光学式検出装置、表示装置及び電子機器
【課題】広い範囲での対象物のセンシングが可能な光学式検出装置、表示装置及び電子機器等の提供。
【解決手段】光学式検出装置は、光源光を出射する光源部と、光源部からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、ライトガイドの外周側から出射される光源光を受け、曲線形状のライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部ＲＵと、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、少なくとも対象物が位置する方向を検出する検出部５０を含む。
【解決手段】光学式検出装置は、光源光を出射する光源部と、光源部からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、ライトガイドの外周側から出射される光源光を受け、曲線形状のライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部ＲＵと、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、少なくとも対象物が位置する方向を検出する検出部５０を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式検出装置、表示装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、表示部の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付きの表示装置が用いられる。この表示装置によれば、ユーザーは、表示部に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングしたり、情報を入力することが可能になる。このようなタッチパネルによる位置検出方式としては、例えば抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。
【０００３】
一方、投写型表示装置（プロジェクター）やデジタルサイネージ用の表示装置では、携帯電話やパーソナルコンピューターの表示装置に比べて、その表示エリアが広い。従って、これらの表示装置において、上述の抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルを用いて位置検出を実現することは難しい。
【０００４】
また投写型表示装置用の位置検出装置の従来技術としては、例えば特許文献１、２に開示される技術が知られている。しかしながら、この位置検出装置では、システムが大掛かりになってしまうなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４５０８５
【特許文献２】特開２００１−１４２６４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、広い範囲での対象物のセンシングが可能な光学式検出装置、表示装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光源光を出射する光源部と、前記光源部からの前記光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、前記ライトガイドの外周側から出射される前記光源光を受け、曲線形状の前記ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、前記照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて、少なくとも前記対象物が位置する方向を検出する検出部とを含む光学式検出装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、光源部からの光源光が、ライトガイドの曲線形状の導光経路に沿って導光される。そしてライトガイドの外周側から出射された光源光は、ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向の照射光として出射される。そしてこの出射光が対象物により反射されると、その反射光が受光部により受光され、受光結果に基づき対象物の方向等が検出される。このような構成の光学式検出装置によれば、ライトガイドの内周側から外周側に放射状に照射光が出射されて、その反射光により対象物が検出されるようになるため、広い範囲での対象物のセンシングが可能な光学式検出装置を実現できる。
【０００９】
また本発明の一態様では、第２の光源光を出射する第２の光源部を含み、前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記ライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成してもよい。
【００１０】
このようにすれば、例えば１個のライトガイドを用いて第１、第２の照射光強度分布を形成できるため、装置のコンパクト化等を図れる。また第１の照射光強度分布を形成した際の受光結果と、第２の照射光強度分布を形成した際の受光結果に基づいて、対象物を検出できるため、環境光等の外乱光の影響を低減したセンシングが可能になり、検出精度等を向上できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、第２の光源光を出射する第２の光源部と、前記第２の光源部からの前記第２の光源光を、曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状の第２のライトガイドとを含み、前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記第２のライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成してもよい。
【００１２】
このように２個のライトガイドを用いれば、出光特性の調整等の光学設計を簡素化できる。また第１の照射光強度分布を形成した際の受光結果と、第２の照射光強度分布を形成した際の受光結果に基づいて、対象物を検出できるため、環境光等の外乱光の影響を低減したセンシングが可能になり、検出精度等を向上できる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記ライトガイドと前記第２のライトガイドは、前記ライトガイドと前記照射方向設定部が並ぶ方向に沿った面に対して交差する方向に並んで配置されてもよい。
【００１４】
このようにすれば、ライトガイドと第２のライトガイドをコンパクトに収納できるようになるため、装置のコンパクト化等を図れる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記第１の照射光強度分布は、前記ライトガイドの一端側から他端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であり、前記第２の照射光強度分布は、前記ライトガイドの他端側から一端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であってもよい。
【００１６】
このようにすれば、照射方向に応じて強度が異なるような照射光強度分布を形成できるため、この強度分布を利用して、対象物を簡素な処理でセンシングすることが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、前記制御部は、前記光源部と前記第２の光源部を交互に発光させることで、前記第１の照射強度分布と前記第２の照射強度分布を交互に形成する制御を行ってもよい。
【００１８】
このようにすれば、制御部が光源部と第２の光源部を交互に発光させるだけで、第１、第２の照射光強度分布を形成して、対象物をセンシングできるようになる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、前記制御部は、前記光源部が発光する期間である第１の発光期間における前記受光部での検出受光量と、前記第２の光源部が発光する期間である第２の発光期間における前記受光部での検出受光量とが等しくなるように、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行ってもよい。
【００２０】
このようにすれば第１の照射光強度分布の形成時の外乱光の影響と第２の照射光強度分布の形成時の外乱光の影響を相殺することなどが可能になり、検出精度等を向上できる。なお第１の発光期間での検出受光量と第２の発光期間での検出受光量とが等しくなるようにする発光制御は、参照用光源部を介して行う発光制御であってもよい。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記検出部は、前記受光部での受光結果に基づいて、前記対象物までの距離を検出し、前記距離と、前記対象物の前記方向とに基づいて、前記対象物の位置を検出してもよい。
【００２２】
このようにすれば、対象物までの距離を求めることで、対象物の方向のみならず対象物の位置についても検出できるようになる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記照射光の照射方向を、前記対象物の検出領域の面に沿った方向に規制する照射方向規制部を含んでもよい。
【００２４】
このようにすれば、対象物の検出領域に交差する方向に照射光が広がってしまう事態を抑止できるため、誤検出等の防止が可能になる。
【００２５】
また本発明の一態様では、前記照射方向規制部は、前記検出領域の面に沿った第１のスリット面及び第２のスリット面を有するスリットであってもよい。
【００２６】
このようにすれば、光学式検出装置の筺体にスリットを設けるだけで、照射光の照射方向を対象物の検出領域の面に沿った方向に規制できるようになる。
【００２７】
また本発明の一態様では、前記第１のスリット面及び前記第２のスリット面には凹部が形成されていてもよい。
【００２８】
このようにすれば、第１、第２のスリット面での表面反射を抑制することが可能になり、照射光が広がってしまう事態を、より効果的に抑止することが可能になる。
【００２９】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の光学式検出装置を含む表示装置に関係する。
【００３０】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の光学式検出装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出装置、表示装置等の基本構成例。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本実施形態の検出手法の説明図。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は本実施形態の検出手法の説明図。
【図４】本実施形態の光学式検出装置の第１の構成例。
【図５】本実施形態の光学式検出装置の第２の構成例。
【図６】第２の構成例でのライトガイドの配置についての説明図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は本実施形態の検出手法を説明するための信号波形例。
【図８】光学式検出装置の変形例。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は照射方向規制部の説明図。
【図１０】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１１】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１２】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は照射方向設定部の説明図。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）はプリズムシート、拡散シートの説明図。
【図１５】照射方向の設定手法についての説明図。
【図１６】検出部等の詳細な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３３】
１．基本構成
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の光学式検出装置及びこれを用いた表示装置や電子機器の基本構成例を示す。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出装置を、液晶プロジェクター或いはデジタル・マイクロミラー・デバイスと呼ばれる投写型表示装置（プロジェクター）に適用した場合の例である。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（広義には第１、第２、第３の座標軸）としている。具体的には、Ｘ軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向とし、Ｚ軸方向を奥行き方向としている。
【００３４】
本実施形態の光学式検出装置は、照射ユニットＥＵと受光部ＲＵと検出部５０を含む。また制御部６０を含む。また本実施形態の表示装置（電子機器）は、光学式検出装置とスクリーン２０（広義には表示部）を含む。更に表示装置（電子機器）は画像投射装置１０（広義には画像生成装置）を含むことができる。なお、本実施形態の光学式検出装置、表示装置、電子機器は図１（Ａ）、図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００３５】
画像投射装置１０は、筺体の前面側に設けられた投射レンズからスクリーン２０に向けて画像表示光を拡大投射する。具体的には画像投射装置１０は、カラー画像の表示光を生成して、投射レンズを介してスクリーン２０に向けて出射する。これによりスクリーン２０の表示エリアＡＲＤにカラー画像が表示されるようになる。
【００３６】
本実施形態の光学式検出装置は、図１（Ｂ）に示すようにスクリーン２０の前方側（Ｚ軸方向側）に設定された検出領域ＲＤＥＴにおいて、ユーザーの指やタッチペンなどの対象物を光学的に検出する。このために光学式検出装置の照射ユニットＥＵは、対象物を検出するための照射光（検出光）を出射する。具体的には、照射方向に応じて強度（照度）が異なる照射光を放射状に出射する。これにより検出領域ＲＤＥＴには、照射方向に応じて強度が異なる照射光強度分布が形成される。なお検出領域ＲＤＥＴは、スクリーン２０（表示部）のＺ方向側（ユーザー側）において、ＸＹ平面に沿って設定される領域である。
【００３７】
受光部ＲＵは、照射ユニットＥＵからの照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する。この受光部ＲＵは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどの受光素子により実現できる。この受光部ＲＵには検出部５０が例えば電気的に接続されている。
【００３８】
検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、少なくとも対象物が位置する方向等を検出する。この検出部５０の機能は、アナログ回路等を有する集積回路装置や、マイクロコンピュータ上で動作するソフトウェア（プログラム）などにより実現できる。例えば検出部５０は、受光部ＲＵの受光素子が対象物からの反射光を受光することで発生した検出電流を、検出電圧に変換し、受光結果である検出電圧に基づいて、対象物が位置する方向等を検出する。具体的には検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果（受光信号）に基づいて、対象物までの距離（照射ユニットの配置位置からの距離）を検出する。そして検出された距離と、検出された対象物の方向（存在方向）とに基づいて、対象物の位置を検出する。具体的には検出領域ＲＤＥＴのＸＹ平面でのＸ、Ｙ座標を検出する。なお、Ｘ軸方向に沿って所与の距離だけ離れた第１、第２の照射ユニットを設けるようにしてもよい。この場合には、第１の照射ユニットからの第１の照射光が対象物に反射されることによる第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットに対する対象物の方向を第１の方向として検出する。また第２の照射ユニットからの第２の照射光が対象物に反射されることによる第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットに対する対象物の方向を第２の方向として検出する。そして検出された第１、第２の方向と、第１、第２の照射ユニット間の距離とに基づいて、対象物の位置を検出すればよい。
