(57)【要約】【課題】画像が投射される面近傍に光源を配置しなくても、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型表示装置を提供すること。【解決手段】画像投射装置２００を備えた投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、検出領域１０Ｒに向けて赤外光からなる位置検出光Ｌ２を出射する位置検出用光源部１１を設け、検出領域１０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した位置検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出する。位置検出用光源部１１は、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃを備えており、これら３つの発光素子１２から出射された位置検出光Ｌ２によって対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。【選択図】図２
2011099994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投射装置から画像を投射し、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出する位置検出機能付き投射型表示装置であって、
前記画像投射装置に設けられ、前記対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部と、
前記対象物体により反射した前記位置検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を備え、
前記位置検出用光源部は、前記位置検出光として、第１強度分布をもつ第１位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第１強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第２強度分布をもつ第２位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第１強度分布の最大強度部分と前記第２強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線に重ならない位置に最大強度部分を有する第３強度分布をもつ第３位置検出光と、を出射することを特徴とする位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項２】
前記第１強度分布、前記第２強度分布および前記第３強度分布では、最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少していることを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項３】
前記位置検出用光源部は、前記第１位置検出光、前記第２位置検出光、および前記第３位置検出光を異なるタイミングで出射することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項４】
前記位置検出光は、赤外光からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項５】
前記位置検出用光源部は、前記第１位置検出光を出射する第１光源と、前記第２位置検出光を出射する第２光源と、前記第３位置検出光を出射する第３光源と、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位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項６】
前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源は、前記位置検出光を発散光として出射することを特徴とする請求項５に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項７】
前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間には、前記対象物体を検出する検出領域が設定されており、
前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源は、前記検出領域の端部を通る方向に光軸を向けていることを特徴とする請求項６に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項８】
さらに、前記第１位置検出光、前記第２位置検出光、および前記第３位置検出光と異なる強度分布を有する第４位置検出光を出射する第４光源を備え、
前記位置検出部は、少なくとも前記第４位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項９】
前記第４光源は、前記画像投射装置に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項１０】
前記第４光源は、前記画像投射装置とは別の個所に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項１１】
前記位置検出用光源部は、前記位置検出光の出射方向で強度が変化する位置検出光を出射し、
前記位置検出部は、当該位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【請求項１２】
前記位置検出用光源部、前記光検出器、および前記位置検出部はいずれも、前記画像投射装置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投射するとともに画像の投射側に位置する対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型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】
特許文献１に記載の位置検出装置は光学式であり、直視型の表示装置において画像の表示面側に検出領域を設定し、検出領域を挟む両側に複数の発光ダイオードと複数のフォトトランジスターとを配置した構成を有している。かかる位置検出装置では、検出領域内に対象物体が進入すると、対象物体によって光が遮られるので、光が遮られたフォトトランジスターを特定すれば対象物体の位置を検出することができる。
【０００４】
また、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透光板を設け、透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を配置した位置検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
かかる特許文献２に記載の位置検出装置では、光源から出射された位置検出光を透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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４２６４３号公報の図６
【特許文献２】ＵＳＰａｔｅｎｔ  Ｎｏ．６９２７３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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投射型表示装置を提案するものである。
【０００８】
しかしながら、かかる位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、特許文献１に記載の構成を採用すると、スクリーン部材の周りに発光ダイオードやフォトトランジスターを多数配置することになるため、実用的ではない。
【０００９】
