光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置
【課題】広い範囲にわたって対象物体の位置を検出することのできる光学式位置検出装置、および当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を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒに対して一方側には、光強度分布形成用の発光素子１２がＸ軸方向およびＹ軸方向に配列された光源ユニット１２０が配置されている。発光素子１２から出射された赤外光からなる位置検出光Ｌ２は、検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成するので、対象物体Ｏｂによって反射した検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出することができる。それ故、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【解決手段】光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒに対して一方側には、光強度分布形成用の発光素子１２がＸ軸方向およびＹ軸方向に配列された光源ユニット１２０が配置されている。発光素子１２から出射された赤外光からなる位置検出光Ｌ２は、検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成するので、対象物体Ｏｂによって反射した検出光Ｌ３を光検出器３０によって検出することができる。それ故、対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ことのできる光学式位置検出装置、および当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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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としては、例えば、２つのビーム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、対象物体で反射して検出光が透光部材を透過してきた成分を共通の光検出器で受光するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源のうち、一方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度と、他方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度とが等しくなるように２つのビーム源を制御した際の出射強度の比に基づいて対象物体の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここに本発明者は、検出領域内の対象物体の２次元座標、さらには３次元座標を検出可能な光学式位置検出装置を検討しているが、特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源から出射された検出光の空間的関係を利用する方式であるため、狭い範囲内の対象物体の位置しか検出することができないという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、広い範囲にわたって対象物体の位置を検出することのできる光学式位置検出装置、および当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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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光学式位置検出装置であって、互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、前記検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に配列され、前記検出領域に向けて検出光を出射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の点灯を制御して前記検出領域内に前記検出光の光強度分布を形成する光源駆動部と、前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学式位置検出装置では、検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に複数の発光素子が配列され、光源駆動部は、複数の発光素子の点灯を制御して検出領域内に検出光の光強度分布を形成する。また、光検出器は、検出領域内の対象物体により反射した検出光を検出する。従って、検出領域における位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて、広い範囲にわたって対象物体の位置を検出することができる。
【０００９】
本発明において、前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度分布と、を異なるタイミングで形成することが好ましい。このように構成すると、対象物体の二次元座標を検出することができる。
【００１０】
この場合、前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、前記Ｘ座標検出用光強度分布として、Ｘ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＸ座標検出用第１光強度分布と、Ｘ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＸ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成し、前記Ｙ座標検出用光強度分布として、Ｙ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＹ座標検出用第１光強度分布と、Ｙ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＹ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成することが好ましい。このように構成すると、Ｘ座標検出用第１光強度分布とＸ座標検出用第２光強度分布とによってＸ座標を検出することができ、Ｙ座標検出用第１光強度分布とＹ座標検出用第２光強度分布とによって第２方向の座標を検出することができる。従って、対象物体のＸ座標およびＹ座標を精度よく検出することができる。
【００１１】
本発明において、前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、前記複数の発光素子は、異なる前記グループに属する発光素子が異なるタイミングで前記光強度分布を形成することが好ましい。このように構成すると、発光素子は、複数のグループ毎に分割検出領域に光強度分布を形成する。このため、検出領域が広い場合でも、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、複数の分割検出領域の各々に対象物体が存在する場合でも、これら複数の対象物体の位置を検出することができる。さらに、対象物体が存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００１２】
本発明において、前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、前記光検出器は、前記複数の分割検出領域の各々に対して設けられている構成を採用することができる。このように構成すると、発光素子は、複数のグループ毎に分割検出領域に光強度分布を形成し、光検出器は、自身が対応する分割領域に存在する対象物体の位置を検出する。このため、検出領域が広い場合でも、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、複数の分割検出領域の各々に対象物体が存在する場合でも、これら複数の対象物体の位置を検出することができる。さらに、対象物体が存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００１３】
本発明において、前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正することが好ましい。この場合、検出領域の各位置において光検出器を介して実際に得られる受光強度と検出領域上の座標位置との関係を規定する関数の逆関数を用いて対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。また、位置検出部は、実際に得られる光強度分布が直線的な関係であると見做した場合の座標検出結果を補正するための補正情報を記憶しておき、かかる補正情報に基づいて、対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。
【００１４】
本発明において、前記発光素子は、前記検出光として赤外光を出射する発光ダイオードであることが好ましい。このように構成すると、検出光が視認されないという利点がある。また、発光ダイオードであれば、発散光を出射するので、光強度分布を形成するのに適している。
【００１５】
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、この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記検出領域のＸＹ平面に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示する画像生成装置を有している。かかる位置検出機能付き表示装置は、例えば、位置検出機能付き投射型表示装置等として構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【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位置検出を行なうための電気的構成を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出の原理を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置での信号処理内容を示す説明図である。
【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おける発光素子に対する制御内容を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で形成した検出光の光強度分布の説明図である。
【図８】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、差動を利用して対象物体のＺ座標を検出する原理を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【図１１】本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第１例を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第２例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での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。
【図１４】本発明を適用した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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、互いに交差する方向をＸ軸、Ｙ軸および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軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。さらに、以下の説明で参照する図においては、表示用発光素子や位置検出用光源を認識しやすいように、それらの数を変更してある。
【００１８】
［実施の形態１］
（光学式位置検出装置の要部の構成）
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模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および発光素子を通る位置で光学式位置検出装置を切断したときの縦断面図である。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において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【００１９】
図１および図２に示す光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面に拡がる光源ユニット１２０を備えており、光源ユニット１２０において入力操作が行われる表面側１２０ａにはシート状あるいは板状の透光部材１９が被せられている。本形態の光学式位置検出装置１０では、透光部材１９の表面側１９ａに検出領域１０Ｒが設定されており、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する機能を有している。
【００２０】
光源ユニット１２０において、基板１２１上には、検出領域１０Ｒに向けて検出光Ｌ２を出射して光強度分布を形成する複数の光強度分布形成用の発光素子１２がＸ軸方向およびＹ軸方向に配列されており、かかる発光素子１２は、検出領域１０Ｒに対するＺ軸方向の一方側に位置する。また、検出領域１０Ｒの側方には光検出器３０が設けられている。本形態において、光検出器３０は、検出領域１０ＲにおいてＸ軸方向に延在する辺の略中央に相当する位置に設けられている。
【００２１】
本形態において、光強度分布形成用の発光素子１２は発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、検出領域１０Ｒに対して赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として出射する。ここで、検出光Ｌ２は、指やタッチペン等の対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、対象物体Ｏｂが指等の人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線（例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。本形態では、いずれの発光素子１２もピーク波長が８５０ｎｍ付近の波長域にある赤外光を出射する。
【００２２】
光検出器３０は、赤外帯域に感度ピークを備えたフォトダイオードやフォトトランジスターからなる。本形態において、光検出器３０はフォトダイオードからなり、ＸＹ平面に沿う方向に受光部３１を向けている。従って、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出可能である。
【００２３】
また、本形態の光学式位置検出装置１０は、Ｚ座標を検出する際の外光の影響等をキャンセルすることを目的に、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２と同様、赤外光を出射する発光ダイオードにより構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを放出する。但し、参照用の発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００２４】
ここで、参照光Ｌ２ｒは、後述するように差動を利用してＺ座標を検出するのに用いられる他、発光素子１２の駆動条件を設定する際のモニター用にも利用される。すなわち、発光素子１２の駆動条件を設定する際、発光素子１２を点灯させて光検出器３０でモニターすればよいが、対象物体Ｏｂが存在しない状態では、発光素子１２を点灯させても検出光Ｌ２が光検出器３０に入射しない。従って、発光素子１２を点灯させる際、同一の条件で参照用の発光素子１２Ｒを発光させれば、発光素子１２に対する駆動条件に対応する強度の参照光Ｌ２ｒが光検出器３０でモニターされることになる。
【００２５】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
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において位置検出を行なうための電気的構成を模式的に示す説明図である。
【００２６】
図３に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、光強度分布形成用の発光素子１２および参照用の発光素子１２Ｒを駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する位置検出部５０とを備えている。光源駆動部１４は、複数の発光素子１２および参照用の発光素子１２Ｒの各々に対応する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２の各々における点灯を制御する光源制御部１４５とを備えている。