【００３９】
制御部６０は光学式検出装置の各種の制御処理を行う。具体的には照射ユニットＥＵが有する光源部の発光制御などを行う。この制御部６０は照射ユニットＥＵ、検出部５０に電気的に接続されている。制御部６０の機能は、集積回路装置やマイクロコンピュータ上で動作するソフトウェアなどにより実現できる。例えば制御部６０は、照射ユニットＥＵが第１、第２の光源部を含む場合に、これらの第１、第２の光源部を交互に発光させる制御を行う。また、前述のように第１、第２の照射ユニットが設けられる場合には、第１の照射ユニットに対する対象物の方向を求める第１の期間において、第１の照射ユニットに設けられる第１、第２の光源部を交互に発光させる制御を行う。また第２の照射ユニットに対する対象物の方向を求める第２の期間において、第２の照射ユニットに設けられる第３、第４の光源部を交互に発光させる制御を行う。
【００４０】
なお本実施形態の光学式検出装置は、図１（Ａ）に示す投写型表示装置には限定されず、各種の電子機器に搭載される様々な表示装置に適用できる。また本実施形態の光学式検出装置を適用できる電子機器としては、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、携帯情報端末、或いは銀行の端末などの様々な機器を想定できる。この電子機器は、例えば画像を表示する表示部（表示装置）や、情報を入力するための入力部や、入力された情報等に基づいて各種の処理を行う処理部などを含むことができる。
【００４１】
２．対象物の検出手法
次に本実施形態による対象物の検出手法について詳細に説明する。
【００４２】
図２（Ａ）に示すように本実施形態の光学式検出装置（照射ユニット）は、光源部ＬＳ１と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４３】
光源部ＬＳ１は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【００４４】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図２（Ａ）ではライガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図２（Ａ）ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。そして光源部ＬＳ１からの光源光は、ライトガイドＬＧの一端側（図２（Ａ）では左側）の光入射面に入射される。
【００４５】
ライトガイドＬＧの外周側（Ｂ１に示す側）及び内周側（Ｂ２に示す側）の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【００４６】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥ（照射光出射部）は、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側（Ｂ２）から外周側（Ｂ１）へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴを出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴが放射状に出射されるようになる。
【００４７】
このような照射光ＬＴの照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。なお、後述するように照射方向設定部ＬＥに拡散シート等を設けてよい。また反射シートＲＳは、ライトガイドＬＧの内周側に設けられる。このように反射シートＲＳを内周側に設けることで、外周側への光源光の出光効率を改善できる。
【００４８】
そして図２（Ａ）に示すように、光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）の光入射面に対して光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１が対象物の検出領域（図１（Ｂ）のＲＤＥＴ）に形成される。この第１の照射光強度分布ＬＩＤ１は、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）から他端側（Ｂ４）に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布である。即ち図２（Ａ）において照射光ＬＴのベクトルの大きさが強度（照度）を表しており、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）では照射光ＬＴの強度は最も大きく、他端側（Ｂ４）では強度は最も小さい。そしてライトガイドＬＧの一端側から他端側に向かうにつれて、照射光ＬＴの強度は単調減少している。
【００４９】
一方、図２（Ｂ）に示すように、第２の光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｂ４）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光強度分布ＬＩＤ２が検出領域に形成される。この第２の照射光強度分布ＬＩＤ２は、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なり、ライトガイドＬＧの他端側（Ｂ４）から一端側（Ｂ３）に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布である。即ち図２（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの他端側では照射光ＬＴの強度は最も大きく、一端側では強度は最も小さい。そして他端側から一端側に向かうにつれて、照射光ＬＴの強度は単調減少している。
【００５０】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００５１】
例えば図３（Ａ）のＥ１は、図２（Ａ）の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴの照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴの強度との関係を示す図である。図３（Ａ）のＥ１では、照射方向が図３（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図３（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、光学式検出装置の配置位置ＰＥになっている。
【００５２】
また図３（Ａ）のＥ２は、図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴの照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴの強度との関係を示す図である。図３（Ａ）のＥ２では、照射方向が図３（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図３（Ａ）では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。
【００５３】
そして図３（Ｂ）に示すように、角度θの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする。すると、図２（Ａ）のように光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１の場合）には、図３（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度θ）の方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、図２（Ｂ）のように光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴｂになる。
【００５４】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢ（角度θ）を特定できる。そして例えば後述する図７（Ａ）、図７（Ｂ）の手法により光学式検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述する図８に示すように２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（θ１）、ＤＤＢ２（θ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００５５】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、図１（Ａ）の受光部ＲＵが、図２（Ａ）のような照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対応するようになる。また受光部ＲＵが、図２（Ｂ）のような照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めることができる。
【００５６】
例えば図２（Ａ）の光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、ｋ、Ｅａとする。また図２（Ｂ）の光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（１）、（２）が成立する。
【００５７】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （１）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （２）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（３）、（４）が成立する。
【００５８】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （３）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （４）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（５）のように表せる。
【００５９】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （５）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは、制御部６０による照射ユニットＥＵの制御量から特定することができる。そして図３（Ａ）の強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（５）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【００６０】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば後述する図７（Ａ）のように光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、このときの他方の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の方向、位置等を求める。
【００６１】
また下式（６）、（７）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるように制御してもよい。
【００６２】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （６）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （７）
上式（６）、（７）を上式（５）に代入すると下式（８）が成立する。
【００６３】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （８）
上式（８）より、Ｉｂは下式（９）のように表される。
【００６４】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （９）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（９）は下式（１０）のように表され、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１１）のように表される。
【００６５】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１０）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１１）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御すれば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１０）によりαを求め、求められたαを上式（１１）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。
【００６６】
なお、以上では、図２（Ａ）の照射強度分布ＬＩＤ１と図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成して、対象物の方向、位置等を検出する手法について説明した。しかしながら、検出精度の低下等をある程度許容できる場合には、図２（Ａ）の照射光強度分布ＬＩＤ１又は図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２の一方だけを形成して、対象物の方向、位置等を求めることも可能である。
【００６７】
３．構成例
次に本実施形態の光学式検出装置の第１、第２の構成例について説明する。図４に光学式検出装置の第１の構成例を示す。
【００６８】
この第１の構成例では、光源部ＬＳ１が、図４のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２が、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出領域に形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第１の照射強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出領域に形成する。
【００６９】
即ち図４の第１の構成例では、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を後述する図７（Ａ）に示すように逆相で交互に点灯させることで、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態を交互に作り出す。つまり、ライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射強度分布ＬＩＤ２を交互に形成して、対象物の反射光を受光し、受光結果に基づいて対象物の方向等を特定する。
【００７０】
この第１の構成例によれば、１個のライトガイドＬＧを設けるだけで済むため、光学式検出装置のコンパクト化等を図ることができる。
【００７１】
図５に光学式検出装置の第２の構成例を示す。第２の構成例では第２のライトガイドＬＧ２が更に設けられている。そして図６に示すように、ライトガイドＬＧと第２のライトガイドＬＧ２は、ライトガイドＬＧと照射方向設定部ＬＥが並ぶ方向に沿った面に交差（直交）する方向ＤＬＧにおいて、並んで配置される。例えば、図１（Ｂ）の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に直交する方向（Ｚ方向）に沿うように、ライトガイドＬＧ１、ＬＧ２が配置される。このようにすれば、光学式検出装置にライトガイドＬＧ１、ＬＧ２をコンパクトに収納できるようになるため、光学式検出装置が大型化してしまうのを抑止できる。
【００７２】
なお図５では、図面のわかりやすさのためにライトガイドＬＧ１とＬＧ２が円弧形状の半径方向に並んで配置されるように描かれているが、実際にはライトガイドＬＧ１、ＬＧ２は、図６のような位置関係で配置されている。
【００７３】
また図５では、光源部ＬＳ１に加えて、第２の光源光を出射する第２の光源部ＬＳ２が設けられる。そして曲線形状のライトガイドＬＧ２は、第２の光源部ＬＳ２からの第２の光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する。
【００７４】
