(57)【要約】【課題】導光板の迷光を抑制した新規な入力装置および入力システムを提供する。【解決手段】本発明の一形態の入力システム５０のペン入力装置４０は、操作部材が接触するタッチ面を有する、内部を光が伝搬する導光板１Ａと、導光板１Ａ内を伝搬する光束の一部の光束を互いに異なる箇所で捕らえる撮像ユニット１０、２０とを備えている。導光板１Ａの背面の端部領域には当該端部領域に至った伝搬光を吸収する光吸収部５が配設されている。【選択図】図１
2013214268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、下面および側面を有し、且つ、内部を光が伝搬する導光板と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、導光板を伝搬する光の一部を取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部によって取り出された光を受光する受光手段と、
上記導光板における互いに離れた二箇所の光取り出し部から取り出した光の進行方向を上記受光手段の受光結果から求めて、当該進行方向と、当該二箇所の光取り出し部の離間距離とから、前記導光板の上記上面に接触した接触物の位置座標を検出する検出手段と、を備え、
上記導光板の上記上面および上記下面のうちの少なくとも一方の面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に、導光板の内部を伝搬し当該少なくとも一部の領域に至った光を吸収する光吸収手段、または、当該少なくとも一部の領域に至った光を散乱させる光散乱手段を設けていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
上記光吸収手段または上記光散乱手段は、上記隣接した領域の少なくとも一部の領域から当該少なくとも一部の領域が隣接している上記側面にも延設されていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
上記側面には、光源が配されており、当該光源から発せられた光が、当該側面から上記導光板の内部に入射して当該内部を伝搬することを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
上記光吸収手段または上記光散乱手段は、上記導光板の上記下面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に配設されているか、あるいは、当該少なくとも一部の領域から当該少なくとも一部の領域に隣接した上記側面に延設されていて、上記導光板を支持していることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
上記導光板の上記上面および上記下面のうちの少なくとも一方の面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に、上記光散乱手段を設けており、
上記光散乱手段は、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に設けられた湾曲面、あるいは、当該少なくとも一部の領域に設けられた、当該上面および当該下面に対して傾斜した傾斜面であり、
上記湾曲面または上記傾斜面は、上記少なくとも一部の領域が隣接している上記側面にも延設されており、
上記導光板の内部に入射して当該内部を伝搬した光のうち、上記少なくとも一部の領域に至った光を、上記湾曲面または上記傾斜面を含む複数の面によって繰り返し反射させながら減衰させる、ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか１項に記載の入力装置と、
複数の画素を有する画像表示パネルと、を備え、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することを特徴とする入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力位置の座標検出をおこなう入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムに関する。
【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）と、当該ペンによる座標入力を受け付けるタブレット、タッチパネル等の座標入力装置（位置検出装置ともいう）とを組み合わせた入力システムが知られている。ペンを、座標入力装置の座標入力領域に接触させ、座標入力装置は、ペンが接触（以下、タッチと記載する）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、または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、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。
【０００３】
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２５（ａ）および（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、光吸収手段１０８とを備えている。光吸収手段１０８は、受光素子１０４、１０５が配置された導光板１０１の側面に配置され、受光素子１０４、１０５は、図２５（ｂ）に示すように、光源１０２の照射範囲外に配置されている。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搬する。通常の状態では、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。ここで、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、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、図２６（ａ）および（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。
【０００４】
図２７は、特許文献２に開示されている座標入力装置を示す構成概略図である。図２７に示すように、蛍光染料２０１を均一に添加した状態に形成された平板部材２０２の四隅２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄは凹面に形成され、この凹面に向かって受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄが配置されている。受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄはそれぞれ検出回路部２１１に接続されている。平板部材２０２の内部を伝搬して四隅２００ａ〜２００ｄの凹面に達した光のうち、各受光器２０３ａ〜２０３ｄに向かうもののみが各受光器２０３ａ〜２０３ｄに向けて出射され、それ以外の光は凹面から外部に出射される際に受光器２０３ａ〜２０３ｄ以外に向かって屈折されて平板部材２０２の四辺に配置された光吸収部材２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄに吸収される。平板部材２０２の上面に手動操作で動かされる光源部２０５より射出されたスポット光は、平板部材２０２の上面よりその内部に入射し、平板部材２０２の内部に添加された蛍光染料２０１に当たって励起して等方的な光を発する。そして、その発光位置を、受光器２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄを用いて特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５８９６７号公報（２００９年１１月５日公開）
【特許文献２】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】
【０００６】
上述の従来構成は、受光素子（受光器）に受光されない光を、導光板（特許文献１の導光板１０１、特許文献２の平板部材２０２）の側面に配した光吸収手段（部材）によって吸収しているが、このように光吸収手段を導光板の側面に配する場合、導光板の厚さが薄いと、光吸収手段の設置が困難となる虞がある。
【０００７】
また上述の従来構成は、導光板の側面の大部分の領域を光吸収手段（部材）の設置領域として占められるため、光源および／または受光手段の配置位置が限定されてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、迷光を抑制する新規な構成の入力装置、およびそれを具備する入力システムを提供することにある。
【０００９】
そこで、上記の課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、
上面、下面および側面を有し、且つ、内部を光が伝搬する導光板と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、導光板を伝搬する光の一部を取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部によって取り出された光を受光する受光手段と、
