JP2011043986A - 光学式情報入力装置、光学式入力機能付き電子機器、および光学式情報入力方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物体の種類が限定されずに情報の入力を行なうことができるという光学式の
特徴を活かしながら、対象物体に対する三次元的な情報を入力に利用することのできる光
学式情報入力装置、光学式入力機能付き電子機器、および光学式情報入力方法を提供する
こと。
【解決手段】光学式情報入力装置１０において、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。受光装置１５は、第１ＸＹ平面１０Ｒ１内において対象物体Ｏｂで反
射した位置検出光と、第２ＸＹ平面１０Ｒ２内において対象物体Ｏｂで反射した位置検出
光とを受光する。このため、かかる受光結果の時間的変化は、対象物体Ｏｂの三次元的な
動きに対応する。従って、対象物体Ｏｂの三次元的な動きを入力に利用することができる
。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学式情報入力装置、該光学式情報入力装置を備えた光学式入力機能付き電
子機器、および光学式情報入力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
入力機能付き電子機器が用いられ、かかる入力機能付き電子機器では、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。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が、光学式
は、対象物体の種類が限定されないという利点があるとともに、耐環境性や応答速度に優
れてい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

しかしながら、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、対象物体の平面的な
位置検出は行えるものの、対象物体の三次元的な情報を得ることができないため、入力方
法が限られてしまうという制約がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体の種類が限定されずに情報の入力を
行なうことができるという光学式の特徴を活かしながら、対象物体の三次元的な情報も入
力に利用することのできる光学式情報入力装置、該光学式情報入力装置を備えた光学式入
力機能付き電子機器、および光学式情報入力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、入力領域内の対象物体の位置を光学的に検出す
る光学式情報入力装置であって、前記入力領域においてＺ方向で互いに離間する２つの仮
想平面を第１ＸＹ平面および第２ＸＹ平面としたとき、前記第１ＸＹ平面内の前記対象物
体の位置に対応する第１座標を検出する第１座標検出部と、前記第２ＸＹ平面内の前記対
象物体の位置に対応する第２座標を検出する第２座標検出部と、前記第１座標および前記
第２座標に基づいて前記対象物体の三次元情報を生成する三次元情報生成部と、を有する
ことを特徴とする。

また、本発明は、入力領域内の対象物体の位置を光学的に検出する光学式情報入力方法
であって、前記入力領域においてＺ方向で互いに離間する２つの仮想平面を第１ＸＹ平面
および第２ＸＹ平面としたとき、前記第１ＸＹ平面内の前記対象物体の位置に対応する第
１座標、および前記第２ＸＹ平面内の前記対象物体の位置に対応する第２座標を生成する
位置情報生成工程と、前記第１座標および前記第２座標に基づいて前記対象物体の三次元
情報を生成する三次元情報生成工程と、を有することを特徴とする。

本発明において、「第１ＸＹ平面」および「第２ＸＹ平面」とは、少なくとも２つの「
ＸＹ平面」があればよい意味である。従って、３つ以上の「ＸＹ平面」での検出を行なう
ような構成も本願発明の技術範囲に含まれる。

本発明では、入力領域においてＺ方向で互いに離間する２つの第１ＸＹ平面および第２
ＸＹ平面での対象物体の位置を第１座標および第２座標として生成するため、第１座標お
よび第２座標に基づいて、第１ＸＹ平面における対象物体の位置と、第２ＸＹ平面におけ
る対象物体の位置との相対位置関係を求めることができる。従って、かかる相対位置関係
を求めれば、光学式で対象物体の三次元情報を得ることができる。従って、対象物体の三
次元情報を入力情報として用いることができる。

本発明において、前記入力領域内で前記対象物体に照射される位置検出光を放出して前
記第１ＸＹ平面内および前記第２ＸＹ平面内に当該位置検出光の光強度分布を形成するた
めの位置検出用光源と、前記第１ＸＹ平面に向けて受光部を向けた第１光検出器と、前記
第２ＸＹ平面に向けて受光部を向けた第２光検出器と、を有する構成を採用することがで
きる。本発明において、「第１光検出器」および「第２光検出器」とは、少なくとも２つ
の「光検出器」があればよい意味である。従って、３つ以上の「光検出器」の検出を行な
うような構成も本願発明の技術範囲に含まれる。かかる構成によれば、第１ＸＹ平面およ
び第２ＸＹ平面での対象物体の位置を確実に検出することができるので、光学式で対象物
体の三次元情報を確実に得ることができる。

この場合、前記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採り込んだ後、
当該位置検出光を前記入力領域に向けて出射する導光板を有していることが好ましい。こ
のように構成すると、少ない数の位置検出用光源で、第１ＸＹ平面および第２ＸＹ平面で
の対象物体の位置を検出することができ、光学式で対象物体の三次元情報を得ることがで
きる。

