(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を出射する照射部と、
前記照射光が対象物に反射することによる反射光を少なくとも受光する受光素子と、
前記受光素子の受光検出信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部が出力する信号に基づいて、前記対象物の位置特定情報を出力する検出部と、
前記位置特定情報に基づいて前記対象物の位置を判定する判定部と、
前記増幅部の出力ノードと前記検出部の入力ノードとの間に設けられる結合キャパシターとを含み、
前記検出部は、前記位置特定情報として発光電流制御情報を出力し、
前記結合キャパシターの容量値は、前記発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅になるように設定されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記検出部は、前記入力ノードに対して逆バイアス電圧を設定するための逆バイアス印加用の回路を含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記受光素子は、フォトダイオードであって、
前記逆バイアス電圧は、前記入力ノードに前記受光素子を接続する場合に、前記フォトダイオードに対して逆方向の電圧を印加するためのバイアス電圧であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記所定の変動幅は、前記対象物の検出精度が所望の検出精度になる変動幅であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記判定部は、
前記対象物が検出される領域である検出領域に前記対象物が存在しない第１の期間における前記発光電流制御情報である第１期間用発光電流制御情報と、
前記検出領域に前記対象物が存在する第２の期間における前記発光電流制御情報である第２期間用発光電流制御情報とに基づいて、
前記対象物の位置を判定することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記結合キャパシターの前記容量値は、前記第１期間用発光電流制御情報の値が所定の値になるように設定されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記所定の値は、前記第２期間用発光電流制御情報の変動幅の中間の値であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれかにおいて、
前記結合キャパシターの前記容量値は、前記第２期間用発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅になるように設定されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記所定の変動幅は、前記対象物の検出精度が所望の検出精度になる変動幅であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記増幅部は、
前記受光素子に流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力信号を所定のバイアス電圧を中心として増幅し、増幅信号を前記出力ノードに出力する増幅回路とを含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式検出装置、表示装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、表示部の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付きの表示装置が用いられる。この表示装置によれば、ユーザーは、表示部に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングしたり、情報を入力することが可能になる。このようなタッチパネルによる位置検出方式としては、例えば抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。
【０００３】
一方、投写型表示装置（プロジェクター）やデジタルサイネージ用の表示装置では、携帯電話やパーソナルコンピューターの表示装置に比べて、その表示エリアが広い。従って、これらの表示装置において、上述の抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルを用いて位置検出を実現することは難しい。
【０００４】
投写型表示装置用の位置検出装置の従来技術としては、例えば特許文献１、２に開示される技術が知られている。しかしながら、この位置検出装置では、システムが大掛かりになってしまうなどの問題がある。また、検出エリアが広い場合には、フォトダイオードなどの受光素子からの検出信号が小さくなってしまい、その結果、十分な検出精度を得ることが難しいなどの問題がある。また、検出精度を向上させるために、光学設計上のパラメーターや回路設計上のパラメーターを調整する必要があり、その結果、設計コスト、製造コスト等の増大を招くなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４５０８５
