(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に被検出体を接触させることができ、且つ、光を内部において伝搬させる導光板と、
上記導光板の下面に隣接する隣接面を有した複数の光学部材であって、上記導光板の下面に互いに離れて設けられると共に、当該導光板の下面における互いに離れた複数の箇所から当該隣接面を通して導光板の伝搬光の一部をそれぞれ取り出して入射させ、当該入射させた光をそれぞれ、当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させる複数の光学部材と、
各上記箇所から取り出されて各上記光学部材から出射した光をそれぞれ受光する複数の受光手段と、
上記上面への上記被検出体の接触による伝搬光の変化を上記複数の受光手段の受光結果に基づいて検出し、三角測量の原理を用いて、上記上面への上記被検出体の接触位置の位置座標を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
上記光学部材の端面の一部は、円錐面または双曲面であり、
上記円錐面または双曲面によって、上記光学部材に入射した光の光路が変わることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
上記光学部材は、導光板よりも屈折率が同じか高い材料によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
上記導光板は、ガラスからなることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか１項に記載の入力装置と、
上記導光板の上記上面に接触して、当該接触した位置から光を出射する操作部材と、を具備していることを特徴とする入力システム。
【請求項６】
複数の画素を有する画像表示パネルをさらに具備し、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動する請求項５に記載の入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力位置の座標検出をおこなう入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチペン、スタイラスペン等の操作部材（以下、ペンと記載する）と、当該ペンによる座標入力を受け付けるタブレット、タッチパネル等の座標入力装置（位置検出装置ともいう）とを組み合わせた入力システムが知られている。ペンを、座標入力装置の座標入力領域に接触させ、座標入力装置は、ペンが接触（以下、タッチと記載する）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、または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、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。
【０００３】
図８は、特許文献１に記載の座標入力装置を示す構成概略図である。図８に示すように、蛍光染料２０１を均一に添加した状態に形成された平板部材２０２の四隅２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄは凹面に形成され、この凹面に向かって受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄが配置されている。受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄはそれぞれ検出回路部２１１に接続されている。これにより、平板部材２０２の内部を伝播して四隅２００ａ〜２００ｄの凹面に達した光のうち、各受光器２０３ａ〜２０３ｄに向かうもののみが各受光器２０３ａ〜２０３ｄに向けて出射され、それ以外の光は凹面から外部に出射される際に受光器２０３ａ〜２０３ｄ以外に向かって屈折される。平板部材２０２の四辺には光吸収部材２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄが配置されている。平板部材２０２の上面に手動操作で動かされる光源部２０５と組み合わされて使用される。具体的には、光源部２０５より射出されたスポット光は、平板部材２０２の上面よりその内部に入射される。平板部材２０２の内部に添加された蛍光染料２０１は、入射光が当たると励起され発光するが、このとき光は等方的に発せられる。そして、蛍光染料２０１が励起され発光した位置を受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄを用いて特定する。
【０００４】
