光学式位置検出装置および位置検出機能付き機器
【課題】参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことを防止しつつ、光検出器での参照用光源の検出強度を適正なレベルに抑えることができる光学式位置検出装置、および位置検出機能付き機器を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、対象物体により反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光した結果、および検出対象空間１０Ｒを介さずに光検出器３０に入射した参照光Ｌｒの強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。光検出器３０と、参照光Ｌｒを出射する参照用光源１２Ｒとは、受光ユニット３５を構成しており、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを回避する。受光ユニット３５では、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させるため、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。
【解決手段】光学式位置検出装置１０では、対象物体により反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光した結果、および検出対象空間１０Ｒを介さずに光検出器３０に入射した参照光Ｌｒの強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。光検出器３０と、参照光Ｌｒを出射する参照用光源１２Ｒとは、受光ユニット３５を構成しており、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを回避する。受光ユニット３５では、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させるため、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する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機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、複数の検出用光源の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して光検出器で検出されるものが提案されている。このような構成の光学式位置検出装置では、光検出器での検出光の検出結果に基づいて対象物体の位置を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光学式位置検出装置に導光板を設け、複数の検出用光源の各々から出射された検出光を、導光板を介して対象物体に向けて出射し、対象物体で反射した検出光を光検出器で検出する方式も提案されている（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の光学式位置検出装置においては、検出用光源の他に、検出光出射空間（検出対象空間）を介さずに光検出器に参照光を入射させる参照用光源を設け、かかる参照用光源から出射された参照光の光検出器での検出強度、および検出光の光検出器での検出強度に基づいて対象物体の位置を検出すれば、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、光検出器と参照用光源とを別々の位置に配置した場合、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことがあり、このような場合、対象物体で反射した参照光も光検出器に入射するため、光検出器での参照光の検出強度が変動してしまうという問題点がある。一方、光検出器と参照用光源とを近接させて、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことを防止した場合、光検出器と参照用光源との距離が短すぎて、光検出器での参照光の検出強度が過度に高くなってしまう。その結果、光検出器での検出光の検出強度が光検出器での参照光の検出強度に対して相対的に低くなってしまい、対象物体の位置を検出する際の感度が低下するという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことを防止しつつ、光検出器での参照用光源の検出強度を適正なレベルに抑えることができる光学式位置検出装置、およびかかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器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、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する複数の検出用光源と、前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記検出光を検出する光検出器と、前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源と、前記複数の検出用光源を順次点灯させた際の前記光検出器での前記検出光の検出強度、および前記光検出器での前記参照光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記光検出器と前記参照用光源とは共通のユニットケースに保持されて受光ユニットを構成しているとともに、当該受光ユニットでは、前記参照用光源から出射された前記参照光を、強度を低下させた状態で前記光検出器に入射させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、参照用光源を備えているため、参照用光源から出射された参照光も利用して対象物体の位置を検出することができる。従って、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。さらに、本発明では、光検出器と参照用光源とが受光ユニットを構成しているため、光検出器と参照用光源とが近接している。このため、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れることを容易に回避することができる。また、受光ユニットでは、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させるため、光検出器と参照用光源とが近接していても、光検出器での参照光の検出強度のレベルを低く抑えることができる。従って、光検出器での検出光の検出強度が光検出器での参照光の検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体の位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００１０】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源と前記検出光出射空間との間に遮光部が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れることを確実に回避することができる。
【００１１】
本発明では、例えば、前記受光ユニットにおいて、前記光検出器は、前記参照用光源の出射光軸上からずれた位置に配置されている構成を採用する。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の漏れ光であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１２】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記光検出器と前記参照用光源との間には、前記参照用光源から出射された前記参照光の一部を通過させる開口部を備えた遮光部が設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の一部であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。この場合、前記開口部は、例えば、ピンホールである。
【００１３】
本発明において、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を前記光検出器に向けて導く反射面が設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、参照用光源と光検出器とが近接している場合でも、参照用光源から出射された参照光は、反射面で反射した後、光検出器に向かうことになる。このため、参照用光源から光検出器に向かう光路を延ばすことができるので、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１４】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を部分透過させるフィルターが設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の一部であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１５】
本発明では、前記位置検出部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて交互に点灯させた際に前記光検出器での受光強度が等しくなるように前記参照用光源および前記検出用光源を駆動した結果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。かかる構成によれば、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。
【００１６】
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検出光が視認されないという利点がある。
【００１７】
本発明に係る光学式位置検出装置は、位置検出機能付き機器に用いることができる。かかる位置検出機能付き機器としては、直視型あるいは投射型の位置検出機能付き表示装置、情報が視認されるスクリーンを備えた位置検出機能付きスクリーン装置、位置検出機能付きショーウインドウ、位置検出機能付きアミューズメント機器等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いた検出光の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において検出用光源を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、検出用光源から出射された検出光によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の原理を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図１０】本発明の別の光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】本発明の別の光学式位置検出装置において光源部を構成する２つの光源ユニットの説明図である。
【図１２】本発明の別の光学式位置検出装置における位置検出原理を示す説明図である。
【図１３】本発明の別の光学式位置検出装置において対象物体の位置を特定する方法を示す説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の分解斜視図である。
【図１５】本発明の別の位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【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、互いに交差する軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に交差する軸をＺ軸として説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向（第１方向）を横方向とし、Ｙ軸方向（第２方向）を縦方向とし、Ｚ軸方向（第３方向）を検出光出射空間において検出光が進行する方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２０】
［実施の形態１］
（光学式位置検出装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置に用いた光学部品のレイアウト等を示す説明図、および光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いた検出光の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を平面的に示す説明図、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を断面的に示す説明図、および導光板内での検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２１】
図１（ａ）および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出光Ｌ２を出射する複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２のうち、検出対象空間１０Ｒ（検出光Ｌ２の出射空間）内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを備えている。
【００２２】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、複数の検出用光源１２として、４つの検出用光源１２Ａ〜１２Ｄが用いられている。複数の検出用光源１２はいずれも、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として放出する。すなわち、検出光Ｌ２は、指等の対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、人体の表面での反射率の高い赤外域にピークを備えている。例えば、検出光Ｌ２は、可視光領域に近い近赤外線、例えば波長８５０ｎｍ付近にピークを有する光である。
【００２３】
また、本形態の光学式位置検出装置１０は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明な樹脂板等からなる導光板１３を備えており、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３を介して検出対象空間１０Ｒに出射される。導光板１３は、略長方形の平面形状を有しており、導光板１３において、検出対象空間１０Ｒに向いている面が光出射面１３ｓである。また、導光板１３の４つの角部分１３ａ〜１３ｄが検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２の光入射部１３ｅ〜１３ｈとして用いられている。より具体的には、４つの検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）は、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄに対峙する位置で角部分１３ａ〜１３ｄに発光面を向けている。このため、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄから入射した後、導光板１３内部を伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。例えば、検出用光源１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａは、導光板１３の内部で伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。従って、導光板１３の光出射面１３ｓから検出対象空間１０Ｒに出射された検出光Ｌ２が、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射すると、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３は光検出器３０で検出される。
【００２４】
