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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-201002(P2016-201002A)
(43)【公開日】2016年12月1日
(54)【発明の名称】位置検出装置及び空間入力装置
(51)【国際特許分類】
G06F 3/0346 20130101AFI20161104BHJP
G06F 3/042 20060101ALI20161104BHJP
G06F 3/041 20060101ALI20161104BHJP
【ＦＩ】
G06F3/033 422
G06F3/042 473
G06F3/041 580
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】36
(21)【出願番号】特願2015-81199(P2015-81199)
(22)【出願日】2015年4月10日
(71)【出願人】
【識別番号】000201113
【氏名又は名称】船井電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】近岡 篤彦
(72)【発明者】
【氏名】西岡 謙
(72)【発明者】
【氏名】長島 賢治
(72)【発明者】
【氏名】高橋 和浩
【テーマコード（参考）】
5B087
【Ｆターム（参考）】
5B087AA07
5B087BC32
(57)【要約】
【課題】部材の配置の自由度を高めることができるとともに、検出領域内の検出対象体の位置を精度よく検出することができる位置検出装置を提供する。【解決手段】複数の異なる出光位置から出射した検査光で検出領域Ｓａを走査し、検出領域Ｓａ内の検出対象体Ｆｇで反射又は散乱された検出光を受光して検出対象体Ｆｇの位置を算出し、処理部４００が、受光信号がいずれの出光位置から出射された検査光に基づく検出光を受光したものであるかを判別する位置検出装置Ａ。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の異なる出光位置から検査光を出射させるとともに各出光位置から出射した検査光で検出領域を走査する走査光源部と、
前記検出領域内に位置する検出対象体で反射又は散乱された検出光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記走査光源部を制御するとともに前記受光信号に基づいて前記検出対象体の位置を算出する処理部とを有し、
前記処理部が、前記受光信号がいずれの出光位置から出射された検査光に基づく検出光を受光したものであるかを判別し、判別した検査光の光路に基づいて前記検出対象体の位置を演算にて検出する位置検出装置。
前記検出領域内に位置する検出対象体で反射又は散乱された検出光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記走査光源部を制御するとともに前記受光信号に基づいて前記検出対象体の位置を算出する処理部とを有し、
前記処理部が、前記受光信号がいずれの出光位置から出射された検査光に基づく検出光を受光したものであるかを判別し、判別した検査光の光路に基づいて前記検出対象体の位置を演算にて検出する位置検出装置。
【請求項2】
前記走査光源部は、光を出射する光源と、前記光の光路を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向とに移動させて検査光を生成する検査光生成部とを含んでおり、
前記処理部は、前記光源と前記検査光生成部との駆動を制御する請求項１に記載の位置検出装置。
前記処理部は、前記光源と前記検査光生成部との駆動を制御する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項3】
前記出光位置の少なくとも１つには、前記検査光生成部で生成された検査光を前記検出領域に向けて反射する反射部が設けられている請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項4】
前記走査光源部には、前記出光位置と同数の前記光源及び前記検査光生成部が設けられている請求項２又は請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項5】
前記処理部が、１の前記出光位置から検査光が出射しているときは他の出光位置からの検査光の出射を停止し、前記処理部は受光部が検出光を受光したときの時間の情報を取得する請求項４に記載の位置検出装置。
【請求項6】
前記処理部は、１の出光位置から出射される検査光で前記検出領域全体の走査が終了した後に、次の出光位置から出射される検査光で前記検出領域の走査を開始する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項7】
前記出光位置が２個設けられており、
前記処理部は、各出光位置から出射される検査光による走査の帰線期間をずらすとともに、前記検査光で１ライン走査するごとに検査光が出射される前記出光位置を切り替えて光を出射させて、一方の出光位置が帰線期間にあるときに他方の出光位置からの検査光で往復走査を行うように前記走査光源部を制御する請求項５に記載の位置検出装置。
前記処理部は、各出光位置から出射される検査光による走査の帰線期間をずらすとともに、前記検査光で１ライン走査するごとに検査光が出射される前記出光位置を切り替えて光を出射させて、一方の出光位置が帰線期間にあるときに他方の出光位置からの検査光で往復走査を行うように前記走査光源部を制御する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項8】
前記走査光源部が各出光位置からそれぞれ異なる波長の検査光を出射するように形成されるとともに前記受光部が前記出光位置と同数備えられており、
前記受光部はそれぞれ対応した出光位置から出射された光と同じ波長の光を受光する請求項１から請求項４のいずれかに記載の位置検出装置。
前記受光部はそれぞれ対応した出光位置から出射された光と同じ波長の光を受光する請求項１から請求項４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項9】
前記走査光源部には、前記出光位置と同数の前記光源が設けられているとともに、前記光源よりも少ない数の前記検査光生成部が設けられており、
前記光源のそれぞれは前記検査光生成部に対して異なる角度で光を入射するように配置されるとともに、検査光が対応する前記出光位置に入射するように配置されている請求項３に記載の位置検出装置。
前記光源のそれぞれは前記検査光生成部に対して異なる角度で光を入射するように配置されるとともに、検査光が対応する前記出光位置に入射するように配置されている請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項10】
前記走査光源部には、１個の前記光源と、１個の前記検査光生成部と、前記検査光の光路を前記出光位置のいずれかに択一的に切り替える光路切替部とを備えている請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項11】
前記光路切替部は、前記光源と前記検査光生成部の間に配置されて光の偏光方向を切り替える偏光切替部と、前記検査光生成部と前記出光位置との間の前記検査光の光路上に設けられて前記偏光方向によって反射又は透過させて前記検査光の光路を切り替える偏光ビームスプリッタとを備えている請求項１０に記載の位置検出装置。
【請求項12】
前記光路切替部は、前記検査光の前記第１方向の入射位置によって複数個の反射部のいずれかに選択的に前記検査光を反射する反射面を含む反射部材を備えている請求項１０に記載の位置検出装置。
【請求項13】
前記反射面は、前記第１方向に分割されている請求項１２に記載の位置検出装置。
【請求項14】
前記処理部は、前記検査光が入射する前記出光位置が切り替わる前後で光の出射を停止するように前記光源の出光制御を行う請求項１２又は１３に記載の位置検出装置。
【請求項15】
前記反射面は、前記検査光の前記検出領域での走査速度が等速となるような形状を有している請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項16】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の位置検出装置と、
前記検出領域に画像を形成する画像形成部を備えている空間入力装置。
前記検出領域に画像を形成する画像形成部を備えている空間入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、検査光で検出領域を走査し、前記検出領域内の検出対象体での反射光及び（又は）散乱光を検出することで前記検出対象体の位置を検出する位置検出装置及び空間内に形成された空間像に対する入力を検出する空間入力装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
所定の領域を検出波で走査し、前記所定の領域内の手や指等の動きを検出する位置検出装置が提案されている（例えば、特開２０１３−８０５１６号公報、特開２０１４−１５４０６３号公報等参照）。
【0003】
また、特開２０１３−８０５１６号公報では、座標入力面を走査する照射光を出射する光源ユニットを２箇所に設け、前記座両入力面に挿入された座標支持物（例えば、指や電子ペン）に取り付けられている再帰反射部材からの再起反射を受光し、受光のタイミングから座標支持物の位置（座標）を検知している。
【0004】
特開２０１４−１５４０６３号公報には、所定の走査領域を検出波（例えば、波長７８０ｎｍの赤外光）で走査し、ユーザの指に入力装置を取り付けておき、前記入力装置に備えられた受光素子で前記赤外光を検出することで、前記入力装置が前記操作領域内にあることを検知するとともに、圧電素子を振動させて前記入力装置が前記走査領域内にあることをユーザに通知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１３−８０５１６号公報
【特許文献2】特開２０１４−１５４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、２０１３-８０５１６号公報に記載の構成では、前記座標入力面内の二次元座標を検出しているが、三次元空間における位置（座標）を検知することはできない。
【0007】
また、特開２０１４−１５４０６３号公報に記載の構成では、三次元空間に想定された走査領域内に入力装置が有るか否かを確認できるが、所定領域内の任意の点における三次元の位置（座標）を検知することができるものではない。また、前記走査領域の入力装置の位置を検知するものであるため、前記入力装置が必要になる。
【0008】
そこで、本発明は、部材の配置の自由度を高めることができるとともに、検出領域内の検出対象体の位置を精度よく検出することができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、簡単な構成で、空間像に対する使用者の指による入力を確実に検出する空間入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために本発明は、複数の異なる出光位置から検査光を出射させるとともに各出光位置から出射した検査光で検出領域を走査する走査光源部と、前記検出領域内に位置する検出対象体で反射又は散乱された検出光を受光して受光信号を出力する受光部と、前記走査光源部を制御するとともに前記受光信号に基づいて前記検出対象体の位置を算出する処理部とを有し、前記処理部が、前記受光信号がいずれの出光位置から出射された検査光に基づく検出光を受光したものであるかを判別し、判別した検査光の光路に基づいて前記検出対象体の位置を演算にて検出する位置検出装置を提供する。
【0011】
この構成によると、複数の出光位置から出射された検査光で検出領域を走査し、検出領域内に位置する検出対象体で反射又は散乱した光を検出することで、検出対象体の位置を算出できるため、受光部の取り付け位置の自由度が高くなる。そのため、位置検出装置の形状の設置場所の制限が抑制されるとともに、小型化も可能である。
【0012】
