(57)【要約】【課題】指等の非発光被検出体、及び発光ペン等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る、導光部材を使用する光学式の座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムを提供する。【解決手段】座標入力装置３Ａは、導光板１０と、導光板１０の縁部に結合されて導光板１０の内部を照明する光源ユニット４Ａと、指８と発光ペン９とが導光板１０に接触したときに発生する導光板１０の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する２つの撮像ユニット２０・３０とを備え、撮像ユニット２０・３０による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める。光源ユニット４Ａを周期的に点滅させる照明光源点灯制御部１５と、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９の位置検出を行う検出部６とが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光部材と、導光部材の縁部に結合されて該導光部材の内部を照明する照明光源と、非発光被検出体と発光被検出体とが上記導光部材に接触したときに発生する該導光部材の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する少なくとも２つの方向検知手段とを備え、上記方向検知手段による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める座標入力装置において、
上記照明光源を周期的に点滅させる照明光源点滅手段と、
上記照明光源の点灯期間に上記非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に上記発光被検出体の位置検出を行う検出手段とが設けられていることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記照明光源は第１照明光源及び第２照明光源からなり、前記方向検知手段は一対の第１方向検知手段及び一対の第２方向検知手段からなり、
前記導光部材における第１の縁部には上記第１照明光源及び一対の第１方向検知手段が設けられ、上記導光部材における上記第１の縁部に対向する第２の縁部には上記第２照明光源及び一対の第２方向検知手段が設けられており、
上記第１方向検知手段は第１照明光源の照射範囲外に設置され、かつ上記第２方向検知手段は第２照明光源の照射範囲外に設置されており、
上記第１照明光源及び第２照明光源は、互いに異なる波長の光を出射し、
前記発光被検出体は、第１照明光源又は第２照明光源のうちのいずれか一方と同じ波長の光を出射し、
上記第１方向検知手段には、第１照明光源からの光を選択的に透過させる第１照明光源用フィルタが設けられ、上記第２方向検知手段には、第２照明光源からの光を選択的に透過させる第２照明光源用フィルタが設けられ、
前記照明光源点滅手段は、上記第１の縁部の第１照明光源と第２の縁部の第２照明光源とを交互に点灯すると共に、
前記検出手段は、第１照明光源又は第２照明光源の点灯期間に、該第１照明光源又は第２照明光源が点灯している側の一対の第１方向検知手段又は第２方向検知手段を用いて非発光被検出体の位置検出を行う一方、一対の第１方向検知手段又は一対の第２方向検知手段を用いて発光被検出体の位置検出を行うことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記発光被検出体は、前記照明光源から発光される光と同じ第１波長の光を発光する第１発光被検出体と、上記第１波長の光とは異なる第２波長の光を発光する第２発光被検出体とからなっていると共に、
前記少なくとも２つの方向検知手段は、上記第１波長の光を選択的に透過する選択領域と、上記第１波長の光及び第２波長の光の両方を透過する非選択領域とに分割された併合フィルタをそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の座標入力装置を用いた座標検出方法であって、
照明光源を周期的に点滅させ、上記照明光源の点灯期間に非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に発光被検出体の位置検出を行うことを特徴とする座標検出方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、
画像表示モジュールを備えていることを特徴とする座標入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光部材を用いて三角測量法により接触点の位置座標を求める光学式の座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムに関するものであり、詳細には、効率的に、指と発光ペンとを併用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材（以下、「ペン」と記載する）又は指等による座標入力を受け付ける導光部材とからなる光学式の座標入力装置又は位置検出装置、並びに座標入力装置又は位置検出装置と表示パネルとを組み合わせたタブレット、タッチパネル等の座標入力システムが知られている。
【０００３】
上記座標入力システムでは、上記ペン又は指を座標入力装置の座標入力領域に接近又は接触させることにより、座標入力装置又は位置検出装置が該ペン又は指における接近又は接触した位置の座標を求める。求められた座標は、例えば座標入力装置とは別体の液晶ディスプレイ、又は該座標入力装置に一体的に積層されている液晶パネル等の表示画面に点画像又は直線画像等のオブジェクトを表示するため等に用いられる。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されているタッチパネル１００は、図２３に示すように、ディスプレイ１０１上に導光板１０２を備え、導光板１０２上に接触された発光ペン１０３の位置を図示しない少なくとも２つの検出器にて求めるようになっている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている座標入力装置２００は、図２４（ａ）に示すように、長方形からなる平板部材２０１の４隅角部にそれぞれ受光器２０２…を配している。そして、平板部材２０１に発光ペン２０３にてタッチしたときの座標位置（ｘ、ｙ）を、図２４（ｂ）に示すように、各発光ペン２０３にてタッチ位置から受光器２０２…までの距離ｒ１〜ｒ４により求めるようになっている。尚、距離ｒ１〜ｒ４は、受光器２０２…での受光強度に比例するとして求めることができる。
【０００６】
さらに、例えば、特許文献３の第１の実施形態に開示されているタッチパネル３００は、図２５（ａ）（ｂ）に示すように、導光板３０１と、導光板３０１に光を入射する光源３０２と、導光板３０１の側面の一部に配置された受光素子３０４・３０５と、導光板３０１の側面と受光素子３０４・３０５との間に被検出体３１０により散乱した光源３０２からの光を受光素子３０４・３０５に結像する結像手段３０７とを備えている。また、受光素子３０４・３０５が配置された導光板３０１の側面には光吸収手段３０８が配置され、受光素子３０４・３０５は、図２５（ｂ）に示すように、光源３０２の照射範囲外に配置されている。
【０００７】
上記タッチパネル３００の座標検出原理は、以下のとおりである。
【０００８】
導光板３０１の側面に配置された光源３０２から照射された光は導光板３０１の内部で全反射を繰り返しながら伝播する。導光板３０１に指等の被検出体３１０がタッチされない状態では、受光素子３０４・３０５は光源３０２の照射範囲外に配置されているため、導光板３０１の内部を伝搬する伝搬光を受光しない。一方、透明の導光板３０１上に指等の被検出体３１０がタッチされると、被検出体３１０のタッチ位置にて、導光板３０１内の伝搬光が乱され、散乱光が発生する。散乱光の一部は受光素子３０４・３０５の方向にも伝搬して、図２６（ａ）（ｂ）に示すように、受光素子３０４・３０５で受光される。これにより、その方位角が測定され、三角測量法により散乱光が発生した点、つまり、指等の被検出体３１０がタッチされたポイントが特定される。
【０００９】
また、特許文献３の第３の実施形態には、図２７（ａ）（ｂ）に示すように、光源３０２ａ及び受光素子３０４ａと光源３０２ｂ及び受光素子３０４ｂとを導光板３０１の向かい合う端面にそれぞれ配置し、光源３０２ａ・３０２ｂを交互に点灯させることにより、受光素子３０４ａ・３０４ｂに直接到達する光の影響をなくすことができるタッチパネル３００’が記載されている。これにより、光源３０２ａ・３０２ｂと受光素子３０４ａ・３０４ｂの配置の自由度を増すことが可能となるとしている。
【００１０】
ところで、このようなタッチパネル３００’においては、指等の被検出体を複数存在させたい場合がある。このような場合、受光素子が二つしかないときには、指等の被検出体における接触位置の取り得る組み合わせが複数存在することになり、接触位置を確定できない。この場合、受光素子を少なくとも３つ用いることによって、複数の指等の被検出体における接触位置を決定することができる。
【００１１】
上述したように、座標入力装置においては、被検出体としてペンと指とに大別される。そして、ペン入力では、光源を内蔵した発光ペンを使用して、導光板との接触点で光結合した散乱光をイメージセンサ等の受光手段にて検出する。指入力では、指入力用の照明光源にて導光板内に全反射光を導光して、指接触点で発生する散乱光の導光成分をイメージセンサで検出する。
【００１２】
ここで、ペンと指との双方を用いることにより、ペン入力に細かい文字や絵を入力し、指入力にて縮小、拡大、回転、ページ送り等のジェスチャー動作を行うという用途が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表２００５−５２０２３９号公報（２００５年７月７日公表）
【特許文献２】特開平１１−３２７７６９号公報（１９９９年１１月３０日公開）
【特許文献３】特開２００９−２５８９６７号公報（２００９年１１月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の特許文献１〜３に開示された座標入力装置では、ペンと指との双方入力については開示されていない。
【００１５】
ここで、指入力とペン入力との両方を使用すべく、指入力とペン入力とを分離するために、指照明光源の波長と発光ペン光源の波長とを変え、イメージセンサの前に特定波長のみを透過させる波長フィルタを設置することが考えられる。
【００１６】
例えば、指照明の光源波長を第１波長λ１とし、ペンに内蔵された光源の光源波長を第２波長λ２とし、第１波長λ１を選択的に透過させるフィルタを有する指用撮像ユニットと、第２波長λ２を選択的に透過させるフィルタを有するペン用撮像ユニットを別個に設置すればよい。
【００１７】
しかしながら、このように個別の種類のフィルタを有する撮像ユニットを追加する構成では、撮像ユニット数が増加し、装置サイズが大きくなりコストアップするという問題点を有している。
【００１８】
ここで、座標入力システムでは、ディスプレイ表面にタッチパネル（導光板）を重ねて設置するので、画面表示品位に影響を与えないよう指照明光源は赤外光を使用することが好ましい。この場合、イメージセンサの赤外線感度は長波長側で低下する。また、特殊な波長の光源を使用するとコストアップになる。したがって、光源波長の使用数はできるだけ少ない方がよい。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、指等の非発光被検出体、及び発光ペン等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の座標入力装置は、上記課題を解決するために、導光部材と、導光部材の縁部に結合されて該導光部材の内部を照明する照明光源と、非発光被検出体と発光被検出体とが上記導光部材に接触したときに発生する該導光部材の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する少なくとも２つの方向検知手段とを備え、上記方向検知手段による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める座標入力装置において、上記照明光源を周期的に点滅させる照明光源点滅手段と、上記照明光源の点灯期間に上記非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に上記発光被検出体の位置検出を行う検出手段とが設けられていることを特徴としている。
【００２１】
本発明の座標検出方法は、上記課題を解決するために、上記記載の座標入力装置を用いた座標検出方法であって、照明光源を周期的に点滅させ、上記照明光源の点灯期間に非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に発光被検出体の位置検出を行うことを特徴としている。
