(57)【要約】【課題】コストの増大を抑制しつつ、受光部から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置及び座標入力システムを提供する。【解決手段】導光板１０の外周には、導光板１０から出射される光を反射して導光板１０に再入射させる反射板４が設けられている。検出部７は、タッチペン４０からの直接光である伝搬光１３ａ・１４ａと反射板４による反射光である伝搬光１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ｂ・１４ｃとにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、タッチペン４０における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の導光部材と、上記導光部材内を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、上記被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、
上記導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、
上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記板状の導光部材は、方形にてなっていると共に、
前記少なくとも２つの受光手段は、方形の導光部材の一辺近傍に設けられており、
前記反射板は、導光部材における上記少なくとも２つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方又は両方に設けられ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３】
前記導光部材には、該導光部材の内部を伝搬する伝搬光を３６０度の方向から該導光部材の下面よりも下方に取り出す光取り出し部が設けられていると共に、
前記受光手段は、上記光取り出し部によって取り出された上記伝搬光を上記導光部材の上記下面よりも下方にて受光することを特徴とする請求項１又は２記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっており、
前記第１被検出体及び第２被検出体は、それぞれ前記導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっていると共に、
前記受光手段は、上記第１被検出体及び第２被検出体の各発光部から上記導光部材にそれぞれ入射して該導光部材の内部を伝搬する第１伝搬光及び第２伝搬光における該導光部材からの出射光を受光することを特徴とする請求項１，２又は３記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっており、
前記導光部材の端部から照明光を入射させる光源が設けられ、
前記第１被検出体及び第２被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって上記導光部材内を伝搬する上記照明光を散乱させるようになっており、
前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光、第１被検出体によるその散乱光である第１伝搬光と、上記第２被検出体によるその散乱光である第２伝搬光とを受光すると共に、
前記検出手段は、第１被検出体及び第２被検出体の導光部材への接触による上記照明光の散乱に基づく受光手段の出力強度の変化を検出して、該第１被検出体及び第２被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めることを特徴とする請求項１，２又は３記載の座標入力装置。
【請求項６】
請求項１〜５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、
画像表示パネ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、指、又はタッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材ペン等の被検出体を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関するものであり、詳細には、複数の被検出体を同時使用する場合の識別に関する。
【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】
ところで、この種の座標入力装置では、複数のペン又は指が同時に表示パネルにタッチされた場合には、それぞれのペン又は指をどのように識別するかが問題となる。
【０００５】
例えば、２つの発光ペンを使用した場合において、三角測量法を用いて各発光ペンのタッチ位置を検出する場合に、検出器からの各発光ペンの視認方向が一致する場合には、各発光ペンを識別することができない。
【０００６】
そこで、例えば特許文献１に開示されている座標入力装置１００では、図１２に示すように、検出器Ｌ・Ｒ及び検出器ＣＬ・ＣＲの二対の検出器を備えている。これにより、各発光ペンの座標値Ｐ１（ｘ１，ｙ１）及びＰ２（ｘ２，ｙ２）を検出できるようになっている。
【０００７】
また、例えば、特許文献２に開示されている座標入力装置２００では、図１３に示すように、複数の発光ペンにおける各発光周期を互いに異ならせている。これにより、複数種の発光ペンを互いに識別できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０３１５４９号公報（２００６年２月２日公開）
【特許文献２】特開２０１１−１２８９９１号公報（２０１１年６月３０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の座標入力装置は、以下の問題点を有している。
【００１０】
すなわち、特許文献１に開示された座標入力装置１００では、２種類の発光ペンを同時に使用するために、二対の検出器Ｌ・Ｒ及び検出器ＣＬ・ＣＲを備えている。この結果、高価な検出器を二対準備しなければならないので、座標入力装置１００のコストが高くなるという問題点を有している。
【００１１】
また、特許文献２に開示された座標入力装置２００においては、複数の発光ペンにおける発光周期の制御が必要となると共に、互いに異なる発光周期を検出するための周期検出部が必要となるという問題点を有している。また、被検出体が指の場合には、発光ペンを使用しないので、発光周期を互いに異ならせるという余地がなく、複数の指の座標位置を検出できないという問題点を有している。
【００１２】
さらに、複数の被検出体を使用しない場合でも、一対の受光部から被検出体への視認角度が小さい場合には、三角測量法では検出精度が悪くなるという問題を有している。
【００１３】
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、コストの増大を抑制しつつ、受光部から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置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】
【００１４】
本発明の座標入力装置は、上記課題を解決するために、板状の導光部材と、上記導光部材内を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、上記被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、上記導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めることを特徴としている。
【００１５】
上記の発明によれば、座標入力装置は、板状の導光部材と、上記導光部材内を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、上記被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める検出手段とを備えている。
【００１６】
この種の三角測量法を用いる座標入力装置では、被検出体の接触位置が導光部材における受光手段の近傍位置である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも１個の受光手段への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【００１７】
そこで、本発明では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられている。そして、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める。
【００１８】
この結果、２つの受光手段からの被検出体への視認角度が小さい場合においても、反射板を介した反射光の受光手段への入射角度は大きくなる。
【００１９】
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、後述するように、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体を同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。
【００２０】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。
【００２１】
本発明の座標入力装置では、前記板状の導光部材は、方形にてなっていると共に、前記少なくとも２つの受光手段は、方形の導光部材の一辺近傍に設けられており、前記反射板は、導光部材における上記少なくとも２つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方又は両方に設けられていることが好ましい。
【００２２】
これにより、反射板が、導光部材における少なくとも２つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方に設けられている場合には、被検出体からの直接光と反射板からの反射光との２つの方向の伝搬光により、被検出体と受光手段との視認角度を求めることができる。したがって、２つの受光手段からの被検出体への直接光での視認角度が小さい場合においても、１つの反射光を採用することにより、被検出体と受光手段との視認角度を精度よく求めることができる。
【００２３】
また、反射板が、導光部材における少なくとも２つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かの両方に設けられている場合には、被検出体からの直接光と、２つの反射板からの反射光との３つの方向の伝搬光により、被検出体と受光手段との視認角度を求めることができる。したがって、２つの受光手段からの被検出体への直接光での視認角度が小さい場合においても、２つの反射光を採用することにより、被検出体と受光手段との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
