JP2009237984A - 位置入力装置、接触物、位置入力方法及び位置入力プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】接触物の正確な光学式マークのコード情報の認識と、複数の接触物の入力位置の特定とを容易かつ確実に行うこと。
【解決手段】導光板２に設けられた発光素子３が制御部５ｅによる点灯走査の制御により発光し、その光がタッチエリア２ａへの光学式マークを有するマーク部を備えた接触物１０，１３による接触に応じて散乱光を発生させる導光板２内に入射され、タッチエリア２ａへの接触物１０，１３による導光板２での散乱時に生じる発色光が導光板２の一辺に沿って設けられた受光素子４により受光されると、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の座標とから、接触物１０，１３によるタッチエリア２ａへの入力位置が特定され、さらに受光された散乱光からマーク部の光学式マークのコード情報が認識されるようにした。
【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、接触物、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１３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。

ところで、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、その接触物のコード情報、たとえばバーコード等の一次元コードやＱＲコード等の二次元コードで形成される光学式マークの正確なコード情報の認識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る。そのため、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ことから、その接触物が上述した光学式マークであっても、その光学式マークのコード情報の認識が全くできないことになる。

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１３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。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、接触物の正確な光学式マークのコード情報の認識と、複数の接触物の入力位置の特定とを容易かつ確実に行うことができる位置入力装置、接触物、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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記マーク部での光の反射に応じて生じる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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識を行うことを特徴とする。

また、前記受光手段は、前記マーク部の周囲に設けられている複数の位置マーカーでの散乱光を受光し、前記制御手段は、該受光された散乱光から前記マーク部の傾きを認識するようにしてもよい。

本発明の接触物は、入力位置を示す位置データを入力する際に位置入力装置の導光板の一面側のタッチエリアに接触される接触物であって、前記タッチエリアに接触される接触部位に、光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられていることを特徴とする。

また、前記マーク部の周囲には、前記タッチエリアに対する前記マーク部の傾きを認識させるための複数の位置マーカーが設けられてい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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記タッチエリアに接触される前記マーク部での光の反射に応じて生じる散乱光を受光する工程と、制御手段により、前記発光手段を点灯走査又は非点灯走査させる工程とを有し、前記制御手段により、前記受光手段によって前記発色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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われることを特徴とする。

本発明の位置入力プログラムは、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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記タッチエリアに接触される前記マーク部での光の反射に応じて生じる散乱光を受光する工程と、制御手段により、前記発光手段を点灯走査又は非点灯走査させる工程とを有し、前記制御手段により、前記受光手段によって前記発色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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われることを特徴とする。

本発明の位置入力装置、接触物、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部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなる光学式マークを有するマーク部が設けられた接触物の接触に応じての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、接触物によるタッチエリアへの入力位置が特定され、さらに受光された散乱光からマーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われる。

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、接触物によるタッチエリアへの入力位置が特定され、さらに受光された散乱光からマーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われるようにしたので、接触物の正確な光学式マークのコード情報の認識と、複数の接触物の入力位置の特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、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部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなる光学式マークを有するマーク部が設けられた接触物の接触に応じての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、接触物によるタッチエリアへの入力位置が特定され、さらに受光された散乱光からマーク部の光学式マークが認識されるようにすることで、接触物の正確な光学式マークのコード情報の認識と、複数の接触物の入力位置の特定とを容易かつ確実に行うようにした。

この場合、マーク部の周囲に、導光板のタッチエリアに対するマーク部の傾きを認識させるための複数の位置マーカーを設けることで、それぞれの位置マーカーが受光手段によって検出されるそれぞれの他座標から、マーク部の傾き角度も併せて認識されることになる。このようにマーク部が傾いている場合は、たとえばその傾き角度に応じてマーク部の光学式マークの検出結果を補正することができ、光学式マークのコード情報の認識を正確に行うことが可能となる。

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り、図２〜図５は図１の接触物の一例を説明するための図である。

まず、図１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に接触物１０，１３の後述の接触部位である接触面１２ａ，１３ａ側が接触すると、その接触面１２ａ，１３ａに設けられている後述のマーク部１４の光を反射する部分（白色部１４ｂ）と光を吸収する部分（黒色部１４ａ）とのうち、光を反射する部分（白色部１４ｂ）での接触位置下を進行する光を散乱させるものであるが、その詳細については後述する。

