(57)【要約】  多点同時入力を可能にする光学式位置入力装置を提供する。  位置入力装置１０は、表面に入力面領域１を形成し、表面への接触による入力位置の特定によって、入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板５と、導光板５内に光線を入射し、入射された光線によって入力面領域１の一座標方向を走査する複数の発光素子２と、入力面領域１の他座標方向に沿って配置され、導光板５によって導かれる散乱光を受光する受光素子３と、複数の発光素子２を点灯又は非点灯走査して、受光素子３の受光から他座標方向の座標位置が特定できる場合に、複数の発光素子２の走査によって特定される一座標方向の座標位置と特定された他座標方向の座標位置とによって入力面領域１内の入力位置を検出する入力位置検出手段４とを備える。
2008066004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に入力面領域を形成し、該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、
前記導光板内に光線を入射し、入射された光線によって前記入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子と、
前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、
前記複数の発光素子を点灯又は非点灯走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の発光素子の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、
を備えることを特徴とする位置入力装置。
【請求項２】
前記導光板は多辺で囲まれた前記入力面領域を有し、
前記多辺の一辺に沿って前記複数の発光素子を配置し、
前記一辺と対向しない他の辺に前記受光素子を複数配置することを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
【請求項３】
前記入力位置検出手段は、前記複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に前記受光素子の中で受光量が閾値を超える受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項４】
前記入力位置検出手段は、前記発光素子の点灯走査位置と前記受光素子の位置に応じて前記閾値を設定し、前記発光素子から前記受光素子に到達する光の光路長が長い場合に前記閾値を低く、前記発光素子から前記受光素子に到達する光の光路長が短い場合に前記閾値を高く設定することを特徴とする請求項３に記載の位置入力装置。
【請求項５】
前記入力位置検出手段は、前記閾値を一定値とし、前記発光素子の点灯走査位置と前記受光素子の位置に応じて前記受光量を正規化することを特徴とする請求項３に記載の位置入力装置。
【請求項６】
前記入力位置検出手段は、前記複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に前記受光素子の中で受光量が極大値を示す受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項７】
前記入力位置検出手段は、全点灯した前記複数の発光素子を非点灯走査し、特定の発光素子の非点灯時に前記受光素子の中で受光量が低下した受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項８】
前記入力面領域が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
【請求項９】
前記導光板の前記発光素子が配置される側端部に傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
【請求項１０】
前記導光板の前記入力面領域上に該入力面領域を保護する保護手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
【請求項１１】
前記導光板の前記入力面領域が傾斜又は直立しているとき、前記受光素子は前記導光板の上辺に配置されることを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
【請求項１２】
表面に入力面領域を形成し、該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、
該導光板の一座標方向に沿って配置される発光素子と、
前記導光板と前記発光素子との間に配置され、前記発光素子の光線の前記導光板内への入射光路を開閉し、前記導光板に入射された光線によって前記入力面領域の前記一座標方向を走査する複数の開閉手段と、
前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、
前記複数の開閉手段を開閉走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の開閉手段の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、
を備えることを特徴とする位置入力装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の位置入力装置を備えることを特徴とする画像制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面又は曲面上の位置を入力するための位置入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
