JP5142797B2 - タッチパネル - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに関し、更に詳しくは光学式タッチパネルに関するものである。

従来、ディスプレイ装置の表示面に装着するタッチパネルとしては、光学式、抵抗膜式、静電容量式、超音波式等の各種方式が知られている。

そのうち、光学式タッチパネルとしては、例えば、特許文献１に液晶ディスプレイパネル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ラインセンサを配置したタッチパネルが開示されている。このタッチパネルは、光を導光体の側面の光源から供給し、入力ペン等の光吸収により変化する光信号を光源に対向して配置された検知用ラインセンサで検知するものである。

また、ユーザが複数の位置を同時にタッチすることに対応する情報処理装置の動作のため、複数のタッチ位置を認識するタッチパネルが提案されている。例えば、特許文献２には、同一基板面に独立した複数の抵抗膜方式の座標入力装置を設けたタッチパネルが開示されている。同特許文献２のタッチパネルは、アナログ型座標入力装置において対向する抵抗膜のうち少なくとも片方を複数の抵抗膜に分割配置することで、同時に複数点の入力を可能としている。
特開２０００−２５９３４７号公報 特開平６−５９７９８号公報

特許文献１のタッチパネルでは、外来光の入射によりコントラストが低下し、指示された位置の検知精度が低下することがある。

また、特許文献２のタッチパネルでは、それぞれの入力ポイント下の抵抗膜は完全に分離する必要があり、同時に入力できるエリアが限定されてしまう。同時に入力するポイントの数を増やす場合には、認識するポイントの数だけ抵抗膜を設ける必要があるため、読み出し回路も複数必要になり、処理回路が複雑になる問題もあった。

本発明の目的は、外来光の影響を抑制し、簡単な構成で複数の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ことにある。

本発明は、被検出体が接触した位置を検知するための第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する導光手段と、前記導光手段に光を入射する複数の光源と、前記導光手段の側面から出射した光を受光する複数のセンサとを有し、前記複数の光源は、発光タイミングの異なる光を発光し、各光源から発光される光の点灯周期が異なることを特徴とする。

本発明のタッチパネルによれば、外来光の影響を抑えることができると共に、処理回路が複雑になることがないため、簡単な構成で、複数のタッチ位置の認識精度を向上させることが出来る。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係るタッチパネルの第１の実施形態を示す図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。導光板１６は対象物の被検出体を検知するために配置された検知用導光板である。導光板１６は接触した対象物の位置を検知するための第１の面１６ａと、第１の面１６ａに対向する第２の面１６ｂとを有する導光手段として機能する。導光板１６は光源１８ａ、１８ｂ或いは光源１９ａ、１９ｂの波長の光に対して透過性を有する。

導光板１６の第２の面１６ｂ側に点滅周期の異なる光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂが配置されている。即ち、光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂとは異なるタイミングで点灯する状態を有する。なお、同じタイミングで点灯させる光源１８ａと１８ｂ、光源１９ａと１９ｂは、それぞれ１つの光源を用いることができ、このような構成によりコストを低減することが出来る。

図２（ａ）と図２（ｂ）は光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂの点灯例を示す。図２（ａ）は光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂが交互に点灯する例、図２（ｂ）は光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂの点灯周期が異なる例を示す。もちろん、この例に限るものではない。

光源１８ａ、１８ｂは図１に示すように照射エリア１８に照射し、光源１９ａ、１９ｂはそれとは別個の照射エリア１９に照射する。導光板１６の端面側の２頂点に取り付けた受光モジュール１７ａ及び１７ｂはそれぞれラインセンサである。

次に、本実施形態の動作を説明する。例えば、指や入力ペン等の被検出体で導光板１６の照射エリア１８上の点２０に触れると、点２０部の光源から出射した光が被検出体に照射される。その光が反射、もしくは散乱することで導光板１６に返ってくる。その中のある光は導光板１６の中を全反射し、受光モジュール１７ａと１７ｂ上にあるラインセンサの画素において光信号として検知される。

同時に、例えば、点２１に被検出体等で触れた場合についても同様の原理で動作し、被検出体からの反射、もしくは散乱によって導光板１６に返ってくる。その光が導光板１６中を全反射し、受光モジュール１７ａと１７ｂ上にあるラインセンサ上の画素において光信号として検知される。

図３は受光モジュールで得られる光信号波形の一例を示す。図３（ａ）は受光モジュール１７ａの画素番号と光強度信号との関係、図３（ｂ）は受光モジュール１７ｂの画素番号と光強度信号との関係を示す。画素番号とは受光モジュールであるラインセンサのライン方向における画素の位置を表す。

その際、図３（ａ）、図３（ｂ）の横軸の左側は図１の受光モジュールの導光板とは反対側から受光モジュールを見て右側に対応する。つまり、図３（ａ）の横軸の左側は図１（ａ）の受光モジュール１７ａの右側に対応し、図３（ｂ）の横軸の左側は図１（ａ）の受光モジュール１７ｂの右側に対応する。なお、図３は光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂが図２（ａ）の波形で点灯した場合の例を示す。

