(57)【要約】【課題】検出領域内での位置検出光の強度分布を利用して位置検出を行なう場合でも、光検出器の感度指向性の影響を受けにくく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および位置検出機能付き表示装置１００では、検出領域１０Ｒに、位置検出用光源１２から出射された位置検出光の強度分布を形成し、対象物体で反射した位置検出光を光検出器１５で受光し、対象物体の位置を検出する。光検出器１５としては、互いに中心光軸を検出領域１０Ｒの異なる領域に向けた光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを用い、３つの光検出器１５の高感度角度範囲のみで検出領域１０Ｒをカバーする。【選択図】図１
2011065409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、
前記検出領域に向けて位置検出光を出射して、当該検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、
互いに前記検出領域内の異なる領域に中心光軸を向けた複数の光検出器と、
前記検出領域において前記対象物体により反射した前記位置検出光を前記複数の光検出器が受光した結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、
を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記複数の光検出器は、前記検出領域の辺部分に隣接する特定箇所で、前記中心光軸を互いに異なる角度方向に向けて配置されてい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。
【請求項３】
前記複数の光検出器は、中心光軸が等角度間隔に配置された３つ以上の光検出器からなることを特徴とする請求項２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記複数の光検出器は、前記検出領域の同一の辺部分において当該辺部分の延在方向でずれた位置で前記中心光軸を互いに平行な方向に向けてい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。
【請求項５】
前記光検出器は、前記受光部を備えた受光素子と、該受光素子の中心光軸側での入射光量と前記中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材と、を備えてい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。
【請求項６】
前記指向性調整部材は、前記受光素子の中心光軸側での光入射口を該中心光軸から離間した角度方向での光入射口より狭くする遮光部材であることを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記遮光部材は、前記受光素子の中心光軸側から該中心光軸から離間した角度方向側に向けて延在するスリットを前記光入射口として備え、
前記中心光軸側での前記スリットの幅寸法が前記中心光軸から離間した角度方向での前記スリットの幅寸法よりも狭いことを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記複数の光検出器での受光強度の絶対的な大小あるいは前記複数の光検出器での受光強度間の相対的な大小を判定する受光強度判定部と、前記複数の光検出器での受光結果のうち、前記受光強度判定部での判定結果において受光強度が大と判定された光検出器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、を備えていることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８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、
前記検出領域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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出領域内の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。
【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】
特許文献１に記載の位置検出装置は光学式であり、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、特許文献１に記載の構造を応用して、図１４に模式的に示す光学式位置検出装置を提案するものである。かかる構成の光学式位置検出装置では、検出領域１０Ｒの面内方向に位置検出光の強度分布を形成し、かかる検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂにより反射した位置検出光を光検出器１５で検出する。例えば、位置検出用光源１２Ａから位置検出光Ｌ２ａを出射したときと、位置検出用光源１２Ｂから位置検出光Ｌ２ｂを出射したときでは、導光板１３から検出領域１０Ｒに出射された位置検出光の光強度分布が相違する。従って、位置検出光Ｌ２ａを出射したときと、位置検出光Ｌ２ｂを出射したときの光検出器１５での受光結果を比較すれば、矢印Ａで示す方向の対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。また、位置検出用光源１２Ｃから位置検出光Ｌ２ｃを出射したときと、位置検出用光源１２Ｄから位置検出光Ｌ２ｄを出射したときの光検出器１５での受光結果を比較すれば、矢印Ｂで示す方向の対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、図１４に示す構成の光学式位置検出装置では、対象物体Ｏｂが検出領域１０Ｒの中央部分に位置する場合には高い精度で位置検出を行なうことができるが、対象物体Ｏｂが検出領域１０Ｒの端部に位置する場合には検出精度が低下するという問題点がある。かかる問題点を検討した結果、本願発明者は、光検出器１５での感度指向性の影響によって、対象物体Ｏｂが検出領域１０Ｒの端部に位置する場合の検出精度が低下するという知見を得た。すなわち、光検出器１５は所定の角度範囲であれば、高い感度を有するが、中心光軸から大きく離間した角度方向では感度が低いため、光検出器１５での検出結果には、位置検出光の強度分布以外にも、光検出器１５の感度指向性が大きく影響を及ぼしてしまうのである。なお、図１４に示す形態は、本発明の参考例であって従来技術ではない。