(57)【要約】【課題】広い範囲にわたって対象物体の位置を光学的に検出することのできる光学式位置検出装置、および位置検出システムを提供すること。【解決手段】光学式位置検出装置１０において、検出用光源部１２は、検出光Ｌ２の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、検出光Ｌ２の出射強度が出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを行う。従って、第１点灯動作時における受光部１３の受光強度と第２点灯動作時における受光部１３の受光強度との比較結果に基づいて検出用光源部１２に対する対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）を検出でき、検出用光源部１２が検出光Ｌ２を出射した際の受光部１３の受光強度に基づいて検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出できる。【選択図】図６
2012146231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を放射状に出射する検出用光源部と、
前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを前記検出用光源部に行わせる光源駆動部と、
前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する受光部と、
前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記検出用光源部に対する前記対象物体の角度位置を検出し、前記検出用光源部が点灯した際の前記受光部の受光強度に基づいて前記検出用光源部から前記対象物体までの距離を検出する位置検出部と、
を有してい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点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果において双方の受光強度が等しくなったときの前記検出用光源部に対する駆動電流の比較結果に基づいて前記対象物体の角度位置を検出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】
前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時のうちの少なくとも一方の点灯動作時における前記受光部の受光強度に基づいて前記検出用光源部から前記対象物体までの距離を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記検出用光源部として、互いに離間した位置で異なるタイミングで点灯動作を行って互いの前記出射角度範囲の少なくとも一部が重なる第１検出用光源部および第２検出用光源部を備え、
前記位置検出部は、前記第１検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離と、前記第２検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離と、に基づいて前記対象物体の位置を特定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記位置検出部は、前記第１検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離に基づいて特定した前記対象物体の位置と、前記第２検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離に基づいて特定した前記対象物体の位置との中間位置を当該対象物体の真の位置と特定することを特徴とする請求項４に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記受光部として、前記第１検出用光源部が点灯した際に前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する第１受光部と、前記第２検出用光源部が点灯した際に前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する第２受光部と、を有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記第１受光部は、当該第１受光部からの前記検出光の出射方向に対して直交する方向において前記第１検出用光源部が出射する前記検出光の放射中心位置に対して重なる位置に配置され、
前記第２受光部は、当該第２受光部からの前記検出光の出射方向に対して直交する方向において前記第２検出用光源部が出射する前記検出光の放射中心位置に対して重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記検出用光源部は、円弧状に延在するライトガイドと、該ライトガイドの端部から当該ライトガイドの内部に前記検出光を入射させる光源と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記検出用光源部は、凸曲面を備えた光源支持部材と、前記凸曲面において周方向で離間する位置に配置された複数の光源と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出システムであって、
前記検出用光源の出射方向に沿って広がる視認面を備えた視認面構成部材を有していることを特徴とする位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、点光源からなる複数の検出用光源の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して受光部で検出されるものが提案されている（特許文献１参照）。また、点光源からなる複数の検出用光源の各々から出射された検出光を、導光板を介して出射し、対象物体で反射した検出光を受光部で検出する方式の光学式位置検出装置も提案されている（特許文献２、３参照）。
【０００３】
かかる光学式位置検出装置では、複数の検出用光源のうちの一部の検出用光源が点灯した際の受光部での受光強度と、他の一部の検出用光源が点灯した際の受光部での受光強度との比較結果に基づいて対象物体の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５３１８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１〜３に記載の光学式位置検出装置においては、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭いという問題点がある。すなわち、特許文献１に記載の光学式位置検出装置では、点光源からなる検出用光源から出射された検出光を利用する。このため、検出光の出射範囲自体が狭いため、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭い。また、特許文献２、３に記載の光学式位置検出装置では、点光源からなる検出用光源から出射された検出光を、導光板を介して出射するため、比較的広い範囲にわたって検出光を出射することができるが、検出光が導光板内部を伝播する際の減衰を避けることができない。従って、広い範囲にわたって所定の光強度分布を十分な強度レベルをもって形成することが困難であるので、対象物体の位置を検出可能な範囲が狭い。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、広い範囲にわたって対象物体の位置を光学的に検出することのできる光学式位置検出装置、およびかかる光学式位置検出装置を備えた位置検出システム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、本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、検出光を放射状に出射する検出用光源部と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、前記検出光の出射強度が当該検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを前記検出用光源部に行わせる光源駆動部と、前記検出光の出射空間に位置する前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する受光部と、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果に基づいて前記検出用光源部に対する前記対象物体の角度位置を検出し、前記検出用光源部が点灯した際の前記受光部の受光強度に基づいて前記検出用光源部から前記対象物体までの距離を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、光源駆動部は、検出用光源部に対して第１点灯動作と第２点灯動作とを異なるタイミングで行わせ、かかる動作を行っている際、受光部は、検出光の出射空間に位置する対象物体により反射された検出光の反射光を受光する。ここで、検出用光源部の第１点灯動作時、検出光の出射強度は、検出光の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少し、検出光の出射空間には、出射強度に対応する光強度分布が形成されている。これに対して、検出用光源部の第２点灯動作時、検出光の出射強度は、検出光の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少し、検出光の出射空間には、出射強度に対応する光強度分布が形成されている。また、受光部における受光強度は、対象物体が位置する箇所での光強度に対応する。従って、第１点灯動作時における受光部の受光強度と第２点灯動作時における受光部の受光強度とを比較すれば、かかる比較結果に基づいて検出用光源部に対する対象物体の角度位置を検出することができる。また、対象物体が位置する角度位置における光強度は、検出用光源部から対象物体までの距離に対応しているため、検出用光源部が検出光を出射した際の受光部の受光強度に基づいて検出用光源部から対象物体までの距離を検出することができる。それ故、対象物体の角度位置と検出用光源部から対象物体までの距離とを用いれば、対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源部から放射状に出射される検出光が強度分布を形成するので、検出対象空間と同一サイズの導光板を用いた際に発生する導光板内での検出光の大きな減衰等が発生しない。それ故、本形態によれば、検出対象空間が広いという利点がある。
