JP2010211355A - 位置検出方法、光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】導光板から出射される位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との間に直線的な関係がない場合でも、指などの対象物体の位置を正確に判定することができる位置検出方法、光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および電子機器を提供すること。
【解決手段】検出領域10R内の対象物体Obの位置を光学的に検出するにあたって、位置検出光L2a〜L2dを放出する位置検出用光源12A〜12Dと、導光板13と、検出領域10Rに受光部15aを向けた光検出器15とを設ける。光検出器15を介して得られた受光強度に基づいて対象物体Obの位置を判定する際、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との実際の関係の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正する。
【選択図】図1
【解決手段】検出領域10R内の対象物体Obの位置を光学的に検出するにあたって、位置検出光L2a〜L2dを放出する位置検出用光源12A〜12Dと、導光板13と、検出領域10Rに受光部15aを向けた光検出器15とを設ける。光検出器15を介して得られた受光強度に基づいて対象物体Obの位置を判定する際、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との実際の関係の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正する。
【選択図】図1
Description
本発明は、位置検出方法、光学式位置検出装置、該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、および当該位置検出機能付き表示装置を備えた電子機器に関するものである。
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。
かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある(特許文献1、2参照)。
しかしながら、特許文献1、2に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
そこで、本願発明者は、図12に模式的に示すように、導光板13の端部に対向するように位置検出用光源12を設け、導光板13から出射された位置検出光L2が指などに当たって反射した光を光検出器15で検出する光学式位置検出装置を検討している。かかる光学式位置検出装置では、導光板13から出射される位置検出光L2の強度と位置検出用光源12からの距離との間に直線的な関係があると考えられるので、少ない数の位置検出用光源12や光検出器15で指などの位置を検出することができる。
しかしながら、図12に示す光学位置検出装置によって、指などの位置を実際に検出すると、大きな誤差が発生するという問題点がある。本願発明者は、かかる問題点を検討した結果、その原因が検出領域における位置検出光L2の強度分布の乱れに起因するという新たな知見を得た。すなわち、導光板13から出射される位置検出光L2の強度は、位置検出用光源12の近傍で極めて強く、位置検出用光源12から離れると急峻に低下しているため、導光板13から出射される位置検出光L2の強度と位置検出用光源12からの距離との関係は、直線的な関係から大きくずれているという新たな知見を得た。
そこで、本発明者は、導光板13の改良を試みているが、導光板13から出射される位置検出光L2の強度と位置検出用光源12からの距離との関係が直線的な関係となる導光板13を構成できていないのが現状である。なお、図12に示す構成は、本願発明の問題点を示す説明図であり、従来技術ではない。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、位置検出用光源から出射した位置検出光を、導光板を介して出射して対象物体の位置を検出する方式を採用するにあたって、導光板から出射される位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との間に直線的な関係がない場合でも、指などの対象物体の位置を正確に判定することができる位置検出方法、光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、およびかかる位置検出機能付き表示装置を備えた電子機器を低コストかつ低消費電力で提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための位置検出方法であって、位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記位置検出光を内部に採り込む光入射部および該光入射部から入射した前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板と、前記検出領域に受光部を向けた光検出器とを設け、該光検出器を介して得られた受光強度に基づいて前記対象物体の位置を判定する際、前記検出領域において、基準となる前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と、実際の前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離との関係とのずれに起因する誤差を補正することを特徴とする。
また、本発明では、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記位置検出光を内部に採り込む光入射部および該光入射部から入射した前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板と、前記検出領域に受光部を向けた光検出器と、該光検出器を介して得られた受光強度に基づいて前記対象物体の位置を判定する位置判定部と、を有し、前記位置判定部は、前記対象物体の位置を判定する際に前記検出領域において、基準となる前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と、実際の前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離との関係とのずれに起因する誤差を補正することを特徴とする。
本発明において、「光検出器を介して得られた受光強度」とは、光検出器による直接的な検出結果に加えて、光検出器による検出結果に基づいて位置検出用光源の駆動電流を調整した際の駆動電流値に関する情報なども含む意味である。
本発明では、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とは相関性を有する。従って、光検出器を介して得られた受光強度から対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の位置検出装置を構成することができる。かかる光学式位置検出装置および位置検出方法において、本発明では、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との関係の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正する。このため、導光板から出射される位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との間に直線的な関係がない場合でも、指などの対象物体の位置を正確に判定することができる。すなわち、導光板から出射される位置検出光の強度は、位置検出用光源の近傍で極めて強く、位置検出用光源から離れると急峻に低下しているが、かかる場合でも、指などの対象物体の位置を正確に判定することができる。
本発明において、前記位置判定部は、前記検出領域の各位置において前記光検出器を介して得られる受光強度と前記検出領域上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を記憶しておく記憶部を備え、前記位置判定部は、前記逆関数および前記光検出器を介して得られた受光強度に基づいて、前記対象物体の位置を判定することが好ましい。
本発明において、前記位置判定部は、前記検出領域における前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と見做した場合の算出結果を補正するための補正情報を記憶しておく記憶部を備え、前記位置判定部は、前記補正情報および前記光検出器を介して得られた受光強度に基づいて、前記対象物体の位置を判定する構成を採用してもよい。
本発明において、前記位置検出光源は、前記位置検出光として、互いに逆向きの光成分をもつ位置検出光を生成するために複数設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、互いに逆向きの位置検出光の間の光量比や位相差などから、対象物体の位置を正確に検出することができる。