ここで、導光板１３の背面１３ｔあるいは光出射面１３ｓには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）等が設けられており、このような光散乱構造によって、角部分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。また、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均一化を図るために、プリズムシートや光散乱板等の光学シートが配置される場合もある。このため、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する。また、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する。他の検出用光源１２Ｃ、１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも同様に減衰しながら光出射面１３ｓから出射される。従って、検出光Ｌ２は、図４を参照して後述する光強度分布を検出対象空間１０Ｒに形成する。
【００２５】
（光検出器３０の構成）
光検出器３０は、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子からなり、検出対象空間１０Ｒの外側のうち、導光板１３の辺部分の略中央位置で検出対象空間１０Ｒに光検出器を向けている。本形態において、光検出器３０は、検出光Ｌ２の中心ピークと略重なる位置に感度領域を備えたフォトダイオード等からなる。
【００２６】
（参照用光源１２Ｒの構成）
さらに、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒを経由せずに光検出器３０に参照光Ｌｒを入射させる参照用光源１２Ｒを備えており、かかる参照用光源１２Ｒは、検出用光源１２と同様、可視光領域に近い近赤外線、例えば波長８５０ｎｍ付近にピークを有する光を発散光として出射するＬＥＤである。
【００２７】
このような構成の光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄや光検出器３０の初期条件を設定する際、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの光検出器３０での検出強度を基準とすることができる。また、後述する方法で対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出する際、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。
【００２８】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。かかる受光ユニット３５の構成については、図６等を参照しながら後述する。
【００２９】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図１（ｂ）に示すように、光学式位置検出装置１０は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０から検出結果が出力される位置検出部５０とを有しており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは、例えば、共通の半導体集積回路５００に構成されている。光源駆動部１４は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０（光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒ）と、光源駆動回路１４０を介して検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒの点灯を制御する光源制御部１４５とを備えている。
【００３０】
位置検出部５０は、信号処理部５５と座標検出部５６とを備えており、座標検出部５６は、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。本形態において、座標検出部５６は、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３を備えている。光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、検出用光源１２に対する駆動と位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。
【００３１】
（光強度分布の説明）
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。なお、図３では、点灯している検出用光源１２についてはグレーで表してある。
【００３２】
図１（ａ）において、本形態の光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａが点灯する一方、他の検出用光源１２Ｂ〜１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｂが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｃが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｄが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ〜１２Ｃが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。
【００３３】
従って、図３（ａ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが消灯状態にあると、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３４】
これに対して、図３（ｂ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｄが消灯状態にあると、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３５】
また、図３（ｃ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、図４（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３６】
これに対して、図３（ｄ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃが消灯状態にあると、図４（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３７】
なお、図示を省略するが、４つの検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が全て点灯すると、導光板１３からＺ軸方向の一方側Ｚ１から他方側Ｚ２に向かって強度が低下するＺ座標検出用光強度分布が形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布では、Ｚ軸方向で強度が単調減少し、かかる変化は、検出対象空間１０Ｒという限られた空間内では略直線的な変化とみなすことができる。また、Ｚ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。
【００３８】
（Ｘ座標検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、光強度分布形成用の検出用光源１２を点灯させて検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成するとともに、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（検出光Ｌ３）を光検出器３０で検出し、かかる光検出器３０での検出結果に基づいて、位置検出部５０は、検出対象空間１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図５を参照して座標検出の原理を説明する。なお、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出対象空間１０Ｒ内の位置情報を取得するにあたって、例えば、光源制御部１４５や位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路等のハードウェアを用いた構成を採用することもできる。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の原理を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、対象物体で反射した検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００４０】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明したＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを利用してＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出する。その際、検出用光源１２Ａ、１２Ｄと検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相に駆動する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１期間において、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させ、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。次に、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。従って、検出対象空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される。ここで、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは、一定の分布を有している。それ故、Ｘ座標検出部５１は、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出強度と、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出強度との比較を行えば、図５を参照して以下に説明する方法等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、かつ、Ｘ軸方向で逆向きになるように形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。
【００４２】
これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、検出用光源１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図５（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。そして、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとを等しくする。かかる差動を行った際の検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）と、検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）との比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。また、Ｘ座標検出用第１期間での検出用光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での検出用光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように検出用光源１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４３】
（Ｙ座標検出の基本原理）
本形態においては、図４（ｃ）、（ｄ）を参照して説明したＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＹａおよびＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを利用してＹ軸方向の位置（Ｙ座標）を検出する。より具体的には、検出用光源１２Ａ、１２Ｃと検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相に駆動する。すなわち、図３（ｃ）に示すように、Ｙ座標検出用第１期間においては、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させ、図４（ｃ）に示すＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成する。次に、Ｙ座標検出用第２期間において、図３（ｄ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させ、図４（ｄ）に示すＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成する。従って、Ｙ座標検出部５２は、Ｙ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＹａと、Ｙ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＹｂとを比較する等、Ｘ座標を検出した方法と同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００４４】
（Ｚ座標検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｚ座標を検出するには、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの全てを点灯させ、Ｚ軸方向で強度が単調変化するＺ座標検出用光強度分布を形成する。従って、検出対象空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される。ここで、Ｚ座標検出用光強度分布は、一定の分布を有しているので、光検出器３０での検出強度に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００４５】
（参照用光源１２Ｒを用いての座標検出）
上記の座標検出を行う際、検出光Ｌ２のみを用いてもよいが、本形態の光学式位置検出装置１０では、参照用光源１２Ｒが設けられている。従って、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出する際、検出用光源１２同士の差動に代えて、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。より具体的には、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流と、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと他の一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４６】
また、対象物体ＯｂのＺ座標を検出する際、Ｚ座標検出用光強度分布の絶対値に代えて、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。より具体的には、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと、全ての検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流と、検出用光源１２に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。かかる方法によれば、対象物体ＯｂのＺ座標を検出する際も、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４７】
さらに、本形態では、検出用光源１２および参照用光源１２Ｒは共通の光源駆動部１４により駆動されている。このため、検出用光源１２および参照用光源１２Ｒに供給される駆動信号に強度変動が発生しても、かかる強度変動の影響等を受けずに対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４８】
（受光ユニット３５の構成）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、受光ユニット３５の斜視図、および受光ユニット３５の断面図である。
【００４９】
図６において、本形態の光学式位置検出装置１０では、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。また、本形態において、ユニットケース１５は、光検出器３０の中心光軸Ｌ30での入射光量と中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材として構成されている。
