JP2014021789A

JP2014021789A - 入力装置およびそれを具備する入力システム

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Publication number: JP2014021789A
Application number: JP2012160985A
Authority: JP
Inventors: Akiko Kobayashi; 章子小林; Noriaki Okada; 訓明岡田; Naoki Shiba; 直樹芝
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】誤動作がなく、受光素子を表示領域から外して設置することができ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。
【解決手段】本発明の一形態における座標入力システム１は、操作ペン８および座標入力モジュール３Ａを具備する座標入力装置と、液晶表示モジュール２とを備える。操作ペン８は、操作ペン８のペン先部（具体的には光散乱部）は、座標入力モジュール３Ａの導光板１０の上面に接触した接触面から導光板１０を伝搬する光の一部を入射させて、入射させた光を散乱させて導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板１０に入射させる。
【選択図】図４

Description

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。

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。

図２１は、特許文献２に開示されている情報入力装置としての液晶表示装置を示す構成概略図である。図２１に示す液晶表示装置は、赤外（ＩＲ）光源３０１ｂと、表示面２００Ａから出力されたＩＲ光が再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子２１０と、を有する光学パネル２００と、スタイラスペン２０１と、を有している。スタイラスペン２０１は、ペン先部２０３の表面が、透過率が高いため光の損失が殆どない第１材料で覆われ、第１材料で覆われているペン先部２０３の内部に、ＩＲ光に対する透過率が第１材料より低く、ＩＲ光に対する反射率が第１材料より高い第２材料からなる反射部２０４が形成されている。スタイラスペン２０１を、光学パネル２００の表面に接触または近接させると、光学パネル２００のＩＲ光源３０１ｂで発生したＩＲ光が、ペン先部２０３を透過して内部の反射部２０４に到達する。反射部２０４で、当該光が反射されて再度、光学パネル２００の外面に戻される。光学パネル２００の外面に達した反射光は、光学パネル２００内に再入射され、受光素子２１０で受光され、位置検出や操作指令検出など、所定の目的のための処理に供される。

特開２０１０−２６６９３号公報（２０１０年２月４日公開）

上述の特許文献１の構成は、スタイラスペン２０１のペン先部２０３を光学パネル２００の表面に接触させなくても受光素子２１０において光を受光する。そのため、スタイラスペン使用者の意に反して受光素子が光を検出する虞、つまり誤動作を招来する虞がある。

また、特許文献１のペン先部２０３の内部に設けられた反射部２０４は、平面や凹面の反射面を有しているが、このような形状の反射面では反射した反射光は導光板に再結合し難い。つまり、反射光は、そのほとんどがスタイラスペン２０１の接触または近接する領域（タッチ面）から入射してその反対側の面（背面）に抜ける。そのため、受光素子は、タッチ面におけるスタイラスペン２０１の接触または近接領域のちょうど背面側に配設するしかなく、受光素子の設置箇所が限られる。また、スタイラスペン２０１の接触または近接領域は、特許文献２に示すように表示領域も兼ねているので、其処に受光素子が配設されることによる表示品位の低下が避けられない。

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、誤動作がなく、受光素子を表示領域から外して設置することができ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。

すなわち、上記の課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、
内部を光が伝搬する導光板と、
上記導光板の上面に接触する操作部材と、
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、
上記操作部材は、上記導光板の上記上面に接触する接触面が設けられた先端部を有しており、上記先端部は、導光板の上面に接触した上記接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させて当該導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる構成であり、
上記複数の光取り出し部は、上記導光板の上面に接触した上記接触面から当該導光板に入射した散乱光が導光板の内部を伝搬する伝搬光の一部を取り出すことを特徴としている。

上記の構成によれば、操作部材の先端部は、導光板の上面に接触した接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、入射させた光を散乱させて導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる。すなわち、操作部材（例えばペンのような構造物）は、導光板の上面に接触した状態で、光（散乱光）を再び導光板に入射させる。そのため、従来構成のような誤作動は生じない。

また、上記の構成によれば、操作部材の先端部の接触面から再び導光板に入射する光は散乱光であるため、導光板において再結合する。そのため、再結合した光は導光板の内部を伝搬することができるので、例えば導光板の端部まで伝搬させることができる。これにより、導光板の端部に受光手段を配設することが可能である。つまり、従来構成のようにスタイラスペンの接触または近接する領域のちょうど背面に受光手段を配設する必要がなく、受光手段の配設位置に自由度がある。そのため、例えば表示領域にタッチ機能を兼ね備えた入力装置の場合であっても受光手段を表示領域から外した位置に配設することができ、表示品位が損なわれることがない。

