JP4097752B2 - 光式入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光学式入力装置にかかわり，特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ），プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ），ＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ），ＬＥＤディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのフラットパネル型ディスプレイ装置や，ＣＲＴディスプレイ装置（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ ｄｉｓｐｌａｙ）などに使用可能なタッチパネルにかかわり，携帯端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの小型ディスプレイ装置から大型のディスプレイ装置に至るまで各種ディスプレイ装置に装着することが可能なタッチパネル型の光学式入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディスプレイ装置の表示面に装着されるタッチパネルとしては，光式タッチパネルや，静電容量式タッチパネルや，超音波式タッチパネルなど各種方式が提案されている。
【０００３】
（１）光式タッチパネル
まず，光式タッチパネルについて説明すると，光式タッチパネルは，図１５に示すように，ＬＣＤなどの表示装置１０の表示面１１に装着されるもので，アクリル板などの透光板１２と，その透光板１２の四辺にそれぞれ立設されて可視光をカットする光学フィルタ１３と，その光学フィルタ１３を介して光を出射するＬＥＤなどの発光素子列１４と，その光学フィルタ１３を介して光を受光するフォトトランジスタなどの受光素子列１５とを備えている。発光素子列１４と受光素子１５とは，透光板１２を挟んで水平方向及び垂直方向にそれぞれ対を成すように配されている。
【０００４】
かかる構成により，発光素子列１４から出射された走査光は，順次，光学フィルタ１３を通過して透光板１２上面を横切り，再び光学フィルタ１３を介して受光素子列１５により受光される。そして，走査光の光路が，指やラスタなどにより遮られると，その遮られた位置のＸ座標及びＹ座標が検出されて，所定の入力動作が行われるものである。
【０００５】
以上説明したように，光式タッチパネルは，構造的にはＬＥＤなどから成る発光素子列１４と，フォトトランジスタなどから成る受光素子列を光学フィル夕１３を通して対向させている。従って，以下に述べるような問題点を有していた。
【０００６】
画面サイズが大きくなれば，それだけ走査光の光路も長くなり，高出力の発光素子が必要となり，従って，発光素子のサイズも大きくならざるを得なかった。また，素子／部品点数が多い上に，取り付けスペースが大きく，小型化が困難であった。さらに，タッチパネルを取り付ける表示装置，例えばＬＣＤやＣＲＴに，タッチパネルを合わせるためにはべゼルをカスタムで製作する必要があり，開発費が高額になると共に，表示装置のモデルチェンジに柔軟に対応することが困難であった。
【０００７】
さらにまた，ＬＥＤなどの発光素子のサイズが大きいため光軸が高く，従って，動作位置が高いため視差の原因となっていた。この傾向は，図１６に示すように，ＣＲＴのように曲率をもった画面にタッチパネルを使用するときに顕著に現われ，問題となっていた。また，ＬＥＤおよびフォトトランジスタの取り付けピッチが規定されてしまうため，分解度を高く設定できないという問題もあった。さらに，従来装置では，受光素子列として２端子のフォトトランジスタを使用して小型化に対応してきたが，微弱光の入力においては，電極間容量の関係で立ち上がり速度が低下し，必要な応答速度が得られないと言う問題もあった。
【０００８】
（２）静電容量式タッチパネル
次に，静電容量式タッチパネルについて説明すると，静電容量式タッチパネルは，そのタッチ面の反対側にＩＴＯ膜を設けたタッチパネル部材を使用するもので，そのタッチ面に導電性物質が接触した時に生じる容量変化を利用して，導電性物質のタッチ位置のＸ座標及びＹ座標を検出するものであるが，以下に述べるような問題点を有していた。
【０００９】
タッチパネル部材にＩＴＯ膜がついているため，外乱光の光路変更を防ぐことが困難であるという問題があった。さらに，動作原理が静電容量の変化を使用するため，導電性物質でないと動作しないため，特殊なペンなどの入力装置が必要であった。また，周囲の環境（電波ノイズ，湿度）の影響を受け易く，誤動作し易いという問題もあった。そして，画面の全面を，ＩＴＯ膜が成膜されたタッチパネル部材で覆う必要があるため，透過率や視認性が落ちるという問題もあった。さらにまた，静電容量式タッチパネルは，本質的に静電耐圧に弱いという問題も有していた。
【００１０】
（３）超音波式タッチパネル
次に，超音波式タッチパネルについて説明すると，この超音波式タッチパネルは，プラスチックなどの物質表面を伝搬する表面弾性波を使用するものであり，音波を吸収する物質によってタッチパネルの表面をタッチすることによって，表面弾性波が減衰することを利用してタッチ位置のＸ座標及びＹ座標を検出するものである。しかし，超音波式タッチパネルにも次のような問題点があった。
【００１１】
まず，超音波利用の特性として，音波ノイズの影響を受け易く，表面弾性波使用のため密閉構造ができないという問題もあった。また，タッチパネル表面に，ごみや汚れや傷が付くと，誤動作し易いという問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来のタッチパネルが有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，発光部及び受光部自体の簡略化小型化を図ることが可能であり，さらにベゼル構造などの設計の自由度が増加し，装置の簡略化小型化を図ることが可能であり，従って，携帯用端末やＰＤＡなどにも好適に適用可能な，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することを目的としている。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は，大型の表示装置に適用する場合であっても，発光部として高出力の装置を要せず，従って，装置の小型化を図ることが可能であり，しかも，ＣＲＴなどの曲率を有する画面に適用する場合であっても，その曲面に合わせて自由に設置可能であり，従って視差の問題も生じない，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は，発光素子として小型のものを採用可能であり，従って，要求される分解度に応じて，発光素子の数を自由に増やすことにより高分解度の装置を簡単に製造可能な，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は，表示画面上に配したとしても，透過率や視認性に影響を与えず，またよごれや傷などのノイズの影響も受けにくく，さらにまたタッチ感覚にも優れ，誤入力が生じにくい，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば以下の特徴を有する光式入力装置が提供される。すなわち，この光式入力装置は，表示装置の表示面に設けられたタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられた受光素子と，前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される水平方向光を前記受光素子方向に光路変更する水平方向光路変更部材と，前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される垂直方向光を前記受光素子方向に光路変更する垂直方向光路変更部材と，外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とを有することを特徴としている。
【００１７】
かかる構成によれば，各発光素子から出射した光は，タッチパネル内またはタッチパネル上を進み，その対向側にある光路変更部材により光路変更されて受光素子により受光される。そして，外部からの入力手段による動作により変化した光量によりタッチ位置を検出することができる。このように，本発明にかかる光式タッチパネルでは，従来の装置のように，発光素子列に対応した数の受光素子を設ける必要がないので，装置の小型化を図ることが可能である。
【００１８】
なお，本明細書において特に断らない限り，タッチパネルは略矩形形状のものであるとし，水平方向とは略矩形形状のタッチパネルの一方に延びる辺方向を示し，垂直方向とは前記水平方向に直交してタッチパネルの他方に延びる辺方向を示すものとする。さらに，入力手段についても，タッチペンなどの物体に限定されず，例えば作業者の指などを入力手段として用いることも可能である。そして，入力手段による動作に関しても，直接タッチパネルに接触する動作の他，タッチパネル上を横切る光を遮断する動作など，タッチパネル上，あるいはタッチパネル内を伝送される光に何らかの変化を与えるすべての動作を含むものとする。
【００１９】
