(57)【要約】【課題】検出精度の高い位置検出装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る位置検出装置１は、導光部２と、導光部２の被検出体が近付けられる側の空間に光を出射する光源３と、導光部２の側辺に沿って配置され、導光部２の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光を導き、導光部２内に出射する反射部４と、被検出体に接触して散乱する光を検出する検出部５と、検出部５から出力された信号に基づいて被検出体の位置を導出する位置導出部６と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光部と、
前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に光を出射する光源と、
前記導光部の側辺に沿って配置され、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光を導き、前記導光部内に出射する反射部と、
前記被検出体に接触して散乱する光を検出する検出部と、
前記検出部から出力された信号に基づいて前記被検出体の位置を導出する位置導出部と、
を備える位置検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光が前記被検出体に接触して散乱した光、又は前記導光部内に出射された光が前記導光部から漏れ出し前記被検出体に接触して散乱した光を検出する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記位置導出部は、前記導光部での前記被検出体の位置、又は前記被検出体から前記導光部の被検出体が近付けられる側の面までの高さを導出する請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記導光部は多角形に形成され、
前記光源は、前記導光部の角部近傍に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に対して逆側の空間に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記導光部と前記検出部との間に液晶表示パネルを備え、
前記導光部は、前記液晶表示パネルの保護部材である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
導光部の被検出体が近付けられる側の空間に光を出射する工程と、
前記導光部内に光を出射する工程と、
前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に前記被検出体が近付けられた際に、前記被検出体に接触して散乱する光を検出する工程と、
を備える位置検出方法。
【請求項８】
前記導光部内に出射される光は、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光の反射光である請求項７に記載の位置検出方法。
【請求項９】
前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光が前記被検出体に接触して散乱した光、又は前記導光部内に出射された光が前記導光部から漏れ出し前記被検出体に接触して散乱した光を検出する請求項７又は８に記載の位置検出方法。
【請求項１０】
前記導光部での前記被検出体の位置、又は前記被検出体から前記導光部の被検出体が近付けられる側の面までの高さを導出する請求項７乃至９のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置及び位置検出方法に関し、特に光学式の位置検出装置及び位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＴＩＲ（Frustrated Total Internal Reflection）方式、Ｒｅａｒ  ＤＩ（Rear Diffused Illumination）方式、ＬＬＰ（Laser Light Plane）方式等の位置検出装置が既に公知である。
【０００３】
ＦＴＩＲ方式の位置検出装置は、被検出体が接触する導光板内に光源から出射される光を導き、被検出体が導光板に接触することによって散乱する光を検出して、被検出体の位置を検出する（特許文献１を参照）。
【０００４】
Ｒｅａｒ  ＤＩ方式の位置検出装置は、導光板における被検出体が接触する面と逆側に光源を配置して、当該導光板に光源から出射される光を透過させる。そして、被検出体が導光板に接触することによって散乱する光を検出して、被検出体の位置を検出する。
【０００５】
ＬＬＰ方式の位置検出装置は、光透過性のカバー部材における被検出体が接触する面上に光を出射する。被検出体がカバー部材に接触すると、被検出体に照射される光は散乱し、この散乱する光を検出して、被検出体の位置を検出する（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０８２３６号公報
【特許文献２】特表２０１０−５２７１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＦＴＩＲ方式やＲｅａｒ  ＤＩ方式の位置検出装置は、導光板への接触圧等に検出精度が左右される可能性がある。
ＬＬＤ方式の位置検出装置は、被検出体への光の照射を遮る障害物があると、被検出体の位置を検出することができない。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、検出精度の高い位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態に係る位置検出装置は、導光部と、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に光を出射する光源と、前記導光部の側辺に沿って配置され、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に出射された光を導き、前記導光部内に出射する反射部と、前記被検出体に接触して散乱する光を検出する検出部と、前記検出部から出力された信号に基づいて前記被検出体の位置を導出する位置導出部と、を備える。
【００１０】
