(57)【要約】【課題】画像が形成されるスクリーン部材の一方面側での対象物体の位置を検出することのできる受光素子付きスクリーン装置、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および位置検出機能付き表示装置１００は、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側に受光素子１５Ａ、１５Ｂを備えている。スクリーン部材２２０の背面２２０ｔ側には、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側に位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置１１が配置されており、受光素子１５での受光結果に基づいて対象物体のＸＹ座標を算出する。ここで、スクリーン部材２２０を備えたスクリーン装置本体２３０には受光素子１５Ａ、１５Ｂが固定されて、受光素子付きスクリーン装置２１０が構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン部材において画像が視認されるスクリーン面側に位置検出光の強度分布を形成し、当該スクリーン部材に対して前記スクリーン面側に位置する対象物体で反射した前記位置検出光を検出して当該対象物体の位置を検出する位置検出機能付き表示装置に用いられるスクリーン装置であって、
前記スクリーン部材を備えたスクリーン装置本体と、
前記スクリーン装置本体に固定されたフォトダイオードまたはフォトトランジスターからなり、前記スクリーン部材が展開された状態で前記スクリーン面より外側で当該スクリーン面に沿う方向に受光部を向ける受光素子と、
を有することを特徴とする受光素子付きスクリーン装置。
【請求項２】
前記スクリーン部材は、赤外光透過性を有し、
前記位置検出光は、前記スクリーン部材の背面側から当該スクリーン部材を透過して前記スクリーン面側に出射される赤外光であることを特徴とする請求項１に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項３】
前記受光素子を複数備え、
当該複数の受光素子は、互いに前記スクリーン面内の異なる領域に前記受光部を向けていることを特徴とする請求項１または２に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項４】
前記スクリーン面は長方形であり、
前記複数の受光素子は、前記スクリーン面の長辺に隣接する領域において当該スクリーン面の長辺方向でずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項５】
前記複数の受光素子は、前記スクリーン面の同一の長辺に隣接する領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項６】
前記スクリーン部材は、可撓性を有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項７】
前記受光素子は、前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に固定されてい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受光素子付きスクリーン装置。
【請求項８】
前記スクリーン装置本体は、前記スクリーン部材を巻回する巻回装置と、該巻回装置を収容するハウジングと、を備え、
前記受光素子は、前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項６に記載の受光素子付きスクリーン装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の受光素子付きスクリーン装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に前記位置検出光の強度分布を互いに交差する方向に時間をずらして形成する位置検出用光源装置と、
前記受光素子での受光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、
を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
【請求項１０】
請求項３乃至５の何れか一項に記載の受光素子付きスクリーン装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に前記位置検出光の強度分布を互いに交差する方向に時間をずらして形成する位置検出用光源装置と、
前記複数の受光素子の受光結果に基づいて複数の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位置検出機能付き表示装置。
【請求項１１】
前記位置検出用光源装置は、展開された前記スクリーン部材の背面側で前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源と、展開された前記スクリーン部材の背面側に重ねて配置され、前記位置検出用光源から出射された光を内部に取り込んだ後、当該スクリーン部材に向けて出射する導光板と、を備えていることを特徴とする請求項９または１０に記載の位置検出機能付き表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン部材を備えた受光素子付きスクリーン装置、および該受光素子付きスクリーン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。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の位置検出装置では、液晶パネルなどの直視型表示パネルに対して入力操作側に導光板を設け、導光板に対して入力操作側とは反対側に光源および受光素子などを配置する。そして、光源から出射された位置検出光を導光板を介して入力操作側に出射し、対象物体で反射した位置検出光を受光素子で受光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳＰａｔｅｎｔ  Ｎｏ．６９２７３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここに、本願発明者は、スクリーン部材に画像を表示するとともに、スクリーン部材の前側（スクリーン面側）での対象物体の位置を検出する位置検出機能付き表示装置を提案するものである。しかしながら、かかる構成の位置検出機能付き表示装置では、導光板をスクリーン部材の前側に設けることができない場合が多く、特許文献１に記載の構成を採用することができない。