特許文献２に記載のタッチパネルは、図９（ａ）に示すように、導光板１１０１、導光板１１０１に光を入射する光源１１０２、導光板１１０１の側面の一部に配置された受光素子１１０４、１１０５、および、導光板１１０１の側面と受光素子との間に被検出体１２０１により散乱した光源１１０２からの光を受光素子１１０４、１１０５に結像する結像手段１１０７を具備している。そして、受光素子１１０４、１１０５が配置された導光板１１０１の側面の一部には光吸収手段１１０８を配置し、受光素子１１０４、１１０５は、図９（ｂ）に示すように、光源１１０２の照射範囲外に配置されている。受光素子１１０４、１１０５が配設されている導光板１１０１の角は、図９（ｂ）に示すように、平面的に、すなわち、導光板１１０１の表面と直角をなす面を有した切り欠き１２２２が設けられている。当該切り欠き１２２２の当該面から出射した光を受光素子１１０４、１１０５が受光する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２７７６９号公報（１９９９年１１月３０日公開）
【特許文献２】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】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１および２は、いずれも、導光板の角部に切り欠きを設ける必要があり、導光板の製造加工が煩雑である。特に、導光板をガラスから構成する場合は、切り欠きの加工が容易でなく、コスト高となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、伝導光板自体に伝搬光を取り出すための構造を設けなくとも、導光板の内部を放射状に伝搬する伝搬光を、導光板における互いに離れた複数の箇所から取り出して、その取り出した光から導光板の上面への光入射位置の位置座標を検出することができる信頼性の高い（座標）入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムを提供することにある。
【０００８】
そこで、上記の課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、
上面に被検出体を接触させることができ、且つ、光を内部において伝搬させる導光板と、
上記導光板の下面に隣接する隣接面を有した光学部材であって、当該導光板における互いに離れた複数の箇所から当該隣接面を通して導光板の伝搬光の一部をそれぞれ取り出して入射させ、当該入射させた光をそれぞれ、当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させる光学部材と、
各上記箇所から取り出されて上記光学部材から出射した光を受光する受光手段と、
上記上面への上記被検出体の接触による伝搬光の変化を受光手段の受光結果に基づいて検出し、上記上面への上記被検出体の接触位置の位置座標を検出する検出手段と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、光学部材が、導光板から伝搬光の一部を取り出して入射させ、当該入射させた光を当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させるので、導光板自体に伝搬光を当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させるための構成、例えば従来構成に設けられたような切り欠きを設ける必要がない。例えば、導光板をガラスから構成する場合であっても、本発明の構成によれば、導光板の製造コストを、当該導光板自体に切り欠きを設ける場合と比較して抑えることができる。
【００１０】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光学部材の端面の一部は、円錐面または双曲面であり、
上記円錐面または双曲面によって、上記光学部材に入射した光の光路が変わることが好ましい。
【００１１】
上記の構成によれば、上記光学部材の端面の一部が、円錐面または双曲面であることから、広範囲から光を集光して、受光手段に光を導くことが可能である。よって、導光板の光入射位置の検出可能範囲を導光板の上面の広範囲に実現することができる。
【００１２】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光学部材は、導光板よりも屈折率が同じか高い材料によって構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、導光板よりも屈折率が高い材料によって光学部材が構成されているので、導光板から光学部材への光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１４】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記導光板は、ガラスからなることが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、導光板が保護ガラスとして機能することにより、耐環境性に優れ、撓みが生じることなく、高精度の位置座標検出の実現に寄与することができる。
【００１６】
また本発明に係る入力システムは、上記の課題を解決するために、
上記構成を具備した入力装置と、
上記導光板の上記上面に接触して、当該接触した位置から光を出射する操作部材と、を具備していることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、簡易な構成でありながら信頼性の高い入力座標検出を行う入力システムを提供することができる。
