JP2011090602A - 光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】導光板によって位置検出光の強度分布を形成する方式を採用した場合でも、強度分布を適正に形成することのできる光学式位置検出装置、および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を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置10では、線状光源体13が位置検出光L2を導光板60に出射すると、位置検出光L2は導光板60から検出領域10Rに出射される。従って、対象物体Obによって位置検出光L2が反射すると、かかる光は、光検出器30によって検出される。線状光源体13は、発光素子12と、導光板60の導光板側光入射部61〜64に沿って延在する補助導光板70とを備えている。
【選択図】図2
【解決手段】光学式位置検出装置10では、線状光源体13が位置検出光L2を導光板60に出射すると、位置検出光L2は導光板60から検出領域10Rに出射される。従って、対象物体Obによって位置検出光L2が反射すると、かかる光は、光検出器30によって検出される。線状光源体13は、発光素子12と、導光板60の導光板側光入射部61〜64に沿って延在する補助導光板70とを備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、光学式位置検出装置、および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に関するものである。
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。
かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある(特許文献1、2参照)。
しかしながら、特許文献1、2に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
そこで、本願発明者は、図13に模式的に示すように、導光板1060の角部分に位置検出用光源1012を設けた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、位置検出用光源1012を順次点灯させるとともに、導光板1060から出射された位置検出光L2が指などに当たって反射した光を光検出器1030で検出する。その際、導光板1060から出射される位置検出光L2の強度と位置検出用光源1012からの距離との間に所定の関係が成立するので、指などの位置を検出することができる。従って、少ない数の位置検出用光源1012や光検出器1030で済むという利点がある。
しかしながら、このような方式の光学式位置検出装置において、検出領域が大きい場合には、それに伴って導光板1060が大型化する。その結果、位置検出用光源1012から離れた個所では、位置検出光L2の強度と位置検出用光源1012からの距離との関係が大幅に変動するため、位置を精度よく検出することができなくなるという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、導光板によって位置検出光の強度分布を形成する方式を採用した場合でも、強度分布を適正に形成することのできる光学式位置検出装置、および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、前記検出領域に位置検出光を出射して当該検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成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光する光検出器と、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有し、前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を出射する線状光源体と、該線状光源体に沿って延在して当該線状光源体から出射された前記位置検出光を内部に採り込む導光板側光入射部、および該導光板側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する導光板側光出射部を備えた導光板と、を有していることを特徴とする。
本発明では、導光板から入射した位置検出光が検出領域に出射され、これが対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とは所定の相関性を有しているので、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。ここに本発明では、線状光源体を用い、かかる線状光源体からは、延在方向で略同等の光量をもって位置検出光が出射されるため、導光板には、位置検出光が導光側光入射部の延在方向において略同等の光量をもって入射するので、導光板から出射される位置検出光の出射強度は、導光板側光入射部の延在方向において略同等である。従って、導光板は、導光板側光入射部の延在方向に対して直交する方向のみにおいて位置検出光の出射強度に所定の分布をもたせればよいので、導光板によって位置検出光の強度分布を形成する方式を採用した場合でも、強度分布を適正に形成することができる。それ故、対象物体の位置を高い精度で検出することができる。
本発明において、前記導光板は、4つの辺の各々に前記導光板側光入射部を備えた四角形の平面形状を備え、前記線状光源体は、前記導光板の4辺の各々に対して設けられていることが好ましい。このように構成すると、第1方向で強度が変化する第1座標検出用強度分布と、この第1方向に交差する第2方向で強度が変化する第2座標検出用強度分布と、を異なるタインミングで形成することができる。また、第1座標検出用強度分布として、第1方向の一方側から他方側に向かって位置検出光の強度が低下する第1座標検出用第1強度分布と、第1方向の他方側から一方側に向かって位置検出光の強度が低下する第1座標検出用第2強度分布と、を異なるタイミングで形成し、第2座標検出用強度分布として、第2方向の一方側から他方側に向かって位置検出光の強度が低下する第2座標検出用第1強度分布と、第2方向の他方側から一方側に向かって位置検出用光源の強度が低下する第2座標検出用第2強度分布と、を異なるタイミングで形成することができる。従って、対象物体の2次元座標を高い精度で検出することができる。
本発明において、前記線状光源体は、前記位置検出光を出射する発光素子と、前記導光板側光入射部に沿って延在する補助導光板と、を備え、前記補助導光板は、該補助導光板の延在方向の一方側端部で前記発光素子から出射された前記位置検出光を内部に採り込む補助導光板側光入射部と、該補助導光板側光入射部から内部に採り込んだ前記位置検出光を前記導光板側光入射部に向けて出射する補助導光板側光出射部と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、光源として発光素子を用いることができるので、安価である。
本発明において、前記補助導光板は、前記補助導光板側光出射部に対向する位置で当該補助導光板側光出射部に対して斜めに形成された傾斜反射面を備えていることが好ましい。このように構成すると、補助導光板からは臨界角に対応する位置検出光が出射されるので、補助導光板からの位置検出光の出射強度を均一化することができる。
本発明において、前記傾斜反射面は、前記補助導光板の延在方向で分割された複数の斜面からなることが好ましい。このように構成すると、補助導光板の小型化を図ることができる。
本発明において、前記導光板側光入射射部は、前記補助導光板側光出射部に頂部を向けて突出したプリズム状突部を備えていることが好ましい。このように構成すると、頂部での界面反射によって、位置検出光を平行光化することができる。それ故、検出領域での位置検出光の強度分布をより適正化することができる。
本発明において、前記頂部の角度は、55°から65°であることが好ましい。このような数値条件を満たせば、補助導光板からの位置検出光の出射強度を均一化することができるとともに、導光板によって位置検出光を平行光化することができる。それ故、検出領域での位置検出光の強度分布をより適正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。かか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。
