JP2016126709A - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の検出光の強度を増大させ、輪郭が明瞭な検出光を生成する光学部材を設けることにより、タッチ位置の検出精度を向上させたＦＴＩＲ方式のタッチパネル装置を提供する。【解決手段】光源部１０８からの光を伝搬させる導光板１０２と、導光板１０２がタッチされたことによる散乱光を検出する検出部１０４及び１０６と、散乱光を検出部に導く光学部材と、検出された光に関する情報に基づいて、導光板１０２上のタッチ位置を算出する主制御部１１８とを含み、光学部材は、各検出部に対向する端部に円弧状曲面が形成され、各検出部は、対向する円弧状曲面から放射される光の検出部への入射角度に応じた位置情報を、検出部により検出された光に関する情報として出力する。これにより、検出部により検出される光の輪郭を明瞭にすることができ、タッチ位置の検出精度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）方式のタッチパネル装置に関し、特に、導光板の端部を加工することなく、検出装置により検出される検出光の強度を増大させ、輪郭が明瞭な検出光を生成することにより、タッチ位置の検出精度を向上させることが可能なタッチパネル装置に関する。

光学式タッチパネルとして、液晶ディスプレイ等の表示装置上に配置する導光板の側面に光源と検知用センサを設けた、ＦＴＩＲ方式のタッチパネルが知られている。このタッチパネルは、以下のようにしてタッチパネル上の接触位置を検出する。光を導光板の側面から供給する。導光板の表面に指又はペン等が接触すると、導光板内を伝搬する光に散乱が生じる。この散乱光を検知用センサで検知し、接触位置を検出する。

例えば、下記特許文献１には、外来光（環境光）の影響を低減し、タッチ位置の認識精度を向上させることが可能なタッチパネルを提供するための発明が開示されている。このタッチパネルは、導光板に光を入射する光源、導光板の側面の一部に配置された受光素子、及び、導光板の側面と受光素子との間に被検出体（指又は入力ペン等）により散乱した光源からの光を受光素子に結像する結像手段（レンズ）を具備する。結像手段及び受光素子は、矩形の導光板の辺に対して斜めに配置される。導光板は、結像手段及が配置される角部が、結像手段に対向するように、斜めに切断された平面状に形成されている。さらに、特許文献１には、受光素子が配置された導光板の側面の一部には、光吸収手段（カーボンブラック含有樹脂）を配置し、受光素子は光源の照射範囲外に配置される構成が開示されている。

また、下記特許文献２には、カバーガラス（導光板）の下方に受光素子を配置し、カバーガラス内を全反射して伝搬する光の散乱光を検出して、カバーガラスにタッチしたポインタの位置を検出する技術が開示されている。具体的には、カバーガラスの一方の端部に近い、カバーガラスの背面にエミッタ（光源ＬＥＤ）を配置する。エミッタから放射される光を、エミッタレンズを介して、カバーガラスの背面からカバーガラスの内部に入射させる。入射した光は、カバーガラス内を全反射して他方の端部まで伝搬し、カバーガラスの背面から放射される。放射された光は、レシーバレンズを介して、レシーバに入射される。エミッタレンズ及びレシーバレンズは、導光板に接着剤で接着される。

特開２００９−２５８９６７号公報 特表２０１４−５１３３７５号公報

しかし、上記の特許文献１に開示されたタッチパネルには、次の問題がある。即ち、このタッチパネルでは、受光素子及び結像手段からなる受光部に対向する導光板の形状が、受光部に対して、平行、且つ、平坦な形状を有している。そのため、被検出体からの散乱光が当該導光板の端面に到達した際には、散乱光が拡散しており、散乱光パターンがぼやけてしまう。したがって、結像手段で受光素子に散乱光パターンを結像しても、受光素子面上には、輪郭が不明確なパターン像が結像される。この結果、精度の良い位置検出が困難である問題がある。

この問題を解決するために、受光部にシャープな散乱光パターンが入射されるように、受光部に対向する導光板の端部を適切な形状に加工することが考えられる。樹脂製の導光板であれば加工性（切削加工）が高く、このような方法を適用することは可能である。しかし、加工性が低い部材を導光板に使用する場合には容易には適用できない。例えば、アクリル樹脂等は耐熱温度が低く可燃性であるので、ガラス、特に、耐熱ガラスで導光板を形成することが要望されることがある。その場合、ガラスの加工性は極めて低く、端部を適切な形状に加工することは困難であり、製造コストが高くなる。また、樹脂製の導光板を用いる場合でも、サイズが大きければ、その加工作業は難しく製造コストが高くなる。

