(57)【要約】【課題】三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法を提供する。【解決手段】座標入力装置３Ａは、導光板２０の一辺の両端に設けられた撮像ユニット２０・３０と、他の辺の少なくとも一端に設けられた撮像ユニット５０との少なくとも３つの受光手段を備えている。検出部４は、タッチペン４０の導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０・３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であるか否かを判断する角度判断部５と、閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０・３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出部６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形の板状の導光部材と、上記導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、三角測量法を用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用いて求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、
上記受光手段は、上記方形の導光部材における一辺の両端に設けられた第１受光手段及び第２受光手段と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段との少なくとも３つを備えていると共に、
上記検出手段は、
上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく上記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断手段と、
上記角度判断手段にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出手段とを備えていることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記被検出体における前記導光部材の表面への接触位置に基づく前記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断手段を備え、前記代替出力算出手段は、出力強度判断手段にて判断された光線強度が強い方の第１受光手段と第２受光手段とのいずれかの出力と、前記第３受光手段からの出力とを用いて上記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３】
前記被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっていると共に、
上記導光部材には、上記被検出体の発光部から該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伝搬光を上記受光手段へ出射する光路変換部が設けられ、
前記受光手段は、上記伝搬光における導光部材からの出射光を受光すると共に、
前記出力強度判断手段は、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの光線の出力強度が強いかを判断す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減衰させると共に、
前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光及び被検出体により減衰された照明光の伝搬光を受光すると共に、
前記検出手段は、被検出体の導光部材への接触による上記照明光の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、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と共に、
前記出力強度判断手段は、前記第１受光手段と第２受光手段とのいずれの出力強度の減少が強いかを判断す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５】
請求項１〜４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。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の座標入力装置を用いた座標入力方法であって、
被検出体における導光部材の表面への接触位置に基づく第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断工程と、
上記角度判断工程にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出工程とを含むことを特徴とする座標入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段と、導光部材に被検出体を接触したときの接触位置の座標を三角測量法を用いて求める検出手段とを備えた座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に関するものである。詳細には、位置検出が困難となる領域の発生を回避し得る座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に関する。
【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】
具体的には、例えば、特許文献１に開示されているタッチパネル装置１００は、図１２に示すように、表示面１１１とその周辺のベゼル１１２とを有する表示装置１１０に対して指示体１２０により入力可能となっており、２つのカメラ部１０１・１０１と検出部１０２とから主に構成されている。２つのカメラ部１０１・１０１は、ベゼル１１２に配置され、所定の間隔を設けて配置されている。各カメラ部１０１・１０１は、それぞれレンズ光軸が表示装置１１０の表示面１１１に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有し、表示面１１１上を撮像可能なものである。検出部１０２は、２つのカメラ部１０１・１０１により撮像されるそれぞれの指示体１２０の像と、２つのカメラ部１０１・１０１との間の距離とを用いて三角測量法の原理で指示体２２０の指示位置を検出するようになっている。
【０００５】
また、例えば、特許文献２に開示されているタッチパネル２００は、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、導光板２０１と、導光板２０１に光を入射する光源２０２と、導光板２０１の側面の一部に配置された受光素子２０４・２０５と、導光板２０１の側面と受光素子２０４・２０５との間に被検出体２１０により散乱した光源２０２からの光を受光素子２０４・２０５に結像する結像手段２０７とを備えている。また、受光素子２０４・２０５が配置された導光板２０１の側面には光吸収手段２０８が配置され、受光素子２０４・２０５は、図１３（ｂ）に示すように、光源２０２の照射範囲外に配置されている。
【０００６】
上記タッチパネル２００の座標検出原理は、以下のとおりである。
【０００７】
導光板２０１の側面に配置された光源２０２から照射された光は導光板２０１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２０４・２０５は光源２０２の照射範囲外に配置されているため、導光板２０１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２０１上に指等の被検出体２１０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２０４・２０５の方向にも伝搬し、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、受光素子２０４・２０５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
２１０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】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２８２４６３号公報（２０１０年１２月１６日公開）
【特許文献２】特開２００９−２５８９６７号公報（２００９年１１月０５日公開）
【特許文献３】特開平１１−３２７７６９号公報（１９９９年１１月３０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の特許文献１及び特許文献２に開示された座標入力装置においては、座標検出原理においていずれも三角測量法を採用しているので、死角となって位置検出が困難となる領域を有するという問題点を有している。
【００１０】
例えば、特許文献１に開示されたタッチパネル装置１００では、三角測量法を用いた位置検出において、光学ユニットである２つのカメラ部１０１・１０１からの角度が極度の鋭角となる場所の検出精度は低くなる。このため、一般的には、検出精度の低さを補うために光学ユニットをタッチエリアよりも外側に配置することによって常に検出する位置に角度を持たせている構造を採用している。しかし、タッチエリアの外側にカメラ部１０１・１０１を配置するために必然的に額縁は大きくなってしまう。
