JP2011216045A - 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

Abstract

【課題】撮像素子を用いなくても、検出空間全体にわたって対象物体の位置を正確に検出
することのできる光学式位置検出装置、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出
機能付き表示装置を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０は、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯
域の赤外光からなる検出光Ｌ２を検出空間１０Ｒに向かって出射する位置検出用光源装置
１１を設け、対象物体により反射した検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出する。位置
検出用光源装置１１では、位置検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２の光強度分布を
、光強度分布変換用液晶パネル１６０を備えた光強度分布変換用液晶装置１６によって変
換し、出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、および当該光学式
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。

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、撮像素子を用いたも
のが一般的であるが、かかる撮像素子は高価である。

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。

特表２００３−５３４５５４号公報

特許文献１に記載の構成では、光源からの距離に伴って検出光の強度が変化しているこ
とを利用して２つの光源からの距離比を求め、かかる距離比に基づいて位置を検出する。
このため、光源から離間した位置では検出精度が低下するなどの問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、撮像素子を用いなくても、検出空間全体にわ
たって対象物体の位置を正確に検出することのできる光学式位置検出装置、および当該光
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、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置
検出装置であって、前記対象物体の位置を検出する検出空間に検出光を出射して当該検出
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検出する光検出器と、該光検出器での検出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、前記検出光と
してピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光を出射する光源と、該光源
から前記検出空間に向かう光路において前記光源から出射された前記検出光の光強度分布
を切り換える光強度分布変換用液晶装置と、を備え、当該光強度分布変換用液晶装置は、
透過型の光強度分布変換用液晶パネルと、該光強度分布変換用液晶パネルに対して前記検
出光の入射側に配置された検出光用第１偏光板と、前記光強度分布変換用液晶パネルに対
して前記検出光の出射側に設けられた検出光用第２偏光板と、を備えていることを特徴と
する。

本発明では、対象物体の位置を検出する検出空間に向かって検出光を出射する位置検出
用光源装置を設け、対象物体により反射した検出光を光検出器によって検出する。ここで
、位置検出用光源装置から出射された検出光は、検出空間に光強度分布を形成するため、
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。また、位置検出用
光源装置は、光源から前方空間に向かう光路に光強度分布変換用液晶装置を備えているた
め、光源から出射された検出光の光強度分布を光強度分布変換用液晶装置によって変換し
た後、検出空間に出射することができる。従って、検出空間に好適な光強度分布を形成す
ることができるので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、赤外光か
らなる検出光であれば、視認されないので、画像の表示を妨げることがない。

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、前記位置検出用光源装置は、Ｘ軸方向で強
度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度
分布と、を異なるタイミングで形成する構成を採用することができる。

本発明において、前記検出光用第１偏光板および前記検出光用第２偏光板は、互いの偏
光軸を平行に配置したときの前記検出光の透過率が３０％以上で、互いの偏光軸を直交配
置したときの前記検出光の透過率が３％以下であることが好ましい。このように構成する
と、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光
変調することができる。

本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルには、ＴＮ(Twisted Nematic)方式
の液晶パネルを用いることができ、この場合、当該光強度分布変換用液晶パネルの液晶層
の屈折率異方性をΔｎとし、該液晶層の層厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定されるリタ
デーションが０．５８から０．７６であることが好ましい。このように構成すると、ピー
ク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光変調する
ことができる。

本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルには、ＶＡ(Vertically Aligned Ne
matic)方式の液晶パネルを用いることができ、この場合、前記光強度分布変換用液晶パネ
ルの液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、該液晶層の層厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定
されるリタデーションが０．４５から０．５９であることが好ましい。このように構成す
ると、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光からなる検出光を好適に
光変調することができる。

本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルでは、ＩＰＳ(In Plane Switching)
方式あるいはＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式の液晶パネルを用いることができ、
この場合、前記光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、該液晶
層の層厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定されるリタデーションが０．５１から０．６７
であることが好ましい。このように構成すると、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎ
ｍの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光変調することができる。

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に用いることがで
き、この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記検出空間に重なる領域に画像を生成す
る画像生成装置を有している。