【００２７】
位置検出部５０は、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出するＸ座標検出部５１と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置（Ｙ座標）を検出するＹ座標検出部５２と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置（Ｚ座標）を検出するＺ座標検出部５３とを備えている。また、位置検出部５０は、光検出器３０での検出信号を処理する信号処理部５５を備えており、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３は、信号処理部５５によって得た信号に基づいて座標検出を行なう。なお、光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、発光素子１２に対する駆動と、位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。
【００２８】
（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、位置検出部５０は、検出領域１０Ｒに形成した検出光Ｌ２の光強度分布を利用して対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図４を参照して、光強度分布の構成および座標検出の原理を説明する。
【００２９】
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で用いた位置検出の原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、検出光Ｌ２のＸ軸方向の光強度分布を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出値を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出値が等しくなるように検出光Ｌ２の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００３０】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、後述するように、発光素子１２から検出光Ｌ２を出射する際、複数の発光素子１２での発光量のバランス等によって検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。例えば、Ｘ座標を検出する際には、光源駆動部１４は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。好ましくは、光源駆動部１４は、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。かかる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において、Ｙ軸方向では強度が一定である。この状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光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期間に形成する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期間に形成するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂについては予め、設定した分布にしてあるので、以下の方法等により、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００３１】
例えば、第１の方法では、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差が利用される。より具体的には、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は予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出部５１は、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、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の差を求める際、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。なお、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂとの比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。
【００３２】
次に、第２の方法は、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図４（ｂ）に示す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がＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。第２の方法を採用する場合、光源駆動部１４は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座標検出用第２期間とを交互に設定し、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとを交互に形成する。
【００３３】
まず、図４（ｂ）に示すように、光源駆動部１４は、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と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、Ｘ座標検出部５１は、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することを検出することができる。
【００３４】
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、光源駆動部１４は、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整する。そして、光源駆動部１４は、図４（ｃ）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。その結果、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とが等しくなれば、Ｘ座標検出部５１は、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子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発光素子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。
【００３５】
なお、上記の第２の方法では、光源駆動部１４が、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、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の双方を変化させたが、一方の光強度分布のみを変化させてもよい。
【００３６】
上記の方法１、２は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する場合にも適用することができる。すなわち、光源駆動部１４は、Ｘ座標の検出と同様に、Ｙ座標検出用第１期間において、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第１光強度分布を形成した後、Ｙ座標検出用第２期間において、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第２光強度分布を形成する。従って、Ｙ座標検出部５２は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００３７】
また、Ｚ座標検出期間において、Ｚ軸方向の光強度分布を形成すれば、Ｚ座標検出部５３は、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。その際、Ｚ軸方向の光強度分布と参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとの差動を利用すれば、Ｚ座標検出部５３は、図４（ｂ）を参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００３８】
上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の位置情報を取得するにあたって、例えば、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図５を参照して以下に説明するように、論理回路等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。
【００３９】
（位置検出部５０の構成例）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０での信号処理内容を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。なお、Ｘ座標およびＹ座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではＸ座標を求める場合のみを説明する。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間では可変抵抗１１１を介して複数の発光素子１２の各々に所定電流値の駆動パルスを印加し、Ｘ座標検出用第２期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して複数の発光素子１２の各々に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座標検出用第２期間とでは、発光素子１２に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、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を形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光されるとともに、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を形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。
【００４１】
かかる光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器３０に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器３０に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。
【００４２】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。
【００４３】
位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター１９２によって、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０による検出光Ｌ２の位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、検出光Ｌ２は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。
【００４４】
また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出用信号分離回路１７０に出力される。
【００４５】
位置検出用信号分離回路１７０は、Ｘ座標検出用第１期間において発光素子１２に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０から発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００４６】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図５（ｂ）に示す処理を行ない、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように光源駆動回路１４０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路１８０は、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第１期間での発光素子１２からの出射光量を高める。また、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第２期間の出射光量を高める。
【００４７】
このようにして、光学式位置検出装置１０では位置検出部５０の発光強度補償指令回路１８０によって、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間での光検出器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２の制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号ＶｇとしてＸ座標検出部５１に出力すれば、Ｘ座標検出部５１は、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標を得ることができる。また、同様な原理を利用すれば、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標を得ることができる。
【００４８】
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
【００４９】
（Ｘ座標検出動作）
図６および図７を参照して、本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する動作を説明する。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における発光素子１２に対する制御内容を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際の制御内容を示す説明図であり、図６（ｃ）、（ｄ）は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する際の制御内容を示す説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で形成した検出光の光強度分布の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際のＸ座標検出用光強度分布の説明図であり、図７（ｃ）、（ｄ）は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する際のＹ座標検出用光強度分布の説明図である。
【００５０】
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出するには、以下に説明するＸ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間によってＸ座標を検出し、Ｙ座標検出用第１期間およびＹ座標検出用第２期間によってＹ座標を検出する。さらに、本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｚ座標検出期間によってＺ座標を検出する。ここで、Ｘ座標検出用第１期間〜Ｚ座標検出期間の各時間は例えば数ｍｓｅｃ程度である。
【００５１】
より具体的には、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸ座標を検出するには、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ａ）に示すように、複数の発光素子１２のうち、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｙ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｙ軸方向では強度が一定である。かかるＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５２】