本発明において、前記三次元情報生成部は、前記第１座標の時間的変化および前記第２
座標の時間的変化に基づいて前記対象物体の動きに対応する三次元移動情報を前記三次元
情報として生成する三次元移動情報生成部を備えていることがこのましい。すなわち、前
記三次元情報には、前記対象物体の動き対応する前記第１座標の時間的変化および前記第
２座標の時間的変化に基づいて生成された前記対象物体の三次元移動情報が含まれている
ことが好ましい。かかる構成によれば、対象物体の三次元的な動きを検出することができ
、かかる対象物体の三次元的な動きに対応する三次元移動情報を入力情報として用いるこ
とができる。

本発明において、前記三次元移動情報生成部は、前記対象物体の前記第１ＸＹ平面内で
の移動に対応する第１移動情報を前記三次元移動情報として生成する第１移動情報生成部
、前記対象物体の前記第２ＸＹ平面内での移動に対応する第２移動情報を前記三次元移動
情報として生成する第２移動情報生成部、前記対象物体がＺ方向に移動した際の移動方向
に対応する第３移動情報を前記三次元移動情報として生成する第３移動情報生成部、およ
び前記入力領域内での前記対象物体の傾き変化に対応する第４移動情報を前記三次元移動
情報として生成する第４移動情報生成部のうちの少なくとも１つを備えていることが好ま
しい。すなわち、前記三次元移動情報には、前記対象物体の前記第１ＸＹ平面内での移動
に対応する第１移動情報、前記対象物体の前記第２ＸＹ平面内での移動に対応する第２移
動情報、前記対象物体がＺ方向に移動した際の移動方向に対応する第３移動情報、および
前記対象物体の傾き変化に対応する第４移動情報のうちの少なくとも１つが含まれている
構成を採用することができる。

本発明において、前記三次元移動情報生成部は、前記三次元移動情報に基づいて前記対
象物体の動きを複数のジェスチャーパターンの１つとして特定して当該対象物体の動きに
対応するジェスチャー情報を生成するジェスチャー情報生成部を備えていることが好まし
い。すなわち、前記三次元情報生成部は、前記三次元移動情報に基づいて前記対象物体の
動きを複数のジェスチャーパターンの１つとして特定して当該対象物体の動きに対応する
ジェスチャー情報を生成することが好ましい。このように構成すると、対象物体の動きを
ジェスチャー情報に変換してから出力することができるので、ジェスチャー情報と入力情
報とを予め関連させておけば、ジェスチャーによる入力を容易に行なうことができる。

本発明において、前記三次元情報生成部は、前記第１座標および前記第２座標に基づい
て前記入力領域内での前記対象物体の傾きに対応する傾き情報を生成する傾き情報生成部
を備えていることが好ましい。すなわち、前記三次元情報には、前記入力領域内での前記
対象物体の傾きに対応する傾き情報が含まれていることが好ましい。かかる構成によれば
、入力領域内での対象物体の傾きについても入力情報として用いることができる。

本発明を適用した光学式情報入力装置は、電子機器本体とともに電子機器を構成するの
に用いることができ、この場合、前記三次元情報に基づいて前記電子機器本体で異なる動
作を行なわせる制御部を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、ジェスチャー
を電子機器での各種の操作に用いることができる。

本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式情報入力装置を備えた光学式入力機能付き電子機器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情報入力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情報入力装置および光学式入力機能付き電子機器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情報入力装置および光学式情報入力装置の制御系などの説明図である。 本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式入力機能付き電子機器において、対象物体の三次元的な動きの検出方法を示す説明図である。 本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式入力機能付き電子機器における対象物体の座標および傾きの説明図である。 本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式入力機能付き電子機器において、入力に用いられる対象物体の三次元的な動きの説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置の変形例を示す説明図である。 本発明の変形例１に係る光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の分解斜視図である。 本発明の変形例１に係る光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の断面構成を示す説明図である。 本発明の変形例２に係る光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の分解斜視図である。 本発明の変形例２に係る光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の断面構成を示す説明図である。 本発明に係る光学式入力機能付き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。

［光学式情報入力装置および光学式入力機能付き電子機器の構成］
（光学式入力機能付き電子機器の全体構成）
図１は、本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式情報入力装置を備えた光学
式入力機能付き電子機器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２は、本発明を
適用した光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の構成を示すブロック図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示す光学式入力機能付き電子機器１００は、光学式情報入力装置
１０と電子機器本体１０１とを備えており、電子機器本体１０１は、画像生成装置２００
および音声発生装置３００を備えている。また、光学式入力機能付き電子機器１００は、
光学式情報入力装置１０および電子機器本体１０１に対して共通の制御装置４００を備え
ている。かかる光学式情報入力装置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Ｏｂを入力領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平
面的な位置などを検出し、画像生成装置２００で表示される画像の内容や、音声発生装置
３００が発生する音声の内容などを変更するようになっている。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に対して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。本形態おける画像形成領域２０Ｒは、光学
式情報入力装置１０の入力領域１０Ｒと略重なる領域である。