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。
(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位置および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、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
図1は、本発明を適用した光学式位置検出位置および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、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
図1(a)、(b)に示す位置検出機能付き表示装置100は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置200(画像生成装置)と、スクリーン部材8とを備えた投射型表示装置として構成されている。画像投射装置200は、筐体250の前面部201に設けられた投射レンズ系210からスクリーン部材8に向けて画像表示光L1を拡大投射する。
本形態の位置検出機能付き表示装置100は光学式位置検出装置10を備えており、光学式位置検出装置10は、スクリーン部材8において画像が視認されるスクリーン面8a側(スクリーン部材8の前方)に設定された検出領域10R内の対象物体Obの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態において、検出領域10Rは、スクリーン部材8に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン部材8において画像投射装置200によって画像が投射される領域(画像表示領域20R)と重なっている。このため、本形態の位置検出機能付き表示装置100では、例えば、対象物体Obの座標検出結果を、投射された画像の一部等を指定する入力情報等として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なう。
光学式位置検出装置10は、詳しくは後述するように、スクリーン部材8のスクリーン面8a側とは反対側の裏面側8bに設けられた位置検出用光源装置11と、スクリーン面8a側で検出領域10Rに受光部31を向けた光検出器30とを備えている。
位置検出用光源装置11は、位置検出光L2として、指やタッチペン等の対象物体Obにより効率的に反射される波長域を有する光を出射する。より具体的には、対象物体Obが指等の人体であれば、位置検出用光源装置11は、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の位置検出光L2を出射する。本形態において、位置検出用光源装置11は、ピーク波長が850nm付近の波長域にある赤外光を出射する。
光検出器30は、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子からなり、スクリーン部材8のスクリーン面8aの側において、検出領域10Rの外側でスクリーン面8aに沿う方向に受光部31を向けている。
ここで、スクリーン部材8は位置検出光L2に対する透光性を備えている。従って、位置検出用光源装置11からスクリーン部材8に向けて位置検出光L2を出射すると、位置検出光L2は、スクリーン部材8を透過してスクリーン面8a側に、後述する強度分布を形成する。また、光検出器30は、対象物体Obで反射した位置検出光L3を検出可能である。
かかるスクリーン部材8は、スクリーン面8a側に白色のスクリーン85を備えており、かかるスクリーン85としては、スクリーン面8a側に白い塗料が塗ってある布地や、エンボス加工された白いビニール素材からなるホワイトスクリーンを用いることができる。また、スクリーン85としては、光の反射率を高めるために高銀色としたシルバースクリーンを用いることができる。さらに、スクリーン85としては、スクリーン面8a側を構成する布地表面に樹脂加工を行なって光の反射率を高めたパールスクリーンや、スクリーン面8a側に細かいガラス粉末が塗布して光の反射率を高めたピーススクリーンを用いることもできる。いずれの場合も、スクリーン85は、赤外光からなる位置検出光L2に対して透光性を備えている。なお、スクリーン部材8は、スクリーン85に表示される画像の品位を高めることを目的に、スクリーン85の裏面側8bに黒色の遮光層が形成される場合があり、このような場合、遮光層には、穴からなる透光部を複数形成しておく。
(光学式位置検出装置10の構成)
図2は、本発明を適用した光学式位置検出位置10の構成を模式的に示す説明図である。図3は、本発明を適用した光学式位置検出位置10の位置検出用光源装置11の構成を模式的に示す説明図であり、図3(a)、(b)、(c)、(d)は、位置検出用光源装置11の平面的な構成を示す説明図、補助導光板の説明図、別の補助導光板の説明図、および導光板の光入射部を拡大して示す説明図である。
図2は、本発明を適用した光学式位置検出位置10の構成を模式的に示す説明図である。図3は、本発明を適用した光学式位置検出位置10の位置検出用光源装置11の構成を模式的に示す説明図であり、図3(a)、(b)、(c)、(d)は、位置検出用光源装置11の平面的な構成を示す説明図、補助導光板の説明図、別の補助導光板の説明図、および導光板の光入射部を拡大して示す説明図である。
図2および図3(a)に示すように、光学式位置検出位置10において、位置検出用光源装置11は、検出領域10Rと略相似形の平面形状を有する導光板60と、位置検出光L2を出射する複数の線状光源体13とを備えており、導光板60の法線方向からみたとき、導光板60に対して重なる領域に検出領域10Rが設定されている。導光板60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。本形態において、線状光源体13は、導光板60の4つの辺に相当する位置に配置された4つの線状光源体13A、13B、13C、13Dからなる。
導光板60において、4つ辺に位置する側面は各々、線状光源体13A、13B、13C、13Dに沿って延在する導光板側光入射部61、62、63、64になっており、かかる導光板側光入射部61、62、63、64と直交する一方の面は、検出領域10Rおよびスクリーン部材8の側に向く導光板側光出射部65になっている。また、導光板60において、導光板側光出射部65または導光板側光出射部65の反対側の背面66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、導光板側光入射部61〜64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導光板側光出射部65より出射される。その際、導光板側光出射部65から出射される位置検出光L2の出射強度は、導光板側光入射部61〜64からの距離(導光板60内での伝播距離)に応じて変化する。このため、導光板側光出射部65から出射される位置検出光L2の出射強度は、所定の分布を有するため、検出領域10Rには、後述する位置検出光L2の強度分布が形成される。
(線状光源体13の構成)
かかる構成の位置検出用光源装置11において、本形態では、複数の線状光源体13はいずれも、赤外光からなる位置検出光L2を出射する発光ダイオードなどからなる発光素子12と、補助導光板70とからなる。より具体的には、複数の線状光源体13のうち、線状光源体13Aは、導光板60においてX軸方向の一方側X1に位置する導光板側光入射部61に対向するようにY軸方向に延在する補助導光板71と、補助導光板71のY軸方向の他方側Y2の端面に対向する発光素子12Aとからなる。発光素子12Aは、補助導光板71に発光部を向けており、補助導光板71において、Y軸方向の他方側Y2の端面が補助導光板側光入射部75であって、導光板側光入射部61に対向する面が補助導光板側光出射部76である。
かかる構成の位置検出用光源装置11において、本形態では、複数の線状光源体13はいずれも、赤外光からなる位置検出光L2を出射する発光ダイオードなどからなる発光素子12と、補助導光板70とからなる。より具体的には、複数の線状光源体13のうち、線状光源体13Aは、導光板60においてX軸方向の一方側X1に位置する導光板側光入射部61に対向するようにY軸方向に延在する補助導光板71と、補助導光板71のY軸方向の他方側Y2の端面に対向する発光素子12Aとからなる。発光素子12Aは、補助導光板71に発光部を向けており、補助導光板71において、Y軸方向の他方側Y2の端面が補助導光板側光入射部75であって、導光板側光入射部61に対向する面が補助導光板側光出射部76である。
