入力システム及びペン型入力機器
【課題】 反射光の検出及び処理を行うことで、入力機器の位置情報を取得し、システムにおける入力に利用することが可能な入力システム及びペン型入力機器等を提供すること。
【解決手段】 入力システムは、長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方を有する入力機器と、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部３００とを含む。
【解決手段】 入力システムは、長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方を有する入力機器と、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部３００とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力システム及びペン型入力機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーの使用する入力機器（例えばペン型入力機器等）により、コンピューター上で文字、図形等の入力を行うシステムが知られている。例えば、電子黒板システムでは、対象面（ホワイトボード）上で入力機器を移動させることで、移動の軌跡に対応する位置に線を描く等の処理を行うことができる。また、特許文献１のように、力覚を使った入力システムを用いて文字入力を行う書道学習システムも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電子黒板システム等では入力機器の一部（ペン型入力機器であればペン先等）の２次元の位置座標情報を検出することで、文字や図形の入力をおこなっており、入力機器の３次元的な移動については考慮されていないことがほとんどである。また、特許文献１の書道学習システムでは、筆の押し込み等に対応する３次元の位置座標情報は取得できるものの、システムが大掛かりになってしまうという問題点があり、また、実際の筆の動きに比べて違和感がある。さらに力覚を使ったシステムでは、書道において多用されるその場での筆の回転表現を認識できない可能性がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、反射光の検出及び処理を行うことで、入力機器の位置情報を取得し、システムにおける入力に利用することが可能な入力システム及びペン型入力機器等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、長手方向において反射率の異なる第１の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部の少なくとも一方を有する入力機器と、前記第１の反射部及び前記第２の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部と、前記検出部での検出結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部と、を含む入力システムに関係する。
【０００７】
本発明の一態様では、入力機器は第１の反射部及び第２の反射部の少なくとも一方を有し、入力システムは、第１の反射部の長手方向での移動量情報及び第２の反射部の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。よって、システムの入力値として入力機器の例えば３次元的な動き情報を取得すること等が可能になる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記第１の反射部は、前記入力機器の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、前記第２の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化してもよい。
【０００９】
これにより、長手方向或いは回転方向において反射率が徐々に変化する入力機器を入力システムに使用することが可能になる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記入力機器のポインティング位置の位置情報を求めてもよい。
【００１１】
これにより、第１の反射部での反射光の検出結果に基づいて、入力機器のポインティング位置の位置情報を求めることができるため、ポインティング位置に線を描画する等の処理を行うことが可能になる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記検出部は、前記第１の反射部からの反射光を検出する第１の検出部と、前記第２の反射部からの反射光を検出する第２の検出部と、を含んでもよい。
【００１３】
これにより、第１の反射部用の第１の検出部と、第２の反射部用の第２の検出部とを別々に持つ構成を取ること等も可能になる。また、２つの検出部で移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記第１の検出部は、前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を検出する第１部分用検出部と、前記第１の部分とは前記長手方向において異なる部分である第２の部分からの反射光を検出する第２部分用検出部と、を含み、前記処理部は、前記第１部分用検出部及び前記第２部分用検出部での検出結果に基づいて、前記入力機器の傾き情報を求めてもよい。
【００１５】
これにより、第１の反射部上の異なる２つの部分からの反射光を、それぞれ第１部分用検出部と第２部分用検出部とで検出することが可能になる。また、３つの検出部で移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記入力機器は、ペン型入力機器であって、前記処理部は、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である前記入力機器の筆圧情報を求めてもよい。
【００１７】
これにより、入力機器がペン型入力機器である場合には、ペンの筆圧に相当する情報を取得することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記検出部は、出射光を出射する照射部と、前記出射光が前記入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部と、を含み、前記処理部は、前記受光部での受光結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での前記移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転量情報の少なくとも一方を求めてもよい。
【００１９】
これにより、入力システムにおいて、照射部と受光部を有する構成、例えば照射部と受光部を有する光学式位置検出装置等を用いることが可能になる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記受光部は、前記照射部の中央部に設けられ、前記受光部は、前記照射部により出射された出射光が前記入力機器に反射することによる反射光のうち、前記照射部の方向へ反射された反射光を受光してもよい。
【００２１】
これにより照射部と受光部の設けられる位置を対応付けることが可能になる。特に、入力機器に再帰性反射材が用いられた場合に、受光部は強い反射光を受光することが可能になる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、前記照射部は、第１のＸ座標位置に設けられた第１の照射ユニットと、前記第１のＸ座標位置とは異なる第２のＸ座標位置に設けられた第２の照射ユニットとを有し、前記受光部は、第１の照射ユニット用受光ユニットと、第２の照射ユニット用受光ユニットとを有し、前記第１の照射ユニット用受光ユニットは、前記第１の照射ユニットの中央部に対応する前記第１のＸ座標位置に設けられ、前記第２の照射ユニット用受光ユニットは、前記第２の照射ユニットの中央部に対応する前記第２のＸ座標位置に設けられてもよい。
【００２３】
これにより、照射部及び受光部を複数のユニットで構成した上で、それぞれのユニットの設けられる位置を対応付けることが可能になる。上述の場合と同様に、特に入力機器に再帰性反射材が用いられた場合に、各受光ユニットは強い反射光を受光することが可能になる。また、複数の照射ユニットを設けることで、照射部（或いは受光部）からの距離情報を求めなくても、角度情報のみから入力機器の位置情報を求めることが可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様では、前記入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸を、Ｚ座標軸とした場合に、前記受光部は、第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットと、前記第１のＺ座標位置とは異なる第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットとを有し、前記第１の受光ユニットは、前記第１の反射部からの反射光を受光し、前記第２の受光ユニットは、前記第２の反射部からの反射光を受光してもよい。
【００２５】
これにより、異なるＺ座標位置に設けられた２つの受光ユニットを用いて、移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００２６】
また、本発明の一態様では、前記受光部は、前記第１のＺ座標位置及び前記第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットを有し、前記第１の受光ユニットは、前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を受光し、前記第３の受光ユニットは、前記第１の反射部の第２の部分からの反射光を受光してもよい。
【００２７】
これにより、異なるＺ座標位置に設けられた３つの受光ユニットを用いて、移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００２８】
また、本発明の一態様では、前記第１の反射部及び前記第２の反射部は、光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材により形成されてもよい。
【００２９】
これにより、入射光が入射する方向と、検出部がある方向が同じ場合に、検出部に対して強い光を返すことが可能となるため、検出される信号値を大きくすること等が可能となる。
【００３０】
また、本発明の他の態様は、ペン型入力機器であって、前記ペン型入力機器又は前記ペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部を含み、前記第１の反射部は、前記長手方向において反射率が異なるペン型入力機器に関係する。
【００３１】
本発明の他の態様では、長手方向において反射率が異なる反射部を有し、長手方向での移動量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる。
【００３２】
また、本発明の一態様では、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部を含み、前記第２の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なってもよい。
【００３３】
これにより、回転方向において反射率が異なる反射部を有し、回転方向での回転量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の一態様では、第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、前記第１の反射部は、前記第１のパーツに設けられ、前記第２の反射部は、前記第２のパーツに設けられてもよい。
【００３５】
これにより、第１の反射部と第２の反射部とをペン型入力機器上の別々のパーツに設けることが可能になる。
【００３６】
また、本発明の他の態様は、ペン型入力機器であって、前記ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた反射部を含み、前記反射部は、前記回転方向において反射率が異なるペン型入力機器に関係する。
【００３７】
本発明の他の態様では、回転方向において反射率が異なる反射部を有し、回転方向での回転量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態で利用可能な光学式位置検出装置の構成例。
【図２】受光部の構成例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図４】照射部の構成例。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図７】照射部の他の構成例。
【図８】本実施形態で用いられる入力機器の構成例。
【図９】変形可能な部材を用いることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１０】伸縮可能な部材を用いることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１１】検出エリアを設けることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１２】本実施形態の入力システムの構成例。
【図１３】検出部の構成例。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は受光ユニットを３つ設ける例を説明する図。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は３次元座標情報の取得に基づく入力機器の位置の予測例。
【図１６】長手方向と回転方向の例。
【図１７】図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は長手方向における反射率の変化と、誤差に対する応答を説明する図。
【図１８】第１のパーツに第１の反射部が設けられ、第２のパーツに第２の反射部が設けられる例。
【図１９】受光部が照射部の中央部に設けられる例。
【図２０】１つの照射ユニットに２つのライトガイドが設けられる例。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４０】
１．本実施形態の手法
まず、本実施形態の手法について説明する。近年、電子黒板システム等の入力システムが広く知られている。電子黒板システムでは、対象面（ホワイトボード）上で入力機器を動かすことにより、文字や図形を描いたり、対象面に表示されているデータと連係した処理を行うことができる。
【００４１】
しかし、電子黒板システムは、入力機器の２次元での位置情報を取得するものであり（例えば入力機器がペン型入力機器であればペン先と対象面の接触点等）、入力機器の押し込みや、回転、入力機器の傾き等の３次元での位置情報は考慮されていない。
【００４２】
また、特許文献１に示したように、力覚を使った書道学習システムが提案されている。このシステムでは、筆先の位置だけにとどまらず、筆全体の傾き等の情報を入力に反映させることが可能である。しかし、システムが大掛かりになってしまう上、通常の筆の動きに比べた場合に違和感があるという問題が生じている。
【００４３】
そこで、本出願人は以下の手法を提案する。位置検出装置を用いて、入力機器の２次元での位置情報だけではなく、３次元での位置情報を取得する。そして、取得した３次元での位置情報（入力機器の長手方向での移動量や、長手方向に沿った軸周りでの回転量、傾き等）を入力の際の情報として利用する。具体的には例えば、書道学習システム等に応用することができる。長手方向での移動量、回転方向での回転量及び傾き等を考慮することにより、書道特有のとめ、はね、払い等の表現をコンピューター上で再現することが可能となる。なお、ここでは位置検出装置として光学式位置検出装置を用いるものとする。
【００４４】
以下、詳細について説明する。まず、本実施形態で用いられる光学式位置検出装置の構成例及び座標検出手法について説明する。その後、光学式位置検出装置を用いて入力機器の３次元での位置情報を取得する手法について述べる。具体的には、入力機器の構成例、光学式位置検出装置の受光ユニットの構成例、データの取得手法について説明し、最後に、アプリケーションの具体例として書道学習システムについて述べる。
【００４５】
２．光学式位置検出装置の構成例
図１に、本実施形態に係る入力システムに利用可能な光学式位置検出装置１００の基本的な構成例を示す。図１の光学式位置検出装置１００は、検出部２００、処理部３００を含み、検出部２００は照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４６】
なお、入力システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学式位置検出装置１００を用いて実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰＣ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、入力システムが実現されてもよい。
【００４７】
検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光結果に基づいて、対象物ＯＢ（本実施形態の入力システムにおいては入力機器）の対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する。具体的には例えば、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリアＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、検出部２００による座標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する情報である反射率情報を検出する。
【００４８】
検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的には、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部ＲＵが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
【００４９】
処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。この処理部３００の機能は、例えばＣＰＵ等のプロセッサー及びプロセッサーで実行されるプログラムや、専用ＩＣなどにより実現できる。
【００５０】
照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。
【００５１】
受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光する。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
【００５２】
図２に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図２の構成例では、受光部ＲＵは受光ユニットＰＤを含む。受光ユニットＰＤは、入射光が入射する角度（Ｙ−Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、検出エリアＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。検出部２００は、受光ユニットＰＤの受光結果に基づいて、Ｘ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。また検出エリアＲＤＥＴは、Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。なお、図２の構成例は１つの受光ユニットで構成されるが、２つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。
