３８】
但し、検出領域２は本発明に係る位置検出装置を作動させるに当たって、特に設けなければならない必須の構成要件ではなく、後述する光反射部７内において、指示座標位置３が検出できればよい。即ち、検出領域２を設けた場合、検出領域２外においても指示座標位置３を検出可能であり、検出領域２外において指示座標位置３を検出したとしても、本発明に係る位置検出装置の発明の範囲に含まれるものである。
【００３９】
また、検出領域２として機能し得る構成、装置として、例えば、電子黒板、電子ペーパー、インタラクティブボード、タッチパネル、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル等が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００４０】
図２は本発明に係る位置検出装置の利用例を示す概略図であり、図１とは別のタイプの位置検出装置の利用分野の一例を示している。位置検出装置を含む機器として表示ボードを例に挙げており、この表示ボードと電気信号を送信できるように接続された出力装置として画像投影機器を例として挙げている。
【００４１】
指示手段１として、人の手に持たれたペン状の指示部材を例として示している。複数の人が表示ボード上の検出領域２の任意の点を同時に指し示すことで、それらの指示座標位置３を位置検出装置が信号として読み取り、信号として読取った指示座標位置３を、画像投影機器へ信号として送信し、画像投影機器が指示座標位置３を含む検出領域２の画像を表示ボードに視覚的に出力させることで、ボタン操作、指示時間の検出、文字入力、文字書き速度の検出、入力画像選択、画像処理、指示検出等の入力インタフェースとして動作させることができる。
【００４２】
図３及び図４は本発明に係る位置検出装置の概略を示す平面図である。ここで、本発明の位置検出装置において、指示手段１が指示する指示座標位置３をどのように読み取るかの概略を説明する。
【００４３】
図３において、光反射部７は楕円体の形状からなる枠（楕円形状枠）からなり、その内側の面に光を反射する機能を有する。例えば、鏡等の部材が前記内側の面の全面若しくはその一部に設けられている。
【００４４】
ここで、楕円とは、２定点からの距離の和が一定値である点の集合が描く図形をいい、前記定点を焦点という。また、前記一定値は前記焦点の間隔より大きくなければならない。
【００４５】
楕円は、このように二つの焦点を有し、仮に楕円の内側面（焦点側の面）を反射材とした場合、一方の焦点から射出された光はどの方向に射出されても、必ず他方の焦点に到達するという性質を有する。また、楕円の形状を示す数値として「離心率ｅ」が定義できる。離心率ｅとは、楕円形の潰れ具合を示すものであり、離心率ｅが０に近いほど真円に近くなり、離心率ｅが１に近いほど潰れた楕円になる。
【００４６】
この光反射部７の内側の平面内において、放射状に光ビーム６を投光する発光手段４と、この光ビーム６を受光検出する受光手段５が含まれる。但し、ここでは光を例に挙げているが、これに限られるものではなく、音波、超音波、光波、その他の搬送波を含む信号媒体であればよい。また、何らかの信号により変調されていない単なる搬送波の信号でもよく、有意なデータ、情報、信号により変調された信号でもよい。従って、発光手段４は光ビーム６の他、上記のように定義した全ての信号を発信させるよう構成することが可能であり、受光手段５も同様に全ての信号を受信できる構成とすることが可能である。
【００４７】
この発光手段４と受光手段５は楕円体の焦点に対応する二点に、それぞれに設けられている。発光手段４と受光手段５は二つの焦点の内いずれかにそれぞれ配置すれば良い。楕円体の基本性質上、発光手段４と受光手段５は楕円体の焦点に位置するため、発光手段４から投光された光ビーム６は楕円体の光反射部７で反射し、必ず受光手段５に集光されることになる。
【００４８】
図３において、人の指を指示手段１として用いた場合の説明をすると、検出領域２内における表示ボード上のある点を指示手段１で光ビーム６を遮るように指示した場合、この指示座標位置３を照射する光ビーム６の経路として以下の二つの経路が存在する。一つは発光手段４から指示座標位置３へと直接投光される経路と、もう一つは発光手段４から一度光反射部７で反射され指示座標位置３へ投光される経路である。
【００４９】
つまり、指示手段１により、これら二つの経路の光ビーム６が指示座標位置３において遮光されることになる。よって、図３で示されたように二つの経路の交点として指示座標位置３を特定することができる。尚、検出領域２の形状は図３に示すような四角形の形状に限定されるものではない。
