説明

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】撮像素子を用いなくても、検出空間全体にわたって対象物体の位置を正確に検出
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
機能付き表示装置を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置10は、ピーク波長が840nmから1000nmの帯
域の赤外光からなる検出光L2を検出空間10Rに向かって出射する位置検出用光源装置
11を設け、対象物体により反射した検出光L3を光検出器30によって検出する。位置
検出用光源装置11では、位置検出用光源12から出射された検出光L2の光強度分布を
、光強度分布変換用液晶パネル160を備えた光強度分布変換用液晶装置16によって変
換し、出射する。

【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、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、撮像素子を用いたも
のが一般的であるが、かかる撮像素子は高価である。
【0003】
一方、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、透光板(光伝
播媒体)において対象物体が位置する第1面側とは反対側の第2面側に配置された光源か
ら対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射して透光板の第2面側に透過してき
た検出光を光検出器で検出する技術が提案されている(特許文献1参照)。
【0004】
かかる光学式位置検出装置では、2つの光源を交互に点灯させるとともに、2つの光源
が各々、点灯した期間における光検出器での検出結果を利用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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】
【0006】
特許文献1に記載の構成では、光源からの距離に伴って検出光の強度が変化しているこ
とを利用して2つの光源からの距離比を求め、かかる距離比に基づいて位置を検出する。
このため、光源から離間した位置では検出精度が低下するなどの問題点がある。
【0007】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、撮像素子を用いなくても、検出空間全体にわ
たって対象物体の位置を正確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、前記対象物体の位置を検出する検出空間に検出光を出射して当該検出
光の光強度分布を異なるパターンで順次形成する位置検出用光源装置と、前記対象物体で
反射した前記検出光を検出する光検出器と、該光検出器での検出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、前記位置検出用光源装置は、前記検出光と
してピーク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光を出射する光源と、該光源
から前記検出空間に向かう光路において前記光源から出射された前記検出光の光強度分布
を切り換える光強度分布変換用液晶装置と、を備え、当該光強度分布変換用液晶装置は、
透過型の光強度分布変換用液晶パネルと、該光強度分布変換用液晶パネルに対して前記検
出光の入射側に配置された検出光用第1偏光板と、前記光強度分布変換用液晶パネルに対
して前記検出光の出射側に設けられた検出光用第2偏光板と、を備えていることを特徴と
する。
【0009】
本発明では、対象物体の位置を検出する検出空間に向かって検出光を出射する位置検出
用光源装置を設け、対象物体により反射した検出光を光検出器によって検出する。ここで
、位置検出用光源装置から出射された検出光は、検出空間に光強度分布を形成するため、
検出空間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対象物体の位置を検出することができる。また、位置検出用
光源装置は、光源から前方空間に向かう光路に光強度分布変換用液晶装置を備えているた
め、光源から出射された検出光の光強度分布を光強度分布変換用液晶装置によって変換し
た後、検出空間に出射することができる。従って、検出空間に好適な光強度分布を形成す
ることができるので、対象物体の位置を精度よく検出することができる。また、赤外光か
らなる検出光であれば、視認されないので、画像の表示を妨げることがない。
【0010】
本発明において、前記位置検出用光源装置から前記検出光が出射される方向に交差する
2方向をX軸方向およびY軸方向としたとき、前記位置検出用光源装置は、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構成を採用することができる。
【0011】
本発明において、前記検出光用第1偏光板および前記検出光用第2偏光板は、互いの偏
光軸を平行に配置したときの前記検出光の透過率が30%以上で、互いの偏光軸を直交配
置したときの前記検出光の透過率が3%以下であることが好ましい。このように構成する
と、ピーク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光
変調することができる。
【0012】
本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルには、TN(Twisted Nematic)方式
の液晶パネルを用いることができ、この場合、当該光強度分布変換用液晶パネルの液晶層
の屈折率異方性をΔnとし、該液晶層の層厚をdとしたとき、Δn・dで規定されるリタ
デーションが0.58から0.76であることが好ましい。このように構成すると、ピー
ク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光変調する
ことができる。
【0013】
本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルには、VA(Vertically Aligned Ne
matic)方式の液晶パネルを用いることができ、この場合、前記光強度分布変換用液晶パネ
ルの液晶層の屈折率異方性をΔnとし、該液晶層の層厚をdとしたとき、Δn・dで規定
されるリタデーションが0.45から0.59であることが好ましい。このように構成す