次に、Ｘ座標検出用第２期間においては、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｂ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間とは逆に、複数の発光素子１２のうち、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｙ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｙ軸方向では強度が一定である。かかるＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５３】
従って、Ｘ座標検出用第１期間において光検出器３０で検出された光量と、Ｘ座標検出用第２期間において光検出器３０で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部５０の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での検出結果、およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００５４】
（Ｙ座標検出動作）
検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＹ座標を検出するには、まず、Ｙ座標検出用第１期間において、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｃ）に示すように、複数の発光素子１２のうち、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｘ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｘ軸方向では強度が一定である。かかるＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５５】
次に、Ｙ座標検出用第２期間においては、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｄ）に示すように、Ｙ座標検出用第１期間とは逆に、複数の発光素子１２のうち、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｘ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｘ軸方向では強度が一定である。かかるＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５６】
従って、Ｙ座標検出用第１期間において光検出器３０で検出された光量と、Ｙ座標検出用第２期間において光検出器３０で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部５０の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での検出結果、およびＹ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００５７】
（Ｚ座標検出動作）
図８は、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、差動を利用して対象物体ＯｂのＺ座標を検出する原理を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の光強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度と参照光とが等しくなるように検出光の光強度分布を調整した様子を示す説明図である。
【００５８】
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＺ座標を検出するには、発光素子１２の全てを点灯させる。その結果、画像表示領域２０ＲからＺ軸方向に離間する方向に向けて検出光Ｌ２の強度が単調減少する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軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｚ座標検出用光強度分布における検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３は、Ｚ座標検出期間における光検出器３０の検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００５９】
また、Ｚ軸方向の光強度分布と参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとの差動を利用すれば、図８を参照して以下に説明するように、Ｚ座標検出部５３は、図４（ｂ）を参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００６０】
本形態の光学式位置検出装置１０においてＺ座標を検出する際に、検出光検出期間において全ての発光素子１２が点灯すると、図８（ａ）に示すように、検出領域１０Ｒには、Ｚ軸方向で強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚが形成される。本形態において、Ｚ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚでは、光源ユニット１２０から離間するに従って強度が直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２を点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、反射した検出光Ｌ３の一部が光検出器３０により検出される。ここで、光検出器３０での検出光Ｌ２の受光強度ＬＺは、Ｚ座用検出用光強度分布Ｌ２Ｚにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度に比例する。
【００６１】
これに対して、参照光検出期間において参照用の発光素子１２Ｒが点灯すると、発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図８（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。図８（ａ）に示す例では、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂが光源ユニット１２０に接近した位置にあるときに光検出器３０が検出光Ｌ２を検出したときの強度に一致させてある。
【００６２】
このようなＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚや参照光Ｌ２ｒを用いれば、図４（ｂ）を参照して説明した第２の方法と同様な原理により、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、検出光検出期間における光検出器３０での検出値ＬＺと、参照光検出期間における光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２に対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００６３】
（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、発光素子１２が検出光Ｌ２を出射すると、検出光Ｌ２は検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成する。従って、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂによって検出光Ｌ２が反射すると、かかる光は、光検出器３０によって検出される。従って、検出領域１０Ｒ内での位置と検出光Ｌ２の強度との関係を予め把握しておけば、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。それ故、発光素子１２や光検出器３０の数にかかわらず、高い分解能をもって対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。また、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されることもない。
【００６４】
また、光源駆動部１４は、Ｘ軸方向でずれた位置に設けられた発光素子１２の間で発光量を相違させることにより、互いに逆向きのＸ座標検出用光強度分布（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）を形成するので、対象物体ＯｂのＸ座標を確実に検出することができる。また、光源駆動部１４は、Ｙ軸方向でずれた位置に設けられた発光素子１２の間で発光量を相違させることにより、互いに逆向きのＹ座標検出用光強度分布（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）を形成するので、対象物体ＯｂのＹ座標を確実に検出することができる。
【００６５】
さらに、発光素子１２は発光ダイオードであるため、赤外ランプ等、大型で高価な光源を用いる必要がないので、小型かつ安価な光学式位置検出装置１０を実現することができる。また、発光ダイオードであれば、発散光を出射するので、光強度分布を形成するのに適している。
【００６６】
［実施の形態２］
上記実施の形態１では、１つの検出領域１０Ｒ全体に対して共通の発光素子１２および共通の光検出器３０で位置検出を行う構成であったが、本形態のように、検出領域１０Ｒを複数に分割し、各々の領域に存在する対象物体Ｏｂを検出するように構成してもよい。
【００６７】
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において検出領域１０Ｒと重なる領域に発光素子１２が配列されている様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００６８】
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と同様、光源ユニット１２０では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に光強度分布形成用の発光素子１２が配置されている。ここで、複数の発光素子１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、発光素子１２が複数属する複数のグループに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループに対応する複数の分割検出領域に分割されている。本形態において、複数の発光素子１２は、長手方向に相当するＸ軸方向において、発光素子１２が複数属する２つのグループ１２Ａ、１２Ｂに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループ１２Ａ、１２Ｂに対応する２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに分割されている。なお、光検出器３０は、２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。
【００６９】
このように構成した光学式位置検出装置１０においては、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が異なるタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成する。より具体的には、まず、グループ１２Ａの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０は、分割検出領域１０Ｒａにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒａに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。次に、グループ１２Ｂの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０は、分割検出領域１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒｂに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７０】
それ故、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒが広い場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。また、光学式位置検出装置１０は、複数の分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対象物体Ｏｂが存在する場合でも、これら複数の対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。さらに、対象物体Ｏｂが存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子１２を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００７１】
［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０において検出領域１０Ｒと重なる領域に発光素子１２が配列されている様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００７２】
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と同様、光源ユニット１２０では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に光強度分布形成用の発光素子１２が配置されている。ここで、複数の発光素子１２は、実施の形態２と同様、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、発光素子１２が複数属する複数のグループに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループに対応する複数の分割検出領域に分割されている。本形態において、複数の発光素子１２は、長手方向に相当するＸ軸方向において、発光素子１２が複数属する２つのグループ１２Ａ、１２Ｂに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループ１２Ａ、１２Ｂに対応する２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに分割されている。
【００７３】
ここで、光検出器３０は、２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対して、光検出器３０Ａ、３０Ｂとして設けられている。本形態において、光検出器３０Ａ、３０Ｂは、検出領域１０ＲにおいてＸ軸方向に延在する辺の略中央（特定位置）で互いに異なる方向に向くように配置されている。このため、光検出器３０Ａは、分割検出領域１０Ｒａに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出し、光検出器３０Ｂは、分割検出領域１０Ｒｂに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。
【００７４】
このように構成した光学式位置検出装置１０においては、実施の形態２と同様、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が異なるタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成する。
【００７５】
ここで、本形態の光学式位置検出装置１０は、分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに対応する２つの光検出器３０Ａ、３０Ｂを備えている。従って、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が同一のタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成してもよい。より具体的には、グループ１２Ａの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０Ａは、分割検出領域１０Ｒａにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒａに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７６】
このような検出動作に同時並行的に、グループ１２Ｂの発光素子１２は、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０Ｂは、分割検出領域１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒｂに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７７】
