JP2014016939A - 導光ユニット、導光ユニットを備える光学式タッチパネル、および光学式タッチパネルを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い操作性と良好な押圧感触を発揮する導光ユニットを提供する。
【解決手段】一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第一導光路２１および隣り合う第一導光路２１の間を仕切る第一仕切板２２を備える第一層と、ディスプレイ１１の上方から見て第一導光路２１と立体交差する位置関係にあって一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第二導光路３１および隣り合う第二導光路３１の間を仕切る第二仕切板３２を備える第二層とを積層して成り、第一層の上面、第二層の下面、第一層と第二層との境界面に、それぞれ透光性を有する透光板２０，３０，４０を備え、第一導光路２１の上面と透光板２０との間、第一導光路２１の下面と透光板３０との間、第二導光路３１の上面と透光板３０との間、第二導光路３１の下面と透光板４０との間の少なくともいずれか１つに空気層５０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、導光ユニット、導光ユニットを備える光学式タッチパネル、および光学式タッチパネルを備える電子機器に関する。

近年、ディスプレイ上に触れることにより電子機器を操作可能なタッチパネルは、スマートフォンおよびタッチパッドのような電子機器の入力手段として広く利用されている。タッチパネルにおける検出方式は、抵抗膜方式、静電容量方式（表面型と投影型がある）および光学方式に大別される。これらの検出方式の内、静電容量方式、特に投影型静電容量方式は、高精度でかつマルチタッチを可能とすることから、検出方式の主流となっている。しかし、投影型静電容量方式は、透明な導電材料による電極パターンを形成する必要があるため、ディスプレイが大型化すれば、抵抗値が増大し、あるいは量産性が低くなるという欠点もある。かかる欠点から、投影型静電容量方式は、概ね１２インチ未満のディスプレイに利用されるに留まり、それ以上に大きなディスプレイへの利用は困難となっている。

これに対して、光学方式は、静電容量方式と異なり、大型のディスプレイに利用可能な検出方式である。光学方式には複数の検出方式があるが、赤外線イメージセンサにて三角測量によってディスプレイ上のタッチ位置を検出する赤外線光学イメージング方式が多く採用されている。赤外線光学イメージング方式は、赤外線の発光部と受光部のセットを画面のＸ方向両端およびＹ方向両端に備え、ディスプレイ表面近傍の空間をつなぐ光を遮った位置を検出するものである。このため、赤外線光学イメージング方式では、ディスプレイに直接指を触れなくても、さらには操作者が手袋等をはめた状態であるいは絶縁性のタッチペン等を使用して操作しても、マルチタッチの入力が可能である。また、赤外線光学イメージング方式は、ディスプレイに直接触れずに操作を可能にするために耐久性に優れ、また、電気抵抗と無関係に検出する方式であるために大型のディスプレイに利用可能である。

しかし、赤外線光学イメージング方式にも次のような欠点がある。赤外線光学イメージング方式は、赤外線を遮ることによりその遮った位置を検出する方式であるため、ディスプレイの表面に指を近づけただけで入力が行われることも少なくない。その結果、操作性に劣り、操作者の意図に反する入力がなされる場合も生じる。さらに、ディスプレイの外周部に発光部および受光部などの光学部品を配置するためのスペースを確保する必要から、ディスプレイ外周のフレーム部分が太くなるという問題もある。かかる問題を解決するため、例えば、発光部と受光部とをディスプレイの表面に極力近づけて配置すると共に、導波路によりディスプレイの外周のフレームの省スペース化を図る構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−０２０５１９号公報（特に、図２および図３）

しかし、上記の従来の構成を用いても、光学方式の検出方式は、未だ解決できない課題を有する。それは、押圧式のキーが備える高い操作性と確実な入力を実現できないことである。赤外線の発光部と受光部とをディスプレイの表面に極力近づけても、操作者がディスプレイに接触する前に赤外線を遮ることになる。このため、操作者の入力意思に反して入力が実行される。また、操作者は、入力したい位置を押圧する感触を持つことができないという問題もある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、高い操作性と良好な押圧感触を発揮する導光ユニット、当該導光ユニットを備える光学式タッチパネル、および光学式タッチパネルを備える電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一形態は、ディスプレイからの映像を、その厚さ方向に透過可能な導光ユニットであって、一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第一導光路および隣り合う第一導光路の間を仕切る第一仕切板を備える第一層と、ディスプレイの上方から見て第一導光路と立体交差する位置関係にあって一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第二導光路および隣り合う第二導光路の間を仕切る第二仕切板を備える第二層とを積層して成り、第一層の上面、第二層の下面、第一層と第二層との境界面に、それぞれ透光性を有する透光板を備え、第一仕切板および第二仕切板を、それぞれ第一導光路内および第二導光路内を通光する光の透過を低減させる仕切板とし、第一導光路の上面と透光板との間、第一導光路の下面と透光板との間、第二導光路の上面と透光板との間、第二導光路の下面と透光板との間の少なくともいずれか１つに空気層を備える導光ユニットである。

本発明の別の形態は、さらに、透光板と第一導光路または第二導光路とを接触させて空気層を介在させない箇所を設け、透光板を、それに接する第一導光路または第二導光路の屈折率より低い屈折率を有する低屈折材にて形成する導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、透光板を、シリコーン系若しくはフッ素系のエラストマーにて形成する導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、第一導光路および第二導光路を、シリコーンゴム若しくはウレタンゴムから構成する導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、仕切板を、主として、シリコーンゴム若しくはウレタンゴムから構成する導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、仕切板を、その内部に遮光材を分散する遮光性エラストマーから構成する導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、仕切板を、それぞれ第一導光路の少なくとも内壁側または第二導光路の少なくとも内壁側に遮光層を備える導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、仕切板を、それに隣接する第一導光路あるいは第二導光路の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材から構成する導光ユニットである。

