(57)【要約】【課題】導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方の座標位置を検出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における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源ユニット４Ａ及び少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、光源ユニット４Ｂ及び撮像ユニット４０・５０とを備える。第１の縁部に設けられた光源ユニット４Ａと第２の縁部に設けられた光源ユニット４Ｂとは互いに異なる波長の光を出射する。各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光学フィルタ２２・３２・４２・５２がそれぞれ設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、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該導光部材の内部の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該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検出する検出手段とを備えた座標入力装置であって、
上記導光部材における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源と少なくとも２つの受光手段を備え、
上記第１の縁部に設けられた第１の光源と上記第２の縁部に設けられた第２の光源とは互いに異なる波長の光を出射すると共に、
各受光手段には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記受光手段は、前記導光部材の表面に非発光の被検出体を接触したときの該被検出体による散乱光の伝搬光と、上記導光部材の表面に発光ペンからなる被検出体を接触したときの該被検出体から発光された光の伝搬光とを検知すると共に、
上記発光ペンは、前記第１の光源又は第２の光源とは異なる波長の光を出射し、
各受光手段には、上記発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させる発光ペン用フィルタがさら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、前記伝搬光を各受光手段へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、
各受光手段には、前記光源用フィルタと発光ペン用フィルタとが、上記光路変換部から線状に出射された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請求項２記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記光源は、複数の半導体レーザにてなってい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】
前記第１の光源又は第２の光源から各受光手段までの光路内には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用サブフィルタがそれぞれ設けられてい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、
画像表示モジュールを備えていることを特徴とする座標入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、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該導光部材の内部の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該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検出する検出手段とを備えた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る。
【背景技術】
【０００２】
タッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材（以下、「ペン」と記載する）又は指等による座標入力を受け付ける導光部材とからなる光学式の座標入力装置又は位置検出装置、並びに座標入力装置又は位置検出装置と表示パネルとを組み合わせたタブレット、タッチパネル等の座標入力システムが知られている。
【０００３】
上記座標入力システムでは、上記ペン又は指を座標入力装置の座標入力領域に接近又は接触させることにより、座標入力装置又は位置検出装置が該ペン又は指における接近又は接触した位置の座標を求める。求められた座標は、例えば座標入力装置とは別体の液晶ディスプレイ、又は該座標入力装置に一体的に積層されている液晶パネル等の表示画面に点画像又は直線画像等のオブジェクトを表示するため等に用いられる。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示されているタッチパネル１００は、図２３（ａ）（ｂ）に示すように、導光板１０１と、導光板１０１に光を入射する光源１０２と、導光板１０１の側面の一部に配置された受光素子１０４・１０５と、導光板１０１の側面と受光素子１０４・１０５との間に被検出体１１０により散乱した光源１０２からの光を受光素子１０４・１０５に結像する結像手段１０７とを備えている。また、受光素子１０４・１０５が配置された導光板１０１の側面には光吸収手段１０８が配置され、受光素子１０４・１０５は、図２３（ｂ）に示すように、光源１０２の照射範囲外に配置されている。
【０００５】
上記タッチパネル１００の座標検出原理は、以下のとおりである。
【０００６】
導光板１０１の側面に配置された光源１０２から照射された光は導光板１０１の内部で全反射を繰り返しながら伝播する。導光板１０１に指等の被検出体１１０がタッチされない状態では、受光素子１０４・１０５は光源１０２の照射範囲外に配置されているため、導光板１０１の内部を伝搬する伝搬光を受光しない。一方、透明の導光板１０１上に指等の被検出体１１０がタッチされると、被検出体１１０のタッチ位置にて、導光板１０１内の伝搬光が乱され、散乱光が発生する。散乱光の一部は受光素子１０４・１０５の方向にも伝搬して、図２４（ａ）（ｂ）に示すように、受光素子１０４・１０５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１１０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】
【０００７】
【特許文献１】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】
【０００８】
ところで、このようなタッチパネル１００においては、指等の被検出体１１０を複数存在させたい場合がある。
【０００９】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示されたタッチパネル１００においては、光源１０２の対向側に光吸収手段１０８が設けられている。このため、指等の被検出体１１０が複数存在する場合においてはそれらに対応する受光素子を追加することが考えられるが、光吸収手段１０８の存在により受光素子を追加する場所がない。この結果、多点検出をすることができないという問題点を有している。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方の座標位置を検出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】
【００１１】
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、導光部材に光を入射させる光源と、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該導光部材の内部の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該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検出する検出手段とを備えた座標入力装置であって、上記導光部材における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源と少なくとも２つの受光手段とを備え、上記第１の縁部に設けられた第１の光源と上記第２の縁部に設けられた第２の光源とは互いに異なる波長の光を出射すると共に、各受光手段には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタがそれぞれ設けられていることを特徴としている。
【００１２】
上記の発明によれば、座標入力装置は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、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該導光部材の内部の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該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検出する検出手段とを備えている。
【００１３】
また、本発明の座標入力装置では、上記導光部材における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源と少なくとも２つの受光手段とを備えている。ところで、このように、受光手段及び光源を、導光部材における第１の縁部と第２の縁部とにそれぞれ設けた場合においては、例えば、第１の縁部の光源と該第１の縁部に対向する第２の縁部の光源とを同時に点灯した場合には、受光手段には互いの対向する光源からの光が入射するので、受光手段においては被検出体の接触による該被検出体における導光部材の表面への接触位置の出力を認識することができない。このため、検出手段は、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検出することができない。
【００１４】
そこで、本発明では、第１の縁部に設けられた第１の光源と第２の縁部に設けられた第２の光源とは互いに異なる波長の光を出射すると共に、各受光手段には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタがそれぞれ設けられている。
【００１５】
これにより、各受光手段には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方しか入射されない。このため、第１の縁部の光源と該第１の縁部に対向する第２の縁部の光源とを同時に点灯しても、受光手段には互いの対向する光源からの光が入射するということがなく、被検出体の接触による伝搬光を検出することができる。この結果、第１の被検出体と第２の被検出体とが同時に導光部材に接触される場合、第１の被検出体の検出は第１の縁部に設けられた光源と受光手段とによって該光源の波長の光に基づいて該受光手段に現れる出力にて行い、第２の被検出体の検出は第２の縁部に設けられた光源と受光手段とによって該光源の波長の光に基づいて該受光手段に現れる出力にて行うことができる。
【００１６】
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、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方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。
【００１７】
本発明の座標入力装置では、前記受光手段は、前記導光部材の表面に非発光の被検出体を接触したときの該被検出体による散乱光の伝搬光と、上記導光部材の表面に発光ペンからなる被検出体を接触したときの該被検出体から発光された光の伝搬光とを検知すると共に、上記発光ペンは、前記第１の光源又は第２の光源とは異なる波長の光を出射し、各受光手段には、上記発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させる発光ペン用フィルタがさらに設けられていることが好ましい。
【００１８】
すなわち、本発明では、指等の非発光の被検出体が導光部材に接触された場合、その散乱光の伝搬光が受光手段にて検出される。一方、発光ペンが導光部材に接触された場合、発光ペンから発光された光の伝搬光が受光手段にて検出される。
【００１９】
