JP2015156059A - 接触位置検出装置およびタッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招来することなく、接触位置の検出精度を向上させる。
【解決手段】導光板における、被検知体の接触によって生じる散乱光を検出する受光部と光源からの光が入射する光入射部との間の位置に、光入射部から受光部に向かって進行する光を遮光する遮光部を設ける。
【選択図】図８

Description

本発明は、表示画面に対するユーザのタッチ操作の接触位置を検出する接触位置検出装置、および上記接触位置検出装置と表示装置とを備えたタッチパネルに関するものである。

従来、表示装置の表示画面に対するユーザのタッチ操作を検出するタッチパネルの一種として、表示画面に対向配置される導光板と、導光板に光を入射させる光源と、導光板の側端面に対向配置された受光素子とを備え、指やペン等の被検知体が導光板に接触することによって生じる散乱光を受光素子で検知することにより被検知体の接触位置を検出する光学式タッチパネルが知られている。

また、この種の光学式タッチパネルでは、光源からの直接光が受光素子に入射すると、受光素子において直接光と散乱光とが混合されるために散乱光の検出精度が低下し、被検知体の接触位置の検知精度が低下することが知られている。

また、特許文献１には、受光素子を光源からの出射光の照射範囲外に配置することにより、光源からの直接光が受光素子に入射することによる検出精度の低下を防止することが記載されている。

特開２００９−２５８９６７号公報（２００９年１１月５日公開）

しかしながら、特許文献１の技術では、受光素子を光源からの直接光の照射領域の外部に配置するため、タッチパネルが大型化してしまうという問題がある。

特に、複数の発光素子が導光板の主面に平行な方向に沿って配置された光源を用いる場合、光源からの出射光の照射範囲が単一の発光素子を用いる場合よりも広くなるので、受光素子を上記照射範囲外に配置するためにはタッチパネルのサイズをさらに大型化する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光板に被検知体が接触することによって生じる散乱光を検出することで上記被検知体の接触位置を検出する接触位置検出装置において、装置の大型化を招来することなく、接触位置の検出精度を向上させることにある。

本発明の一態様にかかる接触位置検出装置は、導光板と、上記導光板に光を入射させる光源と、上記導光板に被検知体が接触することによって生じる上記光源から入射した光の散乱光を検出する受光部とを備え、上記散乱光の検出結果に応じて上記被検知体の接触位置を検出する接触位置検出装置であって、上記光源から上記導光板の光入射部に入射した光は、当該導光板内を上記光入射部から所定角度範囲の領域に向けて進行し、上記受光部は、上記所定角度範囲内の位置に配置されており、上記導光板における上記受光部と上記光入射部との間の位置に、上記光入射部から上記受光部に向かって進行する光を遮光する遮光部が設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、光源から導光板の光入射部に入射した光が進行する上記所定角度範囲内に受光部を配置することにより、上記所定角度範囲の外部に受光部を配置する場合よりも装置の小型化を図ることができる。また、光入射部と受光部との間の位置に遮光部を設けることにより、光源から導光板に入射した光が当該導光板を介して受光部に直接入射することを防止できる。したがって、装置の大型化を招来することなく、光源からの受光部に直接入射する光によって接触位置の検出精度が低下することを防止できる。

本発明の一実施形態にかかるタッチパネルの外観構成を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルの機能構成を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルに備えられる導光板に対する光源の取付部の詳細を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルに備えられる導光板に対する光源の取付部の変形例を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルに備えられる導光板に対する光源の取付部の変形例を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルにおける受光部および導光板の構成を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルにおける被検知体の接触位置の検出方法を示す説明図である。 図１に示したタッチパネルに備えられる導光板に形成された遮光部の構成を示す説明図である。 （ａ）は比較例にかかるタッチパネルの導光板に設けられた遮光部の構成を示す説明図であり、（ｂ）は図１に示したタッチパネルの導光板に設けられた遮光部の構成を示す説明図である。 （ａ）は比較例にかかるタッチパネルの構成を示す説明図であり、（ｂ）は図１に示したタッチパネルの構成を示す説明図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態にかかるタッチパネルの構成を示す説明図であり、（ｂ）は比較例にかかるタッチパネルの構成を示す説明図である。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態にかかるタッチパネル１００の外観構成を示す説明図であり、図２はタッチパネル１００の機能構成を示す説明図である。

図２に示したように、タッチパネル１００は、接触位置検出装置１０と表示装置３０とを備えている。

表示装置３０は、表示制御部３１と表示パネル３２とを備えている。

表示制御部３１は、タッチパネル１００に接続されたホスト装置２００から入力される画像データに応じて表示パネル３２の表示状態を制御する。

表示パネル３２は、表示制御部３１の指示に応じた画像を表示画面に表示させる。なお、表示パネル３２は、表示制御部３１の指示に応じた画像を表示する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬ表示パネルなどを用いることができる。