本発明の一形態に係る位置検出方法は、導光部の被検出体が近付けられる側の空間に光を出射する工程と、前記導光部内に光を出射する工程と、前記導光部の被検出体が近付けられる側の空間に前記被検出体が近付けられた際に、前記被検出体に接触して散乱する光を検出する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
以上、説明したように、本発明によると、検出精度の高い位置検出装置及び位置検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態に係る位置検出装置を概略的に示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る位置検出装置を概略的に示す側面図である。
【図３】導光部における被検出体の第２の主面の上方の空間に出射された光、及び導光部内に導かれた光の光路を示す図である。
【図４】反射部周辺の構成を示す図である。
【図５】反射部周辺の光の光路を示す図である。
【図６】被検出体が導光部の第２の主面に接触した際の、導光部の第２の主面の上方の空間の光が散乱する様子を示す図である。
【図７】被検出体が導光部の第２の主面に接触した際の、導光部から漏れ出した光が散乱する様子を示す図である。
【図８】異なる反射部の縦断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
先ず、本実施の形態の位置検出装置を概略的に説明する。本実施の形態の位置検出装置は、導光部上に光を出射し、当該導光部上に出射された光を当該導光部内に導く。被検出体が導光部に接触すると、導光部上で光が被検出体に接触して散乱すると共に、導光部から漏れ出た光が被検出体に接触して散乱する。これらの散乱光を検出部で検出し、被検出体の位置を導出する。
【００１５】
このように、導光部上で被検出体に接触して散乱した光と、導光部から漏れ出し被検出体に接触して散乱した光と、の二つの散乱光に基づいて、被検出体の位置を導出する。そのため、従来に比べて強い散乱光を得ることができ、被検出体の検出精度を向上させることができる。
【００１６】
次に、本実施の形態の検出装置を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の位置検出装置を概略的に示す平面図である。図２は、本実施の形態の位置検出装置を概略的に示す側面図である。図１及び図２に示すように、本実施の形態の位置検出装置１は、導光部２、光源３、反射部４、検出部５及び位置導出部６を備えている。ちなみに、本実施の形態の位置検出装置１は、液晶表示パネル７も備えている。
【００１７】
導光部２は、光透過部材である。本実施の形態の導光部２は、液晶表示パネル７を覆う保護部材である。詳細には、導光部２は、ガラス製の板状部材であり、平面から見て略四角形状に形成されている。そして、導光部２は、液晶表示パネル７における表示光の出射面を覆うように配置されている。
【００１８】
導光部２における液晶表示パネル７と向かい合う面（第１の主面）２ａに対して逆側の面（第２の主面）２ｂは、被検出体が近付けられる面とされている。そして、導光部２の第１の主面２ａと、導光部２の第２の主面２ｂと、は略平行に配置されている。
【００１９】
光源３は、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間、即ち導光部２を挟んで液晶表示パネル７と逆側の空間に非可視光を出射する。本実施の形態の光源３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）を備えている。光源３は、導光部２の角部近傍に夫々配置されている。
【００２０】
ちなみに、図示を省略するが、光源３の光出射側に光発散部材が配置されている。光散乱部材としては、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズや体積ホログラム等を用いることができる。
【００２１】
ここで、図３は、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に出射された光、及び後述するように導光部２内に導かれた光の光路を示す図である。図３に示すように、各光源３から出射された光は、光発散部材を介して、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間において、導光部２の第２の主面２ｂと略平行に進む。また、光源３から出射された光は、平面から見て導光部２の略全域を略均一に覆う。
【００２２】
反射部４は、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に出射された光を導き、導光部２内に出射する。反射部４は、導光部２の側辺に沿って配置されている。本実施の形態の反射部４は、図１に示すように、導光部２の各辺に沿って夫々配置されている。これらの反射部４の長手方向の長さは、当該反射部４が配置される導光部２の側辺の長さと略等しい。
【００２３】
ここで、図４は、反射部４周辺の構成を示す図である。図５は、反射部４周辺の光の光路を示す図である。図４及び図５に示すように、反射部４は、縦断面形状が三角形状のプリズムである。詳細には、反射部４は、二つの斜面４ａ、４ｂ及び底面４ｃを有する、縦断面視が直角二等辺三角形のプリズムである。
【００２４】
反射部４の底面４ｃは、導光部２の側面２ｃと向かい合うように配置されている。そして、反射部４の底面４ｃは、導光部２の第１の主面２ａの法線に対して、導光部２側であって、且つ下方に傾斜して配置されている。
【００２５】
反射部４の斜面４ａの高さは、導光部２の側面２ｃの高さ（導光部２の厚さ）と略等しい。つまり、反射部４の斜面４ａは、導光部２の側面２ｃを略覆う。反射部４の斜面４ｂは、反射部４の斜面４ａと略等しい高さを有する。反射部４の斜面４ｂは、導光部２の第２の主面２ｂより上方の空間に突出している。
【００２６】
但し、反射部４は、導光部２に入射する光が導光部２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとで反射して当該導光部２の略全域で略均一に光が分布するように、導光部２内に光を出射することができる形状及び配置であればよい。
【００２７】
検出部５は、被検出体に接触して散乱する光を検出する。本実施の形態の検出部５は、光電変換可能な一般的な受光素子を備えている。受光素子は、アレイ状に配置されており、受光した光の強度を電気信号に変換して位置導出部６に出力する。この検出部５は、導光部２の第１の主面２ａの下方の空間に配置されている。
