(57)【要約】【課題】複数の検出対象物の位置をそれぞれ検出すること。【解決手段】光学式位置検出装置は、相互に異なる第１の波長域及び第２の波長域に光強度を備えた位置検出光Ｌ２を放出する位置検出用光源部１４０と、第１の波長域の反射率が第２の波長域より高い反射特性を備えた第１検出対象物３１０と、第２の波長域の反射率が第１の波長域より高い反射特性を備えた第２検出対象物３２０と、第１の波長域の検出感度が前記第２の波長域より高い感度特性を備え第１の光検出信号を出力する第１光検出部４１０と、第２の波長域の検出感度が前記第１の波長域より高い感度特性を備え第２の光検出信号を出力する第２光検出部４２０と、位置検出用光源１４０を制御して光強度分布を形成するとともに、第１の光検出信号に基づいて第１検出対象物３１０の位置を検出し、第２の光検出信号に基づいて第２検出対象物３２０の位置を検出する位置検出部４００と、を具備する。【選択図】図１
2011122869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の少なくとも一部で構成される基準面の上方位置に設定された検出空間に配置される検出対象物を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
相互に異なる第１の波長域及び第２の波長域に光強度を備えた位置検出光を出射して前記基準面に沿った位置に応じて変化する前記位置検出光の光強度分布を形成する位置検出用光源と、
前記第１の波長域の反射率が前記第２の波長域の反射率より高い反射特性を備えた第１の検出対象物と、
前記第２の波長域の反射率が前記第１の波長域の反射率より高い反射特性を備えた第２の検出対象物と、
前記第１の波長域の検出感度が前記第２の波長域の検出感度より高い感度特性を備え第１の光検出信号を出力する第１の光検出部と、
前記第２の波長域の検出感度が前記第１の波長域の検出感度より高い感度特性を備え第２の光検出信号を出力する第２の光検出部と、
前記第１の光検出信号に基づいて前記第１の検出対象物の前記検出空間内の位置を検出し、前記光強度分布下で得られた前記第２の光検出信号に基づいて前記第２の検出対象物の前記検出空間内の位置を検出する位置検出部と、
を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記位置検出部は、前記第１の光検出信号に基づく前記第１の検出対象物の位置検出と、前記第２の光検出信号に基づく前記第２の検出対象物の位置検出とを同時に並行して処理することを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記第１の光検出部と前記第２の光検出部は、一体に構成された光検出器の内部に隣接配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出用光源は、前記第１の波長域にピーク強度を有する第１の光源部と、前記第２の波長域にピーク強度を有する第２の光源部とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置と、前記基準面に画像を投射する画像照射装置とを具備することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象物の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話、カーナビゲーション、券売機および自動現金預け払い機等の表示画面付き電子機器にはタッチパネルの如き位置検出装置が用いられている。この位置検出装置は表示画面の視認側に配置されており、表示画面の画像を参照しながらペンや指の如き検出対象物を表示画面上に配置することによって当該検出対象物の位置を検出するものである。例えば、特許文献１と特許文献２に記載されている。
【０００３】
特許文献１と特許文献２に記載の位置検出装置はそれぞれ光学式であり、物体表面の基準面上に検出空間が設定されており、光源と光検出部とを有している。この前記検出空間内の任意の位置に検出対象物を配置すると、前記光源の光が当該検出対象物の表面で反射して、その反射光の一部が前記光検出部によって受光されることにより当該検出対象物の位置を検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６６６，０３７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９２７，３８４号明細書
【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や特許文献２に記載の位置検出装置では、その検出空間内に２個の検出対象物を同時に配置すると、その光検出部が当該２個の検出対象物の反射光をそれぞれ区別することができないことによって当該２個の検出対象物の中間位置を検出してしまうため、当該２個の検出対象物のそれぞれの位置を検出することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、複数の検出対象物の位置をそれぞれ検出することができる光学式位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の光学式位置検出装置は、物体表面の少なくとも一部で構成される基準面の上方位置に設定された検出空間に配置される検出対象物を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、相互に異なる第１の波長域及び第２の波長域に光強度を備えた位置検出光を出射して