また、スクリーン部材などといった大型の画像表示領域を備えている場合には、スクリーン部材に対して受光素子を高い位置精度で配置するのに多大な手間がかかるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、スクリーン部材において画像が視認されるスクリーン面側で対象物体の位置を検出することのできる受光素子付きスクリーン装置、および該受光素子付きスクリーン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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、スクリーン部材において画像が視認されるスクリーン面側に位置検出光の強度分布を形成し、当該スクリーン部材に対して前記スクリーン面側に位置する対象物体で反射した前記位置検出光を検出して当該対象物体の位置を検出する位置検出機能付き表示装置に用いられるスクリーン装置であって、前記スクリーン部材を備えたスクリーン装置本体と、前記スクリーン装置本体に固定されたフォトダイオードまたはフォトトランジスターからなり、前記スクリーン部材が展開された状態で前記スクリーン面より外側で当該スクリーン面に沿う方向に受光部を向ける受光素子と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、「スクリーン部材」とは、投射型表示装置で用いられる被照射部材の他に、電子黒板に用いられるスクリーン部材を含む意味である。また、「スクリーン面側」とは、スクリーン部材の両面のうち、画像が表示される面側を意味し、「スクリーン面」とは、スクリーン部材のうち、画像を表示可能な平面領域を意味する。
【０００９】
本発明を適用した受光素子付きスクリーン装置においては、前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に向けて出射された位置検出光によって、位置検出光の強度分布が形成され、受光素子は、対象物体により反射した位置検出光を受光する。従って、受光素子での受光量と位置検出光の強度分布との関係が予め分っていれば、対象物体の位置を検出することができる。かかる検出方式によれば、スクリーン部材のスクリーン面側に位置検出光の光強度分布を形成すればよく、必ずしもスクリーン部材の前側に導光板を配置する必要がないので、スクリーン部材に画像を表示するタイプの位置検出機能付き表示装置に適している。さらに、スクリーン部材という比較的大きな部材に画像を表示する場合でも、スクリーン装置本体自身に受光素子が予め固定されているので、位置検出機能付き表示装置を組み立てる際、多大な手間をかけなくても、スクリーン部材と受光素子との間に高い位置精度を確保することができる。
【００１０】
本発明において、前記スクリーン部材は、赤外光透過性を有し、前記位置検出光は、前記スクリーン部材の背面側から当該スクリーン部材を透過して前記スクリーン面側に出射される赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、スクリーン部材に対して入力操作側とは反対側（背面側）に位置検出用光源を設けても、スクリーン部材のスクリーン面側に位置検出光の光強度分布を形成することができる。従って、スクリーン部材に対して入力操作側（スクリーン面側）に位置検出用光源などを設ける必要がないという利点がある。
【００１１】
本発明において、前記受光素子を複数備え、当該複数の受光素子は、互いに前記スクリーン部材の前記スクリーン面内の異なる領域に受光部を向けていることが好ましい。かかる構成によれば、複数の受光素子によって領域を分割して位置検出することができる。従って、スクリーン部材のスクリーン面といった広い領域内の位置検出を確実に行なうことができる。
【００１２】
本発明において、前記スクリーン面は長方形であり、前記複数の受光素子は、前記スクリーン面の長辺に隣接する領域において当該スクリーン面の長辺方向でずれた位置に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、受光素子が監視する領域の各々においては、いずれの場所でも受光素子からの距離が短い。それ故、受光素子には、位置検出光が十分な光量をもって入射するので、検出誤差を小さくすることができる。
【００１３】
この場合、前記複数の受光素子は、前記スクリーン面の同一の長辺に隣接する領域に設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、複数の受光素子を近接して設けることができるので、受光素子に対する配線を狭い領域内に配置することができる。
【００１４】
本発明において、前記スクリーン部材は、例えば、可撓性を有しているものが用いられる。
【００１５】
本発明において、前記受光素子は、前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に固定されている構成を採用することができる。
【００１６】
また、前記スクリーン部材が可撓性を有している場合、前記スクリーン装置本体は、前記スクリーン部材を巻回する巻回装置と、該巻回装置を収容するハウジングと、を備え、前記受光素子は、前記ハウジングに固定されている構成を採用してもよい。
【００１７】
本発明を適用した受光素子付きスクリーン装置を位置検出機能付き表示装置に用いる場合、当該位置検出機能付き表示装置は、前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に前記位置検出光の強度分布を互いに交差する方向に時間をずらして形成する位置検出用光源装置と、前記受光素子での受光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、
を有している。
【００１８】
本発明において、前記受光素子を複数備えた受光素子付きスクリーン装置を位置検出機能付き表示装置に用いる場合、前記スクリーン部材の前記スクリーン面側に前記位置検出光の強度分布を互いに交差する方向に時間をずらして形成する位置検出用光源装置と、前記複数の受光素子の受光結果に基づいて複数の前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有していることが好ましい。
【００１９】
本発明において、前記位置検出用光源装置は、展開された前記スクリーン部材の背面側で前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源と、展開された前記スクリーン部材の背面側に重ねて配置され、前記位置検出用光源から出射された光を内部に取り込んだ後、当該スクリーン部材に向けて出射する導光板と、を備えていることが好ましい。このような構成によれば、複数の位置検出用光源の一部を点灯させる一方、他を消灯し、その組み合わせパターンを時間とともに変えるだけで、スクリーン部材のスクリーン面側に位置検出光の強度分布を互いに交差する方向に時間をずらして形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置、光学式位置検出装置、および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。
