JP2011034375A - Optical position detection apparatus with illumination function, and display device with position detection function - Google Patents

Optical position detection apparatus with illumination function, and display device with position detection function Download PDF

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康憲 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical position detection apparatus with an illumination function and a display device with a position detection function for optimizing emitted light quantity distributions of both position detection light and illumination light even if a light transmission plate is commonly used for the position detection light and the illumination light. <P>SOLUTION: In an optical position detection apparatus with an illumination function 10, a light guide plate 13 takes in position detection light L2a-L2d composed of infra-red light and illumination light L4 composed of white light to emit them toward a detection area 10R. Between the light guide plate 13 and the detection area 10R, an intensity distribution changing layer 50 which distributes, in an in-plane direction, a light transmission area 51 through which the illumination light L4 and the position detection light L2a-L2d are transmissive and also a wavelength selective light shielding area 52 by which the illumination light L4 transmits and at least a part of the position detection light L2a-L2d is blocked are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、照明機能付き光学式位置検出装置、および該照明機能付き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に関するものである。   The present invention relates to an optical position detection device with an illumination function and a display device with a position detection function including the optical position detection device with an illumination function.

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、液晶パネル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、液晶パネル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。   In recent years, electronic devices such as mobile phones, car navigation systems, personal computers, ticket vending machines, and bank terminals have used display devices with a position detection function in which a touch panel is disposed on the front surface of a liquid crystal panel. Then, information is input while referring to an image displayed on the liquid crystal panel. Such a touch panel is configured as a position detection device for detecting the position of the target object in the detection region.

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)。   As a detection method in such a position detection device, a resistance film method, an ultrasonic method, a capacitance method, an optical method, and the like are known. The resistive film method is low in cost but has low transmittance as well as the electrostatic capacity method, and the ultrasonic method and the electrostatic capacity method have a high response speed, but the environment resistance is low. On the other hand, the optical system is characterized in that the environmental resistance, the transmittance, and the response speed can be increased (see Patent Documents 1 and 2).

特開2004−295644号公報JP 2004-295644 A 特開2004−303172号公報JP 2004-303172 A

しかしながら、特許文献1、2に記載の位置検出装置では、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。   However, the position detection devices described in Patent Documents 1 and 2 require a number of light sources, photodetectors, and the like corresponding to the resolution of position coordinates to be detected in the vicinity of the display screen. There is a point.

そこで、本願発明者は、図9に模式的に示すように、導光板13の側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から出射された赤外域の位置検出光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からの距離との間の関係に基づいて指などの位置を検出することができるので、少ない数の位置検出用光源12や光検出器15で済むという利点がある。   Therefore, as schematically shown in FIG. 9, the inventor of the present application provides a position detection light source 12 so as to face the side end portion of the light guide plate 13, and infrared position detection light emitted from the light guide plate 13. An optical position detection device that detects light reflected by L2 hitting a finger or the like with a photodetector 15 is being studied. In such an optical position detection device, the position of a finger or the like can be detected based on the relationship between the intensity of the position detection light L2 emitted from the light guide plate 13 and the distance from the position detection light source 12. There is an advantage that only a small number of position detection light sources 12 and photodetectors 15 are required.

かかる位置検出装置を用いて位置検出機能付き表示装置を構成する場合、導光板に対して光の出射側に透過型の液晶パネルを設けることになる。また、側端部から入射した照明光を均一な輝度分布をもって出射するバックライト用の導光板を位置検出用の導光板に重ねて配置することになる。このため、位置検出機能付き表示装置には、2枚の導光板が必要となるため、部品コストが増大するとともに、位置検出機能付き表示装置の厚さが増大するという問題点がある。   When a display device with a position detection function is configured using such a position detection device, a transmissive liquid crystal panel is provided on the light emission side with respect to the light guide plate. Further, a backlight light guide plate that emits illumination light incident from the side end portion with a uniform luminance distribution is disposed so as to overlap the position detection light guide plate. For this reason, since the display device with a position detection function requires two light guide plates, there are problems that the cost of components increases and the thickness of the display device with a position detection function increases.

一方、位置検出用光源12とバックライト用の白色光源の双方を共通の導光板に対して設けることが考えられるが、かかる構成の場合、導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布を適正に形成できず、検出精度が低下するという問題点がある。すなわち、位置検出光は赤外光であるのに対して照明光は可視光であるため、照明光の輝度分布が均一となるように導光板を構成すると、位置検出光と照明光との波長の違いに起因する導光板からの出射特性の影響で導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布が劣化するのである。   On the other hand, it is conceivable to provide both the position detection light source 12 and the white light source for the backlight with respect to the common light guide plate. In such a configuration, the intensity distribution of the output light amount of the position detection light from the light guide plate is changed. There is a problem that it cannot be formed properly and the detection accuracy is lowered. That is, since the position detection light is infrared light while the illumination light is visible light, if the light guide plate is configured so that the luminance distribution of the illumination light is uniform, the wavelength of the position detection light and the illumination light The intensity distribution of the emitted light quantity of the position detection light from the light guide plate deteriorates due to the influence of the emission characteristics from the light guide plate due to the difference.

かかる問題点は、位置検出機能付き表示装置を構成する場合に限らず、照明機能および位置検出機能の双方を備えた照明機能付き光学式位置検出装置において、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合に発生する問題点である。   Such a problem is not limited to the case of constituting a display device with a position detection function, but in an optical position detection device with an illumination function having both an illumination function and a position detection function, a light guide plate for position detection light and illumination light. This is a problem that occurs when sharing the.

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量分布を適正化することのできる照明機能付き光学式位置検出装置、およびかかる照明機能付き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を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to optimize the emitted light amount distribution of both the position detection light and the illumination light even when the position detection light and the illumination light share a light guide plate. An object is to provide an optical position detection device with an illumination function and a display device with a position detection function including the optical position detection device with an illumination function.

上記課題を解決するために、本発明は、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するとともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、前記照明光を放出する照明用光源と、赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、を有していることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention optically detects the position of a target object in a detection region and emits illumination light in the visible region toward the side where the detection region is located. An illumination type light source that emits illumination light, a position detection light source that emits infrared position detection light, illumination light emitted from the illumination light source, and the position detection device A side end portion for taking in the position detection light emitted from the light source, and emitting the position detection light taken from the side end portion to the detection region, and the illumination region is positioned in the detection region; A light guide plate that emits light to the light-receiving side, a light-transmitting region that is provided between the light guide plate and the detection region, and that transmits the illumination light and the position detection light, and transmits the illumination light and the position detection light. At least part of An intensity distribution changing layer that disperses the wavelength-selective light-shielding region to be cut in an in-plane direction, and changes an intensity distribution of an emitted light amount of the position detection light emitted from the light guide plate toward the detection region; A light detector having a light receiving portion arranged toward the detection region so as to receive the position detection light reflected by the object, and a detection result of the light detector and an intensity distribution of the emitted light quantity of the position detection light; And a signal processing unit for detecting the position of the target object based on the signal processing unit.

本発明において、「照明光および位置検出光が透過する透光領域」とは、照明光および位置検出光の双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光の透過率と位置検出光の透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、「照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域」とは、位置検出光の透過率が「透光領域」よりも低く、かつ、位置検出光の透過率が照明光の透過率よりも低くければよい。   In the present invention, the “transmission region through which the illumination light and the position detection light are transmitted” only needs to transmit both the illumination light and the position detection light at a level that does not cause a problem in practice. This also includes the case where the transmittance of the detection light is not the same. In addition, “a wavelength-selective light-blocking region in which illumination light is transmitted and at least a part of position detection light is blocked” means that the transmittance of position detection light is lower than that of “transmission region” and the position detection light. As long as the transmittance of light is lower than the transmittance of illumination light.

