照明機能付き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】位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量分布を適正化することのできる照明機能付き光学式位置検出装置、および位置検出機能付き表示装置を提供する。
【解決手段】照明機能付き光学式位置検出装置１０において、導光板１３は、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄおよび白色光からなる照明光Ｌ４を採り込んで検出領域１０Ｒに向けて出射する。導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが透過する透光領域５１、および照明光Ｌ４が透過するとともに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域５２が面内方向に分布する強度分布変更層５０が設けられている。
【解決手段】照明機能付き光学式位置検出装置１０において、導光板１３は、赤外光からなる位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄおよび白色光からなる照明光Ｌ４を採り込んで検出領域１０Ｒに向けて出射する。導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが透過する透光領域５１、および照明光Ｌ４が透過するとともに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域５２が面内方向に分布する強度分布変更層５０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明機能付き光学式位置検出装置、および該照明機能付き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、液晶パネル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、液晶パネル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９に模式的に示すように、導光板１３の側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から出射された赤外域の位置検出光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】
かかる位置検出装置を用いて位置検出機能付き表示装置を構成する場合、導光板に対して光の出射側に透過型の液晶パネルを設けることになる。また、側端部から入射した照明光を均一な輝度分布をもって出射するバックライト用の導光板を位置検出用の導光板に重ねて配置することになる。このため、位置検出機能付き表示装置には、２枚の導光板が必要となるため、部品コストが増大するとともに、位置検出機能付き表示装置の厚さが増大するという問題点がある。
【０００８】
一方、位置検出用光源１２とバックライト用の白色光源の双方を共通の導光板に対して設けることが考えられるが、かかる構成の場合、導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布を適正に形成できず、検出精度が低下するという問題点がある。すなわち、位置検出光は赤外光であるのに対して照明光は可視光であるため、照明光の輝度分布が均一となるように導光板を構成すると、位置検出光と照明光との波長の違いに起因する導光板からの出射特性の影響で導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布が劣化するのである。
【０００９】
かかる問題点は、位置検出機能付き表示装置を構成する場合に限らず、照明機能および位置検出機能の双方を備えた照明機能付き光学式位置検出装置において、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合に発生する問題点である。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量分布を適正化することのできる照明機能付き光学式位置検出装置、およびかかる照明機能付き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】
【００１１】
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とともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、前記照明光を放出する照明用光源と、赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、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、前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の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、を有していることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、「照明光および位置検出光が透過する透光領域」とは、照明光および位置検出光の双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光の透過率と位置検出光の透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、「照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域」とは、位置検出光の透過率が「透光領域」よりも低く、かつ、位置検出光の透過率が照明光の透過率よりも低くければよい。
【００１３】
本発明では、位置検出用光源から放出された赤外域の位置検出光は、導光板の内部に採り込まれた後、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、かかる位置検出光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。かかる位置検出装置に照明機能を付加するにあたって、可視域の照明光および赤外域の位置検出光は各々所定の光量分布で出射される必要がある。ここで、可視域の照明光および赤外域の位置検出光に対して共通の導光板を用いるにあたって、導光板の構成を可視域の照明光に合わせると、導光板の出射特性が波長によって相違するため、赤外域の位置検出光の光量分布が劣化することになる。しかるに本発明では、導光板と検出領域との間には、照明光および位置検出光が透過する透光領域、および照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布する強度分布変更層が設けられている。このため、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を強度分布変更層によって変化させ、調整することができるので、位置検出光についても、検出領域への出射光量の強度分布を適正化することができる。それ故、本発明によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板の枚数を１枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置を実現することができる。
【００１４】
本発明において、前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第１辺部分に設けられ、前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第１辺部分に対向する第２辺部分側では前記第１辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることが好ましい。照明用光源を導光板の第１辺部分に設けた場合、導光板について、照明用光源から離れた第２辺部分側での出射効率を第１辺部分側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する。その結果、赤外域の位置検出光においては、第２辺部分側からの出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本発明では、強度分布変更層における透光領域の形成密度が第２辺部側で低く、第１辺部分で高くなっているので、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を最適化することができる。
【００１５】
本発明において、前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第１辺部分側に比して前記第２辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられている構成を採用することができる。
【００１６】
本発明において、前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなる構成を採用することができる。
【００１７】
本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置は、例えば、位置検出機能付き表示装置に用いられる。この場合、前記導光板に対して前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネルを設ける。
【００１８】
かかる位置検出機能付き表示装置において、前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示される場合があり、この場合、前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像が表示される箇所が波長選択性遮光領域の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明を適用した照明機能付き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分解斜視図である。
【図３】本発明を適用した照明機能付き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断面構成を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した照明機能付き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５】本発明を適用した照明機能付き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６】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した照明機能付き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、および強度分布変更層の説明図である。