特許文献２に開示された技術は、ガラスの導光板にも適用可能であるが、構造が複雑である問題がある。

したがって、本発明は、ガラス等の加工性が低い導光板を使用する場合にも、検出装置により検出される検出光の強度を増大させ、輪郭が明瞭な検出光を生成することにより、タッチ位置の検出精度を向上させることが可能な、ＦＴＩＲ方式のタッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係るタッチパネル装置は、光を伝搬させる平板状の導光板（導光手段、例えば、後述する第１の実施の形態における導光板１０２）と、導光板の表面が接触されたことにより生じる、導光板を伝搬する光の散乱光、又は、導光板の表面に入力装置が接触することにより、入力装置が発し、導光板の内部に入射した光を検出する、導光板の背面側に配置された２つの検出部（検出手段、例えば、第１の実施の形態における第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のセンサ１２４）と、導光板の背面側に配置された２つの光学部材（光学手段、例えば、第１の実施の形態における検出光学板１２６）と、検出部により検出された光に関する情報（受光位置の情報、例えば、センサ１２４の受光した画素の位置）に基づいて、導光板上の接触された接触位置を算出する算出部（算出手段、例えば、第１の実施の形態における主制御部１１８）とを含む。２つの検出部は、導光板の相互に異なる端部に配置される。２つの光学部材と２つの検出部とは、１対１に対応する。２つの光学部材のそれぞれは、導光板に所定部分（例えば、導光板１０２の背面の角部）で接合され、対応する検出部に対向し、且つ導光板の表面に垂直な円弧状曲面を持つ。２つの検出部のそれぞれは、導光板を伝搬して所定部分を通過した後に光学部材を伝搬して円弧状曲面から放射される光の検出部への入射角度に応じた位置情報を、検出部により検出された光に関する情報として出力する。

これにより、円弧状曲面から放射され、検出部により検出される光の輪郭を明瞭にすることができる。したがって、光の入射角度に応じた位置情報の精度を向上させることができ、導光板の接触位置の検出精度を向上させることができる。

本発明の第２の局面に係るタッチパネル装置は、光を伝搬させる平板状の導光板と、導光板の表面が接触されたことにより生じる、導光板を伝搬する光の散乱光、又は、導光板の表面に入力装置が接触することにより、入力装置が発し、導光板の内部に入射する光を検出する、導光板の背面側に配置された２つの検出部と、導光板の背面側に配置された２つの光学部材と、検出部により検出された光に関する情報に基づいて、導光板上の接触された接触位置を算出する算出部とを含む。２つの検出部は、導光板の相互に異なる端部に配置される。２つの光学部材と２つの検出部とは、１対１に対応する。２つの光学部材のそれぞれは、導光板に所定部分で接合され、対応する検出部に対向し、且つ中心軸が導光板の表面に垂直である円錐面の一部を形成する形状の傾斜面を持つ。２つの検出部のそれぞれは、導光板を伝搬して所定部分を通過した後に光学部材を伝搬して傾斜面から放射される光の検出部への入射角度に応じた位置情報を、検出部により検出された光に関する情報として出力する。

これにより、傾斜面から放射され、検出部により検出される光の輪郭を明瞭にすることができる。したがって、光の入射角度に応じた位置情報の精度を向上させることができ、導光板の接触位置の検出精度を向上させることができる。

好ましくは、２つの検出部のそれぞれは、レンズとセンサとを含み、レンズは、円弧状曲面又は傾斜面から離隔して配置され、レンズは、円弧状曲面又は傾斜面から放射される光を、当該光の検出部への入射角度に１対１に対応する、センサ上の位置に導く。

これにより、検出部に対する光の入射角度に応じた位置情報の精度を向上させることができ、導光板の接触位置の検出精度を向上させることができる。

より好ましくは、光学部材及び導光板の接合は、密着接合（例えば、透明の接着剤（アクリル樹脂系のＵＶ硬化接着剤）による接合）である。

これにより、導光板を伝搬する光を効率よく光学部材に取込むことができる。

さらに好ましくは、タッチパネル装置は、導光板の表面上の、光学部材に対応する位置に配置された反射板（反射手段、例えば、第３の実施の形態の反射板１５０）をさらに含む。

これにより、導光板の内部を伝搬する光が、検出部により検出されずに導光板の外部に漏れることを防止し、外部からの光が、導光板に入射して検出部により検出されることを防止することができる。

好ましくは、タッチパネル装置は、光学部材の背面側に、光学部材の背面から離隔して配置されたカバーをさらに含む。

これにより、タッチパネル装置の周囲からの光、特にタッチパネル装置の背面からの光がセンサ部に入射することを防止することができる。

より好ましくは、中心軸を含む平面において、傾斜面が導光板の表面と成す角度は、１０°以上４０°以下である。

これにより、検出部に入射する光の強度をより一層増大させることができる。

本発明によれば、導光板に特別な加工を施さずに、導光板に接合された光学部材の円弧状曲面又は傾斜面から放射され、検出部により検出される光の輪郭を明瞭にすることができる。したがって、光の入射角度に応じた位置情報の精度を向上させることができ、導光板の接触位置の検出精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す図である。 図１に示したタッチパネル装置の構成を示す三面図である。 図２の領域Ａを拡大した、導光板の背面から見た平面図である。 図１に示したタッチパネル装置の導光板の一部を拡大した、導光板の背面から見た斜視図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 タッチ位置の算出方法を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の一部を拡大した、導光板の背面から見た平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の導光板の一部を拡大した、導光板の背面から見た斜視図である。 図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 導光板内を伝搬する散乱光の経路を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネル装置の一部を拡大した、導光板の背面から見た平面図である。 図１１のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 検出光学板の背面にカバーを配置した状態を示す断面図である。 ＬＥＤペンを用いるタッチパネル装置の概略構成を示す図である。 複数のＬＥＤペンによるタッチ位置を同時に検出可能なタッチパネル装置を示す平面図である。

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル装置１００は、導光板１０２、第１センサ部１０４、第２センサ部１０６、光源部１０８、センサ制御部１１４、光源制御部１１６、及び主制御部１１８を含む。導光板１０２は、ガラス、例えば硼珪酸ガラス（耐熱ガラス）で形成されている。

