JP2011215098A

JP2011215098A - 光学式位置検出装置

Info

Publication number: JP2011215098A
Application number: JP2010085814A
Authority: JP
Inventors: Setsunai Kiyose; 摂内清瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】光検出器の感度指向性の影響を受けにくくすることにより、対象物体の位置にか
かわらず光検出器での受光強度を高いレベルとすることのできる光学式位置検出装置を提
供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０において、光検出装置３０は、光検出器３１を変位
させて光検出器３１の受光部３２を検出空間１０Ｒ内の複数領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１
０Ｒ３に向かせるアクチュエータ３５を備えており、光検出器３１は、受光部３２が検出
空間１０Ｒ内の複数の領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３に向いた状態で、対象物体ＯＢ
で反射した検出光を検出する。このため、光検出器３１が感度指向性を有する場合でも、
光検出器３１の高感度角度範囲Θｈのみで検出空間１０Ｒ全体をカバーすることができる
。
【選択図】図２

Description

本発明は、検出空間の対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置に関する
ものである。

対象物体の位置検出を光学的に行なう位置検出装置としては、撮像素子を用いたものが
あるが、撮像素子は高価である等の問題点がある。一方、対象物体の位置を光学的に検出
する光学式位置検出装置としては、透光板（光伝播媒体）において対象物体が位置する第
１面側とは反対側の第２面側に配置された光源から対象物体に向けて検出光を出射し、対
象物体で反射して透光板の第２面側に透過してきた検出光を光検出器で検出する技術が提
案されている（特許文献１参照）。

かかる光学式位置検出装置では、２つの光源を交互に点灯させるとともに、２つの光源
が各々、点灯した期間における光検出器での検出結果を利用するため、安価に構成するこ
とができる。

特表２００３−５３４５５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学式位置検出装置では、対象物体の位置によって
光検出器での受光強度が変動するため、対象物体の検出精度が低いという問題点がある。
すなわち、光検出器は所定の角度範囲であれば、高い感度を有するが、中心光軸から大き
く離間した角度方向では感度が低いため、対象物体が光検出器の中心光軸から大きく離間
した角度方向に位置する場合、光検出器での受光強度が低く、対象物体の検出精度が低下
しやすい。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光検出器の感度指向性の影響を受けにくくす
ることにより、対象物体の位置にかかわらず光検出器での受光強度を高いレベルとするこ
とのできる光学式位置検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、対象物体の位置を検出する光学式位置検出装
置であって、検出光を出射して当該検出光の出射側空間に前記検出光の光強度分布を異な
るパターンで順次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検出光を
受光する光検出器、および該光検出器を変位させて当該光検出器の受光部を前記出射側空
間の複数領域に向かせるアクチュエータを備えた光検出装置と、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、を有していることを特徴とす
る。

本発明では、位置検出用光源装置から出射された検出光は、検出空間（検出光の出射側
空間）に光強度分布を形成し、対象物体で反射した検出光は、光検出装置の光検出器で受
光される。このため、検出空間における位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけ
ば、位置検出部は、光検出装置の光検出器の受光結果に基づいて対象物体の位置を検出す
ることができる。ここで、光検出装置は、光検出器を変位させて光検出器の受光部を出射
側空間の複数領域に向かせるアクチュエータを備えており、光検出器は、受光部が出射側
空間の複数領域の各々に向いた状態で、対象物体で反射した検出光を検出する。従って、
光検出器が感度指向性を有する場合でも、光検出器の高感度角度範囲のみで検出空間をカ
バーすることができる。それ故、光検出器の感度指向性の影響を受けにくいので、対象物
体の位置にかかわらず光検出器での受光強度が高い。よって、検出空間での検出光の光強
度分布を利用して位置検出を行なう方式を採用した場合でも、対象物体の位置を正確に検
出することができる。

本発明において、前記位置検出部は、前記複数領域のうち、前記光検出器での受光強度
が最大となる領域に前記光検出器の受光部が向いたときの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ことが好ましい。このように構成すると、光検出器
が最適領域に向いた状態での受光結果のみを用いて対象物体の位置を検出することになる
ので、位置検出精度を高めることができる。

本発明において、前記アクチュエータは、前記光検出器を回転させて当該光検出器の前
記受光部を前記出射側空間の複数領域に向かせることが好ましい。このように構成すると
、光検出器の受光部が向く領域の数が少なくても、出射側空間の全体を光検出器の高感度
角度範囲をカバーすることができる。

本発明において、前記アクチュエータは、前記光検出器を直動させて当該光検出器の前
記受光部を前記出射側空間の複数領域に向かせる構成を採用してもよい。

本発明において、前記位置検出用光源装置から前記検出光が出射される方向に対して交
差する２方向をＸ軸方向およびＹ軸方向としたとき、前記光検出装置は、前記光検出器と
して、前記Ｙ軸方向に受光部を向ける第１光検出器と、前記Ｘ軸方向に受光部を向ける第
２光検出器とを備え、前記位置検出用光源装置は、前記アクチュエータとして、前記第１
光検出器をＸ軸方向に直動させる第１アクチュエータと、前記第２光検出器をＹ軸方向に
直動させる第２アクチュエータと、を備えていることが好ましい。

この場合、前記位置検出部は、前記第１光検出器での受光強度が最大となる領域に前記
第１光検出器の受光部が向いたときの前記第１光検出器での受光結果に基づいて前記対象
物体のＸ軸方向の位置を検出し、前記第２光検出器での受光強度が最大となる領域に前記
第２光検出器の受光部が向いたときの前記第２光検出器での受光結果に基づいて前記対象
物体のＹ軸方向の位置を検出することが好ましい。このように構成すると、光検出器が最
適領域に向いた状態での受光結果のみを用いて対象物体の位置を検出することになるので
、位置検出精度を高めることができる。