図１（ａ）、（ｂ）に示す光学式入力機能付き電子機器１００のうち、図１（ａ）に示
す光学式入力機能付き電子機器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）に示す光学式入力機能付
き電子機器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。

（光学式情報入力装置１０の詳細構成）
図２は、本発明を適用した光学式情報入力装置の詳細構成を示す説明図であり、図２（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光学式情報入力装置の断面構成を模式的に示す説明図、光学式
情報入力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、本形態の光学式情報入力装置１０において、導光板
１３は四角形あるいは略四角形の平面形状を有している。このため、光学式情報入力装置
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）と、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部
１３ａ〜１３ｄを周囲の側端面１３ｍに備えた導光板１３と、受光装置１５とを備えてい
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。

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１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに相当する位置に設
けられている。光入射部１３ａ〜１３ｄは、例えば、導光板１３の角部分を除去してなる
端面により構成されている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部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。

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
なることが好ましい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物
体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。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光学式入力機能付き電子機器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Ｌ
２ｄ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。

入力領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面範
囲であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる平面範囲である。本形態において、入力
領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、入力領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部
分の内角は、導光板１３の角１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度、例えば、９０°とされ
ている。

かかる構成の光学式情報入力装置１０において、受光装置１５は、導光板１３の辺部分
１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌのうち、長辺部分（辺部分１３ｌ）の長さ方向の略中央
部分に重なる位置に配置されている。

本形態において、受光装置１５は、第１光検出器１５１と、第１光検出器１５１に対し
てＺ方向で離間する第２光検出器１５２とを備えている。ここで、第１光検出器１５１お
よび第２光検出器１５２は各々、導光板１３の光出射面１３ｓから位置検出光が出射され
る方向（Ｚ方向）に直交する仮想の第１ＸＹ平面１０Ｒ１および第２ＸＹ平面１０Ｒ２で
の対象物体Ｏｂの位置を検出するための光検出器であり、互いの入射光軸が平行になるよ
うに配置されている。すなわち、第１光検出器１５１の受光部１５１ａは、入力領域１０
Ｒのうち、導光板１３に近い第１ＸＹ平面１０Ｒ１に向いており、第２光検出器１５２の
受光部１５２ａは、入力領域１０Ｒのうち、第１ＸＹ平面１０Ｒ１に対して導光板１３と
は反対側の第２ＸＹ平面１０Ｒ２に向いている。

（基本原理）
上記受光装置１５での検出に基づいて対象物体Ｏｂの位置情報の検出方法について説明
する。この位置情報の検出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。

まず、本形態の光学式入力機能付き電子機器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Ｌ２
ｃ、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、入力領域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
位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが反射され、その反射光の一部が受光装置１５により検出され
る。

ここで、入力領域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、入力領域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、受光装置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＝Ｉ
ｍ・（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検出することができる。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
駆動することで検出することができる。従って、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検出できる。

上記のように、受光装置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の入力領域１０Ｒ内の平面位置情報を検出するにあたって、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。

（信号処理部の構成例）
図３は、本発明を適用した光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器
１００での信号処理内容を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用
した光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器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、本形態の光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き
電子機器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で反射した光を受光装置１５の第１光検出器１５１お
よび第２光検出器１５２で受光する。光強度信号生成回路１４０において、受光装置１５
の第１光検出器１５１および第２光検出器１５２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、受光装置１５の第１光検出器１５１および
第２光検出器１５２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。受光装置１５の第１光検出器１５１および第２光検出器１５２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：受光装置１５の等価抵抗
で表される。従って、環境光が受光装置１５に入射しない場合と、環境光が受光装置１５
に入射している場合とを比較すると、環境光が受光装置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１
７０、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、受光装置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、受光装置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、受光装置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Ｖ
ｓ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２（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Ｖｅ
ａ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１
１１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、光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器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、受光装置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、入力領域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、入力領域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検出できる。

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、受
光装置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、受光装置１５と抵抗１
５ｒ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。

（別の位置検出方法）
本形態の光学式情報入力装置１０では、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを同相で駆動し
、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄ
と位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相で駆動して、第１方向（Ｘ方向）に位置検出用
の位置検出光を生成してもよい。この場合、異なるタイミングで、位置検出用光源１２Ａ
、１２Ｃを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを同相で駆動し、かつ、位置検
出用光源１２Ａ、１２Ｃと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相で駆動して、第２方向
（Ｙ方向）位置検出用の位置検出光を生成してもよい。かかる方法でも、対象物体Ｏｂの
ＸＹ平面上の位置座標を検出できる。このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構
成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、１つの位置検出用光源を点灯する構
成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。