それ故、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒが広い場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。また、光学式位置検出装置１０は、複数の分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対象物体Ｏｂが存在する場合でも、これら複数の対象物体Ｏｂの位置を同時に検出することができる。さらに、対象物体Ｏｂが存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子１２を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００７８】
［誤差補正方法］
次に、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で採用することのできる誤差方法を説明する。
【００７９】
（誤差補正方法の第１例）
図１１は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第１例を示す説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、Ｘ座標位置を補正するための説明図、およびＹ座標位置を補正するための説明図、および座標位置の求め方を示す説明図である。
【００８０】
本形態の光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際には、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向で単調減少し、Ｙ軸方向で一定なＸ座標検出用光強度分布を利用する。しかしながら、実際には、図１１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向で強度が変化していることがある。また、図１１（ｂ）に示すように、Ｙ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向で強度が変化していることがある。その結果、対象物体Ｏｂの位置を検出すると、歪んだ検出領域１０Ｒ上での位置を検出してしまう。そこで、本形態では、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られた結果と検出領域１０Ｒ上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を、図３に示す位置検出部５０の記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、位置検出部５０は、記憶部に記憶されている関数またはその逆関数を用い、当該逆関数および光検出器３０を介して得られた受光強度に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を判定する。
【００８１】
かかる補正方法を、図１１を参照して説明するにあたって、その基本原理を理解しやすいように、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られる受光強度自身に以下に説明する補正を行なうものとする。
【００８２】
本例では、まず、光量分布を規定する曲線の関数
ｆ（ｘ、ｙ）
を求めておき、その逆関数
ｆ-1（ｐ）
ｐ＝光量（光検出器３０を介して得られる結果）
を記憶部に記憶しておく。
【００８３】
そして、対象物体ＯｂのＸ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが４であれば、逆関数ｆ-1（４）を求める。かかる結果は、図１１（ａ）に太線ＬＸで表される。
【００８４】
次に、対象物体ＯｂのＹ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが７．５であれば、逆関数ｆ-1（７．５）を求める。かかる結果は、図１１（ｂ）に太線ＬＹで表される。
【００８５】
従って、図１１（ｃ）に示すように、図１１（ａ）に示す太線ＬＸと、図１１（ｂ）に示す太線ＬＹとをＸＹ座標に投影した際の交点Ｏが対象物体Ｏｂの位置となる。かかる方法で求めた対象物体Ｏｂの位置は、検出領域１０Ｒにおける光強度分布の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正した真の位置である。それ故、本形態によれば、対象物体Ｏｂの位置を正確に判定することができる。
【００８６】
なお、本形態では、逆関数ｆ-1（ｐ）を記憶部に記憶させておいたが、ｆ（ｘ、ｙ）自身を記憶部に記憶させておいてもよい。
【００８７】
（誤差補正方法の第２例）
図１２は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第２例を示す説明図である。本形態においては、図３に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＸ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置を判定する。その結果、図１２（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１２（ｂ）に示すように、Ｘ方向については補正された形状とすることができる。また、対象物体ＯｂのＹ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＹ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置を判定する。その結果、図１２（ｂ）に示すように、Ｙ方向で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１２（ｃ）に示すように補正することができる。
【００８８】
なお、本形態では、補正情報としては、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。
【００８９】
（誤差補正方法の第３例）
図１３は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。本形態においても、第２例と同様、図３に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸＹ座標を判定する際には、まず、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件でのＸ座標およびＹ座標を算出する。次に、上記のＸ座標およびＹ座標と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を判定する。その結果、図１３（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１３（ｂ）に示すように補正することができる。
【００９０】
なお、本形態では、補正情報としては、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。
【００９１】
［光学式位置検出装置１０の利用例］
上記実施の形態に係る光学式位置検出装置１０は、タッチパネルや電子黒板等に用いることができる他、以下に説明する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。
【００９２】
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の構成を模式的に示す説明図であり、図１４（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、以下に説明する位置検出機能付き表示装置において光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態で説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００９３】
図１４（ａ）、（ｂ）に示す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２００を備えた投射型表示装置であり、画像投射装置２００は、筐体２５０の前面部２０１に設けられた投射レンズ２１０からスクリーン部材２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。ここで、スクリーン部材２９０は、図１に示す透光部材１９に相当する。
【００９４】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００は、画像が投射される前方空間（スクリーン部材２９０の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定する入力情報として扱い、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。
【００９５】
かかる位置検出機能を実現することを目的に、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、実施の形態１〜３で説明した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の検出領域１０Ｒは、画像投射装置２００による画像表示領域２０ＲとＺ軸方向で重なっている。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２９０ｓとは反対側の裏面２９０ｔの側に光源ユニット１２０を備えている。また、光検出器３０は、スクリーン面２９０ｓ（ＸＹ平面）に沿う方向に受光部３１を向けている。従って、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出可能である。
【００９６】
ここで、スクリーン部材２９０は、スクリーン面２９０ｓ側に白色のスクリーンを備えており、かかるスクリーンとしては、スクリーン面２９０ｓ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を用いることができる。また、スクリーンとしては、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を用いることができる。さらに、スクリーンとしては、スクリーン面２９０ｓ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や、スクリーン面２９０ｓ側に細かいガラス粉末が塗布して光の反射率を高めたピーススクリーンを用いることもできる。いずれの場合も、スクリーンは、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、スクリーンに表示される画像の品位を高めることを目的に、スクリーンの裏面２９０ｔ側に黒色の遮光層を備えている場合があり、このような場合には、遮光層には穴からなる透光部を複数形成しておけば、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構成となる。
【００９７】
従って、光学式位置検出装置１０において、光強度分布形成用の発光素子１２は検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成することができ、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１２・・光強度分布形成用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、１４・・光源駆動部、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、Ｏｂ・・対象物体
【技術分野】
【０００１】
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ことのできる光学式位置検出装置、および当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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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としては、例えば、２つのビーム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、対象物体で反射して検出光が透光部材を透過してきた成分を共通の光検出器で受光するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源のうち、一方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度と、他方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度とが等しくなるように２つのビーム源を制御した際の出射強度の比に基づいて対象物体の位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３４５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここに本発明者は、検出領域内の対象物体の２次元座標、さらには３次元座標を検出可能な光学式位置検出装置を検討しているが、特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源から出射された検出光の空間的関係を利用する方式であるため、狭い範囲内の対象物体の位置しか検出することができないという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、広い範囲にわたって対象物体の位置を検出することのできる光学式位置検出装置、および当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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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光学式位置検出装置であって、互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、前記検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に配列され、前記検出領域に向けて検出光を出射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の点灯を制御して前記検出領域内に前記検出光の光強度分布を形成する光源駆動部と、前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学式位置検出装置では、検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に複数の発光素子が配列され、光源駆動部は、複数の発光素子の点灯を制御して検出領域内に検出光の光強度分布を形成する。また、光検出器は、検出領域内の対象物体により反射した検出光を検出する。従って、検出領域における位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて、広い範囲にわたって対象物体の位置を検出することができる。
【０００９】
本発明において、前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度分布と、を異なるタイミングで形成することが好ましい。このように構成すると、対象物体の二次元座標を検出することができる。
【００１０】
この場合、前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、前記Ｘ座標検出用光強度分布として、Ｘ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＸ座標検出用第１光強度分布と、Ｘ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＸ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成し、前記Ｙ座標検出用光強度分布として、Ｙ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＹ座標検出用第１光強度分布と、Ｙ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＹ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成することが好ましい。このように構成すると、Ｘ座標検出用第１光強度分布とＸ座標検出用第２光強度分布とによってＸ座標を検出することができ、Ｙ座標検出用第１光強度分布とＹ座標検出用第２光強度分布とによって第２方向の座標を検出することができる。従って、対象物体のＸ座標およびＹ座標を精度よく検出することができる。
【００１１】
本発明において、前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、前記複数の発光素子は、異なる前記グループに属する発光素子が異なるタイミングで前記光強度分布を形成することが好ましい。このように構成すると、発光素子は、複数のグループ毎に分割検出領域に光強度分布を形成する。このため、検出領域が広い場合でも、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、複数の分割検出領域の各々に対象物体が存在する場合でも、これら複数の対象物体の位置を検出することができる。さらに、対象物体が存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００１２】