上記構成において、前記走査光源部は、光を出射する光源と、前記光の光路を第１方向と前記第１方向と交差する第２方向とに移動させて検査光を生成する検査光生成部とを含んでおり、前記処理部は、前記光源と前記検査光生成部との駆動を制御してもよい。この構成によると、光源と検査光生成部とを同期させて駆動させることが容易である。これにより、検出対象体の位置を正確に検出することができる。
【0013】
上記構成において、前記出光位置の少なくとも１つには、前記検査光生成部で生成された検査光を前記検出領域に向けて反射する反射部が設けられていてもよい。この構成によると、反射部で検査光の光路を変更することができるため、位置検出装置の部材の配置の自由度を高めることができる。なお、前記部材としては、光源、検査光生成部等を挙げることができるが、これに限定されない。
【0014】
上記構成において、前記走査光源部には、前記出光位置と同数の前記光源及び前記検査光生成部が設けられていてもよい。光源及び検査光生成部を同数備えていることで、検出領域に検査光を正確に照射させ、検出領域を検査光で隙間なく走査することができる。
【0015】
上記構成において、前記処理部が、１の前記出光位置から検査光が出射しているときは他の出光位置からの検査光の出射を停止し、前記処理部は受光部が検出光を受光したときの時間の情報を取得してもよい。このような構成とすることで、検査光の出射が時分割で排他的に行われるため、受光部の数が少なくても、検出光が出射された出光位置を特定することができる。これにより、構成を簡略化することができるとともに、検出領域内の検出対象体を精度よく検出することが可能である。
【0016】
上記構成において、前記処理部は、１の出光位置から出射される検査光で前記検出領域全体の走査が終了した後に、次の出光位置から出射される検査光で前記検出領域の走査を開始するようにしてもよい。この構成とすることで、走査の同期をとりやすく制御を簡単にすることができる。
【0017】
上記構成において、前記出光位置が２個設けられており、前記処理部は、各出光位置から出射される検査光による走査の帰線期間をずらすとともに、前記検査光で１ライン走査するごとに検査光が出射される前記出光位置を切り替えて光を出射させて、一方の出光位置が帰線期間にあるときに他方の出光位置からの検査光で往復走査を行うように前記走査光源部を制御するようにしてもよい。この構成によると、２個の検査光生成部を同期させて動作させる必要はなく、簡単且つ精度よく検出対象体を検出することができる。また、制御が簡単であることから、制御部を簡略化することで、製造コストを低減することができる。さらに、異なる駆動周波数の検査光生成部を利用することができる。これにより、駆動周波数の精度が高くない検査光生成部も使用することができる。
【0018】
上記構成において、前記走査光源部が各出光位置からそれぞれ異なる波長の検査光を出射するように形成されるとともに前記受光部が前記出光位置と同数備えられており、前記受光部はそれぞれ対応した出光位置から出射された光と同じ波長の光を受光するようにしてもよい。この構成によると、同時に２箇所以上から検査光が照射されたとしても、いずれの出光位置から出射された検査光であるか判別できる。これにより、複数の出光位置からの検査光で走査するときの時間のずれを減らし、検出対象体の検出精度を高めることができる。また、複数の検査光が同時に照射されてもよいので、複数個の検査光生成部及び複数個の光源を同期させる必要がなく、走査光源制御部を簡略化することができる。これにより、検出対象体の検出精度が低減することなく、製造コストを低減することができる。
【0019】
上記構成において、前記走査光源部には、前記出光位置と同数の前記光源が設けられているとともに、前記光源よりも少ない数の前記検査光生成部が設けられており、前記光源のそれぞれは前記検査光生成部に対して異なる角度で光を入射するように配置されるとともに、検査光が対応する前記出光位置に入射するように配置されていてもよい。
【0020】
上記構成において、前記走査光源部には、１個の前記光源と、１個の前記検査光生成部と、前記検査光の光路を前記出光位置のいずれかに択一的に切り替える光路切替部とを備えていてもよい。このように構成することで、光源及び検査光生成部の数を減らすことができ、製造コストを低減することができる。また、検査光の光路を変換する部材の配置次第で光源及び検査光生成部の配置の自由度を高めることが可能である。
【0021】
上記構成において、前記光路切替部は、前記光源と前記検査光生成部の間に配置されて光の偏光方向を切り替える偏光切替部と、前記検査光生成部と前記出光位置との間の前記検査光の光路上に設けられて前記偏光方向によって反射又は透過させて前記検査光の光路を切り替える偏光ビームスプリッタとを備えていてもよい。
【0022】
上記構成において、前記光路切替部は、前記検査光の前記第１方向の入射位置によって複数個の反射部のいずれかに選択的に前記検査光を反射する反射面を含む反射部材を備えていてもよい。
【0023】
上記構成において、前記反射面は、前記第１方向に分割された分割面を有していてもよい。
【0024】
上記構成において、前記反射面は、前記検査光の前記検出領域での走査速度が等速となるような形状を有していてもよい。
【0025】
上記構成において、前記走査光源制御部は、前記検査光が入射する前記反射部が切り替わる前後で光の出射を停止するように前記光源の出光制御を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【0026】
本発明によると、部材の配置の自由度を高めることができるとともに、検出領域内の検出対象体の位置を精度よく検出することができる位置検出装置を提供することができる。
【0027】
また、本発明によると、簡単な構成で、空間像に対する使用者の指による入力を確実に検出する空間入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明にかかる空間入力装置の概略図である。
【図2】本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図である。
【図4】圧電型のアクチュエータを備えたＭＥＭＳの概略平面図である。
【図5A】本発明にかかる位置検出装置の第１検査光生成部の動作を示す図である。
【図5B】本発明にかかる位置検出装置の第２検査光生成部の動作を示す図である。
【図6】走査光源部の動作を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明にかかる位置検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図8A】第１出光位置から出射された検査光の検出対象体における反射光又は散乱光を受光した位置を示す図である。
【図8B】第２出光位置から出射された検査光の検出対象体における反射光又は散乱光を受光した位置を示す図である。
【図9A】座標と検査光の光路を関係付けたテーブルである。
【図9B】光路の情報から３次元座標を演算していることを示す図である。
【図10】検出対象体が移動しているときの座標を示す図である。
【図11】本発明にかかる位置検出装置の他の例の動作を示すタイミングチャートである。
【図12】本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図である。
【図13】本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図である。
【図14A】第１出光位置からの検査光の２次元走査を示す図である。
【図14B】第２出光位置からの検査光の２次元走査を示す図である。
【図15】本発明にかかる位置検出装置の他の例の概略配置図である。
【図17】本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図である。
【図19】本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図である。
【図21】検査光生成部の反射面の揺動状態と検査光の光路変更ミラーへの光の照射状態を示す図である。
【図22】位置検出装置の光路を示す平面図である。
【図23】検査光が検査領域を走査している状態を示す概略図である。
【図24】本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の動作を示すタイミングチャートである。
【図25】本発明にかかる位置検出装置に用いられる光路変更ミラーの平面図である。
【図26】本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図である。
【図29】本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
本発明にかかる発明について図面を参照して説明する。
【0030】
＜第１実施形態＞図１は本発明にかかる空間入力装置の概略図である。図１に示すように、空間入力装置Ｉｐは、空中結像プレートＰｔによって操作入力空間Ｉａに表示された空中像Ｉｖを操作対象体（使用者の指Ｆｇ）による操作入力を検出する装置である。空間入力装置Ｉｐは、本発明にかかる位置検出装置Ａと、制御装置Ｃｎｔとを備えている。また、空間入力装置Ｉｐで検出された操作入力は、パソコン、ゲーム機等のホスト装置Ｈｔに送られる。
【0031】
位置検出装置Ａは、操作入力空間Ｉａに使用者の指Ｆｇが挿入されたことを検出すると、使用者の指Ｆｇの３次元座標を演算により算出し、外部機器である制御装置Ｃｎｔに引き渡す。制御装置Ｃｎｔは、引き渡された３次元座標のデータから使用者の指Ｆｇの操作を判別する操作判別部Ｏｐを備えている。操作判別部Ｏｐでは、例えば、位置の時間変化、座標の変化によるジェスチャの認識や、基準面の通過を検知することによるタッチ認識等を行い、どのような操作入力が行われたかの情報の入力イベントと３次元座標のデータを組みにした入力操作情報を生成する。そして、操作判別部Ｏｐは入力操作情報をホスト装置Ｈｔに受け渡す。
【0032】
空間入力装置Ｉｐを用いることで空間に表示された仮想の操作装置（空中像Ｉｖ）でホスト装置Ｈｔの操作入力を行うことができる。なお、空間入力装置Ｉｐでは、位置検出装置Ａと制御装置Ｃｎｔ（主に、操作判別部Ｏｐ）とを別体として記載しているが、一体になっていても構わない。
【0033】
次に、本発明にかかる位置検出装置について図面を参照して説明する。図２は本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図であり、図３は図２に示す位置検出装置の電気的な接続を示すブロック図である。図２、図３に示す位置検出装置Ａは、走査光源部１００と、受光部３００と、処理部４００とを備えている。
【0034】
位置検出装置Ａは、走査光源部１００から出射される検査光で検出領域Ｓａを走査する。そして、検出領域Ｓａに進入した被検出物（例えば、使用者の指Ｆｇ）に検査光が照射されたときに、使用者の指Ｆｇで反射された又は散乱された光を受光部３００で受光する。受光部３００は反射光又は散乱光を受光したことを示す受光情報を処理部４００に送信しており、処理装置４００は受光情報に基づいて位置情報（所定の基準、例えば、受光部３００に対する座標情報）を取得している。以下に、各部の詳細について説明する。
【0035】
走査光源部１００は、検出領域Ｓａを２次元走査する検査光を出射するものである。走査光源部１００は、検査光を出光する出光位置を２個含んでいる。なお、出光位置は図１に示す走査光源部１００において左側を第１出光位置１０１、右側を第２出光位置１０２として説明する。
【0036】
走査光源部１００は、第１出光位置１０１から検出領域Ｓａに向けて検査光を出射する第１光学系１０と、第２出光位置１０２から検出領域Ｓａに向けて検査光を出射する第２光学系２０とを有している。
【0037】
第１光学系１０は、第１光源部１１と第１検査光生成部１２とを備えている。第１光源部１１は赤外領域の波長の赤外光（レーザ光）を出射する光源を含む。赤外光は使用者が視認できない波長の光であるため、使用者に気付かれることなく、使用者の指Ｆｇの位置を検出することが可能である。図２、図３に示すように、第１光源部１１は、レーザ発光素子（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）１１１と、ドライバ１１２と、第１レンズ１３と、第１ビームスプリッタ１４と、第１モニタ用受光部１５とを備えている。