【００２４】
本発明の座標入力装置では、前記導光部材には、該導光部材の内部を伝搬する伝搬光を３６０度の方向から該導光部材の下面よりも下方に取り出す光取り出し部が設けられていると共に、前記受光手段は、上記光取り出し部によって取り出された上記伝搬光を上記導光部材の上記下面よりも下方にて受光することが好ましい。
【００２５】
これにより、光取り出し部は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を３６０度の方向から該導光部材の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、受光手段はその伝搬光を受光することができる。
【００２６】
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっており、前記第１被検出体及び第２被検出体は、それぞれ前記導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっていると共に、前記受光手段は、上記第１被検出体及び第２被検出体の各発光部から上記導光部材にそれぞれ入射して該導光部材の内部を伝搬する第１伝搬光及び第２伝搬光における該導光部材からの出射光を受光するとすることができる。
【００２７】
これにより、被検出体は、導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっている。そして、本発明では、被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっている。
【００２８】
このような座標入力装置において、２本以上の発光ペンを同時に使用し、かつ各発光ペンがそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、受光手段の視線方向に発光ペンが２本並んだとき、受光手段から見て奥に位置する発光ペンから発せられた光は、手前にある発光ペンによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができないという問題が発生する。
【００２９】
この問題を解決するために、例えば、２本の発光ペンに対して、それそれ異なる波長の光を発生させ、かつ各発光ペンに対して必須の一対の第１受光手段と第２受光手段とを２組用意するのでは、装置の部品点数が増大し、コスト高になる。
【００３０】
ここで、本発明では、まず、光を導光部材に入射させる発光ペンが２本以上の複数同時に使用される場合でも、受光手段は、三角測量法において必須の少なくとも一対の受光手段しか設けられていない。
【００３１】
この状況下において、２つの受光手段にて各発光ペンからの発光を識別するために、本発明では、前述したように、導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める。
【００３２】
すなわち、受光手段の視線方向に発光ペンが２本並んだとき、受光手段から見て奥に位置する発光ペンから発せられた直接光は、手前にある発光ペンによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、第１被検出体と第２被検出体との各反射光は重畳することにはならない。
【００３３】
この結果、受光手段の視線方向に発光ペンが２本並んだときであっても、発光ペンの接触位置を容易に検出することができる。
【００３４】
したがって、被検出体が発光ペンからなっている場合においても、複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。
【００３５】
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっており、前記導光部材の端部から照明光を入射させる光源が設けられ、前記第１被検出体及び第２被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって上記導光部材内を伝搬する上記照明光を散乱させるようになっており、前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光、第１被検出体によるその散乱光である第１伝搬光と、上記第２被検出体によるその散乱光である第２伝搬光とを受光すると共に、前記検出手段は、第１被検出体及び第２被検出体の導光部材への接触による上記照明光の散乱に基づく受光手段の出力強度の変化を検出して、該第１被検出体及び第２被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めるとすることができる。
【００３６】
これにより、被検出体は、例えば指からなっており、導光部材の表面に接触することによって導光部材内を伝搬する照明光を散乱させるようになっている。そして、本発明では、被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体との同時使用が可能となっている。
【００３７】
このような座標入力装置において、２つ以上の被検出体を同時に使用し、かつ受光手段の視線方向に被検出体が２つ以上並んだとき、受光手段から見て奥に位置する被検出体からの伝搬光の直接光と、手前に存在する被検出体からの伝搬光の直接光とは、受光手段の同じ位置に像が形成されるため、三角測量法ではどちらが奥に存在するかを検出することができないという問題が発生する。
【００３８】
ここで、本発明では、まず、指等の被検出体が複数同時に使用される場合でも、受光手段は、三角測量法において必須の少なくとも一対の受光手段しか設けられていない。
【００３９】
この状況下において、２つの受光手段にて各発光ペンからの発光を識別するために、本発明では、前述したように、導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める。
【００４０】
すなわち、受光手段の視線方向に指等の被検出体が２つ並んだとき、受光手段から見て奥に位置する被検出体から発せられた直接光は、手前にある被検出体によって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、第１被検出体と第２被検出体との各反射光は重畳することにはならない。
【００４１】
この結果、受光手段の視線方向に指等の被検出体が２つ並んだときであっても、被検出体の接触位置を容易に検出することができる。
【００４２】
したがって、被検出体が指等の発光ペンを使用しない被検出体からなっている場合においても、複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。
【００４３】
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、画像表示パネルを備えていることを特徴としている。
【００４４】
上記の発明によれば、座標入力装置を、画像表示パネルの画像を見ながらペン入力及び指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、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能と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】
【００４５】
本発明の座標入力装置は、以上のように、導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めるものである。
【００４６】
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、画像表示パネルを備えているものである。
【００４７】
それゆえ、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置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】
【００４８】
【図１】本発明における座標入力装置の実施の一形態を示すものであって、座標入力装置の構成を示す平面図である。
【図２】上記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３】上記座標入力装置の導光板における貫通孔近傍の構成を示す要部平面図である。
【図４】上記座標入力装置の撮像ユニットの構成を示すものであって、図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】上記座標入力装置の導光板における伝搬光の光路を示すものであって、図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】上記導光板における貫通孔の位置を示す平面図である。
【図７】上記座標入力装置のタッチペンにおける上面の筐体を取り外して示す平面図である。
【図８】（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９】本発明における座標入力装置、及び座標入力システムの他の実施の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１０】上記座標入力システムの全体構成を示すものであって、図９のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図１１】（ａ）は指が導光板に接触されていないときの撮像素子の出力像を示す平面図であり、（ｂ）は指が導光板に接触されたときの撮像素子の出力像を示す平面図である。
【図１２】従来の座標入力装置の構成を示す平面図である。
【図１３】従来の他の座標入力装置の構成を示すものであって、発光タッチペンの発光タイミングを示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００５０】
（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斜視図である。
【００５１】
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座標入力装置としての座標入力装置３Ａとを備えている。
【００５２】
上記液晶表示パネル２は、一対の図示しない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。
【００５３】
上記座標入力システム１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座標入力装置３Ａの後述する導光板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。
【００５４】
（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に基づいて以下に詳述する。
【００５５】