光源部１０８は、図２に示すように、ＬＥＤアレイ部１１０及び三角プリズム１１２を含む。ＬＥＤアレイ部１１０は複数のＬＥＤ素子を基板上にアレイ状に並べたものである。三角プリズム１１２は、導光板１０２に接合され、三角プリズム１１２の傾斜面にＬＥＤ素子が当接して配置されている。三角プリズム１１２の傾斜面は、導光板１０２の面に対して所定角度を成している。所定角度は、ＬＥＤ素子から、ＬＥＤ素子の正面方向に放射される光が、導光板１０２内で全反射する角度、即ち臨界角よりも大きいことが好ましい。臨界角は、導光板１０２の屈折率と空気の屈折率とにより決まる。導光板１０２を硼珪酸ガラス（屈折率１．４８）で形成する場合、所定角度は約５０°であることが好ましい。

光源部１０８は、光源制御部１１６により電力の供給及び制御を受けて、ＬＥＤアレイ部１１０のＬＥＤ素子から光を放射させる。放射される光は、例えば、波長が８５０ｎｍの赤外光である。ＬＥＤアレイ部１１０から放射された光は、三角プリズム１１２を介して、導光板１０２内に入射し、導光板１０２の両面により全反射を繰返しながら、導光板１０２内を伝搬する。図１において、光源部１０８から放射され、導光板１０２内を伝搬する光を、右上方向の３本の破線矢印で模式的に示す。

図１に示すように、人が指２２０等で、導光板１０２の表面にタッチすると、光源部１０８から放射されて導光板１０２内を伝搬する光は、タッチ位置で散乱される。散乱光の一部は、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に伝搬する（図１において下向きの破線の矢印で示す）。

第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ等の光検出装置を含む。第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６は、センサ制御部１１４の制御を受けて、検出信号を主制御部１１８に伝送する。主制御部１１８は、ＣＰＵ等の演算素子及び記憶素子を含む。後述するように、光検出装置は、例えば１次元のラインセンサであり、主制御部１１８は、ライセンサ上の受光位置（受光した画素の位置）の情報から、タッチ位置を算出する。

主制御部１１８は、所定のタイミングで光源制御部１１６により光源部１０８を駆動し、導光板１０２内に光を放射した状態で、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６から、光の検出信号を待受ける。導光板１０２の表面がタッチされると、上記したように、タッチ位置で散乱光が生じ、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６により検出され、主制御部１１８は、タッチ位置を算出することができる。主制御部１１８が、算出したタッチ位置の情報を、所定のインターフェイスを介して、コンピュータ等のホスト装置２０４に出力することにより、ホスト装置２０４は、タッチ位置に応じた処理を実行することが可能になる。

図１に示すように、液晶ディスプレイ等の表示パネル２００の上に、タッチパネル装置１００を配置すれば、タッチパネル装置１００に対するタッチ操作を、表示パネル２００に表示された画像に対するユーザの操作として扱うことができ、ホスト装置２０４に対するユーザインターフェイスを実現することができる。例えば、ホスト装置２０４が画像形成装置であれば、タッチパネル装置１００及び表示装置（表示パネル２００及び表示制御部２０２）は、画像形成装置の操作パネルとして使用され得る。

本実施の形態では、図３〜図５に示すように、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６は導光板１０２の背面に配置されている。図３を参照して、第１センサ部１０４は、検出光学板１２６、レンズ部１２０、バンドパスフィルタ１２２、及びセンサ１２４を含む。

検出光学板１２６は、導光板１０２に接合された馬蹄形の平板であり、点Ｏを中心とする２つの円弧状曲面を備えている。内側円弧状曲面１３０及び外側円弧状曲面１３４は、導光板１０２の表面に垂直である。内側円弧状曲面１３０上の点は、点Ｏを通り導光板１０２の表面に垂直な軸１３２から等距離（Ｒ０）にある。即ち、内側円弧状曲面１３０は、軸１３２を中心軸とする半径Ｒ０の円筒の側面の一部を形成する。同様に、外側円弧状曲面１３４上の点は、軸１３２から等距離（Ｒ）にある。即ち、外側円弧状曲面１３４は、軸１３２を中心軸とする半径Ｒの円筒の側面の一部を形成する。

図５を参照して、検出光学板１２６は、光学接合部１７０を介して導光板１０２に接合されている。光学接合部１７０は、例えば、光源部１０８から放射される光に対して透明の接着剤である。光学接合部１７０での屈折率の変化を抑制するために、接着剤には、例えば、アクリル樹脂系のＵＶ硬化接着剤（屈折率１．４９）を使用することが好ましい。接着剤を使用する場合、光学接合部１７０に気泡が形成されないように、減圧状態で接合することが好ましい。

センサ１２４は、上記した光検出装置であり、例えばラインセンサである。バンドパスフィルタ１２２は、光源部１０８から放射された光を選択的に通過させる波長帯域を有する。バンドパスフィルタ１２２は、光源部１０８の放射光以外の光（外部から導光板に入射する光）がセンサ１２４に入射して、誤検出されることを防止するためのものである。

レンズ部１２０は、内側円弧状曲面１３０を通過した光を、収束させて、センサ１２４に入射させる。図３等では、レンズ部１２０を凸レンズ形状で表しているが、これは光学レンズであることを表すためである。レンズ部１２０は、例えば、複数のレンズを組合せた、公知のｆθレンズである。

