專利名稱：反射檢測設(shè)備、顯示設(shè)備、電子設(shè)備和反射檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射檢測設(shè)備和反射檢測方法，該反射檢測設(shè)備從光發(fā)射表面(顯示設(shè)備的顯示表面)向外部發(fā)射檢測光，并且通過多個(gè)光接收裝置接收反射的檢測光。 本發(fā)明還涉及一種包含反射檢測功能的顯示設(shè)備和電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
反射檢測通常涉及將光照射到對象上、以及通過檢測反射光來檢測對象的存在/ 不存在。然而，反射檢測不僅用于檢測對象的存在/不存在，而且在某些情況下還用于檢 測對象的面內(nèi)位置的位置檢測。例如，已知有一種包含光學(xué)位置檢測功能的顯示裝置，在該顯示裝置中，用 于檢測指定位置的光接收裝置被合并在顯示面板中(例如，參見日本專利申請公開 No. 2006-301864 ；在下文中，稱為專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)中，感測光的傳感器(光接收裝置)被設(shè)置在諸如 液晶面板和有機(jī)電致發(fā)光(EL)面板的顯示面板上的屏幕上的一部分像素或者屏幕上的所 有像素處。通過使來自傳感器的檢測信號與設(shè)置有傳感器的像素的位置信息相關(guān)聯(lián)，可以 檢測已經(jīng)觸摸面板表面的諸如手指和筆的對象的面內(nèi)位置。被照射到對象上且被傳感器檢 測的光是諸如紅外(IR)光的不可見光。使用不可見光使得即使在黑色顯示等的屏幕區(qū)域 中也能夠執(zhí)行位置檢測。另一方面，作為測量檢測光的光發(fā)射表面和對象之間的距離的方法，已知有為照 相機(jī)設(shè)備的自動(dòng)聚焦而執(zhí)行的三角測量方法，等等。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在普通的距離測量方法中，由于需要在一定范圍內(nèi)瞄準(zhǔn)光，所以并不總是可 以在大平面內(nèi)的任何位置處進(jìn)行距離測量。因此，具有內(nèi)置的觸摸面板或觸摸傳感器的顯 示設(shè)備可能無法使用三角測量方法來測量離顯示表面的距離(高度)。鑒于上述情形，需要一種能夠測量離光發(fā)射表面的距離(高度)的位置檢測設(shè)備。還需要一種具有位置檢測設(shè)備的功能并能夠測量離顯示表面的距離(高度)的顯 示設(shè)備、以及包括該顯示設(shè)備的電子設(shè)備。還需要一種可以測量離光發(fā)射表面的距離(高度)的位置檢測方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種包括光發(fā)射表面、檢測光輸出部分、多個(gè)光接收裝 置和高度檢測部分的位置檢測設(shè)備。檢測光輸出部分從作為光發(fā)射表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地(例如，以預(yù)定的 角度)發(fā)射檢測光。理想地，檢測光輸出部分使發(fā)射區(qū)域在光發(fā)射表面內(nèi)沿著一個(gè)方向偏 移(shift)。多個(gè)光接收裝置選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后以預(yù)定的角度進(jìn)入光發(fā)射表面的檢測光作為反射檢測光，并且輸出光接收信號。例如，在獲得光接收信號時(shí)(在執(zhí)行偏移之前或之后)，高度檢測部分從已經(jīng)獲得 光接收信號的光接收裝置的位置(位置信息)獲得反射檢測光的入射位置的坐標(biāo)。此外， 使用該坐標(biāo)和與該坐標(biāo)相對應(yīng)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)(位置信息)，高度檢測部分獲得 檢測光被外部對象反射的點(diǎn)(spot)的高度，該高度是離光發(fā)射表面的距離。在本發(fā)明的實(shí)施例中，理想地，檢測光輸出部分能夠?qū)l(fā)射區(qū)域限制在這樣的范 圍內(nèi)并使該發(fā)射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移在該范圍中，檢測光相對于光發(fā)射表面的發(fā)射角 θ 1和反射檢測光相對于光發(fā)射表面的入射角θ 2可以被認(rèn)為是等價(jià)的(θ 1和Θ2中的每 一個(gè)都可以被認(rèn)為是單一值)。在這種情況下，更理想地，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向 上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al。此外，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo) al和a2、發(fā)射角θ 1和入射角θ 2，高度檢測部分通過求解下述方程(1)來獲得與高度相對 應(yīng)的值H: <formula>formula see original document page 7</formula>在本發(fā)明的實(shí)施例中，理想地，檢測光輸出部分能夠從發(fā)射區(qū)域輸出兩條平行光 束作為檢測光，這兩條平行光束在光發(fā)射表面內(nèi)的兩個(gè)相對方向上具有傾角分量。檢測光 輸出部分還能夠使發(fā)射區(qū)域在與這兩個(gè)相對方向平行的方向上偏移。在這種情況下，更理想地，對于這兩條平行光束中的每一條，高度檢測部分獲得反 射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo) al。此外，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、以及檢測光相對于光發(fā)射表面的發(fā)射角Θ1，高度 檢測部分通過求解對于這兩條平行光束中的每一條成立的下述方程(1)來獲得與高度相 對應(yīng)的值H:
<formula>formula see original document page 7</formula>在該方程中，反射檢測光相對于光發(fā)射表面的入射角θ 2和與高度相對應(yīng)的值H 是未知的。采用這種結(jié)構(gòu)，由于檢測光的發(fā)射區(qū)域可以被限制為發(fā)射具有大面積的平面光的 觸摸面板等的光發(fā)射表面的一部分，所以光發(fā)射位置和光接收位置之間的對應(yīng)關(guān)系變得明 確。結(jié)果，有可能甚至使用位置檢測設(shè)備通過三角測量方法來檢測離對象的距離(高度)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種包括顯示表面、顯示部分、多個(gè)光接收裝置和 高度檢測部分的顯示設(shè)備。顯示部分具有用于從顯示表面輸出根據(jù)輸入的視頻信號調(diào)制的可見光到外部對 象的圖像顯示功能。顯示部分還具有從作為顯示表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測 光的功能。另外，顯示部分理想地具有使發(fā)射區(qū)域在顯示表面內(nèi)沿著一個(gè)方向偏移的功能。多個(gè)光接收裝置選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射 之后以預(yù)定的角度進(jìn)入光發(fā)射表面的檢測光作為反射檢測光，并且輸出光接收信號。例如，在獲得光接收信號時(shí)(在執(zhí)行偏移之前或之后)，高度檢測部分從已經(jīng)獲得 光接收信號的光接收裝置的位置(位置信息)獲得反射檢測光的入射位置的坐標(biāo)。此外， 使用該坐標(biāo)和與該坐標(biāo)相對應(yīng)的發(fā)射區(qū)域的位置(位置信息)的坐標(biāo)，高度檢測部分獲得 檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離顯示表面的距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種包括顯示面板和電路部分的電子設(shè)備，該電 路部分包括處理要在該顯示面板上顯示的視頻的電路。與上述實(shí)施例的顯示設(shè)備一樣，顯示面板包括顯示表面、顯示部分和多個(gè)光接收直ο包括在上述實(shí)施例的顯示設(shè)備中的高度檢測部分被設(shè)置在顯示面板或電路部分 中。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種包括下述步驟的位置檢測方法。