JP2006011567A - 光学式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】 部品数を大幅に削減して製造コストを低減できる光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】 矩形の表示画面１１の隣り合う２辺の発光辺１１ａ、１１ｂに設ける光を照射する発光素子１２と、表示画面１１の残りの２辺の受光辺１１ｃ、１１ｄに沿って設ける光を受光する受光素子１３、１３とを備え、それぞれ対向する発光素子１２と受光素子１３との間に置かれた遮光物体１８を検出し、該遮光物体１８の位置の直交座標を位置情報として出力する光学式タッチパネルにおいて、表示画面１１の角部付近に設けられる点光源からなる発光素子１２と、発光辺１１ａ、１１ｂに設けられ発光素子１２から照射される光を導光し受光辺１１ｃ、１１ｄの受光素子１３、１３に光を照射する導光板１４、１６とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学式タッチパネルに関し、特に部品数を大幅に低減した光学式タッチパネルに関する。

従来の光学式タッチパネルは、図７に示すように、矩形の表示画面１０１の隣り合う２辺１０１ａ、１０１ｂに沿って配列された複数の発光素子１０２と、この表示画面１０１の残りの２辺１０１ｃ、１０１ｄに沿って、各発光素子１０２にそれぞれ対向して配列された受光素子１０３を備えている。各発光素子１０２（制御回路１０９によって駆動される）が発した光は、それぞれ対向する受光素子１０３によって検出される。例えば、辺１０１ａの上端の発光素子１０２が発した光１０６は辺１０１ｃの上端の受光素子１０３によって検出され、また、辺１０１ｂの右端の発光素子１０２が発した光１０４は辺１０１ｄの右端の受光素子１０３によって検出される。各受光素子１０３が出力する信号は所定の処理回路１１０によって解析処理される。操作者が指などで表示画面１０１を触れると、特定の発光素子１０２が発した光が遮光物体１０８によって遮られる結果、対応する受光素子１０２の出力が変化して、操作者が触れた座標が上記処理回路１１０を通して検出される。（例えば、特許文献１参照。）

特開平６−３０９１００号公報（第２頁、図１０）

しかしながら、前記従来の光学式タッチパネルにおいては、発光素子から出た光ビームが正確に受光素子に対向している事が必要であり、実装上、光軸を合わせる事が必要である。また光パワー素子である発光素子は、発光強度を上げるため、必ず集光レンズが必要となり、それにより形状が大きくなるために素子の実装ピッチが限定され、それによる分解能の制限を受け易い。そのために光学式タッチパネルにおいては、発光素子から受光素子へと導かれる光ビームの光軸を精度良く形成する必要があった。このため発光素子自体のレンズの精度が要求され、発光素子を選別する必要があるが、発光素子の選別は多大な時間と手間がかかり、そのことにより製造コストが高くつくという問題があった。

また光ビームの光軸精度を上げるため、発光素子を発光素子取付基板に実装する際には、レンズの方向を正確に保持するための治具等が必要となり、そのことも生産コストを高めることとなり、さらに受光素子の数だけ発光素子が必要であって、特に発光素子のような光パワー素子は、タッチパネルを構成する部品の中では平均故障率が高く、発光素子の数の大きさはタッチパネルの寿命や信頼性を下げる要因となるという問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、部品数を大幅に削減して製造コストを低減できる光学式タッチパネルを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の光学式タッチパネルは、矩形の表示画面の隣り合う２辺の発光辺に設ける光を照射する発光素子と、上記表示画面の残りの２辺の受光辺に沿って設ける光を受光する受光素子とを備え、それぞれ対向する発光素子と受光素子との間に置かれた遮光物体を検出し、該遮光物体の位置の直交座標を位置情報として出力する光学式タッチパネルにおいて、表示画面の角部付近に設けられ点光源からなる発光素子と、発光辺に設けられ発光素子から照射される光を導光し受光辺の受光素子に光を照射する導光板とを有することを特徴とする。

