(57)【要約】【課題】複数の被検出体を同時に使用する場合に、互いの被検出体の影響を受けずに、各被検出体の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置、及び座標入力システムを提供する。【解決手段】各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部は、導光板１０の表面に接触することによって導光板１０にそれぞれ異なる波長の第１伝搬光Ｌ１又は第２伝搬光Ｌ２を入射させる。導光板１０には、第１伝搬光Ｌ１又は第２伝搬光Ｌ２を少なくとも２つの撮像素子２３・３３へそれぞれ線状に出射する切り欠き１１．１１が設けられている。導光板１０と各撮像素子２３・３３との光路間には、第１伝搬光Ｌ１の波長に対応した第１フィルタＦ１と第２伝搬光Ｌ２の波長に対応した第２フィルタＦ２とが、線状に出射された出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。【選択図】図１
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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つの受光部と、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部の出力に基づいて、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被検出体とからなっており、
上記第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光と上記第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光とは互いに波長が異なっていると共に、
上記導光部材には、上記第１伝搬光又は第２伝搬光を上記２つの受光部へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、
上記導光部材と上記各受光部との光路間には、上記第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと上記第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、上記線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されていることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
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互いに異なる波長の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、
前記受光部は、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記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記各発光ペンの先端には、導光部材に拡散光を入射させる光散乱部材がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記各発光ペンの発光部から出射される光の強度は、前記受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されていることを特徴とする請求項２又は３記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記各発光ペンの発光部から出射される光の波長は、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ことを特徴とする請求項２，３又は４記載の座標入力装置。
【請求項６】
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一方、
前記第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照明光とは異なる波長の光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっており、
前記受光部は、導光部材内を伝搬する照明光及び第１被検出体によるその散乱光である前記第１伝搬光と、上記第２被検出体による発光部からの光である前記第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部の出力強度の変化を検出して、該第１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共に、第２被検出体の導光部材への接触による第２伝搬光を受光する受光部の出力に基づいて該第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記載の座標入力装置。
【請求項７】
前記光源及び第２被検出体の発光部から出射される各光の強度は、前記受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されていることを特徴とする請求項６記載の座標入力装置。
【請求項８】
前記光源及び第２被検出体の発光部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ことを特徴とする請求項６又は７記載の座標入力装置。
【請求項９】
前記第１フィルタと第２フィルタとは、連続して一体に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項１０】
前記第１フィルタと第２フィルタとの境界は円弧状になっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０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】
例えば、特許文献１に開示されている位置検出装置１００は、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、透光性材料からなる導光板１０１と、導光板１０１の側面からＸ方向及びＹ方向に複数個列状に光を入射させる半導体赤外線レーザー等の各光源１０２…と、これら各光源１０２…を順次走査して点灯制御する点灯制御部１０３と、導光板１０１に接触したときにその接触位置を検出するタッチペン１１０とを備えている。また、上記タッチペン１１０は、図１７（ｃ）に示すように、導光板１０１に接触させることにより、導光板１０１の内部を導光する光を導入する導入部１１１と、導入部１１１が導入した光を検知して検知信号を出力する検知部１１２と、該検知部１１２から出力される検知信号と点灯制御部１０３による走査位置とに基づいてタッチペン１１０が導光板１０１と接触する座標位置を演算する座標演算部１１３と、識別信号生成部１１４と、送信部１１５とを有している。
【０００５】
上記位置検出装置１００では、各光源１０２…が導光板１０１の左から右へ、及び下から上へ順次点灯制御される。このとき、導光板１０１のある位置にタッチペン１１０を押し当てると、タッチペン１１０の導入部１１１が導光板１０１に密着することによって、導光板１０１の表面で全反射していた光の全反射条件が崩れて導入部１１１に導入される。導入部１１１に導入された光は、検知部１１２が検知して検知信号を出力する。この出力に基づいて、座標演算部１１３が、接触点の座標を演算する。具体的には、検知部１１２の出力した検知信号から検知した光束がどの光源１０２からの検出タイミングで検出したかを計算することにより導光板１０１上での２次元座標位置を演算することができる。そして、演算された２次元座標位置は、識別信号生成部１１４にてタッチペン１１０・１１０毎に異なる信号周波数が発生され、その信号周波数にて送信部１１５から図示しない受信装置に送信されるようになっている。
【０００６】
このように、上記位置検出装置１００では、２種類のタッチペン１１０・１１０を用いることができると共に、その識別を異なる信号周波数を用いた送信によって行っている。
【０００７】
また、他の複数のペンを同時に検出可能な光学式座標検出装置として、例えば特許文献２に開示された座標検出装置が知られている。
【０００８】
上記座標検出装置２００は、図１８（ａ）に示すように、タッチパネル２０１上の位置をタッチすべく発光部２１１を有する２種類のスタイラスペン２１０ａ・２１０ｂと、このスタイラスペン２１０ａ・２１０ｂの発光部から出射される光を受光して三角測量法に基づいてそれぞれの位置を検出するスタイラスペン２１０ａのための検出部２３１ａ・２３２ａ、及びスタイラスペン２１０ｂのための検出部２３１ｂ・２３２ｂとを備えている。
【０００９】
上記座標検出装置２００では、２種類のスタイラスペン２１０ａ・２１０ｂを識別するために、図１８（ｂ）に示すように、スタイラスペン２１０ａでは、発光部２１１は赤色光を出射すると共に、検出部２３１ａ・２３２ａには、赤色光を透過し、かつ青色光をカットする赤色光透過フィルタ２２１ａが設けられている。
【００１０】
一方、スタイラスペン２１０ｂでは、図示しないが、発光部２１１は青色光を出射するようになっていると共に、検出部２３１ｂ・２３２ｂには、青色光を透過し、赤色光をカットする青色光透過フィルタが設けられている。
【００１１】
この構成により、２種類のスタイラスペン２１０ａ・２１０ｂにて、２箇所の座標を同時に識別して検出できるようになっている。
【００１２】
また、最近では、タッチペンの代わりに、指をタッチパネルにタッチする座標入力装置が開示されている。
【００１３】
例えば、特許文献３に開示されているタッチパネル３００は、図１９（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１９（ｂ）に示すように、光源３０２の照射範囲外に配置されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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。通常の状態では、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。ここで、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、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、図２０（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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−１５８６１６号公報（２００８年７月１０日公開）
【特許文献２】特開２００３−２５６１２３号公報（２００３年９月１０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】
【００１７】
しかしながら、上記従来の座標入力装置及び座標入力システムでは、以下の問題点を有している。
【００１８】
すなわち、複数のペンを使用する場合に、特許文献１に開示された方式の位置検出装置１００では、２種類のタッチペン１１０・１１０のその識別を異なる信号周波数での送信によって行っているので、両者の干渉に関する問題は発生しない。しかし、導光板１０１の２側面に各座標に対応する複数の光源とその光源からの光を受光する複数の受光部とが必要となるので、光源及び受光部のコスト増大を招く。
【００１９】
一方、特許文献２に開示された座標算出に三角測量法を用いる座標検出装置２００では、異なる波長の光を発する複数のペンのペン先から発せられた各光は、空間を伝搬する。そして、これら伝搬光を撮像する撮像素子の手前には光学フィルタが設けられており、それぞれの撮像素子が単一の波長の光を撮像することによって伝搬光の入射角度を算出し、個々のペンの座標位置を求める。しかしながら、撮像素子の視線方向にペンが２本並んだとき、撮像素子から見て奥に位置するペンから発せられた光は、手前にあるペン、又はペンを持つ指・手によって遮断されるため、位置検出ができない。
【００２０】
これを防止するために、上記座標検出装置２００では、スタイラスペン２１０ａのための一対の検出部２３１ａ・２３２ａと、スタイラスペン２１０ｂのための一対の検出部２３１ｂ・２３２ｂとの２種類の検出部を設けている。また、各検出部２３１ａ・２３２ａ及び検出部２３１ｂ・２３２ｂにおいては、ＣＣＤ等の検出器の手前に異なる光透過フィルを設けている。また、手前にあるペン、又はペンを持つ指・手によって遮断される場合には、補間処理を行うことにより対応している。
【００２１】
この結果、特許文献２に開示された座標検出装置２００では、２種類のスタイラスペン２１０ａ・２１０ｂを使用するために、一対の検出器を２種類、合計４個の検出器を備える必要がある。また、補間処理が必要となるので、位置検出が煩雑かつ不精度であり、コスト高になるという問題点を有している。
【００２２】
また、特許文献３に開示されているタッチパネル３００では、ペンと指との同時使用はできない。
【００２３】
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、複数の被検出体を同時に使用する場合に、互いの被検出体の影響を受けずに、各被検出体の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置、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】
【００２４】
