(57)【要約】【課題】検出対象物の位置の検出精度の低下を抑制する。【解決手段】光学式位置検出装置は、物体表面の少なくとも一部で構成される基準面２００Ｐの上方位置に設定された検出空間Ｓに配置される検出対象物３００を光学的に検出するもので、位置検出光Ｌ２を出射して検出空間に基準面に沿った位置に応じて変化する光強度分布を形成する位置検出用光源と、検出空間の側方位置に配置され、検出空間で検出対象物により反射された位置検出光を検出する光検出器４１０と、光検出器の光検出値に基づいて前記検出対象物の位置を検出する位置検出部とを具備する。光検出器は、光検出面４１１ａを備えた検出器本体４１１と、光検出面の検出空間の側において位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する遮光構造４１２とを有し、遮光構造は、基準面から出射し直接に光検出面に入射する位置検出光の少なくとも一部を光検出面に対して遮光する。【選択図】図６
2011122870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の少なくとも一部で構成される基準面の上方位置に設定された検出空間に配置される検出対象物を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
位置検出光を出射して前記検出空間に前記基準面に沿った位置に応じて変化する光強度分布を形成する位置検出用光源と、
前記検出空間の側方位置に配置され、前記検出空間で前記検出対象物により反射された前記位置検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の光検出値に基づいて前記検出対象物の位置を検出する位置検出部と、
を具備し、
前記光検出器は、光検出面を備えた検出器本体と、前記光検出面の前記検出空間の側において前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する遮光構造とを有し、
前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する、
ことを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光を前記光検出面に対して完全に遮光す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】
前記遮光構造は、前記光検出面を覆うとともに前記光検出面に対して前記検出空間の側に間隔を有して配置された開口部を備えた遮光材で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記光入射面から前記開口部に向かう前記基準面に沿った全ての平面方向について、前記基準面における前記開口部から最も離間した遠隔側境界点と、前記開口部と前記遠隔側境界点との間の、前記開口部の前記基準面の側の開口縁と前記遠隔側境界点を結ぶ直線の前記基準面への投影線に沿った方向に測った距離をｘ１とし、前記開口部と前記光検出面若しくはその延長面上の前記直線の到達点との間の、前記投影線に沿った方向に測った距離をｘ２とし、前記基準面と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ１とし、前記光検出面の前記基準面とは反対側の外縁位置と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ２としたとき、
ｚ２＜ｚ１・ｘ２／ｘ１
が成立することを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記光検出面は、前記基準面と直交する方向に見て前記開口縁よりも前記基準面の側に配置される部分を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記遮光材は、前記開口部の全周囲に開口縁を有し、前記開口部以外において前記光検出面を完全に覆うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記遮光材は前記位置検出光を吸収する内面を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記基準面は導光体の表面の少なくとも一部で構成され、前記位置検出光は前記導光体の内部を伝搬した後に前記基準面から出射されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記位置検出用光源が前記位置検出光を前記基準面と対向する側から前記基準面に向けて出射し、前記基準面が前記位置検出光を反射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置と、
前記基準面を備えたスクリーンと、
前記スクリーンに画像を投射する画像投射装置と、
を具備することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
前記基準面は、前記画像の投射範囲の前記光検出器とは反対側の外縁位置よりも前記光検出器の側に限定された範囲に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
前記位置検出用光源は前記画像投射装置に設けられることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の投射型表示装置。
【請求項１３】
前記光検出器は前記スクリーンに取り付けられることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式位置検出装置及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種の表示装置においては、表示画面を指やペンなどでタッチすることで入力指示を行うことを可能にするタッチパネル機能を備えたものが多くなっている。このようなタッチパネル機能は、表示画面上にタッチパネルを設置することで設けられる。
【０００３】
上記のようなタッチパネル機能は、光の検出により検出対象物の位置を求める光学式位置検出装置で実現することも可能である（例えば、以下の特許文献１及び２参照）。このような光学式位置検出装置においては、発光素子から位置検出光を出射させ、表示画面上の検出対象物で反射される位置検出光を光検出器で検出し、その光検出値を用いることによって検出対象物の位置を求めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許明細書第５６６６０３７号
【特許文献２】米国特許明細書第６９２７３８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述の光学式位置検出装置では、本来の検出対象物、例えば指示部位である指先やペン先で反射される位置検出光以外の位置検出光が光検出器に入射することにより、検出対象物の位置を正確に求めることができない場合がある。例えば、表示画面から出射した位置検出光が光検出器に直接入射することにより、検出対象物で反射される位置検出光の強度を正確に検出できないため、検出対象物の位置を正確に求めることができなくなる。この場合に、検出対象物において反射される位置検出光以外の位置検出光は検出対象物の位置を全く反映していないため、僅かな光量であっても検出対象物の位置の検出精度に大きな影響を与える。また、検出対象物によって反射される位置検出光以外の位置検出光は、外光などの他の環境光と異なり、位置検出光を変調するとともにその変調態様に応じた光検出を行う方法によっても排除することができない。
【０００６】
また、実際の位置検出環境においては、位置検出の本来の検出対象である指先やペン先などの指示部位以外の部位、例えば掌や腕などで反射された位置検出光が光検出器に入射する場合がある。このような位置検出光もまた本来の指示部位の位置検出の精度を低下させるとともに、従来の構成では排除することができない。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、検出対象物からの反射光以外の位置検出光に起因する検出対象物の位置の検出精度の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
斯かる実情に鑑み、本発明の光学式位置検出装置は、物体表面の少なくとも一部で構成される基準面の上方位置に設定された検出空間に配置される検出対象物を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、位置検出光を出射して前記検出空間に前記基準面に沿った位置に応じて変化する光強度分布を形成する位置検出用光源と、前記検出空間の側方位置に配置され、前記検出空間で前記検出対象物により反射された前記位置検出光を検出する光検出器と、前記光検出器の光検出値に基づいて前記検出対象物の位置を検出する位置検出部と、を具備し、前記光検出器は、光検出面を備えた検出器本体と、前記光検出面の前記検出空間の側において前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する遮光構造とを有し、前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、基準面から出射し直接に光検出面に入射する位置検出光の少なくとも一部が遮光構造により遮光されることにより、基準面から直接に入射する位置検出光による光検出値への影響を低減することができるため、検出対象物の位置検出の精度を高めることができる。