位置入力装置は、一般に、直交する２軸の座標位置となる横方向座標位置と縦方向座標位置とで特定される平面上の位置を入力信号として得るための装置であり、平面上の入力領域を指、ペン等で触れて入力位置を特定し、その位置を検出して入力信号を得るタッチパネルが知られている。このような平面位置入力装置には各種の方式があるが、発光素子と受光素子を組み合わせた光学式の平面位置入力装置が、応答性、信頼性、耐久性等の面で有利なものとして普及している（下記特許文献１、２参照）。【０００３】
図１は、従来技術の説明図であって、光学式の一例である赤外線遮光方式の平面位置入力装置を示す説明図である。この従来技術は、同図（ａ）に示すように、入力平面領域１ａの外縁に沿って、横方向の座標位置を検出するために複数の発光素子２ａとそれに対向して複数の受光素子３ａが配置され、縦方向の座標位置を検出するために複数の発光素子２ｂとそれに対向して複数の受光素子３ｂが配置されており、発光素子２ａ、２ｂから出射した光がそれぞれに対向して配置される受光素子３ａ、３ｂに入射することで、入力平面領域１ａの全領域の位置が検出できるようなっている。【０００４】
これによると、同図（ｂ）に示すように、発光素子２ａ（２ｂ）から出射された光は入力平面領域１ａ上を通って受光素子３ａ（３ｂ）に入射するので、同図（ｂ）に示すように、入力平面領域１ａ上に指等を置くと、それによって発光素子２ａ（２ｂ）からの光が遮られて対向する受光素子３ａ（３ｂ）の受光量が低下するが、その受光量が低下した受光素子３ａ（３ｂ）の位置又はそれに対向する発光素子２ａ（２ｂ）の位置で入力位置を検出することができる。【０００５】
【特許文献１】特開平７−２０９８５号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この従来技術では、図１（ａ）に示すように、入力平面領域１ａ上の一点を指して入力する場合には、受光素子３ａ1、３ｂ1によって横方向座標位置と縦方向座標位置を検出し、入力平面領域１ａ上の一つの位置を特定することができる。【０００７】
しかしながら、この従来技術では、図１（ｄ）に示すように、入力平面領域１ａ上の複数の点（図示では２点）を同時に指した場合には、遮光される受光素子は、横方向座標位置を検出するものが３ａ1、３ａ2の２個、縦方向座標位置を検出するものが３ｂ1、３ｂ2の２個となり、この発光素子３ａ1、３ａ2と受光素子３ｂ1、３ｂ2の組み合わせで入力平面領域１ａ上の位置を特定しようとすると、実際に指しているＡ、Ｄの２点と指していないＢ、Ｃの２点を識別することができない。したがって、従来の光学式平面位置入力装置では、多点同時入力ができないことになる。【０００８】
また、位置検出の原理上、入力面領域を曲面状に形成することができないという課題がある。【０００９】
一方、ゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機等では、プログラムを制御するための入力装置として、表示画面上に入力面領域を形成する位置入力装置を採用することが多くなっている。このようなゲーム機等では、画面上の複数点を同時に検出できると、操作者が両手を使って制御信号を入力することが可能になり、また、一画面に表示されるゲームプログラムの画像を多人数で同時に制御すること（多人数同時プレイ）が可能になるので、ゲーム機の遊びの幅が大幅に広まるという利点が得られる。【００１０】
ゲーム機に限らず、画像制御装置の入力装置として位置入力装置を採用する場合には、複数人の操作者による画像制御を実現することができるので、表示画面の大型化が可能になっている現状と相俟って、多点同時入力が可能になると、画像制御装置の操作性を効果的に高めることができる。【００１１】
本発明は、このような事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、光学式の位置入力装置によって多点同時入力を可能にすること、位置入力装置を備えたゲーム機や画像制御装置において、多点同時入力を可能にすることで、その操作性を効果的に高めること、が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の一実施形態による位置入力装置は、以下の特徴を具備するものである。【００１３】
一つには、表面に入力面領域を形成し、操作者の該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、前記導光板内に光線を入射し、入射された光線によって前記入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子と、前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、前記複数の発光素子を点灯又は非点灯走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の発光素子の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、を備えることを特徴とする。【００１４】
このような特徴を備えた本発明によると、以下の作用を得ることができる。【００１５】
入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子から導光板に入射された光線は、入力面領域内で位置入力操作によって入力位置の特定が為されていない状態では、散乱光が発生することなく直線的に進行して、入力面領域の他座標方向に沿って配置される受光素子がその光線を受光することはない。しかしながら、導光板の表面に形成される入力面領域に指等を触れて入力位置を特定すると、その接触点又は接触領域（以下、単に接触点という）の相対屈折率が局部的に変化するので、導光板内に入射された光線が全反射を繰り返しながら進行してその入力位置下を通過すると、そこで散乱光が発生し、散乱光が異なる方向に導かれることになって受光素子が光を受光できることになる。【００１６】