【図７】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置におけるスイッチ画像と強度分布変更層の透光領域との位置関係を示す説明図である。
【図８】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９】位置検出装置の基本構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
(照明機能付き光学式位置検出装置の概略構成）
図１は、本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、照明機能付き光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図、照明機能付き光学式位置検出装置に用いた導光板と光源との位置関係を示す説明図、および導光板内での位置検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）に示す照明機能付き光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出するとともに、検出領域１０Ｒが位置する側に向けて可視域（波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域）の照明光Ｌ４を出射するための装置である。
【００２４】
本形態において、照明機能付き光学式位置検出装置１０は、白色光などといった可視域の照明光Ｌ４を放出する照明用光源４１と、赤外域（本形態では、波長が８００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域）の位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、照明用光源４１および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄに対して共通の導光板１３とを有している。導光板１３は、照明用光源４１から放出された照明光Ｌ４、および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを内部に採り込む側端部１３ｍと、側端部１３ｍから入射した照明光Ｌ４、および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄを検出領域１０Ｒに出射する光出射面１３ｓとを備えている。
【００２５】
このように構成した照明機能付き光学式位置検出装置１０において、照明光Ｌ４については、均一な輝度分布をもって出射する必要があるとともに、輝度が高いことが求められる。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄについては、例えば、図１（ｃ）に示すように、検出領域１０Ｒに向けて所定の強度分布をもって出射する必要がある。そこで、本形態では、導光板１３については、照明光Ｌ４を均一な輝度分布をもって出射するように構成するとともに、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、強度分布変更層５０が設けられている。かかる構成の照明機能付き光学式位置検出装置１０の詳細な構成については、図２および図３を参照して照明機能付き光学式位置検出装置の構成とともに以下に説明し、導光板１３および強度分布変更層５０の詳細な構成などについては、図６などを参照して後述する。
【００２６】
(位置検出機能付き表示装置１００の構成）
図２および図３は、本発明を適用した照明機能付き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２および図３は各々、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。
【００２７】
図２および図３に示す位置検出機能付き表示装置１００は、照明機能付き光学式位置検出装置１０と液晶装置２００とを備えており、照明機能付き光学式位置検出装置１０は、液晶装置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Ｏｂ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。
【００２８】
かかる照明機能付き光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する光入射部１３ａ〜１３ｄを周囲の端面部に備えた導光板１３と、光検出器１５とを備えており、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。
【００２９】
以下、互いに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とし、導光板１３からの位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射方向をＺ方向として説明する。
【００３０】
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おり、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して導光板１３の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。導光板１３の背後には反射シートなどで構成される反射板１４が配置され、反射板１４は、導光板１３の背面１３ｔから出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを導光板１３の内部に戻すように機能する。
【００３１】
本形態において、導光板１３は、４つの辺部分１３ｉ〜１３ｌを備えた略四角形の平面形状を備えており、四角形の４つの角部分１３ｅ〜１３ｈが各々、光入射部１３ａ〜１３ｄになっている。ここで、光入射部１３ａ〜１３ｄは、例えば、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈを除去してなる端面（光入射面）により構成されている。
【００３２】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、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を放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、後述する信号処理などによって外光と区別して検出可能なものが好ましい。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付近であることが望ましい。
【００３３】
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、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光源対を構成している。ここで、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）の中心光軸は交差している。このため、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、その伝播方向と交差する方向（Ｚ方向）に向く光出射面１３ｓから出射されるのに対して、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。
【００３４】
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の周りには矩形枠状の遮光シート１７が配置されている。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。
【００３５】
（液晶装置２００の構成）
液晶装置２００は、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電気光学パネル２０を備えている。本形態において、電気光学パネル２０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、電気光学パネル２０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。かかる電気光学パネル２０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。
【００３６】
電気光学パネル２０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。
【００３７】
ここで、対象物体Ｏｂの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、電気光学パネル２０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、電気光学パネル２０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。
【００３８】
液晶装置２００では、電気光学パネル２０を照明するための照明装置が必要であり、本形態においては、位置検出用の導光板１３を照明光Ｌ４に対する導光板１３としても用いられている。従って、本形態では、導光板１３の側端部に照明用光源４１が配置されている。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、導光板１３の側端部１３ｍを構成する４つの辺部分１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌのうち、辺部分１３ｋに沿って複数、配列されている。
【００３９】
図３に示すように、導光板１４は、辺部分１３ｋに隣接する光出射側の表面部分に傾斜面１３ｗが設けられ、導光板１３は、辺部分１３ｋに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面１３ｗを有する入光構造によって、光出射面１３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分１３ｋ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。かかる照明装置において、照明用光源４１から出射された照明光は、導光板１３の辺部分１３ｋから導光板１３の内部に入射した後、導光板１３の内部を反対側の辺部分１３ｌに向けて伝播し、光出射面１３ｓから出射される。
【００４０】
