JP2014021576A - 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、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。
【解決手段】ディスプレイ１１からの映像を、その厚さ方向に透過可能な導光ユニット１０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、第一導光路２１を、透光性エラストマーにて形成し、第一仕切板２２を、第一導光路２１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２１の外周面であって少なくともディスプレイ１１からの映像を透過させる上下両面には、透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板２０，３０を１または複数備える導光ユニット１０、その導光ユニット１０を備える光学式タッチパネル５に関する。
【選択図】図４

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、Ｘ方向とＹ方向の二方向座標系の面内操作であるかＸ方向のみの直線的な操作であるかを問わず、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、第一導光路を透光性エラストマーにて形成し、第一仕切板を、第一導光路内を通光する光の透過を低減させる仕切板とし、第一導光路の外周面であって少なくともディスプレイからの映像を透過させる上下両面には、透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板を１または複数備える導光ユニットである。

本発明の別の形態は、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を、さらに第一層に積層して備え、第二導光路を透光性エラストマーにて形成し、第二仕切板を、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、第二導光路のそれぞれの外周面であって少なくともディスプレイからの映像を透過させる上下両面には、透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板を１または複数備える導光ユニットである。

本発明の別の形態は、また、透光性低屈折板を、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の内の少なくともいずれか一方を、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、仕切板には、それぞれ第一導光路の少なくとも内壁側および第二導光路の少なくとも内壁側の内の少なくともいずれか一方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、仕切板が透光性低屈折板を兼ね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の下方にディスプレイを配置して成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さらに備え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６は、図５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７は、図５の第一層の拡大図（Ａ）と、当該（Ａ）に示す第一仕切板の変形例を用いた第一層の拡大図（Ｂ）とを、それぞれ示す。 図８は、図５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た拡大図を示す。 図１０は、第二実施形態に係る導光ユニットの図７と同様の拡大図を示す。 図１１は、第二実施形態に係る光学式タッチパネルの概略平面図を示す。 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。 図１５は、本発明の第四実施形態に係る電子機器の斜視図を示す。 図１６は、図１５に示す電子機器の正面図（１６Ａ）と、当該正面図におけるＡ’−Ａ’線部分断面図（１６Ｂ）と、当該正面図におけるＢ’−Ｂ’線部分断面図（１６Ｃ）とを、それぞれ示す。

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。

導光ユニット１０とディスプレイ１１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、さらに発光部１２および受光部１３を備えた構成であっても良い。また、導光ユニット１０、発光部１２および受光部１３とで光学式タッチパネルを構成しても良い。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の外周面であってディスプレイ１１からの映像を透過させる上下両面、すなわち、導光ユニット１０の厚さ方向の面には、合計３枚の透光性低屈折板２０，３０，４０が備えられている。上記第一層は、透光性低屈折板２０と透光性低屈折板３０とに挟まれている。上記第二層は、透光性低屈折板３０と透光性低屈折板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、１つの発光部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。なお、ディスプレイ１１が第二導光路３１よりも低い屈折率を有する場合には、透光性低屈折板４０を備えなくても良い。

第一導光路２１および第二導光路３１は、ともに、透光性エラストマーにて形成される。第一導光路２１および第二導光路３１をそれぞれ構成する透光性エラストマーは、発光部１２からの光およびディスプレイ１１からの光をともに透過する性質を有する。この透光性エラストマーは、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を構成する透光性エラストマーとしては、透光性低屈折板２０および透光性低屈折板３０の各屈折率より高い屈折率を有し、かつ柔軟性に富むものであれば、如何なる材料でも良く、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。同様に、第二導光路３１を構成する透光性エラストマーとしては、透光性低屈折板３０および透光性低屈折板４０の各屈折率より高い屈折率を有し、かつ柔軟性に富むものであれば、如何なる材料でも良く、第一導光路２１の上記好適な材料にて構成することができる。第一導光路２１を構成する透光性エラストマーと第二導光路３１を構成する透光性エラストマーとを同じ材料としても、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り、この実施形態では、好ましくは、その内部に後述の遮光材５２を分散する遮光性エラストマーから成る。第一仕切板２２および第二仕切板３２を主としてエラストマーにて構成するのが好ましいのは、第一導光路２１および第二導光路３１をエラストマーにて構成する理由と一部共通しており、導光ユニット１０の上から押圧したときに、押圧する感触を操作者に与えるに十分な柔軟性を発揮させるためである。加えて、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に透過させるのを防止する機能（遮光機能）を有する必要がある。第一仕切板２２または第二仕切板３２は、例えば、柔軟性に富むシリコーンゴム若しくはウレタンゴムから主に構成することができる。ただし、第一仕切板２２または第二仕切板３２は、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＭＭＡ樹脂等の合成樹脂、あるいは複数の樹脂から成るポリマーアロイ等により構成されても良い。

