WO2008066004A1

WO2008066004A1 - Appareil de mise en entrée de position

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Publication number: WO2008066004A1
Application number: PCT/JP2007/072780
Authority: WO
Inventors: Kazuyoshi Kasai
Original assignee: Sega Corporation
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2008-06-05
Also published as: EP2088499A1; EP2088499A4; JPWO2008066004A1; US20100066704A1

Description

明細書

位置入力装置

技術分野

[0001] 本発明は、平面又は曲面上の位置を入力するための位置入力装置に関するものである。

背景技術

[0002] 位置入力装置は、一般に、直交する 2軸の座標位置となる横方向座標位置と縦方向座標位置とで特定される平面上の位置を入力信号として得るための装置であり、平面上の入力領域を指、ペン等で触れて入力位置を特定し、その位置を検出して入力信号を得るタツチパネルが知られている。このような平面位置入力装置には各種の方式があるが、発光素子と受光素子を組み合わせた光学式の平面位置入力装置が、応答性、信頼性、耐久性等の面で有利なものとして普及している（下記特許文献 1 、 2参照)。

[0003] 図 1は、従来技術の説明図であって、光学式の一例である赤外線遮光方式の平面位置入力装置を示す説明図である。この従来技術は、同図（a)に示すように、入力平面領域 laの外縁に沿って、横方向の座標位置を検出するために複数の発光素子 2aとそれに対向して複数の受光素子 3aが配置され、縦方向の座標位置を検出するために複数の発光素子 2bとそれに対向して複数の受光素子 3bが配置されており、発光素子 2a、 2bから出射した光がそれぞれに対向して配置される受光素子 3a、 3b に入射することで、入力平面領域 laの全領域の位置が検出できるようなつている。

[0004] これによると、同図（b)に示すように、発光素子 2a (2b)力、ら出射された光は入力平面領域 la上を通って受光素子 3a (3b)に入射するので、同図（b)に示すように、入力平面領域 la上に指等を置くと、それによつて発光素子 2a (2b)からの光が遮られて対向する受光素子 3a (3b)の受光量が低下するが、その受光量が低下した受光素子 3a (3b)の位置又はそれに対向する発光素子 2a (2b)の位置で入力位置を検出すること力 Sでさる。

[0005] 特許文献 1 :特開平 7— 20985号公報特許文献 2 :特開平 10— 27067号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] この従来技術では、図 1 (a)に示すように、入力平面領域 la上の一点を指して入力する場合には、受光素子 3a、 3bによって横方向座標位置と縦方向座標位置を検

1 1

出し、入力平面領域 l a上の一つの位置を特定することができる。

[0007] しかしながら、この従来技術では、図 1 (d)に示すように、入力平面領域 la上の複数の点（図示では 2点）を同時に指した場合には、遮光される受光素子は、横方向座標位置を検出するものが 3a、 3aの 2個、縦方向座標位置を検出するものが 3b、 3b

1 2 1 の 2個となり、この発光素子 3a、 3aと受光素子 3b、 3bの組み合わせで入力平面領域 la上の位置を特定しょうとすると、実際に指している A、 Dの 2点と指していない B、 Cの 2点を識別することができない。したがって、従来の光学式平面位置入力装置では、多点同時入力ができないことになる。

[0008] また、位置検出の原理上、入力面領域を曲面状に形成することができないという課題がある。

[0009] 一方、ゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機等では、プログラムを制御するための入力装置として、表示画面上に入力面領域を形成する位置入力装置を採用することが多くなつている。このようなゲーム機等では、画面上の複数点を同時に検出できると、操作者が両手を使って制御信号を入力することが可能になり、また、一画面に表示されるゲームプログラムの画像を多人数で同時に制御すること（多人数同時プレイ）が可能になるので、ゲーム機の遊びの幅が大幅に広まるという利点が得られる。

[0010] ゲーム機に限らず、画像制御装置の入力装置として位置入力装置を採用する場合には、複数人の操作者による画像制御を実現することができるので、表示画面の大型化が可能になっている現状と相俟って、多点同時入力が可能になると、画像制御装置の操作性を効果的に高めることができる。

[0011] 本発明は、このような事情に対処することを課題の一例とするものである。すなわち

、光学式の位置入力装置によって多点同時入力を可能にすること、位置入力装置を備えたゲーム機や画像制御装置において、多点同時入力を可能にすることで、その操作性を効果的に高めること、が本発明の目的である。

課題を解決するための手段

[0012] このような目的を達成するために、本発明の一実施形態による位置入力装置は、以下の特徴を具備するものである。

[0013] 一つには、表面に入力面領域を形成し、操作者の該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、前記導光板内に光線を入射し、入射された光線によって前記入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子と、前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、前記複数の発光素子を点灯又は非点灯走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の発光素子の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによつて前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、を備えることを特徴とする。

[0014] このような特徴を備えた本発明によると、以下の作用を得ることができる。

[0015] 入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子から導光板に入射された光線は、入力面領域内で位置入力操作によって入力位置の特定が為されていない状態では、散乱光が発生することなく直線的に進行して、入力面領域の他座標方向に沿って配置される受光素子がその光線を受光することはない。し力もながら、導光板の表面に形成される入力面領域に指等を触れて入力位置を特定すると、その接触点又は接触領域 (以下、単に接触点という）の相対屈折率が局部的に変化するので、導光板内に入射された光線が全反射を繰り返しながら進行してその入力位置下を通過すると、そこで散乱光が発生し、散乱光が異なる方向に導かれることになつて受光素子が光を受光できることになる。

