JP2009199427A - 位置入力装置、位置入力方法及び位置入力プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】接触物の正確な形状の検出と、複数の接触物の入力位置の特定と、接触物の押圧力の判定とを容易かつ確実に行うこと。
【解決手段】制御部５ｅによるたとえば点灯走査の制御により、導光板２の一座標方向に並設された複数の発光素子３からの光が導光板２内に入射され、そのタッチエリア２ａへの接触に応じた散乱光が導光板２の他座標方向に沿って設けられた複数の受光素子４により受光され、受光量計測部５ｃにより受光素子４によって受光された光量が計測されると、制御部５ｅにより、受光素子４によって散乱光が受光されたときの座標と、その受光素子４の受光時にたとえば点灯走査させた発光素子３に対応する座標とからタッチエリア２ａへの接触物による接触状況が識別されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、座標位置を示す位置データを入力する位置入力装置、位置入力方法及び位置入力プログラムに関する。

位置入力装置として、指や専用のペン等で画面に触れることにより、パソコン、ＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ゲーム機等の操作を行うことができるタッチパネルと呼ばれるものが知られている。このタッチパネルは、指や専用のペン等が触れた位置を検知してパネル面上の位置（縦方向座標位置と横方向座標位置）を特定し、その特定した位置を入力信号（位置データ）として上述の各種機器に与えるものである。また、パネル面への接触の感知には、圧力の変化を感知する感圧式、静電気による電気信号を感知する静電式、発光素子と受光素子とを組み合わせた光学式等がある。

ここで、光学式によるものとして、特許文献１では、たとえば図１１に示すように、表示面３０の各辺に、複数の発光素子３１，３２と複数の受光素子３３，３４とを対向させて設け、順次発光を行う発光素子３１，３２から出射され、対向する受光素子３３，３４に入射される光の遮断状態を検出することにより、表示面３０への入力位置を認識する際、隣接する発光素子３１，３２は連続して発光させないようにしたタッチパネルを提案している。

特開平０７−２０９８５号公報

上述した特許文献１に示されている光学式のタッチパネルでは、受光素子３３，３４が対向する発光素子３１，３２から放射された光を受光する際、その発光素子３１，３２に隣接する発光素子３１，３２から出射された光を受光しないことから、光学的ノイズが多い場所でタッチパネルを使用したり、操作者が正確にタッチ入力しなくても、誤動作することなく、タッチ入力が確実に検出できるようになっている。

ところが、このようなタッチパネルでは、受光素子３３，３４に入射される光の遮断状態を検出することで表示面３０での接触物の幅のサイズの判別が可能となるが、その接触物の正確な形状の検出を行うことができないという問題があった。

つまり、その接触物による表示面３０への入力位置は、受光素子３３，３４に入射される光が遮断されることで行われることから、光が遮断される方向での遮断された光の幅のみが判別されることになり、その接触物がたとえば■（四角柱）、□（四角筒）、●（円柱）、○（円筒）、／（斜め平板）、＼（斜め平板）のいずれかであって、たとえばそれぞれの接触物の幅のサイズが同じであれば、全て同じ幅のサイズとして判別されるためである。

また、それぞれ対向関係にある発光素子３１，３２と受光素子３３，３４とを結ぶ同一線上に複数の接触物がある場合、あるいはその同一線上でそれぞれの接触物の一部が重なっている場合、複数の接触物の入力位置の特定を行うことができない場合があるという問題もあった。

すなわち、図１１において、たとえばＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点のように、発光素子３１，３２と受光素子３３，３４とを結ぶ同一線上でない個所にそれぞれ２個所に指等の接触物がある場合、それぞれ２個所の接触物に発光素子３１，３２からの光が届くため、それぞれの接触物の入力位置の特定を行うことができる。

一方、Ａ点とＢ点、Ａ点とＣ点、Ｂ点とＤ点のように、発光素子３１，３２と受光素子３３，３４とを結ぶ同一線上のそれぞれ２個所に指等の接触物がある場合、受光素子３３，３４への光が遮られることで判別される座標はそれぞれ１つの一座標（たとえばＸ座標）及び他座標（たとえばＹ座標）となり、それぞれの入力位置の特定を行うことができないことになる。

しかも、たとえばＡ点、Ｂ点、Ｄ点のように３個所に指等の接触物がある場合を見ると、Ｂ点には発光素子３１，３２のいずれかからも光が届かないため、Ｂ点での接触物の入力位置の特定を行うことができないことになる。

さらには、対向する受光素子３３，３４に入射される光の遮断状態を検出することで表示面３０への入力位置を特定するようにしているため、指等の接触物による表示面３０への接触状況、たとえばその接触物による表示面３０への押圧力の判定を行うことができないという問題もあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、接触物の正確な形状の検出と、複数の接触物の入力位置の特定と、接触物の押圧力の判定とを容易かつ確実に行うことができる位置入力装置、位置入力方法及び位置入力プログラムを提供することを目的とする。