ここで、指等の非発光の被検出体が導光部材に接触された場合には、前述したように、第１の光源又は第２の光源から各受光手段の撮像素子までの光路内には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタがそれぞれ設けられているので、指等の非発光の被検出体における接触による伝搬光を検出することができる。
【００２０】
一方、発光ペンが導光部材に接触された場合、発光ペンから発光された光の伝搬光が受光手段にて検出される。ここで、本発明では、発光ペンは、前記第１の光源又は第２の光源とは異なる波長の光を出射する。そして、各受光手段には、上記発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させる発光ペン用フィルタがさらに設けられている。すなわち、発光ペンからなる被検出体から発光された光の波長は、前記第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とのいずれにも異なっており、各受光手段では、発光ペン用フィルタを介して、発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光が選択的に透過される。この結果、発光ペンからなる被検出体における接触による伝搬光を検出することができる。
【００２１】
この結果、指等の非発光の被検出体又は発光ペンからなる被検出体のいずれであっても、接触位置の座標位置を検出することができる。
【００２２】
したがって、複数の指等における非発光の被検出体と複数の発光ペンからなる被検出体との両方が同時に導光部材に接触された場合においても、各被検出体の接触位置の座標を検出し得る座標入力装置を提供することができる。
【００２３】
尚、本発明においては、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとの両方が受光手段の手前に設けられているので、受光手段が、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させると共に、発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させることの両方を満たすことが可能か問題となる。この問題に対しては、後述するような、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとを並べて配設する方法、又は例えば、光源用フィルタを第１の光源又は第２の光源に被せるようにして設ける方法を採用することにより、受光手段は両方を満たすことが可能である。
【００２４】
本発明の座標入力装置では、前記導光部材には、前記伝搬光を各受光手段へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、各受光手段には、前記光源用フィルタと発光ペン用フィルタとが、上記光路変換部から線状に出射された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が好ましい。
【００２５】
例えば、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとの両方が各受光手段に設けられている場合には、光源用フィルタと発光ペン用フィルタを重ねたときには、受光手段が、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させると共に、発光ペンからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させることはできなくなる。
【００２６】
そこで、本発明では、導光部材には、伝搬光を各受光手段へそれぞれ線状に出射する光路変換部が設けられ、各受光手段には、前記光源用フィルタと発光ペン用フィルタとが、上記光路変換部から線状に出射された光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００２７】
これにより、指等の非発光の被検出体又は発光ペンの接触に基づく導光部材の伝搬光の出射光は、光路変換部により線状に出射される。ここで、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとは、光路変換部から線状に出射された光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【００２８】
このため、受光手段の撮像素子には、指等の非発光の被検出体の接触に基づく導光部材の伝搬光による線状の像と、発光ペンの接触に基づく導光部材の伝搬光による線状の像とが、同時に、千鳥状又は１本の直線像として現れる。
【００２９】
この結果、各受光手段にて指等の非発光の被検出体及び発光ペンにおける接触位置の２つの視認角と、既知の受光手段間の一辺距離とから、三角測量法にて、指等の非発光の被検出体及び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。
【００３０】
したがって、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方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得る座標入力装置を提供することができる。
【００３１】
本発明の座標入力装置では、前記光源は、複数の半導体レーザにてなっていることが好ましい。
【００３２】
すなわち、光源として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）又は半導体レーザを使用することが考えられる。
【００３３】
ここで、ＬＥＤは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広い。具体的には、ＬＥＤの発光スペクトル幅は±３０ｎｍであり、半導体レーザの発光スペクトル幅は±数ｎｍである。
【００３４】
したがって、第１の光源及び第２の光源における各目標波長の組み合わせを例えば７８０ｎｍ及び８５０ｎｍとした場合、ＬＥＤを使用したときには、これら２つの第１の光源及び第２の光源だけで７５０〜８８０ｎｍの波長帯を使用してしまうことになる。このため、これに加えて、発光波長の異なる発光ペンを組み合わせることになると、発光ペンの発光波長は７５０ｎｍ以下の可視域のものになり、非可視の発光ペンを組み合わせることが困難となる。
【００３５】
一方、発光スペクトル幅の狭い半導体レーザを用いれば、第１の光源及び第２の光源における各目標波長の組み合わせとして例えば８２０ｎｍ及び８５０ｎｍとしたときには、発光ペンの発光波長は８３０ｎｍ以下の波長を選ぶことが可能となる。
【００３６】
この結果、設計の自由度を増加させることができる。
【００３７】
本発明の座標入力装置では、前記第１の光源又は第２の光源から各受光手段までの光路内には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用サブフィルタがそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００３８】
上述したように、ＬＥＤの発光スペクトル幅は±３０ｎｍであり、半導体レーザの発光スペクトル幅は±数ｎｍであることから、ＬＥＤは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広い。
【００３９】
したがって、第１の光源及び第２の光源における各目標波長の組み合わせに加えて、発光波長の異なる発光ペンを組み合わせることになると、発光ペンの発光波長は７５０ｎｍ以下の可視域のものになり、非可視の発光ペンを組み合わせることが困難となる。
【００４０】
一方、上述したように、発光スペクトル幅の狭い半導体レーザを用いれば、第１の光源及び第２の光源における各目標波長の組み合わせとして例えば８２０ｎｍ及び８５０ｎｍとしたときには、発光ペンの発光波長は８３０ｎｍ以下の波長を選ぶことが可能となり、設計の自由度を増加させることができる。
【００４１】
しかしながら、半導体レーザはＬＥＤよりも高価である。そこで、半導体レーザを使用しなくても、本発明のように、第１の光源又は第２の光源から各受光手段までの光路内には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用サブフィルタをそれぞれ設けることが可能である。例えば、第１の光源と第２の光源とに光源用サブフィルタをそれぞれ被せる。
【００４２】
これにより、発光スペクトル幅の広い第１の光源及び第２の光源を用いた場合においても、光源用サブフィルタを用いて第１の光源及び第２の光源の出射光のスペクトル幅を絞り込むことにより、半導体レーザを使用しなくても半導体レーザと同等の機能を持たせることができる。
【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、画像表示モジュー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、画像表示モジュールの画像を見ながら指及び発光ペン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、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方の座標位置を検出し得る座標入力装置を備えた座標入力システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の座標入力装置は、以上のように、導光部材における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源と少なくとも２つの受光手段を備え、上記第１の縁部に設けられた第１の光源と上記第２の縁部に設けられた第２の光源とは互いに異なる波長の光を出射すると共に、各受光手段には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタがそれぞれ設けられているものである。
【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、画像表示モジュールを備えているものである。
【００４７】
それゆえ、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、被検出体である複数の指及び発光ペンの両方又は複数のいずれか一方の座標位置を検出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、及び座標入力システムの実施の一形態を示すものであって、座標入力装置を備えた座標入力システムの全体構成を示す斜視図である。
【図２】上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）は座標入力システムの構成を示す平面図であり、（ｂ）は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。
【図４】（ａ）は座標入力システムの構成を示す側面図であり、（ｂ）は座標入力システムの縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。
【図５】座標入力システムの構成を示すものであって、図８のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】１個のＬＥＤにおける導光板への照射領域を示す平面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は、導光板とＬＥＤとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。
【図８】導光板に指をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は座標入力装置の検出原理を示す平面図であり、（ｂ）は座標入力装置の撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。
【図１０】（ａ）は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、（ｂ）は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。
【図１１】（ａ）は上記座標入力装置における撮像ユニットでの撮像状況を示す斜視図であり、（ｂ）は上記撮像ユニットの撮像素子での像を示す平面図である。
【図１２】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、被検出体としての発光ペンの構成を筐体の一部を取り外して示す平面図である。