ホスト装置２００は、画像データを表示装置３０に出力する機能と、当該画像データに応じた画像に対するユーザの操作入力内容を示す信号を接触位置検出装置１０から受け付ける機能とを有するものであり、例えば、パーソナルコンピュータ、テレビ受像機、各種映像再生装置などを用いることができる。また、ホスト装置２００は、タッチパネル１００と一体的に設けられていてもよく、タッチパネル１００と別体として設けられ、タッチパネル１００との間で通信を行うものであってもよい。

接触位置検出装置１０は、図１および図２に示すように、導光板１１、光源１２ａ，１２ｂ、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、記憶部２５、制御部２０、および指示情報出力部２４を備えている。また、制御部２０は、発光制御部２１、接触位置特定部２２、および接触座標算出部２３を備えている。なお、制御部２０が表示制御部３１の機能を兼ねていてもよい。

導光板１１は、表示パネル３２の表示画面を覆うように表示パネル３２に対向配置されており、光源１２ａ，１２ｂから当該導光板１１に入射した光を当該導光板１１内で伝播させる。本実施形態では、厚さ２ｍｍのアクリル樹脂からなる導光板１１を用いている。ただし、導光板１１の材質および厚さは特に限定されるものではなく、従来から公知の種々の導光板を用いることができる。

光源１２ａ，１２ｂは、複数の発光素子を一方向に並べてユニット化（アレイ化）したものであり、それら各発光素子が導光板１１の端部近傍の位置に導光板１１の主面に平行な方向に沿って配置されている。具体的には、導光板１１は板面法線方向から見た形状（被検知体が接触する面の形状）が略矩形形状であり、光源１２ａ，１２ｂは、上記矩形形状の周縁部を構成する４辺のうちの１辺の近傍に配置されている。

なお、上記の「略矩形形状」とは、必ずしも厳密に矩形形状であることを意味するものではなく、概ね矩形形状であることを意味している。したがって、例えば矩形形状の角部を面取加工した形状であってもよく、矩形形状の辺の部分（矩形形状の辺と表示領域に対向する領域との間の領域）に凹凸や切欠部が設けられていてもよい。

また、上記の辺の「近傍」には、例えば、導光板１１の板面法線方向から見て矩形形状の辺に対向する領域、矩形形状の辺と重畳する領域、および矩形形状の辺と表示領域に対向する領域との間の領域が含まれる。

本実施形態では光源１２ａ，１２ｂとして、波長８５０ｎｍの赤外線（赤外波長光）を光拡散角度４０°の範囲に出射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いている。

図３は、導光板１１に対する光源１２ａ，１２ｂの取付部の詳細を示す説明図である。この図に示すように、光源１２ａ，１２ｂは光源基板１５に設けられており、光源１２ａ，１２ｂから出射される光が導光板１１の裏面に取り付けられたプリズム１４を介して導光板１１の光入射部から導光板１１内に入射するように配置されている。プリズム１４の材質は特に限定されるものではないが、本実施形態では、導光板１１と同じ材質、すなわちアクリル樹脂からなるプリズム１４を用いている。

プリズム１４は、図３に示すように、導光板１１の板面に対して垂直、かつ光源１２ａ，１２ｂの延伸方向に対して垂直な方向に沿った断面が直角三角形を成す形状になっている。また、プリズム１４は、上記直角三角形の直角部分を挟む２辺のうちの１辺が導光板１１の裏面に平行になり、他の１辺が導光板１１の裏面に対して垂直になり、上記他の１辺が導光板１１の中央側に配置され、上記直角三角形の斜辺が導光板１１の周縁部側に配置されるように導光板１１の裏面における当該導光板１１の端部近傍に接着剤により接着されている。なお、上記接着剤は光源１２ａ，１２ｂから出射される光を透過するものであればよく、例えば従来から公知の光学用接着剤を用いることができる。また、プリズム１４は導光板１１と一体的に形成されたものであってもよい。

また、プリズム１４は上記斜辺と導光板１１の裏面との成す角度が５０°に設定されており、光源１２ａ，１２ｂは、当該各光源から出射される光の主軸方向が上記斜辺と直交するように上記斜辺に対応する面に接着剤により接着されている。なお、上記接着剤は、光源１２ａ，１２ｂから出射される光を透過するものであればよく、例えば従来から公知の光学用接着剤を用いることができる。

上記の構成により、光源１２ａ，１２ｂから出射された光はプリズム１４を介して導光板１１の裏面の光入射部から導光板１１内に入射し、導光板１１の表面に到達する。この際、本実施形態では、光源１２ａ，１２ｂから主軸方向に出射された光が導光板１１の表面に対して、導光板１１の表面（空気との境界面）における臨界角４１．２５°よりも大きい入射角５０°で入射するようになっている。なお、本実施形態では、上述したようにアクリル樹脂（屈折率１．４９）からなる導光板１１を用いており、導光板１１と空気との境界面における臨界角をスネルの法則から算出すると４２．１５°となる。