【図２】本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置におけるスクリーン部材と受光素子との位置関係などを示す説明図である。
【図４】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置に構成された光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、検出領域内における面内方向をＸＹＺ直交座標におけるＸＹ面とし、検出領域内における面内方向に直交する方向をＺ軸方向として説明する。
【００２２】
［光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置の構成］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置、光学式位置検出装置、および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１（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。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）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、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて指などの対象物体を検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置（Ｘ座標位置およびＹ座標位置）を検出する。
【００２４】
詳しくは後述するように、光学式位置検出装置１０は、赤外光からなる位置検出光を放出する複数の位置検出用光源１２を備えた位置検出用光源装置１１と、検出領域１０Ｒに受光部１５１を向けた受光素子１５とを有しており、受光素子１５には、リード線やフレキシブル配線基板などといった配線材１６が接続されている。本形態において、位置検出用光源装置１１は、ＸＹ平面に平行に配置された導光板１３も備えている。受光素子１５は、フォトダイオードやフォトトランジスターからなる。
【００２５】
本形態において、画像生成装置２００は投射型であり、導光板１３の前面側（入力操作側）に重ねて配置されたスクリーン部材２２０と、スクリーン部材２２０において画像が視認されるスクリーン面２２０ｓ側に表示光を拡大投射する画像投射装置２５０とを有している。スクリーン部材２２０は、上端部を避けた領域が画像を表示可能なスクリーン面２２０ｓになっており、画像投射装置２５０は、スクリーン面２２０ｓの一部を画像表示領域２０Ｒとして画像を表示する。また、スクリーン部材２２０に対してスクリーン面２２０ｓ側には光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒが設定されており、スクリーン部材２２０の背面２２０ｔ側には、導光板１３および位置検出用光源１２を備えた位置検出用光源装置１１が配置されている。本形態において、画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと略重なる領域である。
【００２６】
なお、図１（ａ）、（ｂ）には、スクリーン部材２２０の正面に画像投射装置２５０が配置された例を示してあるが、画像投射装置２５０については、図１（ｂ）に一点鎖線で示すように、斜め方向からスクリーン部材２２０に向けて表示光を投射する場合もある。
【００２７】
本形態において、スクリーン部材２２０としては、以下に説明する各種のものを用いることができるが、いずれの場合も、赤外光を通過可能な材質からなる。まず、スクリーン部材２２０としては、スクリーン面２２０ｓ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、スクリーン部材２２０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、スクリーン部材２２０としては、スクリーン面２２０ｓ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２２０ｓ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。
【００２８】
（スクリーン装置および受光素子１５の構成）
図２は、本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置の構成を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、吊下型の手動式の受光素子付きスクリーン装置の説明図、および電動式の受光素子付きスクリーン装置の説明図である。図３は、本発明を適用した受光素子付きスリクーン装置におけるスクリーン部材２２０と受光素子１５との位置関係などを示す説明図である。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）に示す光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スクリーン部材２２０と受光素子１５とが一体化されて受光素子付きスクリーン装置２１０を構成している。また、図１（ａ）、（ｂ）に示す光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００においては、受光素子１５として２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂが用いられている。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示す受光素子付きスクリーン装置２１０は、吊下型の手動式のスクリーン装置であり、スクリーン装置本体２３０は、可撓性のスクリーン部材２２０と、スクリーン部材２２０の上端部に接続された横棒からなる支持棒２３１と、スクリーン部材２２０の下端部に接続された横棒からなる錘棒２３２と、支持棒２３１の両端に接続された吊り下げ紐２３３とを備えている。
【００３１】
かかるスクリーン装置本体２３０において、スクリーン部材２２０は、上端部を避けた全体がスクリーン面２２０ｓになっており、スクリーン部材２２０の上端側には、スクリーン面２２０ｓと支持棒２３１とによって挟まれた領域（スクリーン面２２０ｓより外側）に、受光素子１５としての２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂが直接、あるいは回路基板（図示せず）などを介して接着などの方法で固定されている。また、スクリーン部材２２０の上端側において、スクリーン面２２０ｓより外側には、受光素子１５Ａ、１５Ｂに電気的に接続された配線材１６も接着などの方法で固定されている。このようにして、スクリーン部材２２０を備えたスクリーン装置本体２３０に受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）が固定された受光素子付きスクリーン装置２１０が構成されている。かかる受光素子付きスクリーン装置２１０において、受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）は、展開された状態のスクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側で、スクリーン面２２０ｓより外側からスクリーン面２２０ｓに沿う方向に受光部１５１を向けている。