【００１１】
また、特許文献２に開示されたタッチパネル２００においても、三角測量法を用いているので、光源２０２の近傍においては、やはり、受光素子２０４・２０５からの角度が極端な鋭角となるので、検出することが困難である。また、タッチパネル２００では、導光板２０１における照射範囲２０３外に被検出体２１０にタッチされた場合には、死角となって、位置検出できない。
【００１２】
尚、特許文献３には、複数の受光部を備えた座標入力装置が開示されている。この座標入力装置３００は、図１５に示すように、導光板３０１と、上記導光板３０１に接触位置からスポット光を入射させる発光ペン３０２と、導光板３０１の周囲の側面に配置された複数の受光器３０３…と、導光板３０１の周囲に設けられた光吸収部材３０４と、受光器３０３…の出力信号を受けて導光板３０１におけるスポット光の位置座標に関わる信号を出力する検出回路部３０５とから構成されている。
【００１３】
しかし、この座標入力装置３００は、発光ペン３０２の導光板３０１への接触位置を４つの受光器３０３…にて検知し、これら４つの出力強度の全てを用いて、発光ペン３０２の座標位置を検出するものであり、特許文献１、２に開示された２つの受光部での出力により発光ペンの接触位置を算出するものとは異なり、上述した課題は生じない。
【００１４】
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、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の座標入力装置は、上記課題を解決するために、方形の板状の導光部材と、上記導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも２つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、三角測量法を用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用いて求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、上記受光手段は、上記方形
の導光部材における一辺の両端に設けられた第１受光手段及び第２受光手段と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段との少なくとも３つを備えていると共に、上記検出手段は、上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく上記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断手段と、上記角度判断手段にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出手段とを備えていることを特徴としている。尚、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段とは、、上記一辺の一端に設けられた第１受光手段又は第２受光手段と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段とが重なる場合を除く。
【００１６】
本発明の座標入力方法は、上記課題を解決するために、前記記載の座標入力装置を用いた座標入力方法であって、被検出体における導光部材の表面への接触位置に基づく第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断工程と、上記角度判断工程にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出工程とを含むことを特徴としている。
【００１７】
この種の三角測量法を用いる座標入力装置では、被検出体の接触位置が導光部材における受光手段の近傍位置である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも１個の受光手段への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【００１８】
この課題を回避すべく、受光手段への入射角度が鋭角過ぎるのを防止するために額縁幅を広くしたのでは、装置のコンパクト化を図ることができない。
【００１９】
そこで、本発明では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、受光手段は、方形の導光部材における一辺の両端に設けられた第１受光手段及び第２受光手段と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段との少なくとも３つを設けている。このため、第１受光手段、第２受光手段及び第３受光手段を方形の導光部材における辺の端部つまり隅角部に設けるので、額縁幅が広くなることはない。
【００２０】
また、検出手段は、上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく上記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断手段と、上記角度判断手段にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出手段とを備えている。
【００２１】
この結果、角度判断手段にて、第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、代替出力算出手段が、第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、第３受光手段からの出力とに基づいて接触位置の座標を求める。これにより、接触位置への視認角度が閾値角度以下の出力を用いて座標位置を求めることが回避される。
【００２２】
したがって、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、及び座標入力方法を提供す
ることができる。
【００２３】
本発明の座標入力装置では、前記検出手段は、前記被検出体における前記導光部材の表面への接触位置に基づく前記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断手段を備え、前記代替出力算出手段は、出力強度判断手段にて判断された光線強度が強い方の第１受光手段と第２受光手段とのいずれかの出力と、前記第３受光手段からの出力とを用いて上記接触位置の座標を求めることが好ましい。
【００２４】
すなわち、例えば、第１受光手段と第２受光手段との両方が接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、第３受光手段からの出力のみが有効となり、これでは、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出することができない。そこで、このような場合には、代替出力算出手段は、出力強度判断手段にて判断された光線強度が強い方の第１受光手段と第２受光手段とのいずれかの出力と、前記第３受光手段からの出力とを用いて上記接触位置の座標を求める。
【００２５】
この結果、第１受光手段と第２受光手段との両方が接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合においても、いずれか光線強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出することができる。
【００２６】
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっていると共に、上記導光部材には、上記被検出体の発光部から該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伝搬光を上記受光手段へ出射する光路変換部が設けられ、前記受光手段は、上記伝搬光における導光部材からの出射光を受光すると共に、前記出力強度判断手段は、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの光線の出力強度が強いかを判断することが可能である。
【００２７】
これにより、発光ペンから発光され、導光部材を導光して出射された伝搬光の出射光は、光路変換部を介して２つの受光手段へそれぞれ出射される。この結果、受光手段には、伝搬光の出射光の出力強度に基づいて例えば線状の像が現れるので、それぞれの受光手段の像にて発光ペンにおける、該受光手段間の一辺の両角を求めることができ、三角測量法にて、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。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、本発明では、出力強度判断手段は、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの光線の出力強度が強いかを判断する。この結果、第１受光手段と第２受光手段との両方が接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合においても、いずれか光線の出力強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出することができる。
【００３０】