また、位置検出機能付き投射型表示装置では、透光板や光源、受光素子をスクリーン部材の前側に設けることが現実的に不可能であることから、特許文献２に記載の構成を採用することができない。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、画像が投射される面近傍に光源を配置しなくても、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、画像投射装置から画像を投射し、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出する位置検出機能付き投射型表示装置であって、前記画像投射装置に設けられ、前記対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部と、前記対象物体により反射した前記位置検出光を検出する光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、前記位置検出用光源部は、前記位置検出光として、第１強度分布をもつ第１位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第１強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第２強度分布をもつ第２位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第１強度分布の最大強度部分と前記第２強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線と重ならない位置に最大強度部分を有する第３強度分布をもつ第３位置検出光と、を出射することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、画像が投射される面と画像投射装置との間に位置する対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部を設け、対象物体により反射した位置検出光を光検出器によって検出する。ここで、位置検出用光源部は、位置検出光として、第１強度分布をもつ第１位置検出光と、前記画像投射装置からみて第１強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第２強度分布をもつ第２位置検出光と、前記画像投射装置からみて第１強度分布の最大強度部分と第２強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線と重ならない位置に最大強度部分を有する第３強度分布をもつ第３位置検出光とを出射する。このため、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光のうちの２つ位置検出光と、他の組み合わせの２つ位置検出光とを用いれば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における対象物体の位置を検出することができる。例えば、対象物体で反射した第１位置検出光の光検出器での検出結果と、対象物体で反射した第２位置検出光の光検出器での検出結果とを用いれば、第１強度分布の最大強度部分、および第２強度分布の最大強度部分から対象物体までの距離の比が分る。また、対象物体で反射した第２位置検出光の光検出器での検出結果と、対象物体で反射した第３位置検出光の光検出器での検出結果とを用いれば、第２強度分布の最大強度部分、および第３強度分布の最大強度部分から対象物体までの距離の比が分る。従って、これらの比に相当する位置を対象物体の位置として検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することができる。また、位置検出用光源部が画像投射装置に設けられているため、画像の投射方向を設定すれば、位置検出光の出射方向を同時に設定することができる。
【００１３】
本発明において、前記第１強度分布、前記第２強度分布および前記第３強度分布では、最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少していることが好ましい。このように構成すると、比較的簡素な処理で対象物体の位置を精度よく検出することができる。
【００１４】
本発明において、前記位置検出用光源部は、前記第１位置検出光、前記第２位置検出光、および前記第３位置検出光を異なるタイミングで出射することが好ましい。本発明では、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光の波長を変えれば、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を同時に出射してもよい。この場合でも、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を各々、検出することができる。この場合、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を選択的に検出する光検出器が必要となる。しかるに、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を異なるタイミングで出射すれば、１つの光検出器で第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を検出することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、前記位置検出光は、赤外光からなることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出光が画像の表示を妨げないという利点がある。
【００１６】
本発明において、前記位置検出用光源部は、前記第１位置検出光を出射する第１光源と、前記第２位置検出光を出射する第２光源と、前記第３位置検出光を出射する第３光源と、を備えていることが好ましい。本発明では、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を共通の光源から出射してもよい。この場合、共通の光源から位置検出光が出射される向きを切り換える構成や、共通の光源の前側に、透光部を備えた強度分布形成用の遮光マスクを配置し、かかるマスクの位置を切り換える構成を採用することにより、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を出射することになる。しかるに、位置検出用光源部に第１位置検出光を出射する第１光源、第２位置検出光を出射する第２光源、および第３位置検出光を出射する第３光源を設ければ、第１光源、第２光源および第３光源を点灯させることにより、第１位置検出光、第２位置検出光、および第３位置検出光を出射することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
【００１７】
本発明において、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源は、前記位置検出光を発散光として出射することが好ましい。このように構成すると、光軸に相当する位置が強度分布の最大強度部分となり、かかる最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少する強度分布を形成することができる。
【００１８】
本発明において、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間には、前記対象物体を検出する検出領域が設定されており、前記第１光源、前記第２光源および前記第３光源は、前記検出領域の端部を通る方向に光軸を向けていることが好ましい。光軸に相当する位置が強度分布の最大強度部分となる場合、最大強度部分の周辺に強度の等高線が同心状に形成される結果、最大強度部分の周りに強度が等しい個所が発生してしまう。このような場合、最大強度部分のいずれの側に対象物体が位置するかを判別する処理が必要になるが、第１光源、第２光源および第３光源の光軸が検出領域の端部を通る場合には、かかる事態を回避することができるので、簡素な処理で対象物体の位置を検出することができる。
【００１９】
本発明において、さらに、前記第１位置検出光、前記第２位置検出光、および前記第３位置検出光と異なる強度分布をもつ第４位置検出光を出射する第４光源を備え、前記位置検出部は、少なくとも前記第４位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。このように構成すると、対象物体の三次元の座標を検出することができる。
【００２０】
この場合、前記第４光源については、前記画像投射装置に設けられていることが好ましい。このように構成すれば、画像の投射方向を設定すれば、第４位置検出光の出射方向を同時に設定することができる。
【００２１】
本発明において、前記第４光源については、前記画像投射装置以外の個所に設けられている構成を採用してもよい。
【００２２】
本発明において、前記位置検出用光源部、前記光検出器、および前記位置検出部はいずれも、前記画像投射装置に設けられていることが好ましい。このように構成すると、位置検出に必要な要素が画像投射装置に設けられているので、持ち運びに便利であるとともに、画像投射装置の向きを調整すれば、光検出器の光軸方向を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置に用いた光学式位置検出装置の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置に用いた光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置に用いた光学式位置検出装置で利用される位置検出光の強度分布の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置の光学式位置検出装置の原理を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置での信号処理内容を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００でのＸＹ座標を検出する動作を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る位置検出機能付き投射型表示装置に用いた光学式位置検出装置１０の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｚ軸に沿う方向に画像を投射するものとして説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向と縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２５】