（検出領域１０Ｒの構成）
図２および図３に示すように、電気光学パネル２０の視認側（操作側）には光検出器１５が配置され、かかる光検出器１５は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けている。光検出器１５はフォトダイオードなどの受光素子からなり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度を検出可能となるように構成される。本形態では、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとして赤外線が用いられているため、光検出器１５は、少なくとも赤外線に感度を有するものが用いられる。
【００４１】
本形態において、電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒは、電気光学パネル２０において表示画像が表示される平面範囲である。本形態において、画像表示領域２０Ｒは四つの辺を備えた矩形状であり、検出領域１０Ｒと合同形状を有し、その位置は検出領域１０Ｒと平面的に完全にー致している。但し、検出領域１０Ｒと画像表示領域２０Ｒとは少なくとも一部が平面的に重なっていればよい。
【００４２】
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】
（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、そのー例として、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１（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１（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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十ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ十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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（信号処理部の構成例）
図４は、本発明を適用した照明機能付き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４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した照明機能付き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。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、本形態の照明機能付き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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図４（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。
【００６１】
このようにして、照明機能付き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。
【００６２】
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。
【００６３】
（本形態での位置検出方法）
図５は、本発明を適用した照明機能付き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５（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。
【００６４】
本形態の照明機能付き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５（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。
【００６５】
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５（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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１（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。
【００６８】
（導光板１３および強度分布変更層５０の構成）
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した照明機能付き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、および強度分布変更層５０の説明図である。
【００６９】
本形態の照明機能付き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においては、導光板１３から出射される照明光の輝度分布が均一となるように、導光板１３については、辺部分１３ｋ（第１辺部分）側から反対側の辺部分１３ｌ（第２辺部分）に向けて内部を伝播光に対する光出射面１３ｓ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、図６（ａ）に示すように、導光板１３の背面１３ｔに形成された白色のドット状反射層１３ｐによって構成される。また、導光構造は、導光板１３の光出射面１３ｓまたは背面１３ｔ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によって構成される場合もある。ドット状反射層１３ｐを利用した場合、ドット状反射層１３ｐは、導光板１３の辺部分１３ｋに比して、辺部分１３ｋに対向する第２辺部分１３ｌで高密度に形成されている。このため、導光板１３において照明用光源４１に近い辺部分１３ｋの側の輝度と、導光板１３において照明用光源４１から離れた辺部分１３ｌの側との間において輝度を同等とすることができる。
【００７０】
本形態において、導光板１３は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを内部に採り込んで光出射面１３ｓから出射する機能も担っている。また、照明光Ｌ４は白色光（可視域の光）であるのに対して、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは赤外域であり、照明光Ｌ４と位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとは波長が相違し、導光板１３からの出射効率も相違する。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量は、図１（ｃ）などを参照して説明した強度分布からずれることになる。より具体的には、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、導光板１３の辺部分１３ｋで出射効率が低く、導光板１３の辺部分１３ｌで出射効率が高くなってしまう。
【００７１】
そこで、本形態では、図１、図２および図３に示すように、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、強度分布変更層５０が設けられている。本形態において、強度分布変更層５０は、導光板１３と光学シート１６との間に配置されている。但し、強度分布変更層５０は、光学シート１６と検査領域１０Ｒとの間に配置されることもある。
【００７２】
いずれの場合も、強度分布変更層５０は、可視光（照明光Ｌ４）および赤外光（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）が透過する透光領域５１と、可視光（照明光Ｌ４）が透過するとともに赤外光（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）の少なくとも一部が反射あるいは吸収により遮断される波長選択性遮光領域５２とが面内方向に分布している。ここで、透光領域５１とは、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光Ｌ４の透過率と位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、波長選択性遮光領域５２とは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率が「透光領域５１」よりも低く、かつ、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率が照明光Ｌ４の透過率よりも低くければよい。
【００７３】
図６（ｂ）に示すように、本形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度は、第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で高く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）で低くなっており、透光領域５１の形成密度は、第１辺部分１３ｋから辺部分１３ｌに連続的に変化している。かかる分布を形成するにあたって、本形態では、円形の透光領域５１が第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）では多く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）では少なく形成されている。従って、導光板１３から出射された時点で、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが、導光板１３の辺部分１３ｋで出射光量が少なく、導光板１３の辺部分１３ｌで出射光量が多くなっている場合でも、かかるアンバランスは、強度分布変更層５０によって緩和される。それ故、検出領域１０Ｒは、導光板１３から出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量は、図１（ｃ）などを参照して説明した強度分布を有することになる。なお、本形態では、導光板１３の辺部分１３ｋ，１３ｌに双方向における透光領域５１の形成密度は等しくなっている。
【００７４】