【００５３】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニットＰＤの構成例を示す。図３（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けられ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤは、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光することができる。
【００５４】
図３（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷＢ上に受光素子ＰＨＤが実装される。
【００５５】
図４に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図４の構成例の照射部ＥＵは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図４の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５６】
光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【００５７】
光源部ＬＳ１は、図４のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エリアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリアに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布が異なる照射光を出射することができる。
【００５８】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図４ではライトガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図４ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。
【００５９】
ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【００６０】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようになる。
【００６１】
このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。
【００６２】
このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。
【００６３】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００６４】
３．光学式位置検出装置による座標検出手法
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る入力システムに利用可能な光学式位置検出装置１００による、座標情報検出の手法を説明する図である。
【００６５】
図５（Ａ）のＥ１は、図４の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図５（Ａ）のＥ１では、照射方向が図５（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図５（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥになっている。
【００６６】
また図５（Ａ）のＥ２は、図４の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図５（Ａ）のＥ２では、照射方向が図５（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図５（Ａ）では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。
【００６７】
そして図５（Ｂ）に示すように、角度φの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１の場合）には、図５（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度φ）の方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴｂになる。
【００６８】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢ（角度φ）を特定できる。そして例えば後述する図６（Ａ）、図６（Ｂ）の手法により光学式位置検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述する図７に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（φ１）、ＤＤＢ２（φ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００６９】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めることができる。
【００７０】
例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（１）、（２）が成立する。
【００７１】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （１）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （２）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（３）、（４）が成立する。
【００７２】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （３）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （４）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（５）のように表せる。
【００７３】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （５）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図５（Ａ）の強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（５）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【００７４】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の方向、位置等を求める。
【００７５】
また下式（６）、（７）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるように制御してもよい。
【００７６】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （６）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （７）
上式（６）、（７）を上式（５）に代入すると下式（８）が成立する。
【００７７】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （８）
上式（８）より、Ｉｂは下式（９）のように表される。
【００７８】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （９）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（９）は下式（１０）のように表され、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１１）のように表される。
【００７９】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１０）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１１）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御すれば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１０）によりαを求め、求められたαを上式（１１）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。
【００８０】
次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例について説明する。図６（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【００８１】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図６（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図４に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これにより図４に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【００８２】
このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式位置検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式（６）、（７）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図５（Ｂ）に示すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１０）、（１１）から減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図５（Ａ）、図５（Ｂ）で説明した手法により対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。
【００８３】
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出された距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図５（Ｂ）において、光学式位置検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００８４】
具体的には図６（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【００８５】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図６（Ｂ）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図６（Ｂ）は、制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な信号波形例である。
【００８６】
具体的には図６（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図６（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図６（Ｂ）のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示されている。
【００８７】
図７に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図７では、照射部ＥＵとして第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置される。
【００８８】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【００８９】
具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度φ１）として検出する。また第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度φ２）として検出する。そして検出された第１の方向ＤＤＢ１（φ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（φ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【００９０】
図７の変形例によれば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）のように光学式位置検出装置と対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【００９１】
図７に示した構成の照射部ＥＵ（第１の照射部ＥＵ１及び第２の照射部ＥＵ２）を用いる場合、受光部ＲＵの設けられる位置は図７の例に限定されない。変形例を図１９に示す。図１９では、受光部ＲＵとして、第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１と、第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２が設けられる。ＲＵ１はＥＵ１の中央部に設けられ、ＲＵ２はＥＵ２の中央部に設けられる。
【００９２】
図７と同様に、第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射し、第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１は、第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光を受光し、第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２は、第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。具体的な手法は図７と同様である。
【００９３】
本実施形態においては、後述するように、対象物ＯＢに再帰性を有する反射材により形成される反射部が設けられ、受光部ＲＵは照射光が当該反射部に反射することによる反射光を受光することが想定される。ここで再帰性を有する反射材とは、当該反射材に対して光が入射した場合に、光が入射してきた方向に対して強い反射光を返す部材のことである。受光部ＲＵが受光する反射光が強いほど、検出部２００で検出する信号値（例えば電流値等）が大きくなるため、ノイズに強くなる等のメリットがあることに鑑みれば、特定の方向に強い反射光を返す再帰性反射材は有用であると言える。ただし、再帰性反射材を効果的に用いるためには、反射光が返される方向に受光部ＲＵを設ける必要がある。つまり対象物ＯＢから見て、照射部ＥＵが設けられる方向と受光部ＲＵが設けられる方向とが一致するという条件を満たすことが望ましい。図１９の例は、この条件を満たす一例であり、図１９に示した位置に受光ユニットＲＵ１、ＲＵ２を設けることで、対象物ＯＢから強い反射光を受光することが可能になり、対象物ＯＢの位置ＰＯＢの検出精度を図７の例に比べて高くすることができる。
【００９４】
また、図１９の変形例を図２０に示す。図２０は、１つの照射ユニットが２つのライトガイドを持つ例である。第１の照射ユニットＥＵ１と第２の照射ユニットＥＵ２の構成は同様になるため、ここでは第１の照射ユニットＥＵ１について説明する。図１９（及び図７）の例では、ＬＳ１１が発光する際に用いられるライトガイドと、ＬＳ１２が発光する際に用いられるライトガイドは、共通のライトガイドＬＧ１の１つのみであった。それに対して、図２０では、Ｚ軸方向において異なる位置に２つのライトガイドＬＧ１１とＬＧ２２が設けられる。ＬＧ１１はＬＳ１１の発光の際に用いられ、ＬＧ１２はＬＳ１２の発光の際に用いられる。
【００９５】
図２０の変形例によれば、Ｚ軸方向において異なる位置にライトガイドが複数設けられることになるため、Ｘ座標情報及びＹ座標情報の検出に加えて、Ｚ座標情報の検出も可能になる。
【００９６】
４．入力機器の３次元での位置情報の取得
次に、入力機器の３次元での位置情報を取得する手法について説明する。具体的には、入力機器の構成例、受光ユニットの構成例、データの取得手法及びアプリケーションの具体例について述べる。
【００９７】
４．１ 入力機器の構成例
本実施形態で用いられる入力機器の例を図８に示す。図８は入力機器の例と、入力機器の柄の部分に設けられる反射部の拡大図とを示す。ここでは、文字や図形等の入力等を考慮し、入力機器はペン型入力機器を例にとって説明するが、入力機器がこれに限定されるものではない。
【００９８】
入力機器には、図８に示したように、入力機器の長手方向において反射率が異なる反射部材（第１の反射部ＲＥ１）と、長手方向に沿った軸の軸周りの回転方向において反射率が異なる反射部材（第２の反射部ＲＥ２）とが設けられる。長手方向に設けられた第１の反射部ＲＥ１での反射光に基づいて、長手方向における移動量（押し込み量）を求め、回転方向に設けられた第２の反射部ＲＥ２での反射光に基づいて、回転方向における回転量を求める。
【００９９】
また、長手方向における移動量を検出するための構造については複数の手法が考えられる。例えば、図９に示したように、通常の筆と同様に、ペン先にあたる部分を変形可能な素材で形成する。このようにすれば、ペン先が対象面に触れている状態から、さらに入力機器を対象面方向（つまり長手方向）に押し込むことが可能になるため、長手方向における移動量を求めることができる。或いは、図１０に示すように入力機器を第１の部分と第２の部分に分け、第１の部分と第２の部分をバネのような伸縮可能な素材で結ぶ手法が考えられる。このようにしても、バネが縮むことにより、ペン先が対象面に触れている状態から、さらに入力機器を対象面方向に押し込むことが可能になるため、長手方向における移動量を求められる。さらには、上述のような変形可能な素材やバネ機構を用いない入力機器であってもよい。その場合には例えば、ペン先を対象面から浮かせた状態でも文字等を入力できるようにする。例えば図１１に示すように、対象面からある程度のＺ座標範囲を入力範囲と規定して、入力範囲に入力機器が存在する場合に入力を行う。そして、その際の入力機器のＺ座標情報（例えばペン先部分のＺ座標情報）を求め、その座標情報の大小から長手方向における移動量を求めればよい。
【０１００】
４．２ 受光ユニットの構成例
次に、光学式位置検出装置１００の受光ユニットの構成例について述べる。なお、ここでは図１２に示したような検出部２００内の受光部ＲＵに含まれる受光ユニットとして説明するが、広義には、図１３に示したような検出部２００に含まれる第１の検出部２１０及び第２の検出部２２０等のことである。第１の検出部２１０は、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出し、第２の検出部２２０は、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出する。また、第１の検出部２１０は図１３に示したように、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２等を含んでもよい。
【０１０１】
上述の光学式位置検出装置１００の説明においては、受光ユニットは１つであるものとしていたが、本実施形態においては、受光ユニットは複数用いられるものとする。なお、上述したように、本実施形態で用いられる受光ユニットは、位置検出精度向上のため、受光する範囲（ここではＺ座標範囲）が狭く限定されるものであることを前提としている。
【０１０２】
受光ユニットの構成例を図１４（Ａ）に示す。本実施形態においては、Ｚ座標軸において異なる位置に複数の受光ユニットを設ける。ここでは特に３つの受光ユニットを設ける例について説明する。Ｚ座標軸において異なる位置に設けられる受光ユニットのうち、長手方向における移動量を求めるために必要なものは、長手方向に設けられた第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光する受光ユニット１つである。また、回転方向での回転量を求めるために必要なものは、回転方向に設けられた第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する受光ユニット１つである。さらに入力機器の傾き（及びポインティング位置）を求める際には、第１の反射部ＲＥ１、第２の反射部ＲＥ２どちらからの反射光でもよいから異なる２点からの反射光を受光する２つの受光ユニットが必要となる。よって、傾きを求める際の２つの受光ユニットのうち、一方を長手方向での移動量情報を求める受光ユニットと兼用し、他方を回転方向での回転量情報を求める受光ユニットと兼用するとすれば、長手方向での移動量情報、回転方向での回転量情報及び傾きを求める際には合計２つの受光ユニットがあればよいことになる。