本発明において、前記光検出器は、１つの受光素子を備えている構成を採用することが
できる。

本発明において、前記光検出器は、互いに異なる方向に受光面を向けた複数の受光素子
を備えている構成を採用してもよい。このように構成すると、光検出器の高感度角度範囲
が広いので、光検出器の受光部が向く領域の数が少なくても、出射側空間の全体を光検出
器の高感度角度範囲をカバーすることができる。

本発明において、前記光検出器には、前記受光部に対する入射角度範囲を規定する入射
角度範囲制限部が設けられていることが好ましい。このように構成すると、光検出器は、
高感度角度範囲内で入射した検出光のみを受光するので、位置検出精度を高めることがで
きる。

本発明において、前記光検出器が変位する複数個所には、前記受光部に対する入射角度
範囲を規定する入射角度範囲制限部が設けられていることが好ましい。このように構成す
ると、光検出器は、高感度角度範囲内で入射した検出光のみを受光するので、位置検出精
度を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る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。本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の位置検出用光源装置等の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において位置検出用光源装置から出射された検出光の光強度分布を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置の光学式位置検出装置で用いた位置検出の原理を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の光検出器で用いたフォトダイオードの感度指向性を示す説明図である。本発明の実施の形態１の改良例１に係る光学式位置検出装置で用いた入射角度範囲制限部材の説明図である。本発明の実施の形態１の改良例２に係る光学式位置検出装置で用いた入射角度範囲制限部材の説明図である。本発明の実施の形態１の改良例３に係る光学式位置検出装置で用いた光検出器の説明図である。本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置に用いた光検出器の位置等を示す説明図である。本発明の実施の形態２の改良例２に係る光学式位置検出装置で用いた入射角度範囲制限部材の説明図である。本発明の実施の形態２の改良例４に係る光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図である。本発明の実施の形態３に係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を模式的に示す説明図である。本発明の実施の形態４に係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を模式的に示す説明図である。

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、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｚ軸に沿う方向に画像を
投射するものとして説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向
を横方向とし、Ｙ軸方向と縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ
軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他
方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各部材を図
面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

［実施の形態１］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る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２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図で
あり、図２（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた光検出装置
の構成等を示す説明図、および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３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の位置検出用光源装置等の
構成を示す説明図であり、図３（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等の構成を示す説明図、お
よび検出光の導光板からの出射強度を示す説明図である。なお、図３では、Ｚ軸方向を上
下方向として表してある。

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１
０と画像生成装置２５０とを備えており、後述するように、光学式位置検出装置１０は、
画像生成装置２５０によって表示された画像に基づいて指等の対象物体Ｏｂを検出空間１
０Ｒに進入させた際、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。

図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光学式位置検出
装置１０は、赤外光からなる検出光Ｌ２を出射する複数の光源１２（光源１２Ａ〜１２Ｄ
）を備えた位置検出用光源装置１１と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する光
検出装置３０とを有しており、位置検出用光源装置１１から検出光Ｌ２が出射される側の
空間（出射側空間）が検出空間１０Ｒである。光検出装置３０は光検出器３１を備えてお
り、光検出器３１の受光部３２は検出空間１０Ｒに向いている。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。光検出器３
１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、本形態において
、光検出器３１は、１つのフォトダイオードからなる。

再び図１（ａ）、（ｂ）において、位置検出機能付き表示装置１００は、投射型表示装
置であり、画像生成装置２５０は画像投射装置として構成されている。かかる位置検出機
能付き表示装置１００では、画像生成装置２５０が導光板１３の前面側（入力操作側）に
重ねて配置されたスクリーン部材２９０のスクリーン面２９０ｓの側に表示光を拡大投射
する。スクリーン部材２９０において、表示光が投射される領域が画像表示領域２０Ｒで
あり、本形態において、画像表示領域２０Ｒは、Ｚ軸方向からみたときに検出空間１０Ｒ
と略重なる領域である。

スクリーン部材２９０に対して画像生成装置２５０が位置する側には、光学式位置検出
装置１０の検出空間１０Ｒが設定されており、スクリーン部材２９０の裏面側２９０ｔに
導光板１３および光源１２が配置されている。また、光検出器３１は、スクリーン部材２
９０のスクリーン面２９０ｓの側において、検出空間１０Ｒの外側でスクリーン面２９０
ｓに沿う方向に受光部３２を向けている。

本形態において、スクリーン部材２９０としては、以下に説明する各種のものを用いる
ことができるが、いずれの場合も、赤外光を通過可能な材質からなる。まず、スクリーン
部材２９０としては、表面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、スクリーン部材２９
０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、スクリーン部材２９０としては、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、表面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。なお、スクリーン部材２９０では、スクリー
ンに表示される画像の品位を高めることを目的に、スクリーンの裏面側に黒色の遮光層が
形成される場合があり、このような場合、遮光層に、微細な穴からなる透光部を複数形成
しておけば、スクリーン部材２９０は、赤外光からなる検出光Ｌ２に対する透光性を備え
ることになる。

このように構成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、光源１２が導光板１３に向けて検出光Ｌ２を出射すると、検出光Ｌ２は、導光板
１３の光出射面１３ｓからスクリーン部材２９０に向けて出射され、検出光Ｌ２は、スク
リーン部材２９０を透過して検出空間１０Ｒに出射される。そして、検出空間１０Ｒの対
象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部が光検出器３１で受光されることになる。従って
、光学式位置検出装置１０では、後述するように、光検出器３１での受光結果に基づいて
、対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することができる。それ故、本形態の位置検出機能付き
表示装置１００では、かかる対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定す
る入力情報として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なうことができ
る。