レンズ部１２０及びセンサ１２４は、センサ１２４の検出面がレンズ部１２０の光軸に垂直であり、センサ１２４の検出面の中心がレンズ部１２０の光軸上に位置し、センサ１２４の検出面が検出光学板１２６の厚さの範囲内に位置するように配置されることが好ましい。レンズ部１２０は、その光軸が、検出光学板１２６の厚さ方向の中央を通るように配置されることがより好ましい。このように配置されていれば、ｆθレンズを使用することにより、レンズの光軸に対する光の入射角度θ（ｒａｄ）と、直線状に検出素子が配置されたラインセンサであるセンサ１２４の中心から光の検出点までの距離Δとが比例する（図３参照）。したがって、センサ１２４上の光の検出点の位置から、検出された光の入射角度θを容易に算出することができる。

検出光学板１２６の、レンズ部１２０に対向する部分が円弧状の曲面に形成されているので、内側円弧状曲面１３０の法線方向から内側円弧状曲面１３０に入射する光は軸１３２に集光される。しかし、内側円弧状曲面１３０の法線方向と異なる方向から内側円弧状曲面１３０に入射する光は、内側円弧状曲面１３０で反射されるか、又は、内側円弧状曲面１３０を通過したとしても、軸１３２に集光されず、レンズ部１２０に入射しない。即ち、タッチされたことにより生じた散乱光のうち、タッチ位置と、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６とを結ぶ直線方向の光を選択的に集光させて、レンズ部１２０に入射させることができる。したがって、検出される光の輪郭が従来よりも明瞭になり、センサ１２４による検出位置精度が向上する。

第２センサ部１０６も、第１センサ部１０４と同様に構成されており、同じ機能を有する。したがって、図６を参照して、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６による光の検出位置から、対応する光の入射角度θ１（ｒａｄ）及びθ２（ｒａｄ）を得ることができ、入射角度θ１及びθ２から、光が、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６を結ぶ直線と成す角度α（ｒａｄ）及びβ（ｒａｄ）を得ることができる。即ち、角度α及びβは、α＝π／２−θ１、β＝π／２−θ２により算出される。そして、タッチ位置をＰ、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６を結ぶ線分とタッチ位置Ｐとの距離をｄ、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６との距離をＬとすると、Ｌ＝ｄ／ｔａｎα＋ｄ／ｔａｎβが成立するので、この式に、角度α及びβ、並びに、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６間の距離Ｌの値を代入することにより、ｄが算出でき、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）を決定することができる。即ち、ｄが算出されると、ｙは、ｙ＝ｄにより、ｘは、ｘ＝ｄ／ｔａｎα により算出される。距離Ｌの値は、主制御部１１８の内部メモリに予め記憶されている。

得られた位置座標（ｘ，ｙ）は、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６の座標系、例えば、点３００を原点とする座標系での位置座標である。タッチ位置Ｐを、例えば、表示パネル２００の位置座標として表すには、原点を点３００から点３０２に平行移動する座標変換を、得られた位置座標（ｘ，ｙ）に対して実行すればよい。座標変換に必要なパラメータは、主制御部１１８の内部メモリに予め記憶されている。

上記したように、導光板１０２の、レンズ部１２０に対向する部分に、内側円弧状曲面１３０が形成されているので、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のセンサ１２４による検出位置精度が高く、算出される角度α及びβの精度も高くなる。したがって、タッチ位置Ｐの検出精度も高くなる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する検出光学板１２６に、導光板１０２表面の法線に沿った円弧状曲面を形成したのに対して、第２の実施の形態においては、導光板１０２表面の法線に交差する傾斜面を形成する。本実施の形態に係るタッチパネル装置は、第１の実施の形態に係るタッチパネル装置１００と同様に構成されており、同様の機能を有する。

本実施の形態に係るタッチパネル装置においては、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する検出光学板１２６は、図７〜図９に示すように構成されている。第１センサ部１０４は、第１の実施の形態と同様に、検出光学板１２６、レンズ部１２０、バンドパスフィルタ１２２、及びセンサ１２４を含む。

検出光学板１２６は、導光板１０２に接合された馬蹄形の平板である。外側円弧状曲面１３４は、導光板１０２の表面に垂直である。外側円弧状曲面１３４上の点は、導光板１０２の表面に垂直な軸１４６から等距離（Ｒ）にある。即ち、外側円弧状曲面１３４は、軸１３２を中心軸とする半径Ｒの円筒の側面の一部を形成する。

検出光学板１２６の、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する部分には、円錐面（円錐の側面）の一部を形成するように、傾斜面１４０が形成されている。即ち、傾斜面１４０は、導光板１０２の表面に垂直な軸１４６を中心軸とする円錐面の一部を形成する。傾斜面１４０は、外側円弧１４２の半径Ｒ１、内側円弧１４４の半径Ｒ２、及び内側円弧部分の厚さ（内側円弧１４４と導光板１０２の背面との距離）ｔにより決定される。厚さｔの部分は、軸１４６を中心軸とし、半径Ｒ２の円筒の側面の一部を形成する円弧状曲面である。なお、図９の断面図に破線で示すように、内側円弧１４４の半径Ｒ２及び厚さｔは０（ゼロ）であってもよい。

検出光学板１２６は、光源部から放射される光に対して透明であり、屈折率が導光板（硼珪酸ガラス）の屈折率（１．４８）とほぼ同じである材料、例えばアクリル樹脂（屈折率１．４９）で形成されている。