上記座標入力装置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受光手段としての撮像ユニット２０・３０と、導光板１０に接触される発光ペンとしてのタッチペン４０とを有している。
【００５６】
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の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置３Ａのタッチペン４０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。尚、本実施の形態では、導光板１０は、方形の板材にてなっているが、本発明においては、必ずしも方形に限られることはない。また、導光板１０の四隅も直角でなくてもよく、例えば円弧状であってもよい。
【００５７】
また、導光板１０における撮像ユニット２０・３０を配設する一辺近傍の両端近傍には、それぞれ、タッチ面から背面に貫通した光取り出し部としての貫通孔１１が設けられている。
【００５８】
ここで、図３〜図５に基づいて、貫通孔１１及び撮像ユニット２０の詳細について説明する。図３は、貫通孔１１及びその周辺を示す部分拡大平面図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ線の矢視断面図である。また、図５は、図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。尚、導光板１０の一辺近傍の両側に設けられた２つの貫通孔１１・１１はそれぞれ同じ構造であり、かつ、撮像ユニット２０・３０もそれぞれ同じ構成であるので、図３〜図５では、説明の便宜上、導光板１０に設けられた２つの貫通孔１１・１１のうちの一方と、その貫通孔１１の下方に配設された１つの撮像ユニット２０について説明し、他の１つの貫通孔１１と撮像ユニット３０とについては説明を省略する。
【００５９】
貫通孔１１は、図３及び図４に示すように、導光板１０におけるタッチ面側の開口径が背面側の開口径よりも大きく構成されており、かつ、タッチ面側から背面側に向かって径が連続的に小さくなった漏斗形状となっている。換言すれば、貫通孔１１の壁面は、タッチ面及び背面と垂直な方向に対して傾斜している。尚、本実施の形態においては、貫通孔１１は、導光板１０の端部に切り欠かれているのではなく、貫通孔１１が導光板１０の端部よりも内側に配されて、貫通孔１１の全体が完全に導光板１０に含まれた状態となっている。ただし、本発明の光取り出し部においては、必ずしもこれに限らず、導光板１０の端部に切り欠かれたものであってもよい。
【００６０】
撮像ユニット２０は、導光板１０の背面に対向する位置の、貫通孔１１及びその周囲の直下に配されている。
【００６１】
図５に示すように、タッチペン４０から導光板１０に入射して結合した光は、全反射しながら導光板１０の内部を伝搬光１３ａ・１４ａにより伝搬する。そして、貫通孔１１の壁面１１ａまで達すると、該壁面１１ａによって光の光路が変化し、導光板１０の背面に向かい、さらに背面から出射して撮像ユニット２０に入射する。
【００６２】
ここで、貫通孔１１の壁面１１ａは、導光板１０の背面に対して、４５度以下、例えば３０度又は４５度で傾斜している。これにより、導光板１０の内部を伝搬して貫通孔１１の壁面１１ａに至った光の全反射条件を破綻させることができる。例えば、貫通孔１１の壁面１１ａは、導光板１０の内部を伝搬して該壁面に至った光を、９０度変化させて導光板１０の背面に向かわせ、背面からさらに下方に出射させることができる。
【００６３】
尚、貫通孔１１における漏斗形状の壁面１１ａには、ミラーコーティングが施してあってもよい。ミラーティングを施して光反射加工することによって、より効果的に光路を変換することができ、光量のロスも抑えることが可能である。
【００６４】
撮像ユニット２０は、図５に示すように、伝搬光１３ａの光入射側から、レンズ２１と、可視光カットフィルタ２２と、撮像素子２３とをこの順で有している。そのため、撮像ユニット２０に入射した上記光は、まず、レンズ２１によって集光され、続いて可視光カットフィルタ２２によって可視光が遮断されて、撮像素子２３に受光される。撮像素子２３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。
【００６５】
本実施の形態では、撮像ユニット２０は導光板１０に固定されている。具体的には、図４に示すように、撮像ユニット２０と導光板１０とは、固定用部材２０ａ及び接着剤２０ｂを介して固定されている。
【００６６】
固定用部材２０ａは円柱構造である。ただし、構造はこれに限定されるものでなく、また、そのサイズも特に限定はない。しかし、コンパクトで、かつ、十分な強度を有していることが好ましい。また、接着剤２０ｂの種類も特に限定されるものではなく、従来周知の接着剤を使用することができる。
【００６７】
ところで、本実施の形態では、図２に示すように、撮像ユニット２０・３０が、導光板１０の端部よりも内側に配されている。そのため、導光板１０の上面における全面のうちの一部の領域が座標検出可能領域となっている。そこで、本実施の形態では、これを利用して、導光板１０への撮像ユニット２０・３０の固定位置を規定している。
【００６８】
以下に、図６を用いて、導光板１０への撮像ユニット２０・３０の固定位置について説明する。図６は、導光板１０における貫通孔１１・１１の位置を示す平面図である。
【００６９】
図６に示すように、導光板１０の座標検出可能領域１０ａは、導光板１０の上面の端部から該上面の中心に向けて狭まった領域である。座標検出可能領域１０ａでは、上述したように光が伝播し全反射する。そのため、座標検出可能領域１０ａは、固定用部材２０ａ及び接着剤２０ｂは、座標検出可能領域１０ａから外れた位置にある。これにより、例えば接着剤２０ｂの形成時に気泡を含んでしまったような場合であっても、上述した全反射条件を破綻させることがなく、位置座標の検出の妨げにならないため好ましい。換言すれば、座標検出可能領域１０ａに接着剤２０ｂを設けた場合、接着剤２０ｂに気泡があると、全反射条件が破綻して、伝搬光が漏れる虞がある。また、特に、座標検出可能領域１０ａから外れた領域のなかの、撮像ユニット２０・３０が導光板１０の内部を伝搬した伝搬光を受光できる受光可能領域から外れた受光外領域１０ｂ（図中の斜線部）において、固定用部材２０ａ及び接着剤２０ｂを設けることが望ましい。受光外領域１０ｂであれば、伝搬光を乱すことはない。ここで、受光可能領域とは、導光板１０に設けられた２つの貫通孔１１・１１のそれぞれの中心と、四角形の座標検出可能領域１０ａの四隅のうちの各貫通孔１１・１１に最も近い隅に隣り合っている２つの隅とを結んだ直線よりも座標検出可能領域１０ａに近い側の領域をいう。
【００７０】
尚、図２に示す撮像ユニット３０も、図５に示す撮像ユニット２０と同一の構成である。撮像ユニット２０・３０では、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。
【００７１】
導光板１０の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられる。導光板１０の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネートやガラスでも構わない。また、導光板１０の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられるが、これより厚くてもかまわない。さらに、導光板１０のサイズ（タッチ面のサイズ）は、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。
【００７２】
尚、貫通孔１１は、円錐体にも似た構造である。しかし、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。
【００７３】
尚、上述の固定用部材２０ａ及び接着剤２０ｂは、撮像ユニット２０側では、撮像素子２３に接着されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７４】
（タッチペンの構成）
次に、本実施の形態のタッチペンの構成について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施の形態のタッチペン４０の構成を示す平面図である。尚、図７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。
【００７５】
上記タッチペン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。
【００７６】
タッチペン４０は、図７に示すように、外形となる筐体４１の内部に、光を出射する発光素子４２ａと、該発光素子４２ａ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４２ｂとを有する発光部４２と、電源装置４３と、制御装置４４とを格納している。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４２ｂに固定されて取り付けられている。
【００７７】
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。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、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。
【００７８】
光散乱部材４５の光出射面は、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２．５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。
【００７９】
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。
【００８０】
上記発光素子４２ａ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。
【００８１】
上記電源装置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。
【００８２】
上記制御装置４４は、発光素子４２ａの発光を制御する。例えば、発光素子４２ａ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。
【００８３】
上記構成のタッチペン４０では、電源装置４３から電源を受けた発光素子４２ａは所定波長の光を発光する。この発光素子４２ａから発光された光は、導入部４２ｂを経て光散乱部材４５に入射し、該光散乱部材４５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４５の光出射面から拡散光となって出射される。
【００８４】
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。タッチペン４０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。