また、線状光源体13Bは、導光板60においてX軸方向の他方側X2に位置する導光板側光入射部62に対向するようにY軸方向に延在する補助導光板72と、補助導光板72のY軸方向の一方側Y1の端面に対向する発光素子12Bとからなる。発光素子12Bは、補助導光板72に発光部を向けており、補助導光板72において、Y軸方向の一方側Y1の端面が補助導光板側光入射部75であって、導光板側光入射部62に対向する面が補助導光板側光出射部76である。
線状光源体13Cは、導光板60においてY軸方向の一方側Y1に位置する導光板側光入射部63に対向するようにX軸方向に延在する補助導光板73と、補助導光板73のX軸方向の一方側X1の端面に対向する発光素子12Cとからなる。発光素子12Cは、補助導光板73に発光部を向けており、補助導光板73において、X軸方向の一方側X1の端面が補助導光板側光入射部75であって、導光板側光入射部63に対向する面が補助導光板側光出射部76である。
線状光源体13Dは、導光板60においてY軸方向の他方側Y2に位置する導光板側光入射部64に対向するようにX軸方向に延在する補助導光板74と、補助導光板74のX軸方向の他方側X2の端面に対向する発光素子12Dとからなる。発光素子12Dは、補助導光板74に発光部を向けており、補助導光板74において、X軸方向の他方側X2の端面が補助導光板側光入射部75であって、導光板側光入射部64に対向する面が補助導光板側光出射部76である。
(補助導光板70の詳細構成)
図3(b)に示すように、4つの補助導光板70(補助導光板71〜74)のいずれにおいても、補助導光板側光出射部76に対向する面は、補助導光板側光出射部76に対して斜めに形成された傾斜反射面77になっている。より具体的には、補助導光板70において、補助導光板側光出射部76は、導光板側光入射部61〜64に平行に延在しているのに対しており、傾斜反射面77は、補助導光板側光入射部75からみたとき、補助導光板側光出射部76に平行な面に対して20°以下の角度、例えば、10°程度の角度をもって補助導光板側光出射部76が位置する側に傾いている。このため、補助導光板70は、補助導光板側光出射部76と傾斜反射面77との幅寸法が補助導光板側光入射部75が位置する側で広く、補助導光板側光入射部75から離間する先端側にいくに従って狭くなった楔状に形成されている。
図3(b)に示すように、4つの補助導光板70(補助導光板71〜74)のいずれにおいても、補助導光板側光出射部76に対向する面は、補助導光板側光出射部76に対して斜めに形成された傾斜反射面77になっている。より具体的には、補助導光板70において、補助導光板側光出射部76は、導光板側光入射部61〜64に平行に延在しているのに対しており、傾斜反射面77は、補助導光板側光入射部75からみたとき、補助導光板側光出射部76に平行な面に対して20°以下の角度、例えば、10°程度の角度をもって補助導光板側光出射部76が位置する側に傾いている。このため、補助導光板70は、補助導光板側光出射部76と傾斜反射面77との幅寸法が補助導光板側光入射部75が位置する側で広く、補助導光板側光入射部75から離間する先端側にいくに従って狭くなった楔状に形成されている。
従って、発光素子12(発光素子12A〜12D)が赤外光からなる位置検出光L2を発散光として出射すると、位置検出光L2は、補助導光板側光出射部76および傾斜反射面77のうち、例えば、図3(b)に丸Cで示す位置において反射しながら、補助導光板70内を進行する。そして、位置検出光L2が補助導光板側光出射部76と空気との界面に入射する角度が臨界角を超えると、その場所から出射される。このようにして、位置検出光L2は、補助導光板70の長手方向において略均一な光量をもって補助導光板側光出射部76から出射される。
なお、図3(c)に示すように、補助導光板70において、傾斜反射面77は、その延在方向において複数の反射面77aとして分割されて鋸歯状に形成される場合もある。かかる構成の場合も、図3(b)を参照して説明したように、位置検出光L2は、補助導光板70の長手方向において略均一な光量をもって補助導光板側光出射部76から出射される。このような鋸歯状の補助導光板70を用いれば、補助導光板70の小型化を図ることができるという利点がある。
ここで、補助導光板側光出射部76から出射される位置検出光L2が補助導光板側光出射部76に対して成す角度Θ1は小さい。そこで、本形態では、図3(d)に示すように、導光板60の導光板側光出入射部61〜64は、補助導光板側光出射部76に頂部681を向けて突出したプリズム状突部68になっている。かかるプリズム状突部68は、略二等辺三角形の平面形状を備えておる。ここで、頂部681の角度は、55°から65°である。このため、導光板側光出入射部61〜64は、頂部681の両側に、補助導光板側光出射部76に対して約60°の角度を成す斜面682、683を備えている。このため、補助導光板側光出射部76から出射された位置検出光L2は、斜面682から導光板60に入射する際の屈折、および斜面683での界面反射によって、補助導光板側光出射部76に対して略垂直な平行光として導光板60内を進行することになる。なお、位置検出光L2を補助導光板側光出射部76に対して垂直な平行光として導光板60内を進行させるという観点からすれば、頂部681の角度は60°であることが好ましい。但し、頂部681の角度が55°から65°であれば、位置検出光L2が補助導光板側光出射部76に対して略垂直な平行光として導光板60内を進行して検出領域10Rに出射されるので、頂部681の角度が60°の場合と略同等の位置検出精度を得ることができる。
(光学式位置検出装置10の電気的構成)
図4は、本発明を適用した光学式位置検出装置10の電気的構成等を示す説明図である。図4に示すように、光学式位置検出装置10は、複数の発光素子12(発光素子12A〜12D)の各々を駆動する光源駆動部14と、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する位置検出部50とを備えている。光源駆動部14は、複数の発光素子12の各々に対応する駆動回路140(駆動回路140a〜140d)と、駆動回路140を介して複数の発光素子12の各々における点灯を制御する光源制御部145とを備えている。位置検出部50は、スクリーン部材8に平行な面内で直角に交差するX軸方向およびY軸方向のうち、対象物体ObのX軸方向の位置(X座標)を検出するX座標検出部51と、対象物体ObのY軸方向の位置(Y座標)を検出するY座標検出部52とを備えている。さらに、位置検出部50は、スクリーン85に直交するZ軸方向の対象物体Obの位置(Z座標)を検出するZ座標検出部53を備えている。光源制御部145と位置検出部50とは、信号線で接続されており、発光素子12に対する駆動と、位置検出部50での検出動作とは、連動して行われる。
図4は、本発明を適用した光学式位置検出装置10の電気的構成等を示す説明図である。図4に示すように、光学式位置検出装置10は、複数の発光素子12(発光素子12A〜12D)の各々を駆動する光源駆動部14と、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する位置検出部50とを備えている。光源駆動部14は、複数の発光素子12の各々に対応する駆動回路140(駆動回路140a〜140d)と、駆動回路140を介して複数の発光素子12の各々における点灯を制御する光源制御部145とを備えている。位置検出部50は、スクリーン部材8に平行な面内で直角に交差するX軸方向およびY軸方向のうち、対象物体ObのX軸方向の位置(X座標)を検出するX座標検出部51と、対象物体ObのY軸方向の位置(Y座標)を検出するY座標検出部52とを備えている。さらに、位置検出部50は、スクリーン85に直交するZ軸方向の対象物体Obの位置(Z座標)を検出するZ座標検出部53を備えている。光源制御部145と位置検出部50とは、信号線で接続されており、発光素子12に対する駆動と、位置検出部50での検出動作とは、連動して行われる。
(座標検出の基本原理)
本形態の位置検出機能付き表示装置100においては、スクリーン面8a側に形成した位置検出光L2の強度分布を利用して、位置検出部50は、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する。そこで、図5を参照して、光強度分布の構成および座標検出の原理を説明する。