【００１０】
本発明においては、前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光を前記光検出面に対して完全に遮光することが好ましい。これによれば、基準面から出射して直接に入射する位置検出光を遮光構造が完全に遮光することにより、検出対象物の位置をさらに正確に検出することが可能になる。
【００１１】
本発明において、前記遮光構造は、前記光検出面を覆うとともに前記光検出面に対して前記検出空間の側に間隔を有して配置された開口部を備えた遮光材で構成されることが好ましい。これによれば、検出空間の側に開口部を備えた遮光材を用いることにより、開口部の開口範囲及び光検出面と開口部との間隔に応じて、検出空間の側から光検出面に向かう位置検出光の入射角度範囲を制限することが可能になるため、遮光構造による遮光範囲を容易に設定することが可能になる。なお、上記開口部は位置検出光を通過若しくは透過させることのできる光学的な開口部であればよく、したがって、物理的な開口部ではなく、位置検出光を透過させることのできる窓部で構成することも可能である。例えば、位置検出光の波長領域の光（例えば赤外光など）を透過させるが、それ以外の波長域の光（例えば可視光など）を遮光する窓部で構成することで、検出感度や検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１２】
この場合において、前記光入射面から前記開口部に向かう前記基準面に沿った全ての平面方向について、前記基準面における前記開口部から最も離間した遠隔側境界点と、前記開口部と前記遠隔側境界点との間の、前記開口部の前記基準面の側の開口縁と前記遠隔側境界点を結ぶ直線の前記基準面への投影線に沿った方向に測った距離をｘ１とし、前記開口部と前記光検出面若しくはその延長面上の前記直線の到達点との間の、前記投影線に沿った方向に測った距離をｘ２とし、前記基準面と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ１とし、前記光検出面の前記基準面とは反対側の外縁位置と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ２としたとき、
ｚ２≦ｚ１・ｘ２／ｘ１  …（１）
が成立することが望ましい。
【００１３】
これによれば、基準面上の遠隔側境界点から開口部の基準面の側の開口縁を通過して光検出面若しくはその延長面に達する直線を考えたとき、上記式（１）が成立すると当該直線は光検出面と交差しなくなるので、基準面から出射する光は全て直接に光検出面に到達することができなくなる。したがって、基準面から直接に出射する位置検出光は光検出器によって検出されなくなる。
【００１４】
本発明において、前記光検出面は、前記基準面と直交する方向に見て前記開口縁よりも前記基準面の側に配置される部分を有することが好ましい。これによれば、光検出面が開口縁よりも基準面の側に配置される部分を有する場合には、基準面の側から入射する光が当該部分に直接に入射しないように遮光構造によって遮光されるとともに、検出空間内の開口部よりも基準面から離れた領域に配置された検出対象物からの反射光は当該部分に直接に入射するので、位置検出時のノイズを低減するとともに検出対象物の位置に対応する信号の感度を高めることが可能になる。
【００１５】
本発明において、前記遮光材は、前記開口部の全周囲に開口縁を有し、前記開口部以外において前記光検出面を完全に覆うことが好ましい。これによれば、基準面の側から入射する位置検出光だけでなく、基準面とは反対側から入射する位置検出光や基準面に沿った平面方向から入射する位置検出光に対しても光検出面に対する入射角度範囲を限定することができるので、検出対象物の位置検出の精度をさらに向上できる。特に、上記の入射角度範囲を制限することにより、検出対象物の本来の検出対象部位とは異なる部位から反射される位置検出光の入射をも制限できる場合がある。
【００１６】
本発明において、前記遮光材は前記位置検出光を吸収する内面を備えていることが好ましい。これによれば、遮光材の内面が位置検出光を吸収することにより、開口部に入射した位置検出光であっても直接に光検出面に入射する光以外の光が内面で反射されて間接的に光検出面に到達することを抑制できる。
【００１７】
本発明において、前記基準面は導光体の表面の少なくとも一部で構成され、前記位置検出光は前記導光体の内部を伝搬した後に前記基準面から出射されることが好ましい。このようにすると、位置検出光が基準面から出射されることにより、基準面上に設定された検出空間に配置された検出対象物からの反射光を検出空間の側方に配置された光検出器に効率的に向けることができる。また、この場合には基準面からの位置検出光の出射光量が大きくなるので、本発明の上記構成による効果が高くなる。
【００１８】
この場合において、前記位置検出用光源が前記導光体の端面に対向して配置され、前記位置検出光が前記端面から前記導光体の内部に入射するように構成する場合がある。また、前記位置検出用光源が前記導光体の前記基準面とは反対側の面に対向して配置され、前記位置検出光が前記基準面とは反対側の面から前記導光体の内部に入射するように構成してもよい。
【００１９】
本発明において、前記位置検出用光源が前記位置検出光を前記基準面と対向する側から前記基準面に向けて出射し、前記基準面が前記位置検出光を反射することが好ましい。この場合には、基準面から出射される位置検出光は基準面で反射された光である。
【００２０】
次に、本発明の投射型表示装置は、上記のいずれかに記載の光学式位置検出装置と、前記基準面を備えたスクリーンと、前記スクリーンに画像を投射する画像投射装置と、を具備することを特徴とする。この場合に、前記基準面は、前記画像の投射範囲の前記光検出器とは反対側の外縁位置よりも前記光検出器の側に限定された範囲に設けられていることが好ましい。このように、光検出器とは反対側の画像の投射範囲の外縁位置よりも光検出器の側に限定されて基準面が設けられることで、位置検出光が出射する範囲が光検出器の側に限定されるので、基準面から出射される位置検出光に対する遮光を容易に行ことが可能になる。
【００２１】
また、前記位置検出用光源は前記画像投射装置に設けられる場合がある。これによれば、位置検出用光源を画像投射装置に設けることにより、スクリーンに対して位置検出光を画像投射装置による画像投射範囲と重なる範囲に照射しやすくなる。
【００２２】
さらに、前記光検出器は前記スクリーンに取り付けられることが好ましい。これによれば、光検出器を検出空間の側方に容易に配置し固定できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、検出対象物からの反射光以外の位置検出光に起因する検出対象物の位置の検出精度の低下を抑制できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略斜視図。
【図２】本実施形態を側方から見た状態を模式的に示す概略側面図。
【図３】本実施形態の位置検出範囲を模式的に示す概略正面図。
【図４】本実施形態の画像投射装置を光出射側から見た外観を模式的に示す概略斜視図。
【図５】本実施形態の画像投射装置の構成を模式的に示す概略構成説明図。
【図６】本実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図（ａ）及び説明図（ｂ）。
【図７】他の実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図８】各実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図９】異なる実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図１０】表示範囲に対して限定された検出範囲を備えたさらに異なる実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図１１】別の実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図１２】さらに別の実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図１３】さらに異なる実施形態の基準面と光検出器の位置関係を模式的に示す概略断面図。
【図１４】位置検出方法を説明するための説明図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）。
【図１５】検出回路の構成例を示す概略回路図。
【図１６】検出回路の動作態様を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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、以下に示す本実施形態は光学式位置検出装置を投射型表示装置に適用したものであるが、本発明は投射型表示装置に限らず、種々の表示装置、その他の各種の操作装置などに適用できる。