(1)光發(fā)射步驟，從作為顯示表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光；(2)光接收步驟，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射 之后以預(yù)定的角度進(jìn)入顯示表面的檢測光作為反射檢測光，并且產(chǎn)生光接收信號；(3)掃描步驟，在使發(fā)射區(qū)域在顯示表面內(nèi)沿著一個(gè)方向偏移的同時(shí)，重復(fù)光發(fā)射 步驟；以及(4)高度檢測步驟，在從每當(dāng)執(zhí)行偏移時(shí)在光接收步驟中產(chǎn)生的光接收信號獲得 預(yù)定級別以上的接收光量時(shí)，使用與已經(jīng)獲得接收光量的光接收位置(位置信息)相對 應(yīng)的反射檢測光的入射位置的坐標(biāo)和與該坐標(biāo)相對應(yīng)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)(位置信 息)，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離顯示表面的距離。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以提供能夠測量離光發(fā)射表面的距離(高度)的位置檢 測設(shè)備。此外，可以提供一種具有位置檢測設(shè)備的功能并能夠測量離顯示表面的距離(高 度)的顯示設(shè)備、以及包括該顯示設(shè)備的電子設(shè)備。此外，可以提供能夠測量離光發(fā)射表面的距離(高度)的位置檢測方法。根據(jù)下文對如附圖所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其 它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示設(shè)備的面板的橫截面圖；圖2是示出其中組合光接收裝置和微透鏡的狀態(tài)的放大的橫截面圖；圖3A是示出棱鏡的配置實(shí)例的透視圖，并且圖3B是示出由棱鏡進(jìn)行的 光路改變的狀態(tài)的光導(dǎo)板(light guide plate)的示意橫截面圖；圖4是光接收傳感器電路圖；圖5A和5B是示出其中添加用于調(diào)制紅外(IR)光的液晶層的狀態(tài)的示意透視圖 和示意橫截面圖；圖6是高度檢測的流程圖；圖7A和7B是示出BL驅(qū)動(dòng)和來自BL區(qū)域的IR光路的示意橫截面圖，圖7A示出 沒有IR擊中(hit)的情況，圖7B示出有IR擊中的狀態(tài)；圖8是示意性地示出H計(jì)算方法的視圖，圖8A示出從χ方向正側(cè)的照射，圖8Β示 出從X方向負(fù)側(cè)的照射；圖9是關(guān)于變形例1的光接收裝置的布置的透視圖；圖10是關(guān)于變形例1的透鏡布置的示意橫截面圖11是關(guān)于變形例1的非對稱透鏡的解釋圖；圖12是關(guān)于變形例2的檢測光輸出部分的位置的示意橫截面圖；圖13是關(guān)于變形例2的另一檢測光輸出部分的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖；以及圖14是關(guān)于變形例2的另一檢測光輸出部分的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，在以在液晶顯示設(shè)備中實(shí)現(xiàn)反射檢測設(shè)備的功能的情形作為實(shí)例的同時(shí)，參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的反射檢測設(shè)備。本文描述的液晶顯示設(shè)備對應(yīng)于本 發(fā)明的“顯示設(shè)備”的實(shí)例。按照以下順序給出描述。1.實(shí)施例詳細(xì)內(nèi)容被分成(面板結(jié)構(gòu))、(紅外光的路徑)、(關(guān)于結(jié)構(gòu)部件的詳述)、(BL/ 傳感器掃描及其結(jié)構(gòu))和(高度檢測)。2.變形例2-1.變形例1 關(guān)于光接收裝置和透鏡的變形2-2.變形例2 關(guān)于檢測光輸出部分的變形<1.實(shí)施例 >(面板結(jié)構(gòu))圖1是液晶顯示設(shè)備的面板的橫截面結(jié)構(gòu)圖。該橫截面結(jié)構(gòu)是半透射式面板和透 射式面板共有的。而且，在圖1的橫截面圖中，為了更加清楚看見，省略了表示橫截面的斜 線。這同樣適用于稍后描述的其它橫截面圖。圖1所示的液晶顯示設(shè)備10包括顯示表面11，作為用戶觀看的在其上顯示視頻的 觀察表面。顯示表面11是指在構(gòu)成“顯示部分”的兩個(gè)基板(稍后描述)上形成的作為最 上層的保護(hù)層43的表面(上表面)?？商鎿Q的是，在一片材被額外附著到保護(hù)層43的該表 面的情況下，該片材的最上層表面變成顯示表面11。背光源(backlight) 20被設(shè)置在“顯示部分”的顯示表面11的另一側(cè)的最后側(cè)上。背光源20包括光導(dǎo)板21、諸如LED的光源(在下文中，自從使用白色LED以來，被 稱為“白色光源”)22、以及反射箱(reflecti0nb0X)22a。被反射箱22a包圍的白色光源22 被設(shè)置在光導(dǎo)板21的至少一個(gè)側(cè)表面上。反射箱22a是防止LED光在白色光源22的周邊 中泄漏、且為提高光使用效率而設(shè)置的構(gòu)件。盡管沒有具體地圖示，但是背光源20與LED驅(qū)動(dòng)部分連接，從而通過LED驅(qū)動(dòng)部 分控制白色光源22的光發(fā)射。而且，反射片被附著在光導(dǎo)板21的背側(cè)。背光源20是專用 于圖像顯示的照明設(shè)備，其是通過一體地組裝上述部件而獲得的。顯示部分包括作為兩個(gè)玻璃基板的背光源20側(cè)的驅(qū)動(dòng)基板30和顯示表面11側(cè) 的相對基板31。盡管由于復(fù)雜而沒有詳細(xì)地圖示，但是在驅(qū)動(dòng)基板30上形成包含薄膜晶體管 (TFT)的像素中的電極和電路裝置、以及用于像素矩陣驅(qū)動(dòng)的布線。驅(qū)動(dòng)基板30被附著到 相對基板31，從而通過分隔件(spacer)(未示出)形成內(nèi)部空間。此時(shí)，形成有電路裝置、 電極和布線的驅(qū)動(dòng)基板30的表面與相對基板31相對。
在相對基板31上，在這些基板附著之前預(yù)先形成濾色器(CF)層34。在圖1所示的橫截面結(jié)構(gòu)中，在相對基板31內(nèi)示出濾色器層34。在相對基板31 上預(yù)先形成濾色器層34，以便面對通過驅(qū)動(dòng)基板30、相對基板31和分隔件形成的內(nèi)部空 間。將液晶從沒有形成分隔件的部分注入這兩個(gè)基板之間的內(nèi)部空間中。當(dāng)其后封閉 液晶注入部分時(shí)，在驅(qū)動(dòng)基板30、相對基板31和分隔件的內(nèi)部密封液晶，結(jié)果形成液晶層 35。盡管在圖1中由于復(fù)雜而沒有詳細(xì)地圖示，但是，與上述形成的液晶層35相鄰地 設(shè)置每一個(gè)像素的像素電極和全部像素共用的共用電極(未示出)。這兩種電極是用于 將電壓施加到液晶層35的電極。這兩個(gè)電極可以將液晶層35夾在中間(縱向方向驅(qū)動(dòng) 模式)，或者，這兩個(gè)電極可以按兩層的形式被層疊在驅(qū)動(dòng)基板30側(cè)上(橫向方向驅(qū)動(dòng)模 式)。在按兩層的形式層疊這些電極的后一種情況中，盡管將電極絕緣和分開，但是下層側(cè) 的共用電極從在上層側(cè)與液晶層35接觸的像素電極圖案之間對液晶施加電作用。因此，在 橫向方向驅(qū)動(dòng)模式中，電場方向變成橫向方向。另一方面，在這兩個(gè)基板在厚度方向上將液 晶層35夾在中間的前一種情況中，電場方向變成縱向方向(厚度方向)。不管電極按照哪一種驅(qū)動(dòng)模式規(guī)格布置，都有可能使用這兩個(gè)電極對于液晶層35 以像素單位按矩陣的形式驅(qū)動(dòng)電壓。液晶層35是光學(xué)調(diào)制其透射率的功能層。液晶層35 根據(jù)施加的電壓的幅度執(zhí)行灰度顯示(gradation display)。作為另一光學(xué)功能層，第一偏振板41被夾于背光源20和驅(qū)動(dòng)基板30之間。另外， 第二偏振板42被夾于相對基板31和顯示表面之間。在顯示表面11側(cè)的第二偏振板42的表面上形成保護(hù)層43。在本實(shí)施例中，在第一偏振板41和背光源20之間設(shè)置檢測光輸出部分50和白色 光學(xué)膜60。