本発明の位置入力装置は、接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力装置であって、一面側にタッチエリアを有し、該タッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる導光板と、一座標を判別するために、前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられ、該導光板内に光を入射する発光手段と、他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられ、前記散乱光を受光する受光手段と、前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況を識別することを特徴とする。

また、前記受光手段によって受光された光量を計測する光量計測手段を備え、前記制御手段は、前記光量計測手段を介して得られる前記受光手段による受光状況に応じて前記タッチエリアの接触時の少なくとも前記押圧力を判定するようにしてもよい。

また、前記制御手段は、前記受光手段による前記散乱光の受光範囲と、該受光手段による受光時の前記発光手段の点灯走査又は非点灯走査に対応する座標とから得られる前記タッチエリアへの接触面の面積に基づき、少なくとも前記押圧力を判定するようにしてもよい。

また、前記制御手段は、前記受光手段によって受光された前記散乱光の総受光量に基づき、少なくとも前記押圧力を判定するようにしてもよい。

また、前記制御手段は、前記タッチエリアでの単位面積当たりでの前記受光手段により受光された光量に基づき、少なくとも前記押圧力を判定するようにしてもよい。

本発明の位置入力方法は、接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力方法であって、導光板の一面側のタッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる、一座標を判別するために前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段により、前記導光板内に光を入射する工程と、他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられた受光手段により、前記散乱光を受光する工程と、制御手段により、前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行わせる工程とを有し、前記制御手段により、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況が識別されることを特徴とする。

本発明の位置入力プログラムは、接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力方法をコンピュータに実行させるための位置入力プログラムであって、導光板の一面側のタッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる、一座標を判別するために前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段により、前記導光板内に光を入射する工程と、他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられた受光手段により、前記散乱光を受光する工程と、制御手段により、前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行わせる工程とを有し、前記制御手段により、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況が識別されることを特徴とする。

本発明の位置入力装置、位置入力方法及び位置入力プログラムでは、制御手段によるたとえば点灯走査の制御により、導光板の一座標方向又は導光板の一面側のタッチエリアとは反対の面側のタッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段からの光が導光板内に入射され、そのタッチエリアへの接触物の接触に応じた散乱光が導光板の他座標方向に沿って設けられた受光手段により受光されると、制御手段により、受光手段によって散乱光が受光されたときの座標と、その受光手段の受光時にたとえば点灯走査させた発光手段の座標とから、接触物による接触状況が識別される。

本発明の位置入力装置によれば、制御手段により、受光手段によって散乱光が受光されたときの座標と、その受光手段の受光時にたとえば点灯走査させた発光手段の座標とから、接触物による接触状況が識別されるようにしたので、接触物の正確な形状の検出と、複数の接触物の入力位置の特定と、接触物の押圧力の判定とを容易かつ確実に行うことができる。

本実施形態では、制御手段によるたとえば点灯走査の制御により、導光板の一座標方向又は導光板の一面側のタッチエリアとは反対の面側のタッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段からの光が導光板内に入射され、そのタッチエリアへの接触に応じた散乱光が導光板の他座標方向に沿って設けられた受光手段により受光され、光量計測手段により受光手段によって受光された光量が計測される。

ここで、光量計測手段により受光手段によって受光された光量を計測する際、たとえば所定のしきい値を設けておいて、その所定のしきい値を超えた場合の光量を計測するようにすることで、受光量の計測をより確実に行うことができる。

そして、制御手段により、受光手段によって散乱光が受光されたときの座標と、その受光手段の受光時にたとえば点灯走査させた発光手段に対応する座標とから、接触物による接触状況が識別される。ここで、接触物による接触状況の判別により得られるものとしては、接触物の正確な形状の検出と、複数の接触物の入力位置の特定と、接触物の押圧力の判定とがあり、これらの検出、特定、判定が発光手段のたとえば点灯走査により容易かつ確実に行うことができることになる。

この場合、制御手段により、受光手段による散乱光の受光範囲と、その受光手段による受光時にたとえば点灯走査させたときの発光素子に対応する座標とから得られるタッチエリアへの接触面の面積に基づき、少なくとも押圧力を判定することができる。ここでの判定は、タッチエリアへのたとえば指先の接触時の強弱によって散乱光の発生範囲が異なり、たとえば指先をタッチエリアへ弱く押し当てると、受光手段による散乱光の受光範囲が狭くなり、指先をタッチエリアへ強く押し当てると、接触面積が変化することにより、受光手段による散乱光の受光範囲が広くなることによるものである。

また、制御手段により、受光手段によって受光された散乱光の総受光量に基づき、少なくとも押圧力を判定することができる。ここでの判定は、上述したように、タッチエリアへのたとえば指先の接触時の強弱によって散乱光の発生範囲が異なり、受光手段による散乱光の総受光量が異なることによるものである。

