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】導光板から出射される位置検出光の強度分布を適正化することにより、位置検出精度を高めることの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、位置検出光を放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、導光板１３とを備えている。導光板１３は、角部分１３ｅ〜１３ｈに光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備えており、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐを備えた複数の凹凸１３ｐが形成されている。
【解決手段】光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、導光板１３とを備えている。導光板１３は、角部分１３ｅ〜１３ｈに光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備えており、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐを備えた複数の凹凸１３ｐが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式位置検出装置、および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】
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。
【０００３】
かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９５６４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、図２０に模式的に示すように、導光板１３の端部に対向するように位置検出用光源１２を設け、導光板１３から出射された位置検出光Ｌ２が指などに当たって反射した光を光検出器１５で検出する光学式位置検出装置を検討している。かかる光学式位置検出装置では、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２の強度と位置検出用光源１２からの距離との間の関係に基づいて指などの位置を検出することができるので、少ない数の位置検出用光源１２や光検出器１５で済むという利点がある。
【０００７】
このような方式の光学式位置検出装置において、図２１（ａ）に示すように、長方形の導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌの中央位置、および短辺部分１３ｉ、１３ｊの中央位置に位置検出用光源１２を設けると、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近では、導光板１３から出射される位置検出光の強度が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本願発明者は、図２１（ｂ）に示すように、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの各々に位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを配置することを提案する。かかる構成の場合、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なうときには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄの同時点灯と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃの同時点灯とを時間をずらして行ない、導光板１３の短辺方向での位置検出を行なうときには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃの同時点灯と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄの同時点灯とを時間をずらして行なう。
【０００９】
また、本願発明者は、図２１（ｃ）に示すように、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの長辺側に第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ（第１位置検出用光源）を設け、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの短辺側に第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２２Ｄ（第２位置検出用光源）を設けることを提案する。かかる構成の場合、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なうときには、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄの同時点灯と、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃの同時点灯とを時間をずらして行なう。また、導光板１３の短辺方向での位置検出を行なうときには、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃの同時点灯と、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄの同時点灯とを時間をずらして行なう。
【００１０】
かかる構成によれば、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近においても、導光板１３から出射される位置検出光の強度が高いという利点がある。
【００１１】
しかしながら、図２１（ｃ）に示す構成では、例えば、第１発光素子１２１Ｄから放出された位置検出光が導光板１３内を進行する範囲をΘ1で示し、第２発光素子１２２Ｄから放出された位置検出光が導光板１３内を進行する範囲をΘ2で示すと分るように、導光板１３内に位置検出光が到達しない領域が発生する。その結果、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なう際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄの同時点灯させても、図２１（ｃ）のＰ−Ｐ′線で示す位置では、導光板１３から出射される位置検出光の強度分布に不自然な変曲点Ｐ0が発生し、位置検出光の強度と光源からの距離との間に逆転部分が発生するという問題点がある。かかる問題点は、図２１（ｂ）に示す構成でも同様に発生する。なお、図２０および図２１に示す形態は、本発明の参考例であって従来技術ではない。
【００１２】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、導光板から出射される位置検出光の強度分布を適正化することにより、位置検出精度を高めることの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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、前記対象物体に照射される位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記位置検出光を内部に採り込む光入射部を備え、当該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に放出して前記検出領域に前記位置検出光の出射光量の強度分布を形成する導光板と、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、前記出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、を有し、前記導光板は、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を有し、当該導光板の角部分に前記光入射部および前記位置検出用光源が設けられ、前記光入射部には、該光入射部から入射する前記位置検出光の一部を屈折により前記導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる偏向用入射面を備えた凹凸形状が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
なお、「凹凸」「凸部」「凹部」とは、一定の基準線から突出しているか凹んでいるかを意味するが、本発明における「凹凸」「凸部」「凹部」とは、光入射部において、隣り合う２箇所のうちの一方が他方に対して突出し、その結果、他方が一方に対して凹んでいる形状を意味する。
【００１５】
本発明では、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器を介して得られた受光強度から対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の位置検出装置を構成することができる。ここに本発明では、導光板が、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を備え、導光板の角部分に光入射部および位置検出用光源が設けられている。このため、導光板の角部分付近においても、導光板から出射される位置検出光の強度が高い。また、光入射部には、入射する位置検出光の一部を屈折により導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる入射面を備えた凹凸形状が形成されているため、導光板の長辺部分に沿う方向に進行する位置検出光の光量を高くすることができる。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１６】
本発明において、前記光入射部および前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に１つずつ設けられ、前記導光板を平面視したとき、前記光入射部は、前記導光板の角部分を当該導光板の長辺部分および短辺部分に対して斜めに切り欠いた部分に前記凹凸形状を備え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、位置検出用光源から放出された位置検出光には、長辺部分に沿う方向、導光板の対角方向、および短辺部分に沿う方向に向かう光が含まれているが、導光板の対角方向に向かう光の一部については、進行方向が長辺部分に沿う方向に偏向される。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１７】
本発明において、前記凹凸形状は、前記位置検出用光源に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されている構成を採用することができる。この場合、前記頂部の角度は、５０°から８０°であることが好ましい。頂部の角度が８０°を超えると、導光板の辺に沿う方向に偏向しすぎることがある一方、頂部の角度が５０°未満であると、導光板の長辺部分に沿う方向に十分偏向できないことがある。従って、頂部の角度については５０°以上、かつ、８０°以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記光入射部は、前記導光板の角部分に、当該導光板の長辺部分側に設けられた第１光入射部分と、前記導光板の短辺部分側に設けられた第２光入射部分と、を備え、前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に、前記第１光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第１発光素子、および前記第２光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第２発光素子として設けられ、前記凹凸形状は、前記第１光入射部分に形成されている構成を採用してもよい。
【００１９】
この場合、前記凹凸形状は、前記第１発光素子に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることが好ましい。このように構成すると、第２発光素子から放出された位置検出光には、長辺部分に沿う方向に向かう。また、第１発光素子から放出された位置検出光には、短辺部分に沿う方向に向かうが、かかる一部については、進行方向が長辺部分に沿う方向に偏向される。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。かかる構成を採用した場合、頂部の角度は、５０°から８０°であることが好ましい。頂部の角度が８０°を超えると、導光板の長辺部分に沿う方向への偏向が十分でなく、頂部の角度が５０°未満であると、導光板の長辺部分に沿う方向に偏向しすぎることがある。従って、頂部の角度については５０°以上、かつ、８０°以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明を適用した光学式位置検出装置は位置検出機能付き表示装置を構成するのに用いることができる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有している。前記画像生成装置としては、投射型表示装置や、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などといった直視型表示装置を用いることができる。
【００２１】
本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、各種表示装置の他、携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器に用いられる。
【００２２】
また、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、外周部分の４つの角部分に光入射部を備えた導光板と、前記光入射部に向けて位置検出光を出射する４つの位置検出用光源と、前記導光板の厚さ方向の一方面から出射されて前記対象物体で反射した前記位置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信号処理部と、を有し、前記４つの位置検出用光源は、一部の位置検出用光源と、該一部の位置検出用光源と同数の他の一部の位置検出用光源とが組み合わせを変えて交互に点灯して前記位置検出光を出射し、前記光入射部は、複数の凸部あるいは複数の凹部のうちの少なくとも一方を備えていることを特徴とする。
【００２３】
本発明では、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器を介して得られた受光強度から対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の位置検出装置を構成することができる。ここに本発明では、導光板の角部分に光入射部が設けられ、かかる光入射部には複数の凸部や複数の凹部が設けられているため、位置検出光が導光板に入射される際に偏向され、位置検出光は、導光板内を適正に進行する。このため、導光板からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００２４】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部としてプリズム状凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２５】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２６】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されているとともに、当該凸部の先端部、および当該凸部で挟まれた凹部の底部のうちの少なくとも一方には、プリズム状凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２７】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部としての湾曲凸部と前記凹部としての湾曲凹部とが繋がって形成されている構成を採用することができる。
【００２８】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として凸曲面が形成されている構成を採用することができる。
【００２９】
本発明において、前記光入射部には、前記凹部として凹曲面が形成されている構成を採用することができる。
【００３０】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部と前記凹部とによってフレネルレンズの断面形状を有する凹凸が形成されている構成を採用することができる。
【００３１】
本発明において、前記位置検出光は、赤外光からなることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出光が視認されないという利点がある。
【００３２】
本発明に係る光学式位置検出装置は、位置検出機能付き投射型表示装置に用いることができる。この場合、前記導光板は、前記一方面と画像が投射される方向とが交差している構成を採用する。また、位置検出機能付き投射型表示装置は、本発明に係る光学式位置検出装置と、前記画像を投射する画像投射装置と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用した光学式位置検出装置および光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置での信号処理内容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および位置検出機能付き表示装置において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターン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および位置検出機能付き表示装置に用いた導光板の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置に用いた別の導光板の説明図である。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例１を示す説明図である。
【図８】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例２を示す説明図である。
【図９】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例３を示す説明図である。
【図１０】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例４を示す説明図である。
【図１１】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例５を示す説明図である。
【図１２】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例６を示す説明図である。
【図１３】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例７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の導光板に形成される凹凸の変形例８を示す説明図である。
【図１５】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１６】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１７】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１８】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１９】本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。
【図２０】光学式位置検出装置の基本構成を示す説明図である。
【図２１】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
［光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置の構成］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明を適用した光学式位置検出装置および光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、画像投射面に対して前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図、および画像投射面に対して後方（入力操作側とは反対側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図である。
【００３６】
図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて指などの対象物体を検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置を検出する。
【００３７】
詳しくは後述するように、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、横長の略長方形の導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。
【００３８】