本形態の位置検出機能付き表示装置100においては、スクリーン面8a側に形成した位置検出光L2の強度分布を利用して、位置検出部50は、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する。そこで、図5を参照して、光強度分布の構成および座標検出の原理を説明する。
図5は、本発明を適用した光学式位置検出装置10で用いた位置検出光L2の強度分布および位置検出部50での基本的な動作内容を示す説明図であり、図5(a)、(b)、(c)は、位置検出光L2のX軸方向の強度分布を示す説明図、対象物体で反射した位置検出光L2の強度を示す説明図、対象物体で反射した位置検出光L2の強度が等しくなるように位置検出光L2の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
図1〜図4に示す光学式位置検出装置10において、発光素子12から位置検出光L2を出射すると、位置検出光L2は、補助導光板70を介して導光板60に入射する。また、導光板60に入射した位置検出光L2は、導光板60内を伝播しながら進行し、導光板側光出射部65より出射される。その際、導光板側光出射部65から出射される位置検出光L2の出射強度は、導光板側光入射部61〜64からの距離(導光板60内での伝播距離)に応じて変化する。このため、導光板側光出射部65から出射される位置検出光L2の出射強度は、所定の分布を有するため、検出領域10Rには、後述する位置検出光L2の強度分布が形成される。
そこで、X座標を検出する際には、図5(a)、(b)に示すように、まず、X座標検出用第1期間において、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって強度が単調減少していくX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した後、X座標検出用第2期間において、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向かって強度が単調減少していくX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。好ましくは、X座標検出用第1期間において、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって強度が直線的に減少していくX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した後、X座標検出用第2期間において、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向かって強度が直線的に減少していくX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。従って、検出領域10Rに対象物体Obが配置されると、対象物体Obにより位置検出光L2が反射され、その反射光の一部が光検出器30により検出される。ここで、X座標検出用第1期間に形成するX座標検出用第1強度分布L2Xa、およびX座標検出用第2期間に形成するX座標検出用第2強度分布L2Xbを予め、設定した分布としておけば、以下の方法等により、光検出器30での検出結果に基づいて、対象物体ObのX座標を検出することができる。
例えば、第1の方法では、図5(b)に示すX座標検出用第1強度分布L2Xaと、X座標検出用第2強度分布L2Xbとの差を利用する。より具体的には、X座標検出用第1強度分布L2Xa、およびX座標検出用第2強度分布L2Xbは予め、設定した分布になっているので、X座標検出用第1強度分布L2XaとX座標検出用第2強度分布L2Xbとの差も予め、設定した関数になっている。従って、X座標検出用第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した際の光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成した際の光検出器30での検出値LXbとの差を求めれば、位置検出部50のX座標検出部51は、対象物体ObのX座標を検出することができる。かかる方法によれば、位置検出光L2以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器30に入射した場合でも、検出値LXa、LXbの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
次に、第2の方法では、X座標検出用第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した際の光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成した際の光検出器30での検出値LXbとが等しくなるように、発光素子12に対する制御量(駆動電流)を調整した際の調整量に基づいて対象物体ObのX座標を検出する方法である。かかる方法は、図5(b)に示すX座標検出用第1強度分布L2XaおよびX座標検出用第2強度分布L2XbがX座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。
まず、図5(b)に示すように、X座標検出用第1期間およびX座標検出用第2期間においてX座標検出用第1強度分布L2XaとX座標検出用第2強度分布L2Xbを絶対値が等しく、X軸方向で逆向きに形成する。この状態で、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しければ、対象物体ObがX軸方向の中央に位置することが分る。
これに対して、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが相違している場合、検出値LXa、LXbが等しくなるように、発光素子12に対する制御量(駆動電流)を調整する。そして、図5(c)に示すように、再度、X座標検出用第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成し、X座標検出用第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。その結果、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しくなれば、X座標検出用第1期間での発光素子12に対する制御量の調整量ΔLXaと、X座標検出用第2期間での発光素子12に対する制御量の調整量ΔLXbとの比あるいは差等により、位置検出部50のX座標検出部51は、対象物体ObのX座標を検出することができる。かかる方法によれば、位置検出光L2以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器30に入射した場合でも、検出値LXa、LXbが等しくなるように発光素子12に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
次に、第3の方法でも、第2の方法と同様、X座標検出用第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した際の光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成した際の光検出器30での検出値LXbとが等しくなるように、発光素子12に対する制御量(駆動電流)を調整した際の調整量に基づいて対象物体ObのX座標を検出する方法である。かかる方法は、図5(b)に示すX座標検出用第1強度分布L2XaおよびX座標検出用第2強度分布L2XbがX座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。
まず、図5(b)に示すように、X座標検出用第1期間およびX座標検出用第2期間においてX座標検出用第1強度分布L2XaとX座標検出用第2強度分布L2Xbを絶対値が等しく、X軸方向で逆向きに形成する。この状態で、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しければ、対象物体ObがX軸方向の中央に位置することが分る。