【００５０】
より具体的には、ユニットケース１５は、黒色の樹脂成形品や金属加工品等の第１遮光部材１６と、光検出器３０を第１遮光部材１６との間に挟む黒色の樹脂成形品や金属加工品等からなる第２遮光部材１７とを備えており、ユニットケース１５（第１遮光部材１６および第２遮光部材１７）は、光検出器３０の中心光軸Ｌ30側での光入射口を中心光軸Ｌ30から離間した角度方向での光入射口より狭くする。すなわち、ユニットケース１５では、第１遮光部材１６と第２遮光部材１７とによって、光検出器３０の中心光軸Ｌ30側から周方向の両側に延在する延在するスリット１５１が光入射口として形成されており、かかるスリット１５１の中心光軸Ｌ30側の幅寸法Ｇａは、中心光軸Ｌ30から離間した角度方向での幅寸法Ｇｂより狭くなっている。また、ユニットケース１５において、光入射口（スリット１５１）は、第１遮光部材１６において半円形状に突出した部分１６０と、第２遮光部材１７において半円形状に突出した部分１７０との間に形成されており、部分１６０、１７０同士はＺ軸方向で対向している。このため、光検出器３０に対しては、Ｚ軸方向で制限された範囲内の検出光Ｌ２のみが入射する。従って、対象物体ＯｂのＸ座標よびＹ座標については広い範囲にわたって高い感度が得られるとともに、Ｚ座標については精度が高い範囲のみについて得られることになる。
【００５１】
なお、第１遮光部材１６および第２遮光部材１７については金属製とすれば、ユニットケース１５は、光検出器３０等に対するシールド部材として機能する。
【００５２】
このように構成した受光ユニット３５において、光検出器３０は、配線基板３１に実装された状態で、第１遮光部材１６に形成されている凹部１６２と、第２遮光部材１７に形成されている凹部１７２とにより構成された空間内に直立した状態に配置され、受光面をスリット１５１の方に向けている。本形態において、配線基板３１が配置されている部分は、一段高い段部１６３になっており、かかる段部１６３上に配線基板３１が配置されている。その結果、第１遮光部材１６の凹部１６２には、段部１６３より低い低所部１６４が形成されており、かかる低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を横方向（光検出器３０が位置する側）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒが配置されている箇所は、上板部分１６５（遮光板部）および前板部分１６６（遮光部）によって検出対象空間１０Ｒから遮断されている。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒは、スリット１５１から出射されることがない。なお、参照用光源１２Ｒに対する給電は、フレキシブル配線基板や線状の配線材によって行われている。
【００５３】
このように構成した受光ユニット３５によれば、参照用光源１２Ｒは、光検出器３０よりも低い位置にあるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。
【００５４】
（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では、複数の検出用光源１２および参照用光源１２Ｒを順次点灯させて検出光Ｌ２および参照光Ｌｒを出射させ、対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光した結果、および検出対象空間１０Ｒを介さずに光検出器３０に入射した参照光Ｌｒの強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、対象物体Ｏｂについては、指等であってもよく、発光するような指示具である必要はない。また、参照光Ｌｒを利用したため、環境光や駆動信号の強度変動等の影響を受けずに対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。しかも、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。それ故、後述する位置検出機能付き表示装置等を構成した際、情報の視認が検出光Ｌ２によって妨げられないという利点がある。
【００５５】
また、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが受光ユニット３５を構成しているため、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接している。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを容易に回避することができる。例えば、参照用光源１２Ｒと検出対象空間１０Ｒとの間に前板部分１６６（遮光部）を設けるだけで、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを確実に回避することができる。
【００５６】
また、受光ユニット３５では、参照用光源１２Ｒが光検出器３０よりも低い位置にあるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させるため、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００５７】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００５８】
図７に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。また、参照用光源１２Ｒは、光検出器３０よりも低い位置あるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。
【００５９】
また、本形態では、受光ユニット３５において、参照用光源１２Ｒから光検出器３０に向かう光路の途中位置には、参照光Ｌｒを部分透過させるフィルター１８が設けられている。より具体的には、参照用光源１２Ｒの前面にフィルター１８が設けられている。このため、本形態によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、実施の形態１に比較してより強度を低下させた状態で、光検出器３０に入射させる。従って、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００６０】
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６１】
図８に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００６２】
より具体的には、受光ユニット３５において、光検出器３０は、配線基板３１に実装された状態で、第１遮光部材１６に形成されている凹部１６２と、第２遮光部材１７に形成されている凹部１７２とにより構成された空間内に直立した状態に配置され、受光面をスリット１５１の方に向けている。本形態において、配線基板３１が配置されている部分は、一段高い段部１６３になっており、かかる段部１６３上に配線基板３１が配置されている。その結果、第１遮光部材１６の凹部１６２には、段部１６３より低い低所部１６４が形成されており、かかる低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を上方向（光検出器３０が位置する側に直交する方向）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒが配置されている箇所は、上板部分１６５（遮光板部）で遮光されているとともに、参照用光源１２Ｒが位置する側と光検出器３０が位置する側との間では、段部１６３に設けられた凸部１６３ａが上板部分１６５と接している。このため、参照用光源１２Ｒが位置する側と光検出器３０が位置する側との間は凸部１６３ａによって遮光されている。
【００６３】
ここで、上板部分１６５には、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部を透過する開口部１６５ａが形成されている。本形態において、開口部１６５ａは、ピンホールからなり、参照用光源１２Ｒの出射光軸上に形成されている。
【００６４】
また、第２遮光部材１７において、開口部１６５ａと対向する部分には、開口部１６５ａを透過してきた参照光Ｌｒを光検出器３０に向けて反射する反射面１７５が構成されている。かかる反射面１７５は、第２遮光部材１７が金属製である場合、開口部１６５ａと対向する部分を傾斜した平滑面とすることによって実現できる。また、第２遮光部材１７が樹脂製である場合、開口部１６５ａと対向する部分を傾斜面とするとともに、傾斜面に反射シートを貼付することによって実現できる。
【００６５】
このように構成した受光ユニット３５によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒは、開口部１６５ａを通過した分のみが光検出器３０に届くことになる。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させることができる。しかも、開口部１６５ａはピンホールであるため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうちのごく一部のみが光検出器３０に入射する。また、参照用光源１２Ｒは発散光であるとともに、反射面１７５が設けられている分、参照用光源１２Ｒから光検出器３０までの光路が長い。それ故、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を十分に低下させた状態で、光検出器３０に入射させることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００６６】
［実施の形態４］
図９は、本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、フィルター１８を上板部分１６５と参照用光源１２Ｒとの間に配置した場合の説明図、およびフィルター１８を反射面１７５に配置した場合の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１、３と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６７】
図９に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１、３と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００６８】
より具体的には、実施の形態３と同様、段部１６３上には、光検出器３０が実装された配線基板３１が配置され、低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を上方向（光検出器３０が位置する側に直交する方向）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒを覆う上板部分１６５には、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部を透過する開口部１６５ａが形成されている。本形態において、開口部１６５ａは、ピンホールからなる。また、第２遮光部材１７において、開口部１６５ａと対向する部分には、開口部１６５ａを透過してきた参照光Ｌｒを光検出器３０に向けて反射する反射面１７５が構成されている。
【００６９】
さらに、本形態では、実施の形態２と同様、参照用光源１２Ｒから光検出器３０に向かう光路の途中位置には、参照光Ｌｒを部分透過させるフィルター１８が設けられている。より具体的には、図９（ａ）に示す形態では、フィルター１８が上板部分１６５と参照用光源１２Ｒとの間に配置されている。また、図９（ｂ）に示す形態では、フィルター１８が反射面１７５に配置されている。このため、本形態によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、実施の形態２、３に比較して強度をより低下させた状態で光検出器３０に入射させる。従って、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００７０】
［受光ユニット３５の他の実施の形態］
上記実施の形態２、３では、参照用光源１２Ｒの出射光軸上に開口部１６５ａを設けたが、参照用光源１２Ｒの出射光軸上からずれた位置に開口部１６５ａ（ピンホール）を設けてもよい。また、実施の形態１、２に対して、開口部１６５ａを備えた遮光部を設けた構成や、反射面１７５を設けた構成を採用してもよい。さらに、反射面１７５によって光路を延ばして参照光Ｌｒを減衰させる構成や、参照用光源１２Ｒに開口部１６５ａ（ピンホール）を備えた遮光部を設けた構成については単独で採用してもよい。
【００７１】
［位置検出方式の他の実施の形態］
本発明は実施の形態１〜４では、板状の導光板１３を備えた光学式位置検出装置１０を説明したが、特表２００３−５３４５５４号公報等に記載されている方式の光学式位置検出装置１０や、以下に説明する方式の光学式位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。
【００７２】
図１０は、本発明の別の光学式位置検出装置１０の主要部を模式的に示す説明図である。図１１は、本発明の別の光学式位置検出装置１０において光源部を構成する２つの光源ユニットの説明図である。図１２は、本発明の別の光学式位置検出装置１０における位置検出原理を示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図１３は、本発明の別の光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂの位置を特定する方法を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１等と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００７３】
図１０および図１１において、本形態の光学式位置検出装置１０は、半円方向に検出光Ｌ２を出射する複数の光源モジュール１２１、１２２と、光源モジュール１２１、１２２から出射された検出光Ｌ２のうち、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを有している。光源モジュール１２１、１２２は、Ｚ軸方向において同一の位置に配置されており、光源モジュール１２１、１２２は各々、検出光Ｌ２を出射する。本形態では、かかる検出光Ｌ２の出射空間によって、対象物体Ｏｂの位置が検出される検出対象空間１０Ｒが構成されている。ここで、光源モジュール１２１は第１期間において検出光Ｌ２を放射状に出射し、光源モジュール１２２は第２期間において検出光Ｌ２を順次放射状に出射する。従って、位置検出部５０は、第１期間における光検出器３０での検出光Ｌ２の受光結果、および第２期間における光検出器３０での検出光Ｌ２の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００７４】
かかる位置検出方式を採用するにあたって、本形態では、図１０に示すように、光源モジュール１２１は、Ｙ軸方向に重ねて配置された第１光源部１２Ｅと第２光源部１２Ｆとを備え、光源モジュール１２２も、光源モジュール１２１と同様、Ｙ軸方向に重ねて配置された第１光源部１２Ｅと第２光源部１２Ｆとを備えている。
【００７５】
ここで、第１光源部１２Ｅは、図１１（ａ）に示すように、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０ｅ（検出用光源）と、円弧状のライトガイドＬＧとを備えており、光源１２０ｅは、ライトガイドＬＧの一方の端部Ｂ３に配置されている。また、第１光源部１２Ｅは、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。
【００７６】
また、図１１（ｂ）に示すように、第２光源部１２Ｆも、第１光源部１２Ｅと同様、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０ｆ（検出用光源）と、円弧状のライトガイドＬＧとを備えており、光源１２０ｆは、ライトガイドＬＧの他方の端部Ｂ４に配置されている。また、第２光源部１２Ｆは、第１光源部１２Ｅと同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。
【００７７】
なお、ライトガイドＬＧの外周面および内周面のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。
【００７８】