本形態において、画像生成装置２００は投射型であり、導光板１３の前面側（入力操作側）に重ねて配置されたスクリーン状の被投射面２０１を有している。また、導光板１３の前面（厚さ方向の一方面）、および被投射面２０１は、画像生成装置２００からの画像の投射方向と交差している。このため、画像生成装置２００は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像を形成する。本形態において、画像形成領域２０Ｒは、光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒと略重なる領域であり、横長の略長方形である。ここで、被投射面２０１は、白色等、赤外光を通過可能な材質からなる。
【００３９】
図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００のうち、図１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３を備えている。図１（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、導光板１３および被投射面２０１の後方（入力操作側とは反対側）に配置されたミラー２０６と、ミラー２０６に向けて画像を投射する投射型表示装置２０７とを備えている。
【００４０】
（光学式位置検出装置１０の詳細構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光学式位置検出装置の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置に用いた導光板などの構成を示す説明図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。
【００４１】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、導光板１３は略長方形の平面形状を有しており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺部分１３ｋ、１３ｌ同士が対向し、短辺部分１３ｉ、１３ｊ同士が対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。導光板１３は、内部を伝播した位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。すなわち、導光板１３を平面視したとき、導光板１３は、厚さ方向の一方面が光出射面１３ｓになっており、厚さ方向の外周部分は、光出射面１３ｓと直交する側端面１３ｍになっている。また、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５を備えている。
【００４２】
本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。本形態では、光検出器１５に加えて、補償用光検出器１５ｘも用いられている。かかる補償用光検出器１５ｘは、光検出器１５を介して得られる検出結果に対する温度などの影響を補償するためのものであり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを検出するものではない。
【００４３】
導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。なお、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。
【００４４】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。従って、対象物体Ｏｂが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。また、位置検出光Ｌ２が赤外光であれば、位置検出光Ｌ２が視認されないという利点がある。
【００４５】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出するように構成される。４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う２つの位置検出用光源は対になって第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源対を構成することもある。
【００４６】
このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、位置検出光Ｌ２ｃと位置検出光Ｌ２ｄは、矢印Ａで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｂで示す方向）において互いに逆向きに伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。
【００４７】
検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面範囲であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる平面範囲である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの長辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器１５が配置されている。すなわち、光検出器１５は、導光板１５において隣り合う角部分（光入射部１３ｂ、１３ｄ）で挟まれた辺部分１３ｌに対して、導光板１３の厚さ方向で重なる位置に配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。
【００４８】
（基本原理）
上記光検出器１５での検出に基づいて対象物体Ｏｂの位置情報の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、その一例として、二つの位置検出光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。
【００４９】
まず、本形態の位置検出機能付き表示装置１００においては、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは各々、光入射部１３ａ〜１３ｄから導光板１３の内部に入射し、導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから出射される。その結果、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光出射面１３ｓから面状に放出される。
【００５０】
例えば、位置検出光Ｌ２ａは光入射部１３ａから光入射部１３ｂに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。同様に、位置検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。従って、検出領域１０Ｒに指などの対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより上記位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが反射され、その反射光の一部が上記光検出器１５により検出される。
【００５１】
ここで、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰し、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰すると考えられる。
【００５２】
また、位置検出用光源１２Ａの制御量（例えば電流量）、変換係数、および放出光量をＩａ、ｋ、およびＥａとし、位置検出用光源１２Ｂの制御量（電流量）、変換係数、および放出光量をＩｂ、ｋ、およびＥｂとすれば、
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ
となる。また、位置検出光Ｌ２ａの減衰係数、および検出光量をｆａ、およびＧａとし、位置検出光Ｌ２ｂの減衰係数、および検出光量をｆｂ、およびＧｂとすれば、
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ
となる。
【００５３】
従って、光検出器１５において両位置検出光の検出光量の比であるＧａ／Ｇｂが検出できるとすれば、
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ・Ｅａ）／（ｆｂ・Ｅｂ）＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
となるから、放出光量の比Ｅａ／Ｅｂ、および制御量の比Ｉａ／Ｉｂに相当する値が分かれば、減衰係数の比ｆａ／ｆｂが分る。この減衰係数の比と両位置検出光の伝播距離の比との間に直線関係があれば、この直線関係を予め設定しておくことで、対象物体Ｏｂの位置情報を得ることができる。
【００５４】
上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求める方法としては、例えば、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを逆相で点滅（例えば、矩形波状若しくは正弦波状の駆動信号を伝播距離の差に起因する位相差が無視できる周波数で相互に１８０度の位相差を持つように動作）させた上で、検出光量の波形を解析する。より現実的には、例えば、一方の制御量Ｉａを固定し（Ｉａ＝Ｉｍ）、検出波形が観測できなくなるように、すなわち、検出光量の比Ｇａ／Ｇｂが１となるように他方の制御量ｌｂを制御し、このときの制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを導出する。
【００５５】
また、両制御量の和が常に一定、すなわち、下式
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ｉｂ＝Ｉｍ・ｆｂ／（ｆａ＋ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ＋ｆｂ）＝α
とすると、下式
ｆａ／ｆｂ＝（１−α）／α
により、減衰係数の比が求まる。
【００５６】
従って、対象物体Ｏｂの矢印Ａ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを相互に逆相で駆動することで取得することができる。また、対象物体Ｏｂの矢印Ｂ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ｃと位置検出用光源１２Ｄを相互に逆相で駆動することで取得することができる。それ故、制御系において上記Ａ方向とＢ方向の検出動作を順次行って対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。すなわち、本形態の光学式位置検出装置１０では、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、一部の位置検出用光源と他の一部の位置検出用光源とが同数ずつ組み合わせを変えて交互に点灯して位置検出光を出射させ、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得する。
【００５７】
上記のように、光検出器１５により検出される位置検出光の光量比に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図３を参照して後述するように、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
【００５８】
（信号処理部の構成例）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００での信号処理内容を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の信号処理部の説明図、および信号処理部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。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａに対して可変抵抗１１１を介して駆動パルスを印加し、位置検出用光源１２Ｂに対して反転回路１１３および可変抵抗１１２を介して駆動パルスを印加する。このため、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂとに対して逆相の駆動パルスを印加し、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを変調させて出射させる。そして、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが対象物体Ｏｂで反射した光を共通の光検出器１５で受光する。光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５には、１ｋΩ程度の抵抗１５ｒ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。
【００６０】
かかる光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１には、信号処理部１５０が電気的に接続されている。光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ15／（Ｖ15＋抵抗１５ｒの抵抗値）
Ｖ15：光検出器１５の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器１５に入射しない場合と、環境光が光検出器１５に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器１５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。
【００６１】
信号処理部１５０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。
【００６２】
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１５と抵抗１５ｒ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１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ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。
【００６３】
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。
【００６４】
位置検出用信号分離回路１７０は、位置検出用光源１２Ａ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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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。
【００６５】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図３（ｂ）に示す処理を行ない、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源駆動回路１１０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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに対する現状の駆動条件を維持させる。これに対して、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源１２Ａの出射光量を高める。また、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、位置検出光Ｌ２ａが点灯している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位置検出用光源１２Ｂの出射光量を高める。
【００６６】
このようにして、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では信号処理部１５０の発光強度補償指令回路１８０によって、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに対する検出量が同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂでの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として位置判定部１２０に出力すれば、位置判定部１２０は、検出領域１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの矢印Ａ方向における位置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の矢印Ｂ方向における位置座標を得ることができる。それ故、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。
【００６７】
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１５と抵抗１５ｒ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１５と抵抗１５ｒ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。
【００６８】
（本形態での位置検出方法）
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターンを示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は各々、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出、および短辺方向の位置検出を行なう場合の説明図である。
【００６９】
本形態の光学式位置検出装置１０では、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、一部の位置検出用光源と他の一部の位置検出用光源とが同数ずつ組み合わせを変えて交互に点灯して位置検出光を出射する構成として、以下の構成を採用している。すなわち、本形態の光学式位置検出装置１０では、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、図４（ａ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相で駆動して、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００７０】
また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際には、長辺方向の位置検出と異なるタイミングで、図４（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相で駆動して、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向（Ｙ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００７１】
かかる方法でも、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。また、このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、１つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。
【００７２】
また、本形態では、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄが点灯している期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが点灯している期間とにおける光検出器１５の検出結果の差に基づいて、長辺方向の位置検出を行なう。また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃが点灯している期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが点灯している期間とにおける光検出器１５の検出結果の差に基づいて、短辺方向の位置検出を行なう。かかる方法によっても、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。また、図２（ｃ）に示す強度分布が単純増加あるいは単純減少であれば、直線関係にない場合でも位置検出を行なうことができる。
【００７３】
（導光板の詳細構成）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００に用いた導光板１３の説明図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、導光板１３の平面図、導光板１３の４つの角部分のうち、点線で囲んだ１つを拡大して示す平面図、および導光板１３の平面図、および導光板１３から出射される位置検出光の強度分布を示す説明図である。なお、図５（ｃ）に示す光量分布は、図５（ａ）のＸ１−Ｘ１′線で示す位置での光量分布に相当する。
【００７４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３には、４つの角部分（角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ）の各々に光入射部（光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が１つずつ形成されており、かかる光入射部の各々に１つの位置検出用光源（位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が設けられている。
【００７５】