【００５０】
図４は楕円体の光反射部７を検出領域２内の位置検出に必要な部分として、半分の楕円体とした構成を示している。このように楕円体の光反射部７は必要な部分のみで構成することができ、楕円体全部は必ずしも必要ない。
【００５１】
図５は本発明に係る位置検出装置における発光手段の概略を示す斜視図である。図５において、光源８からの光ビーム６は集光手段９であるレンズ群を介して平面反射手段１０に投影される。光ビーム６はその光軸に対し４５度の角度で傾斜配置された平面反射手段１０上に集光し反射した後、検出領域２へと導かれる。この平面反射手段１０における光ビーム６の反射ポイントは、図４に示す楕円体の光反射部７のいずれか一方の焦点に設けられた発光手段４に配置されている。
【００５２】
図５の走査手段１１は平面反射手段１０が集光手段９を構成するレンズ群の光軸を中心に回動できる機能を有している。つまり、図４に示す検出領域２を含む光反射部７の内側領域に射出された光ビーム６を回転走査しながら投光できるように、走査手段１１で平面反射手段１０を回転させながら光ビーム６を光ビーム走査範囲１２内で検出領域２内へ射出させることができる。尚、図５では走査駆動の装置は省略してある。
【００５３】
図６は本発明に係る位置検出装置における受光手段の概略を示す平面図である。検出領域２から戻ってきた戻り光ビーム６が受光部１３へと導かれる。
【００５４】
図７は本発明に係る位置検出装置の概略を示す斜視図である。楕円体の光反射部７の焦点位置に対応する発光手段４からの光ビーム６はある幅の光束として光反射部７で反射され、もう一方の焦点位置にある受光手段５へと導かれる。この斜視図のように、楕円体の光反射部７はある幅を持った形状であり、これは二つの焦点で特定される楕円球体の一部からなる。指示手段１が検出領域２内を指し示したとき、光ビーム６が遮光される二つの経路により指示手段１の指示座標位置３を検出できる。
【００５５】
次に、図８〜図９を用いて、位置検出装置の位置検出の原理を説明する。図８は本発明に係る位置検出装置の概略を示す平面図及び受光手段信号の変化を示す図である。図８（ａ）は位置検出装置での位置検出の原理を説明しており、図８（ｂ）は走査手段１１で回転走査される発光手段４からの走査時間に対する受光手段５の信号の変化を示している。
【００５６】
図８（ａ）で示している通り、指示手段１により指示座標位置３が指示されたとき、発光手段４から投光された二つの光ビーム６が指示手段１により遮光される。受光手段５は光信号を電気信号に変える機能を有しており、光ビーム６が遮光されると電気信号の変化として検出することができる。図８（ｂ）では電気信号の減少として検出されている。
【００５７】
また、図９で説明する受光手段信号検出回路１５が発光手段４から投光された光ビーム６が指示座標手段３を走査する時間を計測することで、遮光時間Ｔ１と遮光時間Ｔ２としてデータを得ることができる。また、遮光時間幅△Ｔ１、△Ｔ２により指示手段１の大きさを数値データとして得ることができ、指示手段１の指示範囲も検出することができる。
【００５８】
指示手段１により指示される指示座標位置３の指示座標、指示範囲等の値を算出するには、走査手段１１が発光手段４から投光される光ビーム６を走査する走査速度と遮光時間Ｔ１、Ｔ２とから遮光角度θ１と遮光角度θ２を求め、二つの光ビーム６の経路の交点位置として計算し算出することができる。また、遮光時間幅ΔＴ１、ΔＴ２により指示手段１の指示範囲をデータとして得ることができ、走査速度から指示手段１のおよその大きさを検出することができる。
【００５９】
図９は本発明に係る位置検出装置の基本回路構成を示す概略図である。本発明に係る位置検出装置の基本回路は、発光手段４を駆動させる発光手段駆動回路１４と、発光手段４を回転走査させる走査手段１１を駆動するための走査手段駆動回路１６と、受光手段５からの信号を検出する受光手段信号検出回路１５と、受光手段５からの遮光情報とその時の走査手段１１から得られた遮光時間Ｔ１と遮光時間Ｔ２の情報を演算処理する演算処理部１７と、所望のデータとして出力する出力手段１８とにより構成されている。
【００６０】
ここで、上記の構成では、以下のような場合が想定される。図１０及び図１１は本発明に係る位置検出装置の二点指示を示す平面図であり、本発明の位置検出装置において指示手段１により二点の指示座標位置３を同時に検出するときの概略図を示す。二点の指示座標位置３は、図１０において白丸１、白丸２で示された点である。この場合、遮光される光ビーム６の経路は最大、四経路存在することになる。
