(57)【要約】【課題】フルフラットな座標入力装置と複数の発光ペンとを備え、装置表面に人の手や他の発光ペンなどが近接または接触しても誤認識されない上に、発光ペンの高い操作性と入力識別性を両立する入力システムを提供する。【解決手段】本発明の一形態の入力システム１Ａは、異なる特性の光を発するタッチペン４０ａ・４０ｂとペン入力装置３Ａを具備している。ペン入力装置３Ａは、透明な導光板１０と撮像ユニット２０ａ・３０ａおよび撮像ユニット２０ｂ・３０ｂを具備している。導光板１０の表面にはタッチペン４０ａ・４０ｂを接触させることができ、それぞれの接触領域を介して光が結合・入射され導光板１０内部を伝搬する。伝搬光の一部は各撮像ユニットにより識別・撮像され、タッチペン４０ａ・４０ｂの接触座標位置がそれぞれ求められる。入力システム１Ａはタッチペン４０ａ・４０ｂに対し、それぞれ独立に応答する。【選択図】  図１０
2015210629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光部材、第１操作部材、第２操作部材、第１検知ユニット、および、第２検知ユニットを備える入力システムであって、
前記第１操作部材は、第１の光を発光し、
前記第２操作部材は、前記第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、
前記導光部材は、その表面において、前記第１操作部材と第１接触領域で接触し、前記第２操作部材と第２接触領域で接触し、
前記第１の光は、前記第１接触領域を介して前記導光部材に入射されて第１伝搬光となり、
前記第２の光は、前記第２接触領域を介して前記導光部材に入射されて第２伝搬光となり、
前記第１検知ユニットおよび前記第２検知ユニットは、それぞれ１対の検知手段を備え、
前記第１検知ユニットは、前記第１伝搬光を検知することで前記第１接触領域の位置座標を検知し、
前記第２検知ユニットは、前記第２伝搬光を検知することで前記第２接触領域の位置座標を検知し、
前記第１接触領域の前記位置座標に基づいて前記第１操作部材からの入力を認識し、
前記第２接触領域の前記位置座標に基づいて前記第２操作部材からの入力を認識し、
前記第１操作部材からの前記入力および前記第２操作部材からの前記入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴とする入力システム。
【請求項２】
導光部材、第１操作部材、第２操作部材、および、第１検知ユニットを備える入力システムであって、
前記第１操作部材は、第１の光を発光し、
前記第２操作部材は、前記第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、
前記導光部材は、その表面において、前記第１操作部材と第１接触領域で接触し、前記第２操作部材と第２接触領域で接触し、
前記第１の光は、前記第１接触領域を介して前記導光部材に入射されて第１伝搬光となり、
前記第２の光は、前記第２接触領域を介して前記導光部材に入射されて第２伝搬光となり、
前記第１検知ユニットは、１対の検知手段を備え、
前記第１検知ユニットは、前記第１伝搬光を検知することで前記第１接触領域の位置座標を検知し、前記第２伝搬光を検知することで前記第２接触領域の位置座標を検知し、
前記第１接触領域の前記位置座標に基づいて前記第１操作部材からの入力を認識し、
前記第２接触領域の前記位置座標に基づいて前記第２操作部材からの入力を認識し、
前記第１操作部材からの前記入力および前記第２操作部材からの前記入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴とする入力システム。
【請求項３】
前記第１操作部材からの入力または前記第２操作部材からの入力に対し、少なくとも一部の機能を制限する請求項１または請求項２に記載の入力システム。
【請求項４】
前記特性は波長または分光分布であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の入力システム。
【請求項５】
前記検知手段は、レンズ、光フィルタおよび受光素子をそれぞれ備え、
前記第１検知ユニットにおける前記１対の検知手段の前記光フィルタは、前記第１伝搬光を選択透過し、
前記第２検知ユニットにおける前記１対の検知手段の前記光フィルタは、前記第２伝搬光を選択透過する請求項１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行う入力装置、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棒状・筆記具状の操作部材（以下、「ペン」と記載する）による座標入力を受け付ける導光部材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、タッチパネル等の入力システムが知られている。
【０００３】
上記入力システムでは、上記ペン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】
上記光学式の座標入力装置には、複数のペンによる複数座標の入力の同時検出を行うものがある。例えば、特許文献１では複数のペンが波長の異なる光を発光することで同時に識別検出する。図１８は、従来技術である特許文献１の座標検出装置を示す図である。図１８に示すように、第１のスタイラスペン９１が第１の波長の光（ＬＤ光）を発光し、第２のスタイラスペン（図示しない）が第２の波長の光を発光する。第１のフィルタ９２によりフィルタリングされた第１の波長の光が、１対の第１の検出部９３（対の検出部は図示しない）により受光され、第２のフィルタ（図示しない）によりフィルタリングされた第２の波長の光が、１対の第２の検出部（図示しない）によりそれぞれ受光される。各検出部の位置関係と受光した光の入射角度とからそれぞれのペンが指す座標を算出することにより、光学式の座標入力装置における複数座標の同時検出を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５６１２３号公報
【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、特許文献１記載の光学式の座標入力装置では、複数のペンからの入力を同時検出するのみで、個々のペンに対するユーザインターフェースは提供されていない。そのため、入力インターフェース（すなわち、ペン）が異なるにも関わらず、第１のペンでの操作と、第２のペンでの操作に、区別をつけていない。
【０００７】
また、特許文献１記載の方式では、検出部９３に受光されるためにタッチパネル表面上の空間をＬＤ光が通過する必要があるが、装置表面に人の手や他のスタイラスペンなどが近接または接触していたりすると、ＬＤ光が遮られてしまい、検出に困難が生じる。
【０００８】
さらに、検出部９３に受光されるようＬＤ光の方向を保つためにスタイラスペン９１の操作姿勢が制約を受けることや、スタイラスペン９１の操作角度によっては所望しない方向にＬＤ光が照射されてしまうなど操作性に困難が生じる。
【０００９】
また、異なるペンの座標を同時検出するということは、それだけでは独立に指示された２点を同時に検出する能力があるということに過ぎず、積極的な応用には至っていない。
【００１０】