【図１３】座標入力システムの構成を示すものであって、図１４のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図１４】導光板に発光ペンをタッチしたときの伝搬光の光路を示す斜視図である。
【図１５】（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１６】（ａ）は上記座標入力装置において複数の発光ペンを導光板に接触させたときの光路を示す斜視図であり、（ｂ）はそのときの第１の縁部に設けられた撮像素子の画像を示す平面図であり、（ｃ）はそのときの第２の縁部に設けられた撮像素子の画像を示す平面図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は光源用フィルタと発光ペン用フィルタとに分割された光学フィルタの構成の一例を示す平面図である。
【図１８】本発明における座標入力装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、指が撮像ユニットの近接位置に接触された状態を示す平面図である。
【図１９】導光板の一方の第１の端部に２つの撮像ユニットが設けられている場合に、指が同時に２箇所に接触された場合の不具合を示す平面図である。
【図２０】上記他の実施の形態における座標入力装置の構成を示す斜視図である。
【図２１】上記他の実施の形態における座標入力装置において、指が撮像ユニットの近接位置に接触された場合の検出方法を示す平面図である。
【図２２】上記他の実施の形態における座標入力装置において、複数の指が導光板に接触された場合の検出方法を示す平面図である。
【図２３】（ａ）は従来の座標入力装置としての位置検出装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記位置検出装置の要部の構成を示す平面図である。
【図２４】（ａ）は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置の検出原理を示す平面図であり、（ｂ）は上記位置検出装置における受光素子の光信号を示す波形図である。
【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１１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及び図３（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図２は、上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。図３（ａ）は座標入力システムの構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。尚、本明細書においては、図２におけるＺ方向を座標入力システムの前側とする。また、図２におけるＸ方向を座標入力システムの長手方向とし、図２におけるＹ方向を座標入力システムの短手方向とする。
【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、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール２と、この液晶表示モジュール２の前面側に設けられた座標入力装置３Ａとを備えている。
【００５２】
上記液晶表示モジュール２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、一対の図示しない基板間に液晶層を挟持し、かつ各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が設けられた液晶表示パネル２ａとを備えている。この液晶表示パネル２ａでは、電極間に電圧を印加することにより液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示を行う。上記液晶表示パネル２ａはシャーシ２ｂに支持されていると共に、液晶表示パネル２ａの前面には保護ガラス２ｃが設けられている。尚、液晶表示モジュール２の構成は、従来周知の液晶表示モジュールを用いることができる。
【００５３】
上記座標入力システム１では、液晶表示パネル２ａに表示された画面を見ながら、液晶表示パネル２ａの前側に設けられた座標入力装置３Ａの導光板１０上に被検出体としての例えば指を接触させることにより、その指における接触位置の座標が特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。
【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及び図３（ａ）（ｂ）、並びに図４（ａ）（ｂ）〜図８に基づいて以下に詳述する。図４（ａ）は座標入力システム１の構成を示す側面図であり、図４（ｂ）は座標入力システム１の縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。図５は座標入力システム１の構成を示すものであって、図８のＡ−Ａ線矢視断面図である。図６は１個のＬＥＤにおける導光板１０への照射領域を示す平面図である。図７（ａ）（ｂ）は、導光板１０とＬＥＤ４ａとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。図８は導光板１０に指８をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。
【００５５】
上記座標入力装置３Ａは、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、長方形の透明の導光部材としての導光板１０と、長方形の導光板１０の隅角部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・４０・５０と、導光板１０の長手方向における両辺の各背面側に設けられた光源としての光源ユニット４Ａ・４Ｂと、光源ユニット４Ａ・４Ｂからの光を導光板１０に結合させる光結合部材５と、後述する検出手段としての検出部６とを備えている。また、図３（ｂ）に示すように、導光板１０における縁部における光源ユニット４Ａ・４Ｂが配設された箇所の表面側及び裏面側には、光吸収部材７・７が設けられている。
【００５６】
導光板１０は、透光性材料からなる一枚の長方形の平板からなっており、液晶表示モジュール２における液晶表示パネル２ａの表示面側に重ねて配設されている。尚、導光板１０は、完全な長方形である必要はなく、後述するように、隅角部に貫通孔１１が形成されていたり、角が切り欠かれていたり、又は角が曲面加工されていたりする等の実質的な四角形であってよい。
【００５７】
導光板１０の大きさは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、４つの辺の周辺が液晶表示パネル２ａよりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット２０・３０・４０・５０を、導光板１０の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置３Ａの後述する指８における導光板１０への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置３Ａのコンパクトサイズの実現に寄与している。長方形の導光板１０の大きさは、例えば、対角線が例えば６０インチとすることができるが、これに制限されるものではない。例えば、６０インチ、７０インチ、８０インチ、…とさらに大きくてもよく、又は６０インチ以下でもよい。
【００５８】
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、厚さは例えば３ｍｍとなっている。導光板１０の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネート又はガラスでもよい。
【００５９】
また、導光板１０における撮像ユニット２０・３０・４０・５０を配設する４箇所の隅角部には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、凹型の円錐面状の光路変換部としての貫通孔１１がそれぞれ形成されている。尚、本実施の形態では、貫通孔１１が円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、双曲面状又は多角面状に構成されていてもよい。また、貫通穴１１の中央部は必ずしも貫通している必要はない。導光板１０の厚さの途中まで斜面が形成されていてもよい。この場合は、撮像ユニット２０・３０・４０・５０が密閉されるので、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の内部に異物が混入することがなくなる。
【００６０】
図５に示すように、貫通孔１１の円錐面の壁面１１ａと導光板１０の背面とがなす角度γは、４５度以下であり、例えば３０度又は２４度が選ばれる。貫通孔１１における円錐面状の壁面１１ａにはミラーコーティングが施されている。これにより、図５に示すように、導光板１０の内部を伝搬して貫通孔１１に至った光の光路を、貫通孔１１によって導光板１０の下方、つまり導光板１０の背面に向けて変化させる。尚、壁面１１ａにミラーコーティングが施されていなくても、貫通孔１１の円錐面によって、光路を導光板１０の下方に変化させることが可能である。また、本実施の形態では、光変換部材を導光板１０の隅角部の貫通孔１１として設けたため、導光板１０から光変換部材が突出するのを回避している。
【００６１】
次に、撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、導光板１０における４箇所の隅角部における円錐面状の貫通孔１１の直下に配置されている。これにより、撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、導光板１０の表面よりも上方には突出していない構造となっている。
【００６２】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、導光板１０における縁部の互いに離れた４箇所の隅角部に設けられている。ただし、本発明においては、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の設置箇所は、必ずしも隅角部に限らない。例えば、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部には、少なくとも２箇所に撮像ユニット２０・３０が設けられており、導光板１０における該第１の縁部に対向する他方の第２の縁部にも少なくとも２箇所に撮像ユニット４０・５０が設けられているとすることができる。この理由は、後述するように、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、導光板１０における一方の第１の縁部の撮像ユニット２０・３０と、導光板１０における他方の第２の縁部の撮像ユニット４０・５０とは、互いに交互に使用されるためである。すなわち、三角測量法においては少なくとも２個の受光手段が必要となるため、各第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ２以上の撮像ユニット２０・３０及び撮像ユニット４０・５０を設けておく必要がある。
【００６３】
上記撮像ユニット２０・４０は、図５に示すように、レンズ２１・４１と光学フィルタ２２・４２と撮像素子２３・４３とを有している。また、撮像ユニット３０も、同様に、図８に示すように、レンズ３１と光学フィルタ３２と撮像素子３３とを有している。さらに、撮像ユニット５０も後述する図１に示すように、レンズ５１と光学フィルタ５２と撮像素子５３を有している。
【００６４】
上記光学フィルタ２２・３２・４２・５２は、本発明の光源用フィルタとしての機能を有しており、指８にて散乱される波長帯の光、つまり光源ユニット４Ａ・４Ｂのいずれか一方を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。具体的には、光学２２・３２の透過波長域は、後述する光源ユニット４ＡのＬＥＤ４ａにおけるピーク波長７８０ｎｍに対応した７８０ｎｍ±３０ｎｍとなっている。また、光学フィルタ４２・５２の透過波長域は、後述する光源ユニット４ＢのＬＥＤ４ａにおけるピーク波長８５０ｎｍに対応した８５０ｎｍ±３０ｎｍとなっている。これら光学フィルタ２２・３２・４２・５２により、複数の指８Ａ・８Ｂの検出が可能となると共に、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。
【００６５】
上記の特定波長帯を透過させそれ以外の波長帯の光を遮断する光学フィルタ２２・３２・４２・５２は、例えば、透明ガラス板の片面又は両面の全面に、屈折率が異なる誘電体層を多層に積層した誘電体多層膜を形成することにより作製される。
