JP2011257338A - 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

光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】対象物体で反射した光を受光して対象物体の位置を検出する際、対象物体に反射率が異なる箇所が存在していても、対象物体の位置を高い精度で検出することのでき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を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、複数の検出用光源１２を順次点灯させて検出光Ｌ２を出射させ、検出空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光する。検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、互いに異なる帯域にピークを有する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2を異なるタイミングで出射する。そして、光検出器３０での第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1の検出強度と第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2の検出強度との差に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【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、投光手段から出射された光が指示具で遮光された際の位置を検出する一方、指示具から出射された光を検出することにより、指示具の位置を検出する方式が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−１７３６８４号公報
しかしながら、指示具から出射された光を利用する方式の場合、指や手等による入力ができないため、用途が限られるという問題点がある。
そこで、本願発明者は、図１５に模式的に示すように、導光板１３の端部に対向するように検出用光源１２を設け、導光板１３から出射された検出光Ｌ２が指の対象物体Ｏｂに当たって反射した光を光検出器３０で検出する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、導光板１３から出射される検出光Ｌ２は、検出光Ｌ２の出射空間に、検出用光源１２が位置する側から離間する側に向かって光強度が単調減少する光強度分布を形成する。従って、光検出器３０での検出強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。かかる方式によれば、対象物体Ｏｂは指等であってもよく、発光するような指示具である必要はないという利点がある。
しかしながら、図１５に示す方式の場合、対象物体Ｏｂに部分的な色違いや光沢差がある等、対象物体Ｏｂの表面に反射率が異なる箇所が存在する場合、対象物体Ｏｂが同一位置にあっても、光検出器３０での検出強度が変化するため、検出精度が低下す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、対象物体で反射した光を受光して対象物体の位置を検出する際、対象物体に反射率が異なる箇所が存在していても、対象物体の位置を高い精度で検出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、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、第１検出光を出射する第１発光素子、および該第１発光素子と異なるタイミングで点灯して前記第１検出光と異なる波長帯域にピークを有する第２検出光を出射する第２発光素子を備えた複数の検出用光源と、前記複数の検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、前記第１検出光および前記第２検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記第１検出光および前記第２検出光を検出する光検出器と、前記複数の検出用光源が順次点灯した際の前記光検出器での前記第１検出光の検出強度および前記第２検出光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における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。
本発明において、前記位置検出部は、前記第１検出光の検出強度と前記第２検出光の検出強度との差に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する構成を採用することができる。
本発明では、複数の検出用光源を順次点灯させて検出光（第１検出光および第２検出光）を出射させ、検出光出射空間に位置する対象物体により反射した検出光の一部を光検出器により受光し、光検出器での検出強度に基づいて対象物体の位置を検出する。このため、対象物体については、指等であってもよく、発光するような指示具である必要はない。このような光学式位置検出装置において、対象物体が、例えば、マニキュアが付された指である場合、マニキュアが付された部位では、他の部位に比して反射強度が大になってしまい、光検出器での検出強度には対象物体の位置以外の影響が及ぶことになる。そこで、本形態では、検出光として、異なる波長帯域にピークをもつ第１検出光および第２検出光が用いられている。このため、第２検出光でのピークを、マニキュアで反射される波長域に対応する帯域としておけば、光検出器での第１検出光の検出強度と第２検出光の検出強度との差を求めた際、光検出器での検出強度からマニキュアで反射された光強度分を補償することができる。それ故、対象物体の位置を精度よく検出することができる。
本発明において、前記複数の検出用光源から出射された前記第１検出光および前記第２検出光が入射する入射部、および該入射部から入射した前記第１検出光および前記第２検出光が出射される光出射面を備えた導光板を備え、前記複数の検出用光源が順次点灯した際、前記検出光出射空間には、前記導光板からの前記第１検出光および前記第２検出光の出射方向に交差する第１方向の一方側から他方側に向けて光強度が単調減少していく第１座標検出用第１光強度分布と、当該第１方向の他方側から一方側に向けて光強度が単調減少していく第１座標検出用第２光強度分布と、が順次形成されることが好ましい。かかる構成によれば、第１座標検出用第１光強度分布および第１座標検出用第２光強度分布を形成した際の光検出器での検出強度の差や比等に基づいて対象物体の位置を検出することができる。このため、一方の光強度分布のみから対象物体の位置を検出した場合に比して、環境光等の影響を受けずに、対象物体の位置を検出することができる。
本発明において、前記複数の検出用光源が順次点灯した際、前記検出光出射空間には、前記導光板からの前記検出光の出射方向および第１方向に交差する第２方向の一方側から他方側に向けて光強度が単調減少していく第２座標検出用第１光強度分布と、当該第２方向の他方側から一方側に向けて光強度が単調減少していく第２座標検出用第２光強度分布と、が順次形成されることが好ましい。このような構成によれば、導光板からの検出光の出射方向に交差する第１方向および第２方向における対象物体の座標（２次元座標）を検出することができる。
本発明において、前記光源駆動部は、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源と他の一部の検出用光源とを組み合わせを変えて前記光検出器での受光強度が等しくなるように差動させる構成を採用することができる。
本発明において、前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源を備え、前記光源駆動部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて前記光検出器での受光強度が等しくなるように差動させる構成を採用してもよい。
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検出光が視認されないという利点がある。
本発明に係る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、かかる位置検出機能付き表示装置は、前記検出光出射空間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。