本発明は上記課題を解決し、各伝搬光に対してそれぞれ１対（２つ）の検知手段を設けることにより、第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別した上で、第１接触領域と第２接触領域を検知できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の入力システムは、導光部材、第１操作部材、第２操作部材、第１検知ユニット、および、第２検知ユニットを備える入力システムであって、第１操作部材は、第１の光を発光し、第２操作部材は、第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、導光部材は、その表面において、第１操作部材と第１接触領域で接触し、第２操作部材と第２接触領域で接触し、第１の光は、第１接触領域を介して導光部材に入射されて第１伝搬光となり、第２の光は、第２接触領域を介して導光部材に入射されて第２伝搬光となり、第１検知ユニットおよび第２検知ユニットは、それぞれ１対の検知手段を備え、第１検知ユニットは、第１伝搬光を検知することで第１接触領域の位置座標を検知し、第２検知ユニットは、第２伝搬光を検知することで第２接触領域の位置座標を検知し、第１接触領域の位置座標に基づいて第１操作部材からの入力を認識し、第２接触領域の位置座標に基づいて第２操作部材からの入力を認識し、第１操作部材からの入力および第２操作部材からの入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の入力システムは、導光部材、第１操作部材、第２操作部材、および、第１検知ユニットを備える入力システムであって、第１操作部材は、第１の光を発光し、第２操作部材は、第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、導光部材は、その表面において、第１操作部材と第１接触領域で接触し、第２操作部材と第２接触領域で接触し、第１の光は、第１接触領域を介して導光部材に入射されて第１伝搬光となり、第２の光は、第２接触領域を介して導光部材に入射されて第２伝搬光となり、第１検知ユニットは、１対の検知手段を備え、第１検知ユニットは、第１伝搬光を検知することで第１接触領域の位置座標を検知し、第２伝搬光を検知することで第２接触領域の位置座標を検知し、第１接触領域の位置座標に基づいて第１操作部材からの入力を認識し、第２接触領域の位置座標に基づいて第２操作部材からの入力を認識し、第１操作部材からの入力および第２操作部材からの入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の入力システムは、第１操作部材からの入力または第２操作部材からの入力に対し、少なくとも一部の機能を制限することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の入力システムは、特性は波長または分光分布であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の入力システムは、検知手段は、レンズ、光フィルタおよび受光素子をそれぞれ備え、第１検知ユニットにおける１対の検知手段の光フィルタは、第１伝搬光を選択透過し、第２検知ユニットにおける１対の検知手段の光フィルタは、第２伝搬光を選択透過することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の入力システムは、１対の検知手段は、それぞれレンズおよび受光素子を備え、受光素子は特性を識別することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、装置表面に人の手や他の発光ペンなどが近接または接触しても誤認識されない上に、発光ペンの高い操作性と入力識別性を両立できる。また、複数のユーザがそれぞれ独立に使用できるので、各ユーザの操作性と入力システムの管理性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る入力システムの全体構成を示す概略斜視図であり、（ａ）は構成を示す斜視図であり、（ｂ）は図２の領域を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る入力システムの位置座標検知の原理を示す一部断面斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る入力システムの全体構成を示すものであって、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るタッチペンの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態１に係るタッチペンの先端に設けられた光散乱部材の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る入力システムの次元座標位置の算出方法であり、（ａ）はペン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）は撮像ユニットの撮像素子での像を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る２つのタッチペンから発光される各光のピーク波長の離間距離を示すチャート図である。
【図８】本発明の実施形態１に係るフィルタによるタッチペンの識別に関する概略断面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係るタッチペンを識別するペン入力装置の概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態１に係る入力システムにタッチペンが接触した時の斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態１に係るフローチャート図である。
【図１２】本発明の実施形態１に係る入力システムにタッチペンが接触した際の入力システムの動作様子の斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態２に係るフローチャート図である。
【図１４】本発明の実施形態２に係る入力システムにタッチペンが接触した際の動作様子の斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態３に係る入力システムにマスターペン及びユーザペンが接触した際の動作様子の斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態４に係るペン入力装置の概略断面図である。
【図１７】本発明の実施形態４に係るタッチペンの識別に関する説明図であり、（ａ）はタッチペンの識別に関する概略説明図であり、（ｂ）は撮像ユニットによる撮像データの概略平面図である。
【図１８】複数のペンを識別する座標検出装置の従来構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る入力システムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の入力システムは、タブレットやタッチパネル等に適用される。なお、以下の実施の形態は本発明が具現化された一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、実施の形態が適宜変更され得ることは勿論である。また、本発明に係る入力システムの実施の形態の説明において、特に断らない限り座標入力システムとしての機能について説明するが、表現を簡便にするため、および一般的な入力システムとして座標入力以外の機能も併せて備えてもよいことから、以降では単に入力システムとも表記する。
【００２０】
〔実施形態１〕
本発明に係る実施形態１の入力システム１Ａの構成について図面に基づいて説明する。図１は実施形態１に係る入力システム１Ａの全体構成を示す概略斜視図であり、図１（ａ）にその外観を示す。動作原理などを詳細に説明するため、図１（ｂ）に示す斜線を施した領域に着目し、切り出して図２に示す。図２は実施形態１に係る入力システム１Ａの概略構成を示す一部断面斜視図である。以降図２基づいて入力システム１Ａの構成について説明する。
【００２１】
（入力システムの構成）
本実施形態１の入力システム１Ａは、図２に示すように、画像表示パネルとしての液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２の上側に設けられた入力装置としてのペン入力装置３Ａとを備えている。
【００２２】
液晶表示パネル２は、１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行う。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。
【００２３】
入力システム１Ａでは、液晶表示パネル２に表示された画面を見ながら、液晶表示パネル２の上側に設けられたペン入力装置３Ａの導光板１０上に被検出体としてのタッチペン４０を接触させることにより、そのタッチペン４０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。
