JP2015148860A - 位置検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品コスト及び部品の選別コストの増加を抑制できると共に、フィードバック制御を行う場合でも物体の位置の検知精度を向上できる位置検知装置を提供する。
【解決手段】位置検知装置１は、検知部３と発光部４と反射部材５と導光部６とを備える。発光部４は、出射光の出射角度を所定の角度範囲内で変化させて、反射部材５の方へ出射する。導光部６は、発光部４又は反射部材５からの光を、検知領域Ｒの全体を通過するように出射する。検知部３は、第１の所定期間に第１の角度範囲θ11〜θ13で出射された光が、物体Ｑによって遮られたと検知したときの第１の出射角度θ1qと、第２の所定期間に第２の角度範囲θ21〜θ23で出射された光が物体Ｑによって遮られたと検知したときの第２の出射角度θ2qとに基づいて、物体Ｑの位置を検知する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、二次元の検知領域にある物体の位置を検知する位置検知装置に関する。

従来、長方形状の検知領域にある物体の位置を検知する位置検知装置が知られている（特許文献１）。この位置検知装置は、２つの光源を検知領域の上辺の両端部に備え、各光源において、光の出射方向をアクチュエータ等によって所定の周期で変化させることで、検知領域内を走査する。この位置検知装置では、光を入射方向に反射する再帰反射部が検知領域の周縁に配置されると共に、検知領域を走査した光が該再帰反射部によって再帰反射され、受光部が当該再帰反射された光を受光するようになっている。

そして、位置検知装置は、各光源からの光が検知領域にある物体によって遮られて受光部が受光できなかったときの各光源からの光の出射方向（２つの出射角度）と２つの光源間の距離とに基づいて、三角測量法によって検知領域にある物体の位置を検知する。

しかしながら、光源から出射された光は、再帰反射部において、再帰反射される成分（再帰反射光）と、入射角と同一の反射角で法線に対して反対側に正反射する成分（正反射光）との２つに分かれる。このため、特許文献１に記載の位置検知装置においては、２つの光源のうち一方の光源からの光が物体に遮られて、一方の光源からの光を受光しなかった受光部に、物体に遮られなかった他方の光源からの正反射光が拡散されて入射する可能性がある。その場合でも、一方の光源からの光が受光部に入射したものと判断されるので、物体の位置の検知精度が低下するおそれがある。

特許文献２は、このような課題を解決する位置検知装置を開示する。この位置検知装置は、２つの光源のうち所定の時点においていずれか一方のみが光を出射するように構成される。詳細には、一方の光源が検知領域を走査している間は他方の光源の発光を停止し、一方の光源による検知領域の走査が終了した後、一方の光源の発光を停止して他方の光源による検知領域の走査を行うことを繰り返す。これにより、光が物体に遮られた場合には、受光部が光源からの光を受光することを抑制できる。

特開昭６２−５４２８号公報 特開２０１３−１７１３８７号公報

しかしながら、特許文献２の位置検知装置は、２つの光源の作動を同期させるために、同一の周期で各光源の出射方向を変化させる必要がある。このため、２つの光源の出射方向を変化させる２つのアクチュエータには、その動作特性が高精度で同等であることが要求される。従って、アクチュエータ等の部品の選別コストが増加する。

更に、光源の出射方向を目標となる出射方向に一致させるために、各アクチュエータの実際の作動に対してフィードバック制御を行うと、各アクチュエータを同期するように作動させることが難しい。このため、各アクチュエータが正確に同期していないと、他方の光源からの正反射光を無視することができなくなり、それによって、物体の位置の検知精度が低下するおそれがある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、部品コスト及び部品の選別コストの増加を抑制できると共に、フィードバック制御を行う場合でも物体の位置の検知精度を向上できる位置検知装置を提供することを目的とする。

本発明は、二次元の検知領域にある物体の位置を検知するように構成された検知部と、光の出射方向を所定の角度範囲内で変化可能に構成された１つの発光部と、前記検知部及び前記発光部の方に反射面を向けて前記検知部の１つの辺に沿って配設された反射部と、前記発光部から直接に又は前記反射面で反射してから入射する光を導光して、前記検知領域を通過するように出射する導光部と、前記導光部から出射されてから、前記反射面で反射して前記検知領域を通過した後の光を受光するように構成された受光部とを備える。前記検知部は、第１の所定期間において、前記出射方向を変化させることで前記導光部から出射された光が前記検知領域の全体を通過するように、前記所定の角度範囲のうち第１の角度範囲で前記発光部から光を出射し、前記第１の所定期間と重ならない第２の所定期間において、前記出射方向を変化させることで前記導光部から出射された光が前記検知領域の全体を通過するように、前記所定の角度範囲のうち前記第１の角度範囲と重ならない第２の角度範囲で光を出射し、前記第１の所定期間において、前記受光部の受光状態に応じて前記発光部からの光が前記物体によって遮られたと検知したときの第１の出射角度と、前記第２の所定期間において、前記受光部の受光状態に応じて前記発光部からの光が前記物体によって遮られたと検知したときの第２の出射角度とに基づいて、前記物体の位置を検知することを特徴とする。

本発明によれば、第１の所定期間において第１の角度範囲で発光部から出射される光の出射角度が変化することで検知領域の全体が走査される。また、第２の所定期間において第２の角度範囲で発光部から出射される光の出射角度が変化することで検知領域の全体が走査される。

これにより、検知領域にある物体は、第１及び第２の各所定期間において、第１の出射角度で発光部から出射されて導光部から出射された光、及び第２の出射角度で発光部から出射されて導光部から出射された光を遮るので、受光部の受光状態が変化する（例えば、受光量が減少する）。従って、検知部は、第１の出射角度と第２の出射角度とに基づいて物体の位置を検知できる。

このように、発光部が１つであっても物体の位置を検知できるので、複数の発光部を用いる場合に要求される動作特性が高精度で同等な発光部を選別する必要がなく、部品のコスト及び選別コストの増加を抑制できる。

また、発光部が１つであるので、複数の発光部を用いる場合のように、各発光部の作動を同期させる制御が不要で、フィードバック制御を行う場合でも物体の位置の検知精度を向上できる。

更に、発光部から出射した光を反射部の反射面で反射させて検知領域の走査光として用いることにより、発光部における光の出射方向が変化可能な所定の角度範囲内で検知領域において走査できる領域を増大させることができる。この結果、検知領域の全体を走査するために発光部に必要とされる所定の角度範囲を小さくすることができる。

本発明において、前記導光部から出射されて前記検知領域を通過した後の光を再帰反射するように構成された再帰反射部を備え、前記受光部は、前記再帰反射部に再帰反射された後に、前記導光部によって再度導光された後の光を受光することが好ましい。

これにより、再帰反射部に入射する光の光路と、当該再帰反射部によって再帰反射された光の光路とは、方向が反対となるだけで、基本的には、ほぼ同一の光路となる。従って、再帰反射された後に導光部によって再度導光された後の光は、導光部から発光部（又はその近く）の方に向かう光となる。従って、受光部を発光部の近くに配置するだけでよくなり、受光部の数を減少することができる。

