WO2019059061A1

WO2019059061A1 - タッチパネル装置

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Publication number: WO2019059061A1
Application number: PCT/JP2018/033779
Authority: WO
Inventors: 鈴木　雅弘; 上田　智章
Original assignee: Kddi株式会社
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-03-28
Also published as: JP6861835B2; JPWO2019059061A1; US20200387261A1; US11073947B2

Abstract

本発明の一実施形態に係るタッチパネル装置は、接触を受ける接触面を有するパネルと、パネルを透過する入力光をパネルへ入力する発光部と、入力光によって接触面上に生成されたエバネッセント光の反射光を含む出力光を検出する受光部と、受光部が検出した出力光と、予め記憶された接触面上の位置及び出力光の間の関係とに基づいて接触位置を算出して出力する制御部と、を備える。

Description

タッチパネル装置

　本発明は、画面上でユーザが接触した位置を検出するタッチパネル装置に関する。
　本願は、２０１７年９月２５日に、日本に出願された特願２０１７－１８３３８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、携帯端末やパーソナルコンピュータにおいて、画面上でユーザが接触した位置（以下、「接触位置」という）を検出して様々な操作を可能にするタッチパネルが広く利用されている。タッチパネルが接触位置を検出する技術として、赤外線方式、静電容量方式等の様々な検出方式が知られている。

特許文献１には、赤外線を発する発光素子をタッチパネルの画面の縁に沿って配列し、発光素子に対向するように受光素子を配列し、発光素子から受光素子への赤外線の遮断を検出することによって接触位置を検出する技術が記載されている。

特開２０１４－８５８２４号公報

ところで、デジタルサイネージ（電子看板）等のために、タッチパネルを内蔵することによって接触位置を検出可能な大型の表示装置が開発されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術のような赤外線方式のタッチパネルは、多数の発光素子及び受光素子を画面の縁に沿って配列する必要があるため、大型化には大きなコストが掛かる。

また、静電容量方式のタッチパネルは、１層又は複数層の透明な電極層を必要とするため、大型化には大きなコストが掛かる。さらに電極層や接着層の存在によって光の透過率が低下するため、明るさを補うために表示装置のバックライトの消費電力が上昇する。また、抵抗膜方式のタッチパネルは、表面に接触を検出するための電極層及びフィルムを必要とするため、やはり光の透過率が低下する。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、光の透過性が高い低コストのタッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のタッチパネル装置は、接触を受ける接触面を有するパネルと、前記パネルを透過する入力光を前記パネルへ入力する発光部と、前記入力光によって前記接触面上に生成されたエバネッセント光の反射光を含む出力光を検出する受光部と、前記受光部が検出した前記出力光の強度と、予め記憶された前記接触面上の位置に対応する前記出力光の強度との関係に基づいて前記接触面において接触を受けた接触位置を算出して出力する制御部とを備える。

前記タッチパネル装置において、前記受光部は複数の受光素子を備えてもよく、前記制御部は、それぞれの前記複数の受光素子が検出した前記出力光の強度を用いてそれぞれの前記受光部から前記接触位置までの距離を算出し、前記複数の受光素子に係る複数の前記距離を用いて前記接触位置を算出してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記制御部は、前記発光部が前記入力光を発している時の前記強度から前記発光部が前記入力光を発していない時の前記強度を減算することによって得られた強度変化の値を用いて、前記接触位置を算出してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記受光部は、前記反射光を撮像することによって画像を取得するカメラであってもよく、前記制御部は、前記カメラが取得した前記画像から前記接触位置を算出してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記制御部は、前記カメラが取得した前記画像から前記接触の指紋を検出してもよく、前記接触位置とともに前記指紋を出力してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記発光部は、０．７８μｍ以上１０００μｍ未満の波長を有する前記入力光を発してもよい。

　前記タッチパネル装置において、前記発光部は、複数の波長を有する前記入力光を発してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記制御部は、前記出力光の変化の大きさに基づいて、前記接触の有無を判定してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記制御部は、前記出力光の変化の時系列のパターンに基づいて、前記接触の有無を判定してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記接触面の静電容量を測定する静電容量測定部をさらに備えてもよく、前記制御部は、前記静電容量測定部が測定した前記静電容量に基づいて、前記接触の有無を判定してもよい。

　前記タッチパネル装置において、前記発光部は、前記パネルの前記接触面を取り囲む端面へ前記入力光を入力してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記受光部は、前記発光部とは反対側の前記端面から出力される前記出力光を検出してもよい。