なお、導光板２は、そのタッチエリア２ａに指先等が接触した場合でも、同様に、その接触位置下を進行する光を散乱させるが、以下では、接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａが接触した場合で説明する。

ここで、タッチエリア２ａに接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４が接触して生じる散乱は、そのタッチエリア２ａでの接触部位となるそのマーク部１４における境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。

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り、たとえば赤外線光を発するものである。また、複数の発光素子３は、導光板２内に赤外線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からの赤外線光が１辺側の側端面から導光板２内に入射されると、その赤外線光が導光板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する。このとき、タッチエリア２ａに接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４が接触されると、上述したように、そのマーク部１４の光を反射する部分（白色部１４ｂ）と光を吸収する部分（黒色部１４ａ）とのうち、光を反射する部分（白色部１４ｂ）での接触位置下で散乱が発生する。

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での接触物１０，１３の後述する接触面１２ａ，１３ａ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０．７μｍ〜１０００μｍ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、発光素子３からの赤外線の波長の光を受光可能なものとし、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、発光素子駆動部５ａ、受光素子駆動部５ｂ、受光量計測部５ｃ、入力位置データ出力部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接触物１０，１３の後述する接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４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。

この場合、受光素子４は、接触物１０，１３の後述する接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４の光を反射する部分（白色部１４ｂ）と光を吸収する部分（黒色部１４ａ）とのうち、光を反射する部分（白色部１４ｂ）での接触位置下で発生した散乱光を受光するため、それぞれの受光した赤外線ピーク感度波長からその接触部位である接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４の光学式マークのコード情報の認識を行うことができるようになっている。

すなわち、図１のように、Ａ点〜Ｄ点に同時に接触面１２ａ，１３ａの後述の接触面１２ａ，１３ａ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〜Ｄ点）が特定されるとともに、受光素子４によって受光された赤外線ピーク感度波長からそれぞれの後述の接触面１２ａ，１３ａの光学式マークのコード情報が認識される。

ここで、図１では、たとえば同じＸ座標位置において、Ｂ点とＣ点とに同時に接触物１０，１３が接触されているが、それぞれの後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４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（Ｂ点及びＣ点）が特定されることになる。同様に、たとえば同じＹ座標位置において、同時に接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４が接触されていても、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のいずれの位置に単一の接触点に限らず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。また、それぞれの入力位置が特定されることに併せて、接触物１０，１３の後述のマーク部１４の光を反射する部分（白色部１４ｂ）と光を吸収する部分（黒色部１４ａ）とのうち、光を反射する部分（白色部１４ｂ）での接触位置下で発生した散乱光が受光素子４によって受光されることで、そのマーク部１４の光学式マークのコード情報の認識が行われる。

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〜Ｄ点のいずれか）又は複数の入力位置（Ａ点〜Ｄ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、赤外線ピーク感度波長に基づいて得られる接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４における光学式マークのコード情報を認識したデータとが出力される。

制御部５ｅは、タッチエリア２ａにおける入力位置の特定や接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４における光学式マークのコード情報の認識を行うために、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、その特定及び認識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接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４における光学式マークのコード情報を認識したデータを入力位置データ出力部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接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４における光学式マークのコード情報の認識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座標位置の識別や接触物１０，１３の後述の接触面１２ａ，１３ａ側のマーク部１４における光学式マークのコード情報の認識ができるようにしてもよい。

接触物１０，１３としては、図２に示すように、たとえばフィギュアやカードのようなものを用いることができる。ここで、フィギュアによる接触物１０は、たとえば図３（ａ）に示すように、人形１１が台座１２に取り付けられた構成とされ、図３（ｂ）に示すように、その台座１２の底面が上述したタッチエリア２ａに接触されための接触部位とされる、マーク部１４が形成された接触面１２ａとなっている。

また、カードによる接触物１３は、たとえば図４（ａ）に示すように、表面に画像が表示され、たとえば図４（ｂ）に示すように、裏面が上述したタッチエリア２ａに接触されるための接触部位とされる、マーク部１４が形成された接触面１３ａとなっている。

これらの接触面１２ａ，１３ａのマーク部１４は、ＱＲコード等の二次元コードで形成される光学式マークを有している。ここで、その光学式マークは、たとえば図５に示すように、黒色部１４ａと白色部１４ｂとから形成され、これらの黒色部１４ａと白色部１４ｂとの配置関係から様々な情報を有することになる。