したがって、被検出体として発光ペンを用いる場合に、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し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減衰させると共に、前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光及び被検出体により減衰された照明光の伝搬光を受光すると共に、前記検出手段は、被検出体の導光部材への接触による上記照明光の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、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と共に、前記出力強度判断手段は、前記第１受光手段と第２受光手段とのいずれの出力強度の減少が強いかを判断することが可能である。
【００３２】
すなわち、特許文献２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。
【００３３】
そこで、本発明では、受光手段は、例えば指等の被検出体の導光部材への接触による照明光の例えば吸収又は散乱等の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、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。
【００３４】
すなわち、本発明では、特許文献２に対して発想の転換を図り、特許文献２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照明光の減衰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ようになっている。
【００３５】
この結果、受光手段は照明光の照射範囲内に設けられているので、受光手段には絶えず一定の受光量が与えられており、その状態で受光手段から遠方での被検出体の接触による例えば吸収又は散乱等の光減衰により、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。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、死角を発生することなく、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。
【００３６】
また、本発明では、出力強度判断手段は、第１受光手段と第２受光手段とのいずれの出力強度の減少が強いかを判断する。この結果、第１受光手段と第２受光手段との両方が接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合においても、前記第１受光手段と第２受光手段とのいずれか出力強度の減少が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出することができる。
【００３７】
したがって、指等の被検出体を用いる座標入力装置において、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置を提供することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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タッチペン又は指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、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度
の低下を抑制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】
【００４０】
本発明の座標入力装置は、以上のように、受光手段は、方形の導光部材における一辺の両端に設けられた第１受光手段及び第２受光手段と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段との少なくとも３つを備えていると共に、検出手段は、被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく上記第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断手段と、上記角度判断手段にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出手段とを備えているものである。
【００４１】
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。
【００４２】
本発明の座標入力装置の座標入力方法は、以上のように、被検出体における導光部材の表面への接触位置に基づく第１受光手段及び第２受光手段からの出力に基づいて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する角度判断工程と、上記角度判断工程にて、上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断された場合には、上記第１受光手段又は第２受光手段からの出力のいずれか一方と、上記第３受光手段からの出力とに基づいて上記接触位置の座標を求める代替出力算出工程とを含む方法である。
【００４３】
それゆえ、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、座標入力システム及び座標入力装置の座標入力方法を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置の構成を示す平面図である。
【図２】上記座標入力装置を備えた座標入力システムの全体構成を示す斜視図である。
【図３】上記座標入力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７】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８】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７のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図９】（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１０】（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１１】上記撮像ユニットを３つ以上備えた座標入力装置を示す平面図である。
【図１２】従来の座標入力装置としてのタッチパネル装置の構成を示す正面図である。
【図１３】（ａ）は従来の他の座標入力装置としてのタッチパネルの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記タッチパネルの要部の構成を示す平面図である。
【図１４】（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１５】従来のさらに他の座標入力装置の構成を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４６】
（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。
【００４７】
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３Ａとを備えている。
【００４８】
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。
【００４９】
上記座標入力システム１では、液晶表示パネル２に表示された画面を見ながら、液晶表示パネル２の上側に設けられた座標入力装置３Ａの後述する導光板１０上に被検出体及び発光ペンとしての例えばタッチペン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。
【００５０】
（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。
【００５１】
上記座標入力装置３Ａは、図３に示すように、方形としての四角形の透明の導光部材としての導光板１０と、導光板１０の一辺の両端にそれぞれ配設された受光手段としての撮像ユニット２０・３０と、導光板１０に接触される被検出体としてのタッチペン４０とを有している。
【００５２】
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つまり方形となっている。詳細には、図２に示すように、撮像ユニット２０・３０を配設する一辺側が液晶表示パネル２よりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット２０・３０の少なくとも一部分を、導光板１０の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置３Ａのタッチペン４０における導光板１０への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置３Ａのコンパクトサイズの実現に寄与している。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
