JP2011043936A - 光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置および光学式位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式で三次元の位置検出を行なうことのできる光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、および光学式位置検出方法を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、検出領域１０Ｒ内に位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄのＸ軸方向およびＹ軸方向の強度分布を形成したときの光検出器１５での受光結果および強度分布に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標位置およびＹ座標位置を算出する。また、位置検出光Ｌ２ｃを出射した後、位置検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間、対象物体ＯｂのＸＹ座標位置に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式位置検出装置、該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、および光学式位置検出方法に関するものである。

携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。

かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある（特許文献１、２参照）。

特開２００４−２９５６４４号公報 特開２００４−３０３１７２号公報

いわゆるタッチパネルとして使用される位置検出装置に関しては、ＸＹＺ直交座標におけるＸＹ平面の位置検出に加えて、Ｚ軸方向の位置も検出できれば、様々な応用が考えられるが、従来のタッチパネルでは、かかる三次元の位置検出を行なえないという問題点がある。特に、耐環境性などの面で利点が大きい光学式位置検出装置で三次元の位置検出ができれば、その効果が大きい。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光学式で三次元の位置検出を行なうことのできる光学式位置検出装置、かかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置、および光学式位置検出方法を提供することにある。

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ための光学式位置検出装置であって、ＸＹＺ直交座標におけるＺ軸方向の一方側から前記検出領域に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源装置と、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光検出器と、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体のＸ座標位置、Ｙ座標位置およびＺ座標位置を検出するための信号処理部と、を有し、前記信号処理部は、前記対象物体のＸ座標位置を算出するＸ座標検出部と、前記対象物体のＹ座標位置を算出するＹ座標検出部と、時間を検出する時間検出部と、該時間検出部の検出結果、前記対象物体のＸ座標位置、および前記対象物体のＹ座標位置に基づいて前記対象物体のＺ座標位置を検出するＺ座標検出部と、を有していることを特徴とする。

また、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ための光学式位置検出方法であって、ＸＹＺ直交座標におけるＺ軸方向の一方側から前記検出領域に向けて位置検出光を出射するとともに、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受光するように光検出器を設け、前記対象物体のＸ座標位置を算出するＸ座標検出工程と、前記対象物体のＹ座標位置を算出するＹ座標検出工程と、前記位置検出光を出射した後、当該位置検出光が前記対象物体で反射して前記光検出器に到るまでの時間、前記対象物体のＸ座標位置、および前記対象物体のＹ座標位置に基づいて前記対象物体のＺ座標位置を検出するＺ座標検出工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係る位置検出装置においては、前記Ｘ座標検出部は、前記位置検出用光源装置が前記検出領域内に前記位置検出光のＸ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｘ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＸ座標位置を算出し、前記Ｙ座標検出部は、前記位置検出用光源装置が前記検出領域内に前記位置検出光のＹ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｙ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＹ座標位置を算出し、前記時間検出部は、前記位置検出用光源装置から前記位置検出光が出射された後、当該位置検出光が前記対象物体で反射して前記光検出器に到るまでの時間を検出する構成を採用することができる。すなわち、本発明に係る光学式位置検出方法では、前記Ｘ座標検出工程において、前記検出領域内に前記位置検出光のＸ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｘ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＸ座標位置を算出し、前記Ｙ座標検出工程において、前記検出領域内に前記位置検出光のＹ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｙ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＹ座標位置を算出する。

本発明においては、位置検出光のＸ軸方向の強度分布、およびＹ軸方向の強度分布を利用して対象物体のＸ座標位置およびＹ座標位置を検出する。これに対して、Ｚ座標位置を検出する際、位置検出用光源装置から位置検出光が出射された後、位置検出光が対象物体で反射して光検出器に到るまでの時間、対象物体のＸ座標位置、および対象物体のＹ座標位置に基づいて対象物体のＺ座標位置を検出する。すなわち、位置検出光が出射された後、位置検出光が対象物体で反射して光検出器に到るまでの時間と、位置検出光の進行速度とによって、光源から対象物体を経て光検出器に到るまでの光路の長さを算出することができる。また、かかる光路の長さを求めることができれば、対象物体のＸ座標位置、および対象物体のＹ座標位置が分っているので、三角測定法により、対象物体のＺ座標位置を検出することができる。従って、基づいて対象物体のＺ座標位置を検出する。すなわち、位置検出用光源装置から位置検出光が出射された後、位置検出光が対象物体で反射して光検出器に到るまでの時間と、位置検出光の進行速度とによって、光源から対象物体を経て光検出器に到るまでの光路の長さを算出することができる。また、かかる光路の長さを求めることができれば、対象物体のＸ座標位置、および対象物体のＹ座標位置が分っているので、三角測定法により、対象物体のＺ座標位置を求めることができる。