本発明において、前記位置検出光源は、前記位置検出光として、第1方向において互いに逆向きの光成分をもつ第1方向位置検出用の位置検出光、および当該第1方向に交差する第2方向において互いに逆向きの光成分をもつ第2方向位置検出用の位置検出光を出射するために複数設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、互いに逆向きの位置検出光の間の光量比や位相差などから、第1方向および第2方向の双方の対象物体の位置を判定することができる。
この場合、前記複数の位置検出用光源として、少なくとも4つの位置検出用光源を前記導光板の周りに備え、前記4つの位置検出用光源のうち、前記導光板の周りで隣り合う2つの位置検出用光源と他の2つの位置検出用光源とによって前記第1方向位置検出用の位置検出光を生成し、当該第1方向位置検出用の位置検出光を生成する際と異なる組み合わせで前記導光板の周りで隣り合う2つの位置検出用光源と他の2つの位置検出用光源とによって前記第2方向位置検出用の位置検出光を生成することが好ましい。
本発明を適用した光学式位置検出装置は、画像生成装置と組み合わせることにより、位置検出機能付き表示装置を構成することができる。この場合、画像生成装置は、前記導光板に対して対向配置された電気光学パネルを備えている。前記画像生成装置としては、前記電気光学パネルとしての液晶パネルと、前記電気光学パネルとしての液晶パネルと、前記液晶パネルに対して光を供給する照明装置とを備え、当該照明装置は、前記導光板あるいは該導光板と別体の照明用導光板に対して照明光を出射する照明用光源を備えている液晶装置を用いることができる。また、前記画像生成装置としては、前記電気光学パネルとしての有機エレクトロルミネッセンスパネルを備えた有機エレクトロルミネッセンス装置を用いてもよい。
本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器に用いられる。
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。
[全体構成]
図1は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。図2(a)、(b)は各々、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。図3は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置における導光板、検出領域、位置検出用光源、光検出器の平面的な位置関係を示す説明図である。
図1は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。図2(a)、(b)は各々、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置の断面構成を模式的に示す断面図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。図3は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置における導光板、検出領域、位置検出用光源、光検出器の平面的な位置関係を示す説明図である。
図1、図2(a)および図3において、本形態の位置検出機能付き表示装置100は、光学式位置検出装置10と画像生成装置200とを備えており、光学式位置検出装置10は、例えば、画像生成装置200によって表示された画像に基づいて、指などの対象物体Obを検出領域10Rに接近させた際、対象物体Obの平面的な位置を検出する。
かかる光学式位置検出装置10は、位置検出光L2a〜L2dを放出する位置検出用光源12A〜12Dと、位置検出光L2a〜L2dが入射する光入射部13a〜13dを周囲の端面部に備えた導光板13と、検出領域10Rに受光部15aを向けた光検出器15とを備えており、導光板13は、内部を伝播した位置検出光L2a〜L2dを出射する光出射面13sを一方の表面(図示上面)に備えている。位置検出用光源12A〜12Dは光入射部13a〜13dと対向するように配置され、好ましくは光入射部13a〜13dと密接するように配置されている。本形態では、光検出器15に加えて、補償用光検出器15xも用いられている。かかる補償用光検出器15xは、光検出器15を介して得られる検出結果に対する温度などの影響を補償するためのものであり、位置検出光L2a〜L2dを検出するものではない。
導光板13は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板13において、光出射面13s、または光出射面13sの反対側の背面13tには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層(図示せず)などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部13a〜13dから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面13sより出射される。導光板13の背後には反射シートなどで構成される反射板14が配置され、反射板14は、導光板13の背面13tから出射される位置検出光L2a〜L2dを導光板13の内部に戻すように機能する。
本形態において、導光板13は、4つの辺部分13i〜13lを備えた略四角形の平面形状を備えており、四角形の4つの角部分13e〜13hが各々、光入射部13a〜13dになっている。ここで、光入射部13a〜13dは、例えば、導光板13の角部分13e〜13hを除去してなる端面により構成されている。
位置検出用光源12A〜12Dは、例えばLED(発光ダイオード)などの発光素子で構成され、駆動回路(図示せず)から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光L2a〜L2dを放出する。位置検出光L2a〜L2dの種類は、特に限定されないが、後述する信号処理などによって外光と区別して検出可能なものが好ましく、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なることが好ましい。また、位置検出光L2a〜L2dは、指やタッチペンなどの対象物体Obにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。例えば、対象物体Obが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線(特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で850nm付近)であることが望ましい。
位置検出用光源12A〜12Dは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光を放出するように構成される。4つの位置検出用光源12A〜12Dのうち、任意の2つの位置検出用光源は対になって第1光源対を構成し、他の2つの位置検出用光源は対になって第2光源対を構成している。例えば、導光板13の対角位置に配置された位置検出用光源12A、12Bが第1光源対を構成し、他の2つの位置検出用光源12C、12Dが第2光源対を構成している。この場合、第1光源対では、2つの位置検出用光源12A、12Bの一方が第1位置検出用光源とされ、他方が第2位置検出用光源として用いられる。また、第2光源対では、2つの位置検出用光源12C、12Dの一方が第1位置検出用光源とされ、他方が第2位置検出用光源として用いられる。
このように構成した位置検出機能付き表示装置100において、第1光源対における中心光軸と第2光源対における中心光軸とは互いに交差している。このため、第1の位置検出光L2aと位置検出光L2bは、導光板13の内部では、矢印Aで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面13sから出射されるのに対して、位置検出光L2cと位置検出光L2dは、矢印Aで示す方向に対して交差する方向(矢印Bで示す方向)において互いに逆向きに伝播しながら光出射面13sから出射される。
本形態の位置検出機能付き表示装置100において、導光板13の光出射側には、必要に応じて、位置検出光L2a〜L2dの均―化を図るための光学シート16が配置されている。本形態においては、光学シート16として、導光板13の光出射面13sに対向する第1プリズムシート161と、第1プリズムシート161に対して導光板13が位置する側とは反対側で対向する第2プリズムシート162と、第2プリズムシート162に対して導光板13が位置する側とは反対側で対向する光散乱板163とが用いられている。なお、光学シート16に対して導光板13が位置する側とは反対側には矩形枠状の遮光シート17が光学シート16の周囲に配置されている。かかる遮光シート17は、位置検出用光源12A〜12Dから出射された位置検出光L2a〜L2dが漏れるのを防止する。
[画像生成装置200の構成]