【００２６】
（投射型表示装置の全体構成）
図１は本発明に係る実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略斜視図であり、図２は本実施形態の投射型表示装置を側方から見た状態を模式的に示す概略側面図であり、図３は本実施形態の投射型表示装置を視認側から見た状態を模式的に示す概略正面図である。図１から図３までに示すように、本発明に係る光学式位置検出装置を備えた投射型表示装置１０００は、画像投射装置１００と、画像投射装置１００から出射する光が照射されるスクリーン２００と、このスクリーン２００上に配置される検出対象物３００の反射光Ｒ２を受光する検出装置４００とを有している。
【００２７】
なお、これら図１から図３までは説明の便宜上、横方向（水平方向）をＸ軸とし、縦方向（垂直方向）をＹ軸とし、画像投射装置１００の光がスクリーン２００に向かって出射する方向をＺ軸として表示されており、これらＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに交差（図示例では直交）している。
【００２８】
画像投射装置１００は液晶プロジェクタ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｅｒ）又はデジタル・マイクロミラー・デバイス（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）であり、その筺体１１０の前面部１０１に設けられた投射レンズ１２０からスクリーン２００の背面２００Ｂに向けて画像表示光Ｌ１を拡大照射するように構成されている。したがって、図５に示すように、画像投射装置１００は筺体１１０の内部にカラーの画像表示光Ｌ１を生成して投射レンズ１２０を介して出射する光学装置１３０を備えている。
【００２９】
また、図１及び図４に示すように、この画像投射装置１００には赤外光からなる位置検出光Ｌ２をスクリーン２００に向けて照射する位置検出光源部１４０（位置検出用光源）が設けられている。この位置検出光源部１４０は後述する検出空間Ｓ内に位置検出光Ｌ２の強度分布を形成する。
【００３０】
図４及び図５に示すように、この画像投射装置１００の位置検出光源部１４０は、赤外光を出射する複数の発光素子１４１と、この複数の発光素子１４１を駆動する光源駆動部１４２とを有している。
【００３１】
図１及び図４に示すように、この複数の発光素子１４１は例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏde，発光ダイオード）であり、画像投射装置１００の前面部１０１における投射レンズ１２０の両側にそれぞれ設けられている。この複数の発光素子１４１は位置検出光Ｌ２を出射する。この位置検出光Ｌ２は例えば赤外光であり、約８００ｎｍから１，０００ｎｍまでの波長域を備えた波長分布を備えている。
【００３２】
図５に示すように、光源駆動部１４２は複数の発光素子１４１を駆動する光源駆動回路１５０と、この光源駆動回路１５０を介して複数の発光素子１４１の発光強度をそれぞれ制御する光源制御部１６０とを備えている。このうち光源駆動回路１５０は例えば第１光源駆動回路１５１、第２光源駆動回路１５２、第３光源駆動回路１５３及び第４光源駆動回路１５４からなり、これらはそれぞれ上記位置検出用光源部１４０内に構成された１個の発光素子１４１若しくは複数の発光素子１４１からなる発光素子群にそれぞれ電気的に接続されている。このように各光源駆動回路１５１〜１５４によって位置検出用光源部１４０内の複数の発光素子１４１若しくは発光素子群を駆動することで、位置検出用光源部１４０から出射される位置検出光Ｌ２の強度分布を適宜に設定し、或いは、当該強度分布を適宜に変更することができるようになっている。
【００３３】
また、図１から図３までに示すように、スクリーン２００は横長の四角形であり、透光性を備えたアクリル等の合成樹脂から形成されており、裏面２００Ｂから入射した画像表示光Ｌ１を表面２００Ａ上に画像として表示するように構成されている。さらに、このスクリーン２００は裏面２００Ｂから入射した位置検出光Ｌ２を表面２００Ａの少なくとも一部である基準面２００Ｐから出射し、この基準面２００Ｐ上に検出空間Ｓが形成されるように構成されている。
【００３４】
次に、検出対象物３００は特に限定されるものではないが、例えば、図１乃至図３において示されるように基準面２００Ｐ上の任意の位置を指示するための指示部材（ペン）が例示される。この検出対象物３００の少なくとも検出対象部位（図示では先端部）は位置検出光Ｌ２を反射するように構成される。また、検出対象物３００の検出対象部位（先端部以外の軸部分）は、例えばその表面に赤外光を吸収する表面素材を有し、位置検出光Ｌ２を反射しないように構成されている。したがって、複数の検出対象物３００の検出対象部位のみが位置検出光Ｌ２を反射するようになっている。なお、図１から図３まで並びに図１５では検出対象物３００を指示部材（ペン）で図示しているが、指などの人体を検出対象物とすることも可能である。後に参照する図６、図７、図１０から図１３までにおいては指を検出対象物として示してある。位置検出光Ｌ２に上述のように赤外光を用いることで、指先でも位置検出光Ｌ２を十分に反射することができる。
【００３５】
図１から図３までに示すように、検出装置４００はスクリーン２００の上端中央部に配置されており、この検出装置４００は、基準面２００Ｐ上に設けられた検出空間Ｓの側方において検出空間Ｓに光検出面を向けて配置された光検出器４１０を備えている。光検出器４１０は上記位置検出光Ｌ２が検出対象物３００によって反射された反射光Ｒ２を検出して光検出信号を出力する。
【００３６】
光検出器４１０は検出装置４００におけるスクリーン２００の側にある底面部４０１に設けられている。これは、検出空間Ｓから出射する反射光Ｒ２を光検出面に入射し易くするためである。光検出器４１０はフォトダイオ−ド（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）やフォトトランジスター（ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成することができ、本実施形態ではフォトダイオードが用いられている。
【００３７】
（位置検出の基本原理）
次に、本実施形態において用いられる位置検出の基本原理、すなわち、本実施形態に適用されている光学式位置検出装置により実行される検出対象物３００の検出空間Ｓ内の位置情報の導出方法について説明する。
【００３８】
図１４は上記位置検出の基本原理を説明するための説明図であり、図１４（ａ）は位置検出光Ｌ２の光強度分布の一例を示す説明図、図１４（ｂ）は二つの光強度分布における検出対象物３００の位置座標と当該検出対象物３００により反射された位置検出光Ｌ２の反射光Ｒ２の光強度との関係を示す説明図、図１４（ｃ）は二つの光強度分布における反射光Ｒ２の光強度が等しくなるように当該二つの光強度分布を調整する方法を示す説明図である。
【００３９】
本実施形態の光学式位置検出装置においては、位置検出光源部１４０の複数の発光素子１４１から位置検出光Ｌ２が出射すると、複数の発光素子１４１の発光強度の組み合わせ（発光パターン）により、スクリーン２００の表面２００Ａに設定された基準面２００Ｐ上の検出空間Ｓに位置検出光Ｌ２の強度分布が形成される。例えば、Ｘ座標を検出する際には、図１４（ａ）に示すように、まず、第１期間においてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用の第１光強度分布Ｌ２Ｘａが形成される。ここで、図示例では第１光強度分布Ｌ２ＸａはＹ軸方向には一定の光強度分布を備えている。また、その後の第２期間においてＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が漸次減少していくＸ座標検出用の第２光強度分布Ｌ２Ｘｂが形成される。この第２光強度分布Ｌ２ＸｂについてもＹ軸方向には一定の光強度分布を備えている。
【００４０】
ここで、上記の光強度分布はＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって光強度が直線的に変化するように構成することが好ましい。すなわち、第１期間における第１光強度分布Ｌ２ＸａではＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって光強度が直線的に減少し、第２期間における第２光強度分布Ｌ２ＸｂではＸ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって光強度が直線的に減少する。
【００４１】
この状態において検出対象物３００を検出空間Ｓに配置すると、位置検出光Ｌ２が検出対象物３００によって反射され、反射光Ｒ２の一部が光検出器４１０によって検出される。このとき第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２強度分布Ｌ２Ｘｂとを予め既定の分布態様に設定しておけば以下のいずれかの方法により検出対象物３００のＸ座標を検出することができる。
【００４２】