（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）および図３（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４つの光源１２（光源１２Ａ
〜１２Ｄ）を備えている、このため、図２（ｂ）に示すように、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、４つの光源１２を駆動する光源駆動部１４を有し
ており、光源駆動部１４は、光源１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１
４０を介して複数の光源１２の各々の点灯パターンを制御する光源制御部１４５とを備え
ている。光源駆動回路１４０は、光源１２Ａを駆動する第１光源駆動回路１４０ａと、光
源１２Ｂを駆動する第２光源駆動回路１４０ｂと、光源１２Ｃを駆動する第３光源駆動回
路１４０ｃと、光源１２Ｄを駆動する第４光源駆動回路１４０ｄとを備えている。光源制
御部１４５は、第１光源駆動回路１４０ａ、第２光源駆動回路１４０ｂ、第３光源駆動回
路１４０ｃおよび第４光源駆動回路１４０ｄの全てを制御する。

また、光学式位置検出装置１０は、光検出器３１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を備えており、位置検出部５０と光源駆動部１４とは、
共通の半導体集積回路５００に構成されている。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、光源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。

位置検出部５０は、光検出器３１から信号が入力される信号処理部５２と、かかる信号
処理部５２での処理結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を算出する位置検出部５３とを備
えており、本形態において、位置検出部５３は、対象物体ＯｂのＸ座標を算出するＸ座標
検出部５３１と、対象物体ＯｂのＹ座標を算出するＹ座標検出部５３２と、対象物体Ｏｂ
のＺ座標を算出するＺ座標検出部５３３とを備えている。

さらに、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出部５０は、信号処理部５
２の前段で光検出器３１から信号処理部５２への信号入力を制御する入力制御部５１を備
えている。また、本形態の光学式位置検出装置１０において、光検出装置３０は、光検出
器３１を変位させるアクチュエータ３５と、アクチュエータ３５に対するアクチュエータ
駆動部３８とを備えている。かかる入力制御部５１、アクチュエータ３５、アクチュエー
タ駆動部３８の機能等については後述する。

（位置検出用光源装置１１の構成）
図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において位置検出用光源
装置１１から出射された検出光Ｌ２の光強度分布を示す説明図である。

図３（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、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する４つの光
源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに
、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。光源１
２Ａ〜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等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）等が設けられており、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、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズム
シートや光散乱板等の光学シートが配置される場合もある。

光源１２（光源１２Ａ〜１２Ｄ）は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子で
構成され、赤外光からなる検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）を発散光として出射する
。検出光Ｌ２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、点滅等の
変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、検出光Ｌ２は、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ことが好ましい。従って、対
象物体Ｏｂが指等の人体であれば、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。

検出空間１０Ｒは、検出光Ｌ２が視認側（操作側）に出射される領域であり、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、検出空間１０ＲをＺ軸方向か
らみたときの形状は、矩形状であり、四つの角部分１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｒｃ、１０
Ｒｄと、四つの辺部分１０Ｒｅ、１０Ｒｆ、１０Ｒｇ、１０Ｒｈとを備えている。本形態
では、辺部分１０Ｒｈの長さ方向の略中央部分に光検出器３１が配置されている。検出空
間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。

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、光源１２Ａから出射さ
れた検出光Ｌ２ａと、光源１２Ｂから出射された検出光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、光源１２Ｃから出射された検出光Ｌ２ｃと、光源１２Ｄから出射された検出光
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。ここで、導光板１３から検出空間
１０Ｒに出射される検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、光源１２Ａ
からの距離に伴って直線的に減衰する光強度分布を有することになる。また、検出空間１
０Ｒに出射される検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、光源１２Ｂか
らの距離に伴って直線的に減衰する光強度分布を有することになる。

ここで、光源１２Ａ、１２Ｄと光源１２Ｂ、１２ＣとはＸ軸方向で離間し、光源１２Ａ
、１２Ｃと光源１２Ｂ、１２ＤとはＹ軸方向で離間している。従って、Ｘ座標検出用第１
期間において、光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させる一方、光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させれ
ば、図４（ａ）に示すように、検出空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ
２に向けて強度が低下していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（Ｘ座標検出用光強
度分布）が形成される。かかるＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｙ軸方向にお
いて強度が一定である。

また、Ｘ座標検出用第２期間において、光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させる一方、光源１
２Ｂ、１２Ｃを点灯させれば、図４（ｂ）に示すように、検出空間１０Ｒには、Ｘ軸方向
の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向けて強度が低下していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ
２Ｘｂ（Ｘ座標検出用光強度分布）が形成される。かかるＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ
２Ｘｂでは、Ｙ軸方向において強度が一定である。

また、Ｙ座標検出用第１期間において、光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させる一方、光源１
２Ａ、１２Ｃを消灯させれば、図４（ｃ）に示すように、検出空間１０Ｒには、Ｙ軸方向
の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向けて強度が低下していくＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ
２Ｙａ（Ｙ座標検出用光強度分布）が形成される。かかるＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ
２Ｙａでは、Ｘ軸方向において強度が一定である。

さらに、Ｙ座標検出用第２期間において、光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させる一方、光源
１２Ａ、１２Ｃを点灯させれば、図４（ｄ）に示すように、検出空間１０Ｒには、Ｙ軸方
向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向けて強度が低下していくＹ座標検出用第２光強度分布
Ｌ２Ｙｂ（Ｙ座標検出用光強度分布）が形成される。かかるＹ座標検出用第２光強度分布
Ｌ２Ｙｂでは、Ｘ軸方向において強度が一定である。

（ＸＹ座標検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、図４を参照して説明した検出光の光強度
分布を利用して、位置検出部５０は、検出空間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ＸＹ座標検出の原理を説明する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置１００の光学式位置検
出装置１０で用いた位置検出の原理を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
、検出光Ｌ２のＸ軸方向の光強度分布を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３
の光検出器３１での検出値を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器
３１での検出値が等しくなるように検出光Ｌ２の光強度分布を調整する様子を示す説明図
である。