本発明において、前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源を備え、前記位置検出用光源装置は、前記対象物体のＸ座標位置を検出する際、Ｘ方向で離間する位置検出用光源の一方のみを点灯させ、前記対象物体のＹ座標位置を検出する際、Ｙ方向で離間する位置検出用光源の一方のみを点灯させ、前記対象物体のＺ座標位置を検出する際、１つの位置検出用光源、あるいはＸ座標位置、Ｙ座標位置およびＺ座標位置が略同一位置にある複数の位置検出用光源のみを点灯させる構成を採用することができる。

本発明において、前記位置検出用光源装置は導光板を備え、当該導光板は、前記複数の位置検出用光源から出射された前記位置検出光を内部に取り込む複数の光入射部、および該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射して位置検出光のＸ軸方向の強度分布、およびＹ軸方向の強度分布を形成する光出射面を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、少ない数の位置検出用光源によって三次元の位置検出を行なうことができる。

本発明において、前記位置検出用光源のうち、Ｚ座標位置の検出に用いられる位置検出用光源は、Ｘ座標位置の検出、およびＹ座標位置の検出にも用いられることが好ましい。かかる構成によれば、必要最小限の数の位置検出用光源によって三次元の位置検出を行なうことができる。

本発明において、前記信号処理部は、前記光検出器に並列に電気的接続されたキャパシタと、当該キャパシタの端子電圧変化を監視するキャパシタ電圧変化監視部と、を備え、前記時間検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて時間を検出することが好ましい。かかる構成によれば、位置検出用光源装置から位置検出光が出射された後、位置検出光が対象物体で反射して光検出器に到るまでの時間情報を含む信号を簡素な構成で得ることができる。

この場合、前記Ｘ座標検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて前記Ｘ座標位置を検出し、前記Ｙ座標検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて前記Ｙ座標位置を検出することがこのましい。かかる構成によれば、Ｘ座標検出部、Ｙ座標検出部およびＺ座標検出部において、信号処理部の一部を共通化することができる。

本発明を適用した光学式位置検出装置は位置検出機能付き表示装置を構成するのに用いることができる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有している。前記画像生成装置としては、投射型表示装置や、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などといった直視型表示装置を用いることができる。

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。

本発明を適用した光学式位置検出装置および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の構成を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図である。 本発明を適用した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。 本発明を適用した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採用した信号処理内容の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置におけるＸ座標検出方法の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置におけるＹ座標検出方法の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置におけるＺ座標検出方法の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。 本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。 本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。 本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。 本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。 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。

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。なお、以下の説明においては、検出領域内における面内方向をＸＹＺ直交座標におけるＸＹ面とし、検出領域内における面内方向に直交する方向をＺ軸方向として説明する。

［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構成］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明を適用した光学式位置検出装置および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の構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、画像投射面に対して前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図、および画像投射面に対して後方（入力操作側とは反対側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて指などの対象物体を検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置（Ｘ座標位置およびＹ座標位置）を検出する。また、後述するように、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０は、対象物体ＯｂのＺ座標位置も検出する。

詳しくは後述するように、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する複数の位置検出用光源１２を備えた位置検出用光源装置１１と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを有している。また、本形態において、位置検出用光源装置１１は、ＸＹ平面に平行に配置された導光板１３も備えている。

本形態において、画像生成装置２００は投射型であり、導光板１３の前面側（入力操作側）に重ねて配置されたスクリーン状の被投射面２０１を有している。このため、画像生成装置２００は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像を形成する。本形態において、画像形成領域２０Ｒは、光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒと略重なる領域である。ここで、被投射面２０１は、白色等、赤外光を通過可能な材質からなる。

図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００のうち、図１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３を備えている。図１（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、導光板１３および被投射面２０１の後方（入力操作側とは反対側）に配置されたミラー２０６と、ミラー２０６に向けて画像を投射する投射型表示装置２０７とを備えている。