[0016] この際、入射された光線によって入力面領域の一座標方向を走査するように複数の発光素子が配置されており、入力面領域の他座標方向に沿って受光素子が配置されているので、受光素子が散乱光を受光した場合には、その受光状況を解析処理することによって他座標方向の座標位置を特定することができ、散乱光を受光した時点の発光素子の走査位置によって、一座標方向の座標位置を特定することができる。すなわち、この一座標方向の座標位置と他座標方向の座標位置とによって、特定された入力位置 (接触点）の入力面領域上の位置を検出することができる。

[0017] そして、このような入力位置の検出によると、入力面領域上に複数の接触点が存在して、複数の入力位置が特定された場合にも、散乱光の受光によって特定される他座標方向の座標位置とその散乱光の原因になる入射光を出射する発光素子の走査位置によって特定される一座標方向の座標位置とによって、全ての入力位置 (接触点）を特定すること力できる。よって、複数の発光素子の全てを点灯又は非点灯走査させる一走査周期を同一時と考えると、複数の入力位置を同一時に特定できる多点同時入力を行うことができることになる。

[0018] 発光素子と受光素子の配置の具体的な形態としては、導光板が多辺で囲まれた入力面領域を有し、多辺の一辺に複数の発光素子を配置し、この一辺と対向しない他の辺に受光素子を複数配置する。多辺の前記一辺と、この一辺と対向しない前記他の辺は、導光板が矩形であれば直交するが、必ずしも直交でなくても良い。これによると、入力面領域上で入力位置が特定されていない状態では、発光素子から導光板に入射されて導光板内を直線的に進行する光線は受光素子によって受光されることがなぐ入力位置が特定された場合のみ、受光素子が散乱光を受光することになる。なお、上記「辺」とは、必ずしも直線でなくても良い。

[0019] このような入力位置の検出を行う入力位置検出手段の動作例としては、一つには、複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に受光素子の中で受光量が閾値を超える受光素子が有る場合に、その受光素子の位置によって、受光素子が配置される他座標方向の座標位置を特定し、その時点灯された発光素子の走査位置によって、発光素子が配置される一座標方向の座標位置を特定する。そして、この特定された二つの座標位置によって入力面領域上の入力位置を検出する。

[0020] これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の受光素子の中から設定された閾値を超える受光量を出力する一つ又は複数の受光素子が選択された時に、その時点で点灯してレ、た発光素子から出射された光線が入力位置下を通過していることになるので、複数の発光素子から特定の発光素子を選択することができる。その選択された発光素子の走査位置によつて特定される座標位置と選択された受光素子の位置によって特定される座標位置とによって、接触点の入力面領域上の位置を検出することができる。

[0021] この場合、受光素子が受光する散乱光の受光量は、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長くなるほど低い値になる傾向がある。これに対処するために、発光素子の点灯走査位置と受光素子の位置に応じて閾値を設定し、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長い場合に閾値を低ぐ発光素子から受光素子に到達する光の光路長が短い場合に閾値を高く設定する。

[0022] 同様の対処をするために、閾値を一定値とし、発光素子の点灯走査位置と受光素子の位置に応じて受光量を正規化するようにしてもよい。すなわち、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が長い場合には閾値と比較する受光量の出力を実際の受光量より高く調整し、発光素子から受光素子に到達する光の光路長が短い場合には閾値と比較する受光量の出力を実際の受光量よりは低く調整する。

[0023] また、入力位置検出手段の動作例の一つには、複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に複数の受光素子の中で受光量が極大値を示す受光素子が存在する場合に、発光素子の走査位置によって特定される座標位置とその受光素子の位置によって特定される座標位置とによって入力面領域上の入力位置を検出する。

[0024] これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の受光素子の中から極大の受光量を出力する受光素子が選択された時に、その時点で点灯していた発光素子から出射された光線が接触点下を通過していることになるので、その発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、接触点の平面上の位置を検出することができる。

[0025] また、他の動作例としては、全点灯した複数の発光素子を非点灯走査し、特定の発光素子の非点灯時に複数の受光素子の中で受光量が低下した受光素子を選択できる場合に、この特定の発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、入力面領域上の入力位置を検出する。 [0026] これによると、入力面領域上に前述した接触点が存在して入力位置が特定されている場合に、複数の発光素子を全点灯すると、その内の特定の発光素子から出射された光線が接触点を通過して、散乱光が発生するので、その接触点に直近の発光素子が顕著な受光量を出力することになり、その受光素子を特定の受光素子として選択すること力 Sできる。また、全点灯した複数の発光素子を非点灯走査すると、接触点下を光線が通過しなくなった時点で、前述のように選択された受光素子の光量が低下することになるので、その光量低下が起きた時点で非点灯になっている発光素子を特定の発光素子として選択することができる。この選択された発光素子の走査位置による座標位置と選択された受光素子の位置による座標位置とによって、接触点の入力面領域上の位置を検出することができる。