光学式位置検出装置１０においては、位置検出用光源装置１１から検出光Ｌ２を出射す
ると、検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。例えば、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
光強度分布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Ｘ
２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光強度分布Ｌ２Ｘ
ｂ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光強度分布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光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。
従って、検出空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２
が反射され、その反射光の一部が光検出器３１により検出される。その際、光検出器３１
での受光結果は、対象物体Ｏｂが位置する領域の光強度に対応する。従って、Ｘ座標検出
用第１期間に形成するＸ座標検出用第１光強度分布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光強度分布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３１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光強度分布Ｌ２Ｘａと、
Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差を利用する。より具体的には、Ｘ座標検出用
第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布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光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度
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光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３１での検出値Ｌ
Ｘａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した
際の光検出器３１での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、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、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３１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。なお、光検出器３１での検出値ＬＸａ、ＬＸｂとの差に基づ
いて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。

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光強度分布Ｌ
２Ｘａを形成した際の光検出器３１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光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３１での検出値ＬＸｂとが
等しくなるように、光源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光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２ＸｂがＸ座標に対
して直線的に変化する場合に適用でき、本形態では、ここで説明する方法が採用されてい
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光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布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３１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３１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３１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３１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、光源１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、
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光強度
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光強度分布Ｌ２
Ｘｂ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３１での検出値ＬＸ
ａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３１での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、
Ｘ座標検出用第１期間での光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第
２期間での光源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、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、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３１に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、
ＬＸｂが等しくなるように光源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
光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光強度分布を形成すれば、
対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。

上記のように、光検出器３１での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出空間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、位置検出部５０として論
理回路等のハードウェアを用いた処理を行う構成を採用することもできる。

（Ｚ座標検出動作）
本形態の光学式位置検出装置１０において、図４に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ
２Ｘａ、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ、
Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを合成すると、Ｚ軸方向において検出光Ｌ２の強度
が単調減少するＺ座標検出用光強度分布が形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布で
は、Ｚ軸方向における位置と検出光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３１で検出される光量は、Ｚ座標検出用光強度分布にお
ける検出光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、Ｚ座標検出期間における光検出器３１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。なお、図４に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、Ｘ座
標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ、Ｙ座標検出用
第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを順次形成した際の光検出器３１の検出結果を合計してもＺ座標
を検出することは可能である。

（光検出器３１の感度指向性対策）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の光検出器３１で用いた
フォトダイオードの感度指向性を示す説明図である。

本形態の光検出器３１に用いたフォトダイオードは、図６に示すような感度指向性を有
している。図６には、光検出器３１の中心光軸に対して成す角度Φと感度ｆ（Φ）との関
係が示されており、光検出器３１の中心光軸の側（正面）での感度ｆ（Φ）を１．０とし
て示してある。図６に示すように、光検出器３１の感度ｆ（Φ）は、中心光軸の側（正面
）で最高であり、光検出器３１の中心光軸となす角度Φが大きくなるに伴って感度ｆ（Φ
）は低下している。このような光検出器３１の感度指向性において、中心光軸に対して成
す角度Φが小さい範囲は、感度ｆ（Φ）が高い高感度角度範囲Θｈである。本形態では、
光検出器３１が中心光軸の側（正面）に位置するときの感度（１．０）に対して１／２以
上の感度が得られる半値幅、例えば、光検出器３１の中心光軸に対して片側３０°の角度
範囲を高感度角度範囲Θｈと設定され、光検出器３１において片側３０°の高感度角度範
囲Θｈでの受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。

より具体的には、本形態では、図１（ａ）、（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、光
検出装置３０は、光検出器３１を変位させて光検出器３１の受光部３２を検出空間１０Ｒ
内の複数領域に向かせるアクチュエータ３５を備えている。かかるアクチュエータ３５は
、図２（ａ）に示すように、検出光Ｌ２の出射方向（Ｚ軸方向）と平行に延在する中心軸
線Ｌｃ周りに光検出器３１を回転させ、光検出器３１を、一点鎖線で示す第１の向き、図
３に実線で示す第２の向き、および図３に二点鎖線で示す第３の向きに変位させる。その
結果、光検出器３１の受光部３２および中心光軸Ｌ３１も変位するので、光検出器３１の
高感度角度範囲Θｈも、検出空間１０Ｒのうち、図３に一点鎖線で示す範囲（領域１０Ｒ
１）、図３に実線で示す範囲（領域１０Ｒ２）、および図３に二点鎖線で示す範囲（領域
１０Ｒ３）に変位する。ここで、３つの領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３は、わずかに
重なっている。

また、本形態では、図３（ｂ）に示すように、半導体集積回路５００には、アクチュエ
ータ３５に対するアクチュエータ駆動部３８に加えて、信号処理部５２の前段で光検出器
３１から信号処理部５２への信号入力を制御する入力制御部５１が構成されている。従っ
て、位置検出部５０は、図２（ａ）を参照して説明した複数の領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、
１０Ｒ３のうち、光検出器３１での受光強度が最大となる領域に光検出器３１の受光部３
２が向いたときの光検出器３１での受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標、Ｙ
座標およびＺ座標）を検出する。