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つの受光部と、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部の出力に基づいて、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被検出体とからなっており、上記第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光と上記第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光とは互いに波長が異なっていると共に、上記導光部材には、上記第１伝搬光又は第２伝搬光を上記２つの受光部へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、上記導光部材と上記各受光部との光路間には、上記第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと上記第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、上記線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されていることを特徴としている。
【００２５】
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つの受光部と、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部の出力に基づいて、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。
【００２６】
このような座標入力装置において、複数の被検出体を同時に使用し、かつ各被検出体の検出にそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、受光部の視線方向に被検出体が２つ並んだとき、受光部から見て奥に位置する被検出体の像と手前にある被検出体の像とが重なるため、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。
【００２７】
この問題を解決するために、例えば、２つの被検出体に対して、それそれ異なる波長の光を発生させ、かつ各被検出体に対して必須の一対の第１受光部と第２受光部とを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。
【００２８】
そこで、本発明では、まず、被検出体が２つ以上の複数同時に使用される場合でも、受光部は、三角測量法において必須の少なくとも１組の第１受光部及び第２受光部しか設けられていない。そして、第１受光部及び第２受光部にて各被検出体を識別するために、以下の構成を有している。
【００２９】
まず、上記第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光と上記第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光とは互いに波長が異なっている。次に、導光部材には、上記第１伝搬光又は第２伝搬光を上記２つの受光部へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられる。また、導光部材と各受光部との光路間には、第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００３０】
これにより、例えば、第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光の出射光は、光路変換部及び第１フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。また、第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光の出射光についても同様に、光路変換部及び第２フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。ここで、第１フィルタと第２フィルタとは、線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００３１】
このため、受光部には、第１伝搬光の出射光の線状の像と、第２伝搬光の出射光の線状の像との２本の像が平行線として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタと第２フィルタとのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。
【００３２】
この結果、仮に、１つの受光部の視線方向に第１被検出体及び第２被検出体が２つ並んだ場合、その受光部では、受光部から見て手前に位置する第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光、及び受光部から見て奥に位置する第２被検出体の接触に基づく第１伝搬光は、それぞれ、同時かつ同一線上に、分割された線状となって現れる。
【００３３】
したがって、それぞれの受光部にて第１被検出体及び第２被検出体における、該受光部間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、第１被検出体及び第２被検出体が接触した導光部材上の位置の平面座標を検出することができる。尚、被検出体が３つである場合には、第３フィルタが、第１フィルタ及び第２フィルタに積層して配設され、さらに第３被検出体の接触に基づく第３伝搬光の出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、さらに第３被検出体の接触位置も容易に測定することができる。被検出体が４つ以上であっても同様である。
【００３４】
また、本発明では、第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光及び第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光は、導光部材の上方の空気中を光路とするのではなく、導光部材の内部を光路としている。このため、被検出体を持つ指等で被検出体の光路が遮蔽されて被検出体の座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。さらに、受光部を増加することもないので、各被検出体の識別を簡易に行い、コスト増大もない。
【００３５】
したがって、複数の被検出体を同時に使用する場合に、互いの被検出体の影響を受けずに、各被検出体の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置を提供することができる。
【００３６】
本発明の座標入力装置では、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互いに異なる波長の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、前記受光部は、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している。
【００３７】
上記の発明によれば、第１被検出体及び第２被検出体は、それぞれ導光部材の表面に接触することによって該導光部材に互いに異なる波長の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。
【００３８】
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、受光部の視線方向に発光ペンが２本並んだとき、受光部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。
【００３９】
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受光部と第２受光部とを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。
【００４０】
そこで、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、受光部は、三角測量法において必須の少なくとも１組の第１受光部及び第２受光部しか設けられていない。そして、第１受光部及び第２受光部にて各発光ペンからの発光を識別するために、以下の構成を有している。
【００４１】
まず、各発光ペンの発光部は、導光部材の表面に接触することによって該導光部材にそれぞれ異なる波長の光を入射させる。次に、導光部材には、各発光ペンから入射されて該導光部材の内部を導光する第１伝搬光又は第２伝搬光を２つの受光部へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられる。また、導光部材と各受光部との光路間には、第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００４２】
これにより、例えば、１つの発光ペンから発光され、導光部材を導光して出射された第１伝搬光の出射光は、光路変換部及び第１フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。また、他の発光ペンから発光され、導光部材を導光して出射された第２伝搬光の出射光についても同様に、光路変換部及び第２フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。ここで、第１フィルタと第２フィルタとは、線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００４３】
このため、受光部には、第１伝搬光の出射光の線状の像と、第２伝搬光の出射光の線状の像との２本の像が平行線として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタと第２フィルタとのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。
【００４４】
この結果、仮に、１つの受光部の視線方向に発光ペンが２本並んだ場合、その受光部では、受光部から見て手前に位置する１つの発光ペンから発せられた光、及び受光部から見て奥に位置する他の発光ペンから発せられた光は、それぞれ、同時かつ同一線上に、分割された線状となって現れる。
【００４５】
したがって、それぞれの受光部にて１つの発光ペン及び他の発光ペンにおける、該受光部間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、１つの発光ペン及び他の発光ペンにおける該発光ペンが接触した導光部材上の位置の平面座標を検出することができる。尚、発光ペンが３本である場合には、第３フィルタが、第１フィルタ及び第２フィルタに積層して配設され、さらに他の発光ペンの出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、さらに他の発光ペンの接触位置も容易に測定することができる。発光ペンが４本以上であっても同様である。
【００４６】
また、本発明では、発光ペンからの発光部から発光された光は、導光部材の上方の空気中を光路とするのではなく、導光部材の内部を光路としている。このため、発光ペンを持つ指等で発光ペンの光路が遮蔽されて発光ペンの座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。さらに、受光部を増加することもないので、各発光ペンの識別を簡易に行い、コスト増大もない。
【００４７】
したがって、複数の発光ペンを同時に使用する場合に、互いの発光ペン又は発光ペンを操作する指の影響を受けずに、各発光ペンの識別を簡易、確実、かつ精度よく行い、コストの増大を回避する座標入力装置を提供することができる。
【００４８】
本発明の座標入力装置では、前記各発光ペンの先端には、導光部材に拡散光を入射させる光散乱部材がそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００４９】
これにより、各発光ペンの発光部にて発光された光を導光部材に入射させるときに、光散乱部材にて拡散光を入射させることができる。この結果、導光部材の内部では、各発光ペンの導光部材への接触位置から放射状に光が導光され、どの受光部においても充分な受光光量を得ることが可能となる。
【００５０】
本発明の座標入力装置では、前記各発光ペンの発光部から出射される光の強度は、前記受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されていることが好ましい。
【００５１】
すなわち、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラ等の受光部では、長波長側に向かうに伴って受光感度が低下する傾向にある。このため、短波長の信号が強く検出される可能性がある。この点、本発明では、各発光ペンの発光部から出射される光の強度は、受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されている。この結果、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して検出感度を揃えることができる。
【００５２】
本発明の座標入力装置では、前記各発光ペンの発光部から出射される光の波長は、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ことが好ましい。
【００５３】
すなわち、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虞がある。このため、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、本発明では、各発光ペンの発光部から出射される光の波長は、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。この結果、各ペンの発光部から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。