導光板１０の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられる。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の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられるが、これより厚くてもよい。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。
【００５６】
撮像ユニット２０・３０は、導光板１０の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。
【００５７】
上記撮像ユニット２０は、レンズ２１と可視光カットフィルタ２２と撮像素子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と可視光カットフィルタ３２と撮像素子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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、双曲面状又は多角面状に構成されていてもよい。
【００６０】
（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。
【００６１】
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用具である。
【００６２】
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。
【００６３】
この光散乱部材４５は、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。上記光拡散材料としては、ガラスビーズを用いることができる。また、上記樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、又はシリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、座標入力装置３Ａの導光板１０にタッチペン４０の先端つまり光散乱部材４５を接触させて用いる場合に、導光板１０表面を傷付けることなく、かつ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板１０表面との接触面積を大きくすることができる。この結果、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。
【００６４】
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を座標入力装置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を座標入力装置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。
【００６５】
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を座標入力装置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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
そして、図３に示すように、導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１０ａ・１０ｂ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。
【００７４】
（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。
【００７５】
図３に示すように、まず、タッチペン４０のペン先が座標入力装置３Ａにおける導光板１０の表面に接触したとき、タッチペン４０から放射される赤外光の一部が屈折率Ｎの導光板１０内に入射する。この入射光のうち、導光板１０内の伝搬角θＰ が、
ｓｉｎ（９０°−θＰ ）＞１／Ｎ
に示す条件を満たす光束は、導光板１０内に閉じ込められ、導光板１０の表面、及び裏面での反射を繰り返し、導光板１０内を進行する。
【００７６】
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における伝搬光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、可視光カットフィルタ２２・３２を通って、最後に撮像素子２３・３３に受光される。可視光カットフィルタ２２・３２は、タッチペン４０から放射される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ２２・３２により、太陽光や、液晶表示パネル用バックライト光等の迷光が遮断され、ＳＮ比を高くすることができる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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α
２ ’を求めることにより、角度α２ が求められる。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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２に示すように、検出手段としての検出部４を設けている。検出部４は座標入力装置３Ａに設けることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
（検出限界となる領域での措置）
本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、図１に示すように、被検出体としてのタッチペン４０の接触位置Ｐが導光板１０における受光手段としての撮像ユニット２０・３０の近傍位置の領域である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの撮像ユニット２０・３０を結ぶ線に対する少なくとも１個の撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【００８８】
この課題を回避すべく、撮像ユニット２０・３０への入射角度が鋭角過ぎるのを防止するために額縁幅を広くしたのでは、装置のコンパクト化を図ることができない。
【００８９】
そこで、本実施の形態では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、受光手段として、方形の導光板２０における一辺の両端に設けられた第１受光手段としての撮像ユニット２０及び第２受光手段としての撮像ユニット３０と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段としての撮像ユニット５０、つまり対向辺の少なくとも一端に設けられた撮像ユニット５０との少なくとも３つを設けている。具体的には、図１に示すように、撮像ユニット２０・３０・５０を、方形の導光板１０の隅角部に設けている。このように、撮像ユニット２０・３０・５０を方形の導光板１０の隅角部に設けた
場合には、額縁幅が広くなることはない。
【００９０】
また、本実施の形態では、検出手段としての検出部４は、被検出体としてのタッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であるか否かを判断する角度判断手段としての角度判断部５と、角度判断部５にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出手段としての代替出力算出部６とを備えている。
【００９１】
本実施の形態では、角度判断部５は、閾値角度δとして例えば１０度を採用しており、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０における閾値角度δが１０度以下となる場合には、閾値角度δが１０度以下となった撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０を使用しないように設定し、代替撮像ユニットとして撮像ユニット５０を使用するようにしている。
【００９２】
この結果、角度判断部５にて、撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、代替出力算出部６が、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める。これにより、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下つまり１０度以下の出力を用いて座標位置を求めることが回避される。
【００９３】
したがって、三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置３Ａ、及び座標入力方法を提供することができる。
【００９４】
ところで、例えば、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット５０からの出力のみが有効となり、これでは、三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができない。
【００９５】