この際、入射された光線によって入力面領域の一座標方向を走査するように複数の発光素子が配置されており、入力面領域の他座標方向に沿って受光素子が配置されているので、受光素子が散乱光を受光した場合には、その受光状況を解析処理することによって他座標方向の座標位置を特定することができ、散乱光を受光した時点の発光素子の走査位置によって、一座標方向の座標位置を特定することができる。すなわち、この一座標方向の座標位置と他座標方向の座標位置とによって、特定された入力位置（接触点）の入力面領域上の位置を検出することができる。【００１７】
そして、このような入力位置の検出によると、入力面領域上に複数の接触点が存在して、複数の入力位置が特定された場合にも、散乱光の受光によって特定される他座標方向の座標位置とその散乱光の原因になる入射光を出射する発光素子の走査位置によって特定される一座標方向の座標位置とによって、全ての入力位置（接触点）を特定することができる。よって、複数の発光素子の全てを点灯又は非点灯走査させる一走査周期を同一時と考えると、複数の入力位置を同一時に特定できる多点同時入力を行うことができることになる。【００１８】
発光素子と受光素子の配置の具体的な形態としては、導光板が多辺で囲まれた入力面領域を有し、多辺の一辺に複数の発光素子を配置し、この一辺と対向しない他の辺に受光素子を複数配置する。多辺の前記一辺と、この一辺と対向しない前記他の辺は、導光板が矩形であれば直交するが、必ずしも直交でなくても良い。これによると、入力面領域上で入力位置が特定されていない状態では、発光素子から導光板に入射されて導光板内を直線的に進行する光線は受光素子によって受光されることがなく、入力位置が特定された場合のみ、受光素子が散乱光を受光することになる。なお、上記「辺」とは、必ずしも直線でなくても良い。【００１９】
このような入力位置の検出を行う入力位置検出手段の動作例としては、一つには、複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に受光素子の中で受光量が閾値を超える受光素子が有る場合に、その受光素子の位置によって、受光素子が配置される他座標方向の座標位置を特定し、その時点灯された発光素子の走査位置によって、発光素子が配置される一座標方向の座標位置を特定する。そして、この特定された二つの座標位置によって入力面領域上の入力位置を検出する。【００２０】
これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の受光素子の中から設定された閾値を超える受光量を出力する一つ又は複数の受光素子が選択された時に、その時点で点灯していた発光素子から出射された光線が入力位置下を通過していることになるので、複数の発光素子から特定の発光素子を選択することができる。その選択された発光素子の走査位置によって特定される座標位置と選択された受光素子の位置によって特定される座標位置とによって、接触点の入力面領域上の位置を検出することができる。【００２１】
この場合、受光素子が受光する散乱光の受光量は、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長くなるほど低い値になる傾向がある。これに対処するために、発光素子の点灯走査位置と受光素子の位置に応じて閾値を設定し、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長い場合に閾値を低く、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が短い場合に閾値を高く設定する。【００２２】
同様の対処をするために、閾値を一定値とし、発光素子の点灯走査位置と受光素子の位置に応じて受光量を正規化するようにしてもよい。すなわち、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長い場合には閾値と比較する受光量の出力を実際の受光量より高く調整し、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が短い場合には閾値と比較する受光量の出力を実際の受光量よりは低く調整する。【００２３】
また、入力位置検出手段の動作例の一つには、複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に複数の受光素子の中で受光量が極大値を示す受光素子が存在する場合に、発光素子の走査位置によって特定される座標位置とその受光素子の位置によって特定される座標位置とによって入力面領域上の入力位置を検出する。【００２４】
これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の受光素子の中から極大の受光量を出力する受光素子が選択された時に、その時点で点灯していた発光素子から出射された光線が接触点下を通過していることになるので、その発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、接触点の平面上の位置を検出することができる。【００２５】
また、他の動作例としては、全点灯した複数の発光素子を非点灯走査し、特定の発光素子の非点灯時に複数の受光素子の中で受光量が低下した受光素子を選択できる場合に、この特定の発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、入力面領域上の入力位置を検出する。【００２６】
これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の発光素子を全点灯すると、その内の特定の発光素子から出射された光線が接触点を通過して、散乱光が発生するので、その接触点に直近の発光素子が顕著な受光量を出力することになり、その受光素子を特定の受光素子として選択することができる。また、全点灯した複数の発光素子を非点灯走査すると、接触点下を光線が通過しなくなった時点で、前述のように選択された受光素子の光量が低下することになるので、その光量低下が起きた時点で非点灯になっている発光素子を特定の発光素子として選択することができる。この選択された発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、接触点の入力面領域上の位置を検出することができる。【００２７】