[0027] 入力面領域の形状は、平面状であっても良いし曲面状であっても良い。例えば、導光板の一座標方向断面を略円弧状に形成することもできる。このように入力面領域を曲面上に形成することにより、位置入力装置を、例えば、ゲーム装置等の入力装置として用いる場合に装置全体の意匠的な設計の自由度を大幅に向上することができる

[0028] 発光素子から出射された光を導光板の側端部から導光板内に入射させるには、導光板の屈折率と周囲の屈折率によって決められる（スネルの法貝 IJ)入射角 Θに向けた光の入射が必要になるので、十分な入射光量を得るためには、導光板の側端部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を配置することが必要になる。したがって、導光板の側端部に上記入射角 Θに応じた傾斜面を形成しておくことにより、発光素子の効率的な配置が容易となる。

[0029] また、導光板の入力面領域が外力等により損傷した場合、その損傷した部位において導光板に入射された光線が拡散して位置入力装置が誤動作を起こすことを考慮して、入力面領域上に入力面領域を保護する保護手段を備えて構成することが望ましい。

[0030] 位置入力装置が入力面領域を傾斜させて、又は、直立させて配置される場合、受光素子を導光板の下辺以外の辺、例えば、上辺に配置することが望ましい。導光板の上辺に受光素子を配置することにより、受光素子に塵埃が堆積したり、日光や照明光その他の外光に影響されたりして位置入力装置の位置検出精度が低下することを防止すること力でさる。

[0031] また、上記した目的を達成するために、本発明の他の実施形態による位置入力装置は、以下の特徴を具備する。

[0032] すなわち、表面に入力面領域を形成し、該表面の接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、該導光板の一座標方向に沿って配置される発光素子と、前記導光板と前記発光素子との間に配置され、前記発光素子の光線の前記導光板内の入射光路を開閉し、前記導光板に入射された光線によって前記入力面領域の前記一座標方向を走査する複数の開閉手段と、前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、前記複数の開閉手段を開閉走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の開閉手段の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、を備えることを特徴とする。

[0033] このような特徴を備えた本発明によると、以下の作用を得ることができる。

[0034] 入力面領域の一座標方向を走査する複数の開閉手段のうち発光素子の入射光路が開放された開閉手段から導光板に入射された光線は、入力面領域内で位置入力操作によって入力位置の特定が為されて!/、な!/、状態では、散乱光が発生することなく直線的に進行して、入力面領域の他座標方向に沿って配置される受光素子がその光線を受光することはない。し力もながら、導光板の表面に形成される入力面領域に指等を触れて入力位置を特定すると、その接触点又は接触領域の相対屈折率が局部的に変化するので、導光板内に入射された光線が全反射を繰り返しながら進行してその入力位置下を通過すると、そこで散乱光が発生し、散乱光が異なる方向に導かれることになつて受光素子が光を受光できることになる。

[0035] この際、開放された開閉手段から入射された光線によって入力面領域の一座標方向を走査するように複数の開閉手段が配置されており、入力面領域の他座標方向に沿って受光素子が配置されているので、受光素子が散乱光を受光した場合には、その受光状況を解析処理することによって他座標方向の座標位置を特定することができ、散乱光を受光した時点の開閉手段の走査位置によって、一座標方向の座標位置を特定することができる。すなわち、この一座標方向の座標位置と他座標方向の座標位置とによって、特定された入力位置 (接触点）の入力面領域上の位置を検出すること力 Sでさる。

[0036] そして、このような入力位置の検出によると、入力面領域上に複数の接触点が存在して、複数の入力位置が特定された場合にも、散乱光の受光によって特定される他座標方向の座標位置とその散乱光の原因になる入射光を出射する発光素子の光路を開放又は閉鎖する開閉手段の走査位置によって特定される一座標方向の座標位置とによって、全ての入力位置 (接触点）を特定することができる。よって、複数の開閉手段の全てを開放又は閉鎖走査させる一走査周期を同一時と考えると、複数の入力位置を同一時に特定できる多点同時入力を行うことができることになる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]従来技術の説明図である。

[図 2]本発明の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。

[図 3]本発明の実施形態に係る位置入力装置の動作を説明する説明図である。

[図 4]本発明に係る導光板の他の実施形態を説明する図である。

[図 5]本発明に係る導光板のさらに他の実施形態を説明する図である。

[図 6]本発明の他の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。

[図 7]本発明のさらに他の実施形態に係る位置入力装置の構成を説明する説明図である。

[図 8]本発明の位置入力装置の適用例を示した説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図 2は本発明の一実施形態に係る位置入力装置を説明する構成概念図である。

[0039] この位置入力装置 10は、表面に入力面領域 1を形成し、表面への接触による入力位置の特定によって、入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板 5と、導光板 5内に光線を入射し、入射された光線によって入力面領域 1の一座標方向を走查する複数の発光素子 2と、入力面領域 1の他座標方向に沿って配置され、導光板 5によって導かれる散乱光を受光する受光素子 3と、複数の発光素子 2を点灯又は非点灯走査して、受光素子 3の受光から他座標方向の座標位置が特定できる場合に、複数の発光素子 2の走査によって特定される一座標方向の座標位置と特定された他座標方向の座標位置とによって入力面領域 1内の入力位置を検出する入力位置検出手段 4とを備える。