［実施の形態１］
（位置検出機能付き投射型表示装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型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、位置検出機能付き投射型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。
【００２６】
図１に示す位置検出機能付き投射型表示装置１００は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２００を備えており、かかる画像投射装置２００は、筐体２５０の前面部２０１に設けられた投射レンズ２１０からスクリーン部材２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。従って、画像投射装置２００は、筐体２５０の内部にカラーの画像表示光を生成して投射レンズ２１０を介して出射する光学装置（図示せず）を備えている。本形態において、スクリーン部材２９０は横長の四角形である。
【００２７】
（光学式位置検出装置の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００に用いた光学式位置検出装置の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、画像投射装置を前面側からみたときの説明図、および位置検出装置の全体構成を示す説明図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００に用いた光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。
【００２８】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００は、以下に説明するように、画像が投射される面としてのスクリーン部材２９０と、画像投射装置２００との間に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する光学式位置検出装置１０を備えている。
【００２９】
図２および図３に示すように、光学式位置検出装置１０は、画像投射装置２００に設けられた位置検出用光源部１１を備えており、かかる位置検出用光源部１１は、検出領域１０Ｒに向けて赤外光からなる位置検出光Ｌ２を出射する。また、光学式位置検出装置１０は、光検出器３０および位置検出部５０を備えており、光検出器３０は、検出領域１０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した位置検出光Ｌ３を検出する。位置検出部５０は、信号処理部５１とＸＹ座標検出部５２とを備えており、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。このように構成した光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２の出射方向に対して交差する仮想面（ＸＹ平面）内における対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標およびＹ座標）を検出する。
【００３０】
位置検出用光源部１１は、光源としての複数の発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃ）と、これらの発光素子１２を駆動する光源駆動部１４とを有している。画像投射装置２００の前面部２０１には、Ｘ軸方向の略中央位置に投射レンズ２１０が設けられているとともに、前面部２０１において投射レンズ２１０をＸ軸方向の両側で挟む位置に発光素子１２が設けられている。発光素子１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、赤外光からなる位置検出光Ｌ２を発散光として放出する。すなわち、位置検出光Ｌ２は、指やタッチペン等の対象物体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ことから、対象物体Ｏｂが指等の人体であれば、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。本形態では、いずれの発光素子１２もピーク波長が８５０ｎｍ付近の波長域にある赤外光を出射する。
【００３１】
光源駆動部１４は、発光素子１２を駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２の各々の発光強度を制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、第１光源としての第１発光素子１２Ａを駆動する光源駆動回路１４０ａと、第２光源としての第２発光素子１２Ｂを駆動する光源駆動回路１４０ｂと、第３光源としての第３発光素子１２Ｃを駆動する光源駆動回路１４０ｃとを備えている。光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｃを介して発光素子１２を制御する。光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、発光素子１２に対する駆動と、位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。
【００３２】
本形態においては、光検出器３０および位置検出部５０も、位置検出用光源部１１と同様、画像投射装置２００に設けられており、位置検出部５０は、画像投射装置２００の内部に配置されている。
【００３３】
光検出器３０は、画像投射装置２００の前面部２０１において、投射レンズ２１０に対してＹ軸方向の一方側に設けられており、受光部３１を検出領域１０Ｒに向けている。光検出器３０は、フォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態では、フォトダイオードが用いられている。光検出器３０は、位置検出部５０に電気的に接続されており、光検出器３０での検出結果は、位置検出部５０に出力される。
【００３４】
（位置検出光Ｌ２の強度分布の構成）
図４は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００に用いた光学式位置検出装置で利用される位置検出光の強度分布の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、第１位置検出光が形成する第１強度分布の説明図、第２位置検出光が形成する第２強度分布の説明図、および第３位置検出光が形成する第３強度分布の説明図である。
【００３５】
本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源部１１は、複数の発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃ）を備えており、これらの発光素子１２はいずれも、画像投射装置２００からみたときに四角形の検出領域１０Ｒが位置する側に光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃを向けている。本形態では、複数の発光素子１２はいずれも、検出領域１０Ｒの端部に光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃを向けている。より具体的には、第１発光素子１２Ａの光軸Ｌ１２ａは、検出領域１０Ｒの４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄのうち、角部分１０Ｒａを通っており、第２発光素子１２Ｂの光軸Ｌ１２ｂは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂを通っており、第３発光素子１２Ｃの光軸Ｌ１２ｃは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｃを通っている。また、第１発光素子１２Ａから出射される第１位置検出光Ｌ２ａ、第２発光素子１２Ｂから出射される第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３発光素子１２Ｃから出射される第３位置検出光Ｌ２ｃはいずれも発散光であり、かかる発散光では、光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃ付近で最も強度が大で、光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃから離間するほど、強度が連続的に低下していく。