図９を参照して、検出光学板１２６は、光学接合部１７０を介して導光板１０２に接合されている。光学接合部１７０は、例えば、光源部から放射される光に対して透明の接着剤である。光学接合部１７０での屈折率の変化を抑制するために、接着剤には、例えば、アクリル樹脂系のＵＶ硬化接着剤（屈折率１．４９）を使用することが好ましい。接着剤を使用する場合、光学接合部１７０に気泡が形成されないように、減圧状態で接合することが好ましい。

図１０に、本実施の形態に係るタッチパネル装置の導光板１０２及び検出光学板１２６内を伝搬する散乱光の経路（以下、光路という）を示す。図１０の検出光学板１２６は、図９において破線で示した形状（Ｒ２＝０、ｔ＝０）に対応する。

図１０に示すように、導光板１０２に指２２０等が触れることにより生じる散乱光は、導光板１０２及び検出光学板１２６内を伝搬し、傾斜面１４０から検出光学板１２６の外部に放射され、レンズ部１２０に入射する。このとき、傾斜面１４０から放射される光のうち、レンズ部１２０に入射しないものがある。図１０の「非検出光」は、レンズ部１２０に入力されない光を示す。また、散乱光のうち、一部は、傾斜面１４０以外の面、例えば、検出光学板１２６の背面１２８から出力される。そのような光も、レンズ部１２０に入力されず、非検出光となる。

導光板１０２内部を伝搬する散乱光が、傾斜面１４０からどのような方向に放射されるか、及び、散乱光が傾斜面１４０以外の面から放射される割合は、導光板１０２の厚さｔ０及び検出光学板１２６の厚さｔ１、導光板１０２及び検出光学板１２６の材質（屈折率）、傾斜面１４０の傾斜角度γ（軸１４６を含む平面内における角度）に依存する。レンズ部１２０に入射する光の強度を適切な大きさにするには、導光板１０２及び検出光学板１２６の材質及び厚さに応じて、傾斜角度γを適切な値に設定することが必要である。

導光板１０２及び検出光学板１２６の材質の屈折率を１．４９、所定の厚さｔ０＝ｔ１の条件で、散乱角度φを変化させて、光路をシミュレーションした。導光板１０２の厚さｔ０及び検出光学板１２６の厚さｔ１はそれぞれ、例えば２ｍｍである。その結果、傾斜面１４０の傾斜角度γは１０〜４０°の範囲であることが好ましい。傾斜角度γは、１５〜２５°の範囲であることがより好ましい。傾斜角度γが１０°よりも小さい場合、散乱角度φが大きい光は、傾斜面１４０に到達しても傾斜面１４０で全反射され、検出光学板１２６の背面１２８から放射され、レンズ部１２０には到達しない。傾斜角度γが４０°よりも大きい場合、大部分の散乱光は傾斜面１４０から放射されるが、導光板１０２の上方（タッチパネル装置の前面）に放射される光が多く、レンズ部１２０には十分な光が到達しない。

適切な傾斜角度γで傾斜面１４０が形成された導光板１０２及び検出光学板１２６により、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。即ち、レンズ部１２０は、傾斜面１４０を通過した光を、収束させて、センサ１２４に入射させる。レンズ部１２０は、例えば、公知のｆθレンズであり、センサ１２４上の光の検出位置から、検出された光の入射角度θを容易に算出することができる。

検出光学板１２６の、レンズ部１２０に対向する部分（傾斜面１４０）が、円錐面状に形成されているので、傾斜面１４０に入射する光のうち、軸１４６を含む平面内を伝搬する光は、軸１４６に集光される。しかし、軸１４６を含む平面外から傾斜面１４０に入射する光は、傾斜面１４０で反射されるか、又は、傾斜面１４０を通過したとしても、軸１４６に集光されず、レンズ部１２０に入射しない。即ち、タッチされたことにより生じた散乱光のうち、タッチ位置と、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６とを結ぶ直線方向の光を選択的に集光させて、レンズ部１２０に入射させることができる。したがって、検出される光の輪郭が従来よりも明瞭になり、センサ１２４による検出位置の精度が向上する。

内側円弧１４４の半径Ｒ２及び厚さｔが０（ゼロ）でない場合、検出光学板１２６の厚さｔ１が約２ｍｍであれば、ｔ＝０．２〜０．５（ｍｍ）であることが好ましい。

第２センサ部１０６も、第１センサ部１０４と同様に構成されており、同じ機能を有する。したがって、第１の実施の形態と同様に、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６の検出位置から、対応する光に関して角度α及びβを得ることができ、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）を決定することができる。このとき、レンズ部１２０に対向する導光板１０２の端部に、傾斜面１４０が形成されているので、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のセンサ１２４による検出位置精度が高く、算出される角度α及びβの精度も高くなる。したがって、タッチ位置Ｐの検出精度も高くなる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に入射する散乱光を、第２の実施の形態よりも増大させると共に、導光板に入射した外部の光が第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に入射することを防止するために、反射板を設ける。

本実施の形態に係るタッチパネル装置は、第１の実施の形態に係るタッチパネル装置１００と同様に構成されており、同様の機能を有する。以下、図１及び図２の参照番号を引用する。検出光学板１２６の、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する検出光学板１２６の部分の形状は、第２の実施の形態と同様である。但し、本実施の形態に係るタッチパネル装置は、図１１に示すように、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６が所定角度回転されて配置され、導光板１０２の表面に反射板１５０を備えている点で第２の実施の形態と異なる。