本発明の一形態は、上述のいずれかの導光ユニットと、その一方の端面側に配置されると共に導光ユニットに向けて発光する１または複数の発光部と、導光ユニットの他方の端面側に配置されると共に発光部から導光ユニットの内部を通光する光を受光する複数の受光部とを備える光学式タッチパネルである。

本発明の別の形態は、導光ユニットの下方にディスプレイをさらに配置して成る光学式タッチパネルである。

本発明の一形態は、上述のいずれかの光学式タッチパネルを備える電子機器である。

本発明によれば、操作者に、高い操作性と良好な押圧感触を提供することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る電子機器の平面図を示す。 図２は、図１の電子機器のＡ−Ａ線概略断面図を示す。 図３は、図２の導光ユニット、ディスプレイ、発光部および受光部の領域を拡大した拡大断面図を示す。 図４は、図１のＢ−Ｂ線断面であって、図３と同様の領域を拡大した拡大断面図を示す。 図５は、図４の導光ユニットの一部拡大断面図を示す。 図６は、図２に示す導光ユニットおよびディスプレイの部分を抜き出した斜視図を示す。 図７は、図６に示す構成に、発光部および受光部を加えた光学式タッチパネルの概略平面図を示す。 図８は、図６に示す導光ユニットの外側表面を指Ｆで押圧操作したときの状況の斜視図を示す。 図９は、図８中の領域Ｃを厚さ方向に切り出し、第一層近傍を拡大して示す一部拡大断面図を示す。 図１０は、図５に示す仕切板の変形例を用いた導光ユニットの一部拡大断面図を示す。 図１１は、第二実施形態において、図５と同様の領域を拡大した拡大断面図を示す。 図１２は、第三実施形態において、光学式タッチパネルを組み立てる状態の平面図を示す。 図１３は、図１２に示す光学式タッチパネルを組み立てた後の縦断面図を示す。 図１４は、図１３に示す光学式タッチパネルの変形例の縦断面図を示す。

次に、本発明に係る導光ユニット、光学式タッチパネルおよび電子機器の各実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、導光ユニットおよび光学式タッチパネルの各実施形態は、電子機器の各実施形態の中で説明する。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る電子機器の平面図を示す。図２は、図１の電子機器のＡ−Ａ線概略断面図を示す。

第一実施形態に係る電子機器１は、その外側を覆う筺体２の最も広い面側を開口し、そこに表示と操作とを併せ持つ表示・操作領域３を備える。電子機器１は、好適には、表示・操作領域３とは別の位置に電源スイッチ４を備える。表示・操作領域３は、電子機器１の外側から内方に向かって順に、導光ユニット１０、ディスプレイ１１を積層配置して構成される。電子機器１は、導光ユニット１０の一方の端面側に配置されると共に導光ユニット１０に向けて発光する発光部１２と、導光ユニット１０の他方の端面側に配置されると共に発光部１２から導光ユニット１０の内部を通光する光を受光する受光部１３と、を備える。発光部１２は、導光ユニット１０の一端面に対向する位置に、出光可能な出光窓１４を１つ備える。受光部１３は、導光ユニット１０の他端面に対向する位置に、発光部１２から入光可能な入光窓１５を１つ備える。発光部１２は、導光ユニット１０の互いに対向しない二辺に配置されている。受光部１３も、また、導光ユニット１０の互いに対向しない二辺に配置されている。発光部１２、受光部１３および導光ユニット１０は、光学式タッチパネルを構成する最少構成である。ただし、光学式タッチパネルは、さらに、ディスプレイ１１を備える構成であっても良い。また、光学式タッチパネルは、導光ユニット１０とディスプレイ１１とを最少構成とし、発光部１２および受光部１３をさらに備えても良い。電子機器１は、ディスプレイ１１の裏側に、静止画像や動画等をディスプレイ１１に表示させるための回路基板や液晶、外部との通信やデータ記録を可能とする電子機器を搭載した回路基板に代表される種々の構成部１６を備える。当該構成部１６は、電子機器１の種類、機能によって変わり、また、本発明と関係なく、公知の構成を用いることもできることから、ここではその説明を省略する。

導光ユニット１０は、ディスプレイ１１からの映像を、その厚さ方向に透過可能であると共に、発光部１２からの光を一端側から内部を通って他端側の受光部１３へと通光させる構成部材である。導光ユニット１０は、後述するように、発光部１２から受光部１３に向かう導光路を互いに立体交差させることができるように、最も外側に位置する第一層と、当該第一層の内方に配置される第二層とを積層配置して成る。各層の構成については後ほど詳述する。導光ユニット１０は、ディスプレイ１１の方向（内方若しくは下方という）に押し込むことができるように柔軟性に富み、かつ押し込みを解除すれば元の状態に戻る弾性にも富む。特に言及すべき特徴としては、導光ユニット１０は、ガラスや硬質樹脂のような公知の構成部材よりも柔軟性に富む。ディスプレイ１１は、その裏側から表示される映像を単に透過する構成部材でも良く、また、それ自体が映像を表示する有機ＥＬに代表される構成部材でも良い。さらに、ディスプレイ１１は、ガラス、樹脂など、如何なる材料で構成されていても良い。この実施形態では、導光ユニット１０およびディスプレイ１１は、ともに、薄厚であって平面視にて矩形の形態を有する。しかし、導光ユニット１０およびディスプレイ１１の平面視における各形態は、矩形に限定されず、三角形、五角以上の多角形、円形あるいは楕円形であっても良い。さらに、この実施形態では、導光ユニット１０の平面は、ディスプレイ１１のそれに比して大きいが、ディスプレイ１１と同一若しくは若干小さくても良い。