また，タッチパネルを，例えば，導光板から構成することもできる。すなわち，光式入力装置は，表示装置の表示面に設けられた導光板より成るタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられた受光素子と，前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される水平方向光を前記受光素子方向に光路変更する水平方向光路変更部材と，前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される垂直方向光を前記受光素子方向に光路変更する垂直方向光路変更部材と，外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とを有するように構成することができる。
【００２０】
そして，かかる構成によれば，各発光素子から出射した光を，導光板内を安定的に伝送して，受光素子にまで到達させることが可能である。その結果，外乱光を遮蔽するためのフィルタや複雑なベゼル機構が不要となり，またノイズにも強く，安定かつ正確に動作する光式タッチパネルを提供できる。さらに，タッチパネルとして導光板を用いれば，外部から入力手段により導光板に接触すれば，導光板内を伝送される光量を容易に変化させることが可能となり，位置検出が容易となる。
【００２１】
受光素子は，前記タッチパネルの一隅に設けられて，前記水平方向発光素子列からの光と前記垂直方向発光素子列からの光を受光するように構成しても良いし，あるいは，前記タッチパネルの一隅に設けられて前記水平方向発光素子列からの光を受光する水平方向受光素子と，前記タッチパネルの他隅に設けられて前記垂直方向発光素子列からの光を受光する垂直方向受光素子とから構成することも可能である。いずれの構成を採用するにしても，従来の装置のように，発光素子の数に対応した数の受光素子を設ける必要がないので，受光素子の数を劇的に減少させ，装置の小型化簡略化を図ることが可能である。
【００２２】
さらに，前記水平方向光路変更部材及び前記垂直方向光路変更部材は，それぞれ，前記各水平方向発光素子及び前記各垂直方向発光素子に対応して設けられた例えばハーフミラーなどのミラー列あるいはプリズム列から構成することが可能である。かかる構成によれば，各発光素子から出射されて導光板内を伝送されてきた光を簡単な構成で受光素子にまで導くことが可能である。
【００２３】
さらに，前記ミラー列または前記プリズム列の各光路変更面を高さ位置の異なる複数の光路変更面列から構成し，前記各水平方向発光素子及び前記各垂直方向発光素子から出射される各光が，それぞれ異なる高さの位置の光路変更面にて光路変更されるように構成すれば，光路変更光を減衰させることなく，受光素子にまで導くことが可能となり，より小型の発光素子を使用することが可能となるとともに，位置検出の精度も向上させることができる。
【００２４】
ところで，光式タッチパネルでは，光の光路変更位置に応じて発光素子から受光素子に至る光路長が異なり，従って受光素子により検出される光量も変化してしまう。そこで，前記ミラー列またはプリズム列の前記各光路変更面の寸法を，前記各光路変更面で光路変更されて前記受光素子に到達した各光が実質的に等しくなるように調整すれば，より精度の高い位置検出を行うことができる。
【００２５】
さらに，前記水平方向発光素子列及び前記垂直方向発光素子列を，それぞれチップ型ＬＥＤから構成すれば，ベゼル構造を採用せずとも導光板に発光素子列を直接設置することが可能となるので，さらに一層装置の小型化軽量化を図ることができる。
【００２６】
さらに，前記水平方向発光素子列及び前記垂直方向発光素子列から出射される光を集光して前記導光板に導くレンズ装置を設ければ，より効率的に光を導光板内に導入することが可能なので，位置検出精度の向上を図れる。
【００２７】
さらに，前記受光素子をフォトダイオードから構成すれば，装置の小型化を図ることが可能となるとともに，微弱光でも高速な応答が可能となるために，装置全体の応答速度を短縮し，結果的に一素子あたりの検出回数を多くすることができるため検出精度の向上及び外乱光の影響を低減することができる。
【００２８】
さらに，前記受光素子を一次元イメージセンサから構成すれば，光路変更された光を受光する画素の特定が可能となり，特に各受光素子に応じて光路変更位置の異なる構成と組み合わせれば，より高分解度で位置検出を行うことが可能となる。
【００２９】
さらに，表示装置の表示面に設けられた導光板より成るタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，その対向辺に沿って配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される水平方向光を受光する水平方向受光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，その対向辺に沿って配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される垂直方向光を受光する垂直方向受光素子列と，外部からの入力手段の前記導光板に対する動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とから光式入力装置を構成することもできる。
【００３０】
かかる構成によれば，各発光素子から出射した光を，導光板内を安定的に伝送して，受光素子にまで到達させることが可能である。その結果，外乱光を遮蔽するためのフィルタや複雑なベゼル機構が不要となり，またノイズにも強く，安定かつ正確に動作する光式タッチパネルを提供できる。さらに，タッチパネルとして導光板を用いれば，外部から入力手段により導光板に接触すれば，導光板内を伝送される光量を容易に変化させることが可能となり，位置検出が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかる光式タッチパネルの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，実質的に同一の機能構成を有する部材については，同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００３２】
まず，図１を参照しながら，第１の実施形態にかかる光式タッチパネル１００の概略構成及びその動作原理について説明する。図示のように，本実施の形態にかかる光式タッチパネル１００は，例えばアクリルなどの透明部材から成る導光板１０２と，その導光板１０２の一辺に適宜間隔をおいて配された複数のＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅから成る発光素子列１０４と，導光板１０２の発光素子列１０４が配される辺の対向辺に配される光路変更部材１０６と，光路変更部材１０６により光路変更された光を受光するフォトダイオードなどから成る受光素子１０８と，発光素子列１０４を駆動するとともに受光素子１０８による検出光の変化により入力動作を判断する制御器１１０を備えている。また，符号１０２ａはレンズであり，各ＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅから出射された光を集光して効率的に導光板１０２内に導くためのものである。なお，図１に示す例では，説明を容易にするために，図中ｙ方向にのみ光が出射される構成を示したが，実際には図中ｘ方向にも光を出射するように構成して直交座標系を求める必要があることは言うまでもない。
【００３３】
次に，上記のように構成された光式タッチパネル１００の動作原理について説明すると，動作時，発光素子列１０４の各ＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅからは順次光１１２ａ〜１１２ｅが出射されている。ＬＥＤから出射された光１１２ａ〜１１２ｅは，レンズ１０２ａにより集光されて導光板１０２内を伝送され光路変更部材１０６に到達する。光路変更部材１０６に到達した光は，光路変更部材１０６により受光素子１０８方向に光路変更され，受光素子１０８によりその光路変更された光が受光される。
【００３４】
ここで，図示のようにタッチペンや指などの入力手段１１４により導光板１０２を表面を押圧すると，その押圧された部分の導光板１０２の屈折率が変化し，その押圧された部分を通過して受光素子１０８に到達する光１１２ｂの光量が変化する。そして，制御器１１０は，受光素子１０８により検出される光１１２ａ〜１１２ｅの光量変化により入力手段１１４が押圧された導光板１０２の位置を判断することが可能である。
【００３５】
次に，本発明にかかる光式タッチパネルの実際の配置構成について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３６】
まず，図２に示す光式タッチパネル１００ａにおいては，一つの受光素子１０８ＸＹにより，Ｘ方向及びＹ方向の直交座標位置を検出可能にしている。すなわち導光板１０２の一方のＸ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｘが配されるとともに他方のＸ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｘが配されている。また導光板１０２の一方のＹ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｙが配されるとともに他方のＹ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｙが配されている。そして，水平方向発光素子列１０４Ｘから出射された光１１２Ｘは光路変更部材１０６Ｘにより光路変更されて発光素子１０８ＸＹに到達する。これに対して垂直方向発光素子列１０４Ｙから出射された光１１４Ｙは光路変更部材１０６ＹによりまずＹ軸方向に光路変更され，導光板１０２の一隅に設けられた光路変更板１１６によりＸ軸方向に光路変更され，光路変更部材１０６Ｘ内を通過して発光素子１０８ＸＹに到達するように構成されている。
【００３７】