【００５４】
本発明の座標入力装置では、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一方、前記第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照明光とは異なる波長の光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっており、前記受光部は、導光部材内を伝搬する照明光及び第１被検出体によるその散乱光である前記第１伝搬光と、上記第２被検出体による発光部からの光である前記第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部の出力強度の変化を検出して、該第１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共に、第２被検出体の導光部材への接触による第２伝搬光を受光する受光部の出力に基づいて該第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している。
【００５５】
上記の発明によれば、第１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導光部材内を伝搬する照明光を散乱させる一方、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照明光とは異なる波長の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。
【００５６】
すなわち、本発明では、第２被検出体は、導光部材の表面に接触することによって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。このため、前述の発光ペンの検出原理により、発光ペンの接触位置の座標を求めることができる。具体的には、受光部は、第２被検出体による発光部からの光である第２伝搬光を受光する。そして、検出手段は、第２被検出体の導光部材への接触による第２伝搬光を受光する受光部の出力に基づいて該第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。
【００５７】
一方、第１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ものであり、例えば、指等の被検出体が該当する。
【００５８】
このような光を発光しない指等の被検出体を受光部にて検出するためには、予め導光部材の端部から照明光を入射させておく必要がある。そこで、本発明では、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ている。
【００５９】
このような座標入力装置では、受光部は、導光部材内を伝搬する照明光及び第１被検出体によるその散乱光である前記第１伝搬光を受光する。そして、検出手段は、第１被検出体の導光部材への接触による照明光の散乱に基づく受光部の出力強度の変化を検出して、該第１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。
【００６０】
これにより、指等からなる第１被検出体の導光部材への接触位置を求めることができる。
【００６１】
ここで、特許文献３のタッチパネルにおいては、受光部の受光量を０に維持した状態において、被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知するものとなっていた。この結果、被検出体による散乱光の受光量は微小であるので、受光手部から遠方での被検出体の接触検出においては信号品質が低下し、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。
【００６２】
この点、本発明では、特許文献３に対して発想の転換を図り、特許文献３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、本発明では、受光手段に一定量の受光量を与えた状態で、被検出体の存在による光散乱に基づいて受光部における出力強度の変化を検知するようになっている。
【００６３】
この結果、受光部には絶えず一定の受光量が与えられており、その状態で受光部から遠方での被検出体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、検出手段に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ができる。
【００６４】
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、指等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置を提供することができる。
【００６５】
ところで、このような座標入力装置において、指等からなる第１被検出体と発光ペンからなる第２被検出体とを同時に使用し、かつ第１被検出体及び第２被検出体の検出にそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、受光部の視線方向に第１被検出体及び第２被検出体が並んだとき、受光部から見て奥に位置する被検出体の像と手前にある被検出体の像とが重なるため、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。
【００６６】
この問題を解決するために、例えば、２つの第１被検出体及び第２被検出体に対して、それぞれ異なる波長の光を用いると共に、第１被検出体及び第２被検出体に対して必須の一対の第１受光部と第２受光部とを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。
【００６７】
そこで、本発明では、第１被検出体及び第２被検出体が同時に使用される場合でも、まず、受光部は、三角測量法において必須の少なくとも１組の第１受光部及び第２受光部しか設けられていない。そして、第１受光部及び第２受光部にて第１被検出体及び第２被検出体を識別するために、以下の構成を有している。
【００６８】
まず、第２被検出体は、導光部材の表面に接触することによって光源からの照明光とは異なる波長の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。次に、導光部材と上記各受光部との光路間には、上記第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと上記第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、上記線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００６９】
これにより、例えば、第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光の出射光は、光路変換部及び第１フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。また、第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光の出射光についても同様に、光路変換部及び第２フィルタを介して２つの受光部へ線状にそれぞれ出射される。
【００７０】
ここで、第１フィルタと第２フィルタとは、線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。このため、例えば、第１フィルタと第２フィルタとの境界が直線である場合には、受光部には、第１伝搬光の出射光の線状の像と、第２伝搬光の出射光の線状の像との２本の像が平行線として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタと第２フィルタとのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。尚、第１フィルタと第２フィルタとの境界が直線でなく円弧状である場合には、各像は扇形状の中心の回りに放射状に半径方向に延びる線のそれぞれの像として現れる。
【００７１】
この結果、仮に、１つの受光部の視線方向に第１被検出体と第２被検出体とが並んだ場合、その受光部では、受光部から見て手前に位置する第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光、及び受光部から見て奥に位置する第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光は、それぞれ、同時かつ同一線上に、分割された線状となって現れる。
【００７２】
したがって、それぞれの受光部にて第１被検出体及び第２被検出体における、該受光部間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、第１被検出体及び第２被検出体が接触した導光部材上の位置の平面座標を検出することができる。尚、被検出体が３つである場合には、第３フィルタが、第１フィルタ及び第２フィルタに積層して配設され、さらに第３被検出体の接触に基づく第３伝搬光の出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、さらに第３被検出体の接触位置も容易に測定することができる。被検出体が４つ以上であっても同様である。
【００７３】
また、本発明では、第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光及び第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光は、導光部材の上方の空気中を光路とするのではなく、導光部材の内部を光路としている。このため、被検出体を持つ指等で被検出体の光路が遮蔽されて被検出体の座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。さらに、受光部を増加することもないので、各被検出体の識別を簡易に行い、コスト増大もない。
【００７４】
したがって、複数の被検出体を同時に使用する場合に、互いの被検出体の影響を受けずに、各被検出体の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置を提供することができる。
【００７５】
本発明の座標入力装置では、前記光源及び第２被検出体の発光部から出射される各光の強度は、前記受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されていることが好ましい。
【００７６】
すなわち、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラ等の受光部では、長波長側に向かうに伴って受光感度が低下する傾向にある。このため、短波長の信号が強く検出される可能性がある。この点、本発明では、前記光源及び第２被検出体の発光部から出射される各光の強度は、受光部における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されている。この結果、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して検出感度を揃えることができる。
【００７７】
本発明の座標入力装置では、前記光源及び第２被検出体の発光部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ことが好ましい。
【００７８】
すなわち、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虞がある。このため、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、本発明では、光源及び第２被検出体の発光部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。この結果、光源及び第２被検出体の発光部から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。
【００７９】
本発明の座標入力装置では、前記第１フィルタと第２フィルタとは、連続して一体に設けられていることが好ましい。
【００８０】
これにより、複数の被検出体における受光部での像がずれることがないので、座標位置検出精度を向上することができる。
【００８１】
本発明の座標入力装置では、前記第１フィルタと第２フィルタとの境界は円弧状になっていることが好ましい。
【００８２】
これにより、導光部材に設けられた光路変換部の形状を、導光部材の隅角部を円錐面又は双曲面にて斜めに切り取った形状にすることができるので、光路変換部を容易に形成することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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、例えば、複数の発光ペン及び指を使用する場合に、互いの発光ペン及び指の影響を受けずに、各発光ペン及び指の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避す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】
【００８５】