かかる強度分布変更層５０は、各種無機材料や有機材料により構成することができる。例えば、シリコン酸化膜やチタン酸化膜などといった誘電率が相違する誘電体層を交互に積層することにより、可視光を透過し、赤外光を反射するように構成した誘電体多層膜を利用して構成することができる。このような誘電体多層膜を利用する場合、導光板１３の光出射面１３ｓの一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成や、光学シート１６の一方面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成を採用できる。この場合、誘電体多層膜が形成されていない領域が透光領域５１となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成してシート状の強度分布変更層５０を構成し、かかるシート状の強度分布変更層５０を導光板１３に重ねて配置してもよい。
【００７５】
また、強度分布変更層５０は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などといった金属酸化膜を利用することができる。ＩＴＯ膜は、可視域（波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域）における透過率が８０％以上であるが、赤外域（波長が８００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域）における透過率が７０％以下であり、可視光を透過し、赤外光を吸収する性質を有する。従って、強度分布変更層５０を構成するにあたっては、導光板１３の光出射面１３ｓの一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成や、光学シート１６の一方面の一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成を採用できる。この場合、ＩＴＯ膜が形成されていない領域が透光領域５１となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成してシート状の強度分布変更層５０を構成し、かかるシート状の強度分布変更層５０を導光板１３に重ねて配置してもよい。
【００７６】
なお、図６（ｂ）に示す形態では、透光領域５１が円形であったが、透光領域５１および波長選択性遮光領域５２の形状については、円形に限らず、角形などであってもよい。
【００７７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の照明機能付き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照明機能付き光学式位置検出装置１０を構成することができる。
【００７８】
また、本形態の照明機能付き光学式位置検出装置１０では、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが透過する透光領域５１、および照明光Ｌ４が透過するとともに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域５２が面内方向に分布する強度分布変更層５０が設けられている。このため、検出領域１０Ｒに向けて出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量の強度分布を強度分布変更層５０によって調整することができるので、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄについても、検出領域１０Ｒへの出射光量の強度分布を適正化することができる。
【００７９】
より具体的には、照明用光源４１を導光板１３の辺部分１３ｋ（第１辺部分）に設けた場合、導光板１３について、照明用光源４１から離れた辺部分１３ｌ（第２辺部分）側での出射効率を辺部分１３ｋ側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する結果、赤外域の位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄにおいては、辺部分１３ｌ側での出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度が辺部分１３ｌ側で低く、辺部分１３ｋで高くなっているので、検出領域１０Ｒに向けて出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量の強度分布を調整し、最適化することができる。
【００８０】
それ故、本形態によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄおよび照明光Ｌ４の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板１３の枚数を１枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置１０を実現することができる。
【００８１】
（強度分布変更層５０の透光領域５１の形成位置の例）
図７は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置１００におけるスイッチ画像と強度分布変更層５０の透光領域５１との位置関係を示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、スイッチ画像の位置を示す説明図、および透光領域５１の位置を示す説明図である。
【００８２】
図２を参照して説明した位置検出機能付き表示装置１００では、電気光学パネル２０によって、図７（ａ）に示すメニュー画面に複数のスイッチ画像６１を表示した際、それに指（対象物体Ｏｂ）を近づけたときの検出領域１０Ｒ内での位置を本形態の照明機能付き光学式位置検出装置１０によって選択内容を特定する。このような場合、図６を参照して説明した強度分布変更層５０の透光領域５１をスイッチ画像６１に平面視で重なる位置に設けることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像６１が表示される箇所が波長選択性遮光領域５２の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。なお、図７（ｂ）に示す形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度を第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で高く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）で低くするにあたって、透光領域５１のサイズを第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で大きく、辺部分１３ｌ（第２辺部側）では小さくなっている。
【００８３】
（電子機器への搭載例）
図８を参照しながら、図１〜図７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８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８（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８（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８（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。
【００８４】
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８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】
【００８５】
１０・・照明機能付き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、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ・・辺部分、１３ｐ・・ドット状反射層、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、１５ａ・・受光部、２０・・電気光学パネル、５０・・強度分布変更層、５１・・透光領域、５２・・波長選択性遮光領域、６１・・スイッチ画像、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・液晶装置、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光、Ｌ４・・照明光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明機能付き光学式位置検出装置、および該照明機能付き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、液晶パネル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、液晶パネル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９に模式的に示すように、導光板１３の側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から出射された赤外域の位置検出光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】
かかる位置検出装置を用いて位置検出機能付き表示装置を構成する場合、導光板に対して光の出射側に透過型の液晶パネルを設けることになる。また、側端部から入射した照明光を均一な輝度分布をもって出射するバックライト用の導光板を位置検出用の導光板に重ねて配置することになる。このため、位置検出機能付き表示装置には、２枚の導光板が必要となるため、部品コストが増大するとともに、位置検出機能付き表示装置の厚さが増大するという問題点がある。
【０００８】
一方、位置検出用光源１２とバックライト用の白色光源の双方を共通の導光板に対して設けることが考えられるが、かかる構成の場合、導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布を適正に形成できず、検出精度が低下するという問題点がある。すなわち、位置検出光は赤外光であるのに対して照明光は可視光であるため、照明光の輝度分布が均一となるように導光板を構成すると、位置検出光と照明光との波長の違いに起因する導光板からの出射特性の影響で導光板からの位置検出光の出射光量の強度分布が劣化するのである。
【０００９】
かかる問題点は、位置検出機能付き表示装置を構成する場合に限らず、照明機能および位置検出機能の双方を備えた照明機能付き光学式位置検出装置において、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合に発生する問題点である。