【００８５】
そして、図５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から得られる各画像から、タッチペン４０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。
【００８６】
（２次元座標位置の算出）
上述のようにして求めた、タッチペン４０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、タッチペン４０が接触した箇所における２次元座標位置の算出方法について、前記図２及び図５、並びに図８（ａ）（ｂ）に基づいて、以下に説明する。図８（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８（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。
【００８７】
図５に示すように、まず、タッチペン４０のペン先が座標入力装置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。
【００８８】
ここで、図５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１３ａ・１４ａは、円錐面状の貫通孔１１の壁面１１ａにも導かれ、該壁面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の壁面１１ａの反射光は、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。可視光カットフィルタ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。可視光カットフィルタ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。
【００８９】
次に、撮像ユニット２０・３０の処理について、図８（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、図８（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。
【００９０】
図２及び図８（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１３ａ・１４ａ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。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。
【００９１】
詳細には、図８（ａ）において、タッチペン４０が点Ｐ１ の位置にあるとき、図８（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。
【００９２】
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に接触して赤外光が導光板１０に結合すると、その光束のうちの一部における伝搬光が撮像素子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。
【００９３】
図８（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、タッチペン４０のペン先における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、タッチペン４０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、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。
【００９４】
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、タッチペン４０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。
【００９５】
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、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。
【００９６】
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。
【００９７】
タッチペン４０の位置座標を以上の方法で求めるために、座標入力システム１には、図示しない位置座標検出部を設けている。位置座標検出部は座標入力装置３Ａに設けることができる。
【００９８】
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の駆動を制御する図示しない制御部が、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。
【００９９】
（検出限界となる領域での措置）
本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、図２に示すように、被検出体としてのタッチペン４０の接触位置Ｐが導光板１０における受光手段としての撮像ユニット２０・３０の近傍位置の領域である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの撮像ユニット２０・３０を結ぶ線に対する少なくとも１個の撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【０１００】
そこで、本実施の形態では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、図２に示すように、導光板１０の外周には、該導光板１０から出射される光を反射して該導光板１０に再入射させる反射板４が設けられている。そして、検出手段としての検出部７は、被検出体としてのタッチペン４０からの直接光と反射板４による反射光とにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、タッチペン４０における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。
【０１０１】
この結果、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０への視認角度が小さい場合においても、反射板４を介した反射光の撮像ユニット２０・３０への入射角度は大きくなる。
【０１０２】
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができる。
【０１０３】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０からタッチペン４０への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１０４】
ここで、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、板状の導光板１０は、方形にてなっていると共に、２つの撮像ユニット２０・３０は、方形の導光板１０の一辺１０ｃ近傍に設けられており、反射板４は、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周か若しくはその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
【０１０５】
これにより、反射板４が、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周に設けられている場合には、タッチペン４０からの直接光である伝搬光１３ａ・１４ａと反射板４からの反射光である例えば伝搬光１３ｂ・１４ｂとの２つの方向の伝搬光１３ａ・１３ｂ及び伝搬光１４ａ・１４ｂにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を求めることができる。したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０への直接光である伝搬光１３ａ・１４ａの視認角度が小さい場合においても、例えば一辺１０ｃの反射板４による１つの反射光である伝搬光１３ｂ・１４ｂを採用することにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を精度よく求めることができる。尚、この場合、例えば対向辺１０ｄの反射板４による１つの反射光である伝搬光１３ｃ・１４ｃを採用することも可能である。
【０１０６】
また、図２に示すように、反射板４・４が、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周及びその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周の両方に設けられている場合には、タッチペン４０からの直接光である伝搬光１３ａ・１４ａと、２つの反射板４・４からの反射光である伝搬光１３ｂ・１４ｂ及び伝搬光１３ｃ・１４ｃとの３つの方向の伝搬光１３ａ・１３ｂ・１３ｃにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を求めることができる。したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０への直接光である伝搬光１３ａ・１４ａの視認角度が小さい場合においても、２つの反射光である伝搬光１３ｂ・１４ｂ及び伝搬光１３ｃ・１４ｃを採用することにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
【０１０７】
尚、本実施の形態では、撮像ユニット２０・３０は、２つとして説明したが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、３つ以上設けられていてもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、導光板１０には、該導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１３ａ・１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ａ・１４ｂ・１４ｃを３６０度の方向から該導光板１０の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔１１・１１が設けられている。そして、撮像ユニット２０・３０は、貫通孔１１・１１によって取り出された伝搬光１３ａ・１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ａ・１４ｂ・１４ｃを導光板１０の下面よりも下方にて受光する。
【０１０９】