臨界角よりも大きい角度で導光板１１に入射した光（図３のａ，ｂ参照）は導光板１１の表面で全反射し、導光板１１の表面と裏面とで全反射を繰り返しながら導光板１１内を伝播していく。また、臨界角で導光板１１に入射した光（図３のｃ参照）は、導光板１１の表面（空気との境界面）に沿って伝播していく。また、臨界角よりも小さい角度で入射した光（図３のｄ参照）は、その大部分（図３のｄ１参照）が導光板１１の表面から空気中に進行していき、一部（図３のｄ２参照）が導光板１１の表面で反射されて裏面から導光板１１の外部に出射される。

このように、本実施形態では、光源１２ａ，１２ｂとして用いているＬＥＤの出射光の指向性を考慮し、主軸方向（出射光の光強度が最大となる方向；出射角０°）に出射された光の導光板１１の表面への入射角度が臨界角よりも大きい角度になるようにプリズム１４の傾斜角度を設定している。これにより、本実施形態では、導光板１１に被検知体（ユーザの指あるいはペン等）が接触したときに導光板１１の表面で光の散乱が生じ、それを検出することで被検知体の接触位置を精度よく検出できるようになっている。

この点について、図４を参照しながらより詳細に説明する。図４は、光源１２ａ，１２ｂを導光板１１の端面に対向配置し、当該光源１２ａ，１２ｂからの出射光を当該出射光の主軸方向が導光板１１の面内方向に平行になるように上記端面から入射させた場合の光の進行経路を示す説明図である。

図４に示した例では、光源１２ａ，１２ｂから主軸方向に出射された光（図４のｍ参照）は導光板１１内を空気との界面で反射することなく（当該導光板１１の表面および裏面に入射することなく）、当該導光板１１の板面平行方向に直線的に伝播して当該導光板１１の側端面に到達する。この場合、導光板１１の表面を伝播する光の強度が弱くなり、導光板１１に被検知体が接触したときに導光板１１の表面で生じる散乱光の強度が小さくなるため、接触位置の検知精度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態では、光源１２ａ，１２ｂから主軸方向（出射光の光強度が最大となる方向；出射角０°）に出射される光の導光板１１の表面への入射角度を臨界角よりも大きくしているので、導光板１１に被検知体が接触したときに導光板１１の表面で生じる散乱光の強度が強くし、接触位置の検知精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、プリズム１４および光源１２ａ，１２ｂを導光板１１の裏面に対向する位置に配置しているが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、導光板１１の端面に対向する位置にプリズム１４および光源１２ａ，１２ｂを配置し、光源１２ａ，１２ｂから出射された光がプリズム１４を介して導光板１１の端面から導光板１１内に入射するようにしてもよい。この場合にも、光源１２ａ，１２ｂから主軸方向に出射される光の導光板１１の表面への入射角度が臨界角よりも大きくなるようにプリズム１４を設けることにより、図３の構成を用いる場合と略同様の効果を得ることができる。また、プリズム１４は必須の構成ではなく、光源１２ａ，１２ｂから出射された光を導光板１１に直接入射させてもよい。

受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、ユーザが指あるいはペン等の被検知体を導光板１１に接触させたときに生じる散乱光を受光し、受光結果に応じた電気信号を生成して制御部２０に伝達する。なお、本実施形態では、板面法線方向から見た形状が略矩形形状である導光板１１を用いており、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、上記矩形形状の周縁部を構成する４辺のうち光源１２ａ，１２ｂが配置されている辺と同じ辺の近傍に配置されている。

図６は、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび導光板１１の構成を示す説明図である。

図６に示したように、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、レンズ１６、バンドパスフィルタ１７、および撮像素子１８を備えている。また、導光板１１における受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対応する位置には、導光板１１の表面側から裏面側に向かって先細になるように導光板１１の表面側をすり鉢状（円錐状、テーパ状）にくり貫いた凹部１９が設けられている。

これにより、図６に示したように、被検知体Ｘ（ユーザの指あるいはペン等）が導光板１１の表面に接触すると、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射して導光板１１内を伝播している光が導光板１１と被検知体Ｘとの接触部において散乱する。そして、散乱した光の一部は再び導光板１１内を伝播して凹部１９に到達し、凹部１９で反射して受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに入射する。

受光部（光検出用カメラ）１３ａ，１３ｂ，１３ｃに入射した光はレンズ１６およびバンドパスフィルタ１７を介して撮像素子１８の撮像面に集光され、撮像素子１８によって撮像される。これにより、上記散乱光の輝点情報（画像データ）が生成される。

なお、詳細は後述するが、本実施形態では、導光板１１における光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの間の位置に、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止するための遮光部３１ａ〜３１ｄ（後述する図８参照）が設けられている。