入力面領域の形状は、平面状であっても良いし曲面状であっても良い。例えば、導光板の一座標方向断面を略円弧状に形成することもできる。このように入力面領域を曲面上に形成することにより、位置入力装置を、例えば、ゲーム装置等の入力装置として用いる場合に装置全体の意匠的な設計の自由度を大幅に向上することができる。【００２８】
発光素子から出射された光を導光板の側端部から導光板内に入射させるには、導光板の屈折率と周囲の屈折率によって決められる（スネルの法則）入射角θに向けた光の入射が必要になるので、十分な入射光量を得るためには、導光板の側端部の端面に対して入射角θだけ光出射方向を傾けて発光素子を配置することが必要になる。したがって、導光板の側端部に上記入射角θに応じた傾斜面を形成しておくことにより、発光素子の効率的な配置が容易となる。【００２９】
また、導光板の入力面領域が外力等により損傷した場合、その損傷した部位において導光板に入射された光線が拡散して位置入力装置が誤動作を起こすことを考慮して、入力面領域上に入力面領域を保護する保護手段を備えて構成することが望ましい。【００３０】
位置入力装置が入力面領域を傾斜させて、又は、直立させて配置される場合、受光素子を導光板の下辺以外の辺、例えば、上辺に配置することが望ましい。導光板の上辺に受光素子を配置することにより、受光素子に塵埃が堆積したり、日光や照明光その他の外光に影響されたりして位置入力装置の位置検出精度が低下することを防止することができる。【００３１】
また、上記した目的を達成するために、本発明の他の実施形態による位置入力装置は、以下の特徴を具備する。【００３２】
すなわち、表面に入力面領域を形成し、該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、該導光板の一座標方向に沿って配置される発光素子と、前記導光板と前記発光素子との間に配置され、前記発光素子の光線の前記導光板内への入射光路を開閉し、前記導光板に入射された光線によって前記入力面領域の前記一座標方向を走査する複数の開閉手段と、前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、前記複数の開閉手段を開閉走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の開閉手段の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、を備えることを特徴とする。【００３３】
このような特徴を備えた本発明によると、以下の作用を得ることができる。【００３４】
入力面領域の一座標方向を走査する複数の開閉手段のうち発光素子の入射光路が開放された開閉手段から導光板に入射された光線は、入力面領域内で位置入力操作によって入力位置の特定が為されていない状態では、散乱光が発生することなく直線的に進行して、入力面領域の他座標方向に沿って配置される受光素子がその光線を受光することはない。しかしながら、導光板の表面に形成される入力面領域に指等を触れて入力位置を特定すると、その接触点又は接触領域の相対屈折率が局部的に変化するので、導光板内に入射された光線が全反射を繰り返しながら進行してその入力位置下を通過すると、そこで散乱光が発生し、散乱光が異なる方向に導かれることになって受光素子が光を受光できることになる。【００３５】
この際、開放された開閉手段から入射された光線によって入力面領域の一座標方向を走査するように複数の開閉手段が配置されており、入力面領域の他座標方向に沿って受光素子が配置されているので、受光素子が散乱光を受光した場合には、その受光状況を解析処理することによって他座標方向の座標位置を特定することができ、散乱光を受光した時点の開閉手段の走査位置によって、一座標方向の座標位置を特定することができる。すなわち、この一座標方向の座標位置と他座標方向の座標位置とによって、特定された入力位置（接触点）の入力面領域上の位置を検出することができる。【００３６】
そして、このような入力位置の検出によると、入力面領域上に複数の接触点が存在して、複数の入力位置が特定された場合にも、散乱光の受光によって特定される他座標方向の座標位置とその散乱光の原因になる入射光を出射する発光素子の光路を開放又は閉鎖する開閉手段の走査位置によって特定される一座標方向の座標位置とによって、全ての入力位置（接触点）を特定することができる。よって、複数の開閉手段の全てを開放又は閉鎖走査させる一走査周期を同一時と考えると、複数の入力位置を同一時に特定できる多点同時入力を行うことができることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来技術の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る位置入力装置の動作を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る導光板の他の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明に係る導光板のさらに他の実施形態を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。
【図８】本発明の位置入力装置の適用例を示した説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は本発明の一実施形態に係る位置入力装置を説明する構成概念図である。【００３９】
