(57)【要約】【課題】被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現する。【解決手段】座標入力装置は、板状の導光板１０と、導光板１０に光を入射させるＬＥＤ４ａと、少なくとも２つの撮像ユニットと、導光板１０の表面に指を接触したときの指による光散乱を検知した撮像ユニットの出力に基づいて、指における導光板１０の表面への接触位置の座標を検出する検出部とを備える。さらに、ＬＥＤ４ａの出射光を導光板１０の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材５が設けられている。【選択図】図８
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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、少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内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、
光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が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】
上記光結合部材は、上記導光部材に接する接面と、光源の出射光の光軸方向が上記導光部材の裏面に対して傾斜するように上記光源を配置するための光源配置部とを備え、上記接面を介して、上記光源の光を上記導光部材へ入射させることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】
上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θｐが２５°以上４８°未満になるように、上記光結合部材に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の座標入力装置。
【請求項４】
上記光結合部材の屈折率は、上記導光部材の屈折率と同じであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の座標入力装置。
【請求項５】
上記光源は、その出射光の光軸と導光部材の裏面の法線とのなす角度が４５±１０°になるように、上記光結合部材に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に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被検出体による光散乱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の第１の実施形態に開示されているタッチパネル１００は、図２０（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２０（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２１（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。
【０００７】
また、特許文献１の第３の実施形態には、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、光源１０２ａ及び受光素子１０４ａと光源１０２ｂ及び受光素子１０４ｂとを導光板１０１の向かい合う端面にそれぞれ配置し、光源１０２ａ・１０２ｂを交互に点灯させることにより、受光素子１０４ａ・１０４ｂに直接到達する光の影響をなくすことができるタッチパネル１００’が記載されている。これにより、光源１０２ａ・１０２ｂと受光素子１０４ａ・１０４ｂの配置の自由度を増すことが可能となるとしている。
【０００８】
ところで、このようなタッチパネル１００’においては、指等の被検出体を複数存在させたい場合がある。このような場合、受光素子が二つしかないときには、図１５に示すように、指等の被検出体における接触位置の取り得る組み合わせが複数存在することになり、接触位置を確定できない。この場合、受光素子を少なくとも３つ用いることによって、複数の指等の被検出体における接触位置を決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
しかし、特許文献１の技術では、被検出体の位置検出精度が低いという問題がある。
【００１１】
特許文献１の技術では、被検出体１１０のタッチ位置での散乱光を検出しており、伝搬光の導光板１０１の表面への反射回数が多ければ多いほど、被検出体１１０の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなる。特許文献１のタッチパネル１００では、光源１０２は、導光板１０１の側面に配置されている。よって、光源１０２の出射光は、導光板１０１の側面に対して略垂直に入射することになる。それゆえ、導光板１０１内においては、導光板１０１の表面または裏面に対して０°に近い角度で反射する反射成分の光強度が最大となる。このような反射成分は、導光板１０１の表面または裏面に対する反射角度が極めて小さいので、導光板１０１内での全反射の回数が少ない。その結果、引用文献１の技術では、被検出体１１０の位置検出に寄与する散乱光成分が少ないので、被検出体１１０の位置検出精度が低くなるという問題がある。
【００１２】
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、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置、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】
【００１３】
本発明の座標入力装置は、上記の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、少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内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、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、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、少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内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。
【００１５】
このような座標入力装置では、被検出体のタッチ位置での散乱光を検出しており、伝搬光の導光部材の表面への反射回数が多ければ多いほど、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなる。特許文献１のタッチパネルでは、光源は、導光部材の側面に配置されており、光源の出射光は、導光部材の側面に対して略垂直に入射することになる。それゆえ、導光部材内においては、導光部材の表面または裏面に対して０°に近い角度で反射する反射成分の光強度が最大となる。このような反射成分は、導光部材の表面または裏面に対する反射角度が極めて小さいので、導光部材内での全反射の回数が少ない。その結果、引用文献１の技術では、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が少ないので、被検出体の位置検出精度が低くなるという問題がある。
【００１６】