そしてライトガイドＬＧ１の一端側（Ｇ１）の光入射面に対して、光源部ＬＳ１が光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出領域に形成する。一方、第２のライトガイドの他端側（Ｇ２）の光入射面に対して、第２の光源部ＬＳ２が第２の光源光を出射することで、第１の照射強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出領域に形成する。
【００７５】
つまり第２の構成例では、ライトガイドＬＧ１とこれに光を入射する光源部ＬＳ１を設けると共に、ライトガイドＬＧ２とこれに光を入射する光源部ＬＳ２を設ける。そして、光源部ＬＳ１、ＬＳ２を後述する図７（Ａ）に示すように逆相で交互に点灯させることで、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態を交互に作り出す。そして、対象物の反射光を受光し、受光結果に基づいて対象物の方向等を特定する。
【００７６】
この第２の構成例によれば、ライトガイドＬＧ１、ＬＧ２の光学設計を簡素化することが可能になる。
【００７７】
例えば図３（Ａ）に示すようなリニアな強度分布を形成するためには、シルク印刷方式等により、ライトガイドの出光特性を調整する光学設計が必要になる。即ち、光源光の減衰率が例えば０．９である場合には、９０％、８１％、７３％というように、強度は双曲線の特性で変化してしまい、リニアな変化にはならない。このため、図３（Ａ）のようなリニアな強度分布を形成する場合には、シルク印刷方式等による出光特性の調整が必要になる。
【００７８】
ところが、図４の第１の構成例のように１個のライトガイドＬＧを用いる手法では、このような出光特性の調整が難しくなる。即ち、照射光強度分布ＬＩＤ１の強度変化がリニアになるようにライトガイドＬＧの表面を加工して出光特性を調整すると、照射光強度分布ＬＩＤ２での強度変化がリニアにならなくなる。一方、照射光強度分布ＬＩＤ２の強度変化がリニアになるようにライトガイドＬＧの表面を加工して出光特性を調整すると、今度は、照射光強度分布ＬＩＤ１での強度変化がリニアにならなくなる。
【００７９】
この点、図５の第２の構成例では、光源部ＬＳ１に対応してライトガイドＬＧ１が設けられ、光源部ＬＳ２に対応してライトガイドＬＧ２が設けられる。ライトガイドＬＧ１については、照射光強度分布ＬＩＤ１がリニアな強度変化になるように、その表面を加工して出光特性を調整すればよい。一方、ライトガイドＬＧ２については、照射光強度分布ＬＩＤ２がリニアな強度変化になるように、その表面を加工して出光特性を調整すればよい。従って、光学設計を簡素化できる。
【００８０】
なお、強度変化の特性が図３（Ａ）に示すようなリニアな特性にならなく、例えば双曲線等の特性になっても、ソフトウェア等による補正処理でこれに対処することが可能である。即ち、光学的にはリニアな特性にならなくても、受光結果に対して補正処理を行うことで、リニアな特性になるように調整することができる。従って、このような補正処理を行う場合には、図５のように２個のライトガイドＬＧ１、ＬＧ２を設けずに、図４のように１個のライトガイドＬＧだけを設ける構成にすることで、光学式検出装置のコンパクト化等を図れる。
【００８１】
以上の本実施形態の光学式検出装置によれば、同心円状の曲線状のライトガイドを用いることで、角度のセンシングが可能になる。そしてライトガイドが曲線状になっているため、照射光を放射状に出射することができ、直線形状のライトガイド等を用いる手法に比べて、広い範囲での対象物の方向、位置等の検出が可能になる。例えば直線形状のライトガイドを用いる手法では、広い範囲での検出を可能にするためには、ライトガイドの長さを長くする必要があり、システムが大掛かりなものになってしまう。これに対して本実施形態によれば、図１（Ａ）に示すように、少ない占有面積の照射ユニットを配置するだけで、広い範囲での対象物の方向、位置等を検出することが可能になる。また本実施形態の光学式検出装置によれば、例えば表示エリアの４隅に光源部（照射ユニット）を配置する手法等に比べて、検出システムのコンパクト化を図れる。更に照射ユニットの配置数も例えば１個や２個で済むため、機器の設置の自由度も高くなる。また本実施形態では例えば図１（Ａ）のように表示エリアの上側に照射ユニットを配置するだけで、対象物の方向、位置等を検出できるため、機器の設置も容易になる。また、表示エリアの４隅に光源部を配置する手法では、これらの４隅に配置される光源部の存在が、表示エリアへの画像表示の邪魔になってしまうおそれもあるが、本実施形態の光学式検出装置によればこのような事態も抑止できる。
【００８２】
４．位置検出手法
次に本実施形態の光学式検出装置を用いて対象物の位置を検出する手法の一例について説明する。図７（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【００８３】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図７（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図２（Ａ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これにより図２（Ｂ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【００８４】
このように図１の制御部６０は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式検出装置（照射ユニット）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式（６）、（７）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図３（Ｂ）に示すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１０）、（１１）から減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図３（Ａ）、図３（Ｂ）で説明した手法により対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出された距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図３（Ｂ）において、光学式検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、図１（Ａ）、図１（Ｂ）のＸＹ平面での対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００８５】
具体的には図７（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【００８６】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図７（Ｂ）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図７（Ｂ）は、制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な信号波形例である。
【００８７】
具体的には図７（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図７（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図７（Ｂ）のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示されている。
【００８８】
図８に本実施形態の変形例を示す。図８では第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出領域ＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１（Ａ）、図１（Ｂ）のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置される。
【００８９】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【００９０】
具体的には検出部５０は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度θ１）として検出する。また第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度θ２）として検出する。そして検出された第１の方向ＤＤＢ１（θ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（θ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【００９１】
図８の変形例によれば、図７（Ａ）、図７（Ｂ）のように光学式検出装置と対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【００９２】
また図８の変形例では、受光部ＲＵを、照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２から等距離（略等距離の場合を含む）の位置に配置することが望ましい。具体的には照射ユニットＥＵ１の配置位置ＰＥ１から受光部ＲＵの配置位置（代表位置、中心位置）までの第１の距離と、照射ユニットＥＵ２の配置位置ＰＥ２から受光部ＲＵの配置位置までの第２の距離とが等距離（略等距離）になるように、受光部ＲＵを配置する。このような左右対称の配置にすれば、照射ユニットＥＵ１からの照射光と照射ユニットＥＵ２からの照射光との差分が単調性を持つようになる。従って、これらの照射光が対象物で反射することによる反射光を受光部ＲＵが受光して対象物の座標を検出する場合に、受光部ＲＵでの受光量の検出分解能を最大限に利用することが可能になり、座標検出精度を向上できる。
【００９３】
５．照射方向の規制
さて、図１（Ｂ）に示すような検出領域ＲＤＥＴを設定して、ユーザーの指等の対象物を検出する場合に、照射ユニットＥＵからの照射光が、図１（Ｂ）のＺ方向において広がった光になってしまうと、誤った検出が行われてしまうおそれがある。即ち、検出対象がユーザーの指であるのに、ユーザーの体の方を検出してしまうおそれがある。例えば図１（Ａ）において、ユーザーの体がスクリーン２０の方に近づいただけで、検出領域ＲＤＥＴに、検出対象であるユーザーの指が存在すると誤検出されてしまうおそれがある。
【００９４】
そこで本実施形態の光学式検出装置では、照射光の照射方向を、対象物の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に沿った方向に規制する照射方向規制部（照射方向制限部）を設けている。具体的には図９（Ａ）では、この照射方向規制部はスリットＳＬにより実現されている。このスリットＳＬは、検出領域ＲＤＥＴの面に沿った第１のスリット面ＳＦＬ１と第２のスリット面ＳＦＬ２を有する。このように本実施形態では、光学式検出装置の筐体ＨＳに対して、照射方向に開口するスリットＳＬを設けることで、光学式検出装置の照射方向規制部を実現している。
【００９５】
このようなスリットＳＬを設ければ、ライトガイドＬＧからの光は、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２に沿った方向に規制される。これにより、図１（Ｂ）において照射ユニットＥＵから出射される照射光が、Ｘ、Ｙ平面に平行な光になるように規制できる。従って、検出領域ＲＤＥＴへの照射光が、Ｚ方向に広がってしまう事態を防止でき、ユーザーの体がスクリーン２０に近づいた場合に、ユーザーの体を指やタッチペンなどの対象物であると誤検出してしまう事態を防止できる。従って、Ｚ方向の位置を検出する装置を設けなくても、対象物の適正な位置検出を実現できるようになる。
【００９６】
また図９（Ｂ）では、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２に対して凹部が形成されている。即ち図９（Ａ）ではスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２は平らな形状になっているが、図９（Ｂ）では、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２は平らな形状になっておらず、くぼみが形成されている。このような凹部を設けることでスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２での表面反射を抑制することが可能になり、ＸＹ平面に対して、より平行な光の照射光を検出領域ＲＤＥＴに対して出射できるようになる。
【００９７】
なおスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２の表面に対して例えば無反射塗装などの加工を施すことで、凹部と同様の機能を実現することも可能である。また図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、照射光のＺ方向でのブレを規制する照射方向規制部をスリットＳＬにより実現する場合について示しているが、例えばルーバーフィルムなどの光学シートを用いて、照射方向規制部を実現してもよい。例えば図２（Ａ）のルーバーフィルムＬＦは、ライトガイドＬＧからの出射光の光指向の方向を法線方向に規制する機能を有する。従って、スリットＳＬによる照射方向規制部の機能と同様の機能を実現するためには、ライトガイドＬＧからの光の出射方向を、図１（Ｂ）のＸＹ平面に平行な方向に規制する配置構成のルーバーフィルムを設ければよい。
【００９８】
６．照射ユニットの詳細な構造例
次に本実施形態の光学式検出装置の照射ユニットの詳細な構造例について図１０〜図１２を用いて説明する。図１０〜図１２は図４で説明した照射ユニットの詳細な構造を説明する図である。
【００９９】
図１０は照射ユニットＥＵ（ＥＵ１、ＥＵ２）をスリットＳＬの開口側から見た斜視図である。この照射ユニットＥＵは、扇形状の筺体１００、１１０により構成される。図１１は、照射ユニットＥＵを構成する扇形状の筺体１００、１１０を分離して、筺体１００、１１０をその内側面から見た斜視図である。図１２は、筺体１００を図１１のＪ１方向から見た斜視図である。図１０、図１１、図１２に示すように、照射ユニットＥＵは、扇形状の筺体１００、１１０を、その内側面同士が対向するように重なり合わせた構造になっている。
【０１００】
図１１、図１２に示すように、筺体１００の内側面には円弧状の溝部１０２、１０４が形成され、筺体１１０の内側面にも円弧状の溝部１１２、１１４が形成されている。１０２、１１２は内周側に形成される溝部であり、１０４、１１４は外周側に形成される溝部である。このような溝部１０２、１０４、１１２、１１４を筺体１００、１０２に形成することで、図９（Ｂ）で説明したスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２の凹部が実現される。
【０１０１】
図１１、図１２に示すように、ライトガイドＬＧは、溝部１０２の内周側に配置される。またライトガイドＬＧの外周側には照射方向設定部ＬＥ（プリズムシート、ルーバーフィルム等）が配置される。ライトガイドＬＧの内周側には反射シートＲＳが設けられる。このような配置構成にすることで、ライトガイドＬＧの外周側から出射された照射光が、照射方向設定部ＬＥにより法線方向にその方向が設定されて、照射ユニットＥＵのスリットＳＬから出射されるようになる。この際に、溝部１０２、１０４、１１２、１１４により実現される照射方向規制部により、照射光の照射方向が、図１（Ｂ）の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に沿うように規制されるようになる。
【０１０２】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、図１１のＪ２に示す部分の詳細な構造を説明する図である。
【０１０３】
図１３（Ａ）に示すように、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）に設けられる光源部ＬＳ（ＬＳ１、ＬＳ２）からの光はライトガイドＬＧの光入射面に入射される。ライトガイドＬＧの内周側には反射シートＲＳが設けられ、外周側には、拡散シートＤＦＳが設けられる。拡散シートＤＦＳの外周側にはプリズムシートＰＳ１が設けられ、ＰＳ１の外周側にはプリズムシートＰＳ２が設けられ、ＰＳ２の外周側にはルーバーフィルムＬＦが設けられる。また図１３（Ｂ）に示すように、プリズムシートＰＳ１とＰＳ２は、その稜線が直交するように配置される。