本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部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で用いた検出光の説明図である。 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検出用光源から出射される検出光の説明図である。 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検出用光源を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子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、検出用光源から出射された検出光によって座標検出用の光強度分布が形成される様子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原理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において、Ｘ座標を検出する際の第１発光素子および第２発光素子の作用効果等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、Ｙ座標を検出する際の第１発光素子および第２発光素子の作用効果等を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置の要部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を備えた位置検出機能付き表示装置の分解斜視図および断面構成を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置を備えた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。 本発明を適用した別の位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。 本発明を適用した別の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。 本発明のさらに別の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。 本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向（第１方向）を横方向とし、Ｙ軸方向（第２方向）を縦方向とし、Ｚ軸方向（第３方向）を検出光出射空間において検出光が進行する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］
（光学式位置検出装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置に用いた光学部品のレイアウト等を示す説明図、および光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。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で用いた検出光の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を平面的に示す説明図、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を断面的に示す説明図、および導光板内での検出光の減衰状態を示す説明図である。
図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出光Ｌ２を出射する複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２のうち、検出空間１０Ｒ（検出光Ｌ２の出射空間）内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを備えている。
本形態の光学式位置検出装置１０においては、複数の検出用光源１２として、４つの検出用光源１２Ａ〜１２Ｄが用いられている。また、複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）は各々、第１発光素子（第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1）と、第２発光素子（第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2）とを備えている。検出用光源１２において、検出用光源１２Ａでは、第１発光素子１２Ａ1と第２発光素子１２Ａ2とが互いに隣り合うように配置されている。また、他の検出用光源１２Ｂ〜１２Ｄでも、検出用光源１２Ａと同様、第１発光素子１２Ｂ1〜１２Ｄ1と、第２発光素子１２Ｂ2〜１２Ｄ2とは互いに隣り合うように配置されている。第１発光素子１２Ａ1および第２発光素子１２Ａ2はいずれも、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、検出光Ｌ２を発散光として放出する。また、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2はいずれも、赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として放出する。但し、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、異なる波長帯域にピークを備えた検出光Ｌ２を出射する。例えば、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1は、波長１０００ｎｍ付近にピークを有する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1を出射するのに対して、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2は、波長８５０ｎｍ付近にピークを有する第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2を出射する。
また、本形態の光学式位置検出装置１０は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明な樹脂板等からなる導光板１３を備えており、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３を介して検出空間１０Ｒに出射される。導光板１３は、略長方形の平面形状を有しており、導光板１３において、検出空間１０Ｒに向いている面が光出射面１３ｓである。また、導光板１３の４つの角部分１３ａ〜１３ｄが検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２の光入射部１３ｅ〜１３ｈとして用いられている。より具体的には、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄでは、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が各々、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄに対峙する位置で角部分１３ａ〜１３ｄに発光面を向けている。このため、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ（第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1および第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2）は、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄから入射した後、導光板１３内部を伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。例えば、検出用光源１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａ（第１検出光Ｌ２ａ1および第２検出光Ｌ２ａ2）は、導光板１３の内部で伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。従って、導光板１３の光出射面１３ｓから検出空間１０Ｒに出射された検出光Ｌ２が、検出空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射すると、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３は光検出器３０で検出される。
