JP2011122867A - 光学式位置検出装置および位置検出機能付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物体の少なくとも２次元座標を検出することのできる光学式位置検出装置、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置を提供すること。
【解決手段】光学式位置検出装置１０は、検出領域１０ＲのＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射する複数の位置検出用光源１２を備え、かかる位置検出用光源１２は、互いに異なる方向に光軸を向けた発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄからなる。発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから出射された検出光Ｌ２によって検出領域１０Ｒに、Ｘ軸方向で検出光Ｌ２の強度が変化するＸ座標検出用光強度分布およびＹ軸方向で検出光Ｌ２の強度が変化するＹ座標検出用光強度分布を形成し、この状態で、対象物体Ｏｂで反射した検出光を光検出器３０で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出することのできる光学式位置検出装置、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置に関するものである。

対象物体の位置を光学的に検出する光学式位置検出装置としては、例えば、２つのビーム源の各々から透光部材を介して対象物体に向けて検出光を出射し、対象物体で反射して検出光が透光部材を透過してきた成分を共通の光検出器で受光するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

かかる特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源のうち、一方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度と、他方のビーム源から出射された検出光が対象物体で反射した際の光検出器の受光強度とが等しくなるように２つのビーム源を制御した際の出射強度の比に基づいて対象物体の位置を検出する。

特表２００３−５３４５５４号公報

ここに本発明者は、検出領域内の対象物体の２次元座標、さらには３次元座標を検出可能な光学式位置検出装置を検討しているが、特許文献１に記載の構成では、２つのビーム源から出射された検出光の空間的関係を利用する方式であるため、一次元座標しか検出できず、２次元座標を検出することができないという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、対象物体の少なくとも２次元座標を検出することのできる光学式位置検出装置、および当該光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、前記検出領域のＸＹ平面に沿う方向に検出光を出射する複数の位置検出用光源と、該位置検出用光源を駆動して前記検出領域にＸ軸方向で前記検出光の強度が変化するＸ座標検出用光強度分布およびＹ軸方向で前記検出光の強度が変化するＹ座標検出用光強度分布を形成する光源駆動部と、前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の少なくともＸ座標およびＹ座標を検出する位置検出部と、を有していることを特徴とする。

本発明の光学式位置検出装置において、光源駆動部は、複数の位置検出用光源を駆動して検出領域内にＸ軸方向で検出光の強度が変化するＸ座標検出用光強度分布およびＹ軸方向で検出光の強度が変化するＹ座標検出用光強度分布を形成する。また、光検出器は、検出領域内の対象物体により反射した検出光を検出する。従って、検出領域における位置と検出光の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて、対象物体のＸ座標およびＹ座標を検出することができる。さらに、Ｘ座標検出用光強度分布とＹ座標検出用光強度分布とを合成すれば、Ｚ軸方向で検出光の強度が変化するＺ座標検出用光強度分布を形成することもできるので、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて、対象物体のＺ座標を検出することもできる。ここで、位置検出用光源は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向で限られた範囲内にＸ座標検出光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体のＸ座標およびＹ座標を高い精度で検出することができる。

本発明において、前記光検出器は、前記複数の位置検出用光源のうちの少なくとも１つと光学ユニットとを構成していることが好ましい。このように構成すると、光検出器と、複数の位置検出用光源のうちの少なくとも１つとを光学ユニットとして一体に位置決めすればよい等、光学式位置検出装置の組み立て等が容易である。

本発明において、前記光学ユニットは、前記検出領域を経由せずに前記光検出器に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、前記光源駆動部は、前記参照用光源を前記位置検出用光源と異なるタイミングで点灯させることが好ましい。このように構成すると、互いに逆向きの光強度分布を形成できないような場合でも、参照光と検出光との差動を利用した位置検出を行なうことができる。また、参照光をモニターし、その結果を位置検出用光源に対する駆動条件の設定に利用することができる。すなわち、位置検出用光源の駆動条件を設定する際、位置検出用光源を点灯させて光検出器でモニターすればよいが、対象物体が存在しない状態では、位置検出用光源を点灯させても検出光が光検出器に入射しない。しかるに、位置検出用光源を点灯させる際、同一の条件で参照用光源を発光させれば、位置検出用光源に対する駆動条件に対応する強度の参照光が光検出器でモニターされることになる。それ故、参照光のモニター結果に基づいて位置検出用光源に対する駆動条件を設定することができる。

本発明において、前記複数の位置検出用光源として、互いに異なる方向に光軸を向けた複数の発光素子を備えている構成を採用することができる。

本発明において、前記複数の位置検出用光源として、前記検出領域をＸ軸方向で挟む両側でＹ軸方向に延在する一対の線状光源体を備えている構成を採用してもよい。

本発明において、前記線状光源体は、Ｙ軸方向に配列された複数の発光素子を備えている構成を採用してもよい。

本発明において、前記線状光源体は、第１発光素子と、該第１発光素子から出射された前記検出光の入射部をもってＹ軸方向に延在し、前記第１発光素子から出射された前記検出光が内部をＹ軸方向の一方側から他方側に向かって進行する第１導光部材と、第２発光素子と、該第２発光素子から出射された前記検出光の入射部をもってＹ軸方向に延在し、前記第２発光素子から出射された前記検出光が内部をＹ軸方向の他方側から一方側に向かって進行する第２導光部材と、を備えている構成を採用してもよい。

本発明において、前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正することが好ましい。この場合、検出領域の各位置において光検出器を介して実際に得られる受光強度と検出領域上の座標位置との関係を規定する関数の逆関数を用いて対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。また、位置検出部は、実際に得られる光強度分布が直線的な関係であると見做した場合の座標検出結果を補正するための補正情報を記憶しておき、かかる補正情報に基づいて、対象物体の位置を補正する構成を採用することができる。

本発明を適用した光学式位置検出装置は、位置検出機能付き表示装置を構成するのに用いることができる。この場合、位置検出機能付き表示装置は、前記検出領域に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示する画像生成装置を有することになる。