[0040] 図示の例では、複数の発光素子 2は、矩形状の導光板 5の少なくとも一辺に沿って同方向に光出射方向を向けて配列されており、受光素子 3は、導光板 5の他辺に沿つて発光素子 2の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けて配列されている。発光素子 2及び受光素子 3は指向性があることが望ましい。

[0041] ここでは矩形状の入力面領域 1が形成されている例を示している力 S、これに限らず、導光板 5は多辺で囲まれた入力面領域 1を有し、多辺の一辺に沿って複数の発光素子 2を配置し、一辺と対向しな!/、他の辺に受光素子 3を複数配置して!/、ればよ!/、。また、受光素子 3は、複数配列される必要はなぐ他座標方向に沿って配置され、他座標方向の座標位置が受光状況の解析結果から特定できるものであればょレ、。した力つて、複数配列される受光素子 3を一つのラインセンサやイメージセンサで置き換えること力 Sできる。

[0042] 前述した一座標方向と他座標方向とは、図示の例のように直交する 2つの座標方向を含み、異なる方向であって、平面上の位置を特定できる 2方向であればよい。

[0043] 入力位置検出手段 4は、複数の発光素子 2を順次選択して点灯又は非点灯とし、特定の発光素子（例えば 2A又は 2B)を選択した時に複数の受光素子 3の受光量から特定の受光素子（例えば 3A又は 3B)を選択できる場合に、選択された発光素子（ 2A又は 2B)の位置と受光素子（3A又は 3B)の位置によって特定される各座標位置によって、入力面領域 1内の入力位置 (A点又は B点）を検出する。

[0044] このとき、同時に 2つの点 A、 Bの位置入力操作がなされていたとしても、点 Aを検出するために特定される発光素子 2Aと受光素子 3A、点 Bを特定するための発光素子 2Bと受光素子 3Bは、それぞれ同期して選択され、発光素子 2Aを選択した時点で受光素子 3Bが選択されることや、発光素子 2Bを選択した時点で受光素子 3Aが選択されることはないので、位置入力がなされていない点 Dや点 Cと位置入力がなされた点 Aと点 Bとの識別を問題なく行うことができる。

[0045] 入力位置検出手段 4は、具体的には、複数の発光素子 2を点灯又は非点灯走査させる発光素子駆動部 4Aと、複数の受光素子 3の各受光量を計測する受光量計測部 4Bと、発光素子駆動部 4Aによって点灯又は非点灯走査させる発光素子を選択する発光素子選択部 4Cと、受光量計測部 4Bの出力によって特定の受光素子を選択する受光素子選択部 4Dと、発光素子選択部 4Cによって選択される発光素子の座標位置と受光素子選択部 4Dによって選択される受光素子の座標位置とによって入力位置を出力する入力位置出力部 4Eとによって構成できる。

[0046] 発光素子駆動部 4Aは、発光素子選択部 4Cからの出力によって複数の発光素子 2 の一つ又は複数を順次選択して点灯又は非点灯走査する。選択の方式としては、一端の発光素子から他端の発光素子に向けて 1個ずつ順番に点灯する順次点灯走査方式、複数の発光素子の中から 1個ずつランダムに点灯にするランダム点灯走査方式、隣接する複数個の発光素子を同時に点灯させながら点灯位置を順次選択する方式、全点灯した複数の発光素子を一端の発光素子から他端の発光素子に向けて 1個ずつ順番に非点灯にする順次非点灯走査方式、全点灯した複数の発光素子の中から 1個ずつランダムに非点灯にするランダム非点灯走査方式、等に設定することができる。

[0047] 発光素子選択部 4Cは、複数の発光素子から特定の発光素子を選択して発光素子駆動部 4Aに出力すると同時に、その選択信号を入力位置出力部 4Eに出力する。

[0048] 受光量計測部 4Bは、発光素子選択部 4Cで特定の発光素子が選択されるタイミングに同期して、全ての受光素子 3の受光量を各々の受光素子毎に計測し、受光素子選択部 4Dに出力する。受光素子選択部 4Dは、各受光素子の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、発光素子選択部 4Cで特定の発光素子が選択されるタイミングに同期して、その選択信号を入力位置出力部 4Eに出力する。

[0049] 入力位置出力部 4Eでは、発光素子選択部 4Cから選択信号が出力される毎に、受光素子選択部 4Dからの選択信号が有るか無 V、かを確認し、受光素子選択部 4Dからの選択信号が有る場合に、選択された発光素子の位置に対応する座標位置と選択された受光素子の位置に対応する座標位置とに基づいて入力位置を出力する。そして、入力位置の出力が複数存在する場合には、発光素子選択部 4Cからの選択信号出力が全ての発光素子を選択する一走査周期内であれば、出力された複数の入力位置を多点同時入力と認識して出力する。

[0050] 次に、このような位置入力装置 10の動作について、更に詳細に説明する。図 3 (a) に示すように、導光板 5の側端部 5Aを入射面として発光素子 2を配置すると、発光素子 2から出射された光線は、導光板 5内に入射されて全反射を繰り返しながら導光板 5内を直進する。導光板 5はその周囲に対して高屈折率の透明材料からなり、例えば、アクリル板、高屈折率ガラス板などを採用することができる。

[0051] 導光板 5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、入力面領域 1で入力位置が指されて!/、な!/、状態（図 3 (a)参照）では、入射された光線は幅方向に広がることなく直線的に進行する。また、入力位置検出の感度を上げるためには全反射の繰り返し回数が多い方向がよぐそのためにはある程度板厚を薄くする (数 mm程度）ことが好ましレ、。

