JP2000123691A - 光学式タッチスイッチ装置の投受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光手段の使用数を削減でき、部品レイアウ
ト上の自由度を拡大できる光学式タッチスイッチ装置の
投受光装置を提供する。 【解決手段】 この光学式タッチスイッチ装置の投受光
装置は、少なくとも一つの発光素子３、複数の受光素子
５および導光体２１とを備えている。導光体２１は、所
定の光透過性の材料により形成されており、発光素子３
が発光した光を受け入れる光入射部２１ｂと、複数の受
光素子５にそれぞれ対向する部分に設けられ、光入射部
２１ｂから入射し内部を伝搬する前記光を光線９として
対応する受光素子５に向けて投光する複数の光出射部２
１ａとを有しており、光入射部２１ｂおよび光出射部２
１ａ以外の外面が前記光の出射を妨げる遮光性の被覆材
で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遮光の有無を通し
て情報を入力するための光学式タッチスイッチ装置の投
受光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の光学式タッチスイッチ装
置の投受光装置は、図７および図８に示すように、表示
装置（液晶表示装置）１の表示面１ａの前面側の外周部
に縦横に対向配置された複数対の発光素子（発光手段）
３および受光素子（受光手段）５を備えて構成されてい
る。複数対の発光素子３および受光素子５が配設される
基板７には、表示装置１の矩形状の表示面１ａに対向す
る部分に矩形状の開口部７ａが設けられており、各発光
素子３および受光素子５は、開口部７ａの外周部に、上
下方向または左右方向に個別に対向するように所定間隔
をあけて整列状態で配設されている。ここでは、発光素
子３は、開口部７ａの下側外周部および右側外周部に整
列配置され、受光素子５は、開口部７ａの上側外周部お
よび左側外周部に整列配置されている。

【０００３】各発光素子３は、光線（赤外線）９を縦横
に所定間隔で升目状に投光し、この各受光素子３が投光
した光線９を、対応する各受光素子５がそれぞれ受光す
るようになっている。

【０００４】そして、このような投受光装置が適用され
るタッチスイッチ装置では、操作入力の際、指等の障害
物が表示面１ａ上に接近すると、図示しないタッチ位置
検出手段が、各受光素子５の受光光量の減少の有無を検
出することにより、縦方向および横方向に延びる複数の
光線９のうちのいずれの光線９がその障害物により遮ら
れたかを検出して、表示面１ａ上における障害物のタッ
チ位置を検出し、これによって、表示面１ａ上において
そのタッチ位置に対応付けられている所定の入力情報が
受け付けられるようになっている。

【０００５】ここで、基板７の開口部７ａの前面側には
透光性のカバープレート１１が配設されており、光線９
はこのカバープレート１１の前面側にて投受されるよう
になっている。また、複数対の発光素子３および受光素
子５は、保護および遮光等のためにケーシング１３によ
って外囲されており、このケーシング１３に設けられた
投受光窓１３ａには、可視光をカットするフィルタ１５
が設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の投受光装置では、複数の受光素子５と同数の発光
素子３を使用するので、部品点数が多く、発光素子３の
基板７への実装工数が多いという問題がある。

【０００７】また、発光素子３が投光した光線９を受光
素子５が直接受光するようになっているので、光線９を
表示面１ａに平行に走らせようとすると、発光素子３と
受光素子９とを表示面１ａに平行な同一平面上に配設す
る必要があり、部品（特に、発光素子３）レイアウト上
の制約が大きいという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、発光
手段の使用数を削減でき、部品レイアウト上の自由度を
拡大できる光学式タッチスイッチ装置の投受光装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段は、所定の表示装置の表示面の前面側にて
所定間隔で配列された複数本の光線を投受し、その複数
本の光線のうちのいずれの光線が遮られたかを検出する
ことにより、前記表示面内におけるタッチ位置を検出し
て情報入力を受け付ける光学式タッチスイッチ装置の投
受光装置であって、少なくとも一つの発光手段と、所定
間隔で配設され、前記各光線を受光する複数の受光手段
と、所定の光透過性の材料により形成されており、前記
発光手段が発光した光を受け入れる少なくとも一つの光
入射部と、前記複数の受光手段にそれぞれ対向する部分
に設けられ、前記光入射部から入射し内部を伝搬する前
記光を前記光線として対応する前記受光手段に向けて投
光する複数の光出射部とを有しており、前記光入射部お
よび前記光出射部以外の外面が前記光の出射を妨げる遮
光性の被覆材で被覆された導光体と、を備えることを特
徴とする。