前記基準面に沿った位置に応じて変化する前記位置検出光の光強度分布を形成する位置検出用光源と、前記第１の波長域の反射率が前記第２の波長域の反射率より高い反射特性を備えた第１の検出対象物と、前記第２の波長域の反射率が前記第１の波長域の反射率より高い反射特性を備えた第２の検出対象物と、前記第１の波長域の検出感度が前記第２の波長域の検出感度より高い感度特性を備え第１の光検出信号を出力する第１の光検出部と、前記第２の波長域の検出感度が前記第１の波長域の検出感度より高い感度特性を備え第２の光検出信号を出力する第２の光検出部と、前記第１の光検出信号に基づいて前記第１の検出対象物の前記検出空間内の位置を検出し、前記光強度分布下で得られた前記第２の光検出信号に基づいて前記第２の検出対象物の前記検出空間内の位置を検出する位置検出部と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記位置検出光が前記第１の検出対象物によって反射されると、その反射光が前記第１の波長域に強度を有することによって前記第１の光検出部に検出されるので、前記第１の検出対象物の位置を検出することが可能になるとともに、前記位置検出光が前記第２の検出対象物によって反射されると、その反射光が前記第２の波長域に強度を有することによって前記第２の光検出部に検出されるので、前記第２の検出対象物の位置を検出することが可能になるので、前記第１の検出対象物の位置と前記第２の検出対象物の位置をそれぞれ区別して検出することができる。
【０００９】
本発明において、前記位置検出部は、前記第１の光検出信号に基づく前記第１の検出対象物の位置検出と、前記第２の光検出信号に基づく前記第２の検出対象物の位置検出とを同時に並行して処理することが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、前記位置検出部は前記第１の光検出信号と前記第２の光検出信号とをそれぞれ同時に並行して処理することで第１の検出対象物の位置と第２の検出対象物の位置をそれぞれ検出することができるので、時分割処理などを行わずに簡易な構成で前記第１の検出対象物と前記第２の検出対象物とを独立して検出することができる。
【００１１】
本発明において、前記第１の光検出部と前記第２の光検出部は、一体に構成された光検出器の内部に隣接配置されることが好ましい。この発明によれば、前記第１の光検出部と前記第２の光検出部とが別体である場合に比べて、部品点数を低減できるとともに、両光検出部の指向性の差を低減して検出位置のずれによる位置情報への影響を低減できるため、各検出対象物の位置を複雑な処理を行わずに正確に検出することができる。
【００１２】
本発明において、前記位置検出用光源は、前記第１の波長域にピーク強度を有する第１の光源部と、前記第２の波長域にピーク強度を有する第２の光源部とを含むことが好ましい。この発明によれば、前記第１検出対象物の反射光の光強度と前記第２検出対象物の反射光の光強度とをそれぞれ十分に大きくすることができることにより、検出誤差を低減できる。
【００１３】
上記光学式位置検出装置は、種々の表示装置その他の装置に搭載できる。特に、光学式位置検出装置の前記基準面に画像を投射する画像投射部を備えた投射型表示装置に適用することが可能である。この場合、前記位置検出用光源を画像投射部に設けてもよく、画像投射部とは別に設けてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２個の検出対象物（第１の検出対処物および第２の検出対象物）の反射光の波長域を互いに異ならしめて、これら２個の検出対象物の位置を、検出感度の波長域が互いに異なる２個の光検出部（第１の光検出部および第２の光検出部）による検出値に基づいてそれぞれ検出することができるので、２個の検出対象物の位置をそれぞれ個別に検出することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略斜視図。
【図２】本実施形態を側方から見た状態を模式的に示す概略側面図。
【図３】本実施形態の位置検出範囲を模式的に示す概略正面図。
【図４】本実施形態の画像投射装置を光出射側から見た外観を模式的に示す概略斜視図。
【図５】本実施形態の画像投射装置の構成を模式的に示す構成説明図。
【図６】本光学式位置検出装置の画像投射装置から出射する位置検出光のスペクトル分布図。
【図７】別の形態の位置検出光のスペクトル分布図。
【図８】本光学式位置検出装置を構成する２つの検出対象物にそれぞれ設けられた反射フィルターの反射特性グラフ（ａ）及び（ｂ）。
【図９】前記２つの検出対象物によってそれぞれ反射した反射光のスペクトル分布（ａ）及び（ｂ）。
【図１０】本光学式位置検出装置のブロック図。
【図１１】本光学式位置検出装置で用いる位置検出光の強度分布および位置検出部での処理内容を示す説明図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図１２】本光学式位置検出装置を構成する検出装置における第１位置検出部の信号処理内容を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を参照して本発明に係る光学式位置検出装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す本実施形態は光学式位置検出装置を投射型表示装置に適用したものであるが、本発明は投射型表示装置に限らず、種々の表示装置、その他の各種の操作装置などに適用できる。
【００１７】
（投射型表示装置の全体構成）