ると、ピーク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光からなる検出光を好適に
光変調することができる。
【0014】
本発明において、前記光強度分布変換用液晶パネルでは、IPS(In Plane Switching)
方式あるいはFFS(Fringe Field Switching)方式の液晶パネルを用いることができ、
この場合、前記光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔnとし、該液晶
層の層厚をdとしたとき、Δn・dで規定されるリタデーションが0.51から0.67
であることが好ましい。このように構成すると、ピーク波長が840nmから1000n
mの帯域の赤外光からなる検出光を好適に光変調することができる。
【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、前記検出空間に重なる領域に画像を生成す
る画像生成装置を有している。
【0016】
本発明において、前記画像生成装置には、前記光強度分布変換用液晶装置から出射され
た前記検出光が透過する透過型の画像生成用液晶パネルを備えた画像生成用液晶装置を用
いることができ、この場合、当該画像生成用液晶装置は、前記画像生成用液晶パネルに対
して前記検出の入射側に配置された表示光用第1偏光板と、前記画像生成用液晶パネルに
対して前記検出光の出射側に設けられた表示光用第2偏光板と、を備え、前記表示光用第
1偏光板および前記表示光用第2偏光板は、互いの偏光軸を平行配置したときの波長が3
80nmから750nmの帯域の光に対する透過率が30%以上であり、互いの偏光軸を
直交配置したときの波長が380nmから750nmの帯域の光に対する透過率が3%以
下であり、互いの偏光軸を平行配置したときの前記検出光に対する透過率および互いの偏
光軸を直交配置したときの前記検出光に対する透過率が30%以上であることが好ましい
。このように構成すると、検出光が表示光用第1偏光板、画像生成用液晶パネルおよび表
示光用第2偏光板を透過する場合する際、十分な光量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明を適用した光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図2】本発明を適用した光学式位置検出装置に用いた光強度分布変換用液晶装置および位置検出用光源の説明図である。
【図3】本発明を適用した光学式位置検出装置において位置検出用光源装置の液晶装置が検出光を光変調する様子を示す説明図である。
【図4】本発明を適用した光学式位置検出装置において位置検出用光源装置から出射された検出光の光強度分布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用いた位置検出の原理を示す説明図である。
【図6】本発明を適用した光学式位置検出装置での信号処理内容を示す説明図である。
【図7】本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。
【図8】本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を示す説明図である。
【図9】本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置に用いた表示光用偏光板の説明図である。
【図10】本発明の構成例2に係る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】
【0018】
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、Y軸およびZ軸とし、Z軸に沿う方向に画像を
投射するものとして説明する。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軸方向と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。
【0019】
[光学式位置検出装置の全体構成]
図1は、本発明を適用した光学式位置検出装置の構成を模式的に示す説明図である。図
1において、本形態の光学式位置検出装置10は、対象物体Obの位置を光学的に検出す
る装置であって、対象物体Obの位置を検出する検出空間10Rに検出光L2を出射して
検出光L2の光強度分布を異なるパターンで順次形成する位置検出用光源装置11と、対
象物体Obで反射した検出光L3を検出する光検出器30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とを有している。
【0020】
位置検出用光源装置11は、検出光L2としてピーク波長が840nmから1000n
mの帯域の赤外光を出射する位置検出用光源12と、位置検出用光源12から検出空間1
0Rに向かう光路において位置検出用光源12から出射された検出光L2の光強度分布を
切り換える光強度分布変換用液晶装置16と、位置検出用光源12および光強度分布変換
用液晶装置16を駆動する光源駆動部14とを備えている。光強度分布変換用液晶装置1
6にはフレキシブル配線基板16a等の配線材が接続されており、光源駆動部14は、フ
レキシブル配線基板16a等を介して光強度分布変換用液晶装置16に変調信号を出力す
る。
【0021】
光検出器30は、検出空間10Rに受光部31を向けている。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からなり、本形態では、フォトダイオードが用いら
れている。光検出器30には位置検出部50が電気的に接続されており、光検出器30で
の検出結果は位置検出部50に出力される。光源駆動部14と位置検出部50とは、同一
の集積回路500に構成されており、位置検出用光源12および光強度分布変換用液晶装
置16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。位置検出部5
0は、光検出器30での検出結果に対する信号処理部55と、信号処理部55での処理結
果に基づいて対象物体ObのX座標を算出するX座標検出部51と、信号処理部55での
処理結果に基づいて対象物体ObのY座標を算出するY座標検出部52とを備えている。
さらに、位置検出部50は、信号処理部55での処理結果に基づいて対象物体ObのZ座
標を算出するZ座標検出部53を備えている。
【0022】
(光強度分布変換用液晶装置16および位置検出用光源12の構成)
図2は、本発明を適用した光学式位置検出装置10に用いた光強度分布変換用液晶装置
16および位置検出用光源12の説明図であり、図2(a)、(b)、(c)は、光強度