本発明において、前記検知領域の形状は、対辺となっている第１辺と第２辺、及び対辺となっている第３辺と第４辺の４つの辺を有する長方形であり、前記再帰反射部は、前記検知領域の側から入射した光を再帰反射するように、前記第１辺、前記第２辺、及び前記第４辺に沿って設けられ、前記反射部は、前記第３辺に沿って配設され、前記導光部は、前記第１の所定期間において、前記反射部及び前記発光部からの光を導光して前記検知領域を通過するように出射する前記第１辺に沿って設けられた第１導光部と、前記第２の所定期間において、前記反射部及び前記発光部からの光を導光して前記検知領域を通過するように出射する前記第２辺に沿って設けられた第２導光部から成ることが好ましい。

これにより、反射部、再帰反射部及び導光部（第１導光部及び第２導光部）が検知領域に沿うように設けられるので、検知領域の大きさに対する位置検知装置の大きさが大型化することを抑制できる。

本発明において、前記発光部は、前記検知領域の平面に対して直角方向から見て前記所定の角度範囲の中心線が前記第３辺の垂直二等分線に重なるように、配設されていることが好ましい。

これにより、第３辺に直交する方向における発光部の位置が同一の場合において、第３辺の垂直二等分線上以外の位置に発光部を配置するものに比べて、光の出射方向の所定の角度範囲を最も小さくできると共に、再帰反射部への光の入射角を最も小さくできる。

従って、発光部が、光の出射方向を小さい角度範囲でしか変更できないような構成であっても、発光部を第３辺の垂直二等分線上に配置したときに必要となる角度範囲だけ変更できるのであれば、当該発光部を当該位置検知装置に用いることができる。また、再帰反射部への光の入射角が大きい場合よりも小さい場合の方が、再帰反射部によって再帰反射された光のエネルギーが大きくなる。このため、再帰反射された後に導光部から出射された後の光のエネルギーも大きくなり、受光部の受光量が増加する。これにより、受光部が受光する光が外乱光等に埋もれ難くなり、物体の位置の検知精度を向上できる。

本発明において、前記受光部は、光を最も効率よく受光できる方向が、前記再帰反射部によって再帰反射された光のエネルギーが最も小さいときの光である最小光の進行方向と一致するように配設されていることが好ましい。これにより、実際に受光部が受光する光のエネルギーのばらつきを抑えることができる。

本発明において、前記第１辺及び前記第２辺が長辺であり、前記第３辺及び前記第４辺が短辺であることが好ましい。

これにより、第３辺が長辺である場合より短辺である場合の方が、再帰反射部への光の最大の入射角が小さくなる。従って、再帰反射部によって再帰反射された光のエネルギーが大きくなり、ひいては、受光部が受光する光が外乱光等に埋もれ難くなり、物体の位置の検知精度を向上できる。

本発明において、前記発光部は、１つの光源と、該光源からの光を反射するミラー面を有し、該ミラー面によって反射された光の反射方向が前記所定の角度範囲内で変化するように前記ミラー面の向きを変化させる１つの光偏向器とを備えることが好ましい。

この構成によれば、発光部の小型化が可能になる。

本発明において、前記物体が、前記発光部と前記導光部との間の光路を妨げることを防止する区分部を備えることが好ましい。

これにより、例えば、物体を検知領域に配置する場合に、発光部と導光部との間の光路を妨げることがないように物体を配置する必要がなくなり、区分部が無いものに比べて物体の配置を簡単にできる。

本発明において、前記区分部は、所定の情報を表示する表示装置であることが好ましい。

これにより、例えば、表示装置に表示された情報に応じて検知領域に指等を配置することによって、位置を指定できるポインティングデバイスのように用いることができる。

本発明の実施形態の位置検知装置の斜視図。 図１の位置検知装置の正面図。 図１の位置検知装置の左側面図。 図１の位置検知装置が備える光源、光偏向器及び受光部の拡大図。 図１の位置検知装置の各構成要素の関係を示すブロック図。 実施形態の位置検知装置と実質的に等価な位置検知装置の概念図。 図６の等価位置検知装置を図６のＥ−Ｅ’線で山折りして法線方向に透視して示す概念図。 図１の位置検知装置において、光偏向器に印加される電圧、出射方向、第１受光部の受光量及び第２受光部の受光量の関係を示すタイミングチャート。 走査光の走査角度範囲等の計算に用いる記号の参照図。 位置検知装置の各諸元の値の組み合わせに対する走査光の走査角度範囲等の計算値を示した図。 図１０の計算値に基づくグラフ。 位置検知装置の各諸元の値の組み合わせに対する最大入射角度等の計算値を示した図。 図１２の計算値に基づくグラフ。

以下、本発明の実施形態の位置検知装置について説明する。

図１に示す位置検知装置１は、二次元の検知領域Ｒにある物体Ｑ（例：指、スタイラス等）の位置を検知する装置である。本実施形態の位置検知装置１は、所定の情報を表示する表示装置２の表示画面に対して利用者が指等でタッチ操作できるタッチパネル機器として構成されている。

本実施形態では、表示装置２の表示画面の法線方向に向かって見たときに、当該表示画面と検知領域Ｒの大きさが同じとなるように規定されている。なお、図１において、Ｎは平面の検知領域Ｒに対する法線方向（直角方向）を示す。また、Ｕ，Ｌは、表示装置２の表示画面を使用者に正対させたときに、使用者から見て上方向及び左方向を示す。

検知領域Ｒは二次元の領域であるので、当該検知領域Ｒの法線方向Ｎにおいて、検知領域Ｒとは異なる位置にある検知領域Ｒａ，Ｒｂは、該二次元の２方向には検知領域Ｒと等価な検知領域とみなすことができる。図１において、検知領域Ｒは、物体Ｑが接触する表示装置２の表示画面上に設定される。物体Ｑの位置は、理想的には検知領域Ｒ上の位置で検出されるべきであるが、該位置検知装置１は、後述するように、物体Ｑが光を遮断する位置を物体Ｑの位置として検出するので、物体Ｑの実際の検出位置は、検知領域Ｒから法線方向Ｎに離れた２つの検知領域Ｒａ，Ｒｂ上の位置となる。

本実施形態においては、検知領域Ｒの形状は長方形であり、該長方形は、図２に示すように、下辺（「第１辺」に相当）Ｒ１、上辺（「第２辺」に相当）Ｒ２、左辺（「第３辺」に相当）Ｒ３及び右辺（第４辺に相当）Ｒ４の４つの辺を有する。下辺Ｒ１と上辺Ｒ２とは対辺関係にある。左辺Ｒ３と右辺Ｒ４とは対辺関係にある。

位置検知装置１は、検知部３（図５参照）と、光の出射方向（角度）を所定の角度範囲θ23〜θ13（図２）内で変化可能に構成された１つの発光部４と、発光部４から出射された光を表示装置２の裏側または表側において反射する反射部材５とを備える。位置検知装置１は、さらに、発光部４から直接又は反射部材５で反射されてから入射する光を導光して、検知領域Ｒを通過するように出射する導光部６と、導光部６から直接又は反射部材５の反射面で反射されてから入射した光を再帰反射するように構成された再帰反射部７と、再帰反射部７で再帰反射されて往路と同一経路としての復路を往路とは逆向きで進んで来た光を受光する受光部８とを備える。

検知部３は、ＣＰＵ及びメモリ等により構成された電子ユニットであり、メモリに保持された制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、発光部４の作動を制御すると共に、受光部８の受光状態に応じて検知領域Ｒにある物体Ｑの位置を検知する。

