JP2000353048A - 物体検出用光学ユニット及びそれを用いた位置座標入力装置 - Google Patents

物体検出用光学ユニット及びそれを用いた位置座標入力装置

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JP2000353048A
JP2000353048A JP16412399A JP16412399A JP2000353048A JP 2000353048 A JP2000353048 A JP 2000353048A JP 16412399 A JP16412399 A JP 16412399A JP 16412399 A JP16412399 A JP 16412399A JP 2000353048 A JP2000353048 A JP 2000353048A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な部品を使わずに、部品点数が少なく、
また調整個所も少ない物体検出用光学ユニット及びそれ
を用いた位置座標入力装置を提供する。 【解決手段】 検出平面上に置かれた対象物に対して光
を照射し、再帰反射部材からの再帰反射光の有無を検出
することにより、対象物のある方向または位置を検出す
る物体検出用光学ユニットであって、該ユニットは、投
光手段と受光手段とからなる。投光手段は、複数の発光
ダイオードからなり、これらが、仮想的な１つの点光源
から投光されたかのような前記検出平面と平行な扇状の
投光パターンを形成するように配置される。受光手段
は、スリットまたはレンズと１次元受光素子群とからな
り、これらが、前記投光手段が形成する扇状の投光パタ
ーンに一致した視野の受光パターンを形成するように配
置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体検出用光学ユ
ニット及びそれを用いた位置座標入力装置に関するもの
であり、特に、複数の発光ダイオードを用いて扇状の投
光パターンを形成する物体検出用光学ユニット及びそれ
を用いた位置座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、情報処理装置への位置座標入力
装置としてのデジタイザやタブレットなどにおいて、対
象物の角度（方向）や位置を検出するものとして、感圧
抵抗膜方式、静電容量方式、電磁誘導方式などの種々の
方式のものがあるが、非接触で対象物の角度や位置を検
出可能なものには光学方式のものもある。図９に、従来
の光学方式による物体の位置検出装置における光学ユニ
ットの一般的な構成を示す。点光源９１から出た光は、
シリンドリカルレンズ９２により扇形に広がる平面上の
光束に変換され、ハーフミラー９３により９０°の角度
で反射され、再帰反射特性を有する再帰反射部材９５へ
投光される。ここで、再帰反射特性とは、そこに入射し
た光が入射した方向へまっすぐに戻ってくるような反射
の特性をいう。再帰反射部材９５へ入射された光は、入
射した方向へまっすぐに戻る方向に反射し、ハーフミラ
ー９３を透過してレンズ９６により集光されて１次元受
光素子（１次元ＣＣＤ）９７へ入射される。有効領域の
他端に再帰反射部材を設置しておき、対象物がその光を
遮る場合の影を利用して対象物の方向を検出する遮断方
式の位置検出装置の場合、１次元受光素子９７の出力信
号の分布から対象物の影の方角を検出することができ
る。しかしながら、この場合、ハーフミラーを用いるた
め、ハーフミラー９３での光の反射時及び透過時におけ
る光の減衰は避けられない。また、図１０に示すよう
に、図９に示す従来の光学ユニットのハーフミラーの代
わりにスリット付きの反射鏡９４を用いたものもある。
この場合、再帰反射部材によって反射される光のうちの
一部しか１次元受光素子への入力光として利用されない
欠点がある。
【０００３】また、対象物の角度または位置を光学的に
検出する物体検出装置の他のものとして、例えば特開昭
６２−５４２８に開示されているものがある。この方式
は２つの光学ユニットからそれぞれ座標検出平面に平行
な光を扇形に投射して、座標検出平面の他端に設けられ
た再起反射面からの再起反射光を光学ユニットに設けら
れた１次元の受光センサーで受ける構成となっている。
そして、座標検出平面に置かれた対象物である指やペン
でその光の一部分を遮り、遮られた光の方向、すなわち
影の方向を検出する。これを既知の位置にある２つの光
学ユニットから行うことで、三角測量の原理で、その
指、またはペンの位置座標を精密に算出することができ