【００２２】
上記の発明によれば、座標入力装置は、導光部材と、導光部材の縁部に結合されて該導光部材の内部を照明する照明光源と、非発光被検出体と発光被検出体とが上記導光部材に接触したときに発生する該導光部材の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する少なくとも２つの方向検知手段とを備え、上記方向検知手段による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める。
【００２３】
ところで、このような座標入力装置において、例えば指等の非発光被検出体と、発光ペン等の発光被検出体との両方が用いられた場合に、両者を分離すべく、非発光被検出体の照明光源と発光被検出体の発光波長とを異ならせ、かつ方向検知手段に両者を区別するためのフィルタを設けたのでは部品点数が増加し、コスト高となる。
【００２４】
そこで、本発明では、照明光源を周期的に点滅させる照明光源点滅手段と、照明光源の点灯期間に上記非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に上記発光被検出体の位置検出を行う検出手段とが設けられている。これにより、照明光源点滅手段にて、照明光源を周期的に点滅させる。そして、検出手段にて、照明光源の点灯期間に非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に発光被検出体の位置検出を行う。
【００２５】
この結果、照明光源の発光波長と発光被検出体の発光波長とが同じであっても、検知時間をずらすことによって、容易に、両者を区別して検知することができる。尚、照明光源における点滅の周期を例えば１００Ｈｚ以上とすることによって、実質的には、同一時間に両者を検知していると看做せる。
【００２６】
したがって、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、指等の非発光被検出体、及び発光ペン等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置を提供することができる。
【００２７】
本発明の座標入力装置では、前記照明光源は第１照明光源及び第２照明光源からなり、前記方向検知手段は一対の第１方向検知手段及び一対の第２方向検知手段からなり、前記導光部材における第１の縁部には上記第１照明光源及び一対の第１方向検知手段が設けられ、上記導光部材における上記第１の縁部に対向する第２の縁部には上記第２照明光源及び一対の第２方向検知手段が設けられており、上記第１方向検知手段は第１照明光源の照射範囲外に設置され、かつ上記第２方向検知手段は第２照明光源の照射範囲外に設置されており、上記第１照明光源及び第２照明光源は、互いに異なる波長の光を出射し、前記発光被検出体は、第１照明光源又は第２照明光源のうちのいずれか一方と同じ波長の光を出射し、上記第１方向検知手段には、第１照明光源からの光を選択的に透過させる第１照明光源用フィルタが設けられ、上記第２方向検知手段には、第２照明光源からの光を選択的に透過させる第２照明光源用フィルタが設けられ、前記照明光源点滅手段は、上記第１の縁部の第１照明光源と第２の縁部の第２照明光源とを交互に点灯すると共に、前記検出手段は、第１照明光源又は第２照明光源の点灯期間に、該第１照明光源又は第２照明光源が点灯している側の一対の第１方向検知手段又は第２方向検知手段を用いて非発光被検出体の位置検出を行う一方、一対の第１方向検知手段又は一対の第２方向検知手段を用いて発光被検出体の位置検出を行うとすることができる。
【００２８】
これにより、導光部材の対向する二辺である第１の縁部及び第２の縁部に、波長の異なる第１照明光源及び第２照明光源を備え、これらを交互に点灯させる。そして、例えば、第１波長の第１照明光源が発光しているときに、第１照明光源側の第１照明光源用フィルタ（第１波長を透過、後述する第２波長を遮断）を備えた一対の第１方向検知手段にて、非発光被検出体と発光被検出体との位置検出を行う。発光被検出体の信号は常時検出されるが、非発光被検出体の信号は第１照明光源の点灯期間だけ検出される。この結果、発光被検出体の信号の除去処理を行うことによって、非発光被検出体の信号を確実に検出することができる。
【００２９】
一方、第２波長の第２照明光源が発光しているときに、第２照明光源側の第２照明光源用フィルタ（第１波長を遮断、第２波長を透過）を備えた一対の第２方向検知手段にて、非発光被検出体の位置検出を行う。発光被検出体の信号と、第１照明光源からの直接光は第２照明光源用フィルタにて遮断される。尚、この場合、第２波長の発光被検出体を使用すれば発光被検出体の信号を検出することができる。
【００３０】
この結果、共通光学系、つまり第１照明光源、第１照明光源用フィルタ及び一対の第１方向検知手段、又は第２照明光源、第２照明光源用フィルタ及び一対の第２方向検知手段を用いて非発光被検出体の信号と発光被検出の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、第１照明光源用フィルタ及び第２照明光源用フィルタの作用効果により、非発光被検出体からの光が対向する側の一対の第２方向検知手段に直接入射することが無い。
【００３１】
したがって、対向する二辺である第１の縁部及び第２の縁部に、第１照明光源、第１照明光源用フィルタ及び一対の第１方向検知手段、又は第２照明光源、第２照明光源用フィルタ及び一対の第２方向検知手段を配置するので、非発光被検出体と発光被検出体とのマルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【００３２】
本発明の座標入力装置では、前記発光被検出体は、前記照明光源から発光される光と同じ第１波長の光を発光する第１発光被検出体と、上記第１波長の光とは異なる第２波長の光を発光する第２発光被検出体とからなっていると共に、前記少なくとも２つの方向検知手段は、上記第１波長の光を選択的に透過する選択領域と、上記第１波長の光及び第２波長の光の両方を透過する非選択領域とに分割された併合フィルタをそれぞれ備えているとすることができる。
【００３３】
これにより、少なくとも２つの方向検知手段において、それぞれ、１つの併合フィルタを備えるだけで、非発光被検出体としての１つの指と、第１発光被検出体及び第２発光被検出体との座標位置の検出が可能となる。
【００３４】
したがって、方向検知手段を増加させることがないので、部品点数の増加、及びコスト高を抑制して、１つの非発光被検出体と２つの発光被検出体との併用を可能とする座標入力装置を提供することができる。
【００３５】
本発明の座標入力システムは、上記課題を解決するために、前記記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示モジュールを備えていることを特徴としている。
【００３６】
上記の発明によれば、座標入力装置を、画像表示モジュールの画像を見ながら指等の非発光被検出体及び発光ペン等の発光被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、大型タッチパネルに適用した場合においても、非発光被検出体である指及び発光被検出体である発光ペンの両方の座標位置を検出し得る座標入力装置を備えた座標入力システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の座標入力装置は、以上のように、照明光源を周期的に点滅させる照明光源点滅手段と、上記照明光源の点灯期間に上記非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に上記発光被検出体の位置検出を行う検出手段とが設けられているものである。
【００３８】
本発明の座標検出方法は、以上のように、上記記載の座標入力装置を用いた座標検出方法であって、照明光源を周期的に点滅させ、上記照明光源の点灯期間に非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に発光被検出体の位置検出を行う方法である。
【００３９】
本発明の座標入力システムは、以上のように、前記記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示モジュールを備えているものである。
【００４０】
それゆえ、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、指等の非発光被検出体、及び発光ペン等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における座標入力装置、及び座標入力システムの実施の一形態を示すものであって、座標入力装置を備えた座標入力システムの全体構成を示す斜視図である。
【図２】上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は座標入力システムの構成を示す平面図であり、（ｂ）は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は座標入力システムの構成を示す側面図であり、（ｂ）は座標入力システムの縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。
【図５】座標入力システムの構成を示すものであって、図８のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】１個のＬＥＤにおける導光板への照射領域を示す平面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、導光板とＬＥＤとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。
【図８】導光板に指をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は座標入力装置の検出原理を示す平面図であり、（ｂ）は座標入力装置の撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。
【図１０】（ａ）は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、（ｂ）は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。
【図１１】（ａ）は上記座標入力装置における撮像ユニットでの撮像状況を示す斜視図であり、（ｂ）は上記撮像ユニットの撮像素子での像を示す平面図である。
【図１２】上記座標入力装置における発光被検出体としての発光ペンの構成を筐体の一部を取り外して示す平面図である。
【図１３】導光板に発光ペンをタッチしたときの伝搬光の光路を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は光源ユニットの点灯時の構成を示す平面図であり、（ｂ）は光源ユニットの点灯時における指及び発光ペンの検出信号を示す波形図であり、（ｃ）は光源ユニットの消灯時の構成を示す平面図であり、（ｄ）は光源ユニットの消灯時における発光ペンの検出信号を示す波形図である。
【図１５】本発明における座標入力装置の他の実施の形態を示すものであって、４個の撮像ユニットが設けられた座標入力装置及び座標入力システムの構成を示す斜視図である。
【図１６】（ａ）は導光板に指をタッチしたときの伝搬光の光路を示す断面図であり、（ｂ）は導光板に発光ペンをタッチしたときの伝搬光の光路を示す断面図である。
【図１７】１つの指と１個の発光ペンとを併用するときの各撮像ユニットでの信号を示す説明図である。
【図１８】２つの指と１個の発光ペンとを併用するときの各撮像ユニットでの信号を示す説明図である。
【図１９】１つの指と２個の発光ペンとを併用するときの各撮像ユニットでの信号を示す説明図である。
【図２０】本発明における座標入力装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、６個の撮像ユニットが設けられた座標入力装置にて、１つの指と２個の発光ペンとを併用するときの各撮像ユニットでの信号を示す説明図である。
【図２１】本発明における座標入力装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、２個の撮像ユニットが設けられた座標入力装置にて、１つの指と２個の発光ペンとを併用するときの各撮像ユニットでの信号を示す説明図である。
【図２２】（ａ）は光源ユニットの点灯時における撮像素子での検出状況を示す説明図であり、（ｂ）は光源ユニットの消灯時における撮像素子での検出状況を示す説明図である。
【図２３】従来の座標入力システムの構成を示す断面図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）は、従来の他の座標入力システムの構成を示す平面図である。