本発明では、位置検出用光源から放出された赤外域の位置検出光は、導光板の内部に採り込まれた後、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、かかる位置検出光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が所定の相関性を有しておれば、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。かかる位置検出装置に照明機能を付加するにあたって、可視域の照明光および赤外域の位置検出光は各々所定の光量分布で出射される必要がある。ここで、可視域の照明光および赤外域の位置検出光に対して共通の導光板を用いるにあたって、導光板の構成を可視域の照明光に合わせると、導光板の出射特性が波長によって相違するため、赤外域の位置検出光の光量分布が劣化することになる。しかるに本発明では、導光板と検出領域との間には、照明光および位置検出光が透過する透光領域、および照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布する強度分布変更層が設けられている。このため、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を強度分布変更層によって変化させ、調整することができるので、位置検出光についても、検出領域への出射光量の強度分布を適正化することができる。それ故、本発明によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板の枚数を1枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置を実現することができる。   In the present invention, the position detection light in the infrared region emitted from the position detection light source is taken into the light guide plate, and then the position detection light is emitted from the light exit surface of the light guide plate. When reflected by the target object arranged on the light exit side of the light guide plate, the reflected light is detected by the photodetector. Here, if the intensity of the position detection light in the detection region and the distance from the position detection light source have a predetermined correlation, the position of the target object is detected from the received light intensity obtained via the photodetector. can do. Therefore, since it is not necessary to arrange a large number of optical elements along the detection region, a position detection device with low cost and low power consumption can be configured. In order to add an illumination function to such a position detection device, it is necessary to emit illumination light in the visible region and position detection light in the infrared region with a predetermined light amount distribution. Here, when a common light guide plate is used for visible illumination light and infrared position detection light, when the configuration of the light guide plate is matched with visible illumination light, the emission characteristics of the light guide plate differ depending on the wavelength. Therefore, the light amount distribution of the position detection light in the infrared region is deteriorated. However, in the present invention, between the light guide plate and the detection region, a light-transmitting region through which the illumination light and the position detection light are transmitted, and wavelength selectivity through which the illumination light is transmitted and at least a part of the position detection light is blocked. An intensity distribution changing layer in which the light shielding regions are distributed in the in-plane direction is provided. For this reason, since the intensity distribution of the emitted light quantity of the position detection light emitted toward the detection area can be changed and adjusted by the intensity distribution change layer, the intensity of the emitted light quantity to the detection area is also detected for the position detection light. Distribution can be optimized. Therefore, according to the present invention, even when the position detection light and the illumination light share a light guide plate, it is possible to optimize the intensity distribution of the emitted light amounts of both the position detection light and the illumination light. Therefore, even when the number of light guide plates is one, it is possible to realize an optical position detection device with an illumination function with high position detection accuracy.

本発明において、前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第1辺部分に設けられ、前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第1辺部分に対向する第2辺部分側では前記第1辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることが好ましい。照明用光源を導光板の第1辺部分に設けた場合、導光板について、照明用光源から離れた第2辺部分側での出射効率を第1辺部分側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する。その結果、赤外域の位置検出光においては、第2辺部分側からの出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本発明では、強度分布変更層における透光領域の形成密度が第2辺部側で低く、第1辺部分で高くなっているので、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を最適化することができる。   In the present invention, the illumination light source is provided in a first side portion of the side end portion of the light guide plate, and in the intensity distribution changing layer, the first end portion is opposed to the first side portion in the side end portion. It is preferable that the formation density of the translucent region is lower on the two side portion side than on the first side portion side. When the illumination light source is provided on the first side portion of the light guide plate, the light emission efficiency of the light guide plate on the second side portion away from the illumination light source is made higher than the emission efficiency on the first side portion side. Realize a brightness distribution. As a result, in the position detection light in the infrared region, the emission efficiency from the second side portion side becomes too high. However, in the present invention, since the formation density of the translucent region in the intensity distribution changing layer is low on the second side and high on the first side, the emitted light amount of the position detection light emitted toward the detection region It is possible to optimize the intensity distribution.

本発明において、前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第1辺部分側に比して前記第2辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられている構成を採用することができる。   In the present invention, a dot-like reflective layer having a higher formation density on the second side portion side than the first side portion side is provided on the opposite side of the light guide plate from the illumination light emission side. It is possible to adopt the configuration as described.

本発明において、前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなる構成を採用することができる。   In the present invention, the wavelength-selective light-shielding region is a dielectric multilayer film having a film configuration in which the illumination light is transmitted and at least a part of the position detection light is blocked, or the illumination light is transmitted and the position detection is performed. A configuration composed of a metal oxide film having a composition that blocks at least part of light can be employed.

本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置は、例えば、位置検出機能付き表示装置に用いられる。この場合、前記導光板に対して前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネルを設ける。   The optical position detection device with an illumination function to which the present invention is applied is used for a display device with a position detection function, for example. In this case, an electro-optic panel that modulates the illumination light and generates an image in a region that overlaps the detection region in plan view is provided on the light emission plate emission side.

かかる位置検出機能付き表示装置において、前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示される場合があり、この場合、前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像が表示される箇所が波長選択性遮光領域の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。   In such a display device with a position detection function, the electro-optic panel may display a switch image selected by the approach of the target object in the detection region. In this case, the switch image is displayed in plan view. It is preferable that the translucent region is provided at an overlapping position. According to such a configuration, it is possible to reliably avoid the location where the switch image is displayed from being a shadow of the wavelength-selective light-shielding region, so that erroneous input can be prevented.

本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、各種表示装置の他、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。   The display device with a position detection function according to the present invention is used for electronic devices such as mobile phones, car navigation systems, personal computers, ticket vending machines, and bank terminals, in addition to various display devices.

本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the whole structure of the optical position detection apparatus with an illumination function to which this invention is applied. 本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an optical position detection device with an illumination function and a display device with a position detection function to which the present invention is applied. 本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置の断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the optical position detection apparatus with an illumination function to which this invention is applied, and the display apparatus with a position detection function. 本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置での信号処理内容を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the signal processing content in the optical position detection apparatus with an illumination function to which this invention is applied, and the display apparatus with a position detection function. 本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the lighting pattern of the light source for position detection at the time of position detection in the optical position detection apparatus with an illumination function to which this invention is applied, and the display apparatus with a position detection function. (a)、(b)は、本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置に用いた導光板の説明図、および強度分布変更層の説明図である。(A), (b) is explanatory drawing of the light-guide plate used for the optical position detection apparatus with an illumination function and the display apparatus with a position detection function to which this invention is applied, and explanatory drawing of an intensity distribution change layer. 本発明を適用した位置検出機能付き表示装置におけるスイッチ画像と強度分布変更層の透光領域との位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the switch image and the translucent area | region of an intensity distribution change layer in the display apparatus with a position detection function to which this invention is applied. 本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。It is explanatory drawing of the electronic device using the display apparatus with a position detection function which concerns on this invention. 位置検出装置の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic composition of a position detection apparatus.

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。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(照明機能付き光学式位置検出装置の概略構成)
図1は、本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)、(c)は、照明機能付き光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図、照明機能付き光学式位置検出装置に用いた導光板と光源との位置関係を示す説明図、および導光板内での位置検出光の減衰状態を示す説明図である。
(Schematic configuration of optical position detector with illumination function)
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the overall configuration of an optical position detection apparatus with an illumination function to which the present invention is applied. FIGS. 1 (a), (b), and (c) are optical types with an illumination function. An explanatory view showing a cross-sectional configuration of the position detection device, an explanatory view showing a positional relationship between the light guide plate and the light source used in the optical position detection device with an illumination function, and an explanation showing an attenuation state of the position detection light in the light guide plate FIG.

図1(a)、(b)に示す照明機能付き光学式位置検出装置10は、検出領域10R内の対象物体Obの位置を光学的に検出するとともに、検出領域10Rが位置する側に向けて可視域(波長が380nm〜780nmの領域)の照明光L4を出射するための装置である。   The optical position detection device 10 with an illumination function shown in FIGS. 1A and 1B optically detects the position of the target object Ob in the detection region 10R and toward the side where the detection region 10R is located. It is an apparatus for emitting illumination light L4 in the visible region (region having a wavelength of 380 nm to 780 nm).

本形態において、照明機能付き光学式位置検出装置10は、白色光などといった可視域の照明光L4を放出する照明用光源41と、赤外域(本形態では、波長が800nm〜1000nmの領域)の位置検出光L2a〜L2dを放出する位置検出用光源12A〜12Dと、照明用光源41および位置検出用光源12A〜12Dに対して共通の導光板13とを有している。導光板13は、照明用光源41から放出された照明光L4、および位置検出用光源12A〜12Dから放出された位置検出光L2a〜L2dを内部に採り込む側端部13mと、側端部13mから入射した照明光L4、および位置検出用光源12A〜12Dを検出領域10Rに出射する光出射面13sとを備えている。   In this embodiment, the optical position detection device 10 with an illumination function includes an illumination light source 41 that emits visible light L4 such as white light, and an infrared region (in this embodiment, a wavelength region of 800 nm to 1000 nm). Position detection light sources 12A to 12D that emit position detection lights L2a to L2d, and a light guide plate 13 that is common to the illumination light source 41 and the position detection light sources 12A to 12D. The light guide plate 13 includes a side end 13m and a side end 13m that incorporate the illumination light L4 emitted from the illumination light source 41 and the position detection lights L2a to L2d emitted from the position detection light sources 12A to 12D. And the light emission surface 13s for emitting the position detection light sources 12A to 12D to the detection region 10R.