【００６１】
しかし、この四経路の光ビーム６の交点は、図１１に示すように六点存在する。このとき、実際に指示手段１により指し示された指示座標位置３である白丸１と白丸２の二点のペア以外に、同四経路の光ビーム６を遮光する組み合わせが、盲点座標２７として黒丸３と黒丸４のペア、黒丸５と黒丸６のペアの組み合わせも考えられる。つまり、白丸１と白丸２のペアの二点を同時に指し示されたとき、三つのペアの内、どのペアの点を指し示されたのか、原理的に区別して検出することができない。
【００６２】
そこで、以下、上記のような場合においても、同時に指示された二点の指示座標位置３である白丸１と白丸２のペアを正確に検出できる発明を、以下の実施例として説明する。
【実施例１】
【００６３】
図１２は本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図である。図１２（ａ）に示すように、発光手段４として二つの第一発光手段４Ａと第二の発光手段４Ｂを設け、受光手段５として二つの第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂを設ける。第一発光手段４Ａと第一受光手段５Ａは、楕円形状の第一光反射部７Ａの二つの焦点位置に配置されている。また、第二発光手段４Ｂと第二受光手段５Ｂは、別の楕円形状の第二光反射部７Ｂの二つの焦点位置に配置されている。
【００６４】
これら四つの焦点は同一直線状にあり、第二光反射部７Ｂの第二発光手段４Ｂと第二受光手段５Ｂが配置された二つの焦点の焦点間距離は、第一光反射部７Ａの第一発光手段４Ａと第一受光手段５Ａが配置された二つの焦点の焦点間距離より大きい。
【００６５】
本発明に係る位置検出装置をこのように構成すると、図１２（ａ）のように、同時に二点の白丸１と白丸２が同時に指し示された場合、図１２（ａ）で見られる第一発光手段４Ａと第一受光手段５Ａとで検出される六点の交点と、図１２（ｂ）で見られる第二発光手段４Ｂと第二受光手段５Ｂとで検出される六点の交点とを比較した場合、実際に指示手段１により指し示された白丸１と白丸２のペア以外の四点は同じ位置の交点として検出されない。
【００６６】
つまり、図１２（ａ）と図１２（ｂ）の両方の位置検出により、同じ交点位置として検出される白丸１と白丸２のペアのみが、実際に指示された位置として特定することができる。
【００６７】
このように、検出領域２内に二点同時に指示手段１で指示座標位置３が指し示された場合でも、当該二点のみを同時に正確に検出することができる。
【００６８】
図１２における第一光反射部７Ａは光ビーム６の一部を反射あるいは透過する機能を有していればよく、ハーフミラー等で構成される。
【００６９】
また、図１２における二つの第一発光手段４Ａと第二発光手段４Ｂが異なる分光分布を持つ光ビーム６を発光する機能を有している場合、第一光反射部７Ａは第一発光手段４Ａからの特定の分光分布を持つ光ビーム６を主に反射し、第二発光手段４Ｂからの光ビーム６を主に透過する機能を有しておればよい。このとき、第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂにおいても、それぞれ対応する第一発光手段４Ａと第二発光手段４Ｂの分光分布に対応した光ビーム６を選択的に光電変換する機能を有していてもよい。
【００７０】
図１３は本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図である。
【００７１】
図１３（ａ）は本発明の位置検出装置の実施例１における光反射部７の一例を示している。図１２では第一光反射部７Ａと第二光反射部７Ｂは別々の部品として構成されているように図示されているが、図１３（ａ）のように、第一光反射部７Ａと第二光反射部７Ｂは一体型の光反射部７で構成されていてもよい。この場合、一体型の光反射部７の上面部が第一光反射部７Ａの機能を有し、下面部が第二光反射部７Ｂの機能を有する。このとき、第一光反射部７Ａは第一発光手段４Ａと第一受光手段５Ａを焦点にもつ楕円で構成されており、第二光反射部７Ｂは第二発光手段４Ｂと第二受光手段５Ｂを焦点にもつ楕円で構成されている。
【００７２】
また、図１３（ｂ）で示すように、複数の楕円形状のそれぞれ一部の領域を使って複数分割された光反射部７を構成してもよい。このように、離心率ｅが互いに異なる複数の楕円形状のそれぞれの一部を集合させた鏡面（反射面）を備える形状を構成することで小型化された光反射部７を構成することができる。