【００２８】
ちなみに、導光部２と検出部５との間には、一般的なＦＴＩＲ方式の位置検出装置と同様に、図示を省略したレンズや可視光カットフィルタ等が配置されており、非可視光のみが検出部５に集光される。
【００２９】
位置導出部６は、検出部５から入力される電気信号に基づいて、被検出体の位置を導出する。本実施の形態の位置導出部６は、各々の受光素子から出力された電気信号から光の強度が高い位置を導出し、当該位置を所定の座標（例えば、平面から見た導光部２のＸ・Ｙ座標位置）に対応させて被検出体の座標位置を導出する。
【００３０】
液晶表示パネル７は、一般的な液晶表示パネルである。詳細には、液晶表示パネル７は、光透過パネルの間に液晶が封止されており、透明電極に電圧を印加することで液晶の配列が変化する。この液晶表示パネル７は、図示を省略した光源から出射された可視光が透過する。液晶表示パネル７を透過した可視光（表示光）は、導光部２を透過する。一方、液晶表示パネル７は、導光部２から出射された非可視光が透過する。
【００３１】
次に、位置検出装置１による被検出体の位置の検出動作を説明する。先ず、図３に示すように、光源３は光散乱部材を介して、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に光を出射する。当該光は、図５に示すように、導光部２の側部に配置された反射部４に入射する。反射部４に入射した光は斜面４ｂで反射し、反射部４の斜面４ａに入射する。そして、当該光は斜面４ａで反射して導光部２内に導かれ、導光部２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとで反射を繰り返して進む。
【００３２】
このような状態において、導光部２の第２の主面２ｂに被検出体（例えば、使用者の指やタッチペン等）が接触すると、光が散乱する。ここで、図６は、被検出体が導光部２の第２の主面２ｂに接触した際の、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間の光が散乱する様子を示している。また、図７は、被検出体が導光部２の第２の主面２ｂに接触した際の、導光部２から漏れ出した光が散乱する様子を示している。
【００３３】
図６に示すように、導光部２の第２の主面２ｂに被検出体が接触すると、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間の光は被検出体に接触して散乱し、散乱した光は導光部２を透過する。そして、導光部２から出射された光は、液晶表示パネル７を透過して検出部５で受光される。
【００３４】
また、図７に示すように、導光部２の第２の主面２ｂに被検出体が接触すると、導光部２から光が漏れ出し被検出体に接触して散乱し、散乱した光は導光部２を透過する。そして、導光部２から出射された光は、液晶表示パネル７を透過して検出部５で受光される。
【００３５】
検出部５は、光を受光すると当該光の強さに応じて電気信号に変換し、当該電気信号を位置導出部６に出力する。位置導出部６は、入力された電気信号に基づいて被検出体が接触した位置を検出する。
【００３６】
このように、導光部２上で被検出体に接触して散乱した光と、導光部２から漏れ出し被検出体に接触して散乱した光と、の二つの散乱光に基づいて、被検出体の位置を導出する。そのため、従来に比べて強い散乱光を得ることができる。つまり、被検出体の導光部２への接触圧力が弱く、導光部２から漏れ出し被検出体に接触して散乱する光が弱くても、導光部２上で被検出体に接触して散乱した光で補うことができ、被検出体の検出精度を向上させることができる。しかも、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に出射される光と被検出体との間に障害物が配置されても、導光部２内に出射された光で被検出体の位置を検出することができる。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、導光部２に接触した被検出体の位置（例えば導光部２におけるＸ・Ｙ座標位置）を検出しているが、被検出体が導光部２に非接触の場合は、被検出体の位置に加えて、被検出体から導光部２の第２の主面２ｂまでの高さを導出することができる。詳細には、検出部５が検出する光の強度などに基づいて、被検出体から導光部２の第２の主面２ｂまでの高さを算出する。これにより、例えば摘まんで引き上げる動作などを検出することができる。
【００３８】
以上、本発明に係る位置検出装置及び位置検出方法の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。
【００３９】
例えば、上述の実施の形態の反射部４は、縦断面形状を直角二等辺三角形に形成しているが、この限りでない。ここで、図８は、異なる反射部４の縦断面形状を示している。図８に示すように、斜面４ｂと底面４ｃとが成す角度が４５°より大きくてもよく、また、斜面４ｂと底面４ｃとが成す角度が４５°より小さくてもよい。要するに、上述したように、反射部４の形状は、導光部２に入射する光が導光部２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとで反射して当該導光部２の略全域で略均一に光が分布するように、導光部２内に光を出射することができる形状であればよい。
【００４０】
例えば、上述の実施の形態では、導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に出射した光を反射部４に導いて導光部２内に出射しているが、この限りでない。すなわち、光源３から出射する光を反射部４に導いて、反射部４から導光部２の第２の主面２ｂの上方の空間に出射すると共に、導光部２内に出射してもよい。
【００４１】
例えば、上述の実施の形態の検出部５は、導光部２の第１の主面２ａの下方の空間に配置されているが、導光部２から出射される光を受光できる位置であれば、特に配置は限定されない。
【符号の説明】
【００４２】
１  位置検出装置
２  導光部、２ａ  第１の主面、２ｂ  第２の主面、２ｃ  側面
３  光源
４  反射部、４ａ、４ｂ  斜面、４ｃ  底面
５  検出部
６  位置導出部
７  液晶表示パネル
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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