ここで、導光板１３の背面１３ｔあるいは光出射面１３ｓ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、角部分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。また、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均一化を図るために、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。このため、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、検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する。また、検出空間１０Ｒ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、検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する。他の検出用光源１２Ｃ、１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも同様に減衰しながら光出射面１３ｓから出射される。従って、検出光Ｌ２は、図３および図５を参照して後述する光強度分布を検出空間１０Ｒに形成する。
なお、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは異なるタイミングで点灯する。但し、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1から出射された第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2から出射された第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2は各々、図２（ｃ）を参照して説明したように減衰しながら導光板１３内を伝播し、出射される。
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、検出空間１０Ｒの外側のうち、導光板１３の辺部分の略中央位置で検出空間１０Ｒに受光部を向けている。本形態において、光検出器３０は、フォトダイオードからなる。
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図１（ｂ）に示すように、光学式位置検出装置１０は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０から検出結果が出力される位置検出部５０とを有しており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは、例えば、共通の半導体集積回路５００に構成されている。光源駆動部１４は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を駆動する光源駆動回路１４０（光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ）と、光源駆動回路１４０を介して検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を制御する光源制御部１４５とを備えている。ここで、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄは、第１発光素子１２Ａ1および第２発光素子１２Ａ2を異なるタイミングで点灯させる。
位置検出部５０は、信号処理部５５と座標検出部５６とを備えており、座標検出部５６は、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。本形態において、座標検出部５６は、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２および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、検出用光源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。
（光強度分布の説明）
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１０において検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）から出射される検出光の説明図である。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において検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。図５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、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。なお、図４では、点灯している検出用光源１２についてはグレーで表してある。また、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは異なるタイミングで点灯するが、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した場合、あるいは第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した場合でも、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とが同時点灯した場合と、光強度分布における強度は相違するが、強度が位置によって変化する様子は同様である。従って、図３〜図６を参照しての説明では、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した場合、あるいは第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した場合にかかわらず、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄが点灯した場合として説明する。
本形態の光学式位置検出装置１０においては、検出用光源１２Ａが点灯する一方、他の検出用光源１２Ｂ〜１２Ｄが消灯状態にあると、図３（ａ）に示すように、検出空間１０ＲのＸ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｂが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄが消灯状態にあると、図３（ｂ）に示すように、検出空間１０ＲのＸ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｃが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、図３（ｃ）に示すように、検出空間１０ＲのＸ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｄが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ〜１２Ｃが消灯状態にあると、図３（ｄ）に示すように、検出空間１０ＲのＸ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。
従って、図４（ａ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｂが消灯状態にあると、図５（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
これに対して、図４（ｂ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｄが消灯状態にあると、図５（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
また、図４（ｃ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、図５（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
これに対して、図４（ｄ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃが消灯状態にあると、図５（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