そこで、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、図１に示すように、検出部４は、タッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断手段としての出力強度判断部７を備えている。そして、代替出力算出部６は、出力強度判断部７にて判断された光線強度が強い方の第１受光手段と第２受光手段とのいずれかの出力と、撮像ユニット５０からの出力とを用いて接触位置Ｐの座標を求める。
【００９６】
この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、いずれか光線強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができる。
【００９７】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ａは、方形の板状の導光板２０と、導光板２０の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段としての少なくとも２つの撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０と、導光板２０の表面にタッチペン４０を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０の出力に基づいて、三角測量法を用いてタッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐの座標を用いて求める検出部４とを備えている。そして、受光手段は、方形の導光板２０における一
辺の両端に設けられた撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０と、一辺とは異なる他の辺に設けられた撮像ユニット５０、つまり対向辺の少なくとも一端に設けられた撮像ユニット５０との少なくとも３つを備えている。
【００９８】
また、検出部４は、タッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であるか否かを判断する角度判断部５と、角度判断部５にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出部６とを備えている。
【００９９】
また、本実施の形態の座標入力方法は、座標入力装置３Ａを用いた座標入力方法であって、タッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ角度以下であるか否かを判断する角度判断工程と、角度判断工程にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出工程とを含んでいる。
【０１００】
したがって、三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置３Ａ、及び座標入力方法を提供することができる。
【０１０１】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、検出部４は、タッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断部７を備え、代替出力算出部６は、出力強度判断部７にて判断された光線強度が強い方の撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれかの出力と、撮像ユニット５０からの出力とを用いて接触位置Ｐの座標を求める。
【０１０２】
この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、いずれか光線強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができる。
【０１０３】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、被検出体は、導光板１０の表面に接触することによって導光板１０に光を入射させる発光部４２を有するタッチペン４０からなっている。そして、導光板１０には、タッチペン４０の発光部４２から導光板１０にそれぞれ入射して導光板１０の内部を伝搬する伝搬光１０ａ・１０ｂを撮像ユニット２０・３０・５０へ出射する切り欠き１１が設けられ、撮像ユニット２０・３０・５０は、伝搬光１０ａ・１０ｂにおける導光板１０からの出射光を受光する。また、出力強度判断部７は、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの光線の出力強度が強いかを判断する。
【０１０４】
これにより、タッチペン４０から発光され、導光板１０を導光して出射された伝搬光１０ａ・１０ｂの出射光は、切り欠き１１を介して２つの撮像ユニット２０・３０又は撮像ユニット２０・５０へそれぞれ出射される。この結果、撮像ユニット２０・３０・５０には、伝搬光１０ａ・１０ｂの出射光の出力強度に基づいて例えば線状の像が現れるので、それぞれの撮像ユニット２０・３０・５０の像にてタッチペン４０における、撮像ユニット２０・３０間又は撮像ユニット２０・５０間の一辺の両角を求めることができ、三角測量法にて、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。
【０１０５】
また、本実施の形態では、タッチペン４０からの発光部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。
【０１０６】
さらに、本実施の形態では、出力強度判断部７は、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの光線の出力強度が強いかを判断する。この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、いずれか光線の出力強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて、三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができる。
【０１０７】
したがって、被検出体としてタッチペン４０を用いる場合に、三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置３Ａを提供することができる。
【０１０８】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ａでは、各撮像ユニット２０・３０・５０におけるタッチペン４０の接触位置Ｐの光強度を検出し、閾値角度δ以下の場合は、検出した光線の各撮像ユニット２０・３０・５０における視認角度の大きい順に、三角測量法に必要となる接触位置Ｐの座標検出を行うべき撮像ユニット２０・３０・５０のうちの一対を決定する。
【０１０９】
これにより、客観的かつ容易に、三角測量法に必要となる撮像ユニット２０・３０・５０のうちの一対を、客観的かつ容易に決定することが可能となる。
【０１１０】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図７〜図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１１】
前記実施の形態１における座標入力装置３Ａ及び座標入力システム１では、被検出体は、発光ペンとしてのタッチペン４０を使用するものであった。しかし、本実施の形態の座標入力装置３Ｂ及び座標入力システム１では、被検出体として指を使用する点が異なっている。
【０１１２】
最初に、被検出体としての指を検出するための基本構成について説明する。
【０１１３】
（座標入力システムの基本構成）
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基本構成について、図７に基づいて説明する。図７は、上記座標入力システムの構成を示す斜視図である。
【０１１４】
本実施の形態の座標入力システム１は、図７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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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例えば指８を接触させることにより、その指８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。
【０１１７】
（座標入力装置の基本構成）
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の基本構成について、前記図７、及び図８に基づいて以下に詳述する。図８は、図７のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【０１１８】
上記座標入力装置３Ｂは、図７に示すように、四角形つまり方形の透明の導光部材としての導光板１０と、導光板１０の一辺の両端にそれぞれ配設された受光手段としての撮像ユニット２０・３０と、導光板１０の三辺の周辺に設けられた光源としての光源ユニット９と、検出手段としての検出部４とを有している。
【０１１９】