【０００９】
本発明において、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時における前記受光部の受光強度と前記第２点灯動作時における前記受光部の受光強度との比較結果において双方の受光強度が等しくなったときの前記検出用光源部に対する駆動電流の比較結果に基づいて前記対象物体の角度位置を検出することが好ましい。かかる構成によれば、受光部の感度等の影響を受けずに対象物体の角度位置を正確に検出することができる。
【００１０】
本発明において、前記位置検出部は、前記第１点灯動作時および前記第２点灯動作時のうちの少なくとも一方の点灯動作時における前記受光部の受光強度に基づいて前記検出用光源部から前記対象物体までの距離を検出することが好ましい。かかる構成によれば、検出用光源部に対する対象物体の角度位置を検出するための点灯動作を利用して、検出用光源部から対象物体までの距離を検出することができる。
【００１１】
本発明において、前記検出用光源部として、互いに離間した位置で異なるタイミングで点灯動作を行って互いの前記出射角度範囲の少なくとも一部が重なる第１検出用光源部および第２検出用光源部を備え、前記位置検出部は、前記第１検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離と、前記第２検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離と、に基づいて前記対象物体の位置を特定することが好ましい。かかる構成によれば、第１検出用光源部を基準とした対象物体の角度位置と、第２検出用光源部を基準とした対象物体の角度位置との交点を対象物体の角度位置として検出することができるので、対象物体の位置を正確に検出することができる。また、第１検出用光源部から対象物体までの距離と、第２検出用光源部からの対象物体の距離を対象物体の距離として検出することができるので、対象物体の位置を正確に検出することができる。それ故、対象物体の位置を高い精度で検出することができる。
【００１２】
本発明において、前記位置検出部は、前記第１検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離に基づいて特定した前記対象物体の位置と、前記第２検出用光源部が点灯した際に検出した前記角度位置および前記距離に基づいて特定した前記対象物体の位置との中間位置を当該対象物体の真の位置と特定する構成を採用することができる。かかる構成によれば、対象物体の位置を容易かつ高い精度で特定することができる。
【００１３】
本発明において、前記受光部として、前記第１検出用光源部が点灯した際に前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する第１受光部と、前記第２検出用光源部が点灯した際に前記対象物体により反射された前記検出光の反射光を受光する第２受光部と、を有していることが好ましい。かかる構成によれば、第１検出用光源部と第１受光部を対にして動作させ、第２検出用光源部と第２受光部とを対にして動作させることができるので、受光部を共通にした場合と比較して回路構成の簡素化を図ることができる。
【００１４】
本発明において、前記第１受光部は、前記第１検出用光源部からの前記検出光の出射方向に対して直交する方向において前記第１検出用光源部が出射する前記検出光の放射中心位置に対して重なる位置に配置され、前記第２受光部は、前記第２検出用光源部からの前記検出光の出射方向に対して直交する方向において前記第２検出用光源部が出射する前記検出光の放射中心位置に対して重なる位置に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、第１検出用光源部から対象物体を経て第１受光部に至る距離は、第１検出用光源部から対象物体までの距離の２倍に相当し、第２検出用光源部から対象物体を経て第２受光部に至る距離は、第２検出用光源部から対象物体までの距離の２倍に相当するので、第１検出用光源部から対象物体までの距離、および第２検出用光源部から対象物体までの距離を容易かつ確実に検出することができる。また、第１検出用光源部と第１受光部とを容易にユニット化することができるとともに、第２検出用光源部と第２受光部とを容易にユニット化することができる。
【００１５】
本発明において、前記検出用光源部は、円弧状に延在するライトガイドと、該ライトガイドの端部から当該ライトガイドの内部に前記検出光を入射させる光源と、を備えている構成を採用することが好ましい。かかる構成によれば、検出光の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって連続的に変化する構成を実用することができる。
【００１６】
本発明において、前記検出用光源部は、凸曲面を備えた光源支持部材と、前記凸曲面において周方向で離間する位置に配置された複数の光源と、を備えている構成を採用することができる。かかる構成によれば、検出用光源部から離間した位置に対しても十分な強度をもって検出光を出射することができる。
【００１７】
本発明を適用した光学式位置検出装置は、前記検出用光源の出射方向に沿って広がる視認面を備えた視認面構成部材を有している位置検出システムに用いることができ、かかる位置検出システムは、例えば以下の位置検出機能付き機器を挙げることができる。
【００１８】
まず、前記視認面構成部材は、情報としての画像を表示する直視型画像生成装置である構成を採用でき、この場合、前記視認面は、前記直視型画像生成装置において前記画像が表示される画像表示面である。かかる構成によれば、位置検出システムを位置検出機能付き直視型表示装置として構成することができる。
【００１９】
本発明において、前記視認面構成部材はスクリーンや、デジタルサイネージ、電子ペーパー等の表示部材である構成を採用でき、この場合、前記視認面は、スクリーン、デジタルサイネージ、電子ペーパーにおいて情報が視認される表示面である。なお、視認面構成部材が電子ペーパーである場合、本発明に係る光学式位置検出装置は入力装置として利用できる。
【００２０】
本発明において、前記スクリーンに対して前記視認面側に、前記スクリーンに向けて画像を投射する画像投射装置を備え、当該画像投射装置と一体に検出用光源および受光部が配置されている構成を採用することもできる。かかる構成によれば、位置検出システムを位置検出機能付き投射型表示装置として構成することができる。
【００２１】
本発明において、前記視認面構成部材は、展示品を覆う透光部材である構成を採用することができ、この場合、前記視認面は、前記透光部材において前記展示品が配置される側とは反対側で当該展示品が視認される面である。かかる構成によれば、位置検出システムを位置検出機能付きウインドウ等として構成することができる。
【００２２】
本発明において、前記視認面構成部材は、移動する遊技用媒体を支持する基盤である構成を採用することができ、この場合、前記視認面は、前記基盤において当該基盤と前記遊技用媒体との相対位置が視認される側の面である。かかる構成によれば、位置検出システムをパチンコ台やコインゲーム等のアミューズメント機器として構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の検出用光源の構成を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る位置検出システムに用いた光学式位置検出装置の電気的構成等を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置における位置検出原理を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において対象物体の角度位置および距離を検出する原理を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において対象物体の位置（ＸＹ座標）を特定する方法を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において対象物体の真の位置（ＸＹ座標）を特定する方法を示す説明図である。
【図９】光学式位置検出装置において対象物体を移動させて描画した際の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置の構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の検出用光源部の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態２の変形例に係る光学式位置検出装置の構成を示す説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出システムの具体例１（位置検出機能付き投射型表示装置）の説明図である。