図１は本発明に係る実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略斜視図であり、図２は本実施形態の投射型表示装置を側方から見た状態を模式的に示す概略側面図であり、図３は本実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略正面図である。図１から図３までに示すように、本発明に係る光学式位置検出装置を備えた投射型表示装置１０００は、画像投射装置１００と、画像投射装置１００から出射する光が照射されるスクリーン２００と、このスクリーン２００の上に配置して使用する２個の検出対象物３００と、この２個の検出対象物３００のそれぞれの反射光（第１反射光Ｒ１および第２反射光Ｒ２）を受光する検出装置４００とを有している。
【００１８】
なお、これら図１から図３までは説明の便宜上、横方向をＸ軸とし、縦方向をＹ軸とし、画像投射装置１００の光がスクリーン２００に向かって出射する方向をＺ軸として表示されており、これらＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに交差している。
【００１９】
画像投射装置１００は液晶プロジェクタ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｅｒ）又はデジタル・マイクロミラー・デバイス（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）であり、その筺体１１０の前面部１０１に設けられた投射レンズ１２０からスクリーン２００の背面２００Ｂに向けて画像表示光Ｌ１を拡大照射するものである。したがって、図５に示すように、画像投射装置１００は筺体１１０の内部にカラーの画像表示光Ｌ１を生成して投射レンズ１２０を介して出射する光学装置１３０を備えている。
【００２０】
また、図４に示すように、この画像投射装置１００には赤外光からなる位置検出光Ｌ２をスクリーン２００に向けて照射する位置検出光源部１４０（位置検出用光源）が設けられている。この位置検出光源部１４０は後述する検出空間Ｓ内に位置検出光Ｌ２の強度分布を形成する。図４及び図５に示すように、この画像投射装置１００の位置検出光源部１４０は、赤外光を出射する複数の発光素子１４１と、この複数の発光素子１４１を駆動する光源駆動部１４２とを有している。
【００２１】
図４に示すように、この複数の発光素子１４１は例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏde，発光ダイオード）であり、画像投射装置１００の前面部１０１における投射レンズ１２０の両側にそれぞれ設けられている。この複数の発光素子１４１から位置検出光Ｌ２が出射されるようになっている。この位置検出光Ｌ２は所定の波長域を備えており、例えば図６に示すように、約８００ｎｍから１，０００ｎｍまでの波長域を備えており、その中間の波長域にピーク強度を１つ有している。
【００２２】
また、図７に別の位置検出光Ｌ２'の例を示す。この位置検出光Ｌ２'は波長域が互いに異なる２種類の赤外光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを合成した光である。例えば、一方の赤外光Ｌ２ａは約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域を備えており、他方の赤外光Ｌ２ｂは約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域を備えている。したがって、位置検出光Ｌ２'は全体として約８００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域となり、ピーク強度を２つ有している。これら２つのピーク強度は互いに異なる波長域にそれぞれ設けられている。これにより、赤外光Ｌ２ａと赤外光Ｌ２ｂのいずれか１つから位置検出光を構成する場合に比べて、位置検出光の波長域を広げることができるとともに、互いに離れた波長域においても光強度を十分に備えることができる。この位置検出光Ｌ２'は、例えば、赤外光Ｌ２ａを出射するＬＥＤの如き第１の発光素子と、赤外光Ｌ２ｂを出射するＬＥＤの如き第２の発光素子とを画像投射装置１００の前面部１０１にそれぞれ複数個設けて同時に点灯することによって生成できる。なお、位置検出光は波長域が互いに異なる発光素子を３種類以上用いて生成されていてもよい。
【００２３】
図５に示すように、光源駆動部１４２は複数の発光素子１４１を駆動する光源駆動回路１５０と、この光源駆動回路１５０を介して複数の発光素子１４１の発光強度をそれぞれ制御する光源制御部１６０とを備えている。このうち光源駆動回路１５０は例えば第１光源駆動回路１５１と第２光源駆動回路１５２と第３光源駆動回路１５３と第４光源駆動回路１５４とからなり、これらはそれぞれ１個の発光素子１４１にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２４】
また、図１から図３までに示すように、スクリーン２００は横長の四角形であり、透光性を備えたアクリル等の合成樹脂から形成されており、その裏面２００Ｂから入射した画像表示光Ｌ１をその表面２００Ａに画像として表示するように構成されている。さらに、このスクリーン２００はその裏面２００Ｂから入射した位置検出光Ｌ２をその表面２００Ａの少なくとも一部である基準面２００Ｐから出射させて、この基準面２００Ｐ上に検出空間Ｓが形成されるように構成されている。
【００２５】