第１の位置検出方法は、図１４（ｂ）に示すように、第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２光強度分布Ｌ２Ｘｂの差を利用する方法である。具体的には、第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは予め上述のように既定の分布態様になるように構成されているので、第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２光強度分布Ｌ２Ｘｂの差も予め設定した態様のＸ座標の関数になっている。したがって、第１期間において第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器４１０の光検出値ＬＸａと、第２期間において第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器４１０の光検出値ＬＸｂとの差を求めれば、検出対象物３００のＸ座標を検出することができる。なお、光検出値ＬＸａとＬＸｂの比もＸ座標の関数となるため、当該比を求めてＸ座標を検出することも可能である。
【００４３】
次に、第２の位置検出方法は、第１光強度分布Ｌ２Ｘａにおいて検出される光検出値ＬＸａと第２光強度分布Ｌ２Ｘｂにおいて検出される光検出値ＬＸｂとが等しくなるように複数の発光素子１４１の駆動電流を調整する際の調整量を利用する方法である。なお、この第２の方法は図１４（ｂ）に示す第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２光強度分布Ｌ２ＸｂとがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。
【００４４】
図１４（ｂ）に示すように、まず、第１期間および第２期間において第１光強度分布Ｌ２Ｘａと第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとを例えば絶対値が等しくかつＸ軸方向に逆向きに形成する。この状態で、第１光強度分布Ｌ２Ｘａにおける光検出値ＬＸａと、第２光強度分布Ｌ２Ｘｂにおける光検出値ＬＸｂとが等しければ、検出対象物３００がＸ軸方向の中央に位置することが分かる。
【００４５】
これに対して、図１４（ｃ）に示すように、光検出値ＬＸａと光検出値ＬＸｂが相違している場合には、両者が等しくなるように第１期間と第２期間の両方又はいずれか一方の期間における複数の発光素子１４１に対する駆動電流を調整して、再度、第１期間において第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成するとともに第２期間において第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、光検出値ＬＸａと光検出値ＬＸｂが等しくなれば、第１期間における調整量ΔＬＸａと、第２期間における調整量ΔＬＸｂとの比や差などにより、又は、調整した後の第１期間での複数の発光素子１４１に対する制御量と、調整した後の第２期間での複数の発光素子１４１に対する制御量との比や差などにより、検出対象物３００のＸ座標を検出することができる。
【００４６】
上記の第１の方法と第２の方法とのいずれの方法を採用する場合でも、上述のＸ座標を検出する方法と同様に、第３期間においてＹ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって光強度が漸次減少するＹ座標検出用の第１光強度分布（Ｘ軸方向には強度が一定である。）を形成した後、第４期間においてＹ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって光強度が漸次減少するＹ座標検出用の第２光強度分布（Ｘ軸方向には強度が一定である。）を形成すれば、検出対象物３００のＹ座標を検出することができる。さらに、第５期間においてＺ軸方向の光強度分布を形成すれば、検出対象物３００のＺ座標を検出することができる。なお、この第５期間においては、例えば位置検出用光源部１４０の全ての発光素子１４１を全て同じ発光量となるように駆動し、これによってＸ軸及びＹ軸方向には強度がほぼ一定であるが、Ｚ軸方向には強度が変化する強度分布を形成することができる。
【００４７】
なお、上記の第１の方法と第２の方法のいずれの方法でも、環境光に含まれる赤外成分が光検出器４１０に入射しても、光検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際に、又は、光検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように調整する際に環境光の強度が相殺されるので、環境光が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４８】
図１５は本実施形態に係る光学式位置検出装置の上記画像投射装置１００及び検出装置４００内に構成される位置検出部の信号処理回路の例を示す概略回路図である。ここに示す信号処理回路の作用効果を説明するに当たっては検出対象物３００のＸ座標を検出する場合とＹ座標を検出する場合は基本的に同じであるため、以下の説明では検出対象物３００のＸ座標を求める場合のみを説明する。
【００４９】
本実施形態の図５に示す光源制御回路１６０は基準となるパルス信号を出力し、図１５に示すように、このパルス信号に基づいて光源駆動回路１５０は第１期間では可変抵抗１１１を介して複数の発光素子１４１の各々に所定電流値の駆動パルスを印加し、第２期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して複数の発光素子１４１の各々に所定電流値の駆動パルスを印加する。したがって、光源駆動回路１５０は第１期間と第２期間とでは発光素子１４１に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、第１期間において第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の位置検出光Ｌ２が検出対象物３００で光反射して反射光Ｒ２となり、この位置検出光Ｌ３の一部が光検出器４１０のフォトダイオード等の受光素子４１０ｄで検出される。同様に、第２期間において第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の反射光Ｒ２が光検出器４１０で検出される。
【００５０】
なお、光検出器４１０において受光素子４１０ｄは１ｋΩ程度の抵抗４１０ｒが直列に電気的に接続され、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。受光素子４１０ｄと抵抗４１０ｒとの接続点には信号抽出回路４０３ａが電気的に接続されている。この接続点から出力される検出信号Ｖｃは受光素子４１０ｄの受光強度を反映したレベル及び振幅を備えた、上記パルス信号に対応する交流信号となる。
【００５１】
検出回路４１２は、光検出器４１０の出力に接続され、上記検出信号Ｖｃから光検出信号を取り出す信号抽出回路２０と、この信号抽出回路２０の出力に接続され、光源制御部１６０のパルス信号と同期して光検出値を分離する信号分離回路３０と、信号分離回路３０の出力に接続され、位置情報に関連する信号を形成する信号処理回路４０とを備えている。
【００５２】
この信号抽出回路２０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター２１を備えており、このフィルター２１は第１光検出器４１０ｄと抵抗４１０ｒとの接続点ＰＩから出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター２１によって接続点ＰＩから出力された検出信号Ｖｃからは、電圧Ｖｃの交流成分である位置検出信号Ｖｄが抽出される。つまり、位置検出光Ｌ２は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター２１によって除去される。
【００５３】
また、信号抽出回路２０は、フィルター２１の後段に２２０ｋΩ程度の帰還抵抗２３を備えた加算回路２２を有しており、フィルター２１によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出信号分離回路３０に出力される。
【００５４】
この信号分離回路３０は、第１期間において発光素子１４１に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行うスイッチ３１と、比較器３２と、比較器３２の入力線にそれぞれ電気的に接続されたキャパシタ３３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが信号分離回路３０に入力されると、信号分離回路３０から信号処理回路４０には、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００５５】
この信号処理回路４０は、第１期間での実効値Ｖｅａと第２期間での実効値Ｖｅｂとの差を求めるものであり、この差を位置検出信号Ｖｇとして位置判定部５０に出力する。位置判定部５０の記憶部５１には検出空間ＳのＸ軸方向にわたるＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂの差の関数値が収容されており、位置検出信号Ｖｇをこの関数値と照合して対応するＸ座標を割り出し、これにより第１検出対象物３１０のＸ座標を得ることができる。
