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
【課題】温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なう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、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させた状態で温度補償用光源１２Ｔを点灯させ、その際の光検出器１５での受光結果に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルスの実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅは基準温度と同一の強度をもって位置検出光を放出する。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させた状態で温度補償用光源１２Ｔを点灯させ、その際の光検出器１５での受光結果に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルスの実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅは基準温度と同一の強度をもって位置検出光を放出する。
【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（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９５６４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７２号公報
【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、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、図１４（ａ）に模式的に示すように、導光板１３などを用いて位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂから出射された位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布を利用して指などに当たって反射した位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光検出器１５で順次検出する方式の光学式位置検出装置を検討している。かかる光学式位置検出装置では、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での検出結果、位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での検出結果、および位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布に基づいて、指などの位置を検出することができる。例えば、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂから同一強度で位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射して位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光検出器１５で受光した後、図１４（ｂ）に示すように、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整し、その調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比を求めれば、指などの位置を検出することができる。
【０００７】
しかしながら、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに用いた発光ダイオードは、環境温度が高いと、図１４（ｃ）に示すように出射光量が低下する。例えば、温度が７５℃のときは、温度が２５℃のときと比較して出射光量が２５％低下する。その結果、図１４（ｄ）に示すように、２５℃のときは、ΔＬ11：ΔＬ12＝１：３であったのが、７５℃になると、ΔＬ11：ΔＬ12＝１：１になってしまい、位置検出精度が大きく低下する。
【０００８】
かといって、上記の方法で位置検出を行なった後、位置検出結果を補正すると、膨大な補正データを必要とするとともに、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整することが困難である。
【０００９】
なお、図１４に示す形態は、本発明の参考例であり、従来技術ではない。また、位置検出用光源の温度特性に起因する上記の問題点は、図１４（ｂ）を参照して説明した上記の方式を採用した場合に限らず、光検出器１５での検出結果、および位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布に基づいて位置検出する場合に共通の問題である。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なう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】
【００１１】
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するための位置検出光を放出する位置検出用光源、および該位置検出用光源を駆動する光源駆動部を備え、前記検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、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位置検出部を備えた信号処理部と、前記位置検出用光源が消灯している状態で前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源と、前記温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記光源駆動部が前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償用実効値補正部と、を有していることを特徴とする。
【００１２】
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、位置検出用光源から出射された位置検出光の強度分布を前記検出領域に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、前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源とを設けておき、前記位置検出用光源を消灯させた状態で前記温度補償用光源を点灯させ、当該温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償工程と、前記温度補償用光源を消灯させた状態で、前記温度補償工程で補正された条件で前記位置検出用光源を駆動し、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位置を検出する位置検出工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、位置検出用光源の温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源を消灯させた状態で温度補償用光源を点灯させ、その際の光検出器での受光結果に基づいて、位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源は基準温度と同一の強度をもって位置検出光を放出する。このため、位置検出光を検出した結果に温度補正を行なう場合と違って、補正が容易であり、確実である。それ故、本発明によれば、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なうことができる。
【００１４】
本発明において、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を有し、前記信号処理部は、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定部を備え、前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果、前記強度分布および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。この場合、本発明に係る光学式位置検出方法では、前記温度補償工程を行なう際、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を設けておき、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定工程を行い、前記位置検出工程では、前記光検出器での受光結果、前記強度分布、および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出する。このように構成すると、温度補償用光源を用いての補正結果にはバックグラウンドが入らない。すなわち、温度補正とバックグラウンド補正を各々別々に適切に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、前記位置検出用光源として、前記位置検出光としての第１位置検出光を放出して前記検出領域の平面視における第１方向の強度分布を形成する第１位置検出用光源と、前記位置検出光としての第２位置検出光を放出して前記第１方向とは逆向きの強度分布を形成する第２位置検出用光源と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、第１位置検出光を用いての検出結果と、第２位置検出用光源を用いての検出結果とを合わせて位置の特定を行なうことができるので、位置検出精度が高いという利点がある。
【００１６】
本発明において、前記信号処理部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記駆動電流を調整するフィードバック制御部を備え、当該フィードバック制御部は、前記光検出器での前記第１位置検出光の受光量および前記第２位置検出光の受光量に基づいて、前記第１位置検出光の受光量と前記第２位置検出光の受光量とが同一となるように、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を第２実効値に調整し、前記位置検出部は、前記第１実効値および前記第２実効値に基づいて前記対象物体の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１７】
この場合、前記フィードバック制御部は、例えば、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源を同一の基準実効値の駆動電流で駆動した際の前記検出器での検出結果に基づいて、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第２実効値に調整し、前記位置検出部は、前記基準実効値から前記第１実効値への調整量および前記基準実効値から前記第２実効値への調整量に基づいて前記対象物体の位置を検出する。
【００１８】
本発明において、前記位置検出用光源装置は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対として、前記第１方向および前記第２方向の前記強度分布を形成する第１光源対と、該第１光源対が形成する前記強度分布の方向に対して交差する方向の強度分布を形成する第２光源対と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、第１光源対と第２光源対とを利用して平面座標を得ることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
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】