【0038】
第１光源部１１は、レーザ発光素子１１１を備えている構成を挙げているがこれに限定されるものではなく、所定波長の赤外光を一定の出力以上で出光できる構成を広く採用することができる。
【0039】
第１光源部１１は走査光源制御部４１の後述する光源制御部４１１によって出射制御されている。レーザ発光素子１１１は、ドライバ１１２からの信号（電力）で駆動されるものであり、ドライバ１１２は光源制御部４１１からの制御信号（発光信号）に基づいて、レーザ発光素子１１１を駆動するための駆動信号を生成する。これにより、レーザ発光素子１１１から出射される赤外光の発光タイミング、強度等が調整される。
【0040】
レーザ発光素子１１１は点光源であり出射された赤外光は発散光である。そのため、第１光源部１１では、レーザ発光素子１１１から出射された赤外光を第１レンズ１３に透過させて平行光又は略平行光に変換している。なお、第１レンズ１３はコリメータレンズである。
【0041】
第１レンズ１３から出射された赤外光は、第１ビームスプリッタ１４に入射される。第１ビームスプリッタ１４は入射した赤外光のうち一部を反射して、残りを透過させる。第１ビームスプリッタ１４で反射された光は、第１モニタ用受光部１５に入射する。第１モニタ用受光部１５は入射した光に基づいたモニタ信号を走査光源制御部４１の光源制御部４１１に送信する。
【0042】
第１ビームスプリッタ１４を透過した光は、第１検査光生成部１２に入射する。第１検査光生成部１２は、入射した光を反射するとともに、反射光の光軸を第１方向（図２では水平方向Ｈ）及び第１方向と直交する第２方向（図２では鉛直方向Ｖ）に移動させて、検査光を生成している。検査光は第１方向及び第２方向に光軸が移動するものであり、検出領域Ｓａは検査光によって２次元走査される。検査光による検出領域Ｓａの走査については後述する。
【0043】
第１検査光生成部１２は、入射光を反射する反射面１２０を第１方向及び第２方向に揺動することで検査光を生成する。第１検査光生成部１２は反射面１２０を揺動する素子（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）１２１、ドライバ１２２及び信号処理部１２３を備えている。以下にＭＥＭＳについて図面を参照して説明する。図４は圧電型のアクチュエータを備えたＭＥＭＳの概略平面図である。
【0044】
図４に示すように、ＭＥＭＳ１２１は、反射面１２０を備えた鏡体１２００を第１方向（Ｈ方向）と第２方向（Ｖ方向）に揺動することで、反射光の光軸を偏向させている。ＭＥＭＳ１２１は、鏡体１２００、第１弾性変形部１２１１、揺動支持部１２１２、第２弾性変形部１２１３、枠体１２１４、第１アクチュエータ１２１５及び第２アクチュエータ１２１６を備えている。なお、図４において横方向を第１方向（Ｈ方向）、縦方向を第２方向（Ｖ方向）として説明する。
【0045】
鏡体１２００は、主面の一方（ここでは、紙面手前側の面）に反射面１２０が形成された、円板状の部材である。鏡体１２００には、第２方向の先端部分の両方を第１弾性変形部１２１１が連結されている。つまり、第１弾性変形部１２１１の第２方向の中心部分に鏡体１２００が連結されている。揺動支持部１２１２は、弾性的にねじることができる構成であり、鏡体１２００及び揺動支持部１２１２は第２方向に延びる第１軸Ｃ１周りに揺動可能となっている。また、平面視において、第１軸Ｃ１と直交する第２軸Ｃ２は鏡体１２００の中心と重なっている。鏡体１２００及び第１弾性変形部１２１１は第１軸Ｃ１及び第２軸Ｃ２のそれぞれに線対称になるように構成されている。
【0046】
揺動支持部１２１２は第２方向に延びる板状の部材であり、鏡体１２００を挟んで対をなすとともに第１軸Ｃ１及び第２軸Ｃ２に対して対称となるように設けられる。揺動支持部１２１２の第２方向の両端部と第１弾性変形部１２１１の第２方向の両端部とが第１アクチュエータ１２１５で連結されている。第１アクチュエータ１２１５も、第１軸Ｃ１及び第２軸Ｃ２に対して対称となるように、４個設けられている。
【0047】
第１アクチュエータ１２１５は圧電素材を備えたものであり、電力が供給されることで、変形する。４個の第１アクチュエータ１２１５を適切に駆動させることで、第１弾性変形部１２１１に第１軸Ｃ１を中心としてねじれる方向の力を付与する。この力が鏡体１２００に伝達されて鏡体１２００が第１軸Ｃ１周りに回転する。鏡体１２００が回転することで、鏡体１２００に連結されている第１弾性変形部１２１１が弾性的にねじれる。この第１アクチュエータ１２１５からの力及び第１弾性変形部１２１１の弾性力によって、鏡体１２００が第１軸Ｃ１周りに揺動する。
【0048】
揺動支持部１２１２の第２方向の中心部分には、外側に第１方向沿って延びる第２弾性変形部１２１３が連結している。枠体１２１４は中央部に矩形の開口窓が設けられており、第２弾性変形部１２１３の先端部分が枠体１２１４の開口窓の内面と連結している。そして、第２弾性変形部１２１３の中間部分には、第２方向に延びる第２アクチュエータ１２１６が連結されている。第２アクチュエータ１２１６は第２弾性変形部１２１３を挟んで、第２方向の反対側に延びている。第２アクチュエータ１２１６は第２弾性変形部１２１３と枠体１２１４とに連結されている。第２アクチュエータ１２１６は４個備えられているとともに、第１軸Ｃ１及び第２軸Ｃ２に対して対称となるように設けられている。
【0049】
第２アクチュエータ１２１６は第１アクチュエータ１２１５と同じ圧電素材を利用したものであり、電力が供給されることで変形する。４個の第２アクチュエータ１２１６を適切に駆動させることで、第２弾性変形部１２１３に第２軸Ｃ２を中心としてねじれる方向の力を付与する。この力によって揺動支持部１２１２に伝達されて揺動支持部１２１２が第２軸Ｃ２周りに回転する。第２軸Ｃ２周りに回動する場合、鏡体１２００、第１弾性変形部１２１１、揺動支持部１２１２、第１アクチュエータ１２１５は一体的に回動する。
【0050】
鏡体１２００、第１弾性変形部１２１１、揺動支持部１２１２、第１アクチュエータ１２１５が回動することで、第２弾性変形部１２１３が弾性的にねじれる。この第２アクチュエータ１２１６からの力及び第２弾性変形部１２１３の弾性力によって、鏡体１２００が第２軸Ｃ２周りに揺動する。
【0051】
ＭＥＭＳ１２１は以上のような構成を有しており、鏡体１２００の反射面１２０を第１方向及び第２方向に揺動させることができる。なお、ＭＥＭＳ１２１では圧電型のアクチュエータを用いたものを例に説明しているが、静電型、磁気型等異なる構成のものであってもよい。なお、ＭＥＭＳ１２１は、例えば、第１軸Ｃ１周りに２４ｋＨｚ、第２軸Ｃ２周りに６０Ｈｚの周波数で動作するものを挙げることができるがこれに限らない。
【0052】
また、反射面１２０を駆動する素子としては、ＭＥＭＳに限定されるものではなく、反射光の光軸を交差する２軸周りに移動させることができる構成のもの、例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーを組み合わせたものであってもよい。第１方向と第２方向とは直交するものとしているが、これに限定されず、交差する方向であればよい。なお、検査光で検出領域Ｓａを精度よく２次元走査するためには、直交或いは略直交であることが好ましい。
【0053】
第１検査光生成部１２のＭＥＭＳ１２１は、走査光源制御部４１の後述する走査制御部４１２によって駆動制御されており、走査制御部４１２からの制御信号（走査信号）はドライバ１２２に入力する。ドライバ１２２は走査制御部４１２からの制御信号に基づいてＭＥＭＳ１２１のアクチュエータを駆動する駆動信号を生成し、アクチュエータを駆動する。ドライバ１２２の駆動信号によって、ＭＥＭＳ１２１は、第１方向Ｈ及び第２方向Ｖのそれぞれの方向に所定の周波数及びねじれ角度で揺動する。また、信号処理部１２３はＭＥＭＳ１２１から出力されたセンサ信号に基づいて、反射面１２０の変位（角度）の情報を含む変位信号を生成し、変位信号を走査光源制御部４１の走査制御部４１２に送信する。
【0054】
第２光学系２０は、第１光学系１０と同様の構成を有している。すなわち、第２光学系２０は、第２光源部２１と第２検査光生成部２２とを備えている。第２光源部２１は、レーザ発光素子２１１、ドライバ２１２、第２レンズ２３、第２ビームスプリッタ２４及び第２モニタ用受光部２５を備えている。なお、第２光学系２０の各構成は、第１光学系１０と同じ構成を有しているため、実質上同じ部分の説明は省略する。なお、第１光源部１１と第２光源部２１とは、同じ波長の赤外光を出射する構成であってもよいし、異なる波長の赤外光を照射するようになっていてもよい。
【0055】
第１光学系１０及び第２光学系２０は、それぞれ、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２から検査光を出光する。位置検出装置Ａでは検出領域Ｓａ内に位置する検出対象体（例えば、使用者の指Ｆｇ）に検査光が照射されたときの反射光又は散乱光を受光部３００で受光している。次に、受光部３００について説明する。
【0056】
受光部３００は、第１出光位置１０１及び（又は）第２出光位置１０２から出射された検査光である赤外波長域の赤外光の反射光を受光して受光信号を出力する。受光部３００は、受光素子３１と、フィルタ３２と、レンズ３３とを備えている。受光部３００は、検出領域Ｓａに対して、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２からの検査光が入射する側と対向するように配置されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２から出射された検査光が、検出対象体で反射した反射光及び（又は）散乱光を検出できる位置を広く採用することができる。第１出光位置１０１と第２出光位置１０２の間の領域に配置することで、受光部３００を小型化することができるとともに、走査光源部１００と受光部３００とを共通の筐体に収めることが容易となり、位置検出装置Ａを小型化することが可能である。
【0057】
受光素子３１は、所定波長域（ここでは、走査光源部１００から出射された赤外光が含まれる波長域）の光を受光すると、電気信号である受光信号を出射する光電素子である。受光素子３１では、受光する光の強度が高いほど強い信号を出射するものである。受光部３００では、使用者の指Ｆｇで反射された又は散乱された検出光がレンズ３３を通過するように配置されている。そして、検出光はレンズ３３を透過することで、集光され受光素子３１に正確に照射される。これにより、高強度の光が受光素子３１に入射するため、強い受光信号を出力できる。
【0058】
受光部３００では、レンズ３３の受光素子３１と反対側にフィルタ３２が備えられている。フィルタ３２は、検出光が含まれる波長域以外の波長の光を遮断するバンドパスフィルタである。フィルタ３２を用いることで、環境光が受光素子３１に入射するのを抑制するため、受光信号に環境光によるノイズが含まれるのを抑制することができる。これにより、受光素子３１が正確で高強度の受光信号を出力することができる。
【0059】
なお、本発明において受光部３００は、フィルタ３２と受光素子３１との間にレンズ３３を配置しているが、これに限定されるものではなく、レンズ３３と受光素子３１との間にフィルタ３２を備える構成であってもよい。受光素子３１に入射する光から、不要光、すなわち、検出光が含まれる波長域以外の波長の光を取り除くことができる構成を広く採用することができる。
【0060】
次に処理部４００について説明する。処理部４００は走査光源部１００の各部の制御を行うとともに、受光部３００からの受光信号に基づいて、検出領域Ｓａ内にある使用者の指Ｆｇの位置の演算による検出も行っている。
【0061】
処理部４００は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算処理回路を含む構成であり、図３に示すように、走査光源制御部４１、演算処理部４２、記憶部４３、同期信号生成部４４及び外部出力部４５を備えている。
【0062】
走査光源制御部４１は、走査光源部１００からの光の出力、検査光の移動の範囲、速度等を制御する制御部である。走査光源制御部４１は、光源制御部４１１と、走査制御部４１２とを備えている。
