(57)【要約】【課題】安価な回路構成で高い検出精度を得ることのできる光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および光学式位置検出方法を提供すること。【解決手段】光学式位置検出装置１０では、光検出器１５にキャパシタ６１０を電気的接続に接続しておき、キャパシタ６１０の電圧を初期値にリセットした後、キャパシタ６１０の電圧を監視し、光検出器１５での検出が開始された以降、判定電圧をキャパシタ６１０の電圧Ｖが越えるまでの到達時間をカウンタ部７４０でカウント数として求める。カウント数は、光検出器１５での受光強度に連動するため、カウント数が分れば、到達時間に基づいて対象物体Ｏｂの位置を導出することができる。【選択図】図３
2011043935.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、
前記対象物体に照射される位置検出光を放出して前記検出領域内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、
前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された光検出器と、
前記光検出器での検出結果および前記強度分布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、
を有し、
前記信号処理部は、前記光検出器に電気的に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの電圧を設定値にするリセット回路と、時間を測定するクロック回路と、前記キャパシタの電圧を測定するキャパシタ電圧測定回路と、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２】
前記キャパシタ電圧測定回路は、前記キャパシタの電圧と判定電圧とを比較して前記キャパシタの電圧が前記判定電圧を越えた場合に出力が２値化信号の一方から他方に変化する比較回路を備え、
前記クロック回路は、前記比較回路の出力が変化する時間を測定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】
さらに、
少なくとも前記光検出器の温度および前記クロック回路の温度に連動する位置の温度を検知する温度検知部と、
該温度検知部で検出結果に基づいて前記判定電圧を調整する判定電圧調整部と、
を備えてい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】
前記キャパシタ電圧測定回路、前記温度検知部および前記判定電圧調整部は、共通の半導体集積回路に構成されてい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】
前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源と、前記複数の位置検出用光源から出射された前記位置検出光を内部に採り込んだ後、当該位置検出光を前記検出領域に向けて出射して前記位置検出光の強度分布を形成する導光板と、前記複数の位置検出用光源の一部を点灯させて、当該導光板から出射される前記位置検出光の第１方向の前記強度分布と該第１方向に交差する第２方向の前記強度分布とを時間をずらして形成する点灯パターン制御部と、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】
請求項１乃至５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、
前記導光板に対して平面視で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。
【請求項７】
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方法であって、
前記検出領域内に前記位置検出光の強度分布を形成するように前記位置検出光を出射するとともに、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受光するように光検出器を設け、
前記検出領域内に前記位置検出光の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および前記強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出するにあたって、
前記光検出器にキャパシタを電気的に接続しておき、
前記キャパシタの電圧を初期値にリセットするリセット工程と、
前記光検出器での検出が開始された以降、予め設定された判定電圧を前記キャパシタの電圧が越えるまでの到達時間を監視するキャパシタ電圧監視工程と、
前記到達時間に基づいて前記対象物体の位置を導出する位置導出工程と、
を有していることを特徴とする光学式位置検出方法。
【請求項８】
前記キャパシタの電圧を測定するキャパシタ電圧測定回路、および前記キャパシタの電圧が判定電圧を越えるまでの到達時間を測定するクロック回路を設けておき、
少なくとも前記光検出器の温度および前記クロック回路の温度に連動する位置の温度を検知する温度検知工程と、
該温度検知工程での前記温度の検知結果に基づいて前記判定電圧を調整する判定電圧調整工程と、
を備えていることを特徴とする請求項７に記載の光学式位置検出方法。
【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、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、および光学式位置検出方法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。