檢測光輸出部分50是發(fā)射用于檢測對象的“檢測光”作為與顯示照明光不同的波 長范圍的光的部件。這里，顯示照明光是主要可見光的波長范圍內(nèi)的白色LED的光。另一 方面，檢測光是諸如紅外(IR)光的不可見光。檢測光可以是可見光，但是，由于在為黑色顯 示驅(qū)動(dòng)液晶層35時(shí)阻擋可見光，所以可能無法同時(shí)執(zhí)行顯示和檢測。因此，檢測光理想地 是不可見光，尤其更理想地是紅外光，因?yàn)樗m合反射檢測。檢測光輸出部分50包括光導(dǎo)板51、諸如紅外LED的光源、以及反射箱53。諸如紅 外LED的光源在下文中將稱為紅外LED 52 (IR)。被反射箱53包圍的紅外LED 52 (IR)被設(shè)置在光導(dǎo)板51的至少一個(gè)側(cè)表面上。反 射箱53是防止LED光在紅外LED 52 (IR)的周邊中泄漏、且為提高檢測光的光使用效率而 設(shè)置的構(gòu)件。盡管沒有具體地示出，但是檢測光輸出部分50與LED驅(qū)動(dòng)部分連接，從而通過LED 驅(qū)動(dòng)部分控制紅外LED 52 (IR)的光發(fā)射。而且，反射片被附著在光導(dǎo)板51的背側(cè)。檢測 光輸出部分50是專用于反射檢測的照明設(shè)備，其是通過一體地組裝上述部件而獲得的。(紅外光的路徑)接下來，將描述上述構(gòu)造的液晶顯示設(shè)備10的背光和紅外光的路徑。在圖像顯示期間，在背光源20內(nèi)點(diǎn)亮白色光源22。結(jié)果，來自白色光源22的光(顯示照明光)從光導(dǎo)板21的一端部進(jìn)入光導(dǎo)板21。光導(dǎo)板21是由透明材料形成的一種反射擴(kuò)散板，并且，隨著來自諸如LED的點(diǎn)光源的光在光導(dǎo)板21內(nèi)被重復(fù)地反射，該光被逐漸地?cái)U(kuò)散以被轉(zhuǎn)換為平面光。更具體地說，一部分光被上表面?zhèn)?顯示表面?zhèn)?的光導(dǎo)板21的表面反射，使得 該光返回到光導(dǎo)板21，而其余的光從光導(dǎo)板21射出。已經(jīng)從光導(dǎo)板21射出的光在通過白色光學(xué)膜60的同時(shí)被轉(zhuǎn)換為擴(kuò)散到一定程度 的光。白色光學(xué)膜60由多層膜構(gòu)成，并且具有光擴(kuò)散功能和將光的光軸變成與顯示表面11 垂直的功能。另一方面，需要背側(cè)的光導(dǎo)板21的表面全反射光，以防止光泄漏。當(dāng)沒有任何東 西被設(shè)置在背側(cè)時(shí)，一部分光可能會試圖從光導(dǎo)板21射出。為了使試圖從光導(dǎo)板21射出 的光返回到光導(dǎo)板21，將反射片(未示出)在背側(cè)附著到光導(dǎo)板21。基于相同的想法，在 白色光源22的周圍設(shè)置反射箱22a。背光源20被構(gòu)造為使得來自白色光源22的光被反射片和反射箱22a沿著前方 有效地發(fā)射為照明光。從背光源20發(fā)射且透過白色光學(xué)膜60的顯示照明光通過檢測光輸出部分50。白 色光學(xué)膜60被構(gòu)造為使得此時(shí)的顯示照明光實(shí)際上不受光軸方向的變化或者光量的衰 減的影響。根據(jù)視頻信號在顯示部分中調(diào)制從白色光學(xué)膜60發(fā)射的顯示照明光，并且從顯 示表面11輸出該顯示照明光作為圖像光L。另一方面，從紅外LED 52 (IR)輸出的紅外光L(IR)通過在光導(dǎo)板51內(nèi)被重復(fù)地 反射而擴(kuò)展，并且使每單位面積的光量均衡。只要來自紅外LED 52 (IR)的發(fā)射角在光導(dǎo)板 51的上下表面處滿足反射條件，紅外光L(IR)就被重復(fù)地反射，并且實(shí)際上在光導(dǎo)板51內(nèi) 俘獲該光。特別地，紅外光L(IR)在下表面處被反射膜全反射，并且防止該光通過反射箱53 等從側(cè)表面泄漏。(關(guān)于結(jié)構(gòu)部件的詳述)盡管稍后將給出關(guān)于結(jié)構(gòu)等的詳述，但是，大量的微(μ )棱鏡54作為“光學(xué)裝置” 被布置在光導(dǎo)板51上。μ -棱鏡54被設(shè)置為使得僅僅可以從位于設(shè)置有μ -棱鏡54的 部分的正上方的部分發(fā)射紅外光L(IR)。因此，根據(jù)棱鏡54的密度、以及布置區(qū)域和 非布置區(qū)域之間的區(qū)別，可以使從顯示表面11看見的紅外光L(IR)的發(fā)射區(qū)域成為任意圖案。如圖1所示，來自μ -棱鏡54的紅外光L (IR)的光路被彎曲，從而該紅外光L (IR) 在經(jīng)過面板之后從顯示表面11輸出。μ -棱鏡54能夠通過光路改變表面的傾角等來精確 地控制相對于檢測光輸出部分50的光發(fā)射表面的角度。當(dāng)從顯示表面11輸出的光被外部反射對象(要檢測的對象)反射時(shí)，該光通過顯 示表面11，以返回到液晶顯示設(shè)備10。例如，要檢測的對象是諸如用戶手指和觸筆(stylus pen)的指示機(jī)構(gòu)。通過被要檢測的對象反射而返回到液晶顯示設(shè)備10的檢測光(在本實(shí) 例中的紅外光L(IR))在下文中將被稱為反射檢測光或反射紅外光Lr(IR)。對于反射檢測光分布測量，例如，在顯示部分內(nèi)的驅(qū)動(dòng)基板30上形成多個(gè)光接收 裝置36。
光接收裝置36可以按規(guī)則的間隔布置，但是，理想地相對于微透鏡成對地布置。圖2是示出光接收裝置36和微透鏡的組合的放大的橫截面圖。在驅(qū)動(dòng)基板30的一個(gè)主表面上，為每一種顏色設(shè)置電路形成層。電路形成層 33 (R)、電路形成層33 (G)和電路形成層33 (B)均對應(yīng)于形成視頻顯示器中的有效像素的子 像素。每一個(gè)電路形成區(qū)域是用于TFT、聚光器電極(condenser electrode)、布線等的布 置區(qū)域。另一方面，在相對基板31上形成層間膜38，并且，在液晶層35側(cè)的層間膜38上形 成包括R濾波器34 (R)、G濾波器34 (G)和B濾波器34⑶的濾色器。
對應(yīng)于R、G和B的三個(gè)電路形成區(qū)域、或者包括這三個(gè)濾波器的區(qū)域在下文中將 被稱為“子像素三重組(sub-pixel trio)”。在一個(gè)子像素三重組和另一個(gè)子像素三重組 之間的驅(qū)動(dòng)基板30的一部分是光接收裝置布置區(qū)域。例如，可以為多個(gè)子像素三重組中的 每一個(gè)設(shè)置光接收裝置布置區(qū)域，只要這些區(qū)域總體地規(guī)則地設(shè)置即可。這里，作為理想的布置，光接收裝置36_1和36_2成對地布置。在下文中，光接收 裝置36_1和36_2將被簡稱為光接收裝置36，除非尤其需要對二者進(jìn)行區(qū)分以外。例如，如其它的晶體管的情況一樣，光接收裝置36均是由TFT層構(gòu)成的光電二極 管。TFT層可以是非晶硅或者多晶硅。在光接收裝置36均是光電二極管時(shí)，可以使用具有 I (固有的)區(qū)域的PIN結(jié)構(gòu)、或者在陽極和陰極的兩個(gè)高濃度雜質(zhì)區(qū)域之間具有D(摻雜 的)區(qū)域的PDN區(qū)域。光電二極管可以包括用于控制耗盡程度的控制柵極(control gate)。在由光接收裝置36_1和36_2構(gòu)成的光接收裝置對的上方形成微透鏡39。因此， 在微透鏡39的光收集區(qū)域內(nèi)布置光接收裝置對。微透鏡39被布置在子像素三重組之間的 區(qū)域中，并且被嵌入在沉積于驅(qū)動(dòng)基板30的電路形成表面上的平坦化膜37中。盡管圖2中的橫向(χ)方向上的光接收裝置對(36_1和36_2)的間距(pitch)是 任意的，但是該間距的實(shí)例是大約0. 8mm。圖3A是示出μ -棱鏡54的配置實(shí)例的透視圖。圖3Β是示出由μ -棱鏡54進(jìn)行 的光路改變的狀態(tài)的光導(dǎo)板51的示意橫截面圖。圖3中所示的本實(shí)施例的μ-棱鏡54是具有三角形橫截面并與光導(dǎo)板51—體 地形成的光學(xué)裝置。例如，可以通過在光導(dǎo)板51的背表面上形成V形槽來實(shí)現(xiàn)本實(shí)例的 μ-棱鏡54。應(yīng)該注意，具有與棱鏡54相同的功能的光學(xué)部件可以通過在不同于光導(dǎo) 板51的片材等上形成μ -棱鏡54并將該片材附著到光導(dǎo)板51的方法來形成。μ -棱鏡54被布置為形成沿著與設(shè)置有紅外LED 52 (IR)的光導(dǎo)板51的側(cè)表面平 行的y方向延長的條紋(stripe)。而且，沿著y方向在光導(dǎo)板51的兩個(gè)側(cè)表面之間貫穿地 形成μ-棱鏡54。