JP2010225142A - 反射検出装置、表示装置、電子機器、および、反射検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検出物の光出射面からの距離（高さ）を測定する。
【解決手段】面発光型の位置検出において、光出射面からの距離（高さ）を測定する。表示面１１と、検出光出力部５０（およびＢＬ走査液晶部ＬＣＳ）と、複数の受光素子３６と、高さ検出部とを有する。検出光出力部５０、光出射面内の一部の領域から所定の出射角度θ１で赤外光Ｌ（ＩＲ）を出射する。複数の受光素子３６は、外部反射で発生した赤外光Ｌ（ＩＲ）を受光し受光信号を出力する。高さ検出部は、受光信号から反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）の入射位置の座標ａ１を求め、当該座標ａ１と、当該座標ａ１に対応する出射位置の座標ａ２とを用いて、反射箇所の高さＨを求める。
【選択図】図８

Description

光出射面（表示装置では表示面）から外部に検出光を出射し、その反射検出光を複数の受光素子で受光する反射検出装置と、反射検出方法とに関する。また、本発明は、上記反射検出の機能を有する表示装置および電子機器に関する。

反射検出は、一般に、物体に光を出射し、その反射光により物体の有無を検出するものである。
しかし、単に物体の有無にとどまらず、物体の面内位置を検出する位置検出にも反射検出が用いられることがある。

例えば指示位置検出のための受光素子を表示パネルに内蔵した、光学式の位置検出機能を備える表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１に記載された技術では、液晶パネルまたは有機ＥＬパネルなどの表示パネルに、画面の一部の画素あるいは全画素に光を感知するセンサ（受光素子）を配置している。センサからの検出信号を、当該センサが設けられた画素の位置情報と対応付けると、パネル表面に接触した指やペンなどの物体の面内位置を検出できる。この物体に照射しセンサで感知する光は、赤外（ＩＲ）光などの非可視光が用いられている。非可視光を用いると黒表示など画面領域でも位置検出が可能である。

これに対し、検出光の出射面から物体までの距離の測定は、カメラ装置の自動焦点合わせなどの目的で行う三角測量法などが知られている。

特開２００６−３０１８６４号公報

しかし、一般の距離測定法は、ある狙った範囲に光を照準させなければならないため、大きな面内のどの位置でも距離測定ができるわけではない。その理由から、タッチパネルやタッチセンサ内蔵の表示装置は、三角測量法を用いて表示面からの距離（高さ）測定ができない。

本発明は、光出射面からの距離（高さ）を測定することが可能な位置検出装置を提供する。
本発明は、当該位置検出装置の機能を有し、表示面からの距離（高さ）を測定できる表示装置と、表示装置を有する電子機器とを提供する。
本発明は、光出射面からの距離（高さ）を測定することが可能な位置検出方法を提供する。

本発明の第１の観点に関わる位置検出装置は、光出射面と、検出光出力部と、複数の受光素子と、高さ検出部とを有する。
前記検出光出力部は、光出射面内の一部の領域である出射領域から斜めに（例えば、所定の角度で）検出光を出射する。検出光出力部は、好ましくは、光出射面内で一方向に前記出射領域をシフトする。
前記複数の受光素子は、前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記光出射面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を出力する。
前記高さ検出部は、例えば、（前記シフトを行う場合は、シフトの前や後に）前記受光信号が得られたときは、当該受光信号が得られた受光素子の位置から前記反射検出光の入射位置の座標（位置情報）を求める。そして、高さ検出部は、当該座標と、当該座標に対応する前記出射領域の位置の座標（位置情報）とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記光出射面からの距離である高さを求める。

本発明では好適に、前記検出光出力部は、前記検出光の前記光出射面に対する出射角度θ１と、前記反射検出光の前記光出射面に対する入射角度θ２とが等価とみなせる（θ１とθ２の各々が実質的に１つの値と見なせる）範囲に前記出射領域を限定し、当該出射領域を一方向にシフトすることが可能に構成されている。
この場合、さらに好適に、前記高さ検出部は、前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを求める。また、前記高さ検出部は、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記出射角度θ１および前記入射角度θ２と、を用いて次式（１）を解く。
Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
により表される式を解くと、前記高さに対応する値が得られる。

本発明では好適に、前記検出光出力部は、光出射面内で相反する２つの向きに傾き角成分を持つ２つの平行光を、前記検出光として前記出射領域から出力する。また、検出光出力部は、前記相反する２つの向きと平行な方向内で前記出射領域をシフトすることが可能に構成されている。
この場合、さらに好適に、前記高さ検出部は、前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを、前記２つの平行光それぞれにおいて求める。また、高さ検出部は、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記検出光の前記光出射面に対する出射角度θ１を用いて、前記反射検出光の前記光出射面への入射角度θ２と反射位置の前記高さに対応する値Ｈとを未知数とする次式（１）を解く。
Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
により表される式を、前記２つの平行光それぞれについて立て、立てた２つの式を解くと、前記高さに対応する値Ｈが得られる。

上記構成によれば、検出光の出射領域を、広い面積の面状光を出射するタッチパネル等の光出射面の一部に限定するため、出射位置と受光位置の対応が明確となる。そのため、位置検出装置でも、三角測量法による物体までの距離（高さ）の検出が可能となる。

本発明の第２の観点に関わる表示装置は、表示面と、表示部と、複数の受光素子と、高さ検出部とを有する。
前記表示部は、入力される映像信号に応じて変調された可視光を前記表示面から外部に出力する画像表示の機能を持つ。また、表示部は、表示面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する機能も持つ。また、好ましくは、表示部は、表示面内で一方向に前記出射領域をシフトする機能も持つ。
前記複数の受光素子は、前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記表示面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を出力する。
前記高さ検出部は、例えば、（前記シフトを行う場合は、シフトの前や後に）前記受光信号が得られたときは、当該受光信号が得られた受光素子の位置から前記反射検出光の入射位置の座標（位置情報）を求める。また、高さ検出部は、当該座標と、当該座標に対応する前記出射領域の位置の座標（位置情報）とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記表示面からの距離である高さを求める。

本発明の第３の観点に関わる電子機器は、表示パネルと、表示パネルに表示すべき映像の処理回路を含む回路部とを有する。
前記表示パネルは、上述した第２の観点の表示装置と同様、表示面と、表示部と、複数の受光素子とを有する。
前記表示パネル内または前記回路部内に、第２の観点では表示装置が備えていた前記高さ検出部を有する。

本発明の第４の観点に関わる位置検出方法は、以下の諸ステップを含む。
（１）光出射のステップ：表示面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する。
（２）受光のステップ：前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記表示面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を発生する。
（３）走査のステップ：前記出射領域を表示面内で一方向にシフトしながら前記光出射のステップを繰り返す。
（４）高さ検出のステップ：前記シフトのたびに前記受光のステップで発生する前記受光信号において、所定レベル以上の受光量が得られた場合のステップである。具体的には、当該受光量が得られた受光位置に対応する前記反射検出光の入射位置の座標（位置情報）と、当該座標に対応する前記出射領域の位置の座標（位置情報）とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記表示面からの距離である高さを求める。