分布変換用液晶装置16等の構成を模式的に示す断面図、検出光用偏光板の断面構成を示
す説明図、および検出光用偏光板の透過特性を示す説明図である。
【0023】
図1および図2(a)に示すように、位置検出用光源装置11において、位置検出用光
源12は、光強度分布変換用液晶装置16に用いた光強度分布変換用液晶パネル160の
一方面(光入射面161)の側に配置された透光性の導光板125と、導光板125の端
部126に対向配置された1乃至複数の発光素子121とを有している。本形態において
、発光素子121は、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。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。従って、対象物体Obが指等の人体
であることを想定して、本形態では、人体の表面で反射率の高い近赤外線(ピーク波長が
840nmから1000nmの帯域の赤外光)が用いられている。特に、本形態では、近
赤外のうちでも、人体の表面で反射率の高い赤外線、より具体的には、ピーク波長が84
0nmの赤外線が用いられている。また、導光板125の光出射面127または裏面12
8には、プリズム状の傾斜面等が形成されているとともに、裏面128には反射層129
が設けられている。
【0024】
本形態において、光強度分布変換用液晶装置16は、透過型の液晶装置であり、アクテ
ィブマトリクス型の透過型の光強度分布変換用液晶パネル160と、光強度分布変換用液
晶パネル160の光入射面161の側に重ねて配置された検出光用第1偏光板168と、
光強度分布変換用液晶パネル160の光出射面162の側に重ねて配置された検出光用第
2偏光板169とを備えている。光強度分布変換用液晶パネル160は、シール材166
によって貼り合わされた一対の透光性基板163、164と、これらの透光性基板163
、164の間に保持された液晶層165とを備えている。ここで、透光性基板163、1
64のうちの一方の透光性基板は、画素電極や画素トランジスターが形成された素子基板
として構成され、他方の透光性基板は、共通電極が形成された対向基板として構成される
。なお、光強度分布変換用液晶パネル160がIPS方式あるいはFFS方式の液晶パネ
ルである場合、共通電極も画素電極と同様、素子基板の側に形成される。
【0025】
検出光用第1偏光板168および検出光用第2偏光板169は、光強度分布変換用液晶
パネル160をノーマリホワイトで使用するかノーマリブラックで使用するかによって、
互いの偏光軸が平行あるいは直交するように配置される。かかる検出光用第1偏光板16
8および検出光用第2偏光板169は、図2(b)に示すように、ヨウ素化合物分子等を
吸着配向したポリビニル(PVA)層等からなる直線偏光層167aと、直線偏光層16
7aを両側から挟むトリアセチルセルロース(TAC)層や環状オレフィン共重合体層等
からなる基板167b、167c等からなる。
【0026】
このように構成した位置検出用光源装置11において、発光素子121から出射された
検出光L2は、端部126から導光板125の内部に進入した後、導光板125の内部を
伝播しながら、光出射面127から略均一な光強度分布をもって出射され、光強度分布変
換用液晶装置16に入射する。より具体的には、導光板125は、発光素子121が対向
する端面126側から反対側の端面に向けて、光出射面127からの出射光の光量比率が
単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、導光板125の光出
射面127あるいは裏面128に形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状
の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度等を上記内部伝播方向に向けて徐々に高め
ることで実現される。このような導光構造を設けることで、検出光L2は、光出射部、面
からほぼ均一に出射される。そして、光強度分布変換用液晶装置16は、位置検出用光源
12から出射された検出光L2を変調し、検出空間10Rに検出光L2の光強度分布を異
なるパターンで順次形成する。
【0027】
ここで、光強度分布変換用液晶装置16は、可視光を対象とする通常の液晶表示装置と
違って、赤外光を変調する。このため、検出光用第1偏光板168および検出光用第2偏
光板169は、図2(c)に実線R1で示すように、互いの偏光軸を平行配置したとき、
840nmから1000nmの帯域の光(検出光L2)の透過率が30%以上となるよう
に構成されている。本形態において、検出光用第1偏光板168および検出光用第2偏光
板169は、互いの偏光軸を平行配置したとき、可視光に対しても透過率が30%以上と
なるように構成されている。また、第1偏光板168および第2偏光板169は、図2(
c)に実線R2で示すように、互いの偏光軸を直交配置したとき、840nmから100
0nmの帯域の光(検出光L2)の透過率が3%以下となるように構成されている。本形
態において、検出光用第1偏光板168および検出光用第2偏光板169は、互いの偏光
軸を直交配置したとき、可視光に対しても透過率が3%以下となるように構成されている
。また、本形態で用いた光強度分布変換用液晶パネル160は、可視光を対象とする通常
の液晶表示装置と違って、赤外光を変調する。このため、光強度分布変換用液晶パネル1
60において、液晶層165の屈折率異方性をΔnとし、液晶層165の層厚をdとした
とき、液晶層165のリタデーションΔn・dは、最適な値に設定されている。ここで、
可視光を対象とする液晶表示装置の場合、リタデーションΔn・dは、波長550nmの
緑色光を基準に最適な値に設定されている。例えば、TN方式の液晶パネルの場合、リタ
デーションΔn・dは0.4に設定されている。また、VA方式の液晶パネルの場合、リ
タデーションΔn・dは0.31に設定されている。また、IPS方式あるいはFFS方
式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは0.35に設定されている。
【0028】
これに対して、本形態で用いた光強度分布変換用液晶パネル160は、ピーク波長が8
40nmから1000nmの帯域の赤外光を対象としている。このため、上記のリタデー
ションΔn・dに対して[840nm/550nm]を乗じた値から[1000nm/5
50nm]を乗じた値までの範囲に設定することが好ましい。具体的には、光強度分布変
換用液晶パネル160がTN方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは、0.