【図１５】本発明を適用した位置検出システムの具体例２（位置検出機能付きアミューズメント機器）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に交差する方向をＺ軸方向とする。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側、Ｚ軸方向の一方側をＺ１側とし、他方側をＺ２側として表してある。
【００２５】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システムの主要部を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出システムを検出光の出射空間側の斜め方向からみたときの説明図、および位置検出システムを正面からみたときの説明図である。
【００２６】
図１において、本形態の位置検出システム１は、情報が視認される視認面４１を備えた視認面構成部材４０と、視認面構成部材４０に対して視認面４１側（Ｚ軸方向の一方側Ｚ１）に位置する対象物体Ｏｂの位置を検出する光学式位置検出装置１０とを有しており、視認面４１はＸＹ平面（検出用光源１２からの検出光の出射方向）に沿って広がっている。かかる位置検出システム１は、光学式位置検出装置１０によって、後述する検出対象空間１０Ｒ内における対象物体ＯｂのＸＹ平面における位置（ＸＹ座標）を検出する電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置や投射型表示装置用の位置検出機能付きスクリーン装置等として用いることができる。
【００２７】
光学式位置検出装置１０は、視認面４１（ＸＹ平面）に沿って検出光Ｌ２を放射状に出射する検出用光源部１２と、検出光Ｌ２の出射空間（検出対象空間１０Ｒ）に位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）を受光する受光部１３とを備えている。
【００２８】
本形態においては、検出用光源部１２として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂが用いられており、第１検出用光源部１２Ａと第２検出用光源部１２Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。
【００２９】
また、本形態においては、受光部１３として、視認面構成部材４０に対してＹ軸方向の一方側Ｙ１に離間する位置で検出対象空間１０Ｒに向く第１受光部１３Ａおよび第２受光部１３Ｂが用いられており、第１受光部１３Ａと第２受光部１３Ｂとは、Ｘ軸方向で離間し、Ｙ軸方向では同一の位置にある。第１受光部１３Ａは、第１検出用光源部１２Ａからの検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ）の出射方向（ＸＹ平面）に対して直交するＺ軸方向において第１検出用光源部１２Ａに対して重なる位置に配置されており、第１受光部１３Ａと第１検出用光源部１２Ａとは第１受発光ユニット１５Ａとして一体化されている。本形態において、第１受光部１３Ａは、第１検出用光源部１２Ａが出射する検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ）の放射中心位置に対してＺ軸方向において重なる位置に配置されている。第２受光部１３Ｂは、第２検出用光源部１２Ｂからの検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｂ）の出射方向（ＸＹ平面）に対して直交するＺ軸方向において第２検出用光源部１２Ｂに対して重なる位置に配置されており、第２受光部１３Ｂと第２検出用光源部１２Ｂとは第２受発光ユニット１５Ｂとして一体化されている。本形態において、第２受光部１３Ｂは、第２検出用光源部１２Ｂが出射する検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｂ）の放射中心位置に対してＺ軸方向において重なる位置に配置されている。
【００３０】
また、本形態の光学式位置検出装置１０においては、受光部１３に向けて参照光を出射する参照用光源１４が用いられている。より具体的には、第１受発光ユニット１５Ａでは、第１受光部１３Ａに参照光を出射する第１参照用光源１４Ａが設けられ、第２受発光ユニット１５Ｂでは、第２受光部１３Ｂに参照光を出射する第２参照用光源１４Ｂが設けられている。
【００３１】
後述するように、検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）は各々、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源を備えており、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）を放射状に出射する。なお、受光部１３は、フォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態において、受光部１３は赤外域に感度ピークを備えたフォトダイオードである。参照用光源１４（第１参照用光源１４Ａおよび第２参照用光源１４Ｂ）も、検出用光源部１２の光源と同様、ピーク波長が８４０〜１０００ｎｍに位置する赤外光からなる参照光を発散光として出射する。但し、参照用光源１４から出射される参照光は、参照用光源１４の向きや、参照用光源１４に設けられる遮光カバー（図示せず）等によって、視認面構成部材４０の視認面４１側（検出対象空間１０Ｒ）に入射せず、検出対象空間１０Ｒを介さずに受光部１３に入射するようになっている。
【００３２】
かかる第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂは、視認面構成部材４０よりＺ軸方向の一方側Ｚ１に突出した位置にある。また、第１受発光ユニット１５Ａと第２受発光ユニット１５Ｂとは異なるタイミングで動作し、第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、検出用光源部１２と参照用光源１４とは異なるタイミングで点灯する。このため、第１受発光ユニット１５Ａにおいて、第１検出用光源部１２Ａから検出光Ｌ２ａが出射された際、第１受光部１３Ａは、検出対象空間１０Ｒ位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ａ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる検出動作とは異なるタイミングで、参照用光源１４Ａが点灯し、第１受光部１３Ａは、参照用光源１４Ａから出射された参照光を受光する。また、第２受発光ユニット１５Ｂにおいて、第２検出用光源部１２Ｂから検出光Ｌ２ｂが出射された際、第２受光部１３Ｂは、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２ｂ（反射光Ｌ３）を受光する。かかる検出動作とは異なるタイミングで第２参照用光源１４Ｂが点灯し、第２受光部１３Ｂは、第２参照用光源１４Ｂから出射された参照光を受光する。
【００３３】
（検出用光源部１２の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の構成を示す説明図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の検出用光源部１２の構成を模式的に示す説明図であり、第１点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図、および第２点灯動作時に検出光Ｌ２が出射される様子を示す説明図である。
【００３４】
図２に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、２つの検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）はいずれも、同一の構成を有している。より具体的には、第１検出用光源部１２Ａは、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２Ｅと第２光源モジュール１２Ｆとを備えており、第２検出用光源部１２Ｂも、第１検出用光源部１２Ａと同様、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２Ｅと第２光源モジュール１２Ｆとを備えている。また、第１光源モジュール１２Ｅおよび第２光源モジュール１２Ｆはいずれも、発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０およびライトガイドＬＧを備えている等、第１光源モジュール１２Ｅと第２光源モジュール１２Ｆとは略同一の構成を有している。
【００３５】
より具体的には、図３に示すように、第１光源モジュール１２Ｅは、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第１光源１２１を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第１光源１２１は、ライトガイドＬＧの一方の端部Ｂ３に配置されている。また、第１光源モジュール１２Ｅは、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面Ｂ１に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面Ｂ２に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。また、第２光源モジュール１２Ｆも、第１光源モジュール１２Ｅと同様、光源１２０として、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる第２光源１２２を備えているとともに、円弧状のライトガイドＬＧを備えており、第２光源１２２は、ライトガイドＬＧの他方の端部Ｂ４に配置されている。また、第２光源モジュール１２Ｆも、第１光源モジュール１２Ｅと同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面Ｂ１に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面Ｂ２に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。なお、ライトガイドＬＧの外周面および内周面のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。