また、導光板は発光素子から照射される光を入射する受光面と、入射した光を反射する反射面と、該反射面で反射された光を受光素子に照射する照射面とを有し、該照射面は表示画面に垂直かつ表示画面の近接した辺に平行をなし、反射面は略逆Ｊ状曲面からなることを特徴とする。

また、導光板は発光素子から照射される光を入射する受光面と、導光板の下面側に設けられ入射した光を上方に反射する第１の反射面と、導光板の上方に設けられ第１の反射面で反射された光をさらに反射させる第２の反射面と、該第２の反射面で反射された光を受光素子に照射する照射面とを有し、該照射面は表示画面に垂直かつ表示画面の近接した辺に平行をなし、第１の反射面は略逆Ｊ状曲面からなり、第２の反射面は第１の反射面における反射光の光軸に対して４５度の傾斜角を有する斜面からなることを特徴とする。

また、導光板は受光面に略円弧状の凹部を有し、該凹部に発光素子が近接配置されていることを特徴とする。

また、導光板は高反射性を有する光反射層を有することを特徴とする。

また、２辺の発光辺の端部が互いに当接する角部付近に一つの発光素子が配置され、該一つの発光素子が２辺の発光辺に設けるそれぞれの導光板に光を照射するように構成されていることを特徴とする。

以上のように本発明の光学式タッチパネルによれば、発光素子自体のレンズの精度の要求や、発光素子の選別による多大の時間や手間が不要となり生産コストの低減がはかれるばかりでなく、光学式タッチパネルの寿命や信頼性を向上させることができる。
また、本発明の光学式タッチパネルは矩形の表示画面の隣り合う２辺に沿って受光素子を複数配列し、表示画面の残りの２辺に沿って導光板を設けているため表示画面の角部付近だけに発光素子を設ければ良い。したがって、従来に比して、発光素子の個数が大幅に削減される。また、発光素子が角部付近だけに設けられるので発光素子を結線するための配線基板が不要になり全体として部品数が大幅に削減される。このように部品数が削減される結果、組立工程も簡易化される。したがって、製造コストを大幅に低減することができる。

また、導光板は点光源からなる発光素子から照射される光を入射し、導光板の内部に導光された光を全反射する略逆Ｊ状曲面からなる反射面を有するため、発光素子が発した光を効率良く受光素子へ導くことができる。さらに、反射面、受光面の一部、上下面に高反射性の光反射層が設けられているので、光が外部に漏れることが無く光の利用効率を向上させることができる。

以下、図１から図６に基づいて本発明の実施形態における光学式タッチパネルについて説明する。図１、図３は、本発明の実施例１における光学式タッチパネルの概略構成と導光板を示す図である。また、図２は本発明の実施例２における光学式タッチパネルの概略構成を示す図である。また、図４、図５、図６は本発明の実施例３における光学式タッチパネルの概略構成と導光板を示す図である。本実施形態における光学式タッチパネルは矩形の表示画面の角部付近にＬＥＤ等の点光源からなる発光素子を配置し、この発光素子から照射される光を導光し受光辺の受光素子に光を照射する導光板を表示画面の発光辺に配置したことを特徴としている。また、光学式タッチパネルとしての基本的な構成は従来技術と類似しているため説明を省略し、本実施形態における光学式タッチパネルの特徴について具体的な実施例を説明する。