本発明において、前記画像生成装置には、前記光強度分布変換用液晶装置から出射され
た前記検出光が透過する透過型の画像生成用液晶パネルを備えた画像生成用液晶装置を用
いることができ、この場合、当該画像生成用液晶装置は、前記画像生成用液晶パネルに対
して前記検出の入射側に配置された表示光用第１偏光板と、前記画像生成用液晶パネルに
対して前記検出光の出射側に設けられた表示光用第２偏光板と、を備え、前記表示光用第
１偏光板および前記表示光用第２偏光板は、互いの偏光軸を平行配置したときの波長が３
８０ｎｍから７５０ｎｍの帯域の光に対する透過率が３０％以上であり、互いの偏光軸を
直交配置したときの波長が３８０ｎｍから７５０ｎｍの帯域の光に対する透過率が３％以
下であり、互いの偏光軸を平行配置したときの前記検出光に対する透過率および互いの偏
光軸を直交配置したときの前記検出光に対する透過率が３０％以上であることが好ましい
。このように構成すると、検出光が表示光用第１偏光板、画像生成用液晶パネルおよび表
示光用第２偏光板を透過する場合する際、十分な光量を確保することができる。

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に用いた光強度分布変換用液晶装置および位置検出用光源の説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置において位置検出用光源装置の液晶装置が検出光を光変調する様子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。 本発明を適用した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。 本発明を適用した光学式位置検出装置での信号処理内容を示す説明図である。 本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。 本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を示す説明図である。 本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置に用いた表示光用偏光板の説明図である。 本発明の構成例２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。

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。

［光学式位置検出装置の全体構成］
図１は、本発明を適用した光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図である。図
１において、本形態の光学式位置検出装置１０は、対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出す
る装置であって、対象物体Ｏｂの位置を検出する検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射して
検出光Ｌ２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１１と、対
象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する光検出器３０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とを有している。

位置検出用光源装置１１は、検出光Ｌ２としてピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎ
ｍの帯域の赤外光を出射する位置検出用光源１２と、位置検出用光源１２から検出空間１
０Ｒに向かう光路において位置検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２の光強度分布を
切り換える光強度分布変換用液晶装置１６と、位置検出用光源１２および光強度分布変換
用液晶装置１６を駆動する光源駆動部１４とを備えている。光強度分布変換用液晶装置１
６にはフレキシブル配線基板１６ａ等の配線材が接続されており、光源駆動部１４は、フ
レキシブル配線基板１６ａ等を介して光強度分布変換用液晶装置１６に変調信号を出力す
る。

光検出器３０は、検出空間１０Ｒに受光部３１を向けている。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からなり、本形態では、フォトダイオードが用いら
れている。光検出器３０には位置検出部５０が電気的に接続されており、光検出器３０で
の検出結果は位置検出部５０に出力される。光源駆動部１４と位置検出部５０とは、同一
の集積回路５００に構成されており、位置検出用光源１２および光強度分布変換用液晶装
置１６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５
０は、光検出器３０での検出結果に対する信号処理部５５と、信号処理部５５での処理結
果に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を算出するＸ座標検出部５１と、信号処理部５５での
処理結果に基づいて対象物体ＯｂのＹ座標を算出するＹ座標検出部５２とを備えている。
さらに、位置検出部５０は、信号処理部５５での処理結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ座
標を算出するＺ座標検出部５３を備えている。

（光強度分布変換用液晶装置１６および位置検出用光源１２の構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０に用いた光強度分布変換用液晶装置
１６および位置検出用光源１２の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光強度
分布変換用液晶装置１６等の構成を模式的に示す断面図、検出光用偏光板の断面構成を示
す説明図、および検出光用偏光板の透過特性を示す説明図である。

図１および図２（ａ）に示すように、位置検出用光源装置１１において、位置検出用光
源１２は、光強度分布変換用液晶装置１６に用いた光強度分布変換用液晶パネル１６０の
一方面（光入射面１６１）の側に配置された透光性の導光板１２５と、導光板１２５の端
部１２６に対向配置された１乃至複数の発光素子１２１とを有している。本形態において
、発光素子１２１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、赤外光からなる検出
光Ｌ２を発散光として放出する。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
であることを想定して、本形態では、人体の表面で反射率の高い近赤外線（ピーク波長が
８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光）が用いられている。特に、本形態では、近
赤外のうちでも、人体の表面で反射率の高い赤外線、より具体的には、ピーク波長が８４
０ｎｍの赤外線が用いられている。また、導光板１２５の光出射面１２７または裏面１２
８には、プリズム状の傾斜面等が形成されているとともに、裏面１２８には反射層１２９
が設けられている。

