(57)【要約】【課題】光出射部が１つでも、板状部材からの突出量が少ない位置検知装置を提供する。【解決手段】位置検知装置１は、表面側及び裏面側がそれぞれ検知領域３及び光通過領域４に設定されている板状部材２と、光通過領域４に光を出射する光出射部１９と、板状部材２の対辺に沿って配設された第１及び第２導光部８，９と、板状部材２の裏面側に配設された第１再帰反射部２４ａ，２６ａ，２６ｂ及び第２再帰反射部２３ａ，２７ａ，２７ｂと、板状部材２の他の辺に入射する光を再帰反射する第３再帰反射部２３ｂ，２４ｂ，２８と、再帰反射光を受光する受光部４４と、受光部４４における再帰反射光が無かった時の出射角度に基づいて物体の位置を検知する検知部４７とを備える。【選択図】図２
2015222507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側には物体の位置を検知するための二次元の検知領域が設定され、裏面側には光通過領域が設定されている板状部材と、
前記検知領域及び前記光通過領域の両方に臨みつつ前記板状部材において対辺関係にある第１辺及び第２辺に沿ってそれぞれ配設され、かつ前記光通過領域と前記検知領域との間の光路を形成する第１導光部及び第２導光部と、
出射角度を変化させつつ光を前記光通過領域に向かって出射し、第１出射角度範囲及び第２出射角度範囲で出射した光がそれぞれ前記第１導光部及び前記第２導光部に到達する光出射部と、
前記板状部材の裏面側において前記光通過領域外の範囲に配設され、それぞれ前記第２導光部及び前記第１導光部から前記光通過領域に出射されて来た光を再帰反射する第１再帰反射部及び第２再帰反射部と、
前記第１導光部又は前記第２導光部から前記検知領域を通過して前記板状部材の前記第１辺及び前記第２辺とは別の第３辺に入射した光を再帰反射する第３再帰反射部と、
前記板状部材の裏面側において前記光通過領域外の範囲に配設され、前記第１再帰反射部、前記第２再帰反射部及び前記第３再帰反射部からの再帰反射光を受光する受光部と、
前記光出射部から出射された光の再帰反射光が前記受光部により受光されなかった時は、光が前記検知領域において遮られたと判断し、光が前記検知領域において遮られた時の前記第１出射角度範囲及び前記第２出射角度範囲における第１出射角度及び第２出射角度を所定の計算式に適用して前記検知領域における光の遮られた位置を算出し、算出位置を前記検知領域における前記物体の位置として検知する検知部とを備えることを特徴とする位置検知装置。
【請求項２】
請求項１記載の位置検知装置において、
前記受光部は、前記第１導光部側から入射する再帰反射光を受光する第１受光部と、前記第２導光部側から入射する再帰反射光を受光する第２受光部とを有し、
前記検知部は、前記光出射部が前記第１出射角度範囲で光を出射している期間では、光が前記検知領域において遮られたことを前記第１受光部における受光量から判断し、前記光出射部が前記第２出射角度範囲で光を出射している期間では、光が前記検知領域において遮られたことを前記第２受光部における受光量から判断することを特徴とする位置検知装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の位置検知装置において、
前記板状部材は、表面側に表示部を有していることを特徴とする位置検知装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置検知装置において、
前記板状部材は長方形であり、
前記第１辺及び前記第２辺は前記板状部材の長辺であり、
前記光出射部は、前記板状部材の前記第３辺の垂直二等分線上に配置され、
前記第１及び前記第２導光部は、前記垂直二等分線に対して対称に配置されていることを特徴とする位置検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元の検知領域にある物体の位置を検知する位置検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長方形状の検知領域にある物体の位置を検知する位置検知装置が知られている（例：特許文献１，２）。この位置検知装置は、光の出射角度を変化させつつ、検知領域に光を出射する光出射部を検知領域の上辺又は左辺の両端部に備え、各光出射部からの出射光により検知領域内を走査する。この位置検知装置では、光を入射方向に反射する再帰反射部が検知領域の周縁に配置されると共に、検知領域を走査した光が該再帰反射部によって再帰反射され、受光部が当該再帰反射された光を受光するようになっている。
【０００３】
そして、位置検知装置は、各光出射部からの光が検知領域にある物体によって遮られて受光部が受光できなかったときの各光出射部からの光の出射方向（２つの出射角度）と２つの光出射部間の距離とに基づいて、三角測量法によって検知領域にある物体の位置を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−５４２８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７１３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
三角測量法によって検知領域にある物体の位置を検知するためには、物体に対して異なる２方向から光を当てる必要がある。このため、特許文献１，２の位置検知装置では、２つの光出射部が必要になり、配置スペース及びコストが増大する。
【０００６】
光出射部を１つのみとする位置検知装置として発明者らは、次の構造を案出した（例：特願２０１３−０５０７４５）。該位置検知装置では、検知領域は板状部材の表面側に設定する一方、１つの光出射部が裏面側に配置され、導光部が、板状部材に沿って配設されて、光出射部が、光の出射角度を変化させつつ、裏面側における導光部の端部の方へ出射するようにして、検知領域では、板状部材の対辺関係の両辺から光が出射するようにしている。