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、
上記先端部には、上記入射させた光を散乱させる、上記接触面が設けられた光散乱部と、光を反射する光反射部とが設けられていることが好ましい。

上記の構成によれば、光反射部が設けられていることにより、上記光散乱部において散乱した光が接触面を介して導光板に入射する入射光量を、光反射部が設けられていない構成に比べて増加させることができる。これにより、より一層正確な接触位置の座標検出が可能となる。

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、
上記光反射部は、光反射側に向けて凸となった凸曲面を有しており、
上記光散乱部は、上記凸曲面と、上記接触面との間に位置していることが好ましい。

上記の構成によれば、凸曲面と接触面との間に光散乱部が設けられていることから、凸曲面に入射する前の光と、凸曲面において反射した反射光との双方について散乱させることができる。

これにより、操作部材の先端部の接触面から再び導光板に入射する光は十分に散乱した状態となっており、導光板への結合効率を高めることができ、よって、より一層正確な接触位置の座標検出が可能となる。

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、
上記先端部は、上記接触面が導光板の上面に接触する際の押圧により当該接触面の面積が広がる材料から構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、操作部材から導光板への光結合効率を高めることができるため、位置検出精度を向上させることができる。

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、
上記光散乱部は、上記接触面に向けて凸となった容器状の構造体であり、当該容器状の構造体が光散乱性を有する樹脂から構成されており、
上記光反射部は、上記容器状の構造体に収容された球形の構造物であり、金属から構成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記容器状の構造体である光散乱部によって光散乱を実現し、球形の金属によって光を反射させることができる。

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。

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。

本発明によれば、誤動作がなく、受光素子を表示領域から外して設置することができ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ができる。

本発明における座標入力システムの一実施形態の構成を示す分解斜視図である。（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。（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。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。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。（ａ）および（ｂ）は、導光板とＬＥＤとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。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１の座標入力システムに具備される操作ペンの構成を示す断面図である。操作ペンの変形例を示す図である。操作ペンの光反射部の変形例を示す図である。（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。（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。（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。上記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。本発明における座標入力装置の他の実施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。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。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。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。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。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。従来構成の図である。

〔実施形態１〕
本発明に係る入力装置の一実施形態である座標入力装置と、本発明に係る入力システムの一実施形態である座標入力システムとについて、図１〜図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

（１）座標入力システムの構成
本実施形態の座標入力システム（入力システム）は、操作ペン（操作部材）および座標入力モジュールを具備する座標入力装置（入力装置）と、液晶表示モジュール（画像表示モジュール）とを備えて成る。

本実施形態の座標入力システムの一部の構成について、図１、図２に基づいて説明する。図１は、座標入力システムの一部の構成を示す分解斜視図である。また、図２（ａ）は、座標入力システムの一部の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、その側面断面図である。なお、図１におけるＺ方向を座標入力システム（座標入力モジュール）の前側（タッチ側）とする。また、図１におけるＸ方向を座標入力モジュールの長辺方向とし、図１におけるＹ方向を座標入力モジュールの短辺方向とする。

（１−１）液晶表示モジュール
本実施形態の座標入力システム１に構成される液晶表示モジュール２は、図１に示すように座標入力モジュールの前側とは反対側に配設された画像表示モジュールである。

液晶表示モジュール２は、図２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を備えている。液晶表示パネル２ａ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。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。なお、液晶表示モジュール２は、上述の構成に限定されるものではなく、従来周知の液晶表示モジュールを用いることができる。

本実施形態の座標入力システム１の使用者は、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モジュール３Ａの導光板１０上に操作ペンを接触させる。

（１−２）座標入力モジュール
本実施形態の座標入力システム１では、液晶表示パネル２ａの前側に設けられた座標入力モジュール３Ａの導光板１０上に操作ペンを接触させて、その接触位置の座標が座標入力モジュール３Ａにより特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。そこで、続いて座標入力モジュール３Ａの構成について、図４〜図７に基づいて説明する。図４は座標入力システム１の一部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３（ａ）は座標入力システム１の一部の構成を示す側面図であり、図３（ｂ）は座標入力システム１の一部の構成の縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。図５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６は、導光板１０とＬＥＤ４ａとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。図７は導光板１０に操作ペン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。