発光部１２の好適な例は、赤外線を発する赤外線ＬＥＤであるが、これに限定されるものではなく、赤外線以外の光（例えば、可視光あるいは紫外線）を発するＬＥＤでも良い。また、ＬＥＤ以外の発光手段（例えば、フィラメント等の発熱部材を備えたもの）を用いても良い。受光部１３についても、発光部１２からの光を受光できる限り、その種類を問わない。

図３は、図２の導光ユニット、ディスプレイ、発光部および受光部の領域を拡大した拡大断面図を示す。図４は、図１のＢ−Ｂ線断面であって、図３と同様の領域を拡大した拡大断面図を示す。

光学式タッチパネル５の一構成部材である導光ユニット１０は、その一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第一導光路２１および隣り合う第一導光路２１，２１の間を仕切る第一仕切板２２を備える第一層と、ディスプレイ１１の上方から見て第一導光路２１と立体交差する位置関係にあって一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第二導光路３１および隣り合う第二導光路３１，３１の間を仕切る第二仕切板３２を備える第二層と、を積層して成る。第一導光路２１および第二導光路３１の外周方向にあってディスプレイ１１からの映像を透過させる上下両方向、すなわち、導光ユニット１０の厚さ方向であって第一層の上面、第一層と第二層との境界面、第二層の下面にそれぞれ透光性を有する透光板２０，３０，４０を備える。上記第一層は、透光板２０と透光板３０とに挟まれている。上記第二層は、透光板３０と透光板４０とに挟まれている。この実施形態では、導光ユニット１０を平面視にて矩形としているため、互いに対向する二辺に、複数の発光部１２と複数の受光部１３とがそれぞれ配置されている。第一導光路２１と第二導光路３１とは、導光ユニット１０の厚さ方向にずれた位置にて互いに直交する。しかし、導光ユニット１０の平面視の形状に応じて、第一導光路２１と第二導光路３１とを、平面視にて直角以外の別の角度で立体交差するように構成しても良い。

第一導光路２１および第二導光路３１は、ガラス、樹脂、ゴムなどの任意の材料から構成できるが、それら２１，３１の内部において通光可能とし、かつディスプレイ１１側から発光される光を外方向に透過させる必要から、透光性材料にて構成される。第一導光路２１および第二導光路３１は、好ましくは、それ自体が柔軟性に富む透光性エラストマーにて形成される。透光性エラストマーとしては、例えば、スチレン系、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系などの透明なエラストマーを好適に使用でき、特に、柔軟性に富み、熱や紫外線による劣化の少ないシリコーンゴムを好適に使用できる。ただし、後述するように、透光板２０の上方から押し込んだ際に、空気層５０が潰れた位置を押圧位置として特定できれば良く、必ずしも、第一導光路２１および第二導光路３１は、それ自体が柔軟性に富む材料で構成されることを要しない。第一導光路２１および第二導光路３１を構成する透光性材料は、発光量に対する受光量の比率（透光率）の多寡を問わない。ただし、出射光量×１００／入射光量にて算出される光透過率（％）は、８５％以上であるのが好ましい。第一導光路２１を構成する透光性材料と第二導光路３１を構成する透光性材料とを同一材料としても、あるいは異なる材料としても良い。例えば、第一導光路２１と第二導光路３１とを、ともにシリコーンゴムで構成し、あるいはともにウレタンゴムで構成することもできる。また、第一導光路２１をシリコーンゴムで構成し、第二導光路３１をウレタンゴムで構成することもでき、あるいはその逆の構成にしても良い。

第一仕切板２２および第二仕切板３２は、それぞれ第一導光路２１内および第二導光路３１内を通光する光の透過を低減させる仕切板である。第一仕切板２２および第二仕切板３２は、樹脂、ゴム等の如何なる材料から構成されても良いが、導光ユニット１０を上方から押圧した際に、第一層および第二層にその押圧を良好に伝達でき、ユーザに押圧する感触を与えるには、柔軟性に富むエラストマーにて構成する方が好ましい。第一仕切板２２および第二仕切板３２は、特に好ましくは、主として、シリコーンゴム若しくはウレタンゴムから成る。また、第一仕切板２２および第二仕切板３２は、それぞれ、第一導光路２１および第二導光路３１内を通光する光をそれぞれの隣の第一導光路２１および第二導光路３１に透過させるのを低減する機能を有する必要がある。この必要から、第一仕切板２２および第二仕切板３２は、好ましくは、その内部に、後述する遮光材５２を分散する遮光性エラストマーから成る。