これにより、貫通孔１１は、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１３ａ・１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ａ・１４ｂ・１４ｃを３６０度の方向から該導光板１０の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板４・４からの反射光の伝搬光１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ｂ・１４ｃがどの方向から伝搬されても、撮像ユニット２０・３０はその伝搬光１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ｂ・１４ｃを受光することができる。
【０１１０】
（複数のタッチペンでの座標検出）
本実施の形態の座標入力装置３Ａ及び座標入力システム１では、複数のタッチペン４０を使用する場合においても、簡易な構成にて各タッチペン４０の識別を簡易かつ確実に行うことができるようになっている。以下に、その構成について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は座標入力装置３Ａの構成を示す平面図である。
【０１１１】
図１に示すように、本実施の形態の座標入力装置３Ａにおいて、複数のタッチペン４０として２本のタッチペン４０Ａ・４０Ｂが使用されている場合について説明する。尚、本発明では、３本以上のタッチペン４０を使用しても、その作用及び効果は３本のタッチペン４０Ａ・４０Ｂの使用時と同様である。
【０１１２】
本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体してのタッチペン４０Ａと第２被検出体としてのタッチペン４０Ｂとの同時使用が可能となっている。タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂは、それぞれ導光板１０の表面に接触することによって該導光板１０に光を入射させる発光部４２を有する発光ペンからなっている。また、撮像ユニット２０・３０は、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂの前記各発光部４２・４２から導光板１０にそれぞれ入射して該導光板１０の内部を伝搬する第１伝搬光１３ａ及び第２伝搬光１４ａ、並びに第１伝搬光１３ａ’及び第２伝搬光１４ａ’における該導光板１０からの出射光を受光する。
【０１１３】
このような座標入力装置３Ａにおいて、２本以上の発光ペンとしてのタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂを同時に使用し、かつ各タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂがそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、図１に示すように、撮像ユニット２０・３０の視線方向にタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂが２本並んだとき、撮像ユニット２０から見て奥に位置するタッチペン４０Ｂから発せられた光は、手前にあるタッチペン４０Ａによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができないという問題が発生する。
【０１１４】
この問題を解決するために、例えば、２本のタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂに対して、それそれ異なる波長の光を発生させ、かつ各タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂに対して必須の一対の撮像ユニット２０・３０とを２組用意するのでは、装置の部品点数が増大し、コスト高になる。
【０１１５】
ここで、本実施の形態では、まず、光を導光板１０に入射させるタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂが２本以上の複数同時に使用される場合でも、撮像ユニット２０・３０は、三角測量法において必須の少なくとも一対の撮像ユニット２０・３０しか設けられていない。
【０１１６】
この状況下において、２つの撮像ユニット２０・３０にて各タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂからの発光を識別するために、本実施の形態では、前述したように、導光板１０から出射される光を反射して該導光板１０に再入射させる反射板４・４が設けられている。尚、反射板４は、方形の導光板１０の一辺１０ｃの外周か若しくはその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
【０１１７】
また、検出手段としての検出部７は、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂからの直接光である伝搬光１３ａ・１４ａ及び伝搬光１３ａ’・１４ａ’と反射板４・４による反射光である伝搬光１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ｂ・１４ｃ、並びに伝搬光１３ｂ’・１３ｃ’及び伝搬光１４ｂ’・１４ｃ’とにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂにおける導光板１０の表面への接触位置Ｐ１ ・Ｐ２ の座標を求める。
【０１１８】
すなわち、撮像ユニット２０・３０の視線方向にタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂが２本並んだとき、撮像ユニット２０から見て奥に位置するタッチペン４０Ｂから発せられた直接光である伝搬光１３ａ’は、手前にあるタッチペン４０Ａによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂとの各反射光である伝搬光１３ｂ・１３ｃ及び伝搬光１４ｂ・１４ｃ、並びに伝搬光１３ｂ’・１３ｃ’及び伝搬光１４ｂ’・１４ｃ’は重畳することにはならない。
【０１１９】
この結果、撮像ユニット２０・３０の視線方向にタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂが２本並んだときであっても、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂの接触位置Ｐ１ ・Ｐ２ を容易に検出することができる。
【０１２０】
したがって、被検出体が発光ペンとしてタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂからなっている場合においても、複数のタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１２１】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ａは、板状の導光板１０と、導光板１０内を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、導光板１０の表面にタッチペン４０・４０Ａ・４０Ｂを接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した撮像ユニット２０・３０の出力に基づいて、タッチペン４０・４０Ａ・４０Ｂにおける導光板１０の表面への接触位置の座標を求める検出部７とを備えている。そして、導光板１０の外周には、導光板１０から出射される光を反射して導光板１０に再入射させる反射板４が設けられている。検出部７は、タッチペン４０・４０Ａ・４０Ｂからの直接光と反射板４による反射光とにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、タッチペン４０・４０Ａ・４０Ｂにおける導光板１０の表面への接触位置の座標を求める。
【０１２２】
この結果、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０・４０Ａ・４０Ｂへの視認角度が小さい場合においても、反射板４を介した反射光の撮像ユニット２０・３０への入射角度は大きくなる。
【０１２３】
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、複数のタッチペン４０Ａ・４０Ｂを同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。
【０１２４】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０からタッチペン４０への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数のタッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１２５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、板状の導光板１０は、方形にてなっていると共に、少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０は、方形の導光板１０の一辺１０ｃの近傍に設けられており、反射板４は、導光板１０における少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周か若しくはその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
【０１２６】
これにより、反射板４が、導光板１０の一辺１０ｃか対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方に設けられている場合には、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０への直接光での視認角度が小さい場合においても、１つの反射板４を採用することにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を精度よく求めることができる。
【０１２７】
また、反射板４。４が、導光板１０の一辺１０ｃの周辺と対向辺１０ｄの周辺かの両方に設けられている場合には、タッチペン４０からの直接光と、２つの反射板４・４からの反射光との３つの方向の伝搬光により、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を求めることができる。したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からのタッチペン４０への直接光での視認角度が小さい場合においても、２つの反射光を採用することにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