（制御系などの構成）
図４は、本発明を適用した光学式情報入力装置および光学式情報入力装置の制御系など
の説明図である。図４に示すように、本形態の光学式情報入力装置１０は、例えば、画像
表示領域２０Ｒに表示されたスイッチ画像に指などの対象物体Ｏｂが近接すると、対象物
体Ｏｂで反射した位置検出光を受光装置１５の第１光検出器１５１で検出するタッチパネ
ルとして構成されている。このため、本形態の光学式情報入力装置１０は、図４に示すよ
うに、制御装置４００内のデータ処理部４８０内に、第１光検出器１５１での検出結果に
基づいて、第１ＸＹ平面１０Ｒ１内の対象物体Ｏｂの位置に対応する第１座標を検出する
第１座標検出部５００を備えている。かかる第１座標検出部５００は、図３を参照して説
明した信号処理部１５０を備えている。第１座標検出部５００は、第１ＸＹ平面１０Ｒ１
内の対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出する第１Ｘ座標検出部５１０と、第１ＸＹ平面１０
Ｒ２内の対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出する第１Ｙ座標検出部５２０とを備えており、
第１ＸＹ平面１０Ｒ１内の対象物体ＯｂのＸ座標位置、および第１ＸＹ平面１０Ｒ２内の
対象物体ＯｂのＹ座標位置を第１座標として検出し、上位の制御部４７０に出力する。

また、本形態の光学式情報入力装置１０は、入力領域１０Ｒ内での対象物体Ｏｂの三次
的な状態を三次元情報として生成する。このため、光学式情報入力装置１０は、まず、制
御装置４００内のデータ処理部４８０内に、第２光検出器１５２での検出結果に基づいて
第２ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体Ｏｂの位置に対応する第２座標を検出する第２座標検
出部６００を備えている。かかる第２座標検出部６００は、図３を参照して説明した信号
処理部１５０を備えている。なお、第１座標検出部５００および第２座標検出部６００の
動作を時間をずらして行なう場合、第１座標検出部５００および第２座標検出部６００に
おいて信号処理部１５０を共通化することができる。第２座標検出部６００は、第１座標
検出部５００と同様、第２ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出する第
２Ｘ座標検出部６１０と、第１ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出す
る第２Ｙ座標検出部６２０とを備えており、第２ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体ＯｂのＸ
座標位置、および第２ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体ＯｂのＹ座標位置を第２座標として
検出し、上位の制御部４７０に出力する。また、第１座標検出部５００および第２座標検
出部６００は各々、第１座標および第２座標を時間情報とともに一時的に記憶しておく第
１位置情報記憶部５３０および第２位置情報記憶部６３０を備えている。

さらに、本形態の光学式情報入力装置１０は、第１座標および第２座標に基づいて対象
物体Ｏｂの三次元情報を生成する三次元情報生成部７００を備えている。本形態において
、三次元情報生成部７００は、第１座標の時間的変化および第２座標の時間的変化に基づ
いて対象物体Ｏｂの動き対応する三次元移動情報を三次元情報として生成する三次元移動
情報生成部７５０と、第１座標および第２座標に基づいて入力領域１０Ｒ内での対象物体
Ｏｂの傾きに対応する傾き情報を三次元情報として生成する傾き情報生成部７７０とを備
えている。

ここで、三次元移動情報生成部７５０は、対象物体Ｏｂの第１ＸＹ平面１０Ｒ１内での
移動に対応する第１移動情報を三次元移動情報として生成する第１移動情報生成部７５１
と、対象物体Ｏｂの第２ＸＹ平面１０Ｒ２内での移動に対応する第２移動情報を三次元移
動情報として生成する第２移動情報生成部７５２とを備えている。また、三次元移動情報
生成部７５０は、対象物体ＯｂがＺ方向に移動した際の移動方向に対応する第３移動情報
を三次元移動情報として生成する第３移動情報生成部７５３と、入力領域１０Ｒ内での対
象物体Ｏｂの傾き変化に対応する第４移動情報を三次元移動情報として生成する第４移動
情報生成部７５４とを備えている。

さらに、三次元移動情報生成部７５０は、三次元移動情報に基づいて対象物体Ｏｂの動
きを複数のジェスチャーパターンの１つとして特定して対象物体Ｏｂの動きに対応するジ
ェスチャー情報を生成するジェスチャー情報生成部７６０を備えている。本形態において
、ジェスチャー情報生成部７６０は、対象物体Ｏｂの動きに対応するジェスチャー情報を
生成するにあたって、第１移動情報生成部７５１、第２移動情報生成部７５２および第３
移動情報生成部７５３で生成した各三次元移動情報（第１移動情報、第２移動情報、第３
移動情報および第４移動情報）と、ジェスチャーデータ記憶部７６１に記憶されているデ
ータとを比較して、今回の対象物体Ｏｂの動きが複数のジェスチャーパターンのいずれで
あるかを特定し、ジェスチャー情報を生成する。

このように構成した光学式情報入力装置１０において、第１座標検出部５００、第２座
標検出部６００および三次元情報生成部７００については、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
により、後述する処理を行う構成を採用することができる。また、第１座標検出部５００
、第２座標検出部６００および三次元情報生成部７００については、論理回路などのハー
ドウェアを用いて後述する処理を行う構成を採用することもできる。