これに対して，図３に示す光式タッチパネル１００ｂにおいては，受光素子を二つ設け，Ｘ座標位置については，水平方向受光素子１０８Ｘにより検出するとともに，Ｙ座標位置については，垂直方向受光素子１０８Ｙにより検出する構成を採用している。図２に示す光式タッチパネル１００ａと同様に，本実施の形態にかかる光式タッチパネル１００ｂにおいても，導光板１０２の一方のＸ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｘが配されるとともに他方のＸ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｘが配されている。また導光板１０２の一方のＹ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｙが配されるとともに他方のＹ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｙが配されている。そして，水平方向発光素子列１０４Ｘから出射された光１１２Ｘは光路変更部材１０６Ｘにより光路変更されて水平方向発光素子１０８Ｘに到達する。また同様に，垂直方向発光素子列１０４Ｙから出射された光１１２Ｙは光路変更部材１０６Ｙにより光路変更されて垂直方向発光素子１０８Ｙに到達するように構成されている。
【００３８】
なお，本発明にかかる光式タッチパネルの配置構成は，上記例に限定されないことは言うまでもない。例えば，図２及び図３に示す配置構成では，光路変更部材１０６Ｘ，１０６Ｙにおける光の光路変更方向を同一にしたが，Ｘ軸方向及びＹ軸方向に応じて光路変更方向を異ならせることが可能であることは言うまでもない。例えば図２において，光路変更部材１０６Ｘにおける光路変更方向を逆方向にすれば，光路変更部材１１６の存在する位置に受光素子１０８ＸＹを配することにより，Ｘ軸方向及びＹ軸方向の光を検出することも可能である。かかる構成によれば，一つの受光素子１０８ＸＹによりＸ軸方向及びＹ軸方向の光を検出する場合であっても，最も長い光路長と最も短い光路長との差を比較的小さくすることができる。
【００３９】
次に，図４〜図８を参照しながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な光路変更部材１０６のいくつかの構成例について詳細に説明することにする。
【００４０】
図４には，光路変更部材１０６の第１の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ａは，各発光素子に対応して設けられたミラー列１２０から構成されている。ミラー列の１２０の各光路変更面は，各発光素子から出射されて導光板内を伝送された光を光路変更部材方向に光路変更するように配置されている。また，ミラー列１２０はハーフミラーから成り，光路変更部材方向に進行する光はそのまま通過させることが可能なように構成されている。従って，各ミラー１２０は，そのミラー１２０に対応する発光素子の光は光路変更部材方向に光路変更するとともに，別の発光素子に関する光路変更光はそのまま発光素子に送ることが可能となる。
【００４１】
図５には，光路変更部材１０６の第２の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｂは，各発光素子に対応して設けられたプリズム列１３０から構成されている。各プリズム１３０は，そのプリズム１３０に対応する発光素子の光を光路変更部材方向に光路変更する光路変更面を有している。ただし，各プリズム１３０は，他の発光素子に関する光路変更光はそのまま発光素子に送ることが可能なように構成されている。
【００４２】
図６には，光路変更部材１０６の第３の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｃは，導光板の厚み方向Ｄに展開する複数の光路変更面１４０ａ〜１４０ｄを備えており，各光路変更面１４０ａ〜１４０ｄがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。かかる構成によれば，導光板から送られてきた各光（紙面手前から奥に向かう光）は，異なる高さ位置において光路変更部材方向に光路変更されことになる。従って，各発光素子に対応する光は受光素子の異なる高さ位置に到達するので，後述するように，受光素子としてＣＣＤのような一次元イメージセンサを使用すれば，高分解度の光式タッチパネルを実現することが可能である。
【００４３】
図７には，光路変更部材１０６の第４の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｄは，導光板の幅方向Ｗに展開する複数の光路変更面１４２ａ〜１４２ｄを備えており，各光路変更面１４２ａ〜１４０ｄがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。かかる構成によれば，導光板から送られてきた各光は，異なる水平方向位置において光路変更部材方向に光路変更されることになる。従って，各発光素子に対応する光は受光素子の異なる水平位置に到達するので，第３の実施形態にかかる光路変更部材１０６ｃと同様に，受光素子としてＣＣＤのような一次元イメージセンサを使用すれば，高分解度の光式タッチパネルを実現することが可能である。
【００４４】
図８には，光路変更部材１０６の第５の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｅは，面積が異なる複数の光路変更面１４４ａ〜１４４ｅを備えており，各光路変更面１４４ａ〜１４４ｅがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。図２，図３及び図８を参照すれば，容易に分かるように，発光素子から受光素子に至る光路長は，各発光素子の位置に応じて異なっている。従って，同面積の光路変更面により各光を光路変更すれば，光伝送路の減衰により受光素子において受光される光量は各発光素子に応じて異なってしまう。そこで，本実施の形態によれば，受光素子において受光される光量が一定となるように，光路長１４６ａ〜１４６ｅに応じて光路変更面１４４ａ〜１４４ｅの面積を調整している。従って，かかる構成を採用すれば，より安定的に精度の高い光検出が可能となる。
【００４５】
次に，図９〜図１１を参照しながら，本実施形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の構成について説明する。
【００４６】
受光素子１０８は，例えばフォトダイオードから構成することが可能であり，図９及び図１０に示すように，導光板１０２の一隅において，発光素子列１０４と，光路変更部材１０６との間に掲載される切欠き部１０２ｃに配置することができる。なお，従来の光式タッチパネルでは，受光素子として２端子のフォトトランジスタを採用して小型化を実現していたため，微弱光の入力においては，電極間容量によって立ち上がり速度が低下するという問題があった。特に，画面サイズの大きいタッチパネルにおいては必要な素子数が増加するために，それなりの応答速度が要求される。従って，画面サイズに大きいタッチパネルにおいては，フォトトランジスタの動作性能を考えた場合には，必要な応答速度を確保するためには，高出力のＬＥＤを採用する必要があった。しかし，高出力のＬＥＤは素子の外形寸法も大きいため，装置の小型化ができないという問題があった。この点，本実施形態によれば，微弱光でも高速な応答が可能なフォトダイオードを採用しているので，素子数を増加させても装置全体の応答速度を短縮することができ，しかも一素子あたりの検出回数も増やすことができるため，検出の精度の向上を図ることが可能な上に，外乱光の影響も低減することが可能である。
【００４７】
このように，本実施の形態にかかる光式タッチパネルでは，受光素子の応答速度を向上させることが可能なので，通常のスキャンパルス数を従来装置に比較してアップすることが可能である。従って，図１３に示すように，通常動作時には一定周期で駆動し，外乱光が入力された場合には，周波数を変更して外乱の周期と同期しない周期でスキャンすることにより，より精度の高い検出を行うことが可能である。さらに，
【００４８】
図１１には，本実施の形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の別の実施形態が示されている。図示のように，この受光素子はＣＣＤのような一次元イメージセンサから構成されている。一次元イメージセンサは，例えば一画素が１０数ミクロン程度なので，高分解度の光式タッチパネルを構成することが可能である。さらに，一次元イメージセンサによれば，光の検出位置を容易に特定することが可能なので，例えば，図６及び図７に示すように，各発光素子に応じて異なる位置に光路変更光を導く構成を採用すれば，各画素１０９ａ〜１０９ｇに異なる発光素子を割当てることが可能となり，より高分解度の光式タッチパネルを構築することが可能となる。また，１光路変更面にＣＣＤの全画素をあてれば，さらに分解度を増すことができる。
【００４９】
以上のように，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，導光板により光を伝送するので，従来のようにフィルタにより外乱光を遮蔽する必要が無く，従ってフィルタによる減衰がないので，効率的に光を伝送することが可能である。また，空気中を進行する光は距離の二乗に逆比例して減衰するが，導光板のような物質中を伝搬する光の減衰は少なく，効率的に光を伝送することが可能である。従って，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，例えばチップ型ＬＥＤのような小出力の小型ＬＥＤの採用が可能となり，装置の小型化省電力化を実現できる。
【００５０】