そこで、上記の構成によれば、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられている。これによって、導光部材内を伝搬する光は、導光部材の表面または裏面に対して０°に近い角度で反射する反射成分の強度が減少し、導光部材の表面または裏面での全反射回数が多くなる。その結果、上記の構成によれば、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。
【００１７】
本発明の座標入力装置では、上記光結合部材は、上記導光部材に接する接面と、光源の出射光の光軸方向が上記導光部材の裏面に対して傾斜するように上記光源を配置するための光源配置部とを備え、上記接面を介して、上記光源の光を上記導光部材へ入射させることが好ましい。
【００１８】
これによって、確実に、上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように光源の出射光を結合することが可能になる。被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。
【００１９】
本発明の座標入力装置では、上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θｐが２５°〜４８°になるように、上記光結合部材に設置されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θｐが２５°〜４８°になるように、上記光結合部材に設置されているので、例えば導光部材の材料がアクリル樹脂である場合、指接触によって生じた散乱光による光量変化量が大きくなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。
【００２１】
本発明の座標入力装置では、上記光結合部材の屈折率は、上記導光部材の屈折率と同じであることが好ましい。
【００２２】
これによって、光結合部材と導光部材との界面にて発生する光損失をなくすことができる。その結果、上記の構成によれば、光源からの光を導光部材へ効率よく光結合することができる。
【００２３】
また、当該技術分野で用いられる導光部材の材料、光源の種類等を考慮すると、上記光源は、その出射光の光軸と導光部材の裏面の法線とのなす角度が４５±１０°になるように、上記光結合部材に配置されていることが好ましい。
【００２４】
本発明の座標入力システムは、上記の課題を解決するために、上述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。
【００２５】
上記の構成によれば、上述の座標入力装置と画像表示パネルとを備えているので、被検出体の位置検出精度が高い座標入力システムを実現することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の座標入力装置は、以上のように、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱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求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられている構成である。
【００２７】
また、本発明の座標入力システムは、以上のように、上記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構成である。
【００２８】
それゆえ、被検出体の位置検出精度が高いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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、座標入力装置における光源ユニットの点灯制御方法を示す平面図である。
【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７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】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８】（ａ）〜（ｃ）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９】導光板を伝搬する光の、指の位置検出に寄与する伝搬角θｐの設定を検証した結果を示し、導光板の指接触による光量変化と伝搬角θｐとの関係を示すグラフである。
【図１０】光源ユニットと撮像ユニットとの位置関係を示す平面図、及び該平面図に示された光源ユニットにおける光結合部材の構成を示す断面図である。
【図１１】（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１２】（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】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、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１５】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１６】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１７】上記他の実施の形態における座標入力装置の光源ユニットの点灯制御方法を示す平面図である。
【図１８】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１９】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２０】（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２１】（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。
【図２２】（ａ）（ｂ）は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置における変形例の構成を示すものであって、光源の点灯制御方法を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の座標入力装置は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内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構成となっている。本発明の座標入力装置においては、導光部材の表面に被検出体を接触したとき、受光手段が該接触による導光部材内の伝搬光を検知する。そして、検出手段は、受光手段の出力に基づいて、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検出する。
【００３１】
ここで、検出手段が検出する「受光手段の出力」は、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力と、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力との出力差を識別できる出力像を意味する。それゆえ、「受光手段の出力」は、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも大きい出力像と、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも小さい出力像との両方を包含する。
【００３２】
また、被検出体は、導光部材の表面に接触することによって、上記出力差を識別できるものであればよく、例えば、指、棒状のタッチペン、発光ペン等が挙げられる。
【００３３】