このように構成した照明機能付き光学式位置検出装置10において、照明光L4については、均一な輝度分布をもって出射する必要があるとともに、輝度が高いことが求められる。また、位置検出光L2a〜L2dについては、例えば、図1(c)に示すように、検出領域10Rに向けて所定の強度分布をもって出射する必要がある。そこで、本形態では、導光板13については、照明光L4を均一な輝度分布をもって出射するように構成するとともに、導光板13と検出領域10Rとの間には、強度分布変更層50が設けられている。かかる構成の照明機能付き光学式位置検出装置10の詳細な構成については、図2および図3を参照して照明機能付き光学式位置検出装置の構成とともに以下に説明し、導光板13および強度分布変更層50の詳細な構成などについては、図6などを参照して後述する。   In the optical position detection apparatus 10 with the illumination function configured as described above, the illumination light L4 needs to be emitted with a uniform luminance distribution and is required to have high luminance. Further, the position detection lights L2a to L2d need to be emitted with a predetermined intensity distribution toward the detection region 10R as shown in FIG. 1C, for example. Therefore, in the present embodiment, the light guide plate 13 is configured to emit the illumination light L4 with a uniform luminance distribution, and an intensity distribution changing layer 50 is provided between the light guide plate 13 and the detection region 10R. ing. The detailed configuration of the optical position detection device with illumination function 10 having such a configuration will be described below with reference to FIGS. 2 and 3 together with the configuration of the optical position detection device with illumination function, and the light guide plate 13 and the intensity distribution. The detailed configuration of the change layer 50 will be described later with reference to FIG.

(位置検出機能付き表示装置100の構成)
図2および図3は、本発明を適用した照明機能付き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の説明図であり、図2および図3は各々、位置検出機能付き表示装置100の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。
(Configuration of display device 100 with position detection function)
2 and 3 are explanatory diagrams of the optical position detection device 10 with illumination function and the display device 100 with position detection function to which the present invention is applied, and FIGS. 2 and 3 respectively show the display device 100 with a position detection function. It is explanatory drawing which shows the exploded perspective view of, and a cross-sectional structure.

図2および図3に示す位置検出機能付き表示装置100は、照明機能付き光学式位置検出装置10と液晶装置200とを備えており、照明機能付き光学式位置検出装置10は、液晶装置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。   The display device with a position detection function 100 shown in FIGS. 2 and 3 includes an optical position detection device with an illumination function 10 and a liquid crystal device 200, and the optical position detection device with an illumination function is provided by the liquid crystal device 200. Based on the displayed image, the planar position of the target object Ob is detected when the target object Ob such as a finger is brought close to the detection region 10R.

かかる照明機能付き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、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。   Such an optical position detection apparatus 10 with an illumination function includes position detection light sources 12A to 12D that emit position detection light L2a to L2d and light incident portions 13a to 13d to which the position detection lights L2a to L2d are incident. The light guide plate 13 and the light detector 15 are provided on one surface (upper surface in the drawing) of the light guide plate 13 that emits the position detection lights L2a to L2d propagated through the light guide plate 13. ing. The position detection light sources 12A to 12D are disposed so as to face the light incident portions 13a to 13d, and are preferably disposed in close contact with the light incident portions 13a to 13d.

以下、互いに直交する方向をX方向、Y方向およびZ方向とし、導光板13からの位置検出光L2a〜L2dの出射方向をZ方向として説明する。   Hereinafter, the directions orthogonal to each other will be described as the X direction, the Y direction, and the Z direction, and the emission directions of the position detection lights L2a to L2d from the light guide plate 13 will be described as the Z direction.

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おり、光入射部13a〜13dから入射して導光板13の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。   The light guide plate 13 is made of a transparent resin plate such as polycarbonate or acrylic resin, and the light that is incident from the light incident portions 13a to 13d and propagates through the light guide plate 13 gradually progresses in the propagation direction. The light is deflected and emitted from the light exit surface 13s. A reflection plate 14 composed of a reflection sheet or the like is disposed behind the light guide plate 13, and the reflection plate 14 returns the position detection lights L <b> 2 a to L <b> 2 d emitted from the back surface 13 t of the light guide plate 13 to the inside of the light guide plate 13. To function.

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(光入射面)により構成されている。   In this embodiment, the light guide plate 13 has a substantially quadrangular planar shape including four side portions 13i to 13l, and the four corner portions 13e to 13h of the quadrangle become light incident portions 13a to 13d, respectively. Yes. Here, the light incident portions 13a to 13d are constituted by end faces (light incident surfaces) formed by removing the corner portions 13e to 13h of the light guide plate 13, for example.

位置検出用光源12A〜12Dは、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。従って、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)、あるいは950nm付近であることが望ましい。   The position detection light sources 12A to 12D are composed of light emitting elements such as LEDs (light emitting diodes), and position detection lights L2a to L2d made of infrared light according to a drive signal output from a drive circuit (not shown). Release. The types of the position detection lights L2a to L2d are not particularly limited, but are preferably those that can be detected separately from external light by signal processing described later. The position detection lights L2a to L2d preferably have a wavelength range that is efficiently reflected by the target object Ob such as a finger or a touch pen. Therefore, if the target object Ob is a human body such as a finger, it is desirable that the infrared ray has a high reflectance on the surface of the human body (particularly near infrared light close to the visible light region, for example, near 850 nm in wavelength), or near 950 nm.

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、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。ここで、位置検出用光源12A〜12D(位置検出光L2a〜L2d)の中心光軸は交差している。このため、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、その伝播方向と交差する方向(Z方向)に向く光出射面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。   The position detection light sources 12A to 12D are essentially provided in plural, and are configured to emit position detection light from different positions. Of the four position detection light sources 12A to 12D, two position detection light sources are paired to form a first light source pair, and the other two position detection light sources are paired to form a second light source pair. is doing. Here, the central optical axes of the position detection light sources 12A to 12D (position detection lights L2a to L2d) intersect each other. Therefore, the position detection light L2a and the position detection light L2b are emitted in the light guide plate 13 while propagating in directions opposite to each other in the direction indicated by the arrow A, and in a direction intersecting the propagation direction (Z direction). The position detection light L2c and the position detection light L2d are emitted from the surface 13s while propagating in opposite directions in the direction intersecting the direction indicated by the arrow A (direction indicated by the arrow B). The light is emitted from the surface 13s.

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の周りには矩形枠状の遮光シート17が配置されている。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。   In the display device with a position detection function 100 according to the present embodiment, an optical sheet 16 for leveling the position detection lights L2a to L2d is arranged on the light emitting side of the light guide plate 13 as necessary. In this embodiment, as the optical sheet 16, the first prism sheet 161 facing the light exit surface 13s of the light guide plate 13 is opposed to the first prism sheet 161 on the side opposite to the side where the light guide plate 13 is located. A second prism sheet 162 and a light scattering plate 163 facing the second prism sheet 162 on the side opposite to the side where the light guide plate 13 is located are used. A rectangular frame-shaped light shielding sheet 17 is disposed around the optical sheet 16. The light shielding sheet 17 prevents the position detection lights L2a to L2d emitted from the position detection light sources 12A to 12D from leaking.

(液晶装置200の構成)
液晶装置200は、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枚の透光性基板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枚の透光性基板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。
(Configuration of the liquid crystal device 200)
The liquid crystal device 200 includes an electro-optical panel 20 on the side opposite to the side where the light guide plate 13 is positioned with respect to the optical sheet 16. In this embodiment, the electro-optical panel 20 is a transmissive liquid crystal panel, and has a structure in which two translucent substrates 21 and 22 are bonded together with a sealing material 23 and a liquid crystal 24 is filled between the substrates. . In this embodiment, the electro-optical panel 20 is an active matrix type liquid crystal panel, and on one side of the two light-transmitting substrates 21 and 22, a light-transmitting pixel electrode, a data line, a scanning line, and a pixel switching element ( (Not shown) is formed, and a translucent common electrode (not shown) is formed on the other side. Note that the pixel electrode and the common electrode may be formed on the same substrate. In the electro-optical panel 20, when a scanning signal is output to each pixel via a scanning line and an image signal is output via a data line, the orientation of the liquid crystal 24 is controlled in each of the plurality of pixels. As a result, an image is formed in the image display area 20R.

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。   In the electro-optical panel 20, one translucent substrate 21 is provided with a substrate overhanging portion 21 t that projects from the outer shape of the other translucent substrate 22. An electronic component 25 constituting a drive circuit or the like is mounted on the surface of the substrate extension portion 21t. Further, a wiring member 26 such as a flexible wiring board (FPC) is connected to the board projecting portion 21t. Note that only the wiring member 26 may be mounted on the substrate overhanging portion 21t. In addition, a polarizing plate (not shown) is arrange | positioned at the outer surface side of the translucent board | substrates 21 and 22 as needed.