なお、ここでは、光学式マークが黒色部１４ａと白色部１４ｂとから形成されている場合としているが、このような黒色部１４ａと白色部１４ｂに限るものではない。つまり、光学式マークが赤外線光を反射する部分と吸収する部分とで形成され、その反射する部分の接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されればよいため、黒色部１４ａと白色部１４ｂとをこれらの条件に合った色とすればよい。

また、図５では光学式マークをＱＲコード等の二次元コードとして示しているが、これに限らずバーコード等の一次元コードであってもよい。

ここで、これらのフィギュアやカードによる接触物１０，１３にあっては、導光板２のタッチエリア２ａに密着し、その導光板２との屈折率が異なるものが好ましい。この場合、たとえばこれらの接触物１０，１３を、ポリウレタン等の樹脂部材で構成することができる。

また、これらの接触物１０，１３の接触面１２ａ，１３ａにおいて、マーク部１４の部分の屈折率を、そのマーク部１４の周囲の部分の屈折率と異なるようにすることで、マーク部１４の接触位置下での散乱光のみを受光素子４によって受光させるようにすることも可能である。

この場合、たとえばマーク部１４の部分の屈折率が、導光板２の屈折率と異なるようにし、そのマーク部１４の周囲の部分の屈折率が導光板２の屈折率と同じになるように形成するようにすると、接触物１０，１３の接触面１２ａ，１３ａの全体がタッチエリア２ａに接触しても、マーク部１４の接触位置下での散乱光がより多く発生することになり、マーク部１４の接触位置下での散乱光のみが受光素子４によって受光されることになる。

なお、これらの接触面１２ａ，１３ａのマーク部１４が導光板２のタッチエリア２ａに接触すると、そのマーク部１４の接触位置下で散乱光が生じることになるが、発光素子３からの光が上述した赤外線光であるとき、その赤外線光は黒色部１４ａで吸収されやすい性質を有している。

そのため、マーク部１４の黒色部１４ａの接触位置下での散乱光は、白色部１４ｂの接触位置下での散乱光に比べて極めて少なくなることから、主に白色部１４ｂの接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されることになる。このように、白色部１４ｂからの散乱光が受光されることで、マーク部１４における黒色部１４ａと白色部１４ｂとの配置関係が判別され、それぞれの配置関係からマーク部１４の光学式マークのコード情報が認識されることになる。

次に、図６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６（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から出射された赤外線光（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、入射される赤外線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６（ａ）のように、タッチエリア２ａにたとえば接触物１０が接触していないとき、入射された赤外線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６（ｂ）に示すように、導光板２のタッチエリア２ａにたとえば接触物１０の台座１２の上述した接触面１２ａ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、入射された赤外線光がその接触点下で散乱を起こす。このとき、上述したように、赤外線光がその接触面１２ａのマーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下で散乱する。

そして、導光板２に入射された赤外線光の進行方向に対し、直交方向（図１参照）に進んだ散乱光（マーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下で散乱した光）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での入力位置の特定や、マーク部１４の光学式マークの正確な検出のための感度を上げるためには、マーク部１４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（２〜５ｍｍ程度）ことが好ましい。

また、発光素子３からの赤外線光を導光板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内に赤外線光を損失無く入射させるためには、図６（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６（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内に赤外線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４（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からの赤外線光を導光板２内に入射するようにしてもよい。

次に、図７及び図８を参照し、タッチエリア２ａへの接触物１０，１３による接触点の入力位置の特定や、マーク部１４の光学式マークのコード情報の認識について説明する。ここで、図７はマーク部１４の傾きを認識する方法を説明するための図であり、図８はマーク部１４の光学式マークのコード情報の認識について説明するためのフローチャートである。

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）が行われるものとし、さらに接触物１０のマーク部１４の光学式マークのコード情報が認識されるものとする。

まず、タッチエリア２ａでの接触点の入力位置の判別について簡単に説明すると、発光素子３による順次点灯（点灯走査）が行われるとき、たとえば左端の発光素子３をＯＮし、全ての受光素子４によって受光される散乱光（マーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下で散乱した光）を測定し、ＯＮしている発光素子３をＯＦＦする。ここで、接触点の有無を判別するが、全ての受光素子４によって受光が無ければ、次の発光素子３をＯＮして上記同様に、全ての受光素子４により受光される散乱光（マーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下で散乱した光）を測定する。