【０００７】
しかしながら、このような位置検知装置では、検知領域としての平板状部材の表面側において、対辺関係にある一方の辺部の導光部から出射して来た光は他方の辺部の再帰反射部で再帰反射させ、他方の辺部の導光部から出射して来た光は一方の辺部の再帰反射部で再帰反射させる構造となる。このような構造では、各辺部の再帰反射部は、同じ辺部にある導光部から検知領域への光の出射を阻害しないために、導光部の光出射部とは別の高さに配設されなければならない。この結果、位置検知装置は、検知領域において異なる２つの高さで光路が設定されなければならず、その分、位置検知装置における板状部材からの突出量が増大する。
【０００８】
本発明の目的は、光出射部が１つでも、板状部材からの突出量を少ない位置検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の位置検知装置は、表面側には物体の位置を検知するための二次元の検知領域が設定され、裏面側には光通過領域が設定されている板状部材と、前記検知領域及び前記光通過領域の両方に臨みつつ前記板状部材において対辺関係にある第１辺及び第２辺に沿ってそれぞれ配設され、かつ前記光通過領域と前記検知領域との間の光路を形成する第１導光部及び第２導光部と、出射角度を変化させつつ光を前記光通過領域に向かって出射し、第１出射角度範囲及び第２出射角度範囲で出射した光がそれぞれ前記第１導光部及び前記第２導光部に到達する光出射部と、前記板状部材の裏面側において前記光通過領域外の範囲に配設され、それぞれ前記第２導光部及び前記第１導光部から前記光通過領域に出射されて来た光を再帰反射する第１再帰反射部及び第２再帰反射部と、前記第１導光部又は前記第２導光部から前記検知領域を通過して前記板状部材の前記第１辺及び前記第２辺とは別の第３辺に入射した光を再帰反射する第３再帰反射部と、前記板状部材の裏面側において前記光通過領域外の範囲に配設され、前記第１再帰反射部、前記第２再帰反射部及び前記第３再帰反射部からの再帰反射光を受光する受光部と、前記光出射部から出射された光の再帰反射光が前記受光部により受光されなかった時は、光が前記検知領域において遮られたと判断し、光が前記検知領域において遮られた時の前記第１出射角度範囲及び前記第２出射角度範囲における第１出射角度及び第２出射角度を所定の計算式に適用して前記検知領域における光の遮られた位置を算出し、算出位置を前記検知領域における前記物体の位置として検知する検知部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、板状部材の裏面側に配設した１つの光出射部から光を出射角度を変化させつつ、板状部材の裏面側に設定された光通過領域に出射し、第１導光部及び第２導光部を介して板状部材の表面側に導いて、検知領域の対辺関係にある第１辺及び第２辺の両方から検知領域に出射する。そして、第１導光部から出射されて検知領域を通過した後に第２導光部に到達した光は、第２導光部により、また、第２導光部から出射されて検知領域を通過した後に第１導光部に到達した光は、第１導光部により、板状部材の裏面側に導かれて、板状部材の裏面側の第１再帰反射部及び第２再帰反射部に再帰反射されるようになっている。すなわち、光出射部を１つで済ませることができる。
【００１１】
また、第１導光部及び第２導光部から検知領域に出射する光の光路は、板状部材から同一の高さで設定することができるので、板状部材からの突出量を少なくした位置検知装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の位置検知装置において、前記受光部は、前記第１導光部側から入射する再帰反射光を受光する第１受光部と、前記第２導光部側から入射する再帰反射光を受光する第２受光部とを有し、前記検知部は、前記光出射部が前記第１出射角度範囲で光を出射している期間では、光が前記検知領域において遮られたことを前記第１受光部における受光量から判断し、前記光出射部が前記第２出射角度範囲で光を出射している期間では、光が前記検知領域において遮られたことを前記第２受光部における受光量から判断することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、検知部は、光出射部が第１出射角度範囲で光を出射している期間では、光が検知領域において遮られたことを第１受光部における受光量から判断し、光出射部が第２出射角度範囲で光を出射している期間では、光が検知領域において遮られたことを第２受光部における受光の受光量から判断する。再帰反射部は、入射光の全部を再帰反射するのではなく、一部を正反射（法線を挟んで入射光の進路と反射光の進路とが反対側になる反射）するので、正反射光が、第１出射角度範囲用の第１受光部又は第２出射角度範囲用の第２受光部へ向かうときに、第２受光部又は第１受光部へ向かって、入射することがある。これに対し、上記構成により、光が検知領域において遮られたことを正反射光の受光量から判断されることが防止され、物体の位置の検知精度の低下を防止することができる。
【００１４】
本発明の位置検知装置において、前記板状部材は、表面側に表示部を有していることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、板状部材の表面側は表示部となっているので、位置検知装置の使用者は、表示部の表示を目安に、検知領域の適切な位置に指等の物体を置いたり、移動したりすることができる。
【００１６】
本発明の位置検知装置において、前記板状部材は長方形であり、前記第１辺及び前記第２辺は前記板状部材の長辺であり、前記光出射部は、前記板状部材の前記第３辺の垂直二等分線上に配置され、前記第１及び前記第２導光部は、前記垂直二等分線に対して対称に配置されている