【００３６】
このため、第１発光素子１２Ａから出射された第１位置検出光Ｌ２ａは、図４（ａ）に示す第１強度分布Ｌ２ａ１を検出領域１０Ｒに形成する。かかる第１強度分布Ｌ２ａ１においては、光軸Ｌ１２ａが通る角部分１０Ｒａが第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０であり、最大強度部分Ｌ２ａ０から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第１強度分布Ｌ２ａ１においては、最大強度部分Ｌ２ａ０から離間するに従って強度が略直線的に減少している。また、第２発光素子１２Ｂから出射された第２位置検出光Ｌ２ｂは、図４（ｂ）に示す第２強度分布Ｌ２ｂ１を検出領域１０Ｒに形成する。かかる第２強度分布Ｌ２ｂ１においては、光軸Ｌ１２ｂが通る角部分１０Ｒｂが第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０であり、最大強度部分Ｌ２ｂ０から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第２強度分布Ｌ２ｂ１においては、最大強度部分Ｌ２ｂ０から離間するに従って強度が略直線的に減少している。また、第３発光素子１２Ｃから出射された第３位置検出光Ｌ２ｃは、図４（ｃ）に示す第３強度分布Ｌ２ｃ１を検出領域１０Ｒに形成する。かかる第３強度分布Ｌ２ｃ１においては、光軸Ｌ１２ｃが通る角部分１０Ｒｃが第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０であり、最大強度部分Ｌ２ｃ０から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第３強度分布Ｌ２ｃ１においては、最大強度部分Ｌ２ｃ０から離間するに従って強度が略直線的に減少している。
【００３７】
ここで、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０とはＸ軸方向でずれており、画像投射装置２００からみたとき重ならない位置にある。また、画像投射装置２００からみたとき、第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０は、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０と第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０とを結ぶ仮想の直線とは重ならない位置にある。すなわち、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０、および第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０は、仮想の三角形の角部分に位置する。このため、第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１、および第３強度分布Ｌ２ｃ１は、互いに異なる方向の強度勾配を有している。
【００３８】
このように構成した第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１、および第３強度分布Ｌ２ｃ１において、検出領域１０Ｒに形成された強度分布の強度レベルは高いことが好ましい。そこで、本形態では、図２（ａ）に示すように、３つの発光素子１２（第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃ）の各々には、発光素子１２から放出された位置検出光Ｌ２のうち、検出領域１０Ｒの外側に向かおうとする位置検出光を検出領域１０Ｒ内に導く反射ミラー１３ａ〜１３ｃが設けられている。本形態において、反射ミラー１３ａ〜１３ｃは、発光素子１２の光軸（第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃの光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃ）が向かう検出領域１０Ｒ上の形状に対応する形状をもって発光素子１２の側方位置から位置検出光Ｌ２の放出方向に向けて延在している。より具体的には、反射ミラー１３ａ〜１３ｃは、発光素子１２の光軸を囲む４方向のうち、互いに直交する２方向に、光軸と平行な２つの反射面を備えている。
【００３９】
（座標検出の基本原理）
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００においては、位置検出用光源部１１において、発光素子１２を点灯させて検出領域１０Ｒの位置検出光Ｌ２の強度分布を形成するとともに、対象物体Ｏｂで反射した位置検出光Ｌ２を光検出器３０で検出し、かかる光検出器３０での検出結果に基づいて、位置検出部５０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図５を参照して、座標検出の原理を説明する。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００の光学式位置検出装置１０の原理を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、対象物体で反射した位置検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した位置検出光の強度が等しくなるように位置検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００４１】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００においては、位置検出用光源部１１の第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂが順次点灯して第１位置検出光Ｌ２ａおよび第２位置検出光Ｌ２ｂを出射すると、図４（ａ）、（ｂ）に示す第１強度分布Ｌ２ａ１および第２強度分布Ｌ２ｂ１が順次形成される。以下の説明では、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０とはＹ軸方向の位置が一致し、かつ、Ｘ軸方向でずれているため、第１強度分布Ｌ２ａ１におけるＸ軸方向の成分をＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａとし、第２強度分布Ｌ２ｂ１におけるＸ軸方向の成分をＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂとして説明する。
【００４２】
Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを利用してＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出するには、図５（ａ）に示すように、まず、第１期間において、第２発光素子１２Ｂを消灯させる一方、第１発光素子１２Ａを点灯させて、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。次に、第２期間においては、第１発光素子１２Ａを消灯させる一方、第２発光素子１２Ｂを点灯させてＸ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。従って、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより第１位置検出光Ｌ２ａおよび第２位置検出光Ｌ２ｂが反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される。ここで、第１期間に形成するＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａ、および第２期間に形成するＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂは、一定の分布を有しているので、以下の方法などにより、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４３】
例えば、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２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対象物体ＯｂのＸ座標を検出する。かかる方法では、図５（ｂ）に示すように、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離とが等しいことが分る。
【００４４】