画像生成装置200は、光学シート16(第1プリズムシート161、第2プリズムシート162および光散乱板163)に対して導光板13が位置する側とは反対側に電気光学パネル20を備えている。本形態において、電気光学パネル20は、透過型の液晶パネルであり、2枚の透明性基板21、22をシール材23で貼り合わせ、基板間に液晶24を充填した構造を有している。本形態において、電気光学パネル20は、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、2枚の透明性基板21、22の一方側には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子(図示せず)が形成され、他方側には透光性の共通電極(図示せず)が形成されている。なお、画素電極および共通電極が同一の基板に形成されることもある。かかる電気光学パネル20では、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶24の配向が制御される結果、画像表示領域20Rに画像が形成される。
画像生成装置200は、光学シート16(第1プリズムシート161、第2プリズムシート162および光散乱板163)に対して導光板13が位置する側とは反対側に電気光学パネル20を備えている。本形態において、電気光学パネル20は、透過型の液晶パネルであり、2枚の透明性基板21、22をシール材23で貼り合わせ、基板間に液晶24を充填した構造を有している。本形態において、電気光学パネル20は、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、2枚の透明性基板21、22の一方側には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子(図示せず)が形成され、他方側には透光性の共通電極(図示せず)が形成されている。なお、画素電極および共通電極が同一の基板に形成されることもある。かかる電気光学パネル20では、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶24の配向が制御される結果、画像表示領域20Rに画像が形成される。
電気光学パネル20において、一方の透光性基板21には、他方の透光性基板22の外形より周囲に張り出した基板張出部21tが設けられている。この基板張出部21tの表面)上には駆動回路などを構成する電子部品25が実装されている。また、基板張出部21tには、フレキシブル配線基板(FPC)などの配線部材26が接続されている。なお、基板張出部21t上には配線部材26のみが実装されていてもよい。なお、必要に応じて透光性基板21、22の外面側には偏光板(図示せず)が配置される。
ここで、対象物体Obの平面位置を検出するためには、位置検出光L2a〜L2dを対象物体Obによる操作が行われる視認側へ出射させる必要があり、電気光学パネル20は、導光板13および光学シート16よりも視認側(操作側)に配置されている。従って、電気光学パネル20において、画像表示領域20Rは、位置検出光L2a〜L2dを透過可能に構成される。なお、電気光学パネル20が導光板13の視認側とは反対側に配置される場合には、画像表示領域20Rが位置検出光L2a〜L2dを透過するように構成されている必要はないが、その代りに、画像表示領域20Rが導光板13を通して視認側より透視可能に構成される必要がある。
画像生成装置200は、電気光学パネル20を照明するための照明装置40を備えている。本形態において、照明装置40は、導光板13に対して電気光学パネル20が位置する側とは反対側において導光板13と反射板14との間に配置されている。
照明装置40は、照明用光源41と、この照明用光源41から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板43とを備えており、照明用導光板43は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源41は、例えばLED(発光ダイオード)などの発光素子で構成され、駆動回路(図示せず)から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光L4を放出する。本形態において、照明用光源41は、照明用導光板43の辺部分43aに沿って複数、配列されている。
図2(a)に示すように、照明用導光板43は、辺部分43aに隣接する光出射側の表面部分(光出射面43sの辺部分43a側の外周部)に傾斜面43gが設けられ、照明用導光板43は、辺部分43aに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面43gを有する入光構造によって、光出射面43sが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分43aの高さを照明用光源41の光放出面の高さに対応させてある。
かかる照明装置40において、照明用光源41から出射された照明光は、照明用導光板43の辺部分43aから照明用導光板43の内部に入射した後、照明用導光板43の内部を反対側の外縁部43bに向けて伝播し、一方の表面である光出射面43sから出射される。ここで、照明用導光板43は、辺部分43a側から反対側の外縁部43bに向けて内部伝播光に対する光出射面43sからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板43の光出射面43s、または背面43tに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度などを上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分43aから入射した照明光L4は光出射面43sからほぼ均一に出射される。
本形態において、照明用導光板43は、電気光学パネル20の視認側とは反対側で電気光学パネル20の画像表示領域20Rと平面的に重なるように配置され、いわゆるバックライトとして機能する。但し、照明用導光板43を電気光学パネル20の視認側に配置して、いわゆるフロントライトとして機能するように構成してもよい。また、本形態において、照明用導光板43は導光板13と反射板14との間に配置されているが、照明用導光板43を光学シート16と導光板13との間に配置してもよい。また、照明用導光板43と導光板13とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート16を位置検出光L2a〜L2dと照明光L4との間で共用としている。但し、照明用導光板43の光出射側に、上記の光学シート16とは別の専用の光学シートを配置してもよい。これは、照明用導光板43においては光出射面43sから出射される照明光L4の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散乱板を用いることが多いが、位置検出用の導光板13においては光出射面13sから出射される位置検出光L2a〜L2dを大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとなる。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板43の専用品とすることが好ましい。但し、プリズムシート(第1プリズムシート161や第2プリズムシート162)などの集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。
[検出領域の構成]
図2(a)に示すように、電気光学パネル20の視認側(操作側)には光透過性を有する表装板30が配置され、この表装板30の外面(電気光学パネル20とは反対側の面)上に光検出器15が配置される。この光検出器15はフォトダイオードなどの受光素子で構成され、上記位置検出光L2a〜L2dの強度を検出可能となるように構成される。本形態では、位置検出光L2a〜L2dとして赤外線が用いられているため、光検出器15は、少なくとも赤外線に感度を有する受光素子で構成される。
図2(a)に示すように、電気光学パネル20の視認側(操作側)には光透過性を有する表装板30が配置され、この表装板30の外面(電気光学パネル20とは反対側の面)上に光検出器15が配置される。この光検出器15はフォトダイオードなどの受光素子で構成され、上記位置検出光L2a〜L2dの強度を検出可能となるように構成される。本形態では、位置検出光L2a〜L2dとして赤外線が用いられているため、光検出器15は、少なくとも赤外線に感度を有する受光素子で構成される。
表装板30の光検出器15側には、位置検出機能付き表示装置100を保持固定するための枠体や、位置検出機能付き表示装置100を搭載する電子機器の筐体などで構成される表面板31(図2(a)に二点鎖線で示す。)が配置され、この表面板31には、表装板30のうちの光学式位置検出装置10の検出領域10R、および電気光学パネル20の画像表示領域20Rを露出させる開口部31aが形成されている。