発光部４は、図４に示すように、１つの光源４１と、１つの光偏向器４２で構成される。光源４１及び光偏向器４２は、表示装置２の表示画面とは反対側（裏側）において、反射部材５の上方向Ｕの長さの線分に対する垂直二等分線５１１（図２）上に配置される。反射部材５は、左辺Ｒ３に沿って配設されている。

光源４１は、狭指向性の光となる半導体レーザ光を出射するように構成されており、垂直二等分線５１１上で光偏向器４２より反射部材５側に配設されている。光源４１は、光偏向器４２に向けて光を出射し、光偏向器４２は、光源４１からの光を左方向Ｌに反射する。

光偏向器４２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）であり、光源４１からの光を反射するミラー面４２１と、１対のトーションバー４２４を介してミラー面４２１を支持する支持部４２３と、圧電駆動によりトーションバー４２４をその軸線周りに捩る圧電部４２５，４２６とを備える。

光偏向器４２は、出射部４２２（光源４１からの光が入射するミラー面４２１上の領域又はその代表点）を左方向Ｌに向けている。

圧電部４２５，４２６は、例えば、シリコン基板等の上に、電圧を印加可能に成膜されたチタン酸ジルコン酸鉛等による圧電膜が成膜されて構成されている。これにより、圧電膜に電圧が印加されることで、圧電膜がシリコン基板と共に屈曲変形する。このときの屈曲変形の大きさは、印加された電圧に応じて変化する。

本実施形態においては、圧電部４２５，４２６は、シリコン基板と共に屈曲変形をするための駆動用の圧電膜を有する。計４つの圧電部４２５，４２６のうちの１つは、その圧電膜が、平面的に分離されて、それぞれ駆動用及び検知用の圧電膜部分とされている。検知用の圧電膜部分は、シリコン基板の屈曲変形と共に屈曲変形することで、当該屈曲変形の大きさに応じた電圧信号をフィードバック信号として出力するようになっている。

検知部３が圧電部４２５と圧電部４２６に互いに逆相となる印加電圧を印加することで（図８参照）、圧電部４２５と圧電部４２６とが互いに反対側に屈曲変形し、トーションバー４２４に捩れが生じる。これにより、ミラー面４２１の光源４１に対する角度が変化することで、出射部４２２からの光の出射角度θが変化する。

光偏向器４２は、正弦波の直流電圧を印加されることで（図８の最上段参照）、ミラー面４２１が揺動し、出射部４２２からの光の出射角度θがθ23〜θ13（θ23＜０°＜θ13。θ13＝−θ23。）の間で変化するように構成されている（図８の第２段参照）。

なお、出射角度θ＝０°の直線は、出射部４２２からの光の出射方向が変化可能になっている所定の角度範囲の中心線となっており、法線方向Ｎから見て垂直二等分線５１１と重なっている。また、θ23〜θ13の角度範囲は、ミラー面４２１が光源４１からの光を反射する反射方向の角度範囲でもある。

検知部３は、光偏向器４２の圧電部４２５，４２６に互いに逆位相の電圧信号を印加したとき（以下、このように電圧信号を印加することを単に「光偏向器４２に電圧信号を印加する」という。）、検知用の圧電膜が出力した電圧値（出射角度検知電圧値）を得ることで圧電部４２５，４２６の実際の屈曲変形の大きさ（すなわち、光偏向器４２の偏向角に応じた出射角度θ）を検知する。そして、該検知した実際の屈曲変形の大きさを、目標となる屈曲変形の大きさとなるように、光偏向器４２に印加する電圧信号を制御する（すなわち、フィードバック制御をする）。

なお、本実施形態において用いられる光偏向器には、例えば、特開２００８−４０２４０号公報等に記載されているような様々な種類の光偏向器を適宜適用することができる。また、実際の屈曲変形の大きさを検知するための検知用の圧電膜は、特開２０１３−００７７７９号公報又は特開２０１２−２０３０７９号公報等に記載されている手法を適用することができる。

図５に示すように、導光部６は、第１導光部６１と第２導光部６２とからなる。第１導光部６１及び第２導光部６２は、例えば、アクリル樹脂等によって形成され、入射した光をその内部で全反射することで導光する導光体である。図３に示すように、第１導光部６１及び第２導光部６２は、横断面が台形（詳細には、１対の平行な短辺と長辺を有する等脚台形）の四角柱に形成されている。

また、第２導光部６２の長辺の長さは、第１導光部６１の長辺の長さより後述する第２再帰反射部７２の法線方向Ｎの長さ（厚さ）分長い（図３）。これにより、第１導光部６１から出射される光の光路と、第２導光部６２から出射される光の光路とは、法線方向Ｎに異なる位置に形成される。前記の検知領域Ｒａ，Ｒｂはそれぞれ第１導光部６１及び第２導光部６２から出射される光の光路に沿った面として定義される。本実施形態では、検知領域Ｒａ，Ｒｂは、表示装置２の表側において法線方向Ｎに表示装置２の表示画面に近い側及び遠い側の位置なる。

第１導光部６１は、左方向Ｌの長さが下辺Ｒ１よりやや長く形成され、上方向Ｕの正の向きに見たときに、下辺Ｒ１を覆うように配置されている。また、第１導光部６１は、その断面において長辺側が検知領域Ｒ側に臨むように、下辺Ｒ１に沿って当該下辺Ｒ１と所定の間隔を有して配置されている。

第２導光部６２は、左方向Ｌの長さが上辺Ｒ２よりやや長く形成され、上方向Ｕの負の向きに見たときに、上辺Ｒ２を覆うように配置されている。また、第２導光部６２は、その断面において長辺側が検知領域Ｒ側に臨むように、上辺Ｒ２に沿って当該上辺Ｒ２と所定の間隔を有して配置されている。

図５に示すように、再帰反射部７は、第１再帰反射部７１と第２再帰反射部７２とからなる。第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２は、入射した光に平行で且つ入射方向とは反対方向に出射する再帰反射となるような反射特性を持つように表面が加工されている。

より詳細には、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２は、例えば、ガラスビーズ又はコーナーキューブ等が表面に並べられた再帰反射テープ又は再帰反射シート等が、検知領域Ｒを向くようにして、板状に形成された樹脂部材等の表面に貼着されている。

このような再帰反射テープ又は再帰反射シートは、ガラスビーズ又はコーナーキューブ等の再帰反射体が表面に直接露出しているのではなく、当該表面を保護するための透光性を有する平面状の透光性部材によって覆われている。透光性部材としては、例えば、透光性プラスチック板又は透光性プラスチックフィルム等が用いられる。このため、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２に入射した光は、再帰反射体によって再帰反射される光（再帰反射光）と、透光性部材によって反射（再帰反射ではない通常の反射）される光（正反射光）とに分かれる。

第１再帰反射部７１は、出射部４２２から出射されて第１導光部６１に導光されて出射された光が入射するように配置されている。詳細には、第１再帰反射部７１は、法線方向Ｎに見たときに上下反転のＬ字状となるように形成され、上辺Ｒ２及び右辺Ｒ４に沿って配置されている。

より詳細には、第１再帰反射部７１は、その上辺Ｒ２に沿う部位が、上方向Ｕにおいて第２導光部６２の断面における長辺と上辺Ｒ２との間に配置されている。また、第１再帰反射部７１は、その右辺Ｒ４に沿う部位が、左方向Ｌにおいて右辺Ｒ４に対して検知領域Ｒの反対側に所定の間隔を有して配置されている。