（光学式位置検出装置１０の詳細構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光学式位置検出装置の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置に用いた導光板などの構成を示す説明図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源装置１１は、略長方形の平面形状を有する導光板１３を備えており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺に相当する辺部分１３ｋ、１３ｌ同士がＹ軸方向で対向し、短辺に相当する辺部分１３ｉ、１３ｊ同士がＸ軸方向で対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。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）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５を備えている。

本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。本形態では、光検出器１５に加えて、補償用光検出器１５ｘも用いられている。かかる補償用光検出器１５ｘは、光検出器１５を介して得られる検出結果に対する温度などの影響を補償するためのものであり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを検出するものではない。

導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。なお、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―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。

位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。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であることが望ましい。

位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ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、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う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光源対を構成することもある。

このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、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。従って、導光板１３から検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（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する強度分布を有することになる。また、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（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強度分布を有することになる。

検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面的な領域であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる領域である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器１５が配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。

（ＸＹ座標を検出するための基本原理）
上記光検出器１５での検出に基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標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などが挙げられる。また、二つの位置検出光の検出光量の差を求め、この差の絶対値から、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。これらいずれの方法においても、光検出器１５からの出力値をそのまま演算に用いる方法、光検出器１５を介してキャパシタに蓄電あるいは放電させてキャパシタの端子間電圧が所定の電圧になるまでの時間を演算に用いる方法などを挙げることができる。いずれの場合も、以下に説明する性質を利用したものである。

まず、位置検出機能付き表示装置１００においては、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは各々、光入射部１３ａ〜１３ｄから導光板１３の内部に入射し、導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから出射される。その結果、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光出射面１３ｓから面状に放出される。

例えば、位置検出光Ｌ２ａは光入射部１３ａから光入射部１３ｂに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。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。

ここで、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（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２（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（信号処理部の構成例）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００においてＸＹ座標を検出するための信号処理内容の構成例を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の信号処理部の説明図、および信号処理部の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。

図３（ａ）に示すように、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａに対して可変抵抗１１１を介して駆動パルスを印加し、位置検出用光源１２Ｂに対して反転回路１１３および可変抵抗１１２を介して駆動パルスを印加する。このため、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂとに対して逆相の駆動パルスを印加し、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを変調させて出射させる。そして、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが対象物体Ｏｂで反射した光を共通の光検出器１５で受光する。光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５には、１ｋΩ程度の抵抗１５ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。

かかる光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１には、信号処理部１５０が電気的に接続されている。光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ15／（Ｖ15＋抵抗１５ｒの抵抗値）
Ｖ15：光検出器１５の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器１５に入射しない場合と、環境光が光検出器１５に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器１５に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。

信号処理部１５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。

位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１９２は、光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター１９２によって、光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。

また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出用信号分離回路１７０に出力される。

位置検出用信号分離回路１７０は、位置検出用光源１２Ａに印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０から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。

発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図３（ｂ）に示す処理を行ない、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように位置検出用光源駆動回路１１０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路１８０は、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに対する現状の駆動条件を維持させる。これに対して、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせて位置検出用光源１２Ａの出射光量を高める。また、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗値を下げさせて位置検出用光源１２Ｂの出射光量を高める。

このようにして、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では信号処理部１５０の発光強度補償指令回路１８０によって、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに対する検出量が同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂの制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂでの制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号Ｖｇとして位置判定部１２０に出力すれば、位置判定部１２０は、検出領域１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの矢印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。

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。

（本形態での位置検出方法）
図４は、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において採用した信号処理内容の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、本形態の光学式位置検出装置１０の信号処理部の説明図、および信号処理部での処理内容を示す説明図である。

図４（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源装置１１と、光検出器１５での受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する信号処理部６０とを有している。ここで、位置検出用光源装置１１は、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、導光板１３と、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄを駆動するための光源駆動部５０とを備えている。光源駆動部５０は、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのいずれを点灯させるかを指令する点灯パターン指令部５１０と、この点灯パターン指令部５１０からの指令に基づいて、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの一部を点灯させ、残りを消灯させる駆動回路部５２０とを備えている。

信号処理部６０は、まず、光検出器１５に並列に電気的接続されたキャパシタ６１０を有しており、キャパシタ６１０は、図４（ｂ）に示すように、光検出器１５からの出力に対する積分回路を構成している。