【００２１】
【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電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出用光源の周囲温度と発光出力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う温度補償方法の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。
【図９】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１０】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。
【図１４】参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［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る。
【００２４】
図１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。また、本発明において、光学式位置検出装置１０はＺ座標も検出する。
【００２５】
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。
【００２６】
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と、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３とを備えている。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。
【００２７】
（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１０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１０の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置１０に用いた導光板１３などの構成を示す説明図、および導光板内での位置検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源装置１１は、略長方形の平面形状を有する導光板１３を備えており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺に相当する辺部分１３ｋ、１３ｌ同士がＹ軸方向で対向し、短辺に相当する辺部分１３ｉ、１３ｊ同士がＸ軸方向で対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。導光板１３は、内部を伝播した位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５を備えている。
【００２９】
本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。
【００３０】
導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。なお、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。
【００３１】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。従って、対象物体Ｏｂが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。
【００３２】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出するように構成される。４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う２つの位置検出用光源が対になって第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。
【００３３】
検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面的な領域であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる領域である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器１５が配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。
【００３４】
このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、位置検出光Ｌ２ｃと位置検出光Ｌ２ｄは、矢印Ａで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｂで示す方向）において互いに逆向きに伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。従って、導光板１３から検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。また、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。なお、位置検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄの減衰も、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂと同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
（Ｚ座標を検出するための構成）
本形態の光学式位置検出装置１０では、ＸＹ座標に加えて、Ｚ座標も検出することを目的に、導光板１３に対して検出領域１０Ｒが位置する側とは反対側に、導光板１３および検出領域１０Ｒに向けて位置検出光Ｌ２ｅを放出する位置検出用光源１２Ｅが配置されている。かかる位置検出用光源１２Ｅは、検出領域１０ＲにおいてＺ軸方向の位置検出光Ｌ２ｅの強度分布を形成する。なお、Ｚ軸座標を検出する際には、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄも全て点灯させてもよい。
【００３６】
（温度補償用光源の構成）
本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの周囲温度の変化に起因する発光出力の変動を補償する。このため、光検出器１５の近傍には温度補償用光源１２Ｔが配置されており、かかる温度補償用光源１２Ｔは、光検出器１５に向けて温度補償用の光を放出する。ここで、温度補償用光源１２Ｔは、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一仕様の発光ダイオードであり、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一波長の赤外光を出射する。但し、温度補償用光源１２Ｔは、位置検出には直接用いられない。従って、温度補償用光源１２Ｔは平面視において検出領域１０Ｒから外れた位置に配置される。また、温度補償用光源１２Ｔによって温度補償条件を求める際、環境光に含まれる赤外光（バックグラウンド）が検出されないように、温度補償用光源１２Ｔから光検出器１５に至る光路には遮光部材が設けられている。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。この場合、位置検出用光源１２Ａおよび位置検出用光源１２Ｂのうちの一方が第１位置検出用光源に相当し、他方が第２位置検出用光源に相当する。また、位置検出用光源１２Ｃおよび位置検出用光源１２Ｄのうちの一方が第１位置検出用光源に相当し、他方が第２位置検出用光源に相当する。また、位置検出用光源１２Ａおよび位置検出用光源１２Ｂは第１光源対に相当し、位置検出用光源１２Ｃおよび位置検出用光源１２Ｄが第２光源対に相当する。
【００４６】
また、Ｘ軸方向の位置検出を行なう際には、例えば、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とを逆相で駆動して、Ｘ軸方向に位置検出光の強度分布を生成してもよい。同様に、Ｙ軸方向の位置検出を行なう際には、Ｘ軸方向の位置検出と異なるタイミングで、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とを逆相で駆動して、Ｙ軸方向に位置検出光の強度分布を生成してもよい。かかる方法でも、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。また、このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、１つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。
【００４７】
上記のように、光検出器１５での検出結果、および位置検出光の強度分布に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
【００４８】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の電気的構成を示すブロック図である。図３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、ＸＹ座標検出用の４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、Ｚ座標検出用の１つの位置検出用光源１２Ｅと、導光板１３と、５つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動するための光源駆動部５０とを備えている。
【００４９】
光源駆動部５０は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに出力する駆動パルス（駆動電流）を生成して、所定の位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに出力する駆動パルス生成出力回路５１０を備えている。また、光源駆動部５０は、駆動パルス生成出力回路５１０で生成される駆動パルスの実効値（の実効電流値）の制御を行なう温度補償用実効値補正部５２０を備えており、かかる温度補償用実効値補正部５２０の前段にはＡ／Ｄ変換器６３０が設けられている。本形態において、駆動パルスの実効値を変えるには、パルス高さあるいはパルス幅が変更される。駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの間には可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄが挿入されている。光源駆動部５０の駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ｂとの間には反転回路１１６ｂが挿入され、光源駆動部５０の駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ｄとの間には反転回路１１６ｄが挿入されている。このため、駆動パルス生成出力回路５１０が位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに駆動パルスを出力すると、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂとには交互に駆動パルスが印加される。また、駆動パルス生成出力回路５１０が位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに駆動パルスを出力すると、位置検出用光源１２Ｃと位置検出用光源１２Ｄとには交互に駆動パルスが印加される。
【００５０】