る。
【０００４】ほぼ同様な従来技術として、米国特許第
４，５０７，５５７号に開示された技術がある。これは
光学ユニットに、指向性が広く高出力の発光ダイオード
単体を点光源として用いた構成であり、レンズやミラー
などを介さず単独の光源として発光ダイオードが用いら
れている。
【０００５】また、特開平９−３１９５０１には、受光
素子として１次元ＣＣＤではなくＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用する方式
が開示されている。ＰＳＤは、光の受光位置によって異
なる電気信号を発生する素子であり、ＰＳＤ上の受光位
置と、角度検出手段に入射してくるペンからの反射光の
受光角度は１対１に対応しているため、予め受光角度、
ＰＳＤ上の受光位置及びＰＳＤが発生する電気信号との
対応関係を定めておけば、ＰＳＤによって直接計測され
る電気信号の値から、ペンからの反射光の受光角度が計
算され、更に幾何学的原理により、ペンの指示位置が求
められるものである。この従来例では、ＬＥＤから発せ
られた光を、その直前に配置されるシリンドリカルレン
ズによって座標入力面と平行な扇形状のビームとなるよ
うに、ＬＥＤとシリンドリカルレンズを配置する。
【０００６】このような光学的な物体検出装置、特に、
受光部に１次元の受光素子のアレイを備え、対象物から
の光もしくは対象物の影の方向を検出するような検出装
置において、受光部の視野は扇形の平面となる。そこ
で、対象物に再帰反射部材を設けて、そこからの再帰反
射光を利用する場合、もしくは有効領域の他端に再帰反
射部材を設置しておき、対象物がその光を遮る場合の影
を利用する場合には、再帰反射光は、投射された光と同
じ経路を逆に辿って返ってくるので、扇形の投光パター
ンを投光する光源と、再帰反射光を受光する受光部を可
能な限り近づけて設ける必要がある。特に最近は再帰反
射特性のよい素材が入手可能になったので、投光パター
ンと受光パターンを近づけることで、光の効率を大変良
くすることができる。その際に図９または図１０のよう
なハーフミラーまたはスリット付きの反射鏡などを用い
れば、投光部と受光部を完全に一致させることも可能で
ある。しかしながら、この場合、先に述べた光の減衰又
は光の一部のみしか有効的に受光されないという問題が
ある。
【０００７】ここで、扇形の投光パターンを構成するに
は、一般的には点光源とシリンドリカルレンズを用いれ
ばよい。扇形の投光パターンの投光面に垂直な面での光
の成分は平行光が理想である。
【０００８】また、大きな入力平面を有するいわゆる電
子黒板を光方式で実現する例として、特開平１１−８５
３７７がある。この例では、光源としてレーザー光線を
用い、ポリゴンミラーで黒板面の走査を行っている。こ
の種の装置では、光学ユニットの取り付け位置及び角度
の調整が難しいという欠点がある。そこで、更に、同種
の装置の光学ユニットの取り付け角度の調整が難しいと
いう問題点の解消を図ったものとして、ねじにより光学
ユニット本体の高さ及び傾きを微調整できるようにした
特開平１１−８５３９９などがある。
【０００９】単体で用いられる物体検出用光学ユニット
の例としては、米国特許第４，１０７，５２２号が挙げ
られる。これは光による警備システムを実現するもので
あり、投光部には１個の発光ダイオードが用いられてい
る。
【００１０】また、最近では、液晶表示装置などの表示
面と、座標入力装置の入力面を一致させた、いわゆる入
出力一体型の座標入力装置も実現されている。入出力一
体型の座標入力装置において、ペンを使って筆跡が入力
できるものでは電磁誘導方式のものが使われれいる。こ
の場合、電磁誘導の検出の為のアンテナ群は液晶表示装
置の背後に設けられる。また、指で操作できるもので
は、透明導電シートによるマトリクス電極方式や、縦横
に並べた多数の光ビームの遮断を検出する方式などを用
いた透明タッチパネルを表示装置の前に配置したものが
ある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９ま
たは図１０に示す光学ユニット、あるいは特開昭６２−
５４２８で提案されているような光を用いて対象物の位
置を特定する方式では、光を放射する為に反射鏡を用い
ている。この反射鏡は精密に調整を行わないと検出領域
の平面に適切な光を投射することができない。これは特
に検出領域が大きくなると、反射鏡の取り付け角度の僅
かなずれが、検出領域の他端では大きなずれとなるの
で、その調整は困難を極める。更に、例えば、光の投射
手段に点光源とレンズを用いる場合には、それぞれの位