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、検出領域内での位置検出光の強度分布を利用して位置検出を行なう場合でも、光検出器の感度指向性の影響を受けにくく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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、前記検出領域に向けて位置検出光を出射して、当該検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、互いに前記検出領域内の異なる領域に中心光軸を向けた複数の光検出器と、前記検出領域において前記対象物体により反射した前記位置検出光を前記複数の光検出器が受光した結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、検出領域の面内方向に位置検出光の強度分布を形成し、かかる検出領域において対象物体により反射した位置検出光を光検出器で検出する。ここで、光検出器は、複数用いられており、複数の光検出器は、互いに中心光軸を検出領域の異なる領域に向けている。従って、光検出器が感度指向性を有する場合でも、複数の光検出器の各々の高感度角度範囲のみで検出領域をカバーすることができる。それ故、検出領域内での位置検出光の強度分布を利用して位置検出を行なう場合でも、光検出器の感度指向性の影響を受けにくい。
【００１０】
本発明において、前記複数の光検出器は、前記検出領域の辺部分に隣接する特定箇所で、前記中心光軸を互いに異なる角度方向に向けて配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、検出領域の周りの狭いスペース内に複数の光検出器を配置することができる。
【００１１】
この場合、前記複数の光検出器は、中心光軸が等角度間隔に配置された３つ以上の光検出器からなることが好ましい。中心光軸を等角度間隔に配置すると、複数の光検出器の各々の高感度角度範囲を有効に活用することができる。
【００１２】
本発明において、前記複数の光検出器は、前記検出領域の同一の辺部分において当該辺部分の延在方向でずれた位置で前記中心光軸を互いに平行な方向に向けている構成を採用してもよい。
【００１３】
本発明において、前記光検出器は、前記受光部を備えた受光素子と、該受光素子の中心光軸側での入射光量と前記中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、光検出器において高感度角度範囲内に感度指向性があっても、指向性調整部材によって感度を平準化することができるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１４】
本発明において、前記指向性調整部材としては、前記受光素子の中心光軸側での光入射口を該中心光軸から離間した角度方向での光入射口より狭くする遮光部材を用いることができる。このように構成すれば、光入射口の大小という簡単な構成で、光検出器において高感度角度範囲内での感度指向性を緩和することができるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１５】
この場合、前記遮光部材は、前記受光素子の中心光軸側から該中心光軸から離間した角度方向側に向けて延在するスリットを前記光入射口として備え、前記中心光軸側での前記スリットの幅寸法が前記中心光軸から離間した角度方向での前記スリットの幅寸法よりも狭いことが好ましい。光入射口をスリットとして形成すれば、スリット幅を連続的あるいは段階的に変化させることにより、光検出器において高感度角度範囲内での感度指向性を適正に解消することができるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１６】
本発明において、前記信号処理部は、前記複数の光検出器での受光強度の絶対的な大小あるいは前記複数の光検出器での受光強度間の相対的な大小を判定する受光強度判定部と、前記複数の光検出器での受光結果のうち、前記受光強度判定部での判定結果において受光強度が大と判定された光検出器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、を備えていることが好ましい。このように構成すると、複数の光検出器のうち、対象物体に近い光検出器での受光結果のみを用いて対象物体の位置を検出することができる。
【００１７】
本発明を適用した光学式位置検出装置は、例えば、位置検出機能付き表示装置に用いられる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記検出領域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することになる。
【００１８】
本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、投射型表示装置などの各種表示装置の他、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に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した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】本発明を適用した光学式位置検出装置の基本構成を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した光学式位置検出装置において光検出器で用いたフォトダイオードの感度指向性を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた光検出器および信号処理部の構成を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた光検出器の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた信号処理部の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。
【図８】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。
【図９】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１０】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。
【図１４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
［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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を向けた光検出器１５とを有している。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。光検出器１５は、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を備えている。
【００２４】