【００６６】
また、本実施の形態の撮像素子２３・３３・４３・５３は、例えば２次元のイメージセンサからなっている。ただし、必ずしも２次元に限らず、１次元のイメージセンサであってもよい。また、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体）カメラであってもよい。
【００６７】
撮像素子２３・３３・４３・５３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。
【００６８】
撮像ユニット２０・３０・４０・５０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・４３・５３に結合しない構造になっている。
【００６９】
次に、導光板１０における長手方向の両辺の縁部に設けられた光源ユニット４Ａ・４Ｂは、図３（ａ）に示すように、それぞれ、直列に複数並べられたＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）４ａ…を備えており、各ＬＥＤ４ａは、例えば赤外光等の光を発するようになっている。ただし、必ずしも赤外光に限らず、可視光、紫外光であってもよい。また、必ずしもＬＥＤ４ａを使用する必要はなく、半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）を用いる方が好ましい。
【００７０】
すなわち、ＬＥＤは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広い。具体的には、ＬＥＤの発光スペクトル幅は±３０ｎｍであり、半導体レーザの発光スペクトル幅は±数ｎｍである。
【００７１】
したがって、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける各目標波長の組み合わせを例えば７８０ｎｍ及び８５０ｎｍとした場合、ＬＥＤ４ａを使用したときには、これら２つの光源ユニット４Ａ・４Ｂだけで７５０〜８８０ｎｍの波長帯を使用してしまうことになる。このため、これに加えて、実施の形態２で説明するように、発光波長の異なる発光ペン９を組み合わせることになると、発光ペン９の発光波長は７５０ｎｍ以下の可視域のものになり、非可視の発光ペン９を組み合わせることが困難となる。
【００７２】
一方、発光スペクトル幅の狭い半導体レーザを用いれば、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける各目標波長の組み合わせとして例えば８２０ｎｍ及び８５０ｎｍとしたときには、発光ペンの発光波長は８３０ｎｍ以下の波長を選ぶことが可能となる。例えば、発光ペン９Ａ・９Ｂの波長を、７８０ｎｍと８８０ｎｍとにすることが可能である。
【００７３】
この結果、設計の自由度を増加させることができる。尚、本実施の形態では、ＬＥＤ４ａの方が、半導体レーザよりも廉価であるので、ＬＥＤ４ａを用いている。
【００７４】
本実施の形態では、光源ユニット４Ａに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光の波長と光源ユニット４Ｂに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光の波長とは互いに異なっている。具体的には、光源ユニット４Ａに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光のピーク波長は例えば７８０ｎｍとなっており、光源ユニット４Ｂに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光のピーク波長は例えば８５０ｎｍとなっている。
【００７５】
ここで、本実施の形態では、光源ユニット４Ａ・４Ｂは、導光板１０における長手方向の両辺の縁部に設けられている。すなわち、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部に設けられていると共に、撮像ユニット４０・５０及び光源ユニット４Ｂは、該第１の縁部に対向する他方の第２の縁部にそれぞれ設けられている。この場合、光源ユニット４Ａ・４Ｂ及び撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、いずれも導光板１０の背面側に設けられているので、光源ユニット４Ａ・４Ｂは、撮像ユニット２０・３０又は撮像ユニット４０・５０は、両者が重ならないように、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との間又は撮像ユニット４０と撮像ユニット５０との間に設けられている。また、図５に示すように、光源ユニット４Ａの方が、撮像ユニット２０に比べて、導光板１０の外周端に設けられており、光源ユニット４Ｂの方が、撮像ユニット４０に比べて、導光板１０の外周端に設けられている。したがって、撮像ユニット２０・３０・４０・５０においては、光源ユニット４Ａ・４Ｂからの直接光が撮像ユニット２０・３０・４０・５０の信号検出有効エリア内に入射しないようになっている。さらに、導光板１０の信号検出有効エリア外の部分に切り込みを入れるか若しくは光吸収部材７を貼り付ける、又は信号検出有効エリア外には光路変換部である貫通孔１１を形成しないようにする。これにより、確実に不要光が遮断できるようになるので好ましい。
【００７６】
上述したように、光源ユニット４Ａ・４Ｂは、導光板１０における長手方向に沿う両辺の第１の縁部及び第２の縁部に設けられていることが好ましい。この理由は、図６に示すように、ＬＥＤ４ａが導光板１０における長手方向に沿う両辺の及び第２の縁部に設けられている方が、導光板１０における短手方向に沿う両辺の縁部に設けられている場合よりも、導光板１０内でのＬＥＤ４ａの光の到達距離が短いためである。すなわち、これにより、光源ユニット４Ａ・４Ｂからの光量が大きくなり、かつ導光板１０に接触された指８から撮像ユニット２０・３０・４０・５０への距離も小さくなるため、導光板１０に接触された指８からの散乱光における撮像ユニット２０・３０・４０・５０での検出強度が大きくなるためである。
【００７７】
ここで、指８からの散乱光を撮像素子２３・３３・４３等にて検出するときに、撮像素子２３・３３・４３等での散乱光の出力をできるだけ大きくする必要がある。そのためには、ＬＥＤ４ａからの導光板１０の内部での伝搬光の光量が大きい方が好ましい。そこで、図６に示すように、１個のＬＥＤ４ａの放射角度δが小さくなるようにしている。ＬＥＤ４ａの放射角度δが大きいと１個のＬＥＤ４ａにおける照射領域の光量密度が減少するためである。
【００７８】
ここで、本実施の形態では、光源ユニット４Ａ・４Ｂを導光板１０の背面側に配設している。この場合、光源ユニット４Ａ・４Ｂの各ＬＥＤ４ａの光を導光板１０に対して垂直に入射させたのでは、入射光は導光板１０の内部を導光せず、そのまま、導光板１０の前面に抜けていく。そこで、本実施の形態では、図２に示すように、導光板１０と光源ユニット４Ａ・４Ｂとの間に光結合部材５・５を設けており、図７（ａ）（ｂ）に示すように、光源ユニット４Ａ・４ＢのＬＥＤ４ａ…からの光は、この光結合部材５・５を介して導光板１０に対して斜めに入射されるようになっている。
【００７９】
上記光結合部材５は、詳細には、図７（ａ）に示すように、例えば、三角柱のプリズム５ａからなっているとすることができる。このプリズム５ａは導光板１０に対して例えば両面テープ５ｂ又は接着剤を用いて接着することができる。そして、このプリズム５ａの傾斜面にＬＥＤ４ａを接着することにより、図７（ａ）に示すように、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
【００８０】
尚、図７（ｂ）に示すように、ＬＥＤ４ａとして砲弾型のＬＥＤ４ａを使用することもできる。この場合には、光結合部材５として、砲弾型のＬＥＤ４ａを導光板１０に対して斜めに固定できる透明ブロック５ｃを用いることができる。これによっても、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
【００８１】
次に、座標入力装置３Ａには、図８に示すように、検出手段としての検出部６が設けられている。この検出部６は、指８による光散乱に基づく撮像素子２３・３３での出力を検知して、指８における導光板１０の表面への接触位置の座標を求めるものである。具体的には、ＣＰＵからなっている。
【００８２】
また、導光板１０における第１の縁部及び第２の縁部には、光源ユニット４Ａ・４Ｂ及び撮像ユニット２０・３０・４０・５０に重ならないように光吸収部材７・７が設けられている。この光吸収部材７・７は、例えば黒色ポリエステルフィルム等からなる高遮光フィルムを導光板１０に貼着してなっており、導光板１０の端部での反射光が反対側の端部に戻らないように、該反射光を吸収するものとなっている。
【００８３】
ここで、本実施の形態の座標入力システム１では、非発光の被検出体として例えば指８が使用される。ただし、必ずしも指８に限らず、棒状のタッチペン等の非発光の被検出体であってもよい。
【００８４】
（座標入力装置の座標検出原理）
上記構成の座標入力装置３Ａにおける、指８が導光板１０に接触されたときの座標検出原理について、前記図５、図８、並びに図９（ａ）（ｂ）及び図１０（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図９（ａ）は座標入力装置３Ａの検出原理を示す平面図であり、図９（ｂ）は座標入力装置３Ａの撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。図１０（ａ）は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、図１０（ｂ）は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。
【００８５】
まず、座標入力装置３Ａでは、図５に示すように、導光板１０における少なくとも一辺の縁部に沿って設けられた光源ユニット４Ａの複数の前記ＬＥＤ４ａ…から導光板１０に光が斜めに入射される。
【００８６】
導光板１０に入射された光は、図５に示すように、導光板１０の内部の全面に伝搬光として導光する。すなわち、導光板１０の屈折率と空気の屈折率との相違により導光板１０の内部では光が全反射を繰り返す。この全反射される光は、導光板１０の端面から出射される。尚、導光板１０の端面にて反射されて戻ろうとする光は導光板１０の表面及び背面の光吸収部材７・７にて吸収され、撮像ユニット２０・３０側に戻ってくることはない。
【００８７】
ここで、図５に示すように、導光板１０の表面に指８を接触つまりタッチさせると、導光板１０の内部における全反射条件が崩れ、指８にて屈折率ｎの導光板１０内を導光する赤外光の一部が散乱される。この散乱光のうち、導光板１０内の伝搬角θＰ が、
ｓｉｎ（９０°−θＰ ）＞１／ｎ
に示す条件を満たす光束は、導光板１０の表面及び裏面での反射を繰り返し、導光板１０内を進行する。
【００８８】
ここで、図８に示すように、指８の散乱光である赤外光は導光板１０の２次元平面に対して放射状に拡散され、導光板１０内を伝搬する。そして、その光束のうちの一部の伝搬光１３ａ・１４ａは、円錐面状の貫通孔１１・１１の壁面１１ａ・１１ａにも導かれ、該壁面１１ａ・１１ａの反射光が撮像ユニット２０・３０にて受光される。具体的には、貫通孔１１・１１の壁面１１ａ・１１ａの反射光は、撮像ユニット２０・３０におけるレンズ２１・３１にて集光され、続いて、光学フィルタ２２・３２を通って、最後に撮像素子２３・３３に受光される。これにより、図９（ｂ）に示すように、各撮像素子２３・３３における画素番号のところに発光ピークが現れる。したがって、検出部６は、各撮像素子２３・３３から得られる各画像における画素番号を角度に換算することにより、図９（ａ）に示すように、指８が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０からの視認角度である角度α・βを求める。
【００８９】
例えば、図１０（ａ）に示すように、指８が導光板１０上の点Ｐ１ 〜点Ｐ９ にそれぞれ接触された場合、撮像ユニット４０の撮像素子４３には、図１０（ｂ）に示すように、点Ｐ１ 〜点Ｐ９ に対応する画素番号の位置に各ピークが現れる。この画素番号を角度に変換することにより、点Ｐ１ 〜点Ｐ９ の角度を求めることができる。図１０（ｂ）においては、概ね、画素番号１００≒角度８０度、画素番号２００≒角度６０、画素番号３００≒角度４０度、画素番号４００≒角度２０度とみることができる。
【００９０】
（２次元座標位置の算出方法）