置の微細な調整が必要になるが、ここでは更に反射鏡が
加わり、互いに影響し合うので、実際の組み立て作業時
には、複雑な位置調整作業が必要となってしまう。
【００１２】また、この反射鏡は再帰反射部材から返っ
てきた光を受光素子に導くために、スリットなどの物理
的な隙間を備えるか、あるいは反射鏡自体がハーフミラ
ーで構成されている必要があるため、光のロスが生じて
しまうという問題がある。例えば、反射鏡がハーフミラ
ーで構成されている場合、ハーフミラーにより９０°の
角度で反射される点光源からの光は、半分の光量とな
り、再帰反射部材からの反射光がハーフミラーを透過し
て１次元受光素子に受光される光は、更に半分の光量と
なるため、結局３／４の光のロスが生じていることにな
る。
【００１３】また、前述した米国特許第４，５０７，５
５７号や米国特許第４，１０７，５２２号で開示されて
いるように、１個のＬＥＤだけで必要な光量を得るに
は、高出力の高価な発光ダイオードが必要になり、また
指向性の広い特別な発光ダイオードが必要となる。更
に、特開平９−３１９５０１では、光源にＬＥＤの点光
源とシリンドリカルレンズを用いているため、レンズと
ＬＥＤの調整が不可欠であり、非常に微妙な調整が必要
とされる。
【００１４】更に、特開平１１−８５３７７の例のよう
なレーザー光線を使用する方式では、高価なレーザーダ
イオードが必要となり、また、レーザー光の取り扱いに
注意が必要とされる。更に、この方式においては、ポリ
ゴンミラーを回転させてレーザー光線をスキャンするの
で、物理的な回転機構や回転させるためのモータなども
必要になり、光学ユニット自体を小型化することも難し
い。
【００１５】本発明は、斯かる実情に鑑み、従来のよう
な反射鏡やレンズを用いず、位置の微妙な調整も不要
な、しかも安価に実現可能な物体検出用光学ユニット及
びそれを用いた座標入力装置を提供しようとするもので
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の物体検出用光学
ユニットは、複数の光源と該光源に対応する複数のレン
ズとからなり、仮想的な１つの点光源から投光されたか
のような、検出平面と平行な扇状の投光パターンを形成
するように前記複数の光源とレンズが扇状に配置された
投光手段と、スリットまたはレンズと１次元受光素子群
とからなり、前記投光手段が形成する扇状の投光パター
ンに一致した視野の受光パターンを形成するように前記
スリットまたはレンズと１次元受光素子群とが配置さ
れ、再帰反射部材から反射された光を受光する受光手段
とから成る物体検出用光学ユニットとした。
【００１７】複数の点光源とレンズを用いて、あたかも
１つの点光源であるかのように構成することにより、よ
り強い点光源を実現することができる。なお、ここでい
う点光源とは扇形の光を２次元平面で見た場合の点光源
を意味しており、３次元空間での点光源のことではな
い。
【００１８】また、前記投光手段は複数の発光ダイオー
ドで構成し、各発光ダイオードの中の発光エレメントを
前記複数の光源とし、各発光ダイオードの透明パッケー
ジ自体を前記複数のレンズとした。
【００１９】発光ダイオードは通常レンズ機能を有する
透明樹脂パッケージに封入されている。そのような発光
ダイオードを扇状に配置して、理想に近い投光パターン
を得るようになした。
【００２０】更に、前記複数の光源と複数のレンズは、
それぞれの光源からレンズを介して投光される光の各光
軸の中心が、前記複数の光源の後方一点に集合した位置
を仮想的な前記点光源としてそこから投光されたかのよ
うな扇状の投光パターンの光軸と一致するように配置す
ることもできる。これに代えて、前記複数のレンズの前
方一点に一旦集合させて、該一点を仮想的な前記点光源
としてそこから扇状に投光パターンが形成されるように
配置することもできる。
【００２１】また、前記投光手段は、前記検出平面上垂
直方向に僅かにずれて前記検出手段の上側または下側の
どちらに配置してもよい。更には、上側と下側の両方に
配置することで、全体の投光量を増すこともできる。
【００２２】更に、本発明の位置座標入力装置は、上述
の物体検出用光学ユニットを少なくとも２個備え、各々
の光学ユニットが既知の位置に配置され、それぞれの光
学ユニットにより前記対象物の方向を算出することで、
三角測量の原理により該対象物の位置座標を算出し、情
報処理装置へ位置座標情報を入力する構成とした。これ
により対象物の位置座標を正確に検知することが可能と
なる。
【００２３】また、本発明の位置座標入力装置は、前記