本形態において、光強度分布変換用液晶装置１６は、透過型の液晶装置であり、アクテ
ィブマトリクス型の透過型の光強度分布変換用液晶パネル１６０と、光強度分布変換用液
晶パネル１６０の光入射面１６１の側に重ねて配置された検出光用第１偏光板１６８と、
光強度分布変換用液晶パネル１６０の光出射面１６２の側に重ねて配置された検出光用第
２偏光板１６９とを備えている。光強度分布変換用液晶パネル１６０は、シール材１６６
によって貼り合わされた一対の透光性基板１６３、１６４と、これらの透光性基板１６３
、１６４の間に保持された液晶層１６５とを備えている。ここで、透光性基板１６３、１
６４のうちの一方の透光性基板は、画素電極や画素トランジスターが形成された素子基板
として構成され、他方の透光性基板は、共通電極が形成された対向基板として構成される
。なお、光強度分布変換用液晶パネル１６０がＩＰＳ方式あるいはＦＦＳ方式の液晶パネ
ルである場合、共通電極も画素電極と同様、素子基板の側に形成される。

検出光用第１偏光板１６８および検出光用第２偏光板１６９は、光強度分布変換用液晶
パネル１６０をノーマリホワイトで使用するかノーマリブラックで使用するかによって、
互いの偏光軸が平行あるいは直交するように配置される。かかる検出光用第１偏光板１６
８および検出光用第２偏光板１６９は、図２（ｂ）に示すように、ヨウ素化合物分子等を
吸着配向したポリビニル（ＰＶＡ）層等からなる直線偏光層１６７ａと、直線偏光層１６
７ａを両側から挟むトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）層や環状オレフィン共重合体層等
からなる基板１６７ｂ、１６７ｃ等からなる。

このように構成した位置検出用光源装置１１において、発光素子１２１から出射された
検出光Ｌ２は、端部１２６から導光板１２５の内部に進入した後、導光板１２５の内部を
伝播しながら、光出射面１２７から略均一な光強度分布をもって出射され、光強度分布変
換用液晶装置１６に入射する。より具体的には、導光板１２５は、発光素子１２１が対向
する端面１２６側から反対側の端面に向けて、光出射面１２７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、導光板１２５の光出
射面１２７あるいは裏面１２８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等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、検出光Ｌ２は、光出射部、面
からほぼ均一に出射される。そして、光強度分布変換用液晶装置１６は、位置検出用光源
１２から出射された検出光Ｌ２を変調し、検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を異
なるパターンで順次形成する。

ここで、光強度分布変換用液晶装置１６は、可視光を対象とする通常の液晶表示装置と
違って、赤外光を変調する。このため、検出光用第１偏光板１６８および検出光用第２偏
光板１６９は、図２（ｃ）に実線Ｒ１で示すように、互いの偏光軸を平行配置したとき、
８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の光（検出光Ｌ２）の透過率が３０％以上となるよう
に構成されている。本形態において、検出光用第１偏光板１６８および検出光用第２偏光
板１６９は、互いの偏光軸を平行配置したとき、可視光に対しても透過率が３０％以上と
なるように構成されている。また、第１偏光板１６８および第２偏光板１６９は、図２（
ｃ）に実線Ｒ２で示すように、互いの偏光軸を直交配置したとき、８４０ｎｍから１００
０ｎｍの帯域の光（検出光Ｌ２）の透過率が３％以下となるように構成されている。本形
態において、検出光用第１偏光板１６８および検出光用第２偏光板１６９は、互いの偏光
軸を直交配置したとき、可視光に対しても透過率が３％以下となるように構成されている
。また、本形態で用いた光強度分布変換用液晶パネル１６０は、可視光を対象とする通常
の液晶表示装置と違って、赤外光を変調する。このため、光強度分布変換用液晶パネル１
６０において、液晶層１６５の屈折率異方性をΔｎとし、液晶層１６５の層厚をｄとした
とき、液晶層１６５のリタデーションΔｎ・ｄは、最適な値に設定されている。ここで、
可視光を対象とする液晶表示装置の場合、リタデーションΔｎ・ｄは、波長５５０ｎｍの
緑色光を基準に最適な値に設定されている。例えば、ＴＮ方式の液晶パネルの場合、リタ
デーションΔｎ・ｄは０．４に設定されている。また、ＶＡ方式の液晶パネルの場合、リ
タデーションΔｎ・ｄは０．３１に設定されている。また、ＩＰＳ方式あるいはＦＦＳ方
式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは０．３５に設定されている。