本発明によれば、光出射面からの距離（高さ）を測定することが可能な位置検出装置を提供することができる。
当該位置検出装置の機能を有し、表示面からの距離（高さ）を測定できる表示装置と、表示装置を有する電子機器とを提供することができる。
光出射面からの距離（高さ）を測定することが可能な位置検出方法を提供することができる。

実施の形態に関わる液晶ディスプレイ装置のパネル断面構造図である。 受光素子とマイクロレンズを組み合わせた場合の拡大断面図である。 （Ａ）はμプリズムの形状例を示す斜視図、（Ｂ）はμプリズムによる光路変更の様子を示す導光板の模式断面図である。 受光センサ回路図である。 ＩＲ光を変調する液晶層を追加した模式斜視図（Ａ）と模式断面図（Ｂ）である。 高さ検出のフローチャートである。 ＢＬ駆動とＢＬ領域からのＩＲ光路を示す模式断面図（（Ａ）がＩＲがヒットしない場合、（Ｂ）がＩＲがヒットした場合）である。 Ｈ算出手法を模式的に示す図（（Ａ）がｘ方向正側からの照射、（Ｂ）がｘ方向負側からの照射）である。 変形例１の受光素子配置に関する斜視図である。 変形例１のレンズ配置に関する模式断面図である。 変形例１の非対称レンズに関する説明図である。 変形例２の検出光出力部の位置に関する模式断面図である。 変形例２の、他の検出光出力部の構造に関する模式断面図である。 変形例２の検出光の、他の出力部配置の構造に関する模式断面図である。

以下、本発明の実施形態に関わる反射検出装置の実施形態を、当該反射検出装置の機能を液晶ディスプレイ装置内に実現した場合を例として図面を参照して説明する。ここで説明する液晶ディスプレイ装置が、本発明の「表示装置」の一実施例に該当する。
以下、次の順で説明を行う。
１．実施の形態
詳細内容は、［パネル構造］、［赤外光の経路］、［構成部材の詳細］、［ＢＬ／センサのスキャンと、そのための構成］、［高さ検出］に区分して説明する。
２．変形例
２−１．変形例１：受光素子とレンズに関する変形。
２−２．変形例２：検出光出力部に関する変形。

＜１．実施の形態＞
［パネル構造］
図１に、液晶ディスプレイ装置のパネル断面構造図を示す。この断面構造は、半透過型か透過型かを問わず共通する。また、図１の断面図では、図を見やすくするため断面を表す斜線を省略している。この斜線の省略は、後述する他の断面でも同様である。
図１に図解する液晶ディスプレイ装置１０は、映像が表示されユーザが映像を観察する観察面としての表示面１１を有する。表示面１１は、「表示部」を構成する２枚の基板（後述）に形成された最上層の保護層４３の表面（上面）を指す。あるいは、保護層４３の表面に更にシートが貼られている場合、そのシートの最表面が表示面１１である。

「表示部」の表示面１１と反対側の最も背面側に、バックライト２０が配置されている。
バックライト２０は、導光板２１、ＬＥＤ等の光源（以下、白色ＬＥＤを用いているため「白色光源」と呼ぶ）２２、反射ボックス２２ａを有する。反射ボックス２２ａで囲まれた白色光源２２が、導光板２１の少なくとも一方の側面に配置されている。反射ボックス２２ａは、白色光源２２の周囲にＬＥＤ光が漏れるのを防止して、光の利用効率を上げるための部材である。
特に図示していないが、バックライト２０はＬＥＤ駆動部に接続され、ＬＥＤ駆動部によって白色光源２２が発光制御される。また、導光板２１の背面側には、反射シートが貼られている。バックライト２０は、これらの部材を一体に組み立てた画像ディスプレイ専用の照明装置である。

表示部は、２枚のガラス基板として、バックライト２０側の駆動基板３０と、表示面１１側の対向基板３１とを有する。
駆動基板３０には、細かくなるため詳細には図示していないが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む画素内の回路素子や電極が形成され、また、画素のマトリクス駆動のための配線が形成されている。駆動基板３０は、スペーサ（不図示）を介して内部空間を形成するように対向基板３１と貼り合わされている。このとき、回路素子、電極および配線が形成された駆動基板３０の面が、対向基板３１と対向している。

対向基板３１には、カラーフィルタ（ＣＦ）層３４が、基板貼り合わせの前に予め形成されている。
図１の断面構造では対向基板３１に、カラーフィルタ層３４が示されている。カラーフィルタ層３４は、駆動基板３０と、対向基板３１と、スペーサにより形成される内部空間に面するように対向基板３１に予め形成される。
スペーサが形成されていない箇所から、２枚の基板間の内部空間に液晶が注入されている。その後、液晶の注入箇所が閉じられると、液晶が駆動基板３０、対向基板３１およびスペーサ内に封入され、これにより液晶層３５が形成されている。

図１では細かくなるため図示を省略しているが、このように形成された液晶層３５に対し、画素ごとの画素電極と、画素間で共通な共通電極（不図示）とが近接配置される。この２種類の電極は、液晶層３５に電圧を印加するための電極である。液晶層３５を挟んで２つの電極が配置される場合（縦方向の駆動モード）と、駆動基板３０側に２つの電極が２層配置される場合（横方向の駆動モード）とがある。後者の２層配置の場合、両電極は絶縁分離されているが、下層側の共通電極は、上層側で液晶層３５に接する画素電極のパターンの間から液晶に電気的な作用を与える。このため、横方向の駆動モードでは電界の向きが横方向となる。これに対し、２つの電極が液晶層３５を、その厚さ方向から挟んで配置される場合は、電界の向きが縦方向（厚さ方向）となる。

いずれの駆動モード仕様で電極が配置されている場合でも、２つの電極によって液晶層３５に対し電圧を印加し、マトリクスに配置された画素を単位として駆動可能である。液晶層３５は、その透過を光学的に変調する機能層である。液晶層３５は、この印加電圧の大きさに応じて階調表示を行う。

他の光学機能層として、バックライト２０と駆動基板３０との間に第１偏光板４１が配置されている。また、対向基板３１と表示面との間に、第２偏光板４２が配置されている。
第２偏光板の表示面１１側の面には保護層４３が形成されている。

本実施形態では、第１偏光板４１とバックライト２０との間に、検出光出力部５０と白色光学フィルム６０が配置されている。
検出光出力部５０は、物体検出のために表示照明光とは異なる波長領域の光として「検出光」を発光する部品である。ここで、表示照明光が白色ＬＥＤの、可視光を主とする波長領域の光である。これに対し、検出光は非可視光、例えば赤外（ＩＲ）光である。検出光は可視光でもよいが、可視光だと黒表示のために液晶層３５を駆動しているときは遮蔽されるため、表示と検出を同時に行えない場合がある。このため、検出光は非可視光が望ましく、特に赤外光は反射検出に適しているため、更に望ましい。

検出光出力部５０は、導光板５１、赤外ＬＥＤ等の光源、反射ボックス５３を有する。赤外ＬＥＤ等の光源を、以下、赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）と呼ぶ。
反射ボックス５３で囲まれた赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）が、導光板５１の少なくとも一方の側面に配置されている。反射ボックス５３は、赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）の周囲にＬＥＤ光が漏れるのを防止して、検出光の利用効率を上げるための部材である。
特に図示していないが、検出光出力部５０はＬＥＤ駆動部に接続され、ＬＥＤ駆動部によって赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）が発光制御される。また、導光板５１の背面側には、反射シートが貼られている。検出光出力部５０は、これらの部材を一体に組み立てた反射検出専用の発光装置である。