電子機器本体２０は、制御装置４００内に、出力情報制御部４５０と、上位の制御部４
７０とを備えている。出力情報制御部４５０は、上位の制御部４７０を介して指定された
条件に基づいて、所定の画像データ４５２を光学式入力機能付き電子機器１００の画像生
成装置２００に出力する画像制御部４５１を備えている。また、出力情報制御部４５０は
、上位の制御部４７０を介して指定された条件に基づいて所定の音声データ４５７を光学
式入力機能付き電子機器１００の音声発生装置３００に出力する音声制御部４５６を備え
ている。

なお、本形態では、光学式情報入力装置１０の第１座標検出部５００、第２座標検出部
６００および三次元情報生成部７００については、電子機器本体２０の出力情報制御部４
５０などとともに共通の制御装置４００に構成したが、第１座標検出部５００、第２座標
検出部６００および三次元情報生成部７００については、電子機器本体２０の出力情報制
御部４５０などと別の制御装置に構成してもよい。

（三次元情報などの生成方法）
図５は、本発明を適用した光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器
１００において、対象物体Ｏｂの三次元的な動きの検出方法を示す説明図であり、図５（
（ａ）、（ｂ）は、受光装置１５で位置検出光を受光する様子を示す説明図、および対象
物体Ｏｂの座標位置の説明図である。なお、図５（ｂ）には対象物体Ｏｂを太い実線ＬＯ
ｂで示し、対象物体ＯｂをＸＹ平面、ＸＺ平面、ＹＺ平面に投影した様子を各々、細い実
線ＬｘｙＯｂ、ＬｘｚＯｂ、Ｌｙｚで示してある。図６は、本発明を適用した光学式情報
入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器１００における対象物体Ｏｂの座標およ
び傾きの説明図である。

図５（ａ）に示すように、本形態の受光装置１５において、第１光検出器１５１の受光
部１５１ａは、入力領域１０Ｒのうち、導光板１３に近い第１ＸＹ平面１０Ｒ１に向いて
おり、第２光検出器１５２の受光部１５２ａは、入力領域１０Ｒのうち、第１ＸＹ平面１
０Ｒ１に対して導光板１３とは反対側の第２ＸＹ平面１０Ｒ２に向いている。従って、第
１座標検出部５００は、第１光検出器１５１での検出結果に基づいて第１ＸＹ平面１０Ｒ
１内の対象物体Ｏｂの第１座標を検出することができる。また、第２座標検出部６００は
、第２光検出器１５２での検出結果に基づいて第２ＸＹ平面１０Ｒ２内の対象物体Ｏｂの
第２座標を検出することができる（座標検出工程）。

ここで、第１光検出器１５１はＺ方向においてＺ軸座標＝ｚaで示される位置に固定さ
れている。このため、図５（ｂ）および図６に示すように、第１座標検出部５００が検出
した第１ＸＹ平面１０Ｒ１内における対象物体Ｏｂの三次元座標Ｐan（第１座標）は以下
の式
Ｐan＝（ｘan，ｙan，ｚa）
nは任意の時間
で表される。また、第２光検出器１５２はＺ方向においてＺ軸座標＝ｚbで示される位置
に固定されている。このため、第２座標検出部６００が検出した第２ＸＹ平面１０Ｒ２内
における対象物体Ｏｂの三次元座標Ｐbn（第２座標）は以下の式
Ｐbn＝（ｘbn，ｙbn，ｚb）
nは任意の時間
で表される。従って、三次元情報生成部７００は、座標Ｐan、Ｐbnによって対象物体Ｏｂ
の三次元情報を生成することができる（三次元情報生成工程）。

また、各時間における座標Ｐanを監視すれば、三次元移動情報生成部７５０において、
第１移動情報生成部７５１は、対象物体Ｏｂの第１ＸＹ平面１０Ｒ１内での移動に対応す
る第１移動情報を生成することができる。また、各時間における座標Ｐbnを監視すれば、
三次元移動情報生成部７５０において、第２移動情報生成部７５２は、対象物体Ｏｂの第
２ＸＹ平面１０Ｒ２内での移動に対応する第２移動情報を生成することができる。

さらに、対象物体Ｏｂが第１ＸＹ平面１０Ｒ１に出現し、その後、第２平面１０Ｒ２に
出現した際の三次元座標Ｐan、Ｐbnが分れば、対象物体Ｏｂが入力領域１０Ｒに進入して
きた方向がわかる。従って、三次元移動情報生成部７５０において、第３移動情報生成部
７５３は、対象物体Ｏｂが入力領域１０Ｒに進入するようにＺ方向に移動した際の移動方
向に対応する第３移動情報を生成することができる。また、対象物体Ｏｂが第１ＸＹ平面
１０Ｒ１および第２平面１０Ｒ２に出現している状態から、まず、第１平面１０Ｒ１から
退避し、その後、第２平面１０Ｒ２から退避するまでの三次元座標Ｐan、Ｐbnが分れば、
対象物体Ｏｂが入力領域１０Ｒから退避した方向がわかる。従って、三次元移動情報生成
部７５０において、第３移動情報生成部７５３は、対象物体Ｏｂが入力領域１０Ｒから退
避するようにＺ方向に移動した際の移動方向に対応する第３移動情報を生成することがで
きる。