ことが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１出射角度範囲と第２出射角度範囲とが垂直二等分線に対して対称となる。これにより、垂直二等分線上の出射角度を０°としたときの最大出射角度を低減させて、光出射部の振れ角増減の駆動力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】位置検知装置の主要部の斜視図。
【図２】（ａ）は位置検知装置の正面図、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）の位置検知装置を裏返して裏側から見た図。
【図３】位置検知装置の左側面図。
【図４】位置検知装置が備える光スキャナの拡大図。
【図５】位置検知装置における光の進路と信号の流れとを示す図。
【図６】（ａ）は光偏向器から第１導光部へ向かう光の代表的な光路を示す図、（ｂ）は光偏向器から第２導光部へ向かう光の代表的な光路を示す図。
【図７】図６の位置検知装置における立体光路が平面光路に変換された等価位置検知装置を示す図。
【図８】位置検知装置における各素子の作動を説明するタイミングチャート。
【図９】図６の位置検知装置の再帰反射部の位置を変更した位置検知装置を裏返して裏側から見た図。
【図１０】図９の位置検知装置における立体光路が平面光路に変換された等価位置検知装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態の位置検知装置について説明する。
【００２０】
図１に示す位置検知装置１は、二次元の検知領域３にある物体Ｑ（例：指、スタイラス等）の位置を検知する装置である。本実施形態の位置検知装置１は、所定の情報を表示する表示装置２の表示画面に対して利用者が指等でタッチ操作できるタッチパネル機器として構成されている。該タッチパネル機器は、ポータブル式であってもよいし、券売機やＡＴＭ（現金自動預け払い機）等の各種装置の筺体に装着されるものであってもよい。
【００２１】
表示装置２は、例えば、表面側が表示部としての表示画面になっている液晶板を含む板状部材から成る。検知領域３は表示装置２の表面側に設定され、光通過領域４は表示装置２の裏面側に設定される。
【００２２】
本実施形態では、表示装置２の表示画面の法線方向に向かって見たときに、当該表示画面と検知領域３の大きさが同じとなるように規定されている。なお、図１において、Ｎは、平面の表示画面に対する法線方向（直角方向）を示す。また、Ｕ，Ｈは、表示画面を使用者に正対させたときに、使用者から見て上下方向及び左右方向を示す。
【００２３】
法線方向Ｎについては、法線方向Ｎの各位置において使用者側を＋（正）とし、その反対側を−（負）と定義する。短辺方向Ｕについては、短辺方向Ｕの各位置において使用者から見て上側を＋、下側を−と定義する。長辺方向Ｈについては、長辺方向Ｈの各位置において使用者から見て左側を＋、右側を−と定義する。
【００２４】
図１において、検知領域３は、物体Ｑが接触する表示装置２の表示画面上に設定されるのが理想であるが、この位置検知装置１は、物体Ｑが光を遮る位置を物体Ｑの位置として検出する。検知領域３は、表示装置２の表側における光路上に設定されるので、物体Ｑの検知位置は、表示装置２の表示画面から法線方向Ｎに＋側（使用者側）に少し離れた検知領域３における短辺方向Ｕ及び長辺方向Ｈの二次元座標により検知される。
【００２５】
光通過領域４も、検知領域３の裏面側における光路上に設定されるので、法線方向Ｎに検知領域３の裏面から−側に少し離れた位置になる。
【００２６】
図１及び図２を参照して、位置検知装置１のその他の構成について説明する。図２において、（ａ）は、位置検知装置１を表面側から見た図としての正面図、（ｂ）は、（ａ）のIIｂ−IIｂ線矢視断面図、（ｃ）は、位置検知装置１を（ａ）の状態から裏返して見た図となっている。（ｃ）では、短辺方向Ｕの上側及び下側が（ａ）とは逆になる。
【００２７】
第１導光部８、第２導光部９及び第３導光部１０は、横断面が等脚台形であるプリズムから成る。第１導光部８及び第２導光部９は、長方形の検知領域３において対辺関係にある各長辺（「第１辺」及び「第２辺」に相当）に沿って配設されている。第１導光部８及び第２導光部９は、長辺方向Ｈの＋側の端部において表示装置２の端から所定量突出する延長部を有し、表示装置２の短辺の垂直二等分線３０（図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線に一致）に対して対称の配置となっている。第３導光部１０は、長方形の検知領域３の長辺方向Ｈの−側の短辺（「第３辺」に相当）に沿って配設されている。
【００２８】
Ｌ形連結部２３は、第１導光部８と第３導光部１０とを相互に連結し、Ｌ形連結部２４は、第２導光部９と第３導光部１０とを相互に連結する。Ｌ形連結部２３が第１導光部８の長手方向端面に接触している部分は第２再帰反射部２３ａとなっており、Ｌ形連結部２３が第３導光部１０の長手方向端面に接触している部分は第３再帰反射部２３ｂとなっている。Ｌ形連結部２４が第２導光部９の長手方向端面に接触している部分は第１再帰反射部２４ａとなっており、Ｌ形連結部２４が第３導光部１０の長手方向端面に接触している部分は第３再帰反射部２４ｂとなっている。Ｌ形連結部２３が第２再帰反射部２３ａをもち、Ｌ形連結部２４が第１再帰反射部２４ａをもつ理由は、図７で後述する。
【００２９】
光偏向器１５と光源１８とは、光スキャナ１９を構成し、短辺方向Ｕには、垂直二等分線３０上に配設され、法線方向Ｎには、光通過領域４の範囲に配設される。光偏向器１５は、表示装置２の長辺方向Ｈの＋側の短辺の外に配設され、光源１８は、例えば、直進性が高くかつ進行方向に対して直角方向の広りが抑制されるレーザ光を発生するレーザ光源である。光源１８は、長辺方向Ｈにわずかに表示装置２内に入り込んでいるが、物体Ｑの位置検知には支障はない。