これに対して、本形態で用いた光強度分布変換用液晶パネル１６０は、ピーク波長が８
４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光を対象としている。このため、上記のリタデー
ションΔｎ・ｄに対して［８４０ｎｍ／５５０ｎｍ］を乗じた値から［１０００ｎｍ／５
５０ｎｍ］を乗じた値までの範囲に設定することが好ましい。具体的には、光強度分布変
換用液晶パネル１６０がＴＮ方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは、０．
６１から０．７３であることが好ましい。また、光強度分布変換用液晶パネル１６０がＶ
Ａ方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは、０．４７から０．５６であるこ
とが好ましい。また、光強度分布変換用液晶パネル１６０がＩＰＳ方式あるいはＦＦＳ方
式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは、０．５３から０．６４であることが
さらに好ましい。

但し、本形態では、光強度分布変換用液晶装置１６は、検出光Ｌ２の光強度分布を形成
するだけであり、画像を表示する訳ではないので、光強度分布変換用液晶パネル１６０の
リタデーションΔｎ・ｄについては、下限値×９５％から上限値×１０５％の値に設定し
てある。具体的には、光強度分布変換用液晶パネル１６０がＴＮ方式の液晶パネルの場合
、リタデーションΔｎ・ｄは、０．５８から０．７６に設定してある。また、光強度分布
変換用液晶パネル１６０がＶＡ方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは、０
．４５から０．５９に設定してある。また、光強度分布変換用液晶パネル１６０がＩＰＳ
方式あるいはＦＦＳ方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔｎ・ｄは、０．５１から
０．６７に設定してある。

（検出光Ｌ２の光強度分布）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において位置検出用光源装置１１の
光強度分布変換用液晶装置１６が検出光を光変調する様子を示す説明図である。図４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。なお、図３には、光強度分布変換用液晶
装置１６において検出光Ｌ２を透過させる領域を白色で示し、光強度分布変換用液晶装置
１６において検出光Ｌ２を遮断する領域を黒色で示してある。

図１および図２を参照して説明した位置検出用光源装置１１において、位置検出用光源
１２から出射される検出光Ｌ２のＸＹ平面内における光強度分布は一定であるが、光強度
分布変換用液晶装置１６は、位置検出用光源１２から出射される検出光Ｌ２を光変調して
ＸＹ平面内における光強度分布を、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように変更して検出空間１
０Ｒに出射する。

まず、図３（ａ）および図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１期間において、光強度分布
変換用液晶装置１６が、図３（ａ）に示すように検出光Ｌ２を光変調すると、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Ｘ２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。

次に、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第２期間において、光強度分布
変換用液晶装置１６が、図３（ｂ）に示すように検出光Ｌ２を光変調すると、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Ｌ２Ｘｂ（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Ｌ２Ｘｂでは、Ｙ軸方向において強度が一定
である。

次に、図３（ｃ）および図４（ｃ）に示すＹ座標検出用第１期間において、光強度分布
変換用液晶装置１６が、図３（ｃ）に示すように検出光Ｌ２を光変調すると、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Ｌ２Ｙａ（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Ｌ２Ｙａでは、Ｘ軸方向において強度が一定
である。

次に、図３（ｄ）および図４（ｄ）に示すＹ座標検出用第２期間において、光強度分布
変換用液晶装置１６が、図３（ｄ）に示すように検出光Ｌ２を光変調すると、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。

（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３０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３０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。