透光板２０，３０，４０は、ディスプレイ１１からの映像（その実体は、光）を透過させるのに十分な透光性を有する材料であれば、樹脂、ゴム、ガラス等の如何なる材料から構成しても良い。第一導光路２１と透光板２０，３０との各間には、空気層５０が設けられている。また、第二導光路３１と透光板３０，４０との各間にも、空気層５０が設けられている。空気層５０は、屈折率＝１．０の層であり、第一導光路２１および第二導光路３１の屈折率よりも低い屈折率を有する層である。このため、第一導光路２１内から、第一導光路２１と空気層５０との境界面に全反射の臨界角以上の入射角で入射した光は、当該境界面で反射して第一導光路２１に戻る。第二導光路３１内の光も同様である。なお、空気層５０に替えて、窒素あるいはアルゴン等の空気以外の気体を封入した層の他、第一導光路２１および第二導光路３１の屈折率より低い屈折率を有する層である限り、水（屈折率＝１．３３）あるいはエチルアルコール（屈折率＝１．３６）を封入した層を形成しても良い。このように、第一導光路２１および第二導光路３１の上下方向の面に低屈折率層を配置することにより、発光部１２から第一導光路２１および第二導光路３１に入った光（好ましくは、赤外線）は、光量損失が少ない状態で受光部１３に受光される。空気層５０は、第一導光路２１および第二導光路３１のクラッド層としての機能を発揮するため、透光板２０，３０，４０は、必ずしも、第一導光路２１および第二導光路３１をそれぞれ構成する材料より低い屈折率を有する材料にて構成することを要しない。また、後述するように、透光板２０の上方から押し込んだ際に、空気層５０が潰れた位置を押圧位置として特定できれば良く、透光板２０，３０，４０は、必ずしも、柔軟性に富む材料から構成されていなくても良い。本明細書では、「屈折率」は、好適には、ＪＩＳ Ｋ ７１４２あるいはＪＩＳ Ｋ ７１０５に基づいて測定される。屈折率は、同一条件で測定される限り、いかなる測定方法で求められるものでも良い。

図３および図４に示すように、各第一導光路２１および各第二導光路３１に発光部１２からの光を供給する一方、その上下両側の空気層５０に光をできるだけ供給しないように、発光部１２は、好ましくは、各第一導光路２１および各第二導光路３１の各端面と同じ若しくはそれより小さな出光窓１４を、各第一導光路２１および各第二導光路３１の各端面に対向配置する。また、各第一導光路２１および各第二導光路３１を通光する光を受光する一方、その上下両側の空気層５０からの光をできるだけ受光しないように、受光部１３は、好ましくは、各第一導光路２１および各第二導光路３１の各端面と同じ若しくはそれより小さな入光窓１５を、各第一導光路２１および各第二導光路３１の各端面に対向配置する。

図５は、図４の導光ユニットの一部拡大断面図を示す。

図５に示すように、第一導光路２１および第二導光路３１は、それぞれ第一仕切板２２および第二仕切板３２の高さ方向の長さより短く、かつそれぞれ透光板２０，３０との間および透光板３０，４０との間に空気層５０を介在させて、第一仕切板２２および第二仕切板３２にそれぞれ固定されている。第一仕切板２２および第二仕切板３２は、好適には、その母材となるエラストマーの内部に、光反射材若しくは光吸収材といった遮光材５２を分散して構成される。光反射材としては、金属微粒子、セラミックス微粒子などを例示でき、より具体的には、アルミニウム微粒子、酸化チタン微粒子、酸化鉄微粒子、タルク微粒子などを例示できる。また、光吸収材としては、カーボンブラック等の炭素系微粒子、黒色のセラミックス微粒子などを例示できる。遮光材５２は、球状の他、板状、針状あるいは繊維状のいかなる形状であっても良い。遮光材５２の含有率は、反射機能あるいは吸収機能を発揮し、第一仕切板２２および第二仕切板３２の各板厚方向に光を透過させないような含有率であれば、特に限定されることはないが、仕切板の総重量に対して、好適には１０〜７０重量％の範囲、より好適には３０〜５０重量％の範囲で分散される。

このように、第一導光路２１および第二導光路３１の上下方向（高さ方向）にそれぞれ空気層５０を設けると共に、第一導光路２１および第二導光路３１の左右方向（幅方向）にそれぞれ第一仕切板２２および第二仕切板３２を設けることにより、発光部１２からの光Ｌが第一導光路２１および第二導光路３１内から外に透過し難くなり、第一導光路２１内および第二導光路３１内を通光して受光部１３に受光されやすくなる。また、第一導光路２１自体あるいは第二導光路３１自体を圧縮変形させなくても、透光板２０の上面からの押圧を受けた際に空気層５０が部分的に消失することによって、その消失した位置を検出することが可能となる。このため、より軽いタッチ操作が可能となる。

図６は、図２に示す導光ユニットおよびディスプレイの部分を抜き出した斜視図を示す。図７は、図６に示す構成に、発光部および受光部を加えた光学式タッチパネルの概略平面図を示す。

この実施形態では、発光部１２は、全ての第一導光路２１あるいは全ての第二導光路３１にそれぞれ共有される１個の光源ではなく、各第一導光路２１あるいは各第二導光路３１に個別に通光可能とするように、第一導光路２１の数あるいは第二導光路３１の数と同じ数だけ配置される。ただし、各第一導光路２１あるいは各第二導光路３１と同じ数の出光窓１４を対向配置できるのであれば、発光部１２は、複数の第一導光路２１あるいは複数の第二導光路３１に共有する光源であっても良い。一方、第一導光路２１を通光する光（図６中の点線矢印）を受光する受光部１３は、導光ユニット１０の一辺（図７中の右辺）に、第一導光路２１の各端面に対向させて、第一導光路２１の数と同じ数だけ配置されている。同様に、第二導光路３１を通光する光（図６中の点線矢印）を受光するための受光部１３は、図７中の上辺に、第二導光路３１の各端面に対向させて、第二導光路３１の数と同じ数だけ配置されている。