【０１０３】
しかし、図８に示したように、回転量検出用の第２の反射部ＲＥ２は、第１の反射部ＲＥ１と区別するために、長手方向において狭い領域に配置されている。つまり、入力機器を対象面２０に対して立てて使用するケースが想定されることに鑑みれば、長手方向とはＺ軸方向に対応する方向になるため、回転量検出用の第２の反射部ＲＥ１は、Ｚ座標において狭い範囲に配置されることになる。入力機器の構成例において説明したように、長手方向において入力機器はある程度移動することが想定されているため、入力機器の長手方向への移動（バネ機構の伸縮を含む）に伴って、第２の反射部ＲＥ２からの反射光が受光ユニットで受光できなくなる可能性がある。
【０１０４】
そこで本実施形態では、Ｚ座標軸において異なる位置に３つの受光ユニットを設ける。そして、第１の受光ユニットは第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光するものとする。また、第２の受光ユニット及び第３の受光ユニットは、入力機器の長手方向での移動量を考慮した位置に設けられ、第２の受光ユニットと第３の受光ユニットのどちらかで、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する。その際、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光しない方の受光ユニットは、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光する。一例を図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示す。図１４（Ａ）のように、押し込み量が小さい状態において、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する位置（Ｂ２）に第２の受光ユニットを設け、図１４（Ｂ）のように、押し込み量が大きい状態において第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する位置（Ｄ１）に第３の受光ユニットを設ける。そして、図１４（Ａ）の状態では、第１の受光ユニット（Ｂ３）及び第３の受光ユニット（Ｂ１）で、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第２の受光ユニット（Ｂ２）で、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光し、回転量を求める。同様に、図１４（Ｂ）の状態では、第１の受光ユニット（Ｄ１）及び第２の受光ユニット（Ｄ２）で、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第３の受光ユニット（Ｄ１）で、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光し、回転量を求める。
【０１０５】
ただし、受光ユニットの構成例は上述したものに限定されるわけではない。第２の反射部ＲＥ２をＺ長手方向において広い範囲に設定できるのであれば、２つの受光ユニットで十分である。また、長手方向における移動量及び回転量のどちらか一方を求めるのであれば、２つの受光ユニットを設ければ足りる。ここで、２つとしているのは傾き情報の取得を前提としているためであり、入力機器の傾きも必要ないとなれば、１つの受光ユニットを設けるだけでもよい。
【０１０６】
４．３ 入力データの取得手法
次に入力用データの取得手法について説明する。
【０１０７】
４．３．１ キャリブレーション
まず、入力位置の基準位置を設定するためのキャリブレーションを行う必要がある。ここでは具体例として、入力機器を対象面方向に対して完全に押し込んだ時を基準位置とする。
【０１０８】
具体的には、入力機器を対象面に対して完全に押し込んだ時の各受光ユニットにおける受光量に基づいて、３つの反射率情報をキャリブレーション情報として取得する。
【０１０９】
４．３．２ Ｘ座標情報及びＹ座標情報の取得
次に、各受光部においてＸ座標情報及びＹ座標情報を取得する。座標情報の取得手法については、光学式位置検出装置の説明において上述したとおりである。３つの受光ユニットを用いる例においては、第１の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ１，Ｙ１）を取得し、第２の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ２，Ｙ２）を取得し、第３の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ３，Ｙ３）を取得する。そして、第１の受光ユニットが設けられているＺ座標位置がＺ１であり、且つ、受光ユニットはＺ座標において狭い範囲の光を受光することから、第１の受光ユニットからの座標情報として、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）という３次元情報を取得する。同様に、第２の受光ユニットから（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を取得し、第３の受光ユニットから（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を取得する。これにより、入力機器の傾きがわかるため（ただし、入力機器は直線的な棒状のものとしている）、入力機器と対象面（描画面）との接触位置を求めることができ、接触位置はそのまま描画位置として用いることが可能である。
【０１１０】
４．３．３ 反射率情報の取得
３つの３次元座標情報を取得したとしても、入力機器の長手方向における移動量や回転方向における回転量を求めることはできない。なぜなら、上述の３次元座標情報からは、３点を通る位置に入力機器が存在することがわかるだけであり、図１５（Ａ）の状態なのか、図１５（Ｂ）の状態なのかを判別できないからである。
【０１１１】
そのため、本実施形態においては、入力機器（厳密には入力機器に設けられた第１、第２の反射部）の反射率情報をあわせて取得する。第１の反射部ＲＥ１は、上述したように、入力機器の長手方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、反射率情報（具体的には受光ユニットにおける電流値等）を用いることで、受光ユニットで検出した情報が、入力機器のどの部分に対応するものかを判定することができる。例えば、入力機器の端部からｓ１［ｃｍ］のポイントが（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に存在し、かつ、ｓ２［ｃｍ］のポイントが（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に存在するということがわかれば、入力機器の３次元位置を詳細に求めることができる。同様に、第２の反射部ＲＥ２は、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、入力機器のどの部分が受光ユニットの方向を向いているかを求めることができる。
【０１１２】
なお、反射率情報により表される値（受光ユニットにおける電流値等）の絶対値をそのまま用いる手法には限定されない。むしろ、照射部ＥＵにおける照射光の強度が変化する等の要因があった場合には、電流値は全体的に変化するため、１つの値の絶対値を用いたのでは問題が生じてしまう。そのため、２つの時点での反射率情報を取得し、その比較により位置情報（長手方向における移動量、回転量等）を求めてもよい。具体的には例えば、上述したキャリブレーション時の値を用いる手法が考えられる。キャリブレーション情報を基準として、キャリブレーション情報の値からの変化を検出する。上述の例では、完全に押し込んだ状態を基準位置としているため、キャリブレーション情報からの変化に基づいて、完全に押し込んだ状態からどれだけ移動或いは回転しているかを求めることができる。
【０１１３】
また、キャリブレーションを行ってから、実際の検出処理を行うまでの間に照射光強度の変化等の要因が発生するおそれもある。その場合には、ある時刻Ｔ１と、別の時刻Ｔ２での反射率情報をそれぞれ検出し、Ｔ１での反射率情報とＴ２での反射率情報との差を求めてもよい。この場合には、基準位置との比較ではないので、入力機器の絶対的な位置を求めることはできないが、Ｔ１からＴ２の間での移動量（例えば長手方向における移動量、或いは回転方向における回転量等）を求めることが可能になる。この際、Ｔ１とＴ２の間隔を十分短い間隔に設定しておけば、照射光強度等の変化等による影響を抑止することができる。
【０１１４】
なお、上述の例では入力機器は１つであるものとしているが、これに限定されるものではない。複数の入力機器に対して、区別可能な程度に異なる反射率を有する反射部を設けることで、複数の入力機器を同時に用いることも可能である。
【０１１５】
４．３．４ その他の情報の取得
以上の処理により長手方向における移動量や回転方向における回転量を求めることが可能になる。しかし、本実施形態において取得できる情報はこれに限定されるものではない。例えば、ある時刻Ｔ３と別の時刻Ｔ４との間での入力機器の移動量（ここでは長手方向における移動量ではなく、対象面に平行な方向、つまり水平方向における移動量）を求めて入力値としてもよい。これにより、入力機器を動かす早さを検出することができる。通常のペン（或いは筆等）では、ペンを早く動かしたときと、ゆっくり動かしたときとでは、描画される線には違いが生じる。そのため、水平方向の移動量情報を取得することで、入力機器を動かす早さの違いによる線の違いを表現すること等が可能になる。
【０１１６】
４．４ アプリケーションの具体例
以上の入力システムを用いたアプリケーションの具体例として、書道学習システムについて述べる。書道における筆を用いた文字の描写では、鉛筆やボールペンを用いた描写と異なり、筆圧等による表現が豊富である。とめ、はね、はらいに代表されるように、筆を押し込む動作、浮かせる動作等を頻繁に行ったり、また、筆を動かす早さにより線の太さを変化させたりすることで、メリハリのある文字の描写を可能にしている。
【０１１７】
本実施形態の入力システムでは、筆圧（押し込み量）は長手方向における移動量に基づいて求めることができ、また、傾きや水平方向における移動の早さ等も取得可能である。また、とめやはね等において用いられる筆の回転も、回転方向における回転量から求めることができる。
【０１１８】
よって、実際の筆を用いた場合における、筆の３次元的な動きと描画される線との対応付けを事前に取得したうえで、筆につけられる墨の量等のパラメーターを決定することで、現実の筆を用いた書道と同じ間隔で文字を描画することが可能になる。ここで、筆の３次元的な動きと描画される線との対応付けは、例えばデータベース等として保持しておけばよい。具体的には、筆の筆圧（押し込み量）、傾き、回転量、速度をパラメーターとし、パラメーターの値と描画される線（或いは点）とを対応付ける。或いは、文字を横画、縦画に分割し、縦画はさらに、とめで終わるもの、細く抜くもの、左へのはね、右へのはね、左払い、右払い等に分けて、描画される線との対応付けを行ってもよい。
【０１１９】
また、ここでは書道学習システムを例示したが、絵画学習システムに用いてもよい。また、入力機器をメイク用の道具に対応させることで、美容学校におけるメイク学習システムを実現することもできる。
【０１２０】
以上の本実施形態では、入力システムは、入力機器と、反射光の検出を行う検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて処理を行う処理部３００とを含む。入力システムに用いられる入力機器は、図８に示したように、入力機器の長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１及び、長手方向に沿った軸の軸周りの回転方向において反射率の異なる第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方を有する。また、検出部２００は、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する。そして、処理部３００では、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。なお、本実施形態の入力システムは、入力機器を含むものとしたがこれに限定されるものではない。入力機器からの情報を用いた入力システムであって、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部３００と、を含む入力システムであっても良い。
【０１２１】
ここで、長手方向とは、入力機器ＯＢの長さの値が大きい方向を指す。例えば鉛筆の長手方向とは、鉛筆の芯が木枠を貫く方向である。また、入力機器がペン型入力機器であれば、鉛筆の場合と同様の方向が長手方向となる。図１６にペン型入力機器の長手方向Ｅ１及び回転方向Ｅ２を例示する。なお、入力機器の形状はペン型に限定されず、ペン型以外の場合の長手方向は上述の通り、長さの値が大きい方向を表すものとする。
【０１２２】
これにより、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び、第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を取得し、システムの入力として利用することが可能になる。移動量情報及び回転量情報を求めることができるのは、第１の反射部ＲＥ１が長手方向において反射率が異なること、及び、第２の反射部ＲＥ２が回転方向において反射率が異なることによる。つまり、反射率の情報も取得することにより、単純な位置情報（座標情報）からは取得が難しい情報を得ることができる。例えば、入力システムが書道学習システムに利用される場合には、長手方向での移動量情報は筆の押し込み（筆圧）に対応し、回転方向での回転量情報は筆の回転量に相当する。とめ、はね等の表現において、押し込み、回転は描かれる線を決定する重要な要素となるため、これらの情報を得ることで、実際の筆を使った書道に近い間隔で学習を行えるシステムを実現できる。なお、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動とは、上述したように、図９のように先端部の変形に伴う場合もあれば、図１０のように入力機器の一部の伸縮に伴う場合もある。或いは図１１のように入力機器の形状を保ったまま移動するケースも考えられる。
【０１２３】
また、第１の反射部ＲＥ１は、入力機器の長手方向で徐々に反射率が変化してもよい。また、第２の反射部ＲＥ２は、回転方向で徐々に反射率が変化してもよい。
【０１２４】
徐々に反射率が変化するとは、例えば図８に示したように、反射部の一端で反射率が高く、他端に行くにつれて反射率が低くなる構成のことである。この変化は例えば、直線的な変化でもよいし、曲線的な変化であってもよい。
【０１２５】
これにより、上述の構成でない場合（例えば、一端から他端に向かってみた場合に、高い反射率から低い反射率に変化し、また高い反射率になる場合等）に比べて、検出の誤差の影響を抑止すること等が可能になる。極端な例で説明する。長手方向での反射率の変化が図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）であったとする。本実施形態のように、徐々に（ここでは線形に）変化する場合、反射率の検出値にＦ１程度の誤差が生じたとしても、対応する長手方向における検出位置は、Ｆ２のように真の値を中心にすることになり、システムに与える影響は小さい。それに対し、図１７（Ｂ）の反射率では、反射率の検出値にＧ２程度の誤差が生じた場合、対応する長手方向における検出位置は、Ｇ２及びＧ３のように分布することになる。Ｇ２である場合には影響は小さいが、Ｇ３の場合には真の値に比べて極端に異なる値となってしまう。以上の理由により、反射率が長手方向或いは回転方向において徐々に変化する構成には利点があると言える。
【０１２６】
また、処理部３００は、第１の反射部ＲＥ１での反射率の検出結果に基づいて、入力機器のポインティング位置の位置情報を求めてもよい。
【０１２７】
ここで、入力機器のポインティング位置とは、例えば入力機器により指し示している対象面２０上の位置のことである。入力機器がペン型入力機器であるとすれば、ペン先、或いはペン先を長手方向に延長した点により指し示される対象面上の点がポインティング位置となる。
【０１２８】
これにより、システムの入力として、ポインティング位置の情報も用いることが可能になる。ポインティング位置がわかることで、対象面上での文字等の描画や、対象面に表示された他のデータとの連携（データの選択等）等が可能になる。具体的には例えば、第１の反射部ＲＥ１上の２点の３次元座標情報を検出し、検出した３次元座標情報からポインティング位置を求める。例えば、第１の反射部ＲＥ１上の点Ａの座標が（ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ）、第１の反射部ＲＥ１上のＡでない点Ｂの座標が（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）であったとする。この場合、ベクトル（ＸＢ−ＸＡ，ＹＢ−ＹＡ，ＺＢ−ＺＡ）と対象面（Ｚ＝０の面）との交点をポインティング位置とする手法が考えられる。また、上述の手法であれば、入力機器上の２点の３次元座標情報が解ればよく、その２点が両方とも第１の反射部ＲＥ１上の点である必要はない。例えば、第１の反射部ＲＥ１上の点と、第２の反射部ＲＥ２上の点の２点を用いて同様の処理を行ってもよい。
【０１２９】
また、検出部２００は、図１３に示したように、第１の検出部２１０と、第２の検出部２２０とを含んでもよい。第１の検出部２１０は、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出し、第２の検出部２２０は、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出する。
【０１３０】
これにより、第１の反射部ＲＥ１からの反射光の検出と、第２の反射部ＲＥ２からの反射光の検出を並列に行うことが可能になるため、処理の高速化等をはかることができる。また、後述するように、第２の検出部２２０等が受光ユニットとして実現される場合においては、受光ユニットの受光範囲が狭く限定される場合が想定される。その場合には、異なる位置での反射光は異なる検出部で検出する必要があるため、上述したように、検出部を複数に分ける理由が生じる。また、検出部２００が第１の検出部２１０と第２の検出部２２０を含むということは、検出部２００をユニット単位に分けた場合に、必要ユニット数は基本的に２つとなるということも示している。移動量情報及び回転量情報の両方を求める場合、検出部２００を受光ユニットで実現する場合には、上述したように、長手方向での移動量情報用に１つ、回転方向での回転量情報用に１つの２つの受光ユニットが必要となる。そして、傾き（ポインティング位置）を求めるために必要な２つの受光ユニットを、移動量情報用と回転量情報用を流用するものとすれば、全体で必要な受光ユニット数は２つとなる。
【０１３１】
また、第１の検出部２１０は、第１部分用検出部２１１と、第２部分用検出部２１２とを含んでもよい。第１部分用検出部２１１は、第１の反射部ＲＥ１の第１の部分からの反射光を検出し、第２部分用検出部２１２は、第１の部分とは長手方向において異なる第２の部分からの反射光を検出する。そして、処理部３００は、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２での検出結果に基づいて、入力機器の傾き情報を求めてもよい。
【０１３２】