透光性低屈折板２０，３０は、第一導光路２１を構成する透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性の板状体である。また、透光性低屈折板３０，４０は、第二導光路３１を構成する透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性の板状体である。より好ましくは、透光性低屈折板２０，３０，４０は、第一導光路２１および第二導光路３１を構成する両種透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有する材料から成る。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、エラストマーを被測定物とできるいかなる測定方法で求められるものでも良い。第一導光路２１の屈折率＞透光性低屈折板２０，３０の屈折率の関係となるように透光性低屈折板２０，３０の材料を設計すると、第一導光路２１内を通光する光が透光性低屈折板２０および透光性低屈折板３０から外に透過し難くなり、発光部１２から受光部１３に届く光量が減少し難くなる。同様に、第二導光路３１の屈折率＞透光性低屈折板３０，４０の屈折率の関係となるように透光性低屈折板３０，４０の材料を設計すると、第二導光路３１内を通光する光が透光性低屈折板３０および透光性低屈折板４０から外に透過し難くなる。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、透光性低屈折板２０および透光性低屈折板３０をシリコーンゴムより屈折率の低いフッ素系樹脂にて構成するのが好ましい。フッ素系樹脂は、フッ素系エラストマーの一種である。透明で柔軟性を有するフッ素系樹脂としては、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。第二導光路３１の材料をシリコーンゴム（屈折率＝約１．４０）とする場合も、上記例示の材料にて透光性低屈折板３０および透光性低屈折板４０を構成するのが好ましい。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、透光性低屈折板２０および透光性低屈折板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）を用いることもできる。第二導光路３１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）とする場合も、上記例示の材料にて透光性低屈折板３０および透光性低屈折板４０を構成するのが好ましい。

図５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６は、図５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、複数の第一導光路２１を通光させるための１個の発光部１２は、平面視にて長方形の導光ユニット１０の一辺（図６中の左辺）と略同一の長さを有する細長い形状を有しており、第一導光路２１の各端面に対向して配置されている。また、第二導光路３１を通光させるための１個の発光部１２は、上記一辺と直角に位置する一辺（図６中の下辺）と略同一の長さを有する細長い形状を有しており、第二導光路３１の各端面に対向して配置されている。ただし、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光源でも良い。

一方、第一導光路２１を通光する光（図５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６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５中の点線矢印）を受光するための受光部１３は、図６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５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、複数個並んで配置される第一導光路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と対向位置に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、複数個並んで配置される第二導光路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と対向位置に配置される各受光部１３に受光される。各層において、第一仕切板２２および第二仕切板３２は、遮光機能を有しており、それぞれ、第一導光路２１および第二導光路３１を通光する光が隣に透過するのを低減する。

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５中の矢印I）は、透光性低屈折板４０、第二導光路３１、透光性低屈折板３０、第一導光路２１、透光性低屈折板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を多少遮られても、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７は、図５の第一層の拡大図（Ａ）と、当該（Ａ）に示す第一仕切板の変形例を用いた第一層の拡大図（Ｂ）とを、それぞれ示す。

図７（Ａ）に示すように、第一仕切板２２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。ここで、図示されていないが、第二層の第二仕切板３２も、第一仕切板２２と同様の構成である。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、光反射機能あるいは光吸収機能を発揮し、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。第一仕切板２２および第二仕切板３２の母材として好適な材料であるエラストマーは、透光性の有無を問わないので、柔軟性に富む限り、如何なる種類のゴムや樹脂であっても用いることができ、第一導光路２１あるいは第二導光路３１と似た柔軟性を持たせて自然な押圧感触を実現することを考慮するならば、第一導光路２１あるいは第二導光路３１と同一のエラストマーを用いるのが好ましい。例えば、第一導光路２１あるいは第二導光路３１をシリコーンゴムで構成する場合には、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２もシリコーンゴムにて構成し、第一導光路２１あるいは第二導光路３１をＴＰＵで構成する場合には、第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２もＴＰＵにて構成するのが好ましい。