図６に示すように、第一導光路２１の各端面に対向配置される１個の発光部１２からの光（好ましくは赤外線）は、第一導光路２１をそれぞれ通光して、各第一導光路２１を挟んで各発光部１２と対向配置される各受光部１３に受光される。同様に、第二導光路３１の各端面に対向配置される１個の発光部１２からの光（好ましくは赤外線）は、第二導光路３１をそれぞれ通光して、各第二導光路３１を挟んで各発光部１２と対向配置される各受光部１３に受光される。

一方、ディスプレイ１１から導光ユニット１０の方向に出光する映像の光（図６中の矢印I）は、透光板４０、第二導光路３１、透光板３０、第一導光路２１、透光板２０を順に通って、外方向に出光する。第一仕切板２２および第二仕切板３２は、光Iをほとんど若しくは全く透過させないが、第一仕切板２２および第二仕切板３２の各幅を、第一導光路２１および第二導光路３１の各幅より小さくすることにより、第一仕切板２２および第二仕切板３２によって光Iを遮られても、ユーザはディスプレイ１１からの映像を十分に視認することができる。

図８は、図６に示す導光ユニットの外側表面を指Ｆで押圧操作したときの状況の斜視図を示す。図９は、図８中の領域Ｃを厚さ方向に切り出し、第一層近傍を拡大して示す一部拡大断面図を示す。

ユーザが指Ｆを導光ユニット１０の最外面にある透光板２０の一部に触れて下方（図９中の白抜矢印の方向）に向かって押圧すると、その一部近傍において、導光ユニット１０の第一層および第二層が下方に押し込まれて変形する。ここで、透光板２０の互いに直角の二辺をそれぞれＸ方向およびＹ方向とすると、指Ｆの押圧位置において、透光板２０の直下にある空気層５０と第一導光路２１の直下の空気層５０が潰れる。同様に、第二層にある第二導光路３１の上下にある空気層５０が潰れる。この結果、特定の第一導光路２１および特定の第二導光路３１から透光板２０，３０，４０に光拡散が生じて、特定の第一導光路２１および特定の第二導光路３１を通光する各光量が、押圧前と比して低下する。これによって、特定の第一導光路２１および特定の第二導光路３１を通光する各光を受光する特定の受光部１３，１３において検出光量に変化が生じ、押圧位置を判別できる。なお、上記の機構は、第一導光路２１および第二導光路３１の各上下方向にある４つの空気層５０が全て潰れる例であるが、透光板２０，３０，４０、第一仕切板２２、第二仕切板３２、第一導光路２１および第二導光路３１の各材料の選択によって、全ての空気層５０が潰れなくても良く、第一導光路２１の上下方向少なくともいずれか一方の空気層５０と、第二導光路３１の上下方向少なくともいずれか一方の空気層５０が潰れて押圧検出されても良い。さらには、光量の減少の閾値の設定によっては、空気層５０が完全に潰れずに、狭まるだけで押圧位置を検出するようにもできる。

押圧位置の判別は、受光部１３からの信号を受ける電子機器１内のＣＰＵによって行われる。透光板２０の押し込みによって光量の減る第一導光路２１および第二導光路３１がそれぞれ１つではなく、複数個存在する場合には、ＣＰＵは、最も光量の減少率の大きい第一導光路２１および第二導光路３１を選択し、押圧位置を決定することができる。押圧前における各受光部１３の受光量は、第一導光路２１および第二導光路３１を構成する材料の変質、汚れ、変形等に起因して経時変化し得る。このため、電子機器１内のＣＰＵは、好ましくは、電子機器１内のメモリに、定期的に、押圧前の受光部１３による受光量を記憶する更新処理を実行する。また、その更新処理は、例えば、電子機器１の電源スイッチ４をオンにした直後に行うと良い。加えて、受光量の減少を検知することで、指Ｆによる押圧あるいはタッチペンによる筆圧を検出することもできる。これにより、例えば、押圧がある閾値を超えた場合に、ＣＰＵの処理を通じて、ディスプレイ１１に表示されるカーソルの速度を大きくし、あるいはタッチペンを使用する場合には線の太さを変えることも可能である。

ユーザが指Ｆを透光板２０上にタッチして押し込む際に、押圧操作の感触をより良くするためには、透光板２０，３０，４０を柔軟性に富む透光性エラストマーにて構成する方が好ましい。しかし、指Ｆを透光板２０の上から押し込んだ際に、その押し込み位置における第一導光路２１がその直下の空気層５０を潰して、さらにその直下の透光板３０を押し込み方向に容易に変形させるには、少なくとも、透光板２０および透光板３０は、エラストマーにて構成するのが好ましい。透光板は、エラストマーにて構成される場合、例えば、シリコーンゴム、フッ素系のエラストマー、ＴＰＵ、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ポリスルフィドゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム等にて構成することができる。空気層５０などを光屈折層とする場合は、第一導光路２１あるいは第二導光路３１の屈折率より低い屈折率を有する材料にて透光板２０，３０，４０を構成する必要が無く、透光板２０，３０，４０を構成する材料の選択範囲が拡大し、透明性や耐久性などを向上させやすい。なお、透光板２０の表面に、防傷、異物付着防止などを目的とした透光性の層を形成しても良い。