また、制御手段により、タッチエリアでの単位面積当たりでの受光手段により受光された光量に基づき、少なくとも押圧力を判定することができる。ここでの判定は、タッチエリアへのたとえば指先の接触時の強弱によって、指先の指紋等の凹凸を有する表面の潰れ具合が異なり、その表面の凸部の接触面積が指先の接触時の強弱によって異なることによるものである。

以下、本発明の実施例の詳細について説明する。図１は本発明の位置入力装置の一実施例を示す図である。

同図に示すように、位置入力装置１は、導光板２と、複数の発光素子３と、複数の受光素子４と、入力位置検出部５とを備えている。

導光板２は、複数の発光素子３からの光を導くものであり、その表面がタッチエリア２ａとなっている。また、導光板２は、タッチエリア２ａに指先１０等が接触すると、その接触位置下を進行する光を散乱させる。ここで、タッチエリア２ａに指先１０等が接触して生じる散乱は、そのタッチエリア２ａでの指先１０等の接触点における界面での屈折率が変化することによって生じるものである。また、その散乱による散乱光は、複数の受光素子４のいずれかで受光されるが、その詳細については後述する。

複数の発光素子３は、一座標方向の座標位置であるたとえばＸ座標位置を判別するために設けられているものである。また、複数の発光素子３は、導光板２内に光を入射できるように、導光板２の１辺側の側端面（図１では下辺側の側端面）に並設されている。そして、それぞれの発光素子３からの光が１辺側の側端面から導光板２内に入射されると、その光が導光板２内をその入射方向に沿って、タッチエリア２ａとその反対側の面で反射を繰り返しながら進行し、タッチエリア２ａに指先１０等が接触されると、その接触位置下で散乱する。

複数の受光素子４は、他座標方向の座標位置であるたとえばＹ座標位置を判別するために設けられているものである。また、複数の受光素子４は、導光板２内からの光（散乱光）を受光できるように、導光板２の他辺側の側端面（図１では右辺側の側端面）に並設されている。

ここで、複数の受光素子４が並設される他辺側は、複数の発光素子３が併設されている１辺側とは対向しない辺側である。これにより、それぞれの受光素子４は、タッチエリア２ａでの指先１０等の接触点における散乱光のうち、発光素子３からの光の進行方向に対してほぼ直交する方向に進む散乱光を受光することになる。

なお、上述の発光素子３としては、たとえば赤外線波長（ピーク発光波長）が８７０ｎｍで、半値角が±５°の赤外線ＬＥＤを用いることができる。また、上述の受光素子４としては、たとえば赤外線ピーク感度波長が８７０ｎｍで、半値角が±１５°のフォトトランジスタを用いることができる。また、導光板２としては、たとえばアクリル板（屈折率約１．４９；全反射角（臨界角）４２．２°）等を用いることができる。この場合、発光素子３の後述の入射角θを臨界角４２．２°に近い値に設定することができる。また、アクリル板の厚さは、良好な入力位置感度が得られる例として２ｍｍに設定することができる。

入力位置検出部５は、発光体駆動部５ａ、受光素子駆動部５ｂ、受光量計測部５ｃ、入力位置関連データ出力部５ｄ、制御部５ｅを有している。

発光素子駆動部５ａは、制御部５ｅの制御により、発光素子３をたとえば順次点灯（点灯走査）させる。ここで、発光素子３の順次点灯（点灯走査）に際しては、図中右端の発光素子３から順に、又は図中左端の発光素子３から順に行わせることができる。また、発光素子３の順次点灯（点灯走査）に際しては、複数の発光素子３をランダムに点灯させるようにしてもよい。また、発光素子３を順次点灯（点灯走査）させるタイミングは、たとえば全ての発光素子３を点灯させておいて、受光素子４のいずれかによって受光があった場合とすることができる。

ここで、たとえば発光素子３を順次点灯（点灯走査）させるとき、全ての発光素子３を一旦消灯させてから、発光素子３を順次点灯（点灯走査）させるようにする。これにより、いずれかの発光素子３の点灯時にいずれかの受光素子４によっての受光があれば、その発光素子３によるＸ座標位置とその受光素子４によるＹ座標位置とが判別され、これらの座標位置から指先１０等が接触したタッチエリア２ａにおける単一の接触点である単一の入力位置（Ａ点又はＢ点）等が特定されることになる。

また、発光素子３の順次点灯（点灯走査）によって複数の受光素子４による受光があれば、それぞれの発光素子３による複数のＸ座標位置とそれぞれの受光素子４による複数のＹ座標位置とが判別され、タッチエリア２ａにおける複数の接触点である複数の入力位置（Ａ点及びＢ点）等が特定されることになる。これは、発光素子３の順次点灯（点灯走査）に応じ、受光素子４によって受光が順次行われることで、それぞれの接触点の入力位置が特定されることによるためである。