これにより、第１の反射部ＲＥ１上の長手方向において異なる２点である、第１の部分と第２の部分の反射光を、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２において検出することが可能になる。よって、入力機器の２点の位置情報（例えば３次元座標情報）がわかるため、入力機器の傾き情報を求めることができる。傾き情報からは例えば上述したようなポインティング位置の位置情報等を求めることが可能である。また、第１の検出部２１０が第１部分用検出部２１１と第２部分用検出部２１２を含むと言うことは、検出部２００をユニット単位に分けた場合に、ユニット数を３つで実現してもよいということも示している。ここで３つとは、第１部分用検出部２１１、第２部分用検出部２１２及び第２の検出部２２０のことである。図１４を用いて説明したように、受光ユニットの例で言えば、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する受光ユニットは、長手方向での移動量が小さい場合と大きい場合の２つを用意しておくことが望ましい。そして２つのうちの適切な方で第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出し、他方で第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出する（後者は必ずしも必須ではない）。つまり、図１４（Ａ）で言えば、Ｂ３、Ｂ１が２１１、２１２に相当し、Ｂ２が２２０に相当する。また、図１４（Ｂ）で言えば、Ｄ３、Ｄ２が２１１、２１２に相当し、Ｄ１が２２０に相当する。
【０１３３】
また、入力機器はペン型入力機器であってもよい。そして、処理部３００は、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である入力機器の筆圧情報を求めてもよい。
【０１３４】
これにより、長手方向における移動量情報からペンの筆圧を求めることが可能になる。筆圧に応じて描画される線の太さや濃さが変化することから、筆圧情報を求めることで、描画する線の種類を増やし、より豊かな表現ができる。
【０１３５】
また、検出部２００は、出射光を出射する照射部ＥＵと、出射光が入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部ＲＵとを含んでもよい。そして、処理部３００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び、第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。
【０１３６】
これにより、本実施形態の入力システムにおいて、光学式位置検出装置１００を用いることが可能になる。光学式位置検出装置１００の具体例については上述したとおりである。
【０１３７】
また、受光部ＲＵは照射部ＥＵの中央部に設けられてもよい。そして、受光部ＲＵは、照射部ＥＵにより出射された出射光が入力機器に反射することによる反射光のうち、照射部ＥＵの方向に反射された反射光を受光する。特に図１９に示したように、照射部ＥＵは第１の照射ユニットＥＵ１と第２の照射ユニットＥＵ２とを有してもよい。ＥＵ１は第１のＸ座標位置に設けられ、ＥＵ２は第２のＸ座標位置に設けられる。この場合、受光部ＲＵは、第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１と第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２とを有する。そして、ＲＵ１はＥＵ１の中央部に設けられ、ＲＵ２はＥＵ２の中央部に設けられる。
【０１３８】
ここで、Ｘ座標位置の基準となるＸ軸の方向は、上述してきたとおりであり、例えば図１に示すような方向である。対象面２０に沿った平面がＸＹ平面となり、ここでは、対象面２０の辺のうち水平方向の辺がＸ軸の方向と一致するものとする。
【０１３９】
これにより、照射部ＥＵの中央部に受光部ＲＵを設けることが可能になる。この構成は、後述する用に第１の反射部ＲＥ１と第２の反射部ＲＥ２を再帰性反射材で形成する際に特に効果を発揮する。再帰性反射材は光が入射してきた方向に対して強い反射光を返すという特性を有する。そのため、入力機器（入力機器に設けられたＲＥ１、ＲＥ２）から見て、入射光を出射する照射部ＥＵと、反射光を受光する受光部ＲＵを同じ方向に設けることで、受光部ＲＵは強い反射光を受光することが可能になる。受光する反射光の強度が強いほど、検出する信号値（例えば電流値等）が大きくなるため、入力機器の位置検出精度を向上させることができる。特に、照射ユニットと受光ユニットを２つずつ設ける図１９のような構成にすることで、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の手法（光学式位置検出装置と入力機器との距離を求める手法）を用いなくても、入力機器の位置情報を検出できるようになる。
【０１４０】
また、入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸をＺ座標軸とした場合に、受光部ＲＵは、第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットＰＤ１と、第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットＰＤ２とを有する。そして、ＰＤ１は第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、ＰＤ２は第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する。
【０１４１】
これにより、第１の反射部ＲＥ１からの反射光及び第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光するにあたって、それぞれ別の受光ユニットを設けることが可能になる。上述したように、各受光ユニットは、検出精度等の問題から、受光可能なＺ座標範囲がスリット等により狭く限定されている。よって、第１の反射部ＲＥ１と第２の反射部ＲＥ２とは、Ｚ座標位置に置いて異なる位置に配置されることが想定されることに鑑みれば、受光ユニットは複数も受けるのが望ましく、本実施形態では受光ユニットを少なくとも２つも受ける構成とする。なお、ここでは、長手方向での移動量情報及び回転方向での回転量情報の両方を求めるケースを想定している。
【０１４２】
また、受光部ＲＵは、第１のＺ座標位置及び第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットＰＤ３を有してもよい。そして、ＰＤ１は第１の反射部ＲＥ１の第１の部分からの反射光を受光し、ＰＤ３は、第１の反射部ＲＥ１の第２の部分からの反射光を受光する。
【０１４３】
これにより、第１の反射部ＲＥ１上の長手方向において異なる２点である、第１の部分と第２の部分の反射光を、第１の受光ユニットＰＤ１及び第２の受光ユニットＰＤ２において検出することが可能になる。よって、入力機器の２点の位置情報（例えば３次元座標情報）がわかるため、入力機器の傾き情報を求めることができる。傾き情報からは例えば上述したようなポインティング位置の位置情報等を求めることが可能である。ここで、ＰＤ１〜ＰＤ３は図１４（Ａ）のＢ１〜Ｂ３（或いは図１４（Ｂ）のＤ１〜Ｄ３）のいずれかに相当する。上述したように、長手方向での移動量に応じて第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光するユニットを２つ設けておき、適切な方を利用する。受光ユニットの数としては冗長になるが、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を適切に受光することが可能となる。なお図との対応付けとしては、図１４（Ａ）では例えば、ＰＤ１がＢ３、ＰＤ２がＢ２、ＰＤ３がＢ１に相当する。また、図１４（Ｂ）では例えば、ＰＤ１がＤ３、ＰＤ２がＤ１、ＰＤ３がＤ２に相当する。
【０１４４】
また、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２は、光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材によって形成されてもよい。
【０１４５】
これにより、入射光が来た方向に対して強い反射光を返すことが可能になる。本実施形態においては、入射光を照射する部分（例えば出射光を出射する照射部ＥＵ）と、反射光を検出する検出部（例えば反射光を受光する受光部ＲＵ）とは近い位置に設けられる場合がある。この場合、出射光が入力機器に反射した際に反射光が散乱してしまっては、検出部２００で検出できる反射光の強度が弱くなってしまい、ノイズの影響が増大する等の問題が生じてしまう。その点、再帰性反射材を用いてＲＥ１及びＲＥ２を形成すれば、入射光を照射する部分、つまりは検出部２００のある方向に対して強い反射光が帰るため、検出する信号レベル（例えば受光部における電流値等）を大きくすることが可能になる。
【０１４６】
また、本実施形態は、ペン型入力機器であって、ペン型入力機器又はペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部ＲＥ１を含むペン型入力機器に関係する。そして、第１の反射部ＲＥ１は、長手方向において反射率が異なる。
【０１４７】
これにより、長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１を有し、第１の反射部ＲＥ１を用いて、ペン型入力機器（或いはペン型入力機器のパーツ）の長手方向での移動量情報を検出するペン型入力機器を実現することが可能になる。上述してきたように、長手方向での移動量情報により、ペンの筆圧に相当する情報を取得することができ、書道学習システム等の筆圧情報が重要となるアプリケーションに応用することができる。
【０１４８】
また、ペン型入力機器は、ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部ＲＥ２を含んでもよい。そして、第２の反射部ＲＥ２は、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なる。
【０１４９】
これにより、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における回転量を求めることが可能なペン型入力機器を実現することが可能になる。線を描くにあたっては、ペンの筆圧、傾き等と同様に、ペンの回転も重要な要素となるため、回転量情報を検出することが可能な本実施形態のペン型入力機器を用いることで、より豊かな線表現が可能となる。
【０１５０】
また、ペン型入力機器は、第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、第１の反射部ＲＥ１は第１のパーツに設けられ、第２の反射部ＲＥ２は第２のパーツに設けられてもよい。
【０１５１】
これにより、例えば図１８に示したような構成のペン型入力機器を実現することが可能になる。図１８の例では第１のパーツと第２のパーツがバネ機構により接続されているものとしたがこれに限定されるものではない。このような構成にすることで、ペン型入力機器を対象面方向に押し込んだ場合にも、第２のパーツの位置、すなわち第２の反射部ＲＥ２の位置が変化しない。上述したように第２の反射部ＲＥ２はＺ軸方向において狭い範囲に限定されるケースがある。そのために第２の反射部ＲＥ２の長手方向（主にＺ軸方向に対応）での移動を想定し、複数の検出部を設ける必要等が生じていた。しかし、図１８のようにペン先側のパーツに第２の反射部ＲＥ２を設ければ、ＲＥ２の位置は変化しないため、ＲＥ２の検出用の検出部を１つ設ければ十分になり、システムの構成を簡単化することが可能になる。
【０１５２】
また、本実施形態は、ペン型入力機器であって、ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における回転量情報の検出用に設けられた反射部を含むペン型入力機器に関係する。そして、反射部は、回転方向において反射率が異なる。
【０１５３】
これにより、回転方向における回転量情報を取得することが可能なペン型入力機器を実現することが可能になる。ここでは特に、長手方向での移動量情報を求めずに、回転量情報のみを求めるペン型入力機器を想定している。
【０１５４】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また入力システム、ペン型入力機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
２０ 対象面、１００ 光学式位置検出装置、２００ 検出部、
２１０ 第１の検出部検出部、２１１ 第１部分用検出部、
２１２ 第２部分用検出部、２２０ 第２の検出部検出部、３００ 処理部、
ＥＵ 照射部、ＬＥ 照射方向設定部、ＬＦ ルーバーフィルム、
ＬＧ ライトガイド、ＯＢ 対象物、ＰＤ 受光ユニット、
ＰＤ１ 第１の受光ユニット、ＰＤ２ 第２の受光ユニット、
ＰＤ３ 第３の受光ユニット、ＰＨＤ 受光素子、ＰＳ プリズムシート、
ＰＳ 光学シート、ＰＷＢ 配線基板、ＲＥ１ 第１の反射部、ＲＥ２ 第２の反射部、
ＲＳ 反射シート、ＲＵ 受光部、ＳＬＴ スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力システム及びペン型入力機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザーの使用する入力機器（例えばペン型入力機器等）により、コンピューター上で文字、図形等の入力を行うシステムが知られている。例えば、電子黒板システムでは、対象面（ホワイトボード）上で入力機器を移動させることで、移動の軌跡に対応する位置に線を描く等の処理を行うことができる。また、特許文献１のように、力覚を使った入力システムを用いて文字入力を行う書道学習システムも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電子黒板システム等では入力機器の一部（ペン型入力機器であればペン先等）の２次元の位置座標情報を検出することで、文字や図形の入力をおこなっており、入力機器の３次元的な移動については考慮されていないことがほとんどである。また、特許文献１の書道学習システムでは、筆の押し込み等に対応する３次元の位置座標情報は取得できるものの、システムが大掛かりになってしまうという問題点があり、また、実際の筆の動きに比べて違和感がある。さらに力覚を使ったシステムでは、書道において多用されるその場での筆の回転表現を認識できない可能性がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、反射光の検出及び処理を行うことで、入力機器の位置情報を取得し、システムにおける入力に利用することが可能な入力システム及びペン型入力機器等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、長手方向において反射率の異なる第１の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部の少なくとも一方を有する入力機器と、前記第１の反射部及び前記第２の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部と、前記検出部での検出結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部と、を含む入力システムに関係する。
【０００７】
本発明の一態様では、入力機器は第１の反射部及び第２の反射部の少なくとも一方を有し、入力システムは、第１の反射部の長手方向での移動量情報及び第２の反射部の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。よって、システムの入力値として入力機器の例えば３次元的な動き情報を取得すること等が可能になる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記第１の反射部は、前記入力機器の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、前記第２の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化してもよい。
【０００９】
これにより、長手方向或いは回転方向において反射率が徐々に変化する入力機器を入力システムに使用することが可能になる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記入力機器のポインティング位置の位置情報を求めてもよい。
【００１１】
これにより、第１の反射部での反射光の検出結果に基づいて、入力機器のポインティング位置の位置情報を求めることができるため、ポインティング位置に線を描画する等の処理を行うことが可能になる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記検出部は、前記第１の反射部からの反射光を検出する第１の検出部と、前記第２の反射部からの反射光を検出する第２の検出部と、を含んでもよい。
【００１３】
これにより、第１の反射部用の第１の検出部と、第２の反射部用の第２の検出部とを別々に持つ構成を取ること等も可能になる。また、２つの検出部で移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記第１の検出部は、前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を検出する第１部分用検出部と、前記第１の部分とは前記長手方向において異なる部分である第２の部分からの反射光を検出する第２部分用検出部と、を含み、前記処理部は、前記第１部分用検出部及び前記第２部分用検出部での検出結果に基づいて、前記入力機器の傾き情報を求めてもよい。
【００１５】
これにより、第１の反射部上の異なる２つの部分からの反射光を、それぞれ第１部分用検出部と第２部分用検出部とで検出することが可能になる。また、３つの検出部で移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記入力機器は、ペン型入力機器であって、前記処理部は、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である前記入力機器の筆圧情報を求めてもよい。
【００１７】
これにより、入力機器がペン型入力機器である場合には、ペンの筆圧に相当する情報を取得することが可能になる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記検出部は、出射光を出射する照射部と、前記出射光が前記入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部と、を含み、前記処理部は、前記受光部での受光結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での前記移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転量情報の少なくとも一方を求めてもよい。
【００１９】
これにより、入力システムにおいて、照射部と受光部を有する構成、例えば照射部と受光部を有する光学式位置検出装置等を用いることが可能になる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記受光部は、前記照射部の中央部に設けられ、前記受光部は、前記照射部により出射された出射光が前記入力機器に反射することによる反射光のうち、前記照射部の方向へ反射された反射光を受光してもよい。
【００２１】
これにより照射部と受光部の設けられる位置を対応付けることが可能になる。特に、入力機器に再帰性反射材が用いられた場合に、受光部は強い反射光を受光することが可能になる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、前記照射部は、第１のＸ座標位置に設けられた第１の照射ユニットと、前記第１のＸ座標位置とは異なる第２のＸ座標位置に設けられた第２の照射ユニットとを有し、前記受光部は、第１の照射ユニット用受光ユニットと、第２の照射ユニット用受光ユニットとを有し、前記第１の照射ユニット用受光ユニットは、前記第１の照射ユニットの中央部に対応する前記第１のＸ座標位置に設けられ、前記第２の照射ユニット用受光ユニットは、前記第２の照射ユニットの中央部に対応する前記第２のＸ座標位置に設けられてもよい。
【００２３】