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の一方面２２０ｓ側に表示光を拡大投射する画像投射装置２５０とを有しており、画像生成装置２００は、スクリーン部材２２０上に画像表示領域２０Ｒを有している。かかるスクリーン部材２２０に対して画像投射装置２５０が位置する一方面２２０ｓ側には、光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒが位置し、スクリーン部材２２０の他方面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。
【００２５】
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、表面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、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、表面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。かかるスクリーン部材２２０は、吊下型の手動式の受光素子付きスクリーン、あるいは電動式の受光素子付きスクリーンとして構成される。
【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】
（光学式位置検出装置１０の基本構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の基本構成を示す説明図であり、図２（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１３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２では、Ｚ軸方向を上下方向として表してある。
【００２８】
図２（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を向けた光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）を備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）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。
【００３４】
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２（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２（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。
【００３５】
（ＸＹ座標を検出するための基本原理）
上記光検出器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、光検出器１５からの出力値をそのまま演算に用いる方法、光検出器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。
【００３６】
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。
【００３７】
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光検出器１５により検出される。
【００３８】
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２（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２（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。
【００３９】
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。
【００４０】
従って、光検出器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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
上記のように、光検出器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。
【００４５】
（本形態の検出方法）
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、後述する信号処理部において、第１期間と第２期間とにおける光検出器１５の検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒでの対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４６】
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、信号処理部の位置検出部において、第１期間と第２期間とにおける光検出器１５の検出値の比や差を用いれば、検出領域１０Ｒでの対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００４７】
なお、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ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。
【００４８】
（光学式位置検出装置の詳細構成）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において光検出器１５で用いたフォトダイオードの感度指向性を示す説明図である。図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置、および位置検出機能付き表示装置で用いた光検出器１５および信号処理部の構成を示す説明図である。
【００４９】
図１〜図２に示す光検出器１５は、受光素子としてフォトダイオードを備えており、かかるフォトダイオードは、図３に示す感度指向性を備えている。図３には、光検出器１５の中心光軸に対して成す角度Φと感度ｆ（Φ）との関係が示されており、光検出器１５の中心光軸の側（正面）での感度ｆ（Φ）を１として示してある。図３に示すように、光検出器１５の感度ｆ（Φ）は、中心光軸の側（正面）で最高であり、光検出器１５の中心光軸となす角度Φが大きくなるに伴って感度ｆ（Φ）が低下し、中心光軸に対して９０°を成す角度方向での感度ｆ（Φ）は０となる。ここで、光検出器１５の中心光軸に対して成す角度Φが片側３０°以下の角度範囲（中心光軸を中心に６０°の角度範囲）では、感度ｆ（Φ）が０．８７以上であり、かかる高感度角度範囲であれば、図２を参照して説明した位置検出を精度よく行うことができる。これに対して、光検出器１５の中心光軸に対して成す角度Φが片側３０°を超えると、感度ｆ（Φ）が低下し、かかる角度範囲では検出誤差が大となる。