本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置に用いた光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置で利用される検出光の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置において検出光の光強度分布を形成する様子を示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置でのＸＹ座標検出原理を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した光学式位置検出装置において対象物体のＺ座標を検出する原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置で用いた線状光源体の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置で用いた線状光源体の説明図である。 本発明の実施の形態３の変形例に係る光学式位置検出装置で用いた線状光源体の説明図である。 本発明の実施の形態２、３の変形例に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図である。 図１１に示す位置検出機能付き表示装置に構成した光学式位置検出装置で用いた線状光源体の説明図である。 本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第１例を示す説明図である。 本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第２例を示す説明図である。 本発明に係る位置検出機能付き表示装置での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する任意の３方向をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、Ｘ軸方向を横方向とし、Ｙ軸方向を縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、Ｘ軸方向の一方側をＸ１側とし、他方側をＸ２側とし、Ｙ軸方向の一方側をＹ１側とし、他方側をＹ２側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある

［実施の形態１］
（位置検出機能付き表示装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、位置検出機能付き表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示す位置検出機能付き表示装置１００は、液晶プロジェクターあるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置２００（画像生成装置）と、ＸＹ平面方向に広がるスクリーン部材８とを備えた投射型表示装置として構成されている。画像投射装置２００は、筐体２５０の前面部２０１に設けられた投射レンズ系２１０からスクリーン部材８のスクリーン面８に向けて画像表示光Ｐｉを拡大投射する。

本形態の位置検出機能付き表示装置１００は光学式位置検出装置１０を備えており、光学式位置検出装置１０は、スクリーン面８ａ側（スクリーン部材８の前方）に設定された検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を光学的に検出する機能を備えている。本形態において、検出領域１０Ｒは、スクリーン部材８に対する法線方向からみたとき、４つの辺１０Ｒ１〜１０Ｒ４および４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｂを備えた四角形の領域であり、スクリーン部材８において画像投射装置２００によって画像が投射される領域（画像表示領域２０Ｒ）と重なっている。

本形態の光学式位置検出装置１０は、まず、検出領域１０Ｒにおいてスクリーン部材８と平行なＸＹ平面（検出面）内における対象物体Ｏｂの位置（Ｘ座標およびＹ座標）を検出する。従って、本形態の位置検出機能付き表示装置１００では、例えば、光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出した結果を、投射された画像の一部等を指定する入力情報等として扱い、かかる入力情報に基づいて画像の切り換え等を行なうことができる。

また、本形態の光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒにおいてスクリーン部材８に対する法線方向であるＺ軸方向における対象物体Ｏｂの位置（Ｚ座標）も検出する。従って、本形態の光学式位置検出装置１０では、対象物体Ｏｂがスクリーン部材８からＺ軸方向の所定範囲内にあるときのＸＹ座標のみを入力情報とみなす等の処理を行なうこともできる。

（光学式位置検出装置１０の構成）
本形態の光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒに対してＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に沿う方向に検出光Ｌ２を出射する複数の位置検出用光源１２と、検出領域１０Ｒ内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３を検出する光検出器３０とを備えている。本形態において、光学式位置検出装置１０は、複数の位置検出用光源１２として、互いに異なる方向に光軸を向けた４つの発光素子（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）を備えており、４つの発光素子（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）はいずれも、ＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に沿う方向に光軸を向けている。より具体的には、４つの発光素子（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）はいずれも、ＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に平行な方向に光軸を向けている。このため、位置検出用光源１２から出射された検出光Ｌ２は、ＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に沿うように進行する。

本形態において、４つの位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）は、検出領域１０Ｒの４つの角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄに光軸を向けている。より具体的には、発光素子１２Ａは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａに光軸を向けており、角部分１０Ｒａの側から検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２ａを出射する。発光素子１２Ｂは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂに光軸を向けており、角部分１０Ｒｂの側から検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２ｂを出射する。発光素子１２Ｃは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｃに光軸を向けており、角部分１０Ｒｃの側から検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２ｃを出射し、発光素子１２Ｄは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｄに光軸を向けており、角部分１０Ｒｄの側から検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２ｄを出射する。

発光素子１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成され、赤外光からなる検出光Ｌ２を発散光として放出する。すなわち、検出光Ｌ２は、指やタッチペン等の対象物体Ｏｂにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、対象物体Ｏｂが指等の人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線（特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で８５０ｎｍ付近）、あるいは９５０ｎｍであることが望ましい。本形態では、いずれの発光素子１２もピーク波長が８５０ｎｍ付近の波長域にある赤外光を出射する。

光検出器３０は、フォトダイオードやフォトトランジスター等の受光素子からなり、スクリーン部材８のスクリーン面８ａの側において、検出領域１０Ｒの外側でスクリーン面８ａに沿う方向に受光部３１を向けている。

ここで、光検出器３０は、発光素子１２Ｂと同様、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒｂに配置されている。また、光検出器３０は、発光素子１２Ｂと光学ユニット３００としてユニット化されている。ここでいうユニット化とは、ユニットを構成する要素を一体で取り扱うことができる形態を意味する。

また、光学ユニット３００は、検出領域１０Ｒを経由せずに光検出器３０に入射する参照光Ｌ２ｒを出射する参照用光源１２Ｒも備えている。参照用光源１２Ｒは、発光素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと同様、赤外光を出射する発光ダイオードからなる。

光学ユニット３００は、発光素子１２Ｂ、光検出器３０、および参照用光源１２Ｒを覆うケース（図示せず）を備えており、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、検出領域１０Ｒに漏れることなく、光検出器３０に入射する。但し、ケースには開口が設けられている。このため、発光素子１２Ｂは、ケースの開口を介して検出領域１０Ｒに検出光Ｌｒを出射することができる。また、検出領域１０Ｒ内において対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ３は、開口を介して光検出器３０に入射することができる。

（光学式位置検出装置１０の電気的構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る位置検出機能付き表示装置１００に用いた光学式位置検出装置１０の電気的構成を示す説明図である。

図２に示すように、光学式位置検出装置１０は、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動部１４と、光検出器３０から検出結果が出力される位置検出部５０とを有している。光源駆動部１４は、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを駆動する光源駆動回路１４０と、光源駆動回路１４０を介して複数の位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒの各々の発光強度を制御する光源制御部１４５とを備えている。光源駆動回路１４０は、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを各々駆動する光源駆動回路１４０ａ〜ｄ、１４０ｒを備えており、光源制御部１４５は、光源駆動回路１４０ａ〜ｄ、１４０ｒを介して位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）および参照用光源１２Ｒを制御する。