【００１８】
また本発明に係る入力システムの一形態は、上記の構成に加えて、
複数の画素を有する画像表示パネルをさらに具備し、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、画像表示パネルにおける上記位置座標に対応した画素を駆動して視認することができるように構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡易な構成でありながら信頼性の高い入力座標検出を実現する（座標）入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態の入力システムの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す切断線Ａ−Ａ´の矢視断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の入力システムの光学部材を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の入力システムのペンの構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置に具備された撮像素子において取得される取得画像の図である。
【図６】本発明の他の実施形態の入力システムの一部の構成を示す図である。
【図７】図１に示す切断線Ｂ−Ｂ´の矢視断面図である。
【図８】従来構成の図である。
【図９】従来構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施形態１〕
本発明に係る入力システムの一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。以下では、本発明に係る入力システムの一実施形態を中心に説明し、そのなかで本発明に係る入力装置の一実施形態であるペン入力装置を説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態の入力システムの構成を示す斜視図である。
【００２４】
（１）入力システムの構成
本実施形態の入力システム５０は、図１に示すように、ペン入力装置４０と、ペン３（操作部材）とを具備しており、ペン入力装置４０の表面であるタッチ面（上面）にペン３がタッチ（接触）すると、タッチ面でのタッチ位置座標を求めることができる。
【００２５】
●ペン入力装置４０
ペン入力装置４０は、図１に示すように、液晶表示パネル２（画像表示パネル）と、液晶表示パネル２の表示面側に重ねて配置された四角形の導光板１と、導光板１の背面に密着固定された光学部材６０と、光学部材６０から光が出射する位置に配設された撮像ユニット１０、２０（受光手段）と、図示しない検出装置（検出手段）とを有している。
【００２６】
液晶表示パネル２は、一対の基板間に液晶層を挟持しており、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少なくとも設けられている。そして、電圧印加によって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おこなう。液晶表示パネル２の構成は、従来周知の液晶表示パネルを用いることができる。
【００２７】
導光板１は、透光性材料からなる矩形の一枚の平板であり、図１に示すように液晶表示パネル２の表示面側に重ねて配設されている。導光板１は、図１に示すように、撮像ユニット１０、２０を配設する一辺側が液晶表示パネル２よりも大きく構成されており、撮像ユニット１０、２０のそれぞれの少なくとも一部分を背面（下面）側に配設している。これにより、ペン入力装置４０のタッチ面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、コンパクトサイズの実現に寄与している。
【００２８】
導光板１の液晶表示パネル２とは反対側の表面が、ペン３によってタッチされるタッチ面である。すなわち、導光板１はペン入力装置４０の最表面に在る。
【００２９】
導光板１は、ガラスから構成されている。これにより、プラスチックによって構成される場合と比較して、耐環境性に優れ、撓みが生じることない。本発明では、導光板の内部を伝搬する光の伝搬方向を検出し、それに基づいて、導光板への光の入射位置、つまりタッチ位置の位置座標を検出する機構である。そのため、耐環境性はともかく、撓みは検出精度を劣化させる。よって、本実施形態のように導光板１をガラスによって構成することにより、撓みがなく、高精度の位置座標検出の実現に寄与することができる。しかしながら、本発明は、導光板の材料をガラスに限定するものではなく、プラスチック、または、これら以外の導光材として従来周知の材料を用いて構成してもよい。
【００３０】
導光板１は、伝搬光の一部が導光板１の背面から後述する光学部材６０に取り出されるので、従来構成のように導光板に切り欠きを設ける必要がない。すなわち、導光板１は、内部に光を伝搬させることができる構成（構造）であるだけでよく、その他の加工は必要ない。
【００３１】
光学部材６０は、導光板１の背面と、後述する撮像ユニット１０、２０との間に配設された透光材である。
【００３２】