より具体的には、対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標、Ｙ座標およびＺ座標）を検出する際、
アクチュエータ駆動部３８は、アクチュエータ３５を介して光検出器３１を変位させ、光
検出器３１の受光部３２を複数の領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３に順次向かせる。そ
の間、位置検出部５０において、入力制御部５１は、光検出器３１の受光部３２を領域１
０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３に向いた時点での受光強度を監視する。また、入力制御部５
１は、かかる監視結果において、光検出器３１での受光強度が最大となる領域に光検出器
３１の受光部３２が向いたときの光検出器３１での受光結果を信号処理部５２に出力する
。例えば、図２（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂが領域１０Ｒ１に位置している場合、
光検出器３１での受光強度が最大となるのは、光検出器３１の受光部３２が領域１０Ｒ１
に向いた期間である。それ故、入力制御部５１は、アクチュエータ駆動部３８に指令し、
光検出器３１の受光部３２を複数の領域１０Ｒ１に向かせるとともに、光検出器３１の受
光部３２が複数の領域１０Ｒ１に向いた以降、光検出器３１での検出結果を信号処理部５
２に入力させる。それ故、座標検出部５３は、光検出器３１の受光部３２が領域１０Ｒ２
に向いた状態での光検出器３１での検出結果に基づいて、図５を参照して説明した方法に
より対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を検出する。

（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、検出空間１０Ｒに向けて赤外光からなる検出光Ｌ２を出射し、検出空間１
０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した検出光を光検出器３１によって検出する。ここで、検
出光Ｌ２は、検出空間１０Ｒに光強度分布を形成するため、検出空間１０Ｒ内における位
置と検出光Ｌ２の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部５０は、光検出器３１
の受光結果に基づいて対象物体ＯｂのＸＹＺ座標を検出することができる。また、検出光
Ｌ２は、赤外光からなるため、検出光Ｌ２が視認されることがない。それ故、検出光Ｌ２
が画像の表示を妨げることがない。

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、
光検出装置３０は、光検出器３１を変位させて光検出器３１の受光部３２を検出空間１０
Ｒ内の複数領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３に向かせるアクチュエータ３５を備えてお
り、光検出器３１は、受光部３２が検出空間１０Ｒ内の複数の領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、
１０Ｒ３に向いた状態で、対象物体ＯＢで反射した検出光を検出する。このため、光検出
器３１が感度指向性を有する場合でも、光検出器３１の高感度角度範囲Θｈのみで検出空
間１０Ｒ全体をカバーすることができる。また、位置検出部５０は、複数領域１０Ｒ１、
１０Ｒ２、１０Ｒ３のうち、光検出器３１での受光強度が最大となる領域１０Ｒ１、１０
Ｒ２、１０Ｒ３に光検出器３１の受光部３２が向いたときの光検出器３１での受光結果に
基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、光検出器３１が最適領域に向いた状態
での受光結果のみを用いて対象物体Ｏｂの位置を検出する。それ故、光検出器３１の感度
指向性の影響を受けにくいので、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず光検出器３１での受光
強度が高い。よって、検出空間１０Ｒでの検出光の光強度分布を利用して位置検出を行な
う方式を採用した場合でも、対象物体Ｏｂの位置を正確に検出することができる。

さらに、位置検出用光源装置１１は、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強
度分布を異なるタイミングで形成する。また、位置検出用光源装置１１は、Ｘ座標検出用
光強度分布として、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向けて光量が減少するＸ座標
検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａとは逆方向に強
度が変化するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとを異なるタイミングで形成する。こ
のため、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３１での検出結果
と、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３１での検出結果との
比較結果からＸ座標を検出することができる。従って、外光等に含まれる赤外光の影響を
相殺することができるので、Ｘ座標を精度よく検出することができる。また、位置検出用
光源装置１１は、Ｙ座標検出用光強度分布として、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２
に向けて光量が減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａと、Ｙ座標検出用第１光強
度分布Ｌ２Ｙａとは逆方向に強度が変化するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂとを異
なるタイミングで形成する。このため、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成した
際の光検出器３１での検出結果と、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成した際の
光検出器３１での検出結果との比較結果からＹ座標を検出することができる。従って、外
光等に含まれる赤外光の影響を相殺することができるので、Ｙ座標を精度よく検出するこ
とができる。

［実施の形態１の改良例１］
図７は、本発明の実施の形態１の改良例１に係る光学式位置検出装置１０で用いた入射
角度範囲制限部材（入射角度範囲制限部）の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、入射
角度範囲制限部材の正面図、およびその断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、
実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を
省略する。

上記実施の形態１では、光検出器３１をそのまま用いたが、本形態では、図７（ａ）、
（ｂ）に示すように、光検出器３１に対して、受光部３２に対する入射角度範囲を規定す
る入射角度範囲制限部材４０（入射角度範囲制限部）が設けられており、かかる入射角度
範囲制限部材４０は、光検出器３１と一体で変位する。

本形態において、入射角度範囲制限部材４０は、光検出器３１の周りを遮光する箱状の
遮光カバー４１を備えており、遮光カバー４１の前板部４０ａには、受光部３２への光路
を形成する穴４０ｂが形成されている。このため、光検出器３１には、図６に示す高感度
角度範囲Θｈのみから光が入射し、高感度角度範囲Θｈから外れた光は、光検出器３１に
入射しないことになる。

ここで、図７に示すように、遮光カバー４１の穴４０ｂに集光レンズ４３を配置したも
のを入射角度範囲制限部材４０として用いれば、図６に示す高感度角度範囲Θｈを拡大し
た効果を得ることができる。従って、図２（ａ）において、領域１０Ｒ１〜１０Ｒ３の各
々の角度範囲を拡張できるので、検出空間１０Ｒがさらに広くなった場合でも、検出空間
１０Ｒの全体を光検出器３１の高感度角度範囲Θｈでカバーするために光検出器３１を向
かせる方向の数が少なくて済む。それ故、光検出器３１での受光強度が最大となる領域を
特定するための時間が短く済むという利点がある。

［実施の形態１の改良例２］
図８は、本発明の実施の形態１の改良例２に係る光学式位置検出装置１０で用いた入射
角度範囲制限部材（入射角度範囲制限部）の説明図である。なお、本形態の基本的な構成
は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説
明を省略する。