これに対して、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが相違している場合、検出値LXa、LXbが等しくなるように、例えば、検出値が低い期間の方、あるいは検出値が高い期間の方の発光素子12に対する制御量(駆動電流)を調整して、再度、X座標検出用第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成し、X座標検出用第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。図5(c)に示す例では、例えば、X座標検出用第1期間での発光素子12に対する制御量を調整量ΔLXa分だけ減少させる。あるいは、X座標検出用第2期間での発光素子12に対する制御量を調整量ΔLXb分だけ増大させる。その結果、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出値LXaと、X座標検出用第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しくなれば、制御量を調整した後のX座標検出用第1期間での発光素子12に対する制御量と、制御量を調整した後のX座標検出用第2期間での発光素子12に対する制御量との比あるいは差等により、位置検出部50のX座標検出部51は、対象物体ObのX座標を検出することができる。対象物体ObのX座標を検出することができる。かかる方法によれば、位置検出光L2以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器30に入射した場合でも、検出値LXa、LXbが等しくなるように発光素子12に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
上記の方法1〜3のいずれを採用する場合でも、同様に、Y座標検出用第1期間において、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって強度が単調減少していくY座標検出用第1強度分布を形成した後、Y座標検出用第2期間において、Y軸方向の他方側Y2から一方側Y1に向かって強度が単調減少していくY座標検出用第2強度分布を形成すれば、位置検出部50のY座標検出部52は、対象物体ObのY座標を検出することができる。
また、Z座標検出期間において、Z軸方向の強度分布を形成すれば、位置検出部50のZ座標検出部53は、対象物体ObのZ座標を検出することができる。
上記のように、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの検出領域10R内の位置情報を取得するにあたって、例えば、位置検出部50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、論理回路等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。
(X座標検出動作)
図6を参照して、本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する動作を説明する。図6は、本発明を適用した光学式位置検出装置10において位置検出光L2の強度分布を形成する様子を示す説明図であり、図6(a)、(b)は、対象物体ObのX座標を検出する際のX座標検出用強度分布の説明図であり、図6(c)、(d)は、対象物体ObのY座標を検出する際のY座標検出用強度分布の説明図である。
図6を参照して、本形態の光学式位置検出装置10において、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する動作を説明する。図6は、本発明を適用した光学式位置検出装置10において位置検出光L2の強度分布を形成する様子を示す説明図であり、図6(a)、(b)は、対象物体ObのX座標を検出する際のX座標検出用強度分布の説明図であり、図6(c)、(d)は、対象物体ObのY座標を検出する際のY座標検出用強度分布の説明図である。
本形態の位置検出機能付き表示装置100において、検出領域10R内の対象物体ObのXY座標を検出するには、以下に説明するX座標検出用第1期間およびX座標検出用第2期間によってX座標を検出し、Y座標検出用第1期間およびY座標検出用第2期間によってY座標を検出する。さらに、本形態の位置検出機能付き表示装置100においては、Z座標検出期間によってZ座標を検出する。ここで、X座標検出用第1期間〜Z座標検出期間の各時間は例えば数msec程度である。
より具体的には、検出領域10R内の対象物体ObのX座標を検出するには、まず、X座標検出用第1期間において、図4に示す光源駆動部14の光源制御部145が駆動回路140を介して発光素子12を制御し、図6(a)に示すように、複数の発光素子12のうち、発光素子12Aを点灯させる一方、他の発光素子12B〜12Dを消灯状態とする。その結果、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって位置検出光L2の強度が単調減少するX座標検出用第1強度分布L2Xa(第1座標検出用強度分布/第1座標検出用第1強度分布)が形成される。本形態のX座標検出用第1強度分布L2Xaでは、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって位置検出光L2の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるX座標検出用第1強度分布L2Xaでは、X軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。また、X座標検出用第1強度分布L2Xaでは、位置検出光L2の強度がY軸方向で一定である。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、X座標検出用第1強度分布L2Xaにおける位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
次に、X座標検出用第2期間においては、図4に示す光源駆動部14の光源制御部145が駆動回路140を介して発光素子12を制御し、図6(a)に示すように、X座標検出用第1期間とは逆に、複数の発光素子12のうち、発光素子12Bを点灯させる一方、他の発光素子12A、12C、12Dを消灯状態とする。その結果、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向かって位置検出光L2の強度が単調減少するX座標検出用第2強度分布L2Xb(第1座標検出用強度分布/第1座標検出用第2強度分布)が形成される。本形態のX座標検出用第2強度分布L2Xbでは、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向かって位置検出光L2の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるX座標検出用第2強度分布L2Xbでは、X軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。また、X座標検出用第2強度分布L2Xbでは、位置検出光L2の強度がY軸方向で一定である。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、X座標検出用第2強度分布L2Xbにおける位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
従って、X座標検出用第1期間において光検出器30で検出された光量と、X座標検出用第2期間において光検出器30で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Obの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部50のX座標検出部51は、X座標検出用第1期間における光検出器30での検出結果、およびX座標検出用第2期間における光検出器30での検出結果に基づいて、対象物体ObのX座標を検出することができる。
(Y座標検出動作)