【００３０】
光源１８は、表示装置２の短辺の垂直二等分線３０に沿って進む光を光偏向器１５の中心に向けて出射する。光偏向器１５は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器であり、ミラー部３５（図４）に入射した光を光通過領域４の方へ反射する。なお、ミラー部３５は、光源１８側の面が光を反射するミラー面となっている。第１受光部１６及び第２受光部１７は、光偏向器１５に対して法線方向Ｎの＋側及び−側から光偏向器１５の支持枠３４（図４）の外面に取付けられている。
【００３１】
第１再帰反射部２６ａ及び第２再帰反射部２７ａは、表示装置２の裏面側において垂直二等分線３０に沿って配設され、短辺方向Ｕにそれぞれ第２導光部９及び第１導光部８に対峙している。第１再帰反射部２６ｂ及び第２再帰反射部２７ｂは、それぞれ垂直二等分線３０に対して短辺方向の−側及び＋側に配置されており、かつ共に表示装置２の長辺方向Ｌの−側の短辺に沿って配設されている。第３再帰反射部２８は、表示装置２の裏面側において第３導光部１０の光入出面に密着している。
【００３２】
図３は位置検知装置１を左側（長辺方向Ｈの＋側）から見た側面図である。光偏向器１５は、ミラー部３５（図４）を法線方向Ｎに沿ってミラー部３５の中心を通る回転軸線の回りに往復回動させる。この結果、光源１８から光偏向器１５に入射した光は、短辺方向Ｕに往復動する走査光となって、光通過領域４へ出射する。
【００３３】
垂直二等分線３０に対して光偏向器１５から短辺方向Ｕの＋側及び−側に出射する光をそれぞれ光Ｌ１，Ｌ２とする。光Ｌ１は、光通過領域４を通過して、法線方向Ｎの第１導光部８の−側端部から第１導光部８内に進入する。その後、第１導光部８の４５°傾斜面で反射し、法線方向Ｎの＋側に向かい、再び第１導光部８の４５°傾斜面で反射し、法線方向Ｎの第１導光部８の＋側端部から検知領域３へ出射する。検知領域３において物体Ｑに進行を遮られた光は、後述する再帰反射光を生成しないので、再帰反射光として往路を逆進することはない。
【００３４】
これに対し、物体Ｑに遮られなかった光Ｌ１は、後で詳説するように、第１再帰反射部２４ａ，２６ａ，２６ｂ又は第３再帰反射部２４ｂ，２８で再帰反射して、復路において往路を逆進して、第１導光部８を法線方向Ｎの−側端部から光通過領域４を経て第１受光部１６に入射する。光偏向器１５と第１受光部１６とは、法線方向Ｎにずれているが、光Ｌ１は進行に連れて、進行方向に対して直角方向へ少しずつ広がるので、第１受光部１６は、再帰反射光となった光Ｌ１を支障なく受光することができる。
【００３５】
光偏向器１５からの光Ｌ２は、光通過領域４を通過して法線方向Ｎの第２導光部９の−側端部から第２導光部９内に進入する。その後、第２導光部９の４５°傾斜面で反射し、法線方向Ｎの＋側に向かい、再び第２導光部９の４５°傾斜面で反射し、法線方向Ｎの第２導光部９の＋側端部から検知領域３へ出射する。検知領域３において物体Ｑに進路を遮られた光は、後述する再帰反射光を生成しないので、再帰反射光として往路を逆進することはない。
【００３６】
これに対し、物体Ｑに遮られなかった光Ｌ２は、後で詳説するように、第２再帰反射部２３ａ，２７ａ，２７ｂ又は第３再帰反射部２３ｂ，２８で再帰反射して、復路において往路を逆進して、第２導光部９を法線方向Ｎの−側端部から光通過領域４を経て第２受光部１７に入射する。
【００３７】
図４は光スキャナ１９の詳細図である。光スキャナ１９は、光を一次元で走査する一次元スキャナである。ミラー部３５は支持枠３４の中心に配設され、トーションバー３６は、法線方向Ｎに沿ってミラー部３５の両側から突出して、ミラー部３５と支持枠３４とを結合している。圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂは、各トーションバー３６に対して短辺方向Ｕの＋側及び−側にそれぞれ配設され、支持枠３４とトーションバー３６との間に介在する。圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂは、所定周波数で増減する電圧が印加されて伸縮する圧電膜を有している。圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂは、該圧電膜の伸縮に伴い、湾曲方向を反転し、トーションバー３６を介してミラー部３５をトーションバー３６の軸線の回りに所定周波数で往復回動させる。
【００３８】
圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂによるトーションバー３６の軸線の回りのミラー部３５の往復回動により、ミラー部３５は、光源１８からの光Ｌを垂直二等分線３０に対してα３〜β３（図６〜図８参照／α３＞β３）の範囲の出射角度で出射する。
【００３９】
第１受光部１６及び第２受光部１７は、例えば、フォトダイオード等のように受光量に応じた電気信号を出力する光電変換素子である。第１受光部１６及び第２受光部１７は、それぞれ第１導光部８及び第２導光部９の方に向く側に受光面１６ａ，１７ａを有している。第１受光部１６及び第２受光部１７は、それぞれ再帰反射光として第１導光部８及び第２導光部９から戻ってきた光Ｌ１，Ｌ２を受光面１６ａ，１７ａに受光する。
【００４０】
なお、本実施形態において用いられる光偏向器１５の詳細な構造については、例えば、特開２００８−４０２４０号公報等に記載されているような様々な種類の光偏向器を適宜適用することができる。また、実際の屈曲変形の大きさを検知するための検知用の圧電膜（図５の出射方向検知電圧値を出力する出射方向検知センサとしての圧電膜）は、特開２０１３−００７７７９号公報又は特開２０１２−２０３０７９号公報等に記載されている手法を適用することができる。