［赤外光の経路］
つぎに、以上のような構造を有する液晶ディスプレイ装置１０のバックライト光および赤外光の経路を説明する。
画像表示時に、バックライト２０内で白色光源２２が点灯する。すると、白色光源２２からの光（表示照明光）が、導光板２１の一方端部から導光板２１内に入射される。
導光板２１は、透明材料からなる反射拡散板の一種であり、ＬＥＤといった点光源からの光が導光板２１内で反射を繰り返す間に、次第に拡散されて面状の光に変換される。

より詳細には、導光板２１の上面側（表示面側）の表面では、一部の光が反射されて導光板２１の内側に戻され、他の光が導光板２１の外部に出てゆく。
導光板２１から出た光は、白色光学フィルム６０を透過する間に、ある程度拡散した光に変換される。白色光学フィルム６０は多層フィルムから形成され、光の拡散機能と、光の光軸を表示面１１に対して垂直にする機能を有する。
これに対し、導光板２１の背面側の表面では光が漏れないように全反射させる必要がある。背面側に何も設けない場合、一部の光が導光板２１から出力しようとする。この出力しようとする光を導光板２１に戻すために、背面側に反射シート（不図示）が貼られている。同様な趣旨から、白色光源２２の周囲にも反射ボックス２２ａが設けられている。
バックライト２０は、反射シートと反射ボックス２２ａによって、白色光源２２からの光が照明光として効率よく前面側に出射されるようになっている。

バックライト２０から出射し、白色光学フィルム６０を透過した表示照明光は、検出光出力部５０を透過する。このとき表示照明光が、光軸の向き変化や光量の減衰をほとんど受けないように白色光学フィルム６０が構成されている。
白色光学フィルム６０から出射した表示照明光は、表示部で、映像信号に応じた変調を受けて画像光Ｌとして表示面１１から出力される。

一方、赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）から出力された赤外光Ｌ（ＩＲ）は、導光板５１内で反射を繰り返して広がり、単位面積あたりの光量が均一化される。赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）からの出射角度が、導光板５１の上面および下面で反射条件を満たす限り、赤外光Ｌ（ＩＲ）は反射を繰り返して、ほぼ導光板５１内に閉じ込められる。特に、下面では反射フィルムで全反射され、また、反射ボックス５３等により側面からの漏れも防止される。

［構成部材の詳細］
構造等についての詳細は後述するが、導光板５１には「光学素子」としてマイクロ（μ）プリズム５４が多数配置されている。μプリズム５４は、その設けられている場所のほぼ直上の部分のみ赤外光Ｌ（ＩＲ）を出射させるために設けられている。そのため、μプリズム５４の密度や、配置領域と非配置領域の別によって、表示面１１から見た赤外光Ｌ（ＩＲ）の出射領域を任意のパターンとすることが可能である。
μプリズム５４からの赤外光Ｌ（ＩＲ）は、図１に示すように光路が曲げられ、パネル内を通過した後に表示面１１から出力される。μプリズム５４は、その光路変更面の傾斜角度等によって検出光出力部５０の光出射面に対する角度を正確に制御できる。

表示面１１から出力された光が、外部の反射物（被検出物）で反射されると、表示面１１を通って再び液晶ディスプレイ装置１０内に戻される。被検出物は、人の指やスタイラスペン等の指示手段などである。検出光（本例では赤外光Ｌ（ＩＲ））が被検出物に反射されることにより戻される光を、以下、反射検出光または反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）と呼ぶ。

反射検出光の分布測定のために、複数の受光素子３６が表示部内の、例えば駆動基板３０に形成されている。
受光素子３６は等間隔に配置してもよいが、マイクロレンズと組み合わせて対で配置することが望ましい。

図２は、受光素子とマイクロレンズを組み合わせた場合の拡大断面図である。
駆動基板３０の一主面に回路形成層が色ごとに配置されている。回路形成層３３（Ｒ）と回路形成層３３（Ｇ）と回路形成層３３（Ｂ）のそれぞれが映像表示で実効的な画素を形成するサブピクセルに対応している。各回路形成領域は、ＴＦＴ、キャパシタ電極、配線等の配置領域である。
一方、対向基板３１には層間膜３８が形成され、層間膜３８の液晶層３５側に、Ｒフィルタ３４（Ｒ），Ｇフィルタ３４（Ｇ），Ｂフィルタ３４（Ｂ）を含むカラーフィルタ層が形成されている。

Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した３つの回路形成領域または３つのフィルタを含む領域を以下、“サブピクセルトリオ”という。一のサブピクセルトリオと、他のサブピクセルトリオとの間の駆動基板３０部分が、受光素子の配置領域となっている。受光素子の配置領域は、全体として規則的であれば、例えば、複数のサブピクセルトリオごとに配置してもよい。
ここでは、望ましい配置として、受光素子３６＿１と３６＿２が対で配置されている。以下、受光素子３６＿１と３６＿２を特に区別する必要がない場合、単に、受光素子３６で表記する。

受光素子３６は、他のトランジスタと同様にＴＦＴ層に形成されるフォトダイオード等である。ＴＦＴ層はアモルファスシリコンでもポリシリコンでもよい。受光素子３６がフォトダイオードの場合、アノードとカソードの２つの高濃度不純物領域の間にＩ（intrinsic）領域を持つＰＩＮ構造、Ｄ（doped）領域を持つＰＤＮ構造のいずれでもよい。フォトダイオードは、空乏化の程度を制御するコントロールゲートを有していてもよい。
受光素子３６＿１と３６＿２からなる受光素子対上に、マイクロレンズ３９が形成されている。これにより受光素子対がマイクロレンズ３９の集光領域内に配置されている。マイクロレンズ３９はサブピクセルトリオの間の領域に配置され、駆動基板３０の回路形成面上に堆積された平坦化膜３７内に埋め込まれている。

ここで受光素子対（３６＿１，３６＿２）の図２における横（ｘ）方向のピッチは任意であるが、一例を挙げると、例えば０．８［ｍｍ］程度である。

図３（Ａ）は、μプリズム５４の形状例を示す斜視図である。図３（Ｂ）はμプリズム５４による光路変更の様子を示す導光板５１の模式断面図である。
図３に図解する本実施の形態のμプリズム５４は、断面が三角形状の光学素子であり、導光板５１と一体に形成されている。本例のμプリズム５４は、例えば導光板５１の裏面にＶ型の溝を形成することで実現できる。なお、μプリズム５４を、導光板５１とは別のシート等に形成し導光板５１に貼り合せるなどの方法でもμプリズム５４と同様な機能の光学部品の形成は可能である。

μプリズム５４は、赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）が設けられる導光板５１の側面と平行なｙ方向に長いストライプ形状を有する。そして、当該導光板５１の２つのｙ方向側面間を貫いてμプリズム５４が形成されている。
μプリズム５４の幅（ｘ方向のサイズ）は、例えば１０［μｍ］程度であり、複数のμプリズム５４が、ｘ方向における数十［μｍ］〜数百［μｍ］程度の所定ピッチで、ｙ方向に長い平行ストライプ状に配置されている。あるいは十分な光強度を得るため、比較的狭いピッチで数〜数十本のμプリズム５４を局所配置し、そのμプリズム５４の束を、ｘ方向において比較的大きなピッチで等間隔に配置してもよい。