座標入力モジュール３Ａは、図１および図２（ａ）に示すように、長方形の導光板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の長辺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、検出部６（検出手段）（図４）とを備えている。また、図２（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前面側および背面側には、光吸収部材７が設けられている。

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。なお、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。

導光板１０の大きさは、例えば図２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、座標入力モジュール３Ａ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、座標入力モジュール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、または６０インチ以下でもよい。

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、ポリカーボネートまたはガラスでもよい。

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３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（光取り出し部）がそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、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、貫通孔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。

図４に示すように、貫通孔１１の円錐面の壁面１１ａ（光取り出し部）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度または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４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、本実施形態では、光路変換部を導光板１０の隅角部の貫通孔１１として設けたため、導光板１０から光路変換部が突出するのを回避している。

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。

また、座標入力モジュール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、座標入力モジュール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の縁部および第２の縁部には、それぞれ２以上の撮像ユニット２０，３０および撮像ユニット４０，５０を設けておく必要がある。

撮像ユニット２０，４０は、図４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。

図４に示す光学フィルタ２２，４２等は、操作ペン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、操作ペン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。

また、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。

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。

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。

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２（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。

ここで、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、座標入力モジュール３Ａでは、撮像ユニット２０，３０および光源ユニット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および光源ユニット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および撮像ユニット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または撮像ユニット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との間または撮像ユニット４０と撮像ユニット５０との間に設けられている。また、図４に示すように、光源ユニット４Ａの方が、撮像ユニット２０に比べて、導光板１０の外周端に設けられており、光源ユニット４Ｂの方が、撮像ユニット４０に比べて、導光板１０の外周端に設けられている。したがって、撮像ユニット２０，３０，４０，５０においては、光源ユニット４Ａ，４Ｂからの直接光が撮像ユニット２０，３０，４０，５０の信号検出有効エリア内に入射しないようになっている。さらに、導光板１０の信号検出有効エリア外の部分に切り込みを入れるか若しくは光吸収部材７を貼り付ける、又は信号検出有効エリア外には光路変換部である貫通孔１１を形成しないようにする。これにより、確実に不要光が遮断できるようになるので好ましい。

上述したように、光源ユニット４Ａ，４Ｂは、導光板１０における長辺方向に沿う両辺の第１の縁部および第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５に示すように、ＬＥＤ４ａが導光板１０における長辺方向に沿う両辺に設けられている方が、導光板１０における短辺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に接触された操作ペン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に接触された操作ペン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。

ここで、操作ペン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５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。

ここで、本実施形態では、光源ユニット４Ａ，４Ｂを導光板１０の背面側に配設している。この場合、光源ユニット４Ａ，４Ｂの各ＬＥＤ４ａの光を導光板１０に対して垂直に入射させたのでは、入射光は導光板１０の内部を導光せず、そのまま、導光板１０の前面に抜けていく。そこで、本実施形態では、図１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を設けており、図６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を介して導光板１０に対して斜めに入射されるようになっている。

上記光結合部材５は、詳細には、図６（ａ）に示すように、例えば、三角柱のプリズム５ａからなっているとすることができる。このプリズム５ａは導光板１０に対して例えば両面テープ５ｂまたは接着剤を用いて接着することができる。そして、このプリズム５ａの傾斜面にＬＥＤ４ａを接着することにより、図６（ａ）に示すように、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。

なお、図６（ｂ）に示すように、ＬＥＤ４ａとして砲弾型のＬＥＤ４ａを使用することもできる。この場合には、光結合部材５として、砲弾型のＬＥＤ４ａを導光板１０に対して斜めに固定できる透明ブロック５ｃを用いることができる。これによっても、導光板１０に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。

座標入力モジュール３Ａには、更に、図４および図７に示す検出部６が設けられている。検出部６は、操作ペン８による光散乱に基づく撮像素子での出力を検知して、操作ペン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。

また、導光板１０における第１の縁部および第２の縁部には、光源ユニット４Ａ，４Ｂおよび撮像ユニット２０，３０，４０，５０に重ならないように光吸収部材７が設けられている。この光吸収部材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。