情報処理装置の出力表示を行うための表示装置を更に有
し、該表示装置が前記検出平面の直下に設けられる構成
とした。光学ユニットの光源を、複数の点光源をあたか
も１つの点光源であるかのように構成することにより、
より強い光源とすることができるため、従来の光学ユニ
ットでは非常に高価となっていた、大型の表示装置と組
み合わせた入出力一体型の位置座標入力装置も安価に実
現可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。
【００２５】図１に、本発明の物体検出用光学ユニット
の一実施例の概略図を示す。（ａ）がその平面図であ
り、（ｂ）がその側面図であり、（ｃ）が光学ユニット
の他の実施例の側面図である。光学ユニット１は、投光
部の光源として扇形に配置された複数の発光ダイオード
２と、該光源からの直接光を遮るための遮光板３と、レ
ンズ４（またはスリット）と１次元受光素子アレイ５か
らなる受光部とから構成される。ここでは１次元受光素
子アレイとして、１次元ＣＣＤを用いる。図１（ｂ）か
ら分かるように、発光ダイオード２は、垂直方向に僅か
にずれて１次元受光素子アレイ５の下側に設けられてい
る。レンズ４及び１次元受光素子アレイ５は、複数の発
光ダイオード２が形成する扇状の投光パターンに一致し
た視野の扇状の受光パターンを形成するように配置され
る。
【００２６】有効領域の他端に再帰反射部材を設置して
おき、対象物がその光を遮る場合の影を利用して対象物
の方向を検出する遮断方式の物体検出用光学ユニットの
場合、光学ユニット１の発光ダイオード２から投光され
た光は、検出位置を挟んで光学ユニット１とは反対側に
設けられた再帰反射部材（図示省略）へ入射する。典型
的な再帰反射部材は、小さな透明ビーズを多数埋め込ん
だ再帰反射シートとして入手可能である。特に最近は、
かなり浅い角度で進入した光をも忠実にもと来た方向に
返す再帰反射特性の優れたものが存在する。再帰反射部
材へ入射された光は、入射した方向へまっすぐに戻る方
向に再帰反射し、レンズ４を介して１次元受光素子アレ
イ５へ入射する。対象物が検出平面上にある場合、光学
ユニット１の発光ダイオード２から投光された扇形の投
光パターンの光路の一部が対象物により遮られる。この
影の方向は、１次元受光素子アレイ５の出力信号の分布
から検出することが可能であり、この影の方向を検出す
ることで対象物がある方向を計測することができる。
【００２７】また、対象物に再帰反射部材を設けて、そ
こからの再帰反射光を利用する場合、光学ユニット１の
発光ダイオード２から投光された光は、対象物がある場
合に、対象物に設けられた再帰反射部材へ入射した光が
再帰反射し、レンズ４を介して１次元受光素子アレイ５
へ入射する。１次元受光素子アレイ５の出力信号の分布
から、この再帰反射部材を有する対象物からの反射光の
方向を検出することができるため、この方向を検出する
ことで対象物がある方向を計測することができる。
【００２８】更に、図１（ｃ）に示すように、扇形に配
置された複数の発光ダイオード２を、１次元受光素子ア
レイ５の上側と下側の両方に配置することで、全体の投
光量を増すことも可能である。この場合、上側に配置さ
れたは発光ダイオードの数と下側に配置された発光ダイ
オードの数は同数であり、同じように扇形に配置されて
いることが好ましい。
【００２９】図２に、３つの点光源からの光を合成して
仮想的な１つの点光源から投光されたかのような扇形の
投光パターンを形成する原理を示す。（ａ）は点光源１
０から投光される投光パターンを、（ｂ）は仮想的な１
つの点光源１３から投光されたかのような投光パターン
を形成するように、複数の点光源１１及びレンズ１２を
扇状に配置したものを示す。図２（ｂ）から分かるよう
に、複数の点光源１１から発光し、レンズ１２を介して
投光される光の光軸の中心が、複数の点光源１１及びレ
ンズ１２の後方一点に集中した位置にある仮想的な１つ
の点光源１３から投光されたかのような扇形の投光パタ
ーンを形成するように、複数の点光源１１及びレンズ１
２を単一平面上に配置する。このような構成にすること
で、点光源を１つ用いた場合に比べて投光パターンの光
量が増すため、広い範囲での物体検出が可能となる。
【００３０】図３には、図２（ｂ）とは反対に、複数の
点光源１１及びレンズ１２の光軸を前方一点に一旦集合
させ、その点を仮想的な１つの点光源１３としてそこか
ら投光されたかのような扇形の投光パターンを形成する
場合の配置例を示す。この場合、レンズ１２は集光レン
ズが好ましく、それぞれのレンズにより集光された光が