【０１０４】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）において、拡散シートＤＦＳにより、ライトガイドＬＧの外周側から出射した光の表面輝度が均一化される。即ち、拡散シートＤＦＳを通ることで、出射光が均一な輝度の拡散光になる。
【０１０５】
プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２は、拡散シートＤＦＳの外周側から出射される光を、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向ＤＮ（法線方向）に集光する機能を有する。即ち、拡散シートＤＦＳで表面輝度の均一化を図った後に、プリズムシートＰＳにより方向ＤＮに光を集光させて、輝度を向上させる。
【０１０６】
ルーバーフィルムＬＦは、プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の外周側から出射される低視角光を遮断する格子状の遮光部材である。ルーバーフィルムＬＦを設けることで、方向ＤＮに沿った光はルーバーフィルムＬＦを通過して照射ユニットＥＵから外周側に出射されるようになる一方で、低視角光は遮断されるようになる。
【０１０７】
図１４（Ａ）にプリズムシートＰＳ（ＰＳ１、ＰＳ２）の例を示す。プリズムシートＰＳのプリズム面２００は例えばアクリル系樹脂層２００で形成され、基板２０２は例えばポリエステルフィルム層２０２で形成される。
【０１０８】
図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）に拡散シートＤＦＳの例を示す。この拡散シートＤＦＳは、ベースフィルム２１０（ＰＥＴ）に対してバインダ２１４と共にビーズ２１２を塗布することで形成される。これにより図１４（Ｃ）に示すような凹凸の表面を有する拡散シートＤＦＳを形成できる。
【０１０９】
図１５は、プリズムシートＰＳ、ルーバーフィルムＬＦ等で実現される照射光設定部ＬＥの機能について説明するための図である。
【０１１０】
図１５に示すようにライトガイドＬＧ内を光源光が全反射で導光される場合に、ライトガイドＬＧの例えば内周側にシルク印刷方式等で表面加工を施すことで、光源光の一部がライトガイドＬＧの外周側から出射されるようになる。プリズムＰＳ、ルーバーフィルムＬＦ等で実現される照射光設定部ＬＥは、このようにして出射された光の方向ＤＬ１、ＤＬ２を、方向ＤＮ（法線方向）に向くように設定する。こうすることで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）のような照射強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成することが可能になる。
【０１１１】
７．検出部
次に図１６を用いて検出部５０等の具体的な構成例について説明する。
【０１１２】
駆動回路７０は、光源部ＬＳ１の発光素子ＬＥＤＡと光源部ＬＳ２の発光素子ＬＥＤＢを駆動する。この駆動回路７０は、可変抵抗ＲＡ、ＲＢとインバーター回路ＩＶ（反転回路）を含む。可変抵抗ＲＡの一端及びインバーター回路ＩＶには、制御部６０から矩形波形の駆動信号ＳＤＲが入力される。可変抵抗ＲＡは、信号ＳＤＲの入力ノードＮ１と、発光素子ＬＥＤＡのアノード側のノードＮ２の間に設けられる。可変抵抗ＲＢは、インバーター回路ＩＶの出力ノードＮ３と、発光素子ＬＥＤＢのアノード側のノードＮ４の間に設けられる。発光素子ＬＥＤＡはノードＮ２とＧＮＤ（ＶＳＳ）の間に設けられ、発光素子ＬＥＤＢはノードＮ４とＧＮＤの間に設けられる。
【０１１３】
そして駆動信号ＳＤＲがＨレベルである第１の発光期間ＴＡでは、可変抵抗ＲＡを介して発光素子ＬＥＤＡに電流が流れて、発光素子ＬＥＤＡが発光する。これにより図２（Ａ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、駆動信号ＳＤＲがＬレベルである第２の発光期間ＴＢでは、可変抵抗ＲＢを介して発光素子ＬＥＤＢに電流が流れて、発光素子ＬＥＤＢが発光する。これにより図２（Ｂ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、図７（Ａ）で説明したように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させて、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２、ＬＩＤ２を、各々、第１、第２の発光期間ＴＡ、ＴＢにおいて形成できるようになる。即ち制御部６０は、駆動信号ＳＤＲを用いて光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光させて、照射強度分布ＬＩＤ１と照射強度分布ＬＩＤ２を交互に形成する制御を行う。
【０１１４】
受光部ＲＵは、フォトダイオード等により実現される受光素子ＰＨＤと、電流・電圧変換用の抵抗Ｒ１を含む。そして第１の発光期間ＴＡでは、発光素子ＬＥＤＡからの光による対象物ＯＢの反射光が受光素子ＰＨＤに入射されて、抵抗Ｒ１及び受光素子ＰＨＤに電流が流れ、ノードＮ５に電圧信号が発生する。一方、第２の発光期間ＴＢでは、発光素子ＬＥＤＢからの光による対象物ＯＢの反射光が受光素子ＰＨＤに入射されて、抵抗Ｒ１及び受光素子ＰＨＤに電流が流れ、ノードＮ５に電圧信号が発生する。
【０１１５】
検出部５０は、信号検出回路５２、信号分離回路５４、判定部５６を含む。
【０１１６】
信号検出回路５２（信号抽出回路）は、キャパシターＣＦと演算増幅器ＯＰ１と抵抗Ｒ２を含む。キャパシターＣＦは、ノードＮ５の電圧信号のＤＣ成分（直流成分）をカットするハイパスフィルターとして機能する。このようなキャパシターＣＦを設けることで、環境光に起因する低周波成分や直流成分をカットすることができ、検出精度を向上できる。演算増幅器ＯＰ１及び抵抗Ｒ２で構成されるＤＣバイアス設定回路は、ＤＣ成分カット後のＡＣ信号に対してＤＣバイアス電圧（ＶＢ／２）を設定するための回路である。
【０１１７】
信号分離回路５４は、スイッチ回路ＳＷ、キャパシターＣＡ、ＣＢ、演算増幅器ＯＰ２を含む。スイッチ回路ＳＷは、駆動信号ＳＤＲがＨレベルになる第１の発光期間ＴＡでは、信号検出回路５２の出力ノードＮ７を、演算増幅器ＯＰ２の反転入力側（−）のノードＮ８に接続する。一方、駆動信号ＳＤＲがＬレベルになる第２の発光期間ＴＢでは、信号検出回路５２の出力ノードＮ７を、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力側（＋）のノードＮ９に接続する。演算増幅器ＯＰ２は、ノードＮ８の電圧信号（実効電圧）とノードＮ９の電圧信号（実効電圧）を比較する。
【０１１８】
そして制御部６０は、信号分離回路５４でのノードＮ８、Ｎ９の電圧信号（実効電圧）の比較結果に基づいて、駆動回路７０の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値を制御する。判定部５６は、制御部６０での可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値の制御結果に基づいて、対象物の位置の判定処理を行う。
【０１１９】
本実施形態では図１６の検出部５０等により、上述した式（６）、（７）で説明した制御を実現する。即ち、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量をＧａとし、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量をＧｂとすると、この検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、制御部６０は、信号分離回路５４での比較結果に基づいて可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値を制御する。
【０１２０】
即ち制御部６０は、光源部ＬＳ１が発光する第１の発光期間ＴＡにおける受光部ＲＵでの検出受光量Ｇａと、光源部ＬＳ２が発光する第２の発光期間ＴＢにおける受光部ＲＵでの検出受光量Ｇｂとが等しくなるように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御を行う。
【０１２１】
例えば第１の発光期間ＴＡでの検出受光量Ｇａの方が第２の発光期間ＴＢでの検出受光量Ｇｂよりも大きかった場合には、制御部６０は、可変抵抗ＲＡの抵抗値を大きくして、発光素子ＬＥＤＡに流れる電流値が小さくなるように制御する。また可変抵抗ＲＢの抵抗値を小さくして、発光素子ＬＥＤＢに流れる電流値が大きくなるように制御する。これにより、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇａが小さくなる一方で、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇｂが大きくなり、Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように制御される。
【０１２２】
一方、第２の発光期間ＴＢでの検出受光量Ｇｂの方が第１の発光期間ＴＡでの検出受光量Ｇａよりも大きかった場合には、制御部６０は、可変抵抗ＲＡの抵抗値を小さくして、発光素子ＬＥＤＡに流れる電流値が大きくするように制御する。また、可変抵抗ＲＢの抵抗値を大きくして、発光素子ＬＥＤＢに流れる電流値が小さくなるように制御する。これにより、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇａが大きくなる一方で、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇｂが小さくなり、Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように制御される。なおＧａ＝Ｇｂである場合には、可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値は変化させない。
【０１２３】
このようにすれば、対象物の位置において、図３（Ａ）の強度ＩＮＴａとＩＮＴｂが等しくなるように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光素子ＬＥＤＡ、ＬＥＤＢの放出光量が制御される。そして、このような発光制御が行われている際の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値等に基づいて、上述した式（６）〜（１１）等で説明した手法により、対象物の位置を検出する。このようにすれば、環境光等の外乱光の影響を最小限に抑えることが可能になり、対象物の位置の検出精度を向上することが可能になる。
【０１２４】
なお本実施形態の発光制御手法は図１６で説明した手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図１６の発光素子ＬＥＤＢを参照用光源部の発光素子として用いる手法を採用してもよい。この参照用光源部は、例えば他の光源部（ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ１１〜ＬＳ２２）に比べて受光部ＲＵから近い距離に配置されたり、受光部ＲＵと同じ筺体内に配置されることで、周囲光（外乱光、対象物からの反射光等）の入射が規制されるように配置設定される光源部である。そして制御部６０が、第１の期間において光源部ＬＳ１と図示しない参照用光源部を交互に発光させ、受光部ＲＵでの検出受光量が等しくなるように、光源部ＬＳ１と参照用光源部の発光制御を行う。また第２の期間において第２の光源部ＬＳ２と参照用光源部を交互に発光させ、受光部ＲＵでの検出受光量が等しくなるように、第２の光源部ＬＳ２と参照用光源部の発光制御を行う。このようにすれば、光源部ＬＳ１が発光する第１の発光期間での検出受光量と、第２の光源部ＬＳ２が発光する第２の発光期間での検出受光量とが、参照用光源部を介して実質的に等しくなるように、発光制御が行われるようになる。
【０１２５】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また光学式検出装置、表示装置、電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
ＥＵ 照射ユニット、ＲＵ 受光部、ＡＲＤ 表示エリア、ＲＤＥＴ 検出領域、
ＬＧ、ＬＧ１、ＬＧ２ ライトガイド、ＬＳ１、ＬＳ２ 光源部、ＲＳ 反射シート、
ＰＳ プリズムシート、ＬＦ ルーバーフィルム、ＬＥ 照射方向設定部、
ＬＴ 照射光、ＬＩＤ１ 第１の照射光強度分布、ＬＩＤ２ 第２の照射光強度分布、
ＳＬ スリット、ＳＦＬ１ 第１のスリット面、ＳＦＬ２ 第２のスリット面、
１０ 画像投射装置、２０ スクリーン、５０ 検出部、５２ 信号検出回路、
５４ 信号分離回路、５６ 判定部、６０ 制御部、７０ 駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式検出装置、表示装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、表示部の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付きの表示装置が用いられる。この表示装置によれば、ユーザーは、表示部に表示された画像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングしたり、情報を入力することが可能になる。このようなタッチパネルによる位置検出方式としては、例えば抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。
【０００３】
一方、投写型表示装置（プロジェクター）やデジタルサイネージ用の表示装置では、携帯電話やパーソナルコンピューターの表示装置に比べて、その表示エリアが広い。従って、これらの表示装置において、上述の抵抗膜方式や静電容量方式のタッチパネルを用いて位置検出を実現することは難しい。
【０００４】
また投写型表示装置用の位置検出装置の従来技術としては、例えば特許文献１、２に開示される技術が知られている。しかしながら、この位置検出装置では、システムが大掛かりになってしまうなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３４５０８５
【特許文献２】特開２００１−１４２６４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、広い範囲での対象物のセンシングが可能な光学式検出装置、表示装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、光源光を出射する光源部と、前記光源部からの前記光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、前記ライトガイドの外周側から出射される前記光源光を受け、曲線形状の前記ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、前記照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて、少なくとも前記対象物が位置する方向を検出する検出部とを含む光学式検出装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、光源部からの光源光が、ライトガイドの曲線形状の導光経路に沿って導光される。そしてライトガイドの外周側から出射された光源光は、ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向の照射光として出射される。そしてこの出射光が対象物により反射されると、その反射光が受光部により受光され、受光結果に基づき対象物の方向等が検出される。このような構成の光学式検出装置によれば、ライトガイドの内周側から外周側に放射状に照射光が出射されて、その反射光により対象物が検出されるようになるため、広い範囲での対象物のセンシングが可能な光学式検出装置を実現できる。
【０００９】
また本発明の一態様では、第２の光源光を出射する第２の光源部を含み、前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記ライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成してもよい。
【００１０】