第２再帰反射部７２は、出射部４２２から出射されて第２導光部６２に導光されて出射された光が入射するように配置されている。詳細には、第２再帰反射部７２は、法線方向Ｎに見たときに左右反転のＬ字状となるように形成され、下辺Ｒ１及び右辺Ｒ４に沿って配置されている。

より詳細には、第２再帰反射部７２は、その下辺Ｒ１に沿う部位が、上方向Ｕにおいて第１導光部６１の断面における長辺と下辺Ｒ１との間に配置されている。また、第２再帰反射部７２は、その右辺Ｒ４に沿う部位が、左方向Ｌにおいて右辺Ｒ４に対して検知領域Ｒの反対側に所定の間隔を有して配置されている。

注意すべきは、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２が、法線方向Ｎに見たときに、右辺Ｒ４に沿う部位においては重なっていることである。第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２は、法線方向Ｎにそれぞれ検知領域Ｒａ及び検知領域Ｒｂの位置に設定されている。

上記のように、第１導光部６１、第２導光部６２、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２が、検知領域Ｒに沿って配置されているので、位置検知装置１の大きさを、検知領域Ｒの大きさに対して大型化することを抑制できる。

図４及び図５に示すように、受光部８は、第１受光部８１と第２受光部８２とからなる。第１受光部８１及び第２受光部８２は、例えば、フォトダイオード等のように受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子である。

第１受光部８１及び第２受光部８２は、法線方向Ｎにおいて、光偏向器４２の裏側から遠い位置及び近い位置となるように、光偏向器４２の支持部４２３の外面側に固定されている（図３及び図４参照）。第１受光部８１及び第２受光部８２は、また、上方向Ｕに負の向き及び正の向きに、すなわち下辺Ｒ１及び上辺Ｒ２側にそれぞれ向けられている。

次に、図２及び図３を主に参照して、光偏向器４２から出射された光が受光部８まで届く光路について説明する。なお、図３において、反射部材５は省略されている。図３では、光偏向器４２からの出射光が、第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に直接、入射されるように描かれていると共に、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２からの出射光が第１再帰反射部７１又は第２再帰反射部７２に直接、入射されるように描かれている。実際には、光偏向器４２からの出射光の一部は、反射部材５に反射されてから裏側入出射面部分６３１に入射されると共に、表側入出射面部分６３２からの出射光の一部は、反射部材５に反射されてから第１再帰反射部７１又は第２再帰反射部７２に入射される。

光偏向器４２から直接又は反射部材５において反射してから第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射した光は、第１導光部６１又は第２導光部６２の断面の長辺の端部と短辺の端部とを結ぶ斜辺で全反射され、該斜辺に対向するもう一つの斜辺によって再度全反射され、該第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２から出射される（図３の光路Ｌ１，Ｌ２参照）。このとき、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２からの出射光は、検知領域Ｒ（この場合には、検知領域Ｒと等価な検知領域Ｒａ）を通過するように出射される。

そして、第１導光部６１の表側入出射面部分６３２からの出射光は、反射部材５において反射して又は反射無しでそのまま検知領域Ｒ（検知領域Ｒａ）を通って、上辺Ｒ２又は右辺Ｒ４に到達する。一方、第２導光部６２の表側入出射面部分６３２からの出射光は、反射部材５において反射して又は反射無しでそのまま検知領域Ｒ（検知領域Ｒｂ）を通って、下辺Ｒ１又は右辺Ｒ４に到達する。

第１導光部６１の表側入出射面部分６３２から上辺Ｒ２又は右辺Ｒ４に到達した光は、上辺Ｒ２又は右辺Ｒ４に沿って配置された第１再帰反射部７１によって再帰反射され、往路と同一の復路を往路とは逆向きで進行する。同様に、第２導光部６２の表側入出射面部分６３２から下辺Ｒ１又は右辺Ｒ４に到達した光は、下辺Ｒ１又は右辺Ｒ４に沿って配置された第２再帰反射部７２によって再帰反射され、往路と同一の復路を往路とは逆向きで進行する。

なお、復路を往路とは逆向きに進行する再帰反射光は、理論的には、往路及び復路としての光路は一致するものであるが、実際には多少の広がりを持つ復路となるように再帰反射される。図３に示された光路Ｌ１，Ｌ２は、広がった光路のうち第１受光部８１及び第２受光部８２に入射する光路を示している。こうして、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２から再帰反射してきた光は、それぞれ第１受光部８１及び第２受光部８２に受光される。

本実施形態においては、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２が上記のように設けられているので、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２に入射する光の光路と、各再帰反射部７１，７２によって再帰反射された光の光路とは、光の進行方向が反対となるだけで、基本的には、ほぼ同一の光路となる（実際には、若干の光の広がりが生じ得る）。従って、再帰反射された後に、第１導光部６１及び第２導光部６２によって再度導光された後の光は、当該導光部６１，６２から多少の広がりを持って光偏向器４２の方に向かう光となる。従って、第１受光部８１及び第２受光部８２を光偏向器４２の近くに配置するだけでよくなり、受光部の数を減少することができる。

なお、図４に限り、往路側の光路と復路側の光路とを明確にするために、光偏向器４２から再帰反射部７に入射するまでの往路側の光路には、符号の末尾に「ｆ」を付与して表し、再帰反射部７に再帰反射されてから受光部８に入射するまでの復路側の光路には、光路の符号の末尾に「ｂ」を付与して表している。

図２を参照して、光偏向器４２から再帰反射部７に向かう光について説明する。ミラー面４２１の中心としての出射部４２２から出射される光の出射角度θ11〜θ13、θ21〜θ23（出射角度を総称するときは、単に「出射角度θ」という）を定義している。出射部４２２からの出射角度θは、反射部材５の垂直二等分線５１１に対する角度であり、垂直二等分線５１１に対して下辺Ｒ１側を正、上辺Ｒ２側を負と定義する。θ23＜θ22＜θ21＜０°＜θ11＜θ12＜θ13と定義する。また、θ11＝−θ21、θ12＝−θ22、及びθ13＝−θ23と定義する。

検知部３は、光偏向器４２に対して所定の周波数且つ所定の振幅のピークツーピーク値の直流電圧を印加することで、当該光偏向器４２のミラー面４２１を揺動させる。これにより、出射部４２２から出射される光の出射角度θが、所定の周波数且つ所定の角度範囲θ23〜θ13で変化する（図２及び図８参照）。

以下、光の出射角度θに関して、「θ11→θ12→θ13→θ12→θ11」のように、θ11〜θ13の角度範囲（以下、「第１の角度範囲」という）で変化している期間を第１の所定期間という。また、光の出射角度θに関して、「θ21→θ22→θ23→θ22→θ21」のように、θ21〜θ23の角度範囲（以下、「第２の角度範囲」という）で変化している期間を第２の所定期間という。第１の角度範囲と第２の角度範囲とは、反射部材５の垂直二等分線５１１に対して対称となっている。

ここで、光源４１及び光偏向器４２は各々１つである（換言すると、発光部４が１つである）から、第１の所定期間と第２の所定期間とは、互いに重なり合うことがない（第２の所定期間が含む時刻は、第１の所定期間に含まれる時刻以外の時刻のみを含む）。また、第１の角度範囲と第２の角度範囲とは、互いに重なり合うことがない（第２の角度範囲が含む角度は、第１の角度範囲に含まれる角度以外の角度のみを含む）。