また、たとえば同じＹ座標位置において、Ｂ点とＣ点とに同時に指先１０等が接触された場合でも、発光素子３の順次点灯（点灯走査）に応じ、受光素子４によって受光が順次行われることで、それぞれの入力位置（Ｂ点及びＣ点）が特定されることになる。

また、たとえば同じＸ座標位置において、Ａ点とＣ点とに同時に指先１０等が接触された場合でも、それぞれの接触位置下で散乱光が生じるため、それぞれの入力位置（Ａ点及びＣ点）が特定されることになる。このようなことから、タッチエリア２ａのいずれの位置に複数の接触点があっても、それぞれの接触位置下で散乱光が生じるため、多点同時入力が可能となる。

なお、発光素子３の走査にあっては順次点灯（点灯走査）に限らず、図中右端の発光素子３から順に、又は図中左端の発光素子３から順に順次消灯（消灯走査）させることでも、上記同様に、単一又は複数のＸ座標位置と単一又は複数のＹ座標位置とを判別してタッチエリア２ａにおける単一の入力位置（Ａ点、Ｂ点又はＣ点）又は複数の入力位置（Ａ点、Ｂ点及びＣ点）を特定することが可能である。

すなわち、このような順次消灯（消灯走査）にあっては、全ての発光素子３が一旦点灯しているため、いずれかの受光素子４によって上述した散乱光の受光が行われているとすると、いずれかの発光素子３が消灯されたときに、散乱光を受光中のいずれかの受光素子４の受光量が低下すれば、その受光量が低下したときの発光素子３と受光素子４とから単一又は複数のＸ座標位置と単一又は複数のＹ座標位置とを判別することができるためである。

受光素子駆動部５ｂは、制御部５ｅの制御により、全ての受光素子４による受光動作を行わせる。受光量計測部５ｃは、制御部５ｅの制御により、上述の散乱光を受光した受光素子４における受光量を計測する。なお、受光量の計測に際しては、たとえば所定のしきい値を設けておいて、その所定のしきい値を超えた場合の光量を計測するようにすることで、受光量の計測をより確実に行うことができる。

入力位置関連データ出力部５ｄは、制御部５ｅの制御により、順次点灯（点灯走査）又は順次消灯（消灯走査）によって判別される単一又は複数のＸ座標位置と単一又は複数のＹ座標位置とに基づいて特定されたタッチエリア２ａにおける入力位置と、指先１０等の後述する少なくとも押圧力とを示す入力位置関連データを出力する。なお、タッチエリア２ａにおける入力位置が複数である場合は、それぞれの入力位置やそれぞれの入力位置における指先１０等の後述の少なくとも押圧力を示す入力位置関連データが出力される。

制御部５ｅは、タッチエリア２ａにおける入力位置の特定や指先１０等の少なくとも押圧力の判定を行うために、上述した発光素子駆動部５ａ、受光素子駆動部５ｂ及び受光量計測部５ｃを駆動させるとともに、その特定及び判定した単一又は複数の入力位置や単一又は複数の入力位置における指先１０等の少なくとも押圧力を示す入力位置関連データを入力位置関連データ出力部５ｄから出力させる。

なお、上述したそれぞれの発光素子３及び受光素子４にあっては、Ｘ座標位置及びＹ座標位置を判別する必要性から、指向性があることが望ましい。また、それぞれの発光素子３及び受光素子４の数にあっては、位置入力装置１の用途に応じて適宜決定すればよく、それぞれの数を増やすことで、タッチエリア２ａにおける入力位置の特定や指先１０等の少なくとも押圧力の判定を行う際の分解能を高めることが可能となる。

また、複数の発光素子３にあっては、１つの光源をシャッター機構等によって走査できるような構成としてもよい。また、複数の受光素子４にあっては、一つのラインセンサやイメージセンサで置き換え、受光状況の解析結果からＹ座標位置の識別や指先１０等の少なくとも押圧力の判定ができるようにしてもよい。

次に、図２を参照し、位置入力装置１の導光板２の基本原理について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、導光板２の側端部２ｂを入射面として発光素子３を配置すると、発光素子３から出射された光（図では入射角θの場合で示している）は、導光板２内に入射されて全反射を繰り返しながら導光板２内を直進する。

導光板２は、入射される光の波長に比べて十分に大きい厚さを有するものであり、図２（ａ）のように、タッチエリア２ａで入力位置が指されていないとき、入射された光は幅方向に散乱することなく直線的に進行する。

これに対し、図２（ｂ）に示すように、導光板２のタッチエリア２ａに指先１０等が接触すると、その接触点下の導光板２の相対屈折率が変化し、入射された光がその接触点下で散乱を起こす。そして、導光板２に入射された光の進行方向に対し、直交方向（図１参照）に進んだ散乱光は受光素子４によって受光される。