【００５０】
そこで、本形態では、図１、図２および図４に示すように、光検出器１５として、検出領域１０Ｒの異なる領域に中心光軸を向けた複数の光検出器を設け、複数の光検出器１５の高感度角度範囲を位置検出に用いる。本形態では、複数の光検出器１５として、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが用いられており、図４には、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの中心光軸を各々、一点鎖線Ｌ１５１Ａ、実線Ｌ１５１Ｂ、二点鎖線Ｌ１５１Ｃで示してある。
【００５１】
ここで、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、検出領域１０Ｒの辺部分に隣接する特定箇所（導光板１３の辺部分１３ｌに隣接する特定箇所）で、中心光軸を互いに異なる角度方向に向けて配置されている。また、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、中心光軸が等角度間隔になるように配置されており、本形態において、隣り合う光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの中心光軸が成す角度は６０°あるいは略６０°である。また、本形態においては、図３を参照して説明した感度指向性に鑑みて、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃにおいて、中心光軸を中心にして６０°の高感度角度範囲（感度ｆ（Φ）が高い角度範囲）が利用されている。すなわち、図４には、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲がαΑ、αＢ、αＣで示されており、検出領域１０Ｒは、略全体が光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲αΑ、αＢ、αＣでカバーされている。図３に示す例では、検出領域１０Ｒの一部が光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲αΑ、αＢ、αＣでカバーされていないが、かかる部分は、入力操作が行われない箇所であり、支障がない。なお、検出領域１０Ｒの全体が光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲αΑ、αＢ、αＣでカバーされているように構成するには、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを検出領域１０Ｒより離間させればよい。
【００５２】
（光検出器１５の詳細構成）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置、および位置検出機能付き表示装置で用いた光検出器１５の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、光検出器１５の斜視図、斜め上方からみた光検出器１５の分解斜視図、斜め下方からみた光検出器１５の分解斜視図、および光検出器１５の正面図である。
【００５３】
本形態では、図３に示す感度指向性に基づいて、光検出器１５の高感度角度範囲をαΑ、αＢ、αＣで受光された結果に基づいて位置検出を行なう。但し、図３から分るように、高感度角度範囲をαΑ、αＢ、αＣ（片側３０°の範囲）でも感度ｆ（Φ）は１〜０．８７の範囲で変動する。
【００５４】
そこで、本形態では、図５に示すように、光検出器１５は、受光部１５１を備えた受光素子１５０（フォトダイオード）と、受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０側での入射光量と中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材１５５とから構成されている。本形態において、指向性調整部材１５５は、黒色の樹脂成形品からなる第１遮光部材１５６と、受光素子１５０を第１遮光部材１５６の間に挟む黒色の樹脂成形品からなる第２遮光部材１５７とを備えており、指向性調整部材１５５（第１遮光部材１５６および第２遮光部材１５７）は、受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０側での光入射口を中心光軸Ｌ１５０から離間した角度方向での光入射口より狭くする。
【００５５】
より具体的には、指向性調整部材１５５では、図５（ａ）、（ｄ）に示すように、第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とによって、受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０側から周方向の両側に延在する延在するスリット１５８が光入射口として形成されており、かかるスリット１５８の中心光軸Ｌ１５０側の幅寸法Ｇａは、中心光軸Ｌ１５０から離間した角度方向での幅寸法Ｇｂより狭くなっている。
【００５６】
かかる構成の指向性調整部材１５５を構成するにあたって、第１遮光部材１５６は、受光素子１５０の２本のリード線１５０ａ、１５０ｂを保持する略直方体の基部１５６ａと、基部１５６ａの前面から前方の突出した半円板状の遮光部１５６ｂとを備えている。第２遮光部材１５７も、第１遮光部材１５６と同様、略直方体の基部１５７ａと、基部１５７ａの前面から前方の突出した半円板状の遮光部１５７ｂとを備えている。
【００５７】
ここで、受光素子１５０は、第１遮光部材１５６の基部１５６ａにおいて第２遮光部材１５７と重なる面側で突出している。第２遮光部材１５７において受光素子１５０と重なる部分には凹部１５７ｅが形成されており、かかる凹部１５７ｅの前方は開放されている。このため、基部１５６ａ、１５７ａが重なるように第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とを重なることができるとともに、第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とを重ねた状態で、受光素子１５０の受光部１５１は、凹部１５７ｅを介して外部に開放された状態にある。
【００５８】
また、基部１５６ａ、１５７ａの一方の端部には互いに連通する穴１５６ｓ、１５７ｓが形成されているとともに、基部１５６ａ、１５７ａの他方の端部には互いに連通する穴１５６ｔ、１５７ｔが形成されている。このため、穴１５６ｓ、１５７ｓでのネジ止め、および穴１５６ｔ、１５７ｔでのネジ止めによって、第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とを連結することができる。また、基部１５６ａ、１５７ａ同士を接着固定して第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とを連結してもよい。なお、基部１５６ａにおいて穴１５６ｓの形成領域は凹部１５６ｒになっている。