次に、指８が接触した箇所における導光板１０の２次元座標位置の算出方法について、図１１（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、この処理は、検出部６が行う。ここで、図１１（ａ）は座標入力装置３Ａにおける撮像ユニット２０での撮像状況を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は撮像ユニット２０の撮像素子２３での像を示す平面図である。尚、図１１（ａ）（ｂ）においては、撮像ユニット２０についてのみ説明するが、撮像ユニット３０においても同様の処理が行われる。
【００９１】
図５及び図１１（ａ）に示すように、撮像ユニット２０に入射した光は、レンズ２１を経て、撮像素子２３に線状の像２５を形成する。線状の像２５の位置は指８の位置によって変化し、撮像素子２３の取得画像を分析することにより、伝搬光１３ａと導光板１０の一辺とがなす角度αがそれぞれ求められる。また、撮像ユニット３０に入射した光によっても、同様にして、レンズ３１を経て、撮像素子３３に線状の像２５を形成する。そして、撮像素子３３の取得画像を分析することにより、前記伝搬光１４ａと導光板１０の一辺とがなす角度βが求められる。この角度α・βにより、三角測量法を用いて指８が接した点の位置座標が求められる。
【００９２】
詳細には、図１１（ａ）において、指８が点Ｐ１ の位置にあるとき、図１１（ｂ）にも示すように、線状の像２５が形成される。また、この指８が点Ｐ２ の位置に移動したとき、線状の像２７が形成される。
【００９３】
光源ユニット４Ａからの光を照射している状態において、指８が導光板１０に接触していないとき、撮像素子２３・３３の取得画像には何も変化が起こらない。一方、指８が導光板１０に接触して散乱光が発生すると、その光束のうちの一部における伝搬光１３ａ・１４ａが撮像素子２３・３３に導かれ、撮像素子２３・３３の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像２５が現れる。
【００９４】
図１１（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、指８における接触点の位置に依存して変化し、指８の接触点の位置を変えると、線状の像２５は線状の像２７のように変化する。その線状の像２５・２７の軌跡は一点鎖線で示した扇形状２６になる。その扇形の中心と線状の像２５を結ぶ線分の傾き角度α１ ’（円弧の中心を回転中心とする）は、指８と撮像素子２３を結ぶ線分と導光板１０の上記或る一辺とがなす角度α１ と同じ角度になる。したがって、撮像素子の取得画像から傾き角度α１ ’が求められ、この傾き角度α１ ’から角度α１ が求められる。同様に、指８が点Ｐ２ の位置に移動すると、線状の像２７が形成され、その線状の像２７の傾き角度α２ ’を求めることにより、角度α２ が求められる。
【００９５】
撮像素子３３についても同様に取得画像の分析から発光点の位置が特定され、指８と撮像素子３３とを結ぶ線分と導光板１０の上記或る一辺とがなす角度βが求められる。
【００９６】
そして、撮像素子２３と撮像素子３３との間の間隔をＬ、撮像素子２３からの画像を読み取り求めた輝点の角度をα、撮像素子２３からの取得画像を読み取り求めた輝点の角度をβとしたとき、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は下記の関係式（１）及び関係式（２）
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ                          …関係式（１）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）                  …関係式（２）
を満足する。これを解くと、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は、
Ｘ＝ｔａｎβ・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）                  …式（３）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …式（４）
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め求めることができる間隔Ｌとにより、指８が接触した地点の座標Ｘ・Ｙを求めることができる。このうち間隔Ｌは撮像素子２３と撮像素子３３との間の間隔であり、固定の値である。角度α・βを求めることにより、座標入力装置３Ａでの座標Ｘ・Ｙを求めることができる。
【００９７】
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。
【００９８】
また、以上の方法にて求められた指８の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２ａの位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、指８のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル２ａの駆動を制御する図示しない制御部が、検出部６で求めた位置座標の情報を取得して、該情報に基づいて液晶表示パネル２ａを駆動すればよい。
【００９９】
（複数の指における接触位置の座標検出方法）
本実施の形態の座標入力装置３Ａにおいては、非発光の被検出体である複数の指８Ａ・８Ｂが導光板１０に接触された場合においても、支障なく、それぞれの指８Ａ・８Ｂの座標位置を検出することができるようになっている。そのための構成を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態の座標入力装置３Ａにおいて、複数の指８Ａ・８Ｂの導光板１０への接触においても検出可能とするための構成を示す説明図である。
【０１００】
前述したように、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に光を入射させる光源ユニット４Ａ・４Ｂと、撮像ユニット２０・３０・４０・５０と、導光板１０の表面に指８を接触したときの該接触に基づく該導光板１０の内部の伝搬光を検知した撮像ユニット２０・３０・４０・５０の出力に基づいて、該指８における導光板１０の表面への接触位置の座標を検出する検出部６とを備えている。
【０１０１】
このような座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の受光変化量を０に維持した状態において、指８等の非発光の被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知する。
【０１０２】
ここで、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、導光板１０における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源ユニット４Ａ及び少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、少なくとも１つの光源ユニット４Ｂ及び少なくとも２つの撮像ユニット４０・５０とを備えている。
【０１０３】
ところで、このような構成とした場合において、第１の縁部の光源ユニット４Ａと該第１の縁部に対向する第２の縁部の光源ユニット４Ｂとを同時に点灯した場合には、撮像ユニット２０・３０又は撮像ユニット４０・５０には互いの対向する光源ユニット４Ａ・４Ｂからの光が入射するので、撮像ユニット２０・３０・４０・５０においては指８の接触による該指８における導光板１０の表面への接触位置の出力を認識することができない。このため、検出部６は、指８における導光板１０の表面への接触位置の座標を検出することができない。
【０１０４】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、第１の縁部に設けられた第１の光源としての光源ユニット４Ａと第２の縁部に設けられた第２の光源としての光源ユニット４Ｂとは互いに異なる波長の光を出射する。そして、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタとしての光学フィルタ２２・３２・４２・５２がそれぞれ設けられている。
【０１０５】
具体的には、第１の縁部に設けられた撮像ユニット２０・３０には、光源ユニット４Ａから出射された光を透過し、かつ光源ユニット４Ｂから出射された光を遮断する光学フィルタ２２・３２が設けられている。また、第２の縁部に設けられた撮像ユニット４０・５０には、光源ユニット４Ｂから出射された光を透過し、かつ光源ユニット４Ａから出射された光を遮断する光学フィルタ４２・５２が設けられている。
【０１０６】
これにより、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方しか入射されない。このため、第１の縁部の光源ユニット４Ａと該第１の縁部に対向する第２の縁部の光源ユニット４Ｂとを同時に点灯しても、撮像ユニット２０・３０・４０・５０には互いの対向する光源ユニット４Ａ・４Ｂからの光が入射するということがなく、指８Ａ・８Ｂの接触による伝搬光を検出することができる。この結果、指８Ａ・８Ｂが同時に導光板１０に接触される場合、例えば、指８Ａの検出は第１の縁部に設けられた光源ユニット４Ａと撮像ユニット２０・３０とによって該光源ユニット４Ａの波長の光に基づいて該撮像ユニット２０・３０に現れる出力にて行い、指８Ｂの検出は第２の縁部に設けられた光源ユニット４Ｂと撮像ユニット４０・５０とによって該光源ユニット４Ｂの波長の光に基づいて該撮像ユニット４０・５０に現れる出力にて行うことができる。
【０１０７】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、被検出体である複数の指８Ａ・８Ｂの両方の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１０８】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ａは、導光板１０における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも１つの光源ユニット４Ａ及び少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０と、少なくとも１つの光源ユニット４Ｂ及び少なくとも２つの撮像ユニット４０・５０とを備えている。
【０１０９】
そして、第１の縁部に設けられた光源ユニット４Ａと第２の縁部に設けられた光源ユニット４Ｂとは互いに異なる波長の光を出射する。また、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、第１の光源からの光と第２の光源からの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光学フィルタ２２・３２・４２・５２がそれぞれ設けられている。
【０１１０】
したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、被検出体である複数の指８Ａ・８Ｂの両方の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態の座標入力装置３Ａを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１１２】
この構成によれば、座標入力装置３Ａを、液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８Ａ・８Ｂにて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、複数の指８Ａ・８Ｂの座標位置を検出し得る座標入力装置３Ａを備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０１１３】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１２〜図１７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。
【０１１４】
前記実施の形態１の座標入力装置３Ａでは、被検出体としての複数の指８Ａ・８Ｂが同時に導光板１０に接触された場合の座標位置を検出するものであった。これに対して、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、被検出体としての複数の発光ペン９Ａ・９Ｂが同時に導光板１０に接触された場合の座標位置を検出する点が異なっている。そして、そのための構成として、座標入力装置３Ｂでは、撮像ユニット２０・３０・４０・５０における光学フィルタ２２・３２・４２・５２の構成が、前記実施の形態１の座標入力装置３Ａの構成と異なっており、その他の構成については、実施の形態１の座標入力装置３Ａの構成と同じである。