61から0.73であることが好ましい。また、光強度分布変換用液晶パネル160がV
A方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは、0.47から0.56であるこ
とが好ましい。また、光強度分布変換用液晶パネル160がIPS方式あるいはFFS方
式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは、0.53から0.64であることが
さらに好ましい。
【0029】
但し、本形態では、光強度分布変換用液晶装置16は、検出光L2の光強度分布を形成
するだけであり、画像を表示する訳ではないので、光強度分布変換用液晶パネル160の
リタデーションΔn・dについては、下限値×95%から上限値×105%の値に設定し
てある。具体的には、光強度分布変換用液晶パネル160がTN方式の液晶パネルの場合
、リタデーションΔn・dは、0.58から0.76に設定してある。また、光強度分布
変換用液晶パネル160がVA方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは、0
.45から0.59に設定してある。また、光強度分布変換用液晶パネル160がIPS
方式あるいはFFS方式の液晶パネルの場合、リタデーションΔn・dは、0.51から
0.67に設定してある。
【0030】
(検出光L2の光強度分布)
図3は、本発明を適用した光学式位置検出装置10において位置検出用光源装置11の
光強度分布変換用液晶装置16が検出光を光変調する様子を示す説明図である。図4は、
本発明を適用した光学式位置検出装置10において位置検出用光源装置11から出射され
た検出光L2の光強度分布を示す説明図である。なお、図3には、光強度分布変換用液晶
装置16において検出光L2を透過させる領域を白色で示し、光強度分布変換用液晶装置
16において検出光L2を遮断する領域を黒色で示してある。
【0031】
図1および図2を参照して説明した位置検出用光源装置11において、位置検出用光源
12から出射される検出光L2のXY平面内における光強度分布は一定であるが、光強度
分布変換用液晶装置16は、位置検出用光源12から出射される検出光L2を光変調して
XY平面内における光強度分布を、図3(a)〜(d)に示すように変更して検出空間1
0Rに出射する。
【0032】
まず、図3(a)および図4(a)に示すX座標検出用第1期間において、光強度分布
変換用液晶装置16が、図3(a)に示すように検出光L2を光変調すると、図4(a)
に示すように、検出空間10Rには、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向けて強度
が低下していくX座標検出用第1光強度分布L2Xa(X座標検出用光強度分布)が形成
される。かかるX座標検出用第1光強度分布L2Xaでは、Y軸方向において強度が一定
である。
【0033】
次に、図3(b)および図4(b)に示すX座標検出用第2期間において、光強度分布
変換用液晶装置16が、図3(b)に示すように検出光L2を光変調すると、図4(b)
に示すように、検出空間10Rには、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向けて強度
が低下していくX座標検出用第2光強度分布L2Xb(X座標検出用光強度分布)が形成
される。かかるX座標検出用第2光強度分布L2Xbでは、Y軸方向において強度が一定
である。
【0034】
次に、図3(c)および図4(c)に示すY座標検出用第1期間において、光強度分布
変換用液晶装置16が、図3(c)に示すように検出光L2を光変調すると、図4(c)
に示すように、検出空間10Rには、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向けて強度
が低下していくY座標検出用第1光強度分布L2Ya(Y座標検出用光強度分布)が形成
される。かかるY座標検出用第1光強度分布L2Yaでは、X軸方向において強度が一定
である。
【0035】
次に、図3(d)および図4(d)に示すY座標検出用第2期間において、光強度分布
変換用液晶装置16が、図3(d)に示すように検出光L2を光変調すると、図4(d)
に示すように、検出空間10Rには、Y軸方向の他方側Y2から一方側Y1に向けて強度
が低下していくY座標検出用第2光強度分布L2Yb(Y座標検出用光強度分布)が形成
される。かかるY座標検出用第2光強度分布L2Ybでは、X軸方向において強度が一定
である。
【0036】
(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、図4を参照して説明した検出光の光強度
分布を利用して、位置検出部50は、検出空間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、光強度分布の構成および座標検出の原理を説明する。
【0037】
図5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5(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。
【0038】
本形態の光学式位置検出装置10においては、位置検出用光源装置11から検出光L2
を出射すると、検出空間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、図5(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、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。従って、検出空間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。その際、光検
出器30での受光結果は、対象物体Obが位置する個所の光強度に対応する。従って、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を予め、設定した分布として
おけば、以下の方法等により、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。
【0039】
例えば、第1の方法では、図5(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との差を利用する。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L
Xa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、光検出器30での検出値LXa、LXbとの差に基づ
いて対象物体ObのX座標を検出することもできる。
【0040】
次に、第2の方法では、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L
2Xa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121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5(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。
【0041】
まず、図5(b)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とX座標検出用第2光強度分布L2Xbと
を絶対値が等しく、X軸方向で光強度分布が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、発光素子121に対する制御量(駆動電流)を調整