検出領域10Rは、位置検出光L2a〜L2dが視認側(操作側)に出射される平面範囲であり、対象物体Obによる反射光が生じうる平面範囲である。本形態において、検出領域10Rの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの1つの長辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器15が配置されている。検出領域10Rにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は90度となっており、かかる内角は、導光板13の角部分13e〜13hの内角と同一の角度とされている。但し、検出領域10Rの角部分の内角は、表面板31の開口部31aの角部分により規定されているので、導光板13の角部分13e〜13hの内角とは独立して設定することができる。
本形態において、検出領域10Rは、表面板31の開口部31aによって規定されているが、導光板13の光出射面13s自身によって規定された構成、電気光学パネル20の位置検出光の透過領域によって規定された構成、その他の遮光部材によって規定された構成など、結果として位置検出光が視認側(操作側)に出射される範囲であれば、その態様は特に問わない。また、表装板30や表面板31は設けられていなくても構わない。例えば、表装板30が設けられずに電気光学パネル20が直接、露出した構造としてもよい。
本形態において、電気光学パネル20の画像表示領域20Rは、電気光学パネル20において表示画像が表示される平面範囲である。本形態において、画像表示領域20Rは四つの辺を備えた矩形状であり、検出領域10Rと合同形状を有し、その位置は検出領域10Rと平面的に完全にー致している。但し、検出領域10Rと画像表示領域20Rとは少なくとも一部が平面的に重なっていればよい。
光検出器15は、表面板31の開口縁部31bに取り付けられ、その受光部15aが検出領域10Rに向かう姿勢で固定されている。受光部15aは開口縁部31bにおける検出領域10R側の開口部31aに臨む縁部端面に露出している。本形態において、光検出器15は、開口縁部31bと平面的に重ねられ、視認側(操作側)から被覆された状態とされている。これにより、外装デザインヘの制約を低減することができる。
[検出原理]
上記光検出器15での検出に基づいて対象物体Obの位置情報の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、そのー例として、二つの位置検出光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。
上記光検出器15での検出に基づいて対象物体Obの位置情報の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、そのー例として、二つの位置検出光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。
以下、位置検出用光源12A、12Bを各々、第1位置検出用光源および第2位置検出用光源として用い、位置検出光L2a、L2bを各々、第1位置検出光および第2位置検出光として用いた場合で原理を説明する。
本形態の位置検出機能付き表示装置100においては、位置検出用光源12A〜12Dから放出された位置検出光L2a〜L2dは各々、光入射部13a〜13dから導光板13の内部に入射し、導光板13の内部を伝播しながら徐々に光出射面13sから出射される。その結果、位置検出光L2a〜L2dは、光出射面13sから面状に放出される。
例えば、位置検出光L2aは光入射部13aから光入射部13bに向けて導光板13の内部を伝播しながら徐々に光出射面13sから放出されていく。また、位置検出光L2bは光入射部13bから光入射部13aに向けて導光板13の内部を伝播しながら徐々に光出射面13sから放出されていく。
そして、位置検出光L2a〜L2dは、光学シート16および電気光学パネル20を透過して表装板30の視認側(操作側)に検出領域10R全体から出射される。従って、表装板30の視認側(操作側)に指などの対象物体Obが配置されると、対象物体Obにより上記位置検出光L2a〜L2dが反射され、その反射光の一部が上記光検出器15により検出される。
ここで、検出領域10Rに出射される位置検出光L2aの光量は、図2(b)に実線で示すように、位置検出用光源12Aからの距離に伴って直線的に減衰し、検出領域10Rに出射される位置検出光L2bの光量は、図2(b)に点線で示すように、位置検出用光源12Bからの距離に伴って直線的に減衰すると考えられる。
また、第1の位置検出用光源12Aの制御量(例えば電流量)、変換係数、および放出光量をIa、k、およびEa、第2の位置検出用光源12Bの制御量(電流量)、変換係数、および放出光量をIb、k、およびEbとすれば、
Ea=k・Ia
Eb=k・Ib
となる。また、第1の位置検出光L2aの減衰係数、および検出光量をfa、およびGa、第2の位置検出光L2bの減衰係数、および検出光量をfb、およびGbとすれば、
Ga=fa・Ea=fa・k・Ia
Gb=fb・Eb=fb・k・Ib
となる。
Ea=k・Ia
Eb=k・Ib
となる。また、第1の位置検出光L2aの減衰係数、および検出光量をfa、およびGa、第2の位置検出光L2bの減衰係数、および検出光量をfb、およびGbとすれば、
Ga=fa・Ea=fa・k・Ia
Gb=fb・Eb=fb・k・Ib
となる。
従って、光検出器15において両位置検出光の検出光量の比であるGa/Gbが検出できるとすれば、
Ga/Gb=(fa・Ea)/(fb・Eb)=(fa/fb)・(Ia/Ib)
となるから、放出光量の比Ea/Eb、および制御量の比Ia/Ibに相当する値が分かれば、減衰係数の比fa/fbが分る。この減衰係数の比と両位置検出光の伝播距離の比との間に直線関係があれば、この直線関係を予め設定しておくことで、対象物体Obの位置情報(第1位置検出用光源から第2位置検出用光源へ向かう方向の位置座標)を得ることができる。
Ga/Gb=(fa・Ea)/(fb・Eb)=(fa/fb)・(Ia/Ib)
となるから、放出光量の比Ea/Eb、および制御量の比Ia/Ibに相当する値が分かれば、減衰係数の比fa/fbが分る。この減衰係数の比と両位置検出光の伝播距離の比との間に直線関係があれば、この直線関係を予め設定しておくことで、対象物体Obの位置情報(第1位置検出用光源から第2位置検出用光源へ向かう方向の位置座標)を得ることができる。
上記減衰係数の比fa/fbを求める方法としては、例えば、第1の位置検出用光源12Aと第2の位置検出用光源12Bを逆相で点滅(例えば、矩形波状若しくは正弦波状の駆動信号を伝播距離の差に起因する位相差が無視できる周波数で相互に180度の位相差を持つように動作)させた上で、検出光量の波形を解析する。より現実的には、例えば、一方の制御量Iaを固定し(Ia=Im)、検出波形が観測できなくなるように、すなわち、検出光量の比Ga/Gbが1となるように他方の制御量lbを制御し、このときの制御量Ib=Im・(fa/fb)から上記減衰係数の比fa/fbを導出する。
また、両制御量の和が常に一定、すなわち、下式
Im=Ia+Ib
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ib=Im・fb/(fa十fb)
となるので、
fb/(fa十fb)=α
とすると、下式
fa/fb=(1−α)/α
により、減衰係数の比が求まる。
Im=Ia+Ib
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ib=Im・fb/(fa十fb)
となるので、
fb/(fa十fb)=α
とすると、下式
fa/fb=(1−α)/α
により、減衰係数の比が求まる。
本実施形態では、対象物体Obの矢印A方向の位置情報は、第1の位置検出用光源12Aと第2の位置検出用光源12Bを相互に逆相で駆動することで取得する。また、対象物体Obの矢印B方向の位置情報は、第1の位置検出用光源12Cと第2の位置検出用光源12Dを相互に逆相で駆動することで取得する。従って、制御系において上記A向とB方向の検出動作を順次行って対象物体ObのXY平面上の位置座標を取得できる。
また、図5を参照して後述するように、位置検出用光源12A、12Dを同相で駆動し、位置検出用光源12B、12Cを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源12A、12Dと位置検出用光源12B、12Cとを逆相で駆動して、第1方向(X方向)位置検出用の位置検出光を生成してもよい。この場合、異なるタイミングで位置検出用光源12A、12Cを同相で駆動し、位置検出用光源12B、12Dを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源12A、12Cと位置検出用光源12B、12Dとを逆相で駆動して、第2方向(Y方向)位置検出用の位置検出光を生成する。かかる方法でも、対象物体ObのXY平面上の位置座標を取得できる。このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、1つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。