μプリズム５４は、図３（Ｂ）に示すように、導光板内側の斜面として、導光板５１の２つのｘ方向側面の一方側に近い第１反射面５５ａと、他方側に近い第２反射面５５ｂを有する。第１反射面５５ａと第２反射面５５ｂは、導光板５１の背面（反射シート側の全反射面、以下、反出力面という）に対してφ度の傾斜角を有する。この傾斜角はμプリズム５４の形成法によって調整される。傾斜角φを４５度とすると、反射面に反射した光が最も効率よく検出光として導光板５１の出力面（上面）から出てゆく。

図３（Ｂ）に示すように、傾斜角がφ度の場合、出力面に対する垂線に対し、検出光（赤外光Ｌ（ＩＲ））は負の角度（−θ）の斜光として出力される。
以上の作用は、他のｙ方向側面（図３に不図示の左側面）に設けられた赤外ＬＥＤ５２（ＩＲ）からの光でも同様である。この場合、図３（Ｂ）に示す第２反射面５５ｂが実際の反射面となるため、検出光は正の角度（＋θ）の斜光として出力される。
この作用は全てのμプリズム５４で同じである。このため導光板５１の出力面の領域５１Ｂからは、２方向の平行光が検出光として出力される。また、この調整可能な角度（＋θ，−θ）は、図１に示す表示面１１から検出光が出ていくときもほぼ維持されるため、この角度を検出光の出射角度という。

この２方向の平行光成分に特化（光束の向きが集約）された検出光は、図１の表示面１１から外部へ出射され、外部の被検出物で拡散反射されて表示面１１から液晶パネル内に戻される。この反射により戻される光を“反射検出光”という。
ここで検出光の幅がある程度小さく、そのため光が当たっている被検出物の光照射面が小さい場合、その光は被検出物の一点で拡散反射していると推定できる。なぜなら、被検出物は通常、指やスタイラスペン先など、数十〜数百［μｍ］幅の光より十分大きいからである。

詳細は後述するが、反射検出光が液晶パネル内を進み、図２に示すマイクロレンズ３９に斜めに入る際に、ｘ軸方向の一方からの光は、受光素子対（３６＿１，３６＿２）の一方に効率よく集光される。また、他方からの光は受光素子対（３６＿１，３６＿２）の他方に効率よく集光される。
ここで、検出光の出射角度（＋θ，−θ）は既知の値を有し、この値に応じて、反射検出光の表示面１１への入射角度、ひいてはマイクロレンズ３９への入射角度も決まる。そのような２つの入射角度を持つ光が効率良く選択的に受光できるように、マイクロレンズ３９の屈折率やレンズ面の曲率、さらに、受光素子対（３６＿１，３６＿２）の配置等が決められている。よって、受光素子の受光角度は、検出光の出射角度（＋θ，−θ）と、マイクロレンズ３９の位置、および、受光素子が受光素子対のどちら側の素子であるかに応じて決められる既知の値を有する。ここで選択的な受光は、所定の入射角度の受光感度が他の入射角度より高い感度分布を持つことを含む。

［ＢＬ／センサのスキャンと、そのための構成］
後述する３角測量法では、光出射位置と受光位置の対応関係の特定は重要である。
ここで被検出物が、例えば１［ｍｍ］程度の小さいものであれば、反射検出光を受光する受光素子対（３６＿１，３６＿２）の数も限られるため、その反射検出光の受光位置から逆算すれば、検出光の出射位置も特定できる。しかし、被検出物が比較的大きい場合、その形状が表示面１１に平行な平板とは限らないので、その形状が例えば球状の場合、反射検出光分布が広がって受光領域の輪郭がはっきりしない。また、表示面１１から出るときの検出光の出射角度（＋θ，−θ）と、反射検出光が表示面１１に入るときの入射角度が異なるものとなる。このことは、後述する３角測量法では誤差要因となるので、好ましくない。

そこで、本実施の形態では、検出光が出射する領域（以下、出射領域という）をストライプ状に限定する。後述するように３角測量の演算負担を減らすには、表示面１１に対する出射角度と入射角度の違いが、高さ検出の分解能に応じて３角測量法で許容誤差とみなせる程度まで等価となるように、出射領域の範囲を限定すると望ましい。なお、出射角度と入射角度が等価とみなせない場合は、演算負担が増えるが高さ検出は可能である。具体的な高さ検出手法は後述する。

一方で、出射領域をストライプ状に限定すると、検出光が被検出物にヒットしない可能性がある。このため、ストライプ状の検出光の出射領域（以下、輝線ＢＬとよぶ）を、ストライプ幅方向に、所定の距離や画素数のピッチ等でシフトさせる。このとき反射検出光の受光位置も移動する。輝線ＢＬについては後述する図５に示されている。

反射検出光の入射位置の座標（位置情報）を求めるには、輝線ＢＬの位置（またはシフト）ごとに、受光素子の受光結果を外部に出力させるためのスキャン動作を実行する。スキャン動作を行うためには、受光素子を含むセンサ回路にセレクト素子を必要とする。スキャンは、受光素子数が多い場合に配置上の制約で数に限りがある出力線から時系列に出力を取り出すために有効な手法である。

図４に、受光素子３６（フォトダイオードＰＤ）を含む受光センサ回路を例示する。
図４に図解する受光センサ回路３６Ｃは、３つのトランジスタ（ここではＮチャネル型ＴＦＴ）とフォトダイオードＰＤ（受光素子３６に相当）とを有する。
３つのトランジスタは、リセットトランジスタＴＳ、アンプトランジスタＴＡ、読み出しトランジスタＴＲである。

フォトダイオードＰＤは、「非可視光に感度を持つ受光素子３６（図１および図２参照）」の一例である。フォトダイオードＰＤは、アノードがストレージノードＳＮに接続され、カソードが電源電圧ＶＤＤの供給線（以下、ＶＤＤ線）３６Ｌ１に接続されている。フォトダイオードＰＤは、ＰＩＮ構造またはＰＤＮ構造を有し、Ｉ領域またはＤ領域に対し絶縁膜を介して電界を及ぼすコントロールゲートＣＧを備える。フォトダイオードＰＤは、逆バイアスされて使用され、そのときの空乏化の程度をコントロールゲートＣＧで制御することにより、感度を最適化（通常、最大化）できる構造を有する。

リセットトランジスタＴＳは、ドレインがストレージノードＳＮに接続され、ソースが基準電圧ＶＳＳの供給線（以下、ＶＳＳ線）３６Ｌ２に接続され、ゲートがリセット信号（ＲＥＳＥＴ）の供給線（以下、リセット線）３６Ｌ３に接続されている。リセットトランジスタＴＳは、ストレージノードＳＮをフローティング状態からＶＳＳ線３６Ｌ２への接続状態に切り替え、ストレージノードＳＮを放電して、その蓄積電荷量をリセットする。