以下の実施形態では、被検出体が指であり、かつ検出手段が検出する「受光手段の出力」が、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも大きい出力像である構成を例にして説明する。この場合、「受光手段の出力」は、「導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱を検知した受光手段の出力」であり、さらに具体的には、被検出体の存在による散乱光の受光ピークである。
【００３４】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図１５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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７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。図８（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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７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も図示しないが、同様の構成を有している。
【００４９】
図５に示す光学フィルタ２２・４２等は、指８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。光学フィルタ２２・４２等により、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。ただし、指８の接触による散乱光の検出においては、バックグラウンドとなる映像信号との差分をとれば足りるため、必ずしも光学フィルタは必要ではない。
【００５０】
また、本実施の形態の撮像素子２３・３３・４３等は、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。
【００５１】
撮像素子２３・３３・４３等の受光面は、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。
【００５２】
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等に結合しない構造になっている。
【００５３】
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ＬＥＤ４ａ…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、ＬＤ（laser diode）等を用いることもできる。
【００５４】
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の外周端近傍に設けられており、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の外周端近傍に設けられている。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４・４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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、座標入力装置３Ａには、図７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。
【００５８】
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。
【００５９】
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被検出体であってもよい。
【００６０】
（光結合部材５の構成）
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８（ａ）〜（ｃ）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の裏面に対して斜めに入射されるようになっている。より具体的には、光結合部材５は、導光板１０と両面テープ５ｂ又は接着剤を介して接する接面と、ＬＥＤ４ａの出射光の光軸方向が導光板１０の裏面に対して傾斜するようにＬＥＤ４ａを配置するための光源配置部とを備えている。そして、光結合部材５は、上記接面（両面テープ５ｂ又は接着剤）を介して、ＬＥＤ４ａの出射光を導光板１０へ入射させるようになっている。
【００６１】
これによって、導光板１０内を伝搬する光は、導光板１０の表面または裏面に対して０°に近い角度で反射する反射成分の強度が減少し、導光板１０の表面または裏面での全反射回数が多くなる。その結果、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。
【００６２】
上記光結合部材５は、詳細には、図８（ａ）に示すように、例えば、三角柱のブロック５ａからなっているとすることができる。このブロック５ａは、導光板１０に対し例えば両面テープ５ｂ又は接着剤によって接着され得る。そして、このブロック５ａの傾斜面５ｃ（光源配置部）にＬＥＤ４ａを接着し、ＬＥＤ４ａの出射光の光軸が導光板１０の裏面に対して傾斜するようにする。これにより、ＬＥＤ４ａの出射光を、図８（ａ）に示すように、導光板１０に対して斜めに入射させることができる。
【００６３】
尚、図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ４ａとして砲弾型のＬＥＤ４ａを使用する場合には、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のブロック５ａ’を用いることができる。ブロック５ａ’は、砲弾型ＬＥＤとしてのＬＥＤ４ａを収容する収容部５ｃ’（光源配置部）を有している。そして、この収容部５ｃ’は、導光板１０の裏面に対して傾斜するように延びている。ブロック５ａ’によっても、ＬＥＤ４ａの出射光を、導光板１０に対して斜めに入射させることができる。
【００６４】
また、図８（ｃ）に示されるように、光結合部材５は、導光板１０の裏面に接着（固定）された、三角柱形状体５ｄを有するシート状のもの（例えば、プリズムシート）であってもよい。この場合、図８（ｃ）に示されるように、ＬＥＤ４ａと光結合部材５とは離間しており、エアギャップが設けられている。また、光結合部材５は、三角柱形状体５ａがＬＥＤ４ａと対向するように導光板１０の裏面に接着されている。ＬＥＤ４ａの出射光は、光結合部材５に形成された三角柱形状体５ｄによって、導光板１０内に入射する。そして、導光板１０内を全反射しつつ、伝搬する。このように、図８（ｃ）の構成によれば、光結合部材５によって、光源ユニット４Ａ・４Ｂを導光板１０の背面側に配設している場合であっても、導光板１０内部を伝搬する伝搬成分の光量を増加させることができる。
【００６５】
また、三角柱形状体５ｄは、公知のプリズムシート等に使用される形状であればよいが、断面が２等辺三角形である三角柱形状よりも断面が直角三角形である直角三角柱形状であることが好ましい。具体的には、光結合部材５の三角柱形状体５ｄは、直角三角形を形成する３側面として、導光板１０の裏面に平行な第１の面５ｄ１と、導光板１０の裏面に垂直な第２の面５ｄ２と、傾斜面としての第３の面５ｄ３とを有する。第３の面５ｄ３は、第２の面５ｄ２から伝搬方向に傾斜した面である。三角柱形状体５ｄを上述のような直角三角柱形状とすることによって、導光板１０内において、伝搬方向に向けて伝搬する光の量を増やすことができる。その結果、ＬＥＤ４ａの出射光の、導光板１０の伝搬方向への指向性を高めることができる。また、三角柱形状体の代わりに曲面形状体のものを用いても構わない。光源の条件や導光板１０内部の伝搬に応じて光結合部材の形状を適宜、選択することができる。ここで、伝搬方向は、光源ユニット４Ａが設けられた第１の縁部から、光源ユニット４Ｂが設けられた第２の縁部へ向かう方向を意味する。