【００３６】
（位置検出部等の構成）
図４は、本発明の実施の形態１に係る位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０の電気的構成等を示す説明図である。
【００３７】
本形態の位置検出システム１に用いた光学式位置検出装置１０において、図１〜図３等を参照して第１受発光ユニット１５Ａおよび第２受発光ユニット１５Ｂの検出用光源部１２、参照用光源１４および受光部１３は、図４に示す第１制御用ＩＣ７０に電気的に接続されている。ここで、制御用ＩＣ７０は、第１受発光ユニット１５Ａに電気的接続された第１制御用ＩＣ７０Ａと、第２受発光ユニット１５Ｂに電気的接続された第２制御用ＩＣ７０Ｂとからなり、第１受発光ユニット１５Ａの第１検出用光源部１２Ａ、参照用光源１４Ａおよび第１受光部１３Ａは、第１制御用ＩＣ７０Ａに電気的接続されている。また、第２受発光ユニット１５Ｂの第２検出用光源部１２Ｂ、第２参照用光源１４Ｂおよび第２受光部１３Ｂは、第２制御用ＩＣ７０Ｂに電気的接続されている。
【００３８】
図４に示す２つの制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）は、同一構成を有しており、２つの制御用ＩＣ７０は共通の制御装置６０に電気的接続されている。まず、第１制御用ＩＣ７０Ａは、基準クロック、Ａ相基準パルス、Ｂ相基準パルス、タイミング制御パルス、同期クロック等を生成する複数の回路（図示せず）を有している。また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、Ａ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ａと、Ｂ相基準パルスに基づいて所定の駆動パルスを生成するパルス発生器７５ｂと、パルス発生器７５ａおよびパルス発生器７５ｂが生成した駆動パルスを第１検出用光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）および第１参照用光源１４Ａの何れに印加するかを制御するスイッチ部７６とを有している。かかるパルス発生器７５ａ、７５ｂ、およびスイッチ部７６は光源駆動部５１を構成している。
【００３９】
また、第１制御用ＩＣ７０Ａは、第１受光部１３Ａでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３と、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第１検出用光源部１２Ａの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）および第１参照用光源１４Ａに供給する駆動パルスの電流レベルを調整する調整量算出部７４とを備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００４０】
第２制御用ＩＣ７０Ｂも、第１制御用ＩＣ７０Ａと同様、第２受光部１３Ｂでの検出結果を増幅する増幅部等を備えた受光量測定部７３や、受光量測定部７３での測定結果に基づいてパルス発生器７５ａ、７５ｂを制御して第２検出用光源部１２Ｂの光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）および参照用光源１４に供給する駆動パルスの電流レベルを調整する調整量算出部７４等を備えている。かかる受光量測定部７３および調整量算出部７４は、位置検出部５０の一部の機能を担っている。
【００４１】
ここで、第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂは、パーソナルコンピューター等の上位の制御装置６０の制御部６１によって制御されており、かかる制御装置６０は、受光量測定部７３および調整量算出部７４とともに位置検出部５０を構成する座標取得部５５を有している。従って、本形態において、位置検出部５０は、制御用ＩＣ７０（第１制御用ＩＣ７０Ａおよび第２制御用ＩＣ７０Ｂ）の受光量測定部７３および調整量算出部７４と、上位の制御装置６０（パーソナルコンピューター）の座標取得部５５とによって構成されている。
【００４２】
ここで、座標取得部５５は、後述する原理により検出用光源部１２に対する対象物体Ｏｂの角度位置（角度方向）を検出する角度位置検出部５５１と、後述する原理により検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離を検出する距離検出部５５２と、角度位置検出部５５１での角度位置検出結果および距離検出部５５２での距離検出結果に基づいて、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を特定する座標特定部５５３とを備えている。なお、本形態では、検出用光源部１２として、互いに離間した位置に配置された第１検出用光源部１２Ａと第２検出用光源部１２Ｂとを有している。従って、角度位置検出部５５１は、対象物体Ｏｂの角度位置（角度方向）として、第１検出用光源部１２Ａに対する対象物体Ｏｂの角度位置（角度方向）、および第２検出用光源部１２Ｂに対する対象物体Ｏｂの角度位置（角度方向）を検出する。また、距離検出部５５２は、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離として、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離、および第２検出用光源部１２Ｂから対象物体Ｏｂまでの距離を検出する。従って、座標特定部５５３は、第１検出用光源部１２Ａを基準位置とした対象物体Ｏｂの角度位置や距離、および第２検出用光源部１２Ｂを基準位置とした対象物体Ｏｂの角度位置や距離に基づいて、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を特定する。
【００４３】
（座標検出原理）
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０における位置検出原理を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂの角度位置および距離を検出する原理を示す説明図である。
【００４４】
本形態の光学式位置検出装置１０において、図４を参照して説明した光源駆動部５１は、図１〜図３を参照して説明した検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、検出光Ｌ２の出射強度が検出光Ｌ２の出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作とを行わせる。
【００４５】
より具体的には、光源駆動部５１は、第１検出用光源部１２Ａに対して、第１点灯動作時には、第１光源モジュール１２Ｅの第１光源１２１を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第２光源１２２は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図３（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部Ｂ３に対応する角度方向から他方の端部Ｂ４に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４６】
また、光源駆動部５１は、第１検出用光源部１２Ａに対して、第２点灯動作時には、第２光源モジュール１２Ｆの第２光源１２２を点灯させ、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射させる。その際、第１光源１２１は消灯状態にある。その結果、検出対象空間１０Ｒには第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図３（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部Ｂ４に対応する角度方向から一方の端部Ｂ３に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００４７】
なお、第２検出用光源部１２Ｂにおいて、第１光源モジュール１２Ｅの第１光源１２１が点灯した第１点灯動作時、および第２光源モジュール１２Ｆの第２光源１２２が点灯した第２点灯動作時にも、第１検出用光源部１２Ａと同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、後述するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂの中心ＰＥの距離ＤＳ（図６参照）が固定であるので、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４８】
（対象物体Ｏｂの角度位置の検出）