位置検出部５０は、信号処理部５５、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３を備えており、Ｘ座標検出部５１、Ｙ座標検出部５２およびＺ座標検出部５３は、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出する。光源制御部１４５と位置検出部５０とは、信号線で接続されており、発光素子１２に対する駆動と、位置検出部５０での検出動作とは、連動して行われる。

（検出光Ｌ２の光強度分布）
図３は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０で利用される検出光Ｌ２の説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において、発光素子１２Ａ〜１２Ｄは、検出領域１０Ｒの角部分１０Ｒａ〜Ｒｄに対峙する位置で角部分１０Ｒａ〜１０Ｒｄに光軸を向けている。また、発光素子１２Ａ〜１２Ｄから出射される検出光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄはいずれも発散光であり、かかる発散光では、光軸付近で最も強度が大で、光軸から離間するほど、強度が連続的に低下していく。また、検出光Ｌ２ａ〜検出光Ｌ２ｄは、発光素子１２Ａ〜１２Ｄから離間するほど、強度が連続的に低下していく。

このため、発光素子１２Ａから出射された検出光Ｌ２ａは、図３（ａ）に示す光強度分布を検出領域１０Ｒに形成する。かかる光強度分布においては、角部分１０Ｒａで最大強度部分となり、最大強度部分から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布においては、最大強度部分から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。発光素子１２Ｂから出射された検出光Ｌ２ｂは、図３（ｂ）に示す光強度分布を検出領域１０Ｒに形成する。かかる光強度分布においては、角部分１０Ｒｂで最大強度部分となり、最大強度部分から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布においては、最大強度部分から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。発光素子１２Ｃから出射された検出光Ｌ２ｃは、図３（ｃ）に示す光強度分布を検出領域１０Ｒに形成する。かかる光強度分布においては、角部分１０Ｒｃで最大強度部分となり、最大強度部分から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布においては、最大強度部分から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。発光素子１２Ｄから出射された検出光Ｌ２ｄは、図３（ｄ）に示す光強度分布を検出領域１０Ｒに形成する。かかる光強度分布においては、角部分１０Ｒｄで最大強度部分となり、最大強度部分から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の光強度分布においては、最大強度部分から離間するに従って強度が直線的あるいは略直線的に減少している。

（座標検出用光強度分布）
図４は、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２の光強度分布を形成する様子を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際のＸ座標検出用光強度分布の説明図であり、図４（ｃ）、（ｄ）は、対象物体ＯｂのＹ座標を検出する際のＹ座標検出用光強度分布の説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＸＹ座標を検出するには、以下に説明するＸ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間によってＸ座標を検出し、Ｙ座標検出用第１期間およびＹ座標検出用第２期間によってＹ座標を検出する。そこで、図４を参照して、本発明の実施の形態１に係る光学式位置検出装置１０において検出光Ｌ２の光強度分布を形成する様子を説明する。

（Ｘ座標検出用光強度分布）
本形態の光学式位置検出装置１０において、対象物体ＯｂのＸ座標を検出するには、まず、Ｘ座標検出用第１期間において、図２に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が駆動回路１４０を制御し、発光素子１２Ａ、１２Ｄを点灯させる一方、発光素子１２Ｂ、１２Ｃを消灯させる。その結果、図３（ａ）に示す光強度分布と図３（ｄ）に示す光強度分布とが合成されるので、図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が単調減少するＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａが形成される。本形態のＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向の一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かって検出光Ｌ２の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。また、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａでは、検出光Ｌ２の強度がＹ軸方向で一定である。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置によって規定される値である。

次に、Ｘ座標検出用第２期間においては、図２に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が駆動回路１４０を制御し、発光素子１２Ａ、１２Ｄを消灯させる一方、発光素子１２Ｂ、１２Ｃを点灯させる。その結果、図３（ｂ）に示す光強度分布と図３（ｃ）に示す光強度分布とが合成されるので、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が単調減少するＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂが形成される。本形態のＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向の他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かって検出光Ｌ２の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。また、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、検出光Ｌ２の強度がＹ軸方向で一定である。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置によって規定される値である。

（Ｙ座標検出用光強度分布）
検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＹ座標を検出するには、まず、Ｙ座標検出用第１期間において、図２に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が駆動回路１４０を制御し、発光素子１２Ａ、１２Ｂを点灯させる一方、発光素子１２Ｃ、１２Ｄを消灯させる。その結果、図３（ａ）に示す光強度分布と図３（ｂ）に示す光強度分布とが合成されるので、図４（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が単調減少するＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａが形成される。本形態のＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって検出光Ｌ２の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。また、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａでは、検出光Ｌ２の強度がＸ軸方向で一定である。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置によって規定される値である。

次に、Ｙ座標検出用第２期間においては、図２に示す光源駆動部１４の光源制御部１４５が駆動回路１４０を制御し、発光素子１２Ａ、１２Ｂを消灯させる一方、発光素子１２Ｃ、１２Ｄを点灯させる。その結果、図３（ｃ）に示す光強度分布と図３（ｄ）に示す光強度分布とが合成されるので、図４（ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が単調減少するＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂが形成される。本形態のＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって検出光Ｌ２の強度が連続的に略直線的に減少している。かかるＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、Ｙ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。また、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂでは、検出光Ｌ２の強度がＸ軸方向で一定である。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｙ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置によって規定される値である。

（Ｚ座標検出用光強度分布）
本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＺ座標を検出するには、発光素子１２Ａ〜１２Ｄを全て点灯させる。その結果、スクリーン部材８からＺ軸方向に離間する方向に向けて検出光Ｌ２の強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布が形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布では、Ｚ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｚ座標検出用光強度分布における検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体ＯｂのＺ軸方向の位置によって規定される値である。

（ＸＹ座標検出の基本原理）
本形態の位置検出機能付き表示装置１００においては、図４を参照して説明した光強度分布を形成するともに、対象物体Ｏｂで反射した検出光Ｌ２を光検出器３０で検出し、かかる光検出器３０での検出結果に基づいて、位置検出部５０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂの位置を検出する。そこで、図５を参照して座標検出の原理を説明する。

図５は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０のＸＹ座標検出原理を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、対象物体で反射した検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した検出光の強度が等しくなるように検出光の光強度分布を調整する様子を示す説明図である。