上記導光板における互いに離れた二箇所の光取り出し部から取り出した光の進行方向を上記受光手段の受光結果から求めて、当該進行方向と、当該二箇所の光取り出し部の離間距離とから、前記導光板の上記上面に接触した接触物の位置座標を検出する検出手段と、を備え、
上記導光板の上記上面および上記下面のうちの少なくとも一方の面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に、導光板の内部を伝搬し当該少なくとも一部の領域に至った光を吸収する光吸収手段、または、当該少なくとも一部の領域に至った光を散乱させる光散乱手段を設けていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、上記導光板の上記上面および上記下面のうちの少なくとも一方の面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に、導光板の内部を伝搬し当該領域に至った光を吸収する光吸収手段、または、当該領域に至った光を散乱させる光散乱手段を配していることから、導光板の側面にこれら光吸収手段または光散乱手段を配する必要がないので、導光板の厚さに影響されずに、光吸収手段または光散乱手段を配することができる。
【００１１】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光吸収手段または上記光散乱手段は、上記隣接した領域の少なくとも一部の領域から当該少なくとも一部の領域が隣接している上記側面にも延設されていることが好ましい。
【００１２】
上記の構成によれば、光吸収手段または光散乱手段が、導光板の側面にも延設されているため、光吸収または光散乱をより一層確実に実現することができる。更に、光吸収手段または光散乱手段を導光板の側面に配設する態様において、側面とこれに隣接する領域とにそれぞれ別体の光吸収手段または光散乱手段を配する場合と比較して、本発明の構成によれば、側面とこれに隣接する領域とに、一体となった光吸収手段または光散乱手段を配設することができることから、設置が良いとなる。
【００１３】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記側面には、光源が配されており、当該光源から発せられた光が、当該側面から上記導光板の内部に入射して当該内部を伝搬することが好ましい。
【００１４】
上記の構成によれば、迷光を抑制するとともに、指や発光しないペン等が導光板の上面に接触した場合にその位置座標を、上記光源から導光板の内部に入射して当該内部を伝搬する光を用いて検出することができる。
【００１５】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光吸収手段または上記光散乱手段は、上記導光板の上記下面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に配設されているか、あるいは、当該少なくとも一部の領域から当該少なくとも一部の領域に隣接した上記側面に延設されていて、上記導光板を支持していることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、光吸収手段または上記光散乱手段が導光板を支持する支持部材を兼ねている。
【００１７】
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記導光板の上記上面および上記下面のうちの少なくとも一方の面における、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に、上記光散乱手段を設けており、
上記光散乱手段は、上記側面に隣接した領域の少なくとも一部の領域に設けられた湾曲面、あるいは、当該少なくとも一部の領域に設けられた、当該上面および当該下面に対して傾斜した傾斜面であり、
上記湾曲面または上記傾斜面は、上記少なくとも一部の領域が隣接している上記側面にも延設されており、
上記導光板の内部に入射して当該内部を伝搬した光のうち、上記少なくとも一部の領域に至った光を、上記湾曲面または上記傾斜面を含む複数の面によって繰り返し反射させながら減衰させる、ことが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、上記導光板の内部に入射して当該内部を伝搬した光のうち、上記少なくとも一部の領域に至った光を、上記湾曲面または上記傾斜面を含む複数の面によって繰り返し反射させて減衰させることによって、迷光の発生を回避することができる。これにより、迷光による誤検出を抑制し、信頼性の高い入力装置を実現することができる。
【００１９】
また本発明に係る入力システムは、上記の課題を解決するために、
上記構成を具備した入力装置と、
複数の画素を有する画像表示パネルと、を備え、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、画像表示パネルにおける上記位置座標に対応した画素を駆動して視認することができるように構成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明により、迷光を抑制する新規な構成の入力装置、およびそれを具備する入力システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の入力システムの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の部分平面図である。
【図３】図２に示す切断線Ａ−Ａ´の矢視断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置に具備された導光板の平面図である。
【図５】図２に示す切断線Ｂ−Ｂ´の矢視断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の入力システムのペンの構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置に具備された撮像素子において取得される取得画像の図である。
【図８】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置において座標位置の校正に必要な構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置において行われる座標位置の校正および補正の方法を示すメインフローチャートである。
【図１０】座標校正工程の流れを示すサブルーチンフローチャートである。
【図１１】座標補正工程の流れを示すサブルーチンフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置の変形例を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置の変形例を示す断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態の入力システムのペン入力装置の変形例を示す断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態の入力システムのペン入力装置の断面図である。
【図１８】図１７に示すペン入力装置に具備された撮像素子において取得される取得画像の図である。
【図１９】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２０】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２１】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２２】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２３】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２４】本発明の別の実施形態の入力システムを示す図である。
【図２５】従来構成の図である。
【図２６】従来構成の図である。
【図２７】従来構成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔実施形態１〕
本発明に係る入力システムの一実施形態について、図１〜図１６を参照して説明する。以下では、本発明に係る入力システムの一実施形態を中心に説明し、そのなかで本発明に係る入力装置の一実施形態であるペン入力装置を説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の入力システムの構成を示す斜視図である。
【００２５】
（入力システムの構成）
本実施形態の入力システム５０は、図１に示すように、ペン入力装置４０（入力装置）と、操作部材であるペン３（接触物）とを具備しており、ペン入力装置４０の表面であるタッチ面にペン３が接触すると、その接触位置座標をペン入力装置４０が求めることができる。
【００２６】
●ペン入力装置４０