[0052] これに対して、図 3 (b)に示すように、導光板 5の入力平面領域 1に接触するように指等を置いて入力面領域 1内の入力位置を指すと、指等の接触によって接触点下の導光板 5の相対屈折率が変化するので、入射された光線が接触点の下で散乱を起こし、光線の入射方向とは異なる方向に光が進行する。したがって、発光素子 2の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けた受光素子 3は、入力平面領域 1で入力位置が指されて!/、な!/、状態では受光を確認できな!/、が、入力平面領域 1に前述した接触点が存在すると受光を確認できるようになり、特に、接触点に直近の受光素子 3で最も顕著に受光を確認することができる。

[0053] 発光素子 2から出射された光を導光板 5の側端部 5Aから導光板 5内に入射させるには、導光板 5の屈折率と周囲の屈折率によって決められる（スネルの法貝 IJ)入射角 Θに向けた光の入射が必要になるので、十分な入射光量を得るためには、図 3 (c)に示すように、側端部 5A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を配置することが必要になる。この場合、図 3 (d)に示すように、導光板 5の側端部 5A 上記入射角 Θに応じた傾斜面を形成しておくことにより、発光素子の光線を効率的に利用することができ、また、発光素子の配置が容易となる。また、入力面領域 1内での接触点の感度を向上させるためには、図 3 (d)に示すように、角度を変えた複数の発光素子 2からの光を導光板 5内に入射することが必要になる。

[0054] 図 4は、導光板 5の入力面領域 1を、受光素子 3が配置される座標方向断面が略円弧状になるように曲面状に形成した例を示す図である。図 4 (a)は、曲面状に形成された導光板 1と発光素子及び受光素子の配置関係を示す概念図である。図 4 (a)に示すように、導光板 5の直線的な一座標方向の側端部 5Aに複数の発光素子 2が配置され、曲線状の他座標方向の側端部 5Bに受光素子 3が配置される。このように構成された導光板 5に発光素子 2の光線が入射すると、入射光は、図 4 (b)に示すように導光板 5内を進行する。導光板 5及び入力面領域の形状は、略円弧状に限らず、例えば、波型等、適宜選択することができるので、本発明に係る位置入力装置を、例えば、ゲーム装置等の入力装置として用いる場合等に装置全体の意匠的な設計の自由度を大幅に向上することができる。

[0055] 図 5は、導光板 5の入力面領域 1上に、入力面領域 1を保護するための保護手段 6 を設けた例を示す概念図である。

[0056] 図 5 (a)は、導光板 5の入力面領域 1上に粘着剤 6bを介して保護シート 6aを設けた例を示す図である。図 5 (a)に示す例において、例えば、導光板 5としてアクリル板を用いる場合は、粘着剤 6bとして、アクリル板の屈折率に近い性質を備えたアクリル系粘着剤を使用することが好ましい。

[0057] 図 5 (b)は、導光板 5の入力面領域 1上に、密着シート 6c及びドットスぺーサ 6dを介して保護シート 6aを貼着して保護手段 6を設けた例を示す図である。図 5 (b)に示す例においては、導光板 5と密着シート 6cとの間にドットスぺーサ 6dを挟持させているため、導光板 5と密着シート 6cとの間に空気層が形成され、入力面領域 1に接触点がない場合、図 5 (b)に示すように導光板 5に入射した光は導光板 5と空気層の境界で反射を繰り返して導光板 5内を直進していく。図 5 (c)に示すように、保護シート 6aに指ゃタツチペン等が接触すると、接触点 (接触領域)で密着シート 6cが入力面領域 1 に接触し、入射光が拡散して散乱光を得ることができる。

[0058] 次に、入力位置検出手段 4の具体的な動作を、発光素子 2を点灯走査する場合を例に説明する。発光素子選択部 4Cによって複数の発光素子 2から特定の発光素子が選択されると、その特定された発光素子から出射された光線が導光板 5内に入射される。このとき、入力面領域 1内で位置入力操作がなされていない場合には、入射された光線は直進して受光素子 3の方向には進まないので、受光量計測部 4Bは複数の受光素子 3の何れ力、らも設定閾値を超える受光量を計測することはな!/、。また、入力面領域 1内で位置入力操作がなされてレ、た場合であっても、接触点下を通過する光線を出射する発光素子を選択していない場合には、同様に、受光量計測部 4B は複数の受光素子 3の何れ力、らも設定閾値を超える受光量を計測することはない。

[0059] これに対して、図 2に示すように、発光素子選択部 4Cによって複数の発光素子 2から特定の発光素子が選択された時に、入力面領域 1内で位置入力操作がなされており、その接触点 Aの下を通過する光線を出射する発光素子 2Aが選択された場合には、その発光素子 2Aの選択タイミングに同期して、接触点 A直近の受光素子 3A が設定閾値を超える受光量を出力することになるので、受光量計測部 4Bでは、この選択タイミングに同期して、全ての受光素子 3からの出力を計測して受光素子選択部 4Dに出力する。そして、受光素子選択部 4Dでは、各受光素子の受光量を設定閾値と比較し、設定閾値を超える受光量を出力した受光素子 3Bを選択して、この選択信号を入力位置出力部 4Eに出力する。