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９に示すように、撮像ユニット２０・３０を配設する一辺側が液晶表示パネル２よりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット２０・３０の少なくとも一部分を、導光板１０の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置３Ｂの指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３Ｂのコンパクトサイズの実現に寄与している。
【０１２０】
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１０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８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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
導光板１０の厚さは１〜３ｍｍが主に用いられる。ただし、これよりも厚くてもよい。本実施の形態では、厚さが例えば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。
【０１２３】
撮像ユニット２０・３０は、導光板１０の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。
【０１２４】
上記撮像ユニット２０は、レンズ２１と可視光カットフィルタ２２と撮像素子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と可視光カットフィルタ３２と撮像素子３３とを有している。本実施の形態の撮像素子２３・３３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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
次に、本実施の形態では、導光板１０の周辺に光源としての光源ユニット９が設けられている。
【０１２９】
すなわち、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）９ａを並べた光源としての光源ユニット９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９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９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。
【０１３０】
光源ユニット９に複数並べられたＬＥＤ９ａ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ＬＥＤ９ａを使用する必要はなく、ＬＤ（laser diode）等を用いることもできる。
【０１３１】
次に、座標入力装置３Ｂには、図７に示すように、検出手段としての検出部４が設けられている。この検出部４は、指８による光散乱又は光吸収による光減衰に基づく撮像素子２３・３３の出力強度の減少を検知して、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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
（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７、図８及び図９（ａ）（ｂ）に基づいて以下に説明する。図９（ａ）は指８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９（ｂ）は指８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。
【０１３４】
まず、座標入力装置３Ｂでは、図７及び図８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ＬＥＤ９ａ…から、導光板１０に光が入射される。
【０１３５】
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９（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９（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。
【０１３６】
この状態において、被検出体としての指８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９（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４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求めることができる。尚、撮像素子２３・３３が、１次元のイメージセンサである場合には、点の像が現れる。
【０１３７】
この検出原理について、詳述する。
【０１３８】
図８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ＬＥＤ９ａ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。
【０１３９】
ここで、導光板１０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。このため、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、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。
【０１４０】
すなわち、導光板１０に指８が接触しなければ、導光板１０内の照明光は、指８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８の存在による光散乱又は光吸収による光減衰によって、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９（ｂ）に示すように、図９（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４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求めることができる。尚、図９（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。
【０１４１】
（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４における指８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７及び図８、並びに図１０（ａ）（ｂ）に基づいて、以下に説明する。図１０（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１０（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。
【０１４２】
まず、本実施の形態では、指８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８が接触した箇所における２次元座標位置を算出する。
【０１４３】
最初に、指８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。
【０１４４】
まず、図８に示すように、導光板１０の端部に設けられたある１つのＬＥＤ９ａ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。
【０１４５】
ここで、図７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、可視光カットフィルタ２２・３２を通って、最後に撮像素子２３・３３に受光される。可視光カットフィルタ２２・３２は、ＬＥＤ９ａにて発光される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ２２・３２により、太陽光や、液晶表示パネル用バックライト光等の迷光が遮断され、ＳＮ比を高くすることができる。
【０１４６】
次いで、図１０（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、ＬＥＤ９ａ…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１０（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１０（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。
【０１４７】
次に、この状態で、図１０（ａ）に示すように、指８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。
【０１４８】
この場合、図８に示すように、指８の導光板１０への接触によって、導光板１０内の伝搬角θＰ の光が散乱又は吸収され、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１０（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。
【０１４９】
また、この指８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。