【図２５】（ａ）は従来の座標入力装置としての位置検出装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記位置検出装置の要部の構成を示す平面図である。
【図２６】（ａ）は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置の検出原理を示す平面図であり、（ｂ）は上記位置検出装置における受光素子の光信号を示す波形図である。
【図２７】（ａ）（ｂ）は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置における変形例の構成を示すものであって、光源の点灯制御方法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４３】
（座標入力システムの構成）
本実施の形態の座標入力装置を備えた座標入力システムの構成について、図２及び図３（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図２は、上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。図３（ａ）は座標入力システムの構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。尚、本明細書においては、図２におけるＺ方向を座標入力システムの前側とする。また、図２におけるＸ方向を座標入力システムの長手方向とし、図２におけるＹ方向を座標入力システムの短手方向とする。
【００４４】
本実施の形態の座標入力システム１は、図２に示すように、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール２と、この液晶表示モジュール２の前面側に設けられた座標入力装置３Ａとを備えている。
【００４５】
上記液晶表示モジュール２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、図示しない一対の基板間に液晶層を挟持し、かつ各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が設けられた液晶表示パネル２ａとを備えている。この液晶表示パネル２ａでは、電極間に電圧を印加することにより液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示を行う。上記液晶表示パネル２ａはシャーシ２ｂに支持されていると共に、液晶表示パネル２ａの前面には保護ガラス２ｃが設けられている。尚、液晶表示モジュール２の構成は、従来周知の液晶表示モジュールを用いることができる。
【００４６】
上記座標入力システム１では、液晶表示パネル２ａに表示された画面を見ながら、液晶表示パネル２ａの前側に設けられた座標入力装置３Ａの導光板１０上に例えば非発光被検出体としての指を接触させることにより、その指における接触位置の座標が特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。
【００４７】
（座標入力装置の構成）
次に、上記座標入力システム１に備えられた座標入力装置３Ａの構成について、前記図２及び図３（ａ）（ｂ）、並びに図４（ａ）（ｂ）〜図８に基づいて以下に詳述する。図４（ａ）は座標入力システム１の構成を示す側面図であり、図４（ｂ）は座標入力システム１の縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。図５は座標入力システム１の構成を示すものであって、図８のＡ−Ａ線矢視断面図である。図６は１個のＬＥＤにおける導光板１０への照射領域を示す平面図である。図７（ａ）（ｂ）は、導光板１０とＬＥＤ４ａとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。図８は導光板１０に指８をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。
【００４８】
上記座標入力装置３Ａは、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、長方形の透明の導光部材としての導光板１０と、長方形の導光板１０における一方の辺の隅角部にそれぞれ配設された方向検知手段としての撮像ユニット２０・３０と、導光板１０の長手方向における一辺の背面側に設けられた照明光源としての光源ユニット４Ａと、光源ユニット４Ａからの光を導光板１０に結合させる光結合部材５と、後述する検出手段としての検出部６とを備えている。また、図３（ｂ）に示すように、導光板１０における縁部における光源ユニット４Ａが配設された箇所及び他方の端部の表面側及び裏面側には、光吸収部材７・７が設けられている。
【００４９】
導光板１０は、透光性材料からなる一枚の長方形の平板からなっており、液晶表示モジュール２における液晶表示パネル２ａの表示面側に重ねて配設されている。尚、導光板１０は、完全な長方形である必要はなく、後述するように、隅角部に貫通孔１１が形成されていたり、角が切り欠かれていたり、又は角が曲面加工されていたりする等の実質的な四角形であってよい。
【００５０】
導光板１０の大きさは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、４つの辺の周辺が液晶表示パネル２ａよりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット２０・３０を、導光板１０の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置３Ａの後述する指８における導光板１０への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置３Ａのコンパクトサイズの実現に寄与している。長方形の導光板１０の大きさは、例えば、対角線が例えば６０インチとすることができる。ただし、これに制限されるものではなく、対角線が例えば６０インチ、７０インチ、８０インチ、…とさらに大きくてもよく、又は６０インチ以下でもよい。
【００５１】
導光板１０の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられる。ただし、これより厚くてもよい。本実施の形態では、導光板１０の厚さは例えば３ｍｍとなっている。導光板１０の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネート又はガラスでもよい。
【００５２】
また、導光板１０における撮像ユニット２０・３０を配設する２箇所の隅角部には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、凹型の円錐面状の光路変換部としての貫通孔１１がそれぞれ形成されている。尚、本実施の形態では、貫通孔１１が円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、双曲面状又は多角面状に構成されていてもよい。また、貫通孔１１の中央部は必ずしも貫通している必要はない。導光板１０の厚さの途中まで斜面が形成されていてもよい。この場合は、撮像ユニット２０・３０が密閉されるので、撮像ユニット２０・３０の内部に異物が混入することがなくなる。
【００５３】
図５に示すように、貫通孔１１の円錐面の壁面１１ａと導光板１０の背面とがなす角度γは、４５度以下であり、例えば３０度又は２４度が選ばれる。貫通孔１１における円錐面状の壁面１１ａにはミラーコーティングが施されている。これにより、図５に示すように、導光板１０の内部を伝搬して貫通孔１１に至った光の光路を、貫通孔１１によって導光板１０の下方、つまり導光板１０の背面に向けて変化させる。尚、壁面１１ａにミラーコーティングが施されていなくても、貫通孔１１の円錐面によって、光路を導光板１０の下方に変化させることが可能である。また、本実施の形態では、光変換部材を導光板１０の隅角部の貫通孔１１として設けたため、導光板１０から光変換部材が突出するのを回避している。
【００５４】
次に、撮像ユニット２０・３０は、導光板１０における２所の隅角部における円錐面状の貫通孔１１の直下に配置されている。これにより、撮像ユニット２０・３０は、導光板１０の表面よりも上方には突出していない構造となっている。
【００５５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０は、導光板１０における縁部の互いに離れた２所の隅角部に設けられている。ただし、本発明においては、撮像ユニット２０・３０の設置箇所は、必ずしも隅角部に限らない。例えば、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部には、少なくとも２箇所に撮像ユニット２０・３０が設けられており、導光板１０における該第１の縁部に対向する他方の第２の縁部にも少なくとも２箇所に撮像ユニット４０・５０が設けられているとすることができる。この理由は、三角測量法においては少なくとも２個の方向検知手段が必要となるので、少なくとも２以上の撮像ユニット２０・３０を設けておく必要があるためである。
【００５６】
上記撮像ユニット２０は、図５に示すように、レンズ２１と可視光カットフィルタ２２と撮像素子２３とを有している。また、撮像ユニット３０も、同様に、図８に示すように、レンズ３１と可視光カットフィルタ３２と撮像素子３３とを有している。そのため、撮像ユニット２０・３０に入射した上記光は、まず、レンズ２１・３１によって集光され、続いて可視光カットフィルタ２２・３２によって可視光が遮断されて、撮像素子２３・３３に受光される。撮像素子２３・３３では、受光した光が光電変換されて画像が形成される。この点については、後述する。尚、可視光カットフィルタ２２・３２の配置位置は、レンズ２１・３１の手前側つまり導光板１０側であってもよい。
【００５７】
また、本実施の形態の撮像素子２３・３３は、例えば２次元のイメージセンサからなっている。ただし、必ずしも２次元に限らず、１次元のイメージセンサであってもよい。また、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラであってもよい。
【００５８】
撮像素子２３・３３の受光面は、それぞれ、導光板１０の表面と平行であるように配設されている。
【００５９】
撮像ユニット２０・３０は、導光板１０に接続されており、導光板１０を伝搬しない光は撮像素子２３・３３に結合しない構造になっている。
【００６０】
次に、導光板１０における長手方向の一辺の縁部に設けられた光源ユニット４Ａは、図３（ａ）に示すように、直列に複数並べられたＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）４ａ…を備えており、各ＬＥＤ４ａは、例えば赤外光等の光を発するようになっている。ただし、必ずしも赤外光に限らず、可視光、紫外光であってもよい。また、必ずしもＬＥＤ４ａを使用する必要はなく、半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）を用いる方が好ましい。この理由は、ＬＥＤは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広いためである。
【００６１】
ここで、本実施の形態では、光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向の１辺の縁部に設けられている。すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部に設けられている。この場合、光源ユニット４Ａ及び撮像ユニット２０・３０は、いずれも導光板１０の背面側に設けられているので、光源ユニット４Ａは、撮像ユニット２０・３０は、両者が重ならないように、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との間に設けられている。また、図５に示すように、光源ユニット４Ａの方が、撮像ユニット２０に比べて、導光板１０の外周端に設けられている。したがって、撮像ユニット２０・３０においては、光源ユニット４Ａからの直接光が撮像ユニット２０・３０の信号検出有効エリア内に入射しないようになっている。
【００６２】
上述したように、光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う一辺の第１の縁部に設けられていることが好ましい。この理由は、図６に示すように、ＬＥＤ４ａが導光板１０における長手方向に沿う辺に設けられている方が、導光板１０における短手方向に沿う辺の縁部に設けられている場合よりも、導光板１０内でのＬＥＤ４ａの光の到達距離が短いためである。すなわち、これにより、光源ユニット４Ａからの光量が大きくなり、かつ導光板１０に接触された指８から撮像ユニット２０・３０への距離も小さくなるため、導光板１０に接触された指８からの散乱光における撮像ユニット２０・３０での検出強度が大きくなるためである。
【００６３】