【００１０】好ましくは、前記導光体の前記各光出射部
の出射面は、凸レンズ形状を有しているのがよい。

【００１１】また、好ましくは、前記導光体の前記光入
射部の入射面は、入射する前記光を効果的に四方に拡散
する所定の凹面形状を有しているのがよい。

【００１２】さらに、前記目的を達成するための技術的
手段は、所定の表示装置の表示面の前面側にて所定間隔
で配列された複数本の光線を投受し、その複数本の光線
のうちのいずれの光線が遮られたかを検出することによ
り、前記表示面内におけるタッチ位置を検出して情報入
力を受け付ける光学式タッチスイッチ装置の投受光装置
であって、少なくとも一つの発光手段と、所定間隔で配
設され、前記各光線を受光する複数の受光手段と、前記
発光手段が発光した光を受け入れる少なくとも一つの光
入射部と、前記光入射部に連設されて前記光入射部から
入射した前記光を複数方向に分岐させる分岐部と、前記
分岐部に連接されて、前記複数の受光手段にそれぞれ対
向する位置に配置され、複数方向に分岐された前記光を
前記光線として対応する前記受光手段に向けて投光する
複数の光出射部とを有する光ファイバカプラと、を備え
ることを特徴とする。

【００１３】また、好ましくは、前記光ファイバカプラ
は、前記光入射部の入射面および前記各光出射部の出射
面が外面に露出した状態で所定の樹脂成形体内に埋め込
まれているのがよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態に係
る光学式タッチスイッチ装置の投受光装置が適用された
タッチスイッチ装置の構成を示す断面図であり、図２は
図１のタッチスイッチ装置に適用された投受光装置の要
部の構成を示す平面図であり、図３は図２の投受光装置
に備えられる導光体の斜視図であり、図４は図３の平面
図であり、図５は図３の部分拡大断面図である。

【００１５】本実施形態に係るタッチスイッチ装置は、
導光体２１を用い、発光素子３の使用数を削減した点を
除いて図７および図８の従来のタッチスイッチ装置と同
様であり、対応する部分には同一の参照符号を付し、対
応する構成および動作についての説明は省略する。

【００１６】本実施形態に係るタッチスイッチ装置で
は、図１および図２に示されるように、基板７の開口部
７ａの下側外周部および右側外周部には、複数の発光素
子３を配設する代わりに、単一の発光素子（高出力タイ
プの赤外線ＬＥＤ等）３と、その発光素子３が発光した
光２０を複数方向に分配して複数本の光線９を出射する
導光体２１がそれぞれ配設されている。

【００１７】導光体２１は、図３および図４に示される
ように、基板７の開口部７ａの４辺の外縁のうちの１辺
の外縁に沿って延びる断面略矩形の長尺状の形状を有し
ており、アクリル、ポリカーボネート等の光透過性材料
によって形成され、基板７の開口部７ａの外周部（ここ
では、下側外周部および右側外周部）に配設されてい
る。

【００１８】対応する複数の受光素子５に対向する導光
体２１の前面部には、入射した発光素子３からの光２０
を光線９として出射させる複数の光出射部２１ａが設け
られている。この複数の各光出射部２１ａは、基板７の
開口部７ａを挟んで対応する各受光素子５と個別に対向
するように、所定間隔をあけて整列状態で配設されてい
る。また、導光体２１の発光素子３と対向する部分（こ
こでは裏面側の中央部分）には、発光素子３からの光２
０を受け入れる単一の光入射部２１ｂが設けられてい
る。導光体２１の裏面は、その中央部から両端方向にゆ
くにしたがって前面に近接する方向に傾斜しており、光
入射部２１ｂから入射した光２０が、内部に一様に広が
って伝搬するように形成されている。

【００１９】導光体２１の光出射部２１ａおよび光入射
部２１ｂ以外の部分は、光入射部２１ｂから入射した光
２０が光出射部２１ａ以外の部分から外部に漏れないよ
うに、遮光性の被覆材（ここでは白色塗料）によって被
覆されている。なお、ここでは、被覆材として白色塗料
を使用したが、他の色の塗料を使用してもよく、またメ
ッキ等により金属膜で被覆してもよい。