本発明において、前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、前記光検出器は、前記複数の分割検出領域の各々に対して設けられている構成を採用することができる。このように構成すると、発光素子は、複数のグループ毎に分割検出領域に光強度分布を形成し、光検出器は、自身が対応する分割領域に存在する対象物体の位置を検出する。このため、検出領域が広い場合でも、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、複数の分割検出領域の各々に対象物体が存在する場合でも、これら複数の対象物体の位置を検出することができる。さらに、対象物体が存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００１３】
本発明において、前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正することが好ましい。この場合、検出領域の各位置において光検出器を介して実際に得られる受光強度と検出領域上の座標位置との関係を規定する関数の逆関数を用いて対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。また、位置検出部は、実際に得られる光強度分布が直線的な関係であると見做した場合の座標検出結果を補正するための補正情報を記憶しておき、かかる補正情報に基づいて、対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。
【００１４】
本発明において、前記発光素子は、前記検出光として赤外光を出射する発光ダイオードであることが好ましい。このように構成すると、検出光が視認されないという利点がある。また、発光ダイオードであれば、発散光を出射するので、光強度分布を形成するのに適している。
【００１５】
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、この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記検出領域のＸＹ平面に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示する画像生成装置を有している。かかる位置検出機能付き表示装置は、例えば、位置検出機能付き投射型表示装置等として構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【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位置検出を行なうための電気的構成を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明を適用した光学式位置検出装置で用いた位置検出の原理を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した光学式位置検出装置での信号処理内容を示す説明図である。
【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おける発光素子に対する制御内容を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で形成した検出光の光強度分布の説明図である。
【図８】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、差動を利用して対象物体のＺ座標を検出する原理を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【図１１】本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第１例を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第２例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での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。
【図１４】本発明を適用した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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、互いに交差する方向をＸ軸、Ｙ軸および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軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。さらに、以下の説明で参照する図においては、表示用発光素子や位置検出用光源を認識しやすいように、それらの数を変更してある。
【００１８】
［実施の形態１］
（光学式位置検出装置の要部の構成）
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模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、光学式位置検出装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および発光素子を通る位置で光学式位置検出装置を切断したときの縦断面図である。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において検出領域と重なる領域に発光素子が配列されている様子を模式的に示す説明図である。
【００１９】
図１および図２に示す光学式位置検出装置１０は、ＸＹ平面に拡がる光源ユニット１２０を備えており、光源ユニット１２０において入力操作が行われる表面側１２０ａにはシート状あるいは板状の透光部材１９が被せられている。本形態の光学式位置検出装置１０では、透光部材１９の表面側１９ａに検出領域１０Ｒが設定されており、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出する機能を有している。
【００２０】
光源ユニット１２０において、基板１２１上には、検出領域１０Ｒに向けて検出光Ｌ２を出射して光強度分布を形成する複数の光強度分布形成用の発光素子１２がＸ軸方向およびＹ軸方向に配列されており、かかる発光素子１２は、検出領域１０Ｒに対するＺ軸方向の一方側に位置する。また、検出領域１０Ｒの側方には光検出器３０が設けられている。本形態において、光検出器３０は、検出領域１０ＲにおいてＸ軸方向に延在する辺の略中央に相当する位置に設けられている。
【００２１】
本形態において、光強度分布形成用の発光素子１２は発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、検出領域１０Ｒに対して赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として出射する。ここで、検出光Ｌ２は、指やタッチペン等の対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、対象物体Ｏｂが指等の人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線（例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。本形態では、いずれの発光素子１２もピーク波長が８５０ｎｍ付近の波長域にある赤外光を出射する。
【００２２】
光検出器３０は、赤外帯域に感度ピークを備えたフォトダイオードやフォトトランジスターからなる。本形態において、光検出器３０はフォトダイオードからなり、ＸＹ平面に沿う方向に受光部３１を向けている。従って、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出可能である。
【００２３】
また、本形態の光学式位置検出装置１０は、Ｚ座標を検出する際の外光の影響等をキャンセルすることを目的に、光検出器３０に向けて参照光Ｌ２ｒを出射する参照用の発光素子１２Ｒも備えている。参照用の発光素子１２Ｒも、位置検出用の発光素子１２と同様、赤外光を出射する発光ダイオードにより構成され、発光素子１２Ｒは、赤外光からなる参照光Ｌ２ｒを放出する。但し、参照用の発光素子１２Ｒには遮光カバー（図示せず）が設けられており、参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、透光部材４０の第１面４１側（検出領域１０Ｒ）に入射しないようになっている。
【００２４】
ここで、参照光Ｌ２ｒは、後述するように差動を利用してＺ座標を検出するのに用いられる他、発光素子１２の駆動条件を設定する際のモニター用にも利用される。すなわち、発光素子１２の駆動条件を設定する際、発光素子１２を点灯させて光検出器３０でモニターすればよいが、対象物体Ｏｂが存在しない状態では、発光素子１２を点灯させても検出光Ｌ２が光検出器３０に入射しない。従って、発光素子１２を点灯させる際、同一の条件で参照用の発光素子１２Ｒを発光させれば、発光素子１２に対する駆動条件に対応する強度の参照光Ｌ２ｒが光検出器３０でモニターされることになる。
【００２５】
（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
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において位置検出を行なうための電気的構成を模式的に示す説明図である。
【００２６】
図３に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０は、光強度分布形成用の発光素子１２および参照用の発光素子１２Ｒを駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出する位置検出部５０とを備えている。光源駆動部１４は、複数の発光素子１２および参照用の発光素子１２Ｒの各々に対応する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の発光素子１２の各々における点灯を制御する光源制御部１４５とを備えている。
【００２７】
位置検出部５０は、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置（Ｘ座標）を検出するＸ座標検出部５１と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置（Ｙ座標）を検出するＹ座標検出部５２と、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置（Ｚ座標）を検出するＺ座標検出部５３とを備えている。また、位置検出部５０は、光検出器３０での検出信号を処理する信号処理部５５を備えており、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３は、信号処理部５５によって得た信号に基づいて座標検出を行なう。なお、光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、発光素子１２に対する駆動と、位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。
【００２８】
（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、位置検出部５０は、検出領域１０Ｒに形成した検出光Ｌ２の光強度分布を利用して対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図４を参照して、光強度分布の構成および座標検出の原理を説明する。
【００２９】
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で用いた位置検出の原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、検出光Ｌ２のＸ軸方向の光強度分布を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出値を示す説明図、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３の光検出器３０での検出値が等しくなるように検出光Ｌ２の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。
【００３０】
本形態の光学式位置検出装置１０においては、後述するように、発光素子１２から検出光Ｌ２を出射する際、複数の発光素子１２での発光量のバランス等によって検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布が形成される。例えば、Ｘ座標を検出する際には、光源駆動部１４は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が単調減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。好ましくは、光源駆動部１４は、Ｘ座標検出用第１期間において、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した後、Ｘ座標検出用第２期間において、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって強度が直線的に減少していくＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。かかる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において、Ｙ軸方向では強度が一定である。この状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより検出光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期間に形成する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期間に形成するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂについては予め、設定した分布にしてあるので、以下の方法等により、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００３１】
例えば、第１の方法では、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差が利用される。より具体的には、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は予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出部５１は、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、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の差を求める際、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。なお、Ｘ座標検出部５１は、光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂとの比に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。
【００３２】
次に、第２の方法は、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、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を形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図４（ｂ）に示す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がＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。第２の方法を採用する場合、光源駆動部１４は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座標検出用第２期間とを交互に設定し、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとを交互に形成する。
【００３３】
まず、図４（ｂ）に示すように、光源駆動部１４は、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と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、Ｘ座標検出部５１は、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することを検出することができる。