検出領域10R内の対象物体ObのY座標を検出するには、まず、Y座標検出用第1期間において、図4に示す光源駆動部14の光源制御部145が駆動回路140を介して発光素子12を制御し、図6(c)に示すように、複数の発光素子12のうち、発光素子12Cを点灯させる一方、他の発光素子12A、12B、12Dを消灯状態とする。その結果、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光L2の強度が単調減少するY座標検出用第1強度分布L2Ya(第2座標検出用強度分布/第2座標検出用第1強度分布)が形成される。本形態のY座標検出用第1強度分布L2Yaでは、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光L2の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるY座標検出用第1強度分布L2Yaでは、Y軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。また、Y座標検出用第1強度分布L2Yaでは、位置検出光L2の強度がX軸方向で一定である。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Y座標検出用第1強度分布L2Yaにおける位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
検出領域10R内の対象物体ObのY座標を検出するには、まず、Y座標検出用第1期間において、図4に示す光源駆動部14の光源制御部145が駆動回路140を介して発光素子12を制御し、図6(c)に示すように、複数の発光素子12のうち、発光素子12Cを点灯させる一方、他の発光素子12A、12B、12Dを消灯状態とする。その結果、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光L2の強度が単調減少するY座標検出用第1強度分布L2Ya(第2座標検出用強度分布/第2座標検出用第1強度分布)が形成される。本形態のY座標検出用第1強度分布L2Yaでは、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向かって位置検出光L2の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるY座標検出用第1強度分布L2Yaでは、Y軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。また、Y座標検出用第1強度分布L2Yaでは、位置検出光L2の強度がX軸方向で一定である。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Y座標検出用第1強度分布L2Yaにおける位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
次に、Y座標検出用第2期間においては、図4に示す光源駆動部14の光源制御部145が駆動回路140を介して発光素子12を制御し、図6(d)に示すように、Y座標検出用第1期間とは逆に、複数の発光素子12のうち、発光素子12Dを点灯させる一方、他の発光素子12A〜12Cを消灯状態とする。その結果、Y軸方向の他方側Y2から一方側Y1に向かって位置検出光L2の強度が単調減少するY座標検出用第2強度分布L2Yb(第2座標検出用強度分布/第2座標検出用第2強度分布)が形成される。本形態のY座標検出用第2強度分布L2Ybでは、Y軸方向の他方側Y2から一方側Y1に向かって位置検出光L2の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるY座標検出用第2強度分布L2Ybでは、Y軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。また、Y座標検出用第2強度分布L2Ybでは、位置検出光L2の強度がX軸方向で一定である。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Y座標検出用第2強度分布L2Ybにおける位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。
従って、Y座標検出用第1期間において光検出器30で検出された光量と、Y座標検出用第2期間において光検出器30で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Obの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部50のY座標検出部52は、Y座標検出用第1期間における光検出器30での検出結果、およびY座標検出用第2期間における光検出器30での検出結果に基づいて、対象物体ObのY座標を検出することができる。
(Z座標検出動作)
本形態の位置検出機能付き表示装置100において、検出領域10R内の対象物体ObのZ座標を検出するには、図3に示す発光素子12(発光素子12A〜12B)を全て点灯させる。その結果、スクリーン部材8からZ軸方向に離間する方向に向けて位置検出光L2の強度が単調減少するZ座標検出用強度分布が形成される。かかるZ座標検出用強度分布では、Z軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Z座標検出用強度分布における位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。従って、位置検出部50のZ座標検出部53は、Z座標検出期間における光検出器30の検出結果に基づいて、対象物体ObのZ座標を検出することができる。
本形態の位置検出機能付き表示装置100において、検出領域10R内の対象物体ObのZ座標を検出するには、図3に示す発光素子12(発光素子12A〜12B)を全て点灯させる。その結果、スクリーン部材8からZ軸方向に離間する方向に向けて位置検出光L2の強度が単調減少するZ座標検出用強度分布が形成される。かかるZ座標検出用強度分布では、Z軸方向における位置と位置検出光L2の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Obで反射して光検出器30で検出される光量は、Z座標検出用強度分布における位置検出光L2の強度と比例し、対象物体Obの位置によって規定される値である。従って、位置検出部50のZ座標検出部53は、Z座標検出期間における光検出器30の検出結果に基づいて、対象物体ObのZ座標を検出することができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の位置検出機能付き表示装置100では、発光素子12が位置検出光L2を出射すると、位置検出光L2はスクリーン部材8を通過して、スクリーン面8a側に位置検出光L2の強度分布を形成する。従って、スクリーン面8a側に位置する対象物体Obによって位置検出光L2が反射すると、かかる光は、光検出器30によって検出される。従って、スクリーン面8a側での位置と位置検出光L2の強度との関係を予め把握しておけば、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体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光学式位置検出装置10を構成することができる。
以上説明したように、本形態の位置検出機能付き表示装置100では、発光素子12が位置検出光L2を出射すると、位置検出光L2はスクリーン部材8を通過して、スクリーン面8a側に位置検出光L2の強度分布を形成する。従って、スクリーン面8a側に位置する対象物体Obによって位置検出光L2が反射すると、かかる光は、光検出器30によって検出される。従って、スクリーン面8a側での位置と位置検出光L2の強度との関係を予め把握しておけば、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体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、本形態では、線状光源体13を用い、かかる線状光源体13からは、延在方向で略同等の光量をもって位置検出光L2が出射されるため、導光板60には、位置検出光L2が導光板側光入射部61〜64の延在方向において略同等の光量をもって入射するので、導光板60から出射される位置検出光L2の出射強度は、導光板側光入射部61〜64の延在方向において略同等である。従って、導光板60は、導光板側光入射部61〜64の延在方向に対して直交する方向のみにおいて位置検出光L2の出射強度に所定の分布をもたせればよい。それ故、導光板60によって位置検出光L2の強度分布を形成する方式を採用した場合でも、強度分布を適正に形成することができるので、対象物体Obの位置を高い精度で検出することができる。