図１０は、図５に示す仕切板の変形例を用いた導光ユニットの一部拡大断面図を示す。

図１０に示す導光ユニット１０ａでは、第一仕切板２２および第二仕切板３２は、それらの内部に遮光材５２を分散させた遮光性エラストマーではなく、それらの側壁に遮光層５３を備えるものである。具体的には、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２は、第一導光路２１あるいは第二導光路３１の各内壁側に、上記遮光材５２を含む光吸収層若しくは光反射層として機能する遮光層５３を形成している。遮光層５３は、印刷、浸漬、塗布あるいは蒸着など公知の膜形成手法にて形成できる。蒸着法により遮光層５３を形成する場合、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロムあるいはそれらの内の少なくとも１種を含む合金をＰＥＴあるいはＰＥＮのフィルム上に蒸着したものを両面または片面貼り合わせ、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２とすることができる。また、遮光層５３は、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２の内部に形成しても良い。すなわち、遮光層５３は、第一仕切板２２および第二仕切板３２の少なくとも幅方向に光を透過させにくくする位置に形成されている限り、第一仕切板２２および第二仕切板３２の側壁に限定されず、それらの幅方向内部に形成されていても良い。また、遮光層５３を第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２に形成する場合には、発光部１２側の端面若しくは当該端面より内部であって当該端面に略平行な面にも、遮光層５３を形成するのが好ましい。発光部１２からの光が発光部１２と対向する面から第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２の内部に入って受光部１３に受光されるのを有効に防止するためである。

図１０に示すように、第一導光路２１（あるいは第二導光路３１）の上下方向に空気層５０を配置し、第一導光路２１（あるいは第二導光路３１）の左右方向に遮光層５３を備える第一仕切板２２（あるいは第二仕切板３２）を配置することにより、発光部１２からの光が空気層５０にて反射し、第一仕切板２２（あるいは第二仕切板３２）にて反射され若しくは一部吸収されながら、第一導光路２１（あるいは第二導光路３１）内をその長さ方向に効率良く通光させることができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態に係る導光ユニット、光学式タッチパネルおよび電子機器について説明する。ただし、第二実施形態の説明において、第一実施形態と共通する構成については、同一の番号を付してその説明を簡略化若しくは省略する。第二実施形態に係る電子機器は、導光ユニット１０ｂの形態以外の構成を第一実施形態に係る電子機器１と同一としており、図１に示す形態と同一の形態を備える。このため、以下の説明において、第二実施形態に係る電子機器に対しても、第一実施形態に係る電子機器と同様、符号「１」を付す。

図１１は、第二実施形態において、図５と同様の領域を拡大した拡大断面図を示す。

第二実施形態に係る電子機器１に備える導光ユニット１０ｂは、第一実施形態に係る導光ユニット１０，１０ａと異なり、第一導光路２１および第二導光路３１の各上方にのみ空気層５０を備える。第一導光路２１の下方は、空気層５０を介在せず、透光板３０と接する。同様に、第二導光路３１の下方は透光板４０と接する。透光板２０の上方から押圧すると、透光板２０および透光板３０は、一点鎖線で示すように変形し、それらの直下にある空気層５０を潰す。このため、特定の第一導光路２１内および特定の第二導光路３１をそれぞれ通光する光は、空気層５０との接触箇所にて拡散する。この結果、当該特定の第一導光路２１内および当該特定の第二導光路３１内をそれぞれ通光する各光の光量が低下する。このように、第一導光路２１および第二導光路３１の各上方にのみ空気層５０を設けても、押圧位置の検出が可能となる。

この実施形態のように、空気層５０を第一導光路２１および第二導光路３１の各上方にのみ設ける場合には、透光板３０は第一導光路２１の下面と、透光板４０は第二導光路３１の下面と、それぞれ接する。第一導光路２１内および第二導光路３１内をそれぞれ通光する光の損失をできるだけ低くするには、透光板３０は、第一導光路２１の屈折率より低い屈折率を有する材料で構成されるのが好ましい。同様に、透光板４０は、第二導光路３１の屈折率より低い屈折率を有する材料で構成されるのが好ましい。

また、導光ユニット１０ｂの厚さ方向にある一組の第一導光路２１および第二導光路３１に対して空気層５０を２つ形成する場合であっても、図１１に示す構成と異なり、空気層５０を第一導光路２１および第二導光路３１の各下方にのみ設ける構成、空気層５０を第一導光路２１の上下両方向に設けて第二導光路３１の上下いずれの方向にも設けない構成、あるいは空気層５０を第二導光路３１の上下両方向に設けて第一導光路２１の上下いずれの方向にも設けない構成を採用しても良い。また、一組の第一導光路２１および第二導光路３１に対して空気層５０を３つ形成しても良く、その場合、空気層５０を第一導光路２１の上下両方向と第二導光路３１の上方にのみ設ける構成、空気層５０を第一導光路２１の上下両方向と第二導光路３１の下方にのみ設ける構成、空気層５０を第二導光路３１の上下両方向と第一導光路２１の上方にのみ設ける構成、あるいは空気層５０を第二導光路３１の上下両方向と第一導光路２１の下方にのみ設ける構成を採用しても良い。さらに、一組の第一導光路２１および第二導光路３１に対して空気層５０を１つ形成しても良く、第一導光路２１の上方にのみ設ける構成、第一導光路２１の下方にのみ設ける構成、第二導光路３１の上方にのみ設ける構成、あるいは第二導光路３１の下方にのみ設ける構成を採用しても良い。このように、空気層５０は、第一導光路２１の上面および下面、第二導光路３１の上面および下面の内の少なくとも一面に形成することができる。これらの場合、第一導光路２１あるいは第二導光路３１と接する透光板２０，３０，４０の内の１以上を、それに接する第一導光路２１あるいは第二導光路３１の屈折率より低い屈折率を有する材料にて構成し、第一導光路２１内あるいは第二導光路３１内を通光する各光の光量損失を低減するようにするのがより好ましい。