【００２０】光入射部２１ｂの入射面は、入射する光２
０がその入射面で四方に効率よく拡散させるように、内
方に窪んだドーム形状を有している。各光出射部２１ａ
の出射面は、図５に示されるように、その出射面から出
射する光線９がビーム状に絞られて出射するように凸レ
ンズ形状に仕上げられているとともに、光線９の透過率
を高めるために鏡面状に仕上げられている。

【００２１】このような導光体２１では、図４に示され
るように、光入射部２１ｂから入射される発光素子３か
らの光２０が、その光入射部２１ｂの入射面で四方に拡
散されて導光体２１内部に入射し、透明樹脂等からなる
部分とその外面を覆う被覆層との境界面で反射されて導
光体２１内部に一様に伝搬されながら、各光出射部２１
ａから光線９として出射するようになっている。このと
き、光線９は、図５に示されるように各光出射部２１ａ
の凸レンズ状の出射面によりビーム状に絞られて、対応
する受光素子２０に向けて出射するようになっている。

【００２２】そして、各導光体２１の各光出射部２１ａ
から出射した光線９を対応する受光素子５で受光し、遮
光の有無を検出することにより表示面１ａ上のタッチ位
置が検出されるようになっている。

【００２３】なお、各光線９は、ビーム状に絞られ、指
向性が高く、互いに平行である必要があるのであるが、
導光体２１の各光出射部２１ａから投光される各光線９
の絞り度合い、指向性、および平行度合いをより高める
ための方法として、例えば、導光体９の裏面側の内部反
射面の形状等を調節して各光出射部２１ａに入射する光
２０の入射方向を調節する方法や、あるいは、各光出射
部２１ａを光線９の光軸方向に沿って導光体２１の本体
部から所定の突出高さだけ略柱状に突出させて導光路を
設け、この導光路により、光出射部２１ａの先端部の出
射面に入射する光２０の入射方向を規制する方法等が考
えられる。

【００２４】以上のように、本実施形態によれば、単一
の発光素子３が発光した光２０を、導光体２１の光入射
部２１ｂに入射させ、その複数の光出射部２１ａから各
受光素子５に向けて光線９として出射させるようになっ
ているので、複数の受光素子５に対して１個の発光素子
３を使用すればよく、発光素子３の使用数を削減するこ
とができ、その結果、部品点数および部品の実装工数を
削減することができる。

【００２５】また、本実施形態では、発光素子３と受光
素子５とを基板７の同一面上に配設したが、各部品の配
設形態はこれに限定されるものではなく、例えば、本実
施形態のように各光線９を表示面１ａに対して平行に走
らせる場合においても、受光素子５と導光体２１の各光
出射部２１ａとを表示面１ａと平行な所定平面上に配設
しておけば、発光素子３は必ずしも前記所定平面上に配
設する必要はなく、その所定平面から離れた位置に配設
することができるので、部品（特に、発光素子３）レイ
アウト上の自由度を拡大することができる。この場合、
導光体２１の光入射部２１ｂの形成位置等は、発光素子
３の配設位置によって変更する必要がある。

【００２６】さらに、導光体２１の光出射部２１ａの出
射面が凸レンズ状に仕上げられているので、指向性の高
いビーム状の光線９を生成することができ、光出射部２
１ａおよび受光素子５の配設ピッチを小さくしても、各
光出射部２１ａから投光された光線９が対応する受光素
子５以外の受光素子５に誤って受光されてしまうことが
なく、高精度でタッチ位置を検出することができる。

【００２７】また、導光体２１の光入射部２１ｂの入射
面がドーム状に成形されているので、光２０を効率よく
四方に拡散させて内部に入射させることができ、これに
よって、内部の光２０の光量を均一化することでき、各
光出射部２１ａから均一な光量の光線９を投光すること
ができる。

【００２８】なお、本実施形態では、導光体２１に単一
の光入射部２１ｂを設けたが、発光素子３の光量が不十
分である場合や、各光出射部２１ａから投光される光線
２０の光量にむらが生じる場合には、導光体２１の複数
箇所（２以上で、かつこの導光体２１に対応する受光素
子５の配設数未満の箇所）に長手方向に所定間隔をあけ
て光入射部２１ｂを設けるとともに、各光入射部２１ｂ
ごとに発光素子３を配設するようにしもよい。

【００２９】図６は、本発明の第２実施形態に係る光学
式タッチスイッチ装置の投受光装置に使用される光ファ
イバカプラの構成を示す平面図である。本実施形態に係
る投受光装置は、導光体２１の代わりに光ファイバカプ
ラ３１を使用した点を除いて第２実施形態に係る投受光
装置と同様であり、対応する部分には同一の参照符号を
付して説明を省略する。