【０００３】
かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある。
【０００４】
このような光学式位置検出装置を構成するには、例えば、光検出器の検出結果をオペアンプで増幅した後、Ａ／Ｄ変換し、しかる後に信号処理を行なう光検出回路を利用することができる（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７２５０号公報
【特許文献２】特開２００８−６６９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光学式位置検出装置を構成するにあたって、特許文献１、２に記載の構成を採用する場合には、分解能の高いＡ／Ｄコンバーターが必要であるが、かかるＡ／Ｄコンバーターは極めて高価であるという問題点がある。すなわち、光検出器からの出力を電流−電圧変換して３Ｖ程度まで増幅した後、１０ｂｉｔの安価なＡ／Ｄコンバーターでデジタル信号に変換すると、１ＬＳＢは約３ｍＶ（＝３Ｖ／１０２４）になってしまい、出力電圧の微小変動に起因する検出誤差が大きくなってしまう。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、安価な回路構成で高い検出精度を得ることのできる光学式位置検出装置、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、および光学式位置検出方法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、前記対象物体に照射される位置検出光を放出して前記検出領域内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、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された光検出器と、前記光検出器での検出結果および前記強度分布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、を有し、前記信号処理部は、前記光検出器に電気的に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの電圧を設定値にするリセット回路と、時間を測定するクロック回路と、前記キャパシタの電圧を測定するキャパシタ電圧測定回路と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、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ための光学式位置検出方法であって、前記検出領域内に前記位置検出光の強度分布を形成するように前記位置検出光を出射するとともに、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受光するように光検出器を設け、前記検出領域内に前記位置検出光の強度分布を形成したときの前記光検出器での受光結果および前記強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出するにあたって、前記光検出器にキャパシタを電気的に接続しておき、前記キャパシタの電圧を初期値にリセットするリセット工程と、前記光検出器での検出が開始された以降、予め設定された判定電圧を前記キャパシタの電圧が越えるまでの到達時間を監視するキャパシタ電圧監視工程と、前記到達時間に基づいて前記対象物体の位置を導出する位置導出工程と、を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、「判定電圧をキャパシタの電圧が越える」とは、判定電圧より低かったキャパシタの電圧が判定電圧より高くなる場合、および判定電圧より高かったキャパシタの電圧が判定電圧より低くなる場合の双方を含む意味である。
【００１１】
本発明では、光検出器にキャパシタを電気的接続に接続しておき、キャパシタの電圧を設定値にリセットした後、キャパシタの電圧を測定し、光検出器での検出が開始された以降、予め設定された判定電圧をキャパシタの電圧が越えるまでの到達時間を測定する。ここで、到達時間は、光検出器での受光強度に連動するため、到達時間が分れば、到達時間に基づいて対象物体の位置を導出することができる。従って、光検出器からのアナログ出力をＡ／Ｄコンバーターによってデジタル信号に変換する必要がない。従って、高い検出精度を確保する場合でも、高価なＡ／Ｄコンバーターを必要としないので、安価な回路構成で済む。
【００１２】
本発明において、前記キャパシタ電圧測定回路は、前記キャパシタの電圧と判定電圧とを比較して前記キャパシタの電圧が前記判定電圧を越えた場合に出力が２値化信号の一方から他方に変化する比較回路を備え、前記クロック回路は、前記比較回路の出力が変化する時間を測定する構成を採用することができる。かかる構成によれば、安価な回路構成で到達時間を計測することができる。
【００１３】
本発明において、さらに、少なくとも前記光検出器の温度および前記クロック回路の温度に連動する位置の温度を検知する温度検知部と、該温度検知部で検出結果に基づいて前記判定電圧を調整する判定電圧調整部と、を備えていることが好ましい。かかる構成の場合、本発明に係る位置検出方法では、前記キャパシタの電圧を測定するキャパシタ電圧測定回路、および前記キャパシタの電圧が判定電圧を越えるまでの到達時間を測定するクロック回路を設けておき、少なくとも前記光検出器の温度および前記クロック回路の温度に連動する位置の温度を検知する温度検知工程と、該温度検知工程での前記温度の検知結果に基づいて前記判定電圧を調整する判定電圧調整工程と、を備えていることになる。かかる構成によれば、温度変化によって光検出器およびキャパシタ電圧測定回路に特性変化が発生した場合でも、かかる特性変化は、判定電圧の調整によって補正することができる。しかも、判定電圧の調整であれば、温度補償のための複雑な回路が不要であるので、安価な回路構成で済む。それ故、本発明によれば、安価な回路構成で高い検出精度を得ることができる。
