JP2016126710A - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】光源部１０８から放射された光を伝搬させる導光板１０２と、導光板１０２の表面がタッチされたことにより生じる散乱光を検出する検出部１０４及び１０６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１０２上のタッチ位置を算出する主制御部１１８とを含み、導光板１０２は、各検出部に対向する端部に、導光板の表面に垂直な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、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、光を導光板の側面から供給し、導光板の表面に指又はペン等が接触することにより生じる、導光板内を伝搬する光の散乱光を検知用センサで検知し、接触位置を検出するものである。

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。特許文献１に開示されたタッチパネルは、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）を含む。さらに、特許文献１は、受光素子が配置された導光板の側面の一部に配置された光吸収手段（カーボンブラック含有樹脂）と、光源の照射範囲外に配置された受光素子とを開示している。

特開２００９−２５８９６７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。その結果、精度の良い位置検出が困難である。

したがって、本発明は、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、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（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、導光板は、２つの検出部のそれぞれに対向する端部に、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、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、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（入力手段、例えば、後述するＬＥＤペン２２２）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２つの検出部と、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、導光板は、２つの検出部のそれぞれに対向する端部に、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、対向する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、タッチパネル装置は、傾斜面に密着させて配置された、導光板の内部を伝搬する光を反射する第１の反射板（第１の反射手段、例えば、第３の実施の形態における第１反射板１５０）をさらに含む。

これにより、光が、傾斜面から導光板の上方に放射されることを防止し、検出部に入射する光の強度を増大させることができる。

より好ましくは、タッチパネル装置は、導光板の背面の、傾斜面に対向する部分に、密着させて配置された、導光板の内部を伝搬する光を反射する第２の反射板（第２の反射手段、例えば、第３の実施の形態における第２反射板１５２）をさらに含む。

これにより、光が、導光板の背面から放射されることを防止し、検出部に入射する光の強度を増大させることができる。

さらに好ましくは、中心軸を含む平面において、第１の反射板の長さは、傾斜面の長さの１／２である。

好ましくは、タッチパネル装置は、傾斜面と導光板の背面との距離が最も小さい位置に、傾斜面に連続して形成された、導光板の表面に垂直な第２の円弧状曲面（例えば、第１の実施の形態における、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）をさらに含む。

これにより、導光板の内部を伝搬する光を、第２の円弧状曲面から放射させ、検出部に入射させることができ、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。

より好ましくは、第２の円弧状曲面を含むタッチパネル装置は、傾斜面の全面に密着させて配置された、導光板の内部を伝搬する光を反射する第３の反射板（第３の反射手段、例えば、第３の実施の形態における第３反射板１５４）をさらに含む。

これにより、光が、傾斜面から導光板の上方に放射されることを防止し、検出部に入射する光の強度を増大させることができる。

さらに好ましくは、第２の円弧状曲面を含むタッチパネル装置は、導光板の背面の、傾斜面に対向する部分に、密着させて配置された、導光板の内部を伝搬する光を反射する第４の反射板（第４の反射手段、例えば、第３の実施の形態における第４反射板１５６）をさらに含む。

これにより、光が、導光板の背面から放射されることを防止し、検出部に入射する光の強度を増大させることができる。

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、導光板に形成された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平面図である。 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平面図である。 図１０のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図１１と異なる形状の導光板に反射板を形成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。 図３と異なるセンサ部の配置を示す平面図である。 実験結果を示す写真である。

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。

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。例えば、導光板１０２をアクリル樹脂（屈折率１．４９）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内に入射され、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が配置される位置の導光板１０２には、点Ｏを円の中心とする円弧状曲面１３０を有する凹部が形成されている。円弧状曲面１３０は導光板１０２の表面に垂直であり、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（Ｒ）にある。即ち、円弧状曲面１３０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３を参照して、第１センサ部１０４は、レンズ部１２０、バンドパスフィルタ１２２、及びセンサ１２４を含む。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、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の検出面が導光板１０２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、導光板１０２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。

レンズ部１２０に対向する導光板１０２の端部が円弧状の曲面に形成されているので、円弧状曲面１３０の法線方向から円弧状曲面１３０に入射する光は軸１３２に集光される。しかし、円弧状曲面１３０の法線方向と異なる方向から円弧状曲面１３０に入射する光は、円弧状曲面１３０で反射されるか、又は、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、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、レンズ部１２０に対向する導光板１０２の端部に、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、導光板１０２の、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する端部に、導光板１０２表面の法線に沿った円弧状曲面１３０を形成した。対照的に、第２の実施の形態においては、導光板１０２の同じ位置に、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に対向する導光板１０２の端部は、図７及び図８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。