【００３０】光ファイバカプラ３１は、図６に示される
ように、所定の樹脂成形体３３の内部に埋め込まれてお
り、発光素子３からの光２０を受け入れる単一の光入射
部３１ａと、光入射部３１ａに連設されて光入射部３１
ａから入射した光２０を複数方向に分岐させる分岐部３
１ｂと、分岐部３１ｂに連接されて、対応する各受光素
子５にそれぞれ対向する位置に配置され、複数方向に分
岐された光２０を光線９として対応する受光素子５に向
けて投光する複数の光出射部３１ｃとを備えて構成され
ている。このような光ファイバカプラ３１は、例えば複
数本の光ファイバを互いに溶着することにより形成でき
る。

【００３１】各光出射部３１ｃの光線９を出射する出射
面は、樹脂成形体３３の対応する複数の受光素子５と対
向する前面に露出されており、光入射部３１ａの光２０
を受け入れる入射面は、樹脂成形体３３の発光素子３に
対応する外面（ここでは裏面）に露出されている。ま
た、各光出射部３１ｃは、対応する受光素子５に向けて
光線９が出射するように、対応する受光素子５の方向に
向けられている。

【００３２】このような光ファイバカプラ３１では、光
入射部３１ａに入射された発光素子３からの光２０が、
分岐部３１ｂで複数方向に分岐され、各光出射部３１ｃ
から対応する各受光素子５に向けて光線９として投光さ
れるようになっている。

【００３３】以上のように、本実施形態よれば、部品点
数の削減および部品レイアウト上の自由度の拡大という
第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、発光素
子３からの光２０を複数方向に分配するのに光ファイバ
カプラ３１を使用しているので、光量ロスを小さく抑
え、効率よく複数本の光線９を生成することができると
いう効果がある。

【００３４】また、光ファイバカプラ３１が樹脂成形体
３３の内部に埋め込まれているので、光ファイバカプラ
３１の樹脂成形体３３への埋め込みの際に、各光出射部
３１ｃの向きや配設位置を決定しておけば、光ファイバ
カプラ３１を基板７上に配設する際に、各光出射部３１
ｃの向きや配設位置を各光出射部３１ｃごとに調節する
必要がなく、組立工程の簡略化が図れる。

【００３５】なお、本実施形態では、光ファイバカプラ
３１に単一の光入射部３１ａを設けたが、複数（２以上
で、かつこの光ファイバカプラ３１に対応する受光素子
５の配設数未満の数）の光入射部３１ａを設け、各光入
射部３１ａごとに発光素子３を配設してもよい。

【００３６】

【発明の効果】請求項１ないし５に記載の発明によれ
ば、少なくとも一つの発光手段が発光した光を、導光体
または光ファイバカプラの光入射部に入射させ、その複
数の光出射部から各受光手段に向けて光線として出射さ
せるようになっているので、複数の受光手段に対する発
光手段の使用数を削減することができ、その結果、部品
点数および部品の実装工数を削減することができる。

【００３７】また、各光線を表示装置の表示面に対して
平行に走らせる場合においても、各受光手段と、導光体
または光ファイバカプラの各光出射部とを表示面と平行
な所定平面上に配設しておけば、発光手段は必ずしも前
記所定平面上に配設する必要はなく、その所定平面から
離れた位置に配設することができるので、部品（特に、
発光手段）レイアウト上の自由度を拡大することができ
る。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、導光体の
光出射部の出射面が凸レンズ形状を有しているので、指
向性の高いビーム状の光線を生成することができ、光出
射部および受光手段の配設ピッチを小さくしても、各光
出射部から投光された光線が対応する受光手段以外の受
光手段に誤って受光されてしまうことがなく、高精度で
タッチ位置を検出することができる。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、導光体の
光入射部の入射面が、入射する光を効果的に四方に拡散
する所定の凹面形状を有しているので、入射光を効率よ
く四方に拡散させて内部に入射させることができ、これ
によって、内部の光の光量を均一化することでき、各光
出射部から均一な光量の光線を投光することができる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明による効果に加え、発光手段からの光を複
数方向に分配するのに光ファイバカプラを使用している
ので、光量ロスを小さく抑え、効率よく複数本の光線を
生成することができるという効果がある。