図４を参照して説明したＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂでは、Ｘ軸方向において一定の分布を有しているので、以下の方法等により、光検出器３０での検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。

例えば、第１の方法では、図５（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａと、Ｘ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差を利用する。より具体的には、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂは予め、設定した分布になっているので、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂとの差も予め、設定した関数になっている。従って、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとの差を求めれば、位置検出部５０のＸ座標検出部５１は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂの差を求める際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、検出値ＬＸａと検出値ＬＸｂとの比によって対象物体ＯｂのＸ座標を検出することもできる。

次に、第２の方法では、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成した際の光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整した際の調整量に基づいて対象物体ＯｂのＸ座標を検出する方法である。かかる方法は、図５（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２ＸｂがＸ座標に対して直線的に変化する場合に適用できる。

まず、図５（ａ）に示すように、Ｘ座標検出用第１期間およびＸ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａとＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを交互に形成する。この状態で、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しければ、対象物体ＯｂがＸ軸方向の中央に位置することが分る。

これに対して、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが相違している場合、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように、発光素子１２に対する制御量（駆動電流）を調整する。例えば、検出値が低いＸ座標検出用第２期間において点灯している発光素子１２Ｂ、１２Ｃに対する制御量（駆動電流）を高め、検出値が高いＸ座標検出用第１期間において点灯している発光素子１２Ａ、１２Ｄに対する制御量（駆動電流）を低める。図５（ｂ）に示す例では、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２Ａ、１２Ｄに対する制御量を調整量ΔＬＸａ分だけ減少させ、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子１２Ｂ、１２Ｃに対する制御量を調整量ΔＬＸｂ分だけ増大させてある。そして、図５（ｂ）に示すように、再度、Ｘ座標検出用第１期間においてＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成し、Ｘ座標検出用第２期間においてＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成する。その結果、Ｘ座標検出用第１期間における光検出器３０での検出値ＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間における光検出器３０での検出値ＬＸｂとが等しくなれば、Ｘ座標検出用第１期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸａと、Ｘ座標検出用第２期間での発光素子１２に対する制御量の調整量ΔＬＸｂとの比あるいは差等により、位置検出部５０のＸ座標検出部５１は、対象物体ＯｂのＸ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＸａ、ＬＸｂが等しくなるように発光素子１２に対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。なお、上記の第２の方法では、光源駆動部１４が、発光素子１２Ａから１２Ｄに対する制御量（駆動電流）を調整して、Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａ、およびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂの双方を変化させたが、一方の光強度分布のみを変化させてもよい。

同様に、Ｙ座標検出用第１期間において、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第１光強度分布を形成した後、Ｙ座標検出用第２期間において、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって強度が単調減少していくＹ座標検出用第２光強度分布を形成すれば、位置検出部５０のＹ座標検出部５２は、上記の第１の方法および第２の方法により、対象物体ＯｂのＹ座標を検出することができる。

（Ｚ座標検出原理）
図６は、本発明を適用した光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＺ座標を検出する原理を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、検出光のＺ軸方向の光強度分布を示す説明図、および対象物体Ｏｂで反射した検出光の受光強度と参照光の受光強度とが等しくなるように検出光の光強度分布を調整した様子を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において、検出領域１０Ｒ内の対象物体ＯｂのＺ座標を検出するには、発光素子１２Ａ〜１２Ｄの全てを点灯させる。その結果、図６（ａ）に示すように、スクリーン面８ａからＺ軸方向に離間する方向に向けて検出光Ｌ２の強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚが形成される。かかるＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚでは、Ｚ軸方向における位置と検出光Ｌ２の強度とが一定の関係を有している。このため、対象物体Ｏｂで反射して光検出器３０で検出される光量は、Ｚ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚにおける検出光Ｌ２の強度と比例し、対象物体Ｏｂの位置によって規定される値である。従って、位置検出部５０のＺ座標検出部５３は、Ｚ座標検出期間における光検出器３０の検出結果に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。

また、Ｚ軸方向の光強度分布と参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとの差動を利用すれば、Ｚ座標検出部５３は、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明した方法と同様、差動を利用して対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。

本形態の光学式位置検出装置１０においてＺ座標を検出する際に、検出光検出期間において全ての発光素子１２Ａ〜１２Ｄが点灯すると、図６（ａ）に示すように、検出領域１０Ｒには、Ｚ軸方向で強度が単調減少するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚが形成される。本形態において、Ｚ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚでは、線状光源体１２０から離間するに従って強度が直線的に低下し、かつ、Ｘ軸方向およびＹ軸方向では強度が一定である。従って、検出光検出期間において、参照用光源１２Ｒを消灯させる一方、発光素子１２を点灯させた状態で、検出領域１０Ｒに対象物体Ｏｂが配置されると、対象対物Ｏｂにより検出光Ｌ２が反射され、反射した検出光Ｌ３の一部が光検出器３０により検出される。ここで、光検出器３０での検出光Ｌ２の受光強度ＬＺは、Ｚ座用検出用光強度分布Ｌ２Ｚにおいて対象物体Ｏｂの位置に対応する強度に比例する。

これに対して、参照光検出期間において参照用光源１２Ｒが点灯すると、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒは、その一部が光検出器３０により検出される。ここで、参照光Ｌ２ｒは、対象物体Ｏｂで反射されることがないので、光検出器３０での参照光Ｌ２ｒの受光強度Ｌｒは、図６（ａ）に示すように、対象物体Ｏｂの位置にかかわらず、一定である。図６（ａ）に示す例では、参照光Ｌ２ｒの光検出器３０での検出強度は、対象物体Ｏｂがスクリーン面８ａに接近した位置にあるときに光検出器３０が検出光Ｌ２を検出したときの強度に一致させてある。

このようなＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚや参照光Ｌ２ｒを用いれば、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明した第２の方法と同様な原理により、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。すなわち、図６（ｂ）に示すように、検出光検出期間における光検出器３０での検出値ＬＺと、参照光検出期間における光検出器３０での検出値Ｌｒとが等しくなるように、発光素子１２Ａ〜１２Ｄに対する制御量（駆動電流値）と、参照用光源１２Ｒに対する制御量（駆動電流値）とを調整した際の調整量に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することができる。かかる方法によれば、検出光Ｌ２以外の環境光、例えば、外光に含まれる赤外成分が光検出器３０に入射した場合でも、検出値ＬＺ、Ｌｒが等しくなるように発光素子１２Ａ〜１２Ｄに対する制御量の調整を行なう際、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。