【特許文献２】特開２００１−１４２６４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、効率的に検出精度を向上させることができる光学式検出装置、表示装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、照射光を出射する照射部と、前記照射光が対象物に反射することによる反射光を少なくとも受光する受光素子と、前記受光素子の受光検出信号を増幅する増幅部と、前記増幅部が出力する信号に基づいて、前記対象物の位置特定情報を出力する検出部と、前記位置特定情報に基づいて前記対象物の位置を判定する判定部と、前記増幅部の出力ノードと前記検出部の入力ノードとの間に設けられる結合キャパシターとを含む光学式検出装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、増幅部の出力ノードと検出部の入力ノードとの間に設けられる結合キャパシターの容量値を、受光素子や回路素子の特性などに応じて設定することができるから、効率的に検出精度を向上させることなどが可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記検出部は、前記入力ノードに対して逆バイアス電圧を設定するための逆バイアス印加用の回路を含んでもよい。
【００１０】
このようにすれば、受光素子の受光電流が大きく、増幅する必要がない場合には、受光素子を直接入力ノードに接続することで、受光素子に逆バイアス電圧が印加された状態で、受光素子を動作させることができる。また受光素子の受光電流が小さい場合には、増幅部で受光検出信号を増幅し、増幅された信号を検出部に入力することができる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記受光素子は、フォトダイオードであって、前記逆バイアス電圧は、前記入力ノードに前記受光素子を接続する場合に、前記フォトダイオードに対して逆方向の電圧を印加するためのバイアス電圧であってもよい。
【００１２】
このようにすれば、受光素子であるフォトダイオードに逆バイアス電圧を印加することができるから、受光素子を直接検出部の入力ノードに接続することができる。その結果、増幅部が不要になるから、装置の構成を簡素にすることができ、製造コストの低減などが可能になる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記検出部は、前記位置特定情報として発光電流制御情報を出力し、前記結合キャパシターの容量値は、前記発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅になるように設定されてもよい。
【００１４】
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅に設定されるから、所望の検出精度を得ることが可能になる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記所定の変動幅は、前記対象物の検出精度が所望の検出精度になる変動幅であってもよい。
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、所望の検出精度を得ることが可能になるから、光学設計上のパラメーターや回路設計上のパラメーターを調整することなしに、所望の位置検出精度を実現することが可能になる。
【００１６】
また本発明の一態様では、前記判定部は、前記対象物が検出される領域である検出領域に前記対象物が存在しない第１の期間における前記発光電流制御情報である第１期間用発光電流制御情報と、前記検出領域に前記対象物が存在する第２の期間における前記発光電流制御情報である第２期間用発光電流制御情報とに基づいて、前記対象物の位置を判定してもよい。
【００１７】
このようにすれば、太陽光等の環境光や照射光の初期経路などの影響を除去することができるから、検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また本発明の一態様では、前記結合キャパシターの前記容量値は、前記第１期間用発光電流制御情報の値が所定の値になるように設定されてもよい。
【００１９】
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、第１期間用発光電流制御情報の値が所定の値に設定されるから、所望の検出精度を確保することなどが可能になる。
【００２０】
また本発明の一態様では、前記所定の値は、前記第２期間用発光電流制御情報の変動幅の中間の値であってもよい。
【００２１】
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、第１期間用発光電流制御情報の値が、所定の変動幅の中間の値に設定されるから、所望の検出精度を確保することなどが可能になる。
【００２２】
また本発明の一態様では、前記結合キャパシターの前記容量値は、前記第２期間用発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅になるように設定されてもよい。
【００２３】
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、第２期間用発光電流制御情報の変動幅が所定の変動幅に設定されるから、所定の座標検出レンジを確保することができる。その結果、所望の検出精度を確保することなどが可能になる。
【００２４】
また本発明の一態様では、前記所定の変動幅は、前記対象物の検出精度が所望の検出精度になる変動幅であってもよい。
【００２５】
このようにすれば、結合キャパシターの容量値を設定することで、所望の検出精度を得ることが可能になるから、光学設計上のパラメーターや回路設計上のパラメーターを調整することなしに、所望の位置検出精度を実現することが可能になる。
【００２６】
また本発明の一態様では、前記増幅部は、前記受光素子に流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路の出力信号を所定のバイアス電圧を中心として増幅し、増幅信号を前記出力ノードに出力する増幅回路とを含んでもよい。