キャパシタ６１０の一方の端子には、キャパシタ６１０の端子電圧監視用のコンパレーター６２０（キャパシタ電圧変化監視部）が接続されている。コンパレーター６２０は、トリガー回路を構成しており、キャパシタ６１０の端子電圧が閾値電圧Ｖthを越えたか否かによって、２値化信号の一方を出力する。本形態において、コンパレーター６２０からの出力は、図４（ｂ）に示すように、キャパシタ６１０の端子電圧が閾値電圧Ｖthを越えたときに「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに切り換わるものとして説明する。

本形態の信号処理部６０において、コンパレーター６２０から出力信号は、遅延時間検出回路６３０（時間検出部）に入力されるようになっている。また、遅延時間検出回路６３０には、駆動回路部５２０から、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの駆動を開始した旨のモニター信号が出力されるようになっている。このため、遅延時間検出回路６３０は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの点灯が開始した時点（図４（ｂ）の時刻ｔ0）と、コパレーター６２０からの出力が、「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに切り換わるまでの時間（図４（ｂ）の時刻ｔ1）とに基づいて、遅延時間Δｔ1を求めることができる。

ここで、光検出器１５はフォトダイオードからなるため、光検出器１５からの出力電流（光電流）のレベルは、光検出器１５での受光強度に比例するものと見なすことができる。従って、キャパシタ６１０の端子電圧の上昇速度（充電速度）は、光検出器１５からの出力電流のレベル、すなわち、光検出器１５での受光強度に比例する。それ故、遅延時間検出回路６３０が検出した遅延時間Δｔ1は、光検出器１５での受光強度に相当する情報が含まれていることになる。また、キャパシタ６１０の端子電圧の上昇には、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが出射された後、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間（図４（ｂ）の時間ｔ2）の遅れが発生することから、遅延時間検出回路６３０が検出した遅延時間Δｔ1は、かかる遅れの時間Δｔ2も含まれることになる。

本形態において、遅延時間検出回路６３０は、遅延時間Δｔ1を座標位置演算部６４０に出力する。座標位置演算部６４０は、ＸＹ座標検出部６５０、Ｚ座標検出部６８０および記憶部６９０を備えており、ＸＹ座標検出部６５０は、Ｘ座標検出部６６０とＹ座標検出部６７０とを備えている。記憶部６９０は、遅延時間検出回路６３０で求めた遅延時間Δｔ1の比などの値と、座標位置との関係を記憶しているルックアップテーブルなどとして構成されている。かかるＸ座標検出部６６０、Ｙ座標検出部６７０およびＺ座標検出部６８０での処理内容を図５、図６および図７を参照して以下に説明する。

（Ｘ座標検出工程）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０におけるＸ座標検出方法の説明図である。なお、図５では、位置検出用光源１２ＣをＸＹＺ直交座標の原点としたため、各部材の位置関係は図２（ｂ）と相違させてある。

本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出するには、図５（ａ）、（ｂ）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とを逆相で駆動する。すなわち、図５（ａ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させ、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させてＸ軸方向の一方方向が高い強度分布を形成する第１期間と、図５（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させてＸ軸方向の他方方向の出射強度が高い強度分布を形成する第２期間とを交互に設定する。かかる点灯パターンは、点灯パターン指令部５１０からの指令に基づいて行なわれる。その際、Ｘ座標検出部６６０は、第１期間における遅延時間検出回路６３０の出力（遅延時間Δｔ1）と、第２期間における遅延時間検出回路６３０の出力（遅延時間Δｔ1）との差や比を算出する。その結果、Ｘ座標検出部６６０は、第１期間における遅延時間Δｔ1と第２期間における遅延時間Δｔ1との差や比、および記憶部６９０に記憶されているデータに基づいて、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標（ｘ1）を算出する。

（Ｙ座標検出工程）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０におけるＹ座標検出方法の説明図である。なお、図６では、位置検出用光源１２ＣをＸＹＺ直交座標の原点としたため、各部材の位置関係は図２（ｂ）と相違させてある。