図１は本実施例における光学式タッチパネルの概略構成を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における導光板のＡ−Ａ断面図である。また図３は導光板の動作を説明するための図である。図１に示すように、本実施例の光学式タッチパネルは、矩形の表示画面１１の隣り合う発光辺１１ａ、１１ｂに設けられた二つの導光板１４、１７と、表示画面１１の残りの２辺である受光辺１１ｃ、１１ｄに沿ってそれぞれ１０個ずつ配列された受光素子１３、１３と、発光辺１１ａと１１ｂとがなす角部付近、及び発光辺１１ａと受光辺１１ｄとがなす角部付近にそれぞれ設けられた点光源である発光素子としてチップ型のＬＥＤ１２、１２を備えている。各ＬＥＤ１２から照射された光は対応する導光板１４、１７のそれぞれの受光面１４ａ、１７ａから導光板１４、１７の内部に導光され導光板の反射面１４ｂ、１７ｂで全反射される。この反射された光は導光板の照射面１４ｃ、１７ｃから表示画面１１に平行かつ発光辺１１ａ、１１ｂに垂直な光１０ａ、１０ｂとして照射され、対向して配置されている受光素子１３、１３に入射する。受光素子１３、１３は、導光板１１から照射された光１０ａ、１０ｂを受けて、受けた光に応じた電気信号を出力する。

導光板１４はＬＥＤ１２から照射される光を入射する受光面１４ａと、入射した光を反射する反射面１４ｂと、反射面１４ｂで反射された光を受光素子１３に照射する照射面１４ｃとを有する。照射面１４ｃは表示画面１１に垂直で、表示画面１１の発光辺１１ｂに平行となるように配置される。反射面１４ｂは照射面１４ｃと所定の頂角を有する曲面で構成されている。受光面１４ａは、反射面１４ｂと照射面１４ｃとの頂点と対向する位置に形成されている。この受光面１４ａには略円弧状の凹部１６が形成されており、この凹部１６の内壁にＬＥＤ１２が近接配置されている。このＬＥＤ１２から照射された光は図３に示すように反射面１４ｂの任意の点で反射された光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が照射面１４ｃに垂直な並行光として導光板の外部に照射されるように反射面１４ｂの曲面が形成されており略逆Ｊ状の曲面となっている。

導光板１４は透光性の樹脂またはガラス等を成形または切削して作製されている。また、光を効率良く導くために、図１に示すように受光面１４ａ、反射面１４ｂ、及び上下面１４ｄ、１４ｅは鏡面仕上げされ、高反射性を有する光反射層として反射シート１５が形成されている。この反射シート１５は反射面１４ｂでの反射効率を高めると共に照射面１４ｃ以外の面から光が外部に漏れることを防止して光の利用効率を向上させる。この導光板１４に１個の点光源であるＬＥＤ１２の光を導光し、反射させ照射面１４ｃから照射することによって対向するすべての受光素子１３に並行光を照射することができる。尚、発光面１１ａに配置される導光板１７については、導光板１４と同様であるため説明を省略する。

以上のように本実施例における光学式タッチパネルでは、表示画面１１の発光辺に１１ａ、１１ｂにそれぞれ導光板１４、１７を設け、表示画面１１の受光辺１１ｃ、１１ｄに沿って受光素子１３、１３を設けているので、表示画面１１の角部付近だけに二つのＬＥＤ１２、１２を設ければ良い。したがって、発光素子の個数を大幅に削減することができる。また、発光素子としてＬＥＤ１２、１２を角部付近だけに設けているので全体として部品数を大幅に削減できる。また組み立て工程も簡易化され製造コストを大幅に低減することができる。
また、本発明の光学式タッチパネルによれば、発光素子自体のレンズの精度の要求や、発光素子の選別による多大の時間や手間が不要となり生産コストの低減がはかれるばかりでなく、タッチパネルの寿命や信頼性を向上させることができる。

また、導光板１４、１７はＬＥＤ１２、１２から照射される光を入射し、導光板１４、１７の内部に導光された光を全反射する略逆Ｊ状曲面からなる反射面１４ｂ、１７ｂを有するため、ＬＥＤ１２、１２が発した光を効率良く受光素子１３、１３へ導くことができる。さらに、反射面１４ｂ、１７ｂ、受光面１４ａ、１７ａ、上面１４ｄ、１７ｄ、下面１４ｅ、１７ｅ等、照射面１４ｃ、１７ｃ以外に高反射性の光反射層が設けられているので、光が外部に漏れることが無く光の利用効率を向上させることができる。