本発明の座標入力装置は、以上のように、被検出体は、少なくとも２つの第１被検出体と第２被検出体とからなっており、上記第１被検出体の接触に基づく第１伝搬光と上記第２被検出体の接触に基づく第２伝搬光とは互いに波長が異なっていると共に、上記導光部材には、上記第１伝搬光又は第２伝搬光を上記２つの受光部へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、上記導光部材と上記各受光部との光路間には、上記第１伝搬光の波長に対応した第１フィルタと上記第２伝搬光の波長に対応した第２フィルタとが、上記線状に出射された、第１伝搬光及び第２伝搬光の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されているものである。
【００８６】
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。
【００８７】
それゆえ、複数の被検出体を同時に使用する場合に、互いの被検出体の影響を受けずに、各被検出体の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置、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】
【００８８】
【図１】（ａ）は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斜視図であり、（ｂ）は上記座標入力装置のフィルタ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】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５】上記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】（ａ）は上記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７】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である。
【図８】上記撮像素子の感度波長依存性を示すチャートである。
【図９】上記座標入力装置のフィルタにおける変形例の構成を示す平面図である。
【図１０】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１１】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１０のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図１２】（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１３】（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１４】（ａ）は上記座標入力装置において、指とタッチペンとを同時に併用する場合の全体構成を示す斜視図であり、（ｂ）は指とタッチペンと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、座標入力装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】上記座標入力装置の変形例を示すものであって、座標入力装置の全体構成を示す平面図である。
【図１７】（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平面図であり、（ｂ）は上記位置検出装置の構成を示す断面図であり、（ｃ）は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１８】（ａ）は従来の他の座標入力装置としての座標検出装置の構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記座標検出装置の構成を示す断面図である。
【図１９】（ａ）は従来のさらに他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２０】（ａ）は上記従来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。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
〔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。
【００９０】
（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。
【００９１】
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ペン入力装置３Ａとを備えている。
【００９２】
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。
【００９３】
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ペン入力装置３Ａの後述する導光板１０上にペン及び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。
【００９４】
（ペン入力装置の構成）
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。
【００９５】
上記ペン入力装置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に接触される発光ペンとしてのタッチペン４０とを有している。
【００９６】
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、ペン入力装置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、ペン入力装置３Ａのコンパクトサイズの実現に寄与している。
【００９７】
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、４５度以下であり、３０度又は４５度が選ばれる。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。すなわち、導光板１０は、完全な四角形である必要はなく、上述のように、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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、厚さ例えば２ｍｍ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。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。
【０１００】
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・３０は、導光板１０の表面よりも上方には突出していない。
【０１０１】
上記撮像ユニット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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
尚、本実施の形態では、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。
【０１０４】
（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４及び図５に基づいて説明する。図４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４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。また、図５は、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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、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。
【０１０７】
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、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、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。
【０１０８】
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２．５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。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に、十分な接触面積を確保することができる光が十分に導光板１０表面に導入されない虞がある。一方、直径が５．５ｍｍを超える場合、拡散光が拡がり過ぎて正確な位置検出を行うことが困難になる虞がある。また、光散乱部材４５をペン入力装置３Ａの導光板１０に接触させる場合に、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虞がある。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。また、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、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、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。
【０１０９】
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。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。尚、このように、微細な凹凸形状を設ける態様の場合は、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。換言すれば、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。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との接触面積が減少するが、それによる導入光量の減少は５％程度であるため、位置座標の検出に大きな影響は与えない。
【０１１０】
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がポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂によって構成されている場合には不要であるが、光散乱部材４５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。
【０１１１】
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４２ｂ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。尚、本実施の形態では、導入部４２ｂに光散乱部材４５を取り付ける態様となっている。しかし、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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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１３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。
【０１１８】
（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３、並びに図６（ａ）（ｂ）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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
次に、撮像ユニット２０・３０の処理について、図６（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、図６（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。
【０１２２】
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。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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
撮像素子２３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２３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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。位置座標検出部はペン入力装置３Ａに設けることができる。
【０１３０】
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。
【０１３１】
（複数のタッチペンでの座標検出）
本実施の形態のペン入力装置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（ａ）（ｂ）、図７及び図８に基づいて説明する。図１（ａ）はペン入力装置３Ａの構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）はペン入力装置３Ａのフィルタ２２Ａ・３２Ａの構成を示す平面図である。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る。図８は、撮像素子２３・３３の感度波長依存性を示すチャートである。