【００２４】
（ペン入力装置の構成）
次に、入力システム１Ａに備えられた入力装置としてのペン入力装置３Ａの構成について、前記図２、及び図３に基づいて以下に詳述する。図３は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２５】
ペン入力装置３Ａは、図２に示すように、四角形の透明の導光部材としての導光板１０と、導光板１０の一辺の両端にそれぞれ配設された撮像ユニット２０・３０と、導光板１０に接触される操作部材・発光ペンとしてのタッチペン４０とを有している。撮像ユニット２０・３０はそれぞれ検知手段として機能し、タッチペン４０の方向を検知する。さらに、この２つの検知手段が１対で検知ユニットとして機能し、タッチペン４０の位置座標を検知する。なお位置座標を検知する詳細については後述する。
【００２６】
導光板１０は、透光性材料からなる一枚の平板からなっており、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１０の大きさは、液晶表示パネル２と略同じ大きさの四角形となっている。詳細には、図２に示すように、撮像ユニット２０・３０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いる。これにより、撮像ユニット２０・３０の少なくとも一部分を、導光板１０の背面側かつ液晶表示パネル２の外部に配設することができる。この結果、導光板１０の平面の延長方向に撮像ユニット２０・３０を配設する場合に比べて、ペン入力装置３Ａ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。
【００２７】
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、凹型の円錐面状の光路変換部としての切り欠き１１がそれぞれ形成されている。この切り欠き１１の円錐面と導光板１０背面とがなす角度（図３に示すγ）は、導光板１０内の伝搬角（図３に示すθＰ）より小さくすることが好ましい。これにより、導光板１０を伝搬してきた光を、効率よく撮像ユニット２０・３０に入射させることができる。円錐面状の切り欠き１１にはミラーコーティング１１ａが施されている。これにより、図３に示すように、導光板１０の内部を伝搬して切り欠き１１に至った光の光路を、切り欠き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、ミラーコーティング１１ａが無くても、切り欠き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が、ミラーコーティング１１ａを施すことにより反射率および反射光強度を向上させ、より信号品質を高めることができる。上述のように、導光板１０は、完全な四角形である必要はなく、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。
【００２８】
また、本実施形態１では、光変換部材を導光板１０の隅角部の切り欠き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。
【００２９】
導光板１０の厚さは１〜３ｍｍのものが主に用いられる。ただし、この厚さ範囲に限るものではない。本実施形態１では、厚さ２ｍｍの導光板１０を用いた。導光板１０の材料としては、透光性材料、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。また、導光板１０の四角形の大きさは、例えば約１ｍ角とすることができるが、これに制限されるものではない。
【００３０】
撮像ユニット２０・３０は、導光板１０における円錐面状の切り欠き１１の直下に配置されている。つまり、撮像ユニット２０・３０は、導光板１０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２０・撮像ユニット３０は、導光板１０の表面よりも上方には突出していない。これにより操作性の高いフルフラットのペン入力装置３Ａを実現している。
【００３１】
撮像ユニット２０は、レンズ２１とフィルタ２２と、受光部としての撮像素子２３とを有している。また、撮像ユニット３０も、同様に、レンズ３１とフィルタ３２と、受光部としての撮像素子３３とを有している。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。撮像素子２３・３３は、２次元のイメージセンサからなっている。
【００３２】
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。
【００３３】
尚、本実施形態１では、切り欠き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、多角面状に構成されていてもよい。
【００３４】
（タッチペンの構成）
次に、本実施形態１のタッチペンの構成について、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、本実施形態１のタッチペン４０の構成を示す平面図である。尚、図４においては、説明の便宜上、筐体４１の一部を取り外して、内部構造を露出させている。また、図５は、タッチペン４０の先端に設けられた光散乱部材の構成を示す断面図である。
【００３５】
タッチペン４０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。タッチペン４０は、図４に示すように、外形となる筐体４１の内部に、発光部４２と電源装置４３と制御装置４４とを格納している。発光部４２は、光を出射する発光素子４６と、発光素子４６から発光された光をタッチペン４０の先端から導光板１０へ導入させる導入部４７とを有する。そして、タッチペン４０の光出射先端側には、光を拡散させる光散乱部材４５が導入部４７に固定されて取り付けられている。
【００３６】
この光散乱部材４５は、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。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、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、ペン入力装置３Ａの導光板１０にタッチペン４０の先端つまり光散乱部材４５を接触させて用いる際に、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、図５に示すように、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の内部において、深さ方向だけでなく面方向も含めあらゆる方向に放射状に、タッチペン４０からの光を入射させることができるようになっている。
【００３７】
光散乱部材４５の光出射面は、図５に示すように、曲面を有している。すなわち、光散乱部材４５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２．５ｍｍよりも小さいと、光散乱部材４５内で十分に拡散した光を形成することができないおそれがある。また、光散乱部材４５をペン入力装置３Ａの導光板１０に接触させて用いる際に、十分な接触面積を確保することができず、光が十分に導光板１０表面に導入されないおそれがある。一方、直径が５．５ｍｍを超える場合、上述の接触面積が広がりすぎ、拡散光の導入される領域が広がり過ぎて正確な位置検出を行うことが困難になるおそれがある。また、上述の接触面積が広すぎることから摩擦抵抗が大きくなりすぎて操作性を損なうおそれがある。この結果、直径を２．５〜５．５ｍｍとすれば、光を効率よく拡散させることができつつ、位置座標を精度よく検出することができると同時に、滑らかな書き味つまりタッチ感を実現することができる。尚、光散乱部材４５の光出射面の曲面は、必ずしも均一な曲率によって構成されている必要はなく、タッチペン４０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よい。
【００３８】