本形態では、図８に示すように、光検出器３１が回転して３つの領域１０Ｒ１〜１０Ｒ
３に向いた際に、受光部３２に対する入射角度範囲を規定する入射角度範囲制限部材４５
（入射角度範囲制限部）が設けられており、かかる入射角度範囲制限部材４５は、光検出
器３１と違って固定されている。ここで、入射角度範囲制限部材４５は、光検出器３１の
回転中心位置から３つの領域１０Ｒ１〜１０Ｒ３の各々が位置する方向に配置されており
、いずれの入射角度範囲制限部材４５も、４つの遮光性側板部４７を備えた角筒形状を有
している。また、入射角度範囲制限部材４５の両側の開口部４６、４８のうち、奥側の開
口部４６と重なる位置に光検出器３１の受光部３２が到達するようになっている。なお、
本形態において、遮光性側板部４７は、手前側の開口部４８が奥側の開口部４６よりもサ
イズが大となるように傾斜している。

このように構成した入射角度範囲制限部材４５を用いると、入射角度範囲制限部材４５
の開口部４６と重なる位置に光検出器３１の受光部３２が到達した際、図６に示す高感度
角度範囲Θｈから外れた方向から入射しようとする光を遮断することができる。このため
、光検出器３１が３つの領域１０Ｒ１〜１０Ｒ３のいずれの方向に向いたときでも、光検
出器３１には、図６に示す高感度角度範囲Θｈのみから光が入射することになる。

［実施の形態１の改良例３］
図９は、本発明の実施の形態１の改良例３に係る光学式位置検出装置１０で用いた光検
出器３１の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様である
ため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

実施の形態１では、１つの受光素子によって光検出器３１を構成したが、本形態では、
図９に示すように、互いに異なる方向に受光面３３０を向けた複数の受光素子３３、例え
ば３つの受光素子３３によって光検出器３１が構成されており、かかる複数の受光素子３
３は、１つの光検出器３１として一体に変位する。

このように構成した光検出器３１では、複数の受光素子３３の受光面３３０によって光
検出器３１の受光部３２が構成されているので、光検出器３１の高感度角度範囲Θｈを拡
大した効果を得ることができる。従って、図２（ａ）において、領域１０Ｒ１〜１０Ｒ３
の各々の範囲を拡張できるので、検出空間１０Ｒがさらに広くなった場合でも、検出空間
１０Ｒの全体を光検出器３１の高感度角度範囲Θｈでカバーするために光検出器３１を向
かせる方向の数が少なくて済む。それ故、光検出器３１での受光強度が最大となる領域を
特定するための時間が短く済むという利点がある。

［実施の形態１の改良例４］
実施の形態１では、検出空間１０ＲをＺ軸方向からみたときの辺部分１０Ｒｈの略中央
部分で光検出器３１を回転させたが、検出空間１０Ｒの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄの何れ
かで光検出器３１を回転させてもよい。このように構成すると、検出空間１０Ｒの全体を
光検出器３１の高感度角度範囲Θｈでカバーするために光検出器３１を向かせる方向の数
が少なくて済む。それ故、光検出器３１での受光強度が最大となる領域を特定するための
時間が短く済むという利点がある。

［実施の形態２］
図１０は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０に用いた光検出器３１
の位置等を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様で
あるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１０に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、光
検出装置３０は、光検出器３１を変位させて光検出器３１の受光部３２を検出空間１０Ｒ
内の複数領域に向かせるアクチュエータ３５を備えている。

ここで、アクチュエータ３５は、検出空間１０ＲをＺ軸方向からみたときの辺部分１０
Ｒｈに沿うように光検出器３１を直動させて、光検出器３１を、図１０に一点鎖線で示す
第１の位置、図１０に実線で示す第２の位置、および図１０に二点鎖線で示す第３の位置
に変位させる。その結果、光検出器３１の受光部３２および中心光軸Ｌ３１も変位するの
で、光検出器３１の高感度角度範囲Θｈも、検出空間１０Ｒのうち、図１０に一点鎖線で
示す範囲（領域１０Ｒ１）、図１０に実線で示す範囲（領域１０Ｒ２）、および図１０に
二点鎖線で示す範囲（領域１０Ｒ３）に変位する。ここで、３つの領域１０Ｒ１、１０Ｒ
２、１０Ｒ３は、一部が重なっている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

このように構成した場合も、実施の形態１と同様、対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標、Ｙ座
標およびＺ座標）を検出する際、図２（ｂ）を参照して説明したアクチュエータ駆動部３
８は、アクチュエータ３５を介して光検出器３１を変位させ、光検出器３１の受光部３２
を複数の領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０Ｒ３に順次向かせる。その間、位置検出部５０に
おいて、入力制御部５１は、光検出器３１の受光部３２を領域１０Ｒ１、１０Ｒ２、１０
Ｒ３に向いた時点での受光強度を監視する。また、入力制御部５１は、かかる監視結果に
おいて、光検出器３１での受光強度が最大となる領域に光検出器３１の受光部３２が向い
たときの光検出器３１での受光結果を信号処理部５２に出力する。例えば、図１０に示す
ように、対象物体Ｏｂが領域１０Ｒ１に位置している場合、光検出器３１での受光強度が
最大となるのは、光検出器３１の受光部３２が領域１０Ｒ１に向いた期間である。それ故
、入力制御部５１は、アクチュエータ駆動部３８に指令し、光検出器３１の受光部３２を
複数の領域１０Ｒ１に向かせるとともに、光検出器３１の受光部３２が複数の領域１０Ｒ
１に向いた以降、光検出器３１での検出結果を信号処理部５２に入力させる。それ故、座
標検出部５３は、光検出器３１の受光部３２が領域１０Ｒ２に向いた状態での光検出器３
１での検出結果に基づいて、図５を参照して説明した方法により対象物体Ｏｂの位置（Ｘ
座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を検出する。それ故、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず光検出器
３１での受光強度が高いので、検出空間１０Ｒでの検出光の光強度分布を利用して位置検
出を行なう方式を採用した場合でも、対象物体Ｏｂの位置を正確に検出することができる
等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