[0060] 受光素子選択部 4Dで設定される閾値は、接触点と直近の受光素子を一つ又は複数個特定することができる値に設定されて V、ればよ V、が、選択された発光素子から接触点を介して受光素子に到達する光路長が長いほど受光量は低くなる傾向があるので、これを考慮して、選択される発光素子の位置と各受光素子の位置に応じて、接触点を想定した前述の光路長が長 V、場合には閾値を下げ、前述の光路長が短 V、場合には閾値を高める設定をすることもできる。これによると、より高い感度で入力位置を検出すること力できる。

[0061] また、閾値を一定にして、発光素子 2の点灯走査位置と受光素子 3の位置に応じて受光量を正規化するようにしてもよい。この場合には、発光素子 2から受光素子 3に到達する光の光路長が長い場合には受光量を実際の出力より高く調整し、発光素子 2から受光素子 3に到達する光の光路長が短い場合には受光量を実際の出力よりは低く調整する。これによつても、より高い感度で入力位置を検出することができる。

[0062] 受光素子選択部 4Dの機能としては、設定閾値と受光量計測部 4Bの出力を比較する例だけでなぐ受光量計測部 4Bから出力される各受光素子の受光量によって特定の受光素子が選択できるものであれば、どのような機能であっても良い。他の例としては、発光素子の選択タイミングに同期して、受光量計測部 4Bが全ての受光素子 3 力の出力を計測して受光素子選択部 4Dに出力した際に、各受光素子の受光量を互いに比較して、複数の受光素子 3の中で受光量が極大値を示す受光素子を特定の受光素子として選択するようにしてもよい。これによると、発光素子の出射光量や前述した光路長に違いがある場合であっても、同様の処理で特定の受光素子を選択すること力 Sでさる。

[0063] 次に、全点灯の発光素子 2を非点灯走査する場合の入力位置検出手段の動作例を説明する。この場合には、発光素子 2が全点灯されている状態で、入力面領域 1内に位置入力操作がなされて接触点が存在すれば、その接触点で発光素子 2からの入射光が散乱して受光素子 3の受光が確認されるので、受光素子選択部 4Dでは、受光量計測部 4Bから出力される各受光素子の受光量を閾値と比較するか、或いは各受光素子の受光量を互いに比較する等して、特定の受光素子を選択することができる。

[0064] そして、発光素子選択部 4Cは、特定の発光素子を選択して発光素子駆動部 4Aを駆動させ、全点灯されている発光素子 2の中で選択された特定の発光素子を順次非点灯にする。一方、受光素子選択部 4Dでは、選択された受光素子の受光量を受光量計測部 4Bからの出力でモニタしており、発光素子選択部 4Cが特定の発光素子を選択して非点灯にしたタイミングで、既に選択されて!/、る受光素子の受光量が低下したときに、そのタイミングで、発光素子選択部 4C及び受光素子選択部 4Dから選択信号が入力位置出力部 4Eに出力される。

[0065] 入力位置出力部 4Eは、前述した例の何れにおいても、発光素子選択部 4Cからの選択信号及び受光素子選択部 4Dの選択信号によって、選択された発光素子の位置と選択された受光素子の位置とによって、接触点の一方向座標位置と他方向座標位置とを求め、これによつて検出された入力位置を図示省略の制御装置に出力する。この際、発光素子の全ての選択を行う一走査周期内に複数の入力位置が存在する場合には、これらの複数位置を同時に検出したものとして出力することで、多点同時入力を可能にする。

[0066] 図 6は、本発明の他の実施形態を示す説明図である（前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して一部重複説明を省略する）。この実施形態は、受光素子 3 を導光板 5の対向する左右の辺にそれぞれ設けて、複数の発光素子 2を左右に 2分割し、右側半分の発光素子 2から入射される光線を右側の辺に設置した受光素子 3 ( R)で受光し、左側半分の発光素子 2から入射される光線を左側の辺に設置した受光素子 3 (L)で受光するようにしたものである。

[0067] この実施形態では、右側に設置した受光素子 3 (R)に対しては、受光量計測部 4B

1 と受光素子選択部 4Dが設けられ、左側に設置した受光素子 3 (Uに対しては、受光

1

量計測部 4Bと受光素子選択部 4Dが設けられている。そして、発光素子選択部 4C が右半分の発光素子 2を選択するタイミングでは、受光素子選択部 4Dからの選択

1

信号が入力位置出力部 4Eに出力され、発光素子選択部 4Cが左半分の発光素子 2 を選択するタイミングでは、受光素子選択部 4Dからの選択信号が入力位置出力部 4Eに出力されるようになっている。

[0068] この実施形態では、発光素子 2から入力面領域 1上の接触点を介して受光素子 3に到達する光の光路長を短くすることができるので、光路長に伴う受光量の低下を抑えること力 Sでき、入力位置検出の感度を高めることができる。なお、これまでの実施形態では、導光板 5の一辺に発光素子 2を配列した例を示している力これに限らず、対向する辺の両側に発光素子を配置させることもできる。これによつても、発光素子から入力平面領域上の接触点を介して受光素子に到達する光の光路長を短くすることができる。