ここで、タッチエリア２ａでの入力位置を特定するための感度を上げるためには、指先１０等の接触によって確実に散乱光が生じるようにする必要があり、全反射の繰り返し回数が多い方がよい。そのためには、導光板２をある程度板厚を薄くする（数ｍｍ程度）ことが好ましい。

また、発光素子３からの光を導光板２の側端部２ｂから導光板２内に入射させるには、導光板２の屈折率や周囲の屈折率等によって決められるスネルの法則に従い、入射角θに向けた光の入射が必要となる。そこで、導光板２内に光を損失無く入射させるためには、図２（ｃ）に示すように、側端部２ｂの端面に対して入射角θだけ光出射方向を傾けて発光素子３を配置することが好ましい。

この場合、図２（ｄ）に示すように、導光板２の側端部２ｂを、上記の入射角θに応じた傾斜面とすれば、発光素子３の光出射方向と側端部２ｂとの位置合わせを容易に行うことができるばかりか、導光板２内に光を損失無く入射させることが可能となる。

また、タッチエリア２ａ内での接触点での感度を向上させるために、図２（ｅ）に示すように、光出射方向の角度を変えた複数の発光素子３からの光を導光板２内に入射するようにしてもよい。

次に、図３及び図４を参照し、タッチエリア２ａにおける指先１０等の少なくとも押圧力の判定について説明する。ここで、図３はタッチエリア２ａにおける指先の表面の押圧力に応じた接触面積の違いを示す図であり、図４は図３のタッチエリア２ａにおける指先の接触面積の違いに応じた受光素子４での受光量の違いをイメージした図である。

まず、図３に示すように、導光板２のタッチエリア２ａにたとえば指先１０の表面を弱めに接触させた場合と、導光板２のタッチエリア２ａにたとえば指先１０の表面を強めに接触させた場合とを比較すると、それぞれの接触面積ａ、ｂはａ＜ｂとなる。これは、指先１０の表面のタッチエリア２ａへの押圧力に応じ、その指先１０の表面が潰れて変形するためである。

この場合、タッチエリア２ａへの押圧力に応じたタッチエリア２ａにおける指先１０の表面の接触面積ａ、ｂの違いにより、その接触点での散乱光の発生範囲が異なり、それに伴い散乱光を受光する受光素子４の数やそれぞれの受光素子４による総受光量が異なってくる。

すなわち、図４に示すように、タッチエリア２ａへの押圧力が弱いと複数の受光素子４による受光は領域ｃのような範囲で行われ、タッチエリア２ａへの押圧力が強いと複数の受光素子４による受光は領域ｄのような範囲で行われる。これは、タッチエリア２ａへの押圧力に応じた接触点での散乱光の発生範囲に起因するものである。

なお、それぞれの領域ｃ、ｄにおいては、中心部分ｃ１、ｄ１の光の強度が高い傾向にあるため、その光の強度が高い部分を受光するようにすれば複数の受光素子４によって受光された光量の計測が確実なものとなる。この場合、上述した受光量計測部５ｃに所定のしきい値（たとえば光の強度の高い光量を識別するための値）を設けておき、複数の受光素子４によって受光された光量がそのしきい値を超えた場合に計測されるようにする。

よって、タッチエリア２ａにおける指先１０の表面の接触によるＹ座標位置は、所定のしきい値を超えた散乱光の受光を行った受光素子４が複数個（たとえば３個や４個など）であるとすると、それぞれの受光素子４の中程に位置するものから判別することができる。

この場合、その中程の受光素子４が散乱光を受光した際に順次点灯（点灯走査）又は順次消灯（消灯走査）した発光素子３の位置をＸ座標位置として判別することがことができる。そして、そのＸ座標位置とＹ座標位置との判別から、タッチエリア２ａにおける指先１０の表面の接触による入力位置を特定することができる。

また、タッチエリア２ａにおける接触点が複数である場合は、発光素子３による順次点灯（点灯走査）又は順次消灯（消灯走査）に応じて受光素子４により受光される光量を、上記同様にして計測する。この場合、たとえば順次点灯（点灯走査）に応じ、受光素子４によって受光が順次行われることで、それぞれの接触点の入力位置を特定することができる。

また、タッチエリア２ａにおける指先１０の表面の押圧力にあっては、上述したそれぞれの領域ｃ、ｄの中心部分ｃ１、ｄ１の面積を識別することで、押圧力が弱いか強いかを判定することができる。

なお、図４では、それぞれの領域ｃ、ｄがＸ座標方向、Ｙ座標方向ともに延びている（拡大している）場合で示しているが、Ｘ座標方向又はＹ座標方向のいずれか一方向に長く延びていても、同様にして押圧力が弱いか強いかを判定することができる。