【００６６】
なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示された構成は、ＬＥＤ４ａの出射光を、光結合部材５を介して導光板１０へ入射させる構成であった。しかし、座標入力装置３Ａは、この構成に限定されず、例えば、光結合部材５と導光板１０とが溶着などによって一体化した構成であってもよい。また、座標入力装置３Ａは、光源ユニット４Ａと導光板１０とを溶着固定することによって光結合部材５を省略した構成であってもよい。
【００６７】
ここで、導光板１０を伝搬する光の、指８の位置検出に寄与する伝搬角θｐの設定を検証した。この検証では、一方の端面が４５°に傾斜した４５°傾斜面である導光板を用いた。そして、４５°傾斜面からランバード分布のレーザ光（平行光）を入射させて導光板内に光を伝搬させている。そして、導光板の指接触によって生じた散乱光による光量変化量を、４５°傾斜面と反対側の他方の端面に設けられたパワーメータによって測定する。４５°傾斜面に対する入射角を変化させて、各入射角に対する導光板の指接触で生じた散乱光による光量変化量を測定した。なお、この検証では、導光板として、厚さ１ｍｍまたは２ｍｍ、長さ３３０ｍｍのアクリル導光板を用いた。図９は、上記検証の結果を示し、導光板の指接触による光量変化と伝搬角θｐとの関係を示すグラフである。図９のグラフの縦軸は、パワーメータによる変化量を示す。
【００６８】
図９に示されるように、伝搬角θｐが２５°以上である場合、指接触によって生じた散乱光による光量変化量が大きくなっていることがわかる。アクリル導光板の臨界角が４８°であることを考えると、導光板内を伝搬する光の中でも、伝搬角θｐが２５°以上４８°未満である角度成分の光が、指の位置検出に大きく寄与することがわかる。なお、この傾向は、アクリル導光板の厚さが１ｍｍである場合、及びアクリル導光板の厚さが２ｍｍである場合の両方において見られた。
【００６９】
図９の結果から、ランバード分布のレーザ光を出射する光源（ＬＥＤ）を用いた場合、指の位置検出を良好にするためには、強度ピークが４５°傾斜面に対し３６〜３７°になるように入射角を設定すればよいことがわかる。
【００７０】
また、光結合部材５としてのブロック５ａまたは５ａ’の屈折率は、導光板１０の屈折率よりも大きいか、あるいは同じであることが好ましい。より好ましくは、光結合部材５の屈折率は、導光板１０の屈折率と同じである。これによって、ブロック５ａまたは５ａ’と導光板１０との界面にて発生する光損失をなくすことができる。その結果、ＬＥＤ４ａからの光を導光板１０へ効率よく光結合することができる。
【００７１】
また、図９の結果を考慮すると、本実施の形態においては、ＬＥＤ４ａは、導光板１０を伝搬する光の裏面に対する伝搬角θｐが２５°以上４８°未満になるように、光結合部材５（ブロック５ａまたは５ａ’）に設置されていればよい。ＬＥＤ４ａの出射光の光軸と導光板１０の裏面の法線とのなす角度θ１は、ブロック５ａまたは５ａ’の屈折率、導光板１０の屈折率、ＬＥＤ４ａの放射角等に応じて、適宜、導光板１０を伝搬する光の裏面に対する伝搬角θｐが２５°以上４８°未満になるように設計することができる。当該分野で使用されるＬＥＤ４ａの種類や導光板１０の材料等を考慮すると、角度θ１を、好ましくは４５°±１０°（３５°以上５５°以下）、より好ましくは４５°±５°（４０°以上５０°以下）に設定すればよい。
【００７２】
なお、ブロック５ａまたは５ａ’の屈折率が導光板１０の屈折率よりも大きい場合、角度θ１を相対的に大きく設定しても、スネルの法則によって、導光板１０を伝搬する光の光軸と導光板１０の裏面の法線とのなす角度θ２は、角度θ１よりも小さくなる。このため、角度θ１を相対的に大きく設定しても、伝搬角θｐを大きくすることができる。その結果、容易に伝搬角θｐを２５°以上４８°未満にすることができる。
【００７３】
また、光結合部材５としてのブロック５ａまたは５ａ’が、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の有効視野領域内に配置されていると、撮像ユニットへ向かって導光する指からの散乱光成分がブロック５ａまたは５ａ’によって遮られるおそれかある。この現象は、例えば液晶表示パネル２ａ（表示領域）のエッジ部分に指８をタッチした場合に生じる。
【００７４】
そこで、図１０に示されるように、光結合部材５としてのブロック５ａまたは５ａ’は、撮像ユニット４０の有効視野領域よりも後方に配置されている。すなわち、光結合部材５としてのブロック５ａまたは５ａ’は、撮像ユニット４０の有効視野領域を避けて配置されている。これによって、撮像ユニットへ向かって導光する指からの散乱光成分がブロック５ａまたは５ａ’によって遮られるのを防止することができる。
【００７５】
（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７、図１１（ａ）（ｂ）及び図１２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図１１（ａ）は座標入力装置３Ａの検出原理を示す平面図であり、図１１（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１２（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１２（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
ここで、図７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１１（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１１（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。
【００８０】
例えば、図１２（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１２（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１２（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度、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。
【００８１】
（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１３（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１３（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。尚、図１３（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。
【００８２】
図５及び図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、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。
【００８３】
詳細には、図１３（ａ）において、指８が点Ｐ１ の位置にあるとき、図１３（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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１３（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