光学式位置検出装置１０は、温度補償用光源１２Ｔと、この温度補償用光源１２Ｔを駆動する温度補償用光源駆動回路７１０を備えている。また、光学式位置検出装置１０において、信号処理部６０は、バックグラウンド補正条件決定部７３０、フィードバック制御部６４０、および位置検出部６５０を備えている。ここで、フィードバック制御部６４０は、可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄを制御する機能を担っている。すなわち、フィードバック制御部６４０は、可変抵抗１１５ａ、１１５ｂの抵抗値を調整して光位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂにおける駆動パルスの実効値バランスを調整し、可変抵抗１１５ｃ、１１５ｄの抵抗値を調整して光位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄにおける駆動パルスの実効値バランスを調整する。位置検出部６５０は、Ｘ座標検出部６５１、Ｙ座標検出部６５２およびＺ座標検出部６５３を備えている。
【００５１】
また、信号処理部６０は、光検出器１５に電気的接続に増幅器６１０と、フィードバック抵抗６２０とを有しており、増幅器６１０の後段にはスイッチ部６８０が接続されている。スイッチ部６８０は、増幅器６１０からの出力をＡ／Ｄ変換器６３０、フィードバック制御部６４０、バックグラウンド補正条件決定部７３０、および位置検出部６５０のいずれに出力するかを切り換える。かかる切り換えは、制御部（図示せず）からの指令に基づいて行われる。本形態において、信号処理部６０、位置検出部６５０、温度補償用光源駆動回路７１０、光源駆動部５０、可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄ、および反転回路１１６ｂ、１１６ｄは共通の半導体集積回路７０に構成されている。
【００５２】
（温度補償の内容）
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出用光源（発光ダイオード）の周囲温度と発光出力との関係を示すグラフである。
【００５３】
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１２Ａ〜１２Ｅに用いた発光ダイオードは、図４に示す温度特性を有しており、周囲温度（環境温度）が高いほど出射光量が−１０％／２０℃の割合で直線的に低下し、かかる温度特性は位置検出精度を低下させる。また、光検出器１５に入射した外光に含まれる赤外光（バックグラウンド）が入射した場合も、かかる温度特性は位置検出精度を低下させる。そこで、本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一の発光ダイオードからなる温度補償用光源１２Ｔを発光させて光検出器１５で受光し、その受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動する駆動パルスの実効値を調整する。その結果、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅからの出射強度が補正されることになる。
【００５４】
（位置検出の方法）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う温度補償方法の説明図である。本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｘ座標を検出するには、図５（ａ）に模式的に示すように、位置検出用光源１２Ａを基準実効値の駆動パルスで駆動して位置検出光Ｌ２ａを出射する動作と、位置検出用光源１２Ａと同様、位置検出用光源１２Ｂを基準実効値の駆動パルスで駆動して位置検出光Ｌ２ｂを出射する動作とを交互に行う。その間、光検出器１５は、指などの対象物体Ｏｂで反射した位置検出光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを検出する。次に、光検出器１５での受光結果に基づいて、図５（ｂ）に示すように、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａに対する駆動パルスの実効値を第１実効値に変更し、位置検出用光源１２Ｂに対する駆動パルスの実効値を第２実効値に変更する。このようにして、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整し、その調整量ΔＬ11（第１実効値−基準実効値）、ΔＬ12（第２実効値−基準実効値）を求める。そして、位置検出部６５０のＸ座標検出部は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比に基づいて、Ｘ座標を求める。Ｙ座標を検出するには、位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄを用い、同様な方法で検出する。
【００５５】
ここで、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに用いた発光ダイオードは、環境温度が高いと、図５（ｃ）に示すように出射光量が低下する。例えば、温度が７５℃のときは、温度が２５℃のときと比較して出射光量が２５％低下する。かかる状態で位置検出を行なうと、位置検出精度が大きく低下するが、本形態では、予め、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させ、この状態で温度補償用光源１２Ｔを発光させたときの光検出器１５での受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動する駆動パルスの実効値を調整する。その結果、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅからの出射強度を、図５（ａ）に示す適正な状態に戻すことができる。
【００５６】
なお、Ｚ座標を検出する際には、位置検出用光源１２Ｅが用いられる。かかる位置検出用光源１２Ｅも、温度補償用光源１２Ｔを発光させたときの光検出器１５での受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、実効値が調整される。
【００５７】
（バックグラウンドの補正）
本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔを消灯させた状態での光検出器１５での受光結果に基づいて、バックグラウンド補正条件を決定する。かかる補正条件は、環境光に含まれる赤外光の影響を補正するための条件である。かかる補正を行なうには、各種の方法があるが、本形態では、例えば、図５（ｂ）を参照して説明した調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比から所定の値を加算する処理、あるいは調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比に所定の係数を乗じる処理を行ない、しかる後に、バックグラウンド分を補正した値に基づいて、Ｘ座標を求める。なお、Ｙ座標を検出する際も同様である。また、Ｚ座標を検出する際には、光検出器１５での受光結果に所定の値を加算する処理、あるいは所定の係数を乗じるバックグラウンド補正処理を行い、しかる後に、バックグラウンド分を補正した値に基づいて、Ｚ座標を求める。
【００５８】
（動作）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すフローチャートである。図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すタイミングチャートである。本形態では、図６および図７を参照して以下に説明するように、図４を参照して説明した信号処理部６０などを用いて、ＸＹＺ座標を検出する際、温度補償およびバックグラウンド補正を行う。なお、以下の処理は、制御部（図示せず）の制御の下、行なわれる。
【００５９】
まず、図３、図５および図６において、ステップＳＴ１（期間ｔ１）では、スイッチ部６８０において、増幅器６１０とバックグラウンド補正条件決定部７３０とを接続した状態とする。次に、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔを消灯させた状態での光検出器１５の受光結果をバックグラウンド補正条件決定部７３０に出力する。その結果、バックグラウンド補正条件決定部７３０は、バックグラウンド補正条件Ｉbgを決定し、かかるバックグラウンド補正条件Ｉbgを保持する（バックグラウンド補正条件決定工程）。
【００６０】
次に、ステップＳＴ２（期間ｔ２）では、スイッチ部６８０において増幅器６１０とＡ／Ｄ変換器６３０とを接続した状態とする。次に、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させる一方、温度補償用光源駆動回路７１０によって温度補償用光源１２Ｔを駆動し、点灯させる。この状態での光検出器１５の受光結果ＩtmpをＡ／Ｄ変換器６３０を介して温度補償用実効値補正部５２０に入力する。その結果、温度補償用実効値補正部５２０は、図４に示す条件に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルスの実効値を決定する。すなわち、温度補償用実効値補正部５２０は、周囲温度がどのようなときでも、温度が２０℃のときと同一の光量で位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅが位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを放出する駆動パルスの実効値を決定する。
【００６１】
次に、期間ｔ３ではＸ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ３において、スイッチ部６８０は、増幅器６１０とフィードバック制御部６４０とを接続した状態とする。また、光源駆動部５０において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ４では、フィードバック制御部６４０が光検出器１５での検出結果に基づいて可変抵抗１１５ａ、１１６ａを制御して位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに供給される駆動パルスの高さ（実効値）を調整し、図５を参照して説明した処理を行う。そして、位置検出部６５０のＸ座標検出部６５１は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉxを求める。次に、ステップＳＴ５において、Ｘ座標検出部６５１は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉxおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ６では、バックグラウンド補正後の値Ｉx′を用いてＸ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６２】
次に、期間ｔ４ではＹ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ７において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ８では、フィードバック制御部６４０が光検出器１５での検出結果に基づいて可変抵抗１１５ｃ、１１６ｄを制御して位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに供給される駆動パルスの高さ（実効値）を調整し、図５を参照して説明した処理を行う。そして、位置検出部６５０のＹ座標検出部６５２は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉyを求める。次に、ステップＳＴ９において、Ｙ座標検出部６５２は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉyおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ１０では、バックグラウンド補正後の値Ｉy′を用いてＹ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６３】