図２は、光学部材６０の外形を示す図であり、図３は、図１に示す切断線Ａ−Ａ´の矢視断面図である。
【００３３】
光学部材６０は、上面（隣接面）が平坦で、図２に示すように、導光板１の背面に接着固定されている。光学部材６０は、導光板１の内部を伝搬している光を導光板１の背面から光を取り出して、取り出した光を自身に入射させて内部にて結合させて内部を伝搬させる構成となっている。光学部材６０と導光板１との接着方法は特に限定されるものではないが、上述のように、光学部材６０は導光板１から光を取り出して入射させるので、これを妨げない方法あるいは材料を用いて接着固定する。
【００３４】
光学部材６０は、導光板１よりも、屈折率が同じか高い材料から構成されている。これにより、導光板１の内部を伝搬した光が光学部材６０と導光板１との境界面で反射して再び導光板１の内部に戻ることを防いで導光板１からの光の取り出し効率を高めることができる。本実施形態では、導光板１がガラスによって構成されているため、光学部材６０は、ガラスよりも屈折率の高い高屈折率ガラスやポリカーボネートから構成されている。これにより、導光板１から効率的に光を取り出して、光学部材６０内部に入射させることができる。
【００３５】
なお、上述のように、本発明は導光板をガラス以外の材料から構成することができるので、例えば導光板がアクリルの場合には、同様に光学部材はアクリルや高屈折率ガラス、ポリカーボネートから構成することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、光学部材６０は導光板１よりも屈折率の高い材料によって構成されているが、導光板１の内部を伝搬した光が光学部材６０と導光板１との境界面で反射して再び導光板１の内部に戻ることがないようにすればよく、光学部材６０は導光板１と同じ屈折率を有する材料から構成されてもよい。
【００３７】
光学部材６０は、図２および図３に示すように、上面に隣接した端面の、導光板１の角部に近い領域に、凹型の円錐面状の切り欠き６０ａが設けられている。この切り欠き６０ａの円錐面と光学部材６０の背面とがなす角度（図２に示すγ）は、４５度以下であり、３０度や４５度が選ばれる。円錐面状の切り欠き６０ａにはミラーコーティング（光路変換部）を施してあってもよい。
【００３８】
そして、図２に示すように光学部材６０の内部を伝搬して切り欠き６０ａに至った光は、その光路を切り欠き６０ａによって光学部材６０の下方、すなわち、光学部材６０の背面に向けて変化させる。すなわち、導光板１の内部を伝搬した光は、導光板１の下面よりも下方に向かう。
【００３９】
なお、本実施形態では、切り欠き６０ａ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、双曲面状または多角面状に構成されていてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、光学部材６０の形状が、上面側からみると図３に示すように扇形に似た形状となっているが、これに限定されるものではない。
【００４１】
また光学部材６０の製造方法は特に限定されるものではないが、プラスチック成型やガラス成型を行うと安価に製造できる。
【００４２】
光学部材６０は、図１に示すように矩形の導光板１の四隅のうちの隣り合う二隅近傍の背面に配設されている。光学部材６０の配設位置は、これに限定されるものではない。後述する検出方法を実現するために２つの撮像ユニット１０、２０を互いに離して配設するので、その撮像ユニット１０、２０の配設位置に対応させて、導光板１の内部を伝播した光が、最終的に撮像ユニットのそれぞれに入射する光の経路の途中に光学部材６０を配すればよい。
【００４３】
撮像ユニット１０、２０は、光学部材６０の円錐面状の切り欠き６０ａの直下に配置され、導光板１の端部における互いに離れた二箇所に配設されている。また、撮像ユニット１０、２０は、導光板１のタッチ面よりも上方には突出していない。撮像ユニット１０は、レンズ１１と、可視光カットフィルタ１２と、撮像素子１３とを有している。また撮像ユニット２０も同様に、レンズ２１と、可視光カットフィルタ２２、撮像素子２３とを有している。撮像ユニット１０、２０は、導光板１および光学部材６０の少なくとも一方に接続されていて、導光板１を伝搬しない光は撮像素子１３、２３に結合しない構造になっている。
【００４４】
●ペン３
一方、ペン入力装置４０に対応するペン３は、いわゆるタッチペン、スタイラスペンと呼ばれる操作部材である。本実施形態のペン３の詳細について、図４を用いて説明する。
【００４５】
図４は、ペン３の構成を示す断面図である。ペン３は、外形となる筐体３５の内部に、赤外光を出射する発光素子３１および当該赤外光をペン３の先端へと導く導光部材３２を有する発光部３０と、電源装置３３と、制御装置３４とが、格納されている。そして、本実施形態のペン３の特徴的構成として、ペン３の先端に発光部３０が配置された構成となっているとともに、その光出射側に、光を拡散させる光拡散部材３６を取り付けている点がある。
【００４６】