このように構成した光学式位置検出装置１０では、光源モジュール１２１において、第１光源部１２Ｅにおいて光源１２０ｅが点灯すると、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２が出射され、検出対象空間１０Ｒに第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図１１（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部Ｂ３に対応する角度方向から他方の端部Ｂ４に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００７９】
これに対して、第２光源部１２Ｆにおいて、光源１２０ｆが点灯すると、検出対象空間１０Ｒに検出光が出射され、検出対象空間１０Ｒに第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図１１（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部Ｂ４に対応する角度方向から一方の端部Ｂ３に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００８０】
なお、光源モジュール１２２において、第１光源部１２Ｅにおいて光源１２０ｅが点灯した場合、および光源モジュール１２２において、第２光源部１２Ｆにおいて光源１２０ｆが点灯した場合も、光源モジュール１２１と同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、以下に説明するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００８１】
まず、光源モジュール１２１の第１光源部１２Ｅにおいて、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図１２（ａ）に線Ｅ１で示す関係にある。また、光源モジュール１２１の第２光源部１２Ｆにおいて、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図１２（ａ）に線Ｅ２で示す関係にある。ここで、図１２（ｂ）および図１３に示すように、光源モジュール１２１の中心ＰＥ（第１光源部１２Ｅの中心）からみて角度θの方向に対象物体Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、光源モジュール１２１の中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００８２】
かかる動作を光源モジュール１２２においても行い、対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２）を求めれば、光源モジュール１２１、１２２の中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。
【００８３】
かかる方式を採用するにあたって、本形態では、光源モジュール１２１において、第１光源部１２Ｅによって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光源部１２Ｆによって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とが等しくなるように、光源１２０ｅ、１２０ｆを駆動した際の駆動電流を調整した際の駆動電流の比等から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。また、光源モジュール１２２において、第１光源部１２Ｅによって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光源部１２Ｆによって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とが等しくなるように、光源１２０ｅ、１２０ｆを駆動した際の駆動電流を調整した際の駆動電流の比等から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２）を求める。
【００８４】
このようにして対象物体Ｏｂの位置を検出する方式を採用した場合も、第１光源部１２Ｅ、および第２光源部１２Ｆの光源１２０ｅ、１２０ｆに対する駆動電流と、光検出器３０での受光強度との関係を適正に初期設定しておく必要がある。また、環境光や駆動電流の変動等の影響を回避することが好ましい。
【００８５】
そこで、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１〜４と同様、検出対象空間１０Ｒを経由せずに光検出器３０に参照光Ｌｒを入射させる参照用光源１２Ｒが設けられており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。かかる受光ユニット３５においても、実施の形態１〜４を参照して説明した構成を採用すれば、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００８６】
［位置検出機能付き機器の構成例］
（位置検出機能付き表示装置の具体例１）
図１４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を備えた位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の分解斜視図である。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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置１０として、図１〜図９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてあるが、図１０〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてもよい。
【００８７】
図１４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、検出光を放出する検出用光源１２と、導光板１３と、検出対象空間１０Ｒに光検出面を向けた光検出器３０とを備えており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。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等といった直視型表示装置２１０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２１０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は検出対象空間１０Ｒと平面視で重なっている。
【００８８】
かかる構成によれば、画像生成装置２００により形成された画像を指（対象物体Ｏｂ）等で指示した際、その指示位置を光学式位置検出装置１０で検出することができるので、指の位置を入力情報として利用することができる。
【００８９】
（位置検出機能付き表示装置の具体例２）
図１５は、本発明の別の位置検出機能付き表示装置１００（位置検出機能付き機器）の構成を模式的に示す説明図であり、図１５（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置１００の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置１０として、図１〜図９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてあるが、図１０〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてもよい。
【００９０】
図１５に示す光学式位置検出装置１０は投射型の位置検出機能付き表示装置１００に用いられ、位置検出機能付き表示装置１００は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２４０（画像生成装置２００）と、スクリーン部材２９０とを備えている。画像投射装置２４０は、筐体２５０の前面部２５１に設けられた投射レンズ系２６０からスクリーン部材２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。
【００９１】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００は光学式位置検出装置１０を備えており、光学式位置検出装置１０は、スクリーン部材２９０において画像が視認されるスクリーン面２９０ａ側（スクリーン部材２９０の前方）に設定された検出対象空間１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態において、検出対象空間１０Ｒは、スクリーン部材２９０に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン部材２９０において画像投射装置２４０によって画像が投射される領域（画像表示領域２０Ｒ）と重なっている。
【００９２】
本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０と平行なＸＹ平面（検出面）内における対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出した結果を、投射された画像の一部等を指定する入力情報等として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なうことができる。また、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０に対する法線方向（Ｚ軸方向）における対象物体Ｏｂの位置（Ｚ座標）を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、対象物体Ｏｂがスクリーン部材２９０から所定の距離内にある場合のみを入力情報として扱うこと等もできる。
【００９３】
かかる光学式位置検出装置１０において、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側には、導光板１３を備え、かかる導光板１３の周りは複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が配置されている。また、スクリーン面２９０ａ側には、検出対象空間１０Ｒに光検出面を向けた光検出器３０が配置されており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００９４】
かかる構成では、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側から検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射することになる。スクリーン部材２９０として、検出光Ｌ２に対する透光性を備えているものが用いられている。より具体的には、スクリーン部材２９０は、スクリーン面２９０ａ側に白い塗料が塗ってある布地や、エンボス加工された白いビニール素材からなるホワイトスクリーンからなり、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を有している。スクリーン部材２９０としては、光の反射率を高めるために高銀色としたシルバースクリーン、スクリーン面２９０ａ側を構成する布地表面に樹脂加工を行なって光の反射率を高めたパールスクリーン、スクリーン面２９０ａ側に細かいガラス粉末を塗布して光の反射率を高めたビーズスクリーンを用いることができ、このような場合も、スクリーン部材２９０は、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を備えている。なお、スクリーン部材２９０は、表示される画像の品位を高めることを目的に、裏面２９０ｂに黒色の遮光層が形成される場合があり、このような場合、遮光層には、穴からなる透光部を複数形成しておく。
【００９５】
なお、本形態では、投射型表示装置用のスクリーン装置を説明したが、電子黒板用のスクリーンに光学式位置検出装置１０を設けて電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置（位置検出機能付き機器）を構成してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２、１２Ａ〜１２Ｄ・・検出用光源、１２Ｒ・・参照用光源、１５・・ユニットケース、１６・・第１遮光部材、１７・・第２遮光部材、１８・・フィルター、３０・・光検出器、３５・・受光ユニット、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、１６５・・上板部分（遮光板部）、１６５ａ・・開口部、１６６・・前板部分（遮光部）、１７５・・反射面、Ｏｂ・・対象物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の位置を光学的に検出する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機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物体を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、複数の検出用光源の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射した検出光が透光部材を透過して光検出器で検出されるものが提案されている。このような構成の光学式位置検出装置では、光検出器での検出光の検出結果に基づいて対象物体の位置を検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光学式位置検出装置に導光板を設け、複数の検出用光源の各々から出射された検出光を、導光板を介して対象物体に向けて出射し、対象物体で反射した検出光を光検出器で検出する方式も提案されている（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の光学式位置検出装置においては、検出用光源の他に、検出光出射空間（検出対象空間）を介さずに光検出器に参照光を入射させる参照用光源を設け、かかる参照用光源から出射された参照光の光検出器での検出強度、および検出光の光検出器での検出強度に基づいて対象物体の位置を検出すれば、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、光検出器と参照用光源とを別々の位置に配置した場合、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことがあり、このような場合、対象物体で反射した参照光も光検出器に入射するため、光検出器での参照光の検出強度が変動してしまうという問題点がある。一方、光検出器と参照用光源とを近接させて、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことを防止した場合、光検出器と参照用光源との距離が短すぎて、光検出器での参照光の検出強度が過度に高くなってしまう。その結果、光検出器での検出光の検出強度が光検出器での参照光の検出強度に対して相対的に低くなってしまい、対象物体の位置を検出する際の感度が低下するという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れてしまうことを防止しつつ、光検出器での参照用光源の検出強度を適正なレベルに抑えることができる光学式位置検出装置、およびかかる光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き機器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、対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、検出光を出射する複数の検出用光源と、前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記検出光を検出する光検出器と、前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源と、前記複数の検出用光源を順次点灯させた際の前記光検出器での前記検出光の検出強度、および前記光検出器での前記参照光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、前記光検出器と前記参照用光源とは共通のユニットケースに保持されて受光ユニットを構成しているとともに、当該受光ユニットでは、前記参照用光源から出射された前記参照光を、強度を低下させた状態で前記光検出器に入射させることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、参照用光源を備えているため、参照用光源から出射された参照光も利用して対象物体の位置を検出することができる。従って、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。さらに、本発明では、光検出器と参照用光源とが受光ユニットを構成しているため、光検出器と参照用光源とが近接している。このため、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れることを容易に回避することができる。また、受光ユニットでは、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させるため、光検出器と参照用光源とが近接していても、光検出器での参照光の検出強度のレベルを低く抑えることができる。従って、光検出器での検出光の検出強度が光検出器での参照光の検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体の位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００１０】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源と前記検出光出射空間との間に遮光部が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、参照用光源から出射された参照光が検出光出射空間に漏れることを確実に回避することができる。