これにより、照射部及び受光部を複数のユニットで構成した上で、それぞれのユニットの設けられる位置を対応付けることが可能になる。上述の場合と同様に、特に入力機器に再帰性反射材が用いられた場合に、各受光ユニットは強い反射光を受光することが可能になる。また、複数の照射ユニットを設けることで、照射部（或いは受光部）からの距離情報を求めなくても、角度情報のみから入力機器の位置情報を求めることが可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様では、前記入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸を、Ｚ座標軸とした場合に、前記受光部は、第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットと、前記第１のＺ座標位置とは異なる第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットとを有し、前記第１の受光ユニットは、前記第１の反射部からの反射光を受光し、前記第２の受光ユニットは、前記第２の反射部からの反射光を受光してもよい。
【００２５】
これにより、異なるＺ座標位置に設けられた２つの受光ユニットを用いて、移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００２６】
また、本発明の一態様では、前記受光部は、前記第１のＺ座標位置及び前記第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットを有し、前記第１の受光ユニットは、前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を受光し、前記第３の受光ユニットは、前記第１の反射部の第２の部分からの反射光を受光してもよい。
【００２７】
これにより、異なるＺ座標位置に設けられた３つの受光ユニットを用いて、移動量情報及び回転量情報を求めることができる。
【００２８】
また、本発明の一態様では、前記第１の反射部及び前記第２の反射部は、光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材により形成されてもよい。
【００２９】
これにより、入射光が入射する方向と、検出部がある方向が同じ場合に、検出部に対して強い光を返すことが可能となるため、検出される信号値を大きくすること等が可能となる。
【００３０】
また、本発明の他の態様は、ペン型入力機器であって、前記ペン型入力機器又は前記ペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部を含み、前記第１の反射部は、前記長手方向において反射率が異なるペン型入力機器に関係する。
【００３１】
本発明の他の態様では、長手方向において反射率が異なる反射部を有し、長手方向での移動量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる。
【００３２】
また、本発明の一態様では、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部を含み、前記第２の反射部は、前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なってもよい。
【００３３】
これにより、回転方向において反射率が異なる反射部を有し、回転方向での回転量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる。
【００３４】
また、本発明の一態様では、第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、前記第１の反射部は、前記第１のパーツに設けられ、前記第２の反射部は、前記第２のパーツに設けられてもよい。
【００３５】
これにより、第１の反射部と第２の反射部とをペン型入力機器上の別々のパーツに設けることが可能になる。
【００３６】
また、本発明の他の態様は、ペン型入力機器であって、前記ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた反射部を含み、前記反射部は、前記回転方向において反射率が異なるペン型入力機器に関係する。
【００３７】
本発明の他の態様では、回転方向において反射率が異なる反射部を有し、回転方向での回転量情報を検出可能なペン型入力機器を実現することができる
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態で利用可能な光学式位置検出装置の構成例。
【図２】受光部の構成例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図４】照射部の構成例。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図７】照射部の他の構成例。
【図８】本実施形態で用いられる入力機器の構成例。
【図９】変形可能な部材を用いることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１０】伸縮可能な部材を用いることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１１】検出エリアを設けることで長手方向での移動を可能にする例。
【図１２】本実施形態の入力システムの構成例。
【図１３】検出部の構成例。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は受光ユニットを３つ設ける例を説明する図。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は３次元座標情報の取得に基づく入力機器の位置の予測例。
【図１６】長手方向と回転方向の例。
【図１７】図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は長手方向における反射率の変化と、誤差に対する応答を説明する図。
【図１８】第１のパーツに第１の反射部が設けられ、第２のパーツに第２の反射部が設けられる例。
【図１９】受光部が照射部の中央部に設けられる例。
【図２０】１つの照射ユニットに２つのライトガイドが設けられる例。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００４０】
１．本実施形態の手法
まず、本実施形態の手法について説明する。近年、電子黒板システム等の入力システムが広く知られている。電子黒板システムでは、対象面（ホワイトボード）上で入力機器を動かすことにより、文字や図形を描いたり、対象面に表示されているデータと連係した処理を行うことができる。
【００４１】
しかし、電子黒板システムは、入力機器の２次元での位置情報を取得するものであり（例えば入力機器がペン型入力機器であればペン先と対象面の接触点等）、入力機器の押し込みや、回転、入力機器の傾き等の３次元での位置情報は考慮されていない。
【００４２】
また、特許文献１に示したように、力覚を使った書道学習システムが提案されている。このシステムでは、筆先の位置だけにとどまらず、筆全体の傾き等の情報を入力に反映させることが可能である。しかし、システムが大掛かりになってしまう上、通常の筆の動きに比べた場合に違和感があるという問題が生じている。
【００４３】
そこで、本出願人は以下の手法を提案する。位置検出装置を用いて、入力機器の２次元での位置情報だけではなく、３次元での位置情報を取得する。そして、取得した３次元での位置情報（入力機器の長手方向での移動量や、長手方向に沿った軸周りでの回転量、傾き等）を入力の際の情報として利用する。具体的には例えば、書道学習システム等に応用することができる。長手方向での移動量、回転方向での回転量及び傾き等を考慮することにより、書道特有のとめ、はね、払い等の表現をコンピューター上で再現することが可能となる。なお、ここでは位置検出装置として光学式位置検出装置を用いるものとする。
【００４４】
以下、詳細について説明する。まず、本実施形態で用いられる光学式位置検出装置の構成例及び座標検出手法について説明する。その後、光学式位置検出装置を用いて入力機器の３次元での位置情報を取得する手法について述べる。具体的には、入力機器の構成例、光学式位置検出装置の受光ユニットの構成例、データの取得手法について説明し、最後に、アプリケーションの具体例として書道学習システムについて述べる。
【００４５】
２．光学式位置検出装置の構成例
図１に、本実施形態に係る入力システムに利用可能な光学式位置検出装置１００の基本的な構成例を示す。図１の光学式位置検出装置１００は、検出部２００、処理部３００を含み、検出部２００は照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４６】
なお、入力システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学式位置検出装置１００を用いて実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰＣ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、入力システムが実現されてもよい。
【００４７】
検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光結果に基づいて、対象物ＯＢ（本実施形態の入力システムにおいては入力機器）の対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する。具体的には例えば、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリアＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、検出部２００による座標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する情報である反射率情報を検出する。
【００４８】
検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的には、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部ＲＵが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
【００４９】
処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。この処理部３００の機能は、例えばＣＰＵ等のプロセッサー及びプロセッサーで実行されるプログラムや、専用ＩＣなどにより実現できる。
【００５０】
照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。
【００５１】
受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光する。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例えばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
【００５２】
図２に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図２の構成例では、受光部ＲＵは受光ユニットＰＤを含む。受光ユニットＰＤは、入射光が入射する角度（Ｙ−Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、検出エリアＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。検出部２００は、受光ユニットＰＤの受光結果に基づいて、Ｘ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。また検出エリアＲＤＥＴは、Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。なお、図２の構成例は１つの受光ユニットで構成されるが、２つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。
【００５３】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニットＰＤの構成例を示す。図３（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けられ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤは、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光することができる。
【００５４】
図３（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷＢ上に受光素子ＰＨＤが実装される。
【００５５】
図４に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図４の構成例の照射部ＥＵは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィルムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図４の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００５６】
光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザーの指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面での反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【００５７】
光源部ＬＳ１は、図４のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。また第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そして光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エリアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリアに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布が異なる照射光を出射することができる。
【００５８】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光するものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図４ではライトガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図４ではライトガイドＬＧはその中心角が１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であってもよい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部材等により形成される。
【００５９】
ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【００６０】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射される光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライトガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようになる。
【００６１】
このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズムシートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦは、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。
【００６２】
このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。
【００６３】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光による対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、より精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺することが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可能になる。
【００６４】
３．光学式位置検出装置による座標検出手法
図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る入力システムに利用可能な光学式位置検出装置１００による、座標情報検出の手法を説明する図である。
【００６５】
図５（Ａ）のＥ１は、図４の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図５（Ａ）のＥ１では、照射方向が図５（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図５（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥになっている。
【００６６】
また図５（Ａ）のＥ２は、図４の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図５（Ａ）のＥ２では、照射方向が図５（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高くなる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図５（Ａ）では照射方向の角度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば双曲線の関係等であってもよい。
【００６７】
そして図５（Ｂ）に示すように、角度φの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１の場合）には、図５（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度φ）の方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位置での強度はＩＮＴｂになる。
【００６８】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢ（角度φ）を特定できる。そして例えば後述する図６（Ａ）、図６（Ｂ）の手法により光学式位置検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述する図７に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（φ１）、ＤＤＢ２（φ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００６９】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めることができる。
【００７０】
例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（１）、（２）が成立する。
【００７１】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （１）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （２）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（３）、（４）が成立する。
【００７２】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （３）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （４）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（５）のように表せる。