また、タッチエリア２ａにおける指先１０の表面の押圧力にあっては、複数の受光素子４によって受光された光の総受光量を識別することで、押圧力が弱いか強いかを判定することができる。

さらには、受光素子４により受光される光量は、図４のように、光の強度の強弱によって得られるため、発光素子３によるたとえば順次点灯（点灯走査）が行われることで、タッチエリア２ａへの接触物がたとえば■（四角柱）、□（四角筒）、●（円柱）、○（円筒）、／（斜め平板）、＼（斜め平板）のいずれかであっても、それぞれの形状を正確に検出できる。

次に、図５を参照し、単位面積当たりでの指先１０の表面の押し付ける力に応じた受光量の違いについて説明する。同図に示すように、導光板２のタッチエリア２ａに指先１０の表面を弱めに接触させた場合と、導光板２のタッチエリア２ａに指先１０の表面を強めに接触させた場合とを比較すると、指先１０の表面の指紋１１等による凹凸により導光板２のタッチエリア２ａに対する実質的な接触面積が異なる。

これは、導光板２のタッチエリア２ａに指先１０の表面を強めに接触させた場合、その指先１０の表面の凸部１１ａがタッチエリア２ａに押し付けられることにより、導光板２のタッチエリア２ａに指先１０の表面を弱めに接触させた場合に比べて実質的な接触面積が増えることになるためである。

このように、タッチエリア２ａにおける指先１０の表面の接触面積の違いにより、上記同様に、散乱光の発生量が異なることになるため、受光素子４による単位面積当たりの接触面積からの散乱光の受光量の大きさに違いが生じることになる。よって、この場合は、上述した接触点の入力位置の判別に併せて、受光素子４による受光量の大きさからタッチエリア２ａへの指先１０の表面による押圧力の強弱を判定することができる。

図６及び図７は、タッチエリア２ａへの指先１０の表面による押圧力の強弱の判定に用いられる押圧力判定用テーブルを説明するための図である。ここで、図６は図４で説明したタッチエリア２ａへの押圧力の強弱による散乱光の発生範囲の相違に応じて押圧力を判定するための押圧力判定用テーブルを示し、図７は図５で説明した単位面積当たりでの受光量の相違に応じて押圧力を判定するための押圧力判定用テーブルを示している。

なお、図６及び図７に示す押圧力判定用テーブルに示されている総光量及び面積においては、たとえば１７インチである場合を例にすると、タッチエリア２ａが縦横３４０×２７０ｍｍであり、発光素子３と受光素子４のサイズが５ｍｍであるとき縦横６８×５４個となっている場合としている。また、発光素子３と受光素子４の物理的な解像度はたとえば６８×５４ドット程度とすることができるが、ソフト処理で補間をかけることにより２７２×２１６ドット（４倍精度）まで解像度を上げることは可能である。

まず、図６に示す押圧力判定用テーブル２０ａには、複数の受光素子４によって受光された光の総受光量（所定のしきい値を超えて受光された分）から得られるタッチエリア２ａへの指先１０の表面の接触面積に応じた押圧力を、たとえば３段階で判定する際の条件が登録されている。

なお、ここでの総受光量は、光を電圧に変換し、さらにＡＤコンバーターでデジタルデータ｛たとえば０（暗）〜２５５（明）｝に置き換えた値となるものであり、所定のしきい値である任意のデータである。

すなわち、タッチエリア２ａへの指先１０の表面の接触面積（ドット数）は、たとえば〜１００と、１０１〜２００と、２００〜との３つに分けられており、〜１００のときに押圧力が低で、１０１〜２００のときに押圧力が中で、２００〜のときに押圧力が高となっている。

また、ここでは、説明の便宜上、接触面積（ドット数）を、たとえば〜１００と、１０１〜２００と、２００〜との３つに分けた場合としているが、２つ又は４つ以上としてもよいことは勿論である。

また、図７に示す押圧力判定用テーブル２０ｂには、タッチエリア２ａへの指先１０の表面の接触面積と総受光量とに応じた押圧力を、たとえば３段階で判定する際の条件が登録されている。

ここで、押圧力判定用テーブル２０ｂの条件として、接触面積が〜１００の単位面積当たりとした場合を見ると、総受光量が〜２００のときの押圧力が中、総受光量が２０１〜４００及び４０１〜のときの押圧力が高となっている。

また、接触面積が１０１〜２００の単位面積当たりとした場合を見ると、総受光量が〜２００のときの押圧力が低、総受光量が２０１〜４００のときの押圧力が中、総受光量が４０１〜のときの押圧力が高となっている。また、接触面積が２００〜の単位面積当たりとした場合を見ると、総受光量が〜２００及び２０１〜４００のときの押圧力が低、総受光量が４０１〜のときの押圧力が中となっている。