【００１０】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量分布を適正化することのできる照明機能付き光学式位置検出装置、およびかかる照明機能付き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】
【００１１】
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とともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、前記照明光を放出する照明用光源と、赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、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、前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の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、を有していることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、「照明光および位置検出光が透過する透光領域」とは、照明光および位置検出光の双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光の透過率と位置検出光の透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、「照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域」とは、位置検出光の透過率が「透光領域」よりも低く、かつ、位置検出光の透過率が照明光の透過率よりも低くければよい。
【００１３】
本発明では、位置検出用光源から放出された赤外域の位置検出光は、導光板の内部に採り込まれた後、位置検出光が導光板の光出射面から出射され、かかる位置検出光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。かかる位置検出装置に照明機能を付加するにあたって、可視域の照明光および赤外域の位置検出光は各々所定の光量分布で出射される必要がある。ここで、可視域の照明光および赤外域の位置検出光に対して共通の導光板を用いるにあたって、導光板の構成を可視域の照明光に合わせると、導光板の出射特性が波長によって相違するため、赤外域の位置検出光の光量分布が劣化することになる。しかるに本発明では、導光板と検出領域との間には、照明光および位置検出光が透過する透光領域、および照明光が透過するとともに位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布する強度分布変更層が設けられている。このため、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を強度分布変更層によって変化させ、調整することができるので、位置検出光についても、検出領域への出射光量の強度分布を適正化することができる。それ故、本発明によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光および照明光の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板の枚数を１枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置を実現することができる。
【００１４】
本発明において、前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第１辺部分に設けられ、前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第１辺部分に対向する第２辺部分側では前記第１辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることが好ましい。照明用光源を導光板の第１辺部分に設けた場合、導光板について、照明用光源から離れた第２辺部分側での出射効率を第１辺部分側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する。その結果、赤外域の位置検出光においては、第２辺部分側からの出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本発明では、強度分布変更層における透光領域の形成密度が第２辺部側で低く、第１辺部分で高くなっているので、検出領域に向けて出射される位置検出光の出射光量の強度分布を最適化することができる。
【００１５】
本発明において、前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第１辺部分側に比して前記第２辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられている構成を採用することができる。
【００１６】
本発明において、前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなる構成を採用することができる。
【００１７】
本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置は、例えば、位置検出機能付き表示装置に用いられる。この場合、前記導光板に対して前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネルを設ける。
【００１８】
かかる位置検出機能付き表示装置において、前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示される場合があり、この場合、前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像が表示される箇所が波長選択性遮光領域の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明を適用した照明機能付き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分解斜視図である。
【図３】本発明を適用した照明機能付き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断面構成を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した照明機能付き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５】本発明を適用した照明機能付き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６】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した照明機能付き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、および強度分布変更層の説明図である。
【図７】本発明を適用した位置検出機能付き表示装置におけるスイッチ画像と強度分布変更層の透光領域との位置関係を示す説明図である。
【図８】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９】位置検出装置の基本構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
(照明機能付き光学式位置検出装置の概略構成）
図１は、本発明を適用した照明機能付き光学式位置検出装置の全体構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、照明機能付き光学式位置検出装置の断面構成を示す説明図、照明機能付き光学式位置検出装置に用いた導光板と光源との位置関係を示す説明図、および導光板内での位置検出光の減衰状態を示す説明図である。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）に示す照明機能付き光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出するとともに、検出領域１０Ｒが位置する側に向けて可視域（波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域）の照明光Ｌ４を出射するための装置である。
【００２４】
本形態において、照明機能付き光学式位置検出装置１０は、白色光などといった可視域の照明光Ｌ４を放出する照明用光源４１と、赤外域（本形態では、波長が８００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域）の位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、照明用光源４１および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄに対して共通の導光板１３とを有している。導光板１３は、照明用光源４１から放出された照明光Ｌ４、および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄから放出された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを内部に採り込む側端部１３ｍと、側端部１３ｍから入射した照明光Ｌ４、および位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄを検出領域１０Ｒに出射する光出射面１３ｓとを備えている。
【００２５】
このように構成した照明機能付き光学式位置検出装置１０において、照明光Ｌ４については、均一な輝度分布をもって出射する必要があるとともに、輝度が高いことが求められる。また、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄについては、例えば、図１（ｃ）に示すように、検出領域１０Ｒに向けて所定の強度分布をもって出射する必要がある。そこで、本形態では、導光板１３については、照明光Ｌ４を均一な輝度分布をもって出射するように構成するとともに、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、強度分布変更層５０が設けられている。かかる構成の照明機能付き光学式位置検出装置１０の詳細な構成については、図２および図３を参照して照明機能付き光学式位置検出装置の構成とともに以下に説明し、導光板１３および強度分布変更層５０の詳細な構成などについては、図６などを参照して後述する。
【００２６】
(位置検出機能付き表示装置１００の構成）
図２および図３は、本発明を適用した照明機能付き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２および図３は各々、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。