この位置入力装置１０は、表面に入力面領域１を形成し、表面への接触による入力位置の特定によって、入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板５と、導光板５内に光線を入射し、入射された光線によって入力面領域１の一座標方向を走査する複数の発光素子２と、入力面領域１の他座標方向に沿って配置され、導光板５によって導かれる散乱光を受光する受光素子３と、複数の発光素子２を点灯又は非点灯走査して、受光素子３の受光から他座標方向の座標位置が特定できる場合に、複数の発光素子２の走査によって特定される一座標方向の座標位置と特定された他座標方向の座標位置とによって入力面領域１内の入力位置を検出する入力位置検出手段４とを備える。【００４０】
図示の例では、複数の発光素子２は、矩形状の導光板５の少なくとも一辺に沿って同方向に光出射方向を向けて配列されており、受光素子３は、導光板５の他辺に沿って発光素子２の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けて配列されている。発光素子２及び受光素子３は指向性があることが望ましい。【００４１】
ここでは矩形状の入力面領域１が形成されている例を示しているが、これに限らず、導光板５は多辺で囲まれた入力面領域１を有し、多辺の一辺に沿って複数の発光素子２を配置し、一辺と対向しない他の辺に受光素子３を複数配置していればよい。また、受光素子３は、複数配列される必要はなく、他座標方向に沿って配置され、他座標方向の座標位置が受光状況の解析結果から特定できるものであればよい。したがって、複数配列される受光素子３を一つのラインセンサやイメージセンサで置き換えることができる。【００４２】
前述した一座標方向と他座標方向とは、図示の例のように直交する２つの座標方向を含み、異なる方向であって、平面上の位置を特定できる２方向であればよい。【００４３】
入力位置検出手段４は、複数の発光素子２を順次選択して点灯又は非点灯とし、特定の発光素子（例えば２Ａ又は２Ｂ）を選択した時に複数の受光素子３の受光量から特定の受光素子（例えば３Ａ又は３Ｂ）を選択できる場合に、選択された発光素子（２Ａ又は２Ｂ）の位置と受光素子（３Ａ又は３Ｂ）の位置によって特定される各座標位置によって、入力面領域１内の入力位置（Ａ点又はＢ点）を検出する。【００４４】
このとき、同時に２つの点Ａ、Ｂの位置入力操作がなされていたとしても、点Ａを検出するために特定される発光素子２Ａと受光素子３Ａ、点Ｂを特定するための発光素子２Ｂと受光素子３Ｂは、それぞれ同期して選択され、発光素子２Ａを選択した時点で受光素子３Ｂが選択されることや、発光素子２Ｂを選択した時点で受光素子３Ａが選択されることはないので、位置入力がなされていない点Ｄや点Ｃと位置入力がなされた点Ａと点Ｂとの識別を問題なく行うことができる。【００４５】
入力位置検出手段４は、具体的には、複数の発光素子２を点灯又は非点灯走査させる発光素子駆動部４Ａと、複数の受光素子３の各受光量を計測する受光量計測部４Ｂと、発光素子駆動部４Ａによって点灯又は非点灯走査させる発光素子を選択する発光素子選択部４Ｃと、受光量計測部４Ｂの出力によって特定の受光素子を選択する受光素子選択部４Ｄと、発光素子選択部４Ｃによって選択される発光素子の座標位置と受光素子選択部４Ｄによって選択される受光素子の座標位置とによって入力位置を出力する入力位置出力部４Ｅとによって構成できる。【００４６】
発光素子駆動部４Ａは、発光素子選択部４Ｃからの出力によって複数の発光素子２の一つ又は複数を順次選択して点灯又は非点灯走査する。選択の方式としては、一端の発光素子から他端の発光素子に向けて１個ずつ順番に点灯する順次点灯走査方式、複数の発光素子の中から１個ずつランダムに点灯にするランダム点灯走査方式、隣接する複数個の発光素子を同時に点灯させながら点灯位置を順次選択する方式、全点灯した複数の発光素子を一端の発光素子から他端の発光素子に向けて１個ずつ順番に非点灯にする順次非点灯走査方式、全点灯した複数の発光素子の中から１個ずつランダムに非点灯にするランダム非点灯走査方式、等に設定することができる。【００４７】
発光素子選択部４Ｃは、複数の発光素子から特定の発光素子を選択して発光素子駆動部４Ａに出力すると同時に、その選択信号を入力位置出力部４Ｅに出力する。【００４８】
受光量計測部４Ｂは、発光素子選択部４Ｃで特定の発光素子が選択されるタイミングに同期して、全ての受光素子３の受光量を各々の受光素子毎に計測し、受光素子選択部４Ｄに出力する。受光素子選択部４Ｄは、各受光素子の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、発光素子選択部４Ｃで特定の発光素子が選択されるタイミングに同期して、その選択信号を入力位置出力部４Ｅに出力する。【００４９】
入力位置出力部４Ｅでは、発光素子選択部４Ｃから選択信号が出力される毎に、受光素子選択部４Ｄからの選択信号が有るか無いかを確認し、受光素子選択部４Ｄからの選択信号が有る場合に、選択された発光素子の位置に対応する座標位置と選択された受光素子の位置に対応する座標位置とに基づいて入力位置を出力する。そして、入力位置の出力が複数存在する場合には、発光素子選択部４Ｃからの選択信号出力が全ての発光素子を選択する一走査周期内であれば、出力された複数の入力位置を多点同時入力と認識して出力する。【００５０】
次に、このような位置入力装置１０の動作について、更に詳細に説明する。図３（ａ）に示すように、導光板５の側端部５Ａを入射面として発光素子２を配置すると、発光素子２から出射された光線は、導光板５内に入射されて全反射を繰り返しながら導光板５内を直進する。導光板５はその周囲に対して高屈折率の透明材料からなり、例えば、アクリル板、高屈折率ガラス板などを採用することができる。【００５１】
導光板５は、入射される光の波長に比べて十分に大きい厚さを有するもので、入力面領域１で入力位置が指されていない状態（図３（ａ）参照）では、入射された光線は幅方向に広がることなく直線的に進行する。また、入力位置検出の感度を上げるためには全反射の繰り返し回数が多い方向がよく、そのためにはある程度板厚を薄くする（数ｍｍ程度）ことが好ましい。【００５２】