【００１４】
本発明において、前記キャパシタ電圧測定回路、前記温度検知部および前記判定電圧調整部は、共通の半導体集積回路に構成されていることが好ましい。温度検知部であれば、半導体集積回路内のＰＮダイオードや寄生ＰＮＰトランジスターによって構成することができる。また、判定電圧調整部では、半導体集積回路内での抵抗値の変更によって行なうことができる。それ故、安価な回路構成で温度補償を行なうことができる。
【００１５】
本発明において、前記位置検出用光源装置は、前記位置検出光を放出する複数の位置検出用光源と、前記複数の位置検出用光源から出射された前記位置検出光を内部に採り込んだ後、当該位置検出光を前記検出領域に向けて出射して前記位置検出光の強度分布を形成する導光板と、前記複数の位置検出用光源の一部を点灯させて、当該導光板から出射される前記位置検出光の第１方向の前記強度分布と該第１方向に交差する第２方向の前記強度分布とを時間をずらして形成する点灯パターン制御部と、を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、少ない数の位置検出用光源装置および光検出器によって、光学的な位置検出を行なうことができる。
【００１６】
本発明を適用した光学式位置検出装置は位置検出機能付き表示装置を構成するのに用いることができる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記導光板に対して平面視で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。前記画像生成装置としては、投射型表示装置や、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などといった直視型表示装置を用いることができる。
【００１７】
本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、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】
【００１８】
【図１】本発明を適用した光学式位置検出装置および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詳細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の信号処理部の説明図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置の信号処理部の具体的構成の説明図である。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いられる信号の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた光検出器およびカウント用信号発生部の温度特性を示すグラフである。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた判別電圧の温度補正内容を示すグラフである。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［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、本発明を適用した光学式位置検出装置および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の構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、画像投射面に対して前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図、および画像投射面に対して後方（入力操作側とは反対側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図である。
【００２１】
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。
【００２２】
詳しくは後述するように、光学式位置検出装置１０は、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１５ａを向けた光検出器１５とを有している。また、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。
【００２３】
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状の被投射面２０１を有している。このため、画像生成装置２００は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像を形成する。本形態において、画像形成領域２０Ｒは、光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒと略重なる領域である。ここで、被投射面２０１は、白色等、赤外光を通過可能な材質からなる。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００のうち、図１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３を備えている。図１（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、導光板１３および被投射面２０１の後方（入力操作側とは反対側）に配置されたミラー２０６と、ミラー２０６に向けて画像を投射する投射型表示装置２０７とを備えている。