【００２７】
図２および図３に示す位置検出機能付き表示装置１００は、照明機能付き光学式位置検出装置１０と液晶装置２００とを備えており、照明機能付き光学式位置検出装置１０は、液晶装置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Ｏｂ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。
【００２８】
かかる照明機能付き光学式位置検出装置１０は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを放出する位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄと、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが入射する光入射部１３ａ〜１３ｄを周囲の端面部に備えた導光板１３と、光検出器１５とを備えており、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。
【００２９】
以下、互いに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とし、導光板１３からの位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射方向をＺ方向として説明する。
【００３０】
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おり、光入射部１３ａ〜１３ｄから入射して導光板１３の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。導光板１３の背後には反射シートなどで構成される反射板１４が配置され、反射板１４は、導光板１３の背面１３ｔから出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを導光板１３の内部に戻すように機能する。
【００３１】
本形態において、導光板１３は、４つの辺部分１３ｉ〜１３ｌを備えた略四角形の平面形状を備えており、四角形の４つの角部分１３ｅ〜１３ｈが各々、光入射部１３ａ〜１３ｄになっている。ここで、光入射部１３ａ〜１３ｄは、例えば、導光板１３の角部分１３ｅ〜１３ｈを除去してなる端面（光入射面）により構成されている。
【００３２】
位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄは、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を放出する。位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの種類は、特に限定されないが、後述する信号処理などによって外光と区別して検出可能なものが好ましい。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付近であることが望ましい。
【００３３】
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、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光源対を構成している。ここで、位置検出用光源１２Ａ〜１２Ｄ（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）の中心光軸は交差している。このため、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、その伝播方向と交差する方向（Ｚ方向）に向く光出射面１３ｓから出射されるのに対して、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。
【００３４】
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の周りには矩形枠状の遮光シート１７が配置されている。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。
【００３５】
（液晶装置２００の構成）
液晶装置２００は、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電気光学パネル２０を備えている。本形態において、電気光学パネル２０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、電気光学パネル２０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。かかる電気光学パネル２０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。
【００３６】
電気光学パネル２０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。
【００３７】
ここで、対象物体Ｏｂの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、電気光学パネル２０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、電気光学パネル２０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。
【００３８】
液晶装置２００では、電気光学パネル２０を照明するための照明装置が必要であり、本形態においては、位置検出用の導光板１３を照明光Ｌ４に対する導光板１３としても用いられている。従って、本形態では、導光板１３の側端部に照明用光源４１が配置されている。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、導光板１３の側端部１３ｍを構成する４つの辺部分１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌのうち、辺部分１３ｋに沿って複数、配列されている。
【００３９】
図３に示すように、導光板１４は、辺部分１３ｋに隣接する光出射側の表面部分に傾斜面１３ｗが設けられ、導光板１３は、辺部分１３ｋに向けて厚みが徐々に増加している。かかる傾斜面１３ｗを有する入光構造によって、光出射面１３ｓが設けられる部分の厚みの増加を抑制しつつ、辺部分１３ｋ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。かかる照明装置において、照明用光源４１から出射された照明光は、導光板１３の辺部分１３ｋから導光板１３の内部に入射した後、導光板１３の内部を反対側の辺部分１３ｌに向けて伝播し、光出射面１３ｓから出射される。
【００４０】
（検出領域１０Ｒの構成）
図２および図３に示すように、電気光学パネル２０の視認側（操作側）には光検出器１５が配置され、かかる光検出器１５は、検出領域１０Ｒに受光部１５ａを向けている。光検出器１５はフォトダイオードなどの受光素子からなり、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの強度を検出可能となるように構成される。本形態では、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとして赤外線が用いられているため、光検出器１５は、少なくとも赤外線に感度を有するものが用いられる。
【００４１】
本形態において、電気光学パネル２０の画像表示領域２０Ｒは、電気光学パネル２０において表示画像が表示される平面範囲である。本形態において、画像表示領域２０Ｒは四つの辺を備えた矩形状であり、検出領域１０Ｒと合同形状を有し、その位置は検出領域１０Ｒと平面的に完全にー致している。但し、検出領域１０Ｒと画像表示領域２０Ｒとは少なくとも一部が平面的に重なっていればよい。
【００４２】
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】
（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、そのー例として、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１（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１（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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十ｆｂ）
となるので、
ｆｂ／（ｆａ十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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（信号処理部の構成例）
図４は、本発明を適用した照明機能付き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４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した照明機能付き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。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、本形態の照明機能付き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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
発光強度補償指令回路１８０は、実効値Ｖｅａ、Ｖｅｂを比較して、図４（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。
【００６１】
このようにして、照明機能付き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。
【００６２】
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。
【００６３】
（本形態での位置検出方法）
図５は、本発明を適用した照明機能付き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５（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。
【００６４】
本形態の照明機能付き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５（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。