さらに、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よい。この微細な凹凸形状によって、光を拡散させることができる。これを利用して、例えば光散乱部材４５に光拡散材料を含めることなく樹脂単体で構成し、該樹脂における導光板１０との対向領域に微細な凹凸形状を設けることによっても、光拡散効果を奏することができる。さらに言えば、樹脂に光拡散材料を含めるのに加えて微細な凹凸形状を形成すれば、光拡散効果をより高めることができる。また、光散乱部材４５をペン入力装置３Ａの導光板１０に接触させて用いる場合、この微細な凹凸形状によって導光板１０との接触面積が減少し、摺動させたときの摩擦力が低減するので、滑らかな書き味つまりタッチ感を実現することができる。この微細な凹凸形状は、型成形によって形成することができるが、この方法に限定されるものでない。尚、微細な凹凸形状を設けることにより導光板１０との接触面積が若干程度減少するが、それによる導入光量の減少はわずかであるため、位置座標の検出に大きな影響は与えないまま、滑らかな書き味を実現することができる。
【００３９】
また、光散乱部材４５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。光散乱部材４５自体が耐磨耗に優れていない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が有効である。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等のフッ素樹脂を光散乱部材４５の光出射面にコーティングする加工が挙げられる。なお、光散乱部材４５がポリテトラフルオロエチレン等の耐磨耗に優れるフッ素樹脂によって構成されている場合には、耐摩耗加工を施さなくてもよい。
【００４０】
さらに、この光散乱部材４５は、タッチペン４０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４５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４５を交換するだけでタッチペン４０の使用を継続することができる。また、タッチペン４０自体を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。さらに、着脱可能であるために、光散乱部材４５が取り付けられる側の部材である導入部４７には、光散乱部材４５と接触する部分に、溝構造、咬合する構造、又は嵌め合う構造を設ける一方、光散乱部材４５には、その構造に合う構造を設けておくことが好ましい。本実施形態１では、導入部４７に光散乱部材４５を取り付ける態様となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体４１に光散乱部材４５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。
【００４１】
発光素子４６は、例えば赤外光等の光を発するＬＥＤ（light emitting diode）又はＬＤ（laser diode）を用いることができる。尚、ＬＥＤ又はＬＤは、１つのタッチペン４０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。本実施形態１においては赤外光を用いる。
【００４２】
電源装置４３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。
【００４３】
制御装置４４は、発光素子４６の発光を制御する。例えば、発光素子４６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。
【００４４】
本実施形態１の構成のタッチペン４０では、電源装置４３から電源を受けた発光素子４６は所定波長の光を発光する（本実施形態１においては赤外光）。この発光素子４６から発光された光は、導入部４７を経て光散乱部材４５に入射し、光散乱部材４５の光拡散材料及び／または上述の微細な凹凸形状によって乱反射する。そして、光散乱部材４５の光出射面から拡散光となって出射される。
【００４５】
以上のように、タッチペン４０には、光を出射する発光部４２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、タッチペン４０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光の一部が、導光板１０に結合して、導光板１０内を伝搬する。導光板１０内に結合・導入された光は、拡散放射しながら導光伝搬される。
【００４６】
そして、図２に示すように、導光板１０の内部を伝搬する光（以下、「伝搬光１０ａ・１０ｂ」と記載する）は、切り欠き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、導光板１０の二次元平面内における、タッチペン４０が接触した箇所と撮像ユニット２０・３０とのなす角度をそれぞれ求める。得られた角度を用いて、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。
【００４７】
（２次元座標位置の算出）
上述のようにして求めた、導光板１０の二次元平面内における、タッチペン４０が接触した箇所と撮像ユニット２０・３０とのなす角度を用いて、タッチペン４０が接触した箇所の２次元座標位置の算出方法について、前記図３及び図４、並びに図６に基づいて、以下に説明する。図６（ａ）はペン入力装置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６（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。
【００４８】
図３に示すように、まず、タッチペン４０のペン先がペン入力装置３Ａにおける導光板１０の表面に接触したとき、タッチペン４０から放射される赤外光の一部が屈折率Ｎの導光板１０内に入射する。この入射光のうち、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内に閉じ込められ、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。
【００４９】
ここで、図２に示すように、タッチペン４０から発せられた赤外光はペン先を中心にして導光板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１０ａ・１０ｂは、円錐面状の切り欠き１１の端面にも導かれ、該端面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、切り欠き１１の端面の反射光は、レンズ２１・３１にて集光され、続いて、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。フィルタ２２・３２は、タッチペン４０から放射される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。フィルタ２２・３２により、太陽光や、液晶表示パネル用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。
【００５０】
次に、撮像ユニット２０・３０の処理について、図６に基づいて説明する。尚、図６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。
【００５１】
図２及び図６（ａ）に示すように、撮像ユニット２０・３０に入射した光は、レンズ２１・３１を経て、撮像素子２３・３３に線状の像２５を形成する。線状の像２５の位置はタッチペン４０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、伝搬光１０ａ・１０ｂと導光板１０の一辺とがなす角度α・βがそれぞれ求められる。そして、この角度α・βにより、三角測量法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。
【００５２】
詳細には、図６（ａ）において、タッチペン４０が点Ｐ１の位置にあるとき、図６（ｂ）にも示すように、線状の像２５が形成される。また、このタッチペン４０が点Ｐ２の位置に移動したとき、線状の像２７が形成される。
【００５３】