また、任意の時間nにおける対象物体ＯｂをＸＺ平面に投影した際、対象物体ＯｂがＸ
軸となす角度Θxnは、以下の式
Θxn＝ｔａｎ^-1（（ｚb−ｚb）／（ｘbn−ｘan）
で表され、Δｘabn＝ｘbn−ｘanの関数である。また、任意の時間nにおける対象物体Ｏｂ
をＸＹ平面に投影した際、対象物体ＯｂがＹ軸となす角度Θynは、以下の式
Θyn＝ｔａｎ^-1（（ｚb−ｚb）／（ｙbn−ｙan）
で表され、Δｙabn＝ｙbn−ｙanの関数である。

従って、傾き情報生成部７７０は、入力領域１０Ｒ内での対象物体Ｏｂの傾きに対応す
る傾き情報（Θxn、Θyn）を三次元情報として生成することができる。

また、各時間（ｎ＝１、２、３・・ｎ₀）における傾き情報（Θxn、Θyn）を求め、そ
の時間的な変化を監視すれば、三次元移動情報生成部７５０において、第４移動情報生成
部７５４は、対象物体Ｏｂの傾き変化に対応する第４移動情報を三次元移動情報として生
成することができる。

それ故、三次元移動情報生成部７５０において、ジェスチャー情報生成部７６０は、第
１移動情報生成部７５１、第２移動情報生成部７５２、第３移動情報生成部７５３および
第４移動情報生成部７５４で生成した各移動情報（第１移動情報、第２移動情報、第３移
動情報および第４移動情報））の少なくとも１つと、ジェスチャーデータ記憶部７６１に
記憶されているデータとを比較すれば、今回の対象物体Ｏｂの動きが複数のジェスチャー
パターンのいずれであるかを特定し、ジェスチャー情報を生成することができる。

なお、入力領域１０Ｒ内での対象物体Ｏｂの傾きについては、対象物体Ｏｂが第１ＸＹ
平面１０Ｒ１あるいは第２ＸＹ平面１０Ｒ２となす角度を求め、かかる角度を傾き情報と
して利用してもよい。

（ジェスチャー情報および傾き情報を利用した入力例）
図７は、本発明を適用した光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器
１００において、入力に用いられる対象物体の三次元的な動きの説明図である。

ここで、入力に利用される対象物体Ｏｂの三次元的な動きとは、対象物体ＯｂのＸＹ平
面内（第１ＸＹ平面１０Ｒ１内および第２ＸＹ平面１０Ｒ２内）での移動、対象物体Ｏｂ
のＺ方向の移動、対象物体Ｏｂの傾き、対象物体Ｏｂの傾き変化、あるいはそれらを任意
に組み合わせた動きである。

例えば、光学式入力機能付き電子機器１００において、画像生成装置２００が画像をス
クロール表示しているとき、ジェスチャー情報生成部７６０が、図７（ａ）に示すように
、対象物体Ｏｂが所定の角度で斜いた姿勢のまま、画像表示領域２０Ｒに向けて接近して
きた旨のジェスチャー情報を制御部４７０に出力した場合、制御部４７０は、スクロール
を速める制御を行なう。逆に、ジェスチャー情報生成部７６０が、対象物体Ｏｂが所定の
角度で斜いた姿勢のまま、画像表示領域２０Ｒから離れている旨のジェスチャー情報を制
御部４７０に出力した場合、制御部４７０は、スクロールを遅くする制御を行なう。

また、光学式入力機能付き電子機器１００において、画像生成装置２００が画像を表示
しているとき、ジェスチャー情報生成部７６０が、図７（ｂ）に示すように、対象物体Ｏ
ｂの先端部が固定で基端側が一方側から他方側に傾いた旨のジェスチャー情報を制御部４
７０に出力した場合、制御部４７０は画像を拡大する制御を行なう。逆に、ジェスチャー
情報生成部７６０が、対象物体Ｏｂの先端部が固定で基端側が他方側から一方側に傾いた
旨のジェスチャー情報を制御部４７０に出力した場合、制御部４７０は、像を縮小する制
御を行なう。

また、光学式入力機能付き電子機器１００において、画像生成装置２００がメニューを
表示しているとき、ジェスチャー情報生成部７６０が、図７（ｃ）に示すように、対象物
体Ｏｂの基端側が固定で先端側が一方側から他方側に移動した旨のジェスチャー情報を制
御部４７０に出力した場合、制御部４７０はメニューを先送りする制御を行なう。逆に、
ジェスチャー情報生成部７６０が、対象物体Ｏｂの基端側が固定で先端側が他方側から一
方側に移動した旨のジェスチャー情報を制御部４７０に出力した場合、制御部４７０は、
メニューを戻す制御を行なう。