【０１２８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、導光板１０には、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光を３６０度の方向から導光板１０の下面よりも下方に取り出す貫通孔１１が設けられていると共に、撮像ユニット２０・３０は、貫通孔１１によって取り出された伝搬光を導光板１０の下面よりも下方にて受光する。
【０１２９】
これにより、反射板４からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、撮像ユニット２０・３０はその伝搬光を受光することができる。
【０１３０】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、被検出体は、少なくとも２つのタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂの同時使用が可能となっており、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂは、それぞれ導光板１０の表面に接触することによって導光板１０に光を入射させる発光部４２を有する発光ペンからなっている。そして、撮像ユニット２０・３０は、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂの各発光部４２・４２から導光板１０にそれぞれ入射して導光板１０の内部を伝搬する第１伝搬光及び第２伝搬光における該導光部材からの出射光を受光する。
【０１３１】
この結果、撮像ユニット２０・３０の視線方向にタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂが２本並んだときであっても、反射板４からの反射光によって、タッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂンの接触位置を容易に検出することができる。
【０１３２】
したがって、被検出体がタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂからなっている場合においても、複数のタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１３３】
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、液晶表示パネル２を備えている。このため、座標入力装置３Ａを、液晶表示パネル２の画像を見ながらペン入力するタッチパネルとして機能させることができる。
【０１３４】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０からタッチペン４０への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数のタッチペン４０Ａ及びタッチペン４０Ｂにおける同時使用を可能と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。
【０１３５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図９〜図１１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。
【０１３６】
前記実施の形態１における座標入力装置３Ａ及び座標入力システム１では、被検出体は、発光ペンとしてのタッチペン４０、又は２つのタッチペン４０Ａ・４０Ｂを使用するものであった。しかし、本実施の形態の座標入力装置３Ｂ及び座標入力システム１では、被検出体として、指を使用する点、及び２つの指を同時使用する点が異なっている。
【０１３７】
最初に、被検出体としての指を検出するための構成について説明する。
【０１３８】
（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９に基づいて説明する。図９は、上記座標入力システムの構成を示す斜視図である。
【０１３９】
本実施の形態の座標入力システム１は、図９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座標入力装置３Ｂとを備えている。
【０１４０】
上記液晶表示パネル２は、一対の図示しない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。
【０１４１】
上記座標入力システム１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座標入力装置３Ｂの後述する導光板１０上に被検出体としての指６を接触させることにより、その指６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。
【０１４２】
（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３Ｂの構成について、前記図９に基づいて以下に詳述する。
【０１４３】
上記座標入力装置３Ｂは、図９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の例えば二辺の周辺に設けられた光源としての光源ユニット５と、検出手段としての検出部７とを有している。
【０１４４】
すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ｂは、前記実施の形態１に記載した座標入力装置３Ａとは、導光板１０の周辺に光源ユニット５が設けられている点が異なっている。
【０１４５】
すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ｂには、導光板１０における二辺の周辺には、該導光板１０に光を入射させる複数のＬＥＤ（light emitting diode）５ａを並べた光源としての光源ユニット５・５が該二辺に沿って設けられている。この二辺は、両端に撮像ユニット２０・３０が設けられた導光板１０の一辺とは異なる二辺である。この結果、導光板１０における二辺の光源ユニット５・５は、互いに対向しており、上記撮像ユニット２０・３０は、光源ユニット５からの照明光の照射範囲内に設けられていることになる。尚、光源ユニット５・５は、本発明においては、必ずしも導光板１０における二辺の周辺に限らず、例えば、両端に撮像ユニット２０・３０が設けられた導光板１０の一辺とは異なる他の三辺の周辺であってもよい。
【０１４６】
光源ユニット５に複数並べられたＬＥＤ５ａ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ＬＥＤ５ａを使用する必要はなく、ＬＤ（laser diode）等を用いることもできる。
【０１４７】
次に、座標入力装置３Ｂには、図９に示すように、検出手段としての検出部７が設けられている。この検出部７は、指６による光散乱に基づく撮像素子２３・３３の出力強度の変化を検知して、指６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。
【０１４８】
ここで、本実施の形態の座標入力システム１では、被検出体として例えば指６が使用される。ただし、必ずしも指６に限らず、発光しない棒状のタッチペン等の被検出体であってもよい。
【０１４９】
（座標入力装置の座標検出原理）
上記構成の座標入力装置３Ｂにおける、指６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１０及び図１１（ａ）（ｂ）に基づいて以下に説明する。図１０は、図９のＢ−Ｂ線矢視断面図である。また、図１１（ａ）は指６が導光板１０に接触されていないときの撮像素子２３の出力像を示す平面図であり、図１１（ｂ）は指６が導光板１０に接触されたときの撮像素子２３の出力像を示す平面図である。
【０１５０】
まず、座標入力装置３Ｂでは、図９及び図１０に示すように、導光板１０における少なくとも一辺の周辺に沿って複数設けられたＬＥＤ５ａ…から、導光板１０に光が入射される。
【０１５１】
導光板１０に入射された光は、導光板１０の内部を伝搬光として導光し、貫通孔１１を介して少なくとも２箇所に設けられた撮像素子２３・３３へそれぞれ出射される。尚、図９においては、受光手段としての撮像ユニット２０・３０の他に、受光手段としての撮像ユニット５０・６０が設けられているが、撮像ユニット２０・３０のみであってもよい。すなわち、本は発明においては、少なくとも２つの受光手段としての撮像ユニット２０・３０が設けられていれば足りる。
【０１５２】
上記の撮像素子２３への光入射により、撮像素子２３では、図１１（ａ）に示すように、貫通孔１１の壁面１１ａの形状に基づく、扇形状の明部２３ａの出力像が得られる。尚、図１１（ａ）では、撮像素子２３の出力像しか示していないが、撮像素子３３の出力像も同様である。
【０１５３】
この状態において、被検出体としての指６を導光板１０の表面に接触させると、その接触位置Ｐでの伝搬光が乱される。この結果、撮像素子２３・３３での受光量に強度低下が生じる。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、明部２３ａの中に、線状の暗部ＢＬが生じる。したがって、撮像素子２３・３３におけるこの受光量の強度低下を示す暗部ＢＬを検知することにより、検出部７にて、指６における導光板１０の表面への接触位置の座標を求めることができる。
【０１５４】
この検出原理について、詳述する。
【０１５５】
図１０に示すように、周囲が空気である導光板１０の端部に設けられたある１つのＬＥＤ５ａから赤外光が屈折率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（全反射条件）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。
【０１５６】
ここで、導光板の表面に屈折率Ｎｍの物質が接触すると、全反射条件は、
ｓｉｎ（９０°−θＰ ）＞Ｎｍ／Ｎ
となるため、一部の光は全反射条件を満足することができなくなり、導光板１０内に閉じ込められなくなって、一部の光は屈折率Ｎｍの物質側に入射する。例えば、人間の皮膚の屈折率は約１．３７であるため、指６が導光板１０に接触することにより、導光板１０内に閉じ込められる光量が減少する。
【０１５７】
すなわち、導光板１０に指６が接触しなければ、導光板１０内の照明光は、指６の接触位置にてそのまま全反射して、撮像素子２３・３３に入射されるが、指６の存在による光散乱により、撮像素子２３・３３に向かう伝搬光の光量が減少する。この結果、図１１（ｂ）に示すように、図１１（ａ）に示す扇形状の明部２３ａとなった出力像に線状の暗部ＢＬが現れる。したがって、この暗部ＢＬに基づいて、後述するように、検出部７にて、指６における導光板１０の表面への接触位置の座標を求めることができる。尚、図１１（ｂ）では、撮像素子２３の出力像しか示していないが、撮像素子３３の出力像も同様である。
【０１５８】
（２次元座標位置の算出方法）