導光板１０２の、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する端部には、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８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。

図９に、本実施の形態に係るタッチパネル装置の導光板１０２内を伝搬する散乱光の経路（以下、光路という）を示す。図９の導光板１０２は、図８において破線で示した形状（Ｒ２＝０、ｔ＝０）に対応する。

図９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内を伝搬し、傾斜面１４０から導光板１０２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９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、導光板１０２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の材質及び厚さｔ０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の材質としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用いると仮定し（屈折率１．４９）、所定の厚さｔ０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は、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、導光板１０２の背面１２６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。

レンズ部１２０に対向する導光板１０２の端面（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。

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による光の検出位置から、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の実施の形態は、第２の実施の形態よりも、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増大させるために、散乱光の漏洩を防止するための反射板を設ける。

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。なお、導光板１０２の、第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する端部の形状は、第２の実施の形態と同様である。

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に対向する導光板１０２の端部は、図１０及び図１１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。

第１センサ部１０４及び第２センサ部１０６に対向する導光板１０２の端部には、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により決定される。なお、図１０及び図１１の導光板１０２の形状は、図８の断面図に破線で示された、内側円弧１４４の半径Ｒ２及び厚さｔが０（ゼロ）である場合の形状に該当する。

導光板１０２に形成された傾斜面１４０上には、第１反射板１５０が配置され、導光板１０２の背面１２６には、第２反射板１５２が配置されている。第１反射板１５０は、傾斜面１４０と同様に、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。第１反射板１５０は、外側円弧１４２の半径Ｒ１、内側円弧１４８の半径Ｒ３により決定される。第２反射板１５２は、半径Ｒ４の半円板状である。

第１反射板１５０及び第２反射板１５２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。

第１反射板１５０及び第２反射板１５２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の材質及び厚さｔ０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の背面１２６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。また、傾斜面１４０から放射される散乱光の一部は、導光板１０２の上方（タッチパネル装置の前面）に放射され、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、第２反射板１５２がなければ導光板１０２の背面１２６から放射されて非検出光となる光を、第２反射板１５２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。また、第１反射板１５０がなければ導光板１０２の傾斜面１４０から、導光板１０２の上方に放射されて非検出光となる光を、第１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、背面１２６からの放射、及び、傾斜面１４０から不適切な方向への放射による散乱光の損失を軽減し、反射板が配置されていない、傾斜面１４０の露出部分から放射され、レンズ部１２０に入射する光を増大させることができる。

図１１に示す導光板１０２の場合、傾斜面１４０に沿った、第１反射板１５０の長さＬ２は、傾斜面１４０の長さＬ１の１／２（Ｒ３がＲ１の１／２）であることが好ましい。第２反射板１５２の半径Ｒ３は、第１反射板１５０の外側円弧１４２の半径Ｒ１よりも大きければよい。

また、図１２に示すように、導光板１０２の形状が、図７及び図８で示された形状の場合、第３反射板１５４を傾斜面１４０の全面に形成し、第４反射板１５６を導光板１０２の背面１２６に形成する。第４反射板１５６は、外側円弧の半径Ｒ５、内側円弧の半径Ｒ２の平板状に形成される。

これにより、図１１と同様に、背面１２６からの放射、及び、傾斜面１４０から不適切な方向への放射による散乱光の損失を軽減することができる。第３反射板１５４及び第４反射板１５６により、導光板１０２の表面が露出している円弧状曲面（厚さｔの内側円弧部分）から、散乱光を放射させ、センサ部に入射させることができる。例えば、導光板１０２の厚さｔ０が２ｍｍの場合、ｔ＝０．２〜０．５（ｍｍ）であることが好ましい。

（変形例１）
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１３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２）
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１４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、導光板１０２の円弧状曲面１３０及び傾斜面１４０は、矩形平板の導光板の端部を切削加工することにより形成することができる。また、導光板１０２の円弧状曲面１３０及び傾斜面１４０は、射出成型により形成されてもよい。

上記では、導光板１０２をアクリル樹脂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い。

上記では、一体の導光板１０２に円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０を形成する場合を説明したが、これに限定されない。円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０が形成された第１部分と、それ以外の平坦な第２部分とを、それぞれ個別に形成した後、接着剤等を用いて両者を一体に接合してもよい。アクリル樹脂（屈折率１．４９）を使用する場合、接合部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１６０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。また、第１部分と第２部分との屈折率がほぼ同じであれば、第１部分と第２部分とを別の材料で形成してもよい。例えば、第１部分をアクリル樹脂で形成し、第２部分を硼珪酸ガラス（屈折率１．４８）で形成し、両者をアクリル樹脂系のＵＶ硬化接着剤で接着してもよい。このように構成すれば、大画面の表示装置にも容易に対応可能になる。