また、光学式入力機能付き電子機器１００において、音声発生装置３００が音楽を再生
しているとき、ジェスチャー情報生成部７６０が、図７（ｄ）に示すように、対象物体Ｏ
ｂの基端側が固定で先端側が一方方向に回転した旨のジェスチャー情報を制御部４７０に
出力した場合、制御部４７０は音量を大きくする制御を行なう。逆に、ジェスチャー情報
生成部７６０が、対象物体Ｏｂの基端側が固定で先端側が他方方向に回転した旨のジェス
チャー情報を制御部４７０に出力した場合、制御部４７０は、音量を小さくする制御を行
なう。

また、傾き情報生成部７７０が生成した傾き情報（対象物体Ｏｂの角度）によってメニ
ューを予想しておき、ユーザーがコマンドを実行する際の時間を短縮してもよい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子
機器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
光が受光装置１５によって検出される。また、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、この反射光が受光装置１５によって検出される。ここで、入力領域１
０Ｒ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、受光装置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、対象物体として特殊なペンを用いなく
ても、入力を行なうことができる。

また、本形態の光学式情報入力装置１０および光学式入力機能付き電子機器１００にお
いて、受光装置１５は、Ｚ方向で離間する位置に第１光検出器１５１および第２光検出器
１５２を備えている。このため、第１ＸＹ平面１０Ｒ１内において対象物体Ｏｂで反射し
た位置検出光と、第２ＸＹ平面１０Ｒ２内において対象物体Ｏｓで反射した位置検出光と
を受光することができる。従って、第１ＸＹ平面１０Ｒ１における対象物体Ｏｂの位置と
、第２ＸＹ平面１０Ｒ２における対象物体Ｏｂの位置とを求めることができるとともに、
それらの相対位置関係を求めれば、対象物体Ｏｂの三次元情報を得ることができる。従っ
て、対象物体Ｏｂの三次元情報を入力情報として用いることができる。

また、受光装置１５での受光結果の時間的変化に基づいて対象物体Ｏｂの三次元的な動
きに対応する情報を生成することができる。すなわち、第１ＸＹ平面１０Ｒ１内において
対象物体Ｏｂで反射した位置検出光、および第２ＸＹ平面１０Ｒ２内において対象物体Ｏ
ｂで反射した位置検出光の受光結果の時間的変化は、対象物体Ｏｂの三次元的な動きに対
応するので、対象物体Ｏｂの三次元的な動きに対応する情報を生成することができる。そ
れ故、これまでにない対象物体Ｏｂの動きによって情報の入力を行なうことができる。し
かも、対象物体Ｏｂの三次元的な動きを利用するため、例えば、１つの対象物体Ｏｂでも
各種の入力を行なうことができるので、例えば、片手のみで入力を行なうことができる。

また、本形態において、三次元情報生成部７００は、三次元移動情報に基づいて対象物
体Ｏｂの動きを複数のジェスチャーパターンの１つとして特定してジェスチャー情報を生
成するジェスチャー情報生成部７６０を備えている。このため、対象物体Ｏｂの動きをジ
ェスチャー情報に変換してから出力することができるので、ジェスチャー情報と入力情報
とを予め関連させておけば、ジェスチャーによる入力を容易に行なうことができる。

［他の実施の形態］
図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の変形例を示す説明図である。

上記実施の形態では、導光板１３を用いたが、図１（ａ）に示す光学式入力機能付き表
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。

［光学式入力機能付き電子機器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２
００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。

（光学式入力機能付き電子機器１００の変形例１）
図９および図１０は、本発明の変形例１に係る光学式情報入力装置１０および光学式入
力機能付き電子機器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
形態の光学式入力機能付き電子機器１００において、光学式情報入力装置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に示す光学式入力機能付き電子機器１００は、光学式情報入力装置１
０と画像生成装置２００とを備えており、光学式情報入力装置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、受光装置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、光学式情報入力装置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は入力領域１０Ｒと平面視で重なってい
る。

（光学式入力機能付き電子機器１００の変形例２）
図１１および図１２は、本発明の変形例２に係る光学式情報入力装置１０および光学式
入力機能付き電子機器１００の説明図であり、図１１および図１２は各々、光学式情報入
力装置１０および光学式入力機能付き電子機器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、本形態の光学式入力機能付き電子機器１００において、光学式情
報入力装置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に示す光学式入力機能付き電子機器１００は、光学式情報入力装置
１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式情報入力装置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、受光装置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は入力領域１０Ｒと平面視で重なっている。