【００５６】
なお、上述の座標検出の基本原理における第２の方法、すなわち、第１期間および第２期間における第１光検出器４１１での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、複数の発光素子１４１に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて第１検出対象物３１０のＸ座標を検出するものを実現させる場合には、信号処理回路４０から第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように画像投射装置１００の光源駆動回路１５０に制御信号Ｖｆが出力するように構成される。
【００５７】
この場合には、図１６に示すように、第１期間の実効値Ｖｅａと第２期間の実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合には現状の駆動条件を維持させる。これに対して、第１期間の実効値Ｖｅａが第２期間の実効値Ｖｅｂより低い場合には可変抵抗１の抵抗値を下げさせて第１期間での発光素子１４１からの出射光量を高める。また、第２期間の実効値Ｖｅｂが第１期間の実効値Ｖｅａより低い場合には可変抵抗２の抵抗値を下げさせて第２期間の出射光量を高める。そして、最終的に実効値ＶｅａとＶｅｂとが同一レベルになったときの上記調整量を位置情報の算出に用いる。
【００５８】
（本実施形態の光検出器の構成）
次に、上記実施形態における光検出器４１０の構成について詳細に説明する。図６は本実施形態の基準面２００Ｐと光検出器４１０の構造及びその位置関係を示すもので、図６（ａ）は当該構造を模式的に示す概略断面図（ａ）、図６（ｂ）は当該位置関係を説明するための説明図である。光検出器４１０は、上記受光素子４１０ｄを内蔵するとともに位置検出光に対する感度を備えた光検出面４１１ａを備えた受光部４１１と、この受光部４１１の光検出面４１１ａを覆うとともに光検出面４１１ａの検出空間Ｓ側に開口部４１２ａを備えた遮光材４１２とを有する。光検出面４１１ａと開口部４１２ａとの間には基準面２００Ｐに沿った方向に間隔（後述するｘ２）が設けられている。
【００５９】
遮光材４１２は位置検出光Ｌ２を遮光する素材で構成される。また、遮光材４１２の内面（開口部４１２ａの内側にある面）４１２ｂは位置検出光Ｌ２を吸収し実質的に位置検出光Ｌ２を反射しない素材で構成されていることが好ましい。内面４１２ｂの反射率は２０％以下とし、特に１０％以下であることが好ましく、さらに５％以下であることが望ましい。遮光材４１２の遮光特性と上記内面４１２ｂの表面特性とが両立できない場合には内面４１２ｂを上記の位置検出光Ｌ２を吸収し実質的に位置検出光Ｌ２を反射しない層で被覆すればよい。
【００６０】
ここで、図６（ａ）に示すように、基準面２００Ｐ内において、基準面２００Ｐ上の任意の方向について開口部４１２ａから最も離間した位置にある遠隔側境界点Ｐａを考える。この遠隔側境界点Ｐａは開口部４１２ａとは反対側にある基準面２００Ｐの外縁上に存在する。そして、この遠隔側境界点Ｐａから開口部４１２ａの基準面２００Ｐの側の開口縁まで直線Ｌｐを引く。このとき、開口部４１２ａは所定の開口面積を有するので上記直線は無数に設定することができるが、ここでは開口部４１２ａのうち基準面２００Ｐの側の遮光材４１２の開口縁上にある縁点Ｐｃを通過する直線を上記直線Ｌｐとする。また、上記直線Ｌｐが光検出面４１１ａ又はその延長面と交差する点を到達点Ｐｄとする。
【００６１】
次に、上記直線Ｌｐの基準面２００Ｐに投影して得られる投影線に沿ってＸ軸を設定し、基準面２００Ｐ上においてＸ軸と直交する方向にＹ軸を設定し、基準面２００Ｐと直交する方向にＺ軸を設定する。このとき、遠隔側境界点Ｐａと縁点Ｐｃとの間の、Ｘ軸（基準面２００Ｐ）に沿って測った距離をｘ１、縁点Ｐｃと上記到達点Ｐｄの間のＸ軸（基準面２００Ｐ）に沿って測った距離をｘ２とする。また、基準面２００Ｐと縁点Ｐｃとの間の、Ｚ軸（基準面２００Ｐと直交する方向）に沿って測った距離をｚ１とし、縁点Ｐｃと光検出面４１１ａの基準面２００Ｐとは反対側の外縁位置４１１ｂとの間の、Ｚ軸（基準面２００Ｐと直交する方向）に沿って測った距離をｚ２とする。さらに、縁点Ｐｃと、上記到達点Ｐｄとの間の、Ｚ軸（基準面２００Ｐと直交する方向）に沿って測った距離をｚ２′（図６（ｂ）参照）とする。
【００６２】
このとき、図６（ｂ）を参照すると理解できるように、ｘ１：ｚ１＝ｘ２：ｚ２′となるので、ｚ２′＝ｚ１・ｘ２／ｘ１が成立する。ここで、ｚ２′≧ｚ２であれば、基準面２００Ｐから出射し開口部４１２ａに入射する位置検出光Ｌ２は光検出面４１２ａの外縁位置４１１ｂよりも基準面２００Ｐから離れた側に入射するので、基準面２００Ｐから直接出射する位置検出光Ｌ２は遮光材４１２に遮られて光検出面４１１ａに入射しない。したがって、以下に示す式（１）が成立すれば、上記直線Ｌｐの投影線に沿って基準面２００Ｐから出射し直接に光入射面４１１ａに入射する位置検出光Ｌ２はなくなることになる。
ｚ２≦ｚ１・ｘ２／ｘ１…（１）
ただし、ｚ２は、外縁位置４１１ｂが縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐとは反対側に配置されている場合に正の値を有するものとして、上記式（１）の成立を判断する。
【００６３】
なお、上記縁点Ｐｃ及び到達点Ｐｄ並びにこれらに対応する直線Ｌｐについては、光検出器４１０から検出空間Ｓに向かういずれの方向についても設定することができる。すなわち、上記直線Ｌｐの基準面２００Ｐに対する投影線は、Ｘ−Ｙ平面上において任意の平面方向に設定することができる。そして、光入射面４１１ａから開口部４１２ａに向かう基準面２００Ｐに沿った全ての平面方向について、すなわち、基準面２００Ｐに沿った平面方向のうち平面的に見て光検出面４１１ａと交差する範囲内の全ての平面方向について上記の縁点Ｐｃ及び到達点Ｐｄ並びに直線Ｌｐを設定したときに、いずれの場合にも上記の式（１）の条件が成立するのであれば、光検出面４１１ａには基準面２００Ｐから直接出射する光が直接入射することはなくなる。
【００６４】
上記のように構成すると、スクリーン２００の表面２００Ａのうち位置検出光Ｌ２が出射する範囲に設定された基準面２００Ｐから出射する位置検出光Ｌ２が光検出面４１１ａに直接入射することがなくなるので、検出対象物３００からの反射光Ｒ２以外の光による光検出器４１０の光検出値に対する影響を低減することができるから、光検出光４１０の反射光Ｒ２に対する検出感度を実質的に向上させ、結果的には検出対象物３００の位置情報の精度を高めることができる。特に、上述のように遮光材４１２の内面４１２ｂを、位置検出光Ｌ２を吸収して実質的に反射しない面とすることで、基準面２００Ｐから入射した位置検出光Ｌ２は実質的に光検出面４１１ａに入射しなくなる。
【００６５】
図７は上記とは異なる実施形態を模式的に示す概略断面図である。この実施形態では、上記到達点Ｐｄは光検出面４１１ａの基準面２００Ｐとは反対側の外縁位置４１１ｂよりも基準面２００Ｐの側に位置するように構成されている。すなわち、本実施形態では少なくとも光入射面４１１ａから開口部４１２ａに向かう基準面２００Ｐに沿った平面方向のうちいずれかの方向（図７の左右方向）について上記式（１）が成立せず、上記外縁位置４１１ｂが図６に示す場合よりも基準面２００Ｐから離れた位置に設定されている。したがって、基準面２００Ｐのうち遠隔側境界点Ｐａに近い範囲２００Ｐｘから出射する位置検出光Ｌ２は、開口部４１２ａを通して光検出面４１１ａのうち上記到達点Ｐｄよりも基準面２００Ｐから離れた側にある領域Ｌａに入射する。
【００６６】
しかしながら、この場合においても、基準面２００Ｐのうち上記範囲２００Ｐｘ以外の範囲から出射する位置検出光Ｌ２は光検出面４１１ａに入射せず、また、基準面２００Ｐから出射する位置検出光Ｌ２は光検出面４１１ａのうち到達点Ｐｄよりも基準面２００Ｐの側にある領域Ｌｂには入射しないので、遮光材４１２がない場合に比べると、光検出光４１０の反射光Ｒ２に対する検出感度を実質的に向上させ、結果的には検出対象物３００の位置情報の精度を高めることができる。
【００６７】
図８は上記各実施形態における光検出器４１０の構造を示す概略断面図である。上記のいずれの実施形態においても、光検出面４１１ａには、開口部４１２ａの基準面側の開口縁上の縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐの側にある部分Ｌｃが設けられている。すなわち、光検出面４１１ａの基準面２００Ｐの側の外縁位置４１１ｃが上記縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐの側に配置される。図示例では、光検出面４１１ｃの基準面２００Ｐの側にある外縁位置４１１ｃと上記開口縁上の縁点Ｐｃとの間の、Ｚ軸（基準面２００Ｐと直交する方向）に沿って測った距離をｚ３として示してある。
【００６８】