ここで、対象物体Obの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。   Here, in order to detect the position of the target object Ob, it is necessary to emit the position detection lights L2a to L2d to the viewing side where the operation with the target object Ob is performed. It is arranged closer to the viewing side (operation side) than the sheet 16. Accordingly, in the electro-optical panel 20, the image display region 20R is configured to be able to transmit the position detection lights L2a to L2d.

液晶装置200では、電気光学パネル20を照明するための照明装置が必要であり、本形態においては、位置検出用の導光板13を照明光L4に対する導光板13としても用いられている。従って、本形態では、導光板13の側端部に照明用光源41が配置されている。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、導光板13の側端部13mを構成する4つの辺部分13i、13j、13k、13lのうち、辺部分13kに沿って複数、配列されている。   The liquid crystal device 200 requires an illumination device for illuminating the electro-optical panel 20, and in this embodiment, the position detection light guide plate 13 is also used as the light guide plate 13 for the illumination light L4. Therefore, in this embodiment, the illumination light source 41 is arranged at the side end of the light guide plate 13. The illumination light source 41 is composed of a light emitting element such as an LED (light emitting diode), for example, and emits, for example, white illumination light L4 in accordance with a drive signal output from a drive circuit (not shown). In this embodiment, a plurality of illumination light sources 41 are arranged along the side portion 13k among the four side portions 13i, 13j, 13k, and 13l constituting the side end portion 13m of the light guide plate 13.

図3に示すように、導光板14は、辺部分13kに隣接する光出射側の表面部分に傾斜面13wが設けられ、導光板13は、辺部分13kに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面13wを有する入光構造によって、光出射面13sが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分13k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。かかる照明装置において、照明用光源41から出射された照明光は、導光板13の辺部分13kから導光板13の内部に入射した後、導光板13の内部を反対側の辺部分13lに向けて伝播し、光出射面13sから出射される。   As shown in FIG. 3, the light guide plate 14 is provided with an inclined surface 13w on the light emitting side surface portion adjacent to the side portion 13k, and the thickness of the light guide plate 13 gradually increases toward the side portion 13k. Yes. With the light incident structure having such an inclined surface 13w, the height of the side portion 13k is made to correspond to the height of the light emitting surface of the illumination light source 41 while suppressing an increase in the thickness of the portion where the light emitting surface 13s is provided. is there. In such an illuminating device, the illumination light emitted from the illumination light source 41 enters the light guide plate 13 from the side portion 13k of the light guide plate 13, and then the inside of the light guide plate 13 faces the opposite side portion 13l. Propagate and exit from the light exit surface 13s.

(検出領域10Rの構成)
図2および図3に示すように、電気光学パネル20の視認側(操作側)には光検出器15が配置され、かかる光検出器15は、検出領域10Rに受光部15aを向けている。光検出器15はフォトダイオードなどの受光素子からなり、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ものが用いられる。
(Configuration of detection region 10R)
As shown in FIGS. 2 and 3, the photodetector 15 is disposed on the viewing side (operation side) of the electro-optical panel 20, and the photodetector 15 points the light receiving unit 15 a toward the detection region 10 </ b> R. The photodetector 15 includes a light receiving element such as a photodiode, and is configured to be able to detect the intensities of the position detection lights L2a to L2d. In this embodiment, since infrared rays are used as the position detection lights L2a to L2d, the photodetector 15 having at least sensitivity to infrared rays is used.

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。   In the present embodiment, the image display region 20R of the electro-optical panel 20 is a planar range in which a display image is displayed on the electro-optical panel 20. In this embodiment, the image display area 20R has a rectangular shape with four sides, has a congruent shape with the detection area 10R, and its position completely coincides with the detection area 10R in a plane. However, at least a part of the detection area 10R and the image display area 20R need only overlap in a plane.

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。   In this embodiment, in addition to the photodetector 15, a compensation photodetector 15x is also used. The compensation photodetector 15x is for compensating for the influence of temperature or the like on the detection result obtained via the photodetector 15, and does not detect the position detection lights L2a to L2d.

(基本原理)
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。
(Basic principle)
A method for acquiring the position information of the target object Ob based on the detection by the photodetector 15 will be described. There are various methods for acquiring the position information. For example, as an example, the ratio of the attenuation coefficients is obtained based on the ratio of the detected light amounts of the two position detection lights, and both are calculated from the ratio of the attenuation coefficients. There is a method of obtaining the position coordinates in the direction connecting two corresponding light sources by obtaining the propagation distance of the position detection light.

まず、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。   First, in the display device 100 with a position detection function of the present embodiment, the position detection lights L2a to L2d emitted from the position detection light sources 12A to 12D are incident on the inside of the light guide plate 13 from the light incident portions 13a to 13d, respectively. The light is gradually emitted from the light exit surface 13 s while propagating through the light guide plate 13. As a result, the position detection lights L2a to L2d are emitted in a planar shape from the light emission surface 13s.

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。同様に、位置検出光L2c、L2dも導光板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。従って、検出領域10R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。   For example, the position detection light L2a is gradually emitted from the light exit surface 13s while propagating through the inside of the light guide plate 13 from the light incident part 13a toward the light incident part 13b. Similarly, the position detection lights L2c and L2d are gradually emitted from the light exit surface 13s while propagating through the light guide plate 13. Therefore, when the target object Ob such as a finger is arranged in the detection region 10R, the position detection lights L2a to L2d are reflected by the target object Ob, and a part of the reflected light is detected by the photodetector 15.

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1(c)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1(c)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。   Here, the light amount of the position detection light L2a emitted to the detection region 10R is linearly attenuated with the distance from the position detection light source 12A as shown by a solid line in FIG. 1C, and the detection region 10R. It is considered that the amount of the position detection light L2b emitted to the line linearly attenuates with the distance from the position detection light source 12B, as indicated by a dotted line in FIG.

また、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とし、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、位置検出光L2aの減衰係数、および検出光量をfa、およびGaとし、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。
Further, the control amount (current amount), conversion coefficient, and emission light amount of the position detection light source 12A are Ia, k, and Ea, and the control amount (current amount), conversion coefficient, and emission light amount of the position detection light source 12B. Is Ib, k, and Eb,
Ea = k · Ia
Eb = k · Ib
It becomes. Further, if the attenuation coefficient and detected light amount of the position detection light L2a are set to fa and Ga, and the attenuation coefficient and detected light amount of the position detection light L2b are set to fb and Gb,
Ga = fa · Ea = fa · k · Ia
Gb = fb · Eb = fb · k · Ib
It becomes.

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の位置情報を得ることができる。
Therefore, if the photodetector 15 can detect Ga / Gb, which is the ratio of the detected light amounts of both position detection lights,
Ga / Gb = (fa · Ea) / (fb · Eb) = (fa / fb) · (Ia / Ib)
Therefore, if the values corresponding to the emission quantity ratio Ea / Eb and the control quantity ratio Ia / Ib are known, the attenuation coefficient ratio fa / fb is known. If there is a linear relationship between the ratio of the attenuation coefficient and the ratio of the propagation distances of both position detection lights, the positional information of the target object Ob can be obtained by setting this linear relationship in advance.

上記減衰係数の比fa/fbを求める方法としては、例えば、位置検出用光源12Aと位置検出用光源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。   As a method for obtaining the attenuation coefficient ratio fa / fb, for example, the position detection light source 12A and the position detection light source 12B blink in opposite phases (for example, a rectangular wave or sine wave drive signal is caused by a difference in propagation distance). The waveform of the detected light quantity is analyzed after the phase difference of 180 degrees is operated at a frequency at which the phase difference can be ignored. More realistically, for example, one control amount Ia is fixed (Ia = Im), and the other control amount is set so that the detected waveform cannot be observed, that is, the detected light quantity ratio Ga / Gb becomes 1. lb is controlled, and the ratio fa / fb of the attenuation coefficient is derived from the control amount Ib = Im · (fa / fb) at this time.

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。
Further, the sum of both control amounts is always constant, that is, the following formula Im = Ia + Ib
You may control to satisfy | fill. In this case, the following formula Ib = Im · fb / (fa + fb)
So,
fb / (fa + fb) = α
Then, the following formula fa / fb = (1-α) / α
Thus, the ratio of the attenuation coefficient is obtained.

従って、対象物体Obの矢印A方向の位置情報は、位置検出用光源12Aと位置検出用光源12Bを相互に逆相で駆動することで取得することができる。また、対象物体Obの矢印B方向の位置情報は、位置検出用光源12Cと位置検出用光源12Dを相互に逆相で駆動することで取得することができる。それ故、制御系において上記A方向と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。   Therefore, the position information of the target object Ob in the direction of arrow A can be obtained by driving the position detection light source 12A and the position detection light source 12B in opposite phases. Further, the position information of the target object Ob in the arrow B direction can be acquired by driving the position detection light source 12C and the position detection light source 12D in opposite phases. Therefore, the position coordinate of the target object Ob on the XY plane can be acquired by sequentially performing the detection operation in the A direction and the B direction in the control system.