図２の出射角度θ＝θ11，θ12，θ13，θ21，θ22，θ23について説明する。光路Ｌ11，Ｌ12，Ｌ13，Ｌ21，Ｌ22，Ｌ23は、出射角度θ＝θ11，θ12，θ13，θ21，θ22，θ23のときの光路である。図２の各光路において矢の向きは、光の進行方向を示している。なお、光路の往路部分と復路部分とは同一であり、光の進行方向のみが相互に逆となっている。

θ＝θ11又はθ＝θ21は、光偏向器４２からの出射光が、反射部材５において反射した後、第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射し、第１導光部６１又は第２導光部６２内を通り、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２において検知領域Ｒの右下頂点又は右上頂点に達するときの出射部４２２からの出射光の出射角度として定義される。

θ＝θ12又はθ＝θ22は、光偏向器４２からの出射光が、最終的に検知領域Ｒの右上頂点又は右下頂点に達するときの出射部４２２からの出射光の出射角度として定義される。すなわち、θ＝θ12又はθ＝θ22のときの光偏向器４２からの出射光は、表示装置２の裏側では、反射部材５に反射することなく第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射し、第１導光部６１又は第２導光部６２内を通り、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２において検知領域Ｒに出射される。そして、途中で、反射部材５に反射してから、検知領域Ｒの右上頂点又は右下頂点に達する。

θ＝θ13又はθ＝θ23は、光偏向器４２からの出射光が、最終的に検知領域Ｒの左上頂点又は左下頂点に達するときの出射部４２２からの出射光の出射角度として定義される。すなわち、θ＝θ13又はθ＝θ23のときの光偏向器４２からの出射光は、表示装置２の裏側では、反射部材５に反射することなく第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射し、第１導光部６１又は第２導光部６２内を通り、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２において検知領域Ｒに出射される。そして、検知領域Ｒの左上頂点又は左下頂点において反射部材５に達する。検知領域Ｒの左上頂点又は左下頂点の位置は、再帰反射部７の左端の位置と重なるので、検知領域Ｒの左上頂点又は左下頂点に到達した光は、反射部材５に反射した後は、直ちに往路を逆行する復路を進むことになる。θ＝θ13又はθ＝θ23は、出射部４２２からの出射光が正側及び負側に最大に振れたときの出射光の出射角度でもある。

光偏向器４２からの出射光の出射角度θが、θ21≦θ≦θ11の範囲にあるときは、該出射光は、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２から検知領域Ｒに出射されない。このため、該出射光は、検知領域Ｒの物体Ｑの検知には、利用できない。なお、発光部４の光源４１は、光偏向器４２に対してθ21≦θ≦θ11の範囲に配置されるように、光源４１の寸法や検知領域Ｒの縦横の寸法が設定される。

光偏向器４２からの出射光の出射角度θが、θ11＜θ≦θ13の範囲又はθ23≦θ＜θ21の範囲にあるときは、該出射光は、第１導光部６１又は第２導光部６２の表側入出射面部分６３２から検知領域Ｒに出射される。このため、該出射光は、検知領域Ｒの物体Ｑの検知に利用される。

図２において、往路側の光路Ｌ1q及びＬ2qは、出射部４２２からの出射光が物体Ｑに到達するときの往路側の光路を示している。光路Ｌ1q及びＬ2qが生成されるときの出射角度θを、θ1q（第１の出射角度），θ2q（第２の出射角度）と定義する。θ11＜θ1q≦θ13，θ23≦θ2q＜θ21の関係がある。

図６は位置検知装置１の等価位置検知装置１００を示す。等価位置検知装置１００は、位置検知装置１の作用を分かり易くするための構造となっている。等価位置検知装置１００は、位置検知装置１の立体構造を垂直二等分線５１１に対称な平面構造に展開したものになっている。位置検知装置１では、光偏向器４２の出射部４２２からの出射光の光路が３次元で形成されているのに対し、等価位置検知装置１００では、それら光路が検知領域Ｒと同一の平面上に設定される。

等価位置検知装置１００の要素において、位置検知装置１の要素と同一のものは、位置検知装置１において付けられている符号と同一の符号を付けている。位置検知装置１と等価位置検知装置１００とは、検知領域Ｒ及び再帰反射部７の構造が同一となっている。位置検知装置１の発光部４は、等価位置検知装置１００では、平面構造への展開のために、発光部４ａ，４ｂの２つとなる。

図６において、上方向ＵにＡ−Ａ’線とＣ−Ｃ’線との間の領域は、位置検知装置１の第２導光部６２に相当する。上方向ＵにＢ−Ｂ’線とＤ−Ｄ’線との間の領域は、位置検知装置１の第１導光部６１に相当する。なお、図６では、Ａ−Ａ’線とＣ−Ｃ’線との間隔としての第２導光部６２の寸法、及びＢ−Ｂ’線とＤ−Ｄ’線との間隔としての第１導光部６１の寸法は、検知領域Ｒの寸法に対して誇張されており、現実の位置検知装置１では、検知領域Ｒの寸法に対して十分に小さい。

等価位置検知装置１００では、反射部材５が省略される。Ｅ−Ｅ’線は、位置検知装置１の反射部材５の反射面に対応する。図６の光路Ｌ11’〜Ｌ23’は図２の光路Ｌ11〜Ｌ23に対応している。光路Ｌ1q’，Ｌ2q’は、図２の光路Ｌ1q，Ｌ2qに対応している。

等価位置検知装置１００の光路においてＥ−Ｅ'線を横切る位置が、左辺Ｒ３の範囲外で、Ｃ−Ｃ'線の上方向及びＤ−Ｄ'の下方向にあるときは、該光路上の光は、反射部材５の反射面に反射してから、第１導光部６１又は第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射することを意味する。等価位置検知装置１００の光路においてＥ−Ｅ'線を横切る位置が、左辺Ｒ３の範囲外で、Ｂ−Ｂ'線とＤ−Ｄ'線の間にあるときは、第１導光部６１の裏側入出射面部分６３１に入射し、第１導光部６１の台形端面から出射し、反射部材５の反射面で反射して、再び、第１導光部６１の台形端面から第１導光部６１に入射し、その後、第１導光部６１の表側入出射面部分６３２から検知領域Ｒに出射することを意味する。

左辺Ｒ３の範囲外で、Ａ−Ａ'線とＣ−Ｃ'線の間にあるときは、第２導光部６２の裏側入出射面部分６３１に入射し、第２導光部６２の台形端面から出射し、反射部材５の反射面で反射して、再び、第２導光部６２の台形端面から第２導光部６２に入射し、その後、第２導光部６２の表側入出射面部分６３２から検知領域Ｒに出射することを意味する。

図６において、光偏向器４２ａ，４２ｂからの出射光の出射角度θが、θ11＜θ≦θ12の範囲又はθ22≦θ＜θ21の範囲にあるときは、すなわち光路が光路Ｌ11’〜Ｌ12’の範囲内又は光路Ｌ21’〜Ｌ22’の範囲内の光路では、出射部４２２ａ，４２２ｂ（出射部４２２と等価）からの出射光は、下辺Ｒ１又は上辺Ｒ２から検知領域Ｒに出射される。