【0063】
光源制御部４１１は、第１光学系１０の第１光源部１１及び第２光源部２０の第２光源部２１の駆動を制御する制御回路である。光源制御部４１１は第１光学系１０の第１モニタ用受光部１５からモニタ信号を受信している。光源制御部４１１はモニタ信号に基づいて、第１光源部１１のレーザ発光素子１１１の出力、出光タイミング、出光時間等を制御する制御信号を生成してドライバ１１２に送信している。光源制御部４１１は、第２光学系３０の第２モニタ用受光部２５からもモニタ信号を受信している。光源制御部４１１はモニタ信号に基づいて、第２光源部２１のレーザ発光素子２１１の出力、出光タイミング、出光時間等を制御する制御信号を生成してドライバ２１２に送信している。
【0064】
また、光源制御部４１１は、第１光源部１１のレーザ発光素子１１１からの赤外光の出光と、第２光源部２１のレーザ発光素子２１１からの赤外光の出光とが同時に行われないように第１光源部１１及び第２光源部２１を制御する。駆動のタイミングについての詳細は後述する。
【0065】
走査制御部４１２は、第１光学系１０の第１検査光生成部１２及び第２光学系２０の第２検査光生成部２２の駆動を制御する制御回路である。走査制御部４１２は第１検査光生成部１２の信号処理部１２３からの変位信号を受信する。そして、変位信号に基づいて反射面１２０を適切に揺動するための制御信号を生成してドライバ１２２に送信する。走査制御部４１２は第２検査光生成部２２の信号処理部２２３からの変位信号を受信する。そして、変位信号に基づいて反射面２２０を適切に揺動するための制御信号を生成してドライバ２２２に送信する。
【0066】
光源制御部４１１と走査制御部４１２とは第１光源部１１、第１検査光生成部１２、第２光源部２１及び第２検査光生成部２２を同期させて駆動させることで、検査光で検出領域Ｓａを２次元走査する。走査光源制御部４１は、記憶部４３にアクセスできるようになっている。走査光源制御部４１は、記憶部４３に記憶されている光走査パターン情報に基づいて第１光学系１０及び第２光学系２０を駆動する。
【0067】
記憶部４３は、読み出し専用のＲＯＭ、読書き可能なＲＡＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置を備えている。記憶部４３は、第１光源部１１の出光のタイミング、第１検査光生成部１２の反射面１２０の揺動角度、第２光源部２１の出光のタイミング、第２検査光生成部２２の反射面２２０の揺動角度の情報を時系列に並べた制御テーブルを備えている。なお、制御テーブルは、これら以外のデータを扱うようになっていてもよい。そして、任意の時間における、第１光源部１１の出光の有無、反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）の揺動角度、第２光源部２１の出光の有無及び反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）の揺動角度が光走査パターン情報である。
【0068】
演算処理部４２は、受信部４２１及び演算部４２２を含んでいる。受信部４２１は受光部３００の受光素子３１からの受光信号を受信する回路である。また受信部４２１は同期信号生成部４４から同期信号を受信している。受信部４２１は受光素子３１からの受光信号と同期信号とを関連付けて演算部４２２に送信する。
【0069】
演算部４２２は、受信信号と同期信号とから、検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの位置データ（座標データ）を演算により検出する回路である。演算部４２２は、記憶部４３にアクセスし、受信信号及び同期信号と制御テーブルとから使用者の指Ｆｇで反射又は拡散された検査光の光路を特定する。そして、特定した検査光の光路から、使用者の指Ｆｇの３次元座標を算出する。３次元座標の算出方法については後述する。
【0070】
同期信号生成部４４は、同期信号を生成するための信号生成回路を備えている。同期信号に基づいて動作することで、光源制御部４１１及び走査制御部４１２が同期して駆動する。また、同期信号は演算処理部４２にも送信されており、受光信号と関連付けられた同期信号から、走査光源部１００からの検査光の出光の時間と受光部３００による検出光の受光の時間を取得することができる。
【0071】
外部出力部４５は、外部機器と接続し、外部機器に使用者の指Ｆｇの位置情報（３次元座標）を送信するための通信回路を含む。外部出力部４５は有線によるデータ通信を行う構成であってもよいし、無線によるデータ通信を行う構成であってもよい。
【0072】
次に、位置検出装置Ａの動作について図面を参照して説明する。図５Ａは本発明にかかる位置検出装置の第１検査光生成部の動作を示す図であり、図５Ｂは本発明にかかる位置検出装置の第２検査光生成部の動作を示す図である。
【0073】
図５Ａは、第１検査光生成部１２のＭＥＭＳ１２１の動作を示している。図５Ａの矩形は検出領域Ｓａを示しており、検出領域Ｓａに検査光のスポットＳｐｔで検出領域Ｓａを２次元走査している。図５Ａは、検査光生成部１２の反射面１２０の第１軸Ｃ１周りの揺動、すなわち、第１方向の揺動Ｏｓ１と、第２軸Ｃ２周りの揺動、すなわち、第２方向の揺動Ｏｓ２とを示している。なお、図５Ａにおける第１方向及び第２方向は図２における第１方向（水平方向）及び第２方向（鉛直方向）と対応している。
【0074】
図５Ａにおいて、第１方向の揺動Ｏｓ１は横軸を反射面１２０の揺動角度（法線の位置）、縦軸を時間としており、第２方向の揺動Ｏｓ２は横軸を時間、縦軸を反射面２２０の揺動角度（法線の位置）としている。位置検出装置Ａでは、光源制御部４１１が生成する制御信号と走査制御部４１２の制御信号とに基づいて、第１光源部１１と第１検査光生成部１２、第２光源部２１と第２検査光生成部２２とを駆動させている。反射面１２０は、第１方向に一定の周波数で揺動するとともに、第２方向に一定の周波数で揺動している。
【0075】
位置検出装置Ａでは、スポットＳｐｔを第１方向の１方向への移動を第２方向にずらして繰り返すことで検出領域Ｓａの２次元走査を行っている。このような走査を行う場合、走査光源制御部４１は、以下のような制御を行っている。走査光源制御部４１は、図５Ａに示すように、反射面１２０の角度が第１方向の一方（ここでは左から右）に移動するとき、レーザ発光素子１１１から赤外光を出光する。そして、反射面１２０の角度が第１方向の他方（右から左）に移動するときに、レーザ発光素子１１１からの赤外光の出射を停止する。このレーザ発光素子１１１からの光の出射を停止する期間が第１方向の帰線期間（水平帰線期間）である。図５Ａでは第１方向の揺動Ｏｓ１の帰線期間を破線で示している。なお、本実施形態では、スポットＳｐｔが第１方向の一方に走査するときにだけ、レーザ発光素子１１１から発光させているが、これに限定されるものではない。スポットＳｐｔで第１方向に往復するように、レーザ発光素子１１１を発光させてもよい。
【0076】
反射面１２０は、第１方向の揺動の周波数よりも低い周波数で第２方向にも揺動している。そして、位置検出装置Ａにおいて、走査光源制御部４１は反射面１２０の角度が第２方向の一方（ここでは、上から下）に移動する間で、第１方向の一方（左から右）に移動しているときにレーザ発光素子１１１から赤外光を出光する制御を行う。そのため、実際に検出領域Ｓａに照射される検査光のスポットＳｐｔは、第１方向と第２方向の両方に移動する、すなわち、斜めに移動する。
【0077】
走査光源制御部４１は、反射面１２０の角度が、第１方向に１往復移動するときに、第２方向に検査光のスポットＳｐｔの直径分又は直径よりもわずかに小さい幅分（１ライン分とする）に移動するように、第１方向及び第２方向の周波数を調整する。これにより、検査光のスポットＳｐｔの第１方向の一方への移動が、第２方向に１ラインずつずらして繰り返され、検出領域Ｓａは検査光のスポットＳｐｔで隙間なく走査される。なお、スポットＳｐｔの移動を走査と称し、第１方向の移動を第１方向の走査、第２方向の移動を第２方向の走査と称する場合がある。
【0078】
そして、反射面１２０の角度が第２方向の他方（下から上）に移動するときに、レーザ発光素子１１１からの赤外光の出射を停止する。この反射面１２０の角度が第２方向の他方に移動する期間が第２方向の帰線期間（垂直帰線期間）である。図５Ａでは第１方向の揺動Ｏｓ１の帰線期間を破線で示している。
【0079】
走査光源制御部４１が以上のように走査光源部１００の第１光学系１０を以上のように制御することで、第１出光位置１０１から出射される検査光のスポットＳｐｔの左から右へ１ラインずつ上から下に移動する走査が繰り返し行われる。
【0080】
また、図５Ｂに示すように第２光学系２０も第１光学系１０と同様の動作が行われており、第２光学系２０からの検査光でも同様に操作領域Ｓａを検査光のスポットＳｐｔで２次元走査する。
【0081】
位置検出装置Ａにおいて、走査光源制御部４１は、第１出光位置１０１からの検査光と第２出光位置１０２からの検査光とが同時に検出領域Ｓａに対して出射されないように走査光源部１００を制御している。走査光源制御部４１による走査光源部１００の制御について図面を参照して説明する。図６は走査光源部の動作を示すタイミングチャートである。
【0082】
図６において、横軸は時間であり、最上段は、第１検査光生成部１２の反射面１２０の第１方向及び第２方向の揺動角度を示している。その下の段は、第２検査光生成部２２の反射面２２０の第１方向及び第２方向の揺動角度を示している。さらにその下の段は、第１光源部１１のレーザ発光素子１１１からの赤外光の出射を示している。その下の段は、第１光源部２１のレーザ発光素子２１１からの赤外光の出射を示している。最も下の段は、受光部３００の受光素子３１からの受光信号である。また、受光素子３１が受光している部分の拡大図も示している。
【0083】
図６に示すように、走査制御部４２２は反射光（検査光）が第１方向の照射範囲を超えるように反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）を揺動している。そして、光源制御部４２１は第１光源部１１１から出射される光の出射タイミングを制御することで、検査光が検出領域Ｓａの照射範囲内に照射させている。
【0084】
そして、走査制御部４２２は反射光（検査光）が第２方向の照射範囲を超えるように反射面１２０を揺動している。そして、光源制御部４２１は第１光源部１１１から出射される光の出射タイミングを制御することで、検査光が検出領域Ｓａの照射範囲内に照射させている。第１光学系１０では、反射面１２０の第１方向への移動を示す線が右上がりの期間（期間Ｔｍ２）が帰線期間（垂直帰線期間）であり、右下がりの期間（期間Ｔｍ１）である走査期間にレーザ発光素子１１１から赤外光を出射している。詳しく説明すると、第１光学系１０では、期間Ｔｍ１でなおかつ反射面１２０が第１方向の一方（左から右）に移動するときに、第１光源部１１のレーザ発光素子１１１から赤外光を出射する。
【0085】
走査光源制御部４１は、第１光学系１０の第１検査光生成部１２と第２光学系２０の第２検査光生成部２２とが交互に第２方向の帰線期間を迎えるように走査光源部１００を制御している。図５に示すように、期間Ｔｍ１では第２検査光生成部２２が帰線期間（垂直帰線期間）となっており、期間Ｔｍ２では第１検査光生成部１２が帰線期間（垂直帰線期間）となっている。位置検出装置Ａでは、期間Ｔｍ１では、第１出光位置１０１からの検査光で検出領域Ｓａを２次元走査し、期間Ｔｍ２では、第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａを２次元走査している。これにより、第１出光位置１０１からの検査光と第２出光位置１０２からの検査光が同時に検出領域Ｓａに照射されないようにしている。
【0086】
次に本発明にかかる位置検出装置Ａによる検出対象体（使用者の指Ｆｇ）を検出する手順について図面を参照して説明する。図７は本発明にかかる位置検出装置の動作を示すフローチャートである。図８Ａは第１出光位置から出射された検査光の検出対象体における反射光又は散乱光を受光した位置を示す図であり、図８Ｂは第２出光位置から出射された検査光の検出対象体における反射光又は散乱光を受光した位置を示す図である。図９Ａは座標と検査光の光路を関係付けたテーブルであり、図９Ｂは光路の情報から３次元座標を演算していることを示す図である。