このようにすれば、例えば１個のライトガイドを用いて第１、第２の照射光強度分布を形成できるため、装置のコンパクト化等を図れる。また第１の照射光強度分布を形成した際の受光結果と、第２の照射光強度分布を形成した際の受光結果に基づいて、対象物を検出できるため、環境光等の外乱光の影響を低減したセンシングが可能になり、検出精度等を向上できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、第２の光源光を出射する第２の光源部と、前記第２の光源部からの前記第２の光源光を、曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状の第２のライトガイドとを含み、前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記第２のライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成してもよい。
【００１２】
このように２個のライトガイドを用いれば、出光特性の調整等の光学設計を簡素化できる。また第１の照射光強度分布を形成した際の受光結果と、第２の照射光強度分布を形成した際の受光結果に基づいて、対象物を検出できるため、環境光等の外乱光の影響を低減したセンシングが可能になり、検出精度等を向上できる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記ライトガイドと前記第２のライトガイドは、前記ライトガイドと前記照射方向設定部が並ぶ方向に沿った面に対して交差する方向に並んで配置されてもよい。
【００１４】
このようにすれば、ライトガイドと第２のライトガイドをコンパクトに収納できるようになるため、装置のコンパクト化等を図れる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記第１の照射光強度分布は、前記ライトガイドの一端側から他端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であり、前記第２の照射光強度分布は、前記ライトガイドの他端側から一端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であってもよい。
【００１６】
このようにすれば、照射方向に応じて強度が異なるような照射光強度分布を形成できるため、この強度分布を利用して、対象物を簡素な処理でセンシングすることが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、前記制御部は、前記光源部と前記第２の光源部を交互に発光させることで、前記第１の照射強度分布と前記第２の照射強度分布を交互に形成する制御を行ってもよい。
【００１８】
このようにすれば、制御部が光源部と第２の光源部を交互に発光させるだけで、第１、第２の照射光強度分布を形成して、対象物をセンシングできるようになる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、前記制御部は、前記光源部が発光する期間である第１の発光期間における前記受光部での検出受光量と、前記第２の光源部が発光する期間である第２の発光期間における前記受光部での検出受光量とが等しくなるように、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行ってもよい。
【００２０】
このようにすれば第１の照射光強度分布の形成時の外乱光の影響と第２の照射光強度分布の形成時の外乱光の影響を相殺することなどが可能になり、検出精度等を向上できる。なお第１の発光期間での検出受光量と第２の発光期間での検出受光量とが等しくなるようにする発光制御は、参照用光源部を介して行う発光制御であってもよい。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記検出部は、前記受光部での受光結果に基づいて、前記対象物までの距離を検出し、前記距離と、前記対象物の前記方向とに基づいて、前記対象物の位置を検出してもよい。
【００２２】
このようにすれば、対象物までの距離を求めることで、対象物の方向のみならず対象物の位置についても検出できるようになる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記照射光の照射方向を、前記対象物の検出領域の面に沿った方向に規制する照射方向規制部を含んでもよい。
【００２４】
このようにすれば、対象物の検出領域に交差する方向に照射光が広がってしまう事態を抑止できるため、誤検出等の防止が可能になる。
【００２５】
また本発明の一態様では、前記照射方向規制部は、前記検出領域の面に沿った第１のスリット面及び第２のスリット面を有するスリットであってもよい。
【００２６】
このようにすれば、光学式検出装置の筺体にスリットを設けるだけで、照射光の照射方向を対象物の検出領域の面に沿った方向に規制できるようになる。
【００２７】
また本発明の一態様では、前記第１のスリット面及び前記第２のスリット面には凹部が形成されていてもよい。
【００２８】
このようにすれば、第１、第２のスリット面での表面反射を抑制することが可能になり、照射光が広がってしまう事態を、より効果的に抑止することが可能になる。
【００２９】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の光学式検出装置を含む表示装置に関係する。
【００３０】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の光学式検出装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出装置、表示装置等の基本構成例。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本実施形態の検出手法の説明図。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は本実施形態の検出手法の説明図。
【図４】本実施形態の光学式検出装置の第１の構成例。
【図５】本実施形態の光学式検出装置の第２の構成例。
【図６】第２の構成例でのライトガイドの配置についての説明図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は本実施形態の検出手法を説明するための信号波形例。
【図８】光学式検出装置の変形例。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は照射方向規制部の説明図。
【図１０】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１１】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１２】照射ユニットの詳細な構造例。
【図１３】図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は照射方向設定部の説明図。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）はプリズムシート、拡散シートの説明図。
【図１５】照射方向の設定手法についての説明図。
【図１６】検出部等の詳細な構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３３】
１．基本構成
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に本実施形態の光学式検出装置及びこれを用いた表示装置や電子機器の基本構成例を示す。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は本実施形態の光学式検出装置を、液晶プロジェクター或いはデジタル・マイクロミラー・デバイスと呼ばれる投写型表示装置（プロジェクター）に適用した場合の例である。図１（Ａ）、図１（Ｂ）では、互いに交差する軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（広義には第１、第２、第３の座標軸）としている。具体的には、Ｘ軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向とし、Ｚ軸方向を奥行き方向としている。
【００３４】
本実施形態の光学式検出装置は、照射ユニットＥＵと受光部ＲＵと検出部５０を含む。また制御部６０を含む。また本実施形態の表示装置（電子機器）は、光学式検出装置とスクリーン２０（広義には表示部）を含む。更に表示装置（電子機器）は画像投射装置１０（広義には画像生成装置）を含むことができる。なお、本実施形態の光学式検出装置、表示装置、電子機器は図１（Ａ）、図１（Ｂ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００３５】
画像投射装置１０は、筺体の前面側に設けられた投射レンズからスクリーン２０に向けて画像表示光を拡大投射する。具体的には画像投射装置１０は、カラー画像の表示光を生成して、投射レンズを介してスクリーン２０に向けて出射する。これによりスクリーン２０の表示エリアＡＲＤにカラー画像が表示されるようになる。
【００３６】
本実施形態の光学式検出装置は、図１（Ｂ）に示すようにスクリーン２０の前方側（Ｚ軸方向側）に設定された検出領域ＲＤＥＴにおいて、ユーザーの指やタッチペンなどの対象物を光学的に検出する。このために光学式検出装置の照射ユニットＥＵは、対象物を検出するための照射光（検出光）を出射する。具体的には、照射方向に応じて強度（照度）が異なる照射光を放射状に出射する。これにより検出領域ＲＤＥＴには、照射方向に応じて強度が異なる照射光強度分布が形成される。なお検出領域ＲＤＥＴは、スクリーン２０（表示部）のＺ方向側（ユーザー側）において、ＸＹ平面に沿って設定される領域である。
【００３７】
受光部ＲＵは、照射ユニットＥＵからの照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する。この受光部ＲＵは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどの受光素子により実現できる。この受光部ＲＵには検出部５０が例えば電気的に接続されている。
【００３８】
検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、少なくとも対象物が位置する方向等を検出する。この検出部５０の機能は、アナログ回路等を有する集積回路装置や、マイクロコンピュータ上で動作するソフトウェア（プログラム）などにより実現できる。例えば検出部５０は、受光部ＲＵの受光素子が対象物からの反射光を受光することで発生した検出電流を、検出電圧に変換し、受光結果である検出電圧に基づいて、対象物が位置する方向等を検出する。具体的には検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果（受光信号）に基づいて、対象物までの距離（照射ユニットの配置位置からの距離）を検出する。そして検出された距離と、検出された対象物の方向（存在方向）とに基づいて、対象物の位置を検出する。具体的には検出領域ＲＤＥＴのＸＹ平面でのＸ、Ｙ座標を検出する。なお、Ｘ軸方向に沿って所与の距離だけ離れた第１、第２の照射ユニットを設けるようにしてもよい。この場合には、第１の照射ユニットからの第１の照射光が対象物に反射されることによる第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットに対する対象物の方向を第１の方向として検出する。また第２の照射ユニットからの第２の照射光が対象物に反射されることによる第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットに対する対象物の方向を第２の方向として検出する。そして検出された第１、第２の方向と、第１、第２の照射ユニット間の距離とに基づいて、対象物の位置を検出すればよい。
【００３９】
制御部６０は光学式検出装置の各種の制御処理を行う。具体的には照射ユニットＥＵが有する光源部の発光制御などを行う。この制御部６０は照射ユニットＥＵ、検出部５０に電気的に接続されている。制御部６０の機能は、集積回路装置やマイクロコンピュータ上で動作するソフトウェアなどにより実現できる。例えば制御部６０は、照射ユニットＥＵが第１、第２の光源部を含む場合に、これらの第１、第２の光源部を交互に発光させる制御を行う。また、前述のように第１、第２の照射ユニットが設けられる場合には、第１の照射ユニットに対する対象物の方向を求める第１の期間において、第１の照射ユニットに設けられる第１、第２の光源部を交互に発光させる制御を行う。また第２の照射ユニットに対する対象物の方向を求める第２の期間において、第２の照射ユニットに設けられる第３、第４の光源部を交互に発光させる制御を行う。
【００４０】
なお本実施形態の光学式検出装置は、図１（Ａ）に示す投写型表示装置には限定されず、各種の電子機器に搭載される様々な表示装置に適用できる。また本実施形態の光学式検出装置を適用できる電子機器としては、パーソナルコンピューター、カーナビゲーション装置、券売機、携帯情報端末、或いは銀行の端末などの様々な機器を想定できる。この電子機器は、例えば画像を表示する表示部（表示装置）や、情報を入力するための入力部や、入力された情報等に基づいて各種の処理を行う処理部などを含むことができる。
【００４１】
２．対象物の検出手法
次に本実施形態による対象物の検出手法について詳細に説明する。
【００４２】
図２（Ａ）に示すように本実施形態の光学式検出装置（照射ユニット）は、光源部ＬＳ１と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、これらの構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４３】
光源部ＬＳ１は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【００４４】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図２（Ａ）ではライガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図２（Ａ）ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。そして光源部ＬＳ１からの光源光は、ライトガイドＬＧの一端側（図２（Ａ）では左側）の光入射面に入射される。
【００４５】
ライトガイドＬＧの外周側（Ｂ１に示す側）及び内周側（Ｂ２に示す側）の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【００４６】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥ（照射光出射部）は、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側（Ｂ２）から外周側（Ｂ１）へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴを出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴが放射状に出射されるようになる。
【００４７】
このような照射光ＬＴの照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。なお、後述するように照射方向設定部ＬＥに拡散シート等を設けてよい。また反射シートＲＳは、ライトガイドＬＧの内周側に設けられる。このように反射シートＲＳを内周側に設けることで、外周側への光源光の出光効率を改善できる。
【００４８】
そして図２（Ａ）に示すように、光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）の光入射面に対して光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１が対象物の検出領域（図１（Ｂ）のＲＤＥＴ）に形成される。この第１の照射光強度分布ＬＩＤ１は、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）から他端側（Ｂ４）に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布である。即ち図２（Ａ）において照射光ＬＴのベクトルの大きさが強度（照度）を表しており、ライトガイドＬＧの一端側（Ｂ３）では照射光ＬＴの強度は最も大きく、他端側（Ｂ４）では強度は最も小さい。そしてライトガイドＬＧの一端側から他端側に向かうにつれて、照射光ＬＴの強度は単調減少している。
【００４９】