して、図5(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座標検出用第1期間での発光素子121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121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121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】
上記の方法のいずれを採用する場合でも、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れば、
対象物体ObのY座標を検出することができる。
【0044】
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の検出空間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6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処理を行う構成を採用することもでき
る。
【0045】
(位置検出部50の構成例)
図6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6(a)、(b)は各々、位置検出部50の構成を模式的に示す説明図、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121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。また、図6(a)、(b)では、X座標検出用第1期間および
X座標検出用第2期間において発光素子121を駆動する様子を示すにあたって、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を形成する発光素子121
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を形成する発光
素子121とを設け、それらを同期して駆動するように表してある。
【0046】
図6(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、光源駆動部14
(図1参照)の光源駆動回路140は、X座標検出用第1期間では可変抵抗111を介し
て発光素子121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を介して発光素子121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121に対して逆相の駆動パルスを印加すると見なす
ことができる。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L2
Xa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。
【0047】
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。
【0048】
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17
0、および発光強度補償指令回路180を備えている。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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121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17
2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。
【0052】
発光強度補償指令回路180は、実効値Vea、Vebを比較して、図6(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121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V
s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。
【0053】
このようにして、位置検出機能付き表示装置100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121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V
s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121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、
検出空間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、検出空間10Rにおける対象物体ObのY座標を得ることができる。
【0054】
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3
0r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。
【0055】
(Z座標検出動作)
本形態の光学式位置検出装置10において、図4に示すX座標検出用第1光強度分布L
2Xa、X座標検出用第2光強度分布L2Xb、Y座標検出用第1光強度分布L2Ya、
Y座標検出用第2光強度分布L2Ybを合成すると、Z軸方向において検出光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、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。より具体的には、光強度分布変換用液晶装置16は、全ての領
域で検出光L2を透過し、Z座標検出用光強度分布を形成する。なお、図4に示すX座標
検出用第1光強度分布L2Xa、X座標検出用第2光強度分布L2Xb、Y座標検出用第
1光強度分布L2Ya、Y座標検出用第2光強度分布L2Ybを順次形成した際の光検出
器30の検出結果を合計してもZ座標を検出することは可能である。
【0056】
(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、対象物体Obの位置を検
出する検出空間10Rに向かって検出光L2を出射する位置検出用光源装置11を設け、
対象物体Obにより反射した検出光L3を光検出器30によって検出する。ここで、位置
検出用光源装置11から出射された検出光L2は、検出空間10Rに光強度分布を形成す
るため、検出空間10Rにおける位置と検出光L2の強度との関係を予め把握しておけば
、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体Obの位置(X座標、
Y座標およびZ座標)を検出することができる。
【0057】
また、位置検出用光源装置11は、位置検出用光源12から検出空間10Rに向かう光
路に光強度分布変換用液晶装置16を備えているため、位置検出用光源12から出射され
た検出光L2の光強度分布を光強度分布変換用液晶装置16によって変換した後、検出空
間10Rに出射することができる。従って、検出空間10Rに好適な光強度分布を形成す
ることができるので、高価な撮像素子を用いなくても、対象物体Obの位置を精度よく検
出することができる。
【0058】
また、検出光L2は、ピーク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光からな