本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出するには、図６（ａ）、（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とを逆相で駆動する。すなわち、図６（ａ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを点灯させ、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させてＹ軸方向の一方方向が高い強度分布を形成する第１期間と、図６（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを消灯させてＹ軸方向の他方方向の出射強度が高い強度分布を形成する第２期間とを交互に設定する。その際、Ｙ座標検出部６７０は、第１期間における遅延時間検出回路６３０の出力（遅延時間Δｔ1）と、第２期間における遅延時間検出回路６３０の出力（遅延時間Δｔ1）との差や比を算出する。その結果、Ｙ座標検出部６７０は、第１期間における遅延時間Δｔ1と第２期間における遅延時間Δｔ1との差や比、および記憶部６９０に記憶されているデータに基づいて、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標（ｙ1）を算出する。

（Ｚ座標検出工程）
図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０におけるＺ座標検出方法の説明図である。なお、図７では、位置検出用光源１２ＣをＸＹＺ直交座標の原点としたため、各部材の位置関係は図２（ｂ）と相違させてある。

本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出するには、図７に示すように、位置検出用光源１２Ｃのみを点灯させ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄを消灯させる。その際、遅延時間検出回路６３０で検出された遅延時間Δｔ1には、位置検出用光源１２Ｃから位置検出光Ｌ２ｃが出射された後、位置検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間（Δｔ2）の情報が含まれている。従って、遅延時間Δｔ1、および位置検出光Ｌ２ｃの進行速度を用いれば、位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さを算出することができる。なお、遅延時間Δｔ1には、キャパシタ６１０の端子電圧の上昇期間が含まれており、かかる上昇期間は光検出器１５での受光強度の影響を受ける。但し、対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，ｙ1）における導光板１３からの出射強度を予め、把握しておけば、位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さを算出することができる。また、キャパシタ６１０の端子電圧の変化を外挿して、図４（ｂ）に示す時間ｔ2を求めれば、位置検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間（Δｔ2）を求めることができ、位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さを算出することができる。

このようにして位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さを算出した後は、かかる光路の長さ、および対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）を用いて三角測定法を適用すれば、対象物体ＯｂのＺ座標（ｚ1）を算出することができる。

すなわち、位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さをＬtとし、光検出器１５の位置をＸＹＺ座標（ｘd，ｙd，ｚd）とし、位置検出用光源１２Ｃから座標（ｘ1，ｙ1，ｚ0）までの距離をＬcとし、対象物体Ｏbから光検出器１５までの距離をＬoとすれば、以下の式
Ｌt＝Ｌc+ｚ1＋Ｌo
(Ｌc)²＝（ｘ1）²＋（ｙ1）²
(Ｌo)²＝（ｘ1−ｘd）²＋（ｙ1−yd）²＋（ｚ1−ｚd）²
が成り立つ。従って、位置検出用光源１２Ｃから対象物体Ｏｂを経て光検出器１５に到るまでの光路の長さＬt、および対象物体ＯbのＸＹ座標（ｘ1，ｙ1）が分れば、対象物体ＯｂのＺ座標（ｚ1）を算出することができ、対象物体ＯｂのＸＹＺ座標（ｘ１，ｙ1，ｚ1）を求めることができる。なお、対象物体ＯｂのＺ座標（ｚ1）を算出結果は、対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，ｙ1）に比して検出精度は低いが、例えば、位置検出用光源１２Ｃを用いてのＺ座標（ｚ1）の後、他の位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄを用いてのＺ座標（ｚ1）の検出を行ない、それらの平均などを用いれば、検出精度を向上することができる。また、対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，ｙ1）の検出結果に基づいて、Ｚ座標（ｚ1）の検出に位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのいずれを用いるかを決定すれば、検出精度をさらに向上することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００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いるので、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ＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）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光学式位置検出装置１０を構成することができる。

また、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では、位置検出光Ｌ２ｃが位置検出用光源１２Ｃから光検出器１５に到るまでの時間（Δｔ2）、すなわち、光路の長さＬtを求め、かかる光路の長さＬt、および対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出することもできるので、対象物体ＯｂのＸＹＺ座標（三次元座標）を求めることができる。

さらに、対象物体ＯｂのＺ座標を求める際には、ＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）の検出に用いた位置検出用光源１２Ｃを利用する。従って、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では、対象物体ＯｂのＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）を検出するのに必要最小限の４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄで対象物体ＯｂのＸＹＺ座標（ｘ１，Ｙ1，ｚ1）を求めることができる。