【０１５０】
図１０（ｂ）に示す線状の暗部ＢＬ１・ＢＬ２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８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８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。
【０１５１】
撮像素子２３についても同様に取得画像の分析から指８の接触点の位置が特定され、指８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。
【０１５２】
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（１）及び関係式（２）
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ                          …関係式（１）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）                  …関係式（２）
を満足する。これを解くと、接触点の座標（Ｘ、Ｙ）は、
Ｘ＝ｔａｎβ・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）                  …式（３）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …式（４）
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め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８の接触位置の座標Ｘ・Ｙを求めることができる。
【０１５３】
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。
【０１５４】
以上の方法にて求められた指８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。
【０１５５】
（検出限界となる領域での措置）
本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、図１１に示すように、受光手段としての撮像ユニット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。上記撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０は、第１受光手段及び第２受光手段として機能を有し、撮像ユニット５０は第３受光手段としての機能を有している。すなわち、本実施の形態では、撮像ユニット２０・３０・５０・６０・６０の４つの受光手段を備えているが、本発明では必ずしもこれに限らず、撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０と、撮像ユニット５０又は撮像ユニット６０との少なくとも３つを備えていればよい。
【０１５６】
ここで、このように受光手段としての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１１に示すように、光源としての光源ユニット９…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９…が、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。
【０１５７】
これにより、受光手段としての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８が導光板１０のいずれの場所に接触されても、指８の接触位置Ｐの位置座標を確実に特定することが可能となる。
【０１５８】
また、光源ユニット９…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。
【０１５９】
ここで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂにおいても、少なくとも３つの受光手段として、４つの撮像ユニット２０・３０・５０・６０を設けた場合には、前記実施の形態１の座標入力装置３Ａと同様に、被検出体としての指８の接触位置Ｐが導光板１０における第１受光手段及び第２受光手段としての撮像ユニット２０・３０の近傍位置の領域である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、２つの撮像ユニット２０・３０を結ぶ線に対する少なくとも１個の撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
【０１６０】
そこで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂにおいても、この問題を解決するために、図１１に示すように、受光手段として、方形の導光板２０における一辺の両端に設けられた第１受光手段としての撮像ユニット２０及び第２受光手段としての撮像ユニット３０と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられた第３受光手段としての撮像ユニット５０、つまり対向辺の少なくとも一端に設けられた撮像ユニット５０との少なくとも３つを設けている。具体的には、図１１に示すように、撮像ユニット２０・３０・５０・６０を、方形の導光板１０の隅角部に設けている。このように、撮像ユニット２０・３０・５０・６０を方形の導光板１０の隅角部に設けた場合には、額縁幅が広くなることはない。
【０１６１】
また、本実施の形態では、検出手段としての検出部４は、被検出体としての指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であるか否かを判断する角度判断手段としての角度判断部５と、角度判断部５にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出手段としての代替出力算出部６とを備えている。
【０１６２】
そして、角度判断部５は、閾値角度δとして例えば１０度を採用しており、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０における閾値角度δが１０度以下となる場合には、閾値角度δが１０度以下となった撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０を使用しないように設定し、代替撮像ユニットとして撮像ユニット５０を使用するようにしている。
【０１６３】
この結果、角度判断部５にて、撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、代替出力算出部６が、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める。これにより、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下つまり１０度以下の出力を用いて座標位置を求めることが回避される。
【０１６４】
したがって、三角測量法を用いて指８の接触位置Ｐを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置３Ｂ、及び座標入力方法を提供することができる。
【０１６５】
ところで、例えば、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合に、例えば、撮像ユニット６０が存在しない場合には、撮像ユニット５０からの出力のみが有効となり、これでは、三角測量法
を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができない。
【０１６６】
そこで、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、図１１に示すように、検出部４は、タッチペン４０における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断手段としての出力強度判断部７を備えている。そして、代替出力算出部６は、出力強度判断部７にて判断された光線強度が強い方の第１受光手段と第２受光手段とのいずれかの出力と、撮像ユニット５０からの出力とを用いて接触位置Ｐの座標を求める。
【０１６７】
この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、いずれか光線強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができる。
【０１６８】
このように、本実施の形態の座標入力装置３Ｂは、方形の板状の導光板２０と、導光板２０の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段としての少なくとも２つの撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０と、導光板２０の表面に指８を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０の出力に基づいて、三角測量法を用いて指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐの座標を用いて求める検出部４とを備えている。そして、受光手段は、方形の導光板２０における一辺の両端に設けられた撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０と、上記一辺とは異なる他の辺に設けられたとは異なる他の辺としての撮像ユニット５０、つまり対向辺の少なくとも一端に設けられた撮像ユニット５０との少なくとも３つを備えている。