そして、以上のような順次点灯（点灯走査）が全ての発光素子３に対して行われると、順次点灯（点灯走査）された発光素子３毎の受光データが解析され、タッチエリア２ａにおけるＸ座標位置とＹ座標位置とに基づく入力位置が特定される。

ここで、接触物１０の接触面１２ａがある程度の大きさを有するため、発光素子３による順次点灯（点灯走査）が行われるときの散乱光（マーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下で散乱した光等）は、複数（たとえば３個や４個など）の受光素子４によって受光されることになるが、中程に位置するものからＹ座標位置を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）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。

なお、接触物１０の接触面１２ａにおいて、上述したように、マーク部１４の部分の屈折率が、導光板２の屈折率と異なるようにし、そのマーク部１４の周囲の部分の屈折率が導光板２の屈折率と同じになるように形成されているとすると、マーク部１４の接触位置下での散乱光に基づき、入力位置が特定されることになる。

次に、接触物１０のマーク部１４の光学式マークのコード情報の認識について説明すると、まず図７（ａ）に示すように、マーク部１４の周囲に位置マーカー１４ｃ〜１４ｅを少なくとも３個設けるようにする。

なお、位置マーカー１４ｃ〜１４ｅにあっては、上述したマーク部１４の黒色部１４ａと同じように黒色とすると、発光素子３からの赤外線光が吸収されてしまうことから黒色以外の色、たとえば白色で形成することが好ましい。また、位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの屈折率にあっては、これらの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの接触位置下での散乱光が確実に発生されるように、マーク部１４と同様に、導光板２の屈折率と異なるようにすることが好ましい。

このようにすると、図７（ａ）に示すように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って平行（傾きがない状態）に接触されているとき、発光素子３による順次点灯（点灯走査）により、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅが検出されるとともに、位置マーカー１４ｄ，１４ｅが任意の同じＹ座標位置の受光素子４により検出されることになる。

一方、図７（ｂ）に示すように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って傾いて接触されているとき、発光素子３による順次点灯（点灯走査）により、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅが検出されるとともに、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅがそれぞれ異なるＹ座標位置の受光素子４により検出されることになる。

この場合、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅがそれぞれ異なるＹ座標位置の受光素子４により検出されることから、少なくとも、位置マーカー１４ｃ，１４ｄ、位置マーカー１４ｄ，１４ｅ、位置マーカー１４ｅ，１４ｃのそれぞれの２点のＹ座標位置からマーク部１４の傾き角度も併せて認識されることになる。

また、このようにマーク部１４が傾いている場合は、その傾き角度に応じてマーク部１４の光学式マークの検出結果を補正することにより、光学式マークのコード情報の認識を正確に行うことが可能となる。なお、ここでの補正は、たとえば傾いた状態で検出される光学式マークの検出結果を、傾きがないように戻すことである。

すなわち、上述したように、発光素子３による順次点灯（点灯走査）により、受光素子４によって散乱光が受光されたとする。ここで、位置マーカー１４ｃ〜１４ｅは図７に示したように、マーク部１４の周囲に設けられているため、たとえば左端の発光素子３から順に順次点灯（点灯走査）が行われるようにすると、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って平行（傾きがない状態）に接触されているとき、図７（ａ）のように位置マーカー１４ｃ，１４ｄの接触位置下での散乱光がマーク部１４の接触位置下での散乱光より先に受光素子４によって受光されることになる。

また、図７（ｂ）のように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対して傾いて接触されているとき、位置マーカー１４ｃの接触位置下での散乱光がマーク部１４の接触位置下での散乱光より先に受光素子４によって受光されることになる。

そこで、図８において、まず、未処理の位置マーカー１４ｃ〜１４ｅがあるかどうかが判断される（ステップＳ１）。ここでは、図７（ａ）のように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って平行（傾きがない状態）に接触されているとき、位置マーカー１４ｃ，１４ｄの接触位置下での散乱光が受光素子４により受光されるが、位置マーカー１４ｅの接触位置下での散乱光は受光素子４により受光されていないことになる。

また、図７（ｂ）のように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対して傾いて接触されているとき、位置マーカー１４ｃの接触位置下での散乱光が受光素子４により受光されるが、位置マーカー１４ｄ，１４ｅの接触位置下での散乱光は受光素子４により受光されていないことになる。