ペン入力装置４０は、図１に示すように、液晶表示パネル２（画像表示パネル）と、液晶表示パネル２の表示面側に重ねて配置された四角形の導光板１Ａと、導光板１Ａの或る一辺の両端近傍にそれぞれ配設された撮像ユニット１０、２０（受光手段）と、光吸収部５（光吸収手段）と、位置座標検出部９０（検出手段）とを有している。
【００２７】
液晶表示パネル２は、一対の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おこなう。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。
【００２８】
導光板１Ａは、透光性材料からなる矩形の一枚の平板であり、図１に示すように液晶表示パネル２の表示面側に重ねて配設されている。導光板１Ａは、図１に示すように、撮像ユニット１０、２０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おり、撮像ユニット１０、２０のそれぞれの少なくとも一部分を背面（下面）側に配設している。これにより、ペン入力装置４０のタッチ面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、コンパクトサイズの実現に寄与している。
【００２９】
導光板１Ａにおける液晶表示パネル２とは反対側の表面（上面）が、後述する光を発するペン３が接触する接触面（タッチ面）である。
【００３０】
また、導光板１Ａにおける撮像ユニット１０、２０を配設する一辺の両端近傍には、それぞれ、タッチ面から背面に貫通した貫通孔１ｈ（光取り出し部）が設けられている。貫通孔１ｈについての詳細は後述するが、貫通孔１ｈは、全反射しながら導光板１Ａの内部を伝搬する光を、導光板１Ａの外部に取り出すための構成であり、且つ、外部に取り出すために伝搬光の光路を変換する光路変換部である。そのため、本実施形態においては、導光板１Ａの上面の全面ではなく、二つの貫通孔１ｈが設けられた二つの角部に隣接した（上面の）３辺よりも内側に座標検出可能領域が構成されている。換言すれば、貫通孔１ｈは、座標検出可能領域の外側に配設されている。
【００３１】
また、導光板１Ａの背面には、本発明の特徴的構成である光吸収部５が設けられている。図２は、図１の部分平面図であるが、光吸収部５は、導光板１Ａの背面における、（導光板１Ａの）側面に隣接した少なくとも一部の領域に設けられている。具体的には、図１および図２に示すように、光吸収部５は、四角形の導光板１Ａの背面の四辺のうちの、二つの貫通孔１ｈが設けられている二つの角部に隣接した三辺に沿って設けられている。図２に示すように、光吸収部５は、貫通孔１ｈと当該貫通孔１ｈに最も近い（導光板１Ａの）角部との間にも配されている。各辺に配される光吸収部５は互いに連続しており、コの字型の構造を有している。
【００３２】
ここで、図３は、図２に示す切断線Ａ−Ａ´の矢視断面図である。図３に示すように、全反射しながら導光板１Ａの内部を伝搬する光が光吸収部５に至ると、光は光吸収部５に入射してしまい、全反射条件が崩れる。光吸収部５に至った光は、全反射することもなく、光吸収部５において再び導光板１Ａに反射することもないため、図３の破線で示すように光が導光板１Ａの側面で反射して迷光となることを回避することができる。
【００３３】
光吸収部５の設置幅（背面の端辺からの、当該端辺に対して垂直方向に沿った長さ）について、図４を用いて説明する。図４は、導光板１Ａの上面から見た平面図である。上記座標検出可能領域は、図４において、導光板１Ａの上面の端部から当該上面の中心に向けて狭まった領域８０である。座標検出可能領域８０では、上述したように光が伝搬し全反射する。そのため、この座標検出可能領域８０には、光吸収部５は設置しない。光吸収部５は、座標検出可能領域８０の端部から、導光板１Ａの上面の端辺までの間に配設されている。また特に、座標検出可能領域８０から外れた領域のなかの、撮像ユニット１０、２０が導光板１Ａの内部を伝搬した伝搬光を受光できる受光可能領域から外れた領域６０（図中の斜線部）に光吸収部５を設けることが望ましい。この領域６０であれば、伝搬光を乱すことはない。ここで、上記受光可能領域とは、導光板１Ａに設けられた二つの貫通孔１ｈのそれぞれの中心と、四角形の座標検出可能領域８０の四隅のうちの各貫通孔１ｈに最も近い隅に隣り合っている二つの隅と、を結んだ直線よりも座標検出可能領域８０に近い側の領域をいう。
【００３４】
光吸収部５は、例えばカーボンブラック含有樹脂などが用いられる。
【００３５】
光吸収部５は、導光板１Ａの背面に接着剤などを用いて貼り付けて固定することによって配設される。
【００３６】
なお、導光板１Ａの材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネートやガラスでも構わない。また導光板１Ａの厚さは１〜３ｍｍが主に用いられるが、これより厚くてもかまわない。また、導光板１Ａのサイズ（タッチ面のサイズ）は、約１ｍ角とすることができるが、これに制限されるものではない。
【００３７】
図１に示す撮像ユニット１０、２０は、固定用部材７を介して、固定されている。この固定用部材７も、図４の座標検出可能領域８０の外側、より望ましくは領域６０に設けられている。固定用部材７は、撮像ユニット１０、２０および導光板１に対して接着剤などを用いて固定すればよい。このように本実施形態のペン入力装置４０は、撮像ユニット１０、２０がそれぞれ導光板１Ａに固定されていることから、導光板１Ａが環境温度の変化に応じて膨張、収縮した場合であっても、撮像ユニット１０、２０のそれぞれと導光板１Ａとが位置ずれを起こすことがなく、相対位置を一定に保つことができる。そのため、環境温度の変化に対応可能な、信頼性の高い位置座標検出を実現することができる。
【００３８】
次に、図５を用いて、貫通孔１ｈの詳細と、撮像ユニットについて説明する。図５は、図２に示す切断線Ｂ−Ｂ´の矢視断面図である。なお、二つの貫通孔１ｈはそれぞれ同じ構造であり、また撮像ユニット１０、２０もそれぞれ同じ構成であるので、図５では、説明の便宜上、一方の撮像ユニット１０と、この撮像ユニット１０の上方に位置する貫通孔１ｈについて説明する。
【００３９】
貫通孔１ｈは、図５に示すように、導光板１Ａにおけるタッチ面側の開口径が背面側の開口径よりも大きく構成されており、且つ、タッチ面側から背面側に向かって径が連続的に小さくなった漏斗形状である。換言すれば、貫通孔１ｈの壁面は、タッチ面および背面と垂直な方向に対して傾斜している。
【００４０】
撮像ユニット１０は、導光板１Ａの背面に対向する位置の、貫通孔１ｈおよびその周囲の直下に配されている。図５に示すように、ペン３から導光板１Ａに入射して結合した光は、全反射しながら導光板１Ａの内部を伝搬する（図中の矢印で示す方向に伝搬）。そして、貫通孔１ｈの上記壁面（導光板の上面の端部に隣接した端面）まで達すると、当該壁面によって光の光路が変化し、導光板１Ａの背面に向かい、さらに背面から出射して撮像ユニット１０に入射する。
【００４１】
ここで貫通孔１ｈの壁面は、導光板１Ａの背面に対して、４５度以下、例えば３０度や４５度で傾斜している（図５中のγ）。これにより、導光板１Ａの内部を伝搬して当該壁面に至った光の全反射条件を破綻させることができる。例えば、貫通孔１ｈの壁面は、導光板１Ａの内部を伝搬して当該壁面に至った光を、９０度変化させて導光板１Ａの背面に向かわせ、背面から更に下方に出射させることができる。
【００４２】
なお、漏斗形状の壁面には、ミラーコーティングが施してあってもよい。ミラーティングを施して光反射加工することによって、より効果的に光路を変換して、光を導光板１Ａ外部へ取り出すことができ、光量のロスも抑えることが可能である。
【００４３】
なお、本実施形態では、漏斗形状の貫通孔を挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板のタッチ面側が開口しているすり鉢状の窪みであってもよい。また、貫通孔１ｈは、円錐体にも似た構造である。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、多角面状に構成されていてもよい。
【００４４】
撮像ユニット１０は、図５に示すように、光入射側から、レンズ１１と、可視光カットフィルタ１２と、撮像素子１３とをこの順で有している。撮像ユニット２０も同じ構成である。
【００４５】
導光板１Ａの背面から出射して撮像ユニット１０に入射した光は、まずレンズ１１によって集光され、続いて可視光カットフィルタ１２によって可視光が遮断されて、撮像素子１３に受光される。撮像素子１３では、受光した光が光電変換されて画像が形成される。この点については、後述する。
【００４６】
撮像ユニット１０によって形成された画像のデータは、位置座標を検出する位置座標検出部９０に送られる。位置座標検出部９０での検出方法については後述する。
【００４７】
●ペン３
一方、ペン入力装置４０に対応するペン３は、いわゆるタッチペン、スタイラスペンと呼ばれる操作部材である。本実施形態のペン３の詳細について、図６を用いて説明する。
【００４８】
図６は、ペン３の構成を示す断面図である。ペン３は、外形となる筐体３５の内部に、赤外光を出射する発光素子３１および当該赤外光をペン３の先端へと導く導光部材３２を有する発光部３０と、電源装置３３と、制御装置３４とが、格納されている。そして、本実施形態のペン３の特徴的構成として、ペン３の先端に発光部３０が配置された構成となっているとともに、その光出射側に、光を拡散させる光拡散部材３６を取り付けている点がある。