本形態では、導光板１３を平面視したとき、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して斜めに切り欠いた部分に複数の凹凸１３ｐが形成された形状（凹凸形状）を備えている。本形態において、角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して４５°の角度をなすように切り欠かれており、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの中心光軸は、長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して４５°の角度をなしている。なお、角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、対角線に対して直交するように切り欠かれることもあり、この場合、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの中心光軸は、対角線上に向けられる。
【００７６】
本形態において、複数の凹凸１３ｐには、図５（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ｄに頂部１３２ｐを向けた複数のプリズム状凸部１３０ａ（凸部）により形成されている。頂部１３２ｐの角度Θaは、５０°から８０°であることが好ましく、本形態において、頂部１３２ｐの角度Θaは６０°である。
【００７７】
このように構成した凹凸１３ｐにおいて、短辺部分１３ｉ側に位置する斜面は、光入射部１３ｄから入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐとして機能する。すなわち、位置検出用光源１２Ｄから放出された位置検出光には、長辺部分１３ｌに沿う方向、導光板１３の対角方向、および短辺部分１３ｉに沿う方向に向かう光が含まれているが、導光板１３の対角方向に向かう光の一部については、図５（ｂ）に矢印Ｌ１１で示すように、偏向用入射面１３１ｐでの屈折により、進行方向が長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向される。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において所定の強度を有する領域の長辺部分１３ｌ側の境界領域は、図５（ｂ）に点線Ｌ１１１で示す位置から点線Ｌ１１２で示す位置まで長辺部分１３ｌに接近する。それ故、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において、長辺部分１３ｌに沿う方向の強度を高めることができる。他の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇでも同様である。
【００７８】
従って、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なうにあたって、図４（ａ）を参照して説明したように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯状態とし、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯状態とすると、導光板１３から出射される位置検出光の強度は、図５（ｃ）に示すように、短辺部分１３ｉから短辺部分１３ｊに向かって単調減少となる。なお、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯状態とし、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯状態とした場合も同様である。
【００７９】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが導光板１３の光出射面１３ｓから出射され、これが導光板１３の出射側に配置された対象物体Ｏｂによって反射されると、この反射光が光検出器１５によって検出される。ここで、検出領域１０Ｒにおける位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄからの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器１５を介して得られた受光強度から対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。それ故、検出領域１０Ｒに沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の光学式位置検出装置１０を構成することができる。
【００８０】
また、本形態では、導光板１３が、略長方形の平面形状を備え、導光板１３の４つの角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの各々に光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄおよび位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが１対１で設けられている。このため、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近においても、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度が高い。
【００８１】
また、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、入射する位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐを備えた複数の凹凸１３ｐが形成されている。このため、導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に進行する位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの光量を高くすることができる。従って、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域１０Ｒに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００８２】
また、本形態において、複数の凹凸１３ｐには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに頂部１３２ｐを向けた複数のプリズム状凸部１３０ａにより形成されている。しかも、頂部１３２ｐの角度Θaは、５０°から８０°である。ここで、頂部１３２ｐの角度Θaが８０°を超えると、導光板１３の辺に沿う方向に偏向しすぎることがある一方、頂部１３２ｐの角度Θaが５０°未満であると。導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に十分偏向できないことがある。しかるに本形態では、頂部１３２ｐの角度Θaが６０°であり、上記の最適範囲内にある。それ故、検出領域１０Ｒに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量に適正な強度分布を形成することができる。
【００８３】
（導光板１３の別の構成例）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００に用いた別の導光板１３の説明図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、導光板１３の平面図、導光板１３の角部分のうち、点線で囲んだ１つを拡大して示す平面図、および導光板１３の平面図、および導光板１３から出射される位置検出光の強度分布を示す説明図である。なお、図６（ｃ）に示す光量分布は、図６（ａ）のＸ２−Ｘ２′線で示す位置での光量分布に相当する。また、本形態の基本的な構成は、上記実施の形態と同様であるあるため、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。
【００８４】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３には、４つの角部分（角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ）の各々に光入射部（光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が１つずつ形成されており、かかる光入射部の各々に１つの位置検出用光源（位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が設けられている。
【００８５】
ここで、４つの光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは各々、導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌの側に設けられた第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄと、導光板１３の短辺部分側に設けられた第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄとを備えている。かかる光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの構造に対応して、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは各々、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄに向けて位置検出光を放出する第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ、および第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄに向けて位置検出光を放出する第２発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄとして設けられている。ここで、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄは、中心光軸を第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄに垂直に向けており、第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２２Ｄは、中心光軸を第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄに垂直に向けている。
【００８６】
本形態において、第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは平坦面である。これに対して、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄは、複数の凹凸１３ｒが形成された形状（凹凸形状）を備えている。
【００８７】
本形態において、複数の凹凸１３ｒは、図６（ｂ）に示すように、第１発光素子１２１Ｄに頂部１３２ｒを向けた複数のプリズム状凸部１３０ｂにより形成されている。頂部１３２ｒの角度Θbは、５０°から８０°であることが好ましく、本形態において、頂部１３２ｒの角度Θbは６０°である。
【００８８】
このように構成した凹凸１３ｒにおいて、角部分１３ｈ側に位置する斜面は、光入射部１３ｄから入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｒとして機能する。すなわち、位置検出用光源１２Ｄから放出された位置検出光には、短辺部分１３ｉに沿う方向に向かう光が含まれているが、かかる光の一部については、図６（ｂ）に矢印Ｌ１２で示すように、偏向用入射面１３１ｒでの屈折により、進行方向が長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向される。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において所定の強度を有する領域の長辺部分１３ｌ側の境界領域は、図６（ｂ）に点線Ｌ１２１で示す位置から点線Ｌ１２２で示す位置まで長辺部分１３ｌに接近する。それ故、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において、長辺部分１３ｌに沿う方向の強度を高めることができる。他の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇでも同様である。
【００８９】
かかる構成を採用した場合も、上記実施の形態と略同様、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを同相で駆動し、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを同相で駆動する。その際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄと、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃとを逆相で駆動する。このようにして、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００９０】
また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際には、長辺方向の位置検出と異なるタイミングで、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃを同相で駆動し、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄを同相で駆動する。その際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃと、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄとを逆相で駆動する。このようにして、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００９１】
ここで、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄには、偏向用入射面１３１ｒを備えた複数の凹凸１３ｒが形成されており、かかる偏向用入射面１３１ｒは、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄから入射した位置検出光の一部を長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に偏向する。このため、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なうにあたって、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを点灯状態とし、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを消灯状態とすると、導光板１３から出射される位置検出光の強度は、図６（ｃ）に示すように、短辺部分１３ｉから短辺部分１３ｊに向かって単調減少となる。なお、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを点灯状態とし、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを消灯状態とした場合も同様である。それ故、本形態によれば、上記実施の形態１と同様、位置検出精度を高めることができるという効果を奏する。
【００９２】
（他の実施の形態）
本発明の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、一つの光検出器１５のみを設けているが、別の光検出器が適宜の位置に配置されていても構わない。
【００９３】
また、上記実施の形態では、偏向用入射面１３１ｐ、１３１ｒを備えた凹凸１３ｐ、１３ｒを構成するにあたって、三角形のプリズム状凸部１３０ａ、１３０ｂを設けたが、図７〜図１４を参照して以下に説明するように、正弦波形状や矩形波状の凹凸１３ｐ、１３ｒを形成してもよい。なお、図７〜図１４では、図５を参照して説明した凹凸１３ｐを構成するのに用いることのできる凸部や凹部を説明するが、図７〜図１４を参照して説明する凸部や凹部は、図６を参照して説明した凹凸１３ｒを構成するのに用いることもできる。なお、図７〜図１４を参照して説明する構成は、基本的な構成が、図５を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの詳細な説明を省略する。
【００９４】
（凹凸１３ｐの変形例１）
図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例１を示す説明図である。図７に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｃ１（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９５】
（凹凸１３ｐの変形例２）
図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例２を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、凹凸１３ｐの平面図および凹部１３０ｄの底部を拡大して示す説明図である。
【００９６】
図８に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。また、凹部１３０ｄの底部には、凸部１３０ｃより小サイズのプリズム状凸部１３０ｄ０が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｄ１（偏向用入射面）、およびプリズム状凸部１３０ｃ０の斜面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９７】
（凹凸１３ｐの変形例３）
図９は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例３を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、凹凸１３ｐの平面図および凸部１３ｃの先端部を拡大して示す説明図である。
【００９８】
図９に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。また、凸部１３０ｃの先端部には、凸部１３０ｃより小サイズのプリズム状凸部１３０ｃ０が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｃ１（偏向用入射面）、およびプリズム状凸部１３０ｃ０の斜面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９９】
（凹凸１３ｐの変形例４）
図１０は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例４を示す説明図である。
【０１００】
図１０に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、台径の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｅが形成されており、その結果、凸部１３０ｅの間には凹部１３０ｆが形成されている。ここで、凸部１３０ｅは、先端部に相当する上底部が基部側の下底部より小の台径形状である。このため、凸部１３０ｅの側面１３０ｅ１は斜め外向きの斜面になっている。従って、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｅの側面１３０ｅ１（偏向用入射面）で偏向される。それ故、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。なお、本形態でも、図８あるいは図９を参照して説明したように、凸部１３０ｅの先端部や凹部１３０ｆの底部にプリズム状凸部を形成してもよい。
【０１０１】
（凹凸１３ｐの変形例５）
図１１は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例５を示す説明図である。
【０１０２】
図１１に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、曲線が連続して繋がった波形状の平面形状を構成する複数の凸部１３０ｇ（湾曲凸部）および複数の凹部１３０ｈ（湾曲凹部）が形成されており、凸部１３０ｇの先端部および凹部１３０ｈの底部は湾曲している。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｇの先端部（偏向用入射面）や凹部１３０ｈの底部（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０３】
（凹凸１３ｐの変形例６）
図１２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例６を示す説明図である。
【０１０４】
図１２に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、円弧状に凹んだ凹レンズ状の平面形状を備えた複数の凹部１３０ｉ（凹曲面）が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凹部１３０ｉの凹曲面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０５】
（凹凸１３ｐの変形例７）
図１３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例７を示す説明図である。
【０１０６】