仮想的な１つの点光源１３の一点に集中するように複数
の点光源１１及びレンズ１２を単一平面上に配置する。
【００３１】図４は、点光源１５からの光がシリンドリ
カルレンズ１６によって扇形の投光パターンになること
を示す斜視図である。図４の点光源１５は、図２または
図３の仮想的な１つの点光源１３と同じ位置を示してい
る。点光源１５から投光された光は、シリンドリカルレ
ンズ１６によって検出平面に対しては平行な光で、検出
平面の垂直方向から見た投光パターンは扇形となる。こ
のように、扇形の投光パターンとすることで、そうしな
いときに比べてより有効に光を利用できるため、物体検
出の信頼性の向上が図れる。
【００３２】図５は、１次元受光素子アレイ１８の受光
パターンがレンズ１７（またはスリット）によって投光
パターンと同じ扇形になることを示す斜視図である。例
えば、対象物に再帰反射部材を設けて、そこからの再帰
反射光を利用する場合、対象物から再帰反射した光は、
レンズ１７を介して１次元受光素子アレイ１８に入射す
る。対象物からの反射光は、対象物がある方向に対応し
た位置の１次元受光素子により検出でき、これにより対
象物の存在する方向を検知することができる。
【００３３】図６に、本発明の物体検出用光学ユニット
に用いられる投光部に、発光ダイオードを用いた場合の
その配置例を示す。（ａ）が発光ダイオードを３個用い
た場合、（ｂ）が発光ダイオードを５個用いた場合を示
す。勿論、扇形の投光パターンを形成できれば、これ以
外に発光ダイオードを何個組み合わせてもよいことは言
うまでもない。また、個々の発光ダイオードの発光量及
び指向性により個数を適宜増減できることは当然であ
る。図６において、図２または図３の点光源１１が発光
ダイオード２０の発光エレメントに相当し、レンズ１２
が発光ダイオードの透明パッケージ自体に相当する。各
発光ダイオード２０の発する光の光軸の中心が、仮想的
な１つの点光源２１から投光されたかのような投光パタ
ーンを形成するように、各発光ダイオード２０を配置す
る。発光ダイオードは特殊なものではなく、一般的に入
手可能な安価な発光ダイオードを用いることができる。
【００３４】図７に、本発明の物体検出用光学ユニット
を用いた遮断方式による位置座標入力装置の一例を示
す。扇形の投光パターンを生成する光学ユニット３０
が、検出平面３１の上部の左右に二つ設けられている。
また、検出平面３１の左右と下の三方には再帰反射特性
を有する再帰反射部材３２が設けてある。検出平面３１
上に光を遮るものが何も置かれていない時には、光学ユ
ニット３０から、検出平面３１上を通過して再帰反射部
材３２に入射した光は、入射した角度と同じ角度に再帰
反射し逆の光路を通って光学ユニット３０に戻ってく
る。他方、検出平面３１上に対象物３３が置かれた時に
は、光の光路の一部が遮られて、光学ユニット３０への
戻り光は無くなる。この影の方角を光学ユニット３０の
１次元受光素子アレイからの出力信号の分布から検出す
ることで、光を遮ったもののある方向を検出することが
できる。すなわち対象物３３が存在する方向が、その間
の間隔が予め定まっている二つの異なる光学ユニット３
０，３０によって検出できれば、三角測量の原理により
対象物３３の正確な指示位置を算出できる。このように
対象物の位置座標を検出し、上位装置であるパーソナル
コンピュータなどの情報処理装置（図示省略）へ検出し
た位置座標の情報を入力する位置座標入力装置が実現で
きる。
【００３５】図８に、三角測量の原理により対象物の位
置座標を計算する方法を示す。光学ユニット３０，３０
により対象物３３を検出したときの角度α及びβを計測
する。光学ユニット３０，３０の間の距離をＬとする
と、以下の式（１），式（２）の関係が成り立つ。
【００３６】 Ｙ＝Ｘ・ｔａｎα ・・・（１） Ｙ＝（Ｌ−Ｘ）・ｔａｎβ ・・・（２） 但し、Ｘ，Ｙは対象物の位置座標を表す。
【００３７】この式（１），式（２）を用いて、Ｘを求
めると、以下の式（３）の関係が成り立つ。
【００３８】 Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ） ・・・（３）
【００３９】これら式（１）及び式（３）を用いること
で、角度α及びβが検出できれば検出平面３１における
対象物３３の位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出することが可能
となる。
【００４０】なお、図７では検出平面３１の左右と下の
三方に再帰反射部材３２が設けてある例を示したが、三
方に設けずに、対象物３３自体に再帰反射部材を設け