上記のように、光検出器15により検出される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3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。   As described above, when acquiring the planar position information in the detection area 10R of the target object Ob based on the light amount ratio of the position detection light detected by the photodetector 15, for example, a microprocessor unit (MPU) is used as a signal processing unit. Thus, it is possible to adopt a configuration in which processing is performed in accordance with execution of predetermined software (operation program). Further, as will be described later with reference to FIG. 3, a configuration in which processing is performed by a signal processing unit using hardware such as a logic circuit may be employed. Such a signal processing unit may be incorporated as a part of the display device 100 with a position detection function, or may be configured inside an electronic apparatus on which the display device 100 with a position detection function is mounted.

(信号処理部の構成例)
図4は、本発明を適用した照明機能付き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での信号処理内容を示す説明図であり、図4(a)、(b)は各々、本発明を適用した照明機能付き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。
(Configuration example of signal processor)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing signal processing contents in the optical position detection device with illumination function 10 and the display device with position detection function 100 to which the present invention is applied, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) respectively. It is explanatory drawing of the signal processing part of the optical position detector 10 with an illumination function to which this invention is applied, and the display apparatus 100 with a position detection function, and explanatory drawing which shows the processing content in the light emission intensity compensation command part of a signal processing part. .

図4(a)に示すように、本形態の照明機能付き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。   As shown in FIG. 4A, in the optical position detection device with illumination function 10 and the display device with position detection function 100 of the present embodiment, the position detection light source drive circuit 110 is variable with respect to the position detection light source 12A. A drive pulse is applied via the resistor 111, and a drive pulse is applied to the position detection light source 12B via the inverting circuit 113 and the variable resistor 112. For this reason, the position detection light source drive circuit 110 applies drive pulses having opposite phases to the position detection light source 12A and the position detection light source 12B to modulate and emit the position detection lights L2a and L2b. The light detected by the position detection lights L2a and L2b from the target object Ob is received by the common photodetector 15. In the light intensity signal generation circuit 140, a resistor 15r of about 1 kΩ is electrically connected in series to the photodetector 15, and a bias voltage Vb is applied to both ends thereof.

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。
In the light intensity signal generation circuit 140, the signal processing unit 150 is electrically connected to the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r. The detection signal Vc output from the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r is expressed by the following equation: Vc = V15 / (V15 + resistance value of the resistor 15r)
V15: Expressed by an equivalent resistance of the photodetector 15. Therefore, comparing the case where the ambient light is not incident on the photodetector 15 and the case where the ambient light is incident on the photodetector 15, the detection is performed when the ambient light is incident on the photodetector 15. The level and amplitude of the signal Vc are increased.

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。   The signal processing unit 150 generally includes a position detection signal extraction circuit 190, a position detection signal separation circuit 170, and a light emission intensity compensation command circuit 180.

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。   The position detection signal extraction circuit 190 includes a filter 192 composed of a capacitor of about 1 nF, and the filter 192 removes a DC component from the signal output from the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r. Functions as a high-pass filter. For this reason, the position detection signals Vd of the position detection lights L2a and L2b from the photodetector 15 are extracted by the filter 192 from the detection signal Vc output from the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r. That is, while the position detection lights L2a and L2b are modulated, the ambient light can be considered to have a constant intensity within a certain period, so that the low frequency component or the direct current component caused by the ambient light is filtered. 192 to remove.

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。   The position detection signal extraction circuit 190 has an adder circuit 193 provided with a feedback resistor 194 of about 220 kΩ at the subsequent stage of the filter 192. The position detection signal Vd extracted by the filter 192 is a bias voltage Vb. Is output to the position detection signal separation circuit 170 as a position detection signal Vs superimposed on a voltage V / 2 that is ½ of.

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とが交互に出力される。   The position detection signal separation circuit 170 is electrically connected to the input lines of the switch 171, the comparator 172, and the comparator 172 that perform a switching operation in synchronization with the drive pulse applied to the position detection light source 12 </ b> A. And a capacitor 173. For this reason, when the position detection signal Vs is input to the position detection signal separation circuit 170, the position detection signal Ls is sent from the position detection signal separation circuit 170 to the light emission intensity compensation command circuit 180 during the period when the position detection light L2a is lit. The effective value Vea of the position detection signal Vs and the effective value Veb of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2b is lit are alternately output.

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。   The light emission intensity compensation command circuit 180 compares the effective values Vea and Veb, performs the process shown in FIG. 4B, and calculates the effective value Vea of the position detection signal Vs during the period in which the position detection light L2a is lit. Then, the control signal Vf is output to the position detection light source driving circuit 110 so that the effective value Veb of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2b is lit is the same level. That is, the light emission intensity compensation command circuit 180 has an effective value Vea of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2a is lit, and an effective value of the position detection signal Vs when the position detection light L2b is lit. When the values Veb are compared and they are equal, the current driving conditions for the position detection light sources 12A and 12B are maintained. On the other hand, when the effective value Vea of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2a is lit is lower than the effective value Veb of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2b is lit. The emission intensity compensation command circuit 180 decreases the resistance value of the variable resistor 111 and increases the amount of light emitted from the position detection light source 12A. Further, when the effective value Veb of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2b is lit is lower than the effective value Vea of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2a is lit, the light emission intensity The compensation command circuit 180 decreases the resistance value of the variable resistor 112 and increases the amount of light emitted from the position detection light source 12B.

このようにして、照明機能付き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の矢印A方向における位置座標を得ることができる。また、同様な原理を利用すれば、検出領域10Rにおける対象物体Obの矢印B方向における位置座標を得ることができる。それ故、対象物体ObのXY平面上の位置座標を取得できる。   In this manner, in the optical position detection device 10 with illumination function and the display device 100 with position detection function, the detection amounts for the position detection lights L2a and L2b by the photodetector 15 are detected by the light emission intensity compensation command circuit 180 of the signal processing unit 150. Are controlled so that the control amounts (current amounts) of the position detection light sources 12A and 12B are controlled. Therefore, the emission intensity compensation command circuit 180 includes the effective value Vea of the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2a is lit and the position detection signal Vs during the period when the position detection light L2b is lit. Since there is information relating to the control amount in the position detection light sources 12A and 12B so that the effective value Veb is at the same level, the position determination unit 120 is provided by outputting such information to the position determination unit 120 as the position detection signal Vg. Can obtain the position coordinates of the target object Ob in the detection region 10R in the arrow A direction. Further, if the same principle is used, the position coordinates of the target object Ob in the detection region 10R in the arrow B direction can be obtained. Therefore, the position coordinates on the XY plane of the target object Ob can be acquired.

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。   In the present embodiment, in the position detection signal extraction circuit 190, the filter 192 removes a direct current component caused by ambient light from the detection signal Vc output from the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r. To extract the position detection signal Vd. For this reason, even when the detection signal Vc output from the connection point P1 between the photodetector 15 and the resistor 15r includes a signal component due to the infrared component of the ambient light, the influence of the ambient light is canceled. be able to.

(本形態での位置検出方法)
図5は、本発明を適用した照明機能付き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において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターンを示す説明図であり、図5(a)、(b)は各々、導光板13(検出領域10R)の長辺方向の位置検出、および短辺方向の位置検出を行なう場合の説明図である。
(Position detection method in this embodiment)
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a lighting pattern of a position detection light source when performing position detection in the optical position detection apparatus with illumination function 10 and the display apparatus with position detection function 100 to which the present invention is applied. (B) and (b) are explanatory diagrams when the position detection in the long side direction and the position detection in the short side direction of the light guide plate 13 (detection region 10R) are performed, respectively.

本形態の照明機能付き光学式位置検出装置10では、導光板13(検出領域10R)の長辺方向の位置検出を行なう際には、図5(a)に示すように、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、導光板13(検出領域10R)の長辺方向(X方向)に位置検出光の強度分布を生成する。   In the optical position detection apparatus 10 with an illumination function of this embodiment, when detecting the position of the light guide plate 13 (detection region 10R) in the long side direction, as shown in FIG. , 12D are driven in the same phase, the position detection light sources 12B, 12C are driven in the same phase, and the position detection light sources 12A, 12D and the position detection light sources 12B, 12C are driven in the opposite phase, so that the light guide plate 13 is driven. An intensity distribution of the position detection light is generated in the long side direction (X direction) of the (detection region 10R).

また、導光板13(検出領域10R)の短辺方向の位置検出を行なう際には、長辺方向の位置検出と異なるタイミングで、図5(b)に示すように、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、導光板13(検出領域10R)の短辺方向(Y方向)に位置検出光の強度分布を生成する。   Further, when detecting the position of the light guide plate 13 (detection region 10R) in the short side direction, as shown in FIG. 5B, the position detection light source 12A, 12C is driven in the same phase, the position detection light sources 12B and 12D are driven in the same phase, and the position detection light sources 12A and 12C and the position detection light sources 12B and 12D are driven in the opposite phase, so that the light guide plate 13 ( An intensity distribution of the position detection light is generated in the short side direction (Y direction) of the detection region 10R).