【０１１５】
（発光ペンの構成）
最初に、本実施の形態の座標入力装置３Ｂに用いられる発光ペン９の構成について、図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２は、本実施の形態の発光ペン９の構成を示す平面図である。また、図１３は座標入力システムの構成を示すものであって、図１４のＡ−Ａ線矢視断面図である。尚、図１２においては、説明の便宜上、筐体の一部を取り外して、内部構造を露出させている。
【０１１６】
上記発光ペン９は、いわゆるタッチペン又はスタイラスペンと呼ばれる操作部材である。
【０１１７】
発光ペン９は、図１２に示すように、外形となる筐体９ａの内部に、光を出射する発光素子ＬＤと、該発光素子ＬＤから発光された光を発光ペン９の先端から導光板１０へ導入させる導入部ＩＳとを有する発光部９ｂと、電源装置９ｃと、制御装置９ｄとを格納している。そして、発光ペン９の光出射先端側には、光を拡散させる光散乱部材９ｅが導入部ＩＳに固定されて取り付けられている。
【０１１８】
この光散乱部材９ｅは、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。上記光拡散材料としては、ガラスビーズを用いることができる。また、上記樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、又はシリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、座標入力装置３Ｂの導光板１０に発光ペン９の先端つまり光散乱部材９ｅを接触させて用いる場合に、導光板１０表面を傷付けることなく、かつ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板１０表面との接触面積を大きくすることができる。この結果、導光板１０表面に導入される光量を多くすることができる。すなわち、導光板１０の内部における深さ方向に対して複数の放射状の方向に、発光ペン９からの光を入射させることができるようになっている。
【０１１９】
光散乱部材９ｅの光出射面は、曲面を有している。すなわち、光散乱部材９ｅは概ね半球体であり、直径が例えば２．５〜５．５ｍｍとなっている。直径が２．５よりも小さいと、十分に拡散した光を形成することができない虞がある。
【０１２０】
さらに、この光散乱部材９ｅは、発光ペン９に対して着脱可能に構成されている。これにより、光散乱部材９ｅが何らかの理由で損傷した場合又は経時劣化した場合であっても、光散乱部材９ｅを交換するだけで発光ペン９の使用を継続することができる。
【０１２１】
上記発光素子ＬＤは、例えば赤外光等の光を発するＬＥＤ（light emitting diode）又は、半導体レーザ（laser diode：ＬＤ）を用いることができる。ただし、半導体レーザはＬＥＤよりも発光スペクトル幅が狭いので好ましい。
【０１２２】
上記電源装置９ｃは、例えば電池を内蔵する構成とすることができるほか、充電式に構成されていてもよい。
【０１２３】
上記制御装置９ｄは、発光素子ＬＤの発光を制御する。例えば、発光素子ＬＤが導光板１０に接触したときにのみに発光する仕組み等が盛り込まれる。この仕組みは感圧スイッチ等を用いることにより構成され、発光時間を制御できるため、消費電力を低減し、電池寿命を延ばすことができる。
【０１２４】
上記構成の発光ペン９では、電源装置９ｃから電源を受けた発光素子ＬＤは所定波長の光を発光する。この発光素子ＬＤから発光された光は、導入部ＩＳを経て光散乱部材９ｅに入射し、該光散乱部材９ｅの光拡散材料及び上記微細な凹凸形状によって乱反射する。そして、光散乱部材９ｅの光出射面から拡散光となって出射される。
【０１２５】
以上のように、発光ペン９には、光を出射する発光部９ｂが設けられており、ペン先から光が拡散放射される構成となっている。したがって、発光ペン９のペン先が導光板１０に接触すると、ペン先から放射された赤外光の一部が、導光板１０に結合して、導光板１０内を伝搬する。発光ペン９は、ペン先から光を拡散放射するため、導光板１０に結合した光は、導光板１０内を拡散放射しながら導光伝搬される。
【０１２６】
そして、図１３に示すように、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１３ａ・１４ａは、貫通孔１１を介して撮像ユニット２０・３０にそれぞれ入射する。撮像ユニット２０・３０では、撮像素子２３・３３から得られる各画像から、発光ペン９が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０とのなす角度を求める。これにより、以下に述べる２次元座標の算出原理に基づいて、二次元平面内での位置座標を精度よく求めることができる。
【０１２７】
（２次元座標位置の算出）
上述のようにして求めた、発光ペン９が接触した箇所における導光板１０の二次元平面内での撮像ユニット２０・３０とのなす角度を用いて、発光ペン９が接触した箇所における２次元座標位置の算出方法について、前記図１３、図１４及び図１５（ａ）（ｂ）に基づいて、以下に説明する。図１４は、導光板１０に発光ペン９をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。図１５（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１５（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。
【０１２８】
図１３に示すように、まず、発光ペン９のペン先が座標入力装置３Ｂにおける導光板１０の表面に接触したとき、発光ペン９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。
【０１２９】
ここで、図１４に示すように、発光ペン９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・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、レンズ２１・３１にて集光され、続いて、光学フィルタ２２・３２を通って、最後に撮像素子２３・３３に受光される。光学フィルタ２２・３２は、発光ペン９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。
【０１３０】
次に、撮像ユニット２０・３０の処理について、図１５（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。尚、図１５（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。
【０１３１】
図１５（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の位置は発光ペン９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。
【０１３２】
詳細には、図１５（ａ）において、発光ペン９が点Ｐ１ の位置にあるとき、図１５（ｂ）にも示すように、線状の像２５が形成される。また、この発光ペン９が点Ｐ２ の位置に移動したとき、線状の像２７が形成される。
【０１３３】
光を照射している状態にある発光ペン９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、前記発光部９ｂから光を照射している状態にある発光ペン９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１３ａ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。
【０１３４】
図１５（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、発光ペン９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、発光ペン９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、発光ペン９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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
発光ペン９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、検出部６を設けている。
【０１３９】
また、以上の方法にて求められた発光ペン９の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２ａの位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、発光ペン９のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル２ａの駆動を制御する図示しない制御部が、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２ａを駆動すればよい。
【０１４０】
（複数の発光ペンにおける接触位置の座標検出方法）
本実施の形態の座標入力装置３Ｂにおいては、被検出体である複数の発光ペン９Ａ・９Ｂが導光板１０に接触された場合においても、支障なく、それぞれの発光ペン９Ａ・９Ｂの座標位置を検出することができるようになっている。そのための構成を図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図１７に基づいて説明する。図１６（ａ）は本実施の形態の座標入力装置３Ｂにおいて複数の発光ペン９Ａ・９Ｂを導光板１０に接触させたときの光路を示す斜視図であり、図１６（ｂ）はそのときの第１の縁部に設けられた撮像素子２３・３３の画像を示す平面図であり、図１６（ｃ）はそのときの第２の縁部に設けられた撮像素子４３・５３の画像を示す平面図である。図１７（ａ）（ｂ）は光源用フィルタと発光ペン用フィルタとに分割された光学フィルタ２２の一例を示す平面図である。
【０１４１】
図１６（ａ）に示すように、前述したように、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に光を入射させる光源ユニット４Ａ・４Ｂと、少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０・４０・５０と、導光板１０の表面に発光ペン９Ａ・９Ｂを接触したときの該接触に基づく該導光板１０の内部の伝搬光を検知した撮像ユニット２０・３０・４０・５０の出力に基づいて、該発光ペン９Ａ・９Ｂにおける導光板１０の表面への接触位置の座標を検出する検出部６とを備えている。
【０１４２】
そして、発光ペン９Ａ・９Ｂは、互いに異なる波長の光を発光すると共に、これらの光の波長は、光源ユニット４Ａ・４Ｂの光の波長とも異なっている。具体的には、発光ペン９Ａのピーク波長は９４０ｎｍであり、発光ペン９Ｂのピーク波長７３０ｎｍである。尚、実施の形態１にて説明したように、光源ユニット４Ａに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光のピーク波長は例えば７８０ｎｍであり、光源ユニット４Ｂに設けられたＬＥＤ４ａから発せられる光のピーク波長は例えば８５０ｎｍである。
【０１４３】
ところで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、実施の形態１の座標入力装置３Ａと同様に、撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部に設けられ、撮像ユニット４０・５０及び光源ユニット４Ｂは、長手方向に沿う第１の縁部に対向する第２の縁部とにそれぞれ設けられている。
【０１４４】
そして、撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、互いに波長の異なる光源ユニット４Ａ・４Ｂのための光学フィルタ２２・３２・４２・５２を有している。また、発光ペン９Ａ・９Ｂの互いに異なる波長の光を識別するためには、光源ユニット４Ａ・４Ｂのための光源用フィルタである光学フィルタ２２・３２・４２・５２とは異なる透過波長域の発光ペン用フィルタが必要となることは明らかである。
【０１４５】
したがって、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとの両方が撮像素子２３・３３・４３・５３の手前に設ける必要があるので、光源用フィルタと発光ペン用フィルタとをどのように組み合わせるかが問題となる。例えば、光源用フィルタと発光ペン用フィルタを重ねたときには、指８Ａ・８Ｂ及び発光ペン９Ａ・９Ｂの両方の光を透過することができなくなってしまう。