【００７３】
図１４は本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図であり、第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ、第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂの配置が図１２とは異なる場合を示している。この場合でも、図１４（ａ）で検出される六つの光ビーム６の交点と、図１４（ｂ）で検出される六つの光ビーム６の交点とから、白丸１と白丸２の指示座標位置３を検出することができる。このように、二つの発光手段４と二つの受光手段５の配置は図１２に限定されるものではない。
【００７４】
図１５は本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した平面図である。
【００７５】
更に、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ、第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂは同一の直線上になくても同様な機能を有する位置検出装置を構成することができる。しかし、図１５で示す位置検出装置では図１４と比較して検出領域２が小さくなることや、構成がより複雑になることから、図１４のように第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ、第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂは同一の直線上に存在するほうが好ましい。
【００７６】
図１６は本発明に係る位置検出装置の実施例１を示した斜視図であり、図１２で示した本発明に係る位置検出装置の斜視概略図である。二つの楕円体で構成される第一光反射部７Ａ及び第二光反射部７Ｂの一方の焦点位置に対応する第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂからの光ビーム６はある幅をもった光束として第一光反射部７Ａ及び第二光反射部７Ｂで反射され、他方の焦点位置にある第一受光手段５Ａ及び第二受光手段５Ｂへと導かれる。この斜視図のように、第一光反射部７Ａ及び第二光反射部７Ｂは、ある幅を持った形状であり、これは二つの焦点とする楕円球体の一部からなる。指示手段１が検出領域２内を指し示したとき、光ビーム６が遮光される二つの経路により指示手段１の指示座標位置３を検出できる。
【００７７】
なお、実施例１では二点同時検出の場合を示しているが二点以上の同時検出もこの構成において上記の理論により検出可能である。
【実施例２】
【００７８】
図１７は本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図である。図１７（ａ）に示すように、発光手段４を二つの楕円体の第一光反射部７Ａ及び第二光反射部７Ｂの焦点位置として同じ位置に配置させている。一方、二つの第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂは別々の焦点位置に設ける。即ち、第一受光手段５Ａは第一光反射部７Ａの楕円の焦点位置に設け、第二受光手段５Ｂは第二光反射部７Ｂの楕円の焦点位置に設けている。このように配置することで、発光手段４を一つにまとめることができ、構成部品を少なくすることができる。二点の位置を同時に検出する機能は、実施例１と同様に図１７（ａ）と図１７（ｂ）との交点位置を把握することで検出が可能である。
【００７９】
図１８は本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図である。図１７では、発光手段４を楕円体の第一光反射部７Ａ及び第二光反射部７Ｂ共通の焦点位置に配置しているが、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、受光手段５を共通の焦点位置に配置してもよい。そのときは、第一発光手段４Ａは第一光反射部７Ａの楕円の焦点位置に設け、第二発光手段４Ｂは第二光反射部７Ｂの楕円の焦点位置に設けることになる。
【００８０】