【００４１】
図５は位置検知装置１における光の進路と信号の流れとを示す図である。第１受光部１６及び第２受光部１７は受光部４４を構成する。検知部４７は、ＣＰＵ及びメモリ等により構成された電子ユニットであり、メモリに保持された制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、光スキャナ１９の作動を制御すると共に、受光部４４の受光状態に応じて検知領域３にある物体Ｑの位置を検知する。
【００４２】
検知部４７は、光源１８への印加電圧の制御により光源１８の点灯及び消灯を切替える。位置検知装置１の作動中は、光源１８は点灯状態にある。検知部４７は、光偏向器１５の圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂの圧電膜の印加電圧を制御することにより、ミラー部３５の法線の向きを制御して、光偏向器１５からの出射光の出射角度を制御する。
【００４３】
検知部４７は、光偏向器１５の出射方向検知センサ（図示せず）から光偏向器１５からの出射光の出射角度に係る電圧値を受取る。出射方向検知センサは、圧電アクチュエータ３７ａ又は３７ｂの圧電膜の一部を素子として利用したものとなっている。
【００４４】
すなわち、圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂの圧電膜は、検知部４７からの印加電圧により伸縮して圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂによるトーションバー３６の回転駆動力を発生するが、その圧電膜とは別にセンサ用圧電膜が、圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂに設けられる。該センサ用圧電膜は、圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂの変形量（歪み量）に関係する電圧を出力し、この電圧の値は、光偏向器１５からの出射光の出射角度に対応する。
【００４５】
光偏向器１５からの出射光は、出射角度に応じて光偏向器１５から短辺方向Ｕの＋側としての第１導光部８へ向かう光Ｌ１と光偏向器１５から短辺方向Ｕの−側としての第２導光部９へ向かう光Ｌ２とに分かれる。
【００４６】
光Ｌ１は、第１導光部８から検知領域３に出射される。そして、検知領域３から、さらに、第１導光部８とは対辺関係にある第２導光部９へ進む光Ｌ１と、第１導光部８の配設辺に対して隣接関係の辺に配設されている第３導光部１０へ向かう光Ｌ１とに光偏向器１５からの出射角度に応じて分かれる。第２導光部９へ向かった光Ｌ１は、第２導光部９を通過してから、光通過領域４を通過して、光通過領域４の範囲外に配設されている第１再帰反射部２４ａ，２６ａ，２６ｂに到達し、ここで往路が終わる。第３導光部１０へ向かった光Ｌ１は、第３導光部１０を通過してから、第３再帰反射部２４ｂ，２８に到達し、ここで往路が終わる。なお、第３導光部１０へ向かった光Ｌ１は、光通過領域４を通過することはない。光Ｌ１は、第１再帰反射部２４ａ，２６ａ，２６ｂ及び第３再帰反射部２４ｂ，２８において再帰反射し、再帰反射光の進路としての復路では、往路を逆進し、第１受光部１６に入射する。
【００４７】
これに対し、光Ｌ２は、第２導光部９から検知領域３に出射される。そして、検知領域３から、さらに、第２導光部９とは対辺関係にある第１導光部８へ進む光Ｌ２と、第２導光部９の配設辺に対して隣接関係の辺に配設されている第３導光部１０へ向かう光Ｌ２とに光偏向器１５からの出射角度に応じて分かれる。第１導光部８へ向かった光Ｌ２は、第１導光部８を通過してから、光通過領域４を通過して、光通過領域４の範囲外に配設されている第２再帰反射部２３ａ，２７ａ，２７ｂに到達し、ここで往路が終わる。第３導光部１０へ向かった光Ｌ２は、第３導光部１０を通過してから、第３再帰反射部２３ｂ，２８に到達し、ここで往路が終わる。なお、第３導光部１０へ向かった光Ｌ２は、光通過領域４を通過することはない。光Ｌ２は、第２再帰反射部２３ａ，２７ａ，２７ｂ及び第３再帰反射部２３ｂ，２８において再帰反射し、再帰反射光の進路としての復路では、往路を逆進し、第２受光部１７に入射する。
【００４８】
検知部４７は、受光部４４における再帰反射光の受光の光量から、受光無し時の光偏向器１５からの光Ｌ１，Ｌ２の出射角度に基づいて検知領域３における物体Ｑの位置（短辺方向Ｕ及び長辺方向Ｈの座標位置）を検知する。
【００４９】
図６において、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ位置検知装置１における光の代表的な光路を示す図である。図６と後述の図７及び図１０において、光Ｌａ１〜Ｌａ３，Ｌａｑは図３〜図５の光Ｌ１に対応し、光Ｌｂ１〜Ｌｂ３，Ｌｂｑは図３〜図５の光Ｌ２に対応している。図６では、矢の向きは往路の向きを示すが、復路の向きは往路の向きとは逆向きになる。
【００５０】
光偏向器１５からの光の出射角度について、垂直二等分線３０に沿って出射する出射光の出射角度を０°と定義する。また、αは、短辺方向Ｕの＋側へ向かう０°より大きい出射角度を意味し、βは、短辺方向Ｕの−側へ向かう０°より小さい出射角度を意味するものとする。光偏向器１５からの出射光の出射角度は、α３〜β３の範囲で増減する。β３＜β２＜β１＜０°＜α１＜α２＜α３の関係がある。さらに、「｜｜」は絶対値を表すとして、α１＝｜β１｜、α２＝｜β２｜、及びα３＝｜β３｜の関係がある。
【００５１】