【００１１】
本発明では、例えば、前記受光ユニットにおいて、前記光検出器は、前記参照用光源の出射光軸上からずれた位置に配置されている構成を採用する。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の漏れ光であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１２】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記光検出器と前記参照用光源との間には、前記参照用光源から出射された前記参照光の一部を通過させる開口部を備えた遮光部が設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の一部であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。この場合、前記開口部は、例えば、ピンホールである。
【００１３】
本発明において、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を前記光検出器に向けて導く反射面が設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、参照用光源と光検出器とが近接している場合でも、参照用光源から出射された参照光は、反射面で反射した後、光検出器に向かうことになる。このため、参照用光源から光検出器に向かう光路を延ばすことができるので、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１４】
本発明では、前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を部分透過させるフィルターが設けられている構成を採用してもよい。かかる構成によれば、光検出器に入射するのは、参照光の一部であるため、参照用光源から出射された参照光を、強度を低下させた状態で光検出器に入射させることができる。
【００１５】
本発明では、前記位置検出部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて交互に点灯させた際に前記光検出器での受光強度が等しくなるように前記参照用光源および前記検出用光源を駆動した結果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。かかる構成によれば、環境光の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。また、検出用光源と参照用光源とに共通の駆動信号を印加すれば、駆動信号の強度変動の影響等を受けずに対象物体の位置を検出することができる。
【００１６】
本発明において、前記検出光は赤外光であることが好ましい。かかる構成によれば、検出光が視認されないという利点がある。
【００１７】
本発明に係る光学式位置検出装置は、位置検出機能付き機器に用いることができる。かかる位置検出機能付き機器としては、直視型あるいは投射型の位置検出機能付き表示装置、情報が視認されるスクリーンを備えた位置検出機能付きスクリーン装置、位置検出機能付きショーウインドウ、位置検出機能付きアミューズメント機器等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いた検出光の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において検出用光源を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において、検出用光源から出射された検出光によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の原理を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置に用いた受光ユニットの説明図である。
【図１０】本発明の別の光学式位置検出装置の主要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】本発明の別の光学式位置検出装置において光源部を構成する２つの光源ユニットの説明図である。
【図１２】本発明の別の光学式位置検出装置における位置検出原理を示す説明図である。
【図１３】本発明の別の光学式位置検出装置において対象物体の位置を特定する方法を示す説明図である。
【図１４】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の分解斜視図である。
【図１５】本発明の別の位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の構成を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【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、互いに交差する軸をＸ軸およびＹ軸とし、Ｘ軸およびＹ軸に交差する軸をＺ軸として説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向（第１方向）を横方向とし、Ｙ軸方向（第２方向）を縦方向とし、Ｚ軸方向（第３方向）を検出光出射空間において検出光が進行する方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２０】
［実施の形態１］
（光学式位置検出装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置の要部を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置に用いた光学部品のレイアウト等を示す説明図、および光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で用いた検出光の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を平面的に示す説明図、対象物体で反射した光が光検出器で受光される様子を断面的に示す説明図、および導光板内での検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２１】
図１（ａ）および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出光Ｌ２を出射する複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）と、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２のうち、検出対象空間１０Ｒ（検出光Ｌ２の出射空間）内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを備えている。
【００２２】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、複数の検出用光源１２として、４つの検出用光源１２Ａ〜１２Ｄが用いられている。複数の検出用光源１２はいずれも、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として放出する。すなわち、検出光Ｌ２は、指等の対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、人体の表面での反射率の高い赤外域にピークを備えている。例えば、検出光Ｌ２は、可視光領域に近い近赤外線、例えば波長８５０ｎｍ付近にピークを有する光である。
【００２３】
また、本形態の光学式位置検出装置１０は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明な樹脂板等からなる導光板１３を備えており、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３を介して検出対象空間１０Ｒに出射される。導光板１３は、略長方形の平面形状を有しており、導光板１３において、検出対象空間１０Ｒに向いている面が光出射面１３ｓである。また、導光板１３の４つの角部分１３ａ〜１３ｄが検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２の光入射部１３ｅ〜１３ｈとして用いられている。より具体的には、４つの検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）は、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄに対峙する位置で角部分１３ａ〜１３ｄに発光面を向けている。このため、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、導光板１３の角部分１３ａ〜１３ｄから入射した後、導光板１３内部を伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。例えば、検出用光源１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａは、導光板１３の内部で伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。従って、導光板１３の光出射面１３ｓから検出対象空間１０Ｒに出射された検出光Ｌ２が、検出対象空間１０Ｒに位置する対象物体Ｏｂで反射すると、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３は光検出器３０で検出される。
【００２４】
ここで、導光板１３の背面１３ｔあるいは光出射面１３ｓには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）等が設けられており、このような光散乱構造によって、角部分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。また、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均一化を図るために、プリズムシートや光散乱板等の光学シートが配置される場合もある。このため、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰する。また、検出対象空間１０Ｒに出射される検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰する。他の検出用光源１２Ｃ、１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも同様に減衰しながら光出射面１３ｓから出射される。従って、検出光Ｌ２は、図４を参照して後述する光強度分布を検出対象空間１０Ｒに形成する。
【００２５】
（光検出器３０の構成）
光検出器３０は、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子からなり、検出対象空間１０Ｒの外側のうち、導光板１３の辺部分の略中央位置で検出対象空間１０Ｒに光検出器を向けている。本形態において、光検出器３０は、検出光Ｌ２の中心ピークと略重なる位置に感度領域を備えたフォトダイオード等からなる。
【００２６】
（参照用光源１２Ｒの構成）
さらに、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒを経由せずに光検出器３０に参照光Ｌｒを入射させる参照用光源１２Ｒを備えており、かかる参照用光源１２Ｒは、検出用光源１２と同様、可視光領域に近い近赤外線、例えば波長８５０ｎｍ付近にピークを有する光を発散光として出射するＬＥＤである。
【００２７】
このような構成の光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄや光検出器３０の初期条件を設定する際、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの光検出器３０での検出強度を基準とすることができる。また、後述する方法で対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出する際、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。
【００２８】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。かかる受光ユニット３５の構成については、図６等を参照しながら後述する。
【００２９】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図１（ｂ）に示すように、光学式位置検出装置１０は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０から検出結果が出力される位置検出部５０とを有しており、光源駆動部１４と位置検出部５０とは、例えば、共通の半導体集積回路５００に構成されている。光源駆動部１４は、検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０（光源駆動回路１４０ａ〜１４０ｄ、１４０ｒ）と、光源駆動回路１４０を介して検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒの点灯を制御する光源制御部１４５とを備えている。
【００３０】
位置検出部５０は、信号処理部５５と座標検出部５６とを備えており、座標検出部５６は、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。本形態において、座標検出部５６は、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３を備えている。光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、検出用光源１２に対する駆動と位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。
【００３１】
（光強度分布の説明）
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）を所定のパターンで順次点灯させて光強度分布を形成する様子を示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において、検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２によって座標検出用の光強度分布が形成される様子を示す説明図である。なお、図３では、点灯している検出用光源１２についてはグレーで表してある。
【００３２】
図１（ａ）において、本形態の光学式位置検出装置１０では、検出用光源１２Ａが点灯する一方、他の検出用光源１２Ｂ〜１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｂが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｃが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２およびＹ軸方向の一方側Ｙ１の角部分を中心とする光強度分布が形成される。検出用光源１２Ｄが点灯する一方、他の検出用光源１２Ａ〜１２Ｃが消灯状態にあると、検出対象空間１０Ｒには、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１およびＹ軸方向の他方側Ｙ２の角部分を中心とする光強度分布が形成される。
【００３３】