図１７のように発光手段４を共通の焦点位置に配置し、受光手段５を二つの第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂは別々の焦点位置に設けた場合、発光手段４を二つの異なる分光分布を持つ光ビーム６を発する機能を設けたり、二つの異なる分光分布の光ビーム６を時間で切り替えて投光する機能を設けたりすることで、二つの第一光反射部７Ａと第二光反射部７Ｂにおいてそれぞれの光ビーム６を選択的に反射させて、二つの第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂへ導くことができる。このとき、二つの第一受光手段５Ａと第二受光手段５Ｂでは異なる分光分布の光ビーム６から光電変換する機能を設けることで、それぞれの光ビーム６を検出することができる。
【００８１】
図１９は本発明に係る位置検出装置における受光手段の実施例２を示した平面図である。
【００８２】
図１８のように受光手段５を共通の焦点位置に配置し、発光手段４を二つの第一発光手段４Ａと第二発光手段４Ｂは別々の焦点位置に設けた場合、二つの第一発光手段４Ａと第二発光手段４Ｂで異なる分光分布の光ビーム６を投光させ、受光手段５で検出することになる。このとき、受光手段５は図１９（ａ）に示すように一つの受光手段５内に含まれる二つの受光部１３の光電変換の感度に異なる分光分布を持たせることで、受光手段５の共通化が実現できる。二つの受光部１３の形状や配置は図１９（ａ）に限られるものではない。
【００８３】
また、受光部１３は図１９（ａ）のように二つである必要ではなく、二つ以上の複数でもよい。更に、図１９（ｂ）のように、広い波長範囲に感度がある二つの受光部１３と検出領域２から導かれる光ビーム６の光路途中にカラーフィルター等の光ビーム分光手段１９を設けることで、二つの受光部１３へ入射する光ビーム６を異なる分光分布で制限することも可能である。
【００８４】
図２０は本発明に係る位置検出装置の実施例２を示した平面図である。図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ、第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂは同一の直線上になくても同様な機能を有する位置検出装置を構成することができる。しかし、図２０で示す位置検出装置では図１７と比較して検出領域２が小さくなることや、構成がより複雑になることから、図１７のように第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ、第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂは同一の直線上に存在するほうが好ましい。
【実施例３】
【００８５】
図２１は本発明に係る位置検出装置における発光手段駆動回路及び受光手段信号検出回路の実施例３を示した概略図であり、図１８で説明した位置検出装置における第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ及び受光手段５を駆動する回路構成を説明するものである。
【００８６】
図２１（ａ）に第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂからの光ビーム６に異なる変調された信号をのせる機能を有する発光手段駆動回路１４と、図２１（ｂ）に一つの受光手段５で二つの異なる変調された信号を選択的に受信して、電気信号に変換する受光手段信号検出回路１５の一部分の基本構成を示す。二つの第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂからの光ビーム６に変調回路２１で、それぞれに異なる変調された信号をのせる。このとき変調方式及び周波数は特に指定しない。更に、受光手段５で上記の異なる変調された信号を選択的に受光するためにフィルタ回路２２を設ける。つまり、一つの受光手段５で、二つの第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂそれぞれの光ビーム６を区別させることができる。このような構成をとることで受光手段５を一つの部品で構成することができる。
【実施例４】
【００８７】
図２２は本発明に係る位置検出装置における光ビーム経路図及び受光手段の実施例４を示した斜視図であり、図１８で説明した位置検出装置における第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂと受光手段５間の光伝送の原理を説明するものである。
【００８８】