【００６５】
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５（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。
【００６６】
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。
【００６７】
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１（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。
【００６８】
（導光板１３および強度分布変更層５０の構成）
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した照明機能付き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、および強度分布変更層５０の説明図である。
【００６９】
本形態の照明機能付き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においては、導光板１３から出射される照明光の輝度分布が均一となるように、導光板１３については、辺部分１３ｋ（第１辺部分）側から反対側の辺部分１３ｌ（第２辺部分）に向けて内部を伝播光に対する光出射面１３ｓ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、図６（ａ）に示すように、導光板１３の背面１３ｔに形成された白色のドット状反射層１３ｐによって構成される。また、導光構造は、導光板１３の光出射面１３ｓまたは背面１３ｔ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によって構成される場合もある。ドット状反射層１３ｐを利用した場合、ドット状反射層１３ｐは、導光板１３の辺部分１３ｋに比して、辺部分１３ｋに対向する第２辺部分１３ｌで高密度に形成されている。このため、導光板１３において照明用光源４１に近い辺部分１３ｋの側の輝度と、導光板１３において照明用光源４１から離れた辺部分１３ｌの側との間において輝度を同等とすることができる。
【００７０】
本形態において、導光板１３は、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄを内部に採り込んで光出射面１３ｓから出射する機能も担っている。また、照明光Ｌ４は白色光（可視域の光）であるのに対して、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは赤外域であり、照明光Ｌ４と位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄとは波長が相違し、導光板１３からの出射効率も相違する。このため、導光板１３から出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量は、図１（ｃ）などを参照して説明した強度分布からずれることになる。より具体的には、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄは、導光板１３の辺部分１３ｋで出射効率が低く、導光板１３の辺部分１３ｌで出射効率が高くなってしまう。
【００７１】
そこで、本形態では、図１、図２および図３に示すように、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、強度分布変更層５０が設けられている。本形態において、強度分布変更層５０は、導光板１３と光学シート１６との間に配置されている。但し、強度分布変更層５０は、光学シート１６と検査領域１０Ｒとの間に配置されることもある。
【００７２】
いずれの場合も、強度分布変更層５０は、可視光（照明光Ｌ４）および赤外光（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）が透過する透光領域５１と、可視光（照明光Ｌ４）が透過するとともに赤外光（位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）の少なくとも一部が反射あるいは吸収により遮断される波長選択性遮光領域５２とが面内方向に分布している。ここで、透光領域５１とは、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの双方が実用上問題点とならないレベルで透過すればよく、照明光Ｌ４の透過率と位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率とは同一でない場合も含む意味である。また、波長選択性遮光領域５２とは、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率が「透光領域５１」よりも低く、かつ、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの透過率が照明光Ｌ４の透過率よりも低くければよい。
【００７３】
図６（ｂ）に示すように、本形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度は、第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で高く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）で低くなっており、透光領域５１の形成密度は、第１辺部分１３ｋから辺部分１３ｌに連続的に変化している。かかる分布を形成するにあたって、本形態では、円形の透光領域５１が第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）では多く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）では少なく形成されている。従って、導光板１３から出射された時点で、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが、導光板１３の辺部分１３ｋで出射光量が少なく、導光板１３の辺部分１３ｌで出射光量が多くなっている場合でも、かかるアンバランスは、強度分布変更層５０によって緩和される。それ故、検出領域１０Ｒは、導光板１３から出射された位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量は、図１（ｃ）などを参照して説明した強度分布を有することになる。なお、本形態では、導光板１３の辺部分１３ｋ，１３ｌに双方向における透光領域５１の形成密度は等しくなっている。
【００７４】
かかる強度分布変更層５０は、各種無機材料や有機材料により構成することができる。例えば、シリコン酸化膜やチタン酸化膜などといった誘電率が相違する誘電体層を交互に積層することにより、可視光を透過し、赤外光を反射するように構成した誘電体多層膜を利用して構成することができる。このような誘電体多層膜を利用する場合、導光板１３の光出射面１３ｓの一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成や、光学シート１６の一方面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成を採用できる。この場合、誘電体多層膜が形成されていない領域が透光領域５１となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみに誘電体多層膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成してシート状の強度分布変更層５０を構成し、かかるシート状の強度分布変更層５０を導光板１３に重ねて配置してもよい。
【００７５】
また、強度分布変更層５０は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などといった金属酸化膜を利用することができる。ＩＴＯ膜は、可視域（波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域）における透過率が８０％以上であるが、赤外域（波長が８００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域）における透過率が７０％以下であり、可視光を透過し、赤外光を吸収する性質を有する。従って、強度分布変更層５０を構成するにあたっては、導光板１３の光出射面１３ｓの一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成や、光学シート１６の一方面の一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成した構成を採用できる。この場合、ＩＴＯ膜が形成されていない領域が透光領域５１となる。また、透光性シートの一方の面の一部のみにＩＴＯ膜からなる波長選択性遮光領域５２を形成してシート状の強度分布変更層５０を構成し、かかるシート状の強度分布変更層５０を導光板１３に重ねて配置してもよい。
【００７６】
なお、図６（ｂ）に示す形態では、透光領域５１が円形であったが、透光領域５１および波長選択性遮光領域５２の形状については、円形に限らず、角形などであってもよい。
【００７７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の照明機能付き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照明機能付き光学式位置検出装置１０を構成することができる。
【００７８】
また、本形態の照明機能付き光学式位置検出装置１０では、導光板１３と検出領域１０Ｒとの間には、照明光Ｌ４および位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが透過する透光領域５１、および照明光Ｌ４が透過するとともに位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域５２が面内方向に分布する強度分布変更層５０が設けられている。このため、検出領域１０Ｒに向けて出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量の強度分布を強度分布変更層５０によって調整することができるので、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄについても、検出領域１０Ｒへの出射光量の強度分布を適正化することができる。
【００７９】