制御部２０は、上述したように、発光制御部２１、接触位置特定部２２、および接触座標算出部２３を備えている。

発光制御部２１は、光源１２ａ，１２ｂの動作を制御し、発光状態と消灯状態とに切り替える。

接触位置特定部２２は、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃから入力される電気信号（輝点情報）に基づいて導光板１１に対する被検知体の接触位置を特定する。

図７は、被検知体の接触位置の検出方法を示す説明図である。図７に示すように、被検知体Ｘが導光板１１に接触すると、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射して導光板１１内を伝播する光の散乱が生じる。この散乱によって生じた散乱光は、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに入射し、これら各受光部の撮像素子１８によって撮像され、各受光部に対する接触位置の角度情報が検出される。これにより、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの中から選択される少なくとも２つの受光部によって検出された角度情報から、三角測量法を用いて接触位置が検出される。

例えば、接触位置の座標をＰ（Ｘｐ，Ｙｐ）とし、受光部１３ａに対する散乱光の入射角度をα＝４０°、受光部１３ｂに対する散乱光の入射角度をβ＝５０°、受光部１３ａの撮像面の中心部と受光部１３ｂの撮像面の中心部との間隔をＬ＝５６０ｍｍとすると、「Ｌ＝Ｘｐ／ｔａｎα＋Ｘｐ／ｔａｎβ」より、
Ｙｐ＝Ｌ（１／ｔａｎα＋１／ｔａｎβ）
＝Ｌ・ｓｉｎα・ｓｉｎβ／ｓｉｎ（α＋β）
＝５６０・ｓｉｎ４０°・ｓｉｎ５０°／ｓｉｎ（４０°＋５０°）
＝５６０×０．６４２８×０．７６６０／１
＝２７５．７４
Ｘｐ＝Ｙｐ／ｔａｎα
＝２７５．７４／ｔａｎ４０°
＝３２８．６１°
となる。

なお、各受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの撮像素子１８によって生成される撮像データにおける散乱光の入射角度と、導光板１１上の座標系における位置および角度との対応関係を示すデータ（例えばマトリクス化されたデータ）を予めキャリブレーションを行うなどして作成しておき、当該データを用いて接触位置を算出するようにしてもよい。

接触座標算出部２３は、接触位置特定部２２によって検出された導光板１１上の接触位置の座標を、記憶部２５に予め格納されている導光板１１における座標系と表示画面における座標系との対応関係を示すデータに基づいて表示画面の座標系に変換（補正）する。これにより、表示画面に対する被検知体Ｘの操作指示位置（接触位置）、すなわち導光板１１に対する被検知体の接触位置に対応する表示画面の座標系における座標位置が検出される。

指示情報出力部２４は、接触座標算出部２３が特定した表示画面に対する操作指示位置の座標を示す情報（指示情報）をホスト装置２００に出力する。これにより、ホスト装置２００において、表示画面に表示させた画像と表示画面に対する被検知体Ｘの接触位置とに基づいて、ユーザからの指示内容が検出される。

次に、導光板１１における光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの間の位置に設けられた遮光部３１ａ〜３１ｄについて説明する。図８は、遮光部３１ａ〜３１ｄの構成を示す説明図である。

遮光部３１ａ〜３１ｄは、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１の光入射部に入射し、この光入射部から導光板１１内を受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに向かって進行する光を遮光するものであり、光源１２ａと受光部１３ａとの間、光源１２ａと受光部１３ｂとの間、光源１２ｂと受光部１３ｂとの間、および光源１２ｂと受光部１３ｃとの間にそれぞれ設けられている。なお、遮光部３１ａ〜３１ｄは、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が導光板１１を介して受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止あるいは抑制できる構成であればよく、必ずしも受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに向かって進行する光を完全に遮断するものでなくてもよい。

本実施形態では、図８に示すように、導光板１１の一部を切り欠いた切欠部（空隙部）を遮光部３１ａ〜３１ｄとして用いている。このような切欠部を設けることにより、導光板１１の材質（本実施形態ではアクリル樹脂）と空気との屈折率の違いにより、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに向けて進行することを防止し、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止できる。

図９の（ｂ）は本実施形態における遮光部の構成を示す説明図であり、図９の（ａ）は比較例にかかる遮光部の構成を示す説明図である。

図９の（ｂ）に示したように、本実施形態では、遮光部３１ｂ，３１ｃの板面平行方向の長さを、当該遮光部３１ｂ，３１ｃが受光部１３ｂの観測領域（検知範囲）に入らない長さに設定している。なお、観測領域は表示パネル３２の表示画面（画像表示領域）に対応する領域であり、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの観測領域の大きさと光源１２ａ，１２ｂからの出射光の照射角度（観測領域に対する光源１２ａ，１２ｂの配置位置）とによって導光板１１のサイズが決定される。