図１３に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、円弧状に膨らんだ凸レンズ状の平面形状を備えた複数の凸部１３０ｊ（凸曲面）が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｊの凸曲面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０７】
（凹凸１３ｐの変形例８）
図１４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例８を示す説明図である。
【０１０８】
図１４に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、複数の凸部１３０ｋおよび複数の凹部１３０ｌが形成されている。ここで、凸部１３０ｋおよび複数の凹部１３０ｌは、中央から両側に向かって間隔が狭まっており、凸部１３０ｋおよび凹部１３０ｌは、フレネルレンズの断面形状を有する凹凸１３ｐを構成している。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｋおよび凹部１３０ｌの側面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０９】
［位置検出機能付き表示装置１００の変形例］
上記実施の形態では、画像生成装置２００として投射型表示装置２０３、２０７を備えている構成であったが、図１５〜図１８に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置２００として採用すれば、図１９を参照して後述する電子機器に用いることができる。
【０１１０】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例１）
図１５および図１６は、本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【０１１１】
図１５および図１６に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、有機エレクトロルミネッセンス装置やプラズマ表示装置などといった直視型表示装置２０８であり、光学式位置検出装置１０に対して入力操作側とは反対に設けられている。直視型表示装置２０８は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【０１１２】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例２）
図１７および図１８は、本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の説明図であり、図１７および図１８は各々、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【０１１３】
図１７および図１８に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、直視型表示装置である液晶装置２０９と、透光性カバー３０とを備えている。液晶装置２０９は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【０１１４】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るための光学シート１６が配置されている。本形態においては、光学シート１６として、導光板１３の光出射面１３ｓに対向する第１プリズムシート１６１と、第１プリズムシート１６１に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する第２プリズムシート１６２と、第２プリズムシート１６２に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する光散乱板１６３とが用いられている。なお、光学シート１６に対して導光板１３が位置する側とは反対側には矩形枠状の遮光シート１７が光学シート１６の周囲に配置されている。かかる遮光シート１７は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。
【０１１５】
液晶装置２０９（画像生成装置２００）は、光学シート１６（第１プリズムシート１６１、第２プリズムシート１６２および光散乱板１６３）に対して導光板１３が位置する側とは反対側に液晶パネル２０９ａを備えている。本形態において、液晶パネル２０９ａは、透過型の液晶パネルであり、２枚の透光性基板２１、２２をシール材２３で貼り合わせ、基板間に液晶２４を充填した構造を有している。本形態において、液晶パネル２０９ａは、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、２枚の透光性基板２１、２２の一方側には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子（図示せず）が形成され、他方側には透光性の共通電極（図示せず）が形成されている。なお、画素電極および共通電極が同一の基板に形成されることもある。かかる液晶パネル２０９ａでは、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶２４の配向が制御される結果、画像表示領域２０Ｒに画像が形成される。
【０１１６】
液晶パネル２０９ａにおいて、一方の透光性基板２１には、他方の透光性基板２２の外形より周囲に張り出した基板張出部２１ｔが設けられている。この基板張出部２１ｔの表面上には駆動回路などを構成する電子部品２５が実装されている。また、基板張出部２１ｔには、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）などの配線部材２６が接続されている。なお、基板張出部２１ｔ上には配線部材２６のみが実装されていてもよい。なお、必要に応じて透光性基板２１、２２の外面側には偏光板（図示せず）が配置される。
【０１１７】
ここで、対象物体Ｏｂの平面位置を検出するためには、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを対象物体Ｏｂによる操作が行われる視認側へ出射させる必要があり、液晶パネル２０９ａは、導光板１３および光学シート１６よりも視認側（操作側）に配置されている。従って、液晶パネル２０９ａにおいて、画像表示領域２０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。なお、液晶パネル２０９ａが導光板１３の視認側とは反対側に配置される場合には、画像表示領域２０Ｒが位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過するように構成されている必要はないが、その代りに、画像表示領域２０Ｒが導光板１３を通して視認側より透視可能に構成される必要がある。
【０１１８】
液晶装置２０９は、液晶パネル２０９ａを照明するための照明装置４０を備えている。本形態において、照明装置４０は、導光板１３に対して液晶パネル２０９ａが位置する側とは反対側において導光板１３と反射板１４との間に配置されている。照明装置４０は、照明用光源４１と、この照明用光源４１から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板４３とを備えており、照明用導光板４３は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源４１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光Ｌ４を放出する。本形態において、照明用光源４１は、照明用導光板４３の辺部分４３ａに沿って複数、配列されている。
【０１１９】
照明用導光板４３は、辺部分４３ａに隣接する光出射側の表面部分（光出射面４３ｓの辺部分４３ａ側の外周部）に傾斜面４３ｇが設けられ、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面４３ｇを有する入光構造によって、光出射面４３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分４３ａの高さを照明用光源４１の光放出面の高さに対応させてある。
【０１２０】
かかる照明装置４０において、照明用光源４１から出射された照明光は、照明用導光板４３の辺部分４３ａから照明用導光板４３の内部に入射した後、照明用導光板４３の内部を反対側の外縁部４３ｂに向けて伝播し、一方の表面である光出射面４３ｓから出射される。ここで、照明用導光板４３は、辺部分４３ａ側から反対側の外縁部４３ｂに向けて内部伝播光に対する光出射面４３ｓからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板４３の光出射面４３ｓ、または背面４３ｔに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度などを上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分４３ａから入射した照明光Ｌ４は光出射面４３ｓからほぼ均一に出射される。
【０１２１】
本形態において、照明用導光板４３は、液晶パネル２０９ａの視認側とは反対側で液晶パネル２０９ａの画像表示領域２０Ｒと平面的に重なるように配置され、いわゆるバックライトとして機能する。但し、照明用導光板４３を液晶パネル２０９ａの視認側に配置して、いわゆるフロントライトとして機能するように構成してもよい。また、本形態において、照明用導光板４３は導光板１３と反射板１４との間に配置されているが、照明用導光板４３を光学シート１６と導光板１３との間に配置してもよい。また、照明用導光板４３と導光板１３とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート１６を位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと照明光Ｌ４との間で共用としている。但し、照明用導光板４３の光出射側に、上記の光学シート１６とは別の専用の光学シートを配置してもよい。これは、照明用導光板４３においては光出射面４３ｓから出射される照明光Ｌ４の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散乱板を用いることが多いが、位置検出用の導光板１３においては光出射面１３ｓから出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとなる。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板４３の専用品とすることが好ましい。但し、プリズムシート（第１プリズムシート１６１や第２プリズムシート１６２）などの集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。
【０１２２】
（電子機器への搭載例）
図１９を参照しながら、図７〜図１８を参照して説明した位置検出機能付き表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図１９は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。図１９（ａ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１、およびキーボード２００２が設けられている。図１９（ｂ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１、およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、位置検出機能付き表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図１９（ｃ）に、位置検出機能付き表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置１００に表示される。
【０１２３】
なお、位置検出機能付き表示装置１００が適用される電子機器としては、図１９に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置１００が適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ・・角部分、１３ｉ、１３ｆ、１３ｊ・・短辺部分、１３ｋ、１３ｌ・・長辺部分、１３ｐ、１３ｒ・・凹凸、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、１５ａ・・受光部、１００・・位置検出機能付き表示装置、１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ・・第１発光素子、１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２、１２２Ｄ・・第２発光素子、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ・・第１光入射部分、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ・・第２光入射部分、２００・・画像生成装置、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式位置検出装置、および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】
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている。
【０００３】
かかる位置検出装置での検出方式としては、抵抗膜方式、超音波方式、静電容量方式、光学式などが知られている。抵抗膜方式は低コストであるが静電容量方式とともに透過率が低く、超音波方式や静電容量方式は高い応答速度を有するが、耐環境性が低い。これに対して、光学式は耐環境性、透過率、応答速度をそれぞれ高くすることができるという特徴がある（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９５６４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載の光学式位置検出装置では、表示画面の近傍に、検出すべき位置座標の分解能に対応する数の光源や光検出器などが必要であるので、コストが高いという問題点がある。
【０００６】
そこで、本願発明者は、図２０に模式的に示すように、導光板１３の端部に対向するように位置検出用光源１２を設け、導光板１３から出射された位置検出光Ｌ２が指などに当たって反射した光を光検出器１５で検出する光学式位置検出装置を検討している。かかる光学式位置検出装置では、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２の強度と位置検出用光源１２からの距離との間の関係に基づいて指などの位置を検出することができるので、少ない数の位置検出用光源１２や光検出器１５で済むという利点がある。
【０００７】
このような方式の光学式位置検出装置において、図２１（ａ）に示すように、長方形の導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌの中央位置、および短辺部分１３ｉ、１３ｊの中央位置に位置検出用光源１２を設けると、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近では、導光板１３から出射される位置検出光の強度が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本願発明者は、図２１（ｂ）に示すように、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの各々に位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを配置することを提案する。かかる構成の場合、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なうときには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄの同時点灯と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃの同時点灯とを時間をずらして行ない、導光板１３の短辺方向での位置検出を行なうときには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃの同時点灯と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄの同時点灯とを時間をずらして行なう。
【０００９】
また、本願発明者は、図２１（ｃ）に示すように、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの長辺側に第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ（第１位置検出用光源）を設け、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの短辺側に第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２２Ｄ（第２位置検出用光源）を設けることを提案する。かかる構成の場合、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なうときには、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄの同時点灯と、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃの同時点灯とを時間をずらして行なう。また、導光板１３の短辺方向での位置検出を行なうときには、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃの同時点灯と、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄの同時点灯とを時間をずらして行なう。
【００１０】
かかる構成によれば、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近においても、導光板１３から出射される位置検出光の強度が高いという利点がある。
【００１１】
しかしながら、図２１（ｃ）に示す構成では、例えば、第１発光素子１２１Ｄから放出された位置検出光が導光板１３内を進行する範囲をΘ1で示し、第２発光素子１２２Ｄから放出された位置検出光が導光板１３内を進行する範囲をΘ2で示すと分るように、導光板１３内に位置検出光が到達しない領域が発生する。その結果、導光板１３の長辺方向での位置検出を行なう際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄの同時点灯させても、図２１（ｃ）のＰ−Ｐ′線で示す位置では、導光板１３から出射される位置検出光の強度分布に不自然な変曲点Ｐ0が発生し、位置検出光の強度と光源からの距離との間に逆転部分が発生するという問題点がある。かかる問題点は、図２１（ｂ）に示す構成でも同様に発生する。なお、図２０および図２１に示す形態は、本発明の参考例であって従来技術ではない。
【００１２】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、導光板から出射される位置検出光の強度分布を適正化することにより、位置検出精度を高めることの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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、前記対象物体に照射される位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記位置検出光を内部に採り込む光入射部を備え、当該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に放出して前記検出領域に前記位置検出光の出射光量の強度分布を形成する導光板と、前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、前記出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、を有し、前記導光板は、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を有し、当該導光板の角部分に前記光入射部および前記位置検出用光源が設けられ、前記光入射部には、該光入射部から入射する前記位置検出光の一部を屈折により前記導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる偏向用入射面を備えた凹凸形状が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
なお、「凹凸」「凸部」「凹部」とは、一定の基準線から突出しているか凹んでいるかを意味するが、本発明における「凹凸」「凸部」「凹部」とは、光入射部において、隣り合う２箇所のうちの一方が他方に対して突出し、その結果、他方が一方に対して凹んでいる形状を意味する。
【００１５】
本発明では、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器を介して得られた受光強度から対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の位置検出装置を構成することができる。ここに本発明では、導光板が、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を備え、導光板の角部分に光入射部および位置検出用光源が設けられている。このため、導光板の角部分付近においても、導光板から出射される位置検出光の強度が高い。また、光入射部には、入射する位置検出光の一部を屈折により導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる入射面を備えた凹凸形状が形成されているため、導光板の長辺部分に沿う方向に進行する位置検出光の光量を高くすることができる。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１６】