より具体的には、照明用光源４１を導光板１３の辺部分１３ｋ（第１辺部分）に設けた場合、導光板１３について、照明用光源４１から離れた辺部分１３ｌ（第２辺部分）側での出射効率を辺部分１３ｋ側での出射効率より高くして均一な輝度分布を実現する結果、赤外域の位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄにおいては、辺部分１３ｌ側での出射効率が高くなりすぎることになる。しかるに本形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度が辺部分１３ｌ側で低く、辺部分１３ｋで高くなっているので、検出領域１０Ｒに向けて出射される位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの出射光量の強度分布を調整し、最適化することができる。
【００８０】
それ故、本形態によれば、位置検出光と照明光とにおいて導光板を共通化した場合でも、位置検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄおよび照明光Ｌ４の双方の出射光量の強度分布を適正化することができる。よって、導光板１３の枚数を１枚にした場合でも、位置検出精度が高い照明機能付き光学式位置検出装置１０を実現することができる。
【００８１】
（強度分布変更層５０の透光領域５１の形成位置の例）
図７は、本発明を適用した位置検出機能付き表示装置１００におけるスイッチ画像と強度分布変更層５０の透光領域５１との位置関係を示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、スイッチ画像の位置を示す説明図、および透光領域５１の位置を示す説明図である。
【００８２】
図２を参照して説明した位置検出機能付き表示装置１００では、電気光学パネル２０によって、図７（ａ）に示すメニュー画面に複数のスイッチ画像６１を表示した際、それに指（対象物体Ｏｂ）を近づけたときの検出領域１０Ｒ内での位置を本形態の照明機能付き光学式位置検出装置１０によって選択内容を特定する。このような場合、図６を参照して説明した強度分布変更層５０の透光領域５１をスイッチ画像６１に平面視で重なる位置に設けることが好ましい。かかる構成によれば、スイッチ画像６１が表示される箇所が波長選択性遮光領域５２の影になってしまうことを確実に回避することができるので、誤入力を防止することができる。なお、図７（ｂ）に示す形態では、強度分布変更層５０における透光領域５１の形成密度を第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で高く、辺部分１３ｌ（第２辺部側）で低くするにあたって、透光領域５１のサイズを第１辺部分１３ｋ（第１辺部側）で大きく、辺部分１３ｌ（第２辺部側）では小さくなっている。
【００８３】
（電子機器への搭載例）
図８を参照しながら、図１〜図７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８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８（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８（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８（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。
【００８４】
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８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】
【００８５】
１０・・照明機能付き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、１３ｊ、１３ｋ、１３ｌ・・辺部分、１３ｐ・・ドット状反射層、１３ｓ・・光出射面、１５・・光検出器、１５ａ・・受光部、２０・・電気光学パネル、５０・・強度分布変更層、５１・・透光領域、５２・・波長選択性遮光領域、６１・・スイッチ画像、１００・・位置検出機能付き表示装置、２００・・液晶装置、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ・・位置検出光、Ｌ４・・照明光
【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とともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、
前記照明光を放出する照明用光源と、
赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、
該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、
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、
前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の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、
を有していることを特徴とする照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第１辺部分に設けられ、
前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第１辺部分に対向する第２辺部分側では前記第１辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることを特徴とする請求項１に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第１辺部分側に比して前記第２辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明機能付き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前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネル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６】
前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示され、
前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることを特徴とする請求項５に記載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とともに、前記検出領域が位置する側に向けて可視域の照明光を出射する照明機能付き光学式位置検出装置であって、
前記照明光を放出する照明用光源と、
赤外域の位置検出光を放出する位置検出用光源と、
前記照明用光源から放出された照明光、および前記位置検出用光源から放出された前記位置検出光を内部に採り込む側端部を備え、該側端部から採り込んだ前記位置検出光を前記検出領域に出射するとともに、当該照明光を前記検出領域が位置する側に出射する導光板と、
該導光板と前記検出領域との間に設けられ、前記照明光および前記位置検出光が透過する透光領域、および前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される波長選択性遮光領域が面内方向に分布し、前記導光板から前記検出領域に向けて出射される前記位置検出光の出射光量の強度分布を変化させる強度分布変更層と、
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、
前記光検出器での検出結果および前記位置検出光の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、
を有していることを特徴とする照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項２】
前記照明用光源は、前記導光板の前記側端部のうちの第１辺部分に設けられ、
前記強度分布変更層では、前記側端部において前記第１辺部分に対向する第２辺部分側では前記第１辺部分側に比して前記透光領域の形成密度が低くなっていることを特徴とする請求項１に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項３】
前記導光板に対して前記照明光の出射側とは反対側には、前記第１辺部分側に比して前記第２辺部分側で形成密度が高いドット状反射層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項４】
前記波長選択性遮光領域は、前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される膜構成の誘電体多層膜、あるいは前記照明光が透過するとともに前記位置検出光の少なくとも一部が遮断される組成の金属酸化膜からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明機能付き光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の照明機能付き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前記照明光の出射側には、当該照明光を光変調して前記検出領域と平面視で重なる領域に画像を生成する電気光学パネル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６】
前記電気光学パネルでは、前記検出領域内での前記対象物体の接近によって選択されるスイッチ画像が表示され、
前記スイッチ画像に平面視で重なる位置に前記透光領域が設けられていることを特徴とする請求項５に記載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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−３４３７５（Ｐ２０１１−３４３７５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８０３６５（Ｐ２００９−１８０３６５）
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【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２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【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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