【0087】
図７に示すように、走査光源制御部４１は、記憶部４３の制御テーブルから第１光学系１０及び第２光学系２０の駆動のタイミングの情報を取得する（ステップＳ１０１）。走査光源制御部４１の走査制御部４１２は、同期信号生成部４４からの同期信号と駆動タイミングの情報とに基づいて、第１検査光生成部１２のＭＥＭＳ１２１の第１方向及び第２方向の揺動タイミングを示す走査信号（制御信号）を生成してドライバ１２２に送る。また、光源制御部４１１は、ＭＥＭＳ１２１が検査光を照射角度のときに第１光源部１１のレーザ発光素子１１１が出光するように、ドライバ１１２に発光信号（制御信号）を送信する。このように、第１光学系１０に制御信号を送信することで、第１出光位置１０１から検査光を出射する（ステップＳ１０２）。
【0088】
受光部３００の受光素子３１は一定の間隔で処理部４００に受信信号を送信しており、演算処理部４２の受信部４２１は受光素子３１からの受光信号を取得する（ステップＳ１０３）。受信部４２１は、同期信号生成部４４からの同期信号を受けており、受光信号と同期信号とを関連付けて演算部４２２に送る。演算部４２２は、受光信号と同期信号に含まれる受信情報を記憶部４３に記憶する（ステップＳ１０４）。
【0089】
そして、走査光源制御部４１は、走査が終了したか否か確認する（ステップＳ１０５）。走査の終了は、第１検査光生成部１２の信号処理部１２３からの変位信号に基づいて、反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）が帰線期間に有るかどうかを判断することで行っている。
【0090】
走査が終了していない場合（ステップＳ１０５でＮｏの場合）、第１出光位置１０１からの検査光の出射を継続する（ステップＳ１０２に戻る）。走査が終了した場合（ステップＳ１０５でＹｅｓの場合）、演算処理部４２は検出領域Ｓａに使用者の指Ｆｇが検出されたか否か確認する（ステップＳ１０６）。
【0091】
なお、使用者の指Ｆｇが検出領域Ｓａ内にあるか否かの確認は、受光素子３１が予め決められた閾値以上であるか否かで判断するものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【0092】
検出領域Ｓａ内に使用者の指Ｆｇが検出された場合（ステップＳ１０６でＹｅｓの場合）、演算部４２２は、受光情報を呼び出し使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する検出位置の情報（座標）を取得し記憶部４３に記憶する（ステップＳ１０７）。
【0093】
演算部４２２は、第１出光位置１０１に対する検出位置の座標の取得は、受光信号と関連付けられた同期信号を取得する。同期信号と制御テーブルに基づいて、第１光源部１１のレーザ発光素子１１１の発光開始からの時間ｔ１（図６の拡大部分参照）を取得する。レーザ発光素子１１１は、反射面１２０の揺動に同期して発行するためレーザ発光素子１１１の発光開始からの時間ｔ１を取得することで、使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する第１方向の位置ｘ１を確認できる。
【0094】
同様に演算部４２２は第１検査光生成部１２の信号処理部１２３からの変位信号に基づいて、反射面１２０の第２方向の揺動角度Ｌ１（図６の拡大部分を参照）を取得する。第２方向の揺動角度Ｌ１から、使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する第２方向の位置ｙ１を確認できる。このことから、第１出光位置１０１から見た検査領域Ｓａ内での使用者の指Ｆｇの座標（ｘ１、ｙ１）を取得する（図８Ａ参照）。
【0095】
第１出光位置１０１からの検査光で検出領域Ｓａに使用者の指Ｆｇが検出されなかった場合（ステップＳ１０６でＮｏの場合）、光学位置検出部Ａで検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの検出が終了されているか否か確認する（ステップＳ１１７）。なお、検出の終了としては、例えば、外部機器からの終了の信号の受信や図示を省略した操作部（例えば、スイッチ）に使用者による操作を検出したときに行われるものを挙げることができるが、これに限定されない。
【0096】
処理部４００が、検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの検出を終了することを確認した場合（ステップＳ１１７でＹｅｓの場合）、検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの検出を終了する。処理部４００が検出領域Ｓａの検出を継続することを確認した場合（ステップＳ１１７でＹｅｓの場合）、第１出光位置１０１からの検査光による検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの検出を行う（ステップＳ１０１に戻る）。なお、上述のように、第１出光位置１０１からの検査光で使用者の指Ｆｇを検出しない場合、第１出光位置１０１からの検査光の出射を繰り返す。そのため、第２出光位置１０２からの検査光の出射を停止するため、消費電力を低減することができる。また、第１出光位置１０１が、使用者に直接照射しないような角度で検査光を検出領域Ｓａに照射する位置に配置されることで、故障時等の安全性を高めることができる。
【0097】
第１出光位置１０１からの検査光による検出領域Ｓａの走査によって使用者の指Ｆｇを検出した場合（ステップＳ１０６でＹｅｓの場合）、走査光源制御部４１は第２出光位置１０２からの検査光の出射を行う（ステップＳ１０８）。具体的には以下のとおりである。走査制御部４１２は、同期信号生成部４４からの同期信号と駆動タイミングの情報とに基づいて、第２検査光生成部２２のＭＥＭＳ２２１の第１方向及び第２方向の揺動タイミングを示す走査信号（制御信号）を生成してドライバ２２２に送る。また、光源制御部４１１は、ＭＥＭＳ２２１が検査光を照射角度のときに第２光源部２１のレーザ発光素子２１１が出光するように、ドライバ２１２に発光信号（制御信号）を送信する。
【0098】
受光部３００の受光素子３１は一定の間隔で処理部４００に受信信号を送信しており、演算処理部４２の受信部４２１は受光素子３１からの受光信号を取得する（ステップＳ１０９）。上述のとおり、同期信号から受光信号を受光した光が第１出光位置１０１から出射されているか第２出光位置１０２から出射されているかを確認することができる。
【0099】
受信部４２１は、同期信号生成部４４からの同期信号を受けており、受光信号と同期信号とを関連付けて演算部４２２に送る。演算部４２２は、受光信号と同期信号に含まれる受信情報を記憶部４３に記憶する（ステップＳ１１０）。
【0100】
そして、走査光源制御部４１は、走査が終了したか否か確認する（ステップＳ１１１）。走査の終了は、第２検査光生成部２２の信号処理部２２３からの変位信号に基づいて、反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）が帰線期間に有るかどうかを判断することで行っている。
【0101】
走査が終了していない場合（ステップＳ１１１でＮｏの場合）、第２出光位置１０２からの検査光の出射を継続する（ステップＳ１０８に戻る）。走査が終了した場合（ステップＳ１１１でＹｅｓの場合）、演算処理部４２は検出領域Ｓａに使用者の指Ｆｇが検出されたか否か確認する（ステップＳ１１２）。使用者の指Ｆｇが検出領域Ｓａ内にあるか否かの確認は上述と同じである。
【0102】
なお、使用者の指Ｆｇが検出領域Ｓａ内にあるか否かの確認は、受光素子３１が予め決められた閾値以上であるか否かで判断するものを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【0103】
検出領域Ｓａ内に使用者の指Ｆｇが検出された場合（ステップＳ１１２でＹｅｓの場合）、演算部４２２は、受光情報を呼び出し使用者の指Ｆｇの第２出光位置１０２に対する検出位置の情報（座標）を取得し記憶部４３に記憶する（ステップＳ１１３）。
【0104】
演算部４２２の第２出光位置１０２に対する検出位置の座標の取得は、受光信号と関連付けられた同期信号を取得する。同期信号と制御テーブルに基づいて、第２光源部２１のレーザ発光素子２１１の発光開始からの時間ｔ２（図６の拡大部分参照）を取得する。レーザ発光素子２１１は、反射面２２０の揺動に同期して発行するためレーザ発光素子２１１の発光開始からの時間ｔ２を取得することで、使用者の指Ｆｇの第２出光位置１０２に対する第１方向の位置ｘ２を確認できる。
【0105】
同様に演算部４２２は第２検査光生成部２２の信号処理部２２３からの変位信号に基づいて、反射面２２０の第２方向の揺動角度Ｌ２（図６の拡大部分を参照）を取得する。第２方向の揺動角度Ｌ２から、使用者の指Ｆｇの第２出光位置１０２に対する第２方向の位置ｙ２を確認できる。このことから、第２出光位置１０２から見た検査領域Ｓａ内での使用者の指Ｆｇの座標（ｘ２、ｙ２）を取得する（図８Ｂ参照）。
【0106】
第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａに使用者の指Ｆｇが検出されなかった場合（ステップＳ１１３でＮｏの場合）、光学位置検出部Ａで検出領域Ｓａ内の使用者の指Ｆｇの検出が終了されているか否か確認する（ステップＳ１１７）。ステップＳ１１７以降は、同じ動作であるため省略する。
【0107】
演算部４２２は記憶部４３に記憶している第１出光位置１０１から見た使用者の指Ｆｇの座標及び第２出光位置１０２から見た使用者の指Ｆｇの座標から第１出射位置１０１から及び第２出光位置から出射された検査光の光路を特定する（ステップＳ１１４）。検査光の特定の方法としては、例えば、次の方法を挙げることができる。演算部４２２は検出された使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する座標情報と第２出光位置１０２に対する座標情報に基づいて検査光の光路を特定する。
【0108】
位置検出装置Ａでは、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａを第１方向及び第２方向に走査しているため、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２に対する使用者の指Ｆｇの座標から検査光の光路を特定することができる。図９Ａに示すように、演算部４２２は、検査光の光路を関連付けた光路テーブルを参照して、第１出光位置１０１から使用者の指Ｆｇに照射された検査光の光路Ｂ１１及び第２出光位置１０２から使用者の指Ｆｇに照射された検査光の光路Ｂ２２の情報を取得する。
【0109】
図９Ｂに示すように、光路の交点に基づいて使用者の指Ｆｇの３次元座標を取得する。なお、光路が交差しない場合、最近点同士の中間点とする等の近似演算を行う。また、制御テーブル及び受光信号と関連付けられた同期信号とから、反射面１２０及び反射面２２０の角度を取得し、反射面１２０及び反射面２２０の角度から検査光の光路を特定するようにしてもよい。
【0110】
そして、第１出光位置１０１からの検査光の光路と第２出光位置１０２からの検査光の光路とから検査領域Ｓａ内での使用者の指Ｆｇの３次元座標を演算によって算出する（ステップＳ１１５）。演算部４２２は演算により算出した使用者の指Ｆｇの３次元座標を外部出力部４５に引き渡し、外部出力部４５は外部機器に使用者の指Ｆｇの３次元座標を送信する（ステップＳ１１６）。３次元座標の送信を行った後、検出領域Ｓａの検出を継続するか否か確認する（ステップＳ１１７）。ステップＳ１１７以降は、同じ動作であるため省略する。
【0111】
以上のように、本発明にかかる位置検出装置Ａでは、異なる位置に話して配置されている第１出光位置１０１と第２出光位置１０２の両方から検出領域Ｓａに出射された検査光の検査対象体で反射及び（又は）散乱された光を受光部３００で検知する。そして、受光部３００で検知した反射光及び（又は）散乱光に基づいて、第１出光位置１０１から出射された検査光の光路と第２出光位置１０２から出射された検査光の光路を特定し、検出対象体の３次元座標を演算にて算出する。このような構成を有しているため、受光部３００は、第１出光部１０１から出射された検査光及び第２出光部１０２から出射された検査光が検査対象体で反射及び（又は）散乱された光を受光できればよく、受光部３００の位置の自由度が高くなる。これにより、位置検出装置Ａの検出精度を高めることが可能である。