【００５９】
このように構成した指向性調整部材１５５では、第１遮光部材１５６と第２遮光部材１５７とを連結すると、遮光部１５６ｂと遮光部１５７ｂとの間にスリット１５８が約１８０°の角度範囲にわたって形成され、かかるスリット１５８の奥に受光素子１５０の受光部１５１が位置する。ここで、第１遮光部材１５６の遮光部１５６ｂは一定の厚さあるため、遮光部１５６ｂにおいてスリット１５８が位置する側の内面１５６ｃは、受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０と平行な面である。これに対して、第２遮光部材１５７の遮光部１５７ｂは、スリット１５８が位置する側とは反対側の外面が受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０と平行な面であるが、スリット１５８が位置する側の内面１５７ｃは、テーパ面になっている。このため、遮光部１５７ｂの中心光軸Ｌ１５０側の厚さｔａは、中心光軸Ｌ１５０から離間した角度方向における厚さｔｂよりも厚い。このため、スリット１５８の中心光軸側での幅寸法Ｇａは、中心光軸から離間する角度方向における幅寸法Ｇｂよりも狭い。ここで、スリット１５８の幅寸法は、中心光軸Ｌ１５０が位置する側から周方向の両端部に向けて連続的に拡張しており、光検出器１５での感度ｆ（Φ）の変化を相殺する。例えば、スリット１５８の各角度位置における幅寸法は、感度ｆ（Φ）の逆数になっている。なお、スリット１５８の幅寸法については、中心光軸Ｌ１５０が位置する側から周方向の両端部に向けて階段状に拡張している構成を採用してもよい。また、光検出器１５は、片側３０°の範囲で使用されるだけであるが、スリット１５８は片側９０°の範囲に形成されている。
【００６０】
このように構成した光検出器１５において、受光素子１５０単独では、片側３０°の角度範囲で感度ｆ（Φ）が１〜０．８７の範囲で変動していたが、受光素子１５０と指向性調整部材１５５と組み合わせると、受光素子１５０の中心光軸Ｌ１５０側での光入射口は、中心光軸Ｌ１５０から離間した角度方向での光入射口より狭いため、片側３０°の範囲での感度ｆ（Φ）が一定である。すなわち、光検出器１５では、片側３０°の全範囲において、感度ｆ（Φ）を図３に示す角度３０°での感度（＝０．８７）に合わせてある。従って、図４に示す光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでは、片側３０°の高感度角度範囲αＡ、αＢ、αＣの範囲全体において、感度ｆ（Φ）が同等である。
【００６１】
なお、本形態の第１遮光部材１５６の底部には凹部１５６ｅが形成されており、かかる凹部１５６ｅの端部には、基部１５６ａを貫通する溝状貫通穴１５６ｇが形成されている。また、基部１５６ａにおいて第２遮光部材１５７と重なる面には、溝状貫通穴１５６ｇが開口する部分が凹部１５６ｆになっており、第２遮光部材１５７において凹部１５６ｆと重なる部分には凹部１５７ｆが形成されている。さらに、凹部１５７ｆは、受光素子１５０が収容される凹部１５７ｅと繋がっている。このため、図５に示す指向性調整部材１５５では、受光素子１５０をフレキシブル配線基板（図示せず）に面実装した状態で使用する場合、フレキシブル配線基板を凹部１５６ｆ、１５７ｆ、および溝状貫通穴１５６ｇを通して外側に引き出すことができる。
【００６２】
（信号処理部の具体的構成）
再び図４において、本形態では、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの検出結果は、信号処理部４５０に出力されるようになっている。本形態において、信号処理部４５０は、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度の絶対的な大小を判定する受光強度判定部４５１と、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光結果に基づいて検出領域１０Ｒでの対象物体Ｏｂの位置を検出する３つの位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃとを備えている。ここで、受光強度判定部４５１は、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度と、予め設定された閾値とを比較し、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度のうち、閾値以上の受光強度のみを位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃに出力する。このため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃはいずれも、受光強度判定部４５１での判定結果において受光強度が大と判定された光検出器での受光結果のみに基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出し、検出結果を出力することになる。
【００６３】
また、本形態において、信号処理部４５０は座標比較部４５３を備えており、座標比較部４５３は、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）を比較し、検出位置が離間して場合、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）を出力する。これに対して、座標比較部４５３は、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）に近接している座標がある場合、かかる座標を同一座標と見なし、例えば、近接する座標同士を平均化した値を出力する。
【００６４】
（動作）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相で駆動し、その際の光検出器１５での検出値の比や差を用いて検出領域１０Ｒでの対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。また、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相で駆動し、その際の光検出器１５の検出値の比や差を用いて検出領域１０Ｒでの対象物体ＯｂのＹ座標を検出する。かかる検出の際、図４に示す信号処理部４５０によれば、以下に説明するように、位置検出精度の向上と、多点位置の検出とを行うことができる。
【００６５】
例えば、図４に点Ｏｂ１で示す位置に対象物体Ｏｂがあるとする。この場合、点Ｏｂ１で示す位置の対象物体Ｏｂで反射した位置検出光は、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃで受光される。ここで、対象物体Ｏｂは、光検出器１５Ａの高感度角度範囲αＡ内にあるが、光検出器１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲αＢ、αＣからは外れている。このため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度は、以下の関係