第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２は、図７（Ａ）に示す構成とせず、図７（Ｂ）に示すように、第一導光路２１の内壁側に、上記遮光材５２を含む光吸収層若しくは光反射層に代表される遮光層５３を形成した仕切板でも良い。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難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、当該遮光層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。また、遮光層５３を第一仕切板２２あるいは第二仕切板３２の側壁に形成し、発光部１２と対向する面に形成しない場合には、発光部１２をそれぞれ第一導光路２１の数あるいは第二導光路３１の数と同数配置し、出光窓１４の大きさをそれぞれ第一導光路２１の端面あるいは第二導光路３１の端面と同じ大きさ若しくはそれより小さくするのが好ましい。

図７に示すように、第一導光路２１（あるいは第二導光路３１）の上下方向に透光性低屈折板２０，３０（あるいは透光性低屈折板３０，４０）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Ｌは、透光性低屈折板２０，３０（あるいは透光性低屈折板３０，４０）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することができる。透光性低屈折板２０，３０，４０は、第一導光路２１内および第二導光路３１内の光を全て反射できるものではなく、全反射の臨界角以下の入射角で境界面に入ってきた光を第一導光路２１内および第二導光路３１内に反射させることができるものであるが、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光量損失を低減するのに有効に機能する。

図８は、図５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た拡大図を示す。

ユーザが指Ｆを導光ユニット１０の最外面にある透光性低屈折板２０の一部を押圧すると、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、透光性低屈折板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（Ｘ_１，Ｙ_１）において、その直下にある特定の第一導光路２１および特定の第二導光路３１が潰れて狭くなる。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を通光する各光の光量が、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（Ｘ_１，Ｙ_１）を判別できる。当該判別は、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。透光性低屈折板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（Ｘ_１，Ｙ_１）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を構成するエラストマーの変質、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を透光性低屈折板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、透光性低屈折板２０，３０，４０の内、少なくとも透光性低屈折板２０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。また、透光性低屈折板３０，４０は、押圧操作の感触だけを考慮するならば、必ずしもエラストマーであることを要しないが、指Ｆを透光性低屈折板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および第二導光路３１の各体積変化をより有効に生じさせるためには、エラストマーにて構成するのが好ましい。なお、透光性低屈折板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。

＜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。

図１０は、第二実施形態に係る導光ユニットの図７と同様の拡大図を示す。図１１は、第二実施形態に係る光学式タッチパネルの概略平面図を示す。

第二実施形態に係る電子機器は、発光部１２ａを含む光学式タッチパネル５ａ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。第二実施形態に係る電子機器１の光学式タッチパネル５ａと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と異なる点は、
（ａ）第二実施形態における第一仕切板６２および第二仕切板７２を透光性低屈折材料で構成していることと、
（ｂ）第二実施形態における発光部１２ａが各第一導光路２１および各第二導光路３１に対して個別に１個ずつ配置されていることである。

第一仕切板６２および第二仕切板７２は、第一実施形態における第一仕切板２２および第二仕切板３２とそれぞれ異なり、遮光材５２を含むあるいは遮光層５３を有する構成ではなく、それぞれ第一導光路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エラストマー材料にて形成されている。すなわち、第一仕切板６２および第二仕切板７２は、透光性低屈折板を兼ねる。この結果、第一導光路２１および第二導光路３１は、それぞれの端面を除く外周面を低屈折率の層で囲まれた状態におかれる。この結果、発光部１２ａからの光が第一導光路２１および第二導光路３１を通光して受光部１３に受光するまでの間、光量の損失を有効に低減できる。なお、第一導光路２１を挟む第一仕切板６２を低屈折率材料で構成し、第二導光路３１を挟む第二仕切板７２を第一実施形態における遮光性エラストマーで構成しても良い。また、その逆に、第一仕切板６２を遮光性エラストマーで構成し、第二仕切板７２を低屈折率材料で構成しても良い。