【０１３２】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態では、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。
【０１３３】
まず、本実施の形態の各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２は、それぞれ異なる波長の光を発光する。具体的には、両者の光の波長は、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。
【０１３４】
すなわち、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虞がある。このため、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、本実施の形態では、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２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。この結果、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。尚、光の波長域は、赤外光、赤色光若しくは青色光等の可視光、又は紫外光でもよい。
【０１３５】
また、本実施の形態では、受光部としての撮像素子２３・３３は、一個のタッチペン４０の場合と同様に、導光板１０の一辺の両端部に設けられた撮像素子２３・３３しか設けられていない。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、３つ以上の撮像素子を設けることができるが、部材コストを考えれば２つが適切である。例えば、３つの撮像素子を設けると共に、そのうち１つを補助カメラとして用いた構成であってもよい。
【０１３６】
ここで、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラ等の撮像素子２３・３３では、図８に示すように、長波長側に向かうに伴って受光感度つまり量子効率が低下する傾向にある。このため、短波長の信号が強く検出される可能性がある。
【０１３７】
そこで、本実施の形態の撮像素子２３・３３では、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から出射される光の強度は、撮像素子２３・３３における波長域での受光感度に応じて、検出感度が同一になるように調整されている。具体的には、例えば、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から出射される光の波長が６５０ｎｍと８５０ｎｍとの場合には、図８により受光感度つまり量子効率が５０％と２０％であり、２．５倍になっている。したがって、この場合、波長８５０ｎｍの光を発光するタッチペン４０Ａの発光部４２から出射される光の強度は、波長６５０ｎｍの光を発光するタッチペン４０Ｂの発光部４２から出射される光の強度に対して２．５倍に調整されるようになっている。
【０１３８】
この結果、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して、検出感度を揃えることができる。
【０１３９】
次に、本実施の形態では、フィルタ２２Ａ・３２Ａは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、タッチペン４０Ａからの第１伝搬光Ｌ１の波長に対応した第１フィルタＦ１と、タッチペン４０Ｂからの第２伝搬光Ｌ２の波長に対応した第２フィルタＦ２とが線状に出射された、第１伝搬光Ｌ１及び第２伝搬光Ｌ２の出射光をそれぞれ横切るように積層して配設されている。これら第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とは、連続して一体に設けられている。また、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２の厚さは、それぞれ例えば５ｍｍとなっている。
【０１４０】
この結果、撮像素子２３・３３においては、図１（ｂ）に示すように、タッチペン４０Ａから発せられた光は、第１伝搬光Ｌ１の出射光における線状の像２５Ａとなって現れる。また、タッチペン４０Ｂから発せられた光は、第２伝搬光Ｌ２の出射光における線状の像２５Ｂとなって現れる。両者は、２本の平行線の像が平行線として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。
【０１４１】
したがって、仮に、１つの撮像素子２３の視線方向にタッチペン４０Ａ・４０Ｂが２本並んだ場合、その撮像素子２３では、撮像素子２３から見て手前に位置するタッチペン４０Ａから発せられた光、及び撮像素子２３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、図１（ｂ）に示すように、それぞれ、同時かつ同一線上に、分割された線状の像２５Ａ・２５Ｂとなって現れる。他の撮像素子３３においても同様である。
【０１４２】
それゆえ、それぞれの撮像素子２３・３３にてタッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける、該撮像素子２３・３３間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、タッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける該ペンが接触した導光板１０上の位置の平面座標を検出することができる。尚、タッチペン４０が３本である場合には、第３フィルタが、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２に積層して配設され、第３のペンの出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、第３のペンの接触位置も容易に測定することができる。タッチペン４０が４本以上であっても同様である。
【０１４３】
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、フィルタ２２Ａ・３２Ａは、図１（ｂ）に示すように、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界は、直線となっていた。しかし、特にこれに限定するものではなく、例えば、図９に示すように、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界を円弧状に形成したフィルタ２２Ｂ・３２Ｂとすることが可能である。これにより、切り欠き１１の形状を曲面ではなく平面にすることができるので、切り欠き１１を容易に形成することができる。
【０１４４】
このように、本実施の形態のペン入力装置３Ａは、導光板１０と、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・４２を有するタッチペン４０Ａ・４０Ｂと、タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から導光板１０に入射して導光板１０の内部を伝搬する第１伝搬光Ｌ１及び第２伝搬光Ｌ２における導光板１０からの出射光を受光する２つの撮像素子２３・３３とを備え、タッチペン４０Ａ・４０Ｂが接触した導光板１０上の位置の平面座標を検出する。
【０１４５】
そして、タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２は、少なくとも２本備えられており、かつ各タッチペン４０Ａ・４０Ｂは導光板１０の表面に接触することによって導光板１０にそれぞれ異なる波長の光を入射させる。また、導光板１０には、各タッチペン４０Ａ又はタッチペン４０Ｂから入射されて導光板１０の内部を導光する第１伝搬光Ｌ１又は第２伝搬光Ｌ２を２つの撮像素子２３・３３へそれぞれ線状に出射する切り欠き１１が設けられている。さらに、導光板１０と各撮像素子２３・３３との光路間には、第１伝搬光Ｌ１の波長に対応した第１フィルタＦ１と、第２伝搬光Ｌ２の波長に対応した第２フィルタＦ２とが、線状に出射された、第１伝搬光Ｌ１及び第２伝搬光Ｌ２の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【０１４６】
したがって、それぞれの撮像素子２３・３３にてタッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける、撮像素子２３・３３間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、タッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける該タッチペン４０Ａ・４０Ｂが接触した導光板１０上の位置の平面座標を検出することができる。
【０１４７】
また、本実施の形態では、タッチペン４０Ａ・４０Ｂからの発光部４２・４２から発光された光は、導光板１０の上方の空気中を光路とするのではなく、導光板１０の内部を光路としている。このため、タッチペン４０Ａ・４０Ｂを持つ指等でタッチペン４０Ａ・４０Ｂの光路が遮蔽されてタッチペン４０Ａ・４０Ｂの座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。さらに、撮像素子２３・３３を増加することもないので、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの識別を簡易に行い、コスト増大もない。
【０１４８】
したがって、複数のタッチペン４０Ａ・４０Ｂを同時に使用する場合に、互いのタッチペン４０Ａ・４０Ｂ、又はタッチペン４０Ａ・４０Ｂを操作する指の影響を受けずに、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの識別を簡易、確実、かつ精度よく行い、コストの増大を回避するペン入力装置３Ａを提供することができる。
【０１４９】
また、本実施の形態のペン入力装置３Ａでは、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの先端には、導光板１０に拡散光を入射させる光散乱部材４５・４５がそれぞれ設けられている。
【０１５０】
これにより、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２にて発光された光を導光板１０に入射させるときに、光散乱部材４５・４５にて拡散光を入射させることができる。この結果、導光板１０の内部では、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの導光板１０への接触位置から放射状に光が導光され、どの撮像素子２３・３３においても充分な受光光量を得ることが可能となる。
【０１５１】
また、本実施の形態のペン入力装置３Ａでは、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から出射される光の強度は、２つの撮像素子２３・３３における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されている。これにより、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して検出感度を揃えることができる。
【０１５２】
また、本実施の形態のペン入力装置３Ａでは、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２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。これにより、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの発光部４２・４２から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。
【０１５３】
また、本実施の形態のペン入力装置３Ａでは、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とは、連続して一体に設けられている。これにより、複数のタッチペン４０Ａ・４０Ｂにおける撮像素子２３・３３での像がずれることがないので、座標位置検出精度を向上することができる。
【０１５４】
また、本実施の形態のペン入力装置３Ａでは、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界は円弧状になっているとすることができる。
【０１５５】
これにより、導光板１０に設けられた光路変換部としての切り欠き１１の形状を、導光板１０の隅角部を円錐面又は双曲面にて斜めに切り取った形状にすることができる。この結果、光路変換部を容易に形成することができる。
【０１５６】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態のペン入力装置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、ペン入力装置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。したがって、複数のタッチペン４０Ａ・４０Ｂを使用する場合に、互いのタッチペン４０Ａ・４０Ｂ、又はタッチペン４０Ａ・４０Ｂを操作する指の影響を受けずに、各タッチペン４０Ａ・４０Ｂの識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避するペン入力装置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。