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。また、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。   Even with this method, the position coordinates of the target object Ob on the XY plane can be acquired. In addition, according to the configuration in which a plurality of such position detection light sources are turned on simultaneously, for example, the light / dark gradient distribution of the position detection light can be suitably obtained in a wider range than the configuration in which one position detection light source is turned on. More accurate position detection is possible.

また、本形態では、導光板13(検出領域10R)の長辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源12A、12Dが点灯している期間と、位置検出用光源12B、12Cが点灯している期間とにおける光検出器15の検出結果の差に基づいて、長辺方向の位置検出を行なう。また、導光板13(検出領域10R)の短辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源12A、12Cが点灯している期間と、位置検出用光源12B、12Dが点灯している期間とにおける光検出器15の検出結果の差に基づいて、短辺方向の位置検出を行なう。かかる方法によっても、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。また、図1(c)に示す強度分布が単純増加あるいは単純減少であれば、直線関係にない場合でも位置検出を行なうことができる。   In this embodiment, when the position of the light guide plate 13 (detection region 10R) in the long side direction is detected, the position detection light sources 12A and 12D are turned on and the position detection light sources 12B and 12C are turned on. The position detection in the long side direction is performed based on the difference between the detection results of the photodetector 15 in the period of time. Further, when position detection in the short side direction of the light guide plate 13 (detection region 10R) is performed, a period in which the position detection light sources 12A and 12C are lit and a period in which the position detection light sources 12B and 12D are lit. The position in the short side direction is detected based on the difference between the detection results of the light detector 15 in FIG. Also by this method, the influence of such environmental light can be canceled. Further, if the intensity distribution shown in FIG. 1C is simply increased or simply decreased, position detection can be performed even when there is no linear relationship.

(導光板13および強度分布変更層50の構成)
図6(a)、(b)は、本発明を適用した照明機能付き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に用いた導光板13の説明図、および強度分布変更層50の説明図である。
(Configuration of light guide plate 13 and intensity distribution changing layer 50)
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams of the light guide plate 13 used in the optical position detection device with illumination function 10 and the display device with position detection function 100 to which the present invention is applied, and the intensity distribution changing layer 50. It is explanatory drawing.

本形態の照明機能付き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においては、導光板13から出射される照明光の輝度分布が均一となるように、導光板13については、辺部分13k(第1辺部分)側から反対側の辺部分13l(第2辺部分)に向けて内部を伝播光に対する光出射面13s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、図6(a)に示すように、導光板13の背面13tに形成された白色のドット状反射層13pによって構成される。また、導光構造は、導光板13の光出射面13sまたは背面13t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によって構成される場合もある。ドット状反射層13pを利用した場合、ドット状反射層13pは、導光板13の辺部分13kに比して、辺部分13kに対向する第2辺部分13lで高密度に形成されている。このため、導光板13において照明用光源41に近い辺部分13kの側の輝度と、導光板13において照明用光源41から離れた辺部分13lの側との間において輝度を同等とすることができる。   In the optical position detection device with illumination function 10 and the display device with position detection function 100 of the present embodiment, the side portions of the light guide plate 13 are arranged so that the luminance distribution of the illumination light emitted from the light guide plate 13 is uniform. It has a light guide structure in which the light amount ratio of the emitted light from the light emitting surface 13s to the propagated light monotonously increases from the 13k (first side part) side to the opposite side part 13l (second side part). is doing. For example, as shown in FIG. 6A, the light guide structure is configured by a white dot-like reflective layer 13 p formed on the back surface 13 t of the light guide plate 13. In addition, the light guide structure may be constituted by a fine uneven refractive surface for light deflection or light scattering formed on the light exit surface 13s or the back surface 13t of the light guide plate 13. When the dot-like reflection layer 13p is used, the dot-like reflection layer 13p is formed with a higher density in the second side portion 13l facing the side portion 13k than the side portion 13k of the light guide plate 13. For this reason, it is possible to make the luminance equal between the luminance of the side portion 13k near the illumination light source 41 in the light guide plate 13 and the side portion 13l side of the light guide plate 13 away from the illumination light source 41. .

本形態において、導光板13は、位置検出光L2a〜L2dを内部に採り込んで光出射面13sから出射する機能も担っている。また、照明光L4は白色光(可視域の光)であるのに対して、位置検出光L2a〜L2dは赤外域であり、照明光L4と位置検出光L2a〜L2dとは波長が相違し、導光板13からの出射効率も相違する。このため、導光板13から出射される位置検出光L2a〜L2dの出射光量は、図1(c)などを参照して説明した強度分布からずれることになる。より具体的には、位置検出光L2a〜L2dは、導光板13の辺部分13kで出射効率が低く、導光板13の辺部分13lで出射効率が高くなってしまう。   In this embodiment, the light guide plate 13 also has a function of taking the position detection lights L2a to L2d and emitting them from the light exit surface 13s. The illumination light L4 is white light (visible range light), whereas the position detection lights L2a to L2d are in the infrared range, and the illumination light L4 and the position detection lights L2a to L2d have different wavelengths. The emission efficiency from the light guide plate 13 is also different. For this reason, the emitted light amounts of the position detection lights L2a to L2d emitted from the light guide plate 13 deviate from the intensity distribution described with reference to FIG. More specifically, the position detection lights L2a to L2d have low emission efficiency at the side portion 13k of the light guide plate 13 and high emission efficiency at the side portion 13l of the light guide plate 13.

そこで、本形態では、図1、図2および図3に示すように、導光板13と検出領域10Rとの間には、強度分布変更層50が設けられている。本形態において、強度分布変更層50は、導光板13と光学シート16との間に配置されている。但し、強度分布変更層50は、光学シート16と検査領域10Rとの間に配置されることもある。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1, 2, and 3, an intensity distribution changing layer 50 is provided between the light guide plate 13 and the detection region 10R. In this embodiment, the intensity distribution changing layer 50 is disposed between the light guide plate 13 and the optical sheet 16. However, the intensity distribution changing layer 50 may be disposed between the optical sheet 16 and the inspection region 10R.

いずれの場合も、強度分布変更層50は、可視光(照明光L4)および赤外光(位置検出光L2a〜L2d)が透過する透光領域51と、可視光(照明光L4)が透過するとともに赤外光(位置検出光L2a〜L2d)の少なくとも一部が反射あるいは吸収により遮断される波長選択性遮光領域52とが面内方向に分布している。ここで、透光領域51とは、照明光L4および位置検出光L2a〜L2dの双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光L4の透過率と位置検出光L2a〜L2dの透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、波長選択性遮光領域52とは、位置検出光L2a〜L2dの透過率が「透光領域51」よりも低く、かつ、位置検出光L2a〜L2dの透過率が照明光L4の透過率よりも低くければよい。   In any case, the intensity distribution changing layer 50 transmits visible light (illumination light L4) and infrared light (position detection light L2a to L2d) and a light transmission region 51 and visible light (illumination light L4). In addition, wavelength selective light shielding regions 52 in which at least a part of infrared light (position detection lights L2a to L2d) are blocked by reflection or absorption are distributed in the in-plane direction. Here, the light-transmitting region 51 only needs to transmit both the illumination light L4 and the position detection lights L2a to L2d at a level that does not cause a problem in practice, and the transmittance of the illumination light L4 and the position detection lights L2a to L2d. The term “transmittance” includes the case where the transmittance is not the same. The wavelength-selective light-shielding region 52 is such that the transmittance of the position detection lights L2a to L2d is lower than that of the “transmission region 51” and the transmittance of the position detection lights L2a to L2d is higher than the transmittance of the illumination light L4. Should be low.