これに対して、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂに対する制御量（駆動電流）を調整して、図５（ｂ）に示すように、再度、第１期間においてＸ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量の調整量ΔＬＸａと、第２期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比は、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０と第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０との中間地点からの対象物体Ｏｂのズレ量の比に対応する。また、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなったときの第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量と、第２期間での第２発光素子１２に対する制御量との比は、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比に対応する。それ故、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比が分るので、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４５】
なお、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、例えば、第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量を調整量ΔＬＸａ分だけ減少させてもよく、あるいは、第２期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量を調整量ΔＬＸｂ分だけ増大させてもよい。その結果、第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、制御量を調整した後の第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量と、制御量を調整した後の第２期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量との比は、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比に対応する。それ故、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比が分るので、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４６】
上記のいずれの方法を採用する場合でも同様に、第３期間および第４期間において、Ｙ軸方向で離間する発光素子１２、例えば、第２発光素子１２Ｂおよび第３発光素子１２Ｃを順次点灯させて上記の処理を行なえば、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００４７】
上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の位置情報を取得するにあたって、例えば、光源制御部１４５や位置検出部５０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、図６を参照して以下に説明するように、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。
【００４８】
（位置検出部５０の構成例）
図６は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００での信号処理内容を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置１００の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、図５を参照して説明した方法のうち、第１期間および第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂに対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量あるいは制御量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。なお、Ｘ軸座標およびＹ座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではＸ座標を求める場合のみを説明する。
【００４９】
図６（ａ）に示すように、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００において、光源駆動回路１４０は、第１期間では可変抵抗１１１を介して複数の発光素子１２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１２の各々に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、第１期間と第２期間とでは、発光素子１２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Ｘ座標検出用第１強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の第１位置検出光Ｌ２ａが対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光されるとともに、第２期間においてＸ座標検出用第２強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の第２位置検出光Ｌ２ｂが対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。
【００５０】
かかる光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器３０に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器３０に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。
【００５１】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。なお、発光強度補償指令回路１８０は、図３に示す光源制御部１４５の一部としても機能している。
【００５２】
位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１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１９２によって、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、第１期間および第２期間における光検出器３０による位置検出光Ｌ２の位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、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１９２によって除去される。
【００５３】
また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２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として位置検出用信号分離回路１７０に出力される。
【００５４】
位置検出用信号分離回路１７０は、第１期間において発光素子１２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なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０から発光強度補償指令回路１８０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】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図６（ｂ）に示す処理を行ない、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制御信号Ｖｆを光源駆動回路１４０に出力し、光源駆動回路１４０を制御する。すなわち、発光強度補償指令回路１８０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とを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせて第１期間での第１発光素子１２Ａからの出射光量を高める。また、第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗値を下げさせて第２期間での第２発光素子１２Ｂからの出射光量を高める。
【００５６】