これに対して、図３（ｂ）に示すように、導光板５の入力平面領域１に接触するように指等を置いて入力面領域１内の入力位置を指すと、指等の接触によって接触点下の導光板５の相対屈折率が変化するので、入射された光線が接触点の下で散乱を起こし、光線の入射方向とは異なる方向に光が進行する。したがって、発光素子２の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けた受光素子３は、入力平面領域１で入力位置が指されていない状態では受光を確認できないが、入力平面領域１に前述した接触点が存在すると受光を確認できるようになり、特に、接触点に直近の受光素子３で最も顕著に受光を確認することができる。【００５３】
発光素子２から出射された光を導光板５の側端部５Ａから導光板５内に入射させるには、導光板５の屈折率と周囲の屈折率によって決められる（スネルの法則）入射角θに向けた光の入射が必要になるので、十分な入射光量を得るためには、図３（ｃ）に示すように、側端部５Ａの端面に対して入射角θだけ光出射方向を傾けて発光素子を配置することが必要になる。この場合、図３（d）に示すように、導光板５の側端部５Ａ上記入射角θに応じた傾斜面を形成しておくことにより、発光素子の光線を効率的に利用することができ、また、発光素子の配置が容易となる。また、入力面領域１内での接触点の感度を向上させるためには、図３（ｄ）に示すように、角度を変えた複数の発光素子２からの光を導光板５内に入射することが必要になる。【００５４】
図４は、導光板５の入力面領域１を、受光素子３が配置される座標方向断面が略円弧状になるように曲面状に形成した例を示す図である。図４（ａ）は、曲面状に形成された導光板１と発光素子及び受光素子の配置関係を示す概念図である。図４（ａ）に示すように、導光板５の直線的な一座標方向の側端部５Ａに複数の発光素子２が配置され、曲線状の他座標方向の側端部５Ｂに受光素子３が配置される。このように構成された導光板５に発光素子２の光線が入射すると、入射光は、図４（ｂ）に示すように導光板５内を進行する。導光板５及び入力面領域の形状は、略円弧状に限らず、例えば、波型等、適宜選択することができるので、本発明に係る位置入力装置を、例えば、ゲーム装置等の入力装置として用いる場合等に装置全体の意匠的な設計の自由度を大幅に向上することができる。【００５５】
図５は、導光板５の入力面領域１上に、入力面領域１を保護するための保護手段６を設けた例を示す概念図である。【００５６】
図５（ａ）は、導光板５の入力面領域１上に粘着剤６ｂを介して保護シート６ａを設けた例を示す図である。図５（ａ）に示す例において、例えば、導光板５としてアクリル板を用いる場合は、粘着剤６ｂとして、アクリル板の屈折率に近い性質を備えたアクリル系粘着剤を使用することが好ましい。【００５７】
図５（ｂ）は、導光板５の入力面領域１上に、密着シート６ｃ及びドットスペーサ６ｄを介して保護シート６ａを貼着して保護手段６を設けた例を示す図である。図５（ｂ）に示す例においては、導光板５と密着シート６ｃとの間にドットスペーサ６ｄを挟持させているため、導光板５と密着シート６ｃとの間に空気層が形成され、入力面領域１に接触点がない場合、図５（ｂ）に示すように導光板５に入射した光は導光板５と空気層の境界で反射を繰り返して導光板５内を直進していく。図５（ｃ）に示すように、保護シート６ａに指やタッチペン等が接触すると、接触点（接触領域）で密着シート６ｃが入力面領域１に接触し、入射光が拡散して散乱光を得ることができる。【００５８】
次に、入力位置検出手段４の具体的な動作を、発光素子２を点灯走査する場合を例に説明する。発光素子選択部４Ｃによって複数の発光素子２から特定の発光素子が選択されると、その特定された発光素子から出射された光線が導光板５内に入射される。このとき、入力面領域１内で位置入力操作がなされていない場合には、入射された光線は直進して受光素子３の方向には進まないので、受光量計測部４Ｂは複数の受光素子３の何れからも設定閾値を超える受光量を計測することはない。また、入力面領域１内で位置入力操作がなされていた場合であっても、接触点下を通過する光線を出射する発光素子を選択していない場合には、同様に、受光量計測部４Ｂは複数の受光素子３の何れからも設定閾値を超える受光量を計測することはない。【００５９】
これに対して、図２に示すように、発光素子選択部４Ｃによって複数の発光素子２から特定の発光素子が選択された時に、入力面領域１内で位置入力操作がなされており、その接触点Ａの下を通過する光線を出射する発光素子２Ａが選択された場合には、その発光素子２Ａの選択タイミングに同期して、接触点Ａ直近の受光素子３Ａが設定閾値を超える受光量を出力することになるので、受光量計測部４Ｂでは、この選択タイミングに同期して、全ての受光素子３からの出力を計測して受光素子選択部４Ｄに出力する。そして、受光素子選択部４Ｄでは、各受光素子の受光量を設定閾値と比較し、設定閾値を超える受光量を出力した受光素子３Ｂを選択して、この選択信号を入力位置出力部４Ｅに出力する。【００６０】
受光素子選択部４Ｄで設定される閾値は、接触点と直近の受光素子を一つ又は複数個特定することができる値に設定されていればよいが、選択された発光素子から接触点を介して受光素子に到達する光路長が長いほど受光量は低くなる傾向があるので、これを考慮して、選択される発光素子の位置と各受光素子の位置に応じて、接触点を想定した前述の光路長が長い場合には閾値を下げ、前述の光路長が短い場合には閾値を高める設定をすることもできる。これによると、より高い感度で入力位置を検出することができる。【００６１】
また、閾値を一定にして、発光素子２の点灯走査位置と受光素子３の位置に応じて受光量を正規化するようにしてもよい。この場合には、発光素子２から受光素子３に到達する光の光路長が長い場合には受光量を実際の出力より高く調整し、発光素子２から受光素子３に到達する光の光路長が短い場合には受光量を実際の出力よりは低く調整する。これによっても、より高い感度で入力位置を検出することができる。【００６２】