[0069] 図 7は、本発明のさらに他の実施形態を示す説明図である（図 7においても、前述した実施形態と同一部位には同一符号を付して一部重複説明を省略する）。この実施形態は、 1つの発光素子 2を、開閉手段となる複数のシャツタ装置 7を介して導光板 5 の一座標方向に配置したものである。

[0070] すなわち、この位置入力装置 10は、表面に入力面領域 1を形成し、表面の接触による入力位置の特定によって、入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板 5と、導光板 5の一座標方向に沿って配置される単一の発光素子 2と、導光板 5と発光素子 2との間に配置され、発光素子 2の光線の導光板 5内の入射光路を開閉し、導光板 5に入射された光線によって入力面領域 1の一座標方向を走査する複数のシャツタ装置 7と、入力面領域 1の他座標方向に沿って配置され、導光板 5によって導かれる散乱光を受光する受光素子 3と、複数のシャツタ装置 7を開閉走査して、受光素子 3の受光から他座標方向の座標位置が特定できる場合に、複数のシャツタ装置 7の走査によって特定される一座標方向の座標位置と特定された他座標方向の座標位置とによって入力面領域 1内の入力位置を検出する入力位置検出手段 4とを備 X·る。

[0071] 図示の例では、複数のシャツタ装置 7は、矩形状の導光板 5の少なくとも一辺に沿つて導光板 5と発光素子 2との間に配列されており、受光素子 3は、導光板 5の他辺に沿ってシャツタ手段 7の開放動作による発光素子 2の光出射方向と交差する方向に受光方向を向けて配列されている。

[0072] 入力位置検出手段 4は、複数のシャツタ装置 7を順次選択して開放又は閉鎖状態とし、特定のシャツタ装置 (例えば 7A)を選択した時に複数の受光素子 3の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、選択されたシャツタ装置 7Aの位置と受光素子の位置によって特定される各座標位置によって、入力面領域 1内の入力位置を検出する。

[0073] 入力位置検出手段 4は、具体的には、発光素子を点灯させる発光素子駆動部 4A と、複数のシャツタ装置 7を開放又は閉鎖走査させるシャツタ装置駆動部 4Fと、複数の受光素子 3の各受光量を計測する受光量計測部 4Bと、シャツタ装置駆動部 4Fによって開放又は閉鎖走査させるシャツタ装置 7を選択するシャツタ装置選択部 4Gと、受光量計測部 4Bの出力によって特定の受光素子を選択する受光素子選択部 4Dと、シャツタ装置選択部 4Gによって選択されるシャツタ装置の座標位置と受光素子選択部 4Dによって選択される受光素子の座標位置とによって入力位置を出力する入力位置出力部 4Eとによって構成できる。

[0074] シャツタ装置駆動部 4Fは、シャツタ装置選択部 4Gからの出力によって複数のシャッタ装置 7の一つ又は複数を順次選択して開放又は閉鎖走査する。選択の方式としては、一端のシャツタ装置から他端のシャツタ装置に向けて 1個ずつ順番に開放する順次開放走査方式、複数のシャツタ装置の中から 1個ずつランダムに開放するランダム開放走査方式、隣接する複数個のシャツタ装置を同時に開放させながら開放位置を順次選択する方式、全開放した複数のシャツタ装置を一端のシャツタ装置から他端のシャツタ装置に向けて 1個ずつ順番に閉鎖する順次閉鎖走査方式、全開放した複数のシャツタ装置の中から 1個ずつランダムに閉鎖するランダム閉鎖走査方式、等に設定すること力でさる。

[0075] シャツタ装置選択部 4Gは、複数のシャツタ装置から特定のシャツタ装置を選択してシャツタ装置駆動部 4Fに出力すると同時に、その選択信号を入力位置出力部 4Eに出力する。

[0076] 受光量計測部 4Bは、シャツタ装置選択部 4Gで特定のシャツタ装置が選択されるタイミングに同期して、全ての受光素子 3の受光量を各々の受光素子毎に計測し、受光素子選択部 4Dに出力する。受光素子選択部 4Dは、各受光素子の受光量から特定の受光素子を選択できる場合に、シャツタ装置選択部 4Gで特定のシャツタ装置が選択されるタイミングに同期して、その選択信号を入力位置出力部 4Eに出力する。

[0077] 入力位置出力部 4Eでは、シャツタ装置選択部 4Gから選択信号が出力される毎に、受光素子選択部 4Dからの選択信号が有るか無いかを確認し、受光素子選択部 4 Dからの選択信号が有る場合に、選択されたシャツタ装置の位置に対応する座標位置と選択された受光素子の位置に対応する座標位置とに基づいて入力位置を出力する。そして、入力位置の出力が複数存在する場合には、シャツタ装置選択部 4Gからの選択信号出力が全てのシャツタ装置を選択する一走査周期内であれば、出力された複数の入力位置を多点同時入力と認識して出力する。

[0078] 図 7に示す実施形態において、開閉手段となる複数のシャツタ装置 7は、例えば、液晶シャツタ、機械式シャツタ等を用いることができる。

[0079] 以上説明したように本発明の上述した実施形態に係る位置入力装置によると、一走査周期を同一タイミングとして多点同時入力が可能になる。ここでいう多点同時入力とは、指等で入力される点の位置を同時に複数点入力可能にすることだけでなぐ手のひら等の所定の面積を有する領域の位置を一つのタイミングで入力可能にすること、或いはこのような領域の位置を更に複数領域同一のタイミングで入力可能にすることを含むものである。