次に、２個の検出対象物３００は第１検出対象物３１０（第１の検出対象物）と第２検出対象物３２０（第２の検出対象物）とであり、それぞれペン型形状を備えている。この２個の検出対象物３００の先端部の表面には反射フィルター（第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２）がそれぞれ設けられているとともに、この２個の検出対象物３００の先端部以外の軸部分は、例えばその表面に赤外光を吸収する表面素材を有し、位置検出光Ｌ２を反射しないように構成されている。したがって、２個の検出対象物３００の先端のみが位置検出光Ｌ２を反射するようになっている。これにより、位置検出光Ｌ２の反射箇所を２つの検出対象物３００の特定部位（指示部位）に限定できる。
【００２６】
この２個の検出対象物３００のうち、第１検出対象物３１０には第１反射フィルターＦ１が設けられているとともに、第２検出対象物３２０には第２反射フィルターＦ２が設けられており、これら第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２は互いに異なる反射特性を備えている。
【００２７】
図８（ａ）に示すように、具体的には、第１反射フィルターＦ１は約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域（第１の波長域）の反射率が約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域（第２の波長域）の反射率より高い反射特性を備えている。これにより、図９（ａ）に示すように、位置検出光Ｌ２がこの第１反射フィルターＦ１に入射すると、位置検出光Ｌ２の約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の光成分が第１反射フィルターＦ１により吸収されるとともに、位置検出光Ｌ２の約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の光成分が第１反射フィルターＦ１により反射されて、第１反射光Ｒ１として出射する。
【００２８】
一方、図８（ｂ）に示すように、第２反射フィルターＦ２は約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の反射率が約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の反射率より高い反射特性を備えている。これにより、図９（ｂ）に示すように、位置検出光Ｌ２がこの第２反射フィルターＦ２に入射すると、位置検出光Ｌ２の約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の光成分が第２反射フィルターＦ２により吸収されるとともに、位置検出光Ｌ２の約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の光成分が第２反射フィルターＦ２により反射されて、第２反射光Ｒ２として出射するようになっている。したがって、第１検出対象物３１０の第１反射光Ｒ１と第２検出対象物３２０の第２反射光Ｒ２はその波長分布が互いに異なったものとされる。
【００２９】
図１から図３までに示すように、検出装置４００はスクリーン２００の上端中央部に配置されており、第１検出部４１０（第１の光検出部）と第２検出部４２０（第２の光検出部）を備えている。図１０に示すように、この第１検出部４１０には、第１光検出器４１１と、この第１光検出器４１１の検出値に基づいて位置情報を求める第１位置検出部４１２とが設けられており、この第２検出部４２０には、第２光検出器４２１と、この第２光検出器４２１の検出値に基づいて位置情報を求める第２位置検出部４２２とが設けられている。
【００３０】
第１検出部４１０の第１光検出器４１１と第２検出部４２０の第２光検出器４２１は検出装置４００におけるスクリーン２００に対向する側の底面部４０１にそれぞれ光検出面を検出空間Ｓ側に向けた姿勢で設けられている。これは、検出空間Ｓから出射する第１反射光Ｒ１と第２反射光Ｒ２を第１光検出器４１１と第２光検出器４２１にそれぞれ入射し易くするためである。これら第１光検出器４１１と第２光検出器４２１はそれぞれフォトダイオ−ド（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）やフォトトランジスター（ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、本実施形態ではフォトダイオードが用いられている。なお、第１光検出器４１１と第２光検出器４２１はそれぞれに設けられた受光素子（光検出部）がアレイ状に隣接して配列された一体の光検出器として形成されていることが好ましい。これは、第１光検出器４１１と第２光検出器４２１の検出位置が異なることによる指向性の差を低減して検出値への影響を低減し、各検出値に対する補正を不要とし、或いは、補正をし易くするためである。
【００３１】
これら第１光検出器４１１と第２光検出器４２１は互いに異なる感度特性を備えている。具体的には、第１光検出器４１１は約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の検出感度が約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の検出感度より高い感度特性を備えている。これにより、第１光検出器４１１の検出値に対する第２反射光Ｒ２の影響を少なくし、第１反射光Ｒ１の強度を反映する検出値が得られるようになっている。この第１光検出器４１１は第１位置検出部４１２に電気的に接続されており、第１光検出器４１１の検出値が第１位置検出部４１２に出力されるようになっている。