前記タッチパネル装置において、前記パネルに沿って隙間をあけて延在する、画像を表示するための表示部をさらに備えてもよく、前記受光部は、前記パネルと前記表示部との間の前記隙間から出力される前記出力光を検出してもよい。

本発明によれば、光の透過性が高い低コストのタッチパネル装置を実現できるという効果を奏する。

第１の実施形態に係るタッチパネル装置を示す正面図である。第１の実施形態に係るタッチパネル装置を示す側面図である。第１の実施形態に係るタッチパネル装置にユーザが触れていない状態を示す側面図である。第１の実施形態に係るタッチパネル装置にユーザが触れた状態を示す側面図である。第１の実施形態に係るタッチパネル装置を示すブロック図である。第１の実施形態に係るタッチパネル装置が実行するタッチ検出方法を示すフローチャートである。第２の実施形態に係るタッチパネル装置を示す側面図である。第２の実施形態に係るタッチパネル装置によるタッチ検出方法を示す正面図である。第２の実施形態に係るタッチパネル装置が実行するタッチ検出方法を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るタッチパネル装置１の正面図である。図２は、本実施形態に係るタッチパネル装置１の側面図である。図１及び図２において、各部材の大きさは視認性のために調整されており、実際の大きさには対応していない。
タッチパネル装置１は、制御部１１と、発光部１２と、受光部１３と、パネル１４と、表示部１５とを備える。制御部１１、発光部１２、受光部１３、パネル１４及び表示部１５は、筐体（図示せず）に固定される。

パネル１４は、発光部１２及び表示部１５が発する光を透過する板である。パネル１４は、ユーザによる接触（タッチ）を受ける接触面１４１と、接触面１４１を取り囲み、接触面１４１と直交する端面１４２とからなる。パネル１４は、例えば樹脂、ガラス等、少なくとも発光部１２が発する入力光の波長と表示部１５が発する可視光の波長とに対して透明な材料で構成される。

発光部１２は、制御部１１に接続されており、パネル１４のＹ軸方向の辺に対向して配置される。発光部１２は、制御部１１からの制御信号に従って所定の波長の光（入力光Ａ）を発生させる発光素子を有する。発光部１２は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）等を発光素子として有する。発光部１２は、入力光Ａをパネル１４のＹ軸方向の辺の端面１４２に入力できる位置に設けられる。パネル１４に一様に入力光Ａを入力するために、発光部１２は、パネル１４の端面１４２と発光素子との間にライトガイド又は導光板を有することが望ましい。

受光部１３は、パネル１４の発光部１２が設けられた辺に対向するＹ軸方向の辺およびＹ軸と直行するＸ軸方向の辺に設けられる。各受光部１３は、制御部１１に接続されており、パネル１４の端面１４２からの光（出力光Ｂ）を検出してその光の強度を示す信号を制御部１１に送信する受光素子を有する。受光部１３は、例えばＰＤ（フォトダイオード）等を受光素子として有する。パネル１４上でのユーザの接触位置を高精度に特定するために、各受光部１３は対向する辺に沿って配置された少なくとも２つの受光素子を有することが望ましい。受光部１３は、パネル１４の端面１４２からの出力光Ｂを受けられる位置に設けられる。環境光（外乱光）の影響を抑えるために、受光部１３は、パネル１４の端面１４２と受光素子との間に偏光フィルタを有することが望ましい。

表示部１５は、制御部１１に接続されており、パネル１４の背面側（Ｚ軸方向）にパネル１４と平行に設けられている。表示部１５は、液晶ディスプレイ等、制御部１１からの制御信号に従って各種の情報を表示可能な任意の表示装置を有する。表示部１５は、パネル１４を介してユーザに向けて画像を表示する。

制御部１１は、発光部１２を制御して光を発生させるとともに、各受光部１３が受けた光に基づいてユーザの接触位置を算出する。制御部１１は、算出した接触位置を上位システムに出力する。

［タッチ検出方法の説明］
図３Ａ、図３Ｂは、本実施形態に係るタッチパネル装置１によるタッチ検出方法の模式図である。図３Ａは、パネル１４にユーザが接触していない状態を示す。
物質の内部と外部との屈折率が異なる場合において、光が該物質の内部を通過する際に、光は該物質の内部と外部との界面に所定の値以上の角度で入射すると全反射されることが知られている。タッチパネル装置１において、端面１４２から入力された入力光Ａは、パネル１４と外部（すなわち大気）との界面において全反射を繰り返し、パネル１４の内部を進行する。全反射しない入力光Ａは、パネル１４外へ透過して発散する。