【００２７】
このようにすれば、受光素子に流れる電流が小さい場合でも、増幅部で受光検出信号を増幅し、増幅された信号を検出部に入力することができるから、検出精度を向上させることなどが可能になる。
【００２８】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の光学式検出装置を含む表示装置及び電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】光学式検出装置の基本的な構成例。
【図２】光学式検出装置の増幅部を含まない構成例。
【図３】第１の期間における発光電流制御を説明する図。
【図４】第２の期間における発光電流制御を説明する図。
【図５】発光電流制御情報と発光電流との関係を説明する図。
【図６】光学式検出装置の変形例。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、結合キャパシターの容量値と発光電流制御情報との関係の第１の例。
【図８】図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、結合キャパシターの容量値と発光電流制御情報との関係の第２の例。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、結合キャパシターの容量値と発光電流制御情報との関係の第３の例。
【図１０】照射部の詳細な構成例。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、光学式検出装置を用いた表示装置や電子機器の基本的な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３１】
１．光学式検出装置
図１に本実施形態の光学式検出装置の基本的な構成例を示す。本実施形態の光学式検出装置は、照射部ＥＵ、受光素子ＰＤ、増幅部１００、検出部２００、判定部３００、結合キャパシターＣＡを含む。なお、本実施形態の光学式検出装置は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば、図２に示すように増幅部１００を含まない構成とすることもできる。
【００３２】
照射部ＥＵは、第１、第２の光源部ＬＳ１、ＬＳ２を含み、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光することで照射光を出射する。光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を含み、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を放出する。
【００３３】
受光素子ＰＤは、照射光が対象物に反射することによる反射光を少なくとも受光する。この受光素子ＰＤは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
【００３４】
増幅部１００は、受光素子ＰＤの受光検出信号を増幅して、出力ノードＮ１に出力する。増幅部１００は、電流電圧変換回路１１０、増幅回路１２０及び逆バイアス設定回路ＢＳＣを含む。電流電圧変換回路１１０は、オペアンプＯＰＡ１及び抵抗素子Ｒ１を含み、受光素子ＰＤに流れる電流を電圧に変換して、例えば高電位電源電圧ＶＤＤの１／２の電圧レベルを中心とする信号（受光検出信号）を出力する。この受光検出信号は、キャパシターＣ１を介して増幅回路１２０に入力される。増幅回路１２０は、オペアンプＯＰＡ２及び抵抗素子Ｒ２、Ｒ３を含み、受光検出信号を増幅して、例えば１／２×ＶＤＤの電圧レベル（広義には所定のバイアス電圧）を中心とする信号を出力ノードＮ１に出力する。逆バイアス設定回路ＢＳＣは、受光素子ＰＤ（フォトダイオード）に対して逆方向のバイアス電圧を印加する。
【００３５】
検出部２００は、増幅部１００が出力する信号に基づいて、対象物の位置特定情報を検出し、判定部３００に出力する。検出部２００は、逆バイアス印加用回路２１０、バッファー回路ＢＵＦ、スイッチ回路ＳＷ、比較回路２２０、発光電流制御回路２３０及び２つの駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２を含む。
【００３６】
逆バイアス印加用回路２１０は、入力ノードＮ２に対して逆バイアス電圧を設定することができる回路（逆バイアス印加用の回路）であって、例えば高電位電源電圧ＶＤＤを入力ノードＮ２に印加することができる。この逆バイアス電圧は、入力ノードＮ２に受光素子ＰＤを接続する場合に、フォトダイオードに対して逆方向の電圧を印加するためのバイアス電圧である。逆バイアス印加用回路２１０を用いることで、増幅部１００を介さずに、受光素子ＰＤ（フォトダイオード）を直接入力ノードＮ２に接続することができる。すなわち受光素子ＰＤの受光電流が大きく、増幅する必要がない場合には、図２に示すように、受光素子ＰＤを直接入力ノードＮ２に接続することで、受光素子ＰＤに逆バイアス電圧が印加された状態で、受光素子ＰＤを動作させることができる。一方、受光素子ＰＤの受光電流が小さい場合には、図１に示すように増幅部１００により受光電流を電圧に変換して増幅し、増幅された信号を結合キャパシターＣＡを介して入力ノードＮ２に入力することができる。
【００３７】
図１に示すように、増幅部１００により受光検出信号を増幅し、増幅された信号を検出部２００に入力することで、例えば検出領域が広く、受光素子ＰＤからの受光電流が小さい場合でも、発光電流制御回路２３０による発光電流制御が適正に行われ、所望の検出精度を得ることが可能になる。また、受光素子ＰＤの受光電流が大きい場合には、図２に示すように、受光素子ＰＤを直接入力ノードＮ２に接続することで、増幅部１００が不要になるから、装置の構成を簡素にすることができ、製造コストの低減などが可能になる。このように本実施形態の光学式検出装置によれば、受光素子等の特性や検出領域の広さなどに応じて、効率的に所望の検出精度を得ることなどが可能になる。