【００３２】
一方、第２光検出器４２１は約９００ｎｍから約１，０００ｎｍまでの波長域の検出感度が約８００ｎｍから約９００ｎｍまでの波長域の検出感度より高い感度特性を備えている。これにより、第２光検出器４２１の検出値に対する第１反射光Ｒ１の影響を少なくし、第２反射光Ｒ２の強度を反映する検出値が得られるようになっている。この第２光検出器４２１は第２位置検出部４２２に電気的に接続されており、第２光検出器４２１の検出値が第２位置検出部４２２に出力されるようになっている。
【００３３】
したがって、第１検出部４１０の第１位置検出部４１２は、第１反射光Ｒ１を検出した第１光検出器４１１の検出値と位置検出光Ｌ２の強度分布とを用いて検出空間Ｓにおける第１検出対象物３１０の位置を検出することができるようになっているとともに、第２検出部４２０の第２位置検出部４２２は、第２反射光Ｒ２を検出した第２光検出器４２１の検出値と位置検出光Ｌ２の強度分布とを用いて検出空間Ｓにおける第２検出対象物３２０の位置を検出することができるようになっている。
【００３４】
(座標検出の基本原理)
本実施形態の光学式位置検出装置においては、画像投射装置１００の複数の発光素子１４１を点灯させることにより、検出空間Ｓに基準面２００Ｐに沿って位置検出光Ｌ２の強度分布を形成した状態で、第１検出対象物３１０の第１反射フィルターＦ１で反射した第１反射光Ｒ１を第１光検出器４１１によって検出してその結果に基づいて第１位置検出部４１２によって検出空間Ｓにおける第１検出対象物３１０の位置を検出するとともに、第２検出対象物３２０の第２反射フィルターＦ２で反射した第２反射光Ｒ２を第２光検出器４２１によって検出してその結果に基づいて第２位置検出部４２２によって検出空間Ｓにおける第２検出対象物３２０の位置を検出する。以下においては、図１１を参照して、光強度分布の構成および第１検出対象物３１０の座標検出の原理を説明する。なお、第２検出対象物３２０の座標検出の原理は第１検出対象物３１０の座標検出の原理と同様であり、その説明は省略する。
【００３５】
図１１は本実施形態で用いる位置検出光の強度分布および位置検出部での処理内容を示す説明図である。このうち図１１（ａ）は位置検出光のＸ軸方向の強度分布を示す説明図であり、図１１（ｂ）は第１検出対象物で反射した反射光の強度を示す説明図であり、図１１（ｃ）は第１検出対象物で反射した反射光の強度が等しくなるように位置検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００３６】
本実施形態の光学式位置検出装置においては、画像投射装置１００から位置検出光Ｌ２が出射されると、図４に示す位置検出光源部１４０からスクリーン２００までの距離と、複数の発光素子１４１の点灯パターンとによって図１から図３までに示す検出空間Ｓに基準面２００Ｐに沿った位置検出光Ｌ２の強度分布が形成される。例えば、Ｘ座標を検出する際には、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、まず、第１期間においてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、第２期間においてＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。
【００３７】
ここで、図示例のように、第１期間においてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、第２期間においてＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成することが好ましい。
【００３８】
この状態において、第１検出対象物３１０を検出空間Ｓに配置すると、位置検出光Ｌ２が第１検出対象物３１０の第１反射フィルターＦ１によって反射されて第１反射光Ｒ１に変調され、この第１反射光Ｒ１の一部が検出装置４００の第１光検出器４１１によって検出される。このときＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂとを予め設定しておけば以下の方法などにより、第１検出対象物３１０のＸ座標を検出することができる。
【００３９】
図１１（ｂ）に示すように、第１の方法はＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂの差を利用する方法である。具体的には、Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂは予め設定した既定の分布態様になるように構成されているので、Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂの差も予め設定した態様のＸ座標の関数になっている。したがって、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の第１光検出器４１１での検出値ＬＸａと、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の第１光検出器４１１での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、第１検出対象物３１０のＸ座標を検出することができる。なお、光検出値ＬＸａとＬＸｂの比もＸ座標の関数となるため、当該比を求めてＸ座標を検出することも可能である。
【００４０】