また、本形態において、導光板60は、4つの辺の各々に導光板側光入射部61〜64を備えた四角形の平面形状を備え、線状光源体13は、導光板60の4辺の各々に対して設けられている。このため、図6を参照して説明したように、X座標検出用第1強度分布、X座標検出用第2強度分布、Y座標検出用第1強度分布、およびY座標検出用第2強度分布を異なるタイミングで形成することができる。従って、対象物体Obの2次元座標を高い精度で検出することができる。
さらに、線状光源体13は、位置検出光L2を出射する発光素子12と、導光板60の導光板側光入射部61〜64に沿って延在する補助導光板70とを備えている。このため、光源として発光素子12を用いることができるので、安価である。
さらにまた、補助導光板70は、補助導光板側光出射部76に対して20°以下の角度で斜めに形成された傾斜反射面77を備えているため、補助導光板70からは臨界角に対応する位置検出光L2が出射される。従って、補助導光板70からの位置検出光L2の出射強度を均一化することができる。この場合、補助導光板側光出射部76から出射される位置検出光L2が補助導光板側光出射部76に対して成す角度Θ1は小さい。しかるに、本形態では、導光板60の導光板側光入射部61〜64は、頂部681の角度が55°から65°のプリズム状突部68になっているため、補助導光板側光出射部76から出射された位置検出光L2は、補助導光板側光出射部76に対して垂直な平行光として導光板60内を進行することになる。それ故、検出領域10Rでの位置検出光L2の強度分布をより適正化することができる。
また、本形態において、光検出器30は、スクリーン面8aに沿う方向に受光部31を向けているので、対象物体Obを検出可能なスクリーン面8aからの離間距離が制限される。従って、スクリーン面8aに近い位置の対象物体Obの検出結果だけを情報として検出することができ、スクリーン面8aから離れた位置の対象物体Obの検出結果については情報として検出しない。それ故、スクリーン面8aから離れた状態での対象物体Obによって情報が誤入力されることがない。
[別の実施の形態]
図7は、本発明の別の実施の形態に係る位置検出機能付き表示装置100の構成を模式的に示す説明図であり、図7(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置100の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図7は、本発明の別の実施の形態に係る位置検出機能付き表示装置100の構成を模式的に示す説明図であり、図7(a)、(b)は、位置検出機能付き表示装置100の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
上記実施の形態において、光検出器30は、スクリーン部材8のスクリーン面8aの側において、検出領域10Rの外側でスクリーン面8aに沿う方向に受光部31を向けていたが、図7に示すように、本形態では、光検出器30は、スクリーン面8aの面外方向からスクリーン面8aに受光部31を向けている。より具体的には、光検出器30は、画像投射装置200の筐体250の前面部201に設けられている。このため、光検出器30は、位置検出光L2のうち、対象物体Obで画像投射装置200に向けて反射した位置検出光L3を検出する。
従って、本形態の位置検出機能付き表示装置100では、対象物体Obを検出可能なスクリーン面8aからの離間距離を拡大することができる。また、画像投射装置200とは別に光検出器30を設置する必要がない。また、画像投射装置200の側で対象物体Obの位置を検出するための処理を行なうことができる。さらに、対象物体Obの位置検出結果を画像投射装置200から投射される画像に反映させるのが容易である。
(他の実施の形態)
上記実施の形態では、線状光源体13を発光素子12と補助導光板70によって構成したが、棒状に延在する赤外ランプを線状光源体13として用いてもよい。
上記実施の形態では、線状光源体13を発光素子12と補助導光板70によって構成したが、棒状に延在する赤外ランプを線状光源体13として用いてもよい。
本発明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は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
[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、画像生成装置として画像投射装置200を備えている構成であったが、図8〜図11に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置として採用すれば、図12を参照して後述する電子機器に用いることができる。
上記実施の形態では、画像生成装置として画像投射装置200を備えている構成であったが、図8〜図11に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置として採用すれば、図12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8および図9は、本発明の変形例1に係る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8および図9は、本発明の変形例1に係る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8および図9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と画像生成装置としての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を備えている。光学式位置検出装置10は、上記実施の形態で説明した線状光源体13と、導光板60と、検出領域10Rに受光部31を向けた光検出器30とを備えている。直視型表示装置208は、導光板60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60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10および図11は、本発明の変形例2に係る位置検出機能付き表示装置100の説明図であり、図10および図11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10および図11は、本発明の変形例2に係る位置検出機能付き表示装置100の説明図であり、図10および図11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10および図11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、画像生成装置としての液晶装置209(直視型表示装置)を備えており、光学式位置検出装置10は、上記実施の形態で説明した線状光源体13と、導光板60と、検出領域10Rに受光部31を向けた光検出器30とを備えている。液晶装置209は、導光板60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60の光出射側には、必要に応じて、位置検出光L2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60の導光板側光出射部65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60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60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60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は位置検出光L2が漏れるのを防止する。