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、図１５に示すように、第１センサ部１０４を、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、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、図１５に破線１８０で示すように、導光板１０２の角部に、円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０を形成してもよい。破線１８０は、円弧状曲面１３０が角部に形成された場合の導光板の短辺を示す。このとき、円弧状曲面１３０の円弧の中心角は９０°以上であればよい。同様に、導光板の角部に傾斜面１４０を形成する場合、外側円弧１４２の中心角は９０°以上であればよい。

導光板１０２に対してセンサ部を配置する位置、即ち、導光板１０２に円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０を形成する位置は、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、円弧状曲面１３０又は傾斜面１４０を形成してもよい。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。

上記した第２の実施の形態では、第１反射板１５０及び第２反射板１５２、又は、第３反射板１５４及び第４反射板１５６を形成する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、第１反射板１５０又は第３反射板１５４のみを形成してもよい。この場合、光が傾斜面１４０から、導光板１０２の上方に放射されることを防止することができる。また、第２反射板１５２又は第４反射板１５６のみを形成してもよい。この場合、導光板１０２の背面１２６から光が放射されることを防止することができる。

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、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。

以下に実験結果を示し、本発明の有効性を示す。センサ部に対向する導光板１０２の端部の形状の違いによる散乱光の集光度の違いを確認する実験を行なった。具体的には、導光板の端部形状が、（ａ）加工されていない平坦な端面、（ｂ）図３〜図４に示した円弧状曲面、又は、（ｃ）図９に示した傾斜面（Ｒ２＝０、ｔ＝０））の３種類の導光板を用意した。

ＣＭＯＳセンサ及び赤外線バンドパスフィルタを備えたカメラを使用し、光源として８５０ｎｍの赤外線源を使用した。ＬＥＤを導光板の表面に当接した状態で、それぞれの導光板の端部を撮像した。その結果を、図１６に示す。図１６の（ａ）〜（ｂ）は、上記の３種類の端部形状に対応する。

図１６の（ａ）〜（ｂ）を比較すると、平坦な端面では、光がぼやけている。図３〜図４に示した円弧状曲面を有する端面、及び、図９に示した傾斜面を有する端面は何れも、平坦な端面よりも、光の幅が細くシャープになっている。図９に示した傾斜面を有する端面では、傾斜面の下部（「ペン先の光」を付した矢印参照）で、光の幅が細くシャープになっている。

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 背面
１３０ 円弧状曲面
１３２、１４６ 軸
１４０ 傾斜面
１４２ 外側円弧
１４４、１４８ 内側円弧
１５０ 第１反射板
１５２ 第２反射板
１５４ 第３反射板
１５６ 第４反射板
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 (9)

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２つの検出手段と、
   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、
   前記導光手段は、２つの前記検出手段のそれぞれに対向する端部に、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、対向する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２つの検出手段と、
   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、
   前記導光手段は、２つの前記検出手段のそれぞれに対向する端部に、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、対向する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. 前記傾斜面に密着させて配置された、前記導光手段の内部を伝搬する光を反射する第１の反射手段をさらに含む、請求項２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記導光手段の背面の、前記傾斜面に対向する部分に、密着させて配置された、前記導光手段の内部を伝搬する光を反射する第２の反射手段をさらに含む、請求項２又は３に記載のタッチパネル装置。
5. 前記中心軸を含む平面において、前記第１の反射手段の長さは、前記傾斜面の長さの１／２である、請求項３に記載のタッチパネル装置。
6. 前記傾斜面と前記導光手段の背面との距離が最も小さい位置に、前記傾斜面に連続して形成された、前記導光手段の表面に垂直な第２の円弧状曲面をさらに含む、請求項２に記載のタッチパネル装置。
7. 前記傾斜面の全面に密着させて配置された、前記導光手段の内部を伝搬する光を反射する第３の反射手段をさらに含む、請求項６に記載のタッチパネル装置。
8. 前記導光手段の背面の、前記傾斜面に対向する部分に、密着させて配置された、前記導光手段の内部を伝搬する光を反射する第４の反射手段をさらに含む、請求項６又は７に記載のタッチパネル装置。
9. 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から８に記載のタッチパネル装置。