【００７３】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （５）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図５（Ａ）の強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さな値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（５）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求めることで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【００７４】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１になるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の方向、位置等を求める。
【００７５】
また下式（６）、（７）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるように制御してもよい。
【００７６】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （６）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （７）
上式（６）、（７）を上式（５）に代入すると下式（８）が成立する。
【００７７】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （８）
上式（８）より、Ｉｂは下式（９）のように表される。
【００７８】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （９）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（９）は下式（１０）のように表され、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１１）のように表される。
【００７９】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１０）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１１）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御すれば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１０）によりαを求め、求められたαを上式（１１）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能になり、検出精度の向上を図れる。
【００８０】
次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例について説明する。図６（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【００８１】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図６（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図４に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これにより図４に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【００８２】
このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式位置検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上述した式（６）、（７）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図５（Ｂ）に示すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１０）、（１１）から減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図５（Ａ）、図５（Ｂ）で説明した手法により対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。
【００８３】
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出された距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図５（Ｂ）において、光学式位置検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これと角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【００８４】
具体的には図６（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【００８５】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図６（Ｂ）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図６（Ｂ）は、制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な信号波形例である。
【００８６】
具体的には図６（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期よりも短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位相差を求めることで、距離を検出する。なお図６（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図６（Ｂ）のようなクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。また、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出してもよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示されている。
【００８７】
図７に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図７では、照射部ＥＵとして第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置される。
【００８８】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【００８９】
具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニットＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度φ１）として検出する。また第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度φ２）として検出する。そして検出された第１の方向ＤＤＢ１（φ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（φ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【００９０】
図７の変形例によれば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）のように光学式位置検出装置と対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【００９１】
図７に示した構成の照射部ＥＵ（第１の照射部ＥＵ１及び第２の照射部ＥＵ２）を用いる場合、受光部ＲＵの設けられる位置は図７の例に限定されない。変形例を図１９に示す。図１９では、受光部ＲＵとして、第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１と、第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２が設けられる。ＲＵ１はＥＵ１の中央部に設けられ、ＲＵ２はＥＵ２の中央部に設けられる。
【００９２】
図７と同様に、第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に出射し、第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を放射状に出射する。第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１は、第１の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第１の反射光を受光し、第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２は、第２の照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。具体的な手法は図７と同様である。
【００９３】
本実施形態においては、後述するように、対象物ＯＢに再帰性を有する反射材により形成される反射部が設けられ、受光部ＲＵは照射光が当該反射部に反射することによる反射光を受光することが想定される。ここで再帰性を有する反射材とは、当該反射材に対して光が入射した場合に、光が入射してきた方向に対して強い反射光を返す部材のことである。受光部ＲＵが受光する反射光が強いほど、検出部２００で検出する信号値（例えば電流値等）が大きくなるため、ノイズに強くなる等のメリットがあることに鑑みれば、特定の方向に強い反射光を返す再帰性反射材は有用であると言える。ただし、再帰性反射材を効果的に用いるためには、反射光が返される方向に受光部ＲＵを設ける必要がある。つまり対象物ＯＢから見て、照射部ＥＵが設けられる方向と受光部ＲＵが設けられる方向とが一致するという条件を満たすことが望ましい。図１９の例は、この条件を満たす一例であり、図１９に示した位置に受光ユニットＲＵ１、ＲＵ２を設けることで、対象物ＯＢから強い反射光を受光することが可能になり、対象物ＯＢの位置ＰＯＢの検出精度を図７の例に比べて高くすることができる。
【００９４】
また、図１９の変形例を図２０に示す。図２０は、１つの照射ユニットが２つのライトガイドを持つ例である。第１の照射ユニットＥＵ１と第２の照射ユニットＥＵ２の構成は同様になるため、ここでは第１の照射ユニットＥＵ１について説明する。図１９（及び図７）の例では、ＬＳ１１が発光する際に用いられるライトガイドと、ＬＳ１２が発光する際に用いられるライトガイドは、共通のライトガイドＬＧ１の１つのみであった。それに対して、図２０では、Ｚ軸方向において異なる位置に２つのライトガイドＬＧ１１とＬＧ２２が設けられる。ＬＧ１１はＬＳ１１の発光の際に用いられ、ＬＧ１２はＬＳ１２の発光の際に用いられる。
【００９５】
図２０の変形例によれば、Ｚ軸方向において異なる位置にライトガイドが複数設けられることになるため、Ｘ座標情報及びＹ座標情報の検出に加えて、Ｚ座標情報の検出も可能になる。
【００９６】
４．入力機器の３次元での位置情報の取得
次に、入力機器の３次元での位置情報を取得する手法について説明する。具体的には、入力機器の構成例、受光ユニットの構成例、データの取得手法及びアプリケーションの具体例について述べる。
【００９７】
４．１ 入力機器の構成例
本実施形態で用いられる入力機器の例を図８に示す。図８は入力機器の例と、入力機器の柄の部分に設けられる反射部の拡大図とを示す。ここでは、文字や図形等の入力等を考慮し、入力機器はペン型入力機器を例にとって説明するが、入力機器がこれに限定されるものではない。
【００９８】
入力機器には、図８に示したように、入力機器の長手方向において反射率が異なる反射部材（第１の反射部ＲＥ１）と、長手方向に沿った軸の軸周りの回転方向において反射率が異なる反射部材（第２の反射部ＲＥ２）とが設けられる。長手方向に設けられた第１の反射部ＲＥ１での反射光に基づいて、長手方向における移動量（押し込み量）を求め、回転方向に設けられた第２の反射部ＲＥ２での反射光に基づいて、回転方向における回転量を求める。
【００９９】
また、長手方向における移動量を検出するための構造については複数の手法が考えられる。例えば、図９に示したように、通常の筆と同様に、ペン先にあたる部分を変形可能な素材で形成する。このようにすれば、ペン先が対象面に触れている状態から、さらに入力機器を対象面方向（つまり長手方向）に押し込むことが可能になるため、長手方向における移動量を求めることができる。或いは、図１０に示すように入力機器を第１の部分と第２の部分に分け、第１の部分と第２の部分をバネのような伸縮可能な素材で結ぶ手法が考えられる。このようにしても、バネが縮むことにより、ペン先が対象面に触れている状態から、さらに入力機器を対象面方向に押し込むことが可能になるため、長手方向における移動量を求められる。さらには、上述のような変形可能な素材やバネ機構を用いない入力機器であってもよい。その場合には例えば、ペン先を対象面から浮かせた状態でも文字等を入力できるようにする。例えば図１１に示すように、対象面からある程度のＺ座標範囲を入力範囲と規定して、入力範囲に入力機器が存在する場合に入力を行う。そして、その際の入力機器のＺ座標情報（例えばペン先部分のＺ座標情報）を求め、その座標情報の大小から長手方向における移動量を求めればよい。
【０１００】
４．２ 受光ユニットの構成例
次に、光学式位置検出装置１００の受光ユニットの構成例について述べる。なお、ここでは図１２に示したような検出部２００内の受光部ＲＵに含まれる受光ユニットとして説明するが、広義には、図１３に示したような検出部２００に含まれる第１の検出部２１０及び第２の検出部２２０等のことである。第１の検出部２１０は、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出し、第２の検出部２２０は、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出する。また、第１の検出部２１０は図１３に示したように、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２等を含んでもよい。
【０１０１】
上述の光学式位置検出装置１００の説明においては、受光ユニットは１つであるものとしていたが、本実施形態においては、受光ユニットは複数用いられるものとする。なお、上述したように、本実施形態で用いられる受光ユニットは、位置検出精度向上のため、受光する範囲（ここではＺ座標範囲）が狭く限定されるものであることを前提としている。
【０１０２】
受光ユニットの構成例を図１４（Ａ）に示す。本実施形態においては、Ｚ座標軸において異なる位置に複数の受光ユニットを設ける。ここでは特に３つの受光ユニットを設ける例について説明する。Ｚ座標軸において異なる位置に設けられる受光ユニットのうち、長手方向における移動量を求めるために必要なものは、長手方向に設けられた第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光する受光ユニット１つである。また、回転方向での回転量を求めるために必要なものは、回転方向に設けられた第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する受光ユニット１つである。さらに入力機器の傾き（及びポインティング位置）を求める際には、第１の反射部ＲＥ１、第２の反射部ＲＥ２どちらからの反射光でもよいから異なる２点からの反射光を受光する２つの受光ユニットが必要となる。よって、傾きを求める際の２つの受光ユニットのうち、一方を長手方向での移動量情報を求める受光ユニットと兼用し、他方を回転方向での回転量情報を求める受光ユニットと兼用するとすれば、長手方向での移動量情報、回転方向での回転量情報及び傾きを求める際には合計２つの受光ユニットがあればよいことになる。
【０１０３】
しかし、図８に示したように、回転量検出用の第２の反射部ＲＥ２は、第１の反射部ＲＥ１と区別するために、長手方向において狭い領域に配置されている。つまり、入力機器を対象面２０に対して立てて使用するケースが想定されることに鑑みれば、長手方向とはＺ軸方向に対応する方向になるため、回転量検出用の第２の反射部ＲＥ１は、Ｚ座標において狭い範囲に配置されることになる。入力機器の構成例において説明したように、長手方向において入力機器はある程度移動することが想定されているため、入力機器の長手方向への移動（バネ機構の伸縮を含む）に伴って、第２の反射部ＲＥ２からの反射光が受光ユニットで受光できなくなる可能性がある。
【０１０４】
そこで本実施形態では、Ｚ座標軸において異なる位置に３つの受光ユニットを設ける。そして、第１の受光ユニットは第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光するものとする。また、第２の受光ユニット及び第３の受光ユニットは、入力機器の長手方向での移動量を考慮した位置に設けられ、第２の受光ユニットと第３の受光ユニットのどちらかで、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する。その際、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光しない方の受光ユニットは、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光する。一例を図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示す。図１４（Ａ）のように、押し込み量が小さい状態において、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する位置（Ｂ２）に第２の受光ユニットを設け、図１４（Ｂ）のように、押し込み量が大きい状態において第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する位置（Ｄ１）に第３の受光ユニットを設ける。そして、図１４（Ａ）の状態では、第１の受光ユニット（Ｂ３）及び第３の受光ユニット（Ｂ１）で、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第２の受光ユニット（Ｂ２）で、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光し、回転量を求める。同様に、図１４（Ｂ）の状態では、第１の受光ユニット（Ｄ１）及び第２の受光ユニット（Ｄ２）で、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、長手方向における移動量を求め、第３の受光ユニット（Ｄ１）で、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光し、回転量を求める。
【０１０５】
ただし、受光ユニットの構成例は上述したものに限定されるわけではない。第２の反射部ＲＥ２をＺ長手方向において広い範囲に設定できるのであれば、２つの受光ユニットで十分である。また、長手方向における移動量及び回転量のどちらか一方を求めるのであれば、２つの受光ユニットを設ければ足りる。ここで、２つとしているのは傾き情報の取得を前提としているためであり、入力機器の傾きも必要ないとなれば、１つの受光ユニットを設けるだけでもよい。
【０１０６】
４．３ 入力データの取得手法
次に入力用データの取得手法について説明する。
【０１０７】
４．３．１ キャリブレーション
まず、入力位置の基準位置を設定するためのキャリブレーションを行う必要がある。ここでは具体例として、入力機器を対象面方向に対して完全に押し込んだ時を基準位置とする。
【０１０８】
具体的には、入力機器を対象面に対して完全に押し込んだ時の各受光ユニットにおける受光量に基づいて、３つの反射率情報をキャリブレーション情報として取得する。
【０１０９】
４．３．２ Ｘ座標情報及びＹ座標情報の取得