ここでの総受光量は、上記同様に、デジタルデータ｛たとえば０（暗）〜２５５（明）｝に置き換えた値となるものである。また、ここでは、説明の便宜上、接触面積（ドット数）を、たとえば〜１００と、１０１〜２００と、２００〜との３つに分け、さらに総受光量を〜２００と、２０１〜４００と、４０１〜との３つに分けた場合としているが、それぞれを２つ又は４つ以上としてもよいことは勿論である。

次に、図８のフローチャートを参照し、タッチエリア２ａへの指先１０の表面による押圧力の判定について説明する。なお、以下の説明においては、タッチエリア２ａでの接触点の入力位置を判別する際、発光素子３による順次点灯（点灯走査）が行われるものとするが、タッチエリア２ａでの接触点の入力位置の特定についての説明を省略するものとする。

また、発光素子３による順次点灯（点灯走査）が行われる場合、発光素子３をたとえば右端（図１参照）から順に点灯させるものとする。また、以下では、押圧力を判定する場合、図７に示した押圧力判定用テーブル２０ｂを用いるものとする。

まず、発光素子３による順次点灯（点灯走査）が行われるとき、右端の発光素子３をＯＮし（ステップＳ１）、全ての受光素子４によって受光される散乱光を測定し（ステップＳ２）、ＯＮしている発光素子３をＯＦＦする（ステップＳ３）。ここで、接触点の有無を判別するが（ステップＳ４）、全ての受光素子４によって受光が無ければ（ステップＳ８）、次の発光素子３をＯＮし（ステップＳ９）、ステップＳ２に戻る。

以上のような発光素子３による順次点灯（点灯走査）により、接触点があると判断されると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、接触点には隣接する接触面があるかどうかが判別される（ステップＳ５）。なお、隣接する接触面があるかどうかの判別にあっては、縦横に限らず、斜め方向で隣接する場合も判別可能である。

ここで、接触点に隣接する接触面がある場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、接触点を隣接する接触面に組み入れる（ステップＳ６）。これに対し、接触点に隣接する接触面が無い場合（ステップＳ５：ＮＯ）、接触点を新規の接触面とする（ステップＳ７）。

次に、全ての発光素子３による順次点灯（点灯走査）の処理が完了すると、接触面毎にその接触面積と総受光量とを求め（ステップＳ１０）、上述した押圧力判定用テーブル２０ｂを参照し、その接触面での押圧力を判定する（ステップＳ１１）。

このように、本実施例では、制御手段としての制御部５ｅによるたとえば点灯走査の制御により、導光板２の一座標方向に並設された発光手段としての複数の発光素子３からの光が導光板２内に入射され、そのタッチエリア２ａへの接触に応じた散乱光が導光板２の他座標方向に沿って設けられた受光手段としての複数の受光素子４により受光され、光量計測手段としての受光量計測部５ｃにより受光素子４によって受光された光量が計測されると、制御部５ｅにより、受光素子４によって散乱光が受光されたときの座標と、その受光素子４の受光時にたとえば点灯走査させた発光素子３に対応する座標とからタッチエリア２ａへの接触物による接触状況が識別されるようにした。

ここで、接触物による接触状況の判別により得られるものとしては、たとえば■（四角柱）、□（四角筒）、●（円柱）、○（円筒）、／（斜め平板）、＼（斜め平板）のような接触物の正確な形状の検出と、複数の接触物の入力位置の特定と、接触物の押圧力の判定とがあり、これらの検出、特定、判定を発光素子３のたとえば点灯走査により容易かつ確実に行うことができることになる。

また、本実施例では、制御部５ｅにより、受光素子４によって受光された散乱光の総受光量に基づき、少なくとも押圧力を判定するようにした。これは、タッチエリア２ａへのたとえば指先１０の接触時の強弱によって散乱光の発生範囲が異なり、受光素子４による散乱光の総受光量が異なることによるものである。

また、本実施例では、制御部５ｅにより、タッチエリア２ａでの単位面積当たりでの受光素子４により受光された光量に基づき、少なくとも押圧力を判定するようにした。これは、タッチエリア２ａへのたとえば指先１０の接触時の強弱によって、指先１０の指紋１１等の凹凸を有する表面の潰れ具合が異なり、その表面の凸部１１ａの接触面積が指先１０の接触時の強弱によって異なることによるものである。

なお、本実施例では、複数の発光素子３を導光板２の一座標方向に沿って設け、導光板２のタッチエリア２ａでの指先１０等の接触による接触位置下からの散乱光を、導光板２の他辺側の側端面（図１では右辺側の側端面）に並設されている複数の受光素子４によって受光するようにした場合について説明したが、導光板２は透明な部材で構成することができるため、その導光板２をたとえばタッチエリア２ａへの入力位置に応じた内容を表示するディスプレイ面に重ねても、ディスプレイ面での映像に影響を及ぼすことがなくなる。この場合、それぞれの発光素子３からの光を、非可視光であるたとえば赤外線光とすればよい。