μ-棱鏡54的寬度(X方向上的尺寸)是例如大約10 μ m，并且多個(gè)μ-棱鏡54在 X方向上被布置為以預(yù)定的間距沿著y方向延長的平行條紋，所述預(yù)定的間距是大約幾十 μπι至幾百μπι?？商鎿Q的是，為了獲得充分的光學(xué)強(qiáng)度，有可能以相對較窄的間距局部地 布置幾個(gè)至幾十個(gè)μ -棱鏡54并且以相對較大的間距按規(guī)則的間隔在χ方向上布置μ -棱 鏡54的束。如圖3Β所示，每一個(gè)μ-棱鏡54包括在y方向上更靠近光導(dǎo)板51的兩個(gè)側(cè)表面 中的一個(gè)側(cè)表面的第一反射表面55a和更靠近另一側(cè)表面的第二反射表面55b，作為光導(dǎo)板51的內(nèi)側(cè)的斜面。第一反射表面55a和第二反射表面55b相對于光導(dǎo)板51的背表面 (反射片側(cè)的全反射表面；在下文中，稱為相對輸出表面)均具有傾角9。通過μ-棱鏡54 的形成方法調(diào)整傾角。以45度的傾角φ，在反射表面上反射的光最有效地從光導(dǎo)板51的輸 出表面(上表面)輸出作為檢測光。在如圖3Β所示傾角是φ時(shí)，檢測光(紅外光L(IR))相對于輸出表面的垂直線以負(fù) 角(-Θ)輸出作為傾斜光。還可以用來自在y方向上的光導(dǎo)板51的另一側(cè)表面(在圖3中未示出的左手側(cè) 表面)上設(shè)置的紅外LED 52 (IR)的光獲得上述操作。在這種情況下，由于圖3B所示的第 二反射表面55b是實(shí)際的反射表面，所以檢測光以正角(+θ )輸出作為傾斜光。
這同樣適用于所有的μ-棱鏡54。因此，雙向平行光束從光導(dǎo)板51的輸出表面的 區(qū)域51Β輸出作為檢測光。而且，由于即使在檢測光從圖1所示的顯示表面11射出時(shí)實(shí)際 上也保持可調(diào)的角度(+ θ，- θ )，所以該角度稱為檢測光發(fā)射角。具有特殊化的雙向平行光束分量(集中的光通量方向(aggregated light flux directions))的檢測光從圖1所示的顯示表面向外部發(fā)射，并且被要檢測的外部對象擴(kuò)散 和反射，從而返回到液晶面板。通過反射返回的光稱為“反射檢測光”。這里，在檢測光的寬度稍微小并且暴露于該光下的要檢測的對象的光照射表面由 此小的情況中，可以估計(jì)到該光在要檢測的對象的一點(diǎn)處擴(kuò)散和反射。這是因?yàn)橹T如手指 和觸筆尖的要檢測的對象通常充分地大于具有幾十至幾百μ m的寬度的光。盡管稍后將會給出詳述，但是，當(dāng)反射檢測光進(jìn)入液晶面板內(nèi)并傾斜地進(jìn)入圖2 所示的微透鏡39時(shí)，來自χ方向的一側(cè)的光在光接收裝置對(36_1和36_2)中的一個(gè)處被 有效地收集。而且，來自χ方向的另一側(cè)的光在光接收裝置對(36_1和36_2)中的另一個(gè) 處被有效地收集。這里，檢測光發(fā)射角(+ θ，- θ )采取已知的值，并且，基于該值確定反射檢測光相 對于顯示表面11的入射角，進(jìn)而確定反射檢測光相對于微透鏡39的入射角。確定微透鏡 39的折射率、其透鏡表面的曲率、光接收裝置對(36_1和36_2)的布置等，以便使得具有上 述的兩個(gè)入射角的光能夠被有效地接收。因此，光接收裝置的光接收角采取基于下述內(nèi)容 確定的已知值檢測光發(fā)射角(+ θ，- θ )、微透鏡39的位置、以及光接收裝置處于光接收裝 置對的兩側(cè)中的哪一側(cè)。這里，選擇性光接收包括具有其中預(yù)定入射角的光接收靈敏度高 于其它入射角的光接收靈敏度的靈敏度分布。(BL/傳感器掃描及其結(jié)構(gòu))在稍后描述的三角形測量方法中，指定光發(fā)射位置和光接收位置之間的對應(yīng)關(guān)系 是重要的。這里，當(dāng)要檢測的對象是例如大約Imm—樣小時(shí)，還限制接收反射檢測光的光接 收裝置對(36_1和36_2)的數(shù)目。因此，通過從反射檢測光的光接收位置執(zhí)行逆計(jì)算，可以 指定檢測光的光發(fā)射位置。然而，由于要檢測的對象并不總是具有平行于顯示表面11的板 狀形狀，所以在要檢測的對象是相對較大并且其形狀是例如球形時(shí)，反射檢測光分布擴(kuò)展， 并且光接收區(qū)域的輪廓變得模糊。而且，在檢測光從顯示表面11射出時(shí)的檢測光發(fā)射角 (+ θ，- θ )和在檢測反射光進(jìn)入顯示表面11時(shí)的入射角不同，從而導(dǎo)致稍后描述的三角形 測量方法中的誤差，這是不利的。
就這一方面而言，在本實(shí)施例中，發(fā)射檢測光的區(qū)域(在下文中，稱為發(fā)射區(qū)域) 被限制為條紋形的區(qū)域(一個(gè)或多個(gè)線區(qū)域)。如稍后所述，為了減小三角形測量的操作負(fù) 荷，理想的是，將發(fā)射區(qū)域的范圍限制為使得發(fā)射角和入射角等價(jià)到如下程度根據(jù)高度檢 測的分辨率，相對于顯示表面11的發(fā)射角和入射角之間的差可以被認(rèn)為是三角形測量方 法中的可允許的誤差。應(yīng)該注意，在發(fā)射角和入射角不能被認(rèn)為是等價(jià)的情況中，盡管操作 負(fù)荷增加，但是高度檢測仍是可能的。稍后詳細(xì)地描述高度檢測方法。 同時(shí)，在發(fā)射區(qū)域被限制為條紋形的區(qū)域時(shí)，有可能的是，檢測光將不會擊中對 象。因此，使檢測光的條紋形的發(fā)射區(qū)域(在下文中，稱為亮線BL)例如在條紋寬度方向上 偏移預(yù)定距離或者多個(gè)像素的間距。此時(shí)，還使反射檢測光的光接收位置偏移。在稍后描 述的圖5中示出亮線BL。為了獲得反射檢測光的入射位置的坐標(biāo)，對于亮線BL的每一個(gè)位置(偏移)，執(zhí)行 用于向外部輸出光接收裝置的光接收結(jié)果的掃描操作。掃描操作需要包括光接收裝置和選 擇裝置的傳感器電路。掃描是在存在大量的光接收裝置時(shí)以時(shí)間序列提取來自輸出線的輸 出的有效手段，由于對布置的約束而在數(shù)目上限制輸出線。圖4提供包括光接收裝置36 (光電二極管PD)的光接收傳感器電路的實(shí)例。圖4所示的光接收傳感器電路36C包括三個(gè)晶體管(在這種情況中，N溝道TFT) 和一個(gè)光電二極管PD (對應(yīng)于光接收裝置36)。三個(gè)晶體管是復(fù)位晶體管TS、放大器晶體管TA和讀出晶體管TR。光電二極管PD是“對不可見光具有靈敏度的光接收裝置36 (參見圖1和2) ”的實(shí) 例。光電二極管PD的陽極與存儲節(jié)點(diǎn)SN連接，而其陰極與電源電壓VDD的供給線(在下 文中，稱為VDD線)36L1連接。光電二極管PD具有PIN結(jié)構(gòu)或PDN結(jié)構(gòu)，并且包括通過絕 緣膜施加電場到I區(qū)域或D區(qū)域的控制柵極CG。光電二極管PD被逆偏置以被使用，并且具 有能夠通過由控制柵極CG控制耗盡程度來最佳化(通常，最大化)靈敏度的結(jié)構(gòu)。關(guān)于復(fù)位晶體管TS，漏極與存儲節(jié)點(diǎn)SN連接，源極與參考電壓VSS的供給線(在 下文中，稱為VSS線)36L2連接，并且，柵極與復(fù)位信號(RESET)的供給線(在下文中，稱為 復(fù)位線)36L3連接。復(fù)位晶體管TS將存儲節(jié)點(diǎn)SN從浮置狀態(tài)(floating state)切換到 VSS-線-36L2-連接狀態(tài)以使存儲節(jié)點(diǎn)SN放電(discharge)，并且使存儲的電荷量復(fù)位。關(guān)于放大器晶體管TA，漏極與VDD線36L1連接，源極通過讀出晶體管TR與檢測電 位Vdet (或檢測電流Idet)的輸出線(在下文中，稱為檢測線)36L4連接，并且柵極與存儲 節(jié)點(diǎn)SN連接。關(guān)于讀出晶體管TR，漏極與放大器晶體管TA的源極連接，源極與檢測線36L4連 接，并且柵極與讀取控制信號(READ)的供給線(在下文中，稱為讀取控制線)連接。放大器晶體管TA操作用來在由光電二極管PD產(chǎn)生的正電荷存儲在復(fù)位之后又切 換到浮置狀態(tài)的存儲節(jié)點(diǎn)SN中時(shí)放大存儲的電荷量(對應(yīng)于光接收電位)。讀出晶體管 TR是用于控制定時(shí)以將由放大器晶體管TA放大的光接收電位放電到檢測線36L4的晶體 管。由于激勵(lì)讀取控制信號(READ)并且在經(jīng)過一定存儲時(shí)間之后接通讀出晶體管TR，所以 將電壓施加到放大器晶體管TA的源極和漏極，以使對應(yīng)于此時(shí)的柵極電位的電流從其中 流過。因此，增加的振幅的電位變化與光接收電位相應(yīng)地出現(xiàn)在檢測線36L4中，并且，該電 位變化作為檢測電位Vdet從檢測線36L4輸出到光接收傳感器電路36C的外部?？商鎿Q的是，其值基于光接收電壓而變化的檢測電流Idet從檢測線36L4輸出到光接收傳感器電路36C的外部。