従って、光路Ｌ11〜Ｌ12間の光路の光、及び光路Ｌ21〜Ｌ22間の光路の光は、反射部材５の反射面において反射してから、検知領域Ｒに出射されることになる。検知領域Ｒに出射された光は、検知領域Ｒを通過して右辺Ｒ４の第１再帰反射部７１又は第２再帰反射部７２に入射する。そして、第１再帰反射部７１又は第２再帰反射部７２において再帰反射した後、往路の光路を復路の光路として逆戻りし、第１受光部８１又は第２受光部８２に受光される。

光偏向器４２ａ，４２ｂからの出射光の出射角度θが、θ12＜θ≦θ13の範囲又はθ23≦θ＜θ22の範囲にあるときは、すなわち光路が光路Ｌ12’〜Ｌ13’の範囲内又は光路Ｌ22’〜Ｌ23’の範囲内にあるときは、出射部４２２ａ，４２２ｂからの出射光は、下辺Ｒ１若しくは上辺Ｒ２から検知領域Ｒに出射され、又は左辺Ｒ３から検知領域Ｒに出射される。

従って、光路Ｌ12〜Ｌ13間の光路の光、及び光路Ｌ22〜Ｌ23間の光路の光は、反射部材５の反射面において反射してから、検知領域Ｒに出射されるか、又は、反射部材５の反射面において反射することなく、検知領域Ｒに出射され、その後、反射部材５の反射面において反射してから、再び検知領域Ｒを通過して、上辺Ｒ２の第１再帰反射部７１又は下辺Ｒ１の第２再帰反射部７２に入射する。そして、第１再帰反射部７１又は第２再帰反射部７２において再帰反射した後、往路の光路を復路の光路として逆戻りし、第１受光部８１又は第２受光部８２に受光される。

光偏向器４２ａ，４２ｂからの出射光の出射角度θが、θ＝θ1q又はθ＝θ2qであるとき、出射光は、物体Ｑに遮られて、物体Ｑに到達しない。従って、このときの第１受光部８１又は第２受光部８２の受光量は、所定値ｅ（図８の第３段及び第４段の縦軸参照）未満になる。これにより、検知領域Ｒにおける物体Ｑの存否を検出することができる。一方、検知部３は、θ＝θ1q及びθ＝θ2qのときの出射角度θをθ1q，θ2qとして検知する。光偏向器４２ａ，４２ｂの位置は既知であるので、既知の光偏向器４２ａ，４２ｂの位置とθ1q，θ2qとを使って、三角測量法により検知領域Ｒにおける物体Ｑの位置が求められる。

上記所定値ｅは、外乱光の影響等を鑑みて、物体Ｑによって光が遮られたことを検知できるような値となるように、実験等によって予め決定される。

図７は、図６の等価位置検知装置１００を図６のＥ−Ｅ’線で１８０°山折りして法線方向Ｎに透視したときの等価位置検知装置１１０の構造を示したものである。等価位置検知装置１１０は、位置検知装置１と等価である。図７の等価位置検知装置１１０を、更に、Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線において９０°で山折りして、法線方向Ｎに透視したときの構造が図２の構造となる。

図８は、前述の第１及び第２の所定期間等を説明するためのタイミングチャートである。該タイミングチャートは、光偏向器４２の圧電部４２５，４２６の印加電圧（図８の第１段）、出射部４２２からの出射光の出射角度（図８の第２段）、並びに第１受光部８１及び第２受光部８２の受光量（図８の第３段及び第４段）を示している。

図８において、ｔ1，ｔ2は、出射部４２２からの出射光の出射角度についての１サイクルの開始及び終了の時刻を示す。ｔ1，ｔ2は、圧電部４２５の印加電圧が０Ｖから上昇開始する時刻でもあり、ｔ1−ｔ2の時間間隔は、圧電部４２５，４２６の印加電圧の１周期に相当する。第１所定期間は、出射角度θが、θ11を上回ってから、次に下回るまでの期間として定義され、θ11→θ12→θ13→θ12→θ11と変化する期間に対応する。第２所定期間は、出射角度θが、θ21を下回ってから、次に上回るまでの期間として定義され、θ21→θ22→θ23→θ22→θ21と変化する期間に対応する。

出射部４２２からの出射光の出射角度について第１及び第２所定期間を除いた残りの期間は、物体Ｑの検知を中止する対象外期間として定義される。時刻ｔ1から出射角度θがθ11を上回るまでの期間（０°→θ11と変化する期間）と、出射角度θがθ11を下回る時刻からθ21を下回るまでの期間（θ11→０°→θ21と変化する期間）と、出射角度θがθ21を上回る時刻から時刻ｔ2までの期間（θ21→０°と変化する期間）とが対象外期間となる。

検知部３は、対象外期間では、第１受光部８１又は第２受光部８２の受光量に関係なく、物体Ｑの検知を中止している。第１及び第２の所定期間において、検知領域Ｒに物体Ｑが存在していなければ、第１受光部８１及び第２受光部８２の受光量は、それぞれ所定値ｅ以上に保持される。これに対し、第１及び第２の所定期間において、検知領域Ｒに物体Ｑが存在していれば、第１受光部８１及び第２受光部８２の受光量は、共に所定値ｅ未満となる。

時刻ｔ1q1，ｔ1q2，ｔ2q1は、検知部３が第１の所定期間において発光部４からの光が物体Ｑによって遮られたと検知した時刻を示している。時刻ｔ1q3，ｔ1q4は、検知部３が第２の所定期間において発光部４からの光が物体Ｑによって遮られたと検知した時刻を示している。出射部４２２からの出射光による検知領域Ｒの走査の１サイクルには、出射角度θ13，θ23以外については、同一の出射角度θが２つ含まれる。従って、第１の所定期間においてθ＝θ1qに対応する時刻ｔ1q1，ｔ1q2は２つあると共に、第２の所定期間においてθ＝θ2qに対応する時刻ｔ1q3，ｔ1q4も２つある。

検知部３は、時刻ｔ1q1，ｔ1q2における出射部４２２からの出射光の出射角度θからθ1qを求め、時刻ｔ1q3，ｔ1q4における出射部４２２からの出射光の出射角度θからθ2qを求めることができる。

第１受光部８１及び第２受光部８２には、それぞれ第２及び第１の所定期間において第２再帰反射部７２及び第１再帰反射部７１から正反射の反射光が入射される。しかしながら、検知部３は、第１受光部８１及び第２受光部８２の受光量に基づく物体Ｑの検出を第１及び第２の所定期間に限定して、行うので、正反射の反射光による物体Ｑの誤検出は防止される。

本実施形態の位置検知装置１において、発光部４（光源４１及び光偏向器４２）が１つであっても物体Ｑの位置を検知できるので、複数の発光部を用いる場合に要求される動作特性が高精度で同等な発光部を選別する必要がなく、部品コスト及び部品の選別コストの増加を抑制できる。

また、発光部４（光偏向器４２）が１つであるので、複数の発光部を用いる場合のように、各発光部の作動を同期させる制御が不要で、フィードバック制御を行う場合でも物体Ｑの位置の検知精度を向上できる。