一方、図２（Ｂ）に示すように、第２の光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｂ４）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光強度分布ＬＩＤ２が検出領域に形成される。この第２の照射光強度分布ＬＩＤ２は、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なり、ライトガイドＬＧの他端側（Ｂ４）から一端側（Ｂ３）に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布である。即ち図２（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの他端側では照射光ＬＴの強度は最も大きく、一端側では強度は最も小さい。そして他端側から一端側に向かうにつれて、照射光ＬＴの強度は単調減少している。
【００５０】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００５１】
例えば図３（Ａ）のＥ１は、図２（Ａ）の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴの照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴの強度との関係を示す図である。図３（Ａ）のＥ１では、照射方向が図３（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図３（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、光学式検出装置の配置位置ＰＥになっている。
【００５２】
また図３（Ａ）のＥ２は、図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴの照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴの強度との関係を示す図である。図３（Ａ）のＥ２では、照射方向が図３（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図３（Ａ）では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。
【００５３】
そして図３（Ｂ）に示すように、角度θの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする。すると、図２（Ａ）のように光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１の場合）には、図３（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度θ）の方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、図２（Ｂ）のように光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴｂになる。
【００５４】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢ（角度θ）を特定できる。そして例えば後述する図７（Ａ）、図７（Ｂ）の手法により光学式検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述する図８に示すように２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（θ１）、ＤＤＢ２（θ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００５５】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、図１（Ａ）の受光部ＲＵが、図２（Ａ）のような照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対応するようになる。また受光部ＲＵが、図２（Ｂ）のような照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めることができる。
【００５６】
例えば図２（Ａ）の光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、ｋ、Ｅａとする。また図２（Ｂ）の光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（１）、（２）が成立する。
【００５７】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （１）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （２）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（３）、（４）が成立する。
【００５８】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （３）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （４）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（５）のように表せる。
【００５９】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （５）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは、制御部６０による照射ユニットＥＵの制御量から特定することができる。そして図３（Ａ）の強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（５）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【００６０】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば後述する図７（Ａ）のように光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、このときの他方の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の方向、位置等を求める。
【００６１】
また下式（６）、（７）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるように制御してもよい。
【００６２】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （６）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （７）
上式（６）、（７）を上式（５）に代入すると下式（８）が成立する。
【００６３】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （８）
上式（８）より、Ｉｂは下式（９）のように表される。
【００６４】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （９）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（９）は下式（１０）のように表され、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１１）のように表される。
【００６５】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１０）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１１）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御すれば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１０）によりαを求め、求められたαを上式（１１）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。
【００６６】
なお、以上では、図２（Ａ）の照射強度分布ＬＩＤ１と図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成して、対象物の方向、位置等を検出する手法について説明した。しかしながら、検出精度の低下等をある程度許容できる場合には、図２（Ａ）の照射光強度分布ＬＩＤ１又は図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２の一方だけを形成して、対象物の方向、位置等を求めることも可能である。
【００６７】
３．構成例
次に本実施形態の光学式検出装置の第１、第２の構成例について説明する。図４に光学式検出装置の第１の構成例を示す。
【００６８】
この第１の構成例では、光源部ＬＳ１が、図４のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２が、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出領域に形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第１の照射強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出領域に形成する。
【００６９】
即ち図４の第１の構成例では、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を後述する図７（Ａ）に示すように逆相で交互に点灯させることで、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態を交互に作り出す。つまり、ライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射強度分布ＬＩＤ２を交互に形成して、対象物の反射光を受光し、受光結果に基づいて対象物の方向等を特定する。
【００７０】
この第１の構成例によれば、１個のライトガイドＬＧを設けるだけで済むため、光学式検出装置のコンパクト化等を図ることができる。
【００７１】
図５に光学式検出装置の第２の構成例を示す。第２の構成例では第２のライトガイドＬＧ２が更に設けられている。そして図６に示すように、ライトガイドＬＧと第２のライトガイドＬＧ２は、ライトガイドＬＧと照射方向設定部ＬＥが並ぶ方向に沿った面に交差（直交）する方向ＤＬＧにおいて、並んで配置される。例えば、図１（Ｂ）の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に直交する方向（Ｚ方向）に沿うように、ライトガイドＬＧ１、ＬＧ２が配置される。このようにすれば、光学式検出装置にライトガイドＬＧ１、ＬＧ２をコンパクトに収納できるようになるため、光学式検出装置が大型化してしまうのを抑止できる。
【００７２】
なお図５では、図面のわかりやすさのためにライトガイドＬＧ１とＬＧ２が円弧形状の半径方向に並んで配置されるように描かれているが、実際にはライトガイドＬＧ１、ＬＧ２は、図６のような位置関係で配置されている。
【００７３】
また図５では、光源部ＬＳ１に加えて、第２の光源光を出射する第２の光源部ＬＳ２が設けられる。そして曲線形状のライトガイドＬＧ２は、第２の光源部ＬＳ２からの第２の光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する。
【００７４】
そしてライトガイドＬＧ１の一端側（Ｇ１）の光入射面に対して、光源部ＬＳ１が光源光を出射することで、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出領域に形成する。一方、第２のライトガイドの他端側（Ｇ２）の光入射面に対して、第２の光源部ＬＳ２が第２の光源光を出射することで、第１の照射強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出領域に形成する。
【００７５】
つまり第２の構成例では、ライトガイドＬＧ１とこれに光を入射する光源部ＬＳ１を設けると共に、ライトガイドＬＧ２とこれに光を入射する光源部ＬＳ２を設ける。そして、光源部ＬＳ１、ＬＳ２を後述する図７（Ａ）に示すように逆相で交互に点灯させることで、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態を交互に作り出す。そして、対象物の反射光を受光し、受光結果に基づいて対象物の方向等を特定する。
【００７６】
この第２の構成例によれば、ライトガイドＬＧ１、ＬＧ２の光学設計を簡素化することが可能になる。
【００７７】
例えば図３（Ａ）に示すようなリニアな強度分布を形成するためには、シルク印刷方式等により、ライトガイドの出光特性を調整する光学設計が必要になる。即ち、光源光の減衰率が例えば０．９である場合には、９０％、８１％、７３％というように、強度は双曲線の特性で変化してしまい、リニアな変化にはならない。このため、図３（Ａ）のようなリニアな強度分布を形成する場合には、シルク印刷方式等による出光特性の調整が必要になる。
【００７８】
ところが、図４の第１の構成例のように１個のライトガイドＬＧを用いる手法では、このような出光特性の調整が難しくなる。即ち、照射光強度分布ＬＩＤ１の強度変化がリニアになるようにライトガイドＬＧの表面を加工して出光特性を調整すると、照射光強度分布ＬＩＤ２での強度変化がリニアにならなくなる。一方、照射光強度分布ＬＩＤ２の強度変化がリニアになるようにライトガイドＬＧの表面を加工して出光特性を調整すると、今度は、照射光強度分布ＬＩＤ１での強度変化がリニアにならなくなる。
【００７９】
この点、図５の第２の構成例では、光源部ＬＳ１に対応してライトガイドＬＧ１が設けられ、光源部ＬＳ２に対応してライトガイドＬＧ２が設けられる。ライトガイドＬＧ１については、照射光強度分布ＬＩＤ１がリニアな強度変化になるように、その表面を加工して出光特性を調整すればよい。一方、ライトガイドＬＧ２については、照射光強度分布ＬＩＤ２がリニアな強度変化になるように、その表面を加工して出光特性を調整すればよい。従って、光学設計を簡素化できる。
【００８０】
なお、強度変化の特性が図３（Ａ）に示すようなリニアな特性にならなく、例えば双曲線等の特性になっても、ソフトウェア等による補正処理でこれに対処することが可能である。即ち、光学的にはリニアな特性にならなくても、受光結果に対して補正処理を行うことで、リニアな特性になるように調整することができる。従って、このような補正処理を行う場合には、図５のように２個のライトガイドＬＧ１、ＬＧ２を設けずに、図４のように１個のライトガイドＬＧだけを設ける構成にすることで、光学式検出装置のコンパクト化等を図れる。
【００８１】
以上の本実施形態の光学式検出装置によれば、同心円状の曲線状のライトガイドを用いることで、角度のセンシングが可能になる。そしてライトガイドが曲線状になっているため、照射光を放射状に出射することができ、直線形状のライトガイド等を用いる手法に比べて、広い範囲での対象物の方向、位置等の検出が可能になる。例えば直線形状のライトガイドを用いる手法では、広い範囲での検出を可能にするためには、ライトガイドの長さを長くする必要があり、システムが大掛かりなものになってしまう。これに対して本実施形態によれば、図１（Ａ）に示すように、少ない占有面積の照射ユニットを配置するだけで、広い範囲での対象物の方向、位置等を検出することが可能になる。また本実施形態の光学式検出装置によれば、例えば表示エリアの４隅に光源部（照射ユニット）を配置する手法等に比べて、検出システムのコンパクト化を図れる。更に照射ユニットの配置数も例えば１個や２個で済むため、機器の設置の自由度も高くなる。また本実施形態では例えば図１（Ａ）のように表示エリアの上側に照射ユニットを配置するだけで、対象物の方向、位置等を検出できるため、機器の設置も容易になる。また、表示エリアの４隅に光源部を配置する手法では、これらの４隅に配置される光源部の存在が、表示エリアへの画像表示の邪魔になってしまうおそれもあるが、本実施形態の光学式検出装置によればこのような事態も抑止できる。
【００８２】
４．位置検出手法
次に本実施形態の光学式検出装置を用いて対象物の位置を検出する手法の一例について説明する。図７（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【００８３】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図７（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図２（Ａ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これにより図２（Ｂ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【００８４】