例えば、第一導光路２１と透光板３０とが接する場合には、第一導光路２１を構成する材料の屈折率＞透光板３０の屈折率の関係となるように、透光板３０の材料を設計すると良い。第一導光路２１の材料をシリコーンゴム（屈折率＝約１．４０）とする場合には、透光板３０を シリコーンゴムより屈折率が低く透明で柔軟性を有するフッ素系エラストマーにて構成するのが好ましい。透明で柔軟性を有するフッ素系エラストマーとしては、一例として、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ、屈折率＝１．３４）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ、屈折率＝１．３４）をより好適に用いることができる。また、第一導光路２１の材料をウレタンゴム、特に熱可塑性ウレタンゴム（屈折率＝約１．５０〜１．５５）とする場合には、透光板３０の材料として、上記フッ素系樹脂に加え、シリコーンゴム（屈折率＝約１．４０）も用いることもできる。

＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態に係る導光ユニット、光学式タッチパネルおよび電子機器について説明する。ただし、第三実施形態の説明において、第一実施形態と共通する構成については、同一の番号を付してその説明を簡略化若しくは省略する。

図１２は、第三実施形態において、光学式タッチパネルを組み立てる状態の平面図を示す。図１３は、図１２に示す光学式タッチパネルを組み立てた後の縦断面図を示す。

第三実施形態に係る電子機器では、光学式タッチパネル５ｃの構成を第一実施形態に係る電子機器１の光学式タッチパネル５と異なる構成にしており、具体的な相違点は、
（ａ）第三実施形態における導光ユニット１０ｃを、平板形状ではなく、操作面側を凸にする湾曲形状として、下方に端面を向けた形状としていることと、
（ｂ）第三実施形態では、発光部１２と受光部１３とを備える枠体６５の互いに直角となる二辺上方に出光窓１４，１４を、別の二辺上方に入光窓１５，１５をそれぞれ備え、導光ユニット１０ｃの下向きの端面から光の出入りを可能としていることである。

導光ユニット１０ｃは、第一実施形態に係る導光ユニット１０の四辺近傍を下向きに曲げた湾曲形状を有する。第一導光路２１および第二導光路３１は、それぞれ、導光ユニット１０ｃの一辺側の下端から当該一辺の対向辺側の下端までを繋ぐ。導光ユニット１０ｃの四辺下端とそれぞれ対向する辺を持つ四角いリング形状の枠体６５は、発光部１２と受光部１３とを互いに対向する辺に備える。枠体６５は、その互いに直角となる二辺上方に出光窓１４，１４を、別の二辺上方に入光窓１５，１５をそれぞれ備える。この実施形態では、発光部１２および受光部１３は、それぞれ１個ずつの出光窓１４および入光窓１５を備える。発光部１２および受光部１３は、それぞれ、各辺において、第一導光路２１および第二導光路３１の数と同数設けられる。

ディスプレイ１１は、枠体６５の内側領域に配置されている。導光ユニット１０ｃは、枠体６５の上面からディスプレイ１１を覆う形状を有する。導光ユニット１０ｃは、第一導光路２１、第二導光路３１および透光板２０，３０，４０を透光性材料にて形成しているため、ディスプレイ１１からの映像の光を外部に透過させることができる。また、発光部１２と受光部１３とを内蔵する枠体６５の外形を導光ユニット１０ｃの外形とほぼ同一とすることができるので、導光ユニット１０ｃのさらに外側に、発光部１２および受光部１３を配置するためのスペースを確保する必要がない。したがって、電子機器の片面側に設けられる表示・操作領域３をより広くできる。

図１４は、図１３に示す光学式タッチパネルの変形例の縦断面図を示す。

図１４に示す光学式タッチパネル５ｄは、図１３に示す光学式タッチパネル５ｃの導光ユニット１０ｃと類似する湾曲形状の導光ユニット１０ｄを備えると共に、発光部１２および受光部１３をディスプレイ１１の下方に配置する。導光ユニット１０ｄは、発光部１２および受光部１３からディスプレイ１１を覆う形状を有する。具体的には、ディスプレイ１１の下方に制御部７０を配置し、制御部７０の外側面の互いに直角となる二辺に複数の発光部１２を、別の二辺に複数の受光部１３をそれぞれ配置し、発光部１２の側面に出光窓１４を、受光部１３の側面に入光窓１５を備える。導光ユニット１０ｄの四辺各端面は、出光窓１４および入光窓１５に対向する位置にそれぞれ配置されている。この実施形態では、発光部１２および受光部１３は、それぞれ１個の出光窓１４および入光窓１５を備える。発光部１２および受光部１３は、それぞれ、第一導光路２１および第二導光路３１の数と同数設けられている。

導光ユニット１０ｄは、第一導光路２１、第二導光路３１および透光板２０，３０，４０を透光性の材料にて形成しているため、ディスプレイ１１からの映像の光を外部に透過させることができる。また、発光部１２と受光部１３とをディスプレイ１１の下方に配置しているため、導光ユニット１０ｄのさらに外側に、発光部および受光部を配置するためのスペースを確保する必要がない。したがって、電子機器の片面側に設けられる表示・操作領域３をより広くできる。

＜その他の実施形態＞
先に説明した各実施形態は、本発明の好適な実施形態の例示に過ぎず、本発明に係る導光ユニット、それを備える光学式タッチパネル、および当該光学式タッチパネルを備える電子機器は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、種々変形実施可能である。