上記のように、光検出器15により検出される第1位置検出光と第2位置検出光の光量比に基づいて対象物体Obの検出領域10R内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット(MPU)を用い、これにより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4を参照して後述するように、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。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置100の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置100が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
[信号処理部の構成例]
図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の信号処理部の説明図、および信号処理部の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。
図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100の信号処理部の説明図、および信号処理部の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。
図4(a)に示すように、本形態の光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100において、位置検出用光源駆動回路110は、位置検出用光源12Aに対して可変抵抗111を介して駆動パルスを印加し、位置検出用光源12Bに対して反転回路113および可変抵抗112を介して駆動パルスを印加する。このため、位置検出用光源駆動回路110は、位置検出用光源12Aと位置検出用光源12Bとに対して逆相の駆動パルスを印加し、位置検出光L2a、L2bを変調させて出射させる。そして、位置検出光L2a、L2bが対象物体Obで反射した光を共通の光検出器15で受光する。光強度信号生成回路140において、光検出器15には、1kΩ程度の抵抗15rが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Vbが印加されている。
かかる光強度信号生成回路140において、光検出器15と抵抗15rとの接続点P1には、信号処理部150が電気的に接続されている。光検出器15と抵抗15rとの接続点P1から出力される検出信号Vcは、下式
Vc=V15/(V15+抵抗15rの抵抗値)
V15:光検出器15の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器15に入射しない場合と、環境光が光検出器15に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器15に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
Vc=V15/(V15+抵抗15rの抵抗値)
V15:光検出器15の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器15に入射しない場合と、環境光が光検出器15に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器15に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
信号処理部150は概ね、位置検出用信号抽出回路190、位置検出用信号分離回路170、および発光強度補償指令回路180を備えている。
位置検出用信号抽出回路190は、1nF程度のキャパシタからなるフィルター192を備えており、かかるフィルター192は、光検出器15と抵抗15rとの接続点P1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192によって、光検出器15と抵抗15rとの接続点P1から出力された検出信号Vcからは、光検出器15による位置検出光L2a、L2bの位置検出信号Vdが抽出される。すなわち、位置検出光L2a、L2b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192によって除去される。
また、位置検出用信号抽出回路190は、フィルター192の後段に、220kΩ程度の帰還抵抗194を備えた加算回路193を有しており、フィルター192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として位置検出用信号分離回路170に出力される。
位置検出用信号分離回路170は、位置検出用光源12A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なうスイッチ171と、比較器172と、比較器172の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ173とを備えている。このため、位置検出信号Vsが位置検出用信号分離回路170に入力されると、位置検出用信号分離回路170から光強度補償指令回路180には、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、位置検出光L2bが点灯している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。
発光強度補償指令回路180は、実効値Vea、Vebを比較して、図4(b)に示す処理を行ない、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、位置検出光L2bが点灯している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位置検出用光源駆動回路110に制御信号Vfを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路180は、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、位置検出光L2bが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Vebとを比較して、それらが等しい場合、位置検出用光源12A、12Bに対する現状の駆動条件を維持させる。これに対して、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaが、位置検出光L2bが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Vebより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗111の抵抗値を下げさせて位置検出用光源12Aの出射光量を高める。また、位置検出光L2bが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Vebが、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗112の抵抗値を下げさせて位置検出用光源12Bの出射光量を高める。
このようにして、光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100では信号処理部150の発光強度補償指令回路180によって、光検出器15による位置検出光L2a、L2bに対する検出量が同一となるように、位置検出用光源12A、12Bの制御量(電流量)を制御する。従って、発光強度補償指令回路180には、位置検出光L2aが点灯している期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、位置検出光L2bが点灯している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な位置検出用光源12A、12Bでの制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号Vgとして位置判定部120に出力すれば、位置判定部120は、検出領域10Rにおける対象物体Obの位置情報を得ることができる。
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路190において、フィルター192は、光検出器15と抵抗15rとの接続点P1から出力された検出信号Vcから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Vdを抽出する。このため、光検出器15と抵抗15rとの接続点P1から出力された検出信号Vcに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
[誤差補正のための構成]
以上説明したように、本形態の位置検出方法は、原理的には、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との間に直線的な関係があることを前提にしている。
以上説明したように、本形態の位置検出方法は、原理的には、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との間に直線的な関係があることを前提にしている。