ここで、指８からの散乱光を撮像素子２３・３３等にて検出するときに、撮像素子２３・３３等での散乱光の出力をできるだけ大きくする必要がある。そのためには、ＬＥＤ４ａからの導光板１０の内部での伝搬光の光量が大きい方が好ましい。そこで、図６に示すように、１個のＬＥＤ４ａの放射角度δが小さくなるようにしている。ＬＥＤ４ａの放射角度δが大きいと１個のＬＥＤ４ａにおける照射領域の光量密度が減少するためである。
【００６４】
また、本実施の形態では、光源ユニット４Ａを導光板１０の背面側に配設している。この場合、光源ユニット４Ａの各ＬＥＤ４ａの光を導光板１０に対して垂直に入射させたのでは、入射光は導光板１０の内部を導光せず、そのまま、導光板１０の前面に抜けていく。そこで、本実施の形態では、図２に示すように、導光板１０と光源ユニット４Ａとの間に光結合部材５を設けており、図７（ａ）（ｂ）に示すように、光源ユニット４ＡのＬＥＤ４ａ…からの光は、この光結合部材５を介して導光板１０に対して斜めに入射されるようになっている。
【００６５】
上記光結合部材５は、詳細には、図７（ａ）に示すように、例えば、三角柱のプリズム５ａからなっているとすることができる。このプリズム５ａは導光板１０に対して例えば両面テープ５ｂ又は接着剤を用いて接着することができる。そして、このプリズム５ａの傾斜面にＬＥＤ４ａを接着することにより、図７（ａ）に示すように、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
【００６６】
尚、図７（ｂ）に示すように、ＬＥＤ４ａとして砲弾型のＬＥＤ４ａを使用することもできる。この場合には、光結合部材５として、砲弾型のＬＥＤ４ａを導光板１０に対して斜めに固定できる透明ブロック５ｃを用いることができる。これによっても、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
【００６７】
次に、座標入力装置３Ａには、図８に示すように、検出手段としての検出部６が設けられている。この検出部６は、指８による光散乱に基づく撮像素子２３・３３での出力を検知して、指８における導光板１０の表面への接触位置の座標を求めるものである。具体的には、ＣＰＵからなっている。
【００６８】
また、導光板１０における第１の縁部には、光源ユニット４Ａ及び撮像ユニット２０・３０に重ならないように光吸収部材７・７が設けられている。この光吸収部材７・７は、例えば黒色ポリエステルフィルム等からなる高遮光フィルムを導光板１０に貼着してなっており、導光板１０の端部での反射光が反対側の端部に戻らないように、該反射光を吸収するものとなっている。
【００６９】
ここで、本実施の形態の座標入力システム１では、非発光被検出体としての例えば指８が使用されると共に、発光被検出体としての例えば発光ペン９も使用される。ただし、非発光被検出体は、必ずしも指８に限らず、棒状のタッチペン等の非発光の被検出体であってもよい。
【００７０】
（座標入力装置における非発光被検出体の座標検出原理）
最初に、上記構成の座標入力装置３Ａに非発光被検出体としての指８が導光板１０に接触されたときの座標検出原理について、前記図５、図８、並びに図９（ａ）（ｂ）及び図１０（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図９（ａ）は座標入力装置３Ａの検出原理を示す平面図であり、図９（ｂ）は座標入力装置３Ａの撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。図１０（ａ）は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、図１０（ｂ）は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。
【００７１】
まず、座標入力装置３Ａでは、図５に示すように、導光板１０における少なくとも一辺の縁部に沿って設けられた光源ユニット４Ａの複数のＬＥＤ４ａ…から導光板１０に光が斜めに入射される。
【００７２】
導光板１０に入射された光は、図５に示すように、導光板１０の内部の全面に伝搬光として導光する。すなわち、導光板１０の屈折率と空気の屈折率との相違により導光板１０の内部では光が全反射を繰り返す。この全反射される光は、導光板１０の端面から出射される。尚、導光板１０の端面にて反射されて戻ろうとする光は導光板１０の表面及び背面の光吸収部材７・７にて吸収され、撮像ユニット２０・３０側に戻ってくることはない。
【００７３】
ここで、図５に示すように、導光板１０の表面に指８を接触つまりタッチさせると、導光板１０の内部における全反射条件が崩れ、指８にて屈折率ｎの導光板１０内を導光する赤外光の一部が散乱される。この散乱光のうち、導光板１０内の伝搬角θＰ が、
ｓｉｎ（９０°−θＰ ）＞１／ｎ
に示す条件を満たす光束は、導光板１０の表面及び裏面での反射を繰り返し、導光板１０内を進行する。
【００７４】
図８に示すように、指８の散乱光である赤外光は導光板１０の２次元平面に対して放射状に拡散され、導光板１０内を伝搬する。そして、その光束のうちの一部の伝搬光１３ａ・１４ａは、円錐面状の貫通孔１１・１１の壁面１１ａ・１１ａにも導かれ、該壁面１１ａ・１１ａの反射光が撮像ユニット２０・３０にて受光される。具体的には、貫通孔１１・１１の壁面１１ａ・１１ａの反射光は、撮像ユニット２０・３０におけるレンズ２１・３１にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ２２・３２を通って、最後に撮像素子２３・３３に受光される。これにより、図９（ｂ）に示すように、各撮像素子２３・３３における画素番号のところに発光ピークが現れる。したがって、検出部６は、各撮像素子２３・３３から得られる各画像における画素番号を角度に換算することにより、図９（ａ）に示すように、指８が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０からの視認角度である角度α・βを求める。
【００７５】
例えば、図１０（ａ）に示すように、指８が導光板１０上の点Ｐ１ 〜点Ｐ９ にそれぞれ接触された場合、撮像ユニット２０の撮像素子２３には、図１０（ｂ）に示すように、点Ｐ１ 〜点Ｐ９ に対応する画素番号の位置に各ピークが現れる。この画素番号を角度に変換することにより、点Ｐ１ 〜点Ｐ９ の角度を求めることができる。図１０（ｂ）においては、概ね、画素番号１００≒角度８０度、画素番号２００≒角度６０、画素番号３００≒角度４０度、画素番号４００≒角度２０度とみることができる。
【００７６】
（２次元座標位置の算出方法）
次に、指８が接触した箇所における導光板１０の２次元座標位置の算出方法について、図１１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、この処理は、検出部６が行う。ここで、図１１（ａ）は座標入力装置３Ａにおける撮像ユニット２０での撮像状況を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は撮像ユニット２０の撮像素子２３での像を示す平面図である。尚、図１１（ａ）（ｂ）においては、撮像ユニット２０についてのみ説明するが、撮像ユニット３０においても同様の処理が行われる。
【００７７】
図５及び図１１（ａ）に示すように、撮像ユニット２０に入射した光は、レンズ２１を経て、撮像素子２３に線状の像２５を形成する。線状の像２５の位置は指８の位置によって変化し、撮像素子２３の取得画像を分析することにより、伝搬光１３ａと導光板１０の一辺とがなす角度αがそれぞれ求められる。また、撮像ユニット３０に入射した光によっても、同様にして、レンズ３１を経て、撮像素子３３に線状の像２５を形成する。そして、撮像素子３３の取得画像を分析することにより、前記伝搬光１４ａと導光板１０の一辺とがなす角度βが求められる。この角度α・βにより、三角測量法を用いて指８が接した点の位置座標が求められる。
【００７８】
詳細には、図１１（ａ）において、指８が点Ｐ１ の位置にあるとき、図１１（ｂ）にも示すように、線状の像２５が形成される。また、この指８が点Ｐ２ の位置に移動したとき、線状の像２７が形成される。
【００７９】
光源ユニット４Ａからの光を照射している状態において、指８が導光板１０に接触していないとき、撮像素子２３・３３の取得画像には何も変化が起こらない。一方、指８が導光板１０に接触して散乱光が発生すると、その光束のうちの一部における伝搬光１３ａ・１４ａが撮像素子２３・３３に導かれ、撮像素子２３・３３の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像２５が現れる。
【００８０】
図１１（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、指８における接触点の位置に依存して変化し、指８の接触点の位置を変えると、線状の像２５は線状の像２７のように変化する。その線状の像２５・２７の軌跡は一点鎖線で示した扇形状２６になる。その扇形の中心と線状の像２５を結ぶ線分の傾き角度α１ ’（円弧の中心を回転中心とする）は、指８と撮像素子２３を結ぶ線分と導光板１０の上記或る一辺とがなす角度α１ と同じ角度になる。したがって、撮像素子の取得画像から傾き角度α１ ’が求められ、この傾き角度α１ ’から角度α１ が求められる。同様に、指８が点Ｐ２ の位置に移動すると、線状の像２７が形成され、その線状の像２７の傾き角度α２ ’を求めることにより、角度α２ が求められる。
【００８１】
撮像素子３３についても同様に取得画像の分析から発光点の位置が特定され、指８と撮像素子３３とを結ぶ線分と導光板１０の上記或る一辺とがなす角度βが求められる。
【００８２】
そして、撮像素子２３と撮像素子３３との間の間隔をＬ、撮像素子２３からの画像を読み取り求めた輝点の角度をα、撮像素子２３からの取得画像を読み取り求めた輝点の角度をβとしたとき、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は下記の関係式（１）及び関係式（２）
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ                          …関係式（１）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）                  …関係式（２）
を満足する。これを解くと、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は、
Ｘ＝ｔａｎβ・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）                  …式（３）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …式（４）
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め求めることができる間隔Ｌとにより、指８が接触した地点の座標Ｘ・Ｙを求めることができる。このうち間隔Ｌは撮像素子２３と撮像素子３３との間の間隔であり、固定の値である。角度α・βを求めることにより、座標入力装置３Ａでの座標Ｘ・Ｙを求めることができる。
【００８３】
尚、撮像素子２３と撮像素子３３との間の間隔Ｌとは、レンズ２１の光軸中心とレンズ３１の光軸中心との間の距離である。
【００８４】
また、以上の方法にて求められた指８の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２ａの位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、指８のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル２ａの駆動を制御する図示しない制御部が、検出部６で求めた位置座標の情報を取得して、該情報に基づいて液晶表示パネル２ａを駆動すればよい。
【００８５】
（座標入力装置における発光被検出体の座標検出原理）
次に、本実施の形態では、上記構成の座標入力装置３Ａに発光被検出体としての発光ペン９が導光板１０に接触されたときにも、発光ペン９の接触位置の座標検出ができるようになっている。以下では、発光ペン９の構成、及び上記構成の座標入力装置３Ａに発光被検出体としての発光ペン９が導光板１０に接触されたときの座標検出原理について、図１２、図１３及び図１４に基づいて、以下に説明する。図１２は、本実施の形態の発光ペン９の構成を示す平面図である。また、図１３は座標入力システムの構成を示すものであって、図１４のＡ−Ａ線矢視断面図である。尚、図１２においては、説明の便宜上、筐体の一部を取り外して、内部構造を露出させている。図１４は、導光板に発光ペンをタッチしたときの伝搬光の光路を示す斜視図である。
【００８６】
（発光ペンの構成）
最初に、発光ペン９の構成について、図１２に基づいて説明する。上記発光ペン９は、いわゆるタッチペン又はスタイラスペンと呼ばれる操作部材である。
【００８７】