るため、検出光L2が画像の表示を妨げないという利点がある。
【0059】
また、光強度分布変換用液晶装置16では、検出光用第1偏光板168および検出光用
第2偏光板169は、互いの偏光軸を平行に配置したときの検出光L2の透過率が30%
以上で、互いの偏光軸を直交配置したときの検出光L2の透過率が3%以下である。この
ため、ピーク波長が840nmから1000nmの帯域の赤外光からなる検出光L2を好
適に光変調することができる。また、光強度分布変換用液晶パネル160では、リタデー
ションが最適な値に設定されているので、ピーク波長が840nmから1000nmの帯
域の赤外光からなる検出光L2を好適に光変調することができる。
【0060】
さらに、位置検出用光源装置11は、X座標検出用光強度分布およびY座標検出用光強
度分布を異なるタイミングで形成する。また、位置検出用光源装置11は、X座標検出用
光強度分布として、X軸方向の一方側X1から他方側X2に向けて光量が減少するX座標
検出用第1光強度分布L2Xaと、X座標検出用第1光強度分布L2Xaとは逆方向に強
度が変化するX座標検出用第2光強度分布L2Xbとを異なるタイミングで形成する。こ
のため、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での検出結果
と、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での検出結果との
差からX座標を検出することができる。従って、外光等に含まれる赤外光の影響を相殺す
ることができるので、X座標を精度よく検出することができる。また、位置検出用光源装
置11は、Y座標検出用光強度分布として、Y軸方向の一方側Y1から他方側Y2に向け
て光量が減少するY座標検出用第1光強度分布L2Yaと、Y座標検出用第1光強度分布
L2Yaとは逆方向に強度が変化するY座標検出用第2光強度分布L2Ybとを異なるタ
イミングで形成する。このため、Y座標検出用第1光強度分布L2Yaを形成した際の光
検出器30での検出結果と、Y座標検出用第2光強度分布L2Ybを形成した際の光検出
器30での検出結果との差からY座標を検出することができる。従って、外光等に含まれ
る赤外光の影響を相殺することができるので、Y座標を精度よく検出することができる。
【0061】
[位置検出機能付き表示装置の構成例1]
図7は、本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置の分解斜視図である。図8
は、本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置の断面構成を示す説明図である。
図9は、本発明の構成例1に係る位置検出機能付き表示装置に用いた表示光用偏光板の説
明図であり、図9(a)、(b)は、表示光用偏光板の断面構成を示す説明図、および検
出光用偏光板の透過特性を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置
100において、光学式位置検出装置10の構成は、図1〜図6を参照して説明した構成
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

【0062】
図7および図8に示す位置検出機能付き表示装置100は、図1〜図6を参照して説明
した光学式位置検出装置10と、画像生成装置としての画像生成用液晶装置209(直視
型表示装置)を備えており、光学式位置検出装置10は、図1および図2を参照して説明
したように、対象物体Obの位置を検出する検出空間10Rに検出光L2を出射して検出
光L2の光強度分布を異なるパターンで順次形成する位置検出用光源装置11と、対象物
体Obで反射した検出光L3を検出する光検出器30とを有しており、位置検出用光源装
置11は、位置検出用光源12と光強度分布変換用液晶装置16とを備えている。画像生
成用液晶装置209は画像表示領域20Rを備えており、かかる画像表示領域20Rは、
Z軸方向からみたとき検出空間10Rと重なっている。
【0063】
本形態の位置検出機能付き表示装置100において、位置検出用光源装置11の強度分
布変換用液晶装置16の光出射側には、必要に応じて、検出光L2の均―化を図るための
光学シート60が配置されている。本形態においては、光学シート60として、第1プリ
ズムシート61と、第2プリズムシート62、および光散乱板63が順に積層されている
。なお、光学シート60に対して強度分布変換用液晶装置16が位置する側とは反対側に
は矩形枠状の遮光シート17が配置されており、かかる遮光シート17は検出光L2が漏
れるのを防止する。
【0064】
図8に示すように、画像生成用液晶装置209は、光学シート60に対して強度分布変
換用液晶装置16が位置する側とは反対側(検出空間10R側)に画像生成用液晶パネル
209aと、透光性カバー209bとを備えている。画像生成用液晶パネル209aは、
透過型の液晶パネルであり、2枚の透光性基板21、22をシール材23で貼り合わせ、
基板間に液晶層24を充填した構造を有している。画像生成用液晶パネル209aは、ア
クティブマトリクス型液晶パネルであり、2枚の透光性基板21、22の一方側には透光
性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子(図示せず)が形成され、他方
側には透光性の共通電極(図示せず)が形成されている。なお、画素電極および共通電極
が同一の基板に形成されることもある。かかる画像生成用液晶パネル209aでは、各画
素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力される
と、複数の画素の各々で液晶層24の配向が制御される結果、画像表示領域20Rに画像
が形成される。
【0065】
画像生成用液晶パネル209aにおいて、一方の透光性基板21には、他方の透光性基
板22の外形より周囲に張り出した基板張出部21tが設けられている。この基板張出部
21tの表面上には駆動回路等を構成する電子部品25が実装されている。また、基板張
出部21tには、フレキシブル配線基板(FPC)等の配線部材26が接続されている。
なお、基板張出部21t上には配線部材26のみが実装されていてもよい。
【0066】
画像生成用液晶パネル209aにおいて、位置検出用光源装置11が位置する側(検出
光L2の入射側)には表示光用第1偏光板288が重ねて配置され、位置検出用光源装置
11が位置する側とは反対側(検出光L2の出射側)には表示光用第2偏光板289が重
ねて配置されている。
【0067】
このように構成した画像生成用液晶装置209において、対象物体Obの位置を検出す
るためには、検出光L2を対象物体Obが位置する検出空間10Rに出射させる必要があ
る。ここで、画像生成用液晶パネル209aは、光強度分布変換用液晶装置16よりも検
出空間10Rの側に配置されている。このため、画像生成用液晶パネル209aには、位
置検出用光源装置11から出射された検出光L2が透過することになる。従って、画像生
成用液晶パネル209aにおいて、画像表示領域20Rは、検出光L2を透過可能に構成
される。
【0068】
また、本形態において、表示光用第1偏光板288および表示光用第2偏光板289は
、可視光(画像表示光)に対して検光子として機能する一方、赤外光からなる検出光L2
については透過するように構成されている。具体的には、表示光用第1偏光板288およ
び表示光用第2偏光板289は、図9(a)に示すように、ヨウ素化合物分子等を吸着配
向したポリビニル(PVA)層等からなる直線偏光層287aと、直線偏光層287aを
両側から挟む基板287b、287c等からなる。ここで、表示光用偏光板は、通常、基
板287b、287cの双方がトリアセチルセルロース(TAC)層からなるが、本形態