さらに，従来の光式タッチパネルでは，空気中に光を通し，その遮光を利用して位置を検出しているため水平方向の外乱光の入光に対して誤動作を防止することは非常に困難であった。しかし，本実施の形態にかかる光式タッチパネルでは，導光板を利用し，その中に光を通し表面光路変更を利用して検出するため，水平方向の光に対しても影響を受けず，安定した動作を確保することができる。
【００５１】
さらにまた，従来の光式タッチパネルでは，発光素子が大きく光軸が高いところにあったため，実際の画像位置とタッチする位置が３〜８ミリ程度離れていたため操作角度によっては大きな視差を生じていた。しかしながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，表示画像とタッチ位置を接近させることが可能となり，視差が生じにくく，従って誤操作も少ないタッチパネル構造を得ることができる。
【００５２】
視差は，特にＣＲＴにタッチパネルを取り付けたときにブラウン管の曲率に依って周辺部分において大きく発生していた。しかし，本実施の形態にかかるタッチパネルによれば，図１２に示すように，ブラウン管の曲率に合わせてプラスチックパネルを成型することができるため視差をなくすことができるため，ブラウン管構造の表示装置にも好適に採用可能である。
【００５３】
さらに，本実施の形態によれば，受光素子の小型化を図れるので，例えば受光素子を導光板の一隅に埋め込む構成を採用することが可能となり，従って一体型の受光部を構成することができる。また同様に。発光素子についても小型化を図れるので，発光素子列をチップ型ＬＥＤを導光板の端面に一体的に取り付ける構成を採用することが可能となり，従って一体型の発光部を構成することができる。かかる構成により，従来の光式タッチパネルでは必須の要素であった複雑なベゼル構造が不要となり，発光部と受光部とを導光板に取り付けた一体型の完全密封型のタッチパネルを構成することができるので，耐環境性に優れた装置を実現することができる。
【００５４】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光式タッチパネルの好適な実施形態について説明したが本発明はかかる構成に限定されない。当業者であれば特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることことは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば，上記実施形態においては，発光素子列に対向する辺に光路変更部材を設けて光を受光素子に集める構成を示したが，本発明はかかる例に限定されない。図１４に示す，光式入力装置２００のように，光路変更部材を省略し，発光素子列に対向する面に対応する受光素子列２０８ａ〜２０８ｄを設け，各受光素子列２０８ａ〜２０８ｄにより発光素子列から出射されて，導光板内を伝送される光を直接受ける構成を採用しても良い。
【００５６】
さらに，上記実施形態においては，導光板と光路変更部材とを組み合わせて用いる例を示したが，導光板を用いない従来のタッチパネル構造を採用し，ただし，従来の受光素子列が配列される位置に，光路変更部材を配することにより，受光素子の数を少なくするように構成することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は，上記のように構成されているので，以下のような優れた効果を奏することが可能である。
【００５８】
まず，本発明にかかる光式タッチパネルによれば，導光板により光を伝送するので，フィルタによる減衰がないので，効率的に光を伝送することが可能である。また，導光板により光を伝送するので，光を減衰させることなく効率的に伝送することが可能である。従って，本発明にかかる光式タッチパネルによれば，例えばチップ型ＬＥＤのような小出力の小型ＬＥＤの採用が可能となり，装置の小型化省電力化を実現できる。
【００５９】
さらに，本発明によれば，受光素子の小型化を図れるので，例えば受光素子を導光板の一隅に埋め込む構成を採用することが可能となり，従って一体型の受光部を構成することができる。また同様に。発光素子についても小型化を図れるので，発光素子列をチップ型ＬＥＤを導光板の端面に一体的に取り付ける構成を採用することが可能となり，従って一体型の発光部を構成することができる。かかる構成により，従来の光式タッチパネルでは必須の要素であった複雑なベゼル構造が不要となり，発光部と受光部とを導光板に取り付けた一体型の完全密封型のタッチパネルを構成することができるので，耐環境性に優れた装置を実現することができる。
【００６０】
さらにまた，従来の光式タッチパネルでは，発光素子が大きく光軸が高いところにあったため，実際の画像位置とタッチする位置が３〜８ミリ程度離れていたため操作角度によっては大きな視差を生じていた。しかしながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，表示画像とタッチ位置を接近させることが可能となり，視差が生じにくく，従って誤操作も少ないタッチパネル構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光式タッチパネルの実施の一形態の構成及び動作の概略を示す説明図である。
【図２】本発明にかかる光式タッチパネルの構成の一例を示す平面図である。
【図３】本発明にかかる光式タッチパネルの構成の一例を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第１の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第２の実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第３の実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第４の実施形態を示す説明図である。
【図８】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第５の実施形態を示す説明図である。
【図９】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の配置例を示す説明図である。
【図１０】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の配置例を示す説明図である。
【図１１】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の他の実施形態を示す説明図である。
【図１２】本発明にかかる光式タッチパネルをＣＲＴに適用した様子を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明にかかる光式タッチパネルの動作パルスの概略的な状態を示す説明図である。
【図１４】本発明にかかる光式タッチパネルの実施の一形態の構成及び動作の概略を示す説明図である。
【図１５】従来の光式タッチパネルの構成を示す略断面図である。
【図１６】従来の光式タッチパネルの構成を示す略断面図である。
【符号の説明】
１００ 光式タッチパネル
１０２ 導光板
１０２ａ レンズ
１０４ 発光素子列
１０４ａ〜１０４ｅ ＬＥＤ
１０６ 光路変更部材
１０８ 受光素子
１１０ 制御器
１１２ａ〜１１２ｅ 光路
１１４ 入力手段
【発明の属する技術分野】
本発明は，光学式入力装置にかかわり，特に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ），プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ），ＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ），ＬＥＤディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのフラットパネル型ディスプレイ装置や，ＣＲＴディスプレイ装置（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ ｄｉｓｐｌａｙ）などに使用可能なタッチパネルにかかわり，携帯端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの小型ディスプレイ装置から大型のディスプレイ装置に至るまで各種ディスプレイ装置に装着することが可能なタッチパネル型の光学式入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，ディスプレイ装置の表示面に装着されるタッチパネルとしては，光式タッチパネルや，静電容量式タッチパネルや，超音波式タッチパネルなど各種方式が提案されている。
【０００３】
（１）光式タッチパネル
まず，光式タッチパネルについて説明すると，光式タッチパネルは，図１５に示すように，ＬＣＤなどの表示装置１０の表示面１１に装着されるもので，アクリル板などの透光板１２と，その透光板１２の四辺にそれぞれ立設されて可視光をカットする光学フィルタ１３と，その光学フィルタ１３を介して光を出射するＬＥＤなどの発光素子列１４と，その光学フィルタ１３を介して光を受光するフォトトランジスタなどの受光素子列１５とを備えている。発光素子列１４と受光素子１５とは，透光板１２を挟んで水平方向及び垂直方向にそれぞれ対を成すように配されている。
【０００４】
かかる構成により，発光素子列１４から出射された走査光は，順次，光学フィルタ１３を通過して透光板１２上面を横切り，再び光学フィルタ１３を介して受光素子列１５により受光される。そして，走査光の光路が，指やラスタなどにより遮られると，その遮られた位置のＸ座標及びＹ座標が検出されて，所定の入力動作が行われるものである。
【０００５】