【００２５】
（光学式位置検出装置１０の詳細構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細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などの構成を示す説明図、および導光板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。
【００２６】
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１５ａを向けた光検出器１５を備えている。
【００２７】
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。本形態では、光検出器１５に加えて、補償用光検出器１５ｘも用いられている。かかる補償用光検出器１５ｘは、光検出器１５を介して得られる検出結果に対する温度などの影響を補償するためのものであり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを検出するものではない。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が対になって第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源が対になって第２光源対を構成することもある。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、図３を参照して後述するように、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。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。
【００４３】
（信号処理部の構成）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置の信号処理部の説明図である。図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置の信号処理部の具体的構成の説明図である。
【００４４】
図３および図４に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、位置検出用光源装置１１と、光検出器１５での受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する信号処理部６０とを有している。ここで、位置検出用光源装置１１は、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、導光板１３と、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄを駆動するための光源駆動部５０とを備えている。光源駆動部５０は、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのいずれを点灯させるかを指令する点灯パターン制御部５１０と、この点灯パターン制御部５１０からの指令に基づいて、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの一部を点灯させ、残りを消灯させる駆動回路部５２０とを備えている。
【００４５】
信号処理部６０は、光検出器１５に電気的接続に接続されたキャパシタ６１０と、光検出器１５での検出が開始される前にキャパシタ６１０の電圧を初期値にリセットするリセット回路７９０と、光検出器１５での検出が開始された以降、キャパシタ６１０の電圧が、予め設定された判定電圧Ｖthを越えるまでの到達時間を監視するキャパシタ電圧監視回路７１０と、到達時間に基づいて対象物体の位置を導出する位置導出部６４０とを備えている。また、信号処理部６０は、キャパシタ６１０からキャパシタ電圧監視回路７１０に向かう信号線６２０の途中位置に入力バッファ７８１が設けられている。
【００４６】
本形態において、リセット回路７９０は、放電スイッチ７９１および充電スイッチ７９２を備えており、放電スイッチ７９１および充電スイッチ７９２はいずれも、信号線６２０を介してキャパシタ６１０に電気的に接続されている。キャパシタ電圧監視回路７１０は、キャパシタ電圧測定回路７２０と、時間を測定するクロック回路７５０とを備えている。本形態において、クロック回路７５０は、オシュレーターを備えたカウント用信号発生部７３０と、カウンタ部７４０とを備えている。本形態において、入力バッファ７８１、リセット回路７９０、およびキャパシタ電圧監視回路７１０（キャパシタ電圧測定回路７２０、カウント用信号発生部７３０、およびカウンタ部７４０）はいずれも、共通の半導体集積回路７０に構成されている。また、信号処理部６０において、半導体集積回路７０には、温度検知部７６０および判定電圧調整部７７０も構成されている。
【００４７】
信号処理部６０において、位置導出部６４０は、Ｘ座標検出部６６０、Ｙ座標検出部６７０、および記憶部６９０を備えており、記憶部６９０は、キャパシタ電圧監視回路７１０で求めた到達時間に基づいて対象物体の位置を導出する際のデータを記憶するルックアップテーブルなどとして構成されている。ここで、位置導出部６４０は、半導体集積回路７０の外部に構成されている例を示してあるが、位置導出部６４０も半導体集積回路７０の内部に構成してもよい。
【００４８】