このように図１の制御部６０は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式検出装置（照射ユニット）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式（６）、（７）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図３（Ｂ）に示すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１０）、（１１）から減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図３（Ａ）、図３（Ｂ）で説明した手法により対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出された距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図３（Ｂ）において、光学式検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、図１（Ａ）、図１（Ｂ）のＸＹ平面での対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００８５】
具体的には図７（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【００８６】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図７（Ｂ）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図７（Ｂ）は、制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な信号波形例である。
【００８７】
具体的には図７（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図７（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図７（Ｂ）のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示されている。
【００８８】
図８に本実施形態の変形例を示す。図８では第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出領域ＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１（Ａ）、図１（Ｂ）のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置される。
【００８９】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部５０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【００９０】
具体的には検出部５０は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度θ１）として検出する。また第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度θ２）として検出する。そして検出された第１の方向ＤＤＢ１（θ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（θ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【００９１】
図８の変形例によれば、図７（Ａ）、図７（Ｂ）のように光学式検出装置と対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【００９２】
また図８の変形例では、受光部ＲＵを、照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２から等距離（略等距離の場合を含む）の位置に配置することが望ましい。具体的には照射ユニットＥＵ１の配置位置ＰＥ１から受光部ＲＵの配置位置（代表位置、中心位置）までの第１の距離と、照射ユニットＥＵ２の配置位置ＰＥ２から受光部ＲＵの配置位置までの第２の距離とが等距離（略等距離）になるように、受光部ＲＵを配置する。このような左右対称の配置にすれば、照射ユニットＥＵ１からの照射光と照射ユニットＥＵ２からの照射光との差分が単調性を持つようになる。従って、これらの照射光が対象物で反射することによる反射光を受光部ＲＵが受光して対象物の座標を検出する場合に、受光部ＲＵでの受光量の検出分解能を最大限に利用することが可能になり、座標検出精度を向上できる。
【００９３】
５．照射方向の規制
さて、図１（Ｂ）に示すような検出領域ＲＤＥＴを設定して、ユーザーの指等の対象物を検出する場合に、照射ユニットＥＵからの照射光が、図１（Ｂ）のＺ方向において広がった光になってしまうと、誤った検出が行われてしまうおそれがある。即ち、検出対象がユーザーの指であるのに、ユーザーの体の方を検出してしまうおそれがある。例えば図１（Ａ）において、ユーザーの体がスクリーン２０の方に近づいただけで、検出領域ＲＤＥＴに、検出対象であるユーザーの指が存在すると誤検出されてしまうおそれがある。
【００９４】
そこで本実施形態の光学式検出装置では、照射光の照射方向を、対象物の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に沿った方向に規制する照射方向規制部（照射方向制限部）を設けている。具体的には図９（Ａ）では、この照射方向規制部はスリットＳＬにより実現されている。このスリットＳＬは、検出領域ＲＤＥＴの面に沿った第１のスリット面ＳＦＬ１と第２のスリット面ＳＦＬ２を有する。このように本実施形態では、光学式検出装置の筐体ＨＳに対して、照射方向に開口するスリットＳＬを設けることで、光学式検出装置の照射方向規制部を実現している。
【００９５】
このようなスリットＳＬを設ければ、ライトガイドＬＧからの光は、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２に沿った方向に規制される。これにより、図１（Ｂ）において照射ユニットＥＵから出射される照射光が、Ｘ、Ｙ平面に平行な光になるように規制できる。従って、検出領域ＲＤＥＴへの照射光が、Ｚ方向に広がってしまう事態を防止でき、ユーザーの体がスクリーン２０に近づいた場合に、ユーザーの体を指やタッチペンなどの対象物であると誤検出してしまう事態を防止できる。従って、Ｚ方向の位置を検出する装置を設けなくても、対象物の適正な位置検出を実現できるようになる。
【００９６】
また図９（Ｂ）では、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２に対して凹部が形成されている。即ち図９（Ａ）ではスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２は平らな形状になっているが、図９（Ｂ）では、スリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２は平らな形状になっておらず、くぼみが形成されている。このような凹部を設けることでスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２での表面反射を抑制することが可能になり、ＸＹ平面に対して、より平行な光の照射光を検出領域ＲＤＥＴに対して出射できるようになる。
【００９７】
なおスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２の表面に対して例えば無反射塗装などの加工を施すことで、凹部と同様の機能を実現することも可能である。また図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、照射光のＺ方向でのブレを規制する照射方向規制部をスリットＳＬにより実現する場合について示しているが、例えばルーバーフィルムなどの光学シートを用いて、照射方向規制部を実現してもよい。例えば図２（Ａ）のルーバーフィルムＬＦは、ライトガイドＬＧからの出射光の光指向の方向を法線方向に規制する機能を有する。従って、スリットＳＬによる照射方向規制部の機能と同様の機能を実現するためには、ライトガイドＬＧからの光の出射方向を、図１（Ｂ）のＸＹ平面に平行な方向に規制する配置構成のルーバーフィルムを設ければよい。
【００９８】
６．照射ユニットの詳細な構造例
次に本実施形態の光学式検出装置の照射ユニットの詳細な構造例について図１０〜図１２を用いて説明する。図１０〜図１２は図４で説明した照射ユニットの詳細な構造を説明する図である。
【００９９】
図１０は照射ユニットＥＵ（ＥＵ１、ＥＵ２）をスリットＳＬの開口側から見た斜視図である。この照射ユニットＥＵは、扇形状の筺体１００、１１０により構成される。図１１は、照射ユニットＥＵを構成する扇形状の筺体１００、１１０を分離して、筺体１００、１１０をその内側面から見た斜視図である。図１２は、筺体１００を図１１のＪ１方向から見た斜視図である。図１０、図１１、図１２に示すように、照射ユニットＥＵは、扇形状の筺体１００、１１０を、その内側面同士が対向するように重なり合わせた構造になっている。
【０１００】
図１１、図１２に示すように、筺体１００の内側面には円弧状の溝部１０２、１０４が形成され、筺体１１０の内側面にも円弧状の溝部１１２、１１４が形成されている。１０２、１１２は内周側に形成される溝部であり、１０４、１１４は外周側に形成される溝部である。このような溝部１０２、１０４、１１２、１１４を筺体１００、１０２に形成することで、図９（Ｂ）で説明したスリット面ＳＦＬ１、ＳＦＬ２の凹部が実現される。
【０１０１】
図１１、図１２に示すように、ライトガイドＬＧは、溝部１０２の内周側に配置される。またライトガイドＬＧの外周側には照射方向設定部ＬＥ（プリズムシート、ルーバーフィルム等）が配置される。ライトガイドＬＧの内周側には反射シートＲＳが設けられる。このような配置構成にすることで、ライトガイドＬＧの外周側から出射された照射光が、照射方向設定部ＬＥにより法線方向にその方向が設定されて、照射ユニットＥＵのスリットＳＬから出射されるようになる。この際に、溝部１０２、１０４、１１２、１１４により実現される照射方向規制部により、照射光の照射方向が、図１（Ｂ）の検出領域ＲＤＥＴの面（ＸＹ平面に平行な面）に沿うように規制されるようになる。
【０１０２】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、図１１のＪ２に示す部分の詳細な構造を説明する図である。
【０１０３】
図１３（Ａ）に示すように、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）に設けられる光源部ＬＳ（ＬＳ１、ＬＳ２）からの光はライトガイドＬＧの光入射面に入射される。ライトガイドＬＧの内周側には反射シートＲＳが設けられ、外周側には、拡散シートＤＦＳが設けられる。拡散シートＤＦＳの外周側にはプリズムシートＰＳ１が設けられ、ＰＳ１の外周側にはプリズムシートＰＳ２が設けられ、ＰＳ２の外周側にはルーバーフィルムＬＦが設けられる。また図１３（Ｂ）に示すように、プリズムシートＰＳ１とＰＳ２は、その稜線が直交するように配置される。
【０１０４】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）において、拡散シートＤＦＳにより、ライトガイドＬＧの外周側から出射した光の表面輝度が均一化される。即ち、拡散シートＤＦＳを通ることで、出射光が均一な輝度の拡散光になる。
【０１０５】
プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２は、拡散シートＤＦＳの外周側から出射される光を、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向ＤＮ（法線方向）に集光する機能を有する。即ち、拡散シートＤＦＳで表面輝度の均一化を図った後に、プリズムシートＰＳにより方向ＤＮに光を集光させて、輝度を向上させる。
【０１０６】
ルーバーフィルムＬＦは、プリズムシートＰＳ１、ＰＳ２の外周側から出射される低視角光を遮断する格子状の遮光部材である。ルーバーフィルムＬＦを設けることで、方向ＤＮに沿った光はルーバーフィルムＬＦを通過して照射ユニットＥＵから外周側に出射されるようになる一方で、低視角光は遮断されるようになる。
【０１０７】
図１４（Ａ）にプリズムシートＰＳ（ＰＳ１、ＰＳ２）の例を示す。プリズムシートＰＳのプリズム面２００は例えばアクリル系樹脂層２００で形成され、基板２０２は例えばポリエステルフィルム層２０２で形成される。
【０１０８】
図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）に拡散シートＤＦＳの例を示す。この拡散シートＤＦＳは、ベースフィルム２１０（ＰＥＴ）に対してバインダ２１４と共にビーズ２１２を塗布することで形成される。これにより図１４（Ｃ）に示すような凹凸の表面を有する拡散シートＤＦＳを形成できる。
【０１０９】
図１５は、プリズムシートＰＳ、ルーバーフィルムＬＦ等で実現される照射光設定部ＬＥの機能について説明するための図である。
【０１１０】
図１５に示すようにライトガイドＬＧ内を光源光が全反射で導光される場合に、ライトガイドＬＧの例えば内周側にシルク印刷方式等で表面加工を施すことで、光源光の一部がライトガイドＬＧの外周側から出射されるようになる。プリズムＰＳ、ルーバーフィルムＬＦ等で実現される照射光設定部ＬＥは、このようにして出射された光の方向ＤＬ１、ＤＬ２を、方向ＤＮ（法線方向）に向くように設定する。こうすることで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）のような照射強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成することが可能になる。
【０１１１】
７．検出部
次に図１６を用いて検出部５０等の具体的な構成例について説明する。
【０１１２】
駆動回路７０は、光源部ＬＳ１の発光素子ＬＥＤＡと光源部ＬＳ２の発光素子ＬＥＤＢを駆動する。この駆動回路７０は、可変抵抗ＲＡ、ＲＢとインバーター回路ＩＶ（反転回路）を含む。可変抵抗ＲＡの一端及びインバーター回路ＩＶには、制御部６０から矩形波形の駆動信号ＳＤＲが入力される。可変抵抗ＲＡは、信号ＳＤＲの入力ノードＮ１と、発光素子ＬＥＤＡのアノード側のノードＮ２の間に設けられる。可変抵抗ＲＢは、インバーター回路ＩＶの出力ノードＮ３と、発光素子ＬＥＤＢのアノード側のノードＮ４の間に設けられる。発光素子ＬＥＤＡはノードＮ２とＧＮＤ（ＶＳＳ）の間に設けられ、発光素子ＬＥＤＢはノードＮ４とＧＮＤの間に設けられる。
【０１１３】
そして駆動信号ＳＤＲがＨレベルである第１の発光期間ＴＡでは、可変抵抗ＲＡを介して発光素子ＬＥＤＡに電流が流れて、発光素子ＬＥＤＡが発光する。これにより図２（Ａ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、駆動信号ＳＤＲがＬレベルである第２の発光期間ＴＢでは、可変抵抗ＲＢを介して発光素子ＬＥＤＢに電流が流れて、発光素子ＬＥＤＢが発光する。これにより図２（Ｂ）に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。従って、図７（Ａ）で説明したように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させて、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の照射光強度分布ＬＩＤ２、ＬＩＤ２を、各々、第１、第２の発光期間ＴＡ、ＴＢにおいて形成できるようになる。即ち制御部６０は、駆動信号ＳＤＲを用いて光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光させて、照射強度分布ＬＩＤ１と照射強度分布ＬＩＤ２を交互に形成する制御を行う。
【０１１４】
受光部ＲＵは、フォトダイオード等により実現される受光素子ＰＨＤと、電流・電圧変換用の抵抗Ｒ１を含む。そして第１の発光期間ＴＡでは、発光素子ＬＥＤＡからの光による対象物ＯＢの反射光が受光素子ＰＨＤに入射されて、抵抗Ｒ１及び受光素子ＰＨＤに電流が流れ、ノードＮ５に電圧信号が発生する。一方、第２の発光期間ＴＢでは、発光素子ＬＥＤＢからの光による対象物ＯＢの反射光が受光素子ＰＨＤに入射されて、抵抗Ｒ１及び受光素子ＰＨＤに電流が流れ、ノードＮ５に電圧信号が発生する。