以上説明したように，光式タッチパネルは，構造的にはＬＥＤなどから成る発光素子列１４と，フォトトランジスタなどから成る受光素子列を光学フィル夕１３を通して対向させている。従って，以下に述べるような問題点を有していた。
【０００６】
画面サイズが大きくなれば，それだけ走査光の光路も長くなり，高出力の発光素子が必要となり，従って，発光素子のサイズも大きくならざるを得なかった。また，素子／部品点数が多い上に，取り付けスペースが大きく，小型化が困難であった。さらに，タッチパネルを取り付ける表示装置，例えばＬＣＤやＣＲＴに，タッチパネルを合わせるためにはべゼルをカスタムで製作する必要があり，開発費が高額になると共に，表示装置のモデルチェンジに柔軟に対応することが困難であった。
【０００７】
さらにまた，ＬＥＤなどの発光素子のサイズが大きいため光軸が高く，従って，動作位置が高いため視差の原因となっていた。この傾向は，図１６に示すように，ＣＲＴのように曲率をもった画面にタッチパネルを使用するときに顕著に現われ，問題となっていた。また，ＬＥＤおよびフォトトランジスタの取り付けピッチが規定されてしまうため，分解度を高く設定できないという問題もあった。さらに，従来装置では，受光素子列として２端子のフォトトランジスタを使用して小型化に対応してきたが，微弱光の入力においては，電極間容量の関係で立ち上がり速度が低下し，必要な応答速度が得られないと言う問題もあった。
【０００８】
（２）静電容量式タッチパネル
次に，静電容量式タッチパネルについて説明すると，静電容量式タッチパネルは，そのタッチ面の反対側にＩＴＯ膜を設けたタッチパネル部材を使用するもので，そのタッチ面に導電性物質が接触した時に生じる容量変化を利用して，導電性物質のタッチ位置のＸ座標及びＹ座標を検出するものであるが，以下に述べるような問題点を有していた。
【０００９】
タッチパネル部材にＩＴＯ膜がついているため，外乱光の光路変更を防ぐことが困難であるという問題があった。さらに，動作原理が静電容量の変化を使用するため，導電性物質でないと動作しないため，特殊なペンなどの入力装置が必要であった。また，周囲の環境（電波ノイズ，湿度）の影響を受け易く，誤動作し易いという問題もあった。そして，画面の全面を，ＩＴＯ膜が成膜されたタッチパネル部材で覆う必要があるため，透過率や視認性が落ちるという問題もあった。さらにまた，静電容量式タッチパネルは，本質的に静電耐圧に弱いという問題も有していた。
【００１０】
（３）超音波式タッチパネル
次に，超音波式タッチパネルについて説明すると，この超音波式タッチパネルは，プラスチックなどの物質表面を伝搬する表面弾性波を使用するものであり，音波を吸収する物質によってタッチパネルの表面をタッチすることによって，表面弾性波が減衰することを利用してタッチ位置のＸ座標及びＹ座標を検出するものである。しかし，超音波式タッチパネルにも次のような問題点があった。
【００１１】
まず，超音波利用の特性として，音波ノイズの影響を受け易く，表面弾性波使用のため密閉構造ができないという問題もあった。また，タッチパネル表面に，ごみや汚れや傷が付くと，誤動作し易いという問題もあった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は，従来のタッチパネルが有する上記問題点に鑑みて成されたものであり，発光部及び受光部自体の簡略化小型化を図ることが可能であり，さらにベゼル構造などの設計の自由度が増加し，装置の簡略化小型化を図ることが可能であり，従って，携帯用端末やＰＤＡなどにも好適に適用可能な，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することを目的としている。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は，大型の表示装置に適用する場合であっても，発光部として高出力の装置を要せず，従って，装置の小型化を図ることが可能であり，しかも，ＣＲＴなどの曲率を有する画面に適用する場合であっても，その曲面に合わせて自由に設置可能であり，従って視差の問題も生じない，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は，発光素子として小型のものを採用可能であり，従って，要求される分解度に応じて，発光素子の数を自由に増やすことにより高分解度の装置を簡単に製造可能な，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は，表示画面上に配したとしても，透過率や視認性に影響を与えず，またよごれや傷などのノイズの影響も受けにくく，さらにまたタッチ感覚にも優れ，誤入力が生じにくい，新規かつ改良された光式タッチパネルを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば以下の特徴を有する光式入力装置が提供される。すなわち，この光式入力装置は，表示装置の表示面に設けられたタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられた受光素子と，前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される水平方向光を前記受光素子方向に光路変更する水平方向光路変更部材と，前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される垂直方向光を前記受光素子方向に光路変更する垂直方向光路変更部材と，外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とを有することを特徴としている。
【００１７】
かかる構成によれば，各発光素子から出射した光は，タッチパネル内またはタッチパネル上を進み，その対向側にある光路変更部材により光路変更されて受光素子により受光される。そして，外部からの入力手段による動作により変化した光量によりタッチ位置を検出することができる。このように，本発明にかかる光式タッチパネルでは，従来の装置のように，発光素子列に対応した数の受光素子を設ける必要がないので，装置の小型化を図ることが可能である。
【００１８】
なお，本明細書において特に断らない限り，タッチパネルは略矩形形状のものであるとし，水平方向とは略矩形形状のタッチパネルの一方に延びる辺方向を示し，垂直方向とは前記水平方向に直交してタッチパネルの他方に延びる辺方向を示すものとする。さらに，入力手段についても，タッチペンなどの物体に限定されず，例えば作業者の指などを入力手段として用いることも可能である。そして，入力手段による動作に関しても，直接タッチパネルに接触する動作の他，タッチパネル上を横切る光を遮断する動作など，タッチパネル上，あるいはタッチパネル内を伝送される光に何らかの変化を与えるすべての動作を含むものとする。
【００１９】
また，タッチパネルを，例えば，導光板から構成することもできる。すなわち，光式入力装置は，表示装置の表示面に設けられた導光板より成るタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられた受光素子と，前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される水平方向光を前記受光素子方向に光路変更する水平方向光路変更部材と，前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される垂直方向光を前記受光素子方向に光路変更する垂直方向光路変更部材と，外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とを有するように構成することができる。
【００２０】
そして，かかる構成によれば，各発光素子から出射した光を，導光板内を安定的に伝送して，受光素子にまで到達させることが可能である。その結果，外乱光を遮蔽するためのフィルタや複雑なベゼル機構が不要となり，またノイズにも強く，安定かつ正確に動作する光式タッチパネルを提供できる。さらに，タッチパネルとして導光板を用いれば，外部から入力手段により導光板に接触すれば，導光板内を伝送される光量を容易に変化させることが可能となり，位置検出が容易となる。
【００２１】
受光素子は，前記タッチパネルの一隅に設けられて，前記水平方向発光素子列からの光と前記垂直方向発光素子列からの光を受光するように構成しても良いし，あるいは，前記タッチパネルの一隅に設けられて前記水平方向発光素子列からの光を受光する水平方向受光素子と，前記タッチパネルの他隅に設けられて前記垂直方向発光素子列からの光を受光する垂直方向受光素子とから構成することも可能である。いずれの構成を採用するにしても，従来の装置のように，発光素子の数に対応した数の受光素子を設ける必要がないので，受光素子の数を劇的に減少させ，装置の小型化簡略化を図ることが可能である。
【００２２】
さらに，前記水平方向光路変更部材及び前記垂直方向光路変更部材は，それぞれ，前記各水平方向発光素子及び前記各垂直方向発光素子に対応して設けられた例えばハーフミラーなどのミラー列あるいはプリズム列から構成することが可能である。かかる構成によれば，各発光素子から出射されて導光板内を伝送されてきた光を簡単な構成で受光素子にまで導くことが可能である。
【００２３】
さらに，前記ミラー列または前記プリズム列の各光路変更面を高さ位置の異なる複数の光路変更面列から構成し，前記各水平方向発光素子及び前記各垂直方向発光素子から出射される各光が，それぞれ異なる高さの位置の光路変更面にて光路変更されるように構成すれば，光路変更光を減衰させることなく，受光素子にまで導くことが可能となり，より小型の発光素子を使用することが可能となるとともに，位置検出の精度も向上させることができる。
【００２４】