【００３８】
スイッチ回路ＳＷは、バッファー回路ＢＵＦでバッファーされた受光検出信号を、比較回路２２０の一方の入力ノード（＋）と他方の入力ノード（−）とに切り換えて出力する。具体的には、第１の光源部ＬＳ１の発光時には入力ノード（＋）に受光検出信号を出力し、第２の光源部ＬＳ２の発光時には入力ノード（−）に受光検出信号を出力する。
【００３９】
比較回路２２０は、入力ノード（＋）に入力された受光検出信号と入力ノード（−）に入力された受光検出信号とを比較して、その結果を発光電流制御回路２３０に出力する。具体的には、例えばＬＳ１の発光時の受光検出信号ＶＡ１が入力ノード（＋）に入力され、ＬＳ２の発光時の受光検出信号ＶＡ２が入力ノード（−）に入力された場合に、比較回路２２０は２つの受光検出信号の差分ＶＡ１−ＶＡ２に対応する信号を出力する。
【００４０】
発光電流制御回路２３０は、比較回路２２０からの信号に基づいて光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御を行う。具体的には、比較回路２２０の比較結果（受光検出信号の差分）に基づいて、２つの受光検出信号（例えばＶＡ１、ＶＡ２など）が等しくなるように、２つの光源部ＬＳ１、ＬＳ２に流れる電流（発光電流）を設定するための発光電流制御情報ＬＣＮを出力する。この発光電流制御情報ＬＣＮは、例えばＬＳ１の発光電流を設定するための電流設定値ＩＡ１及びＬＳ２の発光電流を設定するための電流設定値ＩＡ２を含む。なお、発光電流制御の詳細については、後述する。
【００４１】
判定部３００は、検出部２００が出力する位置特定情報（発光電流制御情報ＬＣＮ）に基づいて、対象物の位置を判定する。具体的には、判定部３００は、第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔと第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔとに基づいて、第１、第２の光源部ＬＳ１、ＬＳ２と対象物ＯＢとの位置関係を判定する。第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔは、対象物ＯＢが検出領域に存在しない第１の期間（初期状態期間）での発光電流制御情報であり、第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔは、対象物ＯＢが検出領域に存在する第２の期間（検出期間）での発光電流制御情報である。これらの発光電流制御情報を用いて位置関係を判定する手法については、後述する。
【００４２】
検出領域は、対象物が検出される領域であって、具体的には、例えば照射光が対象物ＯＢに反射されることによる反射光を、受光素子ＰＤが受光して、対象物ＯＢを検出することができる領域である。より具体的には、受光素子ＰＤが反射光を受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できる領域である。
【００４３】
結合キャパシターＣＡは、増幅部１００の出力ノードＮ１と検出部２００の入力ノードＮ２との間に設けられる。この結合キャパシターＣＡは、入力ノードＮ２に印加されるバイアス電圧（逆バイアス）が増幅部１００の出力ノードＮ１に印加されることを防止する。すなわち、結合キャパシターＣＡは、交流成分である受光検出信号を通過させ、直流成分であるバイアス電圧を遮断する働きをする。
【００４４】
この結合キャパシターＣＡの容量値が変化すると、発光電流制御情報ＬＣＮの変動範囲（取り得る値の範囲）が変化する。ＣＡの容量値が大きい場合には、入力ノードＮ２の電圧レベルの変化が大きくなり、ＣＡの容量値が小さい場合には、入力ノードＮ２の電圧レベルの変化が小さくなるからである。ＬＣＮの変動範囲が変化すれば、その変動幅（座標検出レンジ）も変化する。対象物の位置検出精度は、ＬＣＮの変動幅（座標検出レンジ）に依存するから、所望の位置検出精度を得るためには、発光電流制御情報ＬＣＮの変動幅（座標検出レンジ）を所定の変動幅に設定する必要がある。
【００４５】
後述するように、本実施形態の光学的検出装置によれば、結合キャパシターＣＡの容量値を、発光電流制御情報ＬＣＮの変動幅が所定の変動幅になるように設定することができる。ここでＬＣＮの変動幅とは、対象物が検出領域の一端に存在する時のＬＣＮの値（デジタル値）と、対象物が検出領域の他端に存在する時のＬＣＮの値の差分である。従って、この変動幅が大きいほど対象物の座標値に対応するＬＣＮの値（デジタル値）の刻み（ステップ数）が多くなるから、位置検出精度が高くなる。所定の変動幅とは、所望の位置検出精度を確保するために必要な変動幅である。なお、発光電流制御情報ＬＣＮの変動幅については、後述する図７（Ａ）〜図９（Ａ）により具体的に説明する。
【００４６】
駆動回路ＤＲ１、ＤＲ２は、発光電流制御回路２３０からの電流設定値ＩＡ１、ＩＡ２に基づいて、発光電流を生成して光源部ＬＳ１、ＬＳ２にそれぞれ供給する。
【００４７】
図３は、第１の期間、すなわち対象物が検出領域に存在しない期間における発光電流制御を説明する図である。図３に示すように、発光電流制御回路２３０は、ＬＳ１とＬＳ２とを交互に発光させる。受光素子ＰＤは、ＬＳ１の発光時にはＬＳ１からの照射光ＬＴ１を受光し、ＬＳ２の発光時にはＬＳ２からの照射光ＬＴ２を受光する。さらに受光素子ＰＤは、太陽光などの外光（環境光）ＬＯを受光する。なお、図３には透光部材ＴＰを含む構成例を示すが、透光部材ＴＰを含まない構成であってもよい。
【００４８】