図２２（ａ）に示すように、第一発光手段４Ａからの光ビーム６を第一偏光手段２５Ａとして縦向きの直線偏光成分を選択的に透過する機能を有する偏光素子に通過させる。一方、第二発光手段４Ｂからの光ビーム６は第二偏光手段２５Ｂとして横向きの直線偏光成分を選択的に透過する機能を有する偏光素子に通過させる。このように、それぞれに異なる向きの光に偏光させて検出領域２内へ投光する。
【００８９】
一方、図２２（ｂ）に示すように、一つの受光部１３では二つの第一発光手段４Ａ及び第二発光手段４Ｂからの光ビーム６が重なり入射することになるのだが、第一分別手段２６Ａとして縦向きの直線偏光素子を、第二分別手段２６Ｂとして横向きの直線偏光素子を設けることで、重なった光ビーム６からそれぞれ所望の成分を検出することができる。
【００９０】
このような構成をとることで、受光手段５を一つの部品で構成することができる。第一発光手段４Ａや第二発光手段４Ｂが半導体レーザー等の既に偏光された光ビーム６を発生させる機能を有している場合は、上記の第一偏光手段２５Ａ及び第二偏光手段２５Ｂを省略することも可能だが、そのとき二つの半導体レーザーの偏光の向きを異なる方向に設置する必要がある。
【００９１】
次に、本発明の各実施例における構成について詳しく説明する。
【００９２】
指示手段１としては光ビーム６を遮光するものであればどのようなものでも良いが、代表的なものとしては、人の手や指、ペン状の指示部材等が考えられる。
【００９３】
検出領域２には指示手段１が接触できるパネル状のものを設置することも可能であり、その場合、前記パネルの表面近くに光ビーム６を投光させることになる。前記パネルは、図１に示すような自発光型のディスプレイの外枠にひっかける等して取り付ける場合は、ディスプレイ画面の映像を透過させるための透明なものがよく、ガラス板やアクリル板等の透明樹脂板が好適に用いられる。
【００９４】
また、図２に示すような表示ボードに画像投影機器から画像を投影して位置検出する位置検出装置では、特にパネルの材質にはこだわらない。
【００９５】
更に、本発明の位置検出装置では、指示手段１により光ビーム６を遮光すれば位置を検出することができるので、パネル状のものが無くても構わない。
【００９６】
発光手段４（第一発光手段４Ａ、第二発光手段４Ｂ）、つまり光源８としては光ビーム６を投光できるものであれば特に限定されるものではない。好適に用いられるものとしてはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザー等がある。波長領域は特に指定しないが、赤外領域の波長を用いると人の目には見えないため、自発光型のディスプレイに取り付ける場合等はディスプレイ画像が見えにくくなることがない。また、可視光を用いると遮光した場所が目視できるという効果がある。
【００９７】
受光手段５（第一受光手段５Ａ、第二受光手段５Ｂ）としては光エネルギーあるいは光信号を電気エネルギーあるいは電気信号に変換する機能を有していればよい。好適に用いられるものとしてはＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサーやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等がある。
【００９８】
光反射部７（第一光反射部７Ａ、第二光反射部７Ｂ）としては発光手段４からの光ビーム６を反射させる機能を有していればよく、ミラーやプリズム等が例として挙げられる。ミラーの形成方法の一例としてガラスや樹脂等の材料を使って、金型等を用いて一括成型し、表面にアルミニウム、スズ、銀、等の金属を蒸着成膜させる方法や、反射テープを貼り付けるなどの方法がある。また、ガラスや樹脂などの基材に無電解メッキや銀鏡反応などの化学反応による成膜方法や、反射材料を塗布する方法などがある。
【００９９】
図５に示す発光手段４内における走査手段１１としては光ビーム６を走査できるものであればよい。例えばレーザー光源を回転走査させるモータ、流体軸受、その他ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）により回転させる方法や、ＬＥＤ光源をスリット状の回転体で遮光しながらビーム状の光を投光することもできる。また、光ビームの投光方向をスイッチで切り替えて走査することも可能である。更に発光手段４からの光ビーム６を鏡やプリズム等に反射させて投光方向を走査させる場合、鏡やプリズムを回転させて投光方向を走査させることも可能である。
【０１００】
光ビーム分光手段１９としては異なる分光分布の光を選択的に透過する機能を有しておればよく、カラーフィルター等があげられる。
【０１０１】