ところで，光式タッチパネルでは，光の光路変更位置に応じて発光素子から受光素子に至る光路長が異なり，従って受光素子により検出される光量も変化してしまう。そこで，前記ミラー列またはプリズム列の前記各光路変更面の寸法を，前記各光路変更面で光路変更されて前記受光素子に到達した各光が実質的に等しくなるように調整すれば，より精度の高い位置検出を行うことができる。
【００２５】
さらに，前記水平方向発光素子列及び前記垂直方向発光素子列を，それぞれチップ型ＬＥＤから構成すれば，ベゼル構造を採用せずとも導光板に発光素子列を直接設置することが可能となるので，さらに一層装置の小型化軽量化を図ることができる。
【００２６】
さらに，前記水平方向発光素子列及び前記垂直方向発光素子列から出射される光を集光して前記導光板に導くレンズ装置を設ければ，より効率的に光を導光板内に導入することが可能なので，位置検出精度の向上を図れる。
【００２７】
さらに，前記受光素子をフォトダイオードから構成すれば，装置の小型化を図ることが可能となるとともに，微弱光でも高速な応答が可能となるために，装置全体の応答速度を短縮し，結果的に一素子あたりの検出回数を多くすることができるため検出精度の向上及び外乱光の影響を低減することができる。
【００２８】
さらに，前記受光素子を一次元イメージセンサから構成すれば，光路変更された光を受光する画素の特定が可能となり，特に各受光素子に応じて光路変更位置の異なる構成と組み合わせれば，より高分解度で位置検出を行うことが可能となる。
【００２９】
さらに，表示装置の表示面に設けられた導光板より成るタッチパネルと，前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，その対向辺に沿って配されて前記水平方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される水平方向光を受光する水平方向受光素子列と，前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，その対向辺に沿って配されて前記垂直方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される垂直方向光を受光する垂直方向受光素子列と，外部からの入力手段の前記導光板に対する動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置とから光式入力装置を構成することもできる。
【００３０】
かかる構成によれば，各発光素子から出射した光を，導光板内を安定的に伝送して，受光素子にまで到達させることが可能である。その結果，外乱光を遮蔽するためのフィルタや複雑なベゼル機構が不要となり，またノイズにも強く，安定かつ正確に動作する光式タッチパネルを提供できる。さらに，タッチパネルとして導光板を用いれば，外部から入力手段により導光板に接触すれば，導光板内を伝送される光量を容易に変化させることが可能となり，位置検出が容易となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかる光式タッチパネルの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，実質的に同一の機能構成を有する部材については，同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。
【００３２】
まず，図１を参照しながら，第１の実施形態にかかる光式タッチパネル１００の概略構成及びその動作原理について説明する。図示のように，本実施の形態にかかる光式タッチパネル１００は，例えばアクリルなどの透明部材から成る導光板１０２と，その導光板１０２の一辺に適宜間隔をおいて配された複数のＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅから成る発光素子列１０４と，導光板１０２の発光素子列１０４が配される辺の対向辺に配される光路変更部材１０６と，光路変更部材１０６により光路変更された光を受光するフォトダイオードなどから成る受光素子１０８と，発光素子列１０４を駆動するとともに受光素子１０８による検出光の変化により入力動作を判断する制御器１１０を備えている。また，符号１０２ａはレンズであり，各ＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅから出射された光を集光して効率的に導光板１０２内に導くためのものである。なお，図１に示す例では，説明を容易にするために，図中ｙ方向にのみ光が出射される構成を示したが，実際には図中ｘ方向にも光を出射するように構成して直交座標系を求める必要があることは言うまでもない。
【００３３】
次に，上記のように構成された光式タッチパネル１００の動作原理について説明すると，動作時，発光素子列１０４の各ＬＥＤ１０４ａ〜１０４ｅからは順次光１１２ａ〜１１２ｅが出射されている。ＬＥＤから出射された光１１２ａ〜１１２ｅは，レンズ１０２ａにより集光されて導光板１０２内を伝送され光路変更部材１０６に到達する。光路変更部材１０６に到達した光は，光路変更部材１０６により受光素子１０８方向に光路変更され，受光素子１０８によりその光路変更された光が受光される。
【００３４】
ここで，図示のようにタッチペンや指などの入力手段１１４により導光板１０２を表面を押圧すると，その押圧された部分の導光板１０２の屈折率が変化し，その押圧された部分を通過して受光素子１０８に到達する光１１２ｂの光量が変化する。そして，制御器１１０は，受光素子１０８により検出される光１１２ａ〜１１２ｅの光量変化により入力手段１１４が押圧された導光板１０２の位置を判断することが可能である。
【００３５】
次に，本発明にかかる光式タッチパネルの実際の配置構成について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３６】
まず，図２に示す光式タッチパネル１００ａにおいては，一つの受光素子１０８ＸＹにより，Ｘ方向及びＹ方向の直交座標位置を検出可能にしている。すなわち導光板１０２の一方のＸ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｘが配されるとともに他方のＸ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｘが配されている。また導光板１０２の一方のＹ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｙが配されるとともに他方のＹ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｙが配されている。そして，水平方向発光素子列１０４Ｘから出射された光１１２Ｘは光路変更部材１０６Ｘにより光路変更されて発光素子１０８ＸＹに到達する。これに対して垂直方向発光素子列１０４Ｙから出射された光１１４Ｙは光路変更部材１０６ＹによりまずＹ軸方向に光路変更され，導光板１０２の一隅に設けられた光路変更板１１６によりＸ軸方向に光路変更され，光路変更部材１０６Ｘ内を通過して発光素子１０８ＸＹに到達するように構成されている。
【００３７】
これに対して，図３に示す光式タッチパネル１００ｂにおいては，受光素子を二つ設け，Ｘ座標位置については，水平方向受光素子１０８Ｘにより検出するとともに，Ｙ座標位置については，垂直方向受光素子１０８Ｙにより検出する構成を採用している。図２に示す光式タッチパネル１００ａと同様に，本実施の形態にかかる光式タッチパネル１００ｂにおいても，導光板１０２の一方のＸ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｘが配されるとともに他方のＸ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｘが配されている。また導光板１０２の一方のＹ軸辺には水平方向発光素子列１０４Ｙが配されるとともに他方のＹ軸辺には水平方向光路変更部材１０６Ｙが配されている。そして，水平方向発光素子列１０４Ｘから出射された光１１２Ｘは光路変更部材１０６Ｘにより光路変更されて水平方向発光素子１０８Ｘに到達する。また同様に，垂直方向発光素子列１０４Ｙから出射された光１１２Ｙは光路変更部材１０６Ｙにより光路変更されて垂直方向発光素子１０８Ｙに到達するように構成されている。
【００３８】
なお，本発明にかかる光式タッチパネルの配置構成は，上記例に限定されないことは言うまでもない。例えば，図２及び図３に示す配置構成では，光路変更部材１０６Ｘ，１０６Ｙにおける光の光路変更方向を同一にしたが，Ｘ軸方向及びＹ軸方向に応じて光路変更方向を異ならせることが可能であることは言うまでもない。例えば図２において，光路変更部材１０６Ｘにおける光路変更方向を逆方向にすれば，光路変更部材１１６の存在する位置に受光素子１０８ＸＹを配することにより，Ｘ軸方向及びＹ軸方向の光を検出することも可能である。かかる構成によれば，一つの受光素子１０８ＸＹによりＸ軸方向及びＹ軸方向の光を検出する場合であっても，最も長い光路長と最も短い光路長との差を比較的小さくすることができる。
【００３９】
次に，図４〜図８を参照しながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な光路変更部材１０６のいくつかの構成例について詳細に説明することにする。
【００４０】
図４には，光路変更部材１０６の第１の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ａは，各発光素子に対応して設けられたミラー列１２０から構成されている。ミラー列の１２０の各光路変更面は，各発光素子から出射されて導光板内を伝送された光を光路変更部材方向に光路変更するように配置されている。また，ミラー列１２０はハーフミラーから成り，光路変更部材方向に進行する光はそのまま通過させることが可能なように構成されている。従って，各ミラー１２０は，そのミラー１２０に対応する発光素子の光は光路変更部材方向に光路変更するとともに，別の発光素子に関する光路変更光はそのまま発光素子に送ることが可能となる。