本発明において、前記光入射部および前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に１つずつ設けられ、前記導光板を平面視したとき、前記光入射部は、前記導光板の角部分を当該導光板の長辺部分および短辺部分に対して斜めに切り欠いた部分に前記凹凸形状を備え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、位置検出用光源から放出された位置検出光には、長辺部分に沿う方向、導光板の対角方向、および短辺部分に沿う方向に向かう光が含まれているが、導光板の対角方向に向かう光の一部については、進行方向が長辺部分に沿う方向に偏向される。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００１７】
本発明において、前記凹凸形状は、前記位置検出用光源に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されている構成を採用することができる。この場合、前記頂部の角度は、５０°から８０°であることが好ましい。頂部の角度が８０°を超えると、導光板の辺に沿う方向に偏向しすぎることがある一方、頂部の角度が５０°未満であると、導光板の長辺部分に沿う方向に十分偏向できないことがある。従って、頂部の角度については５０°以上、かつ、８０°以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記光入射部は、前記導光板の角部分に、当該導光板の長辺部分側に設けられた第１光入射部分と、前記導光板の短辺部分側に設けられた第２光入射部分と、を備え、前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に、前記第１光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第１発光素子、および前記第２光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第２発光素子として設けられ、前記凹凸形状は、前記第１光入射部分に形成されている構成を採用してもよい。
【００１９】
この場合、前記凹凸形状は、前記第１発光素子に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることが好ましい。このように構成すると、第２発光素子から放出された位置検出光には、長辺部分に沿う方向に向かう。また、第１発光素子から放出された位置検出光には、短辺部分に沿う方向に向かうが、かかる一部については、進行方向が長辺部分に沿う方向に偏向される。従って、導光板の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域に位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。かかる構成を採用した場合、頂部の角度は、５０°から８０°であることが好ましい。頂部の角度が８０°を超えると、導光板の長辺部分に沿う方向への偏向が十分でなく、頂部の角度が５０°未満であると、導光板の長辺部分に沿う方向に偏向しすぎることがある。従って、頂部の角度については５０°以上、かつ、８０°以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明を適用した光学式位置検出装置は位置検出機能付き表示装置を構成するのに用いることができる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有している。前記画像生成装置としては、投射型表示装置や、液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置などといった直視型表示装置を用いることができる。
【００２１】
本発明に係る位置検出機能付き表示装置は、各種表示装置の他、携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器に用いられる。
【００２２】
また、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、外周部分の４つの角部分に光入射部を備えた導光板と、前記光入射部に向けて位置検出光を出射する４つの位置検出用光源と、前記導光板の厚さ方向の一方面から出射されて前記対象物体で反射した前記位置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信号処理部と、を有し、前記４つの位置検出用光源は、一部の位置検出用光源と、該一部の位置検出用光源と同数の他の一部の位置検出用光源とが組み合わせを変えて交互に点灯して前記位置検出光を出射し、前記光入射部は、複数の凸部あるいは複数の凹部のうちの少なくとも一方を備えていることを特徴とする。
【００２３】
本発明では、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、これが導光板の出射側に配置された対象物体によって反射されると、この反射光が光検出器によって検出される。ここで、検出領域における位置検出光の強度と位置検出用光源からの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器を介して得られた受光強度から対象物体の位置を検出することができる。それ故、検出領域に沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の位置検出装置を構成することができる。ここに本発明では、導光板の角部分に光入射部が設けられ、かかる光入射部には複数の凸部や複数の凹部が設けられているため、位置検出光が導光板に入射される際に偏向され、位置検出光は、導光板内を適正に進行する。このため、導光板からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００２４】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部としてプリズム状凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２５】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２６】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されているとともに、当該凸部の先端部、および当該凸部で挟まれた凹部の底部のうちの少なくとも一方には、プリズム状凸部が形成されている構成を採用することができる。
【００２７】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部としての湾曲凸部と前記凹部としての湾曲凹部とが繋がって形成されている構成を採用することができる。
【００２８】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部として凸曲面が形成されている構成を採用することができる。
【００２９】
本発明において、前記光入射部には、前記凹部として凹曲面が形成されている構成を採用することができる。
【００３０】
本発明において、前記光入射部には、前記凸部と前記凹部とによってフレネルレンズの断面形状を有する凹凸が形成されている構成を採用することができる。
【００３１】
本発明において、前記位置検出光は、赤外光からなることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出光が視認されないという利点がある。
【００３２】
本発明に係る光学式位置検出装置は、位置検出機能付き投射型表示装置に用いることができる。この場合、前記導光板は、前記一方面と画像が投射される方向とが交差している構成を採用する。また、位置検出機能付き投射型表示装置は、本発明に係る光学式位置検出装置と、前記画像を投射する画像投射装置と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用した光学式位置検出装置および光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置での信号処理内容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および位置検出機能付き表示装置において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターン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および位置検出機能付き表示装置に用いた導光板の説明図である。
【図６】本発明を適用した光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置に用いた別の導光板の説明図である。
【図７】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例１を示す説明図である。
【図８】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例２を示す説明図である。
【図９】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例３を示す説明図である。
【図１０】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例４を示す説明図である。
【図１１】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例５を示す説明図である。
【図１２】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例６を示す説明図である。
【図１３】本発明を適用した光学式位置検出装置の導光板に形成される凹凸の変形例７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の導光板に形成される凹凸の変形例８を示す説明図である。
【図１５】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１６】本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１７】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の分解斜視図である。
【図１８】本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置および光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図である。
【図１９】本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。
【図２０】光学式位置検出装置の基本構成を示す説明図である。
【図２１】本発明の参考例に係る光学式位置検出装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
［光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置の構成］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明を適用した光学式位置検出装置および光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、画像投射面に対して前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図、および画像投射面に対して後方（入力操作側とは反対側）から画像を投射する投射型表示装置を用いた場合の構成例を示す説明図である。
【００３６】
図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、画像生成装置２００によって表示された画像に基づいて指などの対象物体を検出領域１０Ｒに接近させた際、対象物体Ｏｂの平面的な位置を検出する。
【００３７】
詳しくは後述するように、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、横長の略長方形の導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。
【００３８】
本形態において、画像生成装置２００は投射型であり、導光板１３の前面側（入力操作側）に重ねて配置されたスクリーン状の被投射面２０１を有している。また、導光板１３の前面（厚さ方向の一方面）、および被投射面２０１は、画像生成装置２００からの画像の投射方向と交差している。このため、画像生成装置２００は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像を形成する。本形態において、画像形成領域２０Ｒは、光学式位置検出装置１０の検出領域１０Ｒと略重なる領域であり、横長の略長方形である。ここで、被投射面２０１は、白色等、赤外光を通過可能な材質からなる。
【００３９】
図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００のうち、図１（ａ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、前方（入力操作側）から画像を投射する投射型表示装置２０３を備えている。図１（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００の画像生成装置２００は、導光板１３および被投射面２０１の後方（入力操作側とは反対側）に配置されたミラー２０６と、ミラー２０６に向けて画像を投射する投射型表示装置２０７とを備えている。
【００４０】
（光学式位置検出装置１０の詳細構成）
図２は、本発明を適用した光学式位置検出装置の詳細構成を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光学式位置検出装置の断面構成を模式的に示す説明図、光学式位置検出装置に用いた導光板などの構成を示す説明図、および導光板内での位置検出用赤外光の減衰状態を示す説明図である。
【００４１】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、導光板１３は略長方形の平面形状を有しており、導光板１３の側端面１３ｍでは、長辺部分１３ｋ、１３ｌ同士が対向し、短辺部分１３ｉ、１３ｊ同士が対向している。かかる導光板１３の形状に対応して、光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（図１に示す位置検出用光源１２）を有しており、導光板１３は、側端面１３ｍに、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する４つの光入射部１３ａ〜１３ｄを備えている。導光板１３は、内部を伝播した位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを出射する光出射面１３ｓを一方の表面（図示上面）に備えており、かかる光出射面１３ｓと側端面１３ｍとは直交している。すなわち、導光板１３を平面視したとき、導光板１３は、厚さ方向の一方面が光出射面１３ｓになっており、厚さ方向の外周部分は、光出射面１３ｓと直交する側端面１３ｍになっている。また、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５を備えている。
【００４２】
本形態において、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄおよび４つの光入射部１３ａ〜１３ｄはいずれも、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに設けられている。位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは光入射部１３ａ〜１３ｄと対向するように配置され、好ましくは光入射部１３ａ〜１３ｄと密接するように配置されている。本形態では、光検出器１５に加えて、補償用光検出器１５ｘも用いられている。かかる補償用光検出器１５ｘは、光検出器１５を介して得られる検出結果に対する温度などの影響を補償するためのものであり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを検出するものではない。
【００４３】
導光板１３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂などの透明な樹脂板で構成されている。導光板１３において、光出射面１３ｓ、または光出射面１３ｓの反対側の背面１３ｔには、表面凹凸構造、プリズム構造、散乱層（図示せず）などが設けられており、このような光散乱構造によって、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して内部を伝播する光は、その伝播方向に進むに従って徐々に偏向されて光出射面１３ｓより出射される。なお、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るために、プリズムシートや光散乱板などの光学シートが配置される場合もある。
【００４４】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを発散光として放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、可視光とは波長分布が異なるか、点滅などの変調が加えられることで発光態様が異なればよい。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、指やタッチペンなどの対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましい。従って、対象物体Ｏｂが指などの人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。また、位置検出光Ｌ２が赤外光であれば、位置検出光Ｌ２が視認されないという利点がある。
【００４５】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは本質的に複数設けられ、相互に異なる位置から位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出するように構成される。４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、対角位置の位置検出用光源は対になって第１光源を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源を構成している。また、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄのうち、隣り合う２つの位置検出用光源は対になって第１光源対を構成し、他の２つの位置検出用光源は対になって第２光源対を構成することもある。
【００４６】
このように構成した位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出光Ｌ２ａと位置検出光Ｌ２ｂは、導光板１３の内部では、矢印Ａで示す方向において互いに逆向きに伝播しながら、光出射面１３ｓから出射される。また、位置検出光Ｌ２ｃと位置検出光Ｌ２ｄは、矢印Ａで示す方向に対して交差する方向（矢印Ｂで示す方向）において互いに逆向きに伝播しながら光出射面１３ｓから出射される。
【００４７】
検出領域１０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが視認側（操作側）に出射される平面範囲であり、対象物体Ｏｂによる反射光が生じうる平面範囲である。本形態において、検出領域１０Ｒの平面形状は、矩形状であり、四つの辺部分のうちの１つの長辺部分の長さ方向の略中央部分に光検出器１５が配置されている。すなわち、光検出器１５は、導光板１５において隣り合う角部分（光入射部１３ｂ、１３ｄ）で挟まれた辺部分１３ｌに対して、導光板１３の厚さ方向で重なる位置に配置されている。検出領域１０Ｒにおいて、隣接する各辺の角部分の内角は９０度となっており、かかる内角は、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈの内角と同一の角度とされている。
【００４８】
（基本原理）
上記光検出器１５での検出に基づいて対象物体Ｏｂの位置情報の取得方法について説明する。この位置情報の取得方法は種々のものが考えられるが、例えば、その一例として、二つの位置検出光の検出光量の比率に基づいてそれらの減衰係数の比率を求め、この減衰係数の比率から両位置検出光の伝播距離を求めることにより、対応する二つの光源を結ぶ方向の位置座標を求める方法が挙げられる。
【００４９】
まず、本形態の位置検出機能付き表示装置１００においては、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは各々、光入射部１３ａ〜１３ｄから導光板１３の内部に入射し、導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから出射される。その結果、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、光出射面１３ｓから面状に放出される。
【００５０】
例えば、位置検出光Ｌ２ａは光入射部１３ａから光入射部１３ｂに向けて導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。同様に、位置検出光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄも導光板１３の内部を伝播しながら徐々に光出射面１３ｓから放出されていく。従って、検出領域１０Ｒに指などの対象物体Ｏｂが配置されると、対象物体Ｏｂにより上記位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが反射され、その反射光の一部が上記光検出器１５により検出される。