次に、各受光部においてＸ座標情報及びＹ座標情報を取得する。座標情報の取得手法については、光学式位置検出装置の説明において上述したとおりである。３つの受光ユニットを用いる例においては、第１の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ１，Ｙ１）を取得し、第２の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ２，Ｙ２）を取得し、第３の受光ユニットにおいて座標情報（Ｘ３，Ｙ３）を取得する。そして、第１の受光ユニットが設けられているＺ座標位置がＺ１であり、且つ、受光ユニットはＺ座標において狭い範囲の光を受光することから、第１の受光ユニットからの座標情報として、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）という３次元情報を取得する。同様に、第２の受光ユニットから（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を取得し、第３の受光ユニットから（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を取得する。これにより、入力機器の傾きがわかるため（ただし、入力機器は直線的な棒状のものとしている）、入力機器と対象面（描画面）との接触位置を求めることができ、接触位置はそのまま描画位置として用いることが可能である。
【０１１０】
４．３．３ 反射率情報の取得
３つの３次元座標情報を取得したとしても、入力機器の長手方向における移動量や回転方向における回転量を求めることはできない。なぜなら、上述の３次元座標情報からは、３点を通る位置に入力機器が存在することがわかるだけであり、図１５（Ａ）の状態なのか、図１５（Ｂ）の状態なのかを判別できないからである。
【０１１１】
そのため、本実施形態においては、入力機器（厳密には入力機器に設けられた第１、第２の反射部）の反射率情報をあわせて取得する。第１の反射部ＲＥ１は、上述したように、入力機器の長手方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、反射率情報（具体的には受光ユニットにおける電流値等）を用いることで、受光ユニットで検出した情報が、入力機器のどの部分に対応するものかを判定することができる。例えば、入力機器の端部からｓ１［ｃｍ］のポイントが（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に存在し、かつ、ｓ２［ｃｍ］のポイントが（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に存在するということがわかれば、入力機器の３次元位置を詳細に求めることができる。同様に、第２の反射部ＲＥ２は、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向においてグラデーションを描くように反射率が変化する。そのため、入力機器のどの部分が受光ユニットの方向を向いているかを求めることができる。
【０１１２】
なお、反射率情報により表される値（受光ユニットにおける電流値等）の絶対値をそのまま用いる手法には限定されない。むしろ、照射部ＥＵにおける照射光の強度が変化する等の要因があった場合には、電流値は全体的に変化するため、１つの値の絶対値を用いたのでは問題が生じてしまう。そのため、２つの時点での反射率情報を取得し、その比較により位置情報（長手方向における移動量、回転量等）を求めてもよい。具体的には例えば、上述したキャリブレーション時の値を用いる手法が考えられる。キャリブレーション情報を基準として、キャリブレーション情報の値からの変化を検出する。上述の例では、完全に押し込んだ状態を基準位置としているため、キャリブレーション情報からの変化に基づいて、完全に押し込んだ状態からどれだけ移動或いは回転しているかを求めることができる。
【０１１３】
また、キャリブレーションを行ってから、実際の検出処理を行うまでの間に照射光強度の変化等の要因が発生するおそれもある。その場合には、ある時刻Ｔ１と、別の時刻Ｔ２での反射率情報をそれぞれ検出し、Ｔ１での反射率情報とＴ２での反射率情報との差を求めてもよい。この場合には、基準位置との比較ではないので、入力機器の絶対的な位置を求めることはできないが、Ｔ１からＴ２の間での移動量（例えば長手方向における移動量、或いは回転方向における回転量等）を求めることが可能になる。この際、Ｔ１とＴ２の間隔を十分短い間隔に設定しておけば、照射光強度等の変化等による影響を抑止することができる。
【０１１４】
なお、上述の例では入力機器は１つであるものとしているが、これに限定されるものではない。複数の入力機器に対して、区別可能な程度に異なる反射率を有する反射部を設けることで、複数の入力機器を同時に用いることも可能である。
【０１１５】
４．３．４ その他の情報の取得
以上の処理により長手方向における移動量や回転方向における回転量を求めることが可能になる。しかし、本実施形態において取得できる情報はこれに限定されるものではない。例えば、ある時刻Ｔ３と別の時刻Ｔ４との間での入力機器の移動量（ここでは長手方向における移動量ではなく、対象面に平行な方向、つまり水平方向における移動量）を求めて入力値としてもよい。これにより、入力機器を動かす早さを検出することができる。通常のペン（或いは筆等）では、ペンを早く動かしたときと、ゆっくり動かしたときとでは、描画される線には違いが生じる。そのため、水平方向の移動量情報を取得することで、入力機器を動かす早さの違いによる線の違いを表現すること等が可能になる。
【０１１６】
４．４ アプリケーションの具体例
以上の入力システムを用いたアプリケーションの具体例として、書道学習システムについて述べる。書道における筆を用いた文字の描写では、鉛筆やボールペンを用いた描写と異なり、筆圧等による表現が豊富である。とめ、はね、はらいに代表されるように、筆を押し込む動作、浮かせる動作等を頻繁に行ったり、また、筆を動かす早さにより線の太さを変化させたりすることで、メリハリのある文字の描写を可能にしている。
【０１１７】
本実施形態の入力システムでは、筆圧（押し込み量）は長手方向における移動量に基づいて求めることができ、また、傾きや水平方向における移動の早さ等も取得可能である。また、とめやはね等において用いられる筆の回転も、回転方向における回転量から求めることができる。
【０１１８】
よって、実際の筆を用いた場合における、筆の３次元的な動きと描画される線との対応付けを事前に取得したうえで、筆につけられる墨の量等のパラメーターを決定することで、現実の筆を用いた書道と同じ間隔で文字を描画することが可能になる。ここで、筆の３次元的な動きと描画される線との対応付けは、例えばデータベース等として保持しておけばよい。具体的には、筆の筆圧（押し込み量）、傾き、回転量、速度をパラメーターとし、パラメーターの値と描画される線（或いは点）とを対応付ける。或いは、文字を横画、縦画に分割し、縦画はさらに、とめで終わるもの、細く抜くもの、左へのはね、右へのはね、左払い、右払い等に分けて、描画される線との対応付けを行ってもよい。
【０１１９】
また、ここでは書道学習システムを例示したが、絵画学習システムに用いてもよい。また、入力機器をメイク用の道具に対応させることで、美容学校におけるメイク学習システムを実現することもできる。
【０１２０】
以上の本実施形態では、入力システムは、入力機器と、反射光の検出を行う検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて処理を行う処理部３００とを含む。入力システムに用いられる入力機器は、図８に示したように、入力機器の長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１及び、長手方向に沿った軸の軸周りの回転方向において反射率の異なる第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方を有する。また、検出部２００は、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する。そして、処理部３００では、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。なお、本実施形態の入力システムは、入力機器を含むものとしたがこれに限定されるものではない。入力機器からの情報を用いた入力システムであって、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部２００と、検出部２００での検出結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部３００と、を含む入力システムであっても良い。
【０１２１】
ここで、長手方向とは、入力機器ＯＢの長さの値が大きい方向を指す。例えば鉛筆の長手方向とは、鉛筆の芯が木枠を貫く方向である。また、入力機器がペン型入力機器であれば、鉛筆の場合と同様の方向が長手方向となる。図１６にペン型入力機器の長手方向Ｅ１及び回転方向Ｅ２を例示する。なお、入力機器の形状はペン型に限定されず、ペン型以外の場合の長手方向は上述の通り、長さの値が大きい方向を表すものとする。
【０１２２】
これにより、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び、第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を取得し、システムの入力として利用することが可能になる。移動量情報及び回転量情報を求めることができるのは、第１の反射部ＲＥ１が長手方向において反射率が異なること、及び、第２の反射部ＲＥ２が回転方向において反射率が異なることによる。つまり、反射率の情報も取得することにより、単純な位置情報（座標情報）からは取得が難しい情報を得ることができる。例えば、入力システムが書道学習システムに利用される場合には、長手方向での移動量情報は筆の押し込み（筆圧）に対応し、回転方向での回転量情報は筆の回転量に相当する。とめ、はね等の表現において、押し込み、回転は描かれる線を決定する重要な要素となるため、これらの情報を得ることで、実際の筆を使った書道に近い間隔で学習を行えるシステムを実現できる。なお、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動とは、上述したように、図９のように先端部の変形に伴う場合もあれば、図１０のように入力機器の一部の伸縮に伴う場合もある。或いは図１１のように入力機器の形状を保ったまま移動するケースも考えられる。
【０１２３】
また、第１の反射部ＲＥ１は、入力機器の長手方向で徐々に反射率が変化してもよい。また、第２の反射部ＲＥ２は、回転方向で徐々に反射率が変化してもよい。
【０１２４】
徐々に反射率が変化するとは、例えば図８に示したように、反射部の一端で反射率が高く、他端に行くにつれて反射率が低くなる構成のことである。この変化は例えば、直線的な変化でもよいし、曲線的な変化であってもよい。
【０１２５】
これにより、上述の構成でない場合（例えば、一端から他端に向かってみた場合に、高い反射率から低い反射率に変化し、また高い反射率になる場合等）に比べて、検出の誤差の影響を抑止すること等が可能になる。極端な例で説明する。長手方向での反射率の変化が図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）であったとする。本実施形態のように、徐々に（ここでは線形に）変化する場合、反射率の検出値にＦ１程度の誤差が生じたとしても、対応する長手方向における検出位置は、Ｆ２のように真の値を中心にすることになり、システムに与える影響は小さい。それに対し、図１７（Ｂ）の反射率では、反射率の検出値にＧ２程度の誤差が生じた場合、対応する長手方向における検出位置は、Ｇ２及びＧ３のように分布することになる。Ｇ２である場合には影響は小さいが、Ｇ３の場合には真の値に比べて極端に異なる値となってしまう。以上の理由により、反射率が長手方向或いは回転方向において徐々に変化する構成には利点があると言える。
【０１２６】
また、処理部３００は、第１の反射部ＲＥ１での反射率の検出結果に基づいて、入力機器のポインティング位置の位置情報を求めてもよい。
【０１２７】
ここで、入力機器のポインティング位置とは、例えば入力機器により指し示している対象面２０上の位置のことである。入力機器がペン型入力機器であるとすれば、ペン先、或いはペン先を長手方向に延長した点により指し示される対象面上の点がポインティング位置となる。
【０１２８】
これにより、システムの入力として、ポインティング位置の情報も用いることが可能になる。ポインティング位置がわかることで、対象面上での文字等の描画や、対象面に表示された他のデータとの連携（データの選択等）等が可能になる。具体的には例えば、第１の反射部ＲＥ１上の２点の３次元座標情報を検出し、検出した３次元座標情報からポインティング位置を求める。例えば、第１の反射部ＲＥ１上の点Ａの座標が（ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ）、第１の反射部ＲＥ１上のＡでない点Ｂの座標が（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）であったとする。この場合、ベクトル（ＸＢ−ＸＡ，ＹＢ−ＹＡ，ＺＢ−ＺＡ）と対象面（Ｚ＝０の面）との交点をポインティング位置とする手法が考えられる。また、上述の手法であれば、入力機器上の２点の３次元座標情報が解ればよく、その２点が両方とも第１の反射部ＲＥ１上の点である必要はない。例えば、第１の反射部ＲＥ１上の点と、第２の反射部ＲＥ２上の点の２点を用いて同様の処理を行ってもよい。
【０１２９】
また、検出部２００は、図１３に示したように、第１の検出部２１０と、第２の検出部２２０とを含んでもよい。第１の検出部２１０は、第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出し、第２の検出部２２０は、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出する。
【０１３０】
これにより、第１の反射部ＲＥ１からの反射光の検出と、第２の反射部ＲＥ２からの反射光の検出を並列に行うことが可能になるため、処理の高速化等をはかることができる。また、後述するように、第２の検出部２２０等が受光ユニットとして実現される場合においては、受光ユニットの受光範囲が狭く限定される場合が想定される。その場合には、異なる位置での反射光は異なる検出部で検出する必要があるため、上述したように、検出部を複数に分ける理由が生じる。また、検出部２００が第１の検出部２１０と第２の検出部２２０を含むということは、検出部２００をユニット単位に分けた場合に、必要ユニット数は基本的に２つとなるということも示している。移動量情報及び回転量情報の両方を求める場合、検出部２００を受光ユニットで実現する場合には、上述したように、長手方向での移動量情報用に１つ、回転方向での回転量情報用に１つの２つの受光ユニットが必要となる。そして、傾き（ポインティング位置）を求めるために必要な２つの受光ユニットを、移動量情報用と回転量情報用を流用するものとすれば、全体で必要な受光ユニット数は２つとなる。
【０１３１】
また、第１の検出部２１０は、第１部分用検出部２１１と、第２部分用検出部２１２とを含んでもよい。第１部分用検出部２１１は、第１の反射部ＲＥ１の第１の部分からの反射光を検出し、第２部分用検出部２１２は、第１の部分とは長手方向において異なる第２の部分からの反射光を検出する。そして、処理部３００は、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２での検出結果に基づいて、入力機器の傾き情報を求めてもよい。
【０１３２】
これにより、第１の反射部ＲＥ１上の長手方向において異なる２点である、第１の部分と第２の部分の反射光を、第１部分用検出部２１１及び第２部分用検出部２１２において検出することが可能になる。よって、入力機器の２点の位置情報（例えば３次元座標情報）がわかるため、入力機器の傾き情報を求めることができる。傾き情報からは例えば上述したようなポインティング位置の位置情報等を求めることが可能である。また、第１の検出部２１０が第１部分用検出部２１１と第２部分用検出部２１２を含むと言うことは、検出部２００をユニット単位に分けた場合に、ユニット数を３つで実現してもよいということも示している。ここで３つとは、第１部分用検出部２１１、第２部分用検出部２１２及び第２の検出部２２０のことである。図１４を用いて説明したように、受光ユニットの例で言えば、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する受光ユニットは、長手方向での移動量が小さい場合と大きい場合の２つを用意しておくことが望ましい。そして２つのうちの適切な方で第２の反射部ＲＥ２からの反射光を検出し、他方で第１の反射部ＲＥ１からの反射光を検出する（後者は必ずしも必須ではない）。つまり、図１４（Ａ）で言えば、Ｂ３、Ｂ１が２１１、２１２に相当し、Ｂ２が２２０に相当する。また、図１４（Ｂ）で言えば、Ｄ３、Ｄ２が２１１、２１２に相当し、Ｄ１が２２０に相当する。
【０１３３】
また、入力機器はペン型入力機器であってもよい。そして、処理部３００は、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である入力機器の筆圧情報を求めてもよい。
【０１３４】
これにより、長手方向における移動量情報からペンの筆圧を求めることが可能になる。筆圧に応じて描画される線の太さや濃さが変化することから、筆圧情報を求めることで、描画する線の種類を増やし、より豊かな表現ができる。
【０１３５】
また、検出部２００は、出射光を出射する照射部ＥＵと、出射光が入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部ＲＵとを含んでもよい。そして、処理部３００は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、第１の反射部ＲＥ１の長手方向での移動量情報及び、第２の反射部ＲＥ２の回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める。
【０１３６】
これにより、本実施形態の入力システムにおいて、光学式位置検出装置１００を用いることが可能になる。光学式位置検出装置１００の具体例については上述したとおりである。
【０１３７】
また、受光部ＲＵは照射部ＥＵの中央部に設けられてもよい。そして、受光部ＲＵは、照射部ＥＵにより出射された出射光が入力機器に反射することによる反射光のうち、照射部ＥＵの方向に反射された反射光を受光する。特に図１９に示したように、照射部ＥＵは第１の照射ユニットＥＵ１と第２の照射ユニットＥＵ２とを有してもよい。ＥＵ１は第１のＸ座標位置に設けられ、ＥＵ２は第２のＸ座標位置に設けられる。この場合、受光部ＲＵは、第１の照射ユニット用受光ユニットＲＵ１と第２の照射ユニット用受光ユニットＲＵ２とを有する。そして、ＲＵ１はＥＵ１の中央部に設けられ、ＲＵ２はＥＵ２の中央部に設けられる。
【０１３８】
ここで、Ｘ座標位置の基準となるＸ軸の方向は、上述してきたとおりであり、例えば図１に示すような方向である。対象面２０に沿った平面がＸＹ平面となり、ここでは、対象面２０の辺のうち水平方向の辺がＸ軸の方向と一致するものとする。
【０１３９】
これにより、照射部ＥＵの中央部に受光部ＲＵを設けることが可能になる。この構成は、後述する用に第１の反射部ＲＥ１と第２の反射部ＲＥ２を再帰性反射材で形成する際に特に効果を発揮する。再帰性反射材は光が入射してきた方向に対して強い反射光を返すという特性を有する。そのため、入力機器（入力機器に設けられたＲＥ１、ＲＥ２）から見て、入射光を出射する照射部ＥＵと、反射光を受光する受光部ＲＵを同じ方向に設けることで、受光部ＲＵは強い反射光を受光することが可能になる。受光する反射光の強度が強いほど、検出する信号値（例えば電流値等）が大きくなるため、入力機器の位置検出精度を向上させることができる。特に、照射ユニットと受光ユニットを２つずつ設ける図１９のような構成にすることで、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の手法（光学式位置検出装置と入力機器との距離を求める手法）を用いなくても、入力機器の位置情報を検出できるようになる。
【０１４０】
また、入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸をＺ座標軸とした場合に、受光部ＲＵは、第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットＰＤ１と、第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットＰＤ２とを有する。そして、ＰＤ１は第１の反射部ＲＥ１からの反射光を受光し、ＰＤ２は第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光する。
【０１４１】