【００４９】
この光拡散部材３６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、フッ素樹脂（具体例としてはポリテトラフルオロエチレン）、シリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、ペン入力装置４０の導光板１Ａにペン３の先端、すなわち光拡散部材３６を接触させて用いる場合に、導光板１Ａ表面を傷付けることなく、且つ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板１Ａ表面との接触面積を大きくすることができるので、導光板１Ａ表面にカップリングする光量を多くすることができる。
【００５０】
光拡散部材３６の光出射面は、図６に示すように、曲面を有している。すなわち、光拡散部材３６は概ね半球体である。なお、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、ペン３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良い。なお、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良い。
【００５１】
また、光拡散部材３６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。光拡散部材３６がポリテトラフルオロエチレンによって構成されている場合には不要であるが、光拡散部材３６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を光拡散部材３６の光出射面にコーティングする加工が挙げられる。
【００５２】
さらに、この光拡散部材３６は、ペン３に対して着脱可能に構成されている。光拡散部材３６が何らかの理由で損傷した場合（経時劣化を含む）であっても、光拡散部材３６を交換するだけでペン３の使用を継続することができる。ペン３ごと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。着脱可能であるために、光拡散部材３６が取り付けられる側の部材（本実施形態では、導光部材３２）には、光拡散部材３６と接触する部分に、溝構造、咬合する構造、または、嵌め合う構造が設けられており（不図示）、光拡散部材３６には、その構造に合う構造が設けられている（不図示）。なお、本実施形態では、導光部材３２に光拡散部材３６を取り付ける態様であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体３５に光拡散部材３６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。
【００５３】
上記発光素子３１は、赤外光を発するＬＥＤ（light emitting diode）あるいはＬＤ（laser diode）を用いることができる。なお、ＬＥＤもしくはＬＤは、１つのペン３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。
【００５４】
上記電源装置３３から電源を受けて発光した発光素子３１からの赤外光は、上記導光部材３２を経てこの光拡散部材３６に入射し、当該光拡散部材３６の上記光拡散材料および上記微細凹凸によって乱反射する。そして、光拡散部材３６の光出射面から拡散光となって出射される。
【００５５】
電源装置３３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。
【００５６】
上記制御装置３４は、発光素子３１の発光を制御する。例えば、発光素子３１が導光板１Ａ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。
【００５７】
以上のように、ペン３には、赤外光を出射する光源が設けられており、ペン先から赤外光が拡散放射される構成となっている。ペン３のペン先が導光板１Ａ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１Ａに結合して、導光板１Ａ内を伝搬する。ペン３は、ペン先から赤外光を拡散放射するため、導光板１Ａに結合した光は、導光板１Ａ内を拡散放射する。
【００５８】
そして、撮像ユニット１０、２０は、図１に示すように導光板１Ａの内部を伝搬する赤外光（以下、伝搬光４ａ、４ｂと記載する）を、それぞれ捕らえて、撮像素子から得られる各画像から、当該接触の二次元の位置座標を求める。撮像素子の受光面は、導光板１Ａの表面と平行であるように配設されている。以下に、ペン入力の検出原理について詳述する。
【００５９】
（ペン入力の検出原理）
ペン３のペン先がペン入力装置のタッチ面（導光板のタッチ面）に接触したとき、ペン３から放射される赤外光の一部が屈折率Ｎの導光板１Ａ内に入射する。この入射光のうち、図５に示す導光板１Ａ内の伝搬角θＰが、式；
ｓｉｎ（９０°−θＰ）  ＜  １／Ｎ
に示す条件を満たす光束は、図５に示すように、導光板１Ａ内に閉じ込められ、導光板１Ａのタッチ面（上面）、および背面（下面）での反射を繰り返し、導光板１Ａ内を進行する。
【００６０】
ペン３から発せられた赤外光はペン先を中心にして放射状に拡散され、導光板１Ａ内を伝搬し、その光束のうちの一部の光束４ａ、４ｂ（図１）は貫通孔１ｈの壁面に導かれ、当該端面の反射光が撮像ユニット１０、２０で受光される。撮像ユニット１０、２０に入った光は、レンズ１１にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ１２を通って、最後に撮像素子１３に受光される。可視光カットフィルタ１２はペン３から放射される赤外光を透過し、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１２により、太陽光や、液晶表示パネル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。
【００６１】
ここで図７は、検出原理を説明する図であり、図７（ａ）は説明の便宜上、導光板１Ａが、片方の貫通孔１ｈの中心軸の位置で切断した断面図となっている。なお、撮像ユニット１０と撮像ユニット２０とは同じ構成であるため、以下では撮像ユニット１０についてのみ説明する。
【００６２】
図７（ａ）に示すように、ペン３から発せられ導光板１Ａ内を伝搬し、貫通孔１ｈの壁面で光路を変え、導光板１Ａから出射して撮像ユニット１０に入射し、撮像素子１３に入射して線状の像１５を形成する。
【００６３】
図７（ｂ）に撮像素子１３の取得画像を示す。赤外線を照射している状態にあるペン３のペン先が導光板１Ａに接触していないとき、撮像素子１３の取得画像には何も現れない。一方、発光部から赤外線を照射している状態にあるペン３のペン先が導光板１Ａに接触して赤外光が導光板１Ａに結合すると、図４に示すように、その光束のうちの一部の光束４ａ（図１）が撮像素子１３に導かれ、撮像素子１３の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像１５が現れる。この線状の像１５の長手方向は、光束の進行方向に沿って延びている。
【００６４】
図７に示す線状の像１５の位置は、ペン３のペン先の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、線状像は破線で示した線状像１７のように変化する。その線状像の軌跡は一点鎖線で示した扇形状１６になる。その扇形の中心１８と線状像を結ぶ線分の回転角度α１’（円弧の中心を回転中心とする）は、ペン３と撮像素子１３を結ぶ線分と導光板１Ａの上記辺Ａとがなす角度α１と同じ角度になる。撮像素子の取得画像からα１’が求められ、α１’からα１が求められる。同様にペンが３ｂの位置に移動すると、線状像１７が形成され、その線状像１７の傾きα２’を求めることにより、α２が求められる。
【００６５】
撮像ユニット２０の撮像素子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、ペン３と当該撮像素子とを結ぶ線分と辺Ａとがなす角度βが求められる。
【００６６】
そして、辺Ａの長さをＬ、撮像素子１３からの画像を読み取り求めた輝点の変位角度をα、撮像ユニット２０の撮像素子からの取得画像を読み取り求めた輝点の変位角度をβとしたとき、輝点の座標（Ｘ、Ｙ）は下記の関係式（１）および（２）；
Ｙ＝ｔａｎα・Ｘ    …（１）
Ｙ＝ｔａｎβ・（Ｌ−Ｘ）    …（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）    …（３）
Ｙ＝（ｔａｎα・ｔａｎβ）・Ｌ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）    …（４）
と表され、上述のように求めたα、βと、予め求めることができるＬ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Ｌは固定の値である。α、βを求めることにより、ペン入力座標Ｘ、Ｙ（位置座標）を求めることができる。
【００６７】