【００５１】
ここで、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ａの光量は、図２（ｃ）に実線で示すように、位置検出用光源１２Ａからの距離に伴って直線的に減衰し、検出領域１０Ｒに出射される位置検出光Ｌ２ｂの光量は、図２（ｃ）に点線で示すように、位置検出用光源１２Ｂからの距離に伴って直線的に減衰すると考えられる。
【００５２】
また、位置検出用光源１２Ａの制御量（例えば電流量）、変換係数、および放出光量をＩａ、ｋ、およびＥａとし、位置検出用光源１２Ｂの制御量（電流量）、変換係数、および放出光量をＩｂ、ｋ、およびＥｂとすれば、
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ
となる。また、位置検出光Ｌ２ａの減衰係数、および検出光量をｆａ、およびＧａとし、位置検出光Ｌ２ｂの減衰係数、および検出光量をｆｂ、およびＧｂとすれば、
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ
となる。
【００５３】
従って、光検出器１５において両位置検出光の検出光量の比であるＧａ／Ｇｂが検出できるとすれば、
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ・Ｅａ）／（ｆｂ・Ｅｂ）＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
となるから、放出光量の比Ｅａ／Ｅｂ、および制御量の比Ｉａ／Ｉｂに相当する値が分かれば、減衰係数の比ｆａ／ｆｂが分る。この減衰係数の比と両位置検出光の伝播距離の比との間に直線関係があれば、この直線関係を予め設定しておくことで、対象物体Ｏｂの位置情報を得ることができる。
【００５４】
上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求める方法としては、例えば、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを逆相で点滅（例えば、矩形波状若しくは正弦波状の駆動信号を伝播距離の差に起因する位相差が無視できる周波数で相互に１８０度の位相差を持つように動作）させた上で、検出光量の波形を解析する。より現実的には、例えば、一方の制御量Ｉａを固定し（Ｉａ＝Ｉｍ）、検出波形が観測できなくなるように、すなわち、検出光量の比Ｇａ／Ｇｂが１となるように他方の制御量ｌｂを制御し、このときの制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から上記減衰係数の比ｆａ／ｆｂを導出する。
【００５５】
また、両制御量の和が常に一定、すなわち、下式
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ
を満たすように制御してもよい。この場合には、下式
Ｉｂ＝Ｉｍ・ｆｂ／（ｆａ＋ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ＋ｆｂ）＝α
とすると、下式
ｆａ／ｆｂ＝（１−α）／α
により、減衰係数の比が求まる。
【００５６】
従って、対象物体Ｏｂの矢印Ａ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂを相互に逆相で駆動することで取得することができる。また、対象物体Ｏｂの矢印Ｂ方向の位置情報は、位置検出用光源１２Ｃと位置検出用光源１２Ｄを相互に逆相で駆動することで取得することができる。それ故、制御系において上記Ａ方向とＢ方向の検出動作を順次行って対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。すなわち、本形態の光学式位置検出装置１０では、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、一部の位置検出用光源と他の一部の位置検出用光源とが同数ずつ組み合わせを変えて交互に点灯して位置検出光を出射させ、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得する。
【００５７】
上記のように、光検出器１５により検出される位置検出光の光量比に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の平面位置情報を取得するにあたって、例えば、信号処理部としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図３を参照して後述するように、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。かかる信号処理部は、位置検出機能付き表示装置１００の一部として組み込まれていても良く、位置検出機能付き表示装置１００が搭載される電子機器の内部において構成されていてもよい。
【００５８】
（信号処理部の構成例）
図３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００での信号処理内容を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の信号処理部の説明図、および信号処理部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。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａに対して可変抵抗１１１を介して駆動パルスを印加し、位置検出用光源１２Ｂに対して反転回路１１３および可変抵抗１１２を介して駆動パルスを印加する。このため、位置検出用光源駆動回路１１０は、位置検出用光源１２Ａと位置検出用光源１２Ｂとに対して逆相の駆動パルスを印加し、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを変調させて出射させる。そして、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが対象物体Ｏｂで反射した光を共通の光検出器１５で受光する。光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５には、１ｋΩ程度の抵抗１５ｒ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。
【００６０】
かかる光強度信号生成回路１４０において、光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１には、信号処理部１５０が電気的に接続されている。光検出器１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力される検出信号Ｖｃは、下式
Ｖｃ＝Ｖ15／（Ｖ15＋抵抗１５ｒの抵抗値）
Ｖ15：光検出器１５の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器１５に入射しない場合と、環境光が光検出器１５に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器１５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。
【００６１】
信号処理部１５０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。
【００６２】
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１５と抵抗１５ｒ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１５と抵抗１５ｒとの接続点Ｐ１から出力された検出信号Ｖｃからは、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの位置検出信号Ｖｄが抽出される。すなわち、位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ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。
【００６３】
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。
【００６４】
位置検出用信号分離回路１７０は、位置検出用光源１２Ａ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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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。
【００６５】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図３（ｂ）に示す処理を行ない、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源駆動回路１１０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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂに対する現状の駆動条件を維持させる。これに対して、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａが、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源１２Ａの出射光量を高める。また、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅｂが、位置検出光Ｌ２ａが点灯している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位置検出用光源１２Ｂの出射光量を高める。
【００６６】
このようにして、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では信号処理部１５０の発光強度補償指令回路１８０によって、光検出器１５による位置検出光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに対する検出量が同一となるように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ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、位置検出光Ｌ２ａが点灯している期間での位置検出信号Ｖｓの実効値Ｖｅａと、位置検出光Ｌ２ｂが点灯している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位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂでの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として位置判定部１２０に出力すれば、位置判定部１２０は、検出領域１０Ｒにおける対象物体Ｏｂの矢印Ａ方向における位置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の矢印Ｂ方向における位置座標を得ることができる。それ故、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。
【００６７】
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１５と抵抗１５ｒ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１５と抵抗１５ｒ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。
【００６８】
（本形態での位置検出方法）
図４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において位置検出する際の位置検出用光源の点灯パターンを示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は各々、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出、および短辺方向の位置検出を行なう場合の説明図である。
【００６９】
本形態の光学式位置検出装置１０では、４つの位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄにおいて、一部の位置検出用光源と他の一部の位置検出用光源とが同数ずつ組み合わせを変えて交互に点灯して位置検出光を出射する構成として、以下の構成を採用している。すなわち、本形態の光学式位置検出装置１０では、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、図４（ａ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃとを逆相で駆動して、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００７０】
また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際には、長辺方向の位置検出と異なるタイミングで、図４（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃを同相で駆動し、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄを同相で駆動し、かつ、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃと位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄとを逆相で駆動して、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向（Ｙ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００７１】
かかる方法でも、対象物体ＯｂのＸＹ平面上の位置座標を取得できる。また、このような位置検出用光源を複数同時に点灯する構成によれば、例えば、位置検出光の明暗傾斜分布が、１つの位置検出用光源を点灯する構成よりも広い範囲で好適に得られるため、より正確な位置検出が可能である。
【００７２】
また、本形態では、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄが点灯している期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃが点灯している期間とにおける光検出器１５の検出結果の差に基づいて、長辺方向の位置検出を行なう。また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｃが点灯している期間と、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｄが点灯している期間とにおける光検出器１５の検出結果の差に基づいて、短辺方向の位置検出を行なう。かかる方法によっても、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。また、図２（ｃ）に示す強度分布が単純増加あるいは単純減少であれば、直線関係にない場合でも位置検出を行なうことができる。
【００７３】
（導光板の詳細構成）
図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００に用いた導光板１３の説明図である。なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、導光板１３の平面図、導光板１３の４つの角部分のうち、点線で囲んだ１つを拡大して示す平面図、および導光板１３の平面図、および導光板１３から出射される位置検出光の強度分布を示す説明図である。なお、図５（ｃ）に示す光量分布は、図５（ａ）のＸ１−Ｘ１′線で示す位置での光量分布に相当する。
【００７４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３には、４つの角部分（角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ）の各々に光入射部（光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が１つずつ形成されており、かかる光入射部の各々に１つの位置検出用光源（位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が設けられている。
【００７５】
本形態では、導光板１３を平面視したとき、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して斜めに切り欠いた部分に複数の凹凸１３ｐが形成された形状（凹凸形状）を備えている。本形態において、角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して４５°の角度をなすように切り欠かれており、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの中心光軸は、長辺部分１３ｋ、１３ｌおよび短辺部分１３ｉ、１３ｊに対して４５°の角度をなしている。なお、角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、対角線に対して直交するように切り欠かれることもあり、この場合、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの中心光軸は、対角線上に向けられる。
【００７６】
本形態において、複数の凹凸１３ｐには、図５（ｂ）に示すように、位置検出用光源１２Ｄに頂部１３２ｐを向けた複数のプリズム状凸部１３０ａ（凸部）により形成されている。頂部１３２ｐの角度Θaは、５０°から８０°であることが好ましく、本形態において、頂部１３２ｐの角度Θaは６０°である。
【００７７】
このように構成した凹凸１３ｐにおいて、短辺部分１３ｉ側に位置する斜面は、光入射部１３ｄから入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐとして機能する。すなわち、位置検出用光源１２Ｄから放出された位置検出光には、長辺部分１３ｌに沿う方向、導光板１３の対角方向、および短辺部分１３ｉに沿う方向に向かう光が含まれているが、導光板１３の対角方向に向かう光の一部については、図５（ｂ）に矢印Ｌ１１で示すように、偏向用入射面１３１ｐでの屈折により、進行方向が長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向される。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において所定の強度を有する領域の長辺部分１３ｌ側の境界領域は、図５（ｂ）に点線Ｌ１１１で示す位置から点線Ｌ１１２で示す位置まで長辺部分１３ｌに接近する。それ故、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において、長辺部分１３ｌに沿う方向の強度を高めることができる。他の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇでも同様である。
【００７８】
従って、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なうにあたって、図４（ａ）を参照して説明したように、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを点灯状態とし、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを消灯状態とすると、導光板１３から出射される位置検出光の強度は、図５（ｃ）に示すように、短辺部分１３ｉから短辺部分１３ｊに向かって単調減少となる。なお、位置検出用光源１２Ｂ、１２Ｃを点灯状態とし、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｄを消灯状態とした場合も同様である。
【００７９】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００では、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが導光板１３の光出射面１３ｓから出射され、これが導光板１３の出射側に配置された対象物体Ｏｂによって反射されると、この反射光が光検出器１５によって検出される。ここで、検出領域１０Ｒにおける位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度と位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄからの距離とが所定の相関性を有しておれば、光検出器１５を介して得られた受光強度から対象物体Ｏｂの位置を検出することができる。それ故、検出領域１０Ｒに沿って多数の光学素子を配置する必要がないので、低コストかつ低消費電力の光学式位置検出装置１０を構成することができる。
【００８０】
また、本形態では、導光板１３が、略長方形の平面形状を備え、導光板１３の４つの角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの各々に光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄおよび位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが１対１で設けられている。このため、導光板１３の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ付近においても、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度が高い。