これにより、第１の反射部ＲＥ１からの反射光及び第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光するにあたって、それぞれ別の受光ユニットを設けることが可能になる。上述したように、各受光ユニットは、検出精度等の問題から、受光可能なＺ座標範囲がスリット等により狭く限定されている。よって、第１の反射部ＲＥ１と第２の反射部ＲＥ２とは、Ｚ座標位置に置いて異なる位置に配置されることが想定されることに鑑みれば、受光ユニットは複数も受けるのが望ましく、本実施形態では受光ユニットを少なくとも２つも受ける構成とする。なお、ここでは、長手方向での移動量情報及び回転方向での回転量情報の両方を求めるケースを想定している。
【０１４２】
また、受光部ＲＵは、第１のＺ座標位置及び第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットＰＤ３を有してもよい。そして、ＰＤ１は第１の反射部ＲＥ１の第１の部分からの反射光を受光し、ＰＤ３は、第１の反射部ＲＥ１の第２の部分からの反射光を受光する。
【０１４３】
これにより、第１の反射部ＲＥ１上の長手方向において異なる２点である、第１の部分と第２の部分の反射光を、第１の受光ユニットＰＤ１及び第２の受光ユニットＰＤ２において検出することが可能になる。よって、入力機器の２点の位置情報（例えば３次元座標情報）がわかるため、入力機器の傾き情報を求めることができる。傾き情報からは例えば上述したようなポインティング位置の位置情報等を求めることが可能である。ここで、ＰＤ１〜ＰＤ３は図１４（Ａ）のＢ１〜Ｂ３（或いは図１４（Ｂ）のＤ１〜Ｄ３）のいずれかに相当する。上述したように、長手方向での移動量に応じて第２の反射部ＲＥ２からの反射光を受光するユニットを２つ設けておき、適切な方を利用する。受光ユニットの数としては冗長になるが、第２の反射部ＲＥ２からの反射光を適切に受光することが可能となる。なお図との対応付けとしては、図１４（Ａ）では例えば、ＰＤ１がＢ３、ＰＤ２がＢ２、ＰＤ３がＢ１に相当する。また、図１４（Ｂ）では例えば、ＰＤ１がＤ３、ＰＤ２がＤ１、ＰＤ３がＤ２に相当する。
【０１４４】
また、第１の反射部ＲＥ１及び第２の反射部ＲＥ２は、光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材によって形成されてもよい。
【０１４５】
これにより、入射光が来た方向に対して強い反射光を返すことが可能になる。本実施形態においては、入射光を照射する部分（例えば出射光を出射する照射部ＥＵ）と、反射光を検出する検出部（例えば反射光を受光する受光部ＲＵ）とは近い位置に設けられる場合がある。この場合、出射光が入力機器に反射した際に反射光が散乱してしまっては、検出部２００で検出できる反射光の強度が弱くなってしまい、ノイズの影響が増大する等の問題が生じてしまう。その点、再帰性反射材を用いてＲＥ１及びＲＥ２を形成すれば、入射光を照射する部分、つまりは検出部２００のある方向に対して強い反射光が帰るため、検出する信号レベル（例えば受光部における電流値等）を大きくすることが可能になる。
【０１４６】
また、本実施形態は、ペン型入力機器であって、ペン型入力機器又はペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部ＲＥ１を含むペン型入力機器に関係する。そして、第１の反射部ＲＥ１は、長手方向において反射率が異なる。
【０１４７】
これにより、長手方向において反射率の異なる第１の反射部ＲＥ１を有し、第１の反射部ＲＥ１を用いて、ペン型入力機器（或いはペン型入力機器のパーツ）の長手方向での移動量情報を検出するペン型入力機器を実現することが可能になる。上述してきたように、長手方向での移動量情報により、ペンの筆圧に相当する情報を取得することができ、書道学習システム等の筆圧情報が重要となるアプリケーションに応用することができる。
【０１４８】
また、ペン型入力機器は、ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部ＲＥ２を含んでもよい。そして、第２の反射部ＲＥ２は、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なる。
【０１４９】
これにより、長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における回転量を求めることが可能なペン型入力機器を実現することが可能になる。線を描くにあたっては、ペンの筆圧、傾き等と同様に、ペンの回転も重要な要素となるため、回転量情報を検出することが可能な本実施形態のペン型入力機器を用いることで、より豊かな線表現が可能となる。
【０１５０】
また、ペン型入力機器は、第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、第１の反射部ＲＥ１は第１のパーツに設けられ、第２の反射部ＲＥ２は第２のパーツに設けられてもよい。
【０１５１】
これにより、例えば図１８に示したような構成のペン型入力機器を実現することが可能になる。図１８の例では第１のパーツと第２のパーツがバネ機構により接続されているものとしたがこれに限定されるものではない。このような構成にすることで、ペン型入力機器を対象面方向に押し込んだ場合にも、第２のパーツの位置、すなわち第２の反射部ＲＥ２の位置が変化しない。上述したように第２の反射部ＲＥ２はＺ軸方向において狭い範囲に限定されるケースがある。そのために第２の反射部ＲＥ２の長手方向（主にＺ軸方向に対応）での移動を想定し、複数の検出部を設ける必要等が生じていた。しかし、図１８のようにペン先側のパーツに第２の反射部ＲＥ２を設ければ、ＲＥ２の位置は変化しないため、ＲＥ２の検出用の検出部を１つ設ければ十分になり、システムの構成を簡単化することが可能になる。
【０１５２】
また、本実施形態は、ペン型入力機器であって、ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における回転量情報の検出用に設けられた反射部を含むペン型入力機器に関係する。そして、反射部は、回転方向において反射率が異なる。
【０１５３】
これにより、回転方向における回転量情報を取得することが可能なペン型入力機器を実現することが可能になる。ここでは特に、長手方向での移動量情報を求めずに、回転量情報のみを求めるペン型入力機器を想定している。
【０１５４】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また入力システム、ペン型入力機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
２０ 対象面、１００ 光学式位置検出装置、２００ 検出部、
２１０ 第１の検出部検出部、２１１ 第１部分用検出部、
２１２ 第２部分用検出部、２２０ 第２の検出部検出部、３００ 処理部、
ＥＵ 照射部、ＬＥ 照射方向設定部、ＬＦ ルーバーフィルム、
ＬＧ ライトガイド、ＯＢ 対象物、ＰＤ 受光ユニット、
ＰＤ１ 第１の受光ユニット、ＰＤ２ 第２の受光ユニット、
ＰＤ３ 第３の受光ユニット、ＰＨＤ 受光素子、ＰＳ プリズムシート、
ＰＳ 光学シート、ＰＷＢ 配線基板、ＲＥ１ 第１の反射部、ＲＥ２ 第２の反射部、
ＲＳ 反射シート、ＲＵ 受光部、ＳＬＴ スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向において反射率の異なる第１の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部の少なくとも一方を有する入力機器と、
前記第１の反射部及び前記第２の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部と、
前記検出部での検出結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部と、
を含むことを特徴とする入力システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の反射部は、
前記入力機器の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、
前記第２の反射部は、
前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化することを特徴とする入力システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記処理部は、
前記第１の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記入力機器のポインティング位置の位置情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記検出部は、
前記第１の反射部からの反射光を検出する第１の検出部と、
前記第２の反射部からの反射光を検出する第２の検出部と、
を含むことを特徴とする入力システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の検出部は、
前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を検出する第１部分用検出部と、
前記第１の部分とは前記長手方向において異なる部分である第２の部分からの反射光を検出する第２部分用検出部と、
を含み、
前記処理部は、
前記第１部分用検出部及び前記第２部分用検出部での検出結果に基づいて、前記入力機器の傾き情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記入力機器は、
ペン型入力機器であって、
前記処理部は、
前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である前記入力機器の筆圧情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記検出部は、
出射光を出射する照射部と、
前記出射光が前記入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部と、
を含み、
前記処理部は、
前記受光部での受光結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での前記移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転量情報の少なくとも一方を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記受光部は、前記照射部の中央部に設けられ、
前記受光部は、
前記照射部により出射された出射光が前記入力機器に反射することによる反射光のうち、前記照射部の方向へ反射された反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記照射部は、
第１のＸ座標位置に設けられた第１の照射ユニットと、前記第１のＸ座標位置とは異なる第２のＸ座標位置に設けられた第２の照射ユニットとを有し、
前記受光部は、
第１の照射ユニット用受光ユニットと、第２の照射ユニット用受光ユニットとを有し、
前記第１の照射ユニット用受光ユニットは、
前記第１の照射ユニットの中央部に対応する前記第１のＸ座標位置に設けられ、
前記第２の照射ユニット用受光ユニットは、
前記第２の照射ユニットの中央部に対応する前記第２のＸ座標位置に設けられることを特徴とする入力システム。
【請求項１０】
請求項７において、
前記入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸を、Ｚ座標軸とした場合に、
前記受光部は、
第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットと、前記第１のＺ座標位置とは異なる第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットとを有し、
前記第１の受光ユニットは、
前記第１の反射部からの反射光を受光し、
前記第２の受光ユニットは、
前記第２の反射部からの反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記受光部は、
前記第１のＺ座標位置及び前記第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットを有し、
前記第１の受光ユニットは、
前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を受光し、
前記第３の受光ユニットは、
前記第１の反射部の第２の部分からの反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記第１の反射部及び前記第２の反射部は、
光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材により形成されることを特徴とする入力システム。
【請求項１３】
ペン型入力機器であって、
前記ペン型入力機器又は前記ペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部を含み、
前記第１の反射部は、
前記長手方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部を含み、
前記第２の反射部は、
前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１５】
請求項１４において、
第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、
前記第１の反射部は、
前記第１のパーツに設けられ、
前記第２の反射部は、
前記第２のパーツに設けられることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１６】
ペン型入力機器であって、
前記ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた反射部を含み、
前記反射部は、
前記回転方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１】
長手方向において反射率の異なる第１の反射部、及び前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率の異なる第２の反射部の少なくとも一方を有する入力機器と、
前記第１の反射部及び前記第２の反射部の少なくとも一方からの反射光を検出する検出部と、
前記検出部での検出結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転方向での回転量情報の少なくとも一方を求める処理部と、
を含むことを特徴とする入力システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の反射部は、
前記入力機器の前記長手方向において徐々に反射率が変化し、
前記第２の反射部は、
前記長手方向に沿った軸の軸周りでの前記回転方向において徐々に反射率が変化することを特徴とする入力システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記処理部は、
前記第１の反射部での反射率の検出結果に基づいて、前記入力機器のポインティング位置の位置情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記検出部は、
前記第１の反射部からの反射光を検出する第１の検出部と、
前記第２の反射部からの反射光を検出する第２の検出部と、
を含むことを特徴とする入力システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の検出部は、
前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を検出する第１部分用検出部と、
前記第１の部分とは前記長手方向において異なる部分である第２の部分からの反射光を検出する第２部分用検出部と、
を含み、
前記処理部は、
前記第１部分用検出部及び前記第２部分用検出部での検出結果に基づいて、前記入力機器の傾き情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記入力機器は、
ペン型入力機器であって、
前記処理部は、
前記第１の反射部の前記長手方向での移動量情報に基づいて、ペン型入力機器である前記入力機器の筆圧情報を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記検出部は、
出射光を出射する照射部と、
前記出射光が前記入力機器に反射することによる反射光を受光する受光部と、
を含み、
前記処理部は、
前記受光部での受光結果に基づいて、前記第１の反射部の前記長手方向での前記移動量情報及び前記第２の反射部の前記回転量情報の少なくとも一方を求めることを特徴とする入力システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記受光部は、前記照射部の中央部に設けられ、
前記受光部は、
前記照射部により出射された出射光が前記入力機器に反射することによる反射光のうち、前記照射部の方向へ反射された反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記照射部は、
第１のＸ座標位置に設けられた第１の照射ユニットと、前記第１のＸ座標位置とは異なる第２のＸ座標位置に設けられた第２の照射ユニットとを有し、
前記受光部は、
第１の照射ユニット用受光ユニットと、第２の照射ユニット用受光ユニットとを有し、
前記第１の照射ユニット用受光ユニットは、
前記第１の照射ユニットの中央部に対応する前記第１のＸ座標位置に設けられ、
前記第２の照射ユニット用受光ユニットは、
前記第２の照射ユニットの中央部に対応する前記第２のＸ座標位置に設けられることを特徴とする入力システム。
【請求項１０】
請求項７において、
前記入力機器の検出エリアに沿った対象面に直交する座標軸を、Ｚ座標軸とした場合に、
前記受光部は、
第１のＺ座標位置に設けられた第１の受光ユニットと、前記第１のＺ座標位置とは異なる第２のＺ座標位置に設けられた第２の受光ユニットとを有し、
前記第１の受光ユニットは、
前記第１の反射部からの反射光を受光し、
前記第２の受光ユニットは、
前記第２の反射部からの反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記受光部は、
前記第１のＺ座標位置及び前記第２のＺ座標位置とは異なる第３のＺ座標位置に設けられた第３の受光ユニットを有し、
前記第１の受光ユニットは、
前記第１の反射部の第１の部分からの反射光を受光し、
前記第３の受光ユニットは、
前記第１の反射部の第２の部分からの反射光を受光することを特徴とする入力システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記第１の反射部及び前記第２の反射部は、
光源から光が入射した場合に、光源の方向に対して強い反射光を返す再帰性反射材により形成されることを特徴とする入力システム。
【請求項１３】
ペン型入力機器であって、
前記ペン型入力機器又は前記ペン型入力機器のパーツの長手方向での移動量情報の検出用に設けられた第１の反射部を含み、
前記第１の反射部は、
前記長手方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた第２の反射部を含み、
前記第２の反射部は、
前記長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１５】
請求項１４において、
第１のパーツと、ペン先側に設けられる第２のパーツとを含み、
前記第１の反射部は、
前記第１のパーツに設けられ、
前記第２の反射部は、
前記第２のパーツに設けられることを特徴とするペン型入力機器。
【請求項１６】
ペン型入力機器であって、
前記ペン型入力機器の長手方向に沿った軸の軸周りでの回転方向における、前記ペン型入力機器の回転量情報の検出用に設けられた反射部を含み、
前記反射部は、
前記回転方向において反射率が異なることを特徴とするペン型入力機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２０９７０（Ｐ２０１２−２２０９７０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２５０２（Ｐ２０１１−８２５０２）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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