【００３２】
図２（ｂ）に示す受光素子付きスクリーン装置２１０は、電動式のスクリーン装置であり、スクリーン装置本体２３０は、可撓性のスクリーン部材２２０と、スクリーン部材２２０の上端部に接続された回転軸２４１と、回転軸２４１を覆うハウジング２４３と、スクリーン部材２２０の下端部に接続された横棒からなる錘棒２４６とを備えている。また、スクリーン装置本体２３０は、ハウジング２４３の端部にモータ内蔵の駆動ユニット２４８（巻回装置）を備えている。駆動ユニット２４８は、回転軸２４１に機構的に接続されており、回転軸２４１を軸線周りの一方に回転させてハウジング２４３からスクリーン部材２２０を引き出して展開した状態とするとともに、回転軸２４１を軸線周りの他方に回転させてハウジング２４３内にスクリーン部材２２０を巻回された状態で収容する。かかる構成の場合、スクリーン部材２２０のうち、ハウジング２４３から引き出された部分がスクリーン面２２０ｓとして利用される。
【００３３】
かかるスクリーン装置本体２３０において、ハウジング２４３の内面には、受光素子１５としての２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂが直接、あるいは回路基板（図示せず）などを介して接着などの方法で固定されている。また、ハウジング２４３の内面には、受光素子１５Ａ、１５Ｂに電気的に接続された配線材１６も接着などの方法で固定されている。このようにして、スクリーン部材２２０を備えたスクリーン装置本体２３０に受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）が固定された受光素子付きスクリーン装置２１０が構成されている。かかる受光素子付きスクリーン装置２１０において、受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）は、展開された状態のスクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側で、スクリーン面２２０ｓより外側からスクリーン面２２０ｓに沿う方向に受光部１５１を向けている。
【００３４】
図３に示すように、図２（ａ）、（ｂ）に示すいずれの受光素子付きスクリーン装置２１０においても、２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂは、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側において、スクリーン面２２０ｓ内の異なる領域に受光部１５１を向けている。また、本形態のスクリーン面２２０ａは長方形であり、２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂは、スクリーン面２２０ａの長辺に相当する領域においてスクリーン面２２０ｓの長辺方向でずれた位置に設けられている。より具体的には、スクリーン面２２０ａは、相対向する２つの長辺２２０ａ、２２０ｂと、相対向する２つの短辺２２０ｃ、２２０ｄを備えており、２つの受光素子１５Ａ、１５Ｂは、スクリーン面の同一の長辺２２０ｂに相当する領域において、長辺方向でずれた位置に設けられている。ここで、受光素子１５Ａ、１５Ｂは、検出領域１０Ｒ（画像表示領域２０Ｒ）を長辺方向に２等分してなる２つの領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに対して長辺方向の中間位置に設けられている。また、受光素子１５Ａ、１５Ｂの中心光軸は、長辺２２０ａに対して直交する方向に延在している。
【００３５】
受光素子１５Ａ、１５Ｂには、信号処理部４５０が電気的に接続されており、信号処理部４５０には、受光素子１５Ａ、１５Ｂでの検出結果が入力される２つの位置検出部４５０Ａ、４５０Ｂが設けられている。すなわち、信号処理部４５０は、受光素子１５Ａでの受光結果に基づいて位置検出を行なう位置検出部４５０Ａと、受光素子１５Ｂでの受光結果に基づいて位置検出を行なう位置検出部４５０Ｂとが設けられている。ここで、位置検出部４５０Ａ、４５０Ｂは、互いに独立して位置検出を行なう。このため、本形態では、受光素子１５Ａでの検出結果に基いて、検出領域１０Ｒのうちの一方の領域１０Ｒａでの位置検出を行ない、受光素子１５Ｂでの検出結果に基いて、他方の領域１０Ｒｂでの位置検出を行なうことができる。
【００３６】
（光学式位置検出装置１０の詳細構成）
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の詳細構成を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光学式位置検出装置１０の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置に用いた導光板１３などの構成を示す説明図、および導光板１０内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。なお、図４では、Ｚ軸方向を上下方向として表してある。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源装置１１は、略長方形の平面形状を有する導光板１３を備えており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺に相当する辺部分１３ｋ、１３ｌ同士がＹ軸方向で対向し、短辺に相当する辺部分１３ｉ、１３ｊ同士がＸ軸方向で対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。導光板１３は、内部を伝播した位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５１を向けた受光素子１５（検出素子１５Ａ、１５Ｂ）を備えている。
【００３８】
本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。
【００３９】
導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部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。なお、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。