発光電流制御回路２３０は、ＬＳ１の発光時の受光結果とＬＳ２の発光時の受光結果とが等しくなるように、発光制御を行う。具体的には、比較回路２２０の比較結果（受光検出信号の差分）に基づいて、差分が０に近づくようにＬＳ１、ＬＳ２の発光電流の電流設定値ＩＡ１、ＩＡ２を設定する。そして２つの受光結果が等しくなった時の発光電流制御情報を第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔとして判定部３００に出力する。
【００４９】
図４は、第２の期間、すなわち対象物ＯＢが検出領域に存在する期間における発光電流制御を説明する図である。図４に示すように、発光電流制御回路２３０は、ＬＳ１とＬＳ２とを交互に発光させる。受光素子ＰＤは、ＬＳ１の発光時にはＬＳ１からの照射光ＬＴ１ａと、照射光ＬＴ１ｂが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲ１とを受光し、ＬＳ２の発光時にはＬＳ２からの照射光ＬＴ２ａと、照射光ＬＴ２ｂが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲ２とを受光する。さらに受光素子ＰＤは、太陽光などの外光（環境光）ＬＯを受光する。なお、図４には透光部材ＴＰを含む構成例を示すが、透光部材ＴＰを含まない構成であってもよい。
【００５０】
第２の期間、すなわち対象物が検出領域に存在する期間での発光制御は、上述した第１の期間での発光制御と同じである。すなわち発光電流制御回路２３０は、ＬＳ１とＬＳ２とを交互に発光させ、ＬＳ１の発光時の受光結果とＬＳ２の発光時の受光結果とが等しくなるように、発光制御を行う。具体的には、比較回路２２０の比較結果（受光検出信号の差分）に基づいて、差分が０に近づくようにＬＳ１、ＬＳ２の発光電流の電流設定値ＩＡ１ｄ、ＩＡ２ｄを設定する。そして２つの受光結果が等しくなった時の発光電流制御情報を第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔとして判定部３００に出力する。
【００５１】
判定部３００は、第１期間用及び第２期間用発光制御情報ＬＣＮｉｎｉｔ、ＬＣＮｄｅｔに基づいて、対象物ＯＢの位置を判定する。具体的には、電流設定値ＩＡ１、ＩＡ２、ＩＡ１ｄ、ＩＡ２ｄから、次式により光源部ＬＳ１、ＬＳ２と対象物ＯＢとの位置関係を判定することができる。
【００５２】
ＦＲ＝ＦＡ１／ＦＡ２＝Ｆ（ＬＯＢ１）／Ｆ（ＬＯＢ２）
＝（ＩＡ１×ＩＡ２ｄ）／（ＩＡ２×ＩＡ１ｄ）          
ここで、ＦＲは距離関数Ｆ（ＬＯＢ１）の値ＦＡ１と距離関数Ｆ（ＬＯＢ２）の値ＦＡ２との比である。また距離関数Ｆ（ＬＯＢ１）は、第１の光源部ＬＳ１に対する対象物ＯＢの位置関係を表す距離関数であり、Ｆ（ＬＯＢ２）は第２の光源部ＬＳ２に対する対象物ＯＢの位置関係を表す距離関数である。
【００５３】
この距離関数Ｆ（Ｌ）は、ある光経路Ｌに対する光減衰を表す関数である。距離関数Ｆ（Ｌ）は、例えば光源が点光源である場合には、距離Ｌの２乗に反比例する関数である。実際には、距離関数Ｆ（Ｌ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と受光素子ＰＤとの位置関係や透光部材ＴＰの有無などを考慮して決めることができる。
【００５４】
このように、第１期間用及び第２期間用発光制御情報ＬＣＮｉｎｉｔ、ＬＣＮｄｅｔに基づいて対象物ＯＢの位置を判定することで、外光（環境光）ＬＯや照射光の初期経路ＬＴ１ａ、ＬＴ２ａなどの影響を除去することができる。
【００５５】
図５は、発光電流制御情報ＬＣＮと発光電流との関係を説明する図である。図５の横軸は、１０ビットのデジタル値（０〜１０２３）で表現した発光電流制御情報ＬＣＮを示す。また図５の縦軸は、発光電流制御回路２３０により制御される電流値の範囲（上限値、下限値）を示す。例えば、ＬＣＮが０の場合には、ＩＡ１は下限値に設定され、ＩＡ２は上限値に設定される。またＬＣＮが５１２の場合には、ＩＡ１とＩＡ２は共に中央値（上限値と下限値の中間）に設定され、ＬＣＮが１０２３の場合には、ＩＡ１は上限値に設定され、ＩＡ２は下限値に設定される。
【００５６】
上述したように、発光電流制御回路２３０は、比較回路２２０の比較結果（受光検出信号の差分）に基づいて、差分が０に近づくようにＬＳ１、ＬＳ２の発光電流の電流値ＩＡ１、ＩＡ２を調整する。すなわち、ＩＡ１、ＩＡ２のいずれか一方を増加させ、他方を減少させることで、受光検出信号の差分を０に近づける。このようにして、発光電流制御情報ＬＣＮの値は０〜１０２３の範囲内の１つの値に決まる。
【００５７】
第１の期間、すなわち対象物ＯＢが検出領域に存在しない期間では、対象物ＯＢからの反射光がない。したがって、理論的には、第１の光源部ＬＳ１から受光素子ＰＤまでの距離（光経路）と、第２の光源部ＬＳ２から受光素子ＰＤまでの距離（光経路）が等しく、またＬＳ１とＬＳ２の発光効率が等しい場合には、第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔは５１２に設定される。ＩＡ１とＩＡ２とが等しい値に設定されるからである。
【００５８】
実際には、光源部の発光効率のばらつきや、光源部と受光素子との位置関係などにより、厳密には等しくすることは難しい。しかしながら、位置検出精度を確保するためには、上述したように第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔを中心値（例えば５１２）に近い値（広義には発光電流制御情報ＬＣＮの所定の変動幅の中間の値）に設定することが望ましい。
【００５９】
第２の期間、すなわち対象物ＯＢが検出領域に存在する期間では、対象物ＯＢの位置によって、第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔの値は変化する。例えば、対象物ＯＢが第１の光源部ＬＳ１に近く、第２の光源部ＬＳ２から遠いほど、ＬＣＮｄｅｔの値は０に近づく。ＩＡ２が大きい値に設定され、ＩＡ１が小さい値に設定されるためである。反対に、対象物ＯＢが第２の光源部ＬＳ２に近く、第１の光源部ＬＳ１から遠いほど、ＬＣＮｄｅｔの値は１０２３に近づく。ＩＡ１が大きい値に設定され、ＩＡ２が小さい値に設定されるためである。