次に、期間ｔ５では、Ｚ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ１１において、スイッチ部６８０は、増幅器６１０と位置検出部６５０とを接続した状態とする。また、光源駆動部５０において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ｅに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ１２では、光検出器１５が対象物体Ｏｂで反射した位置検出光Ｌ２ｅを受光する。そして、ステップＳＴ１３において、位置検出部６５０のＺ座標検出部６５３は、光検出器１５での受光結果Ｉzおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ１４では、バックグラウンド補正後の値Ｉz′を用いてＺ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６４】
（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〜Ｌ２ｅ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〜Ｌ２ｅの強度と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅ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ＸＹＺ座標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。
【００６５】
また、本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させた状態で温度補償用光源１２Ｔを点灯させ、その際の光検出器１５での受光結果に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルス（駆動電流）の実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅは基準温度（例えば、２５℃）と同一の強度をもって位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを放出する。従って、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを検出した結果に温度補正を行なう場合と違って、補正が容易であり、確実である。それ故、本形態によれば、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なうことができる。
【００６６】
また、本形態において、温度補償用光源１２Ｔから光検出器１５に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材１９を設け、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔが消灯している状態での光検出器１５での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定する。このように構成すると、温度補償用光源１２Ｔを用いての補正結果にはバックグラウンドが入らない。それ故、温度補正とバックグラウンド補正を各々別々に適切に行なうことができる。
【００６７】
（他の検出方法）
上記形態では、例えば、Ｘ座標を検出する際、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整した際の調整量ΔＬ11、ΔＬ12に基づいて、Ｘ座標を求めたが、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と、位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量との比や差からＸ座標を求めてもよい。Ｙ座標を求める場合も同様である。このような構成の場合には、図３に示すフィードバック制御部６４０や可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄを省略することができる。
【００６８】
上記形態では、ＸＹＺ座標を検出する例であったが、ＸＹ座標のみを検出する場合に本発明を適用してもよい。
【００６９】
また、上記形態では、光検出器１５の検出結果を直接用いたが、光検出器１５にキャパシタを並列に電気的接続し、光検出器１５での受光量に連動して発生するキャパシタの放電あるいは充電を監視した結果を光検出器１５の検出結果として用いてもよい。
【００７０】
（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。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。
【００７１】
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、Ｘ方向に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、Ｙ方向に位置検出光の強度分布を形成することができる。さらに、対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２の全てを点灯させれば、Ｚ方向に位置検出光の強度分布を形成することができる。
【００７２】
［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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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】
【００８７】
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〜１２Ｅ・・位置検出用光源、１２Ｔ・・温度補償用光源、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、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・画像生成装置、５１０・・駆動パルス生成出力回路、５２０・・温度補償用実効値補正部、６４０・・フィードバック制御部、６５０・・位置検出部、７３０・・バックグラウンド補正条件決定部、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅ・・位置検出光
【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（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９５６４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７２号公報
【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、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、図１４（ａ）に模式的に示すように、導光板１３などを用いて位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂから出射された位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布を利用して指などに当たって反射した位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光検出器１５で順次検出する方式の光学式位置検出装置を検討している。かかる光学式位置検出装置では、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での検出結果、位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での検出結果、および位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布に基づいて、指などの位置を検出することができる。例えば、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂから同一強度で位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを出射して位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光検出器１５で受光した後、図１４（ｂ）に示すように、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整し、その調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比を求めれば、指などの位置を検出することができる。
【０００７】
しかしながら、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに用いた発光ダイオードは、環境温度が高いと、図１４（ｃ）に示すように出射光量が低下する。例えば、温度が７５℃のときは、温度が２５℃のときと比較して出射光量が２５％低下する。その結果、図１４（ｄ）に示すように、２５℃のときは、ΔＬ11：ΔＬ12＝１：３であったのが、７５℃になると、ΔＬ11：ΔＬ12＝１：１になってしまい、位置検出精度が大きく低下する。
【０００８】
かといって、上記の方法で位置検出を行なった後、位置検出結果を補正すると、膨大な補正データを必要とするとともに、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整することが困難である。
【０００９】
なお、図１４に示す形態は、本発明の参考例であり、従来技術ではない。また、位置検出用光源の温度特性に起因する上記の問題点は、図１４（ｂ）を参照して説明した上記の方式を採用した場合に限らず、光検出器１５での検出結果、および位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光強度分布に基づいて位置検出する場合に共通の問題である。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なう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】
【００１１】
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するための位置検出光を放出する位置検出用光源、および該位置検出用光源を駆動する光源駆動部を備え、前記検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、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位置検出部を備えた信号処理部と、前記位置検出用光源が消灯している状態で前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源と、前記温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記光源駆動部が前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償用実効値補正部と、を有していることを特徴とする。
【００１２】