アンプトランジスタＴＡは、ドレインがＶＤＤ線３６Ｌ１に接続され、ソースが読み出しトランジスタＴＲを介して検出電位Ｖｄｅｔ（または検出電流Ｉｄｅｔ）の出力線（以下、検出線）３６Ｌ４に接続され、ゲートがストレージノードＳＮに接続されている。
読み出しトランジスタＴＲは、ドレインがアンプトランジスタＴＡのソースに接続され、ソースが検出線３６Ｌ４に接続され、ゲートがリード制御信号（ＲＥＡＤ）の供給線（以下、リード制御線）３６Ｌ５に接続されている。

アンプトランジスタＴＡは、リセット後に再びフローティング状態となったストレージノードＳＮにフォトダイオードＰＤで発生した正電荷が蓄積されると、その蓄積された電荷量（受光電位に相当）を増幅する作用がある。読み出しトランジスタＴＲは、アンプトランジスタＴＡで増幅された受光電位を、検出線３６Ｌ４に排出するタイミングを制御するトランジスタである。一定時間の蓄積時間が経過すると、リード制御信号（ＲＥＡＤ）が活性化して読み出しトランジスタＴＲがオンするため、アンプトランジスタＴＡは、ソースとドレインに電圧が印加されて、そのときのゲート電位に応じた電流を流す。これにより受光電位に応じ、振幅が増大した電位変化が検出線３６Ｌ４に出現し、この電位変化が、検出電位Ｖｄｅｔとして検出線３６Ｌ４から受光センサ回路３６Ｃの外部に出力される。あるいは、受光電位に応じて値が変化する検出電流Ｉｄｅｔが、検出線３６Ｌ４から受光センサ回路３６Ｃの外部に出力される。

スキャン動作は、リセット線３６Ｌ３とリード制御線３６Ｌ５の制御により実行する。これらの配線を、例えば図１〜図３に示す座標系でｘ方向に並ぶ複数の受光センサ回路３６Ｃ（受光センサ行）で共通に設けているとする。
この場合、ｙ方向に長い複数の検出線３６Ｌ４に、受光センサ行の読み出しを行うごとにセンサ読み出し信号（受光信号）が発生する。読み出し行を変えて繰り返し実行される、リセット線３６Ｌ３とリード制御線３６Ｌ５の制御ごとに、複数の検出線３６Ｌ４から受光信号が時系列に表示パネル外部に排出される。

つぎに、検出光の出射領域をストライプ状の輝線ＢＬに限定する手段について説明する。
図１に示す構成で液晶層３５は映像表示のための光変調層に該当する。映像の非表示時に物体検出を行う場合で、液晶層３５が非可視光の透過と遮断を制御できるならば、図１に示す構成も採用可能である。
しかし、物体検出の目的が映像表示時の命令等の情報入力を目的とする場合、検出光をＩＲ光などの非可視光とした上で、液晶層３５とは別に、ＩＲ光変調手段（例えば液晶層）を設けることが必要となる。

図５は、可視光を変調する液晶層３５に加えて、非可視光（ＩＲ光）を変調する液晶層３５Ｓを有する場合の構造図である。図５（Ａ）は概略斜視図、図５（Ｂ）は概略断面構成図である。
図５は、図１の場合と同様に、バックライト２０、白色光学フィルム６０および保護層４３を有するが、これらを省略し、それ以外の構成を示す概略図である。
図５に図解する液晶ディスプレイ装置は、図１に図解する液晶ディスプレイ装置に比べ、検出光出力部５０と駆動基板３０との間に、ＢＬ走査液晶部ＬＣＳが追加されている。

図１と同様な構成、すなわち駆動基板３０、対向基板３１、液晶層３５、第１偏光板４１および第２偏光板４２は、以下、表示液晶部ＬＣと呼ぶ。
なお、図５には、導光板５１の反射部材５１Ｒが示されている。

ＢＬ走査液晶部ＬＣＳは、表示液晶部ＬＣの駆動基板３０、対向基板３１に対応した、ＢＬ駆動基板３０ＳとＢＬ対向基板３１Ｓ、ならびに、両基板間のＢＬ液晶層３５Ｓを含む。また、ＢＬ走査液晶部ＬＣＳは、表示液晶部ＬＣの第１偏光板４１と第２偏光板４２にそれぞれ対応する、第１偏光板４１Ｓと第２偏光板４２Ｓとを含む。
構造上は表示液晶部ＬＣとＢＬ走査液晶部ＬＣＳは似ているが、表示液晶部ＬＣが可視光を変調するのに対し、ＢＬ走査液晶部ＬＣＳが非可視光（ＩＲ光）を変調する。そのため、各部材の材料や光学特性が異なるように表示液晶部ＬＣとＢＬ走査液晶部ＬＣＳが構成されている。特に、表示液晶部ＬＣはＩＲ光を常時全面で透過させ、ＢＬ走査液晶部ＬＣＳは可視光を常時全面で透過させる。

［高さ検出］
つぎに、高さ検出の手順を説明する。
図６は、この手順を示すフローチャートである。このフローチャートのアルゴリズムは、後述する電子機器のＣＰＵやマイクロコンピュータ等の所定の制御部に格納された、あるいは、適宜入力されたプログラムに従って実行される。

高さ検出のアルゴリズムが開始すると、ステップＳＴ１にて１画面（１フレーム期間）中のＢＬアドレスＮが、例えば“１”に設定される。
つぎのステップＳＴ２では、輝線ＢＬの初期制御を行う。つまり、図５に示すＢＬ走査液晶部ＬＣＳのＢＬ駆動基板３０Ｓに設けられ、あるいは、一部の機能が表示パネル外の駆動回路に委ねられたＢＬ駆動部が動作する。これにより、Ｎ＝１の場合の輝線ＢＬを形成する。具体的には、図５（Ａ）に示すように、ｙ方向に長いストライプ状のＩＲ光透過領域としての輝線ＢＬがＢＬ液晶層３５Ｓに形成され、これにより赤外光Ｌ（ＩＲ）の出射領域の範囲がライン状に絞られる。以下、図１に示す表示面１１上での赤外光Ｌ（ＩＲ）の出射領域を“ＢＬ領域”とよぶ。

図７に、ＢＬ駆動による、ＢＬ領域からの赤外光Ｌ（ＩＲ）の光路変化を装置概略断面により示す。
図７（Ａ）のように、被検出物に赤外光Ｌ（ＩＲ）が照射されない場合、“反射検出光”としての反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）は発生しない。
図７（Ｂ）のように、被検出物に赤外光Ｌ（ＩＲ）が当たると、そこで反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）が発生し、これが液晶ディスプレイ装置に戻される。反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）は表示液晶部ＬＣの対向基板３１と液晶層３５を殆ど損失することなく透過し、駆動基板３０に設けられた受光素子３６（受光センサ回路３６Ｃ）の配列に到達する。

図６に戻ると、次のステップＳＴ３にて、受光素子３６（受光センサ回路３６Ｃ）の配列に対して、その駆動回路（不図示）が１画面のスキャン動作を行う（光センサスキャン）。駆動回路は通常、液晶ディスプレイ装置１０内（駆動基板３０内）に形成されるが、その一部が外部に形成されていてもよい。