において、表示光用第1偏光板288および表示光用第2偏光板289は、一方の基板2
87bはトリアセチルセルロース(TAC)層からなるのに対して、他方の基板287c
は環状オレフィン共重合体層からなる。
【0069】
このため、表示光用第1偏光板288および表示光用第2偏光板289は、互いの偏光
軸を平行配置したとき、図9(b)に実線R11で示す透過特性を備え、互いの偏光軸を
直交配置したとき、図9(b)に実線R12で示す透過特性を備えている。具体的には、
表示光用第1偏光板288および表示光用第2偏光板289は、互いの偏光軸を平行配置
したときの波長が380nmから750nmの帯域の光(可視光/画像表示光)に対する
透過率が30%以上であり、互いの偏光軸を直交配置したときの波長が380nmから7
50nmの帯域の光に対する透過率が3%以下である。従って、表示光用第1偏光板28
8および表示光用第2偏光板289は、可視光(画像表示光)に対して検光子として機能
する。
【0070】
また、表示光用第1偏光板288および表示光用第2偏光板289は、互いの偏光軸を
平行配置したときの波長が840nmから1000nmの帯域の光(赤外光/検出光L2
)に対する透過光、および互いの偏光軸を直交配置したときの波長が840nmから10
00nmの帯域の光(赤外光/検出光L2)に対する透過光が30%以上である。このた
め、検出光L2が表示光用第1偏光板288、画像生成用液晶パネル209aおよび表示
光用第2偏光板289を透過する際、十分な光量を確保することができる。
【0071】
再び図7および図8において、画像生成用液晶装置209は、画像生成用液晶パネル2
09aを照明するための照明装置40を備えている。本形態において、照明装置40は、
光強度分布変換用液晶装置16に対して画像生成用液晶パネル209aが位置する側に配
置されている。照明装置40は、照明用光源41と、この照明用光源41から放出される
照明光を伝播させながら出射する照明用導光板43とを備えており、照明用導光板43は
、矩形の平面形状を備えている。照明用光源41は、例えばLED(発光ダイオード)等
の発光素子で構成され、駆動回路(図示せず)から出力される駆動信号に応じて、例えば
白色の照明光L4を放出する。本形態において、照明用光源41は、照明用導光板43の
辺部分43aに沿って複数、配列されている。
【0072】
かかる照明装置40において、照明用光源41から出射された照明光は、照明用導光板
43の辺部分43aから照明用導光板43の内部に入射した後、照明用導光板43の内部
を反対側の外縁部43bに向けて伝播し、一方の表面である光出射部43sから出射され
る。ここで、照明用導光板43は、辺部分43a側から反対側の外縁部43bに向けて内
部伝播光に対する光出射部43sからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有
している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板43の光出射部43s、または背面
43tに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷さ
れた散乱層の形成密度等を上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。こ
のような導光構造を設けることで、辺部分43aから入射した照明光L4は光出射部43
sからほぼ均一に出射される。
【0073】
なお、本形態において、光学シート60を検出光L2と照明光L4との間で共用として
いる。但し、照明用導光板43の光出射側に、上記の光学シート60とは別の専用の光学
シートを配置してもよい。これは、照明用導光板43においては光出射部43sから出射
される照明光L4の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散
乱板を用いることが多いが、検出光L2を大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとな
る。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱
板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板43の専用品とするこ
とが好ましい。但し、プリズムシート(第1プリズムシート60や第2プリズムシート6
2)等の集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。
【0074】
[位置検出機能付き表示装置の構成例2]
図10は、本発明の構成例2に係る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10(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。
【0075】
図10(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(画像
生成装置)と、スクリーン部材8とを備えた投射型表示装置として構成されている。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系210からスク
リーン部材8に向けて画像表示光L1を拡大投射する。
【0076】
本形態の位置検出機能付き表示装置100は、図1〜6を参照して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は、スクリーン部材8において画像
が視認されるスクリーン面8a側(スクリーン部材8の前方)に設定された検出空間10
R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
空間10Rは、スクリーン部材8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8において画像投射装置200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。このため、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の座標検出結果を、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。
【0077】
光学式位置検出装置10は、スクリーン部材8のスクリーン面8a側とは反対側の裏面
側8bに、対象物体Obの位置を検出する検出空間10Rに検出光L2を出射して検出光
L2の光強度分布を異なるパターンで順次形成する位置検出用光源装置11を備えており
、位置検出用光源装置11は、位置検出用光源12と光強度分布変換用液晶装置16とを
備えている。また、光学式位置検出装置10は、スクリーン部材8のスクリーン面8a側
に光検出器30を備えており、光検出器30は、検出空間10Rの外側でスクリーン面8
aに沿う方向に受光部31を向けている。
【0078】
ここで、スクリーン部材8は検出光L2に対する透光性を備えている。従って、位置検
出用光源装置11からスクリーン部材8に向けて検出光L2を出射すると、検出光L2は
、スクリーン部材8を透過してスクリーン面8a側の検出空間10Rに光強度分布を形成
する。また、光検出器30は、対象物体Obで反射した検出光L3を検出可能である。
【0079】
かかるスクリーン部材8は、スクリーン面8a側に白色のスクリーン85を備えており