通過對復(fù)位線36L3和讀取控制線36L5的控制來執(zhí)行掃描操作。假設(shè)例如在圖1 至3所示的坐標(biāo)系統(tǒng)中沿著χ方向布置的多個(gè)光接收電路36C(光接收傳感器行)中共用 地設(shè)置其布線。在這種情況下，每當(dāng)執(zhí)行光接收傳感器行的讀取時(shí)，在沿著y方向延長的多個(gè)檢 測線36L4中產(chǎn)生傳感器讀出信號(光接收信號)。每當(dāng)在改變讀取行的同時(shí)重復(fù)復(fù)位線 36L3和讀取控制線36L5的控制時(shí)，將光接收信號按照時(shí)間序列從多個(gè)檢測線36L4輸出到 顯示面板的外部。接下來，將描述用于將檢測光發(fā)射區(qū)域限制為條紋形的亮線BL的機(jī)構(gòu)。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，液晶層35對應(yīng)于用于視頻顯示的光學(xué)調(diào)制層。只要液晶層 35能夠控制不可見光的傳輸和阻擋，就還可以在不顯示視頻時(shí)執(zhí)行對象檢測的情況中采用 圖1所示的結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)在視頻顯示期間為輸入諸如命令的信息而執(zhí)行對象檢測時(shí)，檢測光必須 是諸如IR光的不可見光，并且，除了液晶層35以外，還必須設(shè)置IR光學(xué)調(diào)制機(jī)構(gòu)(例如， 液晶層)。圖5是示出其中除了用于調(diào)制可見光的液晶層35以外還設(shè)置用于調(diào)制不可見光 (IR光)的液晶層35S的情況的結(jié)構(gòu)圖。圖5A是示意透視圖，并且圖5B是示意橫截面圖。盡管如圖1 一樣設(shè)置背光源20、白色光學(xué)膜60和保護(hù)層43，但是，圖5是省略了 背光源20、白色光學(xué)膜60和保護(hù)層43的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5所示的液晶顯示設(shè)備不同于圖1所示的液晶顯示設(shè)備10，因?yàn)樵跈z測光輸出 部分50和驅(qū)動(dòng)基板30之間添加了 BL掃描液晶部分LCS。與圖1相同的結(jié)構(gòu)，即，驅(qū)動(dòng)基板30、相對基板31、液晶層35、第一偏振板41和第 二偏振板42將在下文中被稱為顯示液晶部分LC。應(yīng)該注意，在圖5中，示出光導(dǎo)板51的反射構(gòu)件51R。BL掃描液晶部分LCS包括分別對應(yīng)于顯示液晶部分LC的驅(qū)動(dòng)基板30和相對基板 31的BL驅(qū)動(dòng)基板30S和BL相對基板31S、以及夾于在這兩個(gè)基板之間的BL液晶層35S。 而且，BL掃描液晶部分LCS包括分別對應(yīng)于顯示液晶部分LC的第一偏振板41和第二偏振 板42的第一偏振板41S和第二偏振板42S。盡管顯示液晶部分LC和BL掃描液晶部分LCS具有相似的結(jié)構(gòu)，但是顯示液晶部 分LC調(diào)制可見光，而BL掃描液晶部分LCS調(diào)制不可見光(IR光)。因此，顯示液晶部分LC 和BL掃描液晶部分LCS被構(gòu)造為使得部件材料和光學(xué)特性不同。特別地，顯示液晶部分 LC使IR光恒定地透過其整個(gè)表面，而BL掃描液晶部分LCS使可見光恒定地透過其整個(gè)表面。(高度檢測)接下來，將描述高度檢測過程。圖6是示出該過程的流程圖。根據(jù)稍后描述的存儲在諸如電子設(shè)備的微計(jì)算機(jī)和 CPU的預(yù)定控制器中的程序、或者適宜時(shí)輸入的程序，執(zhí)行該流程圖的算法。在開始高度檢測算法時(shí)，在步驟STl中，1屏幕(1幀周期)的BL地址N被設(shè)置為例如“1”。在下一個(gè)步驟ST2中，執(zhí)行對亮線BL的初始控制。具體地說，操作在BL掃描液晶部分LCS的BL驅(qū)動(dòng)基板30S中設(shè)置的BL驅(qū)動(dòng)部分或者其部分功能已經(jīng)被委托給顯示面板 以外的驅(qū)動(dòng)電路的BL驅(qū)動(dòng)部分。因此，形成在N= 1的情況中的亮線BL。具體地說，如圖 5A所示，在BL液晶層35S上形成沿著y方向延長的作為條紋形的IR光透射區(qū)域的亮線BL， 由此，紅外光L(IR)的發(fā)射區(qū)域的范圍被縮小到線范圍。在下文中，圖1所示的顯示表面11 上的紅外光L(IR)的發(fā)射區(qū)域?qū)⒈环Q為“BL區(qū)域”。圖7是示出BL驅(qū)動(dòng)和來自BL區(qū)域的紅外光L(IR)的光路變化的設(shè)備的示意橫截 面圖。如圖7A所示，在紅外光L(IR)沒有被照射到要檢測的對象上時(shí)，不會產(chǎn)生作為“反 射檢測光”的反射紅外光Lr(IR)。如圖7B所示，在紅外光L(IR)被照射到要檢測的對象上時(shí)產(chǎn)生反射紅外光 Lr (IR)，并且反射紅外光Lr (IR)返回到液晶顯示設(shè)備。反射紅外光Lr (IR)幾乎無損耗地 通過顯示液晶部分LC的液晶層35和相對基板31，并且達(dá)到與設(shè)置在驅(qū)動(dòng)基板30上的光接 收裝置36 (光接收傳感器電路36C)的對準(zhǔn)。再次參照圖6，在下一個(gè)步驟ST3中，光接收裝置36 (光接收傳感器電路36C)的驅(qū) 動(dòng)電路(未示出)與光接收裝置36對準(zhǔn)地執(zhí)行1-屏幕掃描操作(光學(xué)傳感器掃描)。驅(qū) 動(dòng)電路通常被形成在液晶顯示設(shè)備10(驅(qū)動(dòng)基板30)的內(nèi)部，但是它可以被部分地形成在 液晶顯示設(shè)備10的外部。在步驟ST4中，判斷是否存在傳感器輸出?？梢栽谝壕э@示設(shè)備10的內(nèi)部或外部 進(jìn)行這種判斷。通常，合并有液晶顯示設(shè)備10的電子設(shè)備的控制器執(zhí)行這種判斷。更具體地說，通過步驟ST3的光學(xué)傳感器掃描獲得的光接收信號的1-屏幕分布用 于判斷是否存在有效的傳感器輸出。例如，基于光接收信號電平是否為某一閾值以上，判斷 傳感器輸出是否有效。此外，為了與噪聲區(qū)分開，基于具有某一閾值以上的光接收信號電平 的傳感器輸出的數(shù)目是否為某一比率以上、或者傳感器輸出是否存在于有限的范圍內(nèi)，可 以判斷是否存在傳感器輸出。如果判斷為“沒有傳感器輸出(NO) ”，則該處理流程跳過步驟ST5，并且，在判斷為 “存在傳感器輸出(YES)，，時(shí)，在步驟ST5中輸出判斷為“存在傳感器輸出”的光學(xué)傳感器的 坐標(biāo)(在下文中，稱為傳感器坐標(biāo))。例如，傳感器坐標(biāo)被輸出到外部控制器的處理IC，以 便用于高度(H)計(jì)算。在步驟ST6中，增加BL地址N (N = N+1)，并且，在步驟ST7中判斷BL地址N是否 達(dá)到了 BL分區(qū)數(shù)目M。當(dāng)在步驟ST7的判斷中判斷為NO時(shí)，該處理流程返回到步驟ST2，以重復(fù)步驟ST2 至 ST7。當(dāng)在步驟ST7的判斷中判斷為YES時(shí)，在步驟ST8中通過外部處理IC等執(zhí)行高度 (H)計(jì)算處理。圖8A是示意性地示出H計(jì)算方法(三角形測量方法)的解釋圖。圖8A示出來自 X方向正側(cè)的光源的IR光(在下文中，稱為紅外光L(IR)A)的光接收，并且，圖8B示出來自 χ方向負(fù)側(cè)的光源的IR光(在下文中，稱為紅外光L(IR)B)的光接收。