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、位置検出用光源から出射された位置検出光の強度分布を前記検出領域に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、前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源とを設けておき、前記位置検出用光源を消灯させた状態で前記温度補償用光源を点灯させ、当該温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償工程と、前記温度補償用光源を消灯させた状態で、前記温度補償工程で補正された条件で前記位置検出用光源を駆動し、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位置を検出する位置検出工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、位置検出用光源の温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源を消灯させた状態で温度補償用光源を点灯させ、その際の光検出器での受光結果に基づいて、位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源は基準温度と同一の強度をもって位置検出光を放出する。このため、位置検出光を検出した結果に温度補正を行なう場合と違って、補正が容易であり、確実である。それ故、本発明によれば、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なうことができる。
【００１４】
本発明において、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を有し、前記信号処理部は、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定部を備え、前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果、前記強度分布および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出することが好ましい。この場合、本発明に係る光学式位置検出方法では、前記温度補償工程を行なう際、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を設けておき、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定工程を行い、前記位置検出工程では、前記光検出器での受光結果、前記強度分布、および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出する。このように構成すると、温度補償用光源を用いての補正結果にはバックグラウンドが入らない。すなわち、温度補正とバックグラウンド補正を各々別々に適切に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、前記位置検出用光源として、前記位置検出光としての第１位置検出光を放出して前記検出領域の平面視における第１方向の強度分布を形成する第１位置検出用光源と、前記位置検出光としての第２位置検出光を放出して前記第１方向とは逆向きの強度分布を形成する第２位置検出用光源と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、第１位置検出光を用いての検出結果と、第２位置検出用光源を用いての検出結果とを合わせて位置の特定を行なうことができるので、位置検出精度が高いという利点がある。
【００１６】
本発明において、前記信号処理部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記駆動電流を調整するフィードバック制御部を備え、当該フィードバック制御部は、前記光検出器での前記第１位置検出光の受光量および前記第２位置検出光の受光量に基づいて、前記第１位置検出光の受光量と前記第２位置検出光の受光量とが同一となるように、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を第２実効値に調整し、前記位置検出部は、前記第１実効値および前記第２実効値に基づいて前記対象物体の位置を検出する構成を採用することができる。
【００１７】
この場合、前記フィードバック制御部は、例えば、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源を同一の基準実効値の駆動電流で駆動した際の前記検出器での検出結果に基づいて、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第２実効値に調整し、前記位置検出部は、前記基準実効値から前記第１実効値への調整量および前記基準実効値から前記第２実効値への調整量に基づいて前記対象物体の位置を検出する。
【００１８】
本発明において、前記位置検出用光源装置は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対として、前記第１方向および前記第２方向の前記強度分布を形成する第１光源対と、該第１光源対が形成する前記強度分布の方向に対して交差する方向の強度分布を形成する第２光源対と、を備えていることが好ましい。このように構成すると、第１光源対と第２光源対とを利用して平面座標を得ることができる。
【００１９】
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。
【００２０】
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】
【００２１】
【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電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出用光源の周囲温度と発光出力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う温度補償方法の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた別の位置検出用光源装置の説明図である。
【図９】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１０】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。
【図１４】参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［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る。
【００２４】
図１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。また、本発明において、光学式位置検出装置１０はＺ座標も検出する。
【００２５】
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。
【００２６】
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と、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３とを備えている。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。
【００２７】
（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１０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１０の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置１０に用いた導光板１３などの構成を示す説明図、および導光板内での位置検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２８】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出用光源装置１１は、略長方形の平面形状を有する導光板１３を備えており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺に相当する辺部分１３ｋ、１３ｌ同士がＹ軸方向で対向し、短辺に相当する辺部分１３ｉ、１３ｊ同士がＸ軸方向で対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。導光板１３は、内部を伝播した位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５を備えている。
【００２９】
本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。
【００３０】
導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。なお、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。
【００３１】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。従って、対象物体Ｏｂが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。
【００３２】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出するように構成される。４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う２つの位置検出用光源が対になって第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。
【００３３】
検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面的な領域であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる領域である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器１５が配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。
【００３４】
このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、位置検出光Ｌ２ｃと位置検出光Ｌ２ｄは、矢印Ａで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｂで示す方向）において互いに逆向きに伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。従って、導光板１３から検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。また、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する強度分布を有することになる。なお、位置検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄの減衰も、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂと同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
（Ｚ座標を検出するための構成）
本形態の光学式位置検出装置１０では、ＸＹ座標に加えて、Ｚ座標も検出することを目的に、導光板１３に対して検出領域１０Ｒが位置する側とは反対側に、導光板１３および検出領域１０Ｒに向けて位置検出光Ｌ２ｅを放出する位置検出用光源１２Ｅが配置されている。かかる位置検出用光源１２Ｅは、検出領域１０ＲにおいてＺ軸方向の位置検出光Ｌ２ｅの強度分布を形成する。なお、Ｚ軸座標を検出する際には、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄも全て点灯させてもよい。
【００３６】
（温度補償用光源の構成）