図6(b)に示すように、本形態では、強度分布変更層50における透光領域51の形成密度は、第1辺部分13k(第1辺部側)で高く、辺部分13l(第2辺部側)で低くなっており、透光領域51の形成密度は、第1辺部分13kから辺部分13lに連続的に変化している。かかる分布を形成するにあたって、本形態では、円形の透光領域51が第1辺部分13k(第1辺部側)では多く、辺部分13l(第2辺部側)では少なく形成されている。従って、導光板13から出射された時点で、位置検出光L2a〜L2dが、導光板13の辺部分13kで出射光量が少なく、導光板13の辺部分13lで出射光量が多くなっている場合でも、かかるアンバランスは、強度分布変更層50によって緩和される。それ故、検出領域10Rは、導光板13から出射された位置検出光L2a〜L2dの出射光量は、図1(c)などを参照して説明した強度分布を有することになる。なお、本形態では、導光板13の辺部分13k,13lに双方向における透光領域51の形成密度は等しくなっている。   As shown in FIG. 6B, in this embodiment, the formation density of the light transmission region 51 in the intensity distribution changing layer 50 is high at the first side portion 13k (first side portion side), and the side portion 13l (second side). The formation density of the light-transmitting regions 51 continuously changes from the first side portion 13k to the side portion 13l. In forming this distribution, in this embodiment, the circular translucent region 51 is formed more in the first side portion 13k (first side portion side) and less in the side portion 13l (second side portion side). Accordingly, when the position detection lights L2a to L2d are emitted from the light guide plate 13, the amount of emitted light is small at the side portion 13k of the light guide plate 13 and the amount of emitted light is large at the side portion 13l of the light guide plate 13. Such an imbalance is alleviated by the intensity distribution changing layer 50. Therefore, in the detection region 10R, the emitted light amounts of the position detection lights L2a to L2d emitted from the light guide plate 13 have the intensity distribution described with reference to FIG. In the present embodiment, the formation density of the translucent regions 51 in both directions is equal to the side portions 13k and 13l of the light guide plate 13.

かかる強度分布変更層50は、各種無機材料や有機材料により構成することができる。例えば、シリコン酸化膜やチタン酸化膜などといった誘電率が相違する誘電体層を交互に積層することにより、可視光を透過し、赤外光を反射するように構成した誘電体多層膜を利用して構成することができる。このような誘電体多層膜を利用する場合、導光板13の光出射面13sの一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域52を形成した構成や、光学シート16の一方面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域52を形成した構成を採用できる。この場合、誘電体多層膜が形成されていない領域が透光領域51となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域52を形成してシート状の強度分布変更層50を構成し、かかるシート状の強度分布変更層50を導光板13に重ねて配置してもよい。   The intensity distribution changing layer 50 can be composed of various inorganic materials or organic materials. For example, a dielectric multilayer film configured to transmit visible light and reflect infrared light by alternately laminating dielectric layers having different dielectric constants, such as silicon oxide film and titanium oxide film, is used. Can be configured. When such a dielectric multilayer film is used, a configuration in which a wavelength-selective light-shielding region 52 made of a dielectric multilayer film is formed only on a part of the light emitting surface 13 s of the light guide plate 13, or one surface of the optical sheet 16 is formed. A configuration in which the wavelength-selective light-shielding region 52 made of a dielectric multilayer film is formed only in part can be adopted. In this case, the region where the dielectric multilayer film is not formed becomes the light transmitting region 51. Further, a wavelength-selective light-shielding region 52 made of a dielectric multilayer film is formed only on a part of one surface of the translucent sheet to form a sheet-like intensity distribution changing layer 50, and the sheet-like intensity distribution is changed. The layer 50 may be placed on the light guide plate 13.

また、強度分布変更層50は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)膜などといった金属酸化膜を利用することができる。ITO膜は、可視域(波長が380nm〜780nmの領域)における透過率が80%以上であるが、赤外域(波長が800nm〜1000nmの領域)における透過率が70%以下であり、可視光を透過し、赤外光を吸収する性質を有する。従って、強度分布変更層50を構成するにあたっては、導光板13の光出射面13sの一部のみにITO膜からなる波長選択性遮光領域52を形成した構成や、光学シート16の一方面の一部のみにITO膜からなる波長選択性遮光領域52を形成した構成を採用できる。この場合、ITO膜が形成されていない領域が透光領域51となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみにITO膜からなる波長選択性遮光領域52を形成してシート状の強度分布変更層50を構成し、かかるシート状の強度分布変更層50を導光板13に重ねて配置してもよい。   The intensity distribution changing layer 50 may be a metal oxide film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film. The ITO film has a transmittance of 80% or more in the visible region (wavelength range of 380 nm to 780 nm), but has a transmittance of 70% or less in the infrared region (wavelength range of 800 nm to 1000 nm). It has the property of transmitting and absorbing infrared light. Accordingly, in configuring the intensity distribution changing layer 50, a configuration in which the wavelength-selective light-shielding region 52 made of an ITO film is formed only on a part of the light exit surface 13s of the light guide plate 13 or one surface of the optical sheet 16 is provided. A configuration in which the wavelength-selective light-shielding region 52 made of an ITO film is formed only on the part can be adopted. In this case, a region where the ITO film is not formed becomes the light transmitting region 51. Further, a wavelength-selective light-shielding region 52 made of an ITO film is formed only on a part of one surface of the translucent sheet to form a sheet-like intensity distribution changing layer 50, and the sheet-like intensity distribution changing layer 50 is formed. May be overlaid on the light guide plate 13.

なお、図6(b)に示す形態では、透光領域51が円形であったが、透光領域51および波長選択性遮光領域52の形状については、円形に限らず、角形などであってもよい。   In the form shown in FIG. 6B, the light-transmitting region 51 is circular. However, the shapes of the light-transmitting region 51 and the wavelength-selective light-shielding region 52 are not limited to circles, and may be rectangular. Good.

(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の照明機能付き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、位置検出光L2a〜L2dが導光板13の光出射面13sから出射され、これが導光板13の出射側に配置された対象物体Obによって反射されると、この反射光が光検出器15によって検出される。ここで、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からの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器15を介して得られた受光強度から対象物体Obの位置を検出することができる。それ故、検出領域10R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照明機能付き光学式位置検出装置10を構成することができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the optical position detection device with illumination function 10 and the display device with position detection function 100 of the present embodiment, the position detection lights L2a to L2d are emitted from the light emission surface 13s of the light guide plate 13, and this is the light guide plate. When the light is reflected by the target object Ob arranged on the exit side of 13, the reflected light is detected by the photodetector 15. Here, if the intensity of the position detection lights L2a to L2d in the detection region 10R and the distance from the position detection light sources 12A to 12D have a predetermined correlation, the light reception obtained through the photodetector 15 is obtained. The position of the target object Ob can be detected from the intensity. Therefore, since it is not necessary to arrange a large number of optical elements along the detection region 10R, the optical position detection device 10 with an illumination function with low cost and low power consumption can be configured.

また、本形態の照明機能付き光学式位置検出装置10では、導光板13と検出領域10Rとの間には、照明光L4および位置検出光L2a〜L2dが透過する透光領域51、および照明光L4が透過するとともに位置検出光L2a〜L2dの少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域52が面内方向に分布する強度分布変更層50が設けられている。このため、検出領域10Rに向けて出射される位置検出光L2a〜L2dの出射光量の強度分布を強度分布変更層50によって調整することができるので、位置検出光L2a〜L2dについても、検出領域10Rへの出射光量の強度分布を適正化することができる。   Moreover, in the optical position detection apparatus 10 with the illumination function of the present embodiment, a light transmission region 51 through which the illumination light L4 and the position detection lights L2a to L2d are transmitted, and the illumination light, between the light guide plate 13 and the detection region 10R. There is provided an intensity distribution changing layer 50 in which wavelength selective light shielding regions 52 that transmit L4 and block at least a part of the position detection lights L2a to L2d are distributed in the in-plane direction. For this reason, the intensity distribution of the emitted light quantity of the position detection lights L2a to L2d emitted toward the detection area 10R can be adjusted by the intensity distribution changing layer 50. Therefore, the position detection lights 10R are also detected for the position detection lights L2a to L2d. It is possible to optimize the intensity distribution of the amount of light emitted to the.

より具体的には、照明用光源41を導光板13の辺部分13k(第1辺部分)に設けた場合、導光板13について、照明用光源41から離れた辺部分13l(第2辺部分)側での出射効率を辺部分13k側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する結果、赤外域の位置検出光L2a〜L2dにおいては、辺部分13l側での出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本形態では、強度分布変更層50における透光領域51の形成密度が辺部分13l側で低く、辺部分13kで高くなっているので、検出領域10Rに向けて出射される位置検出光L2a〜L2dの出射光量の強度分布を調整し、最適化することができる。   More specifically, when the illumination light source 41 is provided on the side portion 13k (first side portion) of the light guide plate 13, the side portion 13l (second side portion) of the light guide plate 13 away from the illumination light source 41. As a result of realizing a uniform luminance distribution by making the emission efficiency on the side higher than the emission efficiency on the side portion 13k side, the emission efficiency on the side portion 13l side becomes higher in the infrared position detection lights L2a to L2d. It will be too much. However, in this embodiment, since the formation density of the light transmission regions 51 in the intensity distribution changing layer 50 is low on the side portion 13l side and high on the side portion 13k, the position detection light L2a to be emitted toward the detection region 10R. The intensity distribution of the emitted light quantity of L2d can be adjusted and optimized.