（１−３）操作ペン
図８は、本実施形態の座標入力システム１に具備される操作ペン８の構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図８には導光板１０も図示している。

操作ペン８は、棒状の形状を有しており、その長手方向に沿って、導光板１０と接触する側に近いペン先部８１（先端部）と、操作ペンの使用者が持つ部分である持ち手部８２とを有している。

ここで、本発明の特徴の一つは、この操作ペン８のペン先部８１の構成である。具体的には、ペン先部８１は、導光板１０と接触する接触面８５を有する光散乱部８３を有しており、この光散乱部８３が、導光板１０に接触した接触面８５から導光板１０を伝搬する光（つまり、光源ユニット４Ａから出射して導光板１０を導光される光）の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させる。散乱した光は、導光板１０と接触した接触面８５から再び導光板１０に入射し、導光板１０を導光し、撮像ユニット２０によって受光される。

光散乱部８３は、光散乱性を有する樹脂から構成することができるが、光散乱部８３を構成する材料はこれに限定されるものではない。光散乱部８３は、微細粒子が混合されていたり、微細構造を形成していたりなどして、散乱性の高められたものが好ましい。

光散乱部８３は、使用者が操作ペン８を導光板１０に接触させた衝撃により光散乱部８３としての機能を維持する範囲内で変形する柔軟性を有した材料から構成することが好ましい。変形により接触面８５の面積が広がり、光源ユニットから出射して導光板１０内部を伝搬する光の伝搬条件を崩して光散乱部８３に当該伝搬光を入射させ易くなり、且つ、散乱させた光を効果的に導光板１０内部に入射、結合させ易くなる。光散乱部８３を構成する材料の具体例としては、シリコンが挙げられる。あるいは、アクリルなどの樹脂のフォーム剤でもよい。アクリル系のフォーム剤も上記と同様で、微細構造を形成されているため、光散乱性が高い。

なお、本実施形態では光散乱部８３の先端は、光散乱部８３を導光板１０に接触させていない状態で、曲面を有しているが、この構造に限定されるものではない。

光散乱部８３は、更に、ペン先部８１が導光板１０の上面を摺動するときに摩擦力を低減させるため、表面にコーティング加工がなされていてもよい。コーティング材料としては摩擦低減を実現できるものであれば特に制限はないが、例えばフッ素樹脂などを採用することができる。なお、光散乱部８３自体が耐磨耗性を有する材料から構成することも可能である。

ここで、光散乱部８３は、光反射部８４および持ち手部８２に対して脱着可能に構成されている。これにより、光散乱部８３に損傷が発生した場合に損傷していない別の光散乱部８３に交換可能である。光散乱部８３は、光反射部８４に接続する側に凹部が設けられており、この凹部を光反射部８４の先端に形成された凸部と嵌合させる構成とすればよい。この場合、光反射部８４の凸部の先端面が平坦面となっていて、操作ペン８を導光板１０の上面で摺動させている間は光散乱部８３が光反射部８４から外れないようになっている。

また、図８に示すように、ペン先部８１には更に、光散乱部８３の内部に配設される光反射面８６を有した光反射部８４も設けられている。光散乱部８３によって散乱光となった光は、光反射面８６によって反射され、接触面８５へと向かい、接触面８５から導光板１０へと放射される。なお、図８では光反射面８６は平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、図９に示すように、接触面８５に向けて凸となった凸曲面状の光反射面８６´であってもよく、または、他の表面形状を有していてもよい。

光反射部８４は、持ち手部８２と一体的に構成することができる。例えば光反射部８４自体は光反射性を有さず、光反射部８４における光散乱部８３の内部に配設される部分、つまり光反射面８６を含む部分のみに光反射加工を施した構成としてもよい。しかし、光反射部８４全体を光反射性の材料から構成してもよい。光反射部８４もしくは光反射面８６は、例えばアルミニウムから構成することができる。アルミニウム以外でも金や銀でもよい。導光板を伝搬している光の波長に対する反射率の高い材質を選択することが好ましい。

なお、光反射部８４の変形例として図１０に示す構成を採用することができる。図１０は、椀状の容器である光散乱部８３´に、球状の光反射部８４´が収容されたペン先部８１´を有した操作ペンの先端部分を示している。球状の光反射部８４´の表面が凸曲面の光反射面８６´を構成し、光散乱部８３´が持ち手部８２に対して脱着可能に配設されている。