本形態の光学式位置検出装置１０では、後述するように、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの周囲温度の変化に起因する発光出力の変動を補償する。このため、光検出器１５の近傍には温度補償用光源１２Ｔが配置されており、かかる温度補償用光源１２Ｔは、光検出器１５に向けて温度補償用の光を放出する。ここで、温度補償用光源１２Ｔは、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一仕様の発光ダイオードであり、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一波長の赤外光を出射する。但し、温度補償用光源１２Ｔは、位置検出には直接用いられない。従って、温度補償用光源１２Ｔは平面視において検出領域１０Ｒから外れた位置に配置される。また、温度補償用光源１２Ｔによって温度補償条件を求める際、環境光に含まれる赤外光（バックグラウンド）が検出されないように、温度補償用光源１２Ｔから光検出器１５に至る光路には遮光部材が設けられている。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。この場合、位置検出用光源１２Ａおよび位置検出用光源１２Ｂのうちの一方が第１位置検出用光源に相当し、他方が第２位置検出用光源に相当する。また、位置検出用光源１２Ｃおよび位置検出用光源１２Ｄのうちの一方が第１位置検出用光源に相当し、他方が第２位置検出用光源に相当する。また、位置検出用光源１２Ａおよび位置検出用光源１２Ｂは第１光源対に相当し、位置検出用光源１２Ｃおよび位置検出用光源１２Ｄが第２光源対に相当する。
【００４６】
また、Ｘ軸方向の位置検出を行なう際には、例えば、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とを逆相で駆動して、Ｘ軸方向に位置検出光の強度分布を生成してもよい。同様に、Ｙ軸方向の位置検出を行なう際には、Ｘ軸方向の位置検出と異なるタイミングで、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とを逆相で駆動して、Ｙ軸方向に位置検出光の強度分布を生成してもよい。かかる方法でも、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。また、このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、１つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。
【００４７】
上記のように、光検出器１５での検出結果、および位置検出光の強度分布に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
【００４８】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の電気的構成を示すブロック図である。図３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、ＸＹ座標検出用の４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、Ｚ座標検出用の１つの位置検出用光源１２Ｅと、導光板１３と、５つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動するための光源駆動部５０とを備えている。
【００４９】
光源駆動部５０は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに出力する駆動パルス（駆動電流）を生成して、所定の位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに出力する駆動パルス生成出力回路５１０を備えている。また、光源駆動部５０は、駆動パルス生成出力回路５１０で生成される駆動パルスの実効値（の実効電流値）の制御を行なう温度補償用実効値補正部５２０を備えており、かかる温度補償用実効値補正部５２０の前段にはＡ／Ｄ変換器６３０が設けられている。本形態において、駆動パルスの実効値を変えるには、パルス高さあるいはパルス幅が変更される。駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの間には可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄが挿入されている。光源駆動部５０の駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ｂとの間には反転回路１１６ｂが挿入され、光源駆動部５０の駆動パルス生成出力回路５１０と位置検出用光源１２Ｄとの間には反転回路１１６ｄが挿入されている。このため、駆動パルス生成出力回路５１０が位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに駆動パルスを出力すると、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂとには交互に駆動パルスが印加される。また、駆動パルス生成出力回路５１０が位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに駆動パルスを出力すると、位置検出用光源１２Ｃと位置検出用光源１２Ｄとには交互に駆動パルスが印加される。
【００５０】
光学式位置検出装置１０は、温度補償用光源１２Ｔと、この温度補償用光源１２Ｔを駆動する温度補償用光源駆動回路７１０を備えている。また、光学式位置検出装置１０において、信号処理部６０は、バックグラウンド補正条件決定部７３０、フィードバック制御部６４０、および位置検出部６５０を備えている。ここで、フィードバック制御部６４０は、可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄを制御する機能を担っている。すなわち、フィードバック制御部６４０は、可変抵抗１１５ａ、１１５ｂの抵抗値を調整して光位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂにおける駆動パルスの実効値バランスを調整し、可変抵抗１１５ｃ、１１５ｄの抵抗値を調整して光位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄにおける駆動パルスの実効値バランスを調整する。位置検出部６５０は、Ｘ座標検出部６５１、Ｙ座標検出部６５２およびＺ座標検出部６５３を備えている。
【００５１】
また、信号処理部６０は、光検出器１５に電気的接続に増幅器６１０と、フィードバック抵抗６２０とを有しており、増幅器６１０の後段にはスイッチ部６８０が接続されている。スイッチ部６８０は、増幅器６１０からの出力をＡ／Ｄ変換器６３０、フィードバック制御部６４０、バックグラウンド補正条件決定部７３０、および位置検出部６５０のいずれに出力するかを切り換える。かかる切り換えは、制御部（図示せず）からの指令に基づいて行われる。本形態において、信号処理部６０、位置検出部６５０、温度補償用光源駆動回路７１０、光源駆動部５０、可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄ、および反転回路１１６ｂ、１１６ｄは共通の半導体集積回路７０に構成されている。
【００５２】
（温度補償の内容）
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出用光源（発光ダイオード）の周囲温度と発光出力との関係を示すグラフである。
【００５３】
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１２Ａ〜１２Ｅに用いた発光ダイオードは、図４に示す温度特性を有しており、周囲温度（環境温度）が高いほど出射光量が−１０％／２０℃の割合で直線的に低下し、かかる温度特性は位置検出精度を低下させる。また、光検出器１５に入射した外光に含まれる赤外光（バックグラウンド）が入射した場合も、かかる温度特性は位置検出精度を低下させる。そこで、本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅと同一の発光ダイオードからなる温度補償用光源１２Ｔを発光させて光検出器１５で受光し、その受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動する駆動パルスの実効値を調整する。その結果、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅからの出射強度が補正されることになる。
【００５４】
（位置検出の方法）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う温度補償方法の説明図である。本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｘ座標を検出するには、図５（ａ）に模式的に示すように、位置検出用光源１２Ａを基準実効値の駆動パルスで駆動して位置検出光Ｌ２ａを出射する動作と、位置検出用光源１２Ａと同様、位置検出用光源１２Ｂを基準実効値の駆動パルスで駆動して位置検出光Ｌ２ｂを出射する動作とを交互に行う。その間、光検出器１５は、指などの対象物体Ｏｂで反射した位置検出光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを検出する。次に、光検出器１５での受光結果に基づいて、図５（ｂ）に示すように、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように、位置検出用光源１２Ａに対する駆動パルスの実効値を第１実効値に変更し、位置検出用光源１２Ｂに対する駆動パルスの実効値を第２実効値に変更する。このようにして、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整し、その調整量ΔＬ11（第１実効値−基準実効値）、ΔＬ12（第２実効値−基準実効値）を求める。そして、位置検出部６５０のＸ座標検出部は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比に基づいて、Ｘ座標を求める。Ｙ座標を検出するには、位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄを用い、同様な方法で検出する。
【００５５】
ここで、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに用いた発光ダイオードは、環境温度が高いと、図５（ｃ）に示すように出射光量が低下する。例えば、温度が７５℃のときは、温度が２５℃のときと比較して出射光量が２５％低下する。かかる状態で位置検出を行なうと、位置検出精度が大きく低下するが、本形態では、予め、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させ、この状態で温度補償用光源１２Ｔを発光させたときの光検出器１５での受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを駆動する駆動パルスの実効値を調整する。その結果、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅからの出射強度を、図５（ａ）に示す適正な状態に戻すことができる。
【００５６】
なお、Ｚ座標を検出する際には、位置検出用光源１２Ｅが用いられる。かかる位置検出用光源１２Ｅも、温度補償用光源１２Ｔを発光させたときの光検出器１５での受光結果に基づいて、図４に示す温度特性分だけ、実効値が調整される。
【００５７】
（バックグラウンドの補正）
本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔを消灯させた状態での光検出器１５での受光結果に基づいて、バックグラウンド補正条件を決定する。かかる補正条件は、環境光に含まれる赤外光の影響を補正するための条件である。かかる補正を行なうには、各種の方法があるが、本形態では、例えば、図５（ｂ）を参照して説明した調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比から所定の値を加算する処理、あるいは調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比に所定の係数を乗じる処理を行ない、しかる後に、バックグラウンド分を補正した値に基づいて、Ｘ座標を求める。なお、Ｙ座標を検出する際も同様である。また、Ｚ座標を検出する際には、光検出器１５での受光結果に所定の値を加算する処理、あるいは所定の係数を乗じるバックグラウンド補正処理を行い、しかる後に、バックグラウンド分を補正した値に基づいて、Ｚ座標を求める。