上記のように、光検出器３０での検出結果に基づいて対象物体Ｏｂの検出領域１０Ｒ内の位置情報（Ｘ座標、Ｙ座標およびＺ座標）を取得するにあたって、例えば、位置検出部５０としてマイクロプロセッサーユニット（ＭＰＵ）を用い、これにより所定のソフトウェア（動作プログラム）を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、論理回路等のハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の光学式位置検出装置１０において、光源駆動部１４は、複数の位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）を駆動して検出領域１０Ｒ内にＸ軸方向で検出光の強度が変化するＸ座標検出用光強度分布（Ｘ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＸａおよびＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂ）、およびＹ軸方向で検出光の強度が変化するＹ座標検出用光強度分布（Ｙ座標検出用第１光強度分布Ｌ２ＹａおよびＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂ）を形成する。また、光検出器３０は、検出領域１０Ｒ内の対象物体Ｏｂにより反射した検出光Ｌ３を検出する。従って、検出領域１０Ｒにおける位置と検出光Ｌ２の強度との関係を予め把握しておけば、位置検出部５０は、光検出器３０の受光結果に基づいて、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を検出することができる。

さらに、Ｘ座標検出用光強度分布とＹ座標検出用光強度分布とを合成すれば、Ｚ軸方向で検出光の強度が変化するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚを形成することもできるので、位置検出部５０は、光検出器３０の受光結果に基づいて、対象物体ＯｂのＺ座標を検出することもできる。

ここで、位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向に限られた範囲内にＸ座標検出光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を高い精度で検出することができる。また、ある限られた範囲内に光強度分布を形成するため、Ｚ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚも適正な分布で形成することができる。それ故、対象物体ＯｂのＺ座標を高い精度で検出することができる。

また、本形態において、光検出器３０は、複数の位置検出用光源１２（発光素子１２Ａ〜１２Ｄ）のうち、発光素子１２Ｂと光学ユニット３００を構成している。また、光学ユニット３００は参照用光源１２Ｒを備えている。このため、光検出器３０、発光素子１２Ｂ、および参照用光源１２Ｒを光学ユニット３００として一体に位置決めすることができる等、光学式位置検出装置１０の組み立て等が容易である。特に、光検出器３０と参照用光源１２Ｒとを光学ユニット３００として一体化しておけば、光検出器３０に対する参照光Ｌ２ｒの入射光量を精度よく設定することができる。

また、本形態では参照用光源１２Ｒを備えているため、Ｚ座標の検出の際、Ｘ座標およびＹ座標の検出と同様、参照用光源１２Ｒから出射された参照光Ｌ２ｒとＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚとの差動を利用することができる。このため、光検出器３０に環境光が入射した場合でも、環境光に含まれる赤外成分の強度が相殺されるので、環境光に含まれる赤外成分が検出精度に影響を及ぼすことがない。

さらに、参照光をモニターし、その結果を位置検出用光源１２に対する駆動条件の設定に利用することができる。すなわち、位置検出用光源１２の駆動条件を設定する際、位置検出用光源１２を点灯させて光検出器３０でモニターすればよいが、対象物体Ｏｂが存在しない状態では、位置検出用光源１２を点灯させても検出光Ｌ２が光検出器３０に入射しない。しかるに、位置検出用光源１２を点灯させる際、同一の条件で参照用光源１２Ｒを発光させれば、位置検出用光源１２に対する駆動条件に対応する強度の参照光Ｌ２ｒが光検出器３０でモニターされることになる。それ故、参照光Ｌ２ｒのモニター結果に基づいて位置検出用光源１２に対する駆動条件を設定することができる。

さらに、検出光Ｌ２は赤外光であるため、視認されない。従って、対象物体Ｏｂを光学的に検出する方式を採用した場合でも、画像の表示を妨げないという利点もある。

［実施の形態２］
（全体構成）
図７は、本発明の実施の形態２に係る位置検出機能付き表示装置１００の構成を模式的に示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、位置検出機能付き表示装置１００の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、横方向からみた様子を模式的に示す説明図、および光検出器周辺（光学ユニット周辺）を拡大して示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の位置検出機能付き表示装置１００も、実施の形態１と同様、投射型表示装置に光学式位置検出装置１０を設けた構成を有している。かかる光学式位置検出装置１０を構成するにあたって、実施の形態１では、検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２を出射する複数の位置検出光源１２として４つの発光素子１２Ａ〜１２Ｄを用いたが、本形態の光学式位置検出装置１０は、複数の位置検出用光源１２として、検出領域１０ＲをＸ軸方向で挟む両側でＹ軸方向に延在する一対の線状光源体１３Ａ、１３Ｂを備えている。より具体的には、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒの辺１０Ｒ１に沿ってＹ軸方向に延在して検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｅ）を出射する線状光源体１３Ａと、検出領域１０Ｒにおいて辺１０Ｒ１に対して対向する辺１０Ｒ２に沿ってＹ軸方向に延在して検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｆ）を出射する線状光源体１３Ｂとを備えている。

また、本形態でも、実施の形態１と同様、光学式位置検出装置１０は光検出器３０を備えている。ここで、光検出器３０は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数の位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）のうち、辺１０Ｒ１に沿って延在する線状光源体１３Ａと光学ユニット３００を構成しており、辺１０Ｒ１のＹ軸方向の略中央に光検出器３０が配置されている。また、光学ユニット３００は参照用光源１２Ｒを備えており、かかる参照用光源１２Ｒは、検出領域１０Ｒを経由せずに光検出器３０に入射する参照光Ｌ２ｒを出射する。

（線状光源体１３Ａ、１３Ｂの構成）
図８は、本発明の実施の形態２に係る光学式位置検出装置１０で用いた線状光源体１３Ａ、１３Ｂの説明図である。図８に示すように、本形態の光学式位置検出装置１０において、位置検出光源１２として用いた線状光源体１３Ｂは、Ｙ軸方向に配列された複数の発光素子１２０を備えており、かかる発光素子１２０は、赤外光からなる位置検出光Ｌ２を出射する。ここで、複数の発光素子１２０はいずれも、検出領域１０ＲのＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に平行に光軸を向けており、線状光源体１３Ｂ）は、検出領域１０ＲのＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に沿う方向に検出光Ｌ２を出射する。図示を省略するが、線状光源体１３Ａも、線状光源体１３Ｂと同様な構成を有している。