第一仕切板６２および第二仕切板７２を透光性低屈折材料で構成すると、発光部１２ａを第一導光路２１および第二導光路３１に対して１個ずつ備えないと、光は第一仕切板６２および第二仕切板７２の各内部をも通光することになる。これを避けるべく、発光部１２ａを第一実施形態における発光部１２のような形態とせずに、第一導光路２１および第二導光路３１に対して１個ずつ備えている。

＜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５ｂ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１０ｂ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１０ｂ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１０ｂ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１０ｂ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１０ｂ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１つずつ備える発光・受光部である。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１を備える。出光窓１４，１４は、それぞれ、導光ユニット１０ｂの各一辺側の全ての第一導光路２１および第二導光路３１に光を入光可能にする大きさで形成されている。一方、入光窓１５，１５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の数だけ設けられる。ただし、出光窓１４，１４を、それぞれ、１つずつとせずに、第一導光路２１の数および第二導光路３１の数と同数設けても良い。さらには、出光窓１４，１４の数を、第一導光路２１または第二導光路３１の各数より少なく、かつ２個以上としても良い。

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１０ｂ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１０ｂは、第一導光路２１、第二導光路３１および透光性低屈折板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とを内蔵する枠体６５の外形を導光ユニット１０ｂ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１０ｂ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５ｃは、図１３に示す光学式タッチパネル５ｂの導光ユニット１０ｂと類似する湾曲形状の導光ユニット１０ｃを備えると共に、発光部１２ａ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１０ｃは、発光部１２ａ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発光部１２ａを、別の二辺に受光部１３をそれぞれ備え、発光部１２ａ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１０ｃ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１２ａ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。出光窓１４および入光窓１５は、それぞれ、第一導光路２１および第二導光路３１の数だけ設けられている。なお、各辺の発光部１２ａの数を、それぞれ、第一導光路２１の数または第二導光路３１の数より少なくしても良い。

導光ユニット１０ｃは、第一導光路２１、第二導光路３１および透光性低屈折板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１２ａ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１０ｃ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。

＜第四実施形態＞
次に、本発明の第四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、第四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１５は、本発明の第四実施形態に係る電子機器の斜視図を示す。図１６は、図１５に示す電子機器の正面図（１６Ａ）と、当該正面図におけるＡ’−Ａ’線部分断面図（１６Ｂ）と、当該正面図におけるＢ’−Ｂ’線部分断面図（１６Ｃ）とを、それぞれ示す。

この実施形態に係る導光ユニット１０ｄは、第一〜第三実施形態に係る導光ユニット１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃと異なり、第一導光路２１と第一仕切板２２とを有する第一層のみを備え、第二層を備えない単層構造の導光ユニットである。また、この実施形態に係る電子機器１００は、直線方向に往復操作可能な操作機器である。かかる操作機器は、例えば、オーディオ機器等の音量調節、エアーコンディショナー等の温度調節の用途に利用可能である。ただし、電子機器１００は、表示領域を直線的に操作可能であれば、如何なる機器であっても良い。

電子機器１００は、その正面パネルに、表示・操作領域３を備える。表示・操作領域３は、電子機器１００の外側から内方に向かって順に、導光ユニット１０ｄ、ディスプレイ１１を積層配置して構成される。電子機器１００は、第一実施形態に係る電子機器１と同様に、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１つの発光部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複数の受光部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、表示・操作領域３の操作方向（正面パネルにおける横方向）に沿って長く延びる形状を持つ。受光部１３は、正面パネルの横方向に沿って、複数並んで配置される。導光ユニット１０ｄ、発光部１２および受光部１３は、この実施形態における光学式タッチパネル５ｄを構成する。ただし、光学式タッチパネル５ｄは、さらにディスプレイ１１を組み込んだものでも良い。また、光学式タッチパネル５ｄは、導光ユニット１０ｄとディスプレイ１１とから構成されていても良い。