図９の（ａ）に示すように、遮光部３１ｂ，３１ｃが受光部１３ｂの観測領域内まで延伸している場合、光源から入射して導光板内を伝播する光が遮光部３１ｂ，３１ｃの先端部で散乱し、散乱した光が受光部１３ｂに入射して輝点として観測されてしまう。このため、遮光部３１ｂ，３１ｃの先端部で生じた散乱光が導光板１１に対する被検知体の接触によって生じる散乱光と混合してしまい、信号のコントラスト比（Ｓ／Ｎ）が低下して検知精度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態では、遮光部３１ｂ，３１ｃの長さを、当該各遮光部が受光部１３ｂの観測領域の外部に配置される長さに設定している。このため、遮光部の先端で生じる散乱光と被検知体の接触による散乱光とが混合することがなく、信号のコントラスト比の低下による検知精度の低下を防止することができる。

なお、図９では、受光部１３ｂの観測領域を１６０°の範囲に設定しているが、これに限るものではない。

また、遮光部３１ａ，３１ｄの長さについても、遮光部３１ｂ、３１ｃと同様、当該遮光部３１ａ，３１ｄがそれぞれ受光部１３ａ，１３ｃの観測領域の外部に配置される長さに設定すればよい。

また、遮光部３１ｂ，３１ｃを構成する切欠部の板面平行方向についての幅は（切欠部における光源側の表面と受光部側の表面との間隔）は、特に限定されるものではないが、本実施形態では導光板１１の板厚と略同等の２ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定している。

また、図９の（ｂ）では、遮光部３１ｂ，３１ｃの先端が受光部１３ｂの観測領域の端部まで延伸しているが、切欠部の先端が遮光部３１ｂ，３１ｃの観測領域から所定距離（あるいは所定角度）だけ離間するように各切欠部の長さを設定してもよい。例えば、上記所定角度を、受光部１３ｂを中心として５°以下の角度範囲になるように設定してもよい。これにより、切欠部の先端で光の散乱が生じた場合であっても、切欠部の先端が遮光部３１ｂ，３１ｃの観測領域の端部まで延伸している場合に比べて、散乱光が受光部１３ｂに入射することを抑制することができる。

また、遮光部３１ａ〜３１ｄの切欠部の表面の表面粗さは特に限定されるものではないが、本実施形態ではＲａ＝０．８５μｍ〜１μｍの範囲内になるように表面加工処理を施している。一般に、物体の表面に入射光の波長程度の凹凸があれば入射光はその物体表面で乱反射する。このため、遮光部３１ａ〜３１ｄの切欠部の表面粗さをＲａ＝０．８５μｍ〜１μｍ程度にすることにより、光源１２ａ，１２ｂから出射された光（本実施形態では波長８５０の赤外光）を遮光部３１ａ〜３１ｄの表面で乱反射させ、受光部に直接入射することを防止できる。換言すれば、導光板１１における切欠部（空隙部）との界面に光拡散性を向上させるための表面加工処理を施すことにより、光源からの光が導光板を介して受光部に直接入射することをより好適に防止することができる。

また、遮光部３１ａ〜３１ｄの切欠部の表面の形状（曲率）は特に限定されるものではないが、本実施形態では導光板１１の板面に対して略垂直な平面にしている。

上記切欠部の表面を曲面にする場合、曲率が極大値である箇所（曲率の変化率が大きい箇所）に対応する位置に光が集光され（レンズ効果）、当該位置の光強度が増大して切欠部における受光部側の面から受光部へ向けて出射されてしまう可能性がある。これに対して、本実施形態では、上記切欠部の表面を導光板１１の板面に略垂直な平面にしているので、当該表面に入射した光が集光されることを防止し、光源からの光が受光部に直接入射することをより確実に防止できる。

なお、切欠部の長さ、幅、表面粗さ、および曲率は、上述した例に限定されるものではなく、光源と受光部との位置関係、受光部の観測範囲、および光源からの光の拡散範囲（光拡散角度）等を考慮して、光源から導光板に入射した光が受光部に直接入射することを防止あるいは抑制できるように適宜設定すればよい。

以上のように、本実施形態にかかるタッチパネル１００（接触位置検出装置１０）は、導光板１１の周縁部に配置された光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備えており、光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの間に、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止するための遮光部３１ａ〜３１ｄを備えている。

これにより、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することによって受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃによる被検知体の導光板１１に対する接触によって生じる散乱光の検出精度が低下することを防止できる。

図１０の（ａ）は遮光部を設けない比較例における光源からの光の伝播範囲を示す説明図であり、図１０の（ｂ）は本実施形態にかかるタッチパネル１００における光源からの光の伝播範囲を示す説明図である。

光源１２ａ，１２ｂから出射されて導光板１１の光入射部（光源１２ａ，１２ｂとの対向部）に入射した光は、導光板１１内を上記光入射部から所定角度範囲の領域（図１０の（ａ）および（ｂ）に破線で示した領域）に向けて進行する。