また、発光素子としてＬＥＤを採用することにより、発光素子自体のレンズの精度の要求や、発光素子の選別による多大の時間や手間が不要となり生産コストの低減がはかれるばかりでなく、タッチパネルの寿命や信頼性を向上させることができる。

図２は実施例２における光学式タッチパネルの概略構成を示す図である。実施例１においては各導光板ごとに発光素子であるＬＥＤを１つずつ設ける例について説明したが、実施例２における光学式タッチパネルは、二つの導光板に対して一つのＬＥＤを設けた点で実施例１と相違する。その他の基本的な構成は実施例１と類似するため同一の構成要素については同一番号を付与し説明を省略する。以下、図に基づいて説明する。

図２に示すように本実施例の光学式タッチパネルは矩形の表示画面１１の隣り合う発光辺１１ａ、１１ｂに設けられた二つの導光板２４、２７と、表示画面１１の残りの２辺である受光辺１１ｃ、１１ｄに沿って配列された受光素子１３、１３と、発光辺１１ａと１１ｂとがなす角部付近に設ける一つのＬＥＤ１２を備えている。この一つのＬＥＤ１２から照射された光は各導光板の受光面２４ａ、２７ａから各導光板２４、２７の内部に導光され略逆Ｊ状の曲面をなす導光板の反射面２４ｂ、２７ｂで全反射される。この反射された光が導光板の照射面２４ｃ、２７ｃから表示画面１１に平行かつ発光辺１１ａ、１１ｂに垂直な光２０ａ、２０ｂとして照射され、対向して配置されている受光素子１３、１３に入射する。

各導光板２４、２７は受光面２４ａ、２７ａが発光辺１１ａと１１ｂとがなす角部付近に位置するように配置される。受光面２４ａ、２７ａにはそれぞれ略円弧状の凹部３６、３９が形成されており、各凹部２６、２９の一端が互いに当接し一つの合成凹部となっている。この凹部２６、２９の内壁に一つのＬＥＤ１２が近接配置されている。即ち、導光板２４、２７が一つのＬＥＤ１２を共有するようになっている。また、導光板２４、２７の受光面２４ａ、２７ａ、反射面２４ｂ、２７ｂ、及び上下面は実施例１と同じように鏡面仕上げされ、高反射性を有する光反射層として反射シート２５が形成されている。このように本実施例においては各導光板２４、２７を表示画面１１の発光辺１１ａ、１１ｂに配置し、二つの導光板２４、２７に一つＬＥＤ１２から照射される光を導光し、反射面２４ｂ、２７ｂで反射させ、照射面２４ｃ、２７ｃから照射することによって対向するすべての受光素子１３、１３に並行光を照射することができる。尚、本実施例においては照射指向角度の広いＬＥＤを採用することが好ましい。また、導光板２４、２７のその他の点については、実施例１における導光板とほぼ同様であるため詳細な説明を省略する。

以上のように本実施例における光学式タッチパネルでは実施例１と同様の効果を得ることができる。また、導光板２４、２７が一つのＬＥＤ１２を共有することにより、発光素子としてのＬＥＤ１２を１つだけ配置すれば良いため製作が容易となり、製作コストをさらに低減させることができる。

図４は実施例３における光学式タッチパネルの概略構成を示す斜視図、図５は実施例３の導光板を示し、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。また、図６は実施例３の導光板の正面図である。実施例３における光学式タッチパネルは二つの導光板に対して一つのＬＥＤを設けた点で実施例２の光学式タッチパネルと類似しているが、導光板の構成が異なっている。したがって実施例２と同一の構成要素については同一番号を付与し説明を省略する。以下、図に基づいて説明する。

