JP2015011715A

JP2015011715A - 回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス

Info

Publication number: JP2015011715A
Application number: JP2014130893A
Authority: JP
Inventors: 志雄林; Chih-Hsiung Lin
Original assignee: JIDAI KODEN KAGI KOFUN YUGENKOSHI
Current assignee: JIDAI KODEN KAGI KOFUN YUGENKOSHI
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-01-19
Also published as: CN104281345A; TWI486845B; TW201502924A; US20150035801A1

Abstract

【課題】本発明は、従来の導光板で全内反射の拡散を行うタッチデバイスをさらに改良することにある。【解決手段】本発明に係る回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスは、導光板と、複数の感光ユニットと、少なくとも一つの光源と、マイクロプロセッサとを包括して構成しており、そのうち、前記複数の感光ユニットは前記導光板の下端面の下方を囲繞して操作エリアを形成し、前記マイクロプロセッサによって、破壊全内反射されたという信号を出力する前記少なくとも二つの感光ユニットを確認し、その後前記少なくとも二つの感光ユニットの位置情報に基づき、タッチポイントの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力し、前記光源が射出する前記光線は様々な角度から光回折ユニット或いは前記導光板を照射して前記回折光線を発生させることが許諾されるので、照射角度の調整に費やす労力と時間とを大幅に削減でき、且つ前記導光板を光結合器に結合されないため、電子製品をコンパクトにするというニーズに符合している。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチデバイスであって、特に、導光板内で全内反射の拡散を行う光線が破壊（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ）全内反射した際の状態に発生する相対的な制御信号を測定するタッチデバイスに関するものである。

現在、数多くの導光板を結合したタッチ制御デバイスがあり、例えば特許文献１が開示する漏れ全反射に基づいた入力装置（Ｉｎｐｕｔｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｆｒｕｓｔｒａｔｅｄｔｏｔａｌｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は、少なくとも二つの光源より射出された光線を透明板に導光し、全内反射の拡散が行われる光線は光源に相対して透明板の周囲を囲繞する光センサアレイによって測定されており、一つのオブジェクトが透明板の表面に接触した場合、光線が透明板内でおこる全内反射が破壊され、接触する毎に、測定される透明板内で拡散する二つ以上の光線の信号が減弱するため、接続処理が接触する位置及び面積の大きさを確認することができる。

しかし、上述した特許文献１にある光源が射出する光線は、特定の角度によって透明板に導光しないと、透明板内で全内反射の拡散が行われず、前記角度の調整には労力と時間が費やされ、且つ光源が投射する光線の角度も厳強い制限を受けている。

また、特許文献２が開示する光学接触感知デバイスに用いる光結合器（ＯＰＴＩＣＡＬＣＯＵＰＬＥＲＦＯＲＵＳＥＩＮＡＮＯＰＴＩＣＡＬＴＯＵＣＨＳＥＮＳＩＴＩＶＥＤＥＶＩＣＥ）は、光結合器（Ｏｐｔｉｃａｌｃｏｕｐｌｅｒ）を利用して導光板を結合することで、光源及びセンサが導光板に相対して任意の方向に配置することができる。

しかし、上述した特許文献２において配置する様々な光結合器は大きな体積を有しており、電子製品の重量及び体積を重く且つ大きくし、電子製品をコンパクトにするというニーズに符合していない。

米国特許第７４３２８９３号米国特許公報第２０１３００２１３０２号

従来の導光板で全内反射の拡散を行うタッチデバイスをさらに改良することにある。

本発明の主要な目的は、導光板と、複数の感光ユニットと、少なくとも一つの光源と、マイクロプロセッサとを包括して構成しており、そのうち、前記複数の感光ユニットは前記導光板の下端面の下方を囲繞して操作エリアを形成し、前記マイクロプロセッサによって、破壊全内反射されたという信号を出力する前記少なくとも二つの感光ユニットを確認し、その後前記少なくとも二つの感光ユニットの位置情報に基づき、タッチポイントの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力する、回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスを提供することである。