まず、第１検出用光源部１２Ａの第１光源モジュール１２Ｅにおいて、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図５（ａ）に線Ｅ１で示す関係にある。また、第１検出用光源部１２Ａの第２光源モジュール１２Ｆにおいて、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図５（ａ）に線Ｅ２で示す関係にある。ここで、図５（ｂ）および図６に示すように、第１検出用光源部１２Ａの中心ＰＥ（第１光源モジュール１２Ｅの中心）からみて角度θの方向に対象物体Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第２受光部１３Ｂでの検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、図５（ｂ）および図６に示すように、第１検出用光源部１２Ａの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００４９】
かかる原理を利用して、対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ１）を検出するにあたって、本形態では、第１検出用光源部１２Ａにおいて、第１光源モジュール１２Ｅによって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度と、第２光源モジュール１２Ｆによって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度とが等しくなるように、第１光源１２１および第２光源１２２を駆動した際の駆動電流を調整した際の駆動電流の比や、駆動電流の調整量の比から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。
【００５０】
より具体的には、まず、図４に示す制御用ＩＣ７０Ａの光源駆動部５１は、第１点灯動作として第１光源１２１を点灯させて第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した後、第２点灯動作として第２光源１２２を点灯させて第２光強度分布ＬＩＤ２を形成する。この際、第１光強度分布ＬＩＤ１と第２光強度分布ＬＩＤ２とは強度変化の向きは逆向きであるが、強度レベルは同一である。そして、図４に示す位置検出部５０の受光量測定部７３および調整量算出部７４は、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとを比較し、受光強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが相違している場合、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しくなるように、第１光源１２１および第２光源１２２に供給する駆動電流値を調整する。そして、再度、第１点灯動作と第２点灯動作とを行った際に、第１点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴａと、第２点灯動作時の第１受光部１３Ａの受光強度ＩＮＴｂとが等しければ、図４に示す角度位置検出部５５１は、かかる調整を行った後の第１光源１２１および第２光源１２２に対する駆動電流の比や、駆動電流の調整量の比から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。
【００５１】
かかる動作を第２検出用光源部１２Ｂにおいても行えば、図４に示す角度位置検出部５５１は、図５（ｂ）および図６に示すように、第２検出用光源部１２Ｂの中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２）を求めることができる。
【００５２】
（対象物体Ｏｂの距離の検出）
本形態では、対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）に加えて、検出用光源部１２が点灯した際の受光部１３の受光強度に基づいて検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離を検出する。本形態では、第１点灯動作時および第２点灯動作時のうちの少なくとも一方の点灯動作時における受光部１３の受光強度に基づいて検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離を検出する。より具体的には、まず、対象物体Ｏｂがいずれの角度位置にある場合でも、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒと、受光部１３での受光強度との間には一定の相関関係がある。本形態において、検出用光源部１２は線光源とみなすことができることから、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒと、受光部１３での受光強度との間には比例関係がある。それ故、第１検出用光源部１２Ａを基準とする対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ１）を求めた後、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度を用いれば、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離ｒ1を検出することができる。
【００５３】
本形態において、図４に示す距離検出部５５２は、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度、および第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度のうち、検出強度のレベルが高い方の値を用いて、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離ｒ1を検出する。すなわち、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度、および第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度を比較し、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度が大である場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度に基づいて第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離ｒ1を検出する。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度が大である場合、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の第１受光部１３Ａでの検出強度に基づいて第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離ｒ1を検出する。
【００５４】
かかる動作を第２検出用光源部１２Ｂにおいても行えば、図４に示す距離検出部５５２は、図５（ｂ）および図６に示すように、第２検出用光源部１２Ｂから対象物体Ｏｂまでの距離ｒ2を検出することができる。
【００５５】
なお、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出するにあたっては、第１点灯動作時、あるいは第２点灯動作時のうちの一方の点灯動作時の受光部１３での受光強度のみを用いてもよい。また、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出するにあたっては、第１光源１２１および第２光源１２２の双方を同時に点灯させた際の受光部１３での受光強度を用いてもよい。
【００５６】
（参照用光源１４の利用方法）
上記した基本原理では、参照用光源１４を利用せずに、検出用光源部１２を基準とした対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）や、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出したが、本形態の光学式位置検出装置１０には参照用光源１４が設けられている。従って、例えば、検出用光源部１２が点灯するタイミングとは異なるタイミングで、参照用光源１４を一定強度で点灯させ、受光部１３に対して一定強度の参照光を入射させて、検出用光源部１２を基準とした対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）や、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出してもよい。
【００５７】
より具体的には、第１点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第１点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理し、第２点灯動作時における受光部１３の検出光Ｌ２（反射光Ｌ３）の検出強度と受光部１３の参照光の検出強度との差を、第２点灯動作時における受光部１３の検出強度として処理する。かかる構成によれば、外光等の影響を、参照光を受光した際の強度によって相殺することができるという利点がある。
【００５８】
（対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）の特定）