かかる構成の信号処理部６０を構成するにあたって、半導体集積回路７０は、図４に示すように構成されている。まず、半導体集積回路７０に構成されている２つの端子７０１、７０２のうち、端子７０２は、半導体集積回路７０内のグランド配線７０３と、光検出器１５（フォトダイオード）のアノードから延在する配線１５１とを導通させている。また、端子７０２は、半導体集積回路７０内の信号配線７０４と、光検出器１５のカソードから延在する配線１５２とを導通させて信号線６２０を構成している。ここで、キャパシタ６１０は、配線１５１と配線１５２との間に接続されており、光検出器１５に並列に電気的に接続されている。なお、半導体集積回路７０において、グランド配線７０３と信号配線７０４との間には静電気保護素子７８２が接続されている。
【００４９】
リセット回路７９０において、放電スイッチ７９１および充電スイッチ７９２はいずれもＭＯＳトランジスターから構成され、放電スイッチ７９１は信号配線７０４とグランド配線７０３との間に接続されている。また、充電スイッチ７９２は信号配線７０４と定電位配線７０５との間に接続されており、定電位配線７０５には＋３．０Ｖの充電電圧を供給するようになっている。
【００５０】
キャパシタ電圧監視回路７１０において、キャパシタ電圧測定回路７２０は、直列接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、コンパレーター７２１とを備えている。ここで、２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２は、定電位配線７０５とグランド配線７９１との間に接続されており、その接続点には、＋２．２Ｖの判定電圧Ｖthが生成されるようになっている。コンパレーター７２１には、＋２．２Ｖの判定電圧Ｖthが基準電圧として入力されているとともに、信号線６２０（信号配線７０４）からキャパシタ６１０の端子電圧が入力されるようになっている。従って、コンパレーター７２１は、判定電圧Ｖthとキャパシタ６１０との端子電圧とを比較し、キャパシタ６１０の電圧が判定電圧Ｖthを越えた場合に出力が２値化信号の一方から他方に変化する比較回路として機能する。本形態では、キャパシタ６１０の電圧が判定電圧Ｖthを下回るように越えた場合に出力がロー「Ｌ」からハイ「Ｈ」に変化するようになっている。
【００５１】
ここで、２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２のうちの一方は固定抵抗であり、他方は可変抵抗として構成されている。本形態では、抵抗Ｒ２は可変抵抗である。このため、抵抗Ｒ１、Ｒ２は、図３に示す判定電圧調整部７７０として機能する。
【００５２】
また、キャパシタ電圧監視回路７１０のクロック回路７５０において、カウント用信号発生部７３０で生成されたクロック信号を分周あるいは逓倍して所定周波数のカウント用信号を出力し、カウンタ部７４０は、コンパレーター７２１からの出力の立下りエッジから立ち上がりエッジで規定される期間のカウント用信号の数をカウントし、かかるカウント結果を位置導出部６４０に出力するようになっている。
【００５３】
本形態において、図３に示す温度検知部７６０は、半導体集積回路７０内のＰＮダイオードや寄生ＰＮＰトランジスターによって構成されているため、図４には表されていない。かかる温度検知部７６０での温度検出結果に基づいて、判定電圧調整部７７０において、抵抗Ｒ２を変化させれば、判定電圧Ｖthを調整することができる。その際、抵抗Ｒ２については、半導体集積回路７０内に可変抵抗回路として構成すればよく、抵抗Ｒ２の調整条件（判定電圧Ｖth）の調整条件（調整幅および調整方向）については、後述する図７に対応するデータを半導体集積回路７０内に設定しておけばよい。
【００５４】
（位置検出方法）
図２〜図５を参照して本形態の光学式位置検出装置１０での位置検出方法を説明する。図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で用いられる信号の説明図である。
【００５５】
本形態の光学式位置検出装置１０において、対象物体ＯｂのＸ方向（第１方向）の位置を検出するには、図２（ｂ）に示す位置検出用光源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。かかる点灯パターンは、点灯パターン制御部５１０からの指令に基づいて行なわれる。
【００５６】
その間に、図３および図４に示す信号処理部６０では、図５に示すように、時間ｔ0において検出を開始すると、スタートパルスＰｓが発生する。その結果、時間ｔ1においては、スタートパルスＰｓの立ち下がりエッジに同期して、放電スイッチ７９１をオン動作させるパルス信号（ゲート信号）が発生し、時間ｔ2においては、かかるパルス信号の立ち下がりエッジに同期して、時間ｔ3まで、充電スイッチ７９２をオン動作させるパルス信号（ゲート信号）が発生する。
【００５７】
その結果、放電スイッチ７９１のオン動作によってキャパシタ６１０が放電し、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが０Ｖとなる。続いて、充電スイッチ７９２のオン動作によってキャパシタ６１０が充電され、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが＋３．０Ｖとなる（リセット工程）。また、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが０Ｖとなった時点で、コンパレーター７２１からの出力Ｖcmpは、ハイ「Ｈ」からロー「Ｌ」に変化する。
【００５８】