本発明のもう一つの目的は、光源が射出する光線を利用して光回折ユニット或いは前記導光板を照射し、回折光線を発生させて導光板内で全内反射の拡散を行う、回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスであって、一般の光線を導光して導光板内で全内反射の拡散を行うものではないため、前記光線が光回折ユニット或いは前記導光板を照射することで発生する前記回折光線の照射角度は制限を受けず、前記光源が射出する前記光線は様々な角度から光回折ユニット或いは前記導光板を照射して前記回折光線を発生させることが許諾されるので、照射角度の調整に費やす労力と時間とを大幅に削減でき、且つ前記導光板を光結合器に結合されないため、電子製品をコンパクトにするというニーズに符合している。

本発明その他の目的及び効果については、図面と実施例とを参照しつつ、以下において詳細に説明する。

本発明に係る回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスを示す模式図である。本発明に係る回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスを示す底面模式図である。

図１及び図２のように、本発明に係る回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス１は、導光板１０と、複数の感光ユニット２０と、少なくとも二つの光源３０と、マイクロプロセッサ４０と、を包括して構成している。前記導光板１０は、アクリルプレート、樹脂プレート或いはガラスプレート等の導光可能な材質で生成されるフレキシブルプレート或いはノンフレキシブルプレートである。前記感光ユニット２０は、感光ダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）或いは任意の感光素子とすることができる。前記光源３０は、例えば、赤外線のＬＥＤ光源、又はレーザ光源等の可視光或いは不可視光とすることができる。

前記導光板１０は、互いに平行し合う上端面１１及び下端面１２を有しており、前記導光板１０の縁面には側端面１３が形成されている。前記複数の感光ユニット２０及び前記少なくとも二つの光源３０は、前記マイクロプロセッサ４０にそれぞれ電気的に接続している。

前記複数の感光ユニット２０及び前記少なくとも二つの光源３０は、前記導光板１０の前記下端面１２の下方にそれぞれ配列している。前記複数の感光ユニット２０が囲繞するエリアは、操作エリア５０を形成している。前記導光板１０が前記操作エリア５０に対応する外周は、光線の全内反射を破壊する材料から形成する破壊全内反射エリア６０をさらに結合することで、ユーザが前記エリアを接触してデバイスを持ちあげた場合タッチ信号が発生しないようになっている。

前記導光板１０の前記上端面１１及び前記下端面１２は、前記光源３０が射出する光線３１を照射する前記導光板１０の位置のいずれか一つに対応し、光回折ユニット３００をさらに設けることができる。前記光回折ユニット３００は、光の回折強度を増加する光格子片、前記導光板１０に回折模様がエッチングされたもの或いはコーティングされたもの等とすることで、前記光源３０が射出する前記光線３１が発生する回折光線３２の強度を増加している。

また、図１及び図２のように、前記少なくとも二つの光源３０は、変調信号（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ）を含有する光線３１を順次に射出する前記光線３１を前記光回折ユニット３００及び前記導光板１０に照射しており、大部分の前記光線３１は前記光回折ユニット３００及び前記導光板１０を透過しているが、小部分の前記回折光線３２が発生して前記導光板１０を透過せずに、前記導光板１０の前記上端面１１及び前記下端面１２の間で全内反射（Ｔｏｔａｌｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＴＩＲ）の拡散が行われ、前記複数の感光ユニット２０にそれぞれ射出される。なお、前記変調信号は、前記光線３１の周波数、振幅或いは位相を変調することができる信号である。また、前記光線３１は、変調信号を有さない一般的な光線とすることもできる。

オブジェクト７０が前記操作エリア５０内において前記導光板１０の前記上端面１１に接触していない場合、前記複数の感光ユニット２０は、前記回折光線３２が前記導光板１０内で全内反射を行う過程において、破壊全内反射されていないという信号を感知する。