図１０の（ａ）に示したように、遮光部を設けない場合、光源１２ａ，１２ｂによる照明領域（光源１２ａ，１２ｂからの光が伝播する領域）内に受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが含まれる。このため、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射してしまう。

光源からの直接光が受光部に入射すると、導光板１１に被検知体が接触することによって生じる散乱光の光量は光源からの直接光と比べて少ないため、上記散乱光が上記直接光に埋もれて信号検出が困難になり、被検知体の接触位置の検出精度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態では、図１０の（ｂ）に示すように、導光板１１における光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの間の位置に遮光部３１ａ〜３１ｄを設けているので、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止できる。このため、光源１２ａ，１２ｂからの光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することによって受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの検知精度が低下することを防止できる。

なお、本実施形態では、導光板１１の一部を当該導光板１１の周縁部から板面平行方向内側に向かって切り欠いた切欠部（空隙部）を遮光部３１ａ〜３１ｄとして用いているが、これに限るものではない。例えば、遮光部３１ａ〜３１ｄを構成する切欠部（空隙部）の形状を、導光板１１の一部を板面法線方向に刳り貫いた穴状、あるいは板面法線方向に掘り込んだ溝状の形状としてもよい。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、遮光部３１ａ〜３１ｄを構成する切欠部の表面に遮光性を向上させるための塗料を塗布する。上記塗料は、遮光部３１ａ〜３１ｄの遮光性を向上させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、光吸収性を有する塗料や、光反射性を有する塗料などを用いることができる。光吸収性を有する塗料としては、例えば、（ｉ）艶消しの水性アクリル塗料、（ｉｉ）カーボンブラックを含有する塗料（例えば溶剤を除く塗料樹脂の重量に対してカーボンブラックを５重量％〜１０重量％含有している塗料）などを用いることができる。

これにより、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することをより確実に防止することができる。

例えば、切欠部の表面に光吸収性を有する塗料を塗布した場合、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が導光板１１内を伝播して切欠部の表面に到達すると、その大部分が切欠部における光源側の表面（塗装面）で吸収される。また、光源側の塗装面で吸収されずに空気中（切欠部内）に伝播した光は、切欠部における受光部側の表面（塗装面）で吸収される。したがって、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することをより確実に防止することができる。なお、切欠部における光源側の表面、および受光部側の表面のうちの一方にのみ塗料を塗布してもよい。

また、切欠部の表面に光反射性を有する塗料を塗布した場合、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が導光板１１内を伝播して切欠部の表面に到達すると、切欠部の表面（塗装面）で反射して散乱する。その結果、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することをより確実に防止することができる。

また、遮光部３１ａ〜３１ｄの切欠部の表面に塗料を塗布する構成に限らず、例えば、光吸収性を有する物質、あるいは光反射性を有する物質（例えばアルミニウム等）を切欠部の表面に蒸着等により付着させてもよい。これにより、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射して導光板１１内を伝播する光を上記物質によって吸収あるいは反射させ、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに直接入射することを防止できる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、遮光部３１ａ〜３１ｄを構成する切欠部（空隙部）の内部に、遮光性を向上させるための部材を配置する。上記部材は、遮光部３１ａ〜３１ｄの遮光性を向上させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、カーボンブラックを含有する樹脂部材などを用いることができる。例えば、カーボンブラックの含有量を樹脂部材全体の重量に対して１０重量％以上にすることにより、光源から出射された光を好適に遮光できる。また、上記部材は、上記空隙部に挿入されるものであってもよく、上記空隙部に充填されるものであってもよい。

また、上記部材として、導光板１１よりも屈折率の低い材質からなる部材を用いてもよい。導光板１１を構成するアクリル樹脂の屈折率（屈折率ｎ＝１．４９）よりも屈折率の低い材質としては、例えば、フッ素樹脂（屈折率ｎ＝１．３５）やシリコン樹脂（屈折率ｎ＝１．４３）などが挙げられる。切欠部にフッ素樹脂を挿入する場合、光源からの直接項の入射角が６５°以下であれば当該直接項が全反射され、遮光部３１ａ〜３１ｄを光が透過しない。また、切欠部にシリコン樹脂を挿入する場合、光源からの直接項の入射角が７３．７°以下であれば当該直接項が全反射され、遮光部３１ａ〜３１ｄを光が透過しない。

〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、上述した実施形態と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１１の（ａ）は、本実施形態にかかる接触位置検出装置１０の構成を示す説明図である。実施形態１に示した接触位置検出装置１０と異なる点は、光源１２ａ，１２ｂが導光板１１の側端面に対向配置されている点、および、受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに代えて、受光部４１ａ，４１ｂ，４１ｃを備えている点である。なお、本実施形態では、略矩形形状の導光板１１における角部を上記矩形形状の上記角部を挟む２辺に対して斜め方向に延伸し、かつ導光板１１の板面に略垂直な切除面で切除し、この切除面に受光部４１ａ，４１ｃを対向配置している。