そして、時間ｔ3以降、キャパシタ６１０が放電し、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが低下していく。かかる電圧の低下速度は、光検出器１５が位置検出光を受光した際の出力電流Ｉscに起因するものであり、光検出器１５の出力電流Ｉscは、光検出器１５での受光強度に比例する。従って、光検出器１５での受光強度が大であれば、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgの低下速度は大であり、光検出器１５での受光強度が小であれば、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgの低下速度は小である。従って、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgの低下速度と、光検出器１５での受光強度との間に一定の相関性がある。
【００５９】
ここで、本形態では、コンパレーター７２１において、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgと判定電圧Ｖthとの比較が行なわれており、時間ｔ4において、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgと判定電圧Ｖthを越すと、コンパレーター７２１からの出力Ｖcmpは、ロー「Ｌ」からハイ「Ｈ」に変化する。その間、カウンタ部７４０は、カウント用信号発生部７３０から出力されたカウント用信号の数を計測している。従って、カウンタ部７４０でのカウント数Ｃntは、光検出器１５での位置検出光の検出が開始された以降、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが判定電圧Ｖthを越えるまでの到達時間に相当する（キャパシタ電圧監視工程）。
【００６０】
そこで、本形態では、Ｘ座標導出部６６０は、Ｘ軸方向の一方方向が高い強度分布が形成された第１期間での到達時間（カウント数Ｃnt）と、Ｘ軸方向の他方方向で高い強度分布が形成された第２期間での到達時間（カウント数Ｃnt）とを比較して、その比較結果と記憶部６９０に記憶されているデータとを対比して、対象物体ＯｂのＸ座標位置を導出する。なお、第１期間での到達時間と、Ｘ軸方向の他方方向で高い強度分布が形成された第２期間での到達時間とを比較するにあたっては、到達時間（カウント数Ｃnt）の差や比が用いられる（位置導出工程）。
【００６１】
これに対して、対象物体ＯｂのＹ方向（第２方向）の位置を検出するには、図２（ｂ）に示す位置検出用光源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。かかる点灯パターンは、点灯パターン制御部５１０からの指令に基づいて行なわれる。かかる状態で、上記の方法と同じ方法で、第１期間での到達時間（カウント数Ｃnt）と第２期間での到達時間（カウント数Ｃnt）とが求まれば、Ｙ座標導出部６７０は、対象物体ＯｂのＹ座標位置を導出する。
【００６２】
なお、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの全てを点灯させた状態で、上記の方法により到達時間（カウント数Ｃnt）を求め、対象物体ＯｂのＺ座標位置を導出してもよい。
【００６３】
（温度補償の内容）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた光検出器およびカウント用信号発生部の温度特性を示すグラフである。図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた判別電圧の温度補正内容を示すグラフである。
【００６４】
本形態の光学式位置検出装置１０で用いた光検出器１５は、図６に菱形（PD）および点線Ｌ１１で示す温度特性を有しており、温度が高い程、同一の受光強度であっても、出力電流Ｉscが大となる。その理由は温度が高くなると、熱電流が生じるためである。また、本形態の光学式位置検出装置１０で用いたカウント用信号発生部７３０は、図６に四角および一点鎖線Ｌ１２で示す温度特性（Ｃnt）を有しており、温度が高い程、カウント用信号の周波数が高くなる。このため、カウンタ部７４０でのカウント数Ｃnt（光検出器１５での位置検出光の検出が開始された以降、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgが判定電圧Ｖthを越えるまでの到達時間に相当するカウント数）は、図６に三角および実線Ｌ１３で示す特性（Ｃnt）を示し、光検出器１５での受光強度が同一であっても、少なくなってしまう。
【００６５】
そこで、本形態では、半導体集積回路７０内の温度検知部７６０によって、半導体集積回路７０の温度を検知し（温度検知工程）、かかる温度検知結果に基づいて、判定電圧調整部７７０は、図４に示す抵抗Ｒ２を変化させて、図６に示す温度特性を補償するように、判定電圧Ｖthを図７に菱形および実線Ｌ１５で示すように調整する（判定電圧調整工程）。より具体的には、温度が高い程、図４に示す抵抗Ｒ２を小さくして、判定電圧Ｖthを低くする。その結果、図６に示す温度特性を補償することができる。ここで、温度検知部７６０は、半導体集積回路７０の温度を検知しており、かかる温度検知結果は、環境温度にも連動している。このため、温度検知部７６０は、光検出器１５の温度およびキャパシタ電圧監視回路７１０の温度に連動する位置の温度を検知することになる。
【００６６】
（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（ｘ１、Ｙ1）を検出することができる。それ故、検出領域１０Ｒに沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の光学式位置検出装置１０を構成することができる。
【００６７】