このようにして、位置検出機能付き投射型表示装置１００では位置検出部５０の発光強度補償指令回路１８０によって、第１期間および第２期間での光検出器３０による検出量が同一となるように、第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂの制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０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とが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号ＶｇとしてＸＹ座標検出部５２に出力すれば、ＸＹ座標検出部５２は、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標を得ることができる。また、同様な原理を利用すれば、ＸＹ座標検出部５２は、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標を得ることができる。
【００５７】
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
【００５８】
（ＸＹ座標検出動作）
図２、図４および図７を参照して、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００において、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する動作を具体的に説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００でのＸＹ座標を検出する動作を示す説明図である。
【００５９】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出するには、以下に説明する第１期間および第２期間によってＸ座標を検出し、第３期間および第４期間によってＹ座標を検出する。
【００６０】
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置１００において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸ座標を検出するには、まず、第１期間において、第２発光素子１２Ｂおよび第３発光素子１２Ｃを消灯させる一方、第１発光素子１２Ａを点灯させて、図４（ａ）に示す第１強度分布Ｌ２ａ１を形成する。次に、第２期間においては、第１発光素子１２Ａおよび第３発光素子１２Ｃを消灯させる一方、第２発光素子１２Ｂを点灯させて、図４（ｂ）に示す第２強度分布Ｌ２ｂ１を形成する。その結果、第１期間における光検出器３０での検出値と、第２期間における光検出器３０での検出値とが等しければ、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離とが等しいことが分る。
【００６１】
これに対して、第１期間における光検出器３０での検出値と、第２期間における光検出器３０での検出値とが相違している場合、これらの検出値が等しくなるように、第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂに対する制御量（駆動電流）を調整して、再度、第１期間において第１強度分布Ｌ２ａ１を形成し、第２期間において第２強度分布Ｌ２ｂ１を形成する。その結果、第１期間における光検出器３０での検出値と、第２期間における光検出器３０での検出値とが等しくなれば、第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量の調整量と、第２期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量の調整量との比を求める。あるいは、第１期間における光検出器３０での検出値と、第２期間における光検出器３０での検出値とが等しくなったときの第１期間での第１発光素子１２Ａに対する制御量と、第２期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量との比を求める。これらの比は、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比に対応するので、対象物体Ｏｂは、図７（ａ）に示す線Ｘａｂ上にあることが分る。
【００６２】
次に、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＹ座標を検出するには、まず、第３期間において、第１発光素子１２Ａおよび第３発光素子１２Ｃを消灯させる一方、第２発光素子１２Ｂを点灯させて、図４（ｂ）に示す第２強度分布Ｌ２ｂ１を形成する。次に、第４期間においては、第１発光素子１２Ａおよび第２発光素子１２Ｂを消灯させる一方、第３発光素子１２Ｃを点灯させて、図４（ｃ）に示す第３強度分布Ｌ２ｃ１を形成する。その結果、第３期間における光検出器３０での検出値と、第４期間における光検出器３０での検出値とが等しければ、図４に示す第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０から対象物体Ｏｂまでの距離とが等しいことが分る。
【００６３】
これに対して、第３期間における光検出器３０での検出値と、第４期間における光検出器３０での検出値とが相違している場合、これらの検出値が等しくなるように、第２発光素子１２Ｂおよび第３発光素子１２Ｃに対する制御量（駆動電流）を調整して、再度、第３期間において第２強度分布Ｌ２ｂ１を形成し、第４期間において第３強度分布Ｌ２ｃ１を形成する。その結果、第３期間における光検出器３０での検出値と、第４期間における光検出器３０での検出値とが等しくなれば、第３期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量の調整量と、第４期間での第３発光素子１２Ｃに対する制御量の調整量との比を求める。また、第３期間における光検出器３０での検出値と、第４期間における光検出器３０での検出値とが等しくなったときの第３期間での第２発光素子１２Ｂに対する制御量と、第４期間での第３発光素子１２Ｃに対する制御量との比を求める。これらの比は、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０から対象物体Ｏｂまでの距離と、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０から対象物体Ｏｂまでの距離との比に対応するので、対象物体Ｏｂは、図７（ｂ）に示す線Ｙｂｃ上にあることが分る。
【００６４】
このようにして線Ｘａｂ、Ｙｂｃを求めた後、図７（ｃ）に示すように、線Ｘａｂ、Ｙｂｃの交点の座標を求めれば、対象物体ＯｂのＸＹ座標を求めることができる。なお、本形態では、第１期間において第１発光素子１２Ａを点灯させ、第２期間および第３期間において第２発光素子１２Ｂを点灯させ、第３期間において第３発光素子１２Ｃを点灯させたが、他の組み合わせを採用しても同様に、対象物体ＯｂのＸＹ座標を求めることができる。
【００６５】
なお、本形態では、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０、および第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０が検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａ、１０Ｒｂ、１０Ｒｃにあったが、最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０、Ｌ２ｃ０の一部あるいは全てが検出領域１０Ｒの内側にあってもよく、かかる構成でも同様に、上記の方法により対象物体ＯｂのＸＹ座標を求めることができる。
【００６６】
また、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０、第２強度分布Ｌ２ｂ１の最大強度部分Ｌ２ｂ０、および第３強度分布Ｌ２ｃ１の最大強度部分Ｌ２ｃ０の一部あるいは全てが検出領域１０Ｒの外側にあってもよく、かかる構成でも同様に、上記の方法により対象物体ＯｂのＸＹ座標を求めることができる。
【００６７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置１００を構成するにあたって、検出領域１０Ｒに向けて赤外光からなる位置検出光を出射する位置検出用光源部１１を設け、検出領域１０Ｒで対象物体Ｏｂにより反射した位置検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出する。ここで、位置検出用光源部１１から出射された位置検出光Ｌ２は、検出領域１０Ｒに強度分布を形成し、かかる強度分布を利用して対象物体ＯｂのＸＹ座標を光学的に検出する。このため、本形態によれば、画像が投射される面（スクリーン部材２９０）の近傍に光源を配置しなくても、位置検出部５０は、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標を光学的に検出することができる。
【００６８】