第２の方法は、Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａにおける検出値ＬＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂにおける検出値ＬＸｂとが等しくなるように複数の発光素子１４１の駆動電流を調整する際の調整量を利用する方法である。なお、この第２の方法は図１１（ｂ）に示すＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２ＸｂとがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。
【００４１】
図１１（ｂ）に示すように、まず、第１期間および第２期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂとを絶対値が等しくかつＸ軸方向に逆向きに形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａにおける検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂにおける検出値ＬＸｂとが等しければ、第１検出対象物３１０がＸ軸方向の中央に位置することが分かる。
【００４２】
これに対して、図１１（ｃ）に示すように、検出値ＬＸａと検出値ＬＸｂが相違している場合には、両者が等しくなるように第１期間と第２期間の両方又はいずれか一方の期間における複数の発光素子１４１に対する駆動電流を調整して、再度、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成するとともに第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、検出値ＬＸａと検出値ＬＸｂが等しくなれば、第１期間における調整量ΔＬＸａと、第２期間における調整量ΔＬＸｂとの比や差などにより、又は調整した後の第１期間での複数の発光素子１４１に対する制御量と、調整した後の第２期間での複数の発光素子１４１に対する制御量との比や差などにより、第１検出対象物３１０のＸ座標を検出することができる。
【００４３】
上記の第１の方法と第２の方法とのいずれの方法を採用する場合でも同様に、第３期間においてＹ軸方向の一方側から他方側に向かって強度が漸次減少するＹ座標検出用第１強度分布を形成した後、第４期間においてＹ軸方向の他方側から一方側に向かって強度が漸次減少するＹ座標検出用第２強度分布を形成すれば、第１検出対象物３１０のＹ座標を検出することができる。さらに、第５期間においてＺ軸方向の強度分布を形成すれば、第１検出対象物３１０のＺ座標を検出することができる。ここで、この第５期間においては、例えば位置検出用光源部１４０の全ての発光素子１４１を全て同じ発光量となるように駆動し、これによってＸ軸及びＹ軸方向には強度がほぼ一定であるが、Ｚ軸方向には強度が変化する強度分布を形成することができる。なお、上記の第１の方法又は第２の方法を用いて同様に第２検出対象物３２０のＸ座標とＹ座標とＺ座標とをそれぞれ検出することができる。
【００４４】
また、上記の第１の方法と第２の方法のいずれの方法でも、環境光に含まれる赤外成分が第１光検出器４１１に入射したとしても、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際に、又は検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように調整する際に環境光の強度が相殺されるので、環境光が第１検出対象物３１０の検出精度に影響を及ぼすことがない。環境光が第２光検出器４２１に入射したとしても同様に第２検出対象物３２０の検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４５】
上記のように、第１光検出器４１１の検出結果に基づいて検出空間Ｓにおける第１検出対象物３１０の位置情報を取得するとともに、第２光検出器４２１の検出結果に基づいて検出空間Ｓにおける第２検出対象物３２０の位置情報を取得するにあたっては、例えば、第１位置検出部４１２と第２位置検出部４２２とにマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ：Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）をそれぞれ用いて、これに所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図１２を参照して以下に説明するように、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。
【００４６】
（第１位置検出部４１２の構成例）
図１２は本実施形態に係る光学式位置検出装置を構成する検出装置における第１位置検出部の信号処理回路の例を示す概略回路図である。ここに示す第１位置検出部４１２は、上述の座標検出の基本原理における第１の方法を実現するもの、すなわち、第１期間における第１光検出器４１１での検出値ＬＸａと、第２期間における第１検出器４１１での検出値ＬＸｂとの差を、予め設定されたＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂとの差の関数値に照合させて、第１検出対象物３１０のＸ座標を検出するものである。なお、第１検出対象物３１０のＸ座標とＹ座標とＺ座標とをそれぞれ検出するための構成は同様であるため、以下の説明では第１検出対象物３１０のＸ座標を求める場合のみを説明する。また、図１０に示す第２検出対象物３２０のＸ座標とＹ座標とＺ座標とを検出するための第２検出部４２０の第２光検出器４２１および第２位置検出部４２２は、第１検出部４１０の第１光検出器４１１および第１位置検出部４１２とそれぞれ同様であり、その説明は省略する。