例えば、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２は、それに隣接する第一導光路２１あるいは第二導光路３１のそれぞれの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材から構成され、遮光材５２の分散あるいは遮光層５３の形成を行わないものでも良い。かかる場合、第一導光路２１あるいは第二導光路３１の各側面に低屈折材から成るクラッド層が隣接されることになるため、第一導光路２１内あるいは第二導光路３１内を通光する各光の光量の損失を低減できる。また、第一導光路２１あるいは第二導光路３１を発光部１２と受光部１３との間に固定できることを条件に、空気層５０を、第一導光路２１と第一仕切板２２との間、または第二導光路３１と第二仕切板３２との間に形成しても良い。また、第一導光路２１または第二導光路３１の上面または下面にそれより高い屈折率を有する透光板２０，３０または４０が配置され、かつ空気層５０を介在させない場合には、当該透光板２０，３０または４０と第一導光路２１または第二導光路３１との間に、第一導光路２１あるいは第二導光路３１の各屈折率より低い屈折率を有する接着層を介在させることもできる。例えば、第一導光路２１をＴＰＵで構成し、透光板３０をＴＰＵの屈折率より高い屈折率を有するアクリル樹脂で構成する場合、第一導光路２１と透光板３０との間に、ＴＰＵの屈折率より低い屈折率を有するシリコーンゴム製の接着層を介在させることができる。

上述の第一実施形態、第二実施形態および第三実施形態の各構成は、互いに組み合わせることもできる。例えば、第一実施形態における導光ユニット１０ａ（図１０を参照）を構成する遮光層５３付きの第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２を、第二実施形態に係る導光ユニット１０ｂあるいは第三実施形態に係る導光ユニット１０ｃ，１０ｄに採用しても良い。また、第二実施形態における導光ユニット１０ｂ（図１１を参照）の構造を、第三実施形態に係る導光ユニット１０ｃ，１０ｄに採用しても良い。

第一層と第二層の各構成を同一とせずに異なる構成としても良い。例えば、第一仕切板２２に遮光層５３を形成する一方、第二仕切板３２に光吸収材を分散若しくはそれを含む遮光層５３を形成し、あるいはその逆の形成を行っても良い。さらに、第一導光路２１の材料と第二導光路３１の材料を異なる材料としても良い。また、第一仕切板２２の材料と第二仕切板３２の材料を異なる材料としても良い。透光板２０，３０，４０も、全て同一材料で構成しても良く、それらの内の少なくとも一つの透光板を他の透光板とは別の材料で構成しても良い。

本発明は、ディスプレイの上方からタッチ操作可能な電子機器に利用できる。

１ 電子機器
５，５ｃ，５ｄ 光学式タッチパネル
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 導光ユニット
１１ ディスプレイ
１２ 発光部
１３ 受光部
２０，３０，４０ 透光板
２１ 第一導光路
２２ 第一仕切板（仕切板）
３１ 第二導光路
３２ 第二仕切板（仕切板）
５０ 空気層
５２ 遮光材（一例として、光反射材、光吸収材）
５３ 遮光層（一例として、光反射層、光吸収層）

Claims (11)

1. ディスプレイからの映像を、その厚さ方向に透過可能な導光ユニットであって、
   一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第一導光路および隣り合う当該第一導光路の間を仕切る第一仕切板を備える第一層と、
   上記ディスプレイの上方から見て上記第一導光路と立体交差する位置関係にあって一方の端面側から入光する光を他方の端面側まで導く複数本の第二導光路および隣り合う当該第二導光路の間を仕切る第二仕切板を備える第二層と、
   を積層して成り、
   上記第一層の上面、上記第二層の下面、上記第一層と上記第二層との境界面に、それぞれ透光性を有する透光板を備え、
   上記第一仕切板および上記第二仕切板は、それぞれ上記第一導光路内および上記第二導光路内を通光する光の透過を低減させる仕切板であって、
   上記第一導光路の上面と上記透光板との間、第一導光路の下面と上記透光板との間、上記第二導光路の上面と上記透光板との間、上記第二導光路の下面と上記透光板との間の少なくともいずれか１つに空気層を備える導光ユニット。
2. 前記透光板と前記第一導光路または前記第二導光路とを接触させて前記空気層を介在させない箇所を設け、
   前記透光板を、それに接する前記第一導光路または前記第二導光路の屈折率より低い屈折率を有する低屈折材にて形成することを特徴とする請求項１に記載の導光ユニット。
3. 前記透光板を、シリコーン系若しくはフッ素系のエラストマーにて形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光ユニット。
4. 前記第一導光路および前記第二導光路は、シリコーンゴム若しくはウレタンゴムから成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項に記載の導光ユニット。
5. 前記仕切板は、主として、シリコーンゴム若しくはウレタンゴムから成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項に記載の導光ユニット。
6. 前記仕切板は、その内部に遮光材を分散する遮光性エラストマーから成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項に記載の導光ユニット。
7. 前記仕切板は、それぞれ前記第一導光路の少なくとも内壁側または前記第二導光路の少なくとも内壁側に遮光層を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の導光ユニット。
8. 前記仕切板は、それに隣接する前記第一導光路あるいは前記第二導光路の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材から成ることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の導光ユニット。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の導光ユニットと、
   その一方の端面側に配置されると共に上記導光ユニットに向けて発光する１または複数の発光部と、
   上記導光ユニットの他方の端面側に配置されると共に当該発光部から上記導光ユニットの内部を通光する光を受光する複数の受光部と、
   を備える光学式タッチパネル。
10. 前記導光ユニットの下方にディスプレイをさらに配置して成る請求項９に記載の光学式タッチパネル。
11. 請求項９または請求項１０に記載の光学式タッチパネルを備える電子機器。

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