このように構成した線状光源体１３Ａ、１３Ｂにおいて、発光素子１２０は各々、図２を参照して説明した光源駆動部１４によって独立して駆動される。このため、線状光源体１３Ａの発光素子１２０を全て消灯させる一方、線状光源体１３Ｂの発光素子１２０を全て点灯させれば、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成することができる。これに対して、線状光源体１３Ａの発光素子１２０を全て点灯させる一方、線状光源体１３Ｂの発光素子１２０を全て消灯させれば、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成することができる。

また、線状光源体１３ＡにおいてＹ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって発光素子１２０の強度を低下させれば、図３（ｂ）に示す光強度分布を形成することができ、線状光源体１３ＢにおいてＹ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって発光素子１２０の強度を低下させれば、図３（ａ）に示す光強度分布を形成することができる。従って、これらの光強度分布を合成すれば、図４（ｃ）に示すＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成することができる。これに対して、線状光源体１３ＡにおいてＹ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって発光素子１２０の強度を低下させれば、図３（ｃ）に示す光強度分布を形成することができ、線状光源体１３ＢにおいてＹ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって発光素子１２０の強度を低下させれば、図３（ｄ）に示す光強度分布を形成することができる。従って、これらの光強度分布を合成すれば、図４（ｄ）に示すＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成することができる。

さらに、線状光源体１３Ａの発光素子１２０を全て点灯させる一方、線状光源体１３Ｂの発光素子１２０を全て点灯させれば、Ｚ軸方向で強度が変化するＺ座標検出用光強度分布Ｌ２Ｚを形成することができる。

それ故、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１と同様、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出することができる。また、位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向に限られた範囲内に光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を高い精度で検出することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３に係る光学式位置検出装置１０で用いた線状光源体の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、図７を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分の説明は省略する。

図７および図８では、Ｙ軸方向に複数の発光素子１２０を配列した線状光源体１３Ａ、１３Ｂを位置検出光源１２として用いたが、本形態では、図９に示すように、線状光源体１３Ｂは、第１発光素子１２１と、第１発光素子１２１から出射された検出光の入射部１３１ａをもってＹ軸方向に延在する第１導光部材１３１と、第２発光素子１２２と、第２発光素子１２２から出射された検出光の入射部１３２ａをもってＹ軸方向に延在する第２導光部材１３２とを備えている。ここで、第１導光部材１３１と第２導光部材１３２とはＺ軸方向で重なっている。第１発光素子１２１および第２発光素子１２２は、赤外光を出射する発光ダイオードからなり、第１導光部材１３１および第２導光部材１３２はポリカーボネートやアクリル樹脂等の透明な樹脂体からなる。

第１導光部材１３１は、入射部１３１ａをＹ軸方向の一方側Ｙ１の端部に備え、検出領域１０Ｒに向く光出射面１３１ｂとは反対側の面は傾斜反射面１３１ｃになっている。このため、第１発光素子１２１から出射された検出光Ｌ２は、入射部１３１ａから第１導光部材１３１内に入射した後、傾斜反射面１３１ｃで反射しながら第１導光部材１３１内をＹ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって進行し、その間に光出射面１３１ｂから出射される。このため、第１導光部材１３１において光出射面１３１ｂから出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｆ）は、Ｙ軸方向の一方側Ｙ１から他方側Ｙ２に向かって低下している。

第２導光部材１３２は、第１導光部材１３１とはＹ軸方向で逆向きであり、入射部１３２ａをＹ軸方向の他方側Ｙ２の端部に備え、検出領域１０Ｒに向く光出射面１３２ｂとは反対側の面は傾斜反射面１３２ｃになっている。このため、第２発光素子１２２から出射された検出光Ｌ２は、入射部１３２ａから第２導光部材１３２内に入射した後、傾斜反射面１３２ｃで反射しながら第２導光部材１３２内をＹ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって進行し、その間に光出射面１３２ｂから出射される。このため、第２導光部材１３２において光出射面１３２ｂから出射される検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｆ）は、Ｙ軸方向の他方側Ｙ２から一方側Ｙ１に向かって低下している。

ここで、光出射面１３１ｂ、１３２ｂは、ＸＹ平面（スクリーン面８ａ）と平行である。このため、線状光源体１３Ｂは、ＸＹ平面（スクリーン面８ａ）に沿う方向に検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｆ）を出射する。図示を省略するが、線状光源体１３Ａも、線状光源体１３Ｂと同様な構成を有している。

このように構成した線状光源体１３Ａ、１３Ｂにおいて、発光素子１２１、１２２は各々、図２を参照して説明した光源駆動部１４によって独立して駆動される。このため、線状光源体１３Ｂの第１発光素子１２１のみを点灯させれば、図３（ａ）に示す光強度分布を形成することができ、線状光源体１３Ｂの第２発光素子１２２のみを点灯させれば、図３（ｄ）に示す光強度分布を形成することができる。また、線状光源体１３Ａの第１発光素子１２１のみを点灯させれば、図３（ｂ）に示す光強度分布を形成することができ、線状光源体１３Ａの第２発光素子１２２のみを点灯させれば、図３（ｄ）に示す光強度分布を形成することができる。

従って、線状光源体１３Ｂの第１発光素子１２１と第２発光素子１２２とを点灯させれば、図４（ａ）に示すＸ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｘａを形成することができ、線状光源体１３Ａの第１発光素子１２１と第２発光素子１２２とを点灯させれば、図４（ｂ）に示すＸ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｘｂを形成することができる。また、線状光源体１３Ａの第１発光素子１２１と線状光源体１３Ｂの第１発光素子１２１とを点灯させれば、図４（ｃ）に示すＹ座標検出用第１光強度分布Ｌ２Ｙａを形成することができ、線状光源体１３Ａの第２発光素子１２２と線状光源体１３Ｂの第２発光素子１２２とを点灯させれば、図４（ｄ）に示すＹ座標検出用第２光強度分布Ｌ２Ｙｂを形成することができる。