具体的には、導光板１０２の背面から見て、第１センサ部１０４は、左側に４５°回転されて配置されている。同様に、第２センサ部１０６は、右側に４５°回転されて配置されている。この場合、第１センサ部１０４において、レンズ部１２０の光軸がセンサ１２４の検出部の中心を通るように、レンズ部１２０及びセンサ１２４を配置することが好ましい。

以下、主として第１センサ部１０４の構成に関して説明するが、第２センサ部１０６に関しても同様である。第１センサ部１０４に対向する検出光学板１２６は、図１１及び図１２に示すように構成されている。第１センサ部１０４は、第１の実施の形態と同様に、レンズ部１２０、バンドパスフィルタ１２２、及びセンサ１２４を含む。

検出光学板１２６は、導光板１０２に接合された馬蹄形の平板である。外側円弧状曲面１３４は、導光板１０２の表面に垂直である。外側円弧状曲面１３４上の点は、点Ｏを通り導光板１０２の表面に垂直な軸１４６から等距離（Ｒ）にある。即ち、外側円弧状曲面１３４は、軸１４６を中心軸とする半径Ｒの円筒の側面の一部を形成する。

検出光学板１２６の、第１センサ部１０４に対向する部分には、円錐面（円錐の側面）の一部を形成するように、傾斜面１４０が形成されている。即ち、傾斜面１４０は、導光板１０２の表面に垂直な軸１４６を中心軸とする円錐面の一部を形成する。傾斜面１４０は、外側円弧１４２の半径Ｒ１、内側円弧１４４の半径Ｒ２、及び内側円弧部分の厚さ（内側円弧１４４と導光板１０２の背面との距離）ｔにより決定される。厚さｔの部分は、軸１４６を中心軸とし、半径Ｒ２の円筒の側面の一部を形成する円弧状曲面である。

図１２を参照して、検出光学板１２６は、光学接合部１７０を介して導光板１０２に接合されている。光学接合部１７０は、例えば、光源部から放射される光に対して透明の接着剤である。光学接合部１７０での屈折率の変化を抑制するために、接着剤には、例えば、アクリル樹脂系のＵＶ硬化接着剤（屈折率１．４９）を使用することが好ましい。接着剤を使用する場合、光学接合部１７０に気泡が形成されないように、減圧状態で接合することが好ましい。

反射板１５０は半円形であり、導光板１０２の表面上の、検出光学板１２６に対応する位置に配置されている。反射板１５０は、ミラー化塗料、例えば、アクリサンデー株式会社製の「ミラー調スプレー」製品番号ＭＳ−８０を、所定の厚さに塗布することにより形成される。ミラー化塗料は、微小な金属粒子（例えば、アルミ粒子）を含む塗料であり、硬化すれば、光を反射する鏡面を形成する。

反射板１５０は、アルミ蒸着又はスパッタリング等、公知の方法により形成されてもよい。

第２の実施の形態に関して示したように、レンズ部１２０に入射する光の強度を適切な大きさにするには、導光板１０２及び検出光学板１２６の材質（屈折率）及び厚さに応じて、傾斜角度γを適切な値に設定することが必要である。傾斜面１４０の傾斜角度γが、好ましい範囲（１０〜４０°、より好ましくは１５〜２５°）に形成されていたとしても、散乱光の一部は、導光板１０２の表面から放射され、レンズ部１２０には到達しない非検出光となる。

これに対して、本実施の形態では、反射板１５０がなければ導光板１０２の表面から放射されて非検出光となる光を、反射板１５０により反射させて、さらに導光板１０２内部を伝搬させることができる。したがって、導光板１０２の表面からの放射による散乱光の損失を軽減し、レンズ部１２０に入射する光を増大させることができる。

反射板１５０は、導光板１０２の外部から、特に導光板１０２の前面から導光板１０２に入射する光が、検出光学板１２６に入射し、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に入射することをも防止する。したがって、適切な大きさの反射板１５０を、導光板１０２上の適切な位置に配置することにより、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６の検出精度を向上することができる。

（変形例１）
タッチパネル装置１００は、周囲からの光、特にタッチパネル装置１００の背面からの光がセンサ部に入射することを防止するために、センサ部を覆うカバーを備えていてもよい。例えば、図１３に示すように、センサ部の検出光学板１２６の背面の近傍に、黒色のカバー１７２を配置する。このとき、カバー１７２は、検出光学板１２６の背面１２８に密着させずに、所定の隙間１７４をもって配置することが好ましい。カバー１７２を検出光学板１２６の背面１２８に密着させると、検出光学板１２６中を伝搬し、カバー１７２と密着する部分に到達した散乱光は、全反射される角度であっても、その一部はカバー１７２に吸収されてしまう。したがって、センサ部に入射される散乱光の強度が減少してしまう。カバー１７２を検出光学板１２６から離隔して配置することにより、カバー１７２による吸収を防止することができ、センサ部に入射される散乱光の強度の減少を防止することができる。

（変形例２）
上記では、タッチパネル装置が光源部を備える場合を説明したが、これに限定されない。光を放射するＬＥＤペンを使用する場合には、光源部を備えていなくてもよい。例えば、図１４に示すタッチパネル装置は、図１に示した光源部１０８及び光源制御部１１６を備えていない。この場合、ＬＥＤペン２２２の先端部が導光板１０２の表面にタッチすると、先端部に配置されたＬＥＤ素子から放射される光が、導光板１０２内に入射する。導光板１０２に入射した光は、上記した散乱光と同様に、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６により検出され、ＬＥＤペン２２２のタッチ位置座標が算出される。