図７は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を特定する方法を示す説明図である。なお、図７（ａ）〜（ｄ）は、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定する方法を示す説明図、第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定する方法を示す説明図、２つの検出用光源部１２を用いて検出した結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定する方法を示す説明図、および角度位置のみから対象物体Ｏｂの位置を特定する参考例の説明図である。図８は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂの真の位置（ＸＹ座標）を特定する方法を示す説明図である。図９は、光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂを移動させて描画した際の説明図であり、図９は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂを移動させて描画した際の説明図、および参考例に係る光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂを移動させて描画した際の説明図である。
【００５９】
本形態では、図４に示す座標特定部５５３は、検出用光源部１２を基準とした対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）と、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒとによって対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を特定する。
【００６０】
より具体的には、図７（ａ）に示すように、座標特定部５５３は、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した結果（角度θ1、および距離ｒ1）に基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。すなわち、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した角度θ1と、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した距離ｒ1の双方を満たす位置Ｐ1を対象物体Ｏｂの位置として検出する。
【００６１】
また、図７（ｂ）に示すように、座標特定部５５３は、第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した結果（角度θ2、および距離ｒ2）に基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。すなわち、第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した角度θ2と、第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した距離ｒ2の双方を満たす位置Ｐ2を対象物体Ｏｂの位置として検出する。
【００６２】
さらに、図７（ｃ）に示すように、座標特定部５５３は、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した結果（角度θ1、および距離ｒ1）と、第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した結果（角度θ2、および距離ｒ2）とに基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。すなわち、図７（ａ）に示す方法で特定した位置Ｐ1と、図７（ｂ）に示す方法で特定した位置Ｐ2との重なり位置Ｐ10（斜線領域）を対象物体Ｏｂの位置として特定する。かかる方法によれば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、検出結果（角度θ1、θ2および距離ｒ1、ｒ2）が各々、±αや±βの誤差を有している場合でも、図７（ａ）に示す方法で特定した位置Ｐ1と、図７（ｂ）に示す方法で特定した位置Ｐ2との重なり位置Ｐ10を対象物体Ｏｂの位置として特定するので、誤差の影響を抑制することができる。
【００６３】
本形態において、座標特定部５５３は、図８に示すように、図７（ａ）に示す方法で求めた位置Ｐ1と、図７（ｂ）に示す方法で求めた位置Ｐ2との中間位置を対象物体Ｏｂの真の位置Ｐ0として特定する。かかる方法によれば、図７（ａ）、（ｂ）に示す±αおよび±βの誤差の影響を最小限とすることができる。それ故、対象物体Ｏｂを移動させて描画を行うと、図９（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの軌跡を図形として検出することができる。
【００６４】
これに対して、図７（ｄ）に参考例を示すように、第１検出用光源部１２Ａを用いて検出した角度θ1、および第２検出用光源部１２Ｂを用いて検出した角度θ2のみに基づいて対象物体Ｏｂの位置Ｐ10′を特定すると、図７（ａ）、（ｂ）に示す±αの誤差を含む領域を対象物体Ｏｂの位置Ｐ10′（斜線領域）として特定することになる。このため、対象物体Ｏｂの位置Ｐ10′はジッタに起因する大きな誤差を含んでいることになるため、対象物体Ｏｂの位置検出における分解能が低い。それ故、対象物体Ｏｂを移動させて描画を行っても、図９（ｂ）に示すように、対象物体Ｏｂの軌跡が太い線としか検出できず、図形として検出することができない。
【００６５】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動部５１は、検出用光源部１２に対して、検出光Ｌ２の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって減少する第１点灯動作と、検出光Ｌ２の出射強度が出射角度範囲の他方側から一方側に向かって減少する第２点灯動作を行わせる。また、位置検出部５０は、第１点灯動作時における受光部１３の受光強度と第２点灯動作時における受光部１３の受光強度との比較結果に基づいて検出用光源部１２に対する対象物体Ｏｂの角度位置（角度θ）を検出するとともに、検出用光源部１２が検出光Ｌ２を出射した際の受光部１３の受光強度に基づいて検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出する。従って、対象物体Ｏｂの角度位置と検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒとを用いれば、対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。また、検出用光源部１２から放射状に出射される検出光Ｌ２が強度分布を形成するので、検出対象空間１０Ｒと同一サイズの導光板を用いた際に発生する導光板内での検出光の大きな減衰等が発生しない。それ故、本形態によれば、検出対象空間１０Ｒが広いという利点がある。
【００６６】
また、位置検出部５０は、第１点灯動作時における受光部１３の受光強度と第２点灯動作時における受光部１３の受光強度との比較結果において双方の受光強度が等しくなったときの検出用光源部１２に対する駆動電流の比較結果に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出する。このため、受光部１３の感度等の影響を受けずに対象物体Ｏｂの角度位置を正確に検出することができる。
【００６７】
また、位置検出部５０は、第１点灯動作時および第２点灯動作時における受光部１３の受光強度に基づいて検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出する。このため、対象物体Ｏｂの角度位置を検出するための点灯動作を利用して、検出用光源部１２から対象物体Ｏｂまでの距離ｒを検出することができるので、検出に必要な時間を短縮することができる。
【００６８】
また、検出用光源部１２として、互いに離間した位置で異なるタイミングで点灯動作を行って互いの出射角度範囲の少なくとも一部が重なる第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂが用いられているため、位置検出部５０は、第１検出用光源部１２Ａが点灯した際に検出した角度θ1および距離ｒ1と、第２検出用光源部１２Ｂが点灯した際に検出した角度θ2および距離ｒ2とに基づいて対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。従って、対象物体Ｏｂの位置を正確に検出することができる。また、位置検出部５０は、第１検出用光源部１２Ａが点灯した際に検出した角度θ1および距離ｒ1に基づいて特定した対象物体Ｏｂの位置Ｐ1と、第２検出用光源部１２Ｂが点灯した際に検出した角度θ2および距離ｒ2に基づいて特定した対象物体Ｏｂの位置との中間位置を対象物体Ｏｂの真の位置Ｐ0と特定する。このため、多数のデータがあっても、対象物体Ｏｂの位置を容易に求めることができるとともに、かかる構成によれば、対象物体Ｏｂの位置を高い精度で特定することができる。
【００６９】
また、受光部１３として、第１検出用光源部１２Ａが点灯した際に対象物体Ｏｂにより反射された検出光Ｌ２の反射光を受光する第１受光部１３Ａと、第２検出用光源部１２Ｂが点灯した際に対象物体Ｏｂにより反射された検出光Ｌ２の反射光を受光する第２受光部１３Ｂとが用いられている。このため、第１検出用光源部１２Ａと第１受光部１３Ａを対にして動作させ、第２検出用光源部１２Ｂと第２受光部１３Ｂとを対にして動作させることができるので、同一構成の制御用ＩＣ７０を２つ用いればよいので、受光部１３を共通にした場合と比較して回路構成の簡素化を図ることができる。
【００７０】