この場合、全ての位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの接触位置下での散乱光が受光素子４により受光されるまで、発光素子３による順次点灯（点灯走査）に応じた受光素子４による散乱光の受光が行われる（ステップＳ２，Ｓ３）。

ここで、全ての位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの接触位置下での散乱光が受光素子４により受光されることで、たとえば位置マーカー１４ｄ，１４ｅが任意の同じＹ座標位置の受光素子４により検出されたとき、図７（ａ）のように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って平行（傾きがない状態）に接触されていると判断される。

これに対し、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅがそれぞれ異なるＹ座標位置の受光素子４により検出されたとき、図７（ｂ）に示すように、マーク部１４がタッチエリア２ａに対し、Ｙ座標方向に沿って傾いて接触されていると判断される。

この場合、たとえば位置マーカー１４ｄ，１４ｅの接触位置下での散乱光が受光素子４によって検出されるそれぞれのＹ座標位置からマーク部１４の傾き角度も併せて認識されることになる。また、全ての位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの接触位置下での散乱光が受光素子４により受光されるまでの間、マーク部１４の接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されることになる。

このとき、上述したように、マーク部１４の部分の屈折率が、導光板２の屈折率と異なるようにし、そのマーク部１４の周囲の部分の屈折率が導光板２の屈折率と同じになるように形成されているとすると、マーク部１４の接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されることになる。

この場合、発光素子３からの光が赤外線光であるとき、マーク部１４の接触位置下での散乱光は、マーク部１４の黒色部１４ａと白色部１４ｂのうち、白色部１４ｂの接触位置下で発生するため、その白色部１４ｂの接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されることになる。

よって、全ての位置マーカー１４ｃ〜１４ｅの接触位置下での散乱光が受光素子４によって検出された場合（ステップＳ１：ＮＯ）、受光素子４によるマーク部１４の白色部１４ｂの接触位置下での散乱光の受光に応じたマーク部１４における黒色部１４ａと白色部１４ｂとの配置関係から、マーク部１４の光学式マークのコード情報が認識される（ステップＳ４）。

このとき、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅのうち、たとえば位置マーカー１４ｄ，１４ｅが任意の同じＹ座標位置の受光素子４により検出されることで、マーク部１４が傾いていないと認識された場合は、マーク部１４の光学式マークの検出結果の補正が行われず、光学式マークのコード情報の認識が行われる。

これに対し、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅがそれぞれ異なるＹ座標位置の受光素子４により検出されて、マーク部１４が傾いていると認識された場合は、その傾き角度に応じてマーク部１４の光学式マークの検出結果が補正されて、光学式マークのコード情報の認識が行われる。

このように、本実施例では、導光板２に設けられた発光手段としての発光素子３が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発光し、その光がタッチエリア２ａへの接触部位である接触面１２ａ，１３ａに光を反射する部分である白色部１４ｂと光を吸収する部分である黒色部１４ａとからなる光学式マークを有するマーク部１４が設けられた接触物１０，１３の接触に応じての散乱光が導光板２の一辺に沿って設けられた受光手段としての受光素子４により受光されると、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の座標とから、接触物１０，１３によるタッチエリア２ａへの入力位置が特定され、さらに受光された散乱光からマーク部１４の光学式マークのコード情報が認識されるようにしたので、接触物１０，１３のマーク部１４の光学式マークのコード情報の認識と、複数の接触物１０，１３の入力位置の特定とを容易かつ確実に行うことができる。

この場合、マーク部１４の周囲に導光板２のタッチエリア２ａに対するマーク部１４の傾きを認識させるための複数の位置マーカー１４ｃ〜１４ｅを設けることで、それぞれの位置マーカー１４ｃ〜１４ｅが受光素子４によって検出されるそれぞれの他座標からマーク部１４の傾き角度も併せて認識されることになる。このようにマーク部１４が傾いている場合は、たとえばその傾き角度に応じてマーク部１４の光学式マークの検出結果を補正することができ、光学式マークのコード情報の認識を正確に行うことが可能となる。

なお、本実施例では、図５に示したように、マーク部１４の光学式マークが黒色部１４ａと白色部１４ｂとから形成されている場合としたが、これに限らず、たとえば黒色部１４ａの部分を、たとえば図９に示すように、赤発色体１４ｆ、緑発色体１４ｇ、青発色体１４ｈのような様々な色を発色する部材で形成してもよい。