それ故、本形態によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光L2a〜L2dおよび照明光L4の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板13の枚数を1枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置10を実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, even when the position detection light and the illumination light share a light guide plate, it is possible to optimize the intensity distribution of the emitted light amounts of both the position detection lights L2a to L2d and the illumination light L4. it can. Therefore, even when the number of light guide plates 13 is one, the optical position detection device 10 with an illumination function with high position detection accuracy can be realized.

(強度分布変更層50の透光領域51の形成位置の例)
図7は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置100におけるスイッチ画像と強度分布変更層50の透光領域51との位置関係を示す説明図であり、図7(a)、(b)は、スイッチ画像の位置を示す説明図、および透光領域51の位置を示す説明図である。
(Example of the formation position of the translucent region 51 of the intensity distribution changing layer 50)
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the switch image and the translucent region 51 of the intensity distribution changing layer 50 in the display device with a position detection function 100 to which the present invention is applied, and FIGS. These are explanatory drawing which shows the position of a switch image, and explanatory drawing which shows the position of the translucent area | region 51. FIG.

図2を参照して説明した位置検出機能付き表示装置100では、電気光学パネル20によって、図7(a)に示すメニュー画面に複数のスイッチ画像61を表示した際、それに指(対象物体Ob)を近づけたときの検出領域10R内での位置を本形態の照明機能付き光学式位置検出装置10によって選択内容を特定する。このような場合、図6を参照して説明した強度分布変更層50の透光領域51をスイッチ画像61に平面視で重なる位置に設けることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像61が表示される箇所が波長選択性遮光領域52の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。なお、図7(b)に示す形態では、強度分布変更層50における透光領域51の形成密度を第1辺部分13k(第1辺部側)で高く、辺部分13l(第2辺部側)で低くするにあたって、透光領域51のサイズを第1辺部分13k(第1辺部側)で大きく、辺部分13l(第2辺部側)では小さくなっている。   In the display device with a position detection function 100 described with reference to FIG. 2, when a plurality of switch images 61 are displayed on the menu screen shown in FIG. 7A by the electro-optical panel 20, a finger (target object Ob) is displayed on the switch screen. The position of the position in the detection region 10 </ b> R when the position is close is specified by the optical position detection device 10 with an illumination function of this embodiment. In such a case, it is preferable to provide the transparent region 51 of the intensity distribution changing layer 50 described with reference to FIG. 6 at a position overlapping the switch image 61 in plan view. According to such a configuration, it is possible to reliably avoid the location where the switch image 61 is displayed from being shaded by the wavelength-selective light-shielding region 52, thereby preventing erroneous input. In the form shown in FIG. 7B, the formation density of the light transmission regions 51 in the intensity distribution changing layer 50 is high at the first side portion 13k (first side portion side), and the side portion 13l (second side portion side). ), The size of the light-transmitting region 51 is large at the first side portion 13k (first side portion side) and small at the side portion 13l (second side portion side).

(電子機器への搭載例)
図8を参照しながら、図1〜図7を参照して説明した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8は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。図8(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8(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8(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。
(Example of mounting on electronic equipment)
An electronic apparatus to which the display device with a position detection function 100 described with reference to FIGS. 1 to 7 is applied will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of an electronic apparatus using the display device with a position detection function according to the present invention. FIG. 8A shows a configuration of a mobile personal computer including the display device 100 with a position detection function. The personal computer 2000 includes a display device 100 with a position detection function as a display unit and a main body 2010. The main body 2010 is provided with a power switch 2001 and a keyboard 2002. FIG. 8B shows a configuration of a mobile phone provided with the display device 100 with a position detection function. The cellular phone 3000 includes a plurality of operation buttons 3001, scroll buttons 3002, and the display device 100 with a position detection function as a display unit. By operating the scroll button 3002, the screen displayed on the display device with a position detection function 100 is scrolled. FIG. 8C shows a configuration of a personal digital assistant (PDA) to which the display device 100 with a position detection function is applied. The information portable terminal 4000 includes a plurality of operation buttons 4001, a power switch 4002, and the display device 100 with a position detection function as a display unit. When the power switch 4002 is operated, various types of information such as an address book and a schedule book are displayed on the display device 100 with a position detection function.

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8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。   In addition, as an electronic device to which the display device 100 with a position detection function is applied, a digital still camera, a liquid crystal television, a viewfinder type, a monitor direct-view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, Examples include electronic notebooks, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, bank terminals, and other electronic devices. And the display apparatus 100 with a position detection function mentioned above is applicable as a display part of these various electronic devices.

10・・照明機能付き光学式位置検出装置、10R・・検出領域、12A、12B、12C、12D・・位置検出用光源、13・・導光板、13a、13b、13c、13d・・光入射部、13e、13f、13g、13h・・角部分、13i、13j、13k、13l・・辺部分、13p・・ドット状反射層、13s・・光出射面、15・・光検出器、15a・・受光部、20・・電気光学パネル、50・・強度分布変更層、51・・透光領域、52・・波長選択性遮光領域、61・・スイッチ画像、100・・位置検出機能付き表示装置、200・・液晶装置、L2a、L2b、L2c、L2d・・位置検出光、L4・・照明光 10..Optical position detector with illumination function, 10R..Detection area, 12A, 12B, 12C, 12D..Light source for position detection, 13..Light guide plate, 13a, 13b, 13c, 13d..Light incident part , 13e, 13f, 13g, 13h .. corner portion, 13i, 13j, 13k, 13l .. side portion, 13p .. dot-like reflective layer, 13s .. light exit surface, 15 .. photodetector 15a. Light receiving part, 20 ... Electro-optical panel, 50 ... Intensity distribution change layer, 51 ... Translucent area, 52 ... Wavelength selective light shielding area, 61 ... Switch image, 100 ... Display device with position detection function, 200 .. Liquid crystal device, L2a, L2b, L2c, L2d .. Position detection light, L4 .. Illumination light

Claims (6)

検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するとともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、
前記照明光を放出する照明用光源と、
赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、
該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、
前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、
前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、
を有していることを特徴とする照明機能付き光学式位置検出装置。
An optical position detection device with an illumination function that optically detects a position of a target object in a detection region and emits illumination light in a visible region toward a side where the detection region is located,
An illumination light source that emits the illumination light;
A position detection light source for emitting infrared position detection light;
A side end portion for taking in the illumination light emitted from the illumination light source and the position detection light emitted from the position detection light source; and the position detection light taken in from the side end A light guide plate that emits to the detection region and emits the illumination light to the side where the detection region is located;
A light-transmitting region that is provided between the light guide plate and the detection region and through which the illumination light and the position detection light are transmitted, and a wavelength at which at least a part of the position detection light is blocked while the illumination light is transmitted An intensity distribution changing layer in which selective light-shielding regions are distributed in an in-plane direction, and change an intensity distribution of an emitted light amount of the position detection light emitted from the light guide plate toward the detection region;
A photodetector comprising a light receiving portion arranged toward the detection region so as to receive the position detection light reflected by the target object;
A signal processing unit for detecting the position of the target object based on the detection result of the photodetector and the intensity distribution of the emitted light quantity of the position detection light;
An optical position detection device with an illumination function.
前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第1辺部分に設けられ、
前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第1辺部分に対向する第2辺部分側では前記第1辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることを特徴とする請求項1に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
The illumination light source is provided at a first side portion of the side end portion of the light guide plate,
In the intensity distribution changing layer, the formation density of the light-transmitting region is lower on the second side portion facing the first side portion at the side end portion than on the first side portion side. The optical position detection apparatus with an illumination function according to claim 1.
前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第1辺部分側に比して前記第2辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。   A dot-like reflective layer having a higher formation density on the second side portion side than the first side portion side is provided on the opposite side of the light guide plate from the illumination light emission side. The optical position detection apparatus with an illumination function according to claim 2. 前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。   The wavelength-selective light-shielding region is a dielectric multilayer film having a film configuration in which the illumination light is transmitted and at least a part of the position detection light is blocked, or at least one of the position detection light and the illumination light is transmitted. The optical position detection device with an illumination function according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical position detection device is made of a metal oxide film having a composition in which a portion is cut off. 請求項1乃至4の何れか一項に記載の照明機能付き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前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネル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。
A display device with a position detection function comprising the optical position detection device with an illumination function according to any one of claims 1 to 4,
An electro-optic panel that modulates the illumination light and generates an image in a region that overlaps the detection region in plan view is provided on the light emission plate emission side with respect to the light guide plate. Display device with position detection function.
前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示され、
前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の位置検出機能付き表示装置。
In the electro-optical panel, a switch image selected by the approach of the target object in the detection area is displayed,
The display device with a position detection function according to claim 5, wherein the translucent area is provided at a position overlapping the switch image in plan view.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216003A (en) * 2010-04-01 2011-10-27 Toyota Motor Corp Obstacle recognition device

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