【０１５７】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１０〜図１４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。
【０１５８】
前記実施の形態１におけるペン入力装置３Ａ及び座標入力システム１では、被検出体は、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、指と１つのタッチペン４０とを同時に使用できる点が異なっている。
【０１５９】
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。
【０１６０】
（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１０に基づいて説明する。図１０は、上記座標入力システムの構成を示す斜視図である。
【０１６１】
本実施の形態の座標入力システム１は、図１０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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
（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１０、及び図１１に基づいて以下に詳述する。図１１は、図１０のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【０１６５】
上記座標入力装置３Ｂは、図１０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の三辺の周辺に設けられた光源としての光源ユニット４と、検出手段としての検出部５とを有している。
【０１６６】
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に記載したペン入力装置３Ａとは、導光板１０の周辺に光源ユニット４が設けられている点が異なっている。
【０１６７】
すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ｂには、導光板１０における三辺の周辺には、該導光板１０に光を入射させる複数のＬＥＤ（light emitting diode）４ａを並べた光源としての光源ユニット４が該三辺に沿って設けられている。この三辺は、両端に撮像ユニット２０・３０が設けられた導光板１０の一辺とは異なる三辺である。この結果、導光板１０における三辺の光源ユニット４は、撮像ユニット２０・３０に対向しており、上記撮像ユニット２０・３０は、光源ユニット４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、本発明においては、必ずしも導光板１０における三辺の周辺に限らず、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一辺の周辺であってもよい。
【０１６８】
光源ユニット４に複数並べられた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。しかし、ＬＥＤ４ａの光の波長は、前記実施の形態１で説明したタッチペン４０の発光部４２から出射される光の波長とは異なっている。また、必ずしもＬＥＤ４ａを使用する必要はなく、ＬＤ（laser diode）等を用いることもできる。
【０１６９】
次に、座標入力装置３Ｂには、図１０に示すように、検出手段としての検出部５が設けられている。この検出部５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。
【０１７０】
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、棒状のタッチペン等の被検出体であってもよい。
【０１７１】
（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１２（ａ）（ｂ）に基づいて以下に説明する。図１２（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１２（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。
【０１７２】
まず、座標入力装置３Ｂでは、図１０及び図１１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ＬＥＤ４ａ…から、導光板１０に光が入射される。
【０１７３】
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、切り欠き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。これにより、撮像素子２３では、図１２（ａ）に示すように、切り欠き１１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１２（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。
【０１７４】
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１２（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５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】
この検出原理について、詳述する。
【０１７６】
図１１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ＬＥＤ４ａ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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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１２（ｂ）に示すように、図１２（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５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１２（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。
【０１７９】
（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５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１０及び図１１、並びに図１３（ａ）（ｂ）に基づいて、以下に説明する。図１３（ａ）は座標入力装置３Ｂ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１３（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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
まず、図１１に示すように、導光板１０の端部に設けられたある１つのＬＥＤ４ａ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。
【０１８３】
ここで、図１０に示すように、その光束のうちの一部における伝搬光１０ａ・１０ｂは、円錐面状の切り欠き１１・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・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、ＬＥＤ４ａ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。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。
【０１８４】
次いで、図１３（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、ＬＥＤ４ａ…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、図１３（ｂ）において一点鎖線で示すように、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１２（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。
【０１８５】
次に、この状態で、図１３（ａ）に示すように、指６が導光板１０における例えば点Ｐ１ の位置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。
【０１８６】
この場合、図１１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１０ａは、円錐面状の切り欠き１１の端面に導かれ、該端面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１３（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ＢＬ１ の像を形成する。
【０１８７】
また、この指６が点Ｐ２ の位置に移動したとき、線状の暗部ＢＬ２ の像が形成される。
【０１８８】
図１３（ｂ）に示す線状の暗部ＢＬ１・ＢＬ２の位置は、指６における接触点の位置に依存して変化し、指６の接触点の位置を変えると、線状の暗部ＢＬ１の像は、線状の暗部ＢＬ２の像のように変化する。その線状の暗部ＢＬ１・ＢＬ２の像の軌跡は一点鎖線で示した扇形状の明部２３ａの内部に存在する。その扇形の中心と線状の暗部ＢＬ１の像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６と撮像素子２３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α１ と同じ角度になる。したがって、撮像素子２３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６が点Ｐ２ の位置に移動すると、線状の暗部ＢＬ２の像が形成され、その線状の暗部ＢＬ２の像における傾き角度α２ ’を求めることにより、角度α２ が求められる。
【０１８９】
撮像素子２３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２３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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
以上の方法にて求められた指６の接触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、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。
【０１９３】
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４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の座標を求める検出部５とを備えている。
【０１９４】
ここで、特許文献３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、被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知するものとなっていた。この結果、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。
【０１９５】
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５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。
【０１９６】
すなわち、本実施の形態では、特許文献３に対して発想の転換を図り、特許文献３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。
【０１９７】
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５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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、撮像ユニット２０・３０は、２次元のイメージセンサを有していると共に、導光板１０には、導光板１０内を伝搬する照明光を撮像ユニット２０・３０へそれぞれ線状に出射する切り欠き１１が設けられている。
【０２００】
これにより、導光板１０内を伝搬する照明光及び指６によるその減衰光は切り欠き１１を介して導光板１０の外部にそれぞれ出射され、各撮像ユニット２０・３０の撮像素子２３・３３へそれぞれ線状に出射される。
【０２０１】
このため、各撮像ユニット２０・３０では、各撮像ユニット２０・３０と指６の導光板１０への接触位置とを結ぶ三角形における各撮像ユニット２０・３０間の間隔と２つの角度がわかるので、検出部５は、三角測量法により、指６の導光板１０への接触位置の座標を求めることができる。
【０２０２】
したがって、導光板１０を使用し、指６の導光板１０への接触による光散乱により、指６の導光板１０への接触位置の座標を三角測量法により求める方式の座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０２０３】
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、液晶表示パネル２を備えている。