【００４０】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）など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、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体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が指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。
【００４１】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出するように構成される。４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う２つの位置検出用光源は対になって第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源対を構成することもある。
【００４２】
検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面的な領域であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる領域である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの辺部分の長さ方向の略中央部分に受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）が配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。
【００４３】
このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、位置検出光Ｌ２ｃと位置検出光Ｌ２ｄは、矢印Ａで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｂで示す方向）において互いに逆向きに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から検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図４（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。また、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図４（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。
【００４４】
（ＸＹ座標を検出するための基本原理）
上記受光素子１５での検出に基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、そのー例として、二つの位置検出光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法などが挙げられる。また、二つの位置検出光の検出光量の差を求め、この差の絶対値から、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。これらいずれの方法においても、受光素子１５からの出力値をそのまま演算に用いる方法、受光素子１５を介してキャパシタに蓄電あるいは放電させてキャパシタの端子間電圧が所定の電圧になるまでの時間を演算に用いる方法などを挙げることができる。いずれの場合も、以下に説明する性質を利用したものである。
【００４５】
まず、位置検出機能付き表示装置１００においては、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは各々、光入射部１３ａ〜１３ｄから導光板１３の内部に入射し、導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから出射される。その結果、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光出射面１３ｓから面状に放出される。
【００４６】
例えば、位置検出光Ｌ２ａは光入射部１３ａから光入射部１３ｂに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。同様に、位置検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。従って、検出領域１０Ｒに指などの対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより上記位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが反射され、その反射光の一部が上記受光素子１５により検出される。
【００４７】
ここで、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図４（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰し、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図４（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰すると考えられる。
【００４８】
また、位置検出用光源１２Ａの制御量（例えば電流量）、変換係数、および放出光量をＩａ、ｋ、およびＥａとし、位置検出用光源１２Ｂの制御量（電流量）、変換係数、および放出光量をＩｂ、ｋ、およびＥｂとすれば、
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ
となる。また、位置検出光Ｌ２ａの減衰係数、および検出光量をｆａ、およびＧａとし、位置検出光Ｌ２ｂの減衰係数、および検出光量をｆｂ、およびＧｂとすれば、
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ
となる。
【００４９】
従って、受光素子１５において両位置検出光の検出光量の比であるＧａ／Ｇｂが検出できるとすれば、
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ・Ｅａ）／（ｆｂ・Ｅｂ）＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
となるから、放出光量の比Ｅａ／Ｅｂ、および制御量の比Ｉａ／Ｉｂに相当する値が分かれば、減衰係数の比ｆａ／ｆｂが分る。この減衰係数の比と両位置検出光の伝播距離の比との間に直線関係があれば、この直線関係を予め設定しておくことで、対象物体Ｏｂの位置情報を得ることができる。
【００５０】