光を照射している状態にあるタッチペン４０のペン先が導光板１０に接触していないとき、撮像素子２３の取得画像には何も現れない。一方、発光部４２から光を照射している状態にあるタッチペン４０のペン先が導光板１０に接触すると、接触点を介して赤外光が導光板１０に結合する。結合した光束のうちの一部である伝搬光１０ａが撮像素子２３に導かれ、撮像素子２３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。
【００５４】
図６（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、タッチペン４０のペン先つまり接触点の位置に依存して変化する。ペン先（接触点）の位置をＰ１からＰ２に変えると、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紙形状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、タッチペン４０と撮像素子２３を結ぶ線分と導光板１０の一辺とのなす角度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、タッチペン４０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。
【００５５】
撮像素子３３についても同様に取得画像の分析から接触点の位置が特定され、タッチペン４０と撮像素子３３とを結ぶ線分と導光板１０の一辺とのなす角度βが求められる。
【００５６】
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接触点の角度をα、撮像素子３３からの取得画像を読み取り求めた接触点の角度をβとしたとき、接触点の座標（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、接触点の座標（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、予め定めた間隔Ｌとにより、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、ペン入力位置の座標（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。なお、より詳細には、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。
【００５７】
タッチペン４０の位置座標を以上の方法で求めるために、入力システム１Ａ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３Ａに設けることができる。
【００５８】
また、以上の方法にて求められたタッチペン４０の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２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、タッチペン４０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（図示しない）が、位置座標検出部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２を駆動すればよい。
【００５９】
（複数のタッチペンでの座標検出）
上述のようなペン入力装置及びペンの位置座標検出を用いて、複数のタッチペンでの座標検出を行うための実施形態１の別形態について、図７、図８、図９に基づいて説明する。図７は２つのタッチペン４０ａ・４０ｂから発光される各光のピーク波長の離間距離を示すチャートであり、図８はフィルタ２２ａ・２２ｂによるタッチペン４０ａ・４０ｂの識別に関する概略断面図であり、図９はタッチペン４０ａ・４０ｂを識別するペン入力装置の概略斜視図である。
【００６０】
まず、本実施形態１のタッチペン４０ａ・４０ｂの発光部４２ａ・４２ｂ（図示しない）は、それぞれ異なる波長の光を発する。具体的には、図７に示すように、両者の光の波長は、各光のピーク波長同士の間隔ｄが、ピーク幅の大きい方の光におけるピーク半値幅ｗよりも離れているように、互いに異なっている。なぜなら、離間距離に対してピーク半値幅の広い光同士では、光学フィルタを用いても完全に波長分離することができないおそれがあるからであり、完全に分離検出するためには、光のピーク半値幅を考慮して波長を選択する必要がある。この点、本実施形態１では、タッチペン４０ａ・４０ｂから出射される各光の波長は、各光のピーク波長同士の間隔が、ピーク幅の大きい方の光におけるピーク半値幅よりも離れているように、互いに異なっている。尚、光の波長域は、赤外光、可視光、又は紫外光でもよい。可視光においては赤色光若しくは青色光等を用いることができる。実施形態１では発光部４２ａは赤色光、発光部４２ｂは青色光を発するものとする。なお、以降タッチペン４０ａ・４０ｂの発光部４２ａ・４２ｂの光やその波長のことを、簡単のためにタッチペン４０ａ・４０ｂの光・波長とも表現する。
【００６１】
上記のようにタッチペン４０ａ・４０ｂの波長を決めた場合、フィルタ２２ａはタッチペン４０ｂの光を遮光し、フィルタ２２ｂはタッチペン４０ａの光を遮光するような光学フィルタを選定する。光学フィルタには、例えば、ガラス製の長波長カットフィルタや短波長カットフィルタを用いるが、この限りではなく、別材料による物や別のハンドパスフィルタを用いてもよい。
【００６２】
一例としては、タッチペン４０ａに赤色光、タッチペン４０ｂに青色光を用いた場合、フィルタ２２ａに短波長カットフィルタ、フィルタ２２ｂには長波長カットフィルタを選定する。その場合、図８に示すように、タッチペン４０ａの発した光は、撮像素子２３ａでのみ受光し、タッチペン４０ｂの発した光は、撮像素子２３ｂでのみ受光する。
【００６３】
図９に示すように、タッチペン４０ａの発した光のみを受光する撮像ユニット２０ａおよび撮像ユニット３０ａの２つと、タッチペン４０ｂの発した光のみを受光する撮像ユニット２０ｂおよび撮像ユニット３０ｂの２つを配置する。上述の２次元座標位置の算出を、２つの撮像ユニット２０ａ・３０ａが受光した光に適用する。同様に、２つの撮像ユニット２０ｂ・３０ｂが受光した光に適用する。２つの撮像ユニット２０ａ・３０ａが受光した光で算出した結果はタッチペン４０ａの座標を、２つの撮像ユニット２０ｂ・３０ｂが受光した光で算出した結果はタッチペン４０ｂの座標を示す。これにより、複数のタッチペンでの座標検出が可能である。また、図９に示す、撮像ユニット２０ａ・３０ａ・２０ｂ・３０ｂの位置関係は、一例であり、この限りではない。
【００６４】
（複数のタッチペンでの座標検出に伴うユーザインターフェース）
上述のような入力システムおよび入力装置にて、ペン座標検出及び複数のタッチペンでの座標検出を用いた場合のユーザインターフェースについて、図１０、図１１、図１２に基づいて以下に説明する。図１１は、実施形態１に係るフローチャート図である。図１０（ａ）は入力システム１Ａにタッチペン４０ａが接触した時の斜視図であり、図１０（ｂ）は入力システム１Ａにタッチペン４０ｂが接触した時の斜視図である。図１２（ａ）は入力システム１Ａにタッチペン４０ａが接触した際の入力システム１Ａの動作様子の斜視図であり、図１２（ｂ）は入力システム１Ａにタッチペン４０ｂが接触した際の入力システム１Ａの動作様子の斜視図である。
【００６５】
図１０（ａ）に示すように、タッチペン４０ａが導光板１０上の座標５に接触した時、その座標は撮像ユニット２０ａ・３０ａを用いて算出する。図１０（ｂ）に示すように、タッチペン４０ｂが導光板１０上の座標５に接触した時、その座標は撮像ユニット２０ｂ・３０ｂを用いて算出する。座標算出の際に、どの撮像ユニットからのデータで算出しているのか分かっているので、どちらのタッチペンが接触したのかを検知することが可能である。
【００６６】
接触したタッチペンを検知することで、どちらのタッチペンからの入力であるかを、入力システム１Ａは判定することができる。その判定した結果を、入力システム１Ａの動作に反映させることができる。
【００６７】