なお、Ｌとは、二つの貫通孔１ｈの中心軸同士の間の距離（貫通孔同士の離間距離）である。
【００６８】
以上の方法でペン３の位置座標を求めるために、ペン入力装置４０には、位置座標検出部９０（図１）を設けている。なお、位置座標検出部９０は、入力システム５０に構成されていればよく、ペン入力装置４０の外部に設けてもよい。
【００６９】
また、以上の方法で求められたペン３の位置座標に基づいて、液晶表示パネル２の当該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、ペン３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の駆動を制御する制御部（不図示）が、位置座標検出部で求めた位置座標の情報を取得して、当該情報に基づいて液晶表示パネル２を駆動すればよい。
【００７０】
以上のように本実施形態の入力システム５０は、導光板１Ａにおける互いに離れた少なくとも二箇所において、伝搬した光を捕らえることによって、ペン３の位置座標を求めることができる。このように導光板１Ａを備えた光学方式のペン入力装置４０においては、使用時に、導光板１Ａが伸縮または位置ずれしている場合がある。例えば、導光板１Ａをアクリルから構成した場合、環境温度の変化によって伸縮したり、液晶表示パネル２からの発熱などにより膨張したりする。また、何らかの理由でペン入力装置４０が落下した場合には、導光板１Ａと液晶表示パネル２との関係が出荷時に比べて位置ずれしている場合がある。その場合には、ペン３と、撮像ユニット１０、２０（より具体的には撮像素子）との位置関係がずれてしまい、座標検出精度が低下する。
【００７１】
この座標検出精度の低下を防止するために、例えば、本実施形態のペン入力装置４０のように、操作部材が発光部を有するペン３である場合に、そのペン３を所定の定められた位置に接触させることにより、ペン３と撮像ユニット１０、２０（撮像素子）との位置関係を校正、つまり座標位置のキャリブレーションをすることが考えられる。しかし、そのような校正方法は、使用者にタッチペンを所定の定められた位置に接触させるという操作を強要するので、使用者にとっては煩わしく、負担となる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、以下のような構成によって、座標位置の校正を実現する。
【００７３】
（校正用光源を用いた座標位置の校正および校正値に基づく座標補正）
導光板１Ａの伸縮および位置ずれに伴う、ペン３における導光板１Ａの表面への接触位置を校正すべく、以下の構成を有している。
【００７４】
まず、図８（ａ）および（ｂ）は、座標位置の校正に必要な構成を示す図である。図８に示すように、導光板１Ａの下側には、導光板１Ａにおける既知の正確な座標位置から該導光板１Ａに光を入射させる校正用光源９が設けられている。
【００７５】
この校正用光源９は、例えば、導光板１Ａの座標検出可能領域８０（図４）の端部近傍に複数個設けられている。なお、校正用光源９の個数は、複数に限らず、１個でもよい。また、校正用光源９の設置位置においても、導光板１Ａの端部近傍の近傍でなく、中央であってもよい。
【００７６】
この校正用光源９は、例えば赤外光等の光を発するＬＥＤまたはＬＤを用いることができる。また、校正用光源９は、液晶表示パネル２の一部を点灯することにより、光を導光板１Ａに入射させる構成とすることも可能である。この構成によれば、校正用光源９を別途に設ける必要が無くなる。
【００７７】
また、本実施形態の入力システム５０には、図示しないＣＰＵからなる座標校正補正部が設けられている。この座標校正補正部は、校正用光源９を点灯することにより検出した校正用光源９における光の入射位置の座標と、校正用光源９における既知の正確な座標とを比較して位置ずれ量を求める本発明の座標校正手段としての機能を有している。また、この座標校正補正部は、ペン３を導光板１Ａのタッチ面に接触させて接触位置の座標を検出したときに、位置ずれ量に基づいて検出座標を補正するようになっており、本発明の座標補正手段としての機能を有している。
【００７８】
上記校正用光源９を用いた座標校正方法およびその校正に基づく座標補正方法について、図９に基づいて説明する。図９は校正用光源９を用いた座標校正方法およびその校正に基づく座標補正方法を示すメインフローチャートである。
【００７９】
校正用光源９を用いた座標校正方法およびその校正に基づく座標補正方法は、図９に示すように、出荷前に行われる準備工程（Ｓ１）と、出荷後に行われる座標校正工程（Ｓ２）および座標補正工程（Ｓ３）とに大別される。
【００８０】
上記準備工程（Ｓ１）では、設置された校正用光源９の導光板１Ａにおける正確な座標の位置、正しくは校正用光源９の導光板１Ａへの入射光の位置を求める処理が行われる（Ｓ１）。具体的には、入力システム５０の出荷前に、予めキャリブレーションを人の手により行い、キャリブレーションが正確であるときの撮像ユニット１０、２０（撮像素子）から見た校正用光源９の位置つまり角度を記録しておく。
【００８１】
次いで、出荷後においては、座標校正工程（Ｓ２）において、入力システム５０の電源立ち上げ時に校正用光源９を点灯して校正用光源座標検出工程および位置ずれ量算出工程を行う。そして、実際のペン３での導光板１Ａへの接触時においては、算出された位置ずれ量に基づいて座標補正工程（Ｓ３）が行われる。
【００８２】
上記座標校正工程の流れを、図１０に基づいて説明する。図１０は座標校正工程の流れを示すサブルーチンフローチャートである。
【００８３】
図１０に示すように、入力システム５０の出荷後において、入力システム５０の電源をオンする（Ｓ１１）。次いで、校正用光源９を点灯し、一定時間発光させる（Ｓ１２）。尚、この処理は、最初においては、この入力システム５０の電源をオンに同期して校正用光源９を点灯することが好ましい。
【００８４】
これにより、校正用光源９からの光が導光板１Ａに入射し、導光板１Ａを伝搬する伝搬光４ａ、４ｂは撮像ユニット１０、２０（撮像素子）にて検知され、校正用光源９における光の入射位置の座標が検出される（Ｓ１３）。
【００８５】
上記Ｓ１1〜Ｓ１３が、校正用光源座標検出工程に相当する。
【００８６】
次いで、位置ずれ量算出工程として、上記校正用光源座標検出工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）にて求めた校正用光源９における光の入射位置の座標と、前記準備工程（Ｓ１）にて求めた校正用光源９における正確な座標とを比較して位置ずれ量を算出する（Ｓ１４）。
【００８７】
ここで、本実施形態では、入力システム５０の電源がオンしている間において、例えば１時間毎の一定時間毎に、Ｓ１２〜Ｓ１４の処理が行われるようになっている。これにより、液晶表示パネル２の点灯によって導光板１Ａが経時的に膨張しても、その膨張にもかかわらず、精度の高い座標検出を行うことができる。
【００８８】
次いで、上記座標補正工程の流れを、図１１に基づいて説明する。図１１は座標補正工程の流れを示すサブルーチンフローチャートである。
【００８９】
座標補正工程においては、図１１に示すように、ペン３を接触させる（Ｓ２１）。これにより、ペン３からの光が導光板１Ａに入射し、導光板１Ａを伝搬する伝搬光４ａ、４ｂは撮像ユニット１０、２０（撮像素子）にて検知され、ペン３における導光板１Ａの表面への接触位置の座標が検出される（Ｓ２２）。
【００９０】
次いで、位置ずれ量算出工程にて算出された位置ずれ量に基づいて検出座標を補正する（Ｓ２３）。
【００９１】
ここで、具体的な、座標校正工程および座標補正工程での処理について説明する。例えば、校正用光源９が１個の場合、校正用光源９の設置位置以外においては、校正用光源９の設置位置と撮像ユニット１０、２０（撮像素子）との距離との比例配分により、位置ずれ量が算出される。
【００９２】
また、校正用光源９が複数の場合、各校正用光源９での位置ずれ量を求める。そして、その位置ずれ量の幅を相関により求めることが可能であり、例えば各位置ずれ量の平均値を位置ずれ量とすることが可能である。或いは、例えば、導光板１Ａを格子状に区画し、各区画に１個の校正用光源９を設置して、それぞれ位置ずれ量を求める。そして、その区画内にペン３が接触された場合には、その区画内の位置ずれ量を用いてペン３の検出座標を補正することが可能である。
【００９３】
このように、本実施形態のペン入力装置４０は、導光板１Ａの伸縮および位置ずれに伴う、ペン３における導光板１Ａのタッチ面への接触位置を校正すべく、校正用光源９と、校正用光源９を点灯することにより検出した該校正用光源９における光の入射位置の座標と、該校正用光源９における既知の正確な座標とを比較して位置ずれ量を求め、ペン３を導光板１Ａの表面に接触させて接触位置の座標を検出したときに、上記位置ずれ量に基づいて検出座標を補正する座標校正補正部とが設けられている。そのため導光板１Ａの伸縮または位置ずれに伴う検出座標を自動的に校正および補正して座標検出精度の低下を防止し得るペン入力装置４０を提供することができる。また、校正時において、基準となる座標を使用者が操作して検出するのではなく、自動的に、常に固定された場所から検出するため、使用者の負担は発生しない。
【００９４】
（本実施形態の作用効果）