（変形例３）
上記では、タッチパネル装置が２つのセンサ部を備える場合を説明したが、これに限定されない。例えば、図１５に示すように、タッチパネル装置は４つのセンサ部を備えてもよい。第３センサ部１６０及び第４センサ部１６２は、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６と同様に構成されている。例えば、２種類のＬＥＤペンを使用し、相互にＬＥＤ素子の発光波長が異なる場合、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のバンドパスフィルタの波長帯域と、第３センサ部１６０及び第４センサ部１６２のバンドパスフィルタの波長帯域とが異なるように設定すれば、２種類のＬＥＤペンを同時に使用しても、それぞれのＬＥＤペンのタッチ位置を検出することができる。

具体的には、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のバンドパスフィルタが、第１のＬＥＤペンから放射される光を通過させ、第２のＬＥＤペンのＬＥＤ素子から放射される光を通過させないように設定する。第３センサ部１６０及び第４センサ部１６２のバンドパスフィルタが、第２のＬＥＤペンのＬＥＤ素子が放射する光を通過させ、第１のＬＥＤペンのＬＥＤ素子が放射する光を通過させないように設定する。これにより、第１のＬＥＤペンのタッチ位置を、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６により検出することができ、第２のＬＥＤペンのタッチ位置を、第３センサ部１６０及び第４センサ部１６２により検出することができる。

上記した第１〜第３の実施の形態において、検出光学板１２６の円弧状曲面１３０及び傾斜面１４０は、矩形平板を切削加工することにより形成することができる。また、検出光学板１２６は、射出成型により形成されてもよい。

上記では、導光板１０２をガラスで形成する場合を説明したが、これに限定されない。光源部又はＬＥＤペンから放射される光を、低い減衰率で伝搬させることができる材料で形成されていればよく、アクリル樹脂等であってもよい。

上記では、ＬＥＤを内蔵したペンを例に挙げたが、ペンに内蔵される光源は、ＬＥＤの他にレーザー又は有機ＥＬ等を用いたものであってもよい。また、ペン接触時の導光板の損傷防止、ペン接触時の拡散光の生成、及び筆記時のひっかかりをなくす等の目的で、ペン先には半透明のシリコンゴム等を設けてもよい。

上記では、レンズ部１２０の光軸がセンサ１２４の検出部の中心を通るように、レンズ部１２０及びセンサ１２４を配置する場合を説明したが、これに限定されない。図１及び図２のように、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６が配置される場合、図３及び図６から分かるように、第１センサ部１０４のセンサ１２４では、導光板１０２のタッチ面側から見て左半分の領域で光を検出し、第２センサ部１０６のセンサ１２４では、導光板１０２のタッチ面側から見て右半分の領域で光を検出する。したがって、第１センサ部１０４のセンサ１２４に関しては、レンズ部１２０の光軸が、導光板１０２のタッチ面側から見て、センサ１２４の検出部の右側を通るように配置してもよい。第２センサ部１０６のセンサ１２４に関しては、レンズ部１２０の光軸が、導光板１０２のタッチ面側から見て、センサ１２４の検出部の左側を通るように配置してもよい。このように配置すれば、センサの検出部を有効に利用することができ、検出精度（解像度）を向上することができる。

また、第１及び第２の実施の形態においても、図１１と同様に、第１センサ部１０４を、導光板１０２のタッチ面側から見て右側に所定角度（例えば４５°）回転させて配置してもよい。同様に、第２センサ部１０６を、導光板１０２のタッチ面側から見て左側に所定角度（例えば４５°）回転させて配置してもよい。第１センサ部１０４を約４５°回転させて配置する場合、レンズ部１２０の光軸がセンサ１２４の検出部の中心を通るように、レンズ部１２０及びセンサ１２４を配置することが好ましい。第２センサ部１０６を約４５°回転させて配置する場合も同様である。第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６のセンサの検出部を有効に利用するためには、レンズ部１２０の光軸とセンサ１２４の検出部との位置関係を、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６により検出されるべき導光板上のタッチ位置の範囲と、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６の位置との関係から決定することが好ましい。

なお、円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０の中心角は、図３、図７及び図１１のように、１８０°に限定されない。導光板１０２に対して検出光学板１２６及びセンサ部を配置する位置は、導光板１０２の角部又はその近傍に配置する場合、円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０の中心角は９０°以上であればよい。

導光板１０２に対して検出光学板１２６及びセンサ部を配置する位置は、導光板１０２の角部又はその近傍に限定されない。導光板１０２の長辺又は短辺の中央部分に、検出光学板１２６及びセンサ部を配置してもよい。その場合、円弧状曲面１３０の円弧の中心角、又は、外側円弧１４２の中心角は、約１８０°であることが好ましい。

上記では、レンズ部１２０にｆθレンズを使用する場合を説明したが、これに限定されない。光の入射角度θと、その光のセンサによる検出位置（中心からの距離Δ）とが１対１に対応するレンズであればよい。また、入射角度θと検出位置Δとの関係が非線形であってもよい。採用したレンズの特性（θ及びΔの対応関係）を、テーブル又は関数として予め記憶しておけば、検出位置Δから光の入射角度θを算出することができる。