受光モジュール１７ａのラインセンサでは図３（ａ）に示すように光源１８ａ、１８ｂの点滅周期に同期した時間間隔で現れるピーク２０１（２０）と、光源１９ａ、１９ｂの点滅周期に同期した時間間隔で現れるピーク２１１（２１）が検出される。

受光モジュール１７ｂのラインセンサでは図３（ｂ）に示すように光源１８ａ、１８ｂの点滅周期に同期した時間間隔で現れるピーク２０２と、光源１９ａ、１９ｂの点滅周期に同期した時間間隔で現れるピーク２１２が検出される。図３（ａ）と図３（ｂ）の２０と２１は図１（ａ）のタッチ位置２０、２１に対応する。

光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂとが異なるタイミングで点灯すれば、２つのタッチ位置を検出することが出来る。その際、光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂとが同時に点灯するタイミングがあっても良い。受光モジュール１７ａと１７ｂで得られたピーク２０１と２０２、ピーク２１１と２１２の画素番号から被検出体（反射或いは散乱光源）の方向が分かり、三角測量によって２次元上のタッチ位置２０と２１を算出することが出来る。

本実施形態では、複数の光源から発光タイミングの異なる光を導光板の別個の照射エリアに照射し、複数の受光モジュールの受光信号からタッチ位置を検出するため、外来光の影響を抑制することができる。また、処理回路も複雑化することがなく、簡単な構成で複数のタッチ位置の認識精度を向上させることが可能となる。

なお、図１に示すように光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂの発光領域を図面の左右の領域に分割しているが、図面の上下の領域に分割してもよい。更には、光源１８ａ、１８ｂと光源１９ａ、１９ｂを含む個々の光源を個別に制御することにより、図４に示すようにより多数の領域（１８１、１８２、１９１、１９２）に分割してもよい。

このように発光モジュールで照射エリアを変更することにより認識エリアを変更することが出来る。従って、表示装置の表示（例えばアイコン等）のレイアウトの自由度が向上し、ユーザの使い勝手を向上することが出来る。

（第２の実施形態）
図５は本発明に係るタッチパネルの第２の実施形態を示す図である。図中１０、１１、１２はそれぞれ異なる波長の光源から照射される導光板１６上の照射エリアを示す。つまり、図５の同一タッチ面に波長の異なる光源から照射される照射エリアがある。図５では省略しているが、導光板１６の第２面側に照射エリア１０、１１、１２に対応して波長の異なる３つの光源が配置されている。９は受光部であり、エリアセンサを用いている。図５では導光板１６や複数の光源等は省略している。

図６は図５の受光部９のエリアセンサを示す。受光部９に用いるセンサの画素部には、照射エリア１０、１１、１２に対応する、異なる波長の光のみを透過するカラーフィルタ１３、１４、１５が積層されている。カラーフィルタ１３は照射エリア１０に照射される波長の光のみを透過し、カラーフィルタ１４は照射エリア１１に照射される波長の光のみを透過する。カラーフィルタ１５は照射エリア１２に照射される波長の光のみを透過する。

図６に示すカラーフィルタ１３、１４、１５の下面側に各々画素列が配置されている。図６に示す各カラーフィルタの１つの四角は１つの画素に対応する。

例えば、照射エリア１０と１１と１２に同時にタッチした場合には、照射エリア１０で反射された光はカラーフィルタ１３の下の画素列にのみ検知され、照射エリア１１で反射された光はカラーフィルタ１４の下の画素列にのみ検知される。更に、照射エリア１３で反射された光はカラーフィルタ１５の下の画素列にのみ検知されることから、３点を同時に認識することが可能となる。即ち、図６に示すカラーフィルタ１３、１４、１５の下部にそれぞれ配列された３列の画素列の画素信号に基づき３点のタッチ位置を同時に認識可能である。

また、本実施形態では、波長を変更可能な光源を配置することにより、各波長の照射エリアを変更することで、認識エリアを変更することが出来る。従って、表示装置の表示（例えばアイコン等）のレイアウトの自由度が向上し、ユーザの使い勝手を向上することが出来る。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態を示す図である。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ線における断面図（Ｘ断面）、図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ線における断面図である（Ｙ断面）。図８は図７に示す光源の構成によって各波長の光が導光している導光板１６のエリアを示す。Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２はそのエリアを示すものである。導光板１６は図１のものと同じである。

図中１及び２は波長の異なる光源である。光源１と２は二対配置さ、導光板１６の隣接する二辺にそれぞれ並んだ状態で配置されている。一方の側の光源１と２は導光板１６の側面（図６の上側側面）に隣接して配置され、それに対向する導光板１６の他方側の側面（下側側面）に受光モジュール５が配置されている。また、他方側の光源１及び２は導光板１６の側面（左側側面）に隣接して配置され、それに対向する導光板１６の他方側の側面（右側側面）に受光モジュール６が配置されている。

受光モジュール５及び６には、例えば、エリアセンサが用いられる。図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように各行に特定の波長のみを透過するフィルタ７及び８が積層されている。フィルタ７、８の下にそれぞれ画素列が配列されている。図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す各フィルタ７、８の１つの四角は１つの画素に対応する。光源１から出射した光（波長λ１）はフィルタ７の下にある画素で検知され、同様に光源２から出射した光（波長λ２）はフィルタ８の下にある画素で検知される。