【００８１】
また、光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、入射する位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｐを備えた複数の凹凸１３ｐが形成されている。このため、導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に進行する位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの光量を高くすることができる。従って、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なう際、検出領域１０Ｒに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量が適正な強度分布を有することになるので、位置検出精度を高めることができる。
【００８２】
また、本形態において、複数の凹凸１３ｐには、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに頂部１３２ｐを向けた複数のプリズム状凸部１３０ａにより形成されている。しかも、頂部１３２ｐの角度Θaは、５０°から８０°である。ここで、頂部１３２ｐの角度Θaが８０°を超えると、導光板１３の辺に沿う方向に偏向しすぎることがある一方、頂部１３２ｐの角度Θaが５０°未満であると。導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に十分偏向できないことがある。しかるに本形態では、頂部１３２ｐの角度Θaが６０°であり、上記の最適範囲内にある。それ故、検出領域１０Ｒに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量に適正な強度分布を形成することができる。
【００８３】
（導光板１３の別の構成例）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００に用いた別の導光板１３の説明図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、導光板１３の平面図、導光板１３の角部分のうち、点線で囲んだ１つを拡大して示す平面図、および導光板１３の平面図、および導光板１３から出射される位置検出光の強度分布を示す説明図である。なお、図６（ｃ）に示す光量分布は、図６（ａ）のＸ２−Ｘ２′線で示す位置での光量分布に相当する。また、本形態の基本的な構成は、上記実施の形態と同様であるあるため、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。
【００８４】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３には、４つの角部分（角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ）の各々に光入射部（光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が１つずつ形成されており、かかる光入射部の各々に１つの位置検出用光源（位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が設けられている。
【００８５】
ここで、４つの光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは各々、導光板１３の長辺部分１３ｋ、１３ｌの側に設けられた第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄと、導光板１３の短辺部分側に設けられた第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄとを備えている。かかる光入射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの構造に対応して、位置検出用光源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは各々、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄに向けて位置検出光を放出する第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ、および第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄに向けて位置検出光を放出する第２発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄとして設けられている。ここで、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄは、中心光軸を第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄに垂直に向けており、第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２２Ｄは、中心光軸を第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄに垂直に向けている。
【００８６】
本形態において、第２光入射部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは平坦面である。これに対して、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄは、複数の凹凸１３ｒが形成された形状（凹凸形状）を備えている。
【００８７】
本形態において、複数の凹凸１３ｒは、図６（ｂ）に示すように、第１発光素子１２１Ｄに頂部１３２ｒを向けた複数のプリズム状凸部１３０ｂにより形成されている。頂部１３２ｒの角度Θbは、５０°から８０°であることが好ましく、本形態において、頂部１３２ｒの角度Θbは６０°である。
【００８８】
このように構成した凹凸１３ｒにおいて、角部分１３ｈ側に位置する斜面は、光入射部１３ｄから入射する位置検出光の一部を屈折により導光板１３の長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向させる偏向用入射面１３１ｒとして機能する。すなわち、位置検出用光源１２Ｄから放出された位置検出光には、短辺部分１３ｉに沿う方向に向かう光が含まれているが、かかる光の一部については、図６（ｂ）に矢印Ｌ１２で示すように、偏向用入射面１３１ｒでの屈折により、進行方向が長辺部分１３ｌに沿う方向に偏向される。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において所定の強度を有する領域の長辺部分１３ｌ側の境界領域は、図６（ｂ）に点線Ｌ１２１で示す位置から点線Ｌ１２２で示す位置まで長辺部分１３ｌに接近する。それ故、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ｄの強度分布において、長辺部分１３ｌに沿う方向の強度を高めることができる。他の角部分１３ｅ、１３ｆ、１３ｇでも同様である。
【００８９】
かかる構成を採用した場合も、上記実施の形態と略同様、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを同相で駆動し、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを同相で駆動する。その際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄと、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃとを逆相で駆動する。このようにして、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００９０】
また、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の短辺方向の位置検出を行なう際には、長辺方向の位置検出と異なるタイミングで、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向の位置検出を行なう際には、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃを同相で駆動し、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄを同相で駆動する。その際、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｃおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｃと、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｄとを逆相で駆動する。このようにして、導光板１３（検出領域１０Ｒ）の長辺方向（Ｘ方向）に位置検出光の強度分布を生成する。
【００９１】
ここで、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄには、偏向用入射面１３１ｒを備えた複数の凹凸１３ｒが形成されており、かかる偏向用入射面１３１ｒは、第１光入射部分１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄから入射した位置検出光の一部を長辺部分１３ｋ、１３ｌに沿う方向に偏向する。このため、導光板１３の長辺方向の位置検出を行なうにあたって、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを点灯状態とし、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを消灯状態とすると、導光板１３から出射される位置検出光の強度は、図６（ｃ）に示すように、短辺部分１３ｉから短辺部分１３ｊに向かって単調減少となる。なお、第１発光素子１２１Ｂ、１２１Ｂおよび第２発光素子１２２Ｂ、１２２Ｃを点灯状態とし、第１発光素子１２１Ａ、１２１Ｄおよび第２発光素子１２２Ａ、１２２Ｄを消灯状態とした場合も同様である。それ故、本形態によれば、上記実施の形態１と同様、位置検出精度を高めることができるという効果を奏する。
【００９２】
（他の実施の形態）
本発明の光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、一つの光検出器１５のみを設けているが、別の光検出器が適宜の位置に配置されていても構わない。
【００９３】
また、上記実施の形態では、偏向用入射面１３１ｐ、１３１ｒを備えた凹凸１３ｐ、１３ｒを構成するにあたって、三角形のプリズム状凸部１３０ａ、１３０ｂを設けたが、図７〜図１４を参照して以下に説明するように、正弦波形状や矩形波状の凹凸１３ｐ、１３ｒを形成してもよい。なお、図７〜図１４では、図５を参照して説明した凹凸１３ｐを構成するのに用いることのできる凸部や凹部を説明するが、図７〜図１４を参照して説明する凸部や凹部は、図６を参照して説明した凹凸１３ｒを構成するのに用いることもできる。なお、図７〜図１４を参照して説明する構成は、基本的な構成が、図５を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの詳細な説明を省略する。
【００９４】
（凹凸１３ｐの変形例１）
図７は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例１を示す説明図である。図７に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｃ１（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９５】
（凹凸１３ｐの変形例２）
図８は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例２を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、凹凸１３ｐの平面図および凹部１３０ｄの底部を拡大して示す説明図である。
【００９６】
図８に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。また、凹部１３０ｄの底部には、凸部１３０ｃより小サイズのプリズム状凸部１３０ｄ０が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｄ１（偏向用入射面）、およびプリズム状凸部１３０ｃ０の斜面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９７】
（凹凸１３ｐの変形例３）
図９は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例３を示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、凹凸１３ｐの平面図および凸部１３ｃの先端部を拡大して示す説明図である。
【００９８】
図９に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、長方形あるいは正方形の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｃが形成されており、その結果、凸部１３０ｃの間には凹部１３０ｄが形成されている。また、凸部１３０ｃの先端部には、凸部１３０ｃより小サイズのプリズム状凸部１３０ｃ０が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｃの側面１３０ｃ１（偏向用入射面）、およびプリズム状凸部１３０ｃ０の斜面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【００９９】
（凹凸１３ｐの変形例４）
図１０は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例４を示す説明図である。
【０１００】
図１０に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、台径の平面形状（四角形状）を備えた複数の凸部１３０ｅが形成されており、その結果、凸部１３０ｅの間には凹部１３０ｆが形成されている。ここで、凸部１３０ｅは、先端部に相当する上底部が基部側の下底部より小の台径形状である。このため、凸部１３０ｅの側面１３０ｅ１は斜め外向きの斜面になっている。従って、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｅの側面１３０ｅ１（偏向用入射面）で偏向される。それ故、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。なお、本形態でも、図８あるいは図９を参照して説明したように、凸部１３０ｅの先端部や凹部１３０ｆの底部にプリズム状凸部を形成してもよい。
【０１０１】
（凹凸１３ｐの変形例５）
図１１は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例５を示す説明図である。
【０１０２】
図１１に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、曲線が連続して繋がった波形状の平面形状を構成する複数の凸部１３０ｇ（湾曲凸部）および複数の凹部１３０ｈ（湾曲凹部）が形成されており、凸部１３０ｇの先端部および凹部１３０ｈの底部は湾曲している。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｇの先端部（偏向用入射面）や凹部１３０ｈの底部（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０３】
（凹凸１３ｐの変形例６）
図１２は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例６を示す説明図である。
【０１０４】
図１２に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、円弧状に凹んだ凹レンズ状の平面形状を備えた複数の凹部１３０ｉ（凹曲面）が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凹部１３０ｉの凹曲面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０５】
（凹凸１３ｐの変形例７）
図１３は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例７を示す説明図である。
【０１０６】
図１３に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、円弧状に膨らんだ凸レンズ状の平面形状を備えた複数の凸部１３０ｊ（凸曲面）が形成されている。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｊの凸曲面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０７】
（凹凸１３ｐの変形例８）
図１４は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０の導光板１３に形成される凹凸１３ｐの変形例８を示す説明図である。
【０１０８】
図１４に示すように、本形態では、導光板１３の光入射部１２ｄに凹凸１３ｐを形成するにあたって、複数の凸部１３０ｋおよび複数の凹部１３０ｌが形成されている。ここで、凸部１３０ｋおよび複数の凹部１３０ｌは、中央から両側に向かって間隔が狭まっており、凸部１３０ｋおよび凹部１３０ｌは、フレネルレンズの断面形状を有する凹凸１３ｐを構成している。このため、位置検出用光源１２Ｄから発散光として出射された位置検出光は、導光板１３に入射する際、凸部１３０ｋおよび凹部１３０ｌの側面（偏向用入射面）で偏向される。従って、位置検出光は、導光板１３内を適正に進行するため、導光板１３からの位置検出光の出射光量が適正な強度分布を有することになる。
【０１０９】
［位置検出機能付き表示装置１００の変形例］
上記実施の形態では、画像生成装置２００として投射型表示装置２０３、２０７を備えている構成であったが、図１５〜図１８に示すように、直視型の表示装置を画像生成装置２００として採用すれば、図１９を参照して後述する電子機器に用いることができる。
【０１１０】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例１）
図１５および図１６は、本発明の変形例１に係る光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【０１１１】
図１５および図１６に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、有機エレクトロルミネッセンス装置やプラズマ表示装置などといった直視型表示装置２０８であり、光学式位置検出装置１０に対して入力操作側とは反対に設けられている。直視型表示装置２０８は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【０１１２】
（位置検出機能付き表示装置１００の変形例２）
図１７および図１８は、本発明の変形例２に係る光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の説明図であり、図１７および図１８は各々、光学式位置検出装置１０および位置検出機能付き表示装置１００の分解斜視図、および断面構成を示す説明図である。なお、本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、光学式位置検出装置１０の構成は、上記実施の形態と同様であるため、共通する部分については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【０１１３】
図１７および図１８に示す位置検出機能付き表示装置１００は、光学式位置検出装置１０と画像生成装置２００とを備えており、光学式位置検出装置１０は、位置検出光を放出する位置検出用光源１２と、導光板１３と、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けた光検出器１５とを備えている。画像生成装置２００は、直視型表示装置である液晶装置２０９と、透光性カバー３０とを備えている。液晶装置２０９は、導光板１３に対して平面視で重なる領域に画像表示領域２０Ｒを備えており、かかる画像表示領域２０Ｒは検出領域１０Ｒと平面視で重なっている。
【０１１４】
本形態の位置検出機能付き表示装置１００において、導光板１３の光出射側には、必要に応じて、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの均―化を図るための光学シート１６が配置されている。本形態においては、光学シート１６として、導光板１３の光出射面１３ｓに対向する第１プリズムシート１６１と、第１プリズムシート１６１に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する第２プリズムシート１６２と、第２プリズムシート１６２に対して導光板１３が位置する側とは反対側で対向する光散乱板１６３とが用いられている。なお、光学シート１６に対して導光板１３が位置する側とは反対側には矩形枠状の遮光シート１７が光学シート１６の周囲に配置されている。かかる遮光シート１７は、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが漏れるのを防止する。
【０１１５】