なお、図１０に示す構成では、検出空間１０Ｒの端部（一部）が光検出器３１の高感度
角度範囲Θｈでカバーされていないが、かかる領域に対象物体Ｏｂが位置する場合でも、
光検出器３１には対象物体Ｏｂで反射した光は入射する。また、検出空間１０Ｒの端部（
一部）は、位置検出に高い精度が求められない位置であるので、大きな問題は発生しない
。

また、図１０に示す構成では、光検出器３１を３箇所に変位させる構成であったが、光
検出器３１が変位する位置を増やせば、検出空間１０Ｒの全体を光検出器３１の高感度角
度範囲Θｈでカバーすることは可能である。

［実施の形態２の改良例１］
実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１の改良例１のように、
図７を参照して説明した入射角度範囲制限部材４０を設けてもよい。

［実施の形態２の改良例２］
図１１は、本発明の実施の形態２の改良例２に係る光学式位置検出装置１０で用いた入
射角度範囲制限部材（入射角度範囲制限部）の説明図である。なお、本形態の基本的な構
成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの
説明を省略する。

実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１の改良例２のように、
図８を参照して説明した入射角度範囲制限部材４５を設けてもよい。この場合、入射角度
範囲制限部材４５は、検出空間１０ＲをＺ軸方向からみたときの辺部分１０Ｒｈに沿って
離間した位置に固定した状態で配置される。

［実施の形態２の改良例３］
実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１の改良例３のように、
図９を参照して説明した複数の受光素子３３によって１つの光検出器３１を構成してもよ
い。

［実施の形態２の改良例４］
図１２は、本発明の実施の形態２の改良例４に係る光学式位置検出装置の構成を模式的
に示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光学式位置検出装置に
用いた光検出装置等を示す説明図、および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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１、２と略同様であるため、
共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図１２（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同
様、光検出装置３０は、光検出器３１を変位させて光検出器３１の受光部３２を検出空間
１０Ｒ内の複数領域に向かせるアクチュエータ３５を備えている。

ここで、光検出装置３０は、光検出器３１として、Ｙ軸方向に受光部３２を向ける第１
光検出器３１Ｘと、Ｘ軸方向に受光部３２を向ける第２光検出器３１Ｙとを備え、アクチ
ュエータ３５として、第１光検出器３１ＸをＸ軸方向に直動させる第１アクチュエータ３
５Ｘと、第２光検出器３１ＹをＹ軸方向に直動させる第２アクチュエータ３５Ｙとを備え
ている。このため、図１２（ｂ）に示すように、半導体集積回路５００には、第１アクチ
ュエータ３５Ｘに対する第１アクチュエータ駆動部３８Ｘと、第２アクチュエータ３５Ｙ
に対する第２アクチュエータ駆動部３８Ｙとが構成されている。

このように構成した光学式位置検出装置１０において、Ｘ座標を検出する際、第１アク
チュエータ３５Ｘは、検出空間１０ＲをＺ軸方向からみたときの辺部分１０Ｒｈに沿うよ
うに第１光検出器３１Ｘを直動させて、第１光検出器３１Ｘを、図１２に一点鎖線で示す
第１の位置、図１２に実線で示す第２の位置、および図１２に二点鎖線で示す第３の位置
に変位させる。その結果、第１光検出器３１Ｘの受光部３２および中心光軸も変位するの
で、第１光検出器３１Ｘの高感度角度範囲Θｈも変位する。その間、位置検出部５０にお
いて、入力制御部５１は、第１光検出器３１Ｘの受光部３２が各領域に向いた時点での受
光強度を監視する。また、入力制御部５１は、かかる監視結果において、第１光検出器３
１Ｘでの受光強度が最大となる領域に第１光検出器３１Ｘの受光部３２が向いたときの光
検出器３１での受光結果を信号処理部５２に出力し、座標検出部５３のＸ座標検出部５３
１は対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。

また、Ｙ座標を検出する際、第２アクチュエータ３５Ｙは、検出空間１０ＲをＺ軸方向
からみたときの辺部分１０Ｒｆに沿うように第２検出器３１Ｙを直動させて、第２光検出
器３１Ｙを、図１２に一点鎖線で示す第１の位置、図１２に実線で示す第２の位置、およ
び図１２に二点鎖線で示す第３の位置に変位させる。その結果、第２光検出器３１の受光
部３２および中心光軸も変位するので、第２光検出器３１Ｙの高感度角度範囲Θｈも変位
する。その間、位置検出部５０において、入力制御部５１は、第２光検出器３１Ｙの受光
部３２が各領域に向いた時点での受光強度を監視する。また、入力制御部５１は、かかる
監視結果において、第２光検出器３１Ｙでの受光強度が最大となる領域に第２光検出器３
１Ｙの受光部３２が向いたときの第２光検出器３１Ｙでの受光結果を信号処理部５２に出
力し、座標検出部５３のＹ座標検出部５３２は対象物体ＯｂのＹ座標を検出する。

なお、Ｚ座標の検出については、第１光検出器３１Ｘでの受光強度が最大となる領域に
第１光検出器３１Ｘの受光部３２が向いたときの第１光検出器３１Ｘでの受光結果、ある
いは第２光検出器３１Ｙでの受光強度が最大となる領域に第２光検出器３１Ｙの受光部３
２が向いたときの第２光検出器３１Ｙでの受光結果を用いればよい。