また、信号処理部６０は、光検出器１５に並列に電気的接続されたキャパシタ６１０と、キャパシタ６１０の端子電圧変化を監視するキャパシタ電圧変化監視用のコンパレーター６２０とを備えており、Ｚ座標検出部６８０は、コンパレーター６２０での監視結果に基づいてＺ座標位置を検出する。このため、位置検出用光源装置１２ｃから位置検出光Ｌ２ｃが出射された後、位置検出光Ｌ２ｃが対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間情報を含む信号を簡素な構成で得ることができる。しかも、Ｘ座標検出部６６０は、コンパレーター６２０での監視結果に基づいてＸ座標位置を検出し、Ｙ座標検出部６７０は、コンパレーター６２０での監視結果に基づいてＹ座標位置を検出する。従って、Ｘ座標検出部６６０、Ｙ座標検出部６７０およびＺ座標検出部６８０において、信号処理部６０の一部を共通化することができる。

（他の検出方法）
上記形態では、ＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）の検出、およびＺ座標（ｚ1）の検出のいずれにも遅延時間Δｔ1を用いたが、Ｚ座標（ｚ1）の検出には延時間Δｔ1を用い、ＸＹ座標（ｘ１，Ｙ1）の検出には、図３を参照して説明した処理方法を採用してもよい。

上記形態では、Ｚ座標（ｚ1）の検出に１つの位置検出用光源１２Ｃを用いたが、他の位置検出用光源１２Ｃも順次点灯させてＺ座標（ｚ1）を検出し、それらの平均などにより、Ｚ座標（ｚ1）を確定してもよい。かかる構成によれば、Ｚ座標（ｚ1）の検出精度を高めることができる。また、上記形態では、座標（ｚ1）の検出に１つの位置検出用光源１２Ｃを用いたが、光量が足りないときには、位置検出用光源１２Ｃに対してＸ座標位置、Ｙ座標位置およびＺ座標位置が略同一位置にある別の位置検出用光源を追加し、２つの位置検出用光源を用いてＺ座標（ｚ1）の検出を行なってもよい。

（位置検出用光源装置１１の別の構成）
図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０に用いた別の位置検出用光源装置１１の説明図である。

上記実施の形態では、位置検出用光源装置１１として、導光板１３を用いたが、図１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の場合には、図８に示すように、スクリーン状の被投射面２０１の背面側において、検出領域１０Ｒに対してＺ軸方向で対向する位置に複数の位置検出用光源１２を配列させ、導光板を有しない構成の位置検出用光源装置１１を採用してもよい。

かかる構成の場合にも、対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２のうち、Ｘ方向で離間する位置検出用光源１２の一方のみを点灯させれば、位置検出光の強度分布を形成することができる。また、対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２のうち、Ｙ方向で離間する位置検出用光源１２の一方のみを点灯させれば、位置検出光の強度分布を形成することができる。

さらに、対象物体のＺ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２のうち、１つのみを点灯させれば、位置検出用光源１２から位置検出光が出射された後、位置検出光が対象物体Ｏｂで反射して光検出器１５に到るまでの時間を検出することができる。それ故、対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出することができる。

［位置検出機能付き表示装置１００の変形例］
上記実施の形態では、画像生成装置２００として投射型表示装置２０３、２０７を備えている構成であったが、図９〜図１２に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置２００として採用すれば、図１３を参照して後述する電子機器に用いることができる。

（位置検出機能付き表示装置１００の変形例１）
図９および図１０は、本発明の変形例１に係る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の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図９および図１０に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、有機エレクトロルミネッセンス装置やプラズマ表示装置などといった直視型表示装置２０８であり、光学式位置検出装置１０に対して入力操作側とは反対に設けられている。直視型表示装置２０８は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。

（位置検出機能付き表示装置１００の変形例２）
図１１および図１２は、本発明の変形例２に係る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１１および図１２は各々、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の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１１および図１２に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、直視型表示装置である液晶装置２０９と、透光性のカバー３０とからなる。液晶装置２０９は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るための光学シート１６が配置されている。本形態においては、光学シート１６として、導光板１３の光出射面１３ｓに対向する第１プリズムシート１６１と、第１プリズムシート１６１に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する第２プリズムシート１６２と、第２プリズムシート１６２に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する光散乱板１６３とが用いられている。なお、光学シート１６に対して導光板１３が位置する側とは反対側には矩形枠状の遮光シート１７が光学シート１６の周囲に配置されている。かかる遮光シート１７は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。