また、本実施形態では、実施形態１と同様、導光板１１における光源１２ａ，１２ｂと受光部４１ａ，４１ｂ，４１ｃとの間の位置に、光源からの直接光が受光部に入射することを防止するための遮光部３１ａ〜３１ｄを設けている。

受光部４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、基板４２、検出素子（ラインセンサ）４３、およびレンズ４４を備えており、導光板１１の側端面に対向配置されている。

被検知体の導光板１１に対する接触によって生じた散乱光は、導光板１１の側端面から各受光部１３ａ，１３ｂ，１３ｃにおけるレンズ４４によって当該受光部の検出素子４３に集光される。検出素子４３の検出結果を示す信号は接触位置特定部２２に送られ、当該信号に基づいて被検知体の接触位置が検出される。

一方、図１１の（ｂ）は、遮光部３１ａ〜３１ｄを備えない以外は図１１の（ａ）と同様の構成である比較例にかかる接触位置検出装置の構成を示す説明図である。この図に示すように、遮光部３１ａ〜３１ｄを設けない場合、光源から導光板に入射した光が受光部に直接入射し、被検知体の接触位置の検出精度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態にかかる接触位置検出装置１０では、図１１の（ａ）に示したように、光源１２ａ，１２ｂと受光部４１ａ，４１ｂ，４１ｃとの間に遮光部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが設けられている。このため、実施形態１と同様、光源からの直接光が受光部に直接入射することを防止できる。これにより、実施形態１と同様、光源からの直接光によって被検知体の接触位置の検出精度が低下することを防止することができる。

なお、上記各実施形態では、導光板１１に設けた切欠部（空隙部）を遮光部３１ａ〜３１ｄとして用いているが、遮光部３１ａ〜３１ｄの構成はこれに限るものではない。例えば、遮光部３１ａ〜３１ｄは、導光板１１を構成する材料（本実施形態ではアクリル樹脂）の一部に光吸収性あるいは光反射性を有する物質を含有させたものであってもよい。

また、遮光部３１ａ〜３１ｄは、導光板１１の表面および裏面の少なくとも一方に、光源から入射した光が受光部に向かって伝播できる物質（例えば、導光板１１を構成する物質とは屈折率の異なる物質、あるいは光吸収性を有する物質など）を塗布、蒸着、積層等の方法により配置したものであってもよい。また、遮光部３１ａ〜３１ｄは、導光板１１の表面および裏面の少なくとも一方に、光源から入射した光が受光部に向かって伝播することを防止あるいは抑制するための表面加工処理を施したものであってもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１にかかる接触位置検出装置１０は、導光板１１と、上記導光板１１に光を入射させる光源１２ａ，１２ｂと、上記導光板１１に被検知体Ｘが接触することによって生じる上記光源１２ａ，１２ｂから入射した光の散乱光を検出する受光部１３ａ〜１３ｃとを備え、上記散乱光の検出結果に応じて上記被検知体Ｘの接触位置を検出する接触位置検出装置１０であって、上記光源１２ａ，１２ｂから上記導光板１１の光入射部に入射した光は、当該導光板１１内を上記光入射部から所定角度範囲の領域に向けて進行し、上記受光部１３ａ〜１３ｃは、上記所定角度範囲内の位置に配置されており、上記導光板１１における上記受光部１３ａ〜１３ｃと上記光入射部との間の位置に、上記光入射部から上記受光部１３ａ〜１３ｃに向かって進行する光を遮光する遮光部３１ａ〜３１ｄが設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１の光入射部に入射した光が進行する上記所定角度範囲内に受光部１３ａ〜１３ｃを配置することにより、上記所定角度範囲の外部に受光部１３ａ〜１３ｃを配置する場合よりも装置の小型化を図ることができる。また、光入射部と受光部１３ａ〜１３ｃとの間の位置に遮光部３１ａ〜３１ｄを設けることにより、光源１２ａ，１２ｂから導光板１１に入射した光が当該導光板１１を介して受光部１３ａ〜１３ｄに直接入射することを防止できる。したがって、装置の大型化を招来することなく、光源１２ａ，１２ｂからの受光部１３ａ〜１３ｃに直接入射する光によって接触位置の検出精度が低下することを防止できる。

本発明の態様２にかかる接触位置検出装置１０は、上記態様１において、上記受光部１３ａ〜１３ｃは、所定の検出角度範囲から入射する光を検出し、上記遮光部３１ａ〜３１ｄは、上記検出角度範囲の外部に設けられている構成である。

上記の構成によれば、上記遮光部３１ａ〜３１ｄで散乱した散乱光が受光部１３ａ〜１３ｃに入射することを防止し、当該散乱光によって接触位置の検出精度が低下することを防止できる。