発光ペン９は、図１２に示すように、外形となる筐体９ａの内部に、光を出射する発光素子ＬＤと、該発光素子ＬＤから発光された光を発光ペン９の先端から導光板１０へ導入させる導入部ＩＳとを有する発光部９ｂと、電源装置９ｃと、制御装置９ｄとを格納している。そして、発光ペン９の光出射先端側には、光を拡散させる光散乱部材９ｅが導入部ＩＳに固定されて取り付けられている。
【００８８】
この光散乱部材９ｅは、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。上記光拡散材料としては、ガラスビーズを用いることができる。また、上記樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、又はシリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、座標入力装置３Ｂの導光板１０に発光ペン９の先端つまり光散乱部材９ｅを接触させて用いる場合に、導光板１０表面を傷付けることなく、かつ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板１０表面との接触面積を大きくすることができる。この結果、導光板１０表面に導入される光量を多くすることができる。すなわち、導光板１０の内部における深さ方向に対して複数の放射状の方向に、発光ペン９からの光を入射させることができるようになっている。
【００８９】
光散乱部材９ｅの光出射面は、曲面を有している。すなわち、光散乱部材９ｅは概ね半球体であり、直径が例えば２．５〜５．５ｍｍとなっている。直径が２．５よりも小さいと、十分に拡散した光を形成することができない虞がある。
【００９０】
さらに、この光散乱部材９ｅは、発光ペン９に対して着脱可能に構成されている。これにより、光散乱部材９ｅが何らかの理由で損傷した場合又は経時劣化した場合であっても、光散乱部材９ｅを交換するだけで発光ペン９の使用を継続することができる。
【００９１】
上記発光素子ＬＤは、例えば赤外光等の光を発するＬＥＤ（light emitting diode）又は、半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）を用いることができる。ただし、半導体レーザはＬＥＤよりも発光スペクトル幅が狭いので好ましい。
【００９２】
上記電源装置９ｃは、例えば電池を内蔵する構成とすることができるほか、充電式に構成されていてもよい。
【００９３】
上記制御装置９ｄは、発光素子ＬＤの発光を制御する。例えば、発光素子ＬＤが導光板１０に接触したときにのみに発光する仕組み等が盛り込まれる。この仕組みは感圧スイッチ等を用いることにより構成され、発光時間を制御できるため、消費電力を低減し、電池寿命を延ばすことができる。
【００９４】
上記構成の発光ペン９では、電源装置９ｃから電源を受けた発光素子ＬＤは所定波長の光を発光する。この発光素子ＬＤから発光された光は、導入部ＩＳを経て光散乱部材９ｅに入射し、該光散乱部材９ｅの光拡散材料及び上記微細な凹凸形状によって乱反射する。そして、光散乱部材９ｅの光出射面から拡散光となって出射される。
【００９５】
以上のように、発光ペン９には、光を出射する発光部９ｂが設けられており、ペン先から光が拡散放射される構成となっている。したがって、発光ペン９のペン先が導光板１０に接触すると、ペン先から放射された赤外光の一部が、導光板１０に結合して、導光板１０内を伝搬する。発光ペン９は、ペン先から光を拡散放射するため、導光板１０に結合した光は、導光板１０内を拡散放射しながら導光伝搬される。
【００９６】
そして、図１３に示すように、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１３ａ・１４ａは、貫通孔１１を介して撮像ユニット２０・３０にそれぞれ入射する。撮像ユニット２０・３０では、撮像素子２３・３３から得られる各画像から、発光ペン９が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０とのなす角度を求める。これにより、以下に述べる２次元座標の算出原理に基づいて、二次元平面内での位置座標を精度よく求めることができる。
【００９７】
（発光ペンにおける２次元座標位置の算出）
上述のようにして求めた、発光ペン９が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０とのなす角度を用いて、発光ペン９が接触した箇所における２次元座標位置を算出する。この発光ペン９が接触した箇所における２次元座標位置を算出方法については、前記指８が接触した箇所における２次元座標位置を算出方法と全く同一であるので、説明を省略する。
【００９８】
（指と発光ペンとを併用した場合の接触位置の座標検出方法）
本実施の形態の座標入力装置３Ａは、図１に示すように、導光部材としての導光板１０と、導光板１０の縁部に結合されて該導光板１０の内部を照明する照明光源としての光源ユニット４Ａと、非発光被検出体としての指８と発光被検出体としての発光ペン９とが導光板１０に接触したときに発生する該導光板１０の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する少なくとも２つの方向検知手段としての撮像ユニット２０・３０とを備え、撮像ユニット２０・３０による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める。すなわち、図５に示すように、光源ユニット４Ａから導光板１０内に導入された光は、指８が導光板１０に接触すると、それによって散乱され、そこを起点に散乱光が導光板１０の内部を伝搬する。また、図１３に示すように、発光ペン９が導光板１０に接触すると接触点で光結合した光が導光板１０の内部を伝搬する。これらの光を、撮像ユニット２０・３０にて撮像して接触点の角度情報を検出する。
【００９９】
ところで、このような座標入力装置３Ａにおいて、例えば指８と、発光ペン９との両方が用いられた場合に、両者を分離すべく、指８の光源ユニット４Ａと発光ペン９の発光波長とを異ならせ、かつ撮像ユニット２０・３０に両者を区別するためのフィルタを設けたのでは部品点数が増加し、コスト高となる。
【０１００】
そこで、本実施の形態では、光源ユニット４Ａを周期的に点滅させる照明光源点滅手段としての照明光源点灯制御部１５と、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９の位置検出を行う検出手段としての検出部６とが設けられている。これにより、照明光源点灯制御部１５にて、光源ユニット４Ａを周期的に点滅させる。そして、検出部６にて、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９の位置検出を行う。
【０１０１】
すなわち、光源ユニット４Ａは、照明光源点灯制御部１５の制御信号に同期して周期的に点灯する。ここで、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、発光ペン９からの信号は撮像ユニット２０・３０にて常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。このため、同期信号を利用して信号処理することによって、共通光学系、つまり撮像ユニット２０・３０を用いて指８の信号と発光ペン９の信号との分離検出が可能になる。
【０１０２】
この結果、光源ユニット４Ａの波長と発光ペン９の発光波長とが同じであっても、検知時間をずらすことによって、容易に、両者を区別して検知することができる。尚、光源ユニット４Ａにおける点滅の周期を例えば１００Ｈｚ以上とすることによって、実質的には、同一時間に両者を検知していると看做せる。
【０１０３】
これにより、例えば、発光ペン９を用いた文字入力と、指８を用いた例えば縮小、拡大、回転等のジェスチャー操作の誤認識がなくなる。そして、入力モードとジェスチャー操作モードの切り替えが不要である。また、指８の入力を文字入力として使用することも可能である。さらに、指８の入力情報と発光ペン９の入力情報とは別情報として保存することが可能である。
【０１０４】
また、光源ユニット４Ａを周期的に常時オフして発光ペン９での入力専用として使用する一方、光源ユニット４Ａを周期的に常時オンして指８の入力専用として使用するという動作切り替え機能を持たせてもよい。さらに、入力待ち状態では点灯周期を長くする省電力モードを持たせてもよい。
【０１０５】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、指８等の非発光被検出体、及び発光ペン９等の発光被検出体との両方の座標位置を１種類の光源波長により検出し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１０６】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、照明光源としての光源ユニット４Ａを周期的に点滅させる照明光源点滅手段としての照明光源点灯制御部１５と、光源ユニット４Ａの点灯期間に非発光被検出体としての指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光被検出体としての発光ペン９の位置検出を行う検出手段として検出部６とが設けられている。
【０１０７】
また、本実施の形態の座標検出方法では、光源ユニット４Ａを周期的に点滅させ、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９の位置検出を行う。
【０１０８】
この結果、光源ユニット４Ａの発光波長と発光ペン９の発光波長とが同じであっても、検知時間をずらすことによって、容易に、両者を区別して検知することができる。
【０１０９】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、指８等の非発光被検出体、及び発光ペン９等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１１０】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態の座標入力装置３Ａを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１１１】
上記の構成によれば、座標入力装置３Ａを、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８等の非発光被検出体及び発光ペン９等の発光被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、非発光被検出体である指８及び発光被検出体である発光ペン９の両方の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ａを備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０１１２】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１５〜図１９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
前記実施の形態１の座標入力装置３Ａでは、図１に示すように、長方形からなる導光板１０の長手方向における１つの縁部に撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａが設けられていた。しかし、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、図１５に示すように、長方形からなる導光板１０の長手方向における対向する２つの縁部に撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂ及び光源ユニット４Ａ・４Ｂが設けられている。そして、第１波長λ１を発光する光源ユニット４Ａと第２波長λ２を発光する光源ユニット４Ｂとが交互に点灯されることによりそれぞれ周期的に点灯されると共に、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂは、第１波長λ１と第２波長λ２とを識別するための光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂを備えている点が実施の形態１の座標入力装置３Ａとは異なっている。
【０１１４】
本実施の形態の座標入力装置３Ｂの構成について、図１５に基づいて説明する。図１５は上記座標入力装置３Ｂの構成を示す斜視図である。
【０１１５】
図１５に示すように、上記座標入力装置３Ｂは、導光部材としての導光板１０における第１の縁部には第１照明光源としての光源ユニット４Ａ及び一対の第１方向検知手段としての撮像ユニット２０・３０が設けられ、導光板１０における第１の縁部に対向する第２の縁部には第２照明光源としての光源ユニット４Ｂ及び一対の第２方向検知手段としての撮像ユニット４０・５０が設けられている。上記撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂは、光源ユニット４Ａの照射範囲外に設置され、かつ撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂは光源ユニット４Ｂの照射範囲外に設置されている。