（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、複数の指８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８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８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。
【００９１】
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、少なくとも２つの撮像ユニット２０・３０・４０・５０と、導光板１０の表面に指８等の被検出体を接触したときの該指８による光散乱を検知した撮像ユニット２０・３０・４０・５０の出力に基づいて、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。
【００９２】
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等の被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知する。
【００９３】
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。
【００９４】
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、指８の接触による散乱光を検出することができない。
【００９５】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、第１の縁部の光源ユニット４Ａと第２の縁部の光源ユニット４Ｂとは交互に点灯される。すなわち、光源ユニット４Ａが点灯している期間は光源ユニット４Ｂは消灯され、光源ユニット４Ｂが点灯している期間は光源ユニット４Ａは消灯される。点滅速度は、例えば、６０Ｈｚにて交互に点灯される。ただし、必ずしもこれに限らず、点滅速度として、例えば、２４０Ｈｚとすることが可能であり、６０Ｈｚよりも遅くすることも可能である。
【００９６】
そして、導光板１０における第１の縁部の光源ユニット４Ｂが点灯している期間に該第１の縁部に設けられた撮像ユニット２０・３０にて指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。一方、導光板１０における第２の縁部の光源ユニット４Ｂが点灯している期間に該第２の縁部に設けられた撮像ユニット４０・５０にて指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。
【００９７】
これにより、撮像ユニット２０・３０には対向する光源ユニット４Ｂからの光が入射しないようにされ、かつ撮像ユニット４０・５０には光源ユニット４Ａからの光が入射しないようにされる。このため、指８の接触による散乱光を検出することができる。
【００９８】
この結果、例えば、第１の被検出体としての指８Ａと第２の被検出体としての指８Ｂとが同時に導光板１０に接触される場合、撮像ユニット２０・３０・４０・５０の検出信号を用いて分離検出することができる。厳密には、上辺である第２の縁部における撮像ユニット４０・５０の信号検出と下辺である第１の縁部における撮像ユニット２０・３０の信号検出とは交互になるので同時ではない。しかし、点滅周期を短くしたり、前後データから動きを補間する信号処理を適用したりすることによって、同時検出している場合と同等の扱いをすることが可能である。また、補間データは誤認識点の除去のみに利用すれば、実際の接触点からのずれを小さく抑えることが可能になる。
【００９９】
例えば、撮像ユニット２０・３０には先に接触した指８Ａと後に接触した指８Ａとの両方が検出される。しかし、光源ユニット４Ａの先の点灯により検出した指８のデータを除くことにより、後の光源ユニット４Ａの点灯による指８Ａを検出することができる。このため、３以上の指８の導光板１０への接触においても各指８の接触位置の座標を求めることができる。
【０１００】
また、後述する実施の形態２にて説明するように、受光手段を増加することによっても、３以上の指８の同時検出が可能である。
【０１０１】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ａ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。
【０１０２】
また、本実施の形態の座標検出方法は、本実施の形態の座標入力装置３Ａを用いた座標検出方法であって、導光板１０における第１の縁部の光源ユニット４Ａが点灯している期間に該第１の縁部に設けられた撮像ユニット２０・３０にて指８Ａ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一方、導光板１０における第２の縁部の光源ユニット４Ｂが点灯している期間に該第２の縁部に設けられた撮像ユニッ４０・５０にて指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。
【０１０３】
これにより、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ａにおいて、複数の指８の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ａ及び座標検出方法を提供することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、板状の導光板１０は、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・４０・５０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。
【０１０５】
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・４０・５０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・４０・５０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。
【０１０６】
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・４０・５０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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、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。
【０１０９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１４〜図１９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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
これに対して、本実施の形態の座標入力装置３Ｂ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。
【０１１２】
本実施の形態の座標入力装置３Ｂの構成について、図１４〜図１９に基づいて説明する。図１４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１５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１６は、本実施の形態における座標入力装置３Ｂの構成を示す斜視図である。図１７は、座標入力装置３Ｂの光源ユニット４Ａ・４Ｂの点灯制御方法を示す平面図である。図１８は、座標入力装置３Ｂ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１９は座標入力装置３Ｂ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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