上述のようにして検知した撮像素子２３・３３の暗部ＢＬに基づいて、検出部７における指６が接触した箇所における２次元座標位置の算出方法について、前記図９及び図１０、並びに図１１（ａ）（ｂ）に基づいて、以下に説明する。
【０１５９】
まず、本実施の形態では、指６が接触した箇所における導光板１０の２次元平面内での撮像ユニット２０・３０とのなす角度と撮像素子２３・３３間の距離とを用いて、三角測量法にて指６が接触した箇所における２次元座標位置を算出する。
【０１６０】
最初に、指６が導光板１０に接触していないときの撮像素子２３・３３に出力像の検出について説明する。
【０１６１】
まず、図１０に示すように、導光板１０の端部に設けられたある１つのＬＥＤ５ａから赤外光が屈折率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。
【０１６２】
ここで、図９に示すように、その光束のうちの一部における伝搬光１５ａ・１６ａ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、図１０に示すように、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。可視光カットフィルタ２２・３２は、ＬＥＤ５ａにて発光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。可視光カットフィルタ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。
【０１６３】
次いで、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に線状の像を形成する。ここで、ＬＥＤ５ａ…は複数存在しており、広範囲の角度から導光板１０に入射される。このため、撮像素子２３に線状の複数の像が集合して扇形状になり、図１１（ａ）に示すように、撮像素子２３において明部２３ａの出力像として現れる。
【０１６４】
次に、この状態で、指６が導光板１０における例えば接触位置Ｐに接触されたときの撮像素子２３・３３に出力像の検出について説明する。
【０１６５】
この場合、図１０に示すように、指６の導光板１０への接触によって、導光板１０内の伝搬角θＰ の光が乱され、この結果、光量が減縮される。光量が減縮された伝搬光１５ａは、円錐面状の貫通孔１１の壁面１１ａに導かれ、該壁面１１ａの反射光が撮像ユニット２０にて受光される。そして、撮像ユニット２０に入射した光は、レンズ２１を経て、図１１（ｂ）に示すように、撮像素子２３において扇形状の明部２３ａの中に線状の暗部ＢＬの像を形成する。
【０１６６】
撮像素子３３についても同様に取得画像の分析から指６の接触点の位置が特定され、指６と撮像素子３３とを結ぶ線分と導光板１０における撮像ユニット２０・３０側の一辺とがなす角度βが求められる。
【０１６７】
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２３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（５）及び関係式（６）
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ                          …関係式（５）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）                  …関係式（６）
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（７）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …式（８）
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６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。したがって、角度α・βを求めることにより、指６の接触位置の座標Ｘ・Ｙを求めることができる。
【０１６８】
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。
【０１６９】
以上の方法にて求められた指６の接触位置Ｐの座標に基づいて、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、指６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の駆動を制御する図示しない制御部が、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。
【０１７０】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｂは、板状の導光板１０と、導光板１０の端部から照明光を入射させる光源ユニット５と、導光板１０内を伝搬する照明光を受光する少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、導光板１０の表面に指６を接触したときの指６による光散乱を検知した撮像ユニット２０・３０の出力に基づいて、指６における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める検出部７とを備えている。
【０１７１】
ここで、指６を検出する従来のタッチパネルにおいては、受光手段の受光量を０に維持した状態において、指６の存在による散乱光の受光ピークを検知するものが知られている。しかしながら、この構成では、受光手段は光源の照射範囲外に配置されなければ、受光手段の受光量を０に維持することができず、また、被検出体による散乱光の受光量は微小であるので、受光手段から遠方での被検出体における接触検出の信号品質が低下し、大型タッチパネルへの適用は困難であるという問題点を有していた。
【０１７２】
そこで、本実施の形態では、受光手段としての撮像ユニット２０・３０は、照明光の照射範囲内に設けられていると共に、検出部７は、指６による光散乱に基づく撮像ユニット２０・３０の出力強度の変化を検出して、指６における導光板１０の表面への接触位置の座標を求める。
【０１７３】
すなわち、本実施の形態では、従来技術に対して発想の転換を図り、従来技術では、被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知するのに対して、本実施の形態では、撮像ユニット２０・３０に最初から一定量の受光量を与えた状態で、指６の存在による光散乱に基づいて撮像ユニット２０・３０における出力強度の変化を検知するようになっている。
【０１７４】
この結果、撮像ユニット２０・３０は照明光の照射範囲内に設けられているので、撮像ユニット２０・３０には絶えず一定の受光量が与えられており、その状態で撮像ユニット２０・３０から遠方での指６の接触による光散乱により、その一定の受光量に強度低下が生じる。このため、この強度低下を検知することにより、検出部７にて指６における導光板１０の表面への接触位置の座標を求めることができる。
【０１７５】
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、指６等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１７６】
（検出限界となる領域での措置）
本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、図９に示すように、被検出体としての指６の接触位置Ｐが導光板１０における受光手段としての撮像ユニット２０・３０の近傍位置の領域である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの撮像ユニット２０・３０を結ぶ線に対する少なくとも１個の撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【０１７７】
そこで、本実施の形態では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、図９に示すように、導光板１０の外周には、該導光板１０から出射される光を反射して該導光板１０に再入射させる反射板４が設けられている。そして、検出手段としての検出部７は、被検出体としての指６からの直接光と反射板４による反射光とにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、指６における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。
【０１７８】
この結果、２つの撮像ユニット２０・３０からの指６への視認角度が小さい場合においても、反射板４を介した反射光の撮像ユニット２０・３０への入射角度は大きくなる。
【０１７９】
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができる。
【０１８０】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０から指６への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１８１】
ここで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、板状の導光板１０は、方形にてなっていると共に、２つの撮像ユニット２０・３０は、方形の導光板１０の一辺１０ｃ近傍に設けられており、反射板４は、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周か若しくはその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
【０１８２】
これにより、反射板４が、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周に設けられている場合には、指６からの直接散乱光である伝搬光１５ａ・１６ａと反射板４からの反射光である例えば伝搬光１５ｂ・１６ｂとの２つの方向の伝搬光１５ａ・１５ｂ及び伝搬光１６ａ・１６ｂにより、指６と撮像ユニット２０・３０との視認角度を求めることができる。したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からの指６への直接光である伝搬光１５ａ・１６ａの視認角度が小さい場合においても、例えば一辺１０ｃの反射板４による１つの反射光である伝搬光１５ｂ・１６ｂを採用することにより、タッチペン４０と撮像ユニット２０・３０との視認角度を精度よく求めることができる。尚、この場合、例えば対向辺１０ｄの反射板４による１つの反射光である伝搬光１５ｃ・１６ｃを採用することも可能である。
【０１８３】