【0112】
また、受光部３００は、反射光又は散乱光を検出することができればよく、簡単な構成とすることができる。
【0113】
また、本発明において、検出対象体として使用者の指Ｆｇを挙げているが、これに限定されるものではなく、検査光を反射することができる表面を有するものを広く挙げることができる。検出対象体については、以下の実施形態でも同様である。
【0114】
＜第２実施形態＞検出対象体である使用者の指Ｆｇが移動する場合もある。このような場合について、図面を参照して説明する。図１０は検出対象体が移動しているときの座標を示す図である。図１０は横軸にフレームを示しており、上段は第１出光位置１０１に対する検出対象体の検出座標であり、下段は第２出光位置１０２に対する検出対象体の検出座標である。また、位置検出装置Ａは、第１出光位置１０１からの検査光での検査領域Ｓａの全体走査と、第２出光位置１０２からの検査光での検査領域Ｓａの全体走査を交互に行う。
【0115】
図１０に示すように、フレームＦ１、Ｆ３、Ｆ５では、演算部４２２は、第１出光位置１０１からの検査光で２次元走査を行ったときの第１出光位置１０１に対する使用者の指Ｆｇの位置の実測座標Ｐｆ１、Ｐｆ３、Ｐｆ５を取得する。また、フレームＦ２、Ｆ４では、演算部４２２は、第２出光位置１０２からの検査光で２次元走査を行ったときの第２出光位置１０２に対する使用者の指Ｆｇの位置の実測座標Ｐｆ２、Ｐｆ４を取得する。
【0116】
また、演算部４２２はフレームＦ１の実測座標Ｐｆ１とフレームＦ３の実測座標Ｐｆ３とから推測したフレームＦ２の推測座標Ｐｖ２を演算にて取得する。なお、推測座標Ｐｖ２の演算は実測座標Ｐｆ１と実測座標Ｐｆ３との中間点としている。同様に、フレームＦ３の実測座標Ｐｆ３とフレームＦ５の実測座標Ｐｆ５とから推測した推測座標Ｐｖ４を演算にて取得する。さらに、演算部４２２は、フレームＦ２の実測座標Ｐｆ２とフレームＦ４の実測座標Ｐｆ４とから推測したフレームＦ３の推定座標Ｐｖ３を演算にて取得する。
【0117】
そして、演算部４２２は、実測座標と推定座標とで各フレームにおける使用者の指Ｆｇの３次元座標を算出する。例えば、フレームＦ２における使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する推定座標Ｐｖ２と第２出光位置１０２に対す実測座標Ｐｆ２とからフレームＦ２における使用者の指Ｆｇの３次元座標を取得する。このように、実測座標と推定座標とを用いることで、使用者の指Ｆｇが移動するときの３次元座標を正確に取得することが可能である。
【0118】
＜第３実施形態＞本発明にかかる位置検出装置の他の例について図面を参照して説明する。図１１は本発明にかかる位置検出装置の他の例の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態にかかる位置検出装置Ａは、走査光源部１００による走査光源制御部４００の制御が異なる以外、第１実施形態の位置検出装置Ａと同じである。すなわち、基本構成は位置検出装置Ａと同じ構成であるため、同じ符号で説明するとともに、詳細な説明者省略する。
【0119】
図１１に示すように、第１光学系１０の第１検査光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）の第２方向の揺動の速度は上から下に揺動する期間（走査期間）に比べて下から上に揺動する期間（帰線期間）が速い。また、同様に、第２光学系２０の第２検査光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）の第２方向の揺動の速度は上から下に揺動する期間（走査期間）に比べて下から上に揺動する期間（帰線期間）が速い。
【0120】
そして、第１検査光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）と第２検査光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２０）との第２方向の揺動の切り替わりのタイミングがずれている。例えば、走査光源制御部４１は、第１検査光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）が走査期間の中間部分で、第２検査光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）が帰線期間となるように第１光学系１０及び第２光学系２０を駆動している。
【0121】
そして、図１１に示すように、走査光源制御部４１は第１出光位置１０１からの検査光による検出領域Ｓａの走査と第２出光位置１０からの検査光による検出領域Ｓａの走査とを１ラインごとに切り替えるように第１光学系１０及び第２光学系２０を制御している。
【0122】
図１１に示すように、走査光源制御部４１は第１検査光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）が走査期間の略中央で第２検査光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）が帰線期間になるように第１光学系１０及び第２光学系２０を制御している。このとき、反射面１２（ＭＥＭＳ１２１）は検査光で検査領域Ｓａの第２方向の中央の領域を走査するときに検査光で往復走査している。検査光で第１方向に往復走査することで、走査の分解能を高めることができる。
【0123】
図１１に示すように、走査光源制御部４１は第２検査光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）が走査期間の略中央で第１検査光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）が帰線期間になるように第２光学系２０及び第１光学系１０を制御している。このとき、反射面２２（ＭＥＭＳ２２１）は検査光で検査領域Ｓａの第２方向の中央の領域を走査するときに検査光で往復走査している。検査光で第１方向に往復走査することで、走査の分解能を高めることができる。
【0124】
走査光源制御部４１が第１光学系１０及び第２光学系２０を図１１に示すように制御することで、検査領域Ｓａの第２方向の中央領域を検査光で往復走査するため、検査領域Ｓａの第２方向の中央領域での検出の分解能を高め、検出精度を上げることができる。
【0125】
なお、本実施形態の位置検出装置Ａでは、第１検出光生成部１２の反射面１２０（ＭＥＭＳ１２１）と第２検出光生成部２２の反射面２２０（ＭＥＭＳ２２１）とはずれているが同じ周波数を有している。しかしながら、同じ周波数でなくてもよい。
【0126】
＜第４実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のその他の例について図面を参照して説明する。図１２は本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図である。図１２に示す位置検出装置Ａ１は、走査光源部１００ａと、受光部３００とを備えている。光源位置検出装置Ａ１は、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２の相対位置が異なる以外は、光源位置検出装置Ａと同じ構成を有しており、実質上同じ部分は同じ符号を付すとともに詳細な説明は省略する。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。
【0127】
上述のとおり、検査光の第１方向の走査周波数は第２方向の走査周波数よりも高い。そのため、２次元走査において、第１方向（Ｈ方向）が主走査方向となり、第２方向（Ｖ方向）が副走査方向である。そして、位置検出装置Ａは、第１出光位置１０１と第２出光位置１０２は検査光の走査方向のうち第１方向（Ｈ方向）に離れて配置した構成を有している。そのため、位置検出装置Ａは第１出光位置１０１と第２出光位置１０２とが主走査方向に並んで配置されている。
【0128】
位置検出装置Ａ１では、第１出光位置１０１と第２出光位置１０２を第２方向（Ｖ方向）である副走査方向に並んで配置している。このように配置することで、位置検出装置Ａ１の第１出光位置１０１と第２出光位置１０２の配置の自由度を上げることができる。
【0129】
なお、位置検出装置Ａ１では、対比を容易にするため、主走査方向と副走査方向とを位置検出装置Ａと同じ主走査方向を第１方向（水平方向）、副走査方向を第２方向（鉛直方向）としているがこれに限定されない。第１方向（水平方向）を副走査方向、第２方向（鉛直方向）を主走査方向とすることで、第１出光位置１０１、第２出光位置１０２を第１方向（水平方向）に配列した位置検出装置Ａ１同じ構成とすることも可能である。
【0130】
＜第５実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１３は本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図であり、図１４Ａは第１出光位置からの検査光の２次元走査を示す図であり、図１４Ｂは第２出光位置からの検査光の２次元走査を示す図である。図１３に示す位置検出装置Ａ２は、走査光源部１００ｂと、受光部３００とを備えている。光源位置検出装置Ａ１は、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２の相対位置が異なる以外は、光源位置検出装置Ａと同じ構成を有しており、実質上同じ部分は同じ符号を付すとともに詳細な説明は省略する。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。
【0131】
位置検出装置Ａや位置検出装置Ａ１では、検査光で検出領域Ｓａを２次元走査する走査方向（主走査方向、副走査方向）に並べて配置されているものとしている。図１３に示す位置検出装置Ａ２は、検出領域Ｓａから見て、第１出光位置１０１と第２出光位置１０２とが第１方向及び第２方向の両方にずれて配置されている。
【0132】
図１４Ａは第１出光位置１０１からの検査光で検出領域Ｓａを２次元走査している状態を示しており、第１方向（水平方向）を周波数が高い主走査方向であり、第２方向（鉛直方向）を周波数が低い副走査方向としている。
【0133】
図１４Ｂは第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａを２次元走査している状態を示しており、第１方向（水平方向）を周波数が低い副走査方向であり、第２方向（鉛直方向）を周波数が高い主走査方向としている。
【0134】
このように、第１出光位置１０１からの検査光の走査方向と第２出光位置１０２からの検査光の走査方向とが異なるような構成とすることもできる。
【0135】
なお、主走査方向と副走査方向とが直交しないような構成の場合、第１出光位置１０１からの検査光による走査領域と第２出光位置１０２からの検査光による操作領域が検出領域Ｓａで重なるような構成である。
【0136】
＜第６実施形態＞本発明にかかる位置検出装置の他の例について図面を参照して説明する。図１５は本発明にかかる位置検出装置の他の例の概略配置図であり、図１６は図１５に示す位置検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【0137】
図１５に示すように位置検出装置Ｂは走査光源部５００と、受光部３００とを備えている。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。走査光源部５００は、光学位置検出部Ａと同じ構成の第１光源部１１及び第２光源部２１と、反射面５１０を含む検査光生成部５１とを備えている。走査光源部５００の第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２には、検査光生成部５１で生成された検査光を検出領域Ｓａに向けて反射する第１反射部６１及び第２反射部６２が設けられている。また、図１６に示すタイミングチャートは最上段に検査光生成部の反射面の第２方向の揺動角度を示しており、その下に、第１光源部及び第２光源部の発光のタイミングを示している。