液晶装置209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60が位置する側とは反対側に液晶パネル209aと、透光性カバー209bとを備えている。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。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L2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60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L2を透過可能に構成される。なお、液晶パネル209aが導光板60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L2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60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60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60と反射板414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(光出射部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、光出射部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部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部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の光出射部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は光出射部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60と反射板414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60との間に配置してもよい。また、照明用導光板43と導光板60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L2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においては光出射部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60においては導光板側光出射部65から出射される位置検出光L2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12を参照しながら、図8〜図11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12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12(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12(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、スクロールボタン3002、および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12(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、電源スイッチ4002、および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。
図12を参照しながら、図8〜図11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12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12(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12(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、スクロールボタン3002、および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12(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、電源スイッチ4002、および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12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、12、12A、12B、12C、12D・・発光素子、13、13A〜13D・・線状光源体、30・・光検出器、50・・位置検出部、60・・導光板、61〜64・・導光板側光入射部、65・・導光板側光出射部、70〜74・・補助導光板、75・・補助導光板側光入射部、76・・補助導光板側光出射部、77・・傾斜反射面、100・・位置検出機能付き表示装置
Claims (8)
- 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、
前記検出領域に位置検出光を出射して当該検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成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光する光検出器と、
前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を有し、
前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を出射する線状光源体と、該線状光源体に沿って延在して当該線状光源体から出射された前記位置検出光を内部に採り込む導光板側光入射部、および該導光板側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する導光板側光出射部を備えた導光板と、を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。 - 前記導光板は、4つの辺の各々に前記導光板側光入射部を備えた四角形の平面形状を備え、
前記線状光源体は、前記導光板の4辺の各々に対して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光学式位置検出装置。 - 前記線状光源体は、前記位置検出光を出射する発光素子と、前記導光板側光入射部に沿って延在する補助導光板と、を備え、
前記補助導光板は、該補助導光板の延在方向の一方側端部で前記発光素子から出射された前記位置検出光を内部に採り込む補助導光板側光入射部と、該補助導光板側光入射部から内部に採り込んだ前記位置検出光を前記導光板側光入射部に向けて出射する補助導光板側光出射部と、を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学式位置検出装置。 - 前記補助導光板は、前記補助導光板側光出射部に対向する位置で当該補助導光板側光出射部に対して斜めに形成された傾斜反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。
- 前記傾斜反射面は、前記補助導光板の延在方向で分割された複数の斜面からなることを特徴とする請求項4に記載の光学式位置検出装置。
- 前記導光板側光入射部は、前記補助導光板側光出射部に頂部を向けて突出したプリズム状突部を備えていることを特徴とする請求項4または5に記載の光学式位置検出装置。
- 前記頂部の角度は、55°から65°であることを特徴とする請求項6に記載の光学式位置検出装置。
- 請求項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。
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JP2011237360A (ja) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Seiko Epson Corp | 光学式検出装置、表示装置及び電子機器 |
-
2009
- 2009-10-26 JP JP2009245191A patent/JP2011090602A/ja not_active Withdrawn
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