図９は受光モジュール５、６で得られる光信号波形の一例を示すものである。図９（ａ）は受光モジュール５のフィルタ７に対応する画素列の画素番号と光強度信号の関係、図９（ｂ）は受光モジュール６のフィルタ７に対応する画素列の画素番号と光強度信号の関係を示す。また、図９（ｃ）は受光モジュール５のフィルタ８に対応する画素列の画素番号と光強度信号の関係、図９（ｄ）は受光モジュール６のフィルタ８に対応する画素列の画素番号と光強度信号の関係を示す。

画素番号とは、図６の場合と同様に受光モジュールであるエリアセンサの画素列の列方向における画素の位置を表す。図９の信号と受光モジールとの関係は次の通りである。即ち、受光モジュールは結像せずに受光する導光板の一辺に配置されたラインセンサ（２列のエリアセンサ）であるため、図９の横軸の左側は受光モジュール５、６の導光板１６とは反対側から受光モジュールを見て左側に対応する。つまり、図９の横軸の左側は図７の受光モジュール５の左側に、受光モジュール６の左側にそれぞれ対応する。

光源１から出射した光（波長λ１）が導光しているエリアＡ１１に指や入力ペン等の被検出体でタッチした場合には、フィルタ７の下にある画素の受光量が減少する。同様に、光源２から出射した光（波長λ２）が導光しているエリアＡ２２にタッチした場合には、フィルタ８の下にある画素の受光量が減少する。

具体的には、図７（ａ）に示すタッチポイント３と４に同時に導光板１６と屈折率の近い被検出体、例えば、指等で触れると光源から出射した光は指で吸収される。それによって受光モジュール６においてフィルタ７の下にある画素でタッチポイント３による受光量の減少が検出される（図９（ｂ））。それと同時に受光モジュール６においてフィルタ８の下にある画素でタッチポイント４による受光量の減少が検出される（図９（ｄ））。

更に、受光モジュール５においてフィルタ７の下にある画素でタッチポイント３による受光量の減少が検出される（図９（ａ））。それと同時に同受光モジュール５においてフィルタ８の下にある画素でタッチポイント４による受光量の減少が検出される（図９（ｃ））。これら受光モジュール５、６のエリアセンサはそれぞれ導光板１６のＸ軸、Ｙ軸に対応しており、それぞれの信号の減少量のピークを画像処理で座標に変換することで、タッチポイント３及び４の正確な位置を検知することが出来る。

エリアＡ１１及びＡ２１上の各点に同時にタッチした場合には、フィルタ７の下の画素により検出される減少量のピークとフィルタ８の下の画素により検出される減少量のピークを交互に組み合わせることで同様にタッチポイントを算出することが出来る。

また、波長を変更することが可能な光源を配置することにより、各波長の照射エリアを変更することで、認識エリアを変更することが出来る。従って、表示装置の表示（例えばアイコン等）のレイアウトの自由度が向上し、ユーザの使い勝手を向上することが出来る。

本発明に係るタッチパネルの第１の実施形態を示す図である。 光源の発光波形の一例を示す図である。 第１の実施形態の受光モジュールで得られる光信号の波形の一例を示す図である。 第１の実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 第２の実施形態の受光モジュールを示す模式図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 第３の実施形態の光源から出射した光のエリアを示す図である。 第３の実施形態の受光モジュールで得られる光信号の波形の一例を示す図である。

符号の説明

１、２ 光源
３、４ タッチポイント
５、６ 受光モジュール
７、８ フィルタ
９ 受光モジュール
１０、１１、１２ 照射エリア
１３、１４、１５ カラーフィルタ
１６ 導光板
１７ 受光モジュール
１８、１９ 照射エリア
１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ 光源
２０、２１ タッチ位置

Claims (7)

1. 被検出体が接触した位置を検知するための第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する導光手段と、
   前記導光手段に光を入射する複数の光源と、
   前記導光手段の側面から出射した光を受光する複数のセンサとを有し、
   前記複数の光源は、発光タイミングの異なる光を発光し、各光源から発光される光の点灯周期が異なることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記複数のセンサの各々は、前記導光手段の頂点に配置されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
3. 前記複数のセンサにより検出された信号を用いて、三角測量によって接触位置を検知することを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル。
4. 被検出体が接触した位置を検知するための第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する導光手段と、
   前記導光手段に光を入射する複数の光源と、
   前記導光手段の側面から出射した光を受光する複数のセンサとを有し、
   前記複数の光源は、発光タイミングの異なる光を発光し、
   前記複数のセンサの各々は、前記導光手段の頂点に配置されることを特徴とするタッチパネル。
5. 前記複数のセンサにより検出された信号を用いて、三角測量によって接触位置を検知することを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル。
6. 前記複数の光源から照射される照射エリアが分割されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチパネル。
7. 前記複数の光源から照射される照射エリアが切り替え可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のタッチパネル。

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