例えば、図１４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１４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。
【０１１５】
また、図１５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。
【０１１６】
そこで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、図１６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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
そして、本実施の形態の座標入力装置３Ｂにおいても、図１７に示すように、第１の縁部の光源ユニット４Ａと第２の縁部の光源ユニット４Ｂとは交互に点灯される。
【０１１９】
これにより、図１８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よりも大きい撮像ユニット７０からの視認方向への角度β’を得ることができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
また、図１９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１５に示す撮像ユニット２０・３０にて求めた点Ｐ１ 及び点Ｐ２ と、図１９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を交互に点滅制御することにより、指８の５点の同時検出が可能である。
【０１２２】
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。
【０１２３】
この結果、指８が導光板１０のどの場所に存在する場合においても、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。
【０１２４】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂ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２つの光源ユニット４Ａ・４Ａ及び光源ユニット４Ｂ・４Ｂが備えられていることが好ましい。これにより、３つ以上の撮像ユニット２０・６０・３０及び撮像ユニット４０・７０・５０のそれぞれにおいて充分な検出強度を得るべく、光源ユニット４Ａ・４Ａ及び光源ユニット４Ｂ・４Ｂを増やすことにより、光量増加を図り、検出精度を高めることができる。
【０１２５】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａ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。
【０１２６】
また、本実施の形態の座標検出方法は、本実施の形態の座標入力装置３Ｂを用いた座標検出方法であって、導光板１０における第１の縁部の光源ユニット４Ａが点灯している期間に該第１の縁部に設けられた撮像ユニット２０・３０・６０にて指８Ａ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一方、導光板１０における第２の縁部の光源ユニット４Ｂが点灯している期間に該第２の縁部に設けられた撮像ユニッ４０・５０・７０にて指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。
【０１２７】
これにより、導光板１０を使用する光学式の座標入力装置３Ｂにおいて、複数の指８の座標位置を検出し得る座標入力装置３Ｂ及び座標検出方法を提供することができる。
【０１２８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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８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。
【０１３３】
なお、上述の座標入力装置は、光源点灯時に、被検出体の導光部材表面への接触によって生じる散乱光の受光ピークを検知する構成であった。しかし、本発明の座標入力装置は、上述した構成に限定されず、受光手段に一定量の受光量を与えた状態で、被検出体の導光部材表面への接触によって生じる光散乱現象に基づいて受光手段における出力強度の減少を検知する構成であってもよい。
【０１３４】
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】
【０１３５】
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被検出体による光散乱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】
【０１３６】
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
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
５ａ，５ａ’  ブロック
５ｃ          傾斜面（光源配置部）
５ｃ’        収納部（光源配置部）
６            検出部（検出手段）
７            光吸収部材
８            指（被検出体）
８Ａ          指（第１の被検出体）
８Ｂ          指（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
２０            撮像ユニット（受光手段）
２１            レンズ
２２            光学フィルタ
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
３３            撮像素子
４０            撮像ユニット（受光手段）
５０            撮像ユニット（受光手段）
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】
2013250814.tif 000003
【図２】
2013250814.tif 000004
【図３】
2013250814.tif 000005
【図４】
2013250814.tif 000006
【図５】
2013250814.tif 000007
【図６】
2013250814.tif 000008
【図７】
2013250814.tif 000009
【図８】
2013250814.tif 000010
【図９】
2013250814.tif 000011
【図１０】
2013250814.tif 000012
【図１１】
2013250814.tif 000013
【図１２】
2013250814.tif 000014
【図１３】
2013250814.tif 000015
【図１４】
2013250814.tif 000016
【図１５】
2013250814.tif 000017
【図１６】
2013250814.tif 000018
【図１７】
2013250814.tif 000019
【図１８】
2013250814.tif 000020
【図１９】
2013250814.tif 000021
【図２０】
2013250814.tif 000022
【図２１】
2013250814.tif 000023
【図２２】
2013250814.tif 000024