受光素子選択部４Ｄの機能としては、設定閾値と受光量計測部４Ｂの出力を比較する例だけでなく、受光量計測部４Ｂから出力される各受光素子の受光量によって特定の受光素子が選択できるものであれば、どのような機能であっても良い。他の例としては、発光素子の選択タイミングに同期して、受光量計測部４Ｂが全ての受光素子３からの出力を計測して受光素子選択部４Ｄに出力した際に、各受光素子の受光量を互いに比較して、複数の受光素子３の中で受光量が極大値を示す受光素子を特定の受光素子として選択するようにしてもよい。これによると、発光素子の出射光量や前述した光路長に違いがある場合であっても、同様の処理で特定の受光素子を選択することができる。【００６３】
次に、全点灯の発光素子２を非点灯走査する場合の入力位置検出手段の動作例を説明する。この場合には、発光素子２が全点灯されている状態で、入力面領域１内に位置入力操作がなされて接触点が存在すれば、その接触点で発光素子２からの入射光が散乱して受光素子３の受光が確認されるので、受光素子選択部４Ｄでは、受光量計測部４Ｂから出力される各受光素子の受光量を閾値と比較するか、或いは各受光素子の受光量を互いに比較する等して、特定の受光素子を選択することができる。【００６４】
そして、発光素子選択部４Ｃは、特定の発光素子を選択して発光素子駆動部４Ａを駆動させ、全点灯されている発光素子２の中で選択された特定の発光素子を順次非点灯にする。一方、受光素子選択部４Ｄでは、選択された受光素子の受光量を受光量計測部４Ｂからの出力でモニタしており、発光素子選択部４Ｃが特定の発光素子を選択して非点灯にしたタイミングで、既に選択されている受光素子の受光量が低下したときに、そのタイミングで、発光素子選択部４Ｃ及び受光素子選択部４Ｄから選択信号が入力位置出力部４Ｅに出力される。【００６５】
入力位置出力部４Ｅは、前述した例の何れにおいても、発光素子選択部４Ｃからの選択信号及び受光素子選択部４Ｄの選択信号によって、選択された発光素子の位置と選択された受光素子の位置とによって、接触点の一方向座標位置と他方向座標位置とを求め、これによって検出された入力位置を図示省略の制御装置に出力する。この際、発光素子の全ての選択を行う一走査周期内に複数の入力位置が存在する場合には、これらの複数位置を同時に検出したものとして出力することで、多点同時入力を可能にする。【００６６】
図６は、本発明の他の実施形態を示す説明図である（前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して一部重複説明を省略する）。この実施形態は、受光素子３を導光板５の対向する左右の辺にそれぞれ設けて、複数の発光素子２を左右に２分割し、右側半分の発光素子２から入射される光線を右側の辺に設置した受光素子３（Ｒ）で受光し、左側半分の発光素子２から入射される光線を左側の辺に設置した受光素子３（Ｌ）で受光するようにしたものである。【００６７】
この実施形態では、右側に設置した受光素子３（Ｒ）に対しては、受光量計測部４Ｂ1と受光素子選択部４Ｄ1が設けられ、左側に設置した受光素子３（Ｌ）に対しては、受光量計測部４Ｂ2と受光素子選択部４Ｄ2が設けられている。そして、発光素子選択部４Ｃが右半分の発光素子２を選択するタイミングでは、受光素子選択部４Ｄ1からの選択信号が入力位置出力部４Ｅに出力され、発光素子選択部４Ｃが左半分の発光素子２を選択するタイミングでは、受光素子選択部４Ｄ2からの選択信号が入力位置出力部４Ｅに出力されるようになっている。【００６８】
この実施形態では、発光素子２から入力面領域１上の接触点を介して受光素子３に到達する光の光路長を短くすることができるので、光路長に伴う受光量の低下を抑えることができ、入力位置検出の感度を高めることができる。なお、これまでの実施形態では、導光板５の一辺に発光素子２を配列した例を示しているが、これに限らず、対向する辺の両側に発光素子を配置させることもできる。これによっても、発光素子から入力平面領域上の接触点を介して受光素子に到達する光の光路長を短くすることができる。【００６９】
図７は、本発明のさらに他の実施形態を示す説明図である（図７においても、前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して一部重複説明を省略する）。この実施形態は、１つの発光素子２を、開閉手段となる複数のシャッタ装置７を介して導光板５の一座標方向に配置したものである。【００７０】
すなわち、この位置入力装置１０は、表面に入力面領域１を形成し、表面への接触による入力位置の特定によって、入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板５と、導光板５の一座標方向に沿って配置される単一の発光素子２と、導光板５と発光素子２との間に配置され、発光素子２の光線の導光板５内への入射光路を開閉し、導光板５に入射された光線によって入力面領域１の一座標方向を走査する複数のシャッタ装置７と、入力面領域１の他座標方向に沿って配置され、導光板５によって導かれる散乱光を受光する受光素子３と、複数のシャッタ装置７を開閉走査して、受光素子３の受光から他座標方向の座標位置が特定できる場合に、複数のシャッタ装置７の走査によって特定される一座標方向の座標位置と特定された他座標方向の座標位置とによって入力面領域１内の入力位置を検出する入力位置検出手段４とを備える。【００７１】
図示の例では、複数のシャッタ装置７は、矩形状の導光板５の少なくとも一辺に沿って導光板５と発光素子２との間に配列されており、受光素子３は、導光板５の他辺に沿ってシャッタ手段７の開放動作による発光素子２の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けて配列されている。【００７２】
入力位置検出手段４は、複数のシャッタ装置７を順次選択して開放又は閉鎖状態とし、特定のシャッタ装置（例えば７Ａ）を選択した時に複数の受光素子３の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、選択されたシャッタ装置７Ａの位置と受光素子の位置によって特定される各座標位置によって、入力面領域１内の入力位置を検出する。【００７３】