光検出器１５Ｂ＜光検出器１５Ｃ＜閾値＜光検出器１５Ａ
にある。従って、受光強度判定部４５１は、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの検出結果のうち、光検出器１５Ａの検出結果のみを位置検出部１５２Ａに出力する。従って、位置検出部１５２Ａで検出された座標のみが出力される。
【００６６】
また、図４に点Ｏｂ２で示す位置に対象物体Ｏｂがあるとする。この場合、点Ｏｂ２で示す位置の対象物体Ｏｂで反射した位置検出光は、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃで受光されるが、対象物体Ｏｂは、光検出器１５Ｂの高感度角度範囲αＢ内にある。このため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度は、以下の関係
光検出器１５Ｃ＜光検出器１５Ａ＜閾値＜光検出器１５Ｂ
にある。従って、受光強度判定部４５１は、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの検出結果のうち、光検出器１５Ｂの検出結果のみを位置検出部１５２Ｂに出力する。従って、位置検出部１５２Ｂで検出された座標のみが出力される。
【００６７】
これに対して、図４に点Ｏｂ３で示す位置に対象物体Ｏｂがあるとする。この場合、点Ｏｂ３で示す位置の対象物体Ｏｂは、光検出器１５Ａおよび光検出器１５Ｂの双方の高感度角度範囲αＡ、αＢ内にある。このため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度は、以下の関係
光検出器１５Ｃ＜閾値＜光検出器１５Ｂ＜光検出器１５Ａ
にある。従って、受光強度判定部４５１は、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの検出結果のうち、光検出器１５Ａ、１５Ｂの検出結果を位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂに出力する。従って、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂの双方から座標が出力される。この場合、座標比較部４５３は、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）を比較する。今回の場合、座標比較部４５３は、検出位置が近接しているため、１つの対象物体Ｏｂの位置と見なし、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）の平均値を出力する。
【００６８】
また、本形態では、図４に点Ｏｂ１で示す位置および点Ｏｂ２で示す位置の双方に対象物体Ｏｂがあるとする。この場合、点Ｏｂ１で示す位置の対象物体Ｏｂは、光検出器１５Ａの高感度角度範囲αＡにあり、点Ｏｂ２で示す位置の対象物体Ｏｂは、光検出器１５Ｂの高感度角度範囲αＢにある。このため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度は、以下の関係
光検出器１５Ｃ＜閾値＜光検出器１５Ｂ≒光検出器１５Ａ
にある。従って、受光強度判定部４５１は、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの検出結果のうち、光検出器１５Ａ、１５Ｂの検出結果を位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂに出力する。従って、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂの双方から座標が出力される。この場合、座標比較部４５３は、検出位置が離れているため、位置検出部１５２Ａ、１５２Ｂから出力された位置検出結果（ＸＹ座標）の各々を出力する。従って、図４に点Ｏｂ１で示す位置および点Ｏｂ２で示す位置の双方に対象物体Ｏｂがある場合、点Ｏｂ１の座標、および点Ｏｂ２の座標が各々出力されることになる。
【００６９】
（信号処理部４５０の変形例）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で用いた信号処理部４５０の変形例を示す説明図である。図４に示す信号処理部４５０においては、受光強度判定部４５１での判定結果において受光強度が閾値より大と判定された光検出器での受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出した。これに対して、図６に示す信号処理部４５０において、受光強度判定部４５１は、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度のうち、相対的に最大の受光強度を位置検出部４５２に出力する。その他の構成は図４を参照して説明した構成と同様である。
【００７０】
かかる構成の場合、図４に点Ｏｂ３で示す位置に対象物体Ｏｂがある場合には、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃでの受光強度は、以下の関係
光検出器１５Ｃ＜光検出器１５Ｂ＜光検出器１５Ａ
にある。従って、受光強度判定部４５１は、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの検出結果のうち、光検出器１５Ａの検出結果のみを位置検出部１５２に出力する。従って、位置検出部１５２からは、光検出器１５Ａでの受光結果に基づいて検出された座標のみが出力されることになる。
【００７１】
（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。かかる検出方式によれば、スクリーン部材２２０の一方面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。
【００７２】
また、本形態では、３つの光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）が用いられており、３つの光検出器１５は、互いに中心光軸を検出領域１０Ｒの異なる領域に向けている。従って、光検出器１５が感度指向性を有する場合でも、３つの光検出器１５の各々の高感度角度範囲のみで検出領域１０Ｒをカバーすることができる。それ故、検出領域１０Ｒ内での位置検出光の強度分布を利用して位置検出を行なう場合でも、光検出器１５の感度指向性の影響を受けにくい。よって、位置検出を高い精度で行なうことができる。
【００７３】
また、本形態では、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、検出領域１０Ｒの辺部分に隣接する特定箇所で、中心光軸を互いに異なる角度方向に向けて配置されている。このため、検出領域１０Ｒの周りの狭いスペース内に複数の光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを配置することができる。また、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、中心光軸が等角度間隔に配置されているため、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度角度範囲を有効に利用することができる。