それ故、本形態の光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１、２と同様、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出することができる。また、位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向に限られた範囲内に光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を高い精度で検出することができる等、実施の形態１、２と同様な効果を奏する。

［実施の形態３の変形例］
図１０は、本発明の実施の形態３の変形例に係る光学式位置検出装置１０で用いた線状光源体の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、図９を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分の説明は省略する。

図１０に示すように、本形態でも、図９を参照して説明した形態と同様、線状光源体１３および線状光源体１３Ｂは、第１発光素子１２１と、第１発光素子１２１から出射された検出光の入射部１３１ａをもってＹ軸方向に延在する第１導光部材１３１と、第２発光素子１２２と、第２発光素子１２２から出射された検出光の入射部１３２ａをもってＹ軸方向に延在する第２導光部材１３２とを備えている。

ここで、図９に示す形態では、第１導光部材１３１と第２導光部材１３２とはＺ軸方向で重なっていたが、本形態において、第１導光部材１３１と第２導光部材１３２とはＸ軸方向で重なっている。このため、第２導光部材１３２から出射された検出光Ｌ２は直接、検出領域１０Ｒに出射され、第１導光部材１３２から出射された検出光Ｌ２は、第２導光部材１３２を透過して検出領域１０Ｒに出射される。

このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１、２と同様、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出することができる。また、位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向に限られた範囲内に光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を高い精度で検出することができる等、実施の形態１、２と同様な効果を奏する。

［実施の形態２、３の変形例］
図１１は、本発明の実施の形態２、３の変形例に係る位置検出機能付き表示装置１００の構成を模式的に示す説明図であり、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、位置検出機能付き表示装置１００の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、横方向からみた様子を模式的に示す説明図、および光検出器周辺（光学ユニット周辺）を拡大して示す説明図である。図１２は、図１１に示す位置検出機能付き表示装置１００に構成した光学式位置検出装置１０で用いた線状光源体の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態２、３と同様であるため、共通する部分の説明は省略する。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の位置検出機能付き表示装置１００でも、実施の形態２、３と同様、光学式位置検出装置１０を構成するにあたって、検出領域１０Ｒに検出光Ｌ２を出射する複数の位置検出光源１２として、検出領域１０ＲをＸ軸方向で挟む両側でＹ軸方向に延在する一対の線状光源体１３Ａ、１３Ｂを備えている。より具体的には、光学式位置検出装置１０は、検出領域１０Ｒの辺１０Ｒ１に沿ってＹ軸方向に延在して検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｅ）を出射する線状光源体１３Ａと、検出領域１０Ｒにおいて辺１０Ｒ１に対して対向する辺１０Ｒ２に沿ってＹ軸方向に延在して検出光Ｌ２（検出光Ｌ２ｆ）を出射する線状光源体１３Ｂとを備えている。また、本形態でも、実施の形態１と同様、光学式位置検出装置１０は光検出器３０を備えている。ここで、光検出器３０は、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、実施の形態２、３と同様、複数の位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）のうち、線状光源体１３Ａと光学ユニット３００を構成している。また、光学ユニット３００は参照用光源１２Ｒを備えており、かかる参照用光源１２Ｒは、検出領域１０Ｒを経由せずに光検出器３０に入射する参照光Ｌ２ｒを出射する。

ここで、本形態で用いた位置検出光源１２は、実施の形態２、３で用いた位置検出光源１２と比較してＺ軸方向の寸法が大であり、その分、検出領域１０ＲのＺ軸方向の寸法が大である。

かかる光学式位置検出装置１０を構成するにあたって、本形態では、一対の位置検出光源１２のうち、検出領域１０Ｒの辺１０Ｒ２に沿って延在する位置検出光源１２では、図１２に示すように、図８、図９または図１０を参照して説明した線状光源体１３ＢがＺ軸方向に多段に重ねられている。本形態の位置検出光源１２では、線状光源体１３ＢがＺ軸方向に３段に重ねてある。なお、図示を省略するが、検出領域１０Ｒの辺１０Ｒ１に沿って延在する位置検出光源１２でも、線状光源体１３ＡがＺ軸方向に多段に重ねられている。

このように構成した光学式位置検出装置１０においても、実施の形態１〜３と同様、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を検出することができる。また、位置検出用光源１２（線状光源体１３Ａ、１３Ｂ）は、ＸＹ平面に沿う方向に検出光Ｌ２を出射するため、Ｘ座標検出用光強度分布およびＹ座標検出用光強度分布が形成されるＺ軸方向の範囲を制限することができる。それ故、Ｚ軸方向に限られた範囲内に光強度分布を適正な分布で形成することができるので、対象物体ＯｂのＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を高い精度で検出することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

さらに、本形態において、位置検出用光源１２は、線状光源体１３Ａ、１３ＢをＺ軸方向に多段に重ねた構成を有しているため、検出領域１０ＲのＺ軸方向の寸法が大である。それ故、対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標をＺ軸方向の広い範囲にわたって正確に検出することができる。

［誤差補正方法］
次に、本発明を適用した光学式位置検出装置１０で採用することのできる誤差方法を説明する。

（誤差補正方法の第１例）
図１３は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第１例を示す説明図であり、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、Ｘ座標位置を補正するための説明図、およびＹ座標位置を補正するための説明図、および座標位置の求め方を示す説明図である。

本形態の光学式位置検出装置１０において対象物体ＯｂのＸ座標を検出する際には、図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向で単調減少し、Ｙ軸方向で一定なＸ座標検出用光強度分布を利用する。しかしながら、実際には、図１３（ａ）に示すように、Ｙ軸方向で強度が変化していることがある。また、図１３（ｂ）に示すように、Ｙ座標検出用光強度分布では、Ｘ軸方向で強度が変化していることがある。その結果、対象物体Ｏｂの位置を検出すると、歪んだ検出領域１０Ｒ上での位置を検出してしまう。そこで、本形態では、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られた結果と検出領域１０Ｒ上の座標位置との関係を規定する関数またはその逆関数を、図２に示す位置検出部５０の記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、位置検出部５０は、記憶部に記憶されている関数またはその逆関数を用い、当該逆関数および光検出器３０を介して得られた受光強度に基づいて、対象物体Ｏｂの位置を判定する。