【００４１】
図５には，光路変更部材１０６の第２の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｂは，各発光素子に対応して設けられたプリズム列１３０から構成されている。各プリズム１３０は，そのプリズム１３０に対応する発光素子の光を光路変更部材方向に光路変更する光路変更面を有している。ただし，各プリズム１３０は，他の発光素子に関する光路変更光はそのまま発光素子に送ることが可能なように構成されている。
【００４２】
図６には，光路変更部材１０６の第３の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｃは，導光板の厚み方向Ｄに展開する複数の光路変更面１４０ａ〜１４０ｄを備えており，各光路変更面１４０ａ〜１４０ｄがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。かかる構成によれば，導光板から送られてきた各光（紙面手前から奥に向かう光）は，異なる高さ位置において光路変更部材方向に光路変更されことになる。従って，各発光素子に対応する光は受光素子の異なる高さ位置に到達するので，後述するように，受光素子としてＣＣＤのような一次元イメージセンサを使用すれば，高分解度の光式タッチパネルを実現することが可能である。
【００４３】
図７には，光路変更部材１０６の第４の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｄは，導光板の幅方向Ｗに展開する複数の光路変更面１４２ａ〜１４２ｄを備えており，各光路変更面１４２ａ〜１４０ｄがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。かかる構成によれば，導光板から送られてきた各光は，異なる水平方向位置において光路変更部材方向に光路変更されることになる。従って，各発光素子に対応する光は受光素子の異なる水平位置に到達するので，第３の実施形態にかかる光路変更部材１０６ｃと同様に，受光素子としてＣＣＤのような一次元イメージセンサを使用すれば，高分解度の光式タッチパネルを実現することが可能である。
【００４４】
図８には，光路変更部材１０６の第５の実施形態が示されている。この光路変更部材１０６ｅは，面積が異なる複数の光路変更面１４４ａ〜１４４ｅを備えており，各光路変更面１４４ａ〜１４４ｅがそれぞれ別の発光素子に対応して設けられていることを特徴としている。図２，図３及び図８を参照すれば，容易に分かるように，発光素子から受光素子に至る光路長は，各発光素子の位置に応じて異なっている。従って，同面積の光路変更面により各光を光路変更すれば，光伝送路の減衰により受光素子において受光される光量は各発光素子に応じて異なってしまう。そこで，本実施の形態によれば，受光素子において受光される光量が一定となるように，光路長１４６ａ〜１４６ｅに応じて光路変更面１４４ａ〜１４４ｅの面積を調整している。従って，かかる構成を採用すれば，より安定的に精度の高い光検出が可能となる。
【００４５】
次に，図９〜図１１を参照しながら，本実施形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の構成について説明する。
【００４６】
受光素子１０８は，例えばフォトダイオードから構成することが可能であり，図９及び図１０に示すように，導光板１０２の一隅において，発光素子列１０４と，光路変更部材１０６との間に掲載される切欠き部１０２ｃに配置することができる。なお，従来の光式タッチパネルでは，受光素子として２端子のフォトトランジスタを採用して小型化を実現していたため，微弱光の入力においては，電極間容量によって立ち上がり速度が低下するという問題があった。特に，画面サイズの大きいタッチパネルにおいては必要な素子数が増加するために，それなりの応答速度が要求される。従って，画面サイズに大きいタッチパネルにおいては，フォトトランジスタの動作性能を考えた場合には，必要な応答速度を確保するためには，高出力のＬＥＤを採用する必要があった。しかし，高出力のＬＥＤは素子の外形寸法も大きいため，装置の小型化ができないという問題があった。この点，本実施形態によれば，微弱光でも高速な応答が可能なフォトダイオードを採用しているので，素子数を増加させても装置全体の応答速度を短縮することができ，しかも一素子あたりの検出回数も増やすことができるため，検出の精度の向上を図ることが可能な上に，外乱光の影響も低減することが可能である。
【００４７】
このように，本実施の形態にかかる光式タッチパネルでは，受光素子の応答速度を向上させることが可能なので，通常のスキャンパルス数を従来装置に比較してアップすることが可能である。従って，図１３に示すように，通常動作時には一定周期で駆動し，外乱光が入力された場合には，周波数を変更して外乱の周期と同期しない周期でスキャンすることにより，より精度の高い検出を行うことが可能である。さらに，
【００４８】
図１１には，本実施の形態にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の別の実施形態が示されている。図示のように，この受光素子はＣＣＤのような一次元イメージセンサから構成されている。一次元イメージセンサは，例えば一画素が１０数ミクロン程度なので，高分解度の光式タッチパネルを構成することが可能である。さらに，一次元イメージセンサによれば，光の検出位置を容易に特定することが可能なので，例えば，図６及び図７に示すように，各発光素子に応じて異なる位置に光路変更光を導く構成を採用すれば，各画素１０９ａ〜１０９ｇに異なる発光素子を割当てることが可能となり，より高分解度の光式タッチパネルを構築することが可能となる。また，１光路変更面にＣＣＤの全画素をあてれば，さらに分解度を増すことができる。
【００４９】
以上のように，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，導光板により光を伝送するので，従来のようにフィルタにより外乱光を遮蔽する必要が無く，従ってフィルタによる減衰がないので，効率的に光を伝送することが可能である。また，空気中を進行する光は距離の二乗に逆比例して減衰するが，導光板のような物質中を伝搬する光の減衰は少なく，効率的に光を伝送することが可能である。従って，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，例えばチップ型ＬＥＤのような小出力の小型ＬＥＤの採用が可能となり，装置の小型化省電力化を実現できる。
【００５０】
さらに，従来の光式タッチパネルでは，空気中に光を通し，その遮光を利用して位置を検出しているため水平方向の外乱光の入光に対して誤動作を防止することは非常に困難であった。しかし，本実施の形態にかかる光式タッチパネルでは，導光板を利用し，その中に光を通し表面光路変更を利用して検出するため，水平方向の光に対しても影響を受けず，安定した動作を確保することができる。
【００５１】
さらにまた，従来の光式タッチパネルでは，発光素子が大きく光軸が高いところにあったため，実際の画像位置とタッチする位置が３〜８ミリ程度離れていたため操作角度によっては大きな視差を生じていた。しかしながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，表示画像とタッチ位置を接近させることが可能となり，視差が生じにくく，従って誤操作も少ないタッチパネル構造を得ることができる。
【００５２】
視差は，特にＣＲＴにタッチパネルを取り付けたときにブラウン管の曲率に依って周辺部分において大きく発生していた。しかし，本実施の形態にかかるタッチパネルによれば，図１２に示すように，ブラウン管の曲率に合わせてプラスチックパネルを成型することができるため視差をなくすことができるため，ブラウン管構造の表示装置にも好適に採用可能である。
【００５３】
さらに，本実施の形態によれば，受光素子の小型化を図れるので，例えば受光素子を導光板の一隅に埋め込む構成を採用することが可能となり，従って一体型の受光部を構成することができる。また同様に。発光素子についても小型化を図れるので，発光素子列をチップ型ＬＥＤを導光板の端面に一体的に取り付ける構成を採用することが可能となり，従って一体型の発光部を構成することができる。かかる構成により，従来の光式タッチパネルでは必須の要素であった複雑なベゼル構造が不要となり，発光部と受光部とを導光板に取り付けた一体型の完全密封型のタッチパネルを構成することができるので，耐環境性に優れた装置を実現することができる。
【００５４】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光式タッチパネルの好適な実施形態について説明したが本発明はかかる構成に限定されない。当業者であれば特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることことは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば，上記実施形態においては，発光素子列に対向する辺に光路変更部材を設けて光を受光素子に集める構成を示したが，本発明はかかる例に限定されない。図１４に示す，光式入力装置２００のように，光路変更部材を省略し，発光素子列に対向する面に対応する受光素子列２０８ａ〜２０８ｄを設け，各受光素子列２０８ａ〜２０８ｄにより発光素子列から出射されて，導光板内を伝送される光を直接受ける構成を採用しても良い。