【０１４６】
そこで、本実施の形態では、この問題を解決するために、導光板１０には、伝搬光を各撮像ユニット２０・３０・４０・５０へそれぞれ線状に出射する光路変換部としての貫通孔１１を設けると共に、例えば撮像ユニット２０には、図１７（ａ）に示すように、光源用フィルタ２２ａと発光ペン用フィルタ２２ｂとを、貫通孔１１から線状に出射された光をそれぞれ横切らせるように、並べて配設されている。尚、撮像ユニット３０・４０・５０においても、図示しないが、同様の構成としている。ここで、図１７（ａ）に示す光源用フィルタ２２ａと発光ペン用フィルタ２２ｂとに２分割された光学フィルタ２２は、視野角９０度用のものである。ただし、必ずしもこれに限らず、図１７（ｂ）に示すように、光源用フィルタ２２ａを円形とし、発光ペン用フィルタ２２ｂを扇形にした光学フィルタ２２とすることも可能である。図１７（ｂ）に示す光学フィルタ２２は、視野角１８０度用として使用されるものである。尚、２分割に限らず、３分割することも可能である。
【０１４７】
ここで、光源用フィルタ２２ａの透過波長域は、第１の縁部における撮像ユニット２０・３０の光学フィルタ２２・３２においては光源ユニット４Ａのピーク波長７８０ｎｍに対応した７８０ｎｍ±３０ｎｍとなっている一方、第２の縁部における撮像ユニット４０・５０の光学フィルタ４２・５２においては、光源ユニット４Ｂのピーク波長８５０ｎｍに対応した８５０ｎｍ±３０ｎｍとなっている。
【０１４８】
また、発光ペン用フィルタ２２ｂの透過波長域は、第１の縁部における撮像ユニット２０・３０の光学フィルタ２２・３２においては発光ペン９Ａのピーク波長９４０ｎｍに対応した９４０ｎｍ±５ｎｍとなっている一方、第２の縁部における撮像ユニット４０・５０の光学フィルタ４２・５２においては、発光ペン９Ｂのピーク波長７３０ｎｍに対応した７３０ｎｍ±５ｎｍとなっている。これら光学フィルタ２２・３２・４２・５２により、複数の指８Ａ・８Ｂ及び複数の発光ペン９Ａ・９Ｂの検出が可能となると共に、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ようになっている。
【０１４９】
この構成により、図１６（ｂ）に示すように、撮像ユニット２０・３０の撮像素子２３・３３には、外周の扇形部分に例えば発光ペン９Ａによる線状の画像が現れる。また、図１６（ｃ）に示すように、撮像ユニット４０・５０の撮像素子４３・５３には、外周の扇形部分に例えば発光ペン９Ｂによる線状の画像が現れる。尚、撮像素子２３・３３・４３・５３の内周の扇形部分には実施の形態１にて説明した指８Ａ・８Ｂによる線状の画像が現れる。
【０１５０】
この結果、２つの撮像ユニット２０・３０又は撮像ユニット４０・５０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、複数の発光ペン９Ａ・９Ｂ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。
【０１５１】
また、被検出体である複数の指８Ａ・８Ｂにおいても、図１７（ａ）（ｂ）に示す光源用フィルタ２２ａを用いて、図１６（ｂ）（ｃ）に示す撮像素子２３・３３・４３・５３の内周の扇形部分を使用することにより、指８Ａ・８Ｂを識別して検出することができる。
【０１５２】
さらに、被検出体である一つの指８Ａと一つの発光ペン９Ａとを導光板１０に接触した場合においても区別して検出することができることは、今までの説明により明らかである。
【０１５３】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、撮像ユニット２０・３０・４０・５０は、導光板１０の表面に非発光の指８Ａ・８Ｂからなる被検出体を接触したときの指８Ａ・８Ｂによる散乱光の伝搬光と、導光板１０の表面に発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体を接触したときの該発光ペン９Ａ・９Ｂから発光された光の伝搬光とを検知する。そして、発光ペン９Ａ・９Ｂは、光源ユニット４Ａ・４Ｂとは異なる波長の光を出射し、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させる発光ペン用フィルタ２２ｂが光源用フィルタ２２ａとは別に設けられている。
【０１５４】
これにより、指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体が導光板１０に接触された場合には、光源ユニット４Ａ・４Ｂから各撮像ユニット２０・３０・４０・５０の撮像素子２３・３３・４３・５３までの光路内には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタ２２ａがそれぞれ設けられているので、指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体における接触による伝搬光を検出することができる。
【０１５５】
一方、発光ペン９Ａ・９Ｂが導光板１０に接触された場合、発光ペン９Ａ・９Ｂから発光された光の伝搬光が撮像ユニット２０・３０・４０・５０にて検出される。ここで、本実施の形態では、発光ペン９Ａ・９Ｂは、光源ユニット４Ａ・４Ｂとは異なる波長の光を出射する。そして、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体から発光された波長の光を選択的に透過させる発光ペン用フィルタ２２ｂがさらに設けられている。すなわち、発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体から発光された光の波長は、光源ユニット４Ａ・４Ｂの光の波長とのいずれにも異なっており、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０では、発光ペン用フィルタ２２ｂを介して、発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体から発光された波長の光が選択的に透過される。この結果、発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体における接触による伝搬光を検出することができる。
【０１５６】
この結果、指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体又は発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体のいずれであっても、接触位置の座標位置を検出することができる。
【０１５７】
したがって、複数の指８Ａ・８Ｂ等における非発光の被検出体と複数の発光ペン９Ａ・９Ｂからなる被検出体との両方が同時に導光板１０に接触された場合においても、各被検出体の接触位置の座標を検出し得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１５８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、導光板１０には、伝搬光を各撮像ユニット２０・３０・４０・５０へそれぞれ線状に出射する貫通孔１１が設けられ、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０には、光源用フィルタ２２ａと発光ペン用フィルタ２２ｂとが、貫通孔１１から線状に出射された光をそれぞれ横切らせるように並べて配設されている。
【０１５９】
このため、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の撮像素子２３・３３・４３・５３には、指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体の接触に基づく導光板１０の伝搬光による線状の像と、発光ペン９Ａ・９Ｂの接触に基づく導光板１０の伝搬光による線状の像とが、同時に、千鳥状又は１本の直線像として現れる。
【０１６０】
この結果、各撮像ユニット２０・３０・４０・５０にて指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体及び発光ペン９Ａ・９Ｂにおける接触位置の２つの視認角と、既知の受光手段間の一辺距離とから、三角測量法にて、指８Ａ・８Ｂ等の非発光の被検出体及び発光ペン９Ａ・９Ｂ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。
【０１６１】
したがって、被検出体である複数の指８Ａ・８Ｂ及び発光ペン９Ａ・９Ｂの両方又は複数のいずれか一方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得る座標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１６２】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、光源ユニット４Ａ・４Ｂは、複数の半導体レーザにてなっていることが好ましい。
【０１６３】
すなわち、光源として、ＬＥＤ４ａ又は半導体レーザを使用することが考えられる。
【０１６４】
ここで、ＬＥＤ４ａは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広い。したがって、光源ユニット４Ａ・４ＢとしてＬＥＤ４ａを使用したときには、これに加えて、発光波長の異なる発光ペン９を組み合わせることになると、発光ペン９の発光波長における選択の幅が狭くなる。この結果、設計の自由度を増加させることができる。
【０１６５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、光源ユニット４Ａ又は光源ユニット４Ｂから各撮像ユニット２０・３０・４０・５０までの光路内には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用サブフィルタがそれぞれ設けられているとすることができる。
【０１６６】
上述したように、ＬＥＤ４ａの発光スペクトル幅は±３０ｎｍであり、半導体レーザの発光スペクトル幅は±数ｎｍであることから、ＬＥＤ４ａは半導体レーザよりも発光スペクトル幅が広い。
【０１６７】
したがって、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける各目標波長の組み合わせに加えて、発光波長の異なる発光ペン９Ａ・９Ｂを組み合わせることになると、発光ペン９Ａ・９Ｂの発光波長は７５０ｎｍ以下の可視域のものになり、非可視の発光ペン９Ａ・９Ｂを組み合わせることが困難となる。
【０１６８】
一方、上述したように、発光スペクトル幅の狭い半導体レーザを用いれば、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける各目標波長の組み合わせとして例えば８２０ｎｍ及び８５０ｎｍとしたときには、発光ペンの発光波長は８３０ｎｍ以下の波長を選ぶことが可能となり、設計の自由度を増加させることができる。
【０１６９】
しかしながら、半導体レーザはＬＥＤ４ａよりも高価である。そこで、半導体レーザを使用しなくても、本実施の形態のように、光源ユニット４Ａ・４Ｂから各撮像ユニット２０・３０・４０・５０までの光路内には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用サブフィルタをそれぞれ設けることが可能である。例えば、光源ユニット４Ａと光源ユニット４Ｂとに光源用サブフィルタをそれぞれ被せる。
【０１７０】
これにより、発光スペクトル幅の広い光源ユニット４Ａ・４Ｂを用いた場合においても、光源用サブフィルタを用いて光源ユニット４Ａ・４Ｂの出射光のスペクトル幅を絞り込むことにより、半導体レーザを使用しなくても半導体レーザと同等の機能を持たせることができる。
【０１７１】
また、本実施の形態の座標入力システム１は、本実施の形態の座標入力装置３Ｂを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１７２】
この構成によれば、座標入力装置３Ｂを、液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８Ａ・８Ｂ及び発光ペン９Ａ・９Ｂにて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、複数の指８Ａ・８Ｂ及び複数の発光ペン９Ａ・９Ｂ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。
【０１７３】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図１８〜図２２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１７４】