従って、図３（ａ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが消灯状態にあると、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ（第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３４】
これに対して、図３（ｂ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｄが消灯状態にあると、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ（第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｙ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３５】
また、図３（ｃ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｃが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが消灯状態にあると、図４（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａ（第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３６】
これに対して、図３（ｄ）に示すように、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが点灯状態にあって他の検出用光源１２Ａ、１２Ｃが消灯状態にあると、図４（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ（第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態において、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が直線的に減少し、かつ、Ｘ軸方向では、検出光Ｌ２の強度が一定である。
【００３７】
なお、図示を省略するが、４つの検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が全て点灯すると、導光板１３からＺ軸方向の一方側Ｚ１から他方側Ｚ２に向かって強度が低下するＺ座標検出用光強度分布が形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布では、Ｚ軸方向で強度が単調減少し、かかる変化は、検出対象空間１０Ｒという限られた空間内では略直線的な変化とみなすことができる。また、Ｚ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において強度が一定である。
【００３８】
（Ｘ座標検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０においては、光強度分布形成用の検出用光源１２を点灯させて検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成するとともに、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２（検出光Ｌ３）を光検出器３０で検出し、かかる光検出器３０での検出結果に基づいて、位置検出部５０は、検出対象空間１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図５を参照して座標検出の原理を説明する。なお、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出対象空間１０Ｒ内の位置情報を取得するにあたって、例えば、光源制御部１４５や位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路等のハードウェアを用いた構成を採用することもできる。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０の原理を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、対象物体で反射した検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００４０】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明したＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを利用してＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出する。その際、検出用光源１２Ａ、１２Ｄと検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相に駆動する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１期間において、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯させ、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成する。次に、検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯させ、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。従って、検出対象空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される。ここで、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは、一定の分布を有している。それ故、Ｘ座標検出部５１は、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出強度と、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出強度との比較を行えば、図５を参照して以下に説明する方法等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを絶対値が等しく、かつ、Ｘ軸方向で逆向きになるように形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。
【００４２】
これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、検出用光源１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、図５（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。そして、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとを等しくする。かかる差動を行った際の検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）と、検出用光源１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（電流値）との比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。また、Ｘ座標検出用第１期間での検出用光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での検出用光源１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように検出用光源１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４３】
（Ｙ座標検出の基本原理）
本形態においては、図４（ｃ）、（ｄ）を参照して説明したＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＹａおよびＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを利用してＹ軸方向の位置（Ｙ座標）を検出する。より具体的には、検出用光源１２Ａ、１２Ｃと検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相に駆動する。すなわち、図３（ｃ）に示すように、Ｙ座標検出用第１期間においては、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを点灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを消灯させ、図４（ｃ）に示すＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成する。次に、Ｙ座標検出用第２期間において、図３（ｄ）に示すように、検出用光源１２Ａ、１２Ｃを消灯させる一方、検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを点灯させ、図４（ｄ）に示すＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成する。従って、Ｙ座標検出部５２は、Ｙ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＹａと、Ｙ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＹｂとを比較する等、Ｘ座標を検出した方法と同様な方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００４４】
（Ｚ座標検出の基本原理）
本形態の光学式位置検出装置１０において、Ｚ座標を検出するには、検出用光源１２Ａ〜１２Ｄの全てを点灯させ、Ｚ軸方向で強度が単調変化するＺ座標検出用光強度分布を形成する。従って、検出対象空間１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、その反射光の一部が光検出器３０により検出される。ここで、Ｚ座標検出用光強度分布は、一定の分布を有しているので、光検出器３０での検出強度に基づいて対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００４５】
（参照用光源１２Ｒを用いての座標検出）
上記の座標検出を行う際、検出光Ｌ２のみを用いてもよいが、本形態の光学式位置検出装置１０では、参照用光源１２Ｒが設けられている。従って、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出する際、検出用光源１２同士の差動に代えて、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。より具体的には、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流と、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと他の一部の検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４６】
また、対象物体ＯｂのＺ座標を検出する際、Ｚ座標検出用光強度分布の絶対値に代えて、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度と、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出強度とを比較した結果等を利用することができる。より具体的には、光検出器３０での検出強度が等しくなるように参照用光源１２Ｒと、全ての検出用光源１２とを差動させた際の検出用光源１２に対する駆動電流と、検出用光源１２に対する駆動電流との差や比を用いて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。かかる方法によれば、対象物体ＯｂのＺ座標を検出する際も、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００４７】
さらに、本形態では、検出用光源１２および参照用光源１２Ｒは共通の光源駆動部１４により駆動されている。このため、検出用光源１２および参照用光源１２Ｒに供給される駆動信号に強度変動が発生しても、かかる強度変動の影響等を受けずに対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００４８】
（受光ユニット３５の構成）
図６は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、受光ユニット３５の斜視図、および受光ユニット３５の断面図である。
【００４９】
図６において、本形態の光学式位置検出装置１０では、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。また、本形態において、ユニットケース１５は、光検出器３０の中心光軸Ｌ30での入射光量と中心光軸から離間した角度方向での入射光量との差を圧縮する指向性調整部材として構成されている。
【００５０】
より具体的には、ユニットケース１５は、黒色の樹脂成形品や金属加工品等の第１遮光部材１６と、光検出器３０を第１遮光部材１６との間に挟む黒色の樹脂成形品や金属加工品等からなる第２遮光部材１７とを備えており、ユニットケース１５（第１遮光部材１６および第２遮光部材１７）は、光検出器３０の中心光軸Ｌ30側での光入射口を中心光軸Ｌ30から離間した角度方向での光入射口より狭くする。すなわち、ユニットケース１５では、第１遮光部材１６と第２遮光部材１７とによって、光検出器３０の中心光軸Ｌ30側から周方向の両側に延在する延在するスリット１５１が光入射口として形成されており、かかるスリット１５１の中心光軸Ｌ30側の幅寸法Ｇａは、中心光軸Ｌ30から離間した角度方向での幅寸法Ｇｂより狭くなっている。また、ユニットケース１５において、光入射口（スリット１５１）は、第１遮光部材１６において半円形状に突出した部分１６０と、第２遮光部材１７において半円形状に突出した部分１７０との間に形成されており、部分１６０、１７０同士はＺ軸方向で対向している。このため、光検出器３０に対しては、Ｚ軸方向で制限された範囲内の検出光Ｌ２のみが入射する。従って、対象物体ＯｂのＸ座標よびＹ座標については広い範囲にわたって高い感度が得られるとともに、Ｚ座標については精度が高い範囲のみについて得られることになる。
【００５１】
なお、第１遮光部材１６および第２遮光部材１７については金属製とすれば、ユニットケース１５は、光検出器３０等に対するシールド部材として機能する。
【００５２】
このように構成した受光ユニット３５において、光検出器３０は、配線基板３１に実装された状態で、第１遮光部材１６に形成されている凹部１６２と、第２遮光部材１７に形成されている凹部１７２とにより構成された空間内に直立した状態に配置され、受光面をスリット１５１の方に向けている。本形態において、配線基板３１が配置されている部分は、一段高い段部１６３になっており、かかる段部１６３上に配線基板３１が配置されている。その結果、第１遮光部材１６の凹部１６２には、段部１６３より低い低所部１６４が形成されており、かかる低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を横方向（光検出器３０が位置する側）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒが配置されている箇所は、上板部分１６５（遮光板部）および前板部分１６６（遮光部）によって検出対象空間１０Ｒから遮断されている。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒは、スリット１５１から出射されることがない。なお、参照用光源１２Ｒに対する給電は、フレキシブル配線基板や線状の配線材によって行われている。
【００５３】
このように構成した受光ユニット３５によれば、参照用光源１２Ｒは、光検出器３０よりも低い位置にあるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。
【００５４】
（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では、複数の検出用光源１２および参照用光源１２Ｒを順次点灯させて検出光Ｌ２および参照光Ｌｒを出射させ、対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３の一部を光検出器３０により受光した結果、および検出対象空間１０Ｒを介さずに光検出器３０に入射した参照光Ｌｒの強度に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。このため、対象物体Ｏｂについては、指等であってもよく、発光するような指示具である必要はない。また、参照光Ｌｒを利用したため、環境光や駆動信号の強度変動等の影響を受けずに対象物体Ｏｂの位置を高い精度で検出することができる。しかも、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。それ故、後述する位置検出機能付き表示装置等を構成した際、情報の視認が検出光Ｌ２によって妨げられないという利点がある。