【００６０】
位置検出精度は、発光電流制御情報ＬＣＮを表現するデジタル値（例えば０〜１０２３）の刻み（ステップ数）が多いほど、精度が高くなる。例えば、検出領域のＸ座標値が０〜ＸＡの範囲であり、このＸ座標値に対応するＬＣＮのステップ数がＮである場合には、位置検出精度はＸＡ／Ｎになる。従って、例えば図５では、Ｎ＝１０２４である場合に、最も精度が良くなる。すなわち、対象物ＯＢが検出領域の一端（例えばＸ座標値が０）に存在する時にＬＣＮの値が０になり、対象物ＯＢが検出領域の他端（例えばＸ座標値がＸＡ）に存在する時にＬＣＮの値が１０２３になる場合に、最も精度が良くなる。
【００６１】
以上説明したように、対象物ＯＢが検出領域の一端から他端に移動した際の第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔの変動幅（座標検出レンジ）が大きいほど、すなわち可能な最大の変動幅（例えば０〜１０２３）に近いほど、位置検出精度が高くなる。また、第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔの値は、第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔの変動範囲の中心値（例えば５１２）に近い値に設定することが望ましい。
【００６２】
このように本実施形態の光学式検出装置では、結合キャパシターＣＡの容量値を変化させることで、ＬＣＮｉｎｉｔ及びＬＣＮｄｅｔの変動範囲（取り得る値の範囲）を変化させることができる。従って、本実施形態の光学式検出装置によれば、第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔの値が所定の値になるように、結合キャパシターＣＡの容量値を設定することができる。また、第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔの変動幅（座標検出レンジ）が所定の変動幅になるように、結合キャパシターＣＡの容量値を設定することができる。所定の値及び所定の変動幅は、要求される位置検出精度に応じて決めることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の光学式検出装置によれば、例えば検出領域が広く、受光素子ＰＤからの受光電流が小さい場合でも、増幅部１００により受光検出信号を増幅することで、所望の検出精度を得ることが可能になる。さらに結合キャパシターＣＡの容量値を変化させることで、発光電流制御情報ＬＣＮの変動幅を所定の変動幅に設定することができるから、光学設計上のパラメーターを調整することなしに、或いは比較回路、発光電流制御回路などの回路設計上のパラメーターを調整することなしに、所望の位置検出精度を実現することができる。その結果、設計コスト、製造コスト等の増大を抑制しつつ、効率的に位置検出精度を向上させることなどが可能になる。
【００６４】
また本実施形態の光学式検出装置によれば、受光素子ＰＤの受光電流が大きい場合には、受光素子からの信号を直接検出部に入力することができるから、増幅部が不要になり、装置の構成を簡素にすることができ、製造コストの低減などが可能になる。その結果、受光素子等の特性や検出領域の広さなどに応じて、効率的に所望の検出精度を得ることなどが可能になる。
【００６５】
図６に、本実施形態の光学式検出装置の変形例を示す。この変形例では、結合キャパシターＣＢ１〜ＣＢ３を含み、レジスターＲＥＧのレジスター値に基づいて、ＣＢ１〜ＣＢ３のうちのいずれか１つを選択して接続することができる。このようにすることで、結合キャパシターの容量値を可変に設定することができるから、光学系の特性ばらつきや回路素子の特性ばらつきに対応して、容量値を最適な値に設定することができる。なお、図６における結合キャパシターの個数は３個に限定されるものではなく、４個以上の結合キャパシターを含む構成としてもよい。
【００６６】
図７（Ａ）に、結合キャパシターＣＡの容量値と発光電流制御情報ＬＣＮとの関係の第１の例を示す。この第１の例は、図７（Ｂ）に示す照射部ＥＵ及び受光部ＲＵ（受光素子ＰＤ）を用いて、測定されたものである。
【００６７】
この照射部ＥＵは、中心位置ＰＥから見た角度（０〜１８０度）に応じて強度が変化する照射光を出射する。すなわち光源部ＬＳ１の発光時には、角度０度の方向に対して強度が最大となり、角度１８０度の方向に対して強度が最小になる強度分布パターンを有する照射光を出射する。また、光源部ＬＳ２の発光時には、角度０度の方向に対して強度が最小となり、角度１８０度の方向に対して強度が最大になる強度分布パターンを有する照射光を出射する。受光素子ＰＤは中心位置ＰＥ、又はその近傍に設けられる。このような構成により、対象物が存在する方向（角度）を検出することができる。なお、照射部ＥＵの詳細な構成については、後述する。
【００６８】
図７（Ａ）には、対象物が無い場合のＬＣＮ（ＬＣＮｉｎｉｔ）の値と、対象物が０度及び１８０度の方向に存在する場合のＬＣＮ（ＬＣＮｄｅｔ）の値と、検出レンジ（ＬＣＮｄｅｔの変動幅）とを示す。検出レンジは、図７（Ａ）のＡ１で最大になり、またＬＣＮｉｎｉｔの値は、図７（Ａ）のＡ２でほぼ中心値５１２になる。従って、結合キャパシターＣＡの容量値を、図７（Ａ）のＡ３に示す容量値の範囲に設定すればよい。
【００６９】