【００５８】
（動作）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すフローチャートである。図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置で行う動作を示すタイミングチャートである。本形態では、図６および図７を参照して以下に説明するように、図４を参照して説明した信号処理部６０などを用いて、ＸＹＺ座標を検出する際、温度補償およびバックグラウンド補正を行う。なお、以下の処理は、制御部（図示せず）の制御の下、行なわれる。
【００５９】
まず、図３、図５および図６において、ステップＳＴ１（期間ｔ１）では、スイッチ部６８０において、増幅器６１０とバックグラウンド補正条件決定部７３０とを接続した状態とする。次に、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔを消灯させた状態での光検出器１５の受光結果をバックグラウンド補正条件決定部７３０に出力する。その結果、バックグラウンド補正条件決定部７３０は、バックグラウンド補正条件Ｉbgを決定し、かかるバックグラウンド補正条件Ｉbgを保持する（バックグラウンド補正条件決定工程）。
【００６０】
次に、ステップＳＴ２（期間ｔ２）では、スイッチ部６８０において増幅器６１０とＡ／Ｄ変換器６３０とを接続した状態とする。次に、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させる一方、温度補償用光源駆動回路７１０によって温度補償用光源１２Ｔを駆動し、点灯させる。この状態での光検出器１５の受光結果ＩtmpをＡ／Ｄ変換器６３０を介して温度補償用実効値補正部５２０に入力する。その結果、温度補償用実効値補正部５２０は、図４に示す条件に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルスの実効値を決定する。すなわち、温度補償用実効値補正部５２０は、周囲温度がどのようなときでも、温度が２０℃のときと同一の光量で位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅが位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを放出する駆動パルスの実効値を決定する。
【００６１】
次に、期間ｔ３ではＸ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ３において、スイッチ部６８０は、増幅器６１０とフィードバック制御部６４０とを接続した状態とする。また、光源駆動部５０において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ４では、フィードバック制御部６４０が光検出器１５での検出結果に基づいて可変抵抗１１５ａ、１１６ａを制御して位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに供給される駆動パルスの高さ（実効値）を調整し、図５を参照して説明した処理を行う。そして、位置検出部６５０のＸ座標検出部６５１は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉxを求める。次に、ステップＳＴ５において、Ｘ座標検出部６５１は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉxおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ６では、バックグラウンド補正後の値Ｉx′を用いてＸ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６２】
次に、期間ｔ４ではＹ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ７において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ８では、フィードバック制御部６４０が光検出器１５での検出結果に基づいて可変抵抗１１５ｃ、１１６ｄを制御して位置検出用光源１２Ｃ、１２Ｄに供給される駆動パルスの高さ（実効値）を調整し、図５を参照して説明した処理を行う。そして、位置検出部６５０のＹ座標検出部６５２は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉyを求める。次に、ステップＳＴ９において、Ｙ座標検出部６５２は、調整量ΔＬ11、ΔＬ12の比Ｉyおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ１０では、バックグラウンド補正後の値Ｉy′を用いてＹ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６３】
次に、期間ｔ５では、Ｚ座標の検出動作を行なう。具体的には、ステップＳＴ１１において、スイッチ部６８０は、増幅器６１０と位置検出部６５０とを接続した状態とする。また、光源駆動部５０において、駆動パルス生成出力回路５１０は、温度補償用実効値補正部５２０での指令に対応する実効値の駆動パルスを位置検出用光源１２Ｅに出力する（温度補償工程）。次に、ステップＳＴ１２では、光検出器１５が対象物体Ｏｂで反射した位置検出光Ｌ２ｅを受光する。そして、ステップＳＴ１３において、位置検出部６５０のＺ座標検出部６５３は、光検出器１５での受光結果Ｉzおよびバックグラウンド補正条件Ｉbgを用いて、バックグラウンド補正を行い、しかる後にステップＳＴ１４では、バックグラウンド補正後の値Ｉz′を用いてＺ座標の特定を行なう（位置検出工程）。
【００６４】
（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〜Ｌ２ｅ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〜Ｌ２ｅの強度と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅ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ＸＹＺ座標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。
【００６５】
また、本形態では、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅの温度特性を補償するにあたって、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅを消灯させた状態で温度補償用光源１２Ｔを点灯させ、その際の光検出器１５での受光結果に基づいて、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅに供給する駆動パルス（駆動電流）の実効値を補正する。このため、周囲温度が何度であっても、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅは基準温度（例えば、２５℃）と同一の強度をもって位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを放出する。従って、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅを検出した結果に温度補正を行なう場合と違って、補正が容易であり、確実である。それ故、本形態によれば、温度変化が発生した場合でも、精度よく位置検出を行なうことができる。
【００６６】
また、本形態において、温度補償用光源１２Ｔから光検出器１５に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材１９を設け、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｅおよび温度補償用光源１２Ｔが消灯している状態での光検出器１５での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定する。このように構成すると、温度補償用光源１２Ｔを用いての補正結果にはバックグラウンドが入らない。それ故、温度補正とバックグラウンド補正を各々別々に適切に行なうことができる。
【００６７】
（他の検出方法）
上記形態では、例えば、Ｘ座標を検出する際、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量とが同一となるように位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂからの出射光量を調整した際の調整量ΔＬ11、ΔＬ12に基づいて、Ｘ座標を求めたが、位置検出光Ｌ２ａの光検出器１５での受光量と、位置検出光Ｌ２ｂの光検出器１５での受光量との比や差からＸ座標を求めてもよい。Ｙ座標を求める場合も同様である。このような構成の場合には、図３に示すフィードバック制御部６４０や可変抵抗１１５ａ〜１１５ｄを省略することができる。
【００６８】
上記形態では、ＸＹＺ座標を検出する例であったが、ＸＹ座標のみを検出する場合に本発明を適用してもよい。
【００６９】
また、上記形態では、光検出器１５の検出結果を直接用いたが、光検出器１５にキャパシタを並列に電気的接続し、光検出器１５での受光量に連動して発生するキャパシタの放電あるいは充電を監視した結果を光検出器１５の検出結果として用いてもよい。
【００７０】
（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。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。
【００７１】
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、Ｘ方向に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、Ｙ方向に位置検出光の強度分布を形成することができる。さらに、対象物体ＯｂのＺ座標位置を検出する際、複数の位置検出用光源１２の全てを点灯させれば、Ｚ方向に位置検出光の強度分布を形成することができる。
【００７２】
［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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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】
【００８７】
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〜１２Ｅ・・位置検出用光源、１２Ｔ・・温度補償用光源、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、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・画像生成装置、５１０・・駆動パルス生成出力回路、５２０・・温度補償用実効値補正部、６４０・・フィードバック制御部、６５０・・位置検出部、７３０・・バックグラウンド補正条件決定部、Ｌ２ａ〜Ｌ２ｅ・・位置検出光
【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するための位置検出光を放出する位置検出用光源、および該位置検出用光源を駆動する光源駆動部を備え、前記検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、
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位置検出部を備えた信号処理部と、
前記位置検出用光源が消灯している状態で前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源と、