以上の本実施形態の入力システム５０によれば、ペン入力装置４０に設けられた導光板の端部近傍の背面に、導光板の内部を伝搬し当該領域に至った光を吸収する光吸収部を備えていることから、導光板の迷光を抑制することができる。特に、本実施形態のように、導光板の端部近傍の背面に光吸収部を備えることにより、導光板の側面に光吸収部を配する必要がない。そのため、導光板の側面のみに光吸収部を配しようとすると導光板の厚さに影響されるが、導光板の側面に光吸収部を配する必要がないので、導光板の厚さを設定する際に光吸収部の配設を考慮しなくてよい。例えば、本構成によれば、側面に光吸収部を配することができない程度に導光板を薄くすることも可能である。
【００９５】
また、本実施形態の構成によれば、導光板の側面に光吸収部を配さないので、装置の狭額縁化に寄与することができる。また、導光板のタッチ面はフルフラットにすることができる。
【００９６】
なお、本実施形態では、光吸収部５が、図１に示すように、導光板１Ａの背面の四辺のうちの三辺に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、四辺全てに配されていても良い。そして、各辺に配される光吸収部５は互いに連続しており、ロの字型の構造を有していても良い。
【００９７】
なおまた、本実施形態では、撮像ユニット１０および撮像ユニット２０の計二つの撮像ユニット（撮像素子）を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板１Ａの端部における各箇所からミラーおよびシャッターを用いて１つの撮像素子に集めてもよい。
【００９８】
なおまた、本実施形態では、１つのペン３を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のペンを用いた場合であっても例えば各ペンの発光タイミングを異ならせるなどすれば、導光板１Ａのタッチ面に同時に複数のペンが接触していてもそれぞれの位置座標を求めることができる。
【００９９】
（実施形態１の変形例１）
上述した本実施形態では、図１に示すように光吸収部５を導光板１Ａの背面に配設した構成について説明したが、光吸収部５に限らず、光散乱部を設けてもよい。すなわち、本発明は、導光板内部で迷光が生じることを防ぐとともに、生じてしまった迷光を解消することを目的の一つとしているので、光散乱部を設けて、光を導光板の外部に散乱させることも有効である。
【０１００】
この光散乱部を、本実施形態の光吸収部５に変えて導光板の背面に設けた構成を図１２に示す。図１２は、本変形例の構成を示す断面図であり、図５に相当している。図１２に示す本変形例では、本実施形態の光吸収部５（図１）と同じ配設位置に、光散乱部５５（光散乱手段）を設けている。ここで、本変形例の光散乱部５５は、導光板１Ｂの背面の一部に直接形成した凹凸形状によって実現されている。すなわち、別体の光散乱部を導光板の背面に固定しているのではなく、導光板の背面の一部分が光散乱部を構成している。これにより、部品点数を減らして、コストダウンに寄与することができる。
【０１０１】
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、光散乱部５５が導光板１Ｂとは別体で構成されてもよい。その場合、光散乱部５５としては、例えば、アクリルを材料とした一部分に直接凹凸が形成されている部材である。導光板１Ｂとこの部材を接着させることにより迷光を導光板１Ｂから部材へと伝搬させ、凹凸部で散乱させることができる。
【０１０２】
（実施形態１の変形例２）
上述した本実施形態では、図１に示すように光吸収部５を導光板１Ａの背面に配設した構成について説明したが、光吸収部５は当該背面のみに限らず、導光板の側面にも延設されていてもよい。これについて図１３を用いて説明する。
【０１０３】
図１３は、本変形例の構成を示す断面図であり、上述した実施形態における図５に示す状態に相当している。図１３に示す本変形例では、光吸収部が背面のみならず導光板１Ｃの側面にも及んだ断面Ｌ字型の光吸収部５´が設けられている。これにより、導光板１Ｃの側面において反射して迷光となる虞のある光を吸収して、迷光の発生の抑制を上述の実施形態よりもより一層効果的に実現することができる。
【０１０４】
光吸収部５´は、導光板１Ｃの背面および側面の両方に接着固定することもできるが、例えば、背面のみと接着固定し、側面には単に隣接している状態としてもよい。これにより、側面にも光吸収部５´を配設する本変形例の態様であっても、導光板１Ｃの厚さに影響されずに、光吸収部を適切に配設することができる。
【０１０５】
また、この断面Ｌ字型の光吸収部５´は、導光板１Ｃを支持する支持手段としても機能する。
【０１０６】
なお、上述の実施形態の光吸収部５も導光板１Ａを支持する支持手段として機能することができる。
【０１０７】
光吸収部５´は、弾性部材から構成することができる。これにより、光吸収部５´が導光板１Ｃに接触した際に、導光板１Ｃに傷、割れ、または欠けが生じることを防ぐことができる。
【０１０８】
（実施形態１の変形例３）
上述した本実施形態では、図１に示すように光吸収部５を導光板１Ａの背面に配設した構成について説明したが、光吸収部５は当該背面のみに限らず、導光板の側面、および当該導光板のタッチ面の一部にも延設されていてもよい。これについて図１４を用いて説明する。
【０１０９】
図１４は、本変形例の構成を示す断面図であり、上述した実施形態における図５に示す状態に相当している。図１４に示す本変形例では、光吸収部が背面のみならず導光板１Ｄの側面およびタッチ面にも及んだ断面コの字型の光吸収部５´´が設けられている。これにより、導光板１Ｄの側面およびタッチ面において反射して迷光となる虞のある光を吸収して、迷光の発生の抑制を上述の実施形態よりもより一層効果的に実現することができる。さらに、上述の変形例２よりもより一層効果的に迷光の発生を抑制することができる。タッチ面における光吸収部５´´の配設領域は、背面における光吸収部５´´の配設領域と同じく、図４に斜線を付して示した領域とすることが望ましい。
【０１１０】
また、光吸収部５´´は、導光板１Ｄに接着固定してもよいし、光吸収部５´´を弾性材料から構成する場合は、弾性力（復元力）を利用して、導光板１Ｄを挟持することによって配設してもよい。また、光吸収部５´´の導光板１Ｄを支持する支持手段としても機能する。
【０１１１】
（実施形態１の変形例４）
上述した実施形態では、導光板１Ａはタッチ面から背面までの幅、すなわち、導光板１Ａの厚さが均一である平板状の導光板について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タッチ面の端辺近傍において、タッチ面が背面に向かって傾斜していて厚さが端に向かって徐々に薄くなっている導光板を用いてもよい。本変形例はこの導光板を具備している。
【０１１２】
図１５は、本変形例の構成を示す断面図であり、上述した実施形態における図５に示す状態に相当している。本変形例の導光板１Ｅは、図４に斜線を付して示した領域におけるタッチ面の端辺近傍において、タッチ面が背面に向かって傾斜していて厚さが端に向かって徐々に薄くなっている傾斜領域１ｎを有している。そして、この傾斜領域１ｎの背面側に光吸収部５を配している。
【０１１３】
傾斜領域１ｎを有する導光板１Ｅは、傾斜領域１ｎの端付近において伝搬光の反射回数が多くなるため、その領域に光吸収部５を配設することにより、迷光の抑制を効果的に実現することができる。
【０１１４】
また、傾斜領域１ｎを設け、そこに光吸収部５を配設することによって、効果的に迷光を抑制することが可能であるので、傾斜領域１ｎを設けない構成に比べて、光吸収部５の配設面積を小さくすることが可能であり、これによる小型化、軽量化が可能である。
【０１１５】
傾斜領域１ｎは、例えば削り出しによって形成加工することが可能である。
【０１１６】
（実施形態１の変形例５）
上述した実施形態では、導光板１Ａは平板状であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、端部近傍において下方に屈曲した導光板を用いてもよい。本変形例はこの導光板を具備している。
【０１１７】
図１６は、本変形例の構成を示す断面図であり、上述した実施形態における図５に示す状態に相当している。本変形例の導光板１Ｆは、図４に斜線を付して示した領域において、導光板の端部が導光板の下方に向けて略直角に屈曲した屈曲部１ｍを有している。屈曲部１ｍにおける背面には、光吸収部５が配設されている。
【０１１８】
屈曲部１ｍを設けることによって、屈曲部を設けていない平板状の導光板と比べて、同じ大きさの光吸収部を設けることができつつ、タッチ面側から見た導光板の面積を小さく構成することが可能である。
【０１１９】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、上記実施形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
上述の実施形態１では、発光部を有するペン３にて導光板１Ａに接触して、接触位置の座標を検出するものであった。しかしながら、本発明においては、必ずしもこれに限らず、例えば、図１７に示すように、操作部材としての指Ｆ（接触物）を導光板１Ａに接触させて、接触位置の座標を検出する構成とすることが可能である。この場合、図１７に示すように、導光板１Ａの周辺に光源ユニット７０を配設する。