在圖8中，與亮線BL相關(guān)聯(lián)(參見圖5)，沿著y方向延長的顯示表面11上的條紋 形的區(qū)域被定義為紅外光L(IR)的“發(fā)射區(qū)域IRout”。而且，從要檢測的對象反射的紅外 光Lr (IR)進(jìn)入的顯示表面11的區(qū)域被定義為“入射區(qū)域IRin”。此外，紅外光L(IR)與顯 示表面11相交的發(fā)射角被定義為“ θ 1”，反射紅外光Lr (IR)與顯示表面11相交的入射角 被定義為“ θ 2”。圖8示出紅外光L(IR)和反射紅外光Lr(IR)的范圍及其代表線(例如，中心線) (粗線)。IR光的代表線(粗線)與顯示表面11相交的點(diǎn)分別被定義為IR光發(fā)射位置和 IR光入射位置?；诖藭r(shí)的亮線BL的χ坐標(biāo)、已知的發(fā)射角(+Θ或-θ )、以及亮線BL和顯示表 面11之間的距離，預(yù)先唯一地確定發(fā)射位置的χ坐標(biāo)(al)。另一方面，入射位置的χ坐標(biāo)(a2)在很大程度上隨著顯示表面11和要檢測的對 象之間的距離(高度H)而不同。通過下述方式獲得入射位置的χ坐標(biāo)(a2)將基于通過多個(gè)光接收裝置36的 1-屏幕掃描獲得的分布而判斷的光接收位置的中心處的Χ坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為顯示表面11上的入 射位置的X坐標(biāo)。用于在圖6所示的步驟ST8中執(zhí)行H計(jì)算的機(jī)構(gòu)(高度檢測部分；例如，處理IC 和控制器)首先將在步驟ST5中獲得的傳感器坐標(biāo)(光接收位置的中心處的χ坐標(biāo))轉(zhuǎn)換 為顯示表面11上的入射位置的χ坐標(biāo)(a2)，并且獲得其實(shí)際的測量值。高度檢測部分預(yù)先 輸入通過步驟ST3的處理輸出的亮線BL的χ坐標(biāo)(寬度的中心處的χ坐標(biāo))，并且還預(yù)先 計(jì)算和存儲發(fā)射位置的χ坐標(biāo)(al)。在本實(shí)施例中，可以采用第一計(jì)算方法或者第二計(jì)算方法，在第一計(jì)算方法中，基 于從圖8A或8B獲得的信息計(jì)算高度H，在第二計(jì)算方法中，與圖8A和8B —樣，基于通過在 不同方向上的掃描獲得的信息計(jì)算高度H。(第一計(jì)算方法)作為第一計(jì)算方法的前提，必須將發(fā)射區(qū)域IRout的范圍限制為使得發(fā)射角θ 1 和入射角θ 2中的每一個(gè)等價(jià)(被認(rèn)為是單一值)到如下程度根據(jù)高度檢測的分辨率，相 對于顯示表面11的發(fā)射角之差(變差)和入射角之差(變差)可以被認(rèn)為是三角形測量 方法中的可允許的誤差。換句話說，下述情況對應(yīng)于這種情況其中，圖8Α或8Β所示的發(fā) 射區(qū)域IRout的寬度充分地小(要檢測的對象的尺寸相對于寬度充分地大)，并且發(fā)射光被 要檢測的對象的表面擴(kuò)散和反射。即使在要檢測的對象平行于顯示表面11時(shí)，或者，即使 在要檢測的對象從平行狀態(tài)傾斜時(shí)，發(fā)射角θ 1和入射角θ 2也不會改變。因此，使發(fā)射角 θ 1和入射角θ 2中的每一個(gè)等價(jià)到這種程度根據(jù)高度檢測的分辨率，二者之差可以被認(rèn) 為是三角形測量方法中的可允許的誤差。對于圖8Α或8Β所示的平行光束之一，關(guān)于高度H的如下方程(1)成立。方程1H = al-a2 * tan θ 1 * tan θ 2/ (tan θ 1+tan θ 2) · · · (1)在這種情況下，發(fā)射位置的χ坐標(biāo)(al)、入射位置的χ坐標(biāo)(a2)、發(fā)射角θ 1和入 射角Θ2都是已知的值。因此，通過簡單地求解上述方程(1) 一次，可以獲得高度H。在這 種情況下，盡管稍微降低了測量精確度，但是即使用90度的入射角θ 2也可以獲得高度H。
(第二計(jì)算方法)在發(fā)射角θ 1或入射角θ 2不能被認(rèn)為是等價(jià)的情況中，例如，將通過在圖8Α所 示的方向上的掃描獲得的發(fā)射位置的χ坐標(biāo)(al)和入射位置的χ坐標(biāo)(a2)、以及發(fā)射角 θ 1(已知的值)代入上述方程(1)，其中，在該方程中，入射角Θ2和高度H作為未知的參數(shù)。接下來，將通過在圖8Β所示的方向上的掃描獲得的發(fā)射位置的χ坐標(biāo)(al)和入 射位置的X坐標(biāo)(a2)、以及發(fā)射角Θ ι (已知的值)代入上述方程(1)，在該方程中，入射角 θ 2和高度H作為未知的參數(shù)。通過求解上述的兩個(gè)模擬方程并消除入射角θ 2，可以獲得高度H?；跈z測線36L4是對應(yīng)于光接收裝置36_1的檢測線和對應(yīng)于光接收裝置36_2 的檢測線中的哪一條檢測線，可以判斷從檢測線36L4 (圖4)輸出的光接收信號是通過圖8Α 的掃描獲得的信號和通過圖8Β的掃描獲得的信號中的哪一個(gè)信號。應(yīng)該注意，只要在假設(shè)的一定高度范圍(可檢測的范圍)內(nèi)圖8Α的情況中的光接 收位置和圖8Β的情況中的光接收位置在任何高度測量中彼此不重疊，就可以任意地設(shè)置χ 方向上的亮線BL的寬度。換句話說，如果χ方向上的亮線BL的寬度太大，則這兩個(gè)光接收 位置彼此重疊，從而難以精確地判斷光接收位置。然而，即使光接收位置彼此重疊，也仍可 以基于具有高光接收信號電平的重疊區(qū)域和在其兩側(cè)具有低光接收信號電平的區(qū)域來估 計(jì)這兩個(gè)光接收位置。另一方面，如果χ方向上的亮線BL的寬度太小，則對于每一個(gè)BL步移，需要長時(shí) 間去執(zhí)行BL掃描和傳感器掃描。因此，基于兩種觀點(diǎn)來確定χ方向上的亮線BL的合適的寬度。僅有必要的是，根據(jù)在χ方向的亮線BL的確定寬度上發(fā)射角θ 1和入射角Θ2是 否可以被認(rèn)為等價(jià)來確定要采用第一計(jì)算方法和第二計(jì)算方法中的哪一種計(jì)算方法。而且，在設(shè)置圖2所示的微透鏡39時(shí)，即使在光束重疊時(shí)，賦予給光接收裝置36_1 和36_2的對光束的靈敏度隨著入射方向而不同，從而可以更加精確地判斷光接收位置。此 夕卜，通過透鏡的光收集性能來提高檢測靈敏度，結(jié)果，可以在沒有增加光源的輸出的情況下 獲得窄的亮線BL。換句話說，不僅在執(zhí)行第二計(jì)算方法的情況中，而且在執(zhí)行第一計(jì)算方法 的情況中，設(shè)置微透鏡39和光接收裝置對都是理想的，因?yàn)檫@在光束重疊的情況中也是有 效的。此外，通過使用圖8Α的情況中的下述方程(2-1)和圖8Β的情況中的下述方程 (2-2)，可以計(jì)算在χ方向上從原點(diǎn)到要檢測的對象的距離L。方程2L = H/tan θ 1+al. · . (2-1)L = H/tan θ 2+a2. . . (2-2)(2.變形例 1)圖9示出微透鏡和光接收裝置的變形例。如圖9所示，微透鏡39可以由具有y軸作為縱軸的柱面透鏡構(gòu)成。在這種情況中， 在柱面透鏡的底表面的中心軸(縱軸)的兩側(cè)交替地布置光接收裝置36_1和36_2。每一 個(gè)光接收裝置的光接收表面被形成為具有沿著縱軸的條紋形狀。
采用這種結(jié)構(gòu)，可以有效地使用在y方向上具有與像素相同的尺寸的傳感器布置區(qū)域，以增強(qiáng)靈敏度。圖10示出微透鏡布置的變形例。如圖10所示，微透鏡39可以被形成在與濾色器層34相同的表面上，并且被嵌入 在層間膜38中。代替圖8所示的微透鏡39，例如，一對非對稱透鏡(39R，39L)可以按如圖11所示 的片狀的方式設(shè)置。具有χ方向正側(cè)的入射表面的三角形測量透鏡39R將反射紅外光Lr (IR) A有效地 弓丨導(dǎo)到光接收裝置36_1，但是沒有將反射紅外光Lr (IR) B弓I導(dǎo)到光接收裝置。相反，具有χ 方向負(fù)側(cè)的入射表面的三角形測量透鏡39L將反射紅外光Lr (IR)B有效地引導(dǎo)到光接收裝 置36_2，但是沒有將反射紅外光Lr(IR)A引導(dǎo)到光接收裝置。通過上述的光學(xué)裝置，可以實(shí)現(xiàn)與微透鏡39相同的功能。(3.變形例 2)圖12至14示出檢測光輸出部分的變形。在易于形成與上述實(shí)施例一樣的V形槽和高處理精確度方面，改變紅外光L(IR) 的光路以朝顯示表面11延伸的光學(xué)裝置是理想的。然而，例如，如果可以實(shí)現(xiàn)不會變成反射檢測光的障礙或者不會與反射檢測光發(fā) 生干涉的特殊光學(xué)裝置，則可以在顯示表面11側(cè)設(shè)置比如圖12和13所示的液晶模塊 (LC+LCS)更多的光學(xué)裝置。該結(jié)構(gòu)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)由于執(zhí)行三角形測量方法的顯示表面 11和光接收表面變得更近，所以距離轉(zhuǎn)換誤差變得更小。具體地說，圖12示出其中檢測光輸出部分50被設(shè)置在液晶模塊和保護(hù)層43之間 的情況。在圖13中，設(shè)置具有作為檢測光輸出部分50的功能和作為保護(hù)層43的功能的檢 測光輸出部分50C。在這種情況下，檢測光輸出部分50C的表面變成顯示表面11。應(yīng)該注意，如圖14所示，可以層疊具有χ方向正側(cè)的IR光源的檢測光輸出部分 50Α和具有χ方向負(fù)側(cè)的IR光源的檢測光輸出部分50Β。該變形可以與圖12的變形一起應(yīng)用。在本實(shí)施例中，可以應(yīng)用各種其它的變形。發(fā)射區(qū)域(BL掃描液晶部分LCS的光透射區(qū)域)的形狀并不局限于條紋形，并且 可以是例如“斷線平行條紋”或者“斷線鋸齒形”。另外，任何形狀和布置可以用于發(fā)射區(qū)域， 只要它們屬于規(guī)則的圖案即可。在以其中向液晶顯示設(shè)備提供根據(jù)本發(fā)明的反射檢測設(shè)備的功能的情況作為實(shí) 例的同時(shí)，已經(jīng)描述了上述的實(shí)施例和變形例。然而，諸如有機(jī)EL顯示設(shè)備的其它顯示設(shè) 備可以用于顯示設(shè)備。而且，作為合并有應(yīng)用本發(fā)明的顯示設(shè)備的電子設(shè)備，可以使用任何電子設(shè)備，例 如PC、電視設(shè)備、包括蜂窩電話和PDA的便攜式裝備、用于拍攝運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像的照相 機(jī)設(shè)備和包括汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的車載裝備。采用上述的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)能夠容易且精確地測量要檢測的對象和光發(fā)射表面 (顯示表面)之間的距離的顯示設(shè)備和反射檢測設(shè)備。