しかしながら、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの強度は、位置検出用光源12A〜12Dの近傍で極めて強く、位置検出用光源12A〜12Dから離れると急峻に低下している。
そこで、本形態では、図4に示すように、位置判定部120は、対象物体Obの位置を判定する際に検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との関係の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正するための情報が記憶された記憶部121を備えており、位置判定部120は、記憶部121に記憶されている情報、および光検出器15を介して得られた受光強度(受光強度)に基づいて対象物体Obの位置を判定する。以下、図5〜図9を参照して、誤差補正のための構成例1〜3を説明する。
(誤差補正方法の第1例)
図5は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置での位置検出動作を示す説明図であり、図5(a)、(b)、(c)、(d)は各々、X−Y座標上のX座標位置を判定する際の位置検出用光源の点灯状態を示す説明図、X座標位置を判定する際の光強度分布を示す説明図、X−Y座標上のY座標位置を判定する際の位置検出用光源の点灯状態を示す説明図、およびY座標位置を判定する際の光強度分布を示す説明図である。図6は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との関係を示す説明図であり、図6(a)、(b)は各々、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との理想的な関係(直線関係)を示す説明図、および検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との実際の関係を示す説明図である。
図5は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置での位置検出動作を示す説明図であり、図5(a)、(b)、(c)、(d)は各々、X−Y座標上のX座標位置を判定する際の位置検出用光源の点灯状態を示す説明図、X座標位置を判定する際の光強度分布を示す説明図、X−Y座標上のY座標位置を判定する際の位置検出用光源の点灯状態を示す説明図、およびY座標位置を判定する際の光強度分布を示す説明図である。図6は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との関係を示す説明図であり、図6(a)、(b)は各々、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との理想的な関係(直線関係)を示す説明図、および検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離との実際の関係を示す説明図である。
図7は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第1例を示す説明図であり、図7(a)、(b)、(c)は各々、X座標位置を補正するための説明図、およびY座標位置を補正するための説明図、および座標位置の求め方を示す説明図である。
本形態の位置検出機能付き表示装置100では、対象物体ObのX座標位置を判定する際には、図5(a)に示すように、X方向(第1方向)の一方側で隣り合う位置検出用光源12A、12Dを第1の位置検出用光源として同相で駆動し、X方向の他方側に隣り合う位置検出用光源12B、12Cを第2の位置検出用光源として同相で駆動する。但し、位置検出用光源12A、12Dと位置検出用光源12B、12Cとは互いに逆相である。その際、位置検出用光源12A、12Dから出射された位置検出光L2a、L2dの強度分布は図5(b)に実線L11で示すように直線的であるのが理想的であり、位置検出用光源12B、12Cから出射された位置検出光L2b、L2cの強度分布は図5(b)に実線L21で示すように直線的であるのが理想的である。
また、対象物体ObのY座標位置を判定する際には、図5(c)に示すように、Y方向(第2方向)の一方側で隣り合う位置検出用光源12A、12Cを第1の位置検出用光源として同相で駆動し、X方向の他方側に隣り合う位置検出用光源12B、12Dを第2の位置検出用光源として同相で駆動する。但し、位置検出用光源12A、12Cと位置検出用光源12B、12Dとは互いに逆相である。その際、位置検出用光源12A、12Cから出射された位置検出光L2a、L2cの強度分布は、図5(d)に実線L31で示すように直線的であるのが理想的であり、位置検出用光源12B、12Dから出射された位置検出光L2b、L2dの強度分布は、図5(d)に実線L41で示すように直線的であるのが理想的である。
しかしながら、実際には、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの強度は、位置検出用光源12A〜12Dの近傍で極めて強く、位置検出用光源12A〜12Dから離れると急峻に低下している。かかる様子は、例えば、図6(a)に示す分布から図6(b)に示す分布になっているものとして表される。従って、位置検出用光源12A、12Dから出射された位置検出光L2a、L2dの強度分布は、図5(b)に点線L12で示すように曲線的であり、位置検出用光源12B、12Cから出射された位置検出光L2b、L2cの強度分布も、図5(b)に点線L22で示すように曲線的である。また、位置検出用光源12A、12Cから出射された位置検出光L2a、L2cの強度分布は、図5(d)に点線L32で示すように曲線的であり、位置検出用光源12B、12Dから出射された位置検出光L2b、L2dの強度分布も、図5(d)に点線L42で示すように曲線的である。
その結果、位置判定部120において、図5(b)に実線L11、L21で示す関係、および図5(d)に実線L31、L41で示す関係をそのまま用いて対象物体Obの位置を検出すると、図5(a)、(b)に一点鎖線L10Rで示すように歪んだ検出領域10R上での位置を検出してしまう。
そこで、本形態では、検出領域10Rの各位置において光検出器15を介して得られる検出結果(受光強度)と検出領域10R上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を位置判定部120の記憶部121に記憶しておく。そして、位置判定部120は、記憶部121に記憶されている検出領域10Rの各位置において光検出器15を介して得られる受光強度と検出領域10R上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を用い、当該逆関数および光検出器15を介して得られた受光強度に基づいて、対象物体Obの位置を判定する。
かかる補正方法を、図7を参照して説明するにあたって、その基本原理を理解しやすいように、検出領域10Rの各位置において光検出器15を介して得られる受光強度を、光検出器15での検出値自身とし、かかる検出値から対象物体ObのXY座標を求めるとする。すなわち、検出領域10Rの各位置において光検出器15を介して得られる結果とは、検出光量自身、検出光量の比Ga/Gb、検出光量の比G/Gbが1になるように制御量を補償したときの制御量の比Ia/Ibなどであるが、以下の説明では、検出領域10Rの各位置において光検出器15を介して得られる結果を検出光量自身とする。
本例では、まず、図6(b)に示すような光量分布を規定する曲線の関数
f(x,y)
を求めておき、その逆関数
f-1(p)
p=光量(光検出器15を介して得られる結果)
を記憶部121に記憶しておく。
f(x,y)
を求めておき、その逆関数
f-1(p)
p=光量(光検出器15を介して得られる結果)
を記憶部121に記憶しておく。
そして、対象物体ObのX座標位置を判定する際には、図5(a)に示すように、位置検出用光源12A、12Dと位置検出用光源12B、12Cとを逆相で駆動し、そのときの光検出器15を介して得られる受光強度pを上記の逆関数f-1(p)に代入して検出領域10R上で対象物体Obの位置を求める。例えば、光検出器15を介して得られる受光強度pが4であれば、逆関数f-1(4)を求める。かかる結果は、図7(a)に太線LXで表される。
次に、対象物体ObのY座標位置を判定する際には、図5(c)に示すように、位置検出用光源12A、12Cと位置検出用光源12B、12Dとを逆相で駆動し、そのときの光検出器15を介して得られる受光強度pを上記の逆関数f-1(p)に代入して検出領域10R上で対象物体Obの位置を求める。例えば、光検出器15を介して得られる受光強度pが7.5であれば、逆関数f-1(7.5)を求める。かかる結果は、図7(b)に太線LYで表される。
従って、図7(c)に示すように、図7(a)に示す太線LXと、図7(b)に示す太線LYとをXY座標に投影した際の交点Oが対象物体Obの位置となる。
かかる方法で求めた対象物体Obの位置は、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との関係の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正した真の位置である。それ故、本形態によれば、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離との間に直線的な関係がない場合でも、指などの対象物体Obの位置を正確に判定することができる。