この光拡散部材３６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、フッ素樹脂（具体例としてはポリテトラフルオロエチレン）、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、ペン入力装置４０の導光板１にペン３の先端、すなわち光拡散部材３６を接触させて用いる場合に、導光板１表面を傷付けることなく、且つ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板１表面との接触面積を大きくすることができるので、導光板１表面にカップリングする光量を多くすることができる。
【００４７】
光拡散部材３６の光出射面は、図３に示すように、曲面を有している。すなわち、光拡散部材３６は概ね半球体である。なお、この曲面は、均一な曲率によって構成されている必要はなく、ペン３の最も先端部となる領域とそれを囲む領域とで曲率を異ならせても良い。なお、この曲面には、表面に微細な凹凸形状が設けられていても良い。
【００４８】
また、光拡散部材３６の光出射面には、耐磨耗加工が施されていることが好ましい。光拡散部材３６がポリテトラフルオロエチレンによって構成されている場合には不要であるが、光拡散部材３６自体が耐磨耗に優れていない他の材料から構成されている場合には、その光出射面に耐磨耗加工を施すことは有効である。耐磨耗加工とは、特に制限はないが、例えばポリテトラフルオロエチレンを光拡散部材３６の光出射面にコーティングする加工が挙げられる。
【００４９】
さらに、この光拡散部材３６は、ペン３に対して着脱可能に構成されている。光拡散部材３６が何らかの理由で損傷した場合（経時劣化を含む）であっても、光拡散部材３６を交換するだけでペン３の使用を継続することができる。ペン３ごと交換する構成に比べて、低コストで使用を継続することができる。着脱可能であるために、光拡散部材３６が取り付けられる側の部材（本実施形態では、導光部材３２）には、光拡散部材３６と接触する部分に、溝構造、咬合する構造、または、嵌め合う構造が設けられており（不図示）、光拡散部材３６には、その構造に合う構造が設けられている（不図示）。なお、本実施形態では、導光部材３２に光拡散部材３６を取り付ける態様であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体３５に光拡散部材３６を取り付ける態様であってもよく、他の態様であってもよい。
【００５０】
上記発光素子３１は、赤外光を発するＬＥＤ（light emitting diode）あるいはＬＤ（laser diode）を用いることができる。なお、ＬＥＤもしくはＬＤは、１つのペン３に対して１つだけ設けられている構成に限らず、複数個を搭載してもよい。
【００５１】
上記電源装置３３から電源を受けて発光した発光素子３１からの赤外光は、上記導光部材３２を経てこの光拡散部材３６に入射し、当該光拡散部材３６の上記光拡散材料および上記微細凹凸によって乱反射する。そして、光拡散部材３６の光出射面から拡散光となって出射される。
【００５２】
電源装置３３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。
【００５３】
上記制御装置３４は、発光素子３１の発光を制御する。例えば、発光素子３１が導光板１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。
【００５４】
以上のように、ペン３には、赤外光を出射する光源が設けられており、ペン先から赤外光が拡散放射される構成となっている。ペン３のペン先が導光板１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１に結合して、導光板１内を伝搬する。ペン３は、ペン先から赤外光を拡散放射するため、導光板１に結合した光は、導光板１内を拡散放射する。これにより、位置座標を精度よく求めることができる。
【００５５】
そして、撮像ユニット１０、２０は、図１に示すように導光板１の内部を伝搬する赤外光（以下、伝搬光４ａ、４ｂと記載する）を、光学部材６０を介して、それぞれ捕らえて、撮像素子１３から得られる各画像から、当該接触の二次元の位置座標を求める。撮像素子１３の受光面は、導光板１の表面と平行であるように配設されている。以下に、ペン入力の検出原理について詳述する。
【００５６】
（２）ペン入力の検出原理
ペン３のペン先がペン入力装置のタッチ面（透明導光板表面）に接触したとき、ライトペンから放射される赤外光の一部が屈折率Ｎ１の導光板１内に入射する。この入射光のうち、導光板１内の伝搬角θＰが、式；
ｓｉｎ（９０°−θＰ）＞１／Ｎ
に示す条件を満たす光束は、導光板１内に閉じ込められ、導光板１の表面、および裏面での反射を繰り返し、導光板１内を進行する。そして、導光板１と、光学部材６０との界面に至ると、導光板１を伝搬していた光は、屈折率Ｎ２（Ｎ２＞Ｎ１）の光学部材６０に入射し、図２に示すように、光学部材６０内の伝搬角θＰが、式；
ｓｉｎ（９０°−θＰ）＞１／Ｎ
に示す条件を満たす光束は、光学部材６０内に閉じ込められ、光学部材６０の表面、および裏面での反射を繰り返し、光学部材６０内を進行する。
【００５７】