図６において、波線の光路は光通過領域４、第１導光部８及び第２導光部９における光路を示し、実線の光路は検知領域３における光路を示している。α１は、検知領域３の右上隅に到達する時の光Ｌ１としての光Ｌａ１の出射角度である。α２は、検知領域３の右下隅に到達する時の光Ｌ１としての光Ｌａ２の出射角度である。α３は、検知領域３の左下隅に到達する時の光Ｌ１としての光Ｌａ３の出射角度である。
【００５２】
これに対し、β１は、検知領域３の右下隅に到達する時の光Ｌ２としての光Ｌｂ１の出射角度である。β２は、検知領域３の右上隅に到達する時の光Ｌ２としての光Ｌｂ２の出射角度である。β３は、検知領域３の左上隅に到達する時の光Ｌ２としての光Ｌｂ３の出射角度である。
【００５３】
αｑは、検知領域３上の物体Ｑにより遮られて、再帰反射光が生成されない時の光Ｌ１としての光Ｌａｑの出射角度である。βｑは、検知領域３上の物体Ｑにより遮られて、再帰反射光が生成されない時の光Ｌ２としての光Ｌｂｑの出射角度である。位置検知装置１における各要素の位置及び寸法は、決まっているので、検知部４７は、三角測量法の所定の計算式にαｑ（「第１出射角度」に相当），βｑ（「第２出射角度」に相当）を適用することにより検知領域３上の物体Ｑに位置を求めることができる（具体的な計算の仕方は後述の所定の計算式としての式（１）及び（２）参照）。
【００５４】
図７は位置検知装置１の立体光路が平面光路に転換された等価位置検知装置５０を示す。等価位置検知装置５０の平面光路を位置検知装置１の立体光路に置き換えるときは、図７の６つのＡ１−Ａ１'線〜Ａ６−Ａ６'線のすべてを９０°山折りする。
【００５５】
等価位置検知装置５０の要素において、位置検知装置１の要素と同一の要素は、位置検知装置１において付けられている符号と同一の符号を付けている。図７において、短辺方向ＵにＡ１−Ａ１'線とＡ３−Ａ３'線との間の領域は、位置検知装置１の第１導光部８の法線方向Ｎの部分に相当する。短辺方向ＵにＡ２−Ａ２'線とＡ４−Ａ４'線との間の領域は、位置検知装置１の第２導光部９の法線方向Ｎの部分に相当する。長辺方向ＨにＡ５−Ａ５'線とＡ６−Ａ６'線との間の領域は、位置検知装置１の第３導光部１０の法線方向Ｎの部分に相当する。
【００５６】
等価位置検知装置５０では、検知領域３と、２つの光出射領域４と、第１導光部８、第２導光部９及び第３導光部１０の光路が、１つの平面の展開平面領域５１に含まれる。第１再帰反射部２６ａは展開平面領域５１の下辺に沿って配設され、第１再帰反射部２４ａ，２６ｂは展開平面領域５１の右辺の下端範囲に沿って配設される。第２再帰反射部２７ａは展開平面領域５１の上辺に沿って配設され、第２再帰反射部２３ａ，２７ｂは展開平面領域５１の右辺の上端範囲に沿って配設される。第３再帰反射部２３ｂ，２４ｂ，２８は、Ａ１−Ａ１'とＡ２−Ａ２'との間の範囲において展開平面領域５１の右輪郭線に沿って配設されている。
【００５７】
図７より、光Ｌ１（Ｌａ１〜Ｌａ３）が、出射角度をα１〜α３の範囲で変化させることにより、検知領域３の全部を走査することが理解できる。また、光Ｌ２（Ｌｂ１〜Ｌｂ３）が、出射角度をβ１〜β３の範囲で変化させることにより、検知領域３の全部を走査することが理解できる。第１再帰反射部２４ａは、第１再帰反射部２６ａ，２６ｂと同様に、α１〜α３の出射角度範囲（「第１出射角度範囲」に相当）の光Ｌ１の到達先に含まれている。第２再帰反射部２３ａは、第２再帰反射部２７ａ，２７ｂと同様に、β１〜β３の出射角度範囲（「第２出射角度範囲」に相当）の光Ｌ１の到達先に含まれている。
【００５８】
光Ｌ１（Ｌａ１〜Ｌａ３）は、検知領域３の物体Ｑに進行を遮られない場合は、往路において、順番に、光通過領域４、第１導光部８、検知領域３、第２導光部９及び光通過領域４を通過して、第１再帰反射部２６ａ，２６ｂに到達し、第１再帰反射部２６ａ，２６ｂにおいて再帰反射されて、復路において往路を逆進する。又は、順番に、光通過領域４、第１導光部８、検知領域３及び第２導光部９を順番に通過して、第１再帰反射部２４ａに到達し、第１再帰反射部２４ａにおいて再帰反射されて、復路において往路を逆進する。又は、順番に、光通過領域４、第１導光部８、検知領域３及び第３導光部１０を順番に通過して、第３再帰反射部２４ｂ，２８に到達し、第３再帰反射部２４ｂ，２８において再帰反射されて、復路において往路を逆進する。
【００５９】
光Ｌ２（Ｌｂ１〜Ｌｂ３）は、検知領域３の物体Ｑに進行を遮られない場合は、往路において、順番に、光通過領域４、第２導光部９、検知領域３、第１導光部８及び光通過領域４を通過して、第２再帰反射部２７ａ，２７ｂに到達し、第２再帰反射部２７ａ，２７ｂにおいて再帰反射されて、復路において往路を逆進する。又は、順番に、光通過領域４、第２導光部９、検知領域３及び第１導光部８を順番に通過して、第２再帰反射部２３ａに到達し、第２再帰反射部２３ａにおいて再帰反射されて、復路において往路を逆進する。又は、順番に、光通過領域４、第２導光部９、検知領域３及び第３導光部１０を順番に通過して、第３再帰反射部２３ｂ，２８に到達し、第３再帰反射部２３ｂ，２８において再帰反射されて、復路において往路を逆進する。
【００６０】
図７において、２つの光偏向器１５の短辺方向Ｕの距離をＲ１とする。検知領域３における物体Ｑの短辺方向Ｕ及び長辺方向Ｈの座標位置（Ｕｑ，Ｈｑ）は出射角度αｑ，βｑとＲ１を、三角測量法に基づく後述の式（１），（２）に適用して算出することができる。
【００６１】
簡単に説明すると、展開平面領域５１において、短辺方向Ｕの＋側の光偏向器１５の位置をＰ１、短辺方向Ｕの−側の光偏向器１５の位置をＰ２，物体Ｑの位置をＰ３とする。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を３つの頂点とする三角形について、Ｒ１と、αｑ，βｑとから周知の余弦定理を使って、Ｐ１−Ｐｑの長さＲ３、Ｐ２−Ｐ３の長さＲ２を求めることができる。短辺方向Ｕの＋側の光偏向器１５のミラー部３５の中心の（Ｕ座標，Ｈ座標）を（０，０）とすると、算出位置としての物体Ｑの座標位置（Ｕｑ，Ｈｑ）は次のようになる。