（２）座標検出原理
座標入力モジュール３Ａにおける、操作ペン８が導光板１０に接触したときの座標検出原理について、図４、図７、図１１、図１２に基づいて説明する。図１１（ａ）は座標入力モジュール３Ａの検出原理を示す平面図であり、図１１（ｂ）は座標入力モジュール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操作ペンが接触した場合の接触位置を示す平面図であり、図１２（ｂ）は当該操作ペン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。

まず、座標入力モジュール３Ａでは、図４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。

導光板１０に入射された光は、図４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。なお、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の表面および背面の光吸収部材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。

ここで、図４に示すように、導光板１０の表面に操作ペン８が接触つまりタッチすると、導光板１０の内部における全反射条件が崩れ、操作ペン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θ_Ｐが、
ｓｉｎ（９０°−θ_Ｐ）＞１／ｎ
に示す条件を満たす光束は、導光板１０の表面および裏面での反射を繰り返し、導光板１０内を進行する。

ここで、図７に示すように、操作ペン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の壁面１１ａにも導かれ、該壁面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の壁面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、操作ペン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。

例えば、図１２（ａ）に示すように、操作ペン８が導光板１０上の点Ｐ_１〜点Ｐ_９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Ｐ_１〜点Ｐ_９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Ｐ_１〜点Ｐ_９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。

（３）２次元座標位置の算出方法
次に、操作ペン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に基づいて説明する。なお、この処理は、検出部６が行う。ここで、図１３（ａ）は座標入力モジュール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。なお、図１３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。

図４および図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の位置は操作ペン８の位置によって変化し、撮像素子２３の取得画像を分析することにより、伝搬光１３ａと導光板１０の一辺とがなす角度αがそれぞれ求められる。また、撮像ユニット３０に入射した光によっても、同様にして、レンズ３１を経て、撮像素子３３に線状の像２５を形成する。そして、撮像素子３３の取得画像を分析することにより、前記伝搬光１４ａと導光板１０の一辺とがなす角度βが求められる。この角度α，βにより、三角測量法を用いて操作ペン８が接した点の位置座標が求められる。

詳細には、図１３（ａ）において、操作ペン８が点Ｐ_１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、この操作ペン８が点Ｐ_２の位置に移動したとき、線状の像２７が形成される。

光源ユニット４Ａからの光を照射している状態において、操作ペン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、操作ペン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。

図１３（ｂ）に示す線状の像２５の位置は、操作ペン８における接触点の位置に依存して変化し、操作ペン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α_１’（円弧の中心を回転中心とする）は、操作ペン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α_１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α_１’が求められ、この傾き角度α_１’から角度α_１が求められる。同様に、操作ペン８が点Ｐ_２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α_２が求められる。

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、操作ペン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。

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）および関係式（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、操作ペン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、座標入力モジュール３Ａでの座標Ｘ，Ｙを求めることができる。

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。

また、以上の方法にて求められた操作ペン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、使用者が、操作ペン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。

（４）複数の操作ペンにおける接触位置の座標検出方法
本実施形態の座標入力モジュール３Ａにおいては、複数の操作ペン８が導光板１０に接触された場合においても、支障なく、それぞれの操作ペン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１４に基づいて説明する。図１４は本実施形態の座標入力モジュール３Ａにおいて、複数の操作ペン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。

前述したように、座標入力モジュール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の表面に操作ペン８等の被検出体を接触したときの当該操作ペン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、操作ペン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。

このような座標入力モジュール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、操作ペン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。

本実施形態の座標入力モジュール３Ａでは、撮像ユニット２０，３０および光源ユニット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および光源ユニット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。

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または撮像ユニット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、操作ペン８の接触による散乱光を検出することができない。そこで、本実施形態では、図１４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。

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にて操作ペン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にて操作ペン８における導光板１０の表面への接触位置の座標を検出する。

これにより、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、操作ペン８の接触による散乱光を検出することができる。

この結果、例えば、第１の被検出体としての操作ペン８Ａと第２の被検出体としての操作ペン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。

例えば、撮像ユニット２０，３０には先に接触した操作ペン８Ａと後に接触した操作ペン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操作ペン８のデータを除くことにより、後の光源ユニット４Ａの点灯による操作ペン８Ａを検出することができる。このため、３以上の操作ペン８の導光板１０への接触においても各操作ペン８の接触位置の座標を求めることができる。