【００５５】
また、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが受光ユニット３５を構成しているため、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接している。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを容易に回避することができる。例えば、参照用光源１２Ｒと検出対象空間１０Ｒとの間に前板部分１６６（遮光部）を設けるだけで、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに漏れることを確実に回避することができる。
【００５６】
また、受光ユニット３５では、参照用光源１２Ｒが光検出器３０よりも低い位置にあるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。このため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させるため、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００５７】
［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００５８】
図７に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。また、参照用光源１２Ｒは、光検出器３０よりも低い位置あるため、光検出器３０は、参照用光源１２Ｒの出射光軸Ｌｒ0からずれた位置にある。また、参照用光源１２Ｒから出射される参照光Ｌｒは発散光である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうち、光検出器３０に入射するのは、参照光Ｌｒの漏れ光である。
【００５９】
また、本形態では、受光ユニット３５において、参照用光源１２Ｒから光検出器３０に向かう光路の途中位置には、参照光Ｌｒを部分透過させるフィルター１８が設けられている。より具体的には、参照用光源１２Ｒの前面にフィルター１８が設けられている。このため、本形態によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、実施の形態１に比較してより強度を低下させた状態で、光検出器３０に入射させる。従って、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００６０】
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６１】
図８に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００６２】
より具体的には、受光ユニット３５において、光検出器３０は、配線基板３１に実装された状態で、第１遮光部材１６に形成されている凹部１６２と、第２遮光部材１７に形成されている凹部１７２とにより構成された空間内に直立した状態に配置され、受光面をスリット１５１の方に向けている。本形態において、配線基板３１が配置されている部分は、一段高い段部１６３になっており、かかる段部１６３上に配線基板３１が配置されている。その結果、第１遮光部材１６の凹部１６２には、段部１６３より低い低所部１６４が形成されており、かかる低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を上方向（光検出器３０が位置する側に直交する方向）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒが配置されている箇所は、上板部分１６５（遮光板部）で遮光されているとともに、参照用光源１２Ｒが位置する側と光検出器３０が位置する側との間では、段部１６３に設けられた凸部１６３ａが上板部分１６５と接している。このため、参照用光源１２Ｒが位置する側と光検出器３０が位置する側との間は凸部１６３ａによって遮光されている。
【００６３】
ここで、上板部分１６５には、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部を透過する開口部１６５ａが形成されている。本形態において、開口部１６５ａは、ピンホールからなり、参照用光源１２Ｒの出射光軸上に形成されている。
【００６４】
また、第２遮光部材１７において、開口部１６５ａと対向する部分には、開口部１６５ａを透過してきた参照光Ｌｒを光検出器３０に向けて反射する反射面１７５が構成されている。かかる反射面１７５は、第２遮光部材１７が金属製である場合、開口部１６５ａと対向する部分を傾斜した平滑面とすることによって実現できる。また、第２遮光部材１７が樹脂製である場合、開口部１６５ａと対向する部分を傾斜面とするとともに、傾斜面に反射シートを貼付することによって実現できる。
【００６５】
このように構成した受光ユニット３５によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒは、開口部１６５ａを通過した分のみが光検出器３０に届くことになる。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部である。従って、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を低下させた状態で光検出器３０に入射させることができる。しかも、開口部１６５ａはピンホールであるため、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒのうちのごく一部のみが光検出器３０に入射する。また、参照用光源１２Ｒは発散光であるとともに、反射面１７５が設けられている分、参照用光源１２Ｒから光検出器３０までの光路が長い。それ故、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、強度を十分に低下させた状態で、光検出器３０に入射させることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００６６】
［実施の形態４］
図９は、本発明の実施の形態４に係る光学式位置検出装置１０に用いた受光ユニット３５の断面図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、フィルター１８を上板部分１６５と参照用光源１２Ｒとの間に配置した場合の説明図、およびフィルター１８を反射面１７５に配置した場合の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１、３と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６７】
図９に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１、３と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒが検出対象空間１０Ｒに入射せずに光検出器３０に入射するように、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００６８】
より具体的には、実施の形態３と同様、段部１６３上には、光検出器３０が実装された配線基板３１が配置され、低所部１６４には、参照用光源１２Ｒが発光部を上方向（光検出器３０が位置する側に直交する方向）に向けて形成されている。ここで、参照用光源１２Ｒを覆う上板部分１６５には、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒの一部を透過する開口部１６５ａが形成されている。本形態において、開口部１６５ａは、ピンホールからなる。また、第２遮光部材１７において、開口部１６５ａと対向する部分には、開口部１６５ａを透過してきた参照光Ｌｒを光検出器３０に向けて反射する反射面１７５が構成されている。
【００６９】
さらに、本形態では、実施の形態２と同様、参照用光源１２Ｒから光検出器３０に向かう光路の途中位置には、参照光Ｌｒを部分透過させるフィルター１８が設けられている。より具体的には、図９（ａ）に示す形態では、フィルター１８が上板部分１６５と参照用光源１２Ｒとの間に配置されている。また、図９（ｂ）に示す形態では、フィルター１８が反射面１７５に配置されている。このため、本形態によれば、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌｒを、実施の形態２、３に比較して強度をより低下させた状態で光検出器３０に入射させる。従って、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００７０】
［受光ユニット３５の他の実施の形態］
上記実施の形態２、３では、参照用光源１２Ｒの出射光軸上に開口部１６５ａを設けたが、参照用光源１２Ｒの出射光軸上からずれた位置に開口部１６５ａ（ピンホール）を設けてもよい。また、実施の形態１、２に対して、開口部１６５ａを備えた遮光部を設けた構成や、反射面１７５を設けた構成を採用してもよい。さらに、反射面１７５によって光路を延ばして参照光Ｌｒを減衰させる構成や、参照用光源１２Ｒに開口部１６５ａ（ピンホール）を備えた遮光部を設けた構成については単独で採用してもよい。
【００７１】
［位置検出方式の他の実施の形態］
本発明は実施の形態１〜４では、板状の導光板１３を備えた光学式位置検出装置１０を説明したが、特表２００３−５３４５５４号公報等に記載されている方式の光学式位置検出装置１０や、以下に説明する方式の光学式位置検出装置１０に本発明を適用してもよい。
【００７２】
図１０は、本発明の別の光学式位置検出装置１０の主要部を模式的に示す説明図である。図１１は、本発明の別の光学式位置検出装置１０において光源部を構成する２つの光源ユニットの説明図である。図１２は、本発明の別の光学式位置検出装置１０における位置検出原理を示す説明図であり、図１２（ａ）、（ｂ）は光強度分布の説明図、および対象物体が存在する位置情報（方位情報）を取得する方法の説明図である。図１３は、本発明の別の光学式位置検出装置１０において対象物体Ｏｂの位置を特定する方法を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１等と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００７３】
図１０および図１１において、本形態の光学式位置検出装置１０は、半円方向に検出光Ｌ２を出射する複数の光源モジュール１２１、１２２と、光源モジュール１２１、１２２から出射された検出光Ｌ２のうち、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の一部を検出する光検出器３０とを有している。光源モジュール１２１、１２２は、Ｚ軸方向において同一の位置に配置されており、光源モジュール１２１、１２２は各々、検出光Ｌ２を出射する。本形態では、かかる検出光Ｌ２の出射空間によって、対象物体Ｏｂの位置が検出される検出対象空間１０Ｒが構成されている。ここで、光源モジュール１２１は第１期間において検出光Ｌ２を放射状に出射し、光源モジュール１２２は第２期間において検出光Ｌ２を順次放射状に出射する。従って、位置検出部５０は、第１期間における光検出器３０での検出光Ｌ２の受光結果、および第２期間における光検出器３０での検出光Ｌ２の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する。
【００７４】
かかる位置検出方式を採用するにあたって、本形態では、図１０に示すように、光源モジュール１２１は、Ｙ軸方向に重ねて配置された第１光源部１２Ｅと第２光源部１２Ｆとを備え、光源モジュール１２２も、光源モジュール１２１と同様、Ｙ軸方向に重ねて配置された第１光源部１２Ｅと第２光源部１２Ｆとを備えている。
【００７５】
ここで、第１光源部１２Ｅは、図１１（ａ）に示すように、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０ｅ（検出用光源）と、円弧状のライトガイドＬＧとを備えており、光源１２０ｅは、ライトガイドＬＧの一方の端部Ｂ３に配置されている。また、第１光源部１２Ｅは、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。
【００７６】
また、図１１（ｂ）に示すように、第２光源部１２Ｆも、第１光源部１２Ｅと同様、赤外光を出射する発光ダイオード等の発光素子からなる光源１２０ｆ（検出用光源）と、円弧状のライトガイドＬＧとを備えており、光源１２０ｆは、ライトガイドＬＧの他方の端部Ｂ４に配置されている。また、第２光源部１２Ｆは、第１光源部１２Ｅと同様、ライトガイドＬＧの円弧状の外周面に沿って、光学シートＰＳおよびルーバーフィルムＬＦ等を備えた円弧状の照射方向設定部ＬＥを備え、ライトガイドＬＧの円弧状の内周面に沿って、円弧状の反射シートＲＳを備えている。
【００７７】
なお、ライトガイドＬＧの外周面および内周面のうちの少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの検出光の出射効率を調整するための加工が施されており、かかる加工手法としては、例えば反射ドットを印刷する方式や、スタンパーやインジェクションにより凹凸を付す成型方式や、溝加工方式を採用することができる。
【００７８】
このように構成した光学式位置検出装置１０では、光源モジュール１２１において、第１光源部１２Ｅにおいて光源１２０ｅが点灯すると、検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２が出射され、検出対象空間１０Ｒに第１光強度分布ＬＩＤ１が形成される。かかる第１光強度分布ＬＩＤ１は、図１１（ａ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、一方の端部Ｂ３に対応する角度方向から他方の端部Ｂ４に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００７９】
これに対して、第２光源部１２Ｆにおいて、光源１２０ｆが点灯すると、検出対象空間１０Ｒに検出光が出射され、検出対象空間１０Ｒに第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。かかる第２光強度分布ＬＩＤ２は、図１１（ｂ）に矢印の長さにより出射光の強度を示すように、他方の端部Ｂ４に対応する角度方向から一方の端部Ｂ３に対応する角度方向に向けて強度が単調に低下する強度分布である。
【００８０】
なお、光源モジュール１２２において、第１光源部１２Ｅにおいて光源１２０ｅが点灯した場合、および光源モジュール１２２において、第２光源部１２Ｆにおいて光源１２０ｆが点灯した場合も、光源モジュール１２１と同様、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、以下に説明するように、第１光強度分布ＬＩＤ１および第２光強度分布ＬＩＤ２を利用すれば、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【００８１】
まず、光源モジュール１２１の第１光源部１２Ｅにおいて、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図１２（ａ）に線Ｅ１で示す関係にある。また、光源モジュール１２１の第２光源部１２Ｆにおいて、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際、検出光Ｌ２の照射方向と、検出光Ｌ２の強度とは、図１２（ａ）に線Ｅ２で示す関係にある。ここで、図１２（ｂ）および図１３に示すように、光源モジュール１２１の中心ＰＥ（第１光源部１２Ｅの中心）からみて角度θの方向に対象物体Ｏｂが存在するとする。この場合、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴａとなる。これに対して、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成したとき、対象物体Ｏｂが存在する位置での検出光Ｌ２の強度はＩＮＴｂとなる。従って、第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とを比較して、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めれば、光源モジュール１２１の中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求めることができる。
【００８２】