なお、本形態では、逆関数f-1(p)を記憶部121に記憶させておいたが、f(x、y)自身を記憶部121に記憶させておいてもよい。
(誤差補正方法の第2例)
図8は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第2例を示す説明図である。
図8は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第2例を示す説明図である。
本形態において、図4に示す位置判定部120は、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離とを直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部121に記憶しておく。より具体的には、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのX方向の距離とを直線的な関係と見做した場合のX座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部121に記憶しておく。また、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのY方向の距離とを直線的な関係と見做した場合のY座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部121に記憶しておく。
そして、対象物体ObのX座標位置を判定する際には、図5(a)に示すように、位置検出用光源12A、12Dと位置検出用光源12B、12Cとを逆相で駆動し、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのX方向の距離とを直線的な関係と見做した条件で得られたX座標の算出結果と、記録部121が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ObのX軸方向の位置を判定する。その結果、図8(a)に示すように、X方向およびY方向の双方で歪んでいた検出領域10Rの形状を、図8(b)に示すように、X方向については補正された形状とすることができる。
次に、対象物体ObのY座標位置を判定する際には、図5(c)に示すように、位置検出用光源12A、12Cと位置検出用光源12B、12Dとを逆相で駆動し、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのX方向の距離とを直線的な関係と見做した条件で得られたY座標の算出結果と、記録部121が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ObのY軸方向の位置を判定する。その結果、図8(b)に示すように、Y方向で歪んでいた検出領域10Rの形状を、図8(c)に示すように補正することができる。
なお、本形態では、補正情報としては、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離とを直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップデーブルなどを用いることができる。また、補正の対象については、座標の算出結果の他、検出光量自身、検出光量の比Ga/Gb、検出光量の比G/Gbが1になるように制御量を補償したときの制御量の比Ia/Ibなどであってもよい。
(誤差補正方法の第3例)
図9は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第3例を示す説明図である。
図9は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第3例を示す説明図である。
本形態においても、第2例と同様、図4に示す位置判定部120は、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離とを直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部121に記憶しておく。より具体的には、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのX方向の距離とを直線的な関係と見做した場合のX座標の算出結果、およびY座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部121に記憶しておく。
そして、対象物体ObのXY座標位置を判定する際には、まず、図5(a)に示すように、位置検出用光源12A、12Dと位置検出用光源12B、12Cとを逆相で駆動し、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのX方向の距離とを直線的な関係と見做した条件でのX座標を算出する。次に、図5(c)に示すように、位置検出用光源12A、12Cと位置検出用光源12B、12Dとを逆相で駆動し、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12DからのY方向の距離とを直線的な関係と見做した条件でのY座標を算出する。次に、上記のX座標およびY座標と、記録部121が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ObのY軸方向の位置を判定する。その結果、図9(a)に示すように、X方向およびY方向の双方で歪んでいた検出領域10Rの形状を、図9(b)に示すように補正することができる。
なお、本形態では、補正情報としては、検出領域10Rにおける位置検出光L2a〜L2dの強度と位置検出用光源12A〜12Dからの距離とを直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップデーブルなどを用いることができる。また、補正の対象については、座標の算出結果の他、検出光量自身、検出光量の比Ga/Gb、検出光量の比G/Gbが1になるように制御量を補償したときの制御量の比Ia/Ibなどであってもよい。
[他の実施形態]
本発明の光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置100は、上述の実施形態にのみ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。たとえば、上記各実施形態では、一つの光検出器15のみを設けているが、別の光検出器が適宜の位置に配置されていても構わない。
本発明の光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置100は、上述の実施形態にのみ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。たとえば、上記各実施形態では、一つの光検出器15のみを設けているが、別の光検出器が適宜の位置に配置されていても構わない。
例えば、図10に示すように、位置検出用光源として、X軸方向(第1方向)およびY軸方向(第2方向)を含む面内に対して直交するZ軸方向(第3方向)における対象物体Obの位置を検出するための第3方向位置検出用の位置検出光を生成する位置検出用光源12Eを設けた光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100に本発明を適用してもよい。かかる構成の光学式位置検出装置10および位置検出機能付き表示装置100では、図5(a)、(c)に示すモードに加えて、全ての位置検出用光源12Eを点灯させるモードを行い、Z軸方向における対象物体Obの位置を検出することができる。
また、上記実施形態では、電気光学パネル20として液晶表示パネルを用いたが、有機エレクトロルミネッセンスパネルなどといった他の種類の電気光学パネルを用いてもよい。かかる有機エレクトロルミネッセンスパネルでも、環境光の強度に連動して画像生成装置200で形成される画像の輝度を調整すれば、無駄な電力消費を削減することができるとともに、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命を延ばすことができる。
[電子機器への搭載例]
次に、上述した実施形態に係る位置検出機能付き表示装置100を適用した電子機器について説明する。図11(a)に、位置検出機能付き表示装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター2000は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100と本体部2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001、およびキーボード2002が設けられている。図11(b)に、位置検出機能付き表示装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001、およびスクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、位置検出機能付き表示装置100に表示される画面がスクロールされる。図11(c)に、位置検出機能付き表示装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001、および電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置100に表示される。