上述の通り、入力システム１Ａは、入力タッチペンを判別し、入力システム１Ａの動作に反映することができる。その一連の流れを、図１１に示すフローチャートに従って説明をする。以降の説明における各ステップについては「Ｓ＋番号」と表記するものとし、Ｓはステップを表すものとする。
【００６８】
処理開始後、（Ｓ１０１）入力システム１Ａが被検出体（タッチペン）の接触を検知した時、（Ｓ１０２）接触した被検出体が被検出体Ａであれば、（Ｓ１０３）動作Ａを実行して終了し、そうでなければそのまま終了する。
【００６９】
図１１に示すフローチャートの具体例を、図１２に基づいて説明する。以下の説明では、タッチペン４０ａを被検出体Ａ、タッチペン４０ｂを被検出体Ｂとする。
【００７０】
タッチペン４０ａが座標５に接触した時、上述の通り、入力システム１Ａは、タッチペン４０ａの接触であると検知し、被検出体Ａによる接触だと判定する。すると、動作Ａとして、液晶表示パネル２に画像５１を表示する。その様子を図１２（ａ）に示す。
【００７１】
タッチペン４０ｂが座標５に接触した時、上述の通り、入力システム１Ａは、タッチペン４０ｂの接触であると検知し、被検出体Ａによる接触ではないと判定する。そのため、何もせず終了する。その様子を図１２（ｂ）に示す。
【００７２】
図１２の例に示すように、入力システム１Ａは、同じ座標５を異なるタッチペン４０ａ・４０ｂで接触するだけで、画像５１を表示・非表示をし分けることができる。すなわち、入力システム１Ａは、複数の入力インターフェース（すなわちタッチペン）に対して、それぞれ固有の動作を行うユーザインターフェースの提供が可能となる。つまり各タッチペンに対してセキュリティレベルなどに差をつけることができる。
【００７３】
図１０、図１１、図１２において、被検出体としてのタッチペンが２種類の例を示しているが、本実施形態１のペン入力装置３Ａにおいて、タッチペンを３種類以上にしてもよい。各々のタッチペンの発光部４２が発する光の波長を受光できる撮像ユニットを、タッチペンの数だけペン入力装置３Ａに実装すればよい。撮像ユニットのフィルタが各々のタッチペンの波長を十分に分離識別できるよう設計すれば、タッチペンの数が３種類以上の入力システム１Ａを実現できる。
【００７４】
以上のように本実施形態１の構成によれば、操作部材としての発光ペンから発光した光は導光部材を伝搬するため、特許文献１のように入力システム表面上の空間を通過する必要がない。そのため、入力システム表面上の空間に人の手や他の発光ペンなどがあった場合でも良好に検出できる。また、特許文献１のように検知手段へ光を到達させるために発光ペンの操作姿勢が制約を受けることもなく、発光ペンの操作角度によって所望しない方向に光が照射されてしまうこともない。そのため、操作性の高い発光ペンが実現できる。その結果、装置表面に人の手や他の発光ペンなどが近接または接触しても誤認識されない上に、発光ペンの高い操作性と入力識別性を両立できるという効果を奏する。
【００７５】
また、各伝搬光に対してそれぞれ１対（２つ）の検知手段を設けることにより、第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別した上で、第１接触領域と第２接触領域を検知できるという効果を奏する。
【００７６】
また、検知手段に波長識別手段または分光分布識別手段を設けることで第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別できるという効果を奏する。
【００７７】
また、検知手段が光学的受光手段により伝搬光を検知できる。さらに光フィルタにより第１伝搬光と第２伝搬光を識別できるので、第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別できるという効果を奏する。
【００７８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について以下に説明する。尚、本実施形態２において説明すること以外の構成は、前記実施形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施形態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。
【００７９】
本実施形態２では、実施形態１が提供するユーザインターフェースに加え、入力時にユーザを識別するユーザインターフェースを提供する。図１３、図１４に基づいて、本実施形態２について以下に説明する。図１３は、本実施形態２に係るフローチャート図である。図１４（ａ）は本実施形態２による入力システム１Ｂにタッチペン４０ａが接触した際の動作様子の斜視図であり、図１４（ｂ）は本実施形態２による入力システム１Ｂにタッチペン４０ｂが接触した際の入力システム１Ｂの動作様子の斜視図である。尚、説明の便宜上、被検出体としてのタッチペンが２種類の例を示しているが、上述の通り、その限りではない。
【００８０】
本実施形態２による入力システム１Ｂでは、被検出体としてのタッチペンを使用ユーザに対して１対１で割り振ることで、ユーザの識別を行うことが可能となる。すなわち、ユーザＡが被検出体Ａを使用し、ユーザＢが被検出体Ｂを使用することで、実施形態１での固有の動作を行うユーザインターフェースの提供とともに、ユーザ識別した動作を提供することも可能となる。
【００８１】
本実施形態２による一連の流れを、図１３に示すフローチャートに従って説明をする。
【００８２】
処理開始後、（Ｓ２０１）入力システム１Ｂが被検出体（タッチペン）の接触を検知した時、（Ｓ２０２）接触した被検出体が被検出体Ａであれば、（Ｓ２０３）動作Ａを実行して終了し、そうでなければ（Ｓ２０４）へ進む。（Ｓ２０４）接触した被検出体が被検出体Ｂであれば、（Ｓ２０５）動作Ｂを実行して終了し、そうでなければそのまま終了する。（Ｓ２０３）及び（Ｓ２０５）において、動作Ａの実行及び動作Ｂの実行と記載しているが、動作内容はどのようなものでもよく、何もしなくてもよい。
【００８３】
図１３に示すフローチャートの具体例を、図１４に基づいて説明する。以下の説明では、タッチペン４０ａを被検出体Ａ、タッチペン４０ｂを被検出体Ｂとする。
【００８４】
タッチペン４０ａが座標５に接触した時、上述の通り、入力システム１Ｂは、タッチペン４０ａの接触であると検知し、被検出体Ａによる接触だと判定する。すると、動作Ａとして、液晶表示パネル２に画像５１ａを表示する。その様子を図１４（ａ）に示す。
【００８５】
タッチペン４０ｂが座標５に接触した時、上述の通り、入力システム１Ｂは、タッチペン４０ｂの接触であると検知し、被検出体Ａではなく被検出体Ｂによる接触であると判定する。すると、動作Ｂとして、液晶表示パネル２に画像５１ｂを表示する。その様子を図１４（ｂ）に示す。
【００８６】
図１４の例に示すように、入力システム１Ｂは、同じ座標５を異なるタッチペン４０ａ・４０ｂで接触するだけで、画像５１ａか画像５１ｂを表示する。図１４の例では画像表示としたが、ユーザ固有のメッセージ表示等も可能である。すなわち、入力システム１Ｂは、使用ユーザを識別して、ユーザに合わせた固有の動作を行うユーザインターフェースの提供が可能となる。
【００８７】
ユーザに合わせた固有の動作を行う以外に、ユーザの動作内容を記録することも可能である。例えば、タッチペン４０ａの入力システム１Ｂへの接触履歴を残しておけば、タッチペン４０ａを利用したユーザの動作内容の履歴を取得することができる。これにより、不正動作をしたユーザを特定することや、動作の履歴からユーザがどのような情報を求めているかを解析すること等が可能となる。
【００８８】
以上のように本実施形態２の構成によれば、複数のユーザがそれぞれ独立に使用できるので、各ユーザの操作性と入力システムの管理性が向上するという効果を奏する。
【００８９】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について以下に説明する。尚、本実施形態３において説明すること以外の構成は、前記実施形態１及び実施形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施形態１及び実施形態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。
【００９０】