Ｕｑ＝−Ｒ３・ｃｏｓ（αｑ）・・・（１）
Ｈｑ＝Ｒ３・ｓｉｎ（αｑ）・・・（２）
【００６２】
図８は、位置検知装置１における各素子の作動を説明するタイミングチャートである。該タイミングチャートは、光偏向器１５の圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂの印加電圧（図８の第１段）、光偏向器１５からの出射光の出射角度（図８の第２段）、並びに第１受光部１６及び第２受光部１７の受光量（図８の第３段及び第４段）を示している。なお、受光量の単位はｌｍ・ｓ（ルーメン・秒）としている。
【００６３】
図８において、ｔ１，ｔ２は、光偏向器１５からの出射光の出射角度についての１サイクルの開始及び終了の時刻を示す。ｔ１，ｔ２は、圧電アクチュエータ３７ａの印加電圧が０Ｖから上昇開始する時刻でもあり、ｔ１−ｔ２の時間間隔は、圧電アクチュエータ３７ａ，３７ｂの印加電圧の変化の１周期に相当する。第１所定期間は、出射角度が、α１を上回ってから、次に下回るまでの期間として定義され、α１→α２→α３→α２→α１と変化する期間に対応する。第２所定期間は、出射角度が、β１を下回ってから、次に上回るまでの期間として定義され、β１→β２→β３→β２→β１と変化する期間に対応する。
【００６４】
光偏向器１５からの出射光の出射角度について第１及び第２所定期間を除いた残りの期間は、物体Ｑの検知を中止する非検知期間として定義される。１サイクルにおいて、時刻ｔ１から出射角度がα１を上回るまでの期間（０°→α１と変化する期間）と、出射角度がα１を下回る時刻からβ１を下回るまでの期間（α１→０°→β１と変化する期間）と、出射角度がβ１を上回る時刻から時刻ｔ２までの期間（β１→０°と変化する期間）との３つの非検知期間が存在する。
【００６５】
検知部４７は、非検知期間では、第１受光部１６及び第２受光部１７の受光量に関係なく、物体Ｑの検知を中止している。第１及び第２所定期間では、検知領域３に物体Ｑが存在していなければ、第１受光部１６及び第２受光部１７の受光量は、それぞれ閾値ｅ以上に保持される。これに対し、第１及び第２所定期間において、検知領域３に物体Ｑが存在していれば、第１受光部１６及び第２受光部１７の受光量は、共に閾値ｅ未満となる。
【００６６】
時刻ｔ１q１，ｔ１q２，ｔ２q１は、検知部４７が第１所定期間において光Ｌ１が物体Ｑによって遮られた時刻を示している。時刻ｔ１q３，ｔ１q４は、検知部４７が第２所定期間において光Ｌ２が物体Ｑによって遮られた時刻を示している。光偏向器１５からの出射光による検知領域３の走査の１サイクルには、ピークの出射角度α３，β３以外については、同一の出射角度が２つ含まれる。したがって、第１所定期間において出射角度＝αqに対応する時刻ｔ１q１，ｔ１q２は２つあると共に、第２所定期間において出射角度＝βqに対応する時刻ｔ１q３，ｔ１q４も２つある。
【００６７】
検知部４７は、時刻ｔ１q１，ｔ１q２における光偏向器１５からの出射光の出射角度からαqを求め、時刻ｔ１q３，ｔ１q４における光偏向器１５からの出射光の出射角度からβqを求めることができる。
【００６８】
第１受光部１６には、光偏向器１５における出射角度によっては、第２所定期間において第２再帰反射部２３ａ，２７ａ，２７ｂ及び第３再帰反射部２３ｂ，２８から正反射の反射光が入射されることがある。また、第２受光部１７には、第１所定期間において第１再帰反射部２４ａ，２６ａ，２６ｂ及び第３再帰反射部２４ｂ，２８から正反射の反射光が入射されることがある。なお、正反射とは、法線を挟んで入射光の進路と反射光の進路とが反対側になる一般的な反射である。
【００６９】
検知部４７が、第１受光部１６及び第２受光部１７への正反射光の入射を再帰反射光の入射と誤判断すると、物体Ｑの位置の誤検出に繋がることがある。これに対処し、検知部４７は、第１所定期間では、第１受光部１６の受光の検出のみに限定して、第２受光部１７の受光の検出を中止する。また、第２所定期間では、第２受光部１７の受光の検出のみに限定して、第１受光部１６の受光の検出を中止する。
【００７０】
位置検知装置１では、光スキャナ１９（光偏向器１５と光源１８）の装備が１つで済み、配置スペース及びコストを低減することができる。複数の光スキャナを用いる場合のように、各光スキャナの作動を同期させる制御が不要となり、フィードバック制御を行う場合でも物体Ｑの位置の検知精度を向上できる。
【００７１】
位置検知装置１では、光の出射角度を変更するために、ＭＥＭＳによる光偏向器１５を用いている。このため、光偏向器１５の大きさを小型にできる。
【００７２】
位置検知装置１では、光スキャナ１９が垂直二等分線３０上に配設されるので、短辺方向Ｕに垂直二等分線３０からずらして配設する場合よりも、各再帰反射部に入射する光の最大入射角を小さくして、再帰反射率の低下を抑制することができる。
【００７３】
図９は、位置検知装置６０を裏返しして、裏面側から見た図である。位置検知装置６０において、第１再帰反射部２６ａ，２６ｂ及び第２再帰反射部２７ａ，２７ｂ以外の構造は、位置検知装置１の構造と同一である。したがって、位置検知装置６０の正面図及び側面図は、位置検知装置１の正面図及び側面図として示した図２（ａ）及び（ｂ）と同一になる（ただし、破線は除く）。位置検知装置６０において位置検知装置１の要素と同一の要素は、位置検知装置１の要素に付けた符号で指示している。
【００７４】
位置検知装置６０では、位置検知装置１の第１再帰反射部２６ａ，２６ｂは第１再帰反射部６６ａ，６６ｂに置き換えられている。また、位置検知装置１の第２再帰反射部２７ａ，２７ｂは第２再帰反射部６７ａ，６７ｂに置き換えられている。位置検知装置６０において第２再帰反射部２３ａ及び第１再帰反射部２４ａの位置は、位置検知装置１における第２再帰反射部２３ａ及び第１再帰反射部２４ａの位置に対して変更されていない。図７等で説明したように、光Ｌ１が検知領域３の全範囲を走査するのに必要な出射角度の範囲はα１〜α３であり、光Ｌ２が検知領域３の全範囲を走査するのに必要な出射角度の範囲はβ１〜β３である。