また、本実施形態では、光の出射角度を変更するために、ＭＥＭＳによる光偏向器を用いている。このため、光偏向器の大きさを小型にできる。

また、このような光偏向器４２は、小さなサイズで大きな偏向角が得られることが求められる。従って、光偏向器４２の機械的な共振周波数でミラー面４２１を揺動することも多い。このため、複数の光偏向器を用いる場合には、各光偏向器の動作特性を同等に形成するために許容される製造誤差が非常に小さくなる。従って、特にＭＥＭＳによる光偏向器を位置検知装置の発光部として用いる場合においては、複数の発光部が必要になると、部品の選別コストを増大させる一因となりやすい。１つの発光部だけでよい本発明の位置検知装置は、ＭＥＭＳによる光偏向器を発光部として用いる場合において、特に有効に適用できる。

また、前述したように、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２の表面は、透光性部材によって覆われているので、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２に入射した光の一部は、透光性部材による正反射光となる。従って、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２から再帰反射される光のエネルギーを多くするためには、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２への入射角が所定の角度（本実施形態においては、例えば約６０°に規定されている。所定の角度は、再帰反射部として用いる部材に応じて適宜規定される）よりも小さくなるように構成することが望ましい。

このため、本実施形態においては、光偏向器４２の出射部４２２が法線方向Ｎから見て垂直二等分線５１１上に配置されている。これにより、光偏向器４２の出射部４２２が法線方向Ｎから見て検知領域Ｒの長辺の垂直二等分線上配置されるものに比べて、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２に入射する光の最大の入射角が小さくなる。

従って、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２によって再帰反射された光のエネルギーが大きくなり、ひいては、受光部８が受光する光が外乱光等に埋もれ難くなり、物体Ｑの位置の検知精度を向上できる。

図９は、位置検知装置１における走査光（出射部４２２からの出射光）の走査角度範囲（θ23〜θ13）及び再帰反射部７に対する最大入射角α，βを計算する際に使用する記号の参照図である。各記号の定義は次のとおりである。

ａ：検知領域Ｒの短辺の長さ
ｂ：検知領域Ｒにおける短辺の長さに対する長辺の長さの比率（ｂ≧１）。※長辺の長さはｂａとなる。
ｃ：導光部６を通過するときの法線方向Ｎの移動距離の、短辺の長さに対する比率。※実際の移動距離はｃａとなる。
ｄ：長辺方向の左辺Ｒ３と出射部４２２との間の長さの、長辺の長さに対する比率。※長辺方向の左辺Ｒ３と出射部４２２との間の実際の長さはｄｂａとなる。
２δ：出射光の走査角度範囲。なお、２δ＝θ13−θ23＝２・θ13である。
２γ：出射光の検知対象外角度範囲。なお、２γ＝θ11−θ21＝２・θ11である。検知対象外角度範囲は、図８の対象外期間に対応する出射角度θの範囲である。
２γ／２δ：出射光の無効走査角度範囲／出射光の走査角度範囲
α：右辺Ｒ４の再帰反射部７に対する最大入射角度
β：下辺Ｒ１の再帰反射部７に対する最大入射角度

次の式が成立する。
２δ＝２ｔａｎ^-1［｛（ａ＋ｃａ＋ａ／２）｝／（ｄｂａ）］＝２ｔａｎ^-1｛（３／２＋ｃ）／（ｂｄ）｝・・・式（１）
２γ＝２ｔａｎ^-1［｛（ａ／２＋ｃａ）｝／（ｂａ＋ｄｂａ）］＝２ｔａｎ^-1［（１／２＋ｃ）／｛ｂ（１＋ｄ）｝］
・・・式（２）
２γ／２δ＝ｔａｎ^-1［（１／２＋ｃ）／｛ｂ（１＋ｄ）｝］／ｔａｎ^-1｛（３／２＋ｃ）／（ｂｄ）｝・・・式（３）

α＝ｔａｎ^-1［｛（ａ＋ｃａ＋ａ／２）｝／（ｂａ＋ｄｂａ）］＝ｔａｎ^-1｛（３／２＋ｃ）／｛ｂ（１＋ｄ）｝・・・式（４）
β＝ｔａｎ^-1｛（ｂａ＋ｄｂａ）／（ａ＋ｃａ＋ａ／２）｝＝ｔａｎ^-1［｛ｂ（１＋ｄ）｝／（２／３＋ｃ）］・・・式（５）

ｄ＝０の場合は、長辺方向の出射部４２２の位置が左辺Ｒ３上になり、出射光の走査角度範囲（２δ）は１８０°となる。ｄ＝１の場合は、長辺方向の出射部４２２の位置が右辺Ｒ４上になり、出射光の走査角度範囲（２δ）は最小となると共に、βは最大となる。ただし、出射部４２２の位置は、法線方向Ｎに検知領域Ｒの投影領域内とする。

図１０は、各値の組み合わせに対して式（１）〜式（３）に基づいて計算した計算値を示している。図１１は、ｄに対する２δ及び２γ／２δの変化を示すグラフである。２δが小さいほど、光偏向器４２に要求される走査角範囲は小さくて済む。また、２γ／２δが小さいほど、出射光の使用効率が増大する。

図１２は、各値の組み合わせに対して式（４）及び式（５）に基づいて計算した計算値を示している。図１３は、ｄと２δ及び（下辺Ｒ１に対する最大入射角度）βとの関係を示すグラフである。２δが小さいほど、光偏向器４２に要求される走査角範囲は小さくて済む。また、βが小さいほど、再帰反射部７の再帰反射率は増大する。再帰反射部７が再帰反射できる典型的な最大入射角度は、約６０°である。したがって、典型的な位置検知装置１では、再帰反射部７における光の入射角度を約６０°以下になるように設定する必要がある。

また、本実施形態においては、第１受光部８１及び第２受光部８２では、光を最も効率よく受光できる方向（以下、「最大受光効率方向」という）が、当該第１受光部８１及び第２受光部８２の受光面８１１，８２１の法線方向となっている。このため、第１受光部８１及び第２受光部８２の受光面８１１，８２１（図４）の法線方向が、第１再帰反射部７１及び第２再帰反射部７２に再帰反射されて第１導光部６１及び第２導光部６２によって再度導光された光のエネルギーが最も小さいときの光（以下、「最小光」という）の進行方向と一致するように、第１受光部８１及び第２受光部８２が配置されている（図４参照）。

詳細には、第１の角度範囲θ11〜θ13のうち最小光となる出射角度は、第１再帰反射部７１に入射する入射角が最も大きくなる光路Ｌ12のときの出射角度θ12である。従って、光路Ｌ12ｂが第１受光部８１に入射するときの方向が、第１受光部８１の受光面８１１の法線方向（すなわち、第１受光部８１における最大受光効率方向）と一致するように第１受光部８１が配置される（図４（ｂ）参照）。

また、第２の角度範囲θ21〜θ23のうち最小光となる出射角度は、第２再帰反射部７２に入射する入射角が最も大きくなる光路Ｌ22のときの出射角度θ22である。従って、光路Ｌ22ｂが第２受光部８２に入射するときの方向が、第２受光部８２の受光面８２１の法線方向（すなわち、第２受光部８２における最大受光効率方向）と一致するように第２受光部８２が配置される（図４（ｃ）参照）。