図８（Ａ）に、結合キャパシターＣＡの容量値と発光電流制御情報ＬＣＮとの関係の第２の例を示す。この第２の例は、図８（Ｂ）に示す光源部ＬＳ１〜ＬＳ４及び受光素子ＰＤを用いて、測定されたものである。この構成例では、検出領域ＲＤＥＴの各辺にライトガイドＬＧ１〜ＬＧ４が設けられ、例えば光源部ＬＳ１と直線状のライトガイドＬＧ１が１つの照射部を構成する。ライトガイドＬＧ１〜ＬＧ４から、各辺に垂直に検出領域ＲＤＥＴの内側に向かう方向に照射光が出射される。対象物のＸ座標検出時にはＬＳ１とＬＳ３とを交互に発光させ、Ｙ座標検出時にはＬＳ２とＬＳ４とを交互に発光させて発光電流制御を行う。
【００７０】
図８（Ａ）には、対象物が無い場合のＬＣＮ（ＬＣＮｉｎｉｔ）の値と、対象物が存在する場合の検出レンジ（ＬＣＮｄｅｔの変動幅）とを、Ｘ座標検出時及びＹ座標検出時について示す。ＬＣＮｉｎｉｔの値は、図８（Ａ）のＢ１で、Ｘ座標に対しても、Ｙ座標に対してもほぼ同じ値になる。Ｘ座標の検出レンジは、図８（Ａ）のＢ２で、約５７０になり、Ｙ座標の検出レンジは、図８（Ａ）のＢ３で、約１８０になる。Ｘ座標の検出レンジは、図８（Ａ）のＢ２では最大になっていないが、ＬＣＮｉｎｉｔの値がＸ座標、Ｙ座標についてほぼ同じ値になる容量値の範囲（図８（Ａ）のＢ４）に、結合キャパシターＣＡの容量値を設定するのがよい。
【００７１】
図９（Ａ）に、結合キャパシターＣＡの容量値と発光電流制御情報ＬＣＮとの関係の第３の例を示す。この第３の例は、図９（Ｂ）に示す光源部ＬＳ１〜ＬＳ４及び受光素子ＰＤを用いて、測定されたものである。この構成例では、検出領域ＲＤＥＴの各コーナーに光源部ＬＳ１〜ＬＳ４が設けられ、例えばＸ座標検出時にはＬＳ１とＬＳ３とを交互に発光させ、Ｙ座標検出時にはＬＳ２とＬＳ４とを交互に発光させて発光電流制御を行う。
【００７２】
図９（Ａ）には、対象物が無い場合のＬＣＮ（ＬＣＮｉｎｉｔ）の値と、対象物が存在する場合の検出レンジ（ＬＣＮｄｅｔの変動幅）とを、Ｘ座標検出時及びＹ座標検出時について示す。ＬＣＮｉｎｉｔの値は、図９（Ａ）のＣ１で、Ｘ座標に対しても、Ｙ座標に対してもほぼ同じ値になる。Ｘ座標の検出レンジとＹ座標の検出レンジは、図９（Ａ）のＣ２で、ほぼ同じ値をとる。この値は検出レンジの最大値ではないが、十分に大きい値である。このようにＸ座標の検出レンジとＹ座標の検出レンジがほぼ同じ値であれば、Ｘ座標についての検出精度とＹ座標についての検出精度がほぼ同じになる。従って、結合キャパシターＣＡの容量値を、図９（Ａ）のＣ３に示す容量値の範囲に設定すればよい。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態の光学式検出装置では、結合キャパシターＣＡの容量値を変化させることで、ＬＣＮｉｎｉｔ及びＬＣＮｄｅｔの変動範囲（取り得る値の範囲）を変化させることができる。従って、本実施形態の光学式検出装置によれば、第１期間用発光電流制御情報ＬＣＮｉｎｉｔの値が所定の値、すなわち第２期間用発光電流制御情報の変動幅（座標検出レンジ）の中間の値になるように、結合キャパシターＣＡの容量値を設定することができる。ここで変動幅の中間の値とは、変動幅の中心値だけでなく、中心値に近い値も含む。例えば中心値より変動幅の１／４だけ小さい値から変動幅の１／４だけ大きい値までの範囲を含んでもよい。また、第２期間用発光電流制御情報ＬＣＮｄｅｔの変動幅（座標検出レンジ）が所定の変動幅、すなわち所望の検出精度を確保できる変動幅になるように、結合キャパシターＣＡの容量値を設定することができる。
【００７４】
２．照射部
図１０に、図７（Ｂ）に示した照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図１０の構成例の照射部ＥＵは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥはプリズムシート（光学シート）ＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図１０の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００７５】
光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【００７６】
光源部ＬＳ１は、図１０のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エリアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリアに形成する。このように照射部ＥＵは、検出領域ＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布が異なる照射光を出射することができる。
【００７７】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図１０ではライトガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図１０ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。
【００７８】
ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【００７９】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥ（照射光出射部）は、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようになる。
【００８０】
このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。
【００８１】
このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。
【００８２】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００８３】