なお、図示を省略するが、４つの検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が全て点灯すると、導光板１３からＺ軸方向の一方側Ｚ１から他方側Ｚ２に向かって強度が低下する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軸方向で強度が単調減少し、かかる変化は、検出空間１０Ｒという限られた空間内では略直線的な変化とみなすことができる。また、Ｚ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。
（Ｘ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、光強度分布形成用の検出用光源１２を点灯させて検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成するとともに、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を光検出器３０で検出し、かかる光検出器３０での検出結果に基づいて、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６を参照して座標検出の原理を説明する。なお、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、光源制御部１４５や位置検出部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構成を採用することもできる。
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の原理を模式的に示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、対象物体で反射した検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光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、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明した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を利用してＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出する。その際、検出用光源１２Ａ、１２Ｄと検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相に駆動する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１期間において、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させ、図５（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。次に、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、図５（ｂ）に示す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。ここで、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、一定の分布を有している。それ故、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での検出強度と、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出強度との比較を行えば、図６を参照して以下に説明する方法等により、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６（ａ）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との差や比を利用する。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との差や比も予め、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との差や比を求めれば、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。
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、検出用光源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、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６（ａ）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およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、かつ、Ｘ軸方向で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、検出用光源１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図６（ｂ）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とを等しくする。かかる差動を行った際の検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）と、検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）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。また、Ｘ座標検出用第１期間での検出用光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での検出用光源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３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように検出用光源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。
このようにしてＸ座標を検出する際、光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは各々、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とを備えており、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、互いに異なる帯域にピークを備えている。そこで、本形態では、図７を参照して後述するように、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を検出値ＬＸａ、ＬＸｂとして利用する。
（Ｙ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、図５（ｃ）、（ｄ）を参照して説明したＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＹａおよびＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを利用してＹ軸方向の位置（Ｙ座標）を検出する。より具体的には、検出用光源１２Ａ、１２Ｃと検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相に駆動する。すなわち、図５（ｃ）、（ｄ）および図６（ａ）に示すように、Ｙ座標検出用第１期間においては、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させ、図５（ｃ）および図６（ａ）に示すＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成する。次に、Ｙ座標検出用第２期間において、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させ、図５（ｄ）および図６（ａ）に示すＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成する。従って、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での検出値ＬＹａと、Ｙ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＹｂとを比較する等、Ｘ座標を検出した方法と同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