結果として、ペン３から発せられた赤外光はペン先を中心にして放射状に拡散され、導光板１内を伝搬し、その光束のうちの一部の光束４ａ、４ｂ（図１）が、光学部材６０の円錐面状の切り欠き６０ａに導かれると、当該円錐面で反射して、光学部材６０の下方に導かれて撮像ユニット１０、２０で受光される。撮像ユニット１０、２０では、光学部材６０からの出射光は、まずレンズ１１、２１にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ１２、２２を通って、最後に撮像素子１３、２３に受光される。可視光カットフィルタ１２、２２はペン３から放射される赤外光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ１２により、太陽光や、液晶表示パネルバックライト光等の迷光が遮断され、ＳＮ比を高くすることができる。
【００５８】
ここで図５は、検出原理を説明する図である。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、ペン３から発せられ導光板１内および光学部材６０内を伝搬し、出射された光はレンズ１１を経て、撮像素子１３に線状の像１５を形成する。線状の像１５の位置はペン３の位置によって変化し、撮像ユニットの取得画像を分析することにより、光束４ａ、４ｂと導光板１の一辺とがなす角度α、βがそれぞれ求められ、三角測量の原理を用いて発光源となるペン先が接した点の位置座標が求められる。図５（ａ）において、ペンが３ａの位置にあるとき、線状の像１５が形成される。このペンが３ｂの位置に移動したとき、線状の像１７が形成される。
【００６０】
図５（ｂ）に撮像素子１３の取得画像を示す。赤外線を照射している状態にあるペン３のペン先が導光板１に接触していないとき、撮像素子１３の取得画像には何も現れない。一方、赤外線を照射している状態にあるペン３のペン先が導光板１に接触して赤外光が導光板１に結合すると、図２に示すように、その光束のうちの一部の光束４ａが光学部材６０を経由して撮像素子１３に導かれ、撮像素子１３の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像１５が現れる。
【００６１】
図５に示す線状の像１５の位置は、ペン３のペン先の接触点の位置に依存して変化し、ペン先の接触点の位置を変えると、線状像は破線で示した線状像１７のように変化する。その線状像の軌跡は一点鎖線で示した扇形状１６になる。その扇形の中心１８と線状像を結ぶ線分の回転角度α１’（円弧の中心を回転中心とする）は、ペン３と撮像素子１３を結ぶ線分と導光板１の上記辺Ａとがなす角度α１と同じ角度になる。撮像素子の取得画像からα１’が求められ、α１’からα１が求められる。同様にペンが３ｂの位置に移動すると、線状像１７が形成され、その線状像１７の傾きα２‘を求めることにより、α２が求められる。
【００６２】
撮像ユニット２０の撮像素子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、ペン３と当該撮像素子とを結ぶ線分と辺Ａとがなす角度βが求められる。
【００６３】
そして、撮像素子間の間隔をＬ、撮像素子１３からの画像を読み取り求めた輝点の変位角度をα、撮像素子２３からの取得画像を読み取り求めた輝点の変位角度をβとしたとき、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は下記の関係式（１）および（２）；
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ    …（１）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）    …（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）    …（３）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …（４）
と表され、上述のように求めたα、βと、予め求めることができるＬにより、ペン先が接触した地点の座標Ｘ、Ｙが求められる。このうちＬは撮像素子１３と撮像素子２３の間の間隔であり固定の値である。α、βを求めることにより、ペン入力座標Ｘ、Ｙ（位置座標）を求めることができる。
【００６４】
なお、撮像素子間の間隔Ｌとは、レンズ１１の光軸中心とレンズ２１の光軸中心との間の距離である。
【００６５】
ペン３の位置座標を以上の方法で求めるために、入力システム５０には、図示しない位置座標検出部を設けている。位置座標検出部はペン入力装置４０に設けることができる。
【００６６】
また、以上の方法で求められたペン３の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２の当該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、ペン３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２の駆動を制御する制御部（不図示）が、位置座標検出部で求めた位置座標の情報を取得して、当該情報に基づいて液晶表示パネル２を駆動すればよい。
【００６７】
以上のように本実施形態の入力システム５０は、導光板１における互いに離れた少なくとも二箇所において、伝搬した光を捕らえることによって、ペン３の位置座標を求めることができる。
【００６８】