液晶装置２０９（画像生成装置２００）は、光学シート１６（第１プリズムシート１６１、第２プリズムシート１６２および光散乱板１６３）に対して導光板１３が位置する側とは反対側に液晶パネル２０９ａを備えている。本形態において、液晶パネル２０９ａ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、液晶パネル２０９ａ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。かかる液晶パネル２０９ａ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。

液晶パネル２０９ａにおいて、一方の透光性基板２１には、他方の透光性基板２２の外形より周囲に張り出した基板張出部２１ｔが設けられている。この基板張出部２１ｔの表面）上には駆動回路などを構成する電子部品２５が実装されている。また、基板張出部２１ｔには、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）などの配線部材２６が接続されている。なお、基板張出部２１ｔ上には配線部材２６のみが実装されていてもよい。なお、必要に応じて透光性基板２１、２２の外面側には偏光板（図示せず）が配置される。

ここで、対象物体Ｏｂの平面位置を検出するためには、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを対象物体Ｏｂによる操作が行われる視認側へ出射させる必要があり、液晶パネル２０９ａ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、液晶パネル２０９ａにおいて、画像表示領域２０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。なお、液晶パネル２０９ａが導光板１３の視認側とは反対側に配置される場合には、画像表示領域２０Ｒが位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過するように構成されている必要はないが、その代りに、画像表示領域２０Ｒが導光板１３を通して視認側より透視可能に構成される必要がある。

液晶装置２０９は、液晶パネル２０９ａを照明するための照明装置４０を備えている。本形態において、照明装置４０は、導光板１３に対して液晶パネル２０９ａが位置する側とは反対側において導光板１３と反射板１４との間に配置されている。照明装置４０は、照明用光源４１と、この照明用光源４１から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板４３とを備えており、照明用導光板４３は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源４１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光Ｌ４を放出する。本形態において、照明用光源４１は、照明用導光板４３の辺部分４３ａに沿って複数、配列されている。

照明用導光板４３は、辺部分４３ａに隣接する光出射側の表面部分（光出射面４３ｓの辺部分４３ａ側の外周部）に傾斜面４３ｇが設けられ、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面４３ｇを有する入光構造によって、光出射面４３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分４３ａの高さを照明用光源４１の光放出面の高さに対応させてある。

かかる照明装置４０において、照明用光源４１から出射された照明光は、照明用導光板４３の辺部分４３ａから照明用導光板４３の内部に入射した後、照明用導光板４３の内部を反対側の外縁部４３ｂに向けて伝播し、一方の表面である光出射面４３ｓから出射される。ここで、照明用導光板４３は、辺部分４３ａ側から反対側の外縁部４３ｂに向けて内部伝播光に対する光出射面４３ｓからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板４３の光出射面４３ｓ、または背面４３ｔに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度などを上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分４３ａから入射した照明光Ｌ４は光出射面４３ｓからほぼ均一に出射される。

本形態において、照明用導光板４３は、液晶パネル２０９ａの視認側とは反対側で液晶パネル２０９ａの画像表示領域２０Ｒと平面的に重なるように配置され、いわゆるバックライトとして機能する。但し、照明用導光板４３を液晶パネル２０９ａの視認側に配置して、いわゆるフロントライトとして機能するように構成してもよい。また、本形態において、照明用導光板４３は導光板１３と反射板１４との間に配置されているが、照明用導光板４３を光学シート１６と導光板１３との間に配置してもよい。また、照明用導光板４３と導光板１３とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート１６を位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと照明光Ｌ４との間で共用としている。但し、照明用導光板４３の光出射側に、上記の光学シート１６とは別の専用の光学シートを配置してもよい。これは、照明用導光板４３においては光出射面４３ｓから出射される照明光Ｌ４の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散乱板を用いることが多いが、位置検出用の導光板１３においては光出射面１３ｓから出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとなる。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板４３の専用品とすることが好ましい。但し、プリズムシート（第１プリズムシート１６１や第２プリズムシート１６２）などの集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。

（電子機器への搭載例）
図１３を参照しながら、図９〜図１２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１３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１３（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１３（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１３（ｃ）に、位置検出機能付き表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置１００に表示される。