また、後述する実施形態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以上の操作ペン８の同時検出が可能である。

（５）本実施形態の作用効果
このように本実施形態における座標入力装置は、座標入力モジュール３Ａと、操作ペン８とを備えて成り、操作ペン８のペン先部８１，８１´（具体的には光散乱部８３，８３´）は、導光板１０の上面に接触した接触面８５から導光板１０を伝搬する光の一部を入射させて、入射させた光を散乱させて導光板１０の上面に接触した当該接触面８５から再び導光板１０に入射させる。すなわち、操作ペン８は、導光板１０の上面に接触した状態で、光（散乱光）を再び導光板に入射させる。そのため、従来構成のような誤作動は生じない。

また、操作ペン８のペン先部８１，８１´（具体的には光散乱部８３，８３´）の接触面８５から再び導光板１０に入射する光は散乱光であるため、導光板１０において再結合して導光板の内部を伝搬することができるので、例えば導光板１０の端部に設けた光取り出し部である貫通孔１１まで伝搬させることができる。これにより、導光板１０の端部に受光手段（撮像ユニット）を配設することが可能である。つまり、従来構成のようにスタイラスペンの接触または近接する領域のちょうど背面に受光手段を配設する必要がなく、受光手段の配設位置に自由度がある。そのため、例えば表示領域にタッチ機能を兼ね備えた入力装置の場合であっても受光手段を表示領域から外した位置に配設することができ、表示品位が損なわれることがない。

また、操作ペン８には、光反射部８４，８４´が設けられていることにより、光散乱部８３，８３´において散乱した光が接触面８５を介して導光板１０に入射する入射光量を、光反射部８４，８４´（光反射面８６，８６´）が設けられていない構成に比べて増加させることができる。例えば、椀状の光散乱部８３´をシリコンゴムで構成し、ここに球体の金属を収容してその金属表面を光反射面８６´とした構成においては、シリコンゴムから構成した椀状の光散乱部に透明樹脂の球体を収容した比較構成の操作ペンに比べて、受光素子によって取得された信号の強さ（階調）を１．２倍とすることができる。

このように光反射部８４，８４´（光反射面８６，８６´）を設けて導光板１０に放射して結合する光量を増加させることにより、つまり結合効率を高めることができることにより、接触位置の座標検出をより精度よく行うことが可能となる。

また、本実施形態の座標入力システム１は、本実施形態の座標入力モジュール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。

この構成によれば、座標入力モジュール３Ａを、液晶表示モジュール２の画像を見ながら操作ペン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モジュール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、操作ペン８等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力モジュール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。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について図１５〜図２０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態において説明すること以外の構成は、前記実施形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施形態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。

前記実施形態１の座標入力モジュール３Ａでは、撮像ユニット２０，３０および光源ユニット４Ａは、導光板１０における長辺方向に沿う第１の縁部に設けられ、撮像ユニット４０，５０および光源ユニット４Ｂは、長辺方向に沿う第１の縁部に対向する第２の縁部にそれぞれ設けられていた。

これに対して、本実施形態の座標入力システムに具備される座標入力モジュール３Ｂにおいては、導光板１０における長辺方向に沿う第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における長辺方向に沿う第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。

座標入力モジュール３Ｂの構成について、図１５〜図２０に基づいて説明する。図１５は、実施形態１の座標入力モジュール３Ａにおいて操作ペン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１６は実施形態１の座標入力モジュール３Ａにおいて操作ペンが同時に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１７は、本実施形態における座標入力モジュール３Ｂの構成を示す斜視図である。図１８は、座標入力モジュール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１９は、座標入力モジュール３Ｂにおいて、操作ペン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２０は座標入力モジュール３Ｂにおいて、複数の操作ペン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。

すなわち、導光板１０における長辺方向に沿う第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。例えば、図１５に示すように、導光板１０において、撮像ユニット２０，３０から離れた操作ペン８の接触位置Ｐ_１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１５に示すように、導光板１０において、撮像ユニット２０，３０に近接した操作ペン８の接触位置Ｐ_２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。また、図１６に示すように、例えば、導光板１０の表面に２つの操作ペン８Ａ，８Ｂが点Ｐ_１および点Ｐ_２に同時に接触された場合、撮像ユニット２０，３０では、２つの操作ペン８Ａ，８Ｂが点Ｐ_３および点Ｐ_４に存在していると誤認識する可能性がある。そこで、本実施形態の座標入力モジュール３Ｂでは、図１７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。