［実施の形態３］
図１３は、本発明の実施の形態３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の構成を模式的に示す説明図であり、図１３（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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１
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。

実施の形態１、２では、スクリーン部材２９０の裏面側２９０ｔに光学式位置検出装置
１０の光源１２や導光板１３が配置されていたが、図１３に示すように、本形態では、ス
クリーン部材２９０のスクリーン面２９０ｓ側に光源１２（光源１２Ａ〜１２Ｄ）が配置
されており、かかる光源１２は、検出空間１０Ｒの外側でスクリーン面２９０ｓに沿う方
向に発光部を向けている。従って、本形態では、導光板が用いられていない。なお、光検
出器３１は、実施の形態１と同様、スクリーン部材２９０のスクリーン面２９０ｓ側にお
いて、検出空間１０Ｒの外側でスクリーン面２９０ｓに沿う方向に受光部３２を向けてい
る。なお、図１３には、光検出器３１を回転させるアクチュエータ３５を示したが、光検
出器３１を直動させるアクチュエータ３５を設けてもよい。

［実施の形態４］
図１４は、本発明の実施の形態４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の構成を模式的に示す説明図であり、図１４（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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１
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。

実施の形態１、２では、スクリーン部材２９０の裏面側２９０ｔに光学式位置検出装置
１０の光源１２や導光板１３が配置されていたが、本形態の光学式位置検出装置１０の位
置検出用光源装置１１では、図１４に示すように、スクリーン部材２９０の裏面側２９０
ｔにおいて、検出空間１０Ｒに対してＺ軸方向で対向する位置に、複数の光源１２が配列
された基板１２０を設けてある。このため、導光板を備えていない。なお、図１４には、
光検出器３１を回転させるアクチュエータ３５を示したが、光検出器３１を直動させるア
クチュエータ３５を設けてもよい。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、位置検出機能付き表示装置１００として投射型表示装置に光学式
位置検出装置１０を設けたが、位置検出機能付き表示装置１００としては、スクリーン部
材を備えた電子黒板に光学式位置検出装置１０を設けて位置検出機能付き表示装置１００
を構成してもよい。また、上記実施の形態では位置検出機能付き表示装置１００を投射型
表示装置に適用した例であったが、直視型の表示装置を画像生成装置２５０として用いて
もよい。より具体的には、液晶装置、有機エレクトロルミネッセンス装置やプラズマ表示
装置等といった直視型の画像生成装置２５０に対して表示光の出射側に検出空間１０Ｒを
設け、直視型の位置検出機能付き表示装置１００を構成してもよい。かかる位置検出機能
付き表示装置１００を構成するにあたって、画像生成装置２５０として透過型の液晶装置
を用いた場合には、位置検出用光源装置１１については、液晶装置に対して表示光の出射
側あるいは表示光の出射側とは反対側に設けることができる。これに対して、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等を画像生成装置２５０として用いた場合、
位置検出用光源装置１１については、有機エレクトロルミネッセンス装置やプラズマ表示
装置に対して表示光の出射側に設けることになる。

さらに、光学式位置検出装置１０については画像生成装置２５０と位置検出機能付き表
示装置１００を構成するのに用いることができる他、光学式位置検出装置１０単独で用い
てもよい。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出空間、１１・・位置検出用光源装置、１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・光源、１３・・導光板、３０・・光検出装置、３１・・
光検出器、３１Ｘ・・第１光検出器、３１Ｙ・・第２光検出器、３２・・受光部、４０、
４５・・入射角度範囲制限部材、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示
装置、２５０・・画像生成装置、Ｌ２、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・検出光

Claims

対象物体の位置を検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射して当該検出光の出射側空間に前記検出光の光強度分布を異なるパターン
で順次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検出光を受光する光検出器、および該光検出器を変位させ
て当該光検出器の受光部を前記出射側空間の複数領域に向かせるアクチュエータを備えた
光検出装置と、
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、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
前記位置検出部は、前記複数領域のうち、前記光検出器での受光強度が最大となる領域
に前記光検出器の受光部が向いたときの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。
前記アクチュエータは、前記光検出器を回転させて当該光検出器の前記受光部を前記出
射側空間の複数領域に向かせ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。
前記アクチュエータは、前記光検出器を直動させて当該光検出器の前記受光部を前記出
射側空間の複数領域に向かせ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。
前記位置検出用光源装置から前記検出光が出射される方向に対して交差する２方向をＸ
軸方向およびＹ軸方向としたとき、
前記光検出装置は、前記光検出器として、前記Ｙ軸方向に受光部を向ける第１光検出器
と、前記Ｘ軸方向に受光部を向ける第２光検出器とを備え、前記アクチュエータとして、
前記第１光検出器をＸ軸方向に直動させる第１アクチュエータと、前記第２光検出器をＹ
軸方向に直動させる第２アクチュエータと、を備えていることを特徴とする請求項４に記
載の光学式位置検出装置。
前記位置検出部は、前記第１光検出器での受光強度が最大となる領域に前記第１光検出
器の受光部が向いたときの前記第１光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体のＸ軸
方向の位置を検出し、前記第２光検出器での受光強度が最大となる領域に前記第２光検出
器の受光部が向いたときの前記第２光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体のＹ軸
方向の位置を検出することを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
前記光検出器は、１つの受光素子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位置検出装置。
前記光検出器は、互いに異なる方向に受光面を向けた複数の受光素子を備えていること
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位置検出装置。
前記光検出器には、前記受光部に対する入射角度範囲を規定する入射角度範囲制限部が
設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装
置。
前記光検出器が変位する複数個所には、前記受光部に対する入射角度範囲を規定する入
射角度範囲制限部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載
の光学式位置検出装置。