【０２０４】
これにより、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６等の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、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を備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０２０５】
（指とタッチペンとの同時併用）
本実施の形態の座標入力装置３Ｂは、上述したように、指６を導光板１０に接触することによって、指６の接触位置の座標を検出できるようになっていると共に、タッチペン４０用のペン入力装置３Ａとは、光源ユニット４が付加されているだけである。したがって、指６とタッチペン４０とを同時に使用することができる。
【０２０６】
このときの処理について、図１４（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１４（ａ）は座標入力装置３Ｂにおいて、指６と各タッチペン４０とを同時に併用する場合の全体構成を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は指６と各タッチペン４０とが導光板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。
【０２０７】
まず、本実施の形態の光源ユニット４のＬＥＤ４ａとタッチペン４０の発光部４２とは、それぞれ異なる波長の光を発光する。具体的には、両者の光の波長は、実施の形態１の説明図である図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。
【０２０８】
すなわち、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虞がある。このため、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、本実施の形態では、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２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。この結果、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。尚、光の波長域は、赤外光、赤色光若しくは青色光等の可視光、又は紫外光でもよい。
【０２０９】
また、本実施の形態では、受光部としての撮像素子２３・３３は、一個のタッチペン４０及び１つの指６の場合と同様に、導光板１０の一辺の両端部に設けられた撮像素子２３・３３しか設けられていない。ただし、必ずしもこれに限らず、例えば、３つ以上の撮像素子を設けることができるが、部材コストを考えれば２つが適切である。例えば、３つの撮像素子を設けると共に、そのうち１つを補助カメラとして用いた構成であってもよい。
【０２１０】
ここで、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラ等の撮像素子２３・３３では、実施の形態１の説明図である図８に示すように、長波長側に向かうに伴って受光感度つまり量子効率が低下する傾向にある。このため、短波長の信号が強く検出される可能性がある。
【０２１１】
そこで、本実施の形態の撮像素子２３・３３では、光源ユニット４のＬＥＤ４ａとタッチペン４０の発光部４２から出射される光の強度は、撮像素子２３・３３における波長域での受光感度に応じて、検出感度が同一になるように調整されている。具体的には、例えば、光源ユニット４のＬＥＤ４ａとタッチペン４０の発光部４２から出射される光の波長が６５０ｎｍと８５０ｎｍとの場合には、図８により受光感度つまり量子効率が５０％と２０％であり、２．５倍になっている。したがって、この場合、波長８５０ｎｍの光を発光する光源ユニット４のＬＥＤ４ａから出射される光の強度は、波長６５０ｎｍの光を発光するタッチペン４０の発光部４２から出射される光の強度に対して２．５倍に調整されるようになっている。
【０２１２】
この結果、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して、検出感度を揃えることができる。
【０２１３】
次に、本実施の形態においても、フィルタ２２Ａ・３２Ａは、実施の形態１の説明図である図１（ｂ）に示すように、指６からの第１伝搬光Ｌ１の波長に対応した第１フィルタＦ１と、タッチペン４０からの第２伝搬光Ｌ２の波長に対応した第２フィルタＦ２とが線状に出射された、第１伝搬光Ｌ１及び第２伝搬光Ｌ２の出射光をそれぞれ横切るように積層して配設されている。これら第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とは、連続して一体に設けられている。また、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２の厚さは、それぞれ例えば５ｍｍとなっている。
【０２１４】
ここで、本実施の形態においても、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界は円弧状にすることができる。
【０２１５】
この結果、撮像素子２３・３３においては、図１４（ｂ）に示すように、指６を導光板１０に接触したときの像は、第１伝搬光Ｌ１の出射光における線状の暗部ＢＬとなって現れる。また、タッチペン４０から発せられた光は、第２伝搬光Ｌ２の出射光における線状の明部２３ｂとなって現れる。両者は、扇形状の中心の回りに放射状に半径方向に延びる線の像として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。
【０２１６】
したがって、仮に、１つの撮像素子２３の視線方向に指６及びタッチペン４０が並んだ場合、その撮像素子２３では、撮像素子２３から見て手前に位置する指６からの像、及び撮像素子２３から見て奥に位置するタッチペン４０から発せられた光の像は、それぞれ、同一半径方向線上に、分割された線状の暗部ＢＬ及び明部２３ｂとなって現れる。尚、撮像素子３３からの視線方向に指６とタッチペン４０とが重なる場合、撮像素子３３において同様の現象が現れる。
【０２１７】
それゆえ、それぞれの撮像素子２３・３３にて指６及びタッチペン４０における、該撮像素子２３・３３間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、指６及びタッチペン４０が接触した導光板１０上の位置の平面座標を検出することができる。尚、指６及びタッチペン４０が合計３つである場合には、第３フィルタが、第１フィルタＦ１及び第２フィルタＦ２に積層して配設され、第３の被検出体の出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、第３の被検出体の接触位置も容易に測定することができる。被検出体が４つ以上であっても同様である。
【０２１８】
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４が設けられ、第１被検出体としての指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。一方、第２被検出体としてのタッチペン４０は、導光板１０の表面に接触することによって照明光とは異なる波長の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、受光部としての撮像素子２３・３３は、導光板１０内を伝搬する照明光及び指６によるその散乱光である第１伝搬光Ｌ３と、タッチペン４０による発光部４２からの光である第２伝搬光Ｌ４とを受光する。また、検出手段としての検出部５は、指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素子２３・３３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と共に、タッチペン４０の導光板１０への接触による第２伝搬光Ｌ４を受光する撮像素子２３・３３の出力に基づいてタッチペン４０における導光板１０の表面への接触位置の座標を求める。
【０２１９】
上記の構成によれば、指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一方、タッチペン４０は、導光板１０の表面に接触することによって照明光とは異なる波長の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。
【０２２０】
すなわち、本実施の形態では、タッチペン４０は、導光板１０の表面に接触することによって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。このため、実施の形態１にて説明した発光ペンであるタッチペン４０の検出原理により、タッチペン４０の接触位置の座標を求めることができる。具体的には、撮像素子２３・３３は、タッチペン４０による発光部４２からの光である第２伝搬光Ｌ４を受光する。そして、検出部５は、タッチペン４０の導光板１０への接触による第２伝搬光Ｌ４を受光する撮像素子２３・３３の出力に基づいてタッチペン４０における導光板１０の表面への接触位置の座標を求める。
【０２２１】
一方、指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ものである。
【０２２２】
このような光を発光しない指６等の被検出体を撮像素子２３・３３にて検出するためには、予め導光板１０の端部から照明光を入射させておく必要がある。そこで、本実施の形態では、導光板１０の端部から照明光を入射させる光源ユニット４が設けられている。
【０２２３】
このような座標入力装置３Ｂでは、撮像素子２３・３３は、導光板１０内を伝搬する照明光及び指６によるその散乱光である第１伝搬光Ｌ３を受光する。そして、検出部５は、指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素子２３・３３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。
【０２２４】
これにより、指６等からなる第１被検出体の導光板１０への接触位置を求めることができる。
【０２２５】
ところで、このような座標入力装置３Ｂにおいて、指６等からなる第１被検出体と発光ペンからなるタッチペン４０等の第２被検出体とを同時に使用し、かつ指６及びタッチペン４０の検出にそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、撮像素子２３・３３の視線方向に指６及びタッチペン４０が並んだとき、撮像素子２３・３３から見て奥に位置する被検出体の像と手前にある被検出体の像とが重なるため、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。
【０２２６】
この問題を解決するために、例えば、指６及びタッチペン４０に対して、それそれ異なる波長の光を用いると共に、指６及びタッチペン４０に対して必須の一対の第１受光部としての撮像素子２３と第２受光部としての撮像素子３３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。
【０２２７】
そこで、本実施の形態では、指６及びタッチペン４０が同時に使用される場合でも、まず、撮像素子２３・３３は、三角測量法において必須の少なくとも１組の第１受光部及び第２受光部である該撮像素子２３・３３しか設けられていない。そして、撮像素子２３・３３にて指６及びタッチペン４０を識別するために、以下の構成を有している。
【０２２８】
まず、タッチペン４０は、導光板１０の表面に接触することによって光源ユニット４のＬＥＤ４ａからの照明光とは異なる波長の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。次に、導光板１０と各撮像素子２３・３３との光路間には、第１伝搬光Ｌ３の波長に対応した第１フィルタＦ１と第２伝搬光Ｌ４の波長に対応した第２フィルタＦ２とが、線状に出射された、第１伝搬光Ｌ３及び第２伝搬光Ｌ４の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【０２２９】
これにより、例えば、指６の接触に基づく第１伝搬光Ｌ３の出射光は、光路変換部としての切り欠き１１及び第１フィルタＦ１を介して２つの撮像素子２３・３３へ線状にそれぞれ出射される。また、タッチペン４０の接触に基づく第２伝搬光Ｌ４の出射光についても同様に、切り欠き１１及び第２フィルタＦ２を介して２つの撮像素子２３・３３へ線状にそれぞれ出射される。
【０２３０】
ここで、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とは、線状に出射された、第１伝搬光Ｌ３及び第２伝搬光Ｌ４の出射光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。このため、例えば、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界が円弧状である場合には、撮像素子２３・３３には、第１伝搬光Ｌ３の出射光の線状の像である暗部ＢＬと、第２伝搬光Ｌ４の出射光の線状の像である明部２３ｂとの２本の像が、扇形状の中心の回りに放射状に半径方向に延びる線のそれぞれの像として現れる。また、その２本の線は、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とのそれぞれの通過に対応して、千鳥状に現れる。尚、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界が円弧状でなく直線である場合には、各像は平行に現れる。
【０２３１】