本発明の態様３にかかる接触位置検出装置１０は、上記態様１または２において、上記導光板１１における上記被検知体Ｘが接触する面は略矩形形状を有しており、上記光源１２ａ，１２ｂと上記受光部１３ａ〜１３ｃとは、上記矩形形状における共通の辺の近傍に配置されている構成である。

上記の構成によれば、略矩形形状の導光板１１における共通の側辺部近傍に光源１２ａ，１２ｂと受光部１３ａ〜１３ｃとを配置することにより、装置のサイズをより縮小することができる。

本発明の態様４にかかる接触位置検出装置１０は、上記態様１から３のいずれかにおいて、上記遮光部３１ａ〜３１ｄは、上記導光板１１の一部に設けられた空隙部である構成である。例えば、上記空隙部は、導光板１１の端面を内側に向かって溝状に切り欠いたものであってもよく、導光板１１を穴状に刳り貫いたものであってもよい。

上記の構成によれば、導光板１１に空隙部を設けることにより、遮光部３１ａ〜３１ｄを容易に形成することができる。

本発明の態様５にかかる接触位置検出装置１０は、上記態様４において、上記空隙部に、上記導光板１１における上記空隙部との界面に光吸収性または光反射性を有する塗料が塗布されているか、あるいは上記界面に光拡散性を向上させるための表面加工処理が施されている構成である。

上記の構成によれば、空隙部を光が透過することを防止できるので、空隙部を透過した光が受光部１３ａ〜１３ｄに入射することによって位置検出精度が低下することをより確実に防止できる。

本発明の態様６にかかる接触位置検出装置１０は、上記態様４または５において、上記空隙部に、光吸収性または光反射性を有する部材が配置されている構成である。

上記の構成によれば、空隙部を光が透過することを防止できるので、空隙部を透過した光が受光部１３ａ〜１３ｄに入射することによって位置検出精度が低下することをより確実に防止できる。

本発明の態様７にかかるタッチパネル１００は、表示装置３０と、上記表示装置３０の表示画面に対向配置された上記態様１から６のいずれかの接触位置検出装置１０とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、タッチパネル１００の大型化を招来することなく、光源１２ａ，１２ｂから受光部１３ａ〜１３ｃに直接入射する光によって接触位置の検出精度が低下することを防止することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、被接触体の接触位置を検出する接触位置検出装置およびそれを備えたタッチパネルに適用できる。

１０ 接触位置検出装置
１１ 導光板
１２ａ，１２ｂ 光源
１３ａ〜１３ｃ 受光部
１４ プリズム
１５ 光源基板
１６ レンズ
１７ バンドパスフィルタ
１８ 撮像素子
１９ 凹部
２０ 制御部
２１ 発光制御部
２２ 接触位置特定部
２３ 接触座標算出部
２４ 指示情報出力部
２５ 記憶部
３０ 表示装置
３１ 表示制御部
３１ａ〜３１ｄ 遮光部
３２ 表示パネル
４１ａ〜４１ｃ 受光部
４２ 基板
４３ 検出素子
４４ レンズ
１００ タッチパネル
２００ ホスト装置
Ｘ 被検知体

Claims (7)

1. 導光板と、上記導光板に光を入射させる光源と、上記導光板に被検知体が接触することによって生じる上記光源から入射した光の散乱光を検出する受光部とを備え、上記散乱光の検出結果に応じて上記被検知体の接触位置を検出する接触位置検出装置であって、
   上記光源から上記導光板の光入射部に入射した光は、当該導光板内を上記光入射部から所定角度範囲の領域に向けて進行し、
   上記受光部は、上記所定角度範囲内の位置に配置されており、
   上記導光板における上記受光部と上記光入射部との間の位置に、上記光入射部から上記受光部に向かって進行する光を遮光する遮光部が設けられていることを特徴とする接触位置検出装置。
2. 上記受光部は、所定の検出角度範囲から入射する光を検出し、
   上記遮光部は、上記検出角度範囲の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接触位置検出装置。
3. 上記導光板における上記被検知体が接触する面は略矩形形状を有しており、
   上記光源と上記受光部とは、上記矩形形状における共通の辺の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接触位置検出装置。
4. 上記遮光部は、上記導光板の一部に設けられた空隙部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の接触位置検出装置。
5. 上記導光板における上記空隙部との界面に光吸収性または光反射性を有する塗料が塗布されているか、あるいは上記界面に光拡散性を向上させるための表面加工処理が施されていることを特徴とする請求項４に記載の接触位置検出装置。
6. 上記空隙部に、光吸収性または光反射性を有する部材が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の接触位置検出装置。
7. 表示装置と、上記表示装置の表示画面に対向配置された請求項１から６のいずれか１項に記載の接触位置検出装置とを備えていることを特徴とするタッチパネル。

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