、かかるスクリーン85としては、スクリーン面8a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85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85としては、スクリーン面8a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8a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85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8は、スクリーン85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85の裏面側8b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。
【0080】
[その他の実施の形態]
上記実施の形態では、位置検出用光源装置11の位置検出用光源12を構成するにあた
って、発光素子121および導光板125を用いたが、赤外ランプと導光板125とを用
いて位置検出用光源12を構成してもよい。また、位置検出用光源装置11の位置検出用
光源12としては、赤外光を出射する複数の発光素子121や赤外ランプが複数配列され
た面状光源や、赤外光を出射する複数の有機エレクトロルミネッセンス素子が複数配列さ
れた面状光源を用いてもよい。
【0081】
上記実施の形態では、直視型の位置検出機能付き表示装置を構成するにあたって、画像
生成用液晶パネル209aに対して検出空間10Rとは反対側に位置検出用光源12およ
び光強度分布変換用液晶装置16を設けたが、検出光用第1偏光板168および検出光用
第2偏光板169の特性によっては、画像生成用液晶パネル209aに対して検出空間1
0Rの側に位置検出用光源12および光強度分布変換用液晶装置16を設けてもよい。ま
た、画像生成用液晶パネル209aに対して検出空間10Rとは反対側に位置検出用光源
12を設け、画像生成用液晶パネル209aに対して検出空間10Rの側に光強度分布変
換用液晶装置16を設けてもよい。
【0082】
また、上記実施の形態では、直視型の位置検出機能付き表示装置の構成するにあたって
、画像生成装置として液晶装置を用いたが、画像生成装置と有機エレクトロルミネッセン
ス装置を用いてもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンスパネルにおいて表示光
の出射側に位置検出用光源12および光強度分布変換用液晶装置16を設けた構成とする

【符号の説明】
【0083】
10R・・検出領域(検出空間)、11・・位置検出用光源装置、12・・位置検出用光
源、16・・光強度分布変換用液晶装置、30・・光検出器、50・・位置検出部、10
0・・位置検出機能付き表示装置、121・・発光素子、125・・導光板、160・・
光強度分布変換用液晶パネル、168・・検出光用第1偏光板、169・・検出光用第2
偏光板、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、
前記対象物体の位置を検出する検出空間に検出光を出射して当該検出光の光強度分布を
異なるパターンで順次形成する位置検出用光源装置と、
前記対象物体で反射した前記検出光を検出する光検出器と、
該光検出器での検出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、
前記位置検出用光源装置は、前記検出光としてピーク波長が840nmから1000n
mの帯域の赤外光を出射する位置検出用光源と、該位置検出用光源から前記検出空間に向
かう光路において前記位置検出用光源から出射された前記検出光の光強度分布を切り換え
る光強度分布変換用液晶装置と、を備え、
当該光強度分布変換用液晶装置は、透過型の光強度分布変換用液晶パネルと、該光強度
分布変換用液晶パネルに対して前記検出光の入射側に配置された検出光用第1偏光板と、
前記光強度分布変換用液晶パネルに対して前記検出光の出射側に設けられた検出光用第2
偏光板と、を備えていることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項2】
前記位置検出用光源装置から前記検出光が出射される方向に交差する2方向をX軸方向
およびY軸方向としたとき、
前記位置検出用光源装置は、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】
前記検出光用第1偏光板および前記検出光用第2偏光板は、互いの偏光軸を平行に配置
したときの前記検出光の透過率が30%以上で、互いの偏光軸を直交配置したときの前記
検出光の透過率が3%以下であ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】
前記光強度分布変換用液晶パネルは、TN(Twisted Nematic)方式の液晶パネルであっ
て、当該光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔnとし、該液晶層の層
厚をdとしたとき、Δn・dで規定されるリタデーションが0.58から0.76である
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】
前記光強度分布変換用液晶パネルは、VA(Vertically Aligned Nematic)方式の液晶パ
ネルであって、前記光強度分布変換用液晶パネルの液晶層の屈折率異方性をΔnとし、該
液晶層の層厚をdとしたとき、Δn・dで規定されるリタデーションが0.45から0.
59であ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】
前記光強度分布変換用液晶パネルは、IPS(In Plane Switching)方式あるいはFFS
(Fringe Field Switching)方式の液晶パネルであって、前記光強度分布変換用液晶パネ
ルの液晶層の屈折率異方性をΔnとし、該液晶層の層厚をdとしたとき、Δn・dで規定
されるリタデーションが0.51から0.67であ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7】
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を備えた位置検出機能付き表
示装置であって、
前記検出空間に重なる領域に画像を生成する画像生成装置を有していることを特徴とす
る位置検出機能付き表示装置。
【請求項8】
前記画像生成装置は、前記光強度分布変換用液晶装置から出射された前記検出光が透過
する透過型の画像生成用液晶パネルを備えた画像生成用液晶装置であり、
当該画像生成用液晶装置は、前記画像生成用液晶パネルに対して前記検出光の入射側に
配置された表示光用第1偏光板と、前記画像生成用液晶パネルに対して前記検出光の出射
側に設けられた表示光用第2偏光板と、を備え、
前記表示光用第1偏光板および前記表示光用第2偏光板は、互いの偏光軸を平行配置し
たときの波長が380nmから750nmの帯域の光に対する透過率が30%以上であり
、互いの偏光軸を直交配置したときの波長が380nmから750nmの帯域の光に対す
る透過率が3%以下であり、互いの偏光軸を平行配置したときの前記検出光に対する透過
率および互いの偏光軸を直交配置したときの前記検出光に対する透過率が30%以上であ
ることを特徴とする請求項7に記載の位置検出機能付き表示装置。

【図1】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−216045(P2011−216045A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−85817(P2010−85817)
【出願日】平成22年4月2日(2010.4.2)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】