上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求める方法としては、例えば、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを逆相で点滅（例えば、矩形波状若しくは正弦波状の駆動信号を伝播距離の差に起因する位相差が無視できる周波数で相互に１８０度の位相差を持つように動作）させた上で、検出光量の波形を解析する。より現実的には、例えば、一方の制御量Ｉａを固定し（Ｉａ＝Ｉｍ）、検出波形が観測できなくなるように、すなわち、検出光量の比Ｇａ／Ｇｂが１となるように他方の制御量ｌｂを制御し、このときの制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを導出する。
【００５１】
また、両制御量の和が常に一定、すなわち、下式
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ｉｂ＝Ｉｍ・ｆｂ／（ｆａ十ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ十ｆｂ）＝α
とすると、下式
ｆａ／ｆｂ＝（１−α）／α
により、減衰係数の比が求まる。
【００５２】
従って、対象物体Ｏｂの矢印Ａ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを相互に逆相で駆動することで取得することができる。また、対象物体Ｏｂの矢印Ｂ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ｃと位置検出用光源１２Ｄを相互に逆相で駆動することで取得することができる。それ故、制御系において上記Ａ方向とＢ方向の検出動作を順次行って対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。
【００５３】
上記のように、受光素子１５により検出される位置検出光の光量比に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部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、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
【００５４】
（本形態での位置検出方法）
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出するには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相で駆動する。すなわち、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させ、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させてＸ軸方向の一方方向が高い強度分布を形成する第１期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させてＸ軸方向の他方方向の出射強度が高い強度分布を形成する第２期間とを交互に設定する。従って、信号処理部４５０の位置検出部４５０Ａにおいて、第１期間と第２期間とにおける受光素子１５Ａの検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒの一方の領域１０Ｒａでの対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。また、信号処理部４５０の位置検出部４５０Ｂにおいて、第１期間と第２期間とにおける受光素子１５Ｂでの検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒの他方の領域１０Ｒｂでの対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００５５】
また、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出するには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相で駆動する。すなわち、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを点灯させ、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させてＹ軸方向の一方方向が高い強度分布を形成する第１期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを消灯させてＹ軸方向の他方方向の出射強度が高い強度分布を形成する第２期間とを交互に設定する。従って、信号処理部４５０の位置検出部４５０Ａにおいて、第１期間と第２期間とにおける受光素子１５Ａの検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒの一方の領域１０Ｒａでの対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。また、信号処理部４５０の位置検出部４５０Ｂにおいて、第１期間と第２期間とにおける受光素子１５Ｂでの検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒの他方の領域１０Ｒｂでの対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００５６】
それ故、検出領域１０Ｒの一方の領域１０Ｒａでの対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することができるとともに、他方の領域１０Ｒｂでの対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することができる。それ故、図１（ａ）に示すように、２つの領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々において、スクリーン部材２２０に対して利用者が指などを同時に接近させたときでも、２つの領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対する指などの接近位置を検出することができる。
【００５７】
なお、４つの位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを同時に点灯させてＺ軸方向に位置検出光の強度分布を形成し、Ｚ座標の検出を行なってもよい。この場合、受光素子１５Ａの検出値を用いれば、検出領域１０Ｒの一方の領域１０Ｒａでの対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。また、受光素子１５Ｂの検出値を用いれば、検出領域１０Ｒの他方の領域１０Ｒｂでの対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００５８】