また、位置検出用光源部１１は、位置検出光Ｌ２として、第１強度分布Ｌ２ａ１をもつ第１位置検出光Ｌ２ａと、第１強度分布Ｌ２ａ１の最大強度部分Ｌ２ａ０からずれた位置に最大強度部分Ｌ２ｂ０を有する第２強度分布Ｌ２ｂ１をもつ第２位置検出光Ｌ２ｂと、２つの最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０を結ぶ仮想の直線上からずれた位置に最大強度部分Ｌ２ｃ０を有する第３強度分布Ｌ２ｃ１をもつ第３位置検出光Ｌ２ｃとを出射する。このため、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃのうちの２つ位置検出光と、他の組み合わせの２つ位置検出光とを用いれば、位置検出部５０は、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、スクリーン部材２９０と画像投射装置２００との間の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出することができる。また、位置検出光Ｌ２は、赤外光からなるため、位置検出光Ｌ２が画像の表示を妨げないという利点がある。
【００６９】
また、第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１および第３強度分布Ｌ２ｃ１では、最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０、Ｌ２ｃ０から離間するに伴って強度が単調減少している。特に本形態では、第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１および第３強度分布Ｌ２ｃ１では、最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０、Ｌ２ｃ０から離間するに伴って強度が略直線的に減少している。このため、比較的簡素な処理で対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。
【００７０】
また、位置検出用光源部１１は、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを異なるタイミングで出射する。このため、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃの波長が同一でも１つの光検出器３０で第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃ検出することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
【００７１】
さらに、位置検出用光源部１１は、第１位置検出光Ｌ２ａを出射する第１発光素子１２Ａと、第２位置検出光Ｌ２ｂを出射する第２発光素子１２Ｂと、第３位置検出光Ｌ２ｃを出射する第３発光素子１２Ｃとを備えている。このため、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃを点灯させることにより、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを所定のタイミング出射することができるので、構成の簡素化を図ることができる。しかも、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃは、発光ダイオードであり、発散光からなる赤外光を出射する。このため、光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃに相当する位置が強度分布の最大強度部分となり、かかる最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少する強度分布を容易に形成することができる。
【００７２】
また、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃは、光軸Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１２ｃを検出領域１０Ｒの端部を通る方向に向けている。このたため、第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１および第３強度分布Ｌ２ｃ１では、最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０、Ｌ２ｃ０の周りに強度が等しい個所が発生してしまう事態を回避することができるので、簡素な処理で対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００７３】
さらに、本形態では、位置検出用光源部１１、光検出器３０、および位置検出部５０のいずれもが画像投射装置２００に設けられている。このため、位置検出に必要な要素が全て画像投射装置２００に設けられているので、持ち運びに便利であるとともに、画像投射装置２００の向きを調整すれば、光検出器３０の光軸方向を調整することができる。
【００７４】
また、位置検出用光源部１１は、画像投射装置２００において画像を投射する投射レンズ２１０が位置する前面部２０１から前記位置検出光を出射する。このため、画像投射装置２００の前面部２０１が向く方向を調整するだけで、画像表示光Ｌ１および位置検出光Ｌ２の出射方向を調整することができる。また、光検出器３０も、位置検出用光源部１１と同様、画像投射装置２００の前面部２０１に設けられている。このため、画像表示用の光および位置検出光と同一方向に光検出器３０を確実に向けることができる。従って、画像投射装置２００の前面部２０１が向く方向を調整するだけで、画像表示用の光および位置検出光の出射方向、および光検出器３０の光軸中心が向く方向を調整することができる。
【００７５】
［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００に用いた光学式位置検出装置１０の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、画像投射装置２００を前面側からみたときの説明図、光学式位置検出装置１０の全体構成を示す説明図、および第４発光素子から出射された位置検出光の強度分布の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００７６】
上記実施の形態１では、位置検出用光源部１１は、位置検出光Ｌ２として、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを出射したが、本形態では、位置検出用光源部１１は、さらに、位置検出光Ｌ２の出射方向（Ｚ軸方向）で強度が変化する第４位置検出光Ｌ２ｄを出射してＺ座標検出用強度分布を形成する。より具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、位置検出用光源部１１は、第４位置検出光Ｌ２ｄを出射する第４発光素子１２Ｄを備えている。かかる第４発光素子１２Ｄは、光軸Ｌ１２ｄ１を検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄに向けており、画像投射装置２００からみたとき、光軸Ｌ１２ａ１，Ｌ１２ｂ１，Ｌ１２ｃ１，Ｌ１２ｄ１は、互いに異なる角度方向に向いている。このため、位置検出用光源部１１から出射された第４位置検出光Ｌ２ｄは、図８（ｃ）に示すように、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄを最大強度部分Ｌ２ｄ０とする強度分布Ｌ２ｄ１を形成し、画像投射装置２００からみたとき、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、第３位置検出光Ｌ２ｃ、および第４位置検出光Ｌ２ｄの最大強度部分Ｌ２ａ０、Ｌ２ｂ０，Ｌ２ｃ０、Ｌ２ｄ０は重ならない位置にある。なお、第４発光素子１２Ｄにも、検出領域１０Ｒの外側に向かおうとする位置検出光Ｌ２ｄを検出領域１０Ｒ内に導く反射ミラー１３ｄが設けられている。
【００７７】
このような構成の位置検出用光源部１１では、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃを全て点灯させるとともに、第４発光素子１２Ｄも点灯させると、図４に示す第１強度分布Ｌ２ａ１、第２強度分布Ｌ２ｂ１、第３強度分布Ｌ２ｃ１、および強度分布Ｌ２ｄ１が合成される結果、位置検出光Ｌ２の出射方向（Ｚ軸方向）で強度が変化する位置検出光が出射されることになる。このようにして合成された位置検出光は、Ｚ軸方向で強度が単純に変化する一方、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では強度が一定である。従って、対象物体Ｏｂで反射した位置検出光を光検出器３０で受光すれば、位置検出部５０は、光検出器３０の検出結果に基づいてＺ座標を検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、スクリーン部材２９０と画像投射装置２００との間の対象物体ＯｂのＸＹＺ座標を光学的に検出することができる。
【００７８】