かかる補正方法を、図１３を参照して説明するにあたって、その基本原理を理解しやすいように、検出領域１０Ｒの各位置において光検出器３０を介して得られる受光強度自身に以下に説明する補正を行なうものとする。

本例では、まず、光量分布を規定する曲線の関数
ｆ（ｘ、ｙ）
を求めておき、その逆関数
ｆ^-1（ｐ）
ｐ＝光量（光検出器３０を介して得られる結果）
を記憶部に記憶しておく。

そして、対象物体ＯｂのＸ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ^-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが４であれば、逆関数ｆ^-1（４）を求める。かかる結果は、図１３（ａ）に太線ＬＸで表される。

次に、対象物体ＯｂのＹ座標位置を判定する際には、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐを上記の逆関数ｆ^-1（ｐ）に代入して検出領域１０Ｒ上で対象物体Ｏｂの位置を求める。例えば、光検出器３０を介して得られる受光強度ｐが７．５であれば、逆関数ｆ^-1（７．５）を求める。かかる結果は、図１３（ｂ）に太線ＬＹで表される。

従って、図１３（ｃ）に示すように、図１３（ａ）に示す太線ＬＸと、図１３（ｂ）に示す太線ＬＹとをＸＹ座標に投影した際の交点Ｏが対象物体Ｏｂの位置となる。かかる方法で求めた対象物体Ｏｂの位置は、検出領域１０Ｒにおける光強度分布の直線的な関係からのずれに起因する誤差を補正した真の位置である。それ故、本形態によれば、対象物体Ｏｂの位置を正確に判定することができる。

なお、本形態では、逆関数ｆ^-1（ｐ）を記憶部に記憶させておいたが、ｆ（ｘ、ｙ）自身を記憶部に記憶させておいてもよい。

（誤差補正方法の第２例）
図１４は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第２例を示す説明図である。本形態においては、図２に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部（図示せず）に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＸ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ軸方向の位置を判定する。その結果、図１４（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１４（ｂ）に示すように、Ｘ方向については補正された形状とすることができる。また、対象物体ＯｂのＹ座標を判定する際には、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件で得られたＹ座標の算出結果と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＹ軸方向の位置を判定する。その結果、図１４（ｂ）に示すように、Ｙ方向で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１４（ｃ）に示すように補正することができる。

なお、本形態では、補正情報としては、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。

（誤差補正方法の第３例）
図１５は、本発明に係る光学式位置検出装置１０での誤差補正方法の第３例を示す説明図である。本形態においても、第２例と同様、図２に示す位置検出部５０は、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果を補正するための補正情報を記憶部に記憶しておく。そして、対象物体ＯｂのＸＹ座標を判定する際には、まず、検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した条件でのＸ座標およびＹ座標を算出する。次に、上記のＸ座標およびＹ座標と、記憶部が記憶している補正情報とに基づいて対象物体ＯｂのＸ座標およびＹ座標を判定する。その結果、図１５（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の双方で歪んでいた検出領域１０Ｒの形状を、図１５（ｂ）に示すように補正することができる。

なお、本形態では、補正情報としては、検出領域１０Ｒにおける検出光Ｌ２の光強度分布を直線的な関係と見做した場合の座標の算出結果に演算を加えるための係数や、補正前後の座標が対応するルックアップテーブル等を用いることができる。

１０・・光学式位置検出装置、１０Ｒ・・検出領域、１２・・位置検出用光源、１２Ａ〜１２Ｄ、１２０、１２１、１２２・・位置検出用の発光素子、１２Ｒ・・参照用の発光素子、１３Ａ、１３Ｂ・・線状光源体、１４・・光源駆動部、３０・・光検出器、５０・・位置検出部、１００・・位置検出機能付き表示装置、３００・・光学ユニット、Ｏｂ・・対象物体

Claims (9)

1. 検出領域内の対象物体の位置を光学的に検出するための光学式位置検出装置であって、
   互いに交差する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向としたとき、
   前記検出領域のＸＹ平面に沿う方向に検出光を出射する複数の位置検出用光源と、
   該位置検出用光源を駆動して前記検出領域にＸ軸方向で前記検出光の強度が変化するＸ座標検出用光強度分布およびＹ軸方向で前記検出光の強度が変化するＹ座標検出用光強度分布を形成する光源駆動部と、
   前記検出領域内の前記対象物体で反射した前記検出光を受光する光検出器と、
   該光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
   を有していることを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 前記光検出器は、前記複数の位置検出用光源のうちの少なくとも１つと光学ユニットとを構成していることを特徴とする請求項１に記載の光学式位置検出装置。
3. 前記光学ユニットは、前記検出領域を経由せずに前記光検出器に入射する参照光を出射する参照用光源を備え、
   前記光源駆動部は、前記参照用光源を前記位置検出用光源と異なるタイミングで点灯させることを特徴とする請求項２に記載の光学式位置検出装置。
4. 前記複数の位置検出用光源として、互いに異なる方向に光軸を向けた複数の発光素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
5. 前記複数の位置検出用光源として、前記検出領域をＸ軸方向で挟む両側でＹ軸方向に延在する一対の線状光源体を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
6. 前記線状光源体は、Ｙ軸方向に配列された複数の発光素子を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
7. 前記線状光源体は、第１発光素子と、該第１発光素子から出射された前記検出光の入射部をもってＹ軸方向に延在し、前記第１発光素子から出射された前記検出光が内部をＹ軸方向の一方側から他方側に向かって進行する第１導光部材と、第２発光素子と、該第２発光素子から出射された前記検出光の入射部をもってＹ軸方向に延在し、前記第２発光素子から出射された前記検出光が内部をＹ軸方向の他方側から一方側に向かって進行する第２導光部材と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の光学式位置検出装置。
8. 前記位置検出部は、前記光検出器での受光結果に基づいて前記対象物体の位置を検出する際、実際に形成した前記光強度分布と、基準となる直線的な光強度分布との関係とのずれに起因する誤差を補正することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の光学式位置検出装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学式位置検出装置を備えた位置検出機能付き表示装置であって、
   前記検出領域に対してＺ軸方向で重なる領域に画像を表示する画像生成装置を有していることを特徴とする位置検出機能付き表示装置。

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