ステップＳＴ４ではセンサ出力の有無が判断される。この判断は、液晶ディスプレイ装置の内部、外部のどちらで行ってもよい。通常は、当該液晶ディスプレイ装置１０を内蔵する電子機器の制御部が、この判断を行う。
より詳細には、ステップＳＴ３の光センサスキャンによって受光信号の１画面の分布が得られるが、その受光信号の分布で、有効なセンサ出力あり、なしを判断する。有効かどうかは、例えば、一定の閾値以上の受光信号レベルがあるかを基準とする。また、ノイズとの区別のため、一定の閾値以上のセンサ出力数が一定の割合以上存在する、あるいは、ある纏まった範囲に存在するといった観点でセンサ出力の有無を判定してもよい。

“センサ出力なし（ＮＯ）”であれば処理フローがステップＳＴ５をスキップし、“センサ出力あり（ＹＥＳ）”であれば、次のステップＳＴ５で、出力有りとされた光センサの座標（以下、センサ座標という）を出力する。センサ座標は、高さ（Ｈ）算出のため、例えば外部の制御部等の処理ＩＣに出力される。

ステップＳＴ６でＢＬアドレスＮがインクリメントされ（Ｎ＝Ｎ＋１）、ステップＳＴ７で、ＢＬアドレスＮがＢＬ分割数Ｍに達したかが判断される。
この判断がＮＯなら、処理フローがステップＳＴ２に戻り、ステップＳＴ２〜ＳＴ７が繰り返される。
ステップＳＴ７の判断がＹＥＳならば、ステップＳＴ８にて、外部の処理ＩＣ等で高さ（Ｈ）算出処理が実行される。

図８（Ａ）は、Ｈ算出手法（三角測量法）を模式的に示す説明図である。図８（Ａ）と図８（Ｂ）の別は、ｘ軸正側の光源からのＩＲ光（以下、赤外光Ｌ（ＩＲ）Ａ）の受光時と、ｘ軸負側の光源からのＩＲ光（以下、赤外光Ｌ（ＩＲ）Ｂ）の受光時を示すものである。
図８において、輝線ＢＬ（図５参照）に対応して表示面１１上のｙ方向ストライプ領域を、赤外光Ｌ（ＩＲ）の“出射領域ＩＲｏｕｔ”と定義する。また、被検出物から反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）が入射される表示面１１の領域を“入射領域ＩＲｉｎ”と定義する。また、赤外光Ｌ（ＩＲ）が表示面１１と交わる出射角度を“θ１”、反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）が表示面１１と交わる入射角度を“θ２”と定義する。

図８は、赤外光Ｌ（ＩＲ）と反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）の範囲と、その代表（例えば中心）線（太線）を示す。ＩＲ光の代表線（太線）が表示面１１と交差する点をＩＲ光の出射位置と入射位置と定義する。
出射位置のｘ座標（ａ１）は、そのときの輝線ＢＬのｘ座標と、既知の出射角度（＋θまたは−θ）と、輝線ＢＬから表示面１１までの距離で決まり、予め一意に定まる。
これに対し、入射位置のｘ座標（ａ２）は、表示面１１から被検出物までの距離（高さＨ）によって大きく変化する。
入射位置のｘ座標（ａ２）は、複数の受光素子３６の１画面スキャンにより得られた分布から判定される受光位置中心のｘ座標を、表示面１１上の入射位置のｘ座標に変換したものである。

図６に示すステップＳＴ８において、Ｈ算出を行う手段（高さ検出部、例えば処理ＩＣや制御部）は、まず、ステップＳＴ５で得られたセンサ座標（受光位置中心のｘ座標）を、表示面１１上の入射位置のｘ座標（ａ２）に変換し、その実測値を求める。高さ検出部は、ステップＳＴ３の処理から出力される輝線ＢＬのｘ座標（幅中心のｘ座標）を予め入力して、それから出射位置のｘ座標（ａ１）を予め算出し、保持している。

本発明の実施の形態では、図８（Ａ）または図８（Ｂ）の一方で得られた情報から高さＨを算出する第１の算出方法と、図８（Ａ）と図８（Ｂ）の異なる向きのスキャンで得られた情報から高さＨを算出する第２の算出方法のいずれかが採用できる。

《第１の算出方法》
第１の算出方法の前提として、表示面１１に対する出射角度θ１の違い（変動）と入射角度θ２の違い（変動）の各々が、高さ検出の分解能に応じて３角測量法で許容誤差とみなせる程度まで等価となることと要する。この前提が得られる（上記２つの変動の各々が実質的に１つの値と見なせる）ように、出射領域ＩＲｏｕｔの範囲が限定されている。つまり、図８（Ａ）または図８（Ｂ）に示す出射領域ＩＲｏｕｔの幅が十分小さく（この幅に対して被検出物の大きさが十分大きく）、そして出射光が被検出物の表面で拡散反射する場合がこのケースに対応する。被検出物が表示面１１と平行な状態でも、この平行な状態から被検出物が傾いても、出射角度θ１と入射角度θ２は変化しない。そのため、出射角度θ１と入射角度θ２の両者は、高さ検出の分解能に応じて３角測量法で許容誤差とみなせる程度まで等価となる。

高さＨに関する次式（１）、すなわち、
［数１］
Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
を、図８（Ａ）または図８（Ｂ）に示す片方の平行光について立てる。この場合、出射位置のｘ座標（ａ１）、入射位置のｘ座標（ａ２）、出射角度θ１、入射角度θ２は全て既知である。よって、単に、上記式（１）を１回解くと、高さＨが求められる。この場合、測定精度は若干低下するが、入射角度θ２は９０度でも高さＨを求めることは可能である。

《第２の算出方法》
出射角度θ１または入射角度θ２が等価とみなせない場合、例えば、図８（Ａ）に示す向きのスキャンにより得られた出射位置のｘ座標（ａ１）および入射位置のｘ座標（ａ２）と、出射角度θ１（既知）とを、上記式（１）に代入する。ここで、入射角度θ２と高さＨが未知のパラメータである。
つぎに、図８（Ｂ）に示す向きのスキャンにより得られた出射位置のｘ座標（ａ１）および入射位置のｘ座標（ａ２）と、出射角度θ１（既知）とを、入射角度θ２と高さＨを未知パラメータとする上記式（１）に代入する。

この２つの連立方程式を解くことにより、入射角度θ２を消去すると、高さＨが求まる。

この方法で、受光信号が検出線３６Ｌ４（図４）から出力されるが、その受光信号が図８（Ａ）のスキャン時のものか、図８（Ｂ）のスキャン時のものかは、受光素子３６＿１に対応する検出線か、受光素子３６＿２に対応する検出線かで区別できる。

なお、輝線ＢＬのｘ方向の幅は、ある想定される高さの範囲（検出可能域）で、どの高さの測定でも、図８（Ａ）のときの受光位置と、図８（Ｂ）のときの受光位置が重ならないならば、任意に設定できる。つまり、輝線ＢＬのｘ方向の幅が余りに大きいと、この２つの受光位置が一部重なり、受光位置の正確な判定が難しくなる。ただし、仮に重なっても、受光信号レベルの強い重なり領域と、その両側の受光信号レベルが弱い領域とから２つの受光位置の推定は可能である。

一方、輝線ＢＬのｘ方向の幅が余りに小さいと、ＢＬスキャンや、そのＢＬステップ移動ごとのセンサスキャンに多くの時間を要する。
したがって、この２つの観点から妥当な輝線ＢＬのｘ方向の幅が決められる。
決められた輝線ＢＬのｘ方向の幅で、出射角度θ１と入射角度θ２が等価とみなせるかどうかに応じて上記第１の算出方法を採用するか、上記第２の算出方法を採用するかを決めればよい。