【０１２１】
すなわち、本実施形態の入力装置は、導光板１Ａにおける一辺の周辺に、図１７に示すように、導光板１Ａに光を入射させる複数の光源としてのＬＥＤ７０ａを並べた光源ユニット７０を配している。本実施形態では、図１に示した導光板１Ａのタッチ面の４辺のうちの光吸収部５が配されていない一辺に沿って複数のＬＥＤ７０ａを並べた光源ユニット７０を配している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板１Ａの、光吸収部５が配された一辺に光源ユニット７０を配してもよい。また、光源ユニット７０は、一辺のみならず、少なくとも一辺に配することができる。
【０１２２】
導光板１Ａには、複数のＬＥＤ７０ａから入射されて該導光板１Ａの内部を導光する伝搬光を２箇所に設けられた撮像ユニット１０、２０（より具体的には撮像素子）へそれぞれ線状に出射する光路変換部としての貫通孔１ｈが設けられている。そして、操作部材は、導光板１Ａの表面に接触させることによって導光板１Ａにおける伝搬光の光量を減衰させる指Ｆからなっている。
【０１２３】
本実施形態の入力装置４４における、指Ｆが導光板１Ａに接触されたときの接触位置の座標検出原理について、図１８（ａ）および（ｂ）に基づいて以下に説明する。図１８（ａ）は指Ｆが導光板１Ａに接触されていないときの撮像素子１３の出力像を示す平面図であり、図１８（ｂ）は指Ｆが導光板１Ａに接触されたときの撮像素子１３の出力像を示す平面図である。
【０１２４】
まず、本実施形態の入力装置４４では、図１７に示すように、導光板１Ａにおける上記一辺の周辺に沿って複数設けられたＬＥＤ７０ａから、導光板１Ａに光が入射される。
【０１２５】
ＬＥＤ７０ａから導光板１Ａに入射された光は、導光板１Ａの内部を伝搬光として導光し、貫通孔１ｈを介して２箇所に設けられた撮像ユニット１０、２０（撮像素子）へそれぞれ出射される。これにより、撮像素子１３では、図１８（ａ）に示すように、貫通孔１ｈの形状に基づく、扇形状の明部１３ａの出力像が得られる。
【０１２６】
この状態において、被検出体としての指Ｆを導光板１Ａ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１３での受光量に強度低下が生じる。具体的には、図１８（ｂ）に示すように、明部１３ａの中に、線状の暗部１３ｂが生じる。したがって、撮像素子１３におけるこの受光量の強度低下を示す暗部１３ｂを位置座標検出部９０にて検知し、実施形態１と同様に角度を検出することにより、三角測量の原理に基づいて、指Ｆにおける導光板１Ａの表面への接触位置の座標が求められる。
【０１２７】
以上のように、指Ｆを導光板１Ａの表面に接触させ、その接触位置での伝搬光が乱され、散乱光が発生する。この散乱光の一部は撮像素子１３の方向にも伝搬し、各撮像素子１３にて受光される。この結果、撮像素子１３での線状に表された像から、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Ｆの導光板１Ａへの接触位置の座標が特定される。
【０１２８】
したがって、導光板１Ａを使用し、指Ｆを導光板１Ａに接触させることにより、指Ｆの導光板１Ａへの接触位置の座標を三角測量法により求める方式の入力装置４４を提供することができる。
【０１２９】
なお、上述した実施形態１と同様に、座標校正方法を本実施形態においても適用することができ、その場合には、実施形態１の上記校正用光源として、複数のＬＥＤ７０ａのうちの一部のＬＥＤ７０ａを用いることができる。これにより、校正に伴うコストの増加を抑制することができる。
【０１３０】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、上記実施形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
【０１３１】
上述の実施形態１では、光取り出し部（光路変換部）としての貫通孔１ｈ（図１）が導光板に設けられていたが、本発明はこの構造の光取り出し部（光路変換部）に限定されるものではなく、四角形の導光板の四隅のうちの隣り合う二つの隅（角）が、図１９のように切り欠かれた切り欠き部１ａとして構成されていてもよい。
【０１３２】
本実施形態のペン入力装置に具備されている導光板１Ｇは、凹型の円錐面状を有した切り欠き部１ａが光取り出し部（光路変換部）として設けられている。切り欠き部１ａにおけるタッチ面側の端部よりも、切り欠き部１ａにおける背面側の端部のほうが、突き出した構造となっている。切り欠き部１ａの壁面と、導光板１Ｇの背面とは、実施形態１と同様に、４５度以下、例えば３０度や４５度の角度を成している。
【０１３３】
図１９に示す本実施形態のペン入力装置４０´も、実施形態１と同じく、撮像ユニット１０、２０の撮像素子には、線状の像が形成されて、実施形態１と同一の手法で角度を求めることができる。そして、本実施形態の場合は、撮像素子間の距離を上記Ｌとして、三角測量の原理に基づいて、位置座標を求めることができる。
【０１３４】
なお、切り欠き１ａの円錐面には、ミラーコーティングが施されていてもよい。
【０１３５】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、上記実施形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施形態１で説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
【０１３６】
図２０は、本実施形態のペン入力装置に具備されている導光板１Ｈを示す断面図である。なお、図２０は、実施形態１の図５に類似しているが、図２０は光取り出し部（光路変換部）としての貫通孔１ｈ（図１）が設けられていない位置での断面図である。
【０１３７】
図２０に示す導光板１Ｈは、タッチ面である上面、および背面のそれぞれの端辺近傍の領域が、上面は端辺に近づくにつれて背面側に近づく方向に湾曲した上面側湾曲部１Ｈ−ａ（光散乱手段）を有しており、且つ、背面は端辺に近づくにつれて上面側に近づく方向に湾曲した背面側湾曲部１Ｈ−ｂ（光散乱手段）を有している。
【０１３８】
導光板１Ｈ内部を伝播した光が図２０に示す矢印方向に進んで曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂに至ると反射するが、その反射光が、光取り出し部に向かうことなく、且つ、導光板１Ｈ内部に戻らないように、各湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂの曲率が設定されている。
【０１３９】
各湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂの曲率は、導光板１Ｈ内部を伝播して、湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂに初めて達して１回目に反射した反射光が、導光板１Ｈ内部に戻らなければよい。すなわち、湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂにおいて反射を繰り返した末に導光板１Ｈ内部に戻る構成は本実施形態に含まれる。
【０１４０】
湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂにおいて反射を繰り返す度に光強度は弱まる。これは、反射の度に湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂにおいて光が散乱するためである。そのため、反射が複数回繰り返された状態であれば、導光板１Ｈ内部に戻ったとしても、迷光となって光取り出し部での光検出に悪影響を及ぼすほどではない。
【０１４１】
上面側湾曲部１Ｈ−ａおよび背面側湾曲部１Ｈ−ｂは、同じ曲率を有していてもよく、異なる曲率を有していても良い。また、図２０では、上面側湾曲部１Ｈ−ａと背面側湾曲部１Ｈ−ｂとの境界部が、導光板１Ｈの厚さの半分の位置において形成されているが、当該位置に限定されるものはない。なお、この境界部も曲面を有していることが好ましい。
【０１４２】
なお、湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂは、平坦な上面と背面との連結する断面Ｕ字型（図２０に示す状態）の側面であると換言することもできる。
【０１４３】
このように、タッチ面である上面、および背面のそれぞれの端辺近傍の領域が曲面を有していることによって、迷光を抑制することができる。仮に、上面と背面とがこれらに垂直な側面によって連結されている場合は、導光板内部を伝播した光が当該側面に至ると、当該側面において反射して導光板内部に戻り迷光となる。そこで、本実施形態のように、上面および背面のそれぞれの端辺近傍の領域が湾曲しており、この湾曲部に光が至ると湾曲部が形成されている領域において光が複数回反射を繰り返して光強度が弱まる。これにより、光強度が弱まった後にその光が湾曲部に光が戻っても、光取り出し部での光検出に影響を与えない。
【０１４４】