なお、位置検出機能付き表示装置１００が適用される電子機器としては、図１３に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置１００が適用可能である。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・位置検出用光源装置、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、光射部、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、５０・・光源駆動部、６０・・信号処理部、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・画像生成装置、６２０・・キャパシタ端子電圧監視用のコンパレーター（キャパシタ電圧変化監視部）、６３０・・遅延時間検出回路（時間検出部）、６６０・・Ｘ座標検出部、６７０・・Ｙ座標検出部、６８０・・Ｚ座標検出部、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光

Claims (10)

1. 検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、
   ＸＹＺ直交座標におけるＺ軸方向の一方側から前記検出領域に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源装置と、
   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光検出器と、
   前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体のＸ座標位置、Ｙ座標位置およびＺ座標位置を検出するための信号処理部と、
   を有し、
   前記信号処理部は、前記対象物体のＸ座標位置を算出するＸ座標検出部と、前記対象物体のＹ座標位置を算出するＹ座標検出部と、時間を検出する時間検出部と、該時間検出部での時間検出結果、前記対象物体のＸ座標位置、および前記対象物体のＹ座標位置に基づいて前記対象物体のＺ座標位置を検出するＺ座標検出部と、を有していることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記Ｘ座標検出部は、前記位置検出用光源装置が前記検出領域内に前記位置検出光のＸ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｘ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＸ座標位置を算出し、
   前記Ｙ座標検出部は、前記位置検出用光源装置が前記検出領域内に前記位置検出光のＹ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｙ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＹ座標位置を算出し、
   前記時間検出部は、前記位置検出用光源装置から前記位置検出光が出射された後、当該位置検出光が前記対象物体で反射して前記光検出器に到るまでの時間を検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源を備え、
   前記位置検出用光源装置は、前記対象物体のＸ座標位置を検出する際、Ｘ方向で離間する位置検出用光源の一方のみを点灯させ、前記対象物体のＹ座標位置を検出する際、Ｙ方向で離間する位置検出用光源の一方のみを点灯させ、前記対象物体のＺ座標位置を検出する際、１つの位置検出用光源、あるいはＸ座標位置、Ｙ座標位置およびＺ座標位置が略同一位置にある複数の位置検出用光源のみを点灯させることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記位置検出用光源装置は導光板を備え、
   当該導光板は、前記複数の位置検出用光源から出射された前記位置検出光を内部に取り込む複数の光入射部、および該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に向けて出射して前記位置検出光のＸ軸方向の強度分布、およびＹ軸方向の強度分布を形成する光出射面を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記複数の位置検出用光源のうち、Ｚ座標位置の検出に用いられる位置検出用光源は、
   Ｘ座標位置の検出、およびＹ座標位置の検出にも用いられることを特徴とする請求項３または４に記載の光学式位置検出装置。
6. 前記信号処理部は、前記光検出器に並列に電気的接続されたキャパシタと、当該キャパシタの端子電圧変化を監視するキャパシタ電圧変化監視部と、を備え、
   前記時間検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて時間を検出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
7. 前記Ｘ座標検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて前記Ｘ座標位置を検出し、
   前記Ｙ座標検出部は、前記キャパシタ電圧変化監視部での監視結果に基づいて前記Ｙ座標位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
   前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
9. 検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出方法であって、
   ＸＹＺ直交座標におけるＺ軸方向の一方側から前記検出領域に向けて位置検出光を出射するとともに、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受光するように光検出器を設け、
   前記対象物体のＸ座標位置を算出するＸ座標検出工程と、
   前記対象物体のＹ座標位置を算出するＹ座標検出工程と、
   前記位置検出光を出射した後、当該位置検出光が前記対象物体で反射して前記光検出器に到るまでの時間、前記対象物体のＸ座標位置、および前記対象物体のＹ座標位置に基づいて前記対象物体のＺ座標位置を検出するＺ座標検出工程と、
   を有していることを特徴とする光学式位置検出方法。
10. 前記Ｘ座標検出工程では、前記検出領域内に前記位置検出光のＸ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｘ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＸ座標位置を算出し、
    前記Ｙ座標検出工程では、前記検出領域内に前記位置検出光のＹ軸方向の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および当該Ｙ軸方向の強度分布に基づいて前記対象物体のＹ座標位置を算出することを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出方法。

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