【００４１】請求項５に記載の発明によれば、光ファイ
バカプラが樹脂成形体の内部に埋め込まれているので、
光ファイバカプラの樹脂成形体への埋め込みの際に、各
光出射部の向きや配設位置を決定しておけば、光ファイ
バカプラを基板等に配設する際に、各光出射部の向きや
配設位置を各光出射部ごとに調節する必要がなく、組立
工程の簡略化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る光学式タッチスイ
ッチ装置の投受光装置が適用されたタッチスイッチ装置
の構成を示す断面図である。

【図２】図１のタッチスイッチ装置に適用された投受光
装置の要部の構成を示す平面図である。

【図３】図２の投受光装置に備えられる導光体の斜視図
である。

【図４】図３の平面図である。

【図５】図３の部分拡大断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る光学式タッチスイ
ッチ装置の投受光装置に使用される光ファイバカプラの
構成を示す平面図である。

【図７】従来の投受光装置が適用された光学式タッチス
イッチ装置の構成を示す断面図である。

【図８】図７のタッチスイッチ装置に適用された投受光
装置の要部の構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 表示装置 １ａ 表示面 ３ 発光素子 ５ 受光素子 ７ 基板 ９ 光線 ２０ 光 ２１ 導光体 ２１ａ 光出射部 ２１ｂ 光入射部 ３１ 光ファイバカプラ ３１ａ 光入射部 ３１ｂ 分岐部 ３１ｃ 光出射部 ３３ 樹脂成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 広樹 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社ハーネス総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 5G055 AA11 AC02 AD01 AD10 AD12 AD30 AE07 AE25 AG02 AG08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の表示装置の表示面の前面側にて所
   定間隔で配列された複数本の光線を投受し、その複数本
   の光線のうちのいずれの光線が遮られたかを検出するこ
   とにより、前記表示面内におけるタッチ位置を検出して
   情報入力を受け付ける光学式タッチスイッチ装置の投受
   光装置であって、 少なくとも一つの発光手段と、 所定間隔で配設され、前記各光線を受光する複数の受光
   手段と、 所定の光透過性の材料により形成されており、前記発光
   手段が発光した光を受け入れる少なくとも一つの光入射
   部と、前記複数の受光手段にそれぞれ対向する部分に設
   けられ、前記光入射部から入射し内部を伝搬する前記光
   を前記光線として対応する前記受光手段に向けて投光す
   る複数の光出射部とを有しており、前記光入射部および
   前記光出射部以外の外面が前記光の出射を妨げる遮光性
   の被覆材で被覆された導光体と、を備えることを特徴と
   する光学式タッチスイッチ装置の投受光装置。
2. 【請求項２】 前記導光体の前記各光出射部の出射面
   は、凸レンズ形状を有していることを特徴とする請求項
   １に記載の光学式タッチスイッチ装置の投受光装置。
3. 【請求項３】 前記導光体の前記光入射部の入射面は、
   入射する前記光を効果的に四方に拡散する所定の凹面形
   状を有していることを特徴する請求項１または２に記載
   の光学式タッチスイッチ装置の投受光装置。
4. 【請求項４】 所定の表示装置の表示面の前面側にて所
   定間隔で配列された複数本の光線を投受し、その複数本
   の光線のうちのいずれの光線が遮られたかを検出するこ
   とにより、前記表示面内におけるタッチ位置を検出して
   情報入力を受け付ける光学式タッチスイッチ装置の投受
   光装置であって、 少なくとも一つの発光手段と、 所定間隔で配設され、前記各光線を受光する複数の受光
   手段と、 前記発光手段が発光した光を受け入れる少なくとも一つ
   の光入射部と、前記光入射部に連設されて前記光入射部
   から入射した前記光を複数方向に分岐させる分岐部と、
   前記分岐部に連接されて、前記複数の受光手段にそれぞ
   れ対向する位置に配置され、複数方向に分岐された前記
   光を前記光線として対応する前記受光手段に向けて投光
   する複数の光出射部とを有する光ファイバカプラと、を
   備えることを特徴とする光学式タッチスイッチ装置の投
   受光装置。
5. 【請求項５】 前記光ファイバカプラは、前記光入射部
   の入射面および前記各光出射部の出射面が外面に露出し
   た状態で所定の樹脂成形体内に埋め込まれていることを
   特徴とする請求項４に記載の光学式タッチスイッチ装置
   の投受光装置。