また、本形態の光学式位置検出装置１０では、光検出器１５にキャパシタ６１０を電気的接続に接続しておき、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgを初期値（設定値）にリセットした後、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgを監視し、光検出器１５での検出が開始された以降、判定電圧Ｖthをキャパシタ６１０の電圧Ｖchgが越えるまでの到達時間を監視する。ここで、到達時間は、光検出器１５での受光強度に連動するため、到達時間が分れば、到達時間に基づいて対象物体Ｏｂの位置を導出することができる。従って、光検出器１５からのアナログ出力をＡ／Ｄコンバーターによってデジタル信号に変換する必要がない。従って、高い検出精度を確保する場合でも、高価なＡ／Ｄコンバーターを必要としないので、安価な回路構成で済む。
【００６８】
また、本形態において、キャパシタ電圧監視回路７１０は、キャパシタ６１０の電圧Ｖchgと判定電圧Ｖthとを比較してキャパシタ６１０の電圧Ｖchgが判定電圧Ｖthを越えた場合に出力が２値化信号の一方から他方に変化するコンパレーター７２１（比較回路）を用い、到達時間をカウンタ部７４０でのカウント数として検出する。このため、安価な回路構成で到達時間を計測することができる。
【００６９】
また、本形態では、光検出器１５およびクロック回路７５０の温度補償を行なうにあたって、判定電圧Ｖthを調整する。かかる判定電圧Ｖthの調整であれば、複雑な回路が不要であるので、安価な回路構成で済む。しかも、温度補償のための温度検知部７６０および判定電圧調整部７７０は、キャパシタ電圧監視回路７１０と共通の半導体集積回路７０に構成されている。このため、安価な回路構成で済む。また、温度検知部７６０については、半導体集積回路７０内のＰＮダイオードや寄生ＰＮＰトランジスターによって構成することができる。また、判定電圧調整部７７０では、半導体集積回路７０内での抵抗値の変更によって行なうことができる。それ故、安価な回路構成で温度補償を行なうことができる。
【００７０】
（他の検出方法）
上記形態では、光検出器１５の出力電流Ｉscによるキャパシタ６１０の放電を利用したが、光検出器１５の出力電流Ｉscによるキャパシタ６１０の充電を利用してもよく、この場合、検出開始時、キャパシタ６１０は０Ｖにリセットされる。
【００７１】
（位置検出用光源装置１１の別の構成）
図８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。
【００７２】
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１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の場合には、図８に示すように、スクリーン状の被投射面２０１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を配列させ、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。
【００７３】
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。
【００７４】
［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、画像生成装置２００として投射型表示装置２０３、２０７を備えている構成であったが、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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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１５ａを向けた光検出器１５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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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１５ａを向けた光検出器１５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３０とからなる。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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】
【００８９】
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、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、光射部、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、５０・・光源駆動部、６０・・信号処理部、７０・・半導体集積回路、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・画像生成装置、５１０・・点灯パターン制御部、５２０・・駆動回路部、６１０・・キャパシタ、６４０・・位置導出部、６６０・・Ｘ座標導出部、６７０・・Ｙ座標導出部、７１０・・キャパシタ電圧監視回路、７２１・・コンパレーター（比較回路）、７２０・・キャパシタ電圧測定回路、７３０・・カウント用信号発生部、７４０・・カウンタ部、７５０・・クロック回路、７９０・・リセット回路、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光、Ｒ１、Ｒ２・・抵抗、Ｖth・・判定電圧
【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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