かかる動作を光源モジュール１２２においても行い、対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２）を求めれば、光源モジュール１２１、１２２の中心ＰＥを基準に対象物体Ｏｂの位置を特定することができる。
【００８３】
かかる方式を採用するにあたって、本形態では、光源モジュール１２１において、第１光源部１２Ｅによって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光源部１２Ｆによって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とが等しくなるように、光源１２０ｅ、１２０ｆを駆動した際の駆動電流を調整した際の駆動電流の比等から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ１）を求める。また、光源モジュール１２２において、第１光源部１２Ｅによって第１光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の光検出器３０での検出強度と、第２光源部１２Ｆによって第２光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の光検出器３０での検出強度とが等しくなるように、光源１２０ｅ、１２０ｆを駆動した際の駆動電流を調整した際の駆動電流の比等から対象物体Ｏｂが位置する方向の角度θ（角度θ２）を求める。
【００８４】
このようにして対象物体Ｏｂの位置を検出する方式を採用した場合も、第１光源部１２Ｅ、および第２光源部１２Ｆの光源１２０ｅ、１２０ｆに対する駆動電流と、光検出器３０での受光強度との関係を適正に初期設定しておく必要がある。また、環境光や駆動電流の変動等の影響を回避することが好ましい。
【００８５】
そこで、本形態の光学式位置検出装置１０でも、実施の形態１〜４と同様、検出対象空間１０Ｒを経由せずに光検出器３０に参照光Ｌｒを入射させる参照用光源１２Ｒが設けられており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。かかる受光ユニット３５においても、実施の形態１〜４を参照して説明した構成を採用すれば、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとが近接していても、光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度のレベルを低く抑えることができる。それ故、光検出器３０での検出光Ｌ２の検出強度が光検出器３０での参照光Ｌｒの検出強度に対して相対的に低くなってしまうことを防止できるので、対象物体Ｏｂの位置を検出する際の感度を高めることができる。
【００８６】
［位置検出機能付き機器の構成例］
（位置検出機能付き表示装置の具体例１）
図１４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０を備えた位置検出機能付き表示装置（位置検出機能付き機器）の分解斜視図である。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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置１０として、図１〜図９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてあるが、図１０〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてもよい。
【００８７】
図１４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、検出光を放出する検出用光源１２と、導光板１３と、検出対象空間１０Ｒに光検出面を向けた光検出器３０とを備えており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。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等といった直視型表示装置２１０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２１０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は検出対象空間１０Ｒと平面視で重なっている。
【００８８】
かかる構成によれば、画像生成装置２００により形成された画像を指（対象物体Ｏｂ）等で指示した際、その指示位置を光学式位置検出装置１０で検出することができるので、指の位置を入力情報として利用することができる。
【００８９】
（位置検出機能付き表示装置の具体例２）
図１５は、本発明の別の位置検出機能付き表示装置１００（位置検出機能付き機器）の構成を模式的に示す説明図であり、図１５（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置１００の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の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。なお、以下の説明では、光学式位置検出装置１０として、図１〜図９を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてあるが、図１０〜図１３を参照して説明した光学式位置検出装置１０を用いてもよい。
【００９０】
図１５に示す光学式位置検出装置１０は投射型の位置検出機能付き表示装置１００に用いられ、位置検出機能付き表示装置１００は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２４０（画像生成装置２００）と、スクリーン部材２９０とを備えている。画像投射装置２４０は、筐体２５０の前面部２５１に設けられた投射レンズ系２６０からスクリーン部材２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。
【００９１】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００は光学式位置検出装置１０を備えており、光学式位置検出装置１０は、スクリーン部材２９０において画像が視認されるスクリーン面２９０ａ側（スクリーン部材２９０の前方）に設定された検出対象空間１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態において、検出対象空間１０Ｒは、スクリーン部材２９０に対する法線方向からみたとき四角形の領域であり、スクリーン部材２９０において画像投射装置２４０によって画像が投射される領域（画像表示領域２０Ｒ）と重なっている。
【００９２】
本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０と平行なＸＹ平面（検出面）内における対象物体Ｏｂの位置を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出した結果を、投射された画像の一部等を指定する入力情報等として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なうことができる。また、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出対象空間１０Ｒにおいてスクリーン部材２９０に対する法線方向（Ｚ軸方向）における対象物体Ｏｂの位置（Ｚ座標）を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、対象物体Ｏｂがスクリーン部材２９０から所定の距離内にある場合のみを入力情報として扱うこと等もできる。
【００９３】
かかる光学式位置検出装置１０において、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側には、導光板１３を備え、かかる導光板１３の周りは複数の検出用光源１２（検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ）が配置されている。また、スクリーン面２９０ａ側には、検出対象空間１０Ｒに光検出面を向けた光検出器３０が配置されており、参照用光源１２Ｒと光検出器３０とは、共通のユニットケース１５の内部に保持され、受光ユニット３５として構成されている。
【００９４】
かかる構成では、スクリーン部材２９０の裏面２９０ｂの側から検出対象空間１０Ｒに検出光Ｌ２を出射することになる。スクリーン部材２９０として、検出光Ｌ２に対する透光性を備えているものが用いられている。より具体的には、スクリーン部材２９０は、スクリーン面２９０ａ側に白い塗料が塗ってある布地や、エンボス加工された白いビニール素材からなるホワイトスクリーンからなり、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を有している。スクリーン部材２９０としては、光の反射率を高めるために高銀色としたシルバースクリーン、スクリーン面２９０ａ側を構成する布地表面に樹脂加工を行なって光の反射率を高めたパールスクリーン、スクリーン面２９０ａ側に細かいガラス粉末を塗布して光の反射率を高めたビーズスクリーンを用いることができ、このような場合も、スクリーン部材２９０は、赤外光からなる検出光Ｌ２に対して透光性を備えている。なお、スクリーン部材２９０は、表示される画像の品位を高めることを目的に、裏面２９０ｂに黒色の遮光層が形成される場合があり、このような場合、遮光層には、穴からなる透光部を複数形成しておく。
【００９５】
なお、本形態では、投射型表示装置用のスクリーン装置を説明したが、電子黒板用のスクリーンに光学式位置検出装置１０を設けて電子黒板用の位置検出機能付きスクリーン装置（位置検出機能付き機器）を構成してもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出対象空間、１２、１２Ａ〜１２Ｄ・・検出用光源、１２Ｒ・・参照用光源、１５・・ユニットケース、１６・・第１遮光部材、１７・・第２遮光部材、１８・・フィルター、３０・・光検出器、３５・・受光ユニット、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、１６５・・上板部分（遮光板部）、１６５ａ・・開口部、１６６・・前板部分（遮光部）、１７５・・反射面、Ｏｂ・・対象物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する複数の検出用光源と、
前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記検出光を検出する光検出器と、
前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源と、
前記複数の検出用光源を順次点灯させた際の前記光検出器での前記検出光の検出強度、および前記光検出器での前記参照光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記光検出器と前記参照用光源とは共通のユニットケースに保持されて受光ユニットを構成しているとともに、当該受光ユニットでは、前記参照用光源から出射された前記参照光を、強度を低下させた状態で前記光検出器に入射させることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源と前記検出光出射空間との間に遮光部が設けられてい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】
前記受光ユニットにおいて、前記光検出器は、前記参照用光源の出射光軸上からずれた位置に配置され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】
前記受光ユニットにおいて、前記光検出器と前記参照用光源との間には、前記参照用光源から出射された前記参照光の一部を通過させる開口部を備えた遮光部が設けられ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５】
前記開口部は、ピンホールであ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】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を前記光検出器に向けて導く反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を部分透過させるフィルターが設けられ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】
前記位置検出部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて交互に点灯させた際に前記光検出器での受光強度が等しくなるように前記参照用光源および前記検出用光源を駆動した結果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乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えていることを特徴とする位置検出機能付き機器。
【請求項１】
対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置であって、
検出光を出射する複数の検出用光源と、
前記検出光が出射される検出光出射空間に位置する前記対象物体により反射した前記検出光を検出する光検出器と、
前記検出光出射空間を介さずに前記光検出器に参照光を入射させる参照用光源と、
前記複数の検出用光源を順次点灯させた際の前記光検出器での前記検出光の検出強度、および前記光検出器での前記参照光の検出強度に基づいて前記検出光出射空間における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
前記光検出器と前記参照用光源とは共通のユニットケースに保持されて受光ユニットを構成しているとともに、当該受光ユニットでは、前記参照用光源から出射された前記参照光を、強度を低下させた状態で前記光検出器に入射させることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源と前記検出光出射空間との間に遮光部が設けられてい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】
前記受光ユニットにおいて、前記光検出器は、前記参照用光源の出射光軸上からずれた位置に配置され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】
前記受光ユニットにおいて、前記光検出器と前記参照用光源との間には、前記参照用光源から出射された前記参照光の一部を通過させる開口部を備えた遮光部が設けられ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５】
前記開口部は、ピンホールであ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】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を前記光検出器に向けて導く反射面が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記受光ユニットにおいて、前記参照用光源から前記光検出器に向かう光路の途中位置には、前記参照光を部分透過させるフィルターが設けられ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】
前記位置検出部は、前記参照用光源と、前記複数の検出用光源のうち、一部の検出用光源とを組み合わせを変えて交互に点灯させた際に前記光検出器での受光強度が等しくなるように前記参照用光源および前記検出用光源を駆動した結果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乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項９】
前記検出光は赤外光であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えていることを特徴とする位置検出機能付き機器。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１０８０１６（Ｐ２０１２−１０８０１６Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５７５６１（Ｐ２０１０−２５７５６１）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【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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