また、本形態では、図８を参照して後述するように、Ｙ座標を検出する際、Ｘ座標を検出する際と同様、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を検出値ＬＹａ、ＬＹｂとして利用する。
（Ｚ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、Ｚ座標を検出するには、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの全てを点灯させ、Ｚ軸方向で強度が単調変化するＺ座標検出用光強度分布を形成する。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。ここで、Ｚ座標検出用光強度分布は、一定の分布を有しているので、光検出器３０での検出強度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。
また、本形態では、Ｚ座標を検出する際、Ｘ座標およびＹ座標を検出する際と同様、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を利用する。
（第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2の利用形態）
図７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、Ｘ座標を検出する際の第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2の作用効果等を示す説明図である。図８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、Ｙ座標を検出する際の第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2の作用効果等を示す説明図である。なお、図７および図８では、点灯している検出用光源１２についてはグレーで表してある。
本形態の光学式位置検出装置１０では、図６等を参照して説明したように、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ＬＸａ、および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に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。また、Ｙ座標検出用第１期間において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での検出値ＬＹａ、およびＹ座標検出用第２期間において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での検出値ＬＹｂに基づいて対象物体ＯｂのＹ座標を検出する。
その際、図７および図８に示すように、対象物体Ｏｂ（指）に高反射率部位Ｏｂ0（マニキュアが塗布された個所など）が存在すると、光検出器３０での検出強度には、高反射率部位Ｏｂ0が存在しない場合の対象物体Ｏｂからの反射光（検出光Ｌ３）の検出強度に対して、高反射率部位Ｏｂ0で反射光量が増大した分が加算された値となる。
そこで、本形態では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄとして、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とを設け、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、互いに異なる帯域にピークを有する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2を出射する。また、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が出射する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が出射する第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2のうち、一方については、高反射率部位Ｏｂ0での反射光の影響を受けやすい波長としてある。
従って、Ｘ座標を検出する際、図７を参照して以下に説明するように、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を検出値ＬＸａ、ＬＸｂとして利用すれば、高反射率部位Ｏｂ0での反射により光量が増大した分を相殺することができる。また、Ｙ座標を検出する際、図８を参照して以下に説明するように、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を検出値ＬＹａ、ＬＹｂとして利用すれば、高反射率部位Ｏｂ0での反射により光量が増大した分を相殺することができる。このため、対象物体Ｏｂとしての指において、爪に塗布されたマニキュアによって、対象物体Ｏｂに反射率が異なる箇所が存在する場合でも、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を精度よく検出することができる。
より具体的には、Ｘ座標検出用第１期間においては、図７（ａ）に示すように、第１発光素子１２Ａ1および第１発光素子１２Ｄ1のみを点灯させてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＸａ1を得る。また、図７（ｂ）に示すように、第２発光素子１２Ａ2および第２発光素子１２Ｄ2のみを点灯させてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＸａ2を得る。そして、以下の式
ＬＸａ＝ＬＸａ1−ＬＸａ2
に示す減算により得た値を、図６を参照して説明した検出値ＬＸａとする。
また、Ｘ座標検出用第２期間においては、図７（ｃ）に示すように、第１発光素子１２Ｂ1および第１発光素子１２Ｃ1のみを点灯させてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＸｂ1を得る。また、図７（ｄ）に示すように、第２発光素子１２Ｂ2および第２発光素子１２Ｃ2のみを点灯させてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＸｂ2を得る。そして、以下の式
ＬＸｂ＝ＬＸｂ1−ＬＸｂ2
に示す減算により得た値を、図６を参照して説明した検出値ＬＸｂとする。
そして、かかる検出値ＬＸａ、ＬＸｂを用いて、図６を参照して説明した方法を実施する。より具体的には、光検出器３０での検出強度ＬＸａ1、ＬＸａ2の差、および検出強度ＬＸｂ1、ＬＸｂ2の差からなる検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差や比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。あるいは、光検出器３０での検出強度ＬＸａ1、ＬＸａ2の差、および検出強度ＬＸｂ1、ＬＸｂ2の差からなる検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、検出用光源１２に対する制御量（電流値）を調整した後の制御量の差や比、あるいは調整量ΔＬＸａ、ΔＬＸｂの差や比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。かかる構成によれば、検出値ＬＸａ、ＬＸｂと対象物体Ｏｂの位置との直線関係を向上することができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標を高い精度で検出することができる。
同様に、Ｙ座標検出用第１期間においては、図８（ａ）に示すように、第１発光素子１２Ａ1および第１発光素子１２Ｃ1のみを点灯させてＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＹａ1を得る。また、図８（ｂ）に示すように、第２発光素子１２Ａ2および第２発光素子１２Ｃ2のみを点灯させてＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＹａ2を得る。そして、以下の式
ＬＹａ＝ＬＹａ1−ＬＹａ2
に示す減算により得た値を、図６を参照して説明した検出値ＬＹａとする。