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。

そして、本実施形態の座標入力モジュール３Ｂにおいても、図１８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。

これにより、図１９に示すように、撮像ユニット２０，３０に近接した操作ペン８の接触位置Ｐ_２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。

これにより、撮像ユニット２０，３０に近接した操作ペン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。

また、図２０に示すように、導光板１０の表面に２つの操作ペン８Ａ，８Ｂが点Ｐ_１および点Ｐ_２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つの操作ペン８Ａ，８Ｂの点Ｐ_１および点Ｐ_２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Ｐ_１および点Ｐ_２とは別に、２つの操作ペン８Ａ，８Ｂが点Ｐ_５および点Ｐ_６とに設けられている可能性が検出される。この場合、図１６に示す撮像ユニット２０，３０にて求めた点Ｐ_１および点Ｐ_２と、図２０に示す撮像ユニット２０，６０にて求めた点Ｐ_１および点Ｐ_２とは一致する。この結果、２つの操作ペン８Ａ，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つの操作ペン８Ａ，８Ｂの接触位置である点Ｐ_１および点Ｐ_２を正確に求めることができる。なお、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、操作ペン８の５点の同時検出が可能である。

このように、座標入力モジュール３Ｂでは、導光板１０における第１の縁部および第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および撮像ユニット４０，７０，５０が設けられている。

この結果、操作ペン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、複数の操作ペン８の同時接触においても、各操作ペン８の接触位置を正確に検出することができる。

また、座標入力モジュール３Ｂでは、導光板１０における第１の縁部および第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および光源ユニット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および撮像ユニット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および光源ユニット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。

なお、本実施形態の座標入力システムでは、被検出体として操作ペン８が使用されているが、操作ペン８に加えて指等の別の被検出体を併せて用いることも可能である。

尚、本発明は、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、各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。

本発明は、例えばタッチペンなどの操作部材（および指）を用いてタッチ機能を実現するタッチパネルとしての座標入力システムに好適に用いることができる。

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
２ｂシャーシ
２ｃ保護ガラス
３Ａ，３Ｂ座標入力モジュール
４Ａ，４Ａ光源ユニット
４ａＬＥＤ
５光結合部材
５ａプリズム
５ｂ両面テープ
５ｃ透明ブロック
６検出部（検出手段）
７光吸収部材
８，８Ａ，８Ｂ操作ペン（操作部材）
１０導光板
１１貫通孔
１１ａ壁面
１３ａ，１４ａ伝搬光
２０，３０，４０，５０，６０，７０撮像ユニット（受光手段）
２１，３１，４１レンズ
２２，３２，４２光学フィルタ
２３，３３，４３撮像素子
８１，８１´ ペン先部
８２持ち手部
８３，８３´ 光散乱部
８４，８４´ 光反射部
８５接触面
８６，８６´ 光反射面
Ｌ間隔

Claims

内部を光が伝搬する導光板と、
上記導光板の上面に接触する操作部材と、
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、
上記操作部材は、上記導光板の上記上面に接触する接触面が設けられた先端部を有しており、上記先端部は、導光板の上面に接触した上記接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させて当該導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる構成であり、
上記複数の光取り出し部は、上記導光板の上面に接触した上記接触面から当該導光板に入射した散乱光が導光板の内部を伝搬する伝搬光の一部を取り出すことを特徴とする入力装置。
上記先端部には、上記入射させた光を散乱させる、上記接触面が設けられた光散乱部と、光を反射する光反射部とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
上記光反射部は、光反射側に向けて凸となった凸曲面を有しており、
上記光散乱部は、上記凸曲面と、上記接触面との間に位置していることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
上記先端部は、上記接触面が導光板の上面に接触する際の押圧により当該接触面の面積が広がる材料から構成され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。
上記光散乱部は、上記接触面に向けて凸となった容器状の構造体であり、当該容器状の構造体が光散乱性を有する樹脂から構成されており、
上記光反射部は、上記容器状の構造体に収容された球形の構造物であり、金属から構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の入力装置。
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。