【００３４】
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、光源駆動部１４は、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整する。そして、光源駆動部１４は、図４（ｃ）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。その結果、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とが等しくなれば、Ｘ座標検出部５１は、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子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発光素子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。
【００３５】
なお、上記の第２の方法では、光源駆動部１４が、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整して、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の双方を変化させたが、一方の光強度分布のみを変化させてもよい。
【００３６】
上記の方法１、２は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する場合にも適用することができる。すなわち、光源駆動部１４は、Ｘ座標の検出と同様に、Ｙ座標検出用第１期間において、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第１光強度分布を形成した後、Ｙ座標検出用第２期間において、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第２光強度分布を形成する。従って、Ｙ座標検出部５２は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００３７】
また、Ｚ座標検出期間において、Ｚ軸方向の光強度分布を形成すれば、Ｚ座標検出部５３は、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。その際、Ｚ軸方向の光強度分布と参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとの差動を利用すれば、Ｚ座標検出部５３は、図４（ｂ）を参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００３８】
上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の位置情報を取得するにあたって、例えば、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図５を参照して以下に説明するように、論理回路等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。
【００３９】
（位置検出部５０の構成例）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０での信号処理内容を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の位置検出部５０の説明図、および位置検出部５０の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部５０は、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。なお、Ｘ座標およびＹ座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではＸ座標を求める場合のみを説明する。
【００４０】
図５（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間では可変抵抗１１１を介して複数の発光素子１２の各々に所定電流値の駆動パルスを印加し、Ｘ座標検出用第２期間では可変抵抗１１２および反転回路１１３を介して複数の発光素子１２の各々に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路１４０は、Ｘ座標検出用第１期間とＸ座標検出用第２期間とでは、発光素子１２に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、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を形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光されるとともに、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を形成した際の検出光Ｌ２が対象物体Ｏｂで反射した光が共通の光検出器３０で受光される。光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０には、１ｋΩ程度の抵抗３０ｒが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Ｖｂが印加されている。
【００４１】
かかる光強度信号生成回路１５０において、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１には、位置検出部５０が電気的に接続されている。光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ30／（Ｖ30＋抵抗３０ｒの抵抗値）
Ｖ30：光検出器３０の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器３０に入射しない場合と、環境光が光検出器３０に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器３０に入射している場合には、検出信号Ｖｃのレベルおよび振幅が大きくなる。
【００４２】
位置検出部５０は概ね、位置検出用信号抽出回路１９０、位置検出用信号分離回路１７０、および発光強度補償指令回路１８０を備えている。
【００４３】
位置検出用信号抽出回路１９０は、１ｎＦ程度のキャパシタからなるフィルター１９２を備えており、かかるフィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター１９２によって、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０による検出光Ｌ２の位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、検出光Ｌ２は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター１９２によって除去される。
【００４４】
また、位置検出用信号抽出回路１９０は、フィルター１９２の後段に、２２０ｋΩ程度の帰還抵抗１９４を備えた加算回路１９３を有しており、フィルター１９２によって抽出された位置検出信号Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｂの１／２倍の電圧Ｖ／２に重畳された位置検出信号Ｖｓとして位置検出用信号分離回路１７０に出力される。
【００４５】
位置検出用信号分離回路１７０は、Ｘ座標検出用第１期間において発光素子１２に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行なうスイッチ１７１と、比較器１７２と、比較器１７２の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ１７３とを備えている。このため、位置検出信号Ｖｓが位置検出用信号分離回路１７０に入力されると、位置検出用信号分離回路１７０から発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが交互に出力される。
【００４６】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図５（ｂ）に示す処理を行ない、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるように光源駆動回路１４０に制御信号Ｖｆを出力する。すなわち、発光強度補償指令回路１８０は、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１１の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第１期間での発光素子１２からの出射光量を高める。また、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａより低い場合、発光強度補償指令回路１８０は、可変抵抗１１２の抵抗値を下げさせてＸ座標検出用第２期間の出射光量を高める。
【００４７】
このようにして、光学式位置検出装置１０では位置検出部５０の発光強度補償指令回路１８０によって、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間での光検出器３０による検出量が同一となるように、発光素子１２の制御量（電流量）を制御する。従って、発光強度補償指令回路１８０には、Ｘ座標検出用第１期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、Ｘ座標検出用第２期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂとが同一レベルとなるような発光素子１２に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号ＶｇとしてＸ座標検出部５１に出力すれば、Ｘ座標検出部５１は、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＸ座標を得ることができる。また、同様な原理を利用すれば、検出領域１０Ｒにおける対象物体ＯｂのＹ座標を得ることができる。
【００４８】
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路１９０において、フィルター１９２は、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Ｖｄを抽出する。このため、光検出器３０と抵抗３０ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
【００４９】
（Ｘ座標検出動作）
図６および図７を参照して、本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する動作を説明する。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における発光素子１２に対する制御内容を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際の制御内容を示す説明図であり、図６（ｃ）、（ｄ）は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する際の制御内容を示す説明図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で形成した検出光の光強度分布の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際のＸ座標検出用光強度分布の説明図であり、図７（ｃ）、（ｄ）は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する際のＹ座標検出用光強度分布の説明図である。
【００５０】
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出するには、以下に説明するＸ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間によってＸ座標を検出し、Ｙ座標検出用第１期間およびＹ座標検出用第２期間によってＹ座標を検出する。さらに、本形態の光学式位置検出装置１０においては、Ｚ座標検出期間によってＺ座標を検出する。ここで、Ｘ座標検出用第１期間〜Ｚ座標検出期間の各時間は例えば数ｍｓｅｃ程度である。
【００５１】
より具体的には、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸ座標を検出するには、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ａ）に示すように、複数の発光素子１２のうち、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｙ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第１座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｙ軸方向では強度が一定である。かかるＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５２】
次に、Ｘ座標検出用第２期間においては、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｂ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間とは逆に、複数の発光素子１２のうち、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｙ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第１座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｙ軸方向では強度が一定である。かかるＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５３】
従って、Ｘ座標検出用第１期間において光検出器３０で検出された光量と、Ｘ座標検出用第２期間において光検出器３０で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部５０の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での検出結果、およびＸ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。
【００５４】
（Ｙ座標検出動作）
検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＹ座標を検出するには、まず、Ｙ座標検出用第１期間において、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｃ）に示すように、複数の発光素子１２のうち、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｘ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第２座標検出用第１光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｘ軸方向では強度が一定である。かかるＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５５】
次に、Ｙ座標検出用第２期間においては、図３に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が光源駆動回路１４０を介して発光素子１２を制御し、図６（ｄ）に示すように、Ｙ座標検出用第１期間とは逆に、複数の発光素子１２のうち、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向けて発光素子１２での発光量を低下させる。その際、Ｘ軸方向で並ぶ発光素子１２においては発光量が等しい。その結果、図７（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Ｌ２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座標検出用光強度分布／第２座標検出用第２光強度分布）が形成される。本形態の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ており、Ｘ軸方向では強度が一定である。かかるＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有しているため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。
【００５６】
従って、Ｙ座標検出用第１期間において光検出器３０で検出された光量と、Ｙ座標検出用第２期間において光検出器３０で検出された光量との差あるいは比は、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。それ故、位置検出部５０の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での検出結果、およびＹ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。