図４に示すように本実施例の光学式タッチパネルは矩形の表示画面１１の隣り合う発光辺１１ａ、１１ｂに設けられた二つの導光板３４、３７と、表示画面１１の残りの２辺である受光辺１１ｃ、１１ｄに沿って配列された受光素子１３、１３と、発光辺１１ａと１１ｂとがなす角部付近に設ける一つのＬＥＤ１２を備えている。この一つのＬＥＤ１２から照射された光は各導光板の受光面３４ａ、３７ａから各導光板３４、３７の内部に導光され各導光板の下面側に設ける第１の反射面３４ｂ、３７ｂで全反射され各導光板の上方に導光される。この上方に導光された光は各導光板の上方に設ける第２の反射面３４ｃ、３７ｃで反射され、導光板の照射面３４ｄ、３７ｄから表示画面１１に平行かつ発光辺１１ａ、１１ｂに垂直な光３０ａ、３０ｂとして照射され、対向して配置されている受光素子１３、１３に入射する。

各導光板の受光面３４ａ、３７ａは発光辺１１ａと１１ｂとがなす角部付近に位置するように配置される。この受光面３４ａ、３７ａには一つのＬＥＤ１２が近接配置されており、実施例２と同様に導光板３４、３７が一つのＬＥＤ１２を共有するようになっている。

導光板３４は、図５、図６に示すように導光板３４はＬＥＤ１２から照射される光を入射する受光面３４ａと、導光板３４の下面側に設けられ入射した光を反射して上方に導光する第１の反射面３４ｂと、第１の反射面３４ｂで反射された光をさらに反射させ、受光素子１３の方向に導光する第２の反射面３４ｃと、第２の反射面３４ｃで反射された光を受光素子１３に照射する照射面３４ｄとを有する。

受光面３４ａは平面状でＬＥＤ１２が近接配置されている。この受光面３４ａから入射した光を反射する第１の反射面３４ｂは、実施例２における反射面２４ｂと同じく略逆Ｊ状の曲面をなしている。この第１の反射面３４ｂで反射した光は導光板の上方に、かつ照射面３４ｄと平行に導光され第２の反射板３４ｃを照射する。第２の反射面３４ｃは、導光板３４の上方に配置され導光板の長さの全長に亘って形成される斜面となっている。この斜面からなる第２の反射面３４ｃと、第１の反射面３４ｂで反射した光３０ａの光軸とのなす角度ａの値は４５度に設定されており第２の反射面３４ｃに入射した光は直角に曲げられ照射面３４ｄに垂直な光となり照射面３４ｄから受光素子１３を照射する。照射面３４ｄは表示画面１１に垂直で、表示画面１１の発光辺１１ｂに平行となるように配置される。

また、導光板３４の第１の反射面３４ｂ、第２の反射面３４ｃ、上面３４ｅ及び側面３４ｆには実施例２と同じように鏡面仕上げされ、高反射性を有する光反射層として反射シート３５が形成されている。尚、発光面１１ｂに配置される導光板３７については、導光板３４と同様であるため説明を省略する。

このように構成された各導光板３４、３７を表示画面１１の発光辺１１ａ、１１ｂに配置することにより、二つの導光板３４、３７に一つＬＥＤ１２の光を導光し、第１の反射面３４ｂ、３７ｂ及び第２の反射面３４ｃ、３７ｃで反射させ照射面３４ｄ、３７ｄから照射することによって対向するすべての受光素子１３、１３に光を照射することができる。また、導光板３４、３７のその他の点については、実施例１における導光板とほぼ同様であるため詳細な説明を省略する。

尚、本実施例においては、受光面３４ａ、３７ａが平面で有る場合を例に説明したが、実施例１と同様に受光面３４ａ、３７ａに略円弧状の凹部を設け、この凹部の内壁に近接配置しても良い。
また、本実施例においてはＬＥＤを角部付近に一つだけ設けた例について説明したが、実施例１と同様に二つのＬＥＤを設けても良い。

以上のように本実施例における光学式タッチパネルでは実施例１及び実施例２と同様の効果を得ることができる。また、導光板３４、３７に第１の反射面３４ｂ、３７ｂ及び第２の反射面３４ｃ、３７ｃを設け、第１の反射面３４ｂ、３７ｂを導光板３４、３７の下面側に設けることによって導光板３４、３７の外形形状を小さくすることができ光学式タッチパネルを小型化することができる。