[0080] そして、上述した実施形態の位置入力装置によると、例えば、ゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機の入力装置に用いると、表示画面上に表示したキヤラタターやアイテムを遊技者が両手を使って同時に操作することが可能になり、また、複数人による多人数同時プレイが可能になって、ゲーム機の遊びの幅を大幅に拡げること力 Sできる。また、画像制御装置の入力装置として用いた場合には、多人数による同時入力が可能になるので、大画面に複数人が同時に描画を行う際の入力装置として活用すること力でさる。

[0081] また、本発明の上述した実施形態に係る位置入力装置が入力面領域を傾斜させて、又は、直立させてゲーム機等に配置される場合、受光素子を導光板の上辺に配置することが望ましい。導光板の上辺に受光素子を配置することにより、受光素子への塵埃等の堆積を防止することができ、また、日光や室内の照明光その他の外光の影響により位置入力装置の位置検出精度が低下することを防止することができる。実施例

[0082] 図 2に示す実施形態に対応する実施例を以下に説明する。

[0083] 発光素子 2としては、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を用いること力 Sできる。受光素子 3としては、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。導光板 5としては、アクリル板（屈折率約 1. 49 ;全反射角（臨界角） 42. 2° )を用い、発光素子 2 の入射角 Θを臨界角 42. 2° に近い値に設定する。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。

[0084] 本発明の多点同時入力を可能にする位置入力装置の適用例としては、図 8に示すようなゲームプログラム画像を画面に表示させるゲーム機の入力装置として用いること力 Sできる。

[0085] 図 8 (a)に示す例は、サッカー等のスポーツゲームであって、複数のキャラクター（プレーャ及びボール）が画面上を移動するものである。このようなゲーム機に対して、同図（b)に示すように、複数のキャラクターの移動方向或!/、はボールをパスする方向等を、両手を使って同時に入力操作することができるようになる。

Claims

請求の範囲

[1] 表面に入力面領域を形成し、該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、

前記導光板内に光線を入射し、入射された光線によって前記入力面領域の一座標方向を走査する複数の発光素子と、

前記入力面領域の他座標方向に沿って配置され、前記導光板によって導かれる散乱光を受光する受光素子と、

前記複数の発光素子を点灯又は非点灯走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の発光素子の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、

を備えることを特徴とする位置入力装置。

[2] 前記導光板は多辺で囲まれた前記入力面領域を有し、

前記多辺の一辺に沿って前記複数の発光素子を配置し、

前記一辺と対向しない他の辺に前記受光素子を複数配置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] 前記入力位置検出手段は、前記複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に前記受光素子の中で受光量が閾値を超える受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項 2に記載の位置入力装置。

[4] 前記入力位置検出手段は、前記発光素子の点灯走査位置と前記受光素子の位置に応じて前記閾値を設定し、前記発光素子から前記受光素子に到達する光の光路長が長い場合に前記閾値を低ぐ前記発光素子から前記受光素子に到達する光の光路長が短い場合に前記閾値を高く設定することを特徴とする請求項 3に記載の位置入力装置。

[5] 前記入力位置検出手段は、前記閾値を一定値とし、前記発光素子の点灯走査位置と前記受光素子の位置に応じて前記受光量を正規化することを特徴とする請求項 3に記載の位置入力装置。

[6] 前記入力位置検出手段は、前記複数の発光素子を点灯走査し、特定の発光素子の点灯時に前記受光素子の中で受光量が極大値を示す受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項 2に記載の位置入力装置。

[7] 前記入力位置検出手段は、全点灯した前記複数の発光素子を非点灯走査し、特定の発光素子の非点灯時に前記受光素子の中で受光量が低下した受光素子の位置によって前記他座標方向の座標位置を特定することを特徴とする請求項 2に記載の位置入力装置。

[8] 前記入力面領域が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の位置入力装置。

[9] 前記導光板の前記発光素子が配置される側端部に傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の位置入力装置。

[10] 前記導光板の前記入力面領域上に該入力面領域を保護する保護手段を備えていることを特徴とする請求項 1に記載の位置入力装置。

[11] 前記導光板の前記入力面領域が傾斜又は直立しているとき、前記受光素子は前記導光板の上辺に配置されることを特徴とする請求項 1に記載の位置入力装置。

[12] 表面に入力面領域を形成し、該表面への接触による入力位置の特定によって、該入力位置下を進行する光線から散乱光を得る導光板と、

該導光板の一座標方向に沿って配置される発光素子と、

前記導光板と前記発光素子との間に配置され、前記発光素子の光線の前記導光板内の入射光路を開閉し、前記導光板に入射された光線によって前記入力面領域の前記一座標方向を走査する複数の開閉手段と、

前記複数の開閉手段を開閉走査して、前記受光素子の受光から前記他座標方向の座標位置が特定できる場合に、前記複数の開閉手段の走査によって特定される前記一座標方向の座標位置と特定された前記他座標方向の座標位置とによって前記入力面領域内の入力位置を検出する入力位置検出手段と、を備えることを特徴とする位置入力装置。

請求項 1ないし請求項 12のいずれか 1項に記載の位置入力装置を備えることを特徴とする画像制御装置。