【0138】
図１５に示すように、位置検出装置Ｂは検査光生成部５１に向けて第１光源部１１及び第２光源部２１から光を出射する。図１６に示すように、第１光源部１１は検査光生成部５１の反射面５１０が第２方向の中間位置から上側に向けて揺動しているときに光を照射する。そして、第１光源部１１から出射された光は、第１方向及び第２方向に走査された検査光として第１反射部６１に入射し反射される。第１反射部６１で反射された検査光は、検出領域Ｓａに照射され検出領域Ｓａを走査する。
【0139】
同様に、図１６に示すように、第２光源部２１は検査光生成部５１の反射面５１０が第２方向の中間位置から下側に向けて揺動しているときに光を照射する。そして、第２光源部２１から出射された光は、第１方向及び第２方向に走査された検査光として第２反射部６２に入射し反射される。第２反射部６２で反射された検査光は、検出領域Ｓａに照射され検出領域Ｓａを走査する。
【0140】
すなわち、光学位置検出部Ｂでは、第１出光位置１０１に第１反射部６１が設けられ第１反射部６１で反射された光が第１出光位置１０１から検査光として出射される。また、第２出光位置１０２に第２反射部６２が設けられ第２反射部６２で反射された光が第２出光位置１０２から検査光として出射される。
【0141】
以上のように、光学位置検出部Ｂでは、走査光源制御部４１が走査光源部５００を上述のように制御することで、１個の検査光生成部５１で２個の出光位置から検査光を出射することが可能である。これにより、検査光生成部５１の個数を減らすことができるため、光学位置検出部Ｂの構造を簡略化することができる。
【0142】
検査光生成部５１の反射面５１０の第２方向の揺動角度によって第１光源部１１からの光を第１反射部６１に入射させる及び第２光源部２１からの光を第２反射部６２に入射させる構成となっている。このため、第１反射部６１が配置される第１出光位置１０１と第２反射部６２が配置される第２出光位置１０２とは、少なくとも第２方向に離れた構成となっている。なお、第１光源部１１及び第２光源部２１の角度によっては、第１出光位置１０１と第２出光位置１０２とが第１方向及び第２方向の両方にずれた位置とすることも可能である。
【0143】
なお、本実施形態では、検査光生成部５１の反射面５１０の第２方向の揺動角度を２分割することで、２箇所の出光位置から検査光を出射する構成としているが、これに限定される者ではなく、揺動角度を３個以上に分割して３箇所以上の出光位置から検査光を出射する構成としてもよい。
【0144】
なお、本実施形態では、第１出光位置１０１に第１反射部６１、第２出光位置１０２に第２反射部６２が配置されており、複数個の出光位置ごとに反射部を配置しているが、これに限定されない。反射部を配置している出光位置と配置していない出光位置を備えておき、反射部で反射された検査光が出射される出光位置と光学系からの検査光をそのまま出射する出射位置を備えていてもよい。
【0145】
また、出光位置ごとに反射部を設けておくとともに、反射部を移動（例えば、摺動可能或いは角度変更可能）としておき、任意の出光位置では光学系からの検査光が直接出射するように形成されていてもよい。また、反射部を移動させて、検査光の照射角度を調整し、検出領域を変更できるようになっていてもよい。
【0146】
＜第７実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１７は本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図であり、図１８は図１７に示す位置検出装置の動作を示すタイミングチャートである。図１７に示すように、位置検出装置Ｃは、走査光源部６００と、受光部３００とを備えている。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。走査光源部６００の第１出光位置１０１には第１反射部６１が、第２出光位置１０２には第２反射部６２が設けられている。また、走査光源部６００は、光源部６０１と、光源部６０１に含まれる偏光部６０２と、検査光生成部６０３と、偏光ビームスプリッタ６０４（光路切替部）とを備えている。光源部６０１は、偏光部６０２を備えている以外、位置検出装置Ａの第１光源部１１と同じ構成を有しており、同じ部分には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、検査光生成部６０３は第１検査光生成部１２と同じ構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
【0147】
光源部６０１は直線偏光の赤外光を出射している。なお、光源部６０１から出射される赤外光はＰ偏光の光とする。光源部６０１から出射されたレーザ光は、偏光部６０２に入射する。偏光部６０２は透過する光の偏光方向を変換する素子である。偏光部６０２としては、ここでは偏光フィルタ６０２１と液晶素子６０２２を組み合わせたものを用いたものとしているが、これに限定されず、偏光方向を変えることができるものを広く採用することができる。
【0148】
偏光部６０２を透過した赤外光は、検査光生成部６０３に入射する。検査光生成部６０３は、第１方向と第２方向に揺動する反射面６３０を備えており、反射面６３０で入射した赤外光を第１方向及び第２方向に走査した検査光を生成する。検査光生成部６０３で生成された検査光は、偏光ビームスプリッタ６０４に入射する。偏光ビームスプリッタ６０４は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射面を有している。偏光ビームスプリッタ６０４に入射した検査光がＰ偏光の場合、偏光ビームスプリッタ６０４を透過し、第１反射部６１に入射し、第１反射部６１で反射された検査光は検査領域Ｓａを走査する。また、偏光ビームスプリッタ６０４に入射した検査光がＳ偏光の場合、偏光ビームスプリッタ６０４の反射面で反射されて第２反射部６２に入射し、第２反射部６２で反射された検査光は検査領域Ｓａを走査する。
【0149】
位置検出装置Ｃでは、処理部４００が透過する光の偏光をＰ偏光又はＳ偏光に切り替えるように偏光部６０２を制御している。そして、偏光部６０２を透過する光を反射面６３０の第２方向の帰線期間から走査期間に切り替わるタイミングでＰ偏光に切り替えることで、第１反射部６１が設けられた第１出光位置１０１からの検査光で検出領域Ｓａの走査を行う。また、同様に、偏光部６０２を透過する光を反射面６３０の第２方向の帰線期間から走査期間に切り替わるタイミングでＳ偏光に切り替えることで、第２反射部６２が設けられた第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａの走査を行う。
【0150】
以上のような、位置検出装置Ｃでは、１個の光源部６０１と１個の検査光生成部６０３を含む構成であり、構成を簡略化することができ、位置検出装置Ｃを小型化することが可能である。
【0151】
＜第８実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図１９は本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図であり、図２０は図１９に示す位置検出装置の動作を示すタイミングチャートである。
【0152】
図１９に示す位置検出装置Ｄは、走査光源部７００が異なる以外、位置検出装置Ｂと同じ構成を有している。そのため、位置検出装置Ｄにおいて、位置検出装置Ｂと実質上同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
【0153】
図１９に示すように、位置検出装置Ｄは、走査光源部７００と、受光部３００とを備えている。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。走査光源部７００の第１出光位置１０１には第１反射部６１が、第２出光位置１０２には第２反射部６２が設けられている。また、走査光源部７００は、光源部７１と、検査光生成部７２と、光路変更ミラー７３（光路切替部）とを備えている。光源部７１及び検査光生成部７２は位置検出装置Ａの第１光源部１１及び第１検査光生成部１２と同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。
【0154】
図１９に示すように光路変更ミラー７３は、第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２とを有している。第１ミラー部７３１及び第２ミラー部７３２は、第１方向に並んで配置されている。そして、検査光生成部７２で生成される検査光は、第１方向にそうされることで、第１ミラー部７３１又は第２ミラー部７３２に入射する。
【0155】
検査光生成部７２の反射面７２０が揺動し、検査光が第１ミラー部７３１に入射すると第１ミラー部７３１で反射されて（光路が変更されて）第１反射部６１に入射する。検査光は第１反射部６１で反射され第１出光位置１０１から出射されて検出領域Ｓａを２次元走査する。
【0156】
また、検査光生成部７２の反射面７２０が揺動し、検査光が第２ミラー部７３２に入射すると第２ミラー部７３２で反射されて（光路が変更されて）第２反射部６２に入射する。検査光は第２反射部６２で反射され第２出光位置１０２から出射されて検出領域Ｓａを２次元走査する。
【0157】
本発明にかかる位置検出装置の動作について図面を参照して説明する。図２１は検査光生成部の反射面の揺動状態と検査光の光路変更ミラーへの光の照射状態を示す図であり、図２２は位置検出装置の光路を示す平面図であり、図２３は検査光が検査領域を走査している状態を示す概略図である。
【0158】
図２１は図５Ａと同様、上部に第１方向の揺動角度の時間変化を示し、左部に第２方向の揺動角度の時間変化を示している。また、長方形は検査光生成部７２側から見た光路変更ミラー７３を示しており、中央の境界から左側が第１ミラー部７３１、右側が第２ミラー部７３２である。
【0159】
図２２に示すように、検査光生成部７２は揺動する光源部７１からの光を第１方向及び第２方向に走査して光路変更ミラー７３に入射する。光路変更ミラー７３は、第１方向の中央で第１ミラー部７３１及び第２ミラー部７３２に分割されており、図２２において、反射面７２０が反時計回りに揺動すると、検査光は第１ミラー部７３１を走査する。
【0160】
図２１に示すように、検査光が光路変更ミラー７３を左から中央部に揺動するとき、検査光は、左端のｋ０から中央部分のｋ１までの間、第１反射部６１に向けて反射される。なお、反射により左右が逆転するため、検出領域Ｓａは、第１出光位置１０１からの検査光で右から左に走査される。
【0161】
そして、反射面７２０が中央部から右端に揺動するとき、検査光は、中央部のｋ２から右端のｋ３までの間、第２反射部６２に向けて反射される。なお、反射により左右が逆転するため、検出領域Ｓａは、第２出光位置１０２からの検査光で左から右に走査される。すなわち、光路変更ミラー７３の第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２とが主走査方向である第１方向に配置されることで、第１出光位置１０１からの検査光と第２出光位置１０２からの検査光とで往復１ラインずつ検査領域Ｓａの走査を行うようになる。
【0162】
図２３に示すように、走査制御部４１２は検査光が光路変更ミラー７３の第１方向及び第２方向の光照射範囲を超えるように検査光生成部７２の反射面を揺動している。そして、光源制御部４１１は検査光が光路変更ミラー７３の範囲から外れるときには光の出射を停止するように光源部７１を制御している。
【0163】
走査光源制御部４１は、検査光を光路変更ミラー７３内に収まるように光源部７１及び検査光生成部７２の制御を行うだけでよく、制御が簡単になる。また、光源部７１及び検査光生成部７２を１つずつ備える構成であるため、構成を簡略化でき、小型化することも可能である。
【0164】
なお、本実施形態では光路変更ミラー７３が第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２の２個のミラーを備えた構成を例に説明しているが、これに限定されるものではない。３個以上のミラー部を走査方向に並べて配置した光路変更ミラーを利用することで、３個以上の出光位置から検査光を出射することが可能である。