【０１１６】
本実施の形態では、光源ユニット４Ａ・４Ｂは、互いに異なる波長の光を出射する。具体的には、光源ユニット４Ａは第１波長λ１を出射する一方、光源ユニット４Ｂは第２波長λ２を出射する。上記光源ユニット４Ａの第１波長λ１は例えば赤外からなる８３０ｎｍ±３０ｎｍとする一方、光源ユニット４Ｂの第２波長λ２は例えば赤外からなる７３０ｎｍ±３０ｎｍとすることができる。ただし、必ずしもこれに限らず、他の波長の組み合わせであってもよい。
【０１１７】
また、本実施の形態では、発光被検出体としての発光ペン９は、上記光源ユニット４Ａ又は光源ユニット４Ｂのうちのいずれか一方と同じ波長の光を出射する。例えば、発光ペン９は、レーザを使用しており、上記光源ユニット４Ａの第１波長λ１の範囲である例えば８３０ｎｍ±５ｎｍを出射する。
【０１１８】
さらに、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、一対の撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂには、光源ユニット４Ａからの光を選択的に透過させる第１照明光源用フィルタとしての光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂが設けられ、他の一対の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂには、光源ユニット４Ｂからの光を選択的に透過させる第２照明光源用フィルタとしての光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂが設けられている。光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂを通過した光は撮像素子２３・３３にて検知される一方、光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂを通過した光は撮像素子４３・５３にて検知される。
【０１１９】
また、照明光源点滅手段としての照明光源点灯制御部１５は、第１の縁部の光源ユニット４Ａと第２の縁部の光源ユニット４Ｂとを交互に点灯する。
【０１２０】
そして、検出手段としての検出部６は、光源ユニット４Ａ又は光源ユニット４Ｂの点灯期間に、光源ユニット４Ａ又は光源ユニット４Ｂが点灯している側の一対の撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ又は撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂを用いて非発光被検出体としての指８の位置検出を行う一方、一対の撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ又は一対の第２方向検知手段としての撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂを用いて発光被検出体としての発光ペン９の位置検出を行う。
【０１２１】
（指と発光ペンとを併用した場合の接触位置の座標検出方法）
上記構成の座標入力装置３Ｂにおける指８と発光ペン９との併用における座標入力方法について、前記図１５、及び図１６（ａ）（ｂ）、図１７に基づいて以下に説明する。図１６（ａ）は指８を導光板１０に接触させたときの伝搬光を示す断面図であり、図１６（ｂ）は発光ペン９を導光板１０に接触させたときの伝搬光を示す断面図である。図１７は、指８と発光ペン９とを併用するときの、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂでの信号を示す説明図である。
【０１２２】
まず、本実施の形態では、図１５に示すように、照明光源点灯制御部１５にて、導光板１０の長辺側の対向する二辺に波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂを制御信号に同期して交互に点灯させる。
【０１２３】
そして、図１６（ａ）（ｂ）に示すように、第１波長λ１の光源ユニット４Ａが発光しているときに、光源ユニット４Ａ側の第１照明光源用フィルタとしての光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂを備えた撮像ユニット２０・３０にて、指８と発光ペン９とからの信号を検出する。上記光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂは、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断する。
【０１２４】
このとき、図１７に示すように、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂでは、発光ペン９からの信号は常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。したがって、発光ペン９については、同期信号を利用して発光ペン９の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１２５】
このとき、撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第２波長λ２の光源ユニット４Ｂが発光しているときに、光源ユニット４Ｂ側の第２照明光源用フィルタとしての光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂを備えた撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第１波長λ１を遮断し、第２波長λ２を透過するので、指８からの信号を検出する。このとき、第１波長λ１を有する発光ペン９の信号と光源ユニット４Ａの直接光は光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂにて遮断される。
【０１２６】
尚、指８の検出位置については、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂのいずれでも検出できることになるが、例えば、検出強度の大きい方の値を採用することによって、より信頼性の高い座標位置を求めることができる。
【０１２７】
これにより、共通光学系である撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂを用いて、指８の信号と発光ペン９の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂの存在により、指８を検出するための光源ユニット４Ａ・４Ｂの照明光が対向する側の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂ・２０Ｂ・３０Ｂに直接入射することが無い。
【０１２８】
この結果、導光板１０における対向する二辺に光源ユニット４Ａ・４Ｂと撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂとを配置することができるので、マルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【０１２９】
（指と発光ペンのいずれか一方と他方を複数併用した場合の接触位置の座標検出方法）
ここで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、指と発光ペンとを各々１個ずつ併用するだけでなく、指と発光ペンとについて、いずれか一方を１個と、他方を２個とを併用することが可能である。その場合の接触位置の座標検出方法について、前記図１５、及び図１８、図１９に基づいて説明する。図１８は、２つの指８と１個の発光ペン９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法を示す説明図であり、図１９は１つの指８と２個の発光ペン９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法を示す説明図である。
【０１３０】
最初に、図１８に示すように、２つの指８と１個の発光ペン９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法について説明する。
【０１３１】
まず、図１５に示すように、照明光源点灯制御部１５にて、導光板１０の長辺側の対向する二辺に波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂを制御信号に同期して交互に点灯させる。
【０１３２】
この場合、図１８に示すように、第１波長λ１の光源ユニット４Ａが発光しているときに、光源ユニット４Ａ側の光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂを備えた撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂにて指８・８と発光ペン９とからの信号を検出する。
【０１３３】
ここで、上記光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂは、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断する。したがって、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂでは、発光ペン９からの信号は常時検出されるが、指８・８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。このため、発光ペン９については、同期信号を利用して発光ペン９の信号の除去処理を行うことによって、指８・８の信号を確実に検出することができる。
【０１３４】
一方、撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第２波長λ２の光源ユニット４Ｂが発光しているときに、光源ユニット４Ｂ側の光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂを備えた撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第１波長λ１を遮断し、第２波長λ２を透過するので、指８・８からの信号を検出する。このとき、第１波長λ１を有する発光ペン９の信号と光源ユニット４Ａの直接光は光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂにて遮断される。
【０１３５】
尚、指８・８の検出位置については、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂのいずれでも検出できることになるが、例えば、検出強度の大きい方の値を採用することによって、より信頼性の高い座標位置を求めることができる。
【０１３６】
これにより、共通光学系である撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂを用いて、指８・８の信号と発光ペン９の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂの存在により、指８・８を検出するための光源ユニット４Ａ・４Ｂの照明光が対向する側の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂ・２０Ｂ・３０Ｂに直接入射することが無い。
【０１３７】
この結果、導光板１０における対向する二辺に光源ユニット４Ａ・４Ｂと撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂとを配置することができるので、マルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【０１３８】
次に、図１９に示すように、１つの指８と２個の発光ペン９・９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法について説明する。尚、この場合、一方の発光ペン９は第１波長λ１を発光する一方、他方の発光ペン９は第２波長λ２を発光する。以下、発光ペン９（λ１）又は発光ペン９（λ２）と記載する。
【０１３９】
まず、図１５に示すように、照明光源点灯制御部１５にて、導光板１０の長辺側の対向する二辺に波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂを制御信号に同期して交互に点灯させる。
【０１４０】