此外，在裝備有反射檢測設(shè)備或顯示設(shè)備的電子設(shè)備中，可以容易地將高度檢測 應(yīng)用到各種應(yīng)用。因此，期望在PC、蜂窩電話、游戲等中產(chǎn)生全新的應(yīng)用。本申請包括與在2009年2月27日遞交到日本專利局的日本在先專利申請JP 2009-045514中公開的主題相關(guān)主題，該專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以進(jìn)行 各種變形、組 合、子組合和替換，只要它們在本發(fā)明的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
一種反射檢測設(shè)備，包括光發(fā)射表面；檢測光輸出部分，從作為光發(fā)射表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光；多個(gè)光接收裝置，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后以預(yù)定的角度進(jìn)入光發(fā)射表面的檢測光作為反射檢測光；以及高度檢測部分，使用接收了反射檢測光的光接收裝置的位置信息和發(fā)射區(qū)域的位置信息，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離光發(fā)射表面的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射檢測設(shè)備，其中，檢測光輸出部分能夠使發(fā)射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移，該發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢 測光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射檢測設(shè)備，其中，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐 標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、檢測光相對于光發(fā)射表面的發(fā)射角θ 1和反射檢 測光相對于光發(fā)射表面的入射角θ 2，高度檢測部分通過求解下述方程(1)來獲得與高度 相對應(yīng)的值H。<formula>formula see original document page 2</formula>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射檢測設(shè)備，其中，檢測光輸出部分能夠從發(fā)射區(qū)域輸出兩條平行光束作為檢測光并使發(fā)射區(qū)域沿 著與光發(fā)射表面內(nèi)的兩個(gè)相對方向平行的方向偏移，這兩條平行光束在這兩個(gè)相對方向上 具有傾角分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反射檢測設(shè)備，其中，對于這兩條平行光束中的每一條，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在 偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、以及檢測光相對于光發(fā)射表面的發(fā)射角θ 1，高度 檢測部分通過求解對于這兩條平行光束中的每一條成立的下述方程(1)來獲得與高度相 對應(yīng)的值H:<formula>formula see original document page 2</formula>在該方程中，反射檢測光相對于光發(fā)射表面的入射角θ 2和與高度相對應(yīng)的值H是未 知的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射檢測設(shè)備，還包括 多個(gè)光接收透鏡，其中，所述多個(gè)光接收裝置相對于所述多個(gè)光接收透鏡中的每一個(gè)成對地設(shè)置，并且 其中，成對的兩個(gè)光接收裝置被設(shè)置為在所述多個(gè)光接收透鏡中相應(yīng)的一個(gè)光接收透 鏡的光收集范圍內(nèi)在偏移方向上彼此分開。
7.一種顯示設(shè)備，包括 顯示表面；顯示部分，具有用于將根據(jù)輸入的視頻信號調(diào)制的可見光從顯示表面輸出到外部對象 的圖像顯示功能和從作為顯示表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光的功能；多個(gè)光接收裝置，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后 以預(yù)定的角度進(jìn)入顯示表面的檢測光作為反射檢測光；以及高度檢測部分，使用接收了反射檢測光的光接收裝置的位置信息和發(fā)射區(qū)域的位置信 息，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離顯示表面的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顯示設(shè)備，其中，顯示部分能夠使發(fā)射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移，該發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光， 其中，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐 標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1和反射檢測 光相對于顯示表面的入射角θ 2，高度檢測部分通過求解下述方程(1)來獲得與高度相對 應(yīng)的值H:<formula>formula see original document page 3</formula>
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顯示設(shè)備，其中，顯示部分能夠從發(fā)射區(qū)域輸出兩條平行光束作為檢測光并使發(fā)射區(qū)域沿著與顯 示表面內(nèi)的兩個(gè)相對方向平行的方向偏移，這兩條平行光束在這兩個(gè)相對方向上具有傾角 分量，其中，對于這兩條平行光束中的每一條，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在 偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、以及檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1，高度檢 測部分通過求解對于這兩條平行光束中的每一條成立的下述方程(1)來獲得與高度相對 應(yīng)的值H <formula>formula see original document page 3</formula>在該方程中，反射檢測光相對于顯示表面的入射角θ 2和與高度相對應(yīng)的值H是未知的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顯示設(shè)備， 其中，顯示部分包括發(fā)射顯示光的第一表面發(fā)射部分，第二表面發(fā)射部分，相對于顯示表面以預(yù)定的角度發(fā)射具有平面形狀的檢測光，以及 光學(xué)調(diào)制面板部分，被設(shè)置在第一和第二表面發(fā)射部分與顯示表面之間，基于輸入的 