前記温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記光源駆動部が前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償用実効値補正部と、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を有し、
前記信号処理部は、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定部を備え、
前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果、前記強度分布および前記バックグラウンド補正条件に基づいて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に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出用光源装置は、前記位置検出用光源として、前記位置検出光としての第１位置検出光を放出して前記検出領域の平面視における第１方向の強度分布を形成する第１位置検出用光源と、前記位置検出光としての第２位置検出光を放出して前記第１方向とは逆向きの強度分布を形成する第２位置検出用光源と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記駆動電流を調整するフィードバック制御部を備え、
当該フィードバック制御部は、前記光検出器での前記第１位置検出光の受光量および前記第２位置検出光の受光量に基づいて、前記第１位置検出光の受光量と前記第２位置検出光の受光量とが同一となるように、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を第２実効値に調整し、
前記位置検出部は、前記第１実効値および前記第２実効値に基づいて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３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御部は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源を同一の基準実効値の駆動電流で駆動した際の前記検出器での検出結果に基づいて、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第２実効値に調整し、
前記位置検出部は、前記基準実効値から前記第１実効値への調整量および前記基準実効値から前記第２実効値への調整量に基づいて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４に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記位置検出用光源装置は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対として、前記第１方向および前記第２方向の前記強度分布を形成する第１光源対と、該第１光源対が形成する前記強度分布の方向に対して交差する方向の強度分布を形成する第２光源対と、を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記位置検出用光源装置は導光板を備え、
当該導光板は、前記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取り込む複数の光入射部と、該光入射部から採り込んだ前記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光出射面と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７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９】
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、
位置検出用光源から出射された位置検出光の強度分布を前記検出領域に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、前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源とを設けておき、
前記位置検出用光源を消灯させた状態で前記温度補償用光源を点灯させ、当該温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償工程と、
前記温度補償用光源を消灯させた状態で、前記温度補償工程で補正された条件で前記位置検出用光源を駆動し、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位置を検出する位置検出工程と、
を有することを特徴とする光学式位置検出方法。
【請求項１０】
前記温度補償工程を行なう際、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を設けておき、
前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定工程を行い、前記位置検出工程では、前記光検出器での受光結果、前記強度分布、および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする光学式位置検出方法。
【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するための位置検出光を放出する位置検出用光源、および該位置検出用光源を駆動する光源駆動部を備え、前記検出領域に前記位置検出光の強度分布を形成する位置検出用光源装置と、
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位置検出部を備えた信号処理部と、
前記位置検出用光源が消灯している状態で前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源と、
前記温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記光源駆動部が前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償用実効値補正部と、
を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を有し、
前記信号処理部は、前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定部を備え、
前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果、前記強度分布および前記バックグラウンド補正条件に基づいて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に記載の光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出用光源装置は、前記位置検出用光源として、前記位置検出光としての第１位置検出光を放出して前記検出領域の平面視における第１方向の強度分布を形成する第１位置検出用光源と、前記位置検出光としての第２位置検出光を放出して前記第１方向とは逆向きの強度分布を形成する第２位置検出用光源と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記駆動電流を調整するフィードバック制御部を備え、
当該フィードバック制御部は、前記光検出器での前記第１位置検出光の受光量および前記第２位置検出光の受光量に基づいて、前記第１位置検出光の受光量と前記第２位置検出光の受光量とが同一となるように、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を第２実効値に調整し、
前記位置検出部は、前記第１実効値および前記第２実効値に基づいて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３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御部は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源を同一の基準実効値の駆動電流で駆動した際の前記検出器での検出結果に基づいて、前記第１位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第１実効値に調整し、前記第２位置検出用光源に対する駆動電流を前記基準実効値から前記第２実効値に調整し、
前記位置検出部は、前記基準実効値から前記第１実効値への調整量および前記基準実効値から前記第２実効値への調整量に基づいて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４に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記位置検出用光源装置は、前記第１位置検出用光源および前記第２位置検出用光源からなる光源対として、前記第１方向および前記第２方向の前記強度分布を形成する第１光源対と、該第１光源対が形成する前記強度分布の方向に対して交差する方向の強度分布を形成する第２光源対と、を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記位置検出用光源装置は導光板を備え、
当該導光板は、前記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取り込む複数の光入射部と、該光入射部から採り込んだ前記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光出射面と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７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９】
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、
位置検出用光源から出射された位置検出光の強度分布を前記検出領域に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、前記光検出器に向けて光を放出する温度補償用光源とを設けておき、
前記位置検出用光源を消灯させた状態で前記温度補償用光源を点灯させ、当該温度補償用光源から出射された光の前記光検出器での受光結果に基づいて、前記位置検出用光源に供給する駆動電流の実効値を補正する温度補償工程と、
前記温度補償用光源を消灯させた状態で、前記温度補償工程で補正された条件で前記位置検出用光源を駆動し、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位置を検出する位置検出工程と、
を有することを特徴とする光学式位置検出方法。
【請求項１０】
前記温度補償工程を行なう際、前記温度補償用光源から前記光検出器に向かう光路を周囲から遮光する遮光部材を設けておき、
前記位置検出用光源および前記温度補償用光源が消灯している状態での前記光検出器での受光結果に基づいてバックグラウンド補正条件を決定するバックグラウンド補正条件決定工程を行い、前記位置検出工程では、前記光検出器での受光結果、前記強度分布、および前記バックグラウンド補正条件に基づいて前記対象物体の位置を検出することを特徴とする光学式位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−３９９１４（Ｐ２０１１−３９９１４Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８８２９５（Ｐ２００９−１８８２９５）
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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