【０１１５】
検出部５０は、信号検出回路５２、信号分離回路５４、判定部５６を含む。
【０１１６】
信号検出回路５２（信号抽出回路）は、キャパシターＣＦと演算増幅器ＯＰ１と抵抗Ｒ２を含む。キャパシターＣＦは、ノードＮ５の電圧信号のＤＣ成分（直流成分）をカットするハイパスフィルターとして機能する。このようなキャパシターＣＦを設けることで、環境光に起因する低周波成分や直流成分をカットすることができ、検出精度を向上できる。演算増幅器ＯＰ１及び抵抗Ｒ２で構成されるＤＣバイアス設定回路は、ＤＣ成分カット後のＡＣ信号に対してＤＣバイアス電圧（ＶＢ／２）を設定するための回路である。
【０１１７】
信号分離回路５４は、スイッチ回路ＳＷ、キャパシターＣＡ、ＣＢ、演算増幅器ＯＰ２を含む。スイッチ回路ＳＷは、駆動信号ＳＤＲがＨレベルになる第１の発光期間ＴＡでは、信号検出回路５２の出力ノードＮ７を、演算増幅器ＯＰ２の反転入力側（−）のノードＮ８に接続する。一方、駆動信号ＳＤＲがＬレベルになる第２の発光期間ＴＢでは、信号検出回路５２の出力ノードＮ７を、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力側（＋）のノードＮ９に接続する。演算増幅器ＯＰ２は、ノードＮ８の電圧信号（実効電圧）とノードＮ９の電圧信号（実効電圧）を比較する。
【０１１８】
そして制御部６０は、信号分離回路５４でのノードＮ８、Ｎ９の電圧信号（実効電圧）の比較結果に基づいて、駆動回路７０の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値を制御する。判定部５６は、制御部６０での可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値の制御結果に基づいて、対象物の位置の判定処理を行う。
【０１１９】
本実施形態では図１６の検出部５０等により、上述した式（６）、（７）で説明した制御を実現する。即ち、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量をＧａとし、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量をＧｂとすると、この検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、制御部６０は、信号分離回路５４での比較結果に基づいて可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値を制御する。
【０１２０】
即ち制御部６０は、光源部ＬＳ１が発光する第１の発光期間ＴＡにおける受光部ＲＵでの検出受光量Ｇａと、光源部ＬＳ２が発光する第２の発光期間ＴＢにおける受光部ＲＵでの検出受光量Ｇｂとが等しくなるように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御を行う。
【０１２１】
例えば第１の発光期間ＴＡでの検出受光量Ｇａの方が第２の発光期間ＴＢでの検出受光量Ｇｂよりも大きかった場合には、制御部６０は、可変抵抗ＲＡの抵抗値を大きくして、発光素子ＬＥＤＡに流れる電流値が小さくなるように制御する。また可変抵抗ＲＢの抵抗値を小さくして、発光素子ＬＥＤＢに流れる電流値が大きくなるように制御する。これにより、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇａが小さくなる一方で、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇｂが大きくなり、Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように制御される。
【０１２２】
一方、第２の発光期間ＴＢでの検出受光量Ｇｂの方が第１の発光期間ＴＡでの検出受光量Ｇａよりも大きかった場合には、制御部６０は、可変抵抗ＲＡの抵抗値を小さくして、発光素子ＬＥＤＡに流れる電流値が大きくするように制御する。また、可変抵抗ＲＢの抵抗値を大きくして、発光素子ＬＥＤＢに流れる電流値が小さくなるように制御する。これにより、第１の発光期間ＴＡでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇａが大きくなる一方で、第２の発光期間ＴＢでの受光素子ＰＨＤの検出受光量Ｇｂが小さくなり、Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように制御される。なおＧａ＝Ｇｂである場合には、可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値は変化させない。
【０１２３】
このようにすれば、対象物の位置において、図３（Ａ）の強度ＩＮＴａとＩＮＴｂが等しくなるように、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光素子ＬＥＤＡ、ＬＥＤＢの放出光量が制御される。そして、このような発光制御が行われている際の可変抵抗ＲＡ、ＲＢの抵抗値等に基づいて、上述した式（６）〜（１１）等で説明した手法により、対象物の位置を検出する。このようにすれば、環境光等の外乱光の影響を最小限に抑えることが可能になり、対象物の位置の検出精度を向上することが可能になる。
【０１２４】
なお本実施形態の発光制御手法は図１６で説明した手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図１６の発光素子ＬＥＤＢを参照用光源部の発光素子として用いる手法を採用してもよい。この参照用光源部は、例えば他の光源部（ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ１１〜ＬＳ２２）に比べて受光部ＲＵから近い距離に配置されたり、受光部ＲＵと同じ筺体内に配置されることで、周囲光（外乱光、対象物からの反射光等）の入射が規制されるように配置設定される光源部である。そして制御部６０が、第１の期間において光源部ＬＳ１と図示しない参照用光源部を交互に発光させ、受光部ＲＵでの検出受光量が等しくなるように、光源部ＬＳ１と参照用光源部の発光制御を行う。また第２の期間において第２の光源部ＬＳ２と参照用光源部を交互に発光させ、受光部ＲＵでの検出受光量が等しくなるように、第２の光源部ＬＳ２と参照用光源部の発光制御を行う。このようにすれば、光源部ＬＳ１が発光する第１の発光期間での検出受光量と、第２の光源部ＬＳ２が発光する第２の発光期間での検出受光量とが、参照用光源部を介して実質的に等しくなるように、発光制御が行われるようになる。
【０１２５】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また光学式検出装置、表示装置、電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
ＥＵ 照射ユニット、ＲＵ 受光部、ＡＲＤ 表示エリア、ＲＤＥＴ 検出領域、
ＬＧ、ＬＧ１、ＬＧ２ ライトガイド、ＬＳ１、ＬＳ２ 光源部、ＲＳ 反射シート、
ＰＳ プリズムシート、ＬＦ ルーバーフィルム、ＬＥ 照射方向設定部、
ＬＴ 照射光、ＬＩＤ１ 第１の照射光強度分布、ＬＩＤ２ 第２の照射光強度分布、
ＳＬ スリット、ＳＦＬ１ 第１のスリット面、ＳＦＬ２ 第２のスリット面、
１０ 画像投射装置、２０ スクリーン、５０ 検出部、５２ 信号検出回路、
５４ 信号分離回路、５６ 判定部、６０ 制御部、７０ 駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光を出射する光源部と、
前記光源部からの前記光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、
前記ライトガイドの外周側から出射される前記光源光を受け、曲線形状の前記ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、
前記照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて、少なくとも前記対象物が位置する方向を検出する検出部と、
を含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
第２の光源光を出射する第２の光源部を含み、
前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記ライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
第２の光源光を出射する第２の光源部と、
前記第２の光源部からの前記第２の光源光を、曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状の第２のライトガイドとを含み、
前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記第２のライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ライトガイドと前記第２のライトガイドは、前記ライトガイドと前記照射方向設定部が並ぶ方向に沿った面に対して交差する方向に並んで配置されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記第１の照射光強度分布は、前記ライトガイドの一端側から他端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であり、前記第２の照射光強度分布は、前記ライトガイドの他端側から一端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、
前記制御部は、
前記光源部と前記第２の光源部を交互に発光させることで、前記第１の照射強度分布と前記第２の照射強度分布を交互に形成する制御を行うことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、
前記制御部は、
前記光源部が発光する期間である第１の発光期間における前記受光部での検出受光量と、前記第２の光源部が発光する期間である第２の発光期間における前記受光部での検出受光量とが等しくなるように、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行うことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記検出部は、
前記受光部での受光結果に基づいて、前記対象物までの距離を検出し、前記距離と、前記対象物の前記方向とに基づいて、前記対象物の位置を検出することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記照射光の照射方向を、前記対象物の検出領域の面に沿った方向に規制する照射方向規制部を含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記照射方向規制部は、前記検出領域の面に沿った第１のスリット面及び第２のスリット面を有するスリットであることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１のスリット面及び前記第２のスリット面には凹部が形成されていることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
光源光を出射する光源部と、
前記光源部からの前記光源光を曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状のライトガイドと、
前記ライトガイドの外周側から出射される前記光源光を受け、曲線形状の前記ライトガイドの内周側から外周側へと向かう方向に照射光の照射方向を設定する照射方向設定部と、
前記照射光が対象物に反射されることによる反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて、少なくとも前記対象物が位置する方向を検出する検出部と、
を含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
第２の光源光を出射する第２の光源部を含み、
前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記ライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
第２の光源光を出射する第２の光源部と、
前記第２の光源部からの前記第２の光源光を、曲線状の導光経路に沿って導光する曲線形状の第２のライトガイドとを含み、
前記ライトガイドの一端側の光入射面に対して前記光源部が前記光源光を出射することで、第１の照射光強度分布を前記対象物の検出領域に形成し、前記第２のライトガイドの他端側の光入射面に対して前記第２の光源部が前記第２の光源光を出射することで、前記第１の照射強度分布とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布を前記検出領域に形成することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ライトガイドと前記第２のライトガイドは、前記ライトガイドと前記照射方向設定部が並ぶ方向に沿った面に対して交差する方向に並んで配置されることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記第１の照射光強度分布は、前記ライトガイドの一端側から他端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であり、前記第２の照射光強度分布は、前記ライトガイドの他端側から一端側に向かうにつれて照射光の強度が低くなる強度分布であることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、
前記制御部は、
前記光源部と前記第２の光源部を交互に発光させることで、前記第１の照射強度分布と前記第２の照射強度分布を交互に形成する制御を行うことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項７】
請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行う制御部を含み、
前記制御部は、
前記光源部が発光する期間である第１の発光期間における前記受光部での検出受光量と、前記第２の光源部が発光する期間である第２の発光期間における前記受光部での検出受光量とが等しくなるように、前記光源部及び前記第２の光源部の発光制御を行うことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記検出部は、
前記受光部での受光結果に基づいて、前記対象物までの距離を検出し、前記距離と、前記対象物の前記方向とに基づいて、前記対象物の位置を検出することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記照射光の照射方向を、前記対象物の検出領域の面に沿った方向に規制する照射方向規制部を含むことを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記照射方向規制部は、前記検出領域の面に沿った第１のスリット面及び第２のスリット面を有するスリットであることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１のスリット面及び前記第２のスリット面には凹部が形成されていることを特徴とする光学式検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光学式検出装置を含むことを特徴とする電子機器。
【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】
【公開番号】特開２０１１−２３７３６１（Ｐ２０１１−２３７３６１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０８７６（Ｐ２０１０−１１０８７６）
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【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１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【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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