【００７４】
さらに、光検出器１５は、受光素子１５０の中心光軸側での入射光量と中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材１５５を備えている。このため、光検出器１５で利用した高感度角度範囲内に感度指向性があっても、かかる感度指向性を指向性調整部材１５５によって緩和することができるので、位置検出精度を高めることができる。
【００７５】
また、指向性調整部材１５５は、受光素子１５０の中心光軸側での光入射口を中心光軸から離間した角度方向での光入射口より狭くする２つの遮光部材（第１遮光部材１５６および第２遮光部材１５７）からなる。このため、光入射口の大小という簡単な構成で、光検出器１５において高感度角度範囲として利用した角度範囲内での感度指向性を緩和することができるので、位置検出精度を高めることができる。しかも、第１遮光部材１５６および第２遮光部材１５７は、受光素子１５０の中心光軸側から中心光軸から離間した角度方向側に向けて延在するスリット１５８を光入射口として備えている。このため、スリット幅を連続的あるいは段階的に変化させることにより、光検出器１５で利用した高感度角度範囲内での感度指向性を効果的に相殺することができるので、位置検出精度を高めることができる。
【００７６】
［別の位置検出用光源装置の構成］
図７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。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７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。
【００７７】
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。
【００７８】
［光検出器１５の別のレイアウト例］
図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０における光検出器１５の別のレイアウトを示す説明図である。上記実施の形態では、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、検出領域１０Ｒの辺部分に隣接する特定箇所で、中心光軸を互いに異なる角度方向に向けて配置したが、本形態では、図８に示すように、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、検出領域１０Ｒの１つの辺部分（導光板１３の辺部分１３ｌに沿う辺部分）に隣接領域において辺部分の延在方向でずれた位置で中心光軸を互いに平行な方向に向けている。より具体的には、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、検出領域１０Ｒ（画像表示領域２０Ｒ）の長辺方向で等間隔に配置されており、光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの中心光軸は、導光板１３の辺部分１３ｋ、１３ｌに対して直交する方向に延在している。かかる構成でも、３つの光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの高感度領域で検出領域１０Ｒの全体あるいは略全体をカバーすることができる。従って、位置検出精度が高い。
【００７９】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、３つの光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）を用いた光学式位置検出装置１０を例示したが、２つの光検出器１５あるいは４つ以上の光検出器１５を用いてもよい。
【００８０】
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。上記実施の形態では、スクリーン部材２２０の他方面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の一方面２２０ｓ側に位置検出用光源装置１１を配置してもよい。
【００８１】
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。
【００８２】
［位置検出機能付き表示装置１００の変形例］
上記実施の形態では位置検出機能付き表示装置１００を投射型表示装置や電子黒板に適用した例であったが、図９〜図１２に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置２００として採用すれば、図１３を参照して後述する電子機器に用いることができる。
【００８３】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例１）
図９および図１０は、本発明の変形例１に係る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。
【００８４】
図９および図１０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、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５１を向けた光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）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などといった直視型表示装置２０８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２０８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は検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【００８５】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例２）
図１１および図１２は、本発明の変形例２に係る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の説明図であり、図１１および図１２は各々、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。
【００８６】