【００４７】
図１２に示すように、本実施形態の画像投射装置１００における光源駆動回路１５０は、第１期間では可変抵抗１を介して複数の発光素子１４１に所定電流値の駆動パルスを印加し、第２期間では可変抵抗２および反転回路３を介して複数の発光素子１４１に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。したがって、光源駆動回路１５０は第１期間と第２期間とでは、複数の発光素子１４１に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の位置検出光Ｌ２が第１検出対象物３１０の第１反射フィルターＦ１で反射して第１反射光Ｒ１に変調され、この第１反射光Ｒ１が検出装置４００の第１光検出器４１１で受光される。同様に、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の位置検出光Ｌ２が第１検出対象物３１０の第１反射フィルターＦ１で反射して第１反射光Ｒ１に変調され、この第１反射光Ｒ１が第１光検出器４１１で受光される。この第１光検出器４１１は光強度信号生成回路１０の中に設けられており、１ｋΩ程度の抵抗１１が直列に電気的に接続され、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。
【００４８】
かかる光強度信号生成回路１０において、第１光検出器４１１と抵抗１１との接続点ＰＩには、第１位置検出部４１２が電気的に接続されている。この接続点ＰＩから出力される検出信号Ｖｃは第１光検出器４１１が受光する光強度を反映したレベル及び振幅を備えた、上記パルス信号に対応する交流信号となる。
【００４９】
第１位置検出部４１２は光検出器４１０の出力に接続され、その光検出信号を取り出す信号抽出回路２０と、光検出信号から第１期間と第２期間の信号を分離する信号分離回路３０と、分離された信号に基づいて位置情報と関連する信号を形成する信号処理回路４０とを有している。
【００５０】
この信号抽出回路２０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター２１を備えており、このフィルター２１は第１光検出器４１１と抵抗１１との接続点ＰＩから出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター２１によって接続点ＰＩから出力された検出信号Ｖｃからは、電圧Ｖｃの交流成分である位置検出信号Ｖｄが抽出される。つまり、位置検出光Ｌ２は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター２１によって除去される。
【００５１】
また、信号抽出回路２０は、フィルター２１の後段に２２０ｋΩ程度の帰還抵抗２３を備えた加算回路２２を有しており、フィルター２１によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出信号分離回路３０に出力される。
【００５２】
この信号分離回路３０は、第１期間において発光素子１４１に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行うスイッチ３１と、比較器３２と、比較器３２の入力線にそれぞれ電気的に接続されたキャパシタ３３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが信号分離回路３０に入力されると、信号分離回路３０から信号処理回路４０には、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００５３】
この信号処理回路４０は、第１期間での実効値Ｖｅａと第２期間での実効値Ｖｅｂとの差を求めるものであり、この差を位置検出信号Ｖｇとして位置判定部５０に出力する。位置判定部５０の記憶部５１には検出空間ＳのＸ軸方向にわたるＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂの差の関数値が収容されており、位置検出信号Ｖｇをこの関数値と照合して対応するＸ座標を割り出し、これにより第１検出対象物３１０のＸ座標を得ることができる。
【００５４】
なお、上述の座標検出の基本原理における第２の方法、すなわち、第１期間および第２期間における第１光検出器４１１での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、複数の発光素子１４１に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて第１検出対象物３１０のＸ座標を検出するものを実現させる場合には、図１２に点線で示すように、第１検出部４１２の信号処理回路４０から、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように画像投射装置１００の光源駆動回路１５０に制御信号Ｖｆが出力するように構成される。この場合には、第１期間の実効値Ｖｅａと第２期間の実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合には現状の駆動条件を維持させる。これに対して、第１期間の実効値Ｖｅａが第２期間の実効値Ｖｅｂより低い場合には可変抵抗１の抵抗値を下げさせて第１期間での発光素子１４１からの出射光量を高める。また、第２期間の実効値Ｖｅｂが第１期間の実効値Ｖｅａより低い場合には可変抵抗２の抵抗値を下げさせて第２期間の出射光量を高める。そして、最終的に実効値ＶｅａとＶｅｂとが同一レベルになったときの上記調整量を位置情報の算出に用いる。