かかるＺ座標の検出は、検出領域１０ＲにおいてＺ軸方向の所定範囲を検出有効領域として設定するのに利用することができる。例えば、スクリーン部材２９０の表面から５ｃｍ以内の範囲を検出有効領域と設定すれば、スクリーン部材２９０の表面から５ｃｍを超える位置で対象物体Ｏｂを検出した場合には、その検出結果を無効とすることができる。このため、スクリーン部材２９０の表面から５ｃｍ以内の範囲に対象物体Ｏｂを検出した場合のみ、対象物体ＯｂのＸＹ座標を入力とみなすなどの処理を行なうことができる。
【００７９】
［実施の形態２の変形例］
実施の形態３では、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃ、および第４発光素子１２Ｄを同時に点灯させてＺ座標を検出したが、第１発光素子１２Ａ、第２発光素子１２Ｂ、第３発光素子１２Ｃ、および第４発光素子１２Ｄを順次点灯させたときの光検出器３０の検出値を合計した結果に基づいてＺ座標を検出してもよい。
【００８０】
［実施の形態３］
上記実施の形態２では、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、第３位置検出光Ｌ２ｃおよび第４位置検出光Ｌ２ｄを全て用いてＺ座標を検出したが、図９を参照して、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂおよび第３位置検出光Ｌ２ｃのうちの１つと、第４位置検出光Ｌ２ｄとを用いてＺ座標を検出する形態を説明する。
【００８１】
図９は、本発明の実施の形態３に係る位置検出機能付き投射型表示装置１００の構成を模式的に示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き投射型表示装置１００の要部を横方向からみた様子を模式的に示す説明図、および光学式位置検出装置１０の全体構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００８２】
図９に示す位置検出機能付き投射型表示装置１００も、実施の形態１、２、３と同様、画像投射装置２００に設けられた位置検出用光源部１１は、第１位置検出光Ｌ２ａを出射する第１発光素子１２Ａ，第２位置検出光Ｌ２ｂを出射する第２発光素子１２Ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを出射する第３発光素子１２Ｃを備えている。また、本形態では、第４位置検出光Ｌ２ｄを出射する第４発光素子１２Ｄを備えており、第４位置検出光Ｌ２ｄは、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃと異なる強度分布を形成する。
【００８３】
図９には、第４発光素子１２Ｄが画像投射装置２００とは別の個所において、第１発光素子１２Ａ，第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２ＣからＺ軸方向で離間した位置に設けられた例を示してあるが、実施の形態３の変形例で説明するように、第４発光素子１２Ｄも、第１発光素子１２Ａ，第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃと同様、画像投射装置２００に設けられた位置検出用光源部１１に含ませてもよい。
【００８４】
このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置１００でも、実施の形態１と同様、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂおよび第３位置検出光Ｌ２ｃを用いて対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する。
【００８５】
これに対して、対象物体ＯｂのＺ座標を検出するには、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂおよび第３位置検出光Ｌ２ｃのうちの１つ（例えば、第１位置検出光Ｌ２ａ）と、第４位置検出光Ｌ２ｄとを用いてＺ座標を検出する。ここで、第１位置検出光Ｌ２ａのＺ軸方向の強度分布および第４位置検出光Ｌ２ｄのＺ軸方向の強度分布は、予め把握できるので、第１位置検出光Ｌ２ａを出射したときの光検出器３０での検出結果と、第４位置検出光Ｌ２ｄを出射したときの光検出器３０での検出結果とを比較すれば、対象物体Ｏｂと第１発光素子１２ＡとのＺ軸方向の距離と、対象物体Ｏｂと第４発光素子１２ＤとのＺ軸方向の距離との比を検出することができる。その際、第１位置検出光Ｌ２ａおよび第４位置検出光Ｌ２ｄのＺ軸方向の強度は、Ｘ軸方向よびＹ軸方向で変化しているが、対象物体ＯｂのＸＹ座標については、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂおよび第３位置検出光Ｌ２ｃを用いて検出済みである。従って、第１位置検出光Ｌ２ａおよび第４位置検出光Ｌ２ｄを用いて、対象物体Ｏｂと第１発光素子１２ＡとのＺ軸方向の距離と、対象物体Ｏｂと第４発光素子１２ＤとのＺ軸方向の距離との比に対してＸＹ座標の補正を行なえば、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００８６】
［実施の形態３の変形例］
上記実施の形態３では、第４発光素子１２Ｄを画像投射装置２００とは別の個所に設けられたが、第４発光素子１２Ｄも、第１発光素子１２Ａ，第２発光素子１２Ｂ、および第３発光素子１２Ｃと同様、画像投射装置２００に設けられた位置検出用光源部１１に含ませた場合も、実施の形態３と同様な方法でＺ座標を検出することができる。その場合、Ｚ座標の検出精度を高めるという観点からすれば、第４発光素子１２Ｄについては、第１発光素子１２Ａから離間した位置に設けることが好ましい。
【００８７】
［実施の形態４］
図１０は、本発明の実施の形態４に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き投射型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。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００８８】
上記実施の形態１では、位置検出用光源部１１、光検出器３０、および位置検出部５０のいずれもが画像投射装置２００に設けられているが、本形態では、図１０に示すように、光検出器３０については、画像投射装置２００とは別の位置、例えば、画像投射装置２００の側方や、検出領域１０Ｒの側方に設けられている。但し、本形態でも、位置検出用光源部１１および位置検出部５０については画像投射装置２００に設けられている。
【００８９】
［その他の実施の形態］
上記実施の形態１〜４では、ＸＹ座標を求める際、位置検出用光源部１１が第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、第３位置検出光Ｌ２ｃを異なるタイミングで出射したが、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、第３位置検出光Ｌ２ｃの一部については、異なる波長の赤外光（位置検出光）とし、異なる波長の赤外光を同時に出射するように構成してもよい。かかる構成を実現する場合には、受光の波長域が異なる複数の光検出器を用いればよく、かかる光検出器によって、異なる波長の赤外光が同時に出射されても各々を受光することができる。
【００９０】
また、上記実施の形態１では３つの発光素子（光源）を用い、上記実施の形態２，３では４つの発光素子（光源）を用いた例であったが、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを共通の光源から出射してもよい。この場合でも、共通の光源から位置検出光が出射される向きを切り換える構成や、共通の光源の前側に、透光部を備えた透光部を備えた強度分布形成用の遮光マスクを配置し、かかるマスクの位置を切り換える構成を採用することにより、第１位置検出光Ｌ２ａ、第２位置検出光Ｌ２ｂ、および第３位置検出光Ｌ２ｃを順次出射してもよい。
【００９１】
さらに、共通の光源からＸ軸方向およびＹ軸方向で強度が一定でＺ軸方向で強度が変化するＺ座標検出用位置検出光を出射してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０Ｒ・・検出領域、１１・・位置検出用光源部、１２・・発光素子、１２Ａ・・第１発光素子（第１光源）、１２Ｂ・・第２発光素子（第２光源）、１２Ｃ・・第３発光素子（第３光源）、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き投射型表示装置、２００・・画像投射装置、２９０・・スクリーン部材、Ｏｂ・・対象物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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【図８】
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