て、そこからの再帰反射光を利用することもできる。こ
の場合は、再帰反射光がある方向を光学ユニット３０，
３０で検出することで対象物の位置座標を計測すること
が可能となる。
【００４１】ここで、図７の物体検出用光学ユニットを
用いた位置座標入力装置に、上位装置であるパーソナル
コンピュータなどの情報処理装置の出力表示を行うため
の表示装置を更に設け、該表示装置に対してオーバーラ
ップするように検出平面を設けることもできる。この表
示装置は、上位装置により表示制御が行われ、液晶表示
装置やプラズマ表示装置、更には表面のフラットなＣＲ
Ｔなども用いることができる。本発明の物体検出用光学
ユニットは、複数の発光ダイオードを用いるためその発
光出力が大きいので、大型の表示装置にも対応可能であ
る。
【００４２】なお、本発明の物体検出用光学ユニット及
びそれを用いた座標入力装置は、上述の図示例のみに限
定されるものではなく、本発明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。
【００４３】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の物体検出
用光学ユニット及びそれを用いた座標入力装置によれ
ば、投光される光の無駄が少なく、効率よく対象物の位
置検出が行えるという優れた効果を奏し得る。また、発
光ダイオードを用いた場合、投光系の調整個所が発光ダ
イオードの取り付け部の調整のみで済むようになったた
め、従来のような複雑な位置調整が不要になった。更
に、複数の安価な発光ダイオードを同時に点灯すること
で、必要な光量を簡単に得られるようになった。その結
果、大型プラズマ表示装置と組み合わせた入出力一体型
装置なども安価に作成できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の物体検出用光学ユニットの一実施例の
構成を示す概略図であり、（ａ）がその平面図、（ｂ）
がその側面図、（ｃ）が発光ダイオード群が受光ユニッ
トの光路の上下両方向に配置された構成の場合の側面図
を示す。
【図２】本発明の物体検出用光学ユニットの光学的な原
理を示す図であり、（ａ）が点光源から投光される光、
（ｂ）が仮想的な点光源からの光と同等の光を投光する
ように複数の点光源とレンズを配置した場合の投光パタ
ーンを示す。
【図３】本発明の物体検出用光学ユニットにおいて、仮
想的な点光源からの光と同等の光を投光するように複数
の点光源とレンズを配置する他の構成の場合の投光パタ
ーンを示す。
【図４】本発明の物体検出用光学ユニットにおいて、点
光源からの光がシリンドリカルレンズにより扇形になる
ことを示す斜視図である。
【図５】本発明の物体検出用光学ユニットにおいて、１
次元受光素子アレイの受光パターンがレンズによって扇
形になることを示す斜視図である。
【図６】本発明の物体検出用光学ユニットにおける発光
ダイオード群の配置例を示す図であり、（ａ）は発光ダ
イオードを３個用いた場合、（ｂ）は発光ダイオードを
５個用いた場合を示す。
【図７】本発明の物体検出用光学ユニットを２個備える
位置座標入力装置の構成例を示す。
【図８】本発明の物体検出用光学ユニットを２個備える
位置座標入力装置における座標の計算方法を示す図であ
る。
【図９】従来のハーフミラーを用いた投光部の一構成例
を示す。
【図１０】従来のスリット付きの反射鏡を用いた投光部
の一構成例を示す。
【符号の説明】
１ 光学ユニット ２ 発光ダイオード ３ 遮光板 ４ レンズ ５ １次元受光素子アレイ １０ 点光源 １１ 点光源 １２ レンズ １３ 仮想的な１つの点光源 １５ 点光源 １６ シリンドリカルレンズ １７ レンズ １８ １次元受光素子アレイ ２０ 発光ダイオード ２１ 仮想的な１つの点光源 ３０ 光学ユニット ３１ 検出平面 ３２ 再帰反射部材 ３３ 対象物 ９１ 点光源 ９２ シリンドリカルレンズ ９３ ハーフミラー ９４ スリット付きの反射鏡 ９５ 再帰反射部材 ９６ レンズ ９７ １次元受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 DD02 DD05 FF09 FF41 GG07 GG14 HH05 JJ02 JJ05 JJ25 LL10 LL12 LL28 LL30 PP22 SS13 UU01 5B068 BB18 BC02 BC05 BE08 CC12 5B087 AA02 AD01 CC12 CC20 CC26 CC33