尚、各実施例においては導光板の反射面等に高反射性を有する光反射層として反射シートを設けた例で説明したが、反射率の高い樹脂にて成形された枠体が接するように配置されている場合も同様の効果を得ることができる。

本発明の実施例１における光学式タッチパネルの概略構成を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における導光板のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例２における光学式タッチパネルの概略構成を示す平面図である。 本発明の実施例１の導光板の動作を説明するための図である。 本発明の実施例３における光学式タッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例３の導光板を示し、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。 本発明の実施例３の導光板の正面図である。 従来の光学式タッチパネルの構成を示す図である。

符号の説明

１１ 表示画面
１１ａ、１１ｂ 発光辺
１１ｃ、１１ｄ 受光辺
１２ 発光素子（ＬＥＤ）
１３ 受光素子
１４、１７、２４、２７ 導光板
１４ａ、１７ａ、２４ａ、２７ａ 受光面
１４ｂ、１７ｂ、２４ｂ、２７ｂ 反射面
１４ｃ、１７ｃ、２４ｃ、２７ｃ 照射面
１４ｄ 上面
１４ｅ 下面
１５、１８、２５、２８ 光反射層
１６、１９、２６、２９ 凹部
３４、３７ 導光板
３４ａ、３７ａ 受光面
３４ｂ、３７ｂ 第１の反射面
３４ｃ、３７ｃ 第２の反射面
３４ｄ、３７ｄ 照射面
３４ｅ 上面
３４ｆ 側面
３５ 光反射層
１０１ 表示画面
１０１ａ、１０１ｂ 発光辺
１０１ｃ、１０１ｄ 受光辺
１０２ 発光素子
１０３ 受光素子
１０８ 遮蔽物体
１０９ 制御回路
１１０ 処理回路

Claims (6)

1. 矩形の表示画面の隣り合う２辺の発光辺に設ける光を照射する発光素子と、上記表示画面の残りの２辺の受光辺に沿って設ける前記光を受光する受光素子とを備え、それぞれ対向する発光素子と受光素子との間に置かれた遮光物体を検出し、該遮光物体の位置の直交座標を位置情報として出力する光学式タッチパネルにおいて、
   前記表示画面の角部付近に設けられ点光源からなる発光素子と、前記２辺の発光辺にそれぞれ設けられ前記発光素子から照射される光を導光し前記受光辺の受光素子に光を照射する導光板とを有することを特徴とする光学式タッチパネル。
2. 前記導光板は前記発光素子から照射される光を入射する受光面と、入射した光を反射する反射面と、該反射面で反射された光を前記受光素子に照射する照射面とを有し、該照射面は前記表示画面に垂直かつ前記表示画面の近接した辺に平行をなし、前記反射面は略逆Ｊ状曲面からなることを特徴とする請求項１記載の光学式タッチパネル。
3. 前記導光板は前記発光素子から照射される光を入射する受光面と、導光板の下面側に設けられ入射した光を上方に反射する第１の反射面と、前記導光板の上方に設けられ前記第１の反射面で反射された光をさらに反射させる第２の反射面と、該第２の反射面で反射された光を前記受光素子に照射する照射面とを有し、該照射面は前記表示画面に垂直かつ前記表示画面の近接した辺に平行をなし、前記第１の反射面は略逆Ｊ状曲面からなり、前記第２の反射面は前記第１の反射面における反射光の光軸に対して４５度の傾斜角を有する斜面からなることを特徴とする請求項１記載の光学式タッチパネル。
4. 前記導光板は受光面に略円弧状の凹部を有し、該凹部に前記発光素子が近接配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光学式タッチパネル。
5. 前記導光板は高反射性を有する光反射層を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光学式タッチパネル。
6. 前記２辺の発光辺の端部が互いに当接する角部付近に一つの発光素子が配置され、該一つの発光素子が前記２辺の発光辺に設けるそれぞれの導光板に光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学式タッチパネル。

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