また、Ｙ座標検出用第２期間においては、図８（ｃ）に示すように、第１発光素子１２Ｂ1および第１発光素子１２Ｄ1のみを点灯させてＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＹｂ1を得る。また、図８（ｄ）に示すように、第２発光素子１２Ｂ2および第２発光素子１２Ｄ2のみを点灯させてＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成し、その際の光検出器３０での検出強度ＬＹｂ2を得る。そして、以下の式
ＬＹｂ＝ＬＹｂ1−ＬＹｂ2
に示す減算により得た値を、図６を参照して説明した検出値ＬＹｂとする。
そして、かかる検出値ＬＹａ、ＬＹｂを用いて、図６を参照して説明した方法を実施する。より具体的には、光検出器３０での検出強度ＬＹａ1、ＬＹａ2の差、および検出強度ＬＹｂ1、ＬＹｂ2の差からなる検出値ＬＹａ、ＬＹｂの差や比に基づいて対象物体ＯｂのＹ座標を検出する。あるいは、光検出器３０での検出強度ＬＹａ1、ＬＹａ2の差、および検出強度ＬＹｂ1、ＬＹｂ2の差からなる検出値ＬＹａ、ＬＹｂが等しくなるように、検出用光源１２に対する制御量（電流値）を調整した後の制御量の差や比、あるいは調整量ΔＬＹａ、ΔＬＹｂの差や比に基づいて対象物体ＯｂのＹ座標を検出する。かかる構成によれば、検出値ＬＹａ、ＬＹｂと対象物体Ｏｂの位置との直線関係を向上することができる。それ故、対象物体ＯｂのＹ座標を高い精度で検出することができる。
同様に、Ｚ座標検出期間においても、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1を全て点灯させた際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2を全て点灯させた際の光検出器３０での検出強度との差を検出値としてＺ座標を検出すれば、対象物体ＯｂのＺ座標を高い精度で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、本形態の光学式位置検出装置１０では、複数の検出用光源１２を順次点灯させて検出光Ｌ２を出射させ、検出空間１０Ｒ（検出光出射空間）に位置する対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光し、光検出器３０での検出強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、対象物体Ｏｂについては、指等であってもよく、発光するような指示具である必要はない。
このような光学式位置検出装置１０において、対象物体Ｏｂが、例えば、マニキュアが付された指である場合、マニキュアが付された部位では、他の部位に比して反射強度が大になってしまい、光検出器３０での検出強度には対象物体Ｏｂの位置以外の影響が及ぶことになる。しかるに本形態では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄとして、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とを設け、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、互いに異なる帯域にピークを有する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2を出射する。このため、例えば、第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2でのピークを、マニキュアで反射される波長域に対応する帯域としておけば、光検出器３０での第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1の検出強度と第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2の検出強度との差を求めた際、光検出器３０での検出強度からマニキュアで反射された光強度分を補償することができる。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を精度よく検出することができる。
また、本形態においては、複数の光入射部１３ｅ〜１３ｈおよび光出射面１３ｓを備えた導光板１３を備えているため、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とを形成することができるとともに、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＹａとＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂとを形成することができる。このため、互いに反対方向に強度が所定の条件で変化する光強度分布を利用して対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出することができるので、一方の光強度分布のみから対象物体Ｏｂの位置を検出した場合に比して、環境光等の影響を受けずに、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出することができる。さらに、複数の検出用光源１２を全て点灯させることにより、Ｚ座標検出用光強度分布を形成することができるので、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
しかも、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。それ故、後述する位置検出機能付き表示装置等を構成した際、情報の視認が検出光Ｌ２によって妨げられないという利点がある。
［実施の形態２］
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０の要部を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置１０に用いた光学部品のレイアウト等を示す説明図、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９に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０も、実施の形態１と同様、検出光Ｌ２を出射する複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２のうち、検出空間１０Ｒ（検出光Ｌ２の出射空間）内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを備えている。また、本形態の光学式位置検出装置１０は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明な樹脂板等からなる導光板１３を備えており、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３を介して検出空間１０Ｒに出射される。また、本形態の光学式位置検出装置１０では、実施の形態１と同様、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄとして、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とを備え、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1と第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2とは、互いに異なる帯域にピークを有する第１検出光Ｌ２ａ1〜Ｌ２ｄ1、および第２検出光Ｌ２ａ2〜Ｌ２ｄ2を出射する。
さらに、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出空間１０Ｒを経由せずに光検出器３０に参照光Ｌｒを入射させる参照用光源１２Ｒを備えており、かかる参照用光源１２Ｒは光源駆動回路１４０ｒにより駆動される。参照光Ｌｒも、検出光Ｌ２と同様、赤外光である。
このような構成の光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄや光検出器３０の初期条件を設定する際、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの光検出器３０での検出強度を基準とすることができる。