入力位置検出手段４は、具体的には、発光素子を点灯させる発光素子駆動部４Ａと、複数のシャッタ装置７を開放又は閉鎖走査させるシャッタ装置駆動部４Ｆと、複数の受光素子３の各受光量を計測する受光量計測部４Ｂと、シャッタ装置駆動部４Ｆによって開放又は閉鎖走査させるシャッタ装置７を選択するシャッタ装置選択部４Ｇと、受光量計測部４Ｂの出力によって特定の受光素子を選択する受光素子選択部４Ｄと、シャッタ装置選択部４Ｇによって選択されるシャッタ装置の座標位置と受光素子選択部４Ｄによって選択される受光素子の座標位置とによって入力位置を出力する入力位置出力部４Ｅとによって構成できる。【００７４】
シャッタ装置駆動部４Ｆは、シャッタ装置選択部４Ｇからの出力によって複数のシャッタ装置７の一つ又は複数を順次選択して開放又は閉鎖走査する。選択の方式としては、一端のシャッタ装置から他端のシャッタ装置に向けて１個ずつ順番に開放する順次開放走査方式、複数のシャッタ装置の中から１個ずつランダムに開放するランダム開放走査方式、隣接する複数個のシャッタ装置を同時に開放させながら開放位置を順次選択する方式、全開放した複数のシャッタ装置を一端のシャッタ装置から他端のシャッタ装置に向けて１個ずつ順番に閉鎖する順次閉鎖走査方式、全開放した複数のシャッタ装置の中から１個ずつランダムに閉鎖するランダム閉鎖走査方式、等に設定することができる。【００７５】
シャッタ装置選択部４Ｇは、複数のシャッタ装置から特定のシャッタ装置を選択してシャッタ装置駆動部４Ｆに出力すると同時に、その選択信号を入力位置出力部４Ｅに出力する。【００７６】
受光量計測部４Ｂは、シャッタ装置選択部４Ｇで特定のシャッタ装置が選択されるタイミングに同期して、全ての受光素子３の受光量を各々の受光素子毎に計測し、受光素子選択部４Ｄに出力する。受光素子選択部４Ｄは、各受光素子の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、シャッタ装置選択部４Ｇで特定のシャッタ装置が選択されるタイミングに同期して、その選択信号を入力位置出力部４Ｅに出力する。【００７７】
入力位置出力部４Ｅでは、シャッタ装置選択部４Ｇから選択信号が出力される毎に、受光素子選択部４Ｄからの選択信号が有るか無いかを確認し、受光素子選択部４Ｄからの選択信号が有る場合に、選択されたシャッタ装置の位置に対応する座標位置と選択された受光素子の位置に対応する座標位置とに基づいて入力位置を出力する。そして、入力位置の出力が複数存在する場合には、シャッタ装置選択部４Ｇからの選択信号出力が全てのシャッタ装置を選択する一走査周期内であれば、出力された複数の入力位置を多点同時入力と認識して出力する。【００７８】
図７に示す実施形態において、開閉手段となる複数のシャッタ装置７は、例えば、液晶シャッタ、機械式シャッタ等を用いることができる。【００７９】
以上説明したように本発明の上述した実施形態に係る位置入力装置によると、一走査周期を同一タイミングとして多点同時入力が可能になる。ここでいう多点同時入力とは、指等で入力される点の位置を同時に複数点入力可能にすることだけでなく、手のひら等の所定の面積を有する領域の位置を一つのタイミングで入力可能にすること、或いはこのような領域の位置を更に複数領域同一のタイミングで入力可能にすることを含むものである。【００８０】
そして、上述した実施形態の位置入力装置によると、例えば、ゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機の入力装置に用いると、表示画面上に表示したキャラクターやアイテムを遊技者が両手を使って同時に操作することが可能になり、また、複数人による多人数同時プレイが可能になって、ゲーム機の遊びの幅を大幅に拡げることができる。また、画像制御装置の入力装置として用いた場合には、多人数による同時入力が可能になるので、大画面に複数人が同時に描画を行う際の入力装置として活用することができる。【００８１】
また、本発明の上述した実施形態に係る位置入力装置が入力面領域を傾斜させて、又は、直立させてゲーム機等に配置される場合、受光素子を導光板の上辺に配置することが望ましい。導光板の上辺に受光素子を配置することにより、受光素子への塵埃等の堆積を防止することができ、また、日光や室内の照明光その他の外光の影響により位置入力装置の位置検出精度が低下することを防止することができる。
【実施例】
【００８２】
図２に示す実施形態に対応する実施例を以下に説明する。【００８３】
発光素子２としては、赤外線波長（ピーク発光波長）が８７０ｎｍで、半値角が±５°の赤外線ＬＥＤを用いることができる。受光素子３としては、赤外線ピーク感度波長が８７０ｎｍで、半値角が±１５°のフォトトランジスタを用いることができる。導光板５としては、アクリル板（屈折率約１．４９；全反射角（臨界角）４２．２°）を用い、発光素子２の入射角θを臨界角４２．２°に近い値に設定する。アクリル板の厚さは、良好な入力位置感度が得られる例として２ｍｍに設定することができる。【００８４】
本発明の多点同時入力を可能にする位置入力装置の適用例としては、図８に示すようなゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機の入力装置として用いることができる。【００８５】
図８（ａ）に示す例は、サッカー等のスポーツゲームであって、複数のキャラクター（プレーヤ及びボール）が画面上を移動するものである。このようなゲーム機に対して、同図（ｂ）に示すように、複数のキャラクターの移動方向或いはボールをパスする方向等を、両手を使って同時に入力操作することができるようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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