上記のように構成すると、上記部分Ｌｃには基準面２００Ｐの側から入射する位置検出光Ｌ２が直接に入射することがない一方で、開口部４１２ａよりも基準面２００Ｐから離れた位置（開口縁上の縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐから離れた位置）において検出対象物３００で反射された反射光Ｒ２は上記部分Ｌｃに入射するので、結果として光検出光４１０の反射光Ｒ２に対する検出感度を実質的に向上させ、結果的には検出対象物３００の位置情報の精度を高めることができる。
【００６９】
なお、上述の式（１）を成立させる（図６に示す場合）ために、或いは、上述の領域Ｌａの面積を低減する（図７に示す場合）ためには、光検出面４１１ａの基準面２００Ｐとは反対側の外縁位置４１１ｂは、開口部４１２ａの基準面２００Ｐとは反対側の開口縁上の縁点Ｐｅよりも基準面２００Ｐの側に位置することが好ましい。
【００７０】
また、各実施形態においては、遮光材４１２は開口部４１２ａを除いて完全に光出射面４１１ａを覆うように構成されている。これによって、基準面２００Ｐとは反対側から斜めに光検出面４１１ａに向かう入射角度範囲や基準面２００Ｐに沿った平面内の入射角度範囲をも遮光材４１２によって制限することができるので、光検出器４１０の反射光Ｒ２に対する検出感度を実質的に向上させ、結果的には検出対象物３００の位置検出の精度を高めることができる。また、この場合には、開口部４１２ａの開口範囲により検出対象物を検出可能な検出空間Ｓの範囲を限定することができるため、基準面２００Ｐを指示していないときの検出対象物３００の位置を誤って検出してしまうといったこと、或いは、指示部位以外の検出対象物の部位の位置を誤って検出してしまうといったことも防止できる。
【００７１】
図９はさらに異なる実施形態の光検出器４１０′の構造を示す断面図である。この実施形態の光検出器４１０′では、受光部４１１′の光検出面４１１ａ′と開口部４１２ａ′とが基準面２００Ｐに沿った方向に間隔を有する点で上記各実施形態と同様であるが、光検出面４１１ａ′と開口部４１２ａ′の開口面積及び開口形状が実質的に同一で、光検出面４１１ａ′がそのまま検出空間Ｓ側に開放された構造を有し、開口部４１２ａ′の開口縁上の縁点Ｐｃと、基準面２００Ｐの側の光検出面４１１ａ′の外縁位置４１１ｃ′との間にＺ軸方向の間隔が存在せず、上記ｚ３＝０となっている点で異なる。なお、この実施形態では、基準面２００Ｐとは反対側の光検出面４１１ａ′の外縁位置４１１ｂ′との間にもＺ軸方向の間隔が存在しない。
【００７２】
このような光検出器４１０′の構造においても、上記直線Ｌｐの到達点Ｐｄよりも基準面２００Ｐの側にある光検出面４１１ａの領域Ｌｂを得ることができる。特に、距離ｚ１とｘ２の少なくとも一方を十分に確保することにより、上記領域Ｌｂの範囲を広げること、或いは、図６に示す実施形態のように基準面２００Ｐから出射する位置検出光Ｌ２が光検出面４１１ａに一切入射しないように構成することが可能である。
【００７３】
図１０は、位置検出光Ｌ２の照射範囲によって設定される位置検出範囲と、画像表示光Ｌ１の照射範囲によって設定される画像表示範囲とが異なるさらに別の実施形態を示す。この例では、画像表示範囲と位置検出範囲とが一部重なっているが、両範囲が全く重ならないように構成してもよい。また、位置検出範囲が画像表示範囲の一部に設定されているが、逆に、位置検出範囲が画像表示範囲よりも広く設定されていてもよい。
【００７４】
本実施形態では、画像表示範囲に対して位置検出範囲を光検出器４１０の側に限定して設定することにより、遠隔側境界点Ｐａを画像表示範囲の遠隔側領域よりも光検出器４１０の側に接近した位置に設けている。このため、上記直線Ｌｐの基準面２００Ｐに対する傾斜角を相対的に大きくすることができるので、基準面２００Ｐから出射する位置検出光Ｌ２が直接に光検出面４１１ａに入射する領域Ｌａを小さくしたり当該領域Ｌａをなくしたりすることが容易になる。
【００７５】
図１１は、上記画像投射装置１００をスクリーン２００の表面２００Ａに対向させて配置することにより、背面投射型表示装置を通常の（前面）投射型表示装置に変更した異なる実施形態を示す。この実施形態においては、位置検出光Ｌ２が基準面２００Ｐに向けて直接に照射される。また、この場合には、基準面２００Ｐは位置検出光Ｌ２を反射する素材で構成することが好ましい。このようにすると位置検出光Ｌ２が基準面２００Ｐで反射されて図示の位置検出光Ｌ３が発生するので、検出空間Ｓに配置された検出対象物３００による位置検出光Ｌ３の反射光Ｒ３の反射方向を先の実施形態と同様に光検出器４１０に効率的に向けることができる。
【００７６】
特に、基準面２００Ｐの位置検出光Ｌ２に対する反射特性は正反射面として機能するものではなく、散乱性反射面として機能するものであることが好ましい。このようにすると、位置検出光Ｌ３の基準面２００Ｐからの出射角分布が広範囲となるので、検出空間Ｓにおける検出対象物３００の姿勢に拘わらず、より確実かつ正確に検出対象物３００の位置検出を行うことができる。また、ユーザの影になること等により検出空間Ｓの一部に位置検出光Ｌ２が届かない領域が形成された場合でも、位置検出光Ｌ３の散乱性反射により、当該領域内に配置された検出対象物３００の位置検出が位置検出光Ｌ３により可能になるように構成することもできる。
【００７７】
本実施形態においても、上記各実施形態の位置検出光Ｌ２と同様に位置検出光Ｌ３が基準面２００Ｐから出射して光検出器４１０に向かうので、状況は先の実施形態と同様になるから、上記の光検出器４１０の構造を用いることにより、基準面２００Ｐから出射する位置検出光Ｌ３が直接に光検出面４１１ａに入射することによる影響を低減し、或いは、なくすことができる点で、上記と同様の効果が得られる。なお、本実施形態において検出対象物３００によって得られる反射光は、位置検出光Ｌ２を反射することにより生ずる反射光Ｒ２と位置検出光Ｌ３を反射することにより得られる反射光Ｒ３のいずれであってもよい。
【００７８】
図１２は、上記の位置検出用光源部をスクリーンに設けた、さらに異なる実施形態を示す概略縦断面図である。この実施形態では、先の実施形態のように位置検出用光源部１４０を画像投射装置１００に設ける代わりに、位置検出用光源部２４０を構成する複数の位置検出用光源２４１をスクリーン２００の端面に対向する位置に設けている。スクリーン２００はアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などで形成された導光板として構成され、この導光板は、端面から内部に入射した光を基準面２００Ｐに沿って伝播させならが徐々に基準面２００Ｐから出射させるように構成される。
【００７９】
本実施形態では、図１１に示す前面投射型の構成においては、導光板として構成されたスクリーン２００の背面２００Ｂ上に反射板（反射層）２４２を配置することで、入射した位置検出光Ｌ２を効率的に基準面２００Ｐから出射させることができる。ただし、反射板２４２を設けずに、例えば、背面２００Ｂに微細な凹凸を設けたり、背面２００Ｂ上に印刷等によって形成された光散乱パターンを形成したりすることによって、位置検出光Ｌ２を基準面２００Ｐへ偏向させることも可能である。このようにすれば、図６又は図７のような背面投射型の構成において適用することができる。
【００８０】
この実施形態では、スクリーン２００の周囲にそれぞれ複数の位置検出用光源２４１を設置しているが、スクリーン２００の一部の辺にのみ設置してもよい。例えば、位置検出用光源部２４０を検出装置４００内に設け、検出装置４００の側のスクリーン２００の端面に沿って１又は複数の位置検出用光源２４１を配置してもよい。なお、いずれにしても、本実施形態では、位置検出用光源部２４０は、発光素子２４１がスクリーン２００の側部に配置されるサイドライト型バックライト構造となっている。
【００８１】
図１３は、位置検出用光源部２５０をスクリーン２００に設けた、さらに異なる実施形態を示す概略縦断面図である。この実施形態は、画像投射装置１００がスクリーン２００の表面２００Ａと対向して配置された前面投射型表示装置を構成する。本実施形態においては、位置検出用光源部２５０の発光素子２５１をスクリーン２００の裏面２００Ｂに対向して配置している。この場合には位置検出用光源部２５０は、スクリーン２００の背後に配置された複数の位置検出用光源２５１と、位置検出用光源２５１を収容する反射内面を備えた収容部２５２とを備えている。スクリーン２００はアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などで形成された光拡散板として構成されている。発光素子２５１から放出された位置検出光Ｌ２はスクリーン２００の裏面２００Ｂから内部に入射し、表面２００Ａの基準面２００Ｐから出射する。この実施形態では、位置検出用光源部２５０は、発光素子２５１がスクリーン２００の背後に配置された直下型バックライト構造となっている。
【００８２】
なお、本発明においては、上記の複数の実施形態において示された各構成要素を適宜に組み合わせて他の実施形態として構成することができる。また、光学的関係が保たれる限り、位置検出用光源部と光検出器の物理的構成は、位置検出用光源部と光検出器を画像投射装置１００とスクリーン２００のいずれに設置してもよいなど、任意に選択できる。例えば、上記実施形態には示されていないが、検出空間Ｓの側方に配置される構成であるならば、光検出器を検出装置４００ではなく、画像投射装置１００に設置しても構わない。