また、第１受光部１３Ａは、第１検出用光源部１２Ａが出射する検出光Ｌ２の放射中心位置に対してＺ軸方向で重なる位置に配置され、第２受光部１３Ｂは、第２検出用光源部１２Ｂが出射する検出光Ｌ２の放射中心位置に対してＺ軸方向で重なる位置に配置されている。従って、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂを経て第１受光部１３Ａに至る距離は、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離の２倍に相当する。また、第２検出用光源部１２Ｂから対象物体Ｏｂを経て第２受光部１３Ｂに至る距離は、第２検出用光源部１２Ｂから対象物体Ｏｂまでの距離の２倍に相当する。従って、第１検出用光源部１２Ａから対象物体Ｏｂまでの距離、および第２検出用光源部１２Ｂから対象物体Ｏｂまでの距離を容易かつ確実に検出することができる。また、第１検出用光源部１２Ａと第１受光部１３Ａとを容易にユニット化することができるとともに、第２検出用光源部１２Ｂと第２受光部１３Ｂとを容易にユニット化することができる。
【００７１】
また、検出用光源部１２は、円弧状に延在するライトガイドＬＧと、ライトガイドＬＧの端部からライトガイドＬＧの内部に検出光Ｌ２を入射させる光源１２０とを備えている。このため、検出光Ｌ２の出射強度が出射角度範囲の一方側から他方側に向かって連続的に変化するので、検出対象空間１０Ｒの全体にわたって高い検出精度を実現することができる。
【００７２】
さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、視認面４１に画像が表示されている場合でも、検出光Ｌ２が画像の視認を妨げないという利点がある。
【００７３】
［実施の形態１の変形例］
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係る光学式位置検出装置１０の構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００７４】
実施の形態１では、２つの検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）はいずれも、第１検出用光源部１２Ａは、Ｚ軸方向に重ねて配置された第１光源モジュール１２Ｅと第２光源モジュール１２Ｆとを備えている構成であったが、図１０に示すように、本形態では、２つの検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）はいずれも、１つの光源モジュールからなる。すなわち、２つの検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、１つのライトガイドＬＧの一方の端部Ｂ３および他方の端部Ｂ４の各々に光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）が配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００７５】
かかる構成でも、第１点灯動作時に第１光源１２１が点灯すると、図３（ａ）および図５（ａ）に示す第１光強度分布ＬＩＤ１を形成することができ、第２点灯動作時に第２光源１２２が点灯すると、図３（ｂ）および図５（ａ）に示す第２光強度分布ＬＩＤ２を形成することができる。
【００７６】
［実施の形態２］
図１１は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の主要部を模式的に示す説明図である。図１２は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の検出用光源部の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００７７】
実施の形態１では、検出用光源部１２にライトガイドＬＧを用いたが、本形態では、ライトガイドを用いずに、実施の形態１と同様な原理で対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。
【００７８】
より具体的には、図１１に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０の検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）はいずれも、複数の光源１２０（第１光源１２１および第２光源１２２）と、複数の光源１２０が実装された帯状のフレキシブル基板１８０と、長さ方向（円周方向）で湾曲した形状をもって延在する凸曲面１５５を備えた基板支持部材１５０とを備えている。本形態において、凸曲面１５５は、その長さ方向（円周方向）で半円弧形状に湾曲した形状を有している。
【００７９】
本形態においては、フレキシブル基板１８０として、帯状の第１フレキシブル基板１８１と、第１フレキシブル基板１８１に対して幅方向（Ｚ軸方向）で並列する帯状の第２フレキシブル基板１８２とが用いられている。第１フレキシブル基板１８１には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第１光源１２１が実装されており、第２フレキシブル基板１８２には、その長さ方向に、複数の光源１２０として、複数の第２光源１２２が実装されている。光源１２０はいずれも、ＬＥＤが用いられている。
【００８０】
また、２つの検出用光源部１２（第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂ）のいずれにおいても、基板支持部材１５０は、第１基板支持部材１５１と第２基板支持部材１５２とがＺ軸方向で重ねられた構造になっており、第１基板支持部材１５１と第２基板支持部材１５２とはＺ軸方向で互いに対称な構成を有している。第１基板支持部材１５１は、凸曲面１５５の上半部を構成する半円弧状の凸曲面１５５ａと、凸曲面１５５ａにおいて第２基板支持部材１５２が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ａから突出する半円状の鍔部１５６ａとを備えており、凸曲面１５５ａに第１フレキシブル基板１８１が重ねて配置されている。第２基板支持部材１５２は、凸曲面１５５の下半部を構成する半円弧状の凸曲面１５５ｂと、凸曲面１５５ｂにおいて第１基板支持部材１５１が位置する側とは反対側の端部で凸曲面１５５ｂから突出する半円状の鍔部１５６ｂとを備えており、凸曲面１５５ｂに第２フレキシブル基板１８２が重ねて配置されている。
【００８１】
このように構成した光学式位置検出装置１０において、検出対象空間１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの位置を検出するには、第１フレキシブル基板１８１に実装されている複数の第１光源１２１と、第２フレキシブル基板１８２に実装されている複数の第２光源１２２とを異なるタイミングで点灯させる。その際、複数の第１光源１２１が全て点灯させ、複数の第２光源１２２を全て消灯させる第１点灯動作では、図１２（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する側から他方側の端部１８１ｅが位置する側に向かって第１光源１２１の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、第１フレキシブル基板１８１の長さ方向の一方側の端部１８１ｆが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部１８１ｅが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８２】
これに対して、複数の第２光源１２２を全て点灯させ、複数の第１光源１２１を全て消灯させる第２点灯動作では、図１２（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の一方側の端部１８２ｆが位置する側から他方側の端部１８２ｅが位置する側に向かって第２光源１２２の出射強度を増大させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、第２フレキシブル基板１８２の長さ方向の他方側の端部１８２ｅが位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部１８２ｆが位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８３】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、複数の第１光源１２１に供給する駆動電流の和、および複数の第２光源１２２に供給する駆動電流の和に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。また、複数の光源１２０の出射強度を変えるにあたっては、抵抗素子等により、駆動電流を光源１２０毎に変えればよい。かかる実施の形態２によれば、検出用光源部１２から離間した位置に対しても十分な強度をもって検出光を出射することができるという利点がある。
【００８４】
［実施の形態２の変形例］
図１３は、本発明の実施の形態２の変形例に係る光学式位置検出装置１０の構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態２と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００８５】