すなわち、赤発色体１４ｆ、緑発色体１４ｇ、青発色体１４ｈを、紫外線光を受けることで異なる波長の光を発光する紫外線発光インクが塗布されているものとし、発光素子３からの光を紫外線光としたときに、受光素子４がそれぞれの色の波長の光（可視光）を受光できるものとすれば、上述したコード情報に加えてそれぞれの波長の色の受光が付加されるため、さらにマーク部１４の情報量を増やすことが可能となる。

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、導光板２のタッチエリア２ａでの接触物１０，１３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、たとえば図１０に示すように、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６に重ねても、ディスプレイ面６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からの光が非可視光である赤外線光とされているため、ディスプレイ面６からの可視光に影響を及ぼすことがない。

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１１及び図１２（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１２（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。

また、本実施例では、発光素子３からの光を赤外線光とした場合について説明したが、これに限らず紫外線光等のような他の光としてもよい。この場合、マーク部１４の黒色部１４ａ又は白色部１４ｂや位置マーカー１４ｃ〜１４ｅを凸状に形成することで、その凸状の接触位置下での散乱光が受光素子４によって受光されることになり、マーク部１４の傾きや光学式マークのコード情報の認識が上記同様にして行われる。また、たとえば図１０に示したディスプレイ面６を設ける必要が無い場合、あるいはディスプレイ面６での映像に影響を及ぼすことがない場合は、発光素子３からの光を可視光としてもよい。

ゲーム機、ＰＤＡ、携帯電話、ＡＴＭ、券売機等の入力装置、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報処理装置、カーナビ等の地図表示装置等に適用可能である。

本発明の位置入力装置の一実施例を示す図である。 図１の位置入力装置のタッチエリアに接触される接触物の一例を説明するための図である。 図１の位置入力装置のタッチエリアに接触される接触物がフィギュアである場合を説明するための図である。 図１の位置入力装置のタッチエリアに接触される接触物がカードである場合を説明するための図である。 図１の位置入力装置のタッチエリアに接触される接触物のマーク部を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基本原理について説明するための図である。 図５のマーク部の傾きを認識する方法を説明するための図である。 図５のマーク部の光学式マークのコード情報の認識について説明するためのフローチャートである。 図５のマーク部の光学式マークの構成を変えた場合の他の実施例を説明するための図である。 図１の位置入力装置の導光板をディスプレイ面に重ねた場合の一例を示す図である。 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。 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
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 入力位置データ出力部
５ｅ 制御部
６ ディスプレイ面
１０，１３ 接触物
１２ａ，１３ａ 接触面
１４ マーク部
１４ａ 黒色部
１４ｂ 白色部
１４ｃ〜１４ｅ 位置マーカー

Claims (6)

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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記マーク部での光の反射に応じて生じる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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識を行う
   ことを特徴とする位置入力装置。
2. 前記受光手段は、前記マーク部の周囲に設けられている複数の位置マーカーでの散乱光を受光し、
   前記制御手段は、該受光された散乱光から前記マーク部の傾きを認識する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
3. 入力位置を示す位置データを入力する際に位置入力装置の導光板の一面側のタッチエリアに接触される接触物であって、
   前記タッチエリアに接触される接触部位に、光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられている
   ことを特徴とする接触物。
4. 前記マーク部の周囲には、前記タッチエリアに対する前記マーク部の傾きを認識させるための複数の位置マーカーが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の接触物。
5. 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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記タッチエリアに接触される前記マーク部での光の反射に応じて生じる散乱光を受光する工程と、
   制御手段により、前記発光手段を点灯走査又は非点灯走査させる工程とを有し、
   前記制御手段により、前記受光手段によって前記発色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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われる
   ことを特徴とする位置入力方法。
6. 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接触部位に光を反射する部分と光を吸収する部分とからなるコード情報を有する光学式マークが形成されているマーク部が設けられた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、前記タッチエリアに接触される前記マーク部での光の反射に応じて生じる散乱光を受光する工程と、
   制御手段により、前記発光手段を点灯走査又は非点灯走査させる工程とを有し、
   前記制御手段により、前記受光手段によって前記発色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、前記接触物による前記タッチエリアへの入力位置を特定し、さらに前記受光された散乱光から前記マーク部の光学式マークのコード情報の認識が行われる
   ことを特徴とする位置入力プログラム。

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