【００８３】
（本実施形態の効果）
以上説明した本実施形態によれば、位置検出光を用いて検出対象物３００による反射光Ｒ２からその位置情報を検出することができる。この場合に、本実施形態では、遮光材４１２で構成される遮光構造により、基準面２００Ｐから出射する位置検出光が直接に光検出器４１０の光検出面４１１ａの少なくとも一部に入射することが妨げられるので、反射光Ｒ２の検出感度を向上させることができ、最終的に検出対象物の位置情報の精度を高めることができる。
【００８４】
また、遮光構造が光検出面４１１ａから検出空間Ｓの側に間隔を隔てて形成された開口部４１２ａを備えた遮光材４１２によって構成されることで、光検出面４１１ａに対する位置検出光の入射角度範囲を容易に制限することができる。特に、遮光材４１２が開口部４１１ａの周囲を全て取り囲み、開口部４１１ａ以外において光検出面４１１ａを全て覆う構成とすることにより、基準面２００Ｐの側以外の方位についても入射角度範囲を制限できるから、上記効果をさらに高めることができる。また、遮光材４１２の内面４１２ｂを位置検出光Ｌ２を吸収して実質的に反射しない面とすることで、さらに反射光Ｒ２の検出精度を高めることができる。
【００８５】
図１０に示す構成において、基準面２００Ｐは、表面２００Ａのうち光検出器４１０とは反対側の画像投射範囲の遠隔側領域よりも光検出器４１０の側に限定されているので、基準面２００Ｐから位置検出光Ｌ２が出射する範囲が光検出器４１０の側に限定されるので、基準面４１０から出射される位置検出光Ｌ２に対する遮光を容易に行ことが可能になる。
【００８６】
また、位置検出用光源部１４０は画像投射装置１００に設けられているので、スクリーン２００に対して位置検出光Ｌ２を画像投射装置１００による画像投射範囲と重なる範囲に照射しやすくなる。さらに、光検出器４１０はスクリーン２００に取り付けられることにより、光検出器４１０を検出空間Ｓの側方に容易に配置し固定できる。
【００８７】
尚、本発明の光学式位置検出装置及び投射型表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記開口部４１２ａは図示例において検出空間Ｓに向けて基準面２００Ｐと平行な方向に向けて開口し、また、光検出面４１１ａは基準面２００Ｐと平行な方向と直交した姿勢で設置されているが、本発明はこのような構成に限らず、それぞれ傾斜した方向に開口し、傾斜した姿勢で設置されていても構わない。
【符号の説明】
【００８８】
１０００…投射型表示装置、１００…画像投射装置、１４０…位置検出用光源部、１４１…発光素子、１５０…光源駆動回路、１６０…光源制御部、２００…スクリーン、２００Ａ…表面、２００Ｐ…基準面、３００…検出対象物（指示部材）、４００…検出装置、４１０…光検出器、４１１…受光部、４１１ａ…光検出面、４１１ｂ、４１１ｃ…外縁位置、４１２…遮光材、４１２ａ…開口部、４１２ｂ…内面、４２０…位置検出部、Ｌｐ…直線、Ｐａ…遠隔境界点、Ｐｃ…縁点、Ｐｄ…到達点、Ｌ２、Ｌ３…位置検出光、Ｒ２、Ｒ３…反射光
【図１】
2011122870.tif 000003
【図２】
2011122870.tif 000004
【図３】
2011122870.tif 000005
【図４】
2011122870.tif 000006
【図５】
2011122870.tif 000007
【図６】
2011122870.tif 000008
【図７】
2011122870.tif 000009
【図８】
2011122870.tif 000010
【図９】
2011122870.tif 000011
【図１０】
2011122870.tif 000012
【図１１】
2011122870.tif 000013
【図１２】
2011122870.tif 000014
【図１３】
2011122870.tif 000015
【図１４】
2011122870.tif 000016
【図１５】
2011122870.tif 000017
【図１６】
2011122870.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この場合において、前記光検出面から前記開口部に向かう前記基準面に沿った全ての平面方向について、前記基準面における前記開口部から最も離間した遠隔側境界点と、前記開口部と前記遠隔側境界点との間の、前記開口部の前記基準面の側の開口縁と前記遠隔側境界点を結ぶ直線の前記基準面への投影線に沿った方向に測った距離をｘ１とし、前記開口部と前記光検出面若しくはその延長面上の前記直線の到達点との間の、前記投影線に沿った方向に測った距離をｘ２とし、前記基準面と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ１とし、前記光検出面の前記基準面とは反対側の外縁位置と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ２としたとき、
ｚ２≦ｚ１・ｘ２／ｘ１  …（１）
が成立することが望ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、検出対象物３００は特に限定されるものではないが、例えば、図１乃至図３において示されるように基準面２００Ｐ上の任意の位置を指示するための指示部材（ペン）が例示される。この検出対象物３００の少なくとも検出対象部位（図示では先端部）は位置検出光Ｌ２を反射するように構成される。また、検出対象物３００の検出対象部位以外の部位（先端部以外の軸部分）は、例えばその表面に赤外光を吸収する表面素材を有し、位置検出光Ｌ２を反射しないように構成されている。したがって、複数の検出対象物３００の検出対象部位のみが位置検出光Ｌ２を反射するようになっている。なお、図１から図３まで並びに図１５では検出対象物３００を指示部材（ペン）で図示しているが、指などの人体を検出対象物とすることも可能である。後に参照する図６、図７、図１０から図１３までにおいては指を検出対象物として示してある。位置検出光Ｌ２に上述のように赤外光を用いることで、指先でも位置検出光Ｌ２を十分に反射することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施形態の図５に示す光源制御回路１６０は基準となるパルス信号を出力し、図１５に示すように、このパルス信号に基づいて光源駆動回路１５０は第１期間では可変抵抗１を介して複数の発光素子１４１の各々に所定電流値の駆動パルスを印加し、第２期間では可変抵抗２および反転回路３を介して複数の発光素子１４１の各々に所定電流値の駆動パルスを印加する。したがって、光源駆動回路１５０は第１期間と第２期間とでは発光素子１４１に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、第１期間において第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の位置検出光Ｌ２が検出対象物３００で光反射して反射光Ｒ２となり、この反射光Ｒ２の一部が光検出器４１０のフォトダイオード等の受光素子４１０ｄで検出される。同様に、第２期間において第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の反射光Ｒ２が光検出器４１０で検出される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
なお、光検出器４１０において受光素子４１０ｄは１ｋΩ程度の抵抗４１０ｒが直列に電気的に接続され、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。受光素子４１０ｄと抵抗４１０ｒとの接続点には信号抽出回路２０が電気的に接続されている。この接続点から出力される検出信号Ｖｃは受光素子４１０ｄの受光強度を反映したレベル及び振幅を備えた、上記パルス信号に対応する交流信号となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
この信号抽出回路２０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター２１を備えており、このフィルター２１は受光素子４１０ｄと抵抗４１０ｒとの接続点ＰＩから出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター２１によって接続点ＰＩから出力された検出信号Ｖｃからは、電圧Ｖｃの交流成分である位置検出信号Ｖｄが抽出される。つまり、位置検出光Ｌ２は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター２１によって除去される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
この信号処理回路４０は、第１期間での実効値Ｖｅａと第２期間での実効値Ｖｅｂとの差を求めるものであり、この差を位置検出信号Ｖｇとして位置判定部５０に出力する。位置判定部５０の記憶部５１には検出空間ＳのＸ軸方向にわたるＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂの差の関数値が収容されており、位置検出信号Ｖｇをこの関数値と照合して対応するＸ座標を割り出し、これにより検出対象物３００のＸ座標を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