本形態の光学式入力機能付き電子機器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１６
１、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２
１ｔ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４３
ａ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４
３ｓ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１
６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光学式入力機能付き電子機器
１００を適用した携帯用電子機器について説明する。図１３は、本発明に係る携帯用電子
機器（光学式入力機能付き電子機器１００）の説明図である。図１３（ａ）に、光学式情
報入力装置１０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画像生成装置２００と本体部２０１
０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、光学式情報入力装置１０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３０
０２、並びに表示ユニットとしての画像生成装置２００を備える。スクロールボタン３０
０２を操作することによっても、画像生成装置２００に表示される画面がスクロールされ
る。図１３（ｃ）に、光学式情報入力装置１０を備えた情報携帯端末（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４０
０１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての画像生成装置２００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
報が画像生成装置２００に表示される。

なお、光学式入力機能付き電子機器１００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。

１０・・光学式情報入力装置、１０Ｒ・・入力領域、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・
・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、１
３ｓ・・光出射面、１５・・受光装置、１５１・・第１光検出器、１５２・・第２光検出
器、１００・・光学式入力機能付き電子機器、２００・・画像生成装置、５００・・第１
座標検出部、６００・・第２座標検出部、７００・・三次元情報生成部、７５０・・三次
元移動情報生成部、７７０・・傾き情報生成部、７５１・・第１移動情報生成部、７５２
・・第２移動情報生成部、７５３・・第３移動情報生成部、７５４・・第４移動情報生成
部、７６０・・ジェスチャー情報生成部、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出
光

Claims (9)

1. 入力領域内の対象物体の位置を光学的に検出する光学式情報入力装置であって、
   前記入力領域においてＺ方向で互いに離間する２つの仮想平面を第１ＸＹ平面および第
   ２ＸＹ平面としたとき、
   前記第１ＸＹ平面内の前記対象物体の位置に対応する第１座標を検出する第１座標検出
   部と、
   前記第２ＸＹ平面内の前記対象物体の位置に対応する第２座標を検出する第２座標検出
   部と、
   前記第１座標および前記第２座標に基づいて前記対象物体の三次元情報を生成する三次
   元情報生成部と、
   を有することを特徴とする光学式情報入力装置。
2. 前記入力領域内で前記対象物体に照射される位置検出光を放出して前記第１ＸＹ平面内
   および前記第２ＸＹ平面内に当該位置検出光の光強度分布を形成するための位置検出用光
   源と、
   前記第１ＸＹ平面に向けて受光部を向けた第１光検出器と、
   前記第２ＸＹ平面に向けて受光部を向けた第２光検出器と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光学式情報入力装置。
3. 前記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採り込んだ後、当該位置検
   出光を前記入力領域に向けて出射する導光板を有していることを特徴とする請求項２に記
   載の光学式情報入力装置。
4. 前記三次元情報生成部は、前記第１座標の時間的変化および前記第２座標の時間的変化
   に基づいて前記対象物体の動きに対応する三次元移動情報を前記三次元情報として生成す
   る三次元移動情報生成部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記
   載の光学式情報入力装置。
5. 前記三次元移動情報生成部は、前記対象物体の前記第１ＸＹ平面内での移動に対応する
   第１移動情報を前記三次元移動情報として生成する第１移動情報生成部、前記対象物体の
   前記第２ＸＹ平面内での移動に対応する第２移動情報を前記三次元移動情報として生成す
   る第２移動情報生成部、および前記対象物体がＺ方向に移動した際の移動方向に対応する
   第３移動情報を前記三次元移動情報として生成する第３移動情報生成部、および前記入力
   領域内での前記対象物体の傾き変化に対応する第４移動情報を前記三次元移動情報として
   生成する第４移動情報生成部のうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求
   項４に記載の光学式情報入力装置。
6. 前記三次元移動情報生成部は、前記三次元移動情報に基づいて前記対象物体の動きを複
   数のジェスチャーパターンの１つとして特定して当該対象物体の動きに対応するジェスチ
   ャー情報を生成するジェスチャー情報生成部を備えていることを特徴とする請求項４また
   は５に記載の光学式情報入力装置。
7. 前記三次元情報生成部は、前記第１座標および前記第２座標に基づいて前記入力領域内
   での前記対象物体の傾きに対応する傾き情報を生成する傾き情報生成部を備えていること
   を特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式情報入力装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式情報入力装置と、電子機器本体と、を有す
   る電子機器であって、
   前記三次元情報に基づいて前記電子機器本体で異なる動作を行なわせる制御部を備えて
   いることを特徴とする電子機器。
9. 入力領域内の対象物体の位置を光学的に検出する光学式情報入力方法であって、
   前記入力領域においてＺ方向で互いに離間する２つの仮想平面を第１ＸＹ平面および第
   ２ＸＹ平面としたとき、
   前記第１ＸＹ平面内の前記対象物体の位置に対応する第１座標、および前記第２ＸＹ平
   面内の前記対象物体の位置に対応する第２座標を生成する座標検出工程と、
   前記第１座標および前記第２座標に基づいて前記対象物体の三次元情報を生成する三次
   元情報生成工程と、
   を有することを特徴とする光学式情報入力方法。