液晶装置２０９（画像生成装置２００）は、光学シート１６（第１プリズムシート１６１、第２プリズムシート１６２および光散乱板１６３）に対して導光板１３が位置する側とは反対側に液晶パネル２０９ａを備えている。本形態において、液晶パネル２０９ａは、透過型の液晶パネルであり、２枚の透光性基板２１、２２をシール材２３で貼り合わせ、基板間に液晶２４を充填した構造を有している。本形態において、液晶パネル２０９ａは、アクティブマトリクス型液晶パネルであり、２枚の透光性基板２１、２２の一方側には透光性の画素電極、データ線、走査線、画素スイッチング素子（図示せず）が形成され、他方側には透光性の共通電極（図示せず）が形成されている。なお、画素電極および共通電極が同一の基板に形成されることもある。かかる液晶パネル２０９ａでは、各画素に対して走査線を介して走査信号が出力され、データ線を介して画像信号が出力されると、複数の画素の各々で液晶２４の配向が制御される結果、画像表示領域２０Ｒに画像が形成される。
【０１１６】
液晶パネル２０９ａにおいて、一方の透光性基板２１には、他方の透光性基板２２の外形より周囲に張り出した基板張出部２１ｔが設けられている。この基板張出部２１ｔの表面上には駆動回路などを構成する電子部品２５が実装されている。また、基板張出部２１ｔには、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）などの配線部材２６が接続されている。なお、基板張出部２１ｔ上には配線部材２６のみが実装されていてもよい。なお、必要に応じて透光性基板２１、２２の外面側には偏光板（図示せず）が配置される。
【０１１７】
ここで、対象物体Ｏｂの平面位置を検出するためには、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを対象物体Ｏｂによる操作が行われる視認側へ出射させる必要があり、液晶パネル２０９ａは、導光板１３および光学シート１６よりも視認側（操作側）に配置されている。従って、液晶パネル２０９ａにおいて、画像表示領域２０Ｒは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過可能に構成される。なお、液晶パネル２０９ａが導光板１３の視認側とは反対側に配置される場合には、画像表示領域２０Ｒが位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを透過するように構成されている必要はないが、その代りに、画像表示領域２０Ｒが導光板１３を通して視認側より透視可能に構成される必要がある。
【０１１８】
液晶装置２０９は、液晶パネル２０９ａを照明するための照明装置４０を備えている。本形態において、照明装置４０は、導光板１３に対して液晶パネル２０９ａが位置する側とは反対側において導光板１３と反射板１４との間に配置されている。照明装置４０は、照明用光源４１と、この照明用光源４１から放出される照明光を伝播させながら出射する照明用導光板４３とを備えており、照明用導光板４３は、矩形の平面形状を備えている。照明用光源４１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子で構成され、駆動回路（図示せず）から出力される駆動信号に応じて、例えば白色の照明光Ｌ４を放出する。本形態において、照明用光源４１は、照明用導光板４３の辺部分４３ａに沿って複数、配列されている。
【０１１９】
照明用導光板４３は、辺部分４３ａに隣接する光出射側の表面部分（光出射面４３ｓの辺部分４３ａ側の外周部）に傾斜面４３ｇが設けられ、照明用導光板４３は、辺部分４３ａに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面４３ｇを有する入光構造によって、光出射面４３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分４３ａの高さを照明用光源４１の光放出面の高さに対応させてある。
【０１２０】
かかる照明装置４０において、照明用光源４１から出射された照明光は、照明用導光板４３の辺部分４３ａから照明用導光板４３の内部に入射した後、照明用導光板４３の内部を反対側の外縁部４３ｂに向けて伝播し、一方の表面である光出射面４３ｓから出射される。ここで、照明用導光板４３は、辺部分４３ａ側から反対側の外縁部４３ｂに向けて内部伝播光に対する光出射面４３ｓからの出射光の光量比率が単調に増加する導光構造を有している。かかる導光構造は、例えば、照明用導光板４３の光出射面４３ｓ、または背面４３ｔに形成された光偏向用あるいは光散乱用の微細な凹凸形状の屈折面の面積、印刷された散乱層の形成密度などを上記内部伝播方向に向けて徐々に高めることで実現される。このような導光構造を設けることで、辺部分４３ａから入射した照明光Ｌ４は光出射面４３ｓからほぼ均一に出射される。
【０１２１】
本形態において、照明用導光板４３は、液晶パネル２０９ａの視認側とは反対側で液晶パネル２０９ａの画像表示領域２０Ｒと平面的に重なるように配置され、いわゆるバックライトとして機能する。但し、照明用導光板４３を液晶パネル２０９ａの視認側に配置して、いわゆるフロントライトとして機能するように構成してもよい。また、本形態において、照明用導光板４３は導光板１３と反射板１４との間に配置されているが、照明用導光板４３を光学シート１６と導光板１３との間に配置してもよい。また、照明用導光板４３と導光板１３とは共通の導光板として構成してもよい。また、本形態では、光学シート１６を位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄと照明光Ｌ４との間で共用としている。但し、照明用導光板４３の光出射側に、上記の光学シート１６とは別の専用の光学シートを配置してもよい。これは、照明用導光板４３においては光出射面４３ｓから出射される照明光Ｌ４の平面輝度を均―化することを目的に、十分な光散乱作用を呈する光散乱板を用いることが多いが、位置検出用の導光板１３においては光出射面１３ｓから出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを大きく散乱させてしまうと位置検出の妨げとなる。このため、光散乱板を設けないか、あるいは比較的軽度の光散乱作用を呈する光散乱板を用いる必要があることから、光散乱板については照明用導光板４３の専用品とすることが好ましい。但し、プリズムシート（第１プリズムシート１６１や第２プリズムシート１６２）などの集光作用のある光学シートについては共用としても構わない。
【０１２２】
（電子機器への搭載例）
図１９を参照しながら、図７〜図１８を参照して説明した位置検出機能付き表示装置１００を適用した電子機器について説明する。図１９は、本発明に係る位置検出機能付き表示装置を用いた電子機器の説明図である。図１９（ａ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えたモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す。パーソナルコンピューター２０００は、表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１、およびキーボード２００２が設けられている。図１９（ｂ）に、位置検出機能付き表示装置１００を備えた携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１、およびスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、位置検出機能付き表示装置１００に表示される画面がスクロールされる。図１９（ｃ）に、位置検出機能付き表示装置１００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１、および電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての位置検出機能付き表示装置１００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が位置検出機能付き表示装置１００に表示される。
【０１２３】
なお、位置検出機能付き表示装置１００が適用される電子機器としては、図１９に示すものの他、デジタルスチールカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、銀行端末などの電子機器などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した位置検出機能付き表示装置１００が適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ・・位置検出用光源、１３・・導光板、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・光入射部、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ・・角部分、１３ｉ、１３ｆ、１３ｊ・・短辺部分、１３ｋ、１３ｌ・・長辺部分、１３ｐ、１３ｒ・・凹凸、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、１５ａ・・受光部、１００・・位置検出機能付き表示装置、１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ・・第１発光素子、１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２、１２２Ｄ・・第２発光素子、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ・・第１光入射部分、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ・・第２光入射部分、２００・・画像生成装置、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、
前記対象物体に照射される位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記位置検出光を内部に採り込む光入射部を備え、当該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に放出して前記検出領域に前記位置検出光の出射光量の強度分布を形成する導光板と、
前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、
前記出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、
を有し、
前記導光板は、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を有し、
当該導光板の角部分に前記光入射部および前記位置検出用光源が設けられ、
前記光入射部には、該光入射部から入射する前記位置検出光の一部を屈折により前記導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる偏向用入射面を備えた凹凸形状が形成されていることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記光入射部および前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分の各々に１つずつ設けられ、
前記導光板を平面視したとき、前記光入射部は、前記導光板の角部分を当該導光板の長辺部分および短辺部分に対して斜めに切り欠いた部分に前記凹凸形状が形成さ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】
前記凹凸形状は、前記位置検出用光源に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記頂部の角度は、５０°から８０°であることを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記光入射部は、前記導光板の角部分に、当該導光板の長辺部分側に設けられた第１光入射部分と、前記導光板の短辺部分側に設けられた第２光入射部分と、を備え、
前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に、前記第１光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第１発光素子、および前記第２光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第２発光素子として設けられ、
前記凹凸形状は、前記第１光入射部分に形成さ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６】
前記凹凸形状は、前記第１発光素子に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記頂部の角度は、５０°から８０°であることを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
【請求項９】
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、
外周部分の４つの角部分に光入射部を備えた導光板と、
前記光入射部に向けて位置検出光を出射する４つの位置検出用光源と、
前記導光板の厚さ方向の一方面から出射されて前記対象物体で反射した前記位置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信号処理部と、
を有し、
前記４つの位置検出用光源は、一部の位置検出用光源と、該一部の位置検出用光源と同数の他の一部の位置検出用光源とが組み合わせを変えて交互に点灯して前記位置検出光を出射し、
前記光入射部は、複数の凸部あるいは複数の凹部の少なくとも一方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１０】
前記光入射部には、前記凸部としてプリズム状凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１１】
前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１２】
前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されているとともに、
当該凸部の先端部、および当該凸部で挟まれた凹部の底部のうちの少なくとも一方には、プリズム状凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１３】
前記光入射部には、前記凸部としての湾曲凸部と前記凹部としての湾曲凹部とが繋がって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１４】
前記光入射部には、前記凸部として凸曲面が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１５】
前記光入射部には、前記凹部として凹曲面が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１６】
前記光入射部には、前記凸部と前記凹部とによってフレネルレンズの断面形状を有する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１７】
前記位置検出光は、赤外光からなることを特徴とする請求項９乃至１６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１８】
前記導光板は、前記一方面と画像が投射される方向とが交差していることを特徴とする請求項９乃至１７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学式位置検出装置と、前記画像を投射する画像投射装置と、を有していることを特徴とする投射型の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ための光学式位置検出装置であって、
前記対象物体に照射される位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記位置検出光を内部に採り込む光入射部を備え、当該光入射部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に放出して前記検出領域に前記位置検出光の出射光量の強度分布を形成する導光板と、
前記対象物体で反射した前記位置検出光を受けるように前記検出領域に向けて配置された受光部を備える光検出器と、
前記出射光量の強度分布に基づいて前記対象物体の位置を検出する信号処理部と、
を有し、
前記導光板は、長辺方向および短辺方向を備えた平面形状を有し、
当該導光板の角部分に前記光入射部および前記位置検出用光源が設けられ、
前記光入射部には、該光入射部から入射する前記位置検出光の一部を屈折により前記導光板の長辺部分に沿う方向に偏向させる偏向用入射面を備えた凹凸形状が形成されていることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記光入射部および前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分の各々に１つずつ設けられ、
前記導光板を平面視したとき、前記光入射部は、前記導光板の角部分を当該導光板の長辺部分および短辺部分に対して斜めに切り欠いた部分に前記凹凸形状が形成さ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】
前記凹凸形状は、前記位置検出用光源に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記頂部の角度は、５０°から８０°であることを特徴とする請求項３に記載の光学式位置検出装置。
【請求項５】
前記光入射部は、前記導光板の角部分に、当該導光板の長辺部分側に設けられた第１光入射部分と、前記導光板の短辺部分側に設けられた第２光入射部分と、を備え、
前記位置検出用光源は、前記導光板の角部分に、前記第１光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第１発光素子、および前記第２光入射部分に向けて前記位置検出光を放出する第２発光素子として設けられ、
前記凹凸形状は、前記第１光入射部分に形成さ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６】
前記凹凸形状は、前記第１発光素子に頂部を向けたプリズム状凸部により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
【請求項７】
前記頂部の角度は、５０°から８０°であることを特徴とする請求項６に記載の光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
前記導光板に対して平面視で重なる領域に画像を形成する画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。
【請求項９】
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、
外周部分の４つの角部分に光入射部を備えた導光板と、
前記光入射部に向けて位置検出光を出射する４つの位置検出用光源と、
前記導光板の厚さ方向の一方面から出射されて前記対象物体で反射した前記位置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信号処理部と、
を有し、
前記４つの位置検出用光源は、一部の位置検出用光源と、該一部の位置検出用光源と同数の他の一部の位置検出用光源とが組み合わせを変えて交互に点灯して前記位置検出光を出射し、
前記光入射部は、複数の凸部あるいは複数の凹部の少なくとも一方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１０】
前記光入射部には、前記凸部としてプリズム状凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１１】
前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１２】
前記光入射部には、前記凸部として四角形状の凸部が形成されているとともに、
当該凸部の先端部、および当該凸部で挟まれた凹部の底部のうちの少なくとも一方には、プリズム状凸部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１３】
前記光入射部には、前記凸部としての湾曲凸部と前記凹部としての湾曲凹部とが繋がって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１４】
前記光入射部には、前記凸部として凸曲面が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１５】
前記光入射部には、前記凹部として凹曲面が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１６】
前記光入射部には、前記凸部と前記凹部とによってフレネルレンズの断面形状を有する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１７】
前記位置検出光は、赤外光からなることを特徴とする請求項９乃至１６の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１８】
前記導光板は、前記一方面と画像が投射される方向とが交差していることを特徴とする請求項９乃至１７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学式位置検出装置と、前記画像を投射する画像投射装置と、を有していることを特徴とする投射型の位置検出機能付き表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−４８８１１（Ｐ２０１１−４８８１１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６３８９８（Ｐ２０１０−６３８９８）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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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