次に、上述した実施形態に係る位置検出機能付き表示装置100を適用した電子機器について説明する。図11(a)に、位置検出機能付き表示装置100を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター2000は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100と本体部2010を備える。本体部2010には、電源スイッチ2001、およびキーボード2002が設けられている。図11(b)に、位置検出機能付き表示装置100を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機3000は、複数の操作ボタン3001、およびスクロールボタン3002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。スクロールボタン3002を操作することによって、位置検出機能付き表示装置100に表示される画面がスクロールされる。図11(c)に、位置検出機能付き表示装置100を適用した情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)の構成を示す。情報携帯端末4000は、複数の操作ボタン4001、および電源スイッチ4002、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置100を備える。電源スイッチ4002を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置100に表示される。
なお、位置検出機能付き表示装置100が適用される電子機器としては、図11に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置100が適用可能である。
10・・光学式位置検出装置、10R・・検出領域、11・・照明用光源、12A、12B、12C、12D・・位置検出用光源、13・・導光板、13a、13b、13c、13d・・光入射部、13s・・光出射面、15・・光検出器、15a・・受光部、20・・電気光学パネル、120・・位置判定部、121・・記憶部、200・・画像生成装置、L2a、L2b、L2c、L2d・・位置検出光、L4・・照明光
Claims (9)
- 検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための位置検出方法であって、
位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記位置検出光を内部に採り込む光入射部および該光入射部から入射した前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板と、前記検出領域に受光部を向けた光検出器とを設け、
該光検出器を介して得られた受光強度に基づいて前記対象物体の位置を判定する際、前記検出領域において、基準となる前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と、実際の前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離との関係とのずれに起因する誤差を補正することを特徴とする位置検出方法。 - 検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、
位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記位置検出光を内部に採り込む光入射部および該光入射部から入射した前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射する光出射面を備えた導光板と、
前記検出領域に受光部を向けた光検出器と、
該光検出器を介して得られた受光強度に基づいて前記対象物体の位置を判定する位置判定部と、
を有し、
前記位置判定部は、前記対象物体の位置を判定する際に前記検出領域において、基準となる前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と、実際の前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離との関係とのずれに起因する誤差を補正することを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記位置判定部は、前記検出領域の各位置において前記光検出器を介して得られる受光強度と前記検出領域上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を記憶しておく記憶部を備え、
前記位置判定部は、前記逆関数および前記光検出器を介して得られた受光強度に基づいて、前記対象物体の位置を判定することを特徴とする請求項2に記載の光学式位置検出装置。 - 前記位置判定部は、前記検出領域における前記位置検出光の強度と前記位置検出用光源からの距離とが比例する直線的な関係と見做した場合の算出結果を補正するための補正情報を記憶しておく記憶部を備え、
前記位置判定部は、前記補正情報および前記光検出器を介して得られた受光強度に基づいて、前記対象物体の位置を判定することを特徴とする請求項2に記載の光学式位置検出装置。 - 前記位置検出光源は、前記位置検出光として、互いに逆向きの光成分をもつ位置検出光を生成するために複数設けられていることを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記位置検出光源は、前記位置検出光として、第1方向において互いに逆向きの光成分をもつ第1方向位置検出用の位置検出光、および当該第1方向に交差する第2方向において互いに逆向きの光成分をもつ第2方向位置検出用の位置検出光を出射するために複数設けられていることを特徴とする請求項2乃至4の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
- 前記複数の位置検出用光源として、少なくとも4つの位置検出用光源を前記導光板の周りに備え、
前記4つの位置検出用光源のうち、前記導光板の周りで隣り合う2つの位置検出用光源と他の2つの位置検出用光源とによって前記第1方向位置検出用の位置検出光を生成し、当該第1方向位置検出用の位置検出光を生成する際とが異なる組み合わせで前記導光板の周りで隣り合う2つの位置検出用光源と他の2つの位置検出用光源とによって前記第2方向位置検出用の位置検出光を生成す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2乃至7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機能付き表示装置であって、
前記導光板に対して対向配置された電気光学パネルを備えた画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。 - 請求項8に記載の位置検出機能付き表示装置を備えていることを特徴とする電子機器。
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JP2009054560A JP2010211355A (ja) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | 位置検出方法、光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および電子機器 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010224731A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Epson Imaging Devices Corp | 位置検出方法、光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および電子機器 |
US8735825B2 (en) | 2011-04-08 | 2014-05-27 | Seiko Epson Corporation | Optical position detection device |
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-
2009
- 2009-03-09 JP JP2009054560A patent/JP2010211355A/ja not_active Withdrawn
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