導光ユニット１０ｄ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。第一導光路２１は、透光性エラストマーにて形成される。第一仕切板２２は、第一導光路２１内を通光する光の透過を低減させる仕切板である。また、第一導光路２１の外周面であって少なくともディスプレイ１１からの映像を透過させる上下両面には、透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板２０，３０が備えられている。発光部１２からの光Ｌは、各第一導光路２１を通光し、各第一導光路２１に対向する各受光部１３にて受光される。図１５に示すように、操作者が指Ｆを透光性低屈折板２０上において白抜矢印の方向にスライドさせると、第一導光路２１が白抜矢印の方向に沿って順に潰れていく。この結果、正面パネルの横方向に沿って配置される複数の受光部１３における受光量も、白抜矢印の方向に沿って減少する。かかる機構によって、電子機器１００の電子回路に備えられるＣＰＵは、操作者の指の位置を特定できるので、指の位置に応じた出力信号（例えば、音声出力の上下や、温度の上下を行う制御信号）を送出することができる。なお、ディスプレイ１１が第一導光路２１よりも低い屈折率を有する場合には、透光性低屈折板３０を備えなくても良い。

＜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。

透光性低屈折板２０，３０，４０の全てを第一導光路２１および第二導光路３１の各屈折率より低い屈折率を有する材料で構成し、あるいは透光性低屈折板２０，３０，４０の少なくとも１つを第一導光路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材料で構成することもできる。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性低屈折板２０，３０または４０が配置される場合には、当該透光性低屈折板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ができる。例えば、第一導光路２１をＴＰＵで構成し、透光性低屈折板２０，３０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と透光性低屈折板２０，３０との各間に、ＴＰＵより屈折率の低いシリコーンゴム製の接着層を介在させることができる。また、透光性低屈折板２０，３０，４０のいずれか１つは、一枚で表示・操作領域３を覆うものではなく、複数枚で同領域３を覆うものでも良い。

上述の第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態および第四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遮光層５３を、第三実施形態における第一仕切板２２および第二仕切板３２の少なくとも１種に採用しても良い。また、第二実施形態における第一仕切板６２または第二仕切板７２を、第三実施形態における第一仕切板２２または第二仕切板３２、あるいは第四実施形態における第一仕切板２２に代替して用いることもできる。また、第四実施形態に示す導光ユニット１０ｄの形状を、第三実施形態に係る導光ユニット１０ｂ，１０ｃの各形状のように曲面形状としても良い。

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に光反射材を分散若しくはそれを含む遮光層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。透光性低屈折板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性低屈折板を他の透光性低屈折板とは別の材料で構成しても良い。重要なのは、第一導光路２１の少なくとも上下両面にそれより低い屈折率を有する層を配置し、かつ第二導光路３１の少なくとも上下両面にそれより低い屈折率を有する層を配置することである。

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。

１，１００ 電子機器
５，５ａ，５ｂ，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
１２，１２ａ 発光部
１３ 受光部
２０，３０，４０ 透光性低屈折板
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）
５２ 遮光材（一例として、光反射材、光吸収材）
５３ 遮光層（光反射層あるいは光吸収層）
６２ 第一仕切板（透光性低屈折板を兼ねる）
６５ 枠体（発光部と受光部とを備える構成）
７２ 第二仕切板（透光性低屈折板を兼ねる）

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、
   上記第一導光路は、透光性エラストマーにて形成され、
   上記第一仕切板は、上記第一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、
   上記第一導光路の外周面であって少なくとも上記ディスプレイからの映像を透過させる上下両面には、上記透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板を１または複数備える導光ユニット。
2. 前記ディスプレイの上方から見て前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を、前記第一層に積層して備え、
   上記第二導光路は、透光性エラストマーにて形成され、
   上記第二仕切板は、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、
   上記第二導光路のそれぞれの外周面であって少なくとも上記ディスプレイからの映像を透過させる上下両面には、上記透光性エラストマーの屈折率より低い屈折率を有すると共に透光性である透光性低屈折板を１または複数備える、請求項１に記載の導光ユニット。
3. 前記透光性低屈折板は、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されてい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の内の少なくともいずれか一方は、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および前記第二導光路の少なくとも内壁側の内の少なくともいずれか一方に、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、前記透光性低屈折板を兼ね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の下方にディスプレイを配置して成る光学式タッチパネル。
10. 前記導光ユニットの一方の端面側に配置されると共に前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、
    前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前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、
    をさらに備える請求項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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