また、図６を参照して説明した原理によって対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出する際、光源駆動部１４によって、参照用光源１２Ｒと、複数の検出用光源１２のうち、一部の検出用光源１２とを組み合わせを変えて交互に点灯させ、第１光検出器３１および第２光検出器３２での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の検出強度とを比較した結果を利用することができる。例えば、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流と、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと他の一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。その際も、第１発光素子１２Ａ1〜１２Ｄ1が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度と、第２発光素子１２Ａ2〜１２Ｄ2が単独で点灯した際の光検出器３０での検出強度との差を、検出用光源１２を点灯させた際の光検出器３０での検出強度として用いれば、対象物体Ｏｂとしての指にマニキュアが付されている場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、導光板１３を利用して光強度分布を構成するタイプの光学式位置検出装置１０に本発明を適用したが、導光板１３を利用しないタイプの光学式位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態では、検出用光源１２が４つ設けられた光学式位置検出装置１０に本発明を適用したが、検出用光源１２が３つあるいは５つ以上設けられた光学式位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。
［位置検出機能付き表示装置の具体例１］
図１０および図１１は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を備えた位置検出機能付き表示装置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２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、検出光を放出する検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、導光板１３と、検出空間１０Ｒに受光部を向けた光検出器３０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等といった直視型表示装置２１０であり、光学式位置検出装置１０に対して入力操作側とは反対に設けられている。直視型表示装置２１０は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出空間１０Ｒと平面視で重なっている。
かかる構成によれば、画像生成装置２００により形成された画像を指（対象物体Ｏｂ）等で指示した際、その指示位置を光学式位置検出装置１０で検出することができるので、指の位置を入力情報として利用することができる。
［位置検出機能付き表示装置の具体例２］
図１２および図１３は、本発明を適用した別の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１２および図１３に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、検出光を放出する検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、導光板１３と、検出空間１０Ｒに受光部を向けた光検出器３０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２２０と、透光性カバー２２５とを備えている。液晶装置２２０は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出空間１０Ｒと平面視で重なっている。
本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均一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、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。
液晶装置２２０（画像生成装置２００）は、光学シート１６（第１プリズムシート１６１、第２プリズムシート１６２および光散乱板１６３）に対して導光板１３が位置する側とは反対側に液晶パネル２３０を備えている。本形態において、液晶パネル２３０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２３０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２３０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２３０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。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、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２３０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２３０において、画像表示領域２０Ｒは、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。なお、液晶パネル２３０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２２０は、液晶パネル２３０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２３０が位置する側とは反対側において導光板１３と反射板４４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）等の検出用光源で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光Ｌ４を放出する。本形態において、照明用光源４１は、照明用導光板４３の辺部分４３ａに沿って複数、配列されている。
照明用導光板４３は、辺部分４３ａに隣接する光出射側の表面部分（光出射面４３ｓの辺部分４３ａ側の外周部）に傾斜面４３ｇが設けられ、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面４３ｇを有する入光構造によって、光出射面４３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分４３ａの高さを照明用光源４１の光放出面の高さに対応させてある。
かかる照明装置４０において、照明用光源４１から出射された照明光は、照明用導光板４３の辺部分４３ａから照明用導光板４３の内部に入射した後、照明用導光板４３の内部を反対側の外縁部４３ｂに向けて伝播し、一方の表面である光出射面４３ｓから出射される。ここで、照明用導光板４３は、辺部分４３ａ側から反対側の外縁部４３ｂに向けて内部伝播光に対する光出射面４３ｓからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板４３の光出射面４３ｓ、または背面４３ｔに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度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は光出射面４３ｓからほぼ均一に出射される。
本形態において、照明用導光板４３は、液晶パネル２３０の視認側とは反対側で液晶パネル２３０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２３０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４４との間に配置されているが、照明用導光板４３を光学シート１６と導光板１３との間に配置してもよい。また、照明用導光板４３と導光板１３とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート１６を検出光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の平面輝度を均一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）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。
かかる構成によれば、画像生成装置２００（液晶装置２２０）により形成された画像を指（対象物体Ｏｂ）等で指示した際、その指示位置を光学式位置検出装置１０で検出することができるので、指の位置を入力情報として利用することができる。