偏光手段２５（第一偏光手段２５Ａ、第二偏光手段２５Ｂ）としては光ビームを異なる方向に偏光する機能を有しておればよく、直線偏光素子、円偏光素子、楕円偏光素子等がある。また、各種波長板やプリズム等を設けて光の偏光状態を変化させるものであればよい。
【０１０２】
第一分別手段２６Ａ、第二分別手段２６Ｂとしては上記の直線偏光素子、円偏光素子、楕円偏光素子や検光子等がある。
【０１０３】
以上、本発明の位置検出装置で得られた指示座標位置情報を基に、指示手段１の検出領域内での速度、検出領域への指示スピード、指示時間、複数指示の時間間隔等の情報を得ることができ、図９の出力手段１８を通じてボタン操作、文字入力、画像選択、画像移動、画像拡大縮小、画像変更、ボタン制御、音声出力、機械制御等の操作を行うことができる。図１は出力手段１８としてディスプレイ表示、図２は出力手段１８として画像投影プロジェクタを用いた例である。
【０１０４】
以上の構成により本発明の位置検出装置を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等の自発光型表示装置や、電子ペーパーや、電子黒板、プロジェクタ等を用いてホワイトボード等に画像を表示させる投影型表示装置（例えば、いわゆるインタラクティブボード、インタラクティブ電子黒板、インタラクティブ電子ボード等）の表示画面上において、指やペン状の複数の指示手段により同時に指示された位置を検出するための光学式の位置検出装置に関するものである。更に指やペン等により指示した指示座標位置の情報を得ることで、上記した自発光型表示装置、投影型表示装置等のさまざまな機器、事務機器、ＯＡ機器、コンピュータ関連機器の制御や操作を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１    指示手段
２    検出領域
３    指示座標位置
４    発光手段
４Ａ    第一発光手段
４Ｂ    第二発光手段
５    受光手段
５Ａ    第一受光手段
５Ｂ    第二受光手段
６    光ビーム
７    光反射部
７Ａ    第一光反射部
７Ｂ    第二光反射部
８    光源
９    集光手段
１０    平面反射手段
１１    走査手段
１２    光ビーム走査範囲
１３    受光部
１４    発光手段駆動回路
１５    受光手段信号検出回路
１６    走査手段駆動回路
１７    演算処理部
１８    出力手段
１９    光ビーム分光手段
２０    発光制御回路
２１    変調回路
２２    フィルタ回路
２３    復調回路
２４    受光制御回路
２５    偏光手段
２５Ａ    第一偏光手段
２５Ｂ    第二偏光手段
２６Ａ    第一分別手段
２６Ｂ    第二分別手段
２７    盲点座標
２８    光学ユニット
２９    再帰性反射部
３０    ハーフミラー
３１    レンズ
【図１】
2011210080.tif 000003
【図２】
2011210080.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011210080.tif 000006
【図５】
2011210080.tif 000007
【図６】
2011210080.tif 000008
【図７】
2011210080.tif 000009
【図８】
2011210080.tif 000010
【図９】
2011210080.tif 000011
【図１０】
2011210080.tif 000012
【図１１】
2011210080.tif 000013
【図１２】
2011210080.tif 000014
【図１３】
2011210080.tif 000015
【図１４】
2011210080.tif 000016
【図１５】
2011210080.tif 000017
【図１６】
2011210080.tif 000018
【図１７】
2011210080.tif 000019
【図１８】
2011210080.tif 000020
【図１９】
2011210080.tif 000021
【図２０】
2011210080.tif 000022
【図２１】
2011210080.tif 000023
【図２２】
2011210080.tif 000024
【図２３】
2011210080.tif 000025
【図２４】
2011210080.tif 000026
【図２５】
2011210080.tif 000027
【図２６】
2011210080.tif 000028