本形態の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光強度分
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３０により検出される。その際、光検
出器３０での受光結果は、対象物体Ｏｂが位置する個所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３０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３０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。なお、光検出器３０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光強度分布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１２１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と
を絶対値が等しく、Ｘ軸方向で光強度分布が逆向きになるように形成する。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１２１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１２１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１２１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１２１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３０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、図６を参照して以下に説
明するように、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。

（位置検出部５０の構成例）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０での信号処理内容を示す説明図であ
り、図６（ａ）、（ｂ）は各々、位置検出部５０の構成を模式的に示す説明図、および位
置検出部５０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。ここに示す位置検
出部５０は、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０で
の検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２１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。なお、
Ｘ座標およびＹ座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではＸ座標を求
める場合のみを説明する。また、図６（ａ）、（ｂ）では、Ｘ座標検出用第１期間および
Ｘ座標検出用第２期間において発光素子１２１を駆動する様子を示すにあたって、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を形成する発光素子１２１
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を形成する発光
素子１２１とを設け、それらを同期して駆動するように表してある。

図６（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、光源駆動部１４
（図１参照）の光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間では可変抵抗１１１を介し
て発光素子１２１に所定電流値の駆動パルスを印加し、Ｘ座標検出用第２期間では可変抵
抗１１２および反転回路１１３を介して発光素子１２１に所定電流値の駆動パルスを印加
するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座
標検出用第２期間とでは、発光素子１２１に対して逆相の駆動パルスを印加すると見なす
ことができる。そして、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Ｌ２
Ｘａを形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光
されるとともに、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
形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光される
。光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒ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１５０において、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１
には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点
Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器３０
に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器３０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。

位置検出部５０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１７
０、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３０と抵抗３０ｒ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３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された
検出信号Ｖｃからは、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出
器３０による検出光Ｌ２の位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、検出光Ｌ２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、Ｘ座標検出用第１期間において発光素子１２１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１７
２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、Ｘ座標検出用第１期間で
の位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２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６（ｂ）に示す
処理を行ない、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検
出用第２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光源駆動
回路１４０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、Ｘ座
標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２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、現状の駆動条件を維
持させる。これに対して、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが
、Ｘ座標検出用第２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Ｘ座標検出用第１期間での発
光素子１２１からの出射光量を高める。また、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖ
ｓの実効値Ｖｅｂが、Ｘ座標検出用第１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Ｘ座標検
出用第２期間の出射光量を高める。

このようにして、位置検出機能付き表示装置１００では位置検出部５０の発光強度補償
指令回路１８０によって、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間での光検出
器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２１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、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖ
ｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２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発光素子１２１に対する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Ｘ座標検出部５１に出力すれば、Ｘ座標検出部５１は、
検出空間１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標を得ることができる。また、同様な原理を
利用すれば、検出空間１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標を得ることができる。

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３０と抵抗３０ｒ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３０と抵抗３
０ｒ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。

（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３０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。より具体的には、光強度分布変換用液晶装置１６は、全ての領
域で検出光Ｌ２を透過し、Ｚ座標検出用光強度分布を形成する。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３０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。

（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では、対象物体Ｏｂの位置を検
出する検出空間１０Ｒに向かって検出光Ｌ２を出射する位置検出用光源装置１１を設け、
対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出する。ここで、位置
検出用光源装置１１から出射された検出光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３０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）を検出することができる。

また、位置検出用光源装置１１は、位置検出用光源１２から検出空間１０Ｒに向かう光
路に光強度分布変換用液晶装置１６を備えているため、位置検出用光源１２から出射され
た検出光Ｌ２の光強度分布を光強度分布変換用液晶装置１６によって変換した後、検出空
間１０Ｒに出射することができる。従って、検出空間１０Ｒに好適な光強度分布を形成す
ることができるので、高価な撮像素子を用いなくても、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検
出することができる。

また、検出光Ｌ２は、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光からな
るため、検出光Ｌ２が画像の表示を妨げないという利点がある。