この結果、仮に、１つの撮像素子２３の視線方向に指６とタッチペン４０とが並んだ場合、撮像素子２３では、撮像素子２３から見て手前に位置する指６の接触に基づく第１伝搬光Ｌ３、及び撮像素子２３から見て奥に位置するタッチペン４０の接触に基づく第２伝搬光Ｌ４は、それぞれ、同時かつ同一線上に、分割された線状となって現れる。
【０２３２】
したがって、それぞれの撮像素子２３・３３にて指６及びタッチペン４０における、該撮像素子２３・３３間の一辺とその両角を求めることができ、三角測量法にて、指６及びタッチペン４０が接触した導光板１０上の位置の平面座標を検出することができる。尚、被検出体が３つである場合には、第３フィルタが、第１フィルタ及び第２フィルタに積層して配設され、さらに第３被検出体の接触に基づく第３伝搬光の出射光も第３フィルタを横切るので、同様に、さらに第３被検出体の接触位置も容易に測定することができる。被検出体が４つ以上であっても同様である。
【０２３３】
また、本実施の形態では、指６の接触に基づく第１伝搬光Ｌ３及びタッチペン４０の接触に基づく第２伝搬光Ｌ４は、導光板１０の上方の空気中を光路とするのではなく、導光板１０の内部を光路としている。このため、タッチペン４０を持つ指等でタッチペン４０の光路が遮蔽されてタッチペン４０の座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。さらに、撮像素子２３・３３を増加することもないので、指６及びタッチペン４０の識別を簡易に行い、コスト増大もない。
【０２３４】
したがって、複数の指６及びタッチペン４０を同時に使用する場合に、互いの指６又はタッチペン４０の影響を受けずに、各指６及びタッチペン４０の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置を提供することができる。
【０２３５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２から出射される各光の強度は、撮像素子２３・３３における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されている。
【０２３６】
すなわち、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラ等の受光部では、長波長側に向かうに伴って受光感度が低下する傾向にある。このため、短波長の信号が強く検出される可能性がある。この点、本実施の形態では、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２から出射される各光の強度は、撮像素子２３・３３における波長域での受光感度に応じて、各検出感度が同一になるように調整されている。この結果、特定の波長の信号が強く検出されるのを回避して検出感度を揃えることができる。
【０２３７】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２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。
【０２３８】
すなわち、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虞がある。このため、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、本実施の形態では、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２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。この結果、光源ユニット４のＬＥＤ４ａ及びタッチペン４０の発光部４２から出射される各光の波長を、充分に分離識別することが可能となる。
【０２３９】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２とは、連続して一体に設けられている。これにより、指６及びタッチペン４０における撮像素子２３・３３での像がずれることがないので、座標位置検出精度を向上することができる。
【０２４０】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、第１フィルタＦ１と第２フィルタＦ２との境界は円弧状になっている。これにより、導光板１０に設けられた切り欠き１１の形状を、導光板１０の隅角部を円錐面又は双曲面にて斜めに切り取った形状にすることができるので、切り欠き１１を容易に形成することができる。
【０２４１】
また、本実施の形態の座標入力システム１では、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、画像表示パネルとしての液晶表示パネル２を備えている。
【０２４２】
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、指６及びタッチペン４０を同時使用する場合に、互いの指６及びタッチペン４０の影響を受けずに、各指６及びタッチペン４０の識別を簡易かつ確実に行い、コストの増大を回避する座標入力装置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。
【０２４３】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図１５及び図１６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。
【０２４４】
前記実施の形態２の座標入力装置３Ｂには、２つの撮像ユニット２０・３０が設けられていた。
【０２４５】
しかし、本実施の形態の座標入力装置３Ｃでは、図１５に示すように、撮像ユニット２０・３０・５０が３つ又はそれ以上設けられている点が異なっている。そして、これによって、２つの被検出体としての指６Ａ・６Ｂの検出が可能となっている。
【０２４６】
すなわち、例えば、図１５に示すように、被検出体としての指６Ａ・６Ｂが２つである場合、撮像ユニット２０・３０が２つしかないときには、２つの指６Ａ・６Ｂの光路が重なる場合には、線状の暗部ＢＬも重なるので、２つの指６Ａ・６Ｂのうちのいずれの指６Ａ・６Ｂが手前に存在するかを特定することができない。
【０２４７】
しかしながら、図１５に示すように、撮像ユニット２０・３０・５０が３つ存在していれば、各指６Ａ・６Ｂについて、重ならない２つの光路による撮像ユニット２０・３０・５０を用いて各指６の接触位置を求めることが可能となる。尚、撮像ユニット５０は、レンズ５１、フィルタ５２Ａ、撮像素子５３から構成されている。
【０２４８】
詳細には、例えば、図１５において、指６Ｂが点Ｐ３ に存在する場合、撮像ユニット２０への指６Ａの光路と指６Ｂの光路とが重なる。この場合、指６Ａの検出には、撮像ユニット３０・５０の２つを用いる一方、指６Ｂの検出には、撮像ユニット２０・５０を用いる。これにより、光路が重なることはない。
【０２４９】
したがって、２つの指６Ａ・６Ｂが導光板１０のいずれの場所に接触されても、指６Ａ・６Ｂの接触点の位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０２５０】
尚、一般的に、被検出体としての指６がＭ個存在する場合には、必要な受光手段の数Ｎは、
Ｎ＝Ｍ＋１
となる。
【０２５１】
一方、撮像ユニット２０・３０・５０を少なくとも３つ設けた場合には、以下に示すメリットも存在する。
【０２５２】
すなわち、撮像ユニット２０・３０の２つである場合、２つの撮像ユニット２０・３０が設けられた導光板１０の辺の近傍に指６Ａが接触されると死角になって、２つの撮像ユニット２０・３０では検知されない虞がある。この場合、受光部が３つ存在していれば、それを例えば三角形の頂点に配設しておけば、死角を発生することなく、指６Ａが導光板１０のいずれの場所に接触されても、指６Ａの接触点の位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０２５３】
この場合、例えば、図１６に示すように、受光部を有する撮像ユニット２０・３０・５０・６０を方形の導光板１０における４つの隅角部に配設することが可能である。
【０２５４】
ここで、このように受光部を有する４つの撮像ユニット２０・３０・５０・６０を、方形の導光板１０の各隅角部に配設した場合、図１６に示すように、光源としての光源ユニット４…を導光板１０の全周囲の端部に配設しておき、光源ユニット４…が、導光板１０の全周囲の端部から照明光を入射させる座標入力装置３Ｄとすることが好ましい。必要条件としては、導光板１０の周囲に受光手段としての撮像ユニット５０・６０を増やした場合、撮像ユニット５０・６０の対向位置に光源が存在することが好ましい。
【０２５５】
これにより、受光部を有する４つの撮像ユニット２０・３０・５０・６０は、導光板１０における全ての範囲が照明光の照射範囲内に設けられていることになる。したがって、指６Ａが導光板１０のいずれの場所に接触されても、指６Ａの接触点の位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０２５６】
また、光源ユニット４…と撮像ユニット２０・３０・５０・６０とを対向して配置するため、撮像ユニット２０・３０・５０・６０の配置の自由度が高くなる。また、撮像ユニット２０・３０・５０・６０の数を容易に増加することができ、多数の指６Ａ・６Ｂ…の接触の同時検知が可能となり、大型タッチパネルに適用した場合の信号品質低下も生じ難い。
【０２５７】
ここで、４つの撮像ユニット２０・３０・５０・６０を設けた場合には、指６Ａの検出に際しては、４つの撮像ユニット２０・３０・５０・６０のうちのいずれか２つの撮像ユニットを使用することができる。
【０２５８】
しかしながら、例えば、導光板１０の一辺に沿って撮像ユニット２０・３０を配置した場合、指６Ａの接触点が撮像ユニット２０・３０から遠い場合には、信号品質が劣化する。したがって、指６Ａの接触点が撮像ユニット２０・３０から遠い場合には、導光板１０の周囲に受光手段としての撮像ユニット５０・６０を増やすことにより、指６Ａに近接する撮像ユニット５０・６０にて検出することにより、信号品質の劣化を招くことなく検出することができる。
【０２５９】
尚、近接しているかの判断は、信号減衰量が大きいか又は小さいかによって判断できる。すなわち、信号減衰量が大きい程、近接しているといえる。
【０２６０】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｃでは、受光部は、撮像ユニット２０・３０・５０の撮像素子２３・３３・５３として少なくとも３つ設けられている。
【０２６１】
これにより、各指６Ａ・６Ｂについて、重ならない２つの光路による撮像ユニット３０・５０及び撮像ユニット２０・５０を用いて各指６Ａ・６Ｂの接触位置を求めることが可能となる。
【０２６２】
また、３つの撮像ユニット２０・３０・５０を三角形の頂点に配設してくことにより、死角を発生することなく、指６Ａが導光板１０のいずれの場所に接触されても、指６Ａの接触点の位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０２６３】
さらに、本実施の形態の座標入力装置３Ｄでは、光源ユニット４は、導光板１０の全周囲の端部から照明光を入射させるようになっている。これにより、撮像ユニット２０・３０・５０・６０は、導光板１０における全ての範囲が照明光の照射範囲内に設けられていることになる。
【０２６４】
したがって、指６Ａが導光板１０のいずれの場所に接触されても、指６Ａの接触点の位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０２６５】
そして、このような構成において、撮像ユニット２０・３０・５０は、フィルタ２２Ａ・３２Ａ・５２Ａを有している。
【０２６６】
したがって、被検出体としての２つの指６Ａ・６Ｂ及びタッチペン４０を同時に使用する場合において、それぞれの接触位置を特定することが可能となる。
【０２６７】
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】
【０２６８】
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】
【０２６９】
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      ペン入力装置（座標入力装置）
３Ｂ      座標入力装置
４        光源ユニット（光源）
４ａ      ＬＥＤ
５        検出部（検出手段）
６        指（被検出体）
６Ａ      指（被検出体）
６Ｂ      指（被検出体）
１０        導光板（導光部材）
１０ａ      伝搬光
１０ｂ      伝搬光
１１        切り欠き（光路変換部）
２０        撮像ユニット
２１        レンズ
２２        フィルタ
２２Ａ      フィルタ
２３        撮像素子（受光部）
２３ａ      明部
２３ｂ      明部
２５        像
２５Ａ      像
２７        像
３０        撮像ユニット
３１        レンズ
３２        フィルタ
３２Ａ      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
６０        撮像ユニット
ＢＬ        暗部
ＢＬ１       暗部
ＢＬ２       暗部
Ｆ１        第１フィルタ
Ｆ２        第２フィルタ
Ｌ          間隔
Ｌ１        第１伝搬光（伝搬光）
Ｌ２        第２伝搬光（伝搬光）
【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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