【０１６９】
また、検出部４は、指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であるか否かを判断する角度判断部５と、角度判断部５にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出部６とを備えている。
【０１７０】
また、本実施の形態の座標入力方法は、座標入力装置３Ｂを用いた座標入力方法であって、指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ角度以下であるか否かを判断する角度判断工程と、角度判断工程にて、接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合には、撮像ユニット２０又は撮像ユニット３０からの出力のいずれか一方と、撮像ユニット５０からの出力とに基づいて接触位置Ｐの座標を求める代替出力算出工程とを含んでいる。
【０１７１】
したがって、三角測量法を用いて指８の接触位置Ｐを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置３Ｂ、及び座標入力方法を提供することができる。
【０１７２】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、検出部４は、指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐに基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０からの出力に基づいて、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度が強いかを判断する出力強度判断部７を備え、代替出力算出部６は、出力強度判断部７にて判断された光線強度が強い方の撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれかの出力と、撮像ユニット５０からの出力とを用いて接触位置Ｐの座標を求める。
【０１７３】
この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、いずれか光線強度が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて三角測量法を用いてタッチペン４０の接触位置Ｐを検出することができる。
【０１７４】
また、本実施の形態の座標入力装置３Ｂでは、導光板２０の端部から照明光を入射させる光源ユニット９…が設けられ、指８は、導光板２０の表面に接触することによって導光板２０内を伝搬する照明光を減衰させる。また、撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０は、導光板２０内を伝搬する照明光及び指８により減衰された照明光の伝搬光を受光する。さらに、検出部４は、指８の導光板２０への接触による照明光の減衰に基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０の出力強度の減少を検出して、指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。また、出力強度判断部７は、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度の減少が強いかを判断する。
【０１７５】
すなわち、特許文献２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。
【０１７６】
そこで、本実施の形態では、受光手段は、指８の導光板２０への接触による照明光の吸収又は散乱等の減衰に基づく撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０の出力強度の減少を検出して、指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐの座標を求める。
【０１７７】
すなわち、本実施の形態では、特許文献２に対して発想の転換を図り、特許文献２では、指８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及び撮像ユニット３０に一定量の受光量を与えた状態で、指８の存在による照明光の減衰に基づいて撮像ユニット２０及び撮像ユニット３０における出力強度の減少を検知するようになっている。
【０１７８】
この結果、撮像ユニット２０及び撮像ユニット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及び撮像ユニット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及び撮像ユニット３０から遠方での指８の接触による吸収又は散乱等の光減衰により、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４にて指８における導光板２０の表面への接触位置Ｐの座標を求めることができる。したがって、導光板２０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、死角を発生することなく、指８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。
【０１７９】
また、本実施の形態では、出力強度判断部７は、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれの出力強度の減少が強いかを判断する。この結果、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０との両方が接触位置Ｐへの視認角度が閾値角度δ以下であると判断された場合においても、撮像ユニット２０と撮像ユニット３０とのいずれか出力強度の減少が強い方を使用することによって、悪条件においても少しでも良い条件にて、三角測量法を用いて指８の接触位置Ｐを検出することができる。
【０１８０】
したがって、指８を用いる座標入力装置３Ｂにおいて、三角測量法を用いて指８の接触位置Ｐを検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座
標入力装置３Ｂを提供することができる。
【０１８１】
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、異なる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】
【０１８２】
本発明は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段と、導光部材に被検出体を接触したときの接触位置の座標を、三角測量法を用いて求める検出手段とを備えた光学式の座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に適用できる。また、タッチペンタイプ及び指タイプのいずれにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１８３】
１        座標入力システム
２        液晶表示パネル（画像表示パネル）
３Ａ      座標入力装置
３Ｂ      座標入力装置
４        検出部（検出手段）
５        角度判断部（角度判断手段）
６        代替出力算出部（代替出力算出手段）
７        出力強度判断部（出力強度判断手段）
８        指（被検出体）
９        光源ユニット（光源）
９ａ      ＬＥＤ
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（受光手段、第１受光手段）
２１        レンズ
２２        可視光カットフィルタ
２３        撮像素子
２３ａ      明部
２５        像
２７        像
３０        撮像ユニット（受光手段、第２受光手段）
３２        可視光カットフィルタ
３３        撮像素子
４０        タッチペン（被検出体、発光ペン）
４２        発光部
４５        光散乱部材
５０        撮像ユニット（受光手段、第３受光手段）
６０        撮像ユニット（受光手段）
ＢＬ        暗部
ＢＬ１       暗部
ＢＬ２       暗部
Ｌ        間隔
Ｐ        接触位置
δ        閾値角度
【図１】
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【図２】
2013210943.tif 000004
【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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