また、光強度分布変換用液晶装置１６では、検出光用第１偏光板１６８および検出光用
第２偏光板１６９は、互いの偏光軸を平行に配置したときの検出光Ｌ２の透過率が３０％
以上で、互いの偏光軸を直交配置したときの検出光Ｌ２の透過率が３％以下である。この
ため、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の赤外光からなる検出光Ｌ２を好
適に光変調することができる。また、光強度分布変換用液晶パネル１６０では、リタデー
ションが最適な値に設定されているので、ピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯
域の赤外光からなる検出光Ｌ２を好適に光変調することができる。

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３０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３０での検出結果との
差から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３０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３０での検出結果との差から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。

［位置検出機能付き表示装置の構成例１］
図７は、本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。図８
は、本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を示す説明図である。
図９は、本発明の構成例１に係る位置検出機能付き表示装置に用いた表示光用偏光板の説
明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、表示光用偏光板の断面構成を示す説明図、および検
出光用偏光板の透過特性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、図１〜図６を参照して説明した構成
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７および図８に示す位置検出機能付き表示装置１００は、図１〜図６を参照して説明
した光学式位置検出装置１０と、画像生成装置としての画像生成用液晶装置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、図１および図２を参照して説明
したように、対象物体Ｏｂの位置を検出する検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射して検出
光Ｌ２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１１と、対象物
体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する光検出器３０とを有しており、位置検出用光源装
置１１は、位置検出用光源１２と光強度分布変換用液晶装置１６とを備えている。画像生
成用液晶装置２０９は画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは、
Ｚ軸方向からみたとき検出空間１０Ｒと重なっている。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出用光源装置１１の強度分
布変換用液晶装置１６の光出射側には、必要に応じて、検出光Ｌ２の均―化を図るための
光学シート６０が配置されている。本形態においては、光学シート６０として、第１プリ
ズムシート６１と、第２プリズムシート６２、および光散乱板６３が順に積層されている
。なお、光学シート６０に対して強度分布変換用液晶装置１６が位置する側とは反対側に
は矩形枠状の遮光シート１７が配置されており、かかる遮光シート１７は検出光Ｌ２が漏
れるのを防止する。

図８に示すように、画像生成用液晶装置２０９は、光学シート６０に対して強度分布変
換用液晶装置１６が位置する側とは反対側（検出空間１０Ｒ側）に画像生成用液晶パネル
２０９ａと、透光性カバー２０９ｂとを備えている。画像生成用液晶パネル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、
基板間に液晶層２４を充填した構造を有している。画像生成用液晶パネル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。かかる画像生成用液晶パネル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層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。

画像生成用液晶パネル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等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）等の配線部材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。

画像生成用液晶パネル２０９ａにおいて、位置検出用光源装置１１が位置する側（検出
光Ｌ２の入射側）には表示光用第１偏光板２８８が重ねて配置され、位置検出用光源装置
１１が位置する側とは反対側（検出光Ｌ２の出射側）には表示光用第２偏光板２８９が重
ねて配置されている。

このように構成した画像生成用液晶装置２０９において、対象物体Ｏｂの位置を検出す
るためには、検出光Ｌ２を対象物体Ｏｂが位置する検出空間１０Ｒに出射させる必要があ
る。ここで、画像生成用液晶パネル２０９ａは、光強度分布変換用液晶装置１６よりも検
出空間１０Ｒの側に配置されている。このため、画像生成用液晶パネル２０９ａには、位
置検出用光源装置１１から出射された検出光Ｌ２が透過することになる。従って、画像生
成用液晶パネル２０９ａにおいて、画像表示領域２０Ｒは、検出光Ｌ２を透過可能に構成
される。

また、本形態において、表示光用第１偏光板２８８および表示光用第２偏光板２８９は
、可視光（画像表示光）に対して検光子として機能する一方、赤外光からなる検出光Ｌ２
については透過するように構成されている。具体的には、表示光用第１偏光板２８８およ
び表示光用第２偏光板２８９は、図９（ａ）に示すように、ヨウ素化合物分子等を吸着配
向したポリビニル（ＰＶＡ）層等からなる直線偏光層２８７ａと、直線偏光層２８７ａを
両側から挟む基板２８７ｂ、２８７ｃ等からなる。ここで、表示光用偏光板は、通常、基
板２８７ｂ、２８７ｃの双方がトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）層からなるが、本形態
において、表示光用第１偏光板２８８および表示光用第２偏光板２８９は、一方の基板２
８７ｂはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）層からなるのに対して、他方の基板２８７ｃ
は環状オレフィン共重合体層からなる。