本実施形態３は、実施形態１及び実施形態２のユーザの識別に加え、機能制限の概念を追加したユーザインターフェースを有する入力システムである。以下、本実施形態３の説明内においては、タッチペン４０ａをマスターペン、タッチペン４０ｂをユーザペンと呼ぶこととし、ユーザペンが機能制限を受けるものとする。本実施形態３の一例を図１５に基づいて説明する。図１５（ａ）は本実施形態３による入力システム１Ｃにマスターペンが接触した際の動作様子の斜視図であり、図１５（ｂ）は本実施形態３による入力システム１Ｃにユーザペンが接触した際の入力システム１Ｃの動作様子の斜視図である。尚、説明の便宜上、被検出体としてのタッチペンが２種類の例を示しているが、上述の通り、その限りではない。
【００９１】
図１５（ａ）で示すように、入力システム１Ｃにマスターペンで接触した場合、液晶表示パネル２に画像５１ａ、５１ｂを表示する。一方、図１５（ｂ）で示すように、入力システム１Ｃにユーザペンで接触した場合、画像５１ｂのみ表示する。つまりこの一例において、マスターペンは全ての画像を表示できるが、ユーザペンでは一部の画像のみ表示できるという機能制限を加えている。
【００９２】
上述は機能制限の一例である。他の例としては、入力システム１Ｃが持つアプリケーションを、マスターペンでは全て使用可能だが、ユーザペンでは一部のアプリケーションのみ使用可能という機能制限、入力システム１Ｃに接続する外部インターフェース（例えば、プリンタ、スキャナ、スピーカー、マイク、照明装置、ロボットアーム等）の操作はマスターペンでのみ使用可能とする等が挙げられる。これらは一例に過ぎず、これらの例に限らない。すなわち、入力システム１Ｃは、使用ユーザを識別して、ユーザに合わせて機能制限を加えた固有の動作を行うユーザインターフェースの提供が可能となる。
【００９３】
被検出体としてのタッチペンが２種類以上の場合、どのタッチペンをマスターペンとし、どのペンをユーザペンにするかは任意で決めてよい。例えば、被検出体としてのタッチペンが３種類の場合、マスターペン１本、ユーザペン２本としてもよいし、マスターペン２本、ユーザペン１本の構成にしてもよい。４種類以上においても同様である。構成選定の一例としては、機能制限という概念をセキュリティに応用する場合には、マスターペンを１本とし他のペンは全てユーザペンとするという構成が考えられる。
【００９４】
実施形態２に記載した通り、ユーザの動作内容の履歴を取得することも可能であるため、本実施形態３においてもこれを応用することで、更にセキュリティを強化することが可能である。
【００９５】
以上のように本実施形態３の構成によれば、入力システムの管理性が向上し、セキュリティが強化されるという効果を奏する。
【００９６】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について以下に説明する。尚、本実施形態４において説明すること以外の構成は、前記実施形態１及び実施形態２、実施形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施形態１及び実施形態２、実施形態３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。
【００９７】
実施形態１、実施形態２及び実施形態３の入力システムにおけるペン入力装置３Ａと異なり、本実施形態４の入力システムにおけるペン入力装置３Ｂにおいて、撮像ユニット６０は、レンズ６１と受光部としての撮像素子６３とを有している。撮像素子６３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。撮像素子６３は、２次元のカラーイメージセンサからなっている。
【００９８】
本実施形態４について、図１６に基づいて説明する。図１６は、本実施形態４によるペン入力装置３Ｂの概略断面図である。尚、説明の便宜上、被検出体としてのタッチペンが２種類の例を示しているが、上述の通り、その限りではない。
【００９９】
図１６に示すように、ペン入力装置３Ｂの撮像ユニット６０は、ペン入力装置３Ａの撮像ユニット２０と異なり、タッチペン４０ａ・４０ｂの光をフィルタで選別することなく、撮像素子６３で受光する。
【０１００】
（複数のタッチペンでの座標検出）
ペン入力装置３Ｂを用いた際の複数のタッチペンでの座標検出について、図１６、図１７に基づいて説明する。図１７（ａ）はタッチペンの識別に関する概念図であり、図１７（ｂ）は撮像ユニット６０による撮像データ６４の概略平面図である。
【０１０１】
上述及び図１６に示すように、撮像ユニット６０はタッチペン４０ａ・４０ｂの光をフィルタで選別することなく受光する。
【０１０２】
図１７（ａ）に示すように、タッチペン４０ａ・４０ｂから発した光を受けた撮像ユニット６０の撮像データ６４は、識別部７０にて、タッチペン４０ａ・４０ｂのいずれからの入力であるかどうかを識別する。識別部７０は、ペン入力装置３Ｂまたは入力システム１Ｃのいずれかが保有していればよい。
【０１０３】
識別部７０での識別方法として、撮像素子６３が受けた撮像データ６４を元に画像解析を行う。図１７（ｂ）に基づいて説明する。識別部７０に送られてきた撮像データ６４には、タッチペン４０ａ・４０ｂによる像が映し出されている。これらの像２８ａ・２８ｂの色解析を行う。色解析に用いる色空間は、例えばＲＧＢを用いればよいが、ＨＳＶやＨＬＳ等の他の色空間を用いることもできる。
【０１０４】
色解析の結果を用いて、タッチペン４０ａ・４０ｂのいずれかからの入力であるかどうかを識別する。例えば、タッチペン４０ａが赤色光で、タッチペン４０ｂが青色光であるとする。色解析の結果、撮像データ６４上に、赤色の像が映し出されていると分かれば、タッチペン４０ａによる入力であると識別できる。同様に、撮像データ６４上に、青色の像が映し出されていれば、タッチペン４０ｂによる入力であると識別できる。
【０１０５】
色解析で色識別ができる範囲であれば、タッチペン４０ａ・４０ｂが発する光の波長は何でもよい。例えば、青と赤、赤と緑等が挙げられるが、その限りではない。
【０１０６】
上記はピーク波長に基づいて識別する例、もしくは色解析によりどの原色（例えばＲＧＢ）が輝度ピークを持つかにより識別する例であるが、上記色解析による色識別には、分光分布の識別を用いることもできる。たとえば、タッチペン４０ａ・４０ｂの光が、同じピーク波長を持つ赤色光であっても、それ以外の波長の光をどの程度含むかによって分光分布が異なる。分光分布の異なる光をカラーイメージセンサで色解析するとＲＧＢ比率が異なるので、この比率の違いを閾値を設定して識別すれば、「明るい赤」（赤に輝度ピークを持つが、青や緑成分も多く含む）と「暗い赤」（青や緑成分をほとんど含まない色純度の高い赤）のように識別することができる。
【０１０７】
上記のような色識別以外にも、あるいはタッチペン４０ａ・４０ｂが、それぞれ異なるパターンのパルス光を発し、識別部７０が光強度とそのタイミングを検知することでパルスパターンを識別し、タッチペンを識別することもできる。
【０１０８】
上述の通り、ペン入力装置３Ｂの構成での複数タッチペンでの座標検出は可能であり、ペン入力装置３Ｂにおいても、複数の入力インターフェース（すなわちタッチペン）に対して、それぞれ固有の動作を行うユーザインターフェースの提供が可能となる。
【０１０９】
画像解析による色分離を用いて、タッチペンの発する光を十分に分離識別できるよう設計すれば、タッチペンの数が３種類以上の入力システム１Ｃを実現できる。
【０１１０】
なお、本実施形態４においては、実施形態１で説明したフィルタ２２・３２・２２ａ・２２ｂのようなフィルタは必ずしも必要ではないが、撮像素子６３に使用する二次元のカラーイメージセンサの保有する色識別機能を補助するという意味において、レンズ６１と撮像素子６３の間に適宜フィルタ等を設けてもよい。
【０１１１】
以上のように本実施形態４の構成によれば、必要最低数の検知手段から構成されているので、費用が低減できるだけでなく、検知手段の位置調整費用も低減できるため、製造が低コスト化できるという効果を奏する。また、検知手段が光学的受光手段により伝搬光を検知できるという効果を奏する。
【０１１２】
以上のように実施の形態について説明してきたが、その内容を以下にまとめる。
【０１１３】