また、図１及び図２のように、指先等の前記オブジェクト７０が前記操作エリア５０内において、タッチ動作を行い、前記導光板１０の前記上端面１１に接触した場合、前記回折光線３２は、前記オブジェクト７０によって反射されて破壊全内反射（ＦｒｕｓｔｒａｔｅｄＴｏｔａｌｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ＦＴＩＲ）された回折光線３３となる。そのため、前記光源３０、前記オブジェクト７０及び前記感光ユニット２０の連結ライン上にある前記回折光線３２は、前記オブジェクト７０が接触した前記導光板１０の位置において、前記破壊全内反射された回折光線３３に変化或いは破壊されてなり、また、前記感光ユニット２０が前記破壊全内反射された回折光線３３を感知した場合、破壊全内反射されたという信号を出力している。

また、本発明は、前記マイクロプロセッサ４０によって前記複数の感光ユニット２０が出力した複数の信号を感知しており、さらに前記複数の信号を比較することで、破壊全内反射されていないという多数の信号及び破壊全内反射されたという少数の信号を確認し、破壊全内反射されたという信号を出力した前記感光ユニット２０を確認している。

また、図２のように、前記光源３０と、前記光源３０の照射に対応する前記光回折ユニット或いは前記導光板１０で発生する前記回折光線を破壊全内反射させる前記オブジェクト７０と、破壊全内反射されたという信号を感知する前記感光ユニット２０とより、前記光源３０及び前記感光ユニット２０を連結する一つのラインＬ１が得られ、もう一つの前記光源３０と、もう一つの前記光源３０の照射に対応する前記光回折ユニット或いは前記導光板１０で発生する前記回折光線を破壊全内反射させる前記オブジェクト７０と、破壊全内反射されたという信号を感知するもう一つの前記感光ユニット２０とより、もう一つの前記光源３０及びもう一つの前記感光ユニット２０を連結するもう一つのラインＬ２が得られる。前記ラインＬ１及び前記ラインＬ２が交差するポイントこそが前記オブジェクト７０が前記導光板１０に接触したタッチポイントＰである。

また、図２のように、前記二つの光源３０及び前記タッチポイントＰは三角形を構成している。周知の三角関数の数式を利用して、前記二つの光源３０の間の連結ラインＳの長さ及び前記ラインＳと前記ラインＬ１及び前記ラインＬ２との間のそれぞれの角度Θ１及びΘ２から、タッチポイントＰの位置を計算することができる。そのうち、前記角度Θ１及びΘ２は、破壊全内反射されたという信号を感知する前記二つの感光ユニット２０の位置及び前記二つの光源３０の間の前記連結ラインＳの位置にそれぞれ対応している。そのため、前記マイクロプロセッサ４０によって、破壊全内反射されたという信号を感知する前記感光ユニット２０を確認し、その後、前記二つの光源３０の位置情報及び前記二つの光源３０に対応してそれぞれ順次に射出する前記回折光線に基づき、破壊全内反射されたという信号を感知する前記二つの感光ユニット２０でタッチポイントＰの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力している。

また、２０１４年４月１０日付に出願した特願２０１４−０８１００６号で開示する、一つの光源を利用し、回折光線を合わせ、導光板の側面に反射される技術的特徴を用いることもでき、同じように、マイクロプロセッサによって、破壊全内反射されたという信号を感知する少なくとも二つの感光ユニットを確認し、その後、前記少なくとも二つの感光ユニットの位置情報に基づき、タッチポイントの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力している。

本発明の特徴は、光源が射出する光線を利用して光回折ユニット或いは導光板を照射し、回折光線を発生させており、回折光線は前記導光板の前記上端面及び前記下端面の間で全内反射の拡散が行われ、複数の感光ユニットにそれぞれ射出されており、オブジェクトが導光板の上端面に接触した場合、回折光線は、オブジェクトによって反射されて破壊全内反射された回折光線となり、感光ユニットが破壊全内反射された光線を感知した場合、破壊全内反射されたという信号を出力しており、マイクロプロセッサによって、破壊全内反射されたという信号を出力する前記少なくとも二つの感光ユニットを確認し、その後前記少なくとも二つの感光ユニットの位置情報に基づき、タッチポイントの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力することである。