【００７５】
すなわち、α１＞出射角度＞β１となる出射角度での光偏向器１５からの出射光は、検知領域３に出射されることはなく、走査光として寄与しない。したがって、光通過領域４において、α３≧出射角度≧α１とβ１≧出射角度≧β３との出射角度の範囲のみの光通過領域４として確保されれば、検知領域３の全範囲を走査することができる。
【００７６】
これを考慮して、位置検知装置６０では、表示装置２の裏面側において、第１再帰反射部６６ａ及び第２再帰反射部６７ａは、出射角度＝α１，β１の直線よりわずかに短辺方向Ｕに垂直二等分線３０の方へ引き込ませつつ、出射角度＝α１，β１の直線に平行に配設される。再帰反射部は、表示装置２の裏面に固定しなければならないので、出射角度＝α１，β１の直線と表示装置２の長辺との交点から、長辺方向Ｈの−側の範囲では、第１再帰反射部６６ｂ及び第２再帰反射部６７ｂは、表示装置２の長辺に沿って配設される。
【００７７】
図１０は、位置検知装置６０の立体光路が平面光路に変換された等価位置検知装置７０を示す。等価位置検知装置７０の平面光路を位置検知装置６０の立体光路に置き換えるときは、図１０の６つのＢ１−Ｂ２'線〜Ｂ６−Ｂ６'線のすべてを９０°山折りする。
【００７８】
等価位置検知装置７０の要素において、位置検知装置６０の要素と同一の要素は、位置検知装置６０において付けられている符号と同一の符号を付けている。図１０において、短辺方向ＵにＢ１−Ｂ１'線とＢ３−Ｂ３'線との間の領域は、位置検知装置６０の第１導光部８の法線方向Ｎの部分に相当する。短辺方向ＵにＢ２−Ｂ２'線とＢ４−Ｂ４'線との間の領域は、位置検知装置６０の第２導光部９の法線方向Ｎの部分に相当する。長辺方向ＨにＢ５−Ｂ５'線とＢ６−Ｂ６'線との間の領域は、位置検知装置６０の第３導光部１０の法線方向Ｎの部分に相当する。
【００７９】
等価位置検知装置７０では、検知領域３と、２つの光通過領域４と、第１導光部８、第２導光部９及び第３導光部１０の光路が、１つの平面の展開平面領域７１に含まれる。第１再帰反射部６６ａは展開平面領域７１の下辺の傾斜部分に沿って配設され、第１再帰反射部６６ｂは、展開平面領域７１の下辺の、垂直二等分線３０に平行な部分に沿って配設される。第２再帰反射部６７ａは展開平面領域７１の上辺の傾斜部分に沿って配設され、第２再帰反射部６７ｂは、展開平面領域７１の上辺の、垂直二等分線３０に平行な部分に沿って配設される。第３再帰反射部２３ｂ，２４ｂ，２８は、Ｂ１−Ｂ１'線とＢ２−Ｂ２'線との間において展開平面領域７１の右輪郭線に沿って配設されている。
【００８０】
図９より、光Ｌ１が、出射角度をα１〜α３の範囲で変化させることにより、検知領域３の全部を走査することが理解できる。また、光Ｌ２が、出射角度をβ１〜β３の範囲で変化させることにより、検知領域３の全部を走査することが理解できる。
【００８１】
位置検知装置６０では、表示装置２の裏面側において、第１再帰反射部６６ａ，６６ｂ、第２再帰反射部６７ａ，６７ｂ及び第３導光部１０に囲われた領域は、例えば検知部４７や位置検知装置６０の電源等の位置検知装置６０の素子の配置スペースとして利用することができる。また、第１再帰反射部６６ａ及び第２再帰反射部６７ａでは、入射角が減少するので、再帰反射率が高くなる。
【００８２】
位置検知装置１，６０では、第３導光部１０が表示装置２の短辺に沿って配備され、第３再帰反射部２３ｂ，２４ｂ，２８が表示装置２の裏面側における第３導光部１０の端部において再帰反射を行っている。第３導光部１０は、表示装置２の表面側において往路の光を検知領域３側から入射されることはあるものの、往路の光を検知領域３側に出射することはない。したがって、第３導光部１０を省略すると共に、第３再帰反射部２８を表示装置２の表面側において検知領域３の右辺に沿って配設することもできる。その場合、第３再帰反射部２３ｂ，２４ｂも省略することができる。
【００８３】
位置検知装置１，６０では、板状部材としての表示装置２は、表面側に表示画面を有している。板状部材は、表示部を有しないものとすることもできる。
【００８４】
位置検知装置１，６０では、光出射部としてＭＥＭＳの光偏向器１５が用いられている。光出射部は、ＭＥＭＳ以外の方法で製作してミラー部を圧電駆動ではなく電磁駆動する方式の光偏向器を使用することもできる。
【００８５】
位置検知装置１，６０の表示装置２は、法線方向Ｎから見て長方形となっている。表示装置２は、法線方向Ｎから見て、正方形、三角形、五角形等であってもよい。すなわち、表示装置２は、法線方向Ｎから見て、対辺が平行でなくてもよく、対辺関係にあるが隣接関係にない第１辺及び第２辺の一方の導光部から検知領域３に出射された光が、他方の導光部に入射するようになっている構成であればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１，６０・・・位置検知装置、２・・・表示装置（板状部材）、３・・・検知領域、４・・・光通過領域、８・・・第１導光部、９・・・第２導光部、１５・・・光偏向器（光出射部）、１６・・・第１受光部、１７・・・第２受光部、２４ａ，２６ａ，２６ｂ，６６ａ，６６ｂ・・・第１再帰反射部、２３ａ，２７ａ，２７ｂ，６７ａ，６７ｂ・・・第２再帰反射部、２３ｂ，２４ｂ，２８・・・第３再帰反射部、３０・・・垂直二等分線、４４・・・受光部、４７・・・検知部。
【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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