具体的には、上面側湾曲部１Ｈ−ａおよび背面側湾曲部１Ｈ−ｂを設けていることにより、上面側湾曲部１Ｈ−ａおよび背面側湾曲部１Ｈ−ｂを設けずに上面と背面とに垂直な側面を設けて当該側面に至った光が反射して直ぐに導光板１Ｈ内部に戻る場合の戻り光に比べて、光強度を４０％程度に低減することができる。
【０１４５】
（実施形態４の変形例１）
本実施形態では、導光板内部を伝播した光が至る端部領域を湾曲部としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図２１に示すように、導光板１Ｊの上面、および背面のそれぞれの端辺近傍の領域が、上面は端辺に近づくにつれて背面側に近づく方向に傾斜した上面側傾斜部１Ｊ−ａを有しており、且つ、背面は端辺に近づくにつれて上面側に近づく方向に傾斜した背面側傾斜部１Ｊ−ｂを有した構成であってもよい。
【０１４６】
なお、傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂは、平坦な上面と背面との連結する断面Ｖ字型（図２１に示す状態）の側面であると換言することもできる。
【０１４７】
このように導光板１Ｊの端部に傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂを設けることにより、傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂに至った内部伝播光を傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂの形成領域において複数回反射を繰り返すことができる。これにより、本実施形態と同様に、光強度を弱めて、迷光となることを抑制することができる。
【０１４８】
傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂの傾斜角度は、傾斜部に至った光が傾斜部の形成領域において複数回反射を繰り返すことができるように設定することができる。
【０１４９】
なお、本変形例では、導光板１Ｊの上面、および背面のそれぞれに傾斜部１Ｊ−ａ、１Ｊ−ｂを設けた構成としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２２に示すように導光板１Ｋの上面（タッチ面）の端辺近傍のみに傾斜部１Ｋ−ａを形成してもよい。
【０１５０】
（実施形態４の変形例２）
本実施形態では、図２０に示すように、導光板１Ｈの端部に、導光板１Ｈのタッチ面が拡がる方向に沿って湾曲部１Ｈ−ａ、１Ｈ−ｂを設けた構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、湾曲部を導光板の板部材とは別構成として、これを導光板の例えば背面の端部に取着する構成としてもよい。この構成を、本実施形態の変形例２として説明する。
【０１５１】
図２３は、本変形例の構成を示す断面図である。図２３において、導光板１Ｌは、板部材１Ｌ−ａと、湾曲部材１Ｌ−ｂとを有している。
【０１５２】
板部材１Ｌ−ａは、実施形態１の導光板１Ａと同一の役割をもち、湾曲部材１Ｌ−ｂは、実施形態４の上面側湾曲部１Ｈ−ａおよび背面側湾曲部１Ｈ−ｂと同一の役割をもつ。板部材１Ｌ−ａの端部には、タッチ面が傾斜した傾斜部１Ｌ−ｃを有しており、傾斜部１Ｌ−ｃは、板部材１Ｌ−ａを内部伝播する光が入射すると湾曲部材１Ｌ−ｂに向けて反射する構成となっている。
【０１５３】
湾曲部材１Ｌ−ｂは、図２３の紙面の手前側から奥側に続く構造となっており、板部材１Ｌ−ａの背面の端部において、当該背面よりも下方に沿って延びた面を有している。背面よりも下方に沿って延びた面は、導光板１Ｌを、板部材１Ｌ−ａの厚さ方向に沿って切断した断面としたときに、板部材１Ｌ−ａの中央側に向いた内面と、板部材１Ｌ−ａの外側に向いた外面とを有しており、当該内面が湾曲面１Ｌ´−ｂとなっており、当該外面が湾曲面１Ｌ´´−ｂとなっている。そして、これら湾曲面１Ｌ´−ｂと湾曲面１Ｌ´´−ｂとの接点に相当する湾曲部材１Ｌ−ｂの先端も湾曲している。
【０１５４】
板部材１Ｌ−ａと湾曲部材１Ｌ−ｂとは、同一材料から構成することができる。湾曲部材１Ｌ−ｂは、板部材１Ｌ−ａの背面の端部近傍に例えば接着剤を用いて接着されており、傾斜部１Ｌ−ｃによって反射された光を入射させることができる構成となっている。
【０１５５】
湾曲部材１Ｌ−ｂは、板部材１Ｌ−ａの傾斜部１Ｌ−ｃから反射した光を、湾曲面１Ｌ´−ｂおよび湾曲面１Ｌ´´−ｂによって複数回反射させることによって、反射の度に湾曲面１Ｌ´−ｂ、１Ｌ´´−ｂにおいて光が散乱して、光強度を弱めることができる。そのため、反射が複数回繰り返された状態であれば、板部材１Ｌ−ａ内部に戻ったとしても、迷光となって光取り出し部での光検出に悪影響を及ぼさない。
【０１５６】
（実施形態４の変形例３）
本実施形態および変形例１の構成に加えて、湾曲部あるいは傾斜部に光吸収部を貼着してもよい。図２４は、本実施形態および変形例１の構成に光吸収部１５を配設した構成である。
【０１５７】
光吸収部１５は、実施形態１の光吸収部５と同一材料から構成することができる。本実施形態４および変形例１の構成は、湾曲部あるいは傾斜部がタッチ面の高さよりも低い位置に設けられている。そこで、光吸収部１５を薄層とすることによって、光吸収部１５がタッチ面よりも上方に位置することがなく、フルフラットのタッチ面を実現することができる。
【０１５８】
導光板の端部に光吸収部１５を配設することにより、当該端部に至った光であって、側面において反射すると導光板の内部に戻って迷光となり得る光を吸収して、迷光となることを防ぐことができる。
【０１５９】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。本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】
【０１６０】
本発明は、導光板を備え、上記導光板の表面に操作部材を接触させることによって該導光板を伝搬する伝搬光を受光手段にて検知し、該操作部材における導光板のタッチ面への接触位置の座標を検出する光学式の入力装置および入力システムに適用することができる。また、入力装置は、タッチペンタイプおよび指タイプのいずれにも適用可能である。
【符号の説明】
【０１６１】
１、１Ａ〜１Ｈ、１Ｊ〜１Ｌ  導光板
１ａ  切り欠き（光取り出し部）
１ｈ  貫通孔（光取り出し部）
１ｍ  屈曲部
１ｎ  傾斜領域
１Ｈ−ａ  上面側湾曲部（光散乱手段、湾曲面）
１Ｈ−ｂ  背面側湾曲部（光散乱手段、湾曲面）
１Ｊ−ａ  上面側傾斜部（光散乱手段、傾斜面）
１Ｊ−ｂ  背面側傾斜部（光散乱手段、傾斜面）
１Ｋ−ａ  傾斜部（光散乱手段、傾斜面）
１Ｌ−ａ  板部材
１Ｌ−ｂ  湾曲部材（光散乱手段、湾曲面）
１Ｌ−ｃ  傾斜部（光散乱手段、傾斜面）
１Ｌ´−ｂ、１Ｌ´´−ｂ  湾曲面（光散乱手段）
２  液晶表示パネル（画像表示パネル）
３  ペン（操作部材、接触物）
４ａ、４ｂ  光束（伝搬光）
５、５´、５´´  光吸収部（光吸収手段）
７  固定用部材
９  校正用光源
１０  撮像ユニット（受光手段）
１１  レンズ
１２  可視光カットフィルタ
１３  撮像素子（受光手段）
１３ａ  明部
１３ｂ  暗部
１５  光吸収部（光吸収手段）
１６  扇形状
１７  線状像
１８  中心
２０  撮像ユニット（受光手段）
３０  発光部
３１  発光素子
３２  導光部材
３３  電源装置
３４  制御装置
３５  筐体
３６  光拡散部材
４０、４０´  ペン入力装置（入力装置）
４４  入力装置
５０  入力システム
５５  光散乱部（光散乱手段）
６０  領域
７０  光源ユニット
７０ａ  ＬＥＤ
８０  座標検出可能領域
８０  領域
９０  位置座標検出部（検出手段）
Ｆ  指（操作部材、接触物）
【図１】
2013214268.tif 000003
【図２】
2013214268.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】
2013214268.tif 000009
【図８】
2013214268.tif 000010
【図９】
2013214268.tif 000011
【図１０】
2013214268.tif 000012
【図１１】
2013214268.tif 000013
【図１２】
2013214268.tif 000014
【図１３】
2013214268.tif 000015
【図１４】
2013214268.tif 000016
【図１５】
2013214268.tif 000017
【図１６】
2013214268.tif 000018
【図１７】
2013214268.tif 000019
【図１８】
2013214268.tif 000020
【図１９】
2013214268.tif 000021
【図２０】
2013214268.tif 000022
【図２１】
2013214268.tif 000023
【図２２】
2013214268.tif 000024
【図２３】
2013214268.tif 000025
【図２４】
2013214268.tif 000026
【図２５】
2013214268.tif 000027
【図２６】
2013214268.tif 000028
【図２７】
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