なお、上述の座標検出の基本原理における第２の方法、すなわち、第１期間および第２期間における光検出器４１０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、複数の発光素子１４１に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて検出対象物３００のＸ座標を検出するものを実現させる場合には、信号処理回路４０から第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように画像投射装置１００の光源駆動回路１５０に制御信号Ｖｆが出力するように構成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
このとき、図６（ｂ）を参照すると理解できるように、ｘ１：ｚ１＝ｘ２：ｚ２′となるので、ｚ２′＝ｚ１・ｘ２／ｘ１が成立する。ここで、ｚ２′≧ｚ２であれば、基準面２００Ｐから出射し開口部４１２ａに入射する位置検出光Ｌ２は光検出面４１１ａの外縁位置４１１ｂよりも基準面２００Ｐから離れた側に入射するので、基準面２００Ｐから直接出射する位置検出光Ｌ２は遮光材４１２に遮られて光検出面４１１ａに入射しない。したがって、以下に示す式（１）が成立すれば、上記直線Ｌｐの投影線に沿って基準面２００Ｐから出射し直接に光検出面４１１ａに入射する位置検出光Ｌ２はなくなることになる。
ｚ２≦ｚ１・ｘ２／ｘ１…（１）
ただし、ｚ２は、外縁位置４１１ｂが縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐとは反対側に配置されている場合に正の値を有するものとして、上記式（１）の成立を判断する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
なお、上記縁点Ｐｃ及び到達点Ｐｄ並びにこれらに対応する直線Ｌｐについては、光検出器４１０から検出空間Ｓに向かういずれの方向についても設定することができる。すなわち、上記直線Ｌｐの基準面２００Ｐに対する投影線は、Ｘ−Ｙ平面上において任意の平面方向に設定することができる。そして、光検出面４１１ａから開口部４１２ａに向かう基準面２００Ｐに沿った全ての平面方向について、すなわち、基準面２００Ｐに沿った平面方向のうち平面的に見て光検出面４１１ａと交差する範囲内の全ての平面方向について上記の縁点Ｐｃ及び到達点Ｐｄ並びに直線Ｌｐを設定したときに、いずれの場合にも上記の式（１）の条件が成立するのであれば、光検出面４１１ａには基準面２００Ｐから直接出射する光が直接入射することはなくなる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
図８は上記各実施形態における光検出器４１０の構造を示す概略断面図である。上記のいずれの実施形態においても、光検出面４１１ａには、開口部４１２ａの基準面側の開口縁上の縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐの側にある部分Ｌｃが設けられている。すなわち、光検出面４１１ａの基準面２００Ｐの側の外縁位置４１１ｃが上記縁点Ｐｃよりも基準面２００Ｐの側に配置される。図示例では、光検出面４１１ａの基準面２００Ｐの側にある外縁位置４１１ｃと上記開口縁上の縁点Ｐｃとの間の、Ｚ軸（基準面２００Ｐと直交する方向）に沿って測った距離をｚ３として示してある。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
また、各実施形態においては、遮光材４１２は開口部４１２ａを除いて完全に光検出面４１１ａを覆うように構成されている。これによって、基準面２００Ｐとは反対側から斜めに光検出面４１１ａに向かう入射角度範囲や基準面２００Ｐに沿った平面内の入射角度範囲をも遮光材４１２によって制限することができるので、光検出器４１０の反射光Ｒ２に対する検出感度を実質的に向上させ、結果的には検出対象物３００の位置検出の精度を高めることができる。また、この場合には、開口部４１２ａの開口範囲により検出対象物を検出可能な検出空間Ｓの範囲を限定することができるため、基準面２００Ｐを指示していないときの検出対象物３００の位置を誤って検出してしまうといったこと、或いは、指示部位以外の検出対象物の部位の位置を誤って検出してしまうといったことも防止できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の少なくとも一部で構成される基準面の上方位置に設定された検出空間に配置される検出対象物を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
位置検出光を出射して前記検出空間に前記基準面に沿った位置に応じて変化する光強度分布を形成する位置検出用光源と、
前記検出空間の側方位置に配置され、前記検出空間で前記検出対象物により反射された前記位置検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の光検出値に基づいて前記検出対象物の位置を検出する位置検出部と、
を具備し、
前記光検出器は、光検出面を備えた検出器本体と、前記光検出面の前記検出空間の側において前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する遮光構造とを有し、
前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光の少なくとも一部を前記光検出面に対して遮光する、
ことを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記遮光構造は、前記基準面から出射し直接に前記光検出面に入射する前記位置検出光を前記光検出面に対して完全に遮光す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】
前記遮光構造は、前記光検出面を覆うとともに前記光検出面に対して前記検出空間の側に間隔を有して配置された開口部を備えた遮光材で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記光入射面から前記開口部に向かう前記基準面に沿った全ての平面方向について、前記基準面における前記開口部から最も離間した遠隔側境界点と、前記開口部と前記遠隔側境界点との間の、前記開口部の前記基準面の側の開口縁と前記遠隔側境界点を結ぶ直線の前記基準面への投影線に沿った方向に測った距離をｘ１とし、前記開口部と前記光検出面若しくはその延長面上の前記直線の到達点との間の、前記投影線に沿った方向に測った距離をｘ２とし、前記基準面と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ１とし、前記光検出面の前記基準面とは反対側の外縁位置と前記開口縁との間の、前記基準面と直交する方向に測った距離をｚ２としたとき、
ｚ２≦ｚ１・ｘ２／ｘ１
が成立することを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記光検出面は、前記基準面と直交する方向に見て前記開口縁よりも前記基準面の側に配置される部分を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記遮光材は、前記開口部の全周囲に開口縁を有し、前記開口部以外において前記光検出面を完全に覆うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記遮光材は前記位置検出光を吸収する内面を備えていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
前記基準面は導光体の表面の少なくとも一部で構成され、前記位置検出光は前記導光体の内部を伝搬した後に前記基準面から出射されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記位置検出用光源が前記位置検出光を前記基準面と対向する側から前記基準面に向けて出射し、前記基準面が前記位置検出光を反射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学式位置検出装置と、
前記基準面を備えたスクリーンと、
前記スクリーンに画像を投射する画像投射装置と、
を具備することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
前記基準面は、前記画像の投射範囲の前記光検出器とは反対側の外縁位置よりも前記光検出器の側に限定された範囲に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
前記位置検出用光源は前記画像投射装置に設けられることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の投射型表示装置。
【請求項１３】
前記光検出器は前記スクリーンに取り付けられることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の投射型表示装置。