【００５７】
（Ｚ座標検出動作）
図８は、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、差動を利用して対象物体ＯｂのＺ座標を検出する原理を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の光強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の強度と参照光とが等しくなるように検出光の光強度分布を調整した様子を示す説明図である。
【００５８】
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＺ座標を検出するには、発光素子１２の全てを点灯させる。その結果、画像表示領域２０ＲからＺ軸方向に離間する方向に向けて検出光Ｌ２の強度が単調減少する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軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｚ座標検出用光強度分布における検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３は、Ｚ座標検出期間における光検出器３０の検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００５９】
また、Ｚ軸方向の光強度分布と参照用の発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとの差動を利用すれば、図８を参照して以下に説明するように、Ｚ座標検出部５３は、図４（ｂ）を参照して説明した方法と同様な方法で対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００６０】
本形態の光学式位置検出装置１０においてＺ座標を検出する際に、検出光検出期間において全ての発光素子１２が点灯すると、図８（ａ）に示すように、検出領域１０Ｒには、Ｚ軸方向で強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚが形成される。本形態において、Ｚ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚでは、光源ユニット１２０から離間するに従って強度が直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用の発光素子１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２を点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、反射した検出光Ｌ３の一部が光検出器３０により検出される。ここで、光検出器３０での検出光Ｌ２の受光強度ＬＺは、Ｚ座用検出用光強度分布Ｌ２Ｚにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度に比例する。
【００６１】
これに対して、参照光検出期間において参照用の発光素子１２Ｒが点灯すると、発光素子１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図８（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。図８（ａ）に示す例では、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂが光源ユニット１２０に接近した位置にあるときに光検出器３０が検出光Ｌ２を検出したときの強度に一致させてある。
【００６２】
このようなＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚや参照光Ｌ２ｒを用いれば、図４（ｂ）を参照して説明した第２の方法と同様な原理により、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、検出光検出期間における光検出器３０での検出値ＬＺと、参照光検出期間における光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、位置検出用の発光素子１２に対する制御量（駆動電流値）と、参照用の発光素子１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。
【００６３】
（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、発光素子１２が検出光Ｌ２を出射すると、検出光Ｌ２は検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成する。従って、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂによって検出光Ｌ２が反射すると、かかる光は、光検出器３０によって検出される。従って、検出領域１０Ｒ内での位置と検出光Ｌ２の強度との関係を予め把握しておけば、光検出器３０の受光結果に基づいて対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。それ故、発光素子１２や光検出器３０の数にかかわらず、高い分解能をもって対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。また、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されることもない。
【００６４】
また、光源駆動部１４は、Ｘ軸方向でずれた位置に設けられた発光素子１２の間で発光量を相違させることにより、互いに逆向きのＸ座標検出用光強度分布（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）を形成するので、対象物体ＯｂのＸ座標を確実に検出することができる。また、光源駆動部１４は、Ｙ軸方向でずれた位置に設けられた発光素子１２の間で発光量を相違させることにより、互いに逆向きのＹ座標検出用光強度分布（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）を形成するので、対象物体ＯｂのＹ座標を確実に検出することができる。
【００６５】
さらに、発光素子１２は発光ダイオードであるため、赤外ランプ等、大型で高価な光源を用いる必要がないので、小型かつ安価な光学式位置検出装置１０を実現することができる。また、発光ダイオードであれば、発散光を出射するので、光強度分布を形成するのに適している。
【００６６】
［実施の形態２］
上記実施の形態１では、１つの検出領域１０Ｒ全体に対して共通の発光素子１２および共通の光検出器３０で位置検出を行う構成であったが、本形態のように、検出領域１０Ｒを複数に分割し、各々の領域に存在する対象物体Ｏｂを検出するように構成してもよい。
【００６７】
図９は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０において検出領域１０Ｒと重なる領域に発光素子１２が配列されている様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００６８】
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と同様、光源ユニット１２０では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に光強度分布形成用の発光素子１２が配置されている。ここで、複数の発光素子１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、発光素子１２が複数属する複数のグループに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループに対応する複数の分割検出領域に分割されている。本形態において、複数の発光素子１２は、長手方向に相当するＸ軸方向において、発光素子１２が複数属する２つのグループ１２Ａ、１２Ｂに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループ１２Ａ、１２Ｂに対応する２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに分割されている。なお、光検出器３０は、２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。
【００６９】
このように構成した光学式位置検出装置１０においては、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が異なるタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成する。より具体的には、まず、グループ１２Ａの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０は、分割検出領域１０Ｒａにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒａに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。次に、グループ１２Ｂの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０は、分割検出領域１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒｂに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７０】
それ故、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒが広い場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。また、光学式位置検出装置１０は、複数の分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対象物体Ｏｂが存在する場合でも、これら複数の対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。さらに、対象物体Ｏｂが存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子１２を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００７１】
［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０において検出領域１０Ｒと重なる領域に発光素子１２が配列されている様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００７２】
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と同様、光源ユニット１２０では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に光強度分布形成用の発光素子１２が配置されている。ここで、複数の発光素子１２は、実施の形態２と同様、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、発光素子１２が複数属する複数のグループに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループに対応する複数の分割検出領域に分割されている。本形態において、複数の発光素子１２は、長手方向に相当するＸ軸方向において、発光素子１２が複数属する２つのグループ１２Ａ、１２Ｂに分けられており、検出領域１０Ｒは、発光素子１２のグループ１２Ａ、１２Ｂに対応する２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに分割されている。
【００７３】
ここで、光検出器３０は、２つ分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対して、光検出器３０Ａ、３０Ｂとして設けられている。本形態において、光検出器３０Ａ、３０Ｂは、検出領域１０ＲにおいてＸ軸方向に延在する辺の略中央（特定位置）で互いに異なる方向に向くように配置されている。このため、光検出器３０Ａは、分割検出領域１０Ｒａに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出し、光検出器３０Ｂは、分割検出領域１０Ｒｂに位置する対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。
【００７４】
このように構成した光学式位置検出装置１０においては、実施の形態２と同様、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が異なるタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成する。
【００７５】
ここで、本形態の光学式位置検出装置１０は、分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂに対応する２つの光検出器３０Ａ、３０Ｂを備えている。従って、異なるグループ１２Ａ、１２Ｂに属する発光素子１２が同一のタイミングで、実施の形態１で説明した光強度分布を形成してもよい。より具体的には、グループ１２Ａの発光素子１２が、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０Ａは、分割検出領域１０Ｒａにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒａに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７６】
このような検出動作に同時並行的に、グループ１２Ｂの発光素子１２は、実施の形態１で説明したＸ座標検出用光強度分布、Ｙ座標検出用光強度分布、Ｚ座標検出用光強度分布を形成し、光検出器３０Ｂは、分割検出領域１０Ｒｂにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光を検出する。従って、対象物体Ｏｂが分割検出領域１０Ｒｂに存在すれば、対象物体Ｏｂの座標が検出される。
【００７７】
それ故、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒが広い場合でも、対象物体Ｏｂの位置を精度よく検出することができる。また、光学式位置検出装置１０は、複数の分割検出領域１０Ｒａ、１０Ｒｂの各々に対象物体Ｏｂが存在する場合でも、これら複数の対象物体Ｏｂの位置を同時に検出することができる。さらに、対象物体Ｏｂが存在しないことが分っている分割検出領域について検出を停止すれば、発光素子１２を無駄に点灯させる必要がないので、低消費電力化を図ることもできる。
【００７８】
［誤差補正方法］
次に、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で採用することのできる誤差方法を説明する。
【００７９】
（誤差補正方法の第１例）
図１１は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第１例を示す説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、Ｘ座標位置を補正するための説明図、およびＹ座標位置を補正するための説明図、および座標位置の求め方を示す説明図である。
【００８０】
本形態の光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際には、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向で単調減少し、Ｙ軸方向で一定なＸ座標検出用光強度分布を利用する。しかしながら、実際には、図１１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向で強度が変化していることがある。また、図１１（ｂ）に示すように、Ｙ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向で強度が変化していることがある。その結果、対象物体Ｏｂの位置を検出すると、歪んだ検出領域１０Ｒ上での位置を検出してしまう。そこで、本形態では、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られた結果と検出領域１０Ｒ上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を、図３に示す位置検出部５０の記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、位置検出部５０は、記憶部に記憶されている関数またはその逆関数を用い、当該逆関数および光検出器３０を介して得られた受光強度に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を判定する。