この場合、図１９に示すように、第１波長λ１の光源ユニット４Ａが発光しているときに、光源ユニット４Ａ側の光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂを備えた撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂにて指８と発光ペン９（λ１）・９（λ２）とからの信号を検出する。
【０１４１】
ここで、上記光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂは、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断する。したがって、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂでは、発光ペン９（λ１）からの信号は常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。このため、発光ペン９（λ１）については、同期信号を利用して発光ペン９（λ１）の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１４２】
一方、撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第２波長λ２の光源ユニット４Ｂが発光しているときに、光源ユニット４Ｂ側の光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂを備えた撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂでは、第１波長λ１を遮断し、第２波長λ２を透過するので、発光ペン９（λ２）及び指８からの信号を検出する。このため、発光ペン９（λ２）については、同期信号を利用して発光ペン９（λ２）の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１４３】
このとき、第１波長λ１を有する発光ペン９（λ１）の信号と光源ユニット４Ａの直接光とは光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂにて遮断される。
【０１４４】
尚、指８の検出位置については、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂのいずれでも検出できることになるが、例えば、検出強度の大きい方の値を採用することによって、より信頼性の高い座標位置を求めることができる。
【０１４５】
これにより、共通光学系である撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂを用いて、指８の信号と発光ペン９（λ１）・９（λ２）の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂの存在により、指８を検出するための光源ユニット４Ａ・４Ｂの照明光が対向する側の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂ・２０Ｂ・３０Ｂに直接入射することが無い。
【０１４６】
この結果、導光板１０における対向する二辺に光源ユニット４Ａ・４Ｂと撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂとを配置することができるので、マルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【０１４７】
尚、このような方法により、発光ペン９（λ１）・９（λ２）との２個と、指８の３本までは検出可能である。
【０１４８】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、導光板１０の対向する二辺である第１の縁部及び第２の縁部に、波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂを備え、これらを交互に点灯させる。そして、例えば、第１波長λ１の光源ユニット４Ａが発光しているときに、光源ユニット４Ａ側の第１照明光源用フィルタとしての光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃ（第１波長λ１を透過、第２波長λ２を遮断）を備えた一対の第１方向検知手段としての撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂにて、非発光被検出体としての指８と発光被検出体としての発光ペン９との位置検出を行う。発光ペン９の信号は常時検出されるが、指８の信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。この結果、発光ペン９の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１４９】
一方、第２波長λ１の第２照明光源としての光源ユニット４Ｂが発光しているときに、光源ユニット４Ｂ側の第２照明光源用フィルタとしての光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂ（第１波長λ１を遮断、第２波長λ２を透過）を備えた一対の第２方向検知手段として撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂにて、指８の位置検出を行う。発光ペン９の信号と、光源ユニット４Ａからの直接光は光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂにて遮断される。尚、この場合、第２波長λ２の発光ペン９（λ２）を使用すれば発光ペン９（λ２）の信号を検出することができる。
【０１５０】
この結果、共通光学系、つまり光源ユニット４Ａ、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ及び一対の撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ、又は光源ユニット４Ｂ、光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂ及び一対の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂを用いて指８の信号と発光ペン９の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂの作用効果により、指８からの光が対向する側の一対の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂに直接入射することが無い。
【０１５１】
したがって、対向する二辺である第１の縁部及び第２の縁部に、光源ユニット４Ａ、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ及び一対の撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ、又は光源ユニット４Ｂ、光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂ及び一対の撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂを配置するので、指８と発光ペン９とのマルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【０１５２】
また、本実施の形態の座標検出方法では、光源ユニット４Ａを周期的に点滅させ、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９の位置検出を行う。
【０１５３】
この結果、光源ユニット４Ａの発光波長と発光ペン９の発光波長とが同じであっても、検知時間をずらすことによって、容易に、両者を区別して検知することができる。
【０１５４】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｂにおいて、指８等の非発光被検出体、及び発光ペン９等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態の座標入力装置３Ｂを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１５６】
上記の構成によれば、座標入力装置３Ｂを、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８等の非発光被検出体及び発光ペン９等の発光被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｂにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、非発光被検出体である指８及び発光被検出体である発光ペン９の両方の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ｂを備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０１５７】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図２０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５８】
本実施の形態の座標入力装置３Ｃは、図２０に示すように、６つの撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂが設けられている点が異なっている。
【０１５９】
尚、撮像ユニット２５Ｂ・４５Ｂの構成は、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・５０Ｂの構成と同じである。すなわち、撮像ユニット２５Ｂは、撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂと同様に第１波長λ１を選択的に透過させる光学フィルタを有している一方、撮像ユニット４５Ｂは、撮像ユニット４０Ｂ・５０Ｂと同様に第２波長λ２を選択的に透過させる光学フィルタを有している。
【０１６０】
本実施の形態の座標入力装置３Ｃを用いて、１つの指８と２個の発光ペン９・９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法について説明する。尚、この場合、一方の発光ペン９は第１波長λ１を発光する一方、他方の発光ペン９は第２波長λ２を発光する。以下、発光ペン９（λ１）又は発光ペン９（λ２）と記載する。
【０１６１】
まず、図１５に示すように、照明光源点灯制御部１５にて、導光板１０の長辺側の対向する二辺に波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂを制御信号に同期して交互に点灯させる。
【０１６２】
この場合、図２０に示すように、第１波長λ１の光源ユニット４Ａが発光しているときに、光源ユニット４Ａ側の光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ等を備えた撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂにて指８と発光ペン９（λ１）・９（λ２）とからの信号を検出する。
【０１６３】
ここで、上記光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ等は、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断する。したがって、撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂでは、発光ペン９（λ１）からの信号は常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。このため、発光ペン９（λ１）については、同期信号を利用して発光ペン９（λ１）の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１６４】
一方、撮像ユニット４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂでは、第２波長λ２の光源ユニット４Ｂが発光しているときに、光源ユニット４Ｂ側の光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂ等を備えた撮像ユニット４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂでは、第１波長λ１を遮断し、第２波長λ２を透過するので、発光ペン９（λ２）及び指８からの信号を検出する。このため、発光ペン９（λ２）については、同期信号を利用して発光ペン９（λ２）の信号の除去処理を行うことによって、指８の信号を確実に検出することができる。