［位置検出機能付き表示装置の具体例３］
図１４は、本発明のさらに別の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１４に示す光学式位置検出装置１０は投射型の位置検出機能付き表示装置１００に用いられ、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２４０（画像生成装置２００）と、スクリーン部材２９０とを備えている。画像投射装置２４０は、筐体２５０の前面部２５１に設けられた投射レンズ系２６０からスクリーン部材２９０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２９０において画像が視認されるスクリーン面２９０ａ側（スクリーン部材２９０の前方）に設定された検出空間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、検出空間１０Ｒは、スクリーン部材２９０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２９０において画像投射装置２４０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。
本形態の光学式位置検出装置１０は、検出空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０と平行なＸＹ平面（検出面）内における対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出した結果を、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。また、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０に対する法線方向（Ｚ軸方向）における対象物体Ｏｂの位置（Ｚ座標）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、例えば、対象物体Ｏｂがスクリーン部材２９０から所定の距離内にある場合のみを入力情報として扱うこと等もできる。
かかる光学式位置検出装置１０において、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側には、導光板１３を備え、かかる導光板１３の周りは複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が配置されている。また、スクリーン面２９０ａ側には、検出空間１０Ｒに受光部を向けた光検出器３０が配置されている。
かかる構成では、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側から検出空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射することになる。スクリーン部材２９０として、検出光Ｌ２に対する透光性を備えているものが用いられている。より具体的には、スクリーン部材２９０は、スクリーン面２９０ａ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からなり、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を有している。スクリーン部材２９０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、スクリーン面２９０ａ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、スクリーン面２９０ａ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ができ、このような場合も、スクリーン部材２９０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２９０は、表示される画像の品位を高めることを目的に、裏面２９０ｂ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。
なお、本形態では、投射型表示装置用のスクリーン装置を説明したが、電子黒板用のスクリーンに光学式位置検出装置１０を設けて電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置を構成してもよい。
１０Ｒ・・検出空間、１２、１２Ａ〜１２Ｄ・・検出用光源、１２Ａ1〜１２Ｄ1・・第１発光素子、１２Ａ2〜１２Ｄ2・・第２発光素子、１２Ｒ・・参照用光源、１４・・光源駆動部、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・画像生成装置、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、
    第１検出光を出射する第１発光素子、および該第１発光素子と異なるタイミングで点灯して前記第１検出光と異なる波長帯域にピークを有する第２検出光を出射する第２発光素子を備えた複数の検出用光源と、
    前記複数の検出用光源を順次点灯させる光源駆動部と、
    前記第１検出光および前記第２検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記第１検出光および前記第２検出光を検出する光検出器と、
    前記複数の検出用光源が順次点灯した際の前記光検出器での前記第１検出光の検出強度および前記第２検出光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における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。
  2. 前記位置検出部は、前記第１検出光の検出強度と前記第２検出光の検出強度との差に基づいて前記検出光出射空間における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。
  3. 前記複数の検出用光源から出射された前記第１検出光および前記第２検出光が入射する入射部、および該入射部から入射した前記第１検出光および前記第２検出光が出射される光出射面を備えた導光板を備え、
    前記複数の検出用光源が順次点灯した際、前記検出光出射空間には、前記導光板からの前記第１検出光および前記第２検出光の出射方向に交差する第１方向の一方側から他方側に向けて光強度が単調減少していく第１座標検出用第１光強度分布と、当該第１方向の他方側から一方側に向けて光強度が単調減少していく第１座標検出用第２光強度分布と、が順次形成され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. 前記複数の検出用光源が順次点灯した際、前記検出光出射空間には、前記導光板からの前記検出光の出射方向および第１方向に交差する第２方向の一方側から他方側に向けて光強度が単調減少していく第２座標検出用第１光強度分布と、当該第２方向の他方側から一方側に向けて光強度が単調減少していく第２座標検出用第２光強度分布と、が順次形成されることを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
  5. 前記光源駆動部は、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源と他の一部の検出用光源とを組み合わせを変えて前記光検出器での受光強度が等しくなるように差動させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
  6. 前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源を備え、
    前記光源駆動部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて前記光検出器での受光強度が等しくなるように差動させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
  7. 前記検出光は赤外光であ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。
  8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
    前記検出光出射空間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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