このため、表示光用第１偏光板２８８および表示光用第２偏光板２８９は、互いの偏光
軸を平行配置したとき、図９（ｂ）に実線Ｒ１１で示す透過特性を備え、互いの偏光軸を
直交配置したとき、図９（ｂ）に実線Ｒ１２で示す透過特性を備えている。具体的には、
表示光用第１偏光板２８８および表示光用第２偏光板２８９は、互いの偏光軸を平行配置
したときの波長が３８０ｎｍから７５０ｎｍの帯域の光（可視光／画像表示光）に対する
透過率が３０％以上であり、互いの偏光軸を直交配置したときの波長が３８０ｎｍから７
５０ｎｍの帯域の光に対する透過率が３％以下である。従って、表示光用第１偏光板２８
８および表示光用第２偏光板２８９は、可視光（画像表示光）に対して検光子として機能
する。

また、表示光用第１偏光板２８８および表示光用第２偏光板２８９は、互いの偏光軸を
平行配置したときの波長が８４０ｎｍから１０００ｎｍの帯域の光（赤外光／検出光Ｌ２
）に対する透過光、および互いの偏光軸を直交配置したときの波長が８４０ｎｍから１０
００ｎｍの帯域の光（赤外光／検出光Ｌ２）に対する透過光が３０％以上である。このた
め、検出光Ｌ２が表示光用第１偏光板２８８、画像生成用液晶パネル２０９ａおよび表示
光用第２偏光板２８９を透過する際、十分な光量を確保することができる。

再び図７および図８において、画像生成用液晶装置２０９は、画像生成用液晶パネル２
０９ａ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、
光強度分布変換用液晶装置１６に対して画像生成用液晶パネル２０９ａが位置する側に配
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）等
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。

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等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４３
ｓからほぼ均一に出射される。

なお、本形態において、光学シート６０を検出光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６０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、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６０や第２プリズムシート６
２）等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。

［位置検出機能付き表示装置の構成例２］
図１０は、本発明の構成例２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１０（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１０（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、図１〜６を参照して説明した光学式位置
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）に設定された検出空間１０
Ｒ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
空間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ことができる。

光学式位置検出装置１０は、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、対象物体Ｏｂの位置を検出する検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射して検出光
Ｌ２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１１を備えており
、位置検出用光源装置１１は、位置検出用光源１２と光強度分布変換用液晶装置１６とを
備えている。また、光学式位置検出装置１０は、スクリーン部材８のスクリーン面８ａ側
に光検出器３０を備えており、光検出器３０は、検出空間１０Ｒの外側でスクリーン面８
ａ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に向けて検出光Ｌ２を出射すると、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側の検出空間１０Ｒに光強度分布を形成
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。

［その他の実施の形態］
上記実施の形態では、位置検出用光源装置１１の位置検出用光源１２を構成するにあた
って、発光素子１２１および導光板１２５を用いたが、赤外ランプと導光板１２５とを用
いて位置検出用光源１２を構成してもよい。また、位置検出用光源装置１１の位置検出用
光源１２としては、赤外光を出射する複数の発光素子１２１や赤外ランプが複数配列され
た面状光源や、赤外光を出射する複数の有機エレクトロルミネッセンス素子が複数配列さ
れた面状光源を用いてもよい。

上記実施の形態では、直視型の位置検出機能付き表示装置を構成するにあたって、画像
生成用液晶パネル２０９ａに対して検出空間１０Ｒとは反対側に位置検出用光源１２およ
び光強度分布変換用液晶装置１６を設けたが、検出光用第１偏光板１６８および検出光用
第２偏光板１６９の特性によっては、画像生成用液晶パネル２０９ａに対して検出空間１
０Ｒの側に位置検出用光源１２および光強度分布変換用液晶装置１６を設けてもよい。ま
た、画像生成用液晶パネル２０９ａに対して検出空間１０Ｒとは反対側に位置検出用光源
１２を設け、画像生成用液晶パネル２０９ａに対して検出空間１０Ｒの側に光強度分布変
換用液晶装置１６を設けてもよい。