また、本実施例では、複数の発光素子３を導光板２の一座標方向に沿って設けた場合で説明したが、この例に限らず、図９及び図１０（ａ）に示すように、複数の発光素子３を導光板２の一面側のタッチエリア２ａとは反対の面側のタッチエリア２ａに対応する領域全体に設けるようにしてもよい。また、この場合、図１０（ｂ）に示すように、それぞれの発光素子３を、透明ＥＬ等の面発光部材３Ａとしてもよい。

ゲーム機、ＰＤＡ、携帯電話、ＡＴＭ、券売機等の入力装置に適用可能である。

本発明の位置入力装置の一実施例を示す図である。 図１の位置入力装置の導光板の基本原理について説明するための図である。 図１の位置入力装置の導光板のタッチエリアにおける指先等の押圧力の判定について説明するための図である。 図３のタッチエリアにおける指先の接触面積の違いに応じた受光素子での受光量の違いをイメージした図である。 図１の位置入力装置の導光板のタッチエリアにおける単位面積当たりでの指先の表面の押し付ける力に応じた受光量の違いについて説明するための図である。 図４のタッチエリアへの押圧力の強弱による散乱光の発生範囲の相違に応じて押圧力を判定するための押圧力判定用テーブルを示す図である。 図５の単位面積当たりでの受光量の相違に応じて押圧力を判定するための押圧力判定用テーブルを示す図である。 図１の位置入力装置の導光板のタッチエリアにおける指先の表面による押圧力の判定について説明するためのフローチャートである。 図１の位置入力装置の構成を変えた場合の他の実施例を説明するための側面図である。 図１の位置入力装置の構成を変えた場合の他の実施例を説明するための側面図である。 従来の光学式によるタッチパネルを説明するための平面図である。

符号の説明

１ 位置入力装置
２ 導光板
２ａ タッチエリア
２ｂ 側端部
３ 発光素子
３Ａ 面発光部材３Ａ
４ 受光素子
５ 入力位置検出部
５ａ 発光素子駆動部
５ｂ 受光素子駆動部
５ｃ 受光量計測部
５ｄ 入力位置関連データ出力部
５ｅ 制御部
１０ 指先
１１ 指紋
１１ａ 凸部
２０ａ、２０ｂ 押圧力判定用テーブル

Claims (7)

1. 接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力装置であって、
   一面側にタッチエリアを有し、該タッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる導光板と、
   一座標を判別するために、前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられ、該導光板内に光を入射する発光手段と、
   他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられ、前記散乱光を受光する受光手段と、
   前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況を識別する
   ことを特徴とする位置入力装置。
2. 前記受光手段によって受光された光量を計測する光量計測手段を備え、
   前記制御手段は、前記光量計測手段を介して得られる前記受光手段による受光状況に応じて前記タッチエリアの接触時の少なくとも前記押圧力を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
3. 前記制御手段は、前記受光手段による前記散乱光の受光範囲と、該受光手段による受光時の前記発光手段の点灯走査又は非点灯走査に対応する座標とから得られる前記タッチエリアへの接触面の面積に基づき、少なくとも前記押圧力を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置入力装置。
4. 前記制御手段は、前記受光手段によって受光された前記散乱光の総受光量に基づき、少なくとも前記押圧力を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置入力装置。
5. 前記制御手段は、前記タッチエリアでの単位面積当たりでの前記受光手段により受光された光量に基づき、少なくとも前記押圧力を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置入力装置。
6. 接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力方法であって、
   導光板の一面側のタッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる、一座標を判別するために前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段により、前記導光板内に光を入射する工程と、
   他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられた受光手段により、前記散乱光を受光する工程と、
   制御手段により、前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行わせる工程とを有し、
   前記制御手段により、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況が識別される
   ことを特徴とする位置入力方法。
7. 接触物によっての入力位置を示す位置データを入力する位置入力方法をコンピュータに実行させるための位置入力プログラムであって、
   導光板の一面側のタッチエリアへの前記接触物による接触に応じて散乱光を発生させる、一座標を判別するために前記導光板の一座標方向又は前記導光板の前記タッチエリアとは反対の面側の前記タッチエリアに対応する領域全体に設けられた発光手段により、前記導光板内に光を入射する工程と、
   他座標を判別するために、前記導光板の一辺に沿って設けられた受光手段により、前記散乱光を受光する工程と、
   制御手段により、前記発光手段を部分的に点灯させる点灯走査又は部分的に非点灯させる非点灯走査を行わせる工程とを有し、
   前記制御手段により、前記受光手段によって前記散乱光が受光されたときの座標と、該受光手段の受光時に前記点灯走査又は非点灯走査させたときの前記発光手段の座標とから、前記接触物による接触状況が識別される
   ことを特徴とする位置入力プログラム。