【0165】
また、本実施形態では、光路変更ミラー７３が第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２の２個のミラーとを主走査方向である第１方向に並べた構成としているが、これに限定されるものではなく、副走査方向の第２方向に並べた構成であってもよい。副走査方向に複数個のミラー部を並べる構成の場合、１つのミラー部で反射された検査光による検査領域Ｓａの走査を２回完了するごとに、ミラー部が切り替わる。例えば、第１出光位置１０１からの検査光で検出領域Ｓａの全体を２回走査した後、第２出射位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａの全体の２回走査が行われる。そして、このような走査が繰り返される。
【0166】
なお、使用者の指Ｆｇの第１出光位置１０１に対する座標及び第２出光位置１０２に対する座標は、第１実施形態に示す方法と同様の方法を利用して決定される。なお、光路変更ミラー７３の中央で光路が変更される構成であるため、光源部７１の出射開始からの時間と座標の関係は、第１実施形態とは異なる。
【0167】
＜第９実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図２４は本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態にかかる位置検出装置Ｄの構成は第８実施形態と同じ構成であるため、構成についての説明は省略する。
【0168】
位置検出装置Ｄでは、検査光生成部７２で生成された検査光の光路変更ミラー７３に照射されるスポットは、中央の境界部分で第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２の両方に照射される期間がある。そのため、図２４に示すように、光源制御部４１１は検査光のスポットが第１ミラー部７３１と第２ミラー部７３２の境界を越えるときに光源部７１からの赤外光の出光を停止する。このようにすることで、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２から同時に検査光が出射されるのを抑制し、検出の精度を高めることができる。
【0169】
＜第１０実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図２５は本発明にかかる位置検出装置に用いられる光路変更ミラーの平面図である。本実施形態にかかる位置検出装置Ｄの構成は光路変更ミラー７３の形状が異なる以外、第８実施形態と同じ構成であるため、構成についての説明は省略する。
【0170】
本発明にかかる位置検出装置Ｄでは、検査光生成部７２の反射面７２０を揺動するためにＭＥＭＳを用いている。ＭＥＭＳは上述しているように、アクチュエータの力と弾性支持部の弾性力によって揺動する。弾性力による揺動は、ねじれ角によって発生する力が変化し、これにより揺動の速度も変化する。これにより、検査光のスポットの移動速度にむらができてしまい、検出領域Ｓａ内で対象物の検出精度が低下する。そこで、図２５に示すように、第１ミラー部７３１及び第２ミラー部７３２を凸面形状として、一定時間ごとの反射光の光路が等間隔に並ぶようにしている。
【0171】
このような構成とすることで、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２から出射される検査光の主走査方向の移動を等速又は略等速とすることができ、検出対象体を精度よく検出することが可能である。なお、第１ミラー部７３１及び第２ミラー部７３２として凸面形状のものとしているが、これに限定されるものではない。
【0172】
＜第１１実施形態＞本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図２６は本発明にかかる位置検出装置のさらに他の例の概略配置図であり、図２７は図２６に示す位置検出装置の接続状態を示すブロック図である。図２８は図２６に示す位置検出装置の受光部に備えられているフィルタの透過波長を示す図である。なお、図２６に示す位置検出装置Ａ３は走査光源部１００ｅ及び受光部３００ａが異なる以外は、位置検出装置Ａと同じ構成を有している。そのため、位置検出装置Ａ３において、位置検出装置Ａと実質的に同じ部分は同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
【0173】
走査光源部１００ｅは第１光学系１０ｅと第２光学系２０ｅとを備えている。第１光学系１０ｅは、波長Ｒ１の赤外光を出射するレーザ発光素子１１１ｅを含む第１光源部１１ｅと、第１検査光生成部１２とを備えている。なお 、第１光源部１１ｅは波長Ｒ１の赤外光に最適化されているが、基本構成は、第１光源部１１と同じであり同じ部分には同じ符号を付し、詳細は省略する。
【0174】
一方、第２光学系２０ｅは、波長Ｒ１と異なる（ここでは、長い）波長Ｒ２の赤外光を出射するレーザ発光素子２１１ｅを含む第２光源部２１ｅと、第２検査光生成部２２とを備えている。なお 、第２光源部２１ｅは波長Ｒ２の赤外光に最適化されているが、基本構成は、第２光源部２１と同じであり同じ部分には同じ符号を付し、詳細は省略する。
【0175】
すなわち、位置検出装置Ａ３において、走査光源部１００ｅは、第１出光位置１０１から波長Ｒ１の検査光を出射し、第２出光位置１０２から波長Ｒ２の赤外光を出射する。
【0176】
そして、受光部３００ａは、第１受光素子３１ａ、第２受光素子３１ｂが並べて配置されている。第１受光素子３１ａの受光面に隣接してレンズ３３ａ、第２受光素子３１ｂに隣接してレンズ３３ｂが設けてられている。さらに、第１レンズ３３ａの第１受光素子３１ａと反対側に近接して、波長Ｒ１の赤外光を透過し、波長Ｒ２の赤外光を遮断する第１フィルタ３２ａが設けられている。また、第２レンズ３３ｂの第２受光素子３１ｂと反対側に近接して、波長Ｒ２の赤外光を透過し、波長Ｒ１の赤外光を遮断する第２フィルタ３２ｂが設けられている。
【0177】
図２８は縦軸が透過率、横軸が波長である。波長Ｒ１＜波長Ｒ２の条件であるとすると、第１フィルタ３２ａは、図２８に示すように、波長Ｒ３（Ｒ１＜Ｒ３＜Ｒ２）以上の波長をカットするローパスフィルタとすることができる。また、第２フィルタ３２ｂは波長Ｒ３以下の波長をカットするハイパスフィルタとすることができる。これに限定されるものではなく、それぞれの受光波長を透過するバンドパスフィルタを備えていてもよい。
【0178】
そして、図２７に示すように、第１受光素子３１ａと第２受光素子３１ｂとは、それぞれ、個別に受信部４２１に対して受光信号を送信する。受信部４２１は第１受光素子３１ａからの受光信号及び第２受光素子３１ｂからの受光信号のそれぞれを同期信号と関連付けて演算部４２２に送る。
【0179】
第１光源部１１ｅ及び第２光源部２１ｅが異なる波長の光を出射し、それぞれの波長の光を第１受光素子３１ａ及び第２受光素子３１ｂで選択的に受光するので、光が第１出光位置１０１又は第２出光位置１０２のいずれから出射されたものか判断が容易である。
【0180】
また、異なる波長の光を照射するため検出領域Ｓａに第１光源部１１ｅ及び第２光源部２１ｅから出射された光が同時に照射されてもいずれの光源（出光位置）から出射された光か判断することができる。そのため、位置検出装置Ａ３では、第１出光位置１０１からの検査光と第２出光位置１０２からの検査光との出射のタイミングを同期させなくてもよい。例えば、第１出光位置１０１からの検査光と第２出光位置１０２からの検査光を検出領域Ｓａに同時照射してもよい。
【0181】
本実施形態では、検査光を識別するため、波長の異なる検査光を照射するものとしているが、これに限定されない。例えば、偏光方向が異なる光を検出領域に入射させるような走査光源部と、バンドパスフィルタに替えて或いはバンドパスフィルタに加えて偏光方向に応じて透過或いは遮断する偏光フィルタを備えるような構成であってもよい。
【0182】
＜第１２実施形態＞図２９は本発明にかかる位置検出装置の一例の概略構成図であり、図３０は図２９に示す位置検出装置の電気的な接続を示すブロック図である。図２９、図３０に示す位置検出装置Ａ４は、走査光源部１００ｆと、受光部３００と、受光部３１０とを備えている。また、図示は省略しているが処理部４００と同様の処理部を備えている。光源位置検出装置Ａ４は、出光位置が３個備えられているとともに、受光部３１０が２個備えられている以外、位置検出装置Ａと実質上、同じ構成を有しており、実質上同じ部分は同じ符号を付すとともに詳細な説明は省略する。
【0183】
図２９及び図３０に示す位置検出装置Ａ４の走査光源部１００ｆは、第１出光位置１０１、第２出光位置１０２及び第３出光位置１０３を備えている。第１出光部１０１、第２出光位置１０２及び第３出光位置１０３には、それぞれ、第１光学系１０、第２光学系２０及び第３光学系３０が設けられている。なお、第１光学系１０、第２光学系２０及び第３光学系３０は実質的に同じ構成を有しているため、詳細は省略する。
【0184】
位置検出装置Ａでは、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２からの検査光で検出領域Ｓａの２次元走査を行っており、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２の位置を基準として検出対象体の３次元座標を演算にて算出している。検出対象体の移動や変形によって、２個の出光位置では、検出対象体の３次元座標を取得できない場合がある。そのため、第１出光位置１０１及び第２出光位置１０２からの検査光では照射が困難な位置に検査光を照射するように第３出光位置１０３を配置する。そして、受光部３００に加えて受光部３１０を配置する。受光部３１０は、受光部３００と同じ構成を有しており、受光部３００では受光できない反射光及び（又は）散乱光を受光できる位置に配置されている。
【0185】
受光部３００及び受光部３１０はいずれも受信部４２１に接続されており、受光部３００及び受光部３１０からの受光信号は受信部４２１で受信される。走査光源制御部４００は、第１出光部１０１、第２出光部１０２及び第３出光部１０３から出射される検査光での検出領域Ｓａの走査を時系列で行うように、第１光学系１０、第２光学系２０及び第３光学系３０を制御している。そのため、演算部４２２は同期信号と受光信号とから第１光学系１０、第２光学系２０及び第３光学系３０のいずれから検査光が出射されたかを確認できる。
【0186】
また、３個の出光位置を備えることで、検出領域Ｓａ内の検出対象体の形状を取得することも可能である。
【0187】
なお、本実施形態の光学位置検出部Ａ４では、３個の出光位置と２個の受光部を備えた構成としているが、これに限定されるものではなく、出光位置が３個以上あってもよい。また、受光部も１個でもよいし、２個以上であってもよい。
【0188】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。また、上記各実施形態は適宜組み合わせて実施することも可能である。
【符号の説明】
【0189】
Ａ 位置検出装置１００ 走査光源部
１０ 第１光学系
１１ 第１光源部
１１１ レーザ発光素子（ＬＤ）
１１２ ドライバ
１２ 第１検査光生成部
１２０ 反射面
１２００ 鏡体
１２１ ＭＥＭＳ
１２１１ 第１弾性変形部
１２１２ 揺動支持部
１２１３ 第２弾性変形部
１２１４ 枠体
１２１５ 第１アクチュエータ
１２１６ 第２アクチュエータ
１２２ ドライバ
１２３ 信号処理部
１３ 第１レンズ
１４ 第１ビームスプリッタ
１５ 第１モニタ用受光素子
２０ 第２光学系
２１ 第２光源部
２１１ レーザ発光素子（ＬＤ）
２１２ ドライバ
２２ 第２検査光生成部
２２０ 反射面
２２１ ＭＥＭＳ
２２２ ドライバ
２２３ 信号処理部
２３ 第２レンズ
２４ 第２ビームスプリッタ
２５ 第２モニタ用受光素子
３００ 受光部
３１ 受光素子
３２ フィルタ
３３ レンズ
４００ 処理部
４１ 走査光源制御部
４１１ 光源制御部
４１２ 走査制御部
４２ 演算処理部
４２１ 受信部
４２２ 演算部
４３ 記憶部
４４ 同期信号生成部
４５ 外部出力部
Ｉｐ 空間入力装置
Ｉａ 操作入力空間
Ｉｖ 空中像
Ｐｔ 空中結像プレート
Ｈｔ ホスト装置
Ｏｐ 操作判別装部
Ｃｎｔ 制御装置