また、上記実施の形態では、直視型の位置検出機能付き表示装置の構成するにあたって
、画像生成装置として液晶装置を用いたが、画像生成装置と有機エレクトロルミネッセン
ス装置を用いてもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンスパネルにおいて表示光
の出射側に位置検出用光源１２および光強度分布変換用液晶装置１６を設けた構成とする
。

１０Ｒ・・検出領域（検出空間）、１１・・位置検出用光源装置、１２・・位置検出用光
源、１６・・光強度分布変換用液晶装置、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１０
０・・位置検出機能付き表示装置、１２１・・発光素子、１２５・・導光板、１６０・・
光強度分布変換用液晶パネル、１６８・・検出光用第１偏光板、１６９・・検出光用第２
偏光板、Ｏｂ・・対象物体

Claims (8)

1. 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であって、
   前記対象物体の位置を検出する検出空間に検出光を出射して当該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検出する光検出器と、
   該光検出器での検出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、前記検出光としてピーク波長が８４０ｎｍから１０００ｎ
   ｍの帯域の赤外光を出射する位置検出用光源と、該位置検出用光源から前記検出空間に向
   かう光路において前記位置検出用光源から出射された前記検出光の光強度分布を切り換え
   る光強度分布変換用液晶装置と、を備え、
   当該光強度分布変換用液晶装置は、透過型の光強度分布変換用液晶パネルと、該光強度
   分布変換用液晶パネルに対して前記検出光の入射側に配置された検出光用第１偏光板と、
   前記光強度分布変換用液晶パネルに対して前記検出光の出射側に設けられた検出光用第２
   偏光板と、を備えていることを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 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、
   前記位置検出用光源装置は、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ
   軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度分布と、を異なるタイミングで形成すること
   を特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
3. 前記検出光用第１偏光板および前記検出光用第２偏光板は、互いの偏光軸を平行に配置
   したときの前記検出光の透過率が３０％以上で、互いの偏光軸を直交配置したときの前記
   検出光の透過率が３％以下であ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。
4. 前記光強度分布変換用液晶パネルは、ＴＮ(Twisted Nematic)方式の液晶パネルであっ
   て、当該光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、該液晶層の層
   厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定されるリタデーションが０．５８から０．７６である
   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位置検出装置。
5. 前記光強度分布変換用液晶パネルは、ＶＡ(Vertically Aligned Nematic)方式の液晶パ
   ネルであって、前記光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、該
   液晶層の層厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定されるリタデーションが０．４５から０．
   ５９であ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位置検出装置。
6. 前記光強度分布変換用液晶パネルは、ＩＰＳ(In Plane Switching)方式あるいはＦＦＳ
   （Fringe Field Switching）方式の液晶パネルであって、前記光強度分布変換用液晶パネ
   ルの液晶層の屈折率異方性をΔｎとし、該液晶層の層厚をｄとしたとき、Δｎ・ｄで規定
   されるリタデーションが０．５１から０．６７であ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位置検出装置。
7. 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を備えた位置検出機能付き表
   示装置であって、
   前記検出空間に重なる領域に画像を生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。
8. 前記画像生成装置は、前記光強度分布変換用液晶装置から出射された前記検出光が透過
   する透過型の画像生成用液晶パネルを備えた画像生成用液晶装置であり、
   当該画像生成用液晶装置は、前記画像生成用液晶パネルに対して前記検出光の入射側に
   配置された表示光用第１偏光板と、前記画像生成用液晶パネルに対して前記検出光の出射
   側に設けられた表示光用第２偏光板と、を備え、
   前記表示光用第１偏光板および前記表示光用第２偏光板は、互いの偏光軸を平行配置し
   たときの波長が３８０ｎｍから７５０ｎｍの帯域の光に対する透過率が３０％以上であり
   、互いの偏光軸を直交配置したときの波長が３８０ｎｍから７５０ｎｍの帯域の光に対す
   る透過率が３％以下であり、互いの偏光軸を平行配置したときの前記検出光に対する透過
   率および互いの偏光軸を直交配置したときの前記検出光に対する透過率が３０％以上であ
   ることを特徴とする請求項７に記載の位置検出機能付き表示装置。