（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および位置検出機能付き表示装置１００では、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが導光板１３の光出射面１３ｓから出射され、これが導光板１３の出射側に配置された対象物体Ｏｂによって反射されると、この反射光が光検出器１５によって検出される。ここで、検出領域１０Ｒにおける位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄからの距離とが所定の相関性を有しているので、光検出器１５を介して得られた受光強度から対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することができる。また、かかる検出方式によれば、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側に位置検出光の光強度分布を形成すればよいので、必ずしもスクリーン部材２２０の前側に導光板１３を配置する必要がないので、スクリーン部材２２０に画像を表示するタイプの位置検出機能付き表示装置１００を構成するのに適している。
【００５９】
また、本形態では、画像が形成されるスクリーン部材２２０を備えたスクリーン装置本体２３０に受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）が固定されたスクリーン装置２１０が用いられている。このため、スクリーン部材２２０という比較的大きな画像領域を有する場合でも、スクリーン装置本体２３０自身に受光素子１５が予め固定されているので、位置検出機能付き表示装置１００を組み立てる際、多大な手間をかけなくても、スクリーン部材２２０と受光素子１５との間に高い位置精度を確保することができる。
【００６０】
また、スクリーン部材２２０は、赤外光透過性を有しており、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、スクリーン部材２２０の背面２２０ｔ側からスクリーン部材２２０を透過してスクリーン面２２０ｓ側に出射される赤外光である。このため、スクリーン部材２２０に対して入力操作側とは反対側（他方面側）に位置検出用光源１２を設けても、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側に位置検出光の光強度分布を形成することができる。それ故、スクリーン部材２２０に対して入力操作側（スクリーン面２２０ｓ側）に位置検出用光源１２などを設ける必要がないという利点がある。
【００６１】
また、本形態においては、複数の受光素子１５Ａ、１５Ｂが用いられており、かかる受光素子１５Ａ、１５Ｂは、互いにスクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ内の異なる領域に受光部１５１を向けている。このため、複数の受光素子１５Ａ、１５Ｂによって領域を分割して位置検出することができる。従って、スクリーン部材２２０といった広い画像表示領域のスクリーン面２２０ｓ側での位置検出を確実に行なうことができる。
【００６２】
また、スクリーン面２２０ｓは長方形であり、受光素子１５Ａ、１５Ｂは、スクリーン面２２０ｓの長辺２２０ｂに外側で隣接する領域において長辺方向でずれた位置に設けられている。このため、受光素子１５Ａ、１５Ｂが監視する領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々においては、いずれの場所でも受光素子１５Ａ、１５Ｂからの距離が短い。それ故、受光素子１５Ａ、１５Ｂには、位置検出光が十分な光量をもって入射するので、検出誤差を小さくすることができる。しかも、複数の受光素子１５Ａ、１５Ｂは、スクリーン面２２０ｓの同一の長辺２２０ｂに相当する領域に設けられているため、受光素子１５Ａ、１５を近接して設けることができるので、受光素子１５Ａ、１５Ｂに対する配線材３６を狭い領域内に配置することができる。
【００６３】
［別の位置検出用光源装置の構成］
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０に用いた別の位置検出用光源装置１１の説明図である。
【００６４】
上記実施の形態では、位置検出用光源装置１１として、導光板１３を用いたが、図５に示すように、スクリーン部材２１０の背面側において、検出領域１０Ｒに対してＺ軸方向で対向する位置に、複数の位置検出用光源１２が配列された基板１２０を設け、導光板を有しない構成の位置検出用光源装置１１を採用してもよい。
【００６５】
かかる構成の場合にも、対象物体ＯｂのＸ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２のうち、Ｘ方向で離間する位置検出用光源１２の一方のみを点灯させれば、位置検出光の強度分布を形成することができる。また、対象物体ＯｂのＹ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２のうち、Ｙ方向で離間する位置検出用光源１２の一方のみを点灯させれば、位置検出光の強度分布を形成することができる。
【００６６】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、スクリーン装置本体２３０に２つの受光素子１５（受光素子１５Ａ、１５Ｂ）が固定されたスクリーン装置２１０を例示したが、１つの受光素子１５、あるいは３つ以上の受光素子１５を用いた場合に本発明を適用してもよい。
【００６７】
上記実施の形態では、横長のスクリーン部材２２０に本発明を適用したが、縦長のスクリーン部材２２０を用いた場合に本発明を適用してもよい。
【００６８】
上記実施の形態では、スクリーン部材２２０の背面２２０ｔ側に位置検出用光源装置１１を配置したが、スクリーン部材２２０のスクリーン面２２０ｓ側に位置検出用光源装置１１を配置してもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、投射型表示装置に用いられるスクリーン装置に本発明を適用したが、電子黒板に用いられるスクリーン装置に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１１・・位置検出用光源装置、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１５、１５Ａ、１５Ｂ・・受光素子、４５０・・信号処理部、４５０Ａ、４５０Ｂ・・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、２１０・・受光素子付きスクリーン装置、２２０・・スクリーン部材、２２０ｓ・・スクリーン面、２２０ｔ・・背面、２３０・・スクリーン装置本体、２４３・・ハウジング、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光
【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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