実施の形態２では、第１点灯動作では第１光源１２１を点灯させ、第２点灯動作では第２光源１２２を点灯させたが、本形態では、図１３に示すように、１系統の光源１２０のみが用いられている。かかる構成ででも、第１点灯動作時と第２点灯動作時において光源１２０に供給する駆動電流を変えれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。すなわち、第１点灯動作では、図１２（ａ）に出射強度の高低を矢印Ｐａで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する側から他方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第１光強度分布ＬＩＤ１では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の一方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、他方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。また、第２点灯動作では、図１２（ｂ）に出射強度の高低を矢印Ｐｂで示すように、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する側から一方側の端部が位置する側に向かって光源１２０の出射強度を減少させる。従って、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２の第２光強度分布ＬＩＤ２では、フレキシブル基板１８０の長さ方向の他方側の端部が位置する角度方向では光強度が高く、そこから、一方側の端部が位置する角度方向に向かって光強度が連続的に低くなる。
【００８６】
それ故、第１点灯動作および第２点灯動作を第１検出用光源部１２Ａおよび第２検出用光源部１２Ｂの各々において実行すれば、実施の形態１と同様な原理で対象物体Ｏｂの位置（ＸＹ座標）を検出することができる。その際、第１点灯動作における光源１２０への駆動電流の和、および第２点灯動作における光源１２０への駆動電流の和に基づいて対象物体Ｏｂの角度位置を検出すればよい。
【００８７】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、２つの検出用光源部１２を用いたが、１つの検出用光源部１２を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。
【００８８】
上記実施の形態では、２つの受光部１３を用いたが、１つの受光部１３を２つの検出用光源部１２に対して共通に用いてもよい。この場合、受光部１３は、例えば、２つの検出用光源部１２の中間位置等に配置された構成を採用することができる。
【００８９】
上記実施の形態では、参照用光源１４を用いたが、参照用光源１４を用いずに、検出用光源部１２のみによって対象物体Ｏｂの位置を検出してもよい。
【００９０】
［位置検出システムの構成］
図１〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０は、例えば、視認面構成部材４０として、投射型表示装置のスクリーンや電子黒板のスクリーンを用いれば、位置検出機能付きスクリーン装置（位置検出システム）を構成することができる。また、視認面構成部材４０として、直視型表示装置を用いれば、位置検出機能付き直視型表示装置（位置検出システム）を構成することができる。また、視認面構成部材４０として、デジタルサイネージを用いれば、位置検出機能付きデジタルサイネージ（位置検出システム）を構成することができる。さらに、図１〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０については、図１４および図１５等に示す位置検出システム等を構成するのに用いることができる。
【００９１】
（位置検出システム１の具体例１）
図１４を参照して、視認面構成部材４０としてスクリーンを用い、本発明を適用した位置検出システム１を投射型表示装置として構成した例を説明する。図１４は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例１（位置検出機能付き投射型表示装置）の説明図である。なお、本形態の位置検出システム１において、光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１３を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付して図示しそれらの説明を省略する。
【００９２】
図１４に示す位置検出システム１は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２５０（画像生成装置）からスクリーン８０（視認面構成部材４０）に画像が投射される位置検出機能付き投射型表示装置２００である。位置検出機能付き投射型表示装置２００において、画像投射装置２５０は、筐体２４０に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン８０に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。ここで、画像投射装置２５０は、Ｙ軸方向に対してわずかに傾いた方向から画像表示光Ｐｉをスクリーン８０に向けて投射する。従って、スクリーン８０において画像が投射されるスクリーン面８０ａによって、情報が視認される視認面４１が構成されている。
【００９３】
かかる位置検出機能付き投射型表示装置２００において、光学式位置検出装置１０は、画像投射装置２５０と一体に構成されている。このため、光学式位置検出装置１０は、スクリーン面８０ａに沿って検出光Ｌ２を出射するとともに、対象物体Ｏｂで反射した反射光Ｌ３を検出する。このため、スクリーン８０に投射された画像の一部に指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を検出することができるので、対象物体Ｏｂの位置を画像の切り換え指示等といった入力情報として利用することができる。なお、光学式位置検出装置１０とスクリーン８０とを一体化させれば、位置検出機能付きスクリーン装置を構成することができる。
【００９４】
（位置検出システム１の具体例２）
図１５を参照して、位置検出システム１の視認面構成部材４０として、パチンコ台等のアミューズメント機器において遊技用媒体を支持する基盤を用い、アミューズメント機器を位置検出機能付きアミューズメント機器として構成した例を説明する。図１５は、本発明を適用した位置検出システム１の具体例２（位置検出機能付きアミューズメント機器）の説明図であり、図１５（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付きアミューズメント機器を正面（視認面側）からみた様子を模式的に示す説明図、およびその断面を模式的に示す説明図である。なお、本形態の位置検出システム１（位置検出機能付きアミューズメント機器）において、光学式位置検出装置１０の構成は、図１〜図１３を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００９５】
図１５（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付きアミューズメント機器５００（位置検出システム１）は、パチンコ玉等の遊技媒体５０１を支持する板状の基盤５２０（視認面構成部材４０）、基盤５２０を保持する外枠５１０、遊技媒体５０１を基盤５２０上に送り出す位置等を設定するハンドル５７０、遊技媒体５０１を受ける受け皿５６０等を備えている。基盤５２０の表面５２１（視認面４１）は、ガラス板５３０で覆われており、基盤５２０の表面５２１において、ガラス板５３０の内側には、遊技媒体５０１に対するガイドレール５２５や、遊技媒体５０１の動きを変化させる釘５２８や、入賞口５８０、５９０等が設けられている。また、基盤５２０の表面５２１において、ガラス板５３０の内側には、遊技媒体５０１が入賞口５８０に入るたびに行われる抽選の結果等が表示される液晶装置５４０が設けられている。
【００９６】
かかる位置検出機能付きアミューズメント機器５００において、ガラス板５３０の外面５３１の上端側には、図１〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０が設けられており、かかる光学式位置検出装置１０は、ガラス板５３０の外面５３１および基盤５２０の表面５２１（視認面４１）に沿うように検出光Ｌ２を出射し、対象物体Ｏｂで反射した光を検出する。従って、ガラス板５３０の外面４４１側には光学式位置検出装置１０の検出対象空間１０Ｒが設定されている。それ故、遊技者が液晶装置５４０で表示されている内容や遊技に進行に合わせて検出対象空間１０Ｒに指先等の対象物体Ｏｂを接近させれば、かかる対象物体Ｏｂの位置を、液晶装置５４０で表示されている内容を切り換える指示等といった入力情報として利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１・・位置検出システム、１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２・・検出用光源部、１２Ａ・・第１検出用光源部、１２Ｂ・・・第２検出用光源部、１３・・受光部、１３Ａ・・第１受光部、１３Ｂ・・第２受光部、１４・・参照用光源、１４Ａ・・第１参照用光源、１４Ｂ・・第２参照用光源、４０・・視認面構成部材、４１・・視認面、５０・・位置検出部、１２０・・光源、１２１・・第１光源、１２２・・第２光源、２００・・位置検出機能付き投射型表示装置（位置検出システム）、５００・・位置検出機能付きアミューズメント機器（位置検出システム）、Ｏｂ・・対象物体
【図１】
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【図２】
2012146231.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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