前記実施の形態１の座標入力装置３Ａでは、撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部に設けられ、撮像ユニット４０・５０及び光源ユニット４Ｂは、長手方向に沿う第１の縁部に対向する第２の縁部とにそれぞれ設けられていた。
【０１７５】
これに対して、本実施の形態の座標入力装置３Ｃにおいては、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部には３つ以上の受光手段が設けられていると共に、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部に対向する第２の縁部にも３つ以上の受光手段が設けられている点が異なっている。
【０１７６】
本実施の形態の座標入力装置３Ｃの構成について、図１８〜図２２に基づいて説明する。図１８は、実施の形態１の座標入力装置３Ａにおいて指が撮像ユニットの近接位置に接触された状態を示す平面図である。図１９は実施の形態１の座標入力装置３Ａにおいて指が同時に２箇所に接触された場合の不具合を示す平面図である。図２０は、本実施の形態における座標入力装置３Ｃの構成を示す斜視図である。図２１は、座標入力装置３Ｃにおいて、指が撮像ユニットの近接位置に接触された場合の検出方法を示す平面図である。図２２は座標入力装置３Ｃにおいて、複数の指が導光板に接触された場合の検出方法を示す平面図である。
【０１７７】
すなわち、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部に、受光手段として２つの撮像ユニット２０・３０が設けられている場合には、以下のように、検出に支障を来たす場合がある。
【０１７８】
例えば、図１８に示すように、導光板１０において、撮像ユニット２０・３０から離れた指８の接触位置Ｐ１ の座標位置については容易に検出することが可能である。しかしながら、図１８に示すように、導光板１０において、撮像ユニット２０・３０に近接した指８の接触位置Ｐ２ の座標については、各撮像ユニット２０・３０からの視認方向への角度が小さいので、位置変化に対する角度変化が小さい。この結果、検出精度が悪くなるという問題がある。
【０１７９】
また、図１９に示すように、例えば、導光板１０の表面に２つの指８Ａ・８Ｂが点Ｐ１ 及び点Ｐ２ に同時に接触された場合、撮像ユニット２０・３０では、２つの指８Ａ・８Ｂが点Ｐ３ 及び点Ｐ４に存在していると誤認識する可能性がある。
【０１８０】
そこで、本実施の形態の座標入力装置３Ｃでは、図２０に示すように、受光手段としての６つの撮像ユニット２０・３０・４０・５０・６０・７０が設けられている。具体的には、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部には３つの撮像ユニット２０・６０・３０が設けられていると共に、導光板１０における長手方向に沿う第１の縁部に対向する第２の縁部には、３つの撮像ユニット４０・７０・５０が設けられている。
【０１８１】
この場合、中央の撮像ユニット６０・７０が配置される箇所には、光源ユニット４Ａ・４Ｂを配置しないようにする。これにより、ＬＥＤ４ａの光が中央の撮像ユニット６０・７０に入射されるのを防止することができる。
【０１８２】
そして、本実施の形態の座標入力装置３Ｃにおいても、光源ユニット４Ａ・４Ｂから各撮像ユニット２０・３０・４０・５０の撮像素子２３・３３・４３・５３までの光路内には、光源ユニット４Ａからの光と光源ユニット４Ｂからの光とのいずれか一方を選択的に透過させる光源用フィルタとしての光学フィルタ２２・３２等がそれぞれ設けられている。
【０１８３】
これにより、図２１に示すように、撮像ユニット２０・３０に近接した指８の接触位置Ｐ２ の座標について、撮像ユニット３０からの視認方向への角度βが小さい場合であっても、中央の撮像ユニット７０を用いることによって、撮像ユニット３０からの視認方向への角度βよりも大きい像ユニット７０からの視認方向への角度β’を得ることができる。
【０１８４】
これにより、撮像ユニット２０・３０に近接した指８の接触位置の検出精度が悪くなるという問題を解消することができる。
【０１８５】
また、図２２に示すように、導光板１０の表面に２つの指８Ａ・８Ｂが点Ｐ１ 及び点Ｐ２ に同時に接触された場合について、撮像ユニット６０を用いて２つの指８Ａ・８Ｂの点Ｐ１ 及び点Ｐ２ への視認角度を求める。その結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット６０を用いた場合、点Ｐ１ 及び点Ｐ２ とは別に、２つの指８Ａ・８Ｂが点Ｐ５ 及び点Ｐ６とに設けられている可能性が検出される。この場合、図１９に示す撮像ユニット２０・３０にて求めた点Ｐ１ 及び点Ｐ２ と、図２２に示す撮像ユニット２０・６０にて求めた点Ｐ１ 及び点Ｐ２ とは一致する。この結果、２つの指８Ａ・指８Ｂに対して３つの撮像ユニット２０・３０・６０を用いることにより、導光板１０における２つの指８Ａ・指８Ｂの接触位置である点Ｐ１ 及び点Ｐ２ を正確に求めることができる。尚、この方式においては、一般的に、導光板１０におけるＮ（Ｎは２以上の整数）点の同時接触に対して、Ｎ＋１個の受光手段が存在すれば、Ｎ（Ｎは２以上の整数）点の同時接触を正確に検出することが可能である。また、本実施の形態のように、６つの撮像ユニット２０・３０・４０・５０・６０・７０を用いて、光源ユニット４Ａ・４Ｂを点灯することにより、指８の５点の同時検出が可能である。
【０１８６】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｃでは、導光板１０における第１の縁部及び第２の縁部には、それぞれ少なくとも３つ以上の受光手段としての撮像ユニット２０・６０・３０及び撮像ユニット４０・７０・５０が設けられている。
【０１８７】
この結果、撮像ユニット２０・３０又は撮像ユニット４０・５０に近接する指８の接触位置の検出精度の低下を防止することができる。また、複数の指８の同時接触においても、各指８の接触位置を正確に検出することができる。
【０１８８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｃは、撮像ユニット２０・３０及び光源ユニット４Ａは、導光板１０における長手方向に沿う一方の第１の縁部に設けられ、撮像ユニット４０・５０及び光源ユニット４Ｂは、長手方向に沿う第１の縁部に対向する他方の第２の縁部とにそれぞれ設けられている。
【０１８９】
これにより、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｃにおいて、複数の指８Ａ・８Ｂの座標位置を区別して精度よく検出し得る座標入力装置３Ｃ及び座標検出方法を提供することができる。
【０１９０】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｃでは、板状の導光板１０は、平面形状が長方形となっていると共に、撮像ユニット２０・３０・６０・４０・５０・７０及び光源ユニット４Ａ・４Ｂは、導光板１０における長辺側の縁部に設けられている。
【０１９１】
すなわち、本実施の形態では、指８等の被検出体が導光板１０に接触された場合、その散乱光が撮像ユニット２０・３０・６０・４０・５０・７０にて検出される。このため、散乱光の光量が大きいほど、撮像ユニット２０・３０・６０・４０・５０・７０での検出強度が大きくなり、検出し易いことになる。そのためには、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける導光板１０材への照射領域の光量密度を大きくする必要がある。
【０１９２】
そこで、本実施の形態では、導光板１０が長方形の平面形状を有しているので、撮像ユニット２０・３０・６０・４０・５０・７０及び光源ユニット４Ａ・４Ｂを、導光板１０における長辺側の縁部に設けている。これにより、光源ユニット４Ａ・４Ｂから導光板１０の対向端部までの距離が小さくなるので、光源ユニット４Ａ・４Ｂにおける導光板１０への照射領域の光量密度を大きくすることができる。
【０１９３】
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３Ｃを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール２を備えている。
【０１９４】
この構成によれば、座標入力装置３Ｃを、液晶表示モジュール２の画像を見ながら指８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３Ｃ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８等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ｃを備えた座標入力システム１を提供することができる。
【０１９５】
尚、上記の説明では、実施の形態１における座標入力装置３Ａにおいて、複数の受光手段である撮像ユニット２０・３０・６０・４０・５０・７０を設けた座標入力装置３Ｃについて説明した。しかし、このような構成及び作用効果は、実施の形態２における座標入力装置３Ｂに適用した場合においても同様である。
【０１９６】
尚、本発明は、各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、各実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、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該導光部材の内部の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該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検出する検出手段とを備えた座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムに適用することができる。また、座標入力装置は、指タイプ及びタッチペンタイプのいずれにも適用可能である。さらに、座標入力システムは、パソコン、テレビ、白板、タブレット端末等に適用が可能である。
【符号の説明】
【０１９８】
１          座標入力システム
２          液晶表示モジュール（画像表示モジュール）
２ａ        液晶表示パネル
３Ａ        座標入力装置
３Ｂ        座標入力装置
３ｃ        座標入力装置
４Ａ        光源ユニット（光源）
４Ｂ        光源ユニット（光源）
４ａ        ＬＥＤ
５          光結合部材
６          検出部（検出手段）
７          光吸収部材
８          指（被検出体、非発光の被検出体）
８Ａ        指（第１の被検出体）
８Ｂ        指（第２の被検出体）
９          発光ペン
９Ａ        発光ペン（第１の被検出体）
９Ｂ        発光ペン（第２の被検出体）
１０          導光板（導光部材）
１１          貫通孔
１１ａ        壁面
１３ａ        伝搬光
１４ａ        伝搬光
２０          撮像ユニット（受光手段）
２１          レンズ
２２          光学フィルタ（光源用フィルタ）
２２ａ        光源用フィルタ
２２ｂ        発光ペン用フィルタ
２３          撮像素子
３０          撮像ユニット（受光手段）
３１          レンズ
３２          光学フィルタ（光源用フィルタ）
３３          撮像素子
４０          撮像ユニット（受光手段）
４２          光学フィルタ（光源用フィルタ）
４３          撮像素子
５０          撮像ユニット（受光手段）
５２          光学フィルタ（光源用フィルタ）
５３          撮像素子
６０          撮像ユニット（受光手段）
７０          撮像ユニット（受光手段）
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】
2013250815.tif 000009
【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】
2013250815.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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