視頻信號將來自第一表面發(fā)射部分的顯示光光學(xué)調(diào)制為顯示圖像光，使從第二表面發(fā)射部 分輸出的平面檢測光通過與顯示表面的發(fā)射區(qū)域相對應(yīng)的區(qū)域，阻擋其它區(qū)域處的平面檢 測光，并且使透射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示設(shè)備， 其中，第二表面發(fā)射部分包括 用于檢測光的光源，光導(dǎo)板，該光導(dǎo)板內(nèi)反射來自光源的光，并且以平面的形狀擴(kuò)散該光，以及 光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置局部地改變通過光導(dǎo)板的光的方向，并且將平面檢測光從顯示 部分側(cè)的光導(dǎo)板的輸出表面傾斜地輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示設(shè)備，其中，光源被設(shè)置在光導(dǎo)板的彼此相對的兩個(gè)側(cè)表面上，并且 其中，光學(xué)裝置包括第一光路改變表面和第二光路改變表面，該第一光路改變表面反 射或折射來自設(shè)置在光導(dǎo)板的所述側(cè)表面中的一個(gè)側(cè)表面的第一光源的光，該第二光路改 變表面反射或折射來自設(shè)置在光導(dǎo)板的所述側(cè)表面中的另一個(gè)側(cè)表面的第二光源的光。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顯示設(shè)備，還包括 多個(gè)光接收透鏡，其中，所述多個(gè)光接收裝置相對于所述多個(gè)光接收透鏡中的每一個(gè)成對地設(shè)置，并且 其中，成對的兩個(gè)光接收裝置被設(shè)置為在所述多個(gè)光接收透鏡中相應(yīng)的一個(gè)光接收透 鏡的光收集范圍內(nèi)在一個(gè)方向上彼此分開。
14.一種電子設(shè)備，包括 顯示面板；電路部分，包括處理要在顯示面板上顯示的視頻的電路； 顯示面板包括 顯示視頻的顯示表面，顯示部分，具有用于將根據(jù)輸入的視頻信號調(diào)制的可見光從顯示表面輸出到外部對象 的圖像顯示功能和從作為顯示表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光的功能，多個(gè)光接收裝置，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后 以預(yù)定的角度進(jìn)入顯示表面的檢測光作為反射檢測光，以及高度檢測部分，使用接收了反射檢測光的光接收裝置的位置信息和發(fā)射區(qū)域的位置信 息，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離顯示表面的距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，顯示部分能夠使發(fā)射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移，該發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光， 其中，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐 標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1和反射檢測 光相對于顯示表面的入射角θ 2，高度檢測部分通過求解下述方程(1)來獲得與高度相對 應(yīng)的值H:<formula>formula see original document page 4</formula>
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，顯示部分能夠從發(fā)射區(qū)域輸出兩條平行光束作為檢測光并使發(fā)射區(qū)域沿著與顯 示表面內(nèi)的兩個(gè)相對方向平行的方向偏移，這兩條平行光束在這兩個(gè)相對方向上具有傾角分量。其中，對于這兩條平行光束中的每一條，高度檢測部分獲得反射檢測光的入射位置在 偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，并且其中，使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、以及檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1，高度檢 測部分通過求解對于這兩條平行光束中的每一條成立的下述方程(1)來獲得與反射位置 的高度相對應(yīng)的值H:<formula>formula see original document page 4</formula>在該方程中，反射檢測光相對于顯示表面的入射角θ 2和與高度相對應(yīng)的值H是未知的。
17.一種反射檢測方法，包括光發(fā)射步驟，從作為顯示表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光； 光接收步驟，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后以預(yù) 定的角度進(jìn)入顯示表面的檢測光作為反射檢測光；掃描步驟，在使發(fā)射區(qū)域在顯示表面內(nèi)沿著一個(gè)方向偏移的同時(shí)，重復(fù)光發(fā)射步驟；以及高度檢測步驟，使用接收了反射檢測光的光接收裝置的位置信息和發(fā)射區(qū)域的位置信 息，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離顯示表面的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的反射檢測方法，其中，掃描步驟包括使發(fā)射區(qū)域沿著一個(gè)方向偏移，該發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光，并且其中，高度檢測步驟包括獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的 位置的坐標(biāo)al，以及使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1和反射檢測光相對 于顯示表面的入射角θ 2，通過求解下述方程(1)獲得與高度相對應(yīng)的值<formula>formula see original document page 5</formula>· (1)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的反射檢測方法，其中，光發(fā)射步驟包括從發(fā)射區(qū)域輸出兩條平行光束作為檢測光，所述兩條平行光束 在顯示表面內(nèi)的兩個(gè)相對方向上具有傾角分量，其中，掃描步驟包括使發(fā)射區(qū)域沿著與這兩個(gè)相對方向平行的方向偏移，并且 其中，高度檢測步驟包括對于這兩條平行光束中的每一條，獲得反射檢測光的入射位置在偏移方向上的坐標(biāo)a2 和在獲得坐標(biāo)a2時(shí)的發(fā)射區(qū)域的位置的坐標(biāo)al，以及使用獲得的兩個(gè)坐標(biāo)al和a2、以及檢測光相對于顯示表面的發(fā)射角θ 1，通過求解對 于這兩條平行光束中的每一條成立的下述方程(1)來獲得與反射位置的高度相對應(yīng)的值 H <formula>formula see original document page 5</formula> (1)，在該方程中，反射檢測光相對于顯示表面的入射角θ 2和與高度相對應(yīng)的值H是未知的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反射檢測設(shè)備、顯示設(shè)備、電子設(shè)備和反射檢測方法。該反射檢測設(shè)備包括光發(fā)射表面；檢測光輸出部分，從作為光發(fā)射表面的一部分的發(fā)射區(qū)域傾斜地發(fā)射檢測光；多個(gè)光接收裝置，選擇性地接收從發(fā)射區(qū)域發(fā)射到外部對象并在被外部對象反射之后以預(yù)定的角度進(jìn)入光發(fā)射表面的檢測光作為反射檢測光；以及高度檢測部分，使用接收了反射檢測光的光接收裝置的位置信息和發(fā)射區(qū)域的位置信息，獲得檢測光被外部對象反射的點(diǎn)的高度，該高度是離光發(fā)射表面的距離。
文檔編號G06F3/042GK101819490SQ201010121148
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者楊映保 申請人:索尼公司