このように、各受光部８１，８２が配置されることで、実際に各受光部８１，８２が受光する光のエネルギーのばらつきを抑えることができる。

なお、必ずしも、各受光部８１，８２を、光を最も効率よく受光できる方向が、最小光の進行方向と一致するように配置されていなくともよい。

なお、本実施形態においては、検知領域Ｒの形状が長方形であったが、検知領域の形状は、長方形に限らず、円形等どのような形状をも取り得る。

また、本実施形態では、発光部として、光の出射角度を変更するためにＭＥＭＳによる光偏向器を用いているが、光の出射角度を変更できれば、ＭＥＭＳによる光偏向器を用いる必要はなく、例えば、電動モータ等の回転駆動力を出力するアクチュエータを用いて反射面を動かすか、又は、当該アクチュエータの駆動力によって光源を動かすことで、発光部からの光の出射角度を変更してもよい。

また、本実施形態においては、再帰反射部７を設けているが、再帰反射部が設けられていない態様であってもよい。この場合には、第１受光部として、第１導光部６１から出射された光を受光するための複数の受光素子を、検知領域Ｒの上辺Ｒ２及び右辺Ｒ４に沿って並設する。また、第２受光部として、第２導光部６２から出射された光を受光するための複数の受光素子を、検知領域Ｒの下辺Ｒ１及び右辺Ｒ４に沿って並設する。

この態様であっても、発光部４は１つであるので、部品コスト及び部品の選別コストの増加を抑制できると共に、フィードバック制御を行った場合であっても物体の位置の検知精度を向上できるという本発明の効果が得られる。

また、再帰反射部を設ける場合であっても、これらの配置位置は本実施形態のように検知領域の辺に沿うように配置する必要はない。

また、本実施形態においては、光源４１と出射部４２２との間を結ぶ線は、検知領域Ｒに平行となっている垂直二等分線５１１に設定されているが、検知領域Ｒに対して平行でない線であってもよい。該線は、例えば、法線方向Ｎに見て垂直二等分線５１１に重なるものの、検知領域Ｒに対して斜めの直線であってもよい。

また、本実施形態においては、光源４１、光偏向器４２、及び出射部４２２を、左辺Ｒ３に平行な方向において、当該左辺Ｒ３の中央としての垂直二等分線５１１上に配置しているが、これらの各々は中央以外に配置される態様でもよい。

また、導光部の配置位置及びその形状は、本実施形態の態様に限らない。これらの態様は、発光部から出射される光の出射角度、及び検知領域等の相対的な関係（各々の相対的な位置関係及び形状）に応じて、第１の所定期間において第１の角度範囲で発光部から出射された光が、その出射角度が変化することで導光部から出射された光が検知領域の全体を通過するように適宜構成される。さらに、第２の所定期間において第２の角度範囲で発光部から出射された光が、その出射角度が変化することで導光部から出射された光が検知領域の全体を通過するように適宜構成される。

また、本実施形態の位置検知装置は、タッチパネル機器として用いられているが、表示装置以外の部材（区分部）が設けられているか、又は該区分部が設けられていない場合であっても、規定された検知領域にある物体の位置を検知する位置検知装置として構成することができる。区分部が設けられている場合には、例えば、物体を検知領域に配置する場合に、発光部と導光部との間の光路を妨げることがないように物体を配置する必要がなくなり、区分部が設けられていないものに比べて物体の配置を簡単にできる。なお、区分部が設けられていない場合であっても、検知領域に配置された物体の位置を検知できるという本発明の効果は得られる。

１・・・位置検知装置、２・・・表示装置（区分部）、３・・・検知部、４・・・発光部、５・・・反射部材（反射部）、６・・・導光部、７・・・再帰反射部、８・・・受光部、４１・・・光源、４２・・・光偏向器、６１・・・第１導光部、６２・・・第２導光部、７１・・・第１再帰反射部、７２・・・第２再帰反射部、８１・・・第１受光部、８２・・・第２受光部、４２１・・・ミラー面、４２２・・・出射部、５１１・・・垂直二等分線。

Claims (9)

1. 二次元の検知領域にある物体の位置を検知するように構成された検知部と、
   光の出射方向を所定の角度範囲内で変化可能に構成された１つの発光部と、
   前記検知部及び前記発光部の方に反射面を向けて前記検知部の１つの辺に沿って配設された反射部と、
   前記発光部から直接に又は前記反射面で反射してから入射する光を導光して、前記検知領域を通過するように出射する導光部と、
   前記導光部から出射されてから前記反射面で反射して前記検知領域を通過した後の光を受光するように構成された受光部とを備え、
   前記検知部は、
   第１の所定期間において、前記出射方向を変化させることで前記導光部から出射された光が前記検知領域の全体を通過するように、前記所定の角度範囲のうち第１の角度範囲で前記発光部から光を出射し、
   前記第１の所定期間と重ならない第２の所定期間において、前記出射方向を変化させることで前記導光部から出射された光が前記検知領域の全体を通過するように、前記所定の角度範囲のうち前記第１の角度範囲と重ならない第２の角度範囲で光を出射し、
   前記第１の所定期間において、前記受光部の受光状態に応じて前記発光部からの光が前記物体によって遮られたと検知したときの第１の出射角度と、前記第２の所定期間において、前記受光部の受光状態に応じて前記発光部からの光が前記物体によって遮られたと検知したときの第２の出射角度とに基づいて、前記物体の位置を検知することを特徴とする位置検知装置。
2. 請求項１に記載の位置検知装置において、
   前記導光部から出射されて前記検知領域を通過した後の光を再帰反射するように構成された再帰反射部を備え、
   前記受光部は、前記再帰反射部に再帰反射された後に、前記導光部によって再度導光された後の光を受光することを特徴とする位置検知装置。
3. 請求項２に記載の位置検知装置において、
   前記検知領域の形状は、対辺となっている第１辺と第２辺、及び対辺となっている第３辺と第４辺の４つの辺を有する長方形であり、
   前記再帰反射部は、前記検知領域の側から入射した光を再帰反射するように、前記第１辺、前記第２辺、及び前記第４辺に沿って設けられ、
   前記反射部は、前記第３辺に沿って配設され、
   前記導光部は、前記第１の所定期間において、前記反射部及び前記発光部からの光を導光して前記検知領域を通過するように出射する前記第１辺に沿って設けられた第１導光部と、前記第２の所定期間において、前記反射部及び前記発光部からの光を導光して前記検知領域を通過するように出射する前記第２辺に沿って設けられた第２導光部から成ることを特徴とする位置検知装置。
4. 請求項３に記載の位置検知装置において、
   前記発光部は、前記検知領域の平面に対して直角方向から見て前記所定の角度範囲の中心線が前記第３辺の垂直二等分線に重なるように、配設されていることを特徴とする位置検知装置。
5. 請求項３又は４に記載の位置検知装置において、
   前記受光部は、光を最も効率よく受光できる方向が、前記再帰反射部によって再帰反射された光のエネルギーが最も小さいときの光である最小光の進行方向と一致するように配設されていることを特徴とする位置検知装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の位置検知装置において、
   前記第１辺及び前記第２辺が長辺であり、前記第３辺及び前記第４辺が短辺であることを特徴とする位置検知装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置検知装置において、
   前記発光部は、１つの光源と、該光源からの光を反射するミラー面を有し、該ミラー面によって反射された光の反射方向が前記所定の角度範囲内で変化するように前記ミラー面の向きを変化させる１つの光偏向器とを備えることを特徴とする位置検知装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置検知装置において、
   前記物体が、前記発光部と前記導光部との間の光路を妨げることを防止する区分部を備えることを特徴とする位置検知装置。
9. 請求項８に記載の位置検知装置において、
   前記区分部は、所定の情報を表示する表示装置であることを特徴とする位置検知装置。