また、図２に示すマイクロレンズ３９を設けると、光が重なっても、その入射方向によって受光素子３６＿１が感度を持つか、受光素子３６＿２が感度を持つかが異なるため、より確実に受光位置の判定が可能となる。また、レンズの集光能力によって検出感度が向上しており、光源の出力を高くしなくても細い輝線ＢＬとすることができる。つまり、マイクロレンズ３９と受光素子対とを設けることは、上記第２の算出方法を実行する場合に望ましいが、それに限らず、光が重なる場合でも有用なため、第１の算出方法を実行する場合でも採用可能である。

また、図８（Ａ）の場合で次式（２−１）、図８（Ｂ）の場合で次式（２−２）を用いると、被検出物までの原点からのｘ方向の距離Ｌも算出可能である。
［数２］
Ｌ＝Ｈ／ｔａｎθ１＋ａ１…（２−１）
Ｌ＝Ｈ／ｔａｎθ２＋ａ２…（２−２）

＜２．変形例１＞
図９に、マイクロレンズと受光素子の変形例を示す。
図９に示すように、マイクロレンズ３９を、ｙ軸を長軸とするシリンドリカルレンズにより形成してもよい。その場合、受光素子３６＿１と受光素子３６＿２を、シリンドリカルレンズの底面の中心軸（長軸）の左右に互い違いに配置する。各受光素子の受光面の形状を、長軸に沿った帯状とする。
このようにすることにより、画素のｙ方向と同じサイズのセンサ配置領域を有効に利用して高感度にすることができる。

図１０に、マイクロレンズ配置の変形例を示す。
図１０に示すように、マイクロレンズ３９は、カラーフィルタ層３４と同一面に形成して層間膜３８中に埋め込んでもよい。

図８に示すマイクロレンズ３９に代えて、図１１に示されるように、非対象レンズ対（３９Ｒ，３９Ｌ）を、例えばシート状に配置してもよい。
ｘ方向正側に入射面を持つ三角レンズ３９Ｒは、反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）Ａを有効に受光素子３６＿１に導くが、赤外光Ｌ（ＩＲ）Ｂを受光素子に導かない。これとは逆に、ｘ方向負側に入射面を持つ三角レンズ３９Ｌは、反射赤外光Ｌｒ（ＩＲ）Ｂを有効に受光素子３６＿２に導くが、赤外光Ｌ（ＩＲ）Ａを受光素子に導かない。
マイクロレンズ３９と同様な機能は、このような光学素子でも実現できる。

＜３．変形例２＞
図１２〜図１４に、検出光出力部に関する変形を示す。
赤外光Ｌ（ＩＲ）の光路を表示面１１側に変更する光学素子は、実施の形態のようにＶ溝が形成方法の容易さや加工精度の高さから望ましい。
しかし、反射検出光の検出に支障がないか、反射検出光の邪魔にならない特殊な光学素子が実現できれば、例えば図１２と図１３に示すように、液晶モジュール（ＬＣ＋ＬＣＳ）より表示面１１側に配置するとよい。これにより、三角測量法を実施する表示面１１と、受光面とが近くなり、その分、距離換算誤差が小さくなるという利点がある。

具体的に、図１２では、検出光出力部５０を、液晶モジュールと保護層４３の間に配置している。
図１３では、検出光出力部５０の機能と保護層４３の機能を併せ持つ検出光出力部５０Ｃを配置している。この場合、検出光出力部５０Ａの表面が表示面１１となる。
なお、図１４に示すように、ｘ方向正側にＩＲ光源を持つ検出光出力部５０Ｃと、ｘ方向負側にＩＲ光源を持つ検出光出力部５０Ｂとを重ねて配置してもよい。この変形は、図１２の変形と重複適用できる。

その他、本実施の形態では種々の変形が可能である。
出射領域（ＢＬ走査液晶部ＬＣＳによる光透過領域）の形状は、ストライプ状に限らない。例えば、「断線平行ストライプ状」「断線千鳥状」などでもよい。その他、規則的なパターンであれば、出射領域の形状や配置は任意である。

以上の実施の形態および変形例は、液晶ディスプレイ装置に本発明の反射検出装置の機能を備えた場合を例として説明したが、この表示装置は他の表示装置、例えば有機ＥＬ表示装置であってもよい。
また、本発明が適用された表示装置を内蔵する電子機器は、ＰＣ、テレビジョン装置、携帯電話やＰＤＡ等の携帯機器、動画または静止画を撮影するカメラ装置、ナビゲーションなどの車載機器など、どのようなものでもよい。

以上より、被検出物の光出射面（表示面）からの距離である高さを容易、かつ正確に測定することができる反射検出装置、および、表示装置が実現できる。
また、反射検出装置または表示装置を搭載した電子機器において、高さ検出を種々のアプリケーションに応用することが容易となる。このため、ＰＣ、携帯電話、ゲームなどに全く新しいアプリケーションが創出されることが期待できる。

１０等…液晶ディスプレイ装置、１１…表示面、３０…駆動基板、３１…対向基板、３５…液晶層、３６…受光素子、３９…マイクロレンズ、５０等…検出光出力部、５１…導光板、５２（ＩＲ）…赤外ＬＥＤ、５４…μプリズム。

Claims (19)