３．表示装置及び電子機器
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に本実施形態の光学式検出装置を用いた表示装置や電子機器の基本的な構成例を示す。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出装置を、液晶プロジェクター或いはデジタル・マイクロミラー・デバイスと呼ばれる投写型表示装置（プロジェクター）に適用した場合の例である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）では、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（広義には第１、第２、第３の座標軸）としている。具体的には、Ｘ軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向とし、Ｚ軸方向を奥行き方向としている。
【００８４】
本実施形態の光学式検出装置は、照射部ＥＵ、受光部ＲＵ（受光素子ＰＤ）、増幅部１００、検出部２００及び判定部３００を含む。また本実施形態の表示装置（電子機器）は、光学式検出装置とスクリーン２０（広義には表示部）を含む。さらに表示装置（電子機器）は画像投射装置１０（広義には画像生成装置）を含むことができる。なお、本実施形態の光学式検出装置、表示装置、電子機器は図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００８５】
画像投射装置１０は、筺体の前面側に設けられた投射レンズからスクリーン２０に向けて画像表示光を拡大投射する。具体的には画像投射装置１０は、カラー画像の表示光を生成して、投射レンズを介してスクリーン２０に向けて出射する。これによりスクリーン２０の表示エリアＡＲＤにカラー画像が表示されるようになる。
【００８６】
本実施形態の光学式検出装置は、図１１（Ｂ）に示すようにスクリーン２０の前方側（Ｚ軸方向側）に設定された検出領域ＲＤＥＴにおいて、ユーザーの指やタッチペンなどの対象物を光学的に検出する。このために光学式検出装置の照射部ＥＵは、対象物を検出するための照射光（検出光）を出射する。具体的には、照射方向に応じて強度（照度）が異なる照射光を放射状に出射する。これにより検出領域ＲＤＥＴには、照射方向に応じて強度が異なる照射光強度分布が形成される。なお検出領域ＲＤＥＴは、スクリーン２０（表示部）のＺ方向側（ユーザー側）において、ＸＹ平面に沿って設定される領域である。
【００８７】
受光部ＲＵは、照射部ＥＵからの照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する。この受光部ＲＵは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどの受光素子ＰＤにより実現できる。この受光部ＲＵには増幅部１００が例えば電気的に接続されている。なお、図示していないが、受光部ＲＵの近傍に参照光源部を設けることができる。
【００８８】
増幅部１００は、受光素子ＰＤの受光検出信号を増幅し、結合キャパシターを介して検出部２００に出力する。
【００８９】
検出部２００は、増幅部１００が出力する信号に基づいて、対象物の位置特定情報を検出し、判定部３００に出力する。また検出部２００は、光学式検出装置の各種の制御処理を行う。具体的には照射部ＥＵが有する光源部及び参照光源部の発光制御などを行う。この検出部２００は照射部ＥＵに電気的に接続されている。
【００９０】
判定部３００は、検出部２００が出力する位置特定情報に基づいて、対象物の位置を判定する。判定部３００の機能は、集積回路装置やマイクロコンピューター上で動作するソフトウェアなどにより実現できる。
【００９１】
なお本実施形態の光学式検出装置は、図１１（Ａ）に示す投写型表示装置には限定されず、各種の電子機器に搭載される様々な表示装置に適用できる。また本実施形態の光学式検出装置を適用できる電子機器としては、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、携帯情報端末、或いは銀行の端末などの様々な機器を想定できる。この電子機器は、例えば画像を表示する表示部（表示装置）や、情報を入力するための入力部や、入力された情報等に基づいて各種の処理を行う処理部などを含むことができる。
【００９２】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、光学式検出装置、表示装置及び電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００９３】
ＥＵ  照射部、ＲＵ  受光部、ＰＤ  受光素子、ＡＲＤ  表示エリア、
ＬＴ１、ＬＴ２  照射光、ＬＲ１、ＬＲ２  反射光、ＬＳ１、ＬＳ２  光源部、
ＯＢ  対象物、ＣＡ  結合キャパシター、ＲＤＥＴ  検出領域、
ＬＣＮｉｎｉｔ  第１期間用発光電流制御情報、
ＬＣＮｄｅｔ  第２期間用発光電流制御情報、ＴＰ  透光部材、
ＬＧ１〜ＬＧ４  ライトガイド、ＲＳ  反射シート、
ＰＳ  プリズムシート（光学シート）、ＬＦ  ルーバーフィルム、
ＬＥ  照射方向設定部、
ＬＩＤ１  第１の照射光強度分布、ＬＩＤ２  第２の照射光強度分布、
１０  画像投影装置、２０  スクリーン、１００  増幅部、１１０  電流電圧変換回路、
１２０  増幅回路、２００  検出部、２１０  逆バイアス印加用回路、
２２０  比較回路、２３０  発光電流制御回路、３００  判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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