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 検出平面上に置かれた対象物に対して光
    を照射し、再帰反射部材からの再帰反射光の有無を検出
    することにより、対象物の方向または位置を検出する物
    体検出用光学ユニットであって、該ユニットは、 複数の光源と該光源に対応する複数のレンズとからな
    り、仮想的な１つの点光源から投光されたかのような、
    前記検出平面と平行な扇状の投光パターンを形成するよ
    うに前記複数の光源とレンズが配置された投光手段と、 スリットまたはレンズと１次元受光素子群とからなり、
    前記投光手段が形成する扇状の投光パターンに一致した
    視野の受光パターンを形成するように前記スリットまた
    はレンズと１次元受光素子群とが配置された受光手段
    と、 から成ることを特徴とする物体検出用光学ユニット。
  2. 【請求項２】 前記投光手段は複数の発光ダイオードか
    らなり、前記複数の光源が各発光ダイオードの中の発光
    エレメントであり、前記複数のレンズが各発光ダイオー
    ドの透明パッケージ自体であることを特徴とする請求項
    １記載の物体検出用光学ユニット。
  3. 【請求項３】 前記複数の光源と複数のレンズは、それ
    ぞれの光源からレンズを介して投光される光の各光軸の
    中心が、前記複数の光源の後方一点に集合した位置を仮
    想的な前記点光源としてそこから扇状に投光パターンが
    形成されるように単一平面上に扇状に配置されることを
    特徴とする請求項１または２記載の物体検出用光学ユニ
    ット。
  4. 【請求項４】 前記複数の光源と複数のレンズは、それ
    ぞれの光源からレンズを介して投光される光の各光軸の
    中心が、前記複数のレンズの前方一点に一旦集合して、
    該一点を仮想的な前記点光源としてそこから扇状に投光
    パターンが形成されるように単一平面上に扇状に配置さ
    れることを特徴とする請求項１または２記載の物体検出
    用光学ユニット。
  5. 【請求項５】 前記検出平面を挟んで前記光学ユニット
    とは反対側に前記再帰反射部材が位置し、前記対象物が
    前記投光手段及び受光手段と前記再帰反射部材との間を
    往復する光路を遮ったとき、前記１次元受光素子群から
    の出力信号の分布から影の方向を算出することで、前記
    対象物がある方向を検出することを特徴とする請求項１
    乃至４の何れかに記載の物体検出用光学ユニット。
  6. 【請求項６】 前記対象物が前記再帰反射部材を有し、
    前記投光手段から照射される光が前記対象物から再帰反
    射して前記受光手段に戻ってくるとき、前記１次元受光
    素子群からの出力信号の分布から反射光の方向を算出す
    ることで、前記対象物がある方向を検出することを特徴
    とする請求項１乃至４の何れかに記載の物体検出用光学
    ユニット。
  7. 【請求項７】 前記投光手段は、前記検出平面に対して
    垂直の方向に僅かにずれて前記検出手段の上側または下
    側の何れか一方に設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至６の何れかに記載の物体検出用光学ユニット。
  8. 【請求項８】 前記投光手段は、前記検出平面に対して
    垂直の方向に僅かにずれて前記検出手段の上側及び下側
    の両方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至
    ６の何れかに記載の物体検出用光学ユニット。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８の何れかに記載の物体検
    出用光学ユニットを少なくとも２個備え、各々の光学ユ
    ニットが既知の位置に配置され、それぞれの光学ユニッ
    トにより前記対象物の方向を算出することで、三角測量
    の原理により該対象物の位置座標を算出し、情報処理装
    置へ位置座標情報を入力することを特徴とする位置座標
    入力装置。
  10. 【請求項１０】 前記情報処理装置の出力表示を行うた
    めの表示装置を更に有し、前記検出平面が前記表示装置
    に対してオーバーラップするように設けられることを特
    徴とする請求項９記載の位置座標入力装置。
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