【０１６５】
このとき、第１波長λ１を有する発光ペン９（λ１）の信号と光源ユニット４Ａの直接光とは光学フィルタ４２Ｂ・５２Ｂ等にて遮断される。
【０１６６】
尚、指８の検出位置については、撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂのいずれでも検出できることになるが、例えば、検出強度の大きい方の値を採用することによって、より信頼性の高い座標位置を求めることができる。
【０１６７】
これにより、共通光学系である撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂを用いて、指８の信号と発光ペン９（λ１）・９（λ２）の信号とを分離検出することが可能になる。この場合、光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂ等の存在により、指８を検出するための光源ユニット４Ａ・４Ｂの照明光が対向する側の撮像ユニット４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂ・２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂに直接入射することが無い。
【０１６８】
この結果、導光板１０における対向する二辺に光源ユニット４Ａ・４Ｂと撮像ユニット２０Ｂ・２５Ｂ・３０Ｂ・４０Ｂ・４５Ｂ・５０Ｂとを配置することができるので、マルチタッチを確実に検出することが可能になる。
【０１６９】
尚、このような方法により、発光ペン９（λ１）・９（λ２）との２個と、指８の５本までは検出可能である。
【０１７０】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について図２１〜図２２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７１】
本実施の形態の座標入力装置３Ｄは、前記実施の形態１にて説明した座標入力装置３Ａにおいて、撮像ユニット２０・３０が、実施の形態２・３にて説明した光学フィルタ２２Ｂ・３２Ｂ・４２Ｂ・５２Ｂとは異なる併合フィルタとしての光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃを備えた撮像ユニット２０Ｃ・３０Ｃとしている点が異なっている。
【０１７２】
すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ｄの撮像ユニット２０Ｃ・３０Ｃは、図２１に示すように、光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃを備えており、光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃは、図２１に示すように、斜線にて示す選択領域としての中央円形領域Ｓ１と該中央円形領域Ｓ１の外側領域である非選択領域としての円形外領域Ｓ２とを有している。上記中央円形領域Ｓ１は、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断するフィルタとなっている。また、円形外領域Ｓ２は、第１波長λ１及び第２波長λ２の両方を透過するようになっている。
【０１７３】
本実施の形態の座標入力装置３Ｄを用いて、１つの指８と２個の発光ペン９・９とを併用した場合の接触位置の座標検出方法について説明する。尚、この場合、一方の発光ペン９は第１波長λ１を発光する一方、他方の発光ペン９は第２波長λ２を発光する。以下、発光ペン９（λ１）又は発光ペン９（λ２）と記載する。
【０１７４】
まず、図１に示すように、照明光源点灯制御部１５にて、導光板１０の長辺側の一辺に設けられた光源ユニット４Ａを制御信号に同期して周期的に点灯させる。
【０１７５】
ここで、上記光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃは、中央円形領域Ｓ１の内部では、第１波長λ１を透過し、第２波長λ２を遮断する。また、円形外領域Ｓ２では、第１波長λ１及び第２波長λ２の両方を透過する。したがって、上記光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃにおける中央円形領域Ｓ１では、発光ペン９（λ１）からの信号は常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。一方、上記光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃにおける円形外領域Ｓ２では、発光ペン９（λ１）・９（λ２）からの信号は常時検出されるが、指８からの信号は光源ユニット４Ａの点灯期間だけ検出される。
【０１７６】
このとき、撮像ユニット２０・３０における撮像素子２３・３３では、光源ユニット４Ａのオン時及びオフ時において、それぞれ図２２（ａ）（ｂ）に示すように、扇形状の一部に線が表示され、変換処理されて角度座標上に表示されるようになっている。
【０１７７】
これにより、発光ペン９（λ１）については常時検出される。また、発光ペン９（λ２）については中央円形領域Ｓ１からは検出されない。さらに、指８は光源ユニット４Ａの点灯時のみ検出される。
【０１７８】
この結果、上記の条件を考慮すれば、発光ペン９（λ１）・９（λ２）及び指８の全ての接触位置を識別して検出することが可能となる。
【０１７９】
本実施の形態では、撮像ユニット２０Ｃ・３０Ｃの光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃを工夫することによって、簡単な構成にて、発光ペン９（λ１）・９（λ２）及び指８の全ての接触位置を識別して検出することが可能となる。
【０１８０】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｄでは、発光被検出体は、照明光源としての光源ユニット４Ａから発光される光と同じ第１波長λ１の光を発光する第１発光被検出体としての発光ペン９（λ１）と、第１波長λ１の光とは異なる第２波長λ２の光を発光する第２発光被検出体としての発光ペン９（λ２）とからなっていると共に、少なくとも２つの方向検知手段としての撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂは、第１波長λ１の光を選択的に透過する選択領域としての中央円形領域Ｓ１と、第１波長λ１の光及び第２波長λ２の光の両方を透過する非選択領域としての円形外領域Ｓ２とに分割された併合フィルタとしての光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃをそれぞれ備えている。
【０１８１】
これにより、少なくとも２つの撮像ユニット２０Ｂ・３０Ｂにおいて、それぞれ、１つの光学フィルタ２２Ｃ・３２Ｃを備えるだけで、非発光被検出体としての１つの指８と、発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）との座標位置の検出が可能となる。
【０１８２】
したがって、方向検知手段を増加させることがないので、部品点数の増加、及びコスト高を抑制して、１つの指８と２つの発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）との併用を可能とする座標入力装置３Ｄを提供することができる。
【０１８３】
また、本実施の形態の座標検出方法では、光源ユニット４Ａを周期的に点滅させ、光源ユニット４Ａの点灯期間に指８の位置検出を行い、光源ユニット４Ａの消灯期間に発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）の位置検出を行う。
【０１８４】
この結果、光源ユニット４Ａの発光波長と発光ペン９（λ１）の発光波長とが同じであっても、検知時間をずらすことによって、容易に、両者を区別して検出することができる。
【０１８５】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｄにおいて、指８等の非発光被検出体、及び発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）等の発光被検出体との両方の座標位置を効率よく検出し得る座標入力装置３Ｄを提供することができる。
【０１８６】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態の座標入力装置３Ｄを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１８７】
上記の構成によれば、座標入力装置３Ｄを、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８等の非発光被検出体及び発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）等の発光被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｄにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、非発光被検出体である指８及び発光被検出体である発光ペン９（λ１）及び発光ペン９（λ２）の両方の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ｄを備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０１８８】
尚、本発明は、各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、各実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８９】
本発明は、指及び発光ペンの併用を可能とする導光部材を使用する光学式の座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムに適用することができる。また、座標入力装置は、指タイプ及びタッチペンタイプのいずれにも適用可能である。さらに、座標入力システムは、パソコン、テレビ、白板、タブレット端末等に適用が可能である。
【符号の説明】
【０１９０】
１          座標入力システム
２          液晶表示モジュール（画像表示モジュール）
２ａ        液晶表示パネル
３Ａ        座標入力装置
３Ｂ        座標入力装置
３Ｃ        座標入力装置
３Ｄ        座標入力装置
４Ａ        光源ユニット（照明光源、第１照明光源）
４Ｂ        光源ユニット（照明光源、第２照明光源）
４ａ        ＬＥＤ
５          光結合部材
６          検出部（検出手段）
７          光吸収部材
８          指（非発光被検出体）
９          発光ペン（発光被検出体）
９（λ１）  発光ペン（第１発光被検出体）
９（λ２）  発光ペン（第２発光被検出体）
１０          導光板（導光部材）
１１          貫通孔
１１ａ        壁面
１３ａ        伝搬光
１４ａ        伝搬光
１５          照明光源点灯制御部（照明光源点滅手段）
２０          撮像ユニット（方向検知手段、第１方向検知手段）
２１          レンズ
２２          可視光カットフィルタ
２２Ｂ        光学フィルタ（第１照明光源用フィルタ）
２２Ｃ        光学フィルタ（併合フィルタ）
２３          撮像素子
２５Ｂ        撮像ユニット（方向検知手段、第１方向検知手段）
３０          撮像ユニット（方向検知手段、第１方向検知手段）
３１          レンズ
３２          可視光カットフィルタ
３２Ｂ        光学フィルタ（第１照明光源用フィルタ）
３２Ｃ        光学フィルタ（併合フィルタ）
３３          撮像素子
４０Ｂ        撮像ユニット（方向検知手段、第２方向検知手段）
４２Ｂ        光学フィルタ（第２照明光源用フィルタ）
４３          撮像素子
４５Ｂ        撮像ユニット（方向検知手段、第２方向検知手段）
５０Ｂ        撮像ユニット（方向検知手段、第２方向検知手段）
５２Ｂ        光学フィルタ（第２照明光源用フィルタ）
５３          撮像素子
Ｌ          間隔
Ｓ１        中央円形領域（選択領域）
Ｓ２        円形外領域（非選択領域）
λ１        第１波長
λ２        第２波長
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２２】
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