【００５６】
さらに，上記実施形態においては，導光板と光路変更部材とを組み合わせて用いる例を示したが，導光板を用いない従来のタッチパネル構造を採用し，ただし，従来の受光素子列が配列される位置に，光路変更部材を配することにより，受光素子の数を少なくするように構成することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は，上記のように構成されているので，以下のような優れた効果を奏することが可能である。
【００５８】
まず，本発明にかかる光式タッチパネルによれば，導光板により光を伝送するので，フィルタによる減衰がないので，効率的に光を伝送することが可能である。また，導光板により光を伝送するので，光を減衰させることなく効率的に伝送することが可能である。従って，本発明にかかる光式タッチパネルによれば，例えばチップ型ＬＥＤのような小出力の小型ＬＥＤの採用が可能となり，装置の小型化省電力化を実現できる。
【００５９】
さらに，本発明によれば，受光素子の小型化を図れるので，例えば受光素子を導光板の一隅に埋め込む構成を採用することが可能となり，従って一体型の受光部を構成することができる。また同様に。発光素子についても小型化を図れるので，発光素子列をチップ型ＬＥＤを導光板の端面に一体的に取り付ける構成を採用することが可能となり，従って一体型の発光部を構成することができる。かかる構成により，従来の光式タッチパネルでは必須の要素であった複雑なベゼル構造が不要となり，発光部と受光部とを導光板に取り付けた一体型の完全密封型のタッチパネルを構成することができるので，耐環境性に優れた装置を実現することができる。
【００６０】
さらにまた，従来の光式タッチパネルでは，発光素子が大きく光軸が高いところにあったため，実際の画像位置とタッチする位置が３〜８ミリ程度離れていたため操作角度によっては大きな視差を生じていた。しかしながら，本実施の形態にかかる光式タッチパネルによれば，表示画像とタッチ位置を接近させることが可能となり，視差が生じにくく，従って誤操作も少ないタッチパネル構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光式タッチパネルの実施の一形態の構成及び動作の概略を示す説明図である。
【図２】本発明にかかる光式タッチパネルの構成の一例を示す平面図である。
【図３】本発明にかかる光式タッチパネルの構成の一例を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第１の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第２の実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第３の実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第４の実施形態を示す説明図である。
【図８】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な光光路変更部の第５の実施形態を示す説明図である。
【図９】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の配置例を示す説明図である。
【図１０】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の配置例を示す説明図である。
【図１１】本発明にかかる光式タッチパネルに適用可能な受光素子の他の実施形態を示す説明図である。
【図１２】本発明にかかる光式タッチパネルをＣＲＴに適用した様子を示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明にかかる光式タッチパネルの動作パルスの概略的な状態を示す説明図である。
【図１４】本発明にかかる光式タッチパネルの実施の一形態の構成及び動作の概略を示す説明図である。
【図１５】従来の光式タッチパネルの構成を示す略断面図である。
【図１６】従来の光式タッチパネルの構成を示す略断面図である。
【符号の説明】
１００ 光式タッチパネル
１０２ 導光板
１０２ａ レンズ
１０４ 発光素子列
１０４ａ〜１０４ｅ ＬＥＤ
１０６ 光路変更部材
１０８ 受光素子
１１０ 制御器
１１２ａ〜１１２ｅ 光路
１１４ 入力手段
Claims (9)
- 表示装置の表示面に設けられたタッチパネルと，
前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，
前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，
前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて，前記水平方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される複数の水平方向光それぞれを光路変更する複数の反射面を有する水平方向光路変更部材と，
前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて，前記垂直方向発光素子列から出射されて前記表示面に略平行に伝送される複数の垂直方向光それぞれを光路変更する複数の反射面を有する垂直方向光路変更部材と，
外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置と，
前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられ，前記水平方向光路変更部材によって光路変更された前記水平方向光，及び，前記垂直方向光路変更部材によって光路変更された前記垂直方向光を受光する受光素子と，
を有し，
前記水平方向光路変更部材に属する前記各反射面は，相互に垂直方向位置が異なり，
前記垂直方向光路変更部材に属する前記各反射面は，相互に水平方向位置が異なり，
前記検出装置は，外乱光の周期に同期しないように前記入力手段の動作位置の検出スキャン周期を変更し，
前記水平方向光路変更部材によって光路変更された前記水平方向光は前記垂直方向光路変更部材を通過して前記受光素子に到達する，又は，前記垂直方向光路変更部材によって光路変更された前記垂直方向光は前記水平方向光路変更部材を通過して前記受光素子に到達することを特徴とする，光式入力装置。 - 表示装置の表示面に設けられた導光板より成るタッチパネルと，
前記タッチパネルの一方の水平方向辺に沿って配された水平方向発光素子列と，
前記タッチパネルの一方の垂直方向辺に沿って配置された垂直方向発光素子列と，
前記タッチパネルの他方の水平方向辺に配されて，前記水平方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される複数の水平方向光それぞれを前記受光素子方向に光路変更する水平方向光路変更部材と，
前記タッチパネルの他方の垂直方向辺に配されて，前記垂直方向発光素子列から出射されて前記導光板内を伝送される複数の垂直方向光それぞれを前記受光素子方向に光路変更する垂直方向光路変更部材と，
外部からの入力手段の動作による前記水平方向光と前記垂直方向光の変化から前記入力手段の動作位置を検出する検出装置と，
前記タッチパネルの少なくとも一隅に設けられ，前記水平方向光路変更部材によって光路変更された前記水平方向光，及び，前記垂直方向光路変更部材によって光路変更された前記垂直方向光を受光する受光素子と，
を有し，
前記水平方向光路変更部材に属する前記各反射面は，相互に垂直方向位置が異なり，
前記垂直方向光路変更部材に属する前記各反射面は，相互に水平方向位置が異なり，
前記検出装置は，外乱光の周期に同期しないように前記入力手段の動作位置の検出スキャン周期を変更し，
前記水平方向光路変更部材によって光路変更された前記水平方向光は前記垂直方向光路変更部材を通過して前記受光素子に到達する，又は，前記垂直方向光路変更部材によって光路変更された前記垂直方向光は前記水平方向光路変更部材を通過して前記受光素子に到達することを特徴とする，光式入力装置。 - 前記水平方向光路変更部材及び前記垂直方向光路変更部材は，それぞれ，前記反射面を有するミラー列から成ることを特徴とする，請求項１または２に記載の光式入力装置。
- 前記水平方向光路変更部材及び前記垂直方向光路変更部材は，それぞれ，前記反射面を有するプリズム列から成ることを特徴とする，請求項１または２に記載の光式入力装置。
- 前記各反射面の寸法は，前記各反射面で光路変更されて前記受光素子に到達した各光が実質的に等しくなるように調整されることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の光式入力装置。
- 前記水平方向発光素子列及び前記垂直方向発光素子列は，それぞれチップ型ＬＥＤから成ることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の光式入力装置。
- 前記水平方向発光素子列から出射された光を集光して前記水平方向光路変更部材に導き，前記垂直方向発光素子列から出射された光を集光して前記垂直方向光路変更部材に導くレンズ装置をさらに設けたことを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の光式入力装置。
- 前記受光素子は，フォトダイオードであることを特徴とする，請求項１〜７のいずれかに記載の光式入力装置。
- 前記受光素子は，一次元イメージセンサであることを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載の光式入力装置。
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