本発明の入力システムは、導光部材、第１操作部材、第２操作部材、第１検知ユニット、および、第２検知ユニットを備える入力システムであって、第１操作部材は、第１の光を発光し、第２操作部材は、第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、導光部材は、その表面において、第１操作部材と第１接触領域で接触し、第２操作部材と第２接触領域で接触し、第１の光は、第１接触領域を介して導光部材に入射されて第１伝搬光となり、第２の光は、第２接触領域を介して導光部材に入射されて第２伝搬光となり、第１検知ユニットおよび第２検知ユニットは、それぞれ１対の検知手段を備え、第１検知ユニットは、第１伝搬光を検知することで第１接触領域の位置座標を検知し、第２検知ユニットは、第２伝搬光を検知することで第２接触領域の位置座標を検知し、第１接触領域の位置座標に基づいて第１操作部材からの入力を認識し、第２接触領域の位置座標に基づいて第２操作部材からの入力を認識し、第１操作部材からの入力および第２操作部材からの入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴としている。
【０１１４】
上記構成によれば、操作部材としての発光ペンから発光した光は導光部材を伝搬するため、特許文献１のように入力システム表面上の空間を通過する必要がない。そのため、入力システム表面上の空間に人の手や他の発光ペンなどがあった場合でも良好に検出できる。また、特許文献１のように検知手段へ光を到達させるために発光ペンの操作姿勢が制約を受けることもなく、発光ペンの操作角度によって所望しない方向に光が照射されてしまうこともない。そのため、操作性の高い発光ペンが実現できる。
【０１１５】
上記構成によれば、さらに、各伝搬光に対してそれぞれ１対（２つ）の検知手段を設けることにより、第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別した上で、第１接触領域と第２接触領域を検知できる。その結果、装置表面に人の手や他の発光ペンなどが近接または接触しても誤認識されない上に、発光ペンの高い操作性と入力識別性を両立できる。加えて、複数のユーザがそれぞれ独立に使用できるので、各ユーザの操作性と入力システムの管理性が向上するという効果を奏する。
【０１１６】
また、本発明の入力システムは、導光部材、第１操作部材、第２操作部材、および、第１検知ユニットを備える入力システムであって、第１操作部材は、第１の光を発光し、第２操作部材は、第１の光とは特性が異なる第２の光を発光し、導光部材は、その表面において、第１操作部材と第１接触領域で接触し、第２操作部材と第２接触領域で接触し、第１の光は、第１接触領域を介して導光部材に入射されて第１伝搬光となり、第２の光は、第２接触領域を介して導光部材に入射されて第２伝搬光となり、第１検知ユニットは、１対の検知手段を備え、第１検知ユニットは、第１伝搬光を検知することで第１接触領域の位置座標を検知し、第２伝搬光を検知することで第２接触領域の位置座標を検知し、第１接触領域の位置座標に基づいて第１操作部材からの入力を認識し、第２接触領域の位置座標に基づいて第２操作部材からの入力を認識し、第１操作部材からの入力および第２操作部材からの入力に対して、それぞれ独立に応答することを特徴としている。
【０１１７】
上記構成によれば、操作部材としての発光ペンから発光した光は導光部材を伝搬するため、特許文献１のように入力システム表面上の空間を通過する必要がない。そのため、入力システム表面上の空間に人の手や他の発光ペンなどがあった場合でも良好に検出できる。また、特許文献１のように検知手段へ光を到達させるために発光ペンの操作姿勢が制約を受けることもなく、発光ペンの操作角度によって所望しない方向に光が照射されてしまうこともない。そのため、操作性の高い発光ペンが実現できる。
【０１１８】
上記構成によれば、さらに、必要最低数の検知手段から構成されているので、費用が低減できるだけでなく、検知手段の位置調整費用も低減できるため、製造が低コスト化できる。その結果、装置表面に人の手や他の発光ペンなどが近接または接触しても誤認識されない上に、発光ペンの高い操作性と入力識別性を両立できる。加えて、複数のユーザがそれぞれ独立に使用できるので、各ユーザの操作性と入力システムの管理性が向上するという効果を奏する。
【０１１９】
また、本発明の入力システムは、第１操作部材からの入力または第２操作部材からの入力に対し、少なくとも一部の機能を制限することが好ましい。
【０１２０】
上記構成によれば、入力システムの管理性が向上し、セキュリティが強化されるという効果を奏する。
【０１２１】
また、本発明の入力システムは、特性は波長または分光分布であることが好ましい。
【０１２２】
上記構成によれば、検知手段に波長識別手段または分光分布識別手段を設けることで第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別できるという効果を奏する。
【０１２３】
また、本発明の入力システムは、検知手段は、レンズ、光フィルタおよび受光素子をそれぞれ備え、第１検知ユニットにおける１対の検知手段の光フィルタは、第１伝搬光を選択透過し、第２検知ユニットにおける１対の検知手段の光フィルタは、第２伝搬光を選択透過することが好ましい。
【０１２４】
上記構成によれば、検知手段が光学的受光手段により伝搬光を検知できる。さらに光フィルタにより第１伝搬光と第２伝搬光を識別できるので、第１操作部材からの入力と第２操作部材からの入力を識別できるという効果を奏する。
【０１２５】
また、本発明の入力システムは、１対の検知手段は、それぞれレンズおよび受光素子を備え、受光素子は特性を識別することが好ましい。
【０１２６】
上記構成によれば、検知手段が光学的受光手段により伝搬光を検知できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
以上説明したように、本発明によれば、タッチペン、スタイラスペン等の操作部材ペン等の被検出体を複数同時使用する光学式の座標入力装置、及び座標入力システムに利用することができる。複数の被検出体の座標検知と同時に、複数ある被検出体のいずれかからの入力であるかを判定し、判定結果を踏まえて適した動作を提供することができる。これは、例えば、座標入力システムにおけるセキュリティに応用可能であり、入力時にセキュリティをかけることができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  入力システム
２  液晶表示パネル
３Ａ、３Ｂ  ペン入力装置
５  座標
１０  導光板
１０ａ  伝搬光
１０ｂ  伝搬光
１１  切り欠き
１１ａ  ミラーコーティング
２０、２０ａ、２０ｂ、３０、３０ａ、３０ｂ  撮像ユニット
２１、３１  レンズ
２２、２２ａ、２２ｂ、３２  フィルタ
２３、２３ａ、２３ｂ、３３  撮像素子
２５、２７、２８ａ、２８ｂ  像
２６  扇紙形状
４０、４０ａ、４０ｂ  タッチペン
４１  筐体
４２、４２ａ、４２ｂ  発光部
４３  電源装置
４４  制御装置
４５  光散乱部材
４６  発光素子
４７  導入部
５１、５１ａ、５１ｂ  画像
６０  撮像ユニット
６１  レンズ
６３  撮像素子
６４  撮像データ
７０  識別部
【図１】
2015210629.tif 000003
【図２】
2015210629.tif 000004
【図３】
2015210629.tif 000005
【図４】
2015210629.tif 000006
【図５】
2015210629.tif 000007
【図６】
2015210629.tif 000008
【図７】
2015210629.tif 000009
【図８】
2015210629.tif 000010
【図９】
2015210629.tif 000011
【図１０】
2015210629.tif 000012
【図１１】
2015210629.tif 000013
【図１２】
2015210629.tif 000014
【図１３】
2015210629.tif 000015
【図１４】
2015210629.tif 000016
【図１５】
2015210629.tif 000017
【図１６】
2015210629.tif 000018
【図１７】
2015210629.tif 000019
【図１８】
2015210629.tif 000020