各センサ部のレンズ部１２０に、アイリス（絞り機構）を備えていてもよい。アイリスを備えることにより、センサに入射する光の輪郭をより明瞭にすることができ、検出精度をさらに向上することができる。

また、センサはラインセンサに限定されない。２次元センサであってもよい。

また、光源部から放射される光の散乱光又はＬＥＤペンから放射される光を、バックグラウンド光によるノイズレベルと区別可能なレベルで、センサにより検出可能であれば、バンドパスフィルタはなくてもよい。

上記では、第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の導光板に、図１１に示した反射板１５０を形成する場合を説明したが、これに限定されない。反射板は、第１の実施の形態に係るタッチパネル装置の導光板の表面に配置されてもよい。

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更して実施することができる。

１００ タッチパネル装置
１０２ 導光板
１０４ 第１センサ部
１０６ 第２センサ部
１０８ 光源部
１１０ ＬＥＤアレイ部
１１２ 三角プリズム
１１４ センサ制御部
１１６ 光源制御部
１１８ 主制御部
１２０ レンズ部
１２２ バンドパスフィルタ
１２４ センサ
１２６ 検出光学板
１２８ 検出光学板の背面
１３０ 内側円弧状曲面
１３２、１４６ 軸
１３４ 外側円弧状曲面
１４０ 傾斜面
１４２ 外側円弧
１４４ 内側円弧
１５０ 反射板
１７０ 光学接合部
１７２ カバー
１７４ 隙間
２００ 表示パネル
２０２ 表示制御部
２０４ ホスト装置
２２０ 指
２２２ ＬＥＤペン

Claims (8)

1. 光を伝搬させる平板状の導光手段と、
   前記導光手段の表面が接触されたことにより生じる、前記導光手段を伝搬する光の散乱光、又は、前記導光手段の表面に入力手段が接触することにより、前記入力手段が発し、前記導光手段の内部に入射した光を検出する、前記導光手段の背面側に配置された２つの検出手段と、
   前記導光手段の背面側に配置された２つの光学手段と、
   前記検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、前記導光手段上の接触された接触位置を算出する算出手段とを含み、
   ２つの前記検出手段は、前記導光手段の相互に異なる端部に配置され、
   ２つの前記光学手段と２つの前記検出手段とは、１対１に対応し、
   ２つの前記光学手段のそれぞれは、前記導光手段に所定部分で接合され、対応する前記検出手段に対向し、且つ前記導光手段の表面に垂直な円弧状曲面を持ち、
   ２つの前記検出手段のそれぞれは、前記導光手段を伝搬して前記所定部分を通過した後に前記光学手段を伝搬して前記円弧状曲面から放射される光の前記検出手段への入射角度に応じた位置情報を、前記検出手段により検出された光に関する前記情報として出力する、タッチパネル装置。
2. 光を伝搬させる平板状の導光手段と、
   前記導光手段の表面が接触されたことにより生じる、前記導光手段を伝搬する光の散乱光、又は、前記導光手段の表面に入力手段が接触することにより、前記入力手段が発し、前記導光手段の内部に入射する光を検出する、前記導光手段の背面側に配置された２つの検出手段と、
   前記導光手段の背面側に配置された２つの光学手段と、
   前記検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、前記導光手段上の接触された接触位置を算出する算出手段とを含み、
   ２つの前記検出手段は、前記導光手段の相互に異なる端部に配置され、
   ２つの前記光学手段と２つの前記検出手段とは、１対１に対応し、
   ２つの前記光学手段のそれぞれは、前記導光手段に所定部分で接合され、対応する前記検出手段に対向し、且つ中心軸が前記導光手段の前記表面に垂直である円錐面の一部を形成する形状の傾斜面を持ち、
   ２つの前記検出手段のそれぞれは、前記導光手段を伝搬して前記所定部分を通過した後に前記光学手段を伝搬して前記傾斜面から放射される光の前記検出手段への入射角度に応じた位置情報を、前記検出手段により検出された光に関する前記情報として出力する、タッチパネル装置。
3. ２つの前記検出手段のそれぞれは、レンズとセンサとを含み、
   前記レンズは、前記円弧状曲面から離隔して配置され、
   前記レンズは、前記円弧状曲面から放射される光を、当該光の前記検出手段への入射角度に１対１に対応する、前記センサ上の位置に導く、請求項１に記載のタッチパネル装置。
4. ２つの前記検出手段のそれぞれは、レンズとセンサとを含み、
   前記レンズは、前記傾斜面から離隔して配置され、
   前記レンズは、前記傾斜面から放射される光を、当該光の前記検出手段への入射角度に１対１に対応する、前記センサ上の位置に導く、請求項２に記載のタッチパネル装置。
5. 前記光学手段及び前記導光手段の接合は、密着接合である、請求項１から４の何れか１項に記載のタッチパネル装置。
6. 前記導光手段の表面上の、前記光学手段に対応する位置に配置された反射手段をさらに含む、請求項１から５の何れか１項に記載のタッチパネル装置。
7. 前記光学手段の背面側に、前記光学手段の背面から離隔して配置されたカバーをさらに含む、請求項１から６の何れか１項に記載のタッチパネル装置。
8. 前記中心軸を含む平面において、前記傾斜面が前記導光手段の前記表面と成す角度は、１０°以上４０°以下である、請求項２又は４に記載のタッチパネル装置。
   

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