本発明は、光源が射出する光線を利用して光回折ユニット或いは前記導光板を照射し、回折光線を発生させて導光板内で全内反射の拡散を行う、回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスであって、一般の光線を導光して導光板内で全内反射の拡散を行うものではないため、前記光線が光回折ユニット或いは前記導光板を照射することで発生する前記回折光線の照射角度は制限を受けず、前記光源が射出する前記光線は様々な角度から光回折ユニット或いは前記導光板を照射して前記回折光線を発生させることが許諾されるので、照射角度の調整に費やす労力と時間とを大幅に削減できる。

また、本発明は、前記導光板を光結合器に結合されないため、電子製品をコンパクトにするというニーズに符合しており、且つ光源が射出する光線を精確な角度で光結合器或いは導光板に導光して、導光板内で全内反射が行う必要がないため、従来の光を利用して導光板で全内反射を行うタッチデバイスをさらに改良することができる。

上述したものは、本発明の技術内容を利用した実施例に過ぎず、また、当該分野に熟知した者が本発明を用いて行った修正及び変化は、本発明が請求する特許請求の範囲に属している。

１回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス
１０導光板
１１上端面
１２下端面
１３側端面
２０感光ユニット
３０光源
３００光回折ユニット
３１光線
３２回折光線
３３破壊全内反射された回折光線
Ｓライン
Ｌ１ライン
Ｌ２ライン
４０マイクロプロセッサ
５０操作エリア
６０破壊全内反射エリア
７０オブジェクト
Ｐタッチポイント

Claims

互いに平行し合う上端面及び下端面を有する導光板と、
マイクロプロセッサと、
前記マイクロプロセッサにそれぞれ電気的に接続する複数の感光ユニットと、
前記マイクロプロセッサに電気的に接続する少なくとも一つの光源と、
を包括する回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイスであって、
そのうち、前記複数の感光ユニット及び前記少なくとも一つの光源は、前記導光板の前記下端面の下方にそれぞれ配列しており、前記複数の感光ユニットが囲繞するエリアで操作エリアを形成しており、光源が射出する光線を前記導光板に照射して回折光線を発生した場合、前記導光板の前記上端面及び前記下端面の間で全内反射の拡散が行われ、前記複数の感光ユニットにそれぞれ射出され、前記複数の感光ユニットは破壊全内反射されていないという信号をそれぞれ出力しており、オブジェクトが前記導光板の前記上端面にあるタッチポイントに接触した場合、前記回折光線は、前記オブジェクトによって反射されて破壊全内反射された回折光線となり、前記複数の感光ユニットが前記破壊全内反射された回折光線を感知した場合、破壊全内反射されたという信号をそれぞれ出力しており、前記マイクロプロセッサによって、破壊全内反射されたという信号を出力する少なくとも二つの感光ユニットを確認し、その後前記少なくとも二つの感光ユニットの位置情報に基づき、タッチポイントの位置情報を計算し、さらに対応するタッチ信号を出力することを特徴とする回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
少なくとも二つの光源を包括することを特徴とする請求項１に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記導光板の前記上端面及び前記下端面は、前記光源が射出する前記光線を照射する前記導光板の位置のいずれか一つに対応し、光回折ユニットをさらに設けることで、前記回折光線の強度を増加することを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記導光板は、ガラスプレートであって、前記光回折ユニットは、光格子片、回折模様がエッチングされたもの或いはコーティングされたもののいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記導光板は、導光可能な材質で生成されるフレキシブルプレート或いはノンフレキシブルプレートのいずれかであって、前記光回折ユニットは、光格子片、回折模様がエッチングされたもの或いはコーティングされたもののいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記感光ユニットは、感光ダイオードであって、前記光源は、赤外線のＬＥＤ光源或いはレーザ光源のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記感光ユニットは、感光ダイオードであって、前記光源は、赤外線のＬＥＤ光源或いはレーザ光源のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記導光板が前記操作エリアに対応する外周は、光線の全内反射を破壊する材料から形成する破壊全内反射エリアをさらに結合することを特徴とする請求項６に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。
前記導光板が前記操作エリアに対応する外周は、光線の全内反射を破壊する材料から形成する破壊全内反射エリアをさらに結合することを特徴とする請求項７に記載の回折光を利用して全内反射を行う導光板タッチデバイス。