図１１および図１２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、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５１を向けた光検出器１５（光検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ）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２０９と、透光性のカバー部材３０とを備えている。液晶装置２０９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は検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【００８７】
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、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―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、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。
【００８８】
液晶装置２０９（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２０９ａを備えている。本形態において、液晶パネル２０９ａ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２０９ａ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２０９ａ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。
【００８９】
液晶パネル２０９ａ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など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）などの配線部材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。
【００９０】
ここで、対象物体Ｏｂの平面位置を検出するためには、位置検出光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２０９ａ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２０９ａにおいて、画像表示領域２０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。なお、液晶パネル２０９ａ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が位置検出光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。
【００９１】
液晶装置２０９は、液晶パネル２０９ａ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２０９ａが位置する側とは反対側において導光板１３と反射板１４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）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、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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など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。
【００９４】
本形態において、照明用導光板４３は、液晶パネル２０９ａの視認側とは反対側で液晶パネル２０９ａ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２０９ａ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１４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を位置検出光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―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から出射される位置検出光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）など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。
【００９５】
（電子機器への搭載例）
図１３を参照しながら、図９〜図１２を参照して説明した位置検出機能付き表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図１３は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。図１３（ａ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１、およびキーボード２００２が設けられている。図１３（ｂ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１、およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、位置検出機能付き表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図１３（ｃ）に、位置検出機能付き表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置１００に表示される。
【００９６】
なお、位置検出機能付き表示装置１００が適用される電子機器としては、図１３に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置１００が適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
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、１５Ｃ・・光検出器、１５０・・受光素子、１５１・・受光部、１５５・・指向性調整部材、４５０・・信号処理部、４５２、４５２Ａ、４５２Ｂ、４５２Ｃ・・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、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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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