また本実施形態のペン入力装置４０の構成によれば、導光板１のタッチ面よりも上方に突出しない位置に撮像ユニットが設けられているので、導光板１のタッチ面がペン入力装置４０の最上面となり、タッチ面よりも上方に撮像ユニットが出っ張らない。よって、本実施形態の入力システム５０のペン入力装置４０をテーブル型端末に適用した場合であっても、周囲が土手のように盛り上がることなく、テーブル面を完全にフラットにすることができる。
【００６９】
また本実施形態の入力システム５０は、遮光方式ではなく、導光板の内部を伝搬した光が撮像素子によって受光される構成となっているので、太陽光を含む迷光によって誤認識が生じる虞がなく正確な位置検出を実現することができ、故に、屋外や窓際に装置を置くことも可能である。
【００７０】
また、本実施形態の入力システム５０のペン入力装置４０は、ペン３先からの放射光を受光する撮像ユニット１０、２０が導光板１に接続されていて、導光板１を伝搬しない光は撮像素子に結合しない構造になっている。よって、導光板１のタッチ面の法線方向から照明光が当てられても、その光は導光板１に結合しないため、迷光が撮像素子に導かれることはない。このため、ペン入力装置４０は外光の影響を受けにくく、屋外や窓際に配置することが可能である。
【００７１】
また、本実施形態では、ペン３先から出射される光が、ペン３先に設けた光拡散部材３６によって拡散する構成となっている。これにより、ペン３の傾斜角度によることなく、十分な光量を導光板１にカップリングさせることができる。したがって、正確な位置検出を実現することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、撮像素子１３および撮像素子２３の計２つの撮像素子を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板１の端部における各箇所からミラーおよびシャッターを用いて１つの撮像素子に集めてもよい。
【００７３】
なおまた、本実施形態では、１つのペン３を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のペンを用いた場合であっても例えば各ペンの発光タイミングを異ならせるなどすれば、導光板１のタッチ面に同時に複数のペンが接触していてもそれぞれの位置座標を求めることができる。
【００７４】
（３）本実施形態の作用効果
本実施形態の構成によれば、光学部材６０が、導光板１から伝搬光の一部を取り出して入射させ、当該入射させた光を当該導光板１の下面よりも下方に向けて出射させるので、導光板１自体に、伝搬光を当該導光板１の下面よりも下方に向けて出射させるための構成、例えば従来構成に設けられたような切り欠きを設ける必要がない。そのため、導光板１の材料を制限することなく、また導光板１の製造コストを、導光板自体に切り欠きを設ける場合と比較して、抑えることができる。
【００７５】
〔実施形態２〕
図６および図７を用いて本発明の入力システムの他の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の入力システムに具備されているペン入力装置に設けられた導光板１と光学部材６０とを示した平面透視図である。図７は、図６に示す切断線Ｂ−Ｂ´の矢視断面図である。
【００７６】
本実施形態と、上述の実施形態１との相違点は、光学部材の構造、および、撮像ユニットの配設位置にある。
【００７７】
本実施形態においては、図６に示すように、光学部材６０´に設けられている切り欠き６０ａ´が円錐面状ではなく、双曲面状になっている。この双曲面の中心位置と、導光板１の角の位置とが重畳方向に沿って一致している。
【００７８】
図７に示すように、光学部材６０´は、導光板１の内部を伝搬している光を導光板１の背面から光を取り出して、取り出した光を自身に入射させて内部にて結合させて内部を伝搬させて切り欠き６０ａ´に導かれる。
【００７９】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施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】
【００８０】
本発明は、発光ペンを用いてペンの座標位置を求めるあらゆる種類の入力システムに提供することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  導光板
２  液晶表示パネル（画像表示パネル）
３  ペン
４ａ、４ｂ  光束
１０  撮像ユニット（受光手段）
１１  レンズ
１２  可視光カットフィルタ
１３  撮像素子
１６  扇形状
１７  線状像
１８  中心
２０  撮像ユニット（受光手段）
２１  レンズ
２２  可視光カットフィルタ
２３  撮像素子
３０  発光部
３１  発光素子
３２  導光部材
３３  電源装置
３４  制御装置
３５  筐体
３６  光拡散部材
４０  ペン入力装置（入力装置）
５０  入力システム
６０、６０´  光学部材
６０ａ、６０ａ´  切り欠き
【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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