1. 光出射面と、
   光出射面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する検出光出力部と、
   前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記光出射面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を出力する複数の受光素子と、
   前記反射検出光を受光した受光素子の位置情報と、前記検出光が出射された出射領域の位置情報とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記光出射面からの距離である高さを求める高さ検出部と、
   を有する反射検出装置。
2. 前記検出光出力部は、斜め方向に平行な検出光を出射する前記出射領域を一方向にシフトすることが可能に構成されている
   請求項１に記載の反射検出装置。
3. 前記高さ検出部は、
   前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを求め、
   前記検出光の前記光出射面に対する出射角度をθ１、前記反射検出光の前記光出射面に対する入射角度をθ２としたとき、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記出射角度θ１および前記入射角度θ２と、を用いて前記高さに対応する値Ｈを次式（１）、すなわち、
   Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
   を解くことにより求める
   請求項２に記載の反射検出装置。
4. 前記検出光出力部は、光出射面内で相反する２つの向きに傾き角成分を持つ２つの平行光を、前記検出光として前記出射領域から出力するとともに、前記相反する２つの向きと平行な方向内で前記出射領域をシフトすることが可能に構成されている
   請求項１に記載の反射検出装置。
5. 前記高さ検出部は、
   前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを、前記２つの平行光それぞれにおいて求め、
   求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記検出光の前記光出射面に対する出射角度θ１を用いて、前記反射検出光の前記光出射面への入射角度θ２と前記高さに対応する値Ｈとを未知数とする次式（１）、すなわち、
   Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
   を前記２つの平行光それぞれについて立て、立てた２つの式を解くことにより前記高さに対応する値Ｈを求める
   請求項４に記載の反射検出装置。
6. 複数の受光レンズを有し、
   前記受光素子は、１つの受光レンズに対し対で設けられ、
   対で設けられた２つの受光素子が、対応する受光レンズの集光範囲内で前記シフトの方向に互いに離間して配置されている
   請求項２に記載の反射検出装置。
7. 表示面と、
   入力される映像信号に応じて変調された可視光を前記表示面から外部に出力する画像表示の機能と、表示面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する機能とを持つ表示部と、
   前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記表示面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を出力する複数の受光素子と、
   前記反射検出光を受光した受光素子の位置情報と、前記検出光が出射された出射領域の位置情報とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記表示面からの距離である高さを求める高さ検出部と、
   を有する表示装置。
8. 前記表示部は、斜め方向に平行な検出光を出射する前記出射領域を一方向にシフトすることが可能に構成され、
   前記高さ検出部は、
   前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを求め、
   前記検出光の前記光出射面に対する出射角度をθ１、前記反射検出光の前記光出射面に対する入射角度をθ２としたとき、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記出射角度θ１および前記入射角度θ２と、を用いて前記高さに対応する値Ｈを次式（１）、すなわち、
   Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
   を解くことにより求める
   請求項７に記載の表示装置。
9. 前記表示部は、表示面内で相反する２つの向きに傾き角成分を持つ２つの平行光を、前記検出光として前記出射領域から出力するとともに、前記相反する２つの向きと平行な方向内で前記出射領域をシフトすることが可能に構成され、
   前記高さ検出部は、
   前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを、前記２つの平行光それぞれにおいて求め、
   求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記検出光の前記表示面に対する出射角度θ１を用いて、前記反射検出光の前記表示面への入射角度θ２と前記高さに対応する値Ｈとを未知数とする次式（１）、すなわち、
   Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
   を前記２つの平行光それぞれについて立て、立てた２つの式を解くことにより前記高さに対応する値Ｈを求める
   請求項７に記載の表示装置。
10. 前記表示部は、
    表示光の第１面発光部と、
    前記表示面に対し所定の角度で面状の前記検出光を出射する第２面発光部と、
    前記第１および第２面発光部と前記表示面との間に配置され、前記第１面発光部からの表示光を入力映像信号に応じて光変調して表示画像光に変換するとともに、前記第２面発光部から出力される前記面状の検出光を、前記表示面の前記出射領域に対応する領域で透過させ、その他の領域で遮断し、透過領域を一方向にシフトする光変調パネル部と、
    を有する請求項７に記載の表示装置。
11. 前記第２面発光部は、
    前記検出光の光源と、
    前記光源からの光を内部反射させて面状光に拡散させる導光板と、
    導光板内を通る光の向きを局所的に変更して、前記導光板の表示部側の出力面から斜めに前記面状の検出光を出力させる光学素子と、
    を有する
    請求項１０に記載の表示装置。
12. 前記光源が、前記導光板の対向する２つの側面に配置され、
    前記光学素子が、前記導光板の一方の側面側に配置された第１光源からの光を反射または屈折させる第１光路変更面と、前記導光板の他方の側面側に配置された第２光源からの光を反射または屈折させる第２光路変更面とを有する
    請求項７に記載の表示装置。
13. 複数の受光レンズを有し、
    前記受光素子は、１つの受光レンズに対し対で設けられ、
    対で設けられた２つの受光素子が、対応する受光レンズの集光範囲内で一方向に互いに離間して配置されている
    請求項１１に記載の表示装置。
14. 表示パネルと、
    前記表示パネルに表示すべき映像の処理回路を含む回路部と、
    を有し、
    前記表示パネルは、
    前記映像の表示面と、
    入力される映像信号に応じて変調された可視光を前記表示面から外部に出力する画像表示の機能と、前記表示面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する機能とを持つ表示部と、
    前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記表示面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を出力する複数の受光素子と、
    を有し、
    前記反射検出光を受光した受光素子の位置情報と、前記検出光が出射された出射領域の位置情報とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記表示面からの距離である高さを求める高さ検出部を有する
    電子機器。
15. 前記表示部は、斜め方向に平行な検出光を出射する前記出射領域を一方向にシフトすることが可能に構成され、
    前記高さ検出部は、
    前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを求め、
    前記検出光の前記光出射面に対する出射角度をθ１、前記反射検出光の前記光出射面に対する入射角度をθ２としたとき、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記出射角度θ１および前記入射角度θ２と、を用いて前記高さに対応する値Ｈを次式（１）、すなわち、
    Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
    を解くことにより求める
    請求項１４に記載の電子機器。
16. 前記表示部は、表示面内で相反する２つの向きに傾き角成分を持つ２つの平行光を、前記検出光として前記出射領域から出力するとともに、前記相反する２つの向きと平行な方向内で前記出射領域をシフト可能に構成され、
    前記高さ検出部は、
    前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを、前記２つの平行光それぞれにおいて求め、
    求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記検出光の前記表示面に対する出射角度θ１を用いて、前記反射検出光の前記表示面への入射角度θ２と反射位置の前記高さに対応する値Ｈとを未知数とする次式（１）、すなわち、
    Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
    を前記２つの平行光それぞれについて立て、立てた２つの式を解くことにより前記高さに対応する値Ｈを求める
    請求項１４に記載の電子機器。
17. 表示面内の一部の領域である出射領域から斜めに検出光を出射する光出射のステップと、
    前記検出光が前記出射領域から外部に出射され、外部で反射されて前記表示面へ所定角度で入射する反射検出光を選択的に受光し受光信号を発生する受光のステップと、
    前記出射領域を表示面内で一方向にシフトしながら前記光出射のステップを繰り返す走査のステップと、
    前記反射検出光を受光した位置情報と、前記検出光が出射された出射領域の位置情報とを用いて、前記検出光が外部で反射された箇所について、前記表示面からの距離である高さを求める高さ検出のステップと、
    を含む反射検出方法。
18. 前記走査のステップでは、斜め方向に平行な検出光を出射する前記出射領域を一方向にシフトし、
    前記高さ検出のステップでは、
    前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを求め、
    前記検出光の前記光出射面に対する出射角度をθ１、前記反射検出光の前記光出射面に対する入射角度をθ２としたとき、求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記出射角度θ１および前記入射角度θ２と、を用いて前記高さに対応する値Ｈを次式（１）、すなわち、
    Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
    を解くことにより求める
    請求項１７に記載の反射検出方法。
19. 前記光出射のステップでは、表示面内で相反する２つの向きに傾き角成分を持つ２つの平行光を、前記検出光として前記出射領域から出力し、
    前記走査のステップでは、前記相反する２つの向きと平行な方向内で前記出射領域をシフトし、
    前記高さ検出のステップでは、
    前記シフトの方向における前記反射検出光の入射位置の座標ａ２と、当該座標ａ２が得られたときにおける前記出射領域の位置の座標ａ１とを、前記２つの平行光それぞれにおいて求め、
    求めた２つの座標ａ１，ａ２と、前記検出光の前記表示面に対する出射角度θ１を用いて、前記反射検出光の前記表示面への入射角度θ２と反射位置の前記高さに対応する値Ｈとを未知数とする次式（１）、すなわち、
    Ｈ＝｜ａ１−ａ２｜*ｔａｎθ１*ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）…（１）
    を前記２つの平行光それぞれについて立て、立てた２つの式を解くことにより前記高さに対応する値Ｈを求める
    請求項１７に記載の反射検出方法。

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