【００８１】
かかる補正方法を、図１１を参照して説明するにあたって、その基本原理を理解しやすいように、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られる受光強度自身に以下に説明する補正を行なうものとする。
【００８２】
本例では、まず、光量分布を規定する曲線の関数
ｆ（ｘ、ｙ）
を求めておき、その逆関数
ｆ-1（ｐ）
ｐ＝光量（光検出器３０を介して得られる結果）
を記憶部に記憶しておく。
【００８３】
そして、対象物体ＯｂのＸ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが４であれば、逆関数ｆ-1（４）を求める。かかる結果は、図１１（ａ）に太線ＬＸで表される。
【００８４】
次に、対象物体ＯｂのＹ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが７．５であれば、逆関数ｆ-1（７．５）を求める。かかる結果は、図１１（ｂ）に太線ＬＹで表される。
【００８５】
従って、図１１（ｃ）に示すように、図１１（ａ）に示す太線ＬＸと、図１１（ｂ）に示す太線ＬＹとをＸＹ座標に投影した際の交点Ｏが対象物体Ｏｂの位置となる。かかる方法で求めた対象物体Ｏｂの位置は、検出領域１０Ｒにおける光強度分布の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正した真の位置である。それ故、本形態によれば、対象物体Ｏｂの位置を正確に判定することができる。
【００８６】
なお、本形態では、逆関数ｆ-1（ｐ）を記憶部に記憶させておいたが、ｆ（ｘ、ｙ）自身を記憶部に記憶させておいてもよい。
【００８７】
（誤差補正方法の第２例）
図１２は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第２例を示す説明図である。本形態においては、図３に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＸ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置を判定する。その結果、図１２（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１２（ｂ）に示すように、Ｘ方向については補正された形状とすることができる。また、対象物体ＯｂのＹ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＹ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置を判定する。その結果、図１２（ｂ）に示すように、Ｙ方向で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１２（ｃ）に示すように補正することができる。
【００８８】
なお、本形態では、補正情報としては、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。
【００８９】
（誤差補正方法の第３例）
図１３は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。本形態においても、第２例と同様、図３に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸＹ座標を判定する際には、まず、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件でのＸ座標およびＹ座標を算出する。次に、上記のＸ座標およびＹ座標と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を判定する。その結果、図１３（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１３（ｂ）に示すように補正することができる。
【００９０】
なお、本形態では、補正情報としては、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。
【００９１】
［光学式位置検出装置１０の利用例］
上記実施の形態に係る光学式位置検出装置１０は、タッチパネルや電子黒板等に用いることができる他、以下に説明する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。
【００９２】
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の構成を模式的に示す説明図であり、図１４（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、以下に説明する位置検出機能付き表示装置において光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態で説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００９３】
図１４（ａ）、（ｂ）に示す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２００を備えた投射型表示装置であり、画像投射装置２００は、筐体２５０の前面部２０１に設けられた投射レンズ２１０からスクリーン部材２９０に向けて画像表示光Ｌ１を拡大投射する。ここで、スクリーン部材２９０は、図１に示す透光部材１９に相当する。
【００９４】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００は、画像が投射される前方空間（スクリーン部材２９０の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、対象物体ＯｂのＸＹ座標を投射された画像の一部等を指定する入力情報として扱い、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。
【００９５】
かかる位置検出機能を実現することを目的に、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、実施の形態１〜３で説明した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の検出領域１０Ｒは、画像投射装置２００による画像表示領域２０ＲとＺ軸方向で重なっている。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２９０ｓとは反対側の裏面２９０ｔの側に光源ユニット１２０を備えている。また、光検出器３０は、スクリーン面２９０ｓ（ＸＹ平面）に沿う方向に受光部３１を向けている。従って、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出可能である。
【００９６】
ここで、スクリーン部材２９０は、スクリーン面２９０ｓ側に白色のスクリーンを備えており、かかるスクリーンとしては、スクリーン面２９０ｓ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を用いることができる。また、スクリーンとしては、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を用いることができる。さらに、スクリーンとしては、スクリーン面２９０ｓ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や、スクリーン面２９０ｓ側に細かいガラス粉末が塗布して光の反射率を高めたピーススクリーンを用いることもできる。いずれの場合も、スクリーンは、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、スクリーンに表示される画像の品位を高めることを目的に、スクリーンの裏面２９０ｔ側に黒色の遮光層を備えている場合があり、このような場合には、遮光層には穴からなる透光部を複数形成しておけば、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構成となる。
【００９７】
従って、光学式位置検出装置１０において、光強度分布形成用の発光素子１２は検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２の光強度分布を形成することができ、光検出器３０は、検出領域１０Ｒにおいて対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１２・・光強度分布形成用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、１４・・光源駆動部、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、Ｏｂ・・対象物体
【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光学式位置検出装置であって、
互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、
前記検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に配列され、前記検出領域に向けて検出光を出射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の点灯を制御して前記検出領域内に前記検出光の光強度分布を形成する光源駆動部と、
前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、
該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
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】
前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度分布と、を異なるタイミングで形成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】
前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、前記Ｘ座標検出用光強度分布として、Ｘ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＸ座標検出用第１光強度分布と、Ｘ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＸ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成し、前記Ｙ座標検出用光強度分布として、Ｙ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＹ座標検出用第１光強度分布と、Ｙ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＹ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成することを特徴とする請求項２に記載の位置検出機能付き表示装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、
前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、
前記複数の発光素子は、異なる前記グループに属する発光素子が異なるタイミングで前記光強度分布を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、
前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、
前記光検出器は、前記複数の分割検出領域の各々に対して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正す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】
前記発光素子は、前記検出光として赤外光を出射する発光ダイオードであ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、
前記検出領域のＸＹ平面に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示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１】
検出領域内の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、
互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、
前記検出領域に対するＺ軸方向の一方側でＸ軸方向およびＹ軸方向に配列され、前記検出領域に向けて検出光を出射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の点灯を制御して前記検出領域内に前記検出光の光強度分布を形成する光源駆動部と、
前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、
該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
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】
前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、Ｘ軸方向で強度が変化するＸ座標検出用光強度分布と、Ｙ軸方向で強度が変化するＹ座標検出用光強度分布と、を異なるタイミングで形成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】
前記光源駆動部は、前記複数の発光素子の点灯を制御して、前記Ｘ座標検出用光強度分布として、Ｘ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＸ座標検出用第１光強度分布と、Ｘ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＸ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成し、前記Ｙ座標検出用光強度分布として、Ｙ軸方向の一方側から他方側に向かって前記検出光の強度が低下するＹ座標検出用第１光強度分布と、Ｙ軸方向の他方側から一方側に向かって検出光の強度が低下するＹ座標検出用第２光強度分布と、を異なるタイミングで形成することを特徴とする請求項２に記載の位置検出機能付き表示装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、
前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、
前記複数の発光素子は、異なる前記グループに属する発光素子が異なるタイミングで前記光強度分布を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のうちの少なくとも一方方向で、前記発光素子が複数属する複数のグループに分けられており、
前記検出領域は、前記複数のグループに対応する複数の分割検出領域に分割され、
前記光検出器は、前記複数の分割検出領域の各々に対して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項６】
前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正す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】
前記発光素子は、前記検出光として赤外光を出射する発光ダイオードであ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、
前記検出領域のＸＹ平面に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示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。
【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１】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１２２８６６（Ｐ２０１１−１２２８６６Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９２０１（Ｐ２００９−２７９２０１）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【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６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【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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