また、図９に示すように、反射板４・４が、導光板１０における２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周及びその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周の両方に設けられている場合には、指６からの直接光である伝搬光１５ａ・１６ａと、２つの反射板４・４からの反射光である伝搬光１５ｂ・１６ｂ及び伝搬光１５ｃ・１６ｃとの３つの方向の伝搬光１５ａ・１５ｂ・１５ｃにより、指６と撮像ユニット２０・３０との視認角度を求めることができる。したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からの指６への直接光である伝搬光１５ａ・１６ａの視認角度が小さい場合においても、２つの反射光である伝搬光１５ｂ・１６ｂ及び伝搬光１５ｃ・１６ｃを採用することにより、指６と撮像ユニット２０・３０との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
【０１８４】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、導光板１０には、該導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１５ａ・１５ｂ・１５ｃ及び伝搬光１６ａ・１６ｂ・１６ｃを３６０度の方向から該導光板１０の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔１１・１１が設けられている。そして、撮像ユニット２０・３０は、貫通孔１１・１１によって取り出された伝搬光１５ａ・１５ｂ・１５ｃ及び伝搬光１６ａ・１６ｂ・１６ｃを導光板１０の下面よりも下方にて受光する。
【０１８５】
これにより、貫通孔１１は、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１５ａ・１５ｂ・１５ｃ及び伝搬光１６ａ・１６ｂ・１６ｃを３６０度の方向から該導光板１０の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板４・４からの反射光の伝搬光１５ｂ・１５ｃ及び伝搬光１６ｂ・１６ｃがどの方向から伝搬されても、撮像ユニット２０・３０はその伝搬光１５ｂ・１５ｃ及び伝搬光１６ｂ・１６ｃを受光することができる。
【０１８６】
（２つの指の同時使用）
本実施の形態の座標入力装置３Ｂ及び座標入力システム１では、複数の指６を使用する場合においても、簡易な構成にて各指６の識別を簡易かつ確実に行うことができるようになっている。
【０１８７】
尚、複数の指６を使用する場合の構成は、前記実施の形態１において、（２つのタッチペンの同時使用）にて説明した内容と同一であるので、その説明を省略する。
【０１８８】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｂは、板状の導光部材としての導光板１０と、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、導光板１０の表面に被検出体としての指６を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した撮像ユニット２０・３０の出力に基づいて、指６における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める検出手段としての検出部７とを備えている。
【０１８９】
そして、導光板１０の外周には、導光板１０から出射される光を反射して該導光板１０に再入射させる反射板４が設けられていると共に、検出部７は、指６からの直接光と反射板４による反射光とにおける撮像ユニット２０・３０の出力によって、指６における導光板１０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。
【０１９０】
この結果、２つの撮像ユニット２０・３０からの指６への視認角度が小さい場合においても、反射板４を介した反射光の撮像ユニット２０・３０への入射角度は大きくなる。
【０１９１】
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、複数の指６を同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。
【０１９２】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０から指６への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数の指６における同時使用を可能とし得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１９３】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、板状の導光板１０は、方形にてなっていると共に、少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０は、方形の導光板１０における一辺の近傍に設けられており、反射板４は、導光板１０における少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた側の一辺１０ｃの外周か若しくはその一辺１０ｃとは対向する対向辺１０ｄの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
【０１９４】
したがって、２つの撮像ユニット２０・３０からの指６への直接光での視認角度が小さい場合においても、反射光を採用することにより、指６と撮像ユニット２０・３０との視認角度を精度よく求めることができる。
【０１９５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、導光板１０には、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光を３６０度の方向から導光板１０の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔１１が設けられていると共に、撮像ユニット２０・３０は、貫通孔１１によって取り出された伝搬光を導光板１０の上記下面よりも下方にて受光する。
【０１９６】
これにより、反射板４からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、撮像ユニット２０・３０はその伝搬光を受光することができる。
【０１９７】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、指６は、少なくとも２つの第１被検出体としての指６と第２被検出体としての指６との同時使用が可能となっており、導光板１０の端部から照明光を入射させる光源としての光源ユニット５が設けられ、指６・６は、導光板１０の表面に接触することによって導光板１０内を伝搬する照明光を散乱させるようになっており、撮像ユニット２０・３０は、導光板１０内を伝搬する照明光、指６によるその散乱光である第１伝搬光と、他方の指６によるその散乱光である第２伝搬光とを受光すると共に、検出部７は、各指６・６の導光板１０への接触による照明光の散乱に基づく撮像ユニット２０・３０の出力強度の変化を検出して、各指６・６における導光板１０の表面への接触位置の座標を求める。
【０１９８】
この結果、撮像ユニット２０・３０の視線方向に指６・６が２つ並んだときであっても、指６・６の接触位置Ｐ・Ｐを容易に検出することができる。
【０１９９】
したがって、被検出体が指６等の発光ペンを使用しない被検出体からなっている場合においても、複数の指６・６における同時使用を可能とし得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０２００】
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１であって、液晶表示パネル２を備えている。このため、座標入力装置３Ｂを、液晶表示パネル２の画像を見ながら指入力するタッチパネルとして機能させることができる。
【０２０１】
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット２０・３０から指６への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数の指６・６における同時使用を可能と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。
【０２０２】
尚、本発明は、上述した各実施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、他の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】
【０２０３】
本発明は、指、又はタッチペン、スタイラスペン等の棒状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。
【符号の説明】
【０２０４】
１            座標入力システム
２            液晶表示パネル（画像表示パネル）
３Ａ          座標入力装置
３Ｂ          座標入力装置
４            反射板
５            光源ユニット（光源）
５ａ          ＬＥＤ
６            指（被検出体）
７            検出部（検出手段）
１０            導光板（導光部材）
１０ｃ          一辺
１０ｄ          対向辺
１１            貫通孔（光取り出し部）
１１ａ          壁面
１２ａ・１３ａ  伝搬光〔直接光〕
１２ｂ・１２ｃ  伝搬光〔反射光〕
１３ｂ・１３ｃ  伝搬光〔反射光〕
１５ａ・１６ａ  伝搬光〔直接光〕
１５ｂ・１５ｃ  伝搬光〔反射光〕
１６ｂ・１６ｃ  伝搬光〔反射光〕
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（受光部）
２３ａ          明部
２５            像
２７            像
３０            撮像ユニット（受光手段）
３１            レンズ
３２            可視光カットフィルタ
３３            撮像素子（受光部）
４０            タッチペン（発光ペン、被検出体）
４０Ａ          タッチペン（発光ペン、被検出体）
４０Ｂ          タッチペン（発光ペン、被検出体）
４２            発光部
４５            光散乱部材
５０            撮像ユニット（受光手段）
６０            撮像ユニット（受光手段）
ＢＬ            暗部
Ｌ              間隔
【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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