【００５５】
（本実施形態の効果）
本実施形態の光学式位置検出装置においては、２個の検出対象物３００（第１検出対象物３１０および第２検出対象物３２０）に互いに異なる反射特性を備えた第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２がそれぞれ設けられているとともに、検出装置４００に互いに異なる感度特性を備えた第１光検出器４１１と第２光検出器４２１がそれぞれ設けられる。これにより、第１光検出器４１１の検出値は第１反射フィルターＦ１の反射光（第１反射光Ｒ１）を反映するが、第２反射フィルターＦ２の反射光（第２反射光Ｒ２）の影響は抑制され、第２光検出器４２１の検出値は第２反射フィルターＦ２の反射光（第２反射光Ｒ２）を反映するが、第１反射フィルターＦ１の反射光（第１反射光Ｒ１）の影響は抑制されるので、２つの検出対象物３００の反射光を混同することなく区別して検出できることから、２個の検出対象物３００の検出空間Ｓにおける位置をそれぞれ検出できる。
【００５６】
また、第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２は２個の検出対象物３００の先端部にそれぞれ設けられているので、２個の検出対象物３００でそれぞれ指示した位置を検出することができる。
【００５７】
本実施形態においては、２個の検出対象物３００の座標を検出するのに、座標検出の基本原理における第１の方法、すなわち、位置検出光Ｌ２の２種類の強度分布の差を利用する方法を用いることにより、座標検出の基本原理における第２の方法、すなわち、２種類の強度分布における検出値が等しくなるように複数の発光素子１４１の駆動電流を調整する際の調整量を利用する方法に比べて、２個の検出対象物３００のそれぞれについて複数の発光素子１４１の駆動電流を調節する必要がないので、２個の検出対象物３００の位置を同時に並行して検出することができる。したがって、時分割処理などを行う必要がなくなり、複数の検出対象物の位置情報を任意のタイミングで求めることが可能になるため、簡易な構成で複数の検出対象物を判別することができる。
【００５８】
尚、本実施形態の光学式位置検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本実施形態においては、第１検出対象物３１０と第２検出対象物３２０の表面に互いに異なる反射特性を備えた第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２がそれぞれ設けられているが、これら第１反射フィルターＦ１と第２反射フィルターＦ２を設けることなく、第１検出対象物３１０と第２検出対象物３２０の表面に露出する構成材料を異なる素材で構成することで互いに異なる反射特性を有するものとしてもよい。
【００５９】
また、本実施形態の光学式位置検出装置では、２個の検出対象物３００（第１検出対象物３１０および第２検出対象物３２０）と、これらに対応する２個の光検出器（第１光検出器４１１および第２光検出器４２１）とを設けて、相互に異なる波長域を用いることにより２個の検出対象物３００の位置をそれぞれ検出しているが、３以上の異なる波長域を用いることにより３個以上の検出対象物と３個以上の光検出器とを設けて３個以上の検出対象物の位置をそれぞれ検出することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０００…投射型表示装置（光学式位置検出装置）、１００…画像投射装置、１０１…前面部、１１０…筺体、１２０…投射レンズ、１３０…光学装置、１４０…位置検出光源部、１４１…発光素子、１４２…光源駆動部、１５０…光源駆動回路、１５１…第１光源駆動回路、１５２…第２光源駆動回路、１５３…第３光源駆動回路、１５４…第４光源駆動回路、１６０…光源制御部、１、２…可変抵抗、３…反転回路、２００…スクリーン、２００Ａ…表面、２００Ｂ…裏面、２００Ｐ…基準面、３００…検出対象物、３１０…第１検出対象物、３２０…第２検出対象物、４００…検出装置、４０１…底面部、４１０…第１検出部、４１１…第１光検出器、４１２…第１位置検出部、４２０…第２検出部、４２１…第２光検出器、４２２…第２位置検出部、１０…光強度信号生成回路、１１…抵抗、２０…信号抽出回路、２１…フィルター、２２…加算回路、２３…帰還抵抗、３０…信号分離回路、３１…スイッチ、３２…比較器、３３…キャパシタ、４０…信号処理回路、５０…位置判定部、５１…記憶部、Ｆ１…第１反射フィルター、Ｆ２…第２反射フィルター、Ｌ１…画像表示光、Ｌ２、Ｌ２'…位置検出光、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ…赤外光、Ｌ２Ｘａ…Ｘ座標検出用第１強度分布、Ｌ２Ｘｂ…Ｘ座標検出用第２強度分布、ＬＸａ、ＬＸｂ…検出値、ΔＬＸａ、ΔＬＸｂ…調整量、ＰＩ…接続点、Ｒ１…第１反射光、Ｒ２…第２反射光、Ｓ…検出空間、Ｖｂ…バイアス電圧、Ｖｃ…検出信号、Ｖｄ、Ｖｓ、Ｖｇ…位置検出信号、Ｖｅａ、Ｖｅｂ…実効値、Ｖｆ…制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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