光がある界面で全反射される際に、該界面に関して該光の反対側には、該光の１波長程度の厚さのエバネッセント光（エバネッセント場ともいう）が生成されることが知られている。エバネッセント光は、全反射される光と同じ振動数で、界面に沿って伝搬する光波である。エバネッセント光のエネルギー分布は界面から１波長程度（例えば数百ｎｍ）の領域に限定され、界面にまとわりつくように局在する。タッチパネル装置１において、パネル１４の外側の接触面１４１の近傍には、全反射された入力光Ａによってエバネッセント光Ｃが生成される。

図３Ｂは、パネル１４にユーザ（ここでは指）が接触している状態を示す。ユーザがパネル１４に接触又は近接すると、パネル１４近傍に生成されているエバネッセント光Ｃはユーザの指の表面で拡散反射して反射光Ｄが発生する。エバネッセント光Ｃの反射光Ｄのうち一部はパネル１４内を全反射しながら進行して受光部１３に到達し、残りの部分はパネル１４外に発散する。そのため、受光部１３は、全反射された入力光Ａ及びエバネッセント光Ｃの反射光Ｄを含む出力光Ｂを受ける。したがって、受光部１３が受ける出力光Ｂの強度は、図３Ａの状態と図３Ｂの状態とで変動する。

エバネッセント光が拡散反射されると、入力光Ａのエネルギーが一部失われるため出力光Ｂ中の入力光Ａの強度が低下する一方で、出力光Ｂに反射光Ｄの強度が付加される。そのため、発光部１２、受光部１３及び接触位置の関係によって、出力光Ｂの強度が上昇する場合と低下する場合の両方があり得る。したがって、出力光Ｂの強度は、接触面１４１におけるユーザの接触位置によって変化する。

タッチパネル装置１の制御部１１は、受光部１３が受けた出力光Ｂの強度を、予め記憶された複数の位置と、それらの位置に対応した出力光の強度との関係と比較することによって、ユーザによる接触位置を算出する。

［タッチパネル装置１の構成］
図４は、本実施形態に係るタッチパネル装置１のブロック図である。図４において、矢印は主なデータの流れを示しており、図４に示したもの以外のデータの流れがあってよい。図４において、各ブロックはハードウェア（装置）単位の構成ではなく、機能単位の構成を示している。そのため、図４に示すブロックは単一の装置内に実装されてもよく、あるいは複数の装置内に別れて実装されてもよい。ブロック間のデータの授受は、データバス、ネットワーク、可搬記憶媒体等、任意の手段を介して行われてよい。

タッチパネル装置１は、上述の制御部１１、発光部１２、受光部１３及び表示部１５に加えて、記憶部１６を有する。制御部１１は、入力光制御部１１１と、出力光検出部１１２と、関係読出部１１３と、接触位置算出部１１４と、出力部１１５とを有する。

記憶部１６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクドライブ等を含む記憶媒体である。記憶部１６は、制御部１１が実行するプログラムを予め記憶している。

　制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部１１は、記憶部１６に記憶されたプログラムを実行することにより、入力光制御部１１１、出力光検出部１１２、関係読出部１１３、接触位置算出部１１４及び出力部１１５として機能する。制御部１１の機能の少なくとも一部は、電気回路によって実行されてもよい。また、制御部１１の機能の少なくとも一部は、ネットワーク経由で実行されるプログラムによって実行されてもよい。

本実施形態に係るタッチパネル装置１は、図４に示す具体的な構成に限定されない。タッチパネル装置１は、１つの装置に限られず、２つ以上の物理的に分離した装置が有線又は無線で接続されることにより構成されてもよい。

入力光制御部１１１は、発光部１２を制御して、入力光Ａを発生させる。具体的には、入力光制御部１１１は、発光部１２に制御信号を送信することによって、発光部１２に所定の波長の入力光Ａを発生させる。

発光部１２が発する入力光Ａは、例えば赤外線領域（０．７８μｍ以上１０００μｍ未満の波長範囲）の光である。赤外線はユーザに不可視であるため、表示部１５の表示内容を邪魔することがないため好ましい。入力光Ａは、赤外線領域に限られず、可視光領域（０．３８μｍ以上０．７８μｍ未満の波長範囲）又は紫外線領域（０．１μｍ以上０．３８μｍ未満の波長範囲）の光であってもよい。入力光Ａの波長は、タッチパネル装置１の実装に応じて適宜選択される。

出力光検出部１１２は、受光部１３が受けた出力光Ｂを検出する。具体的には、出力光検出部１１２は、受光部１３が受けた出力光Ｂの強度を示す信号を受光部１３から受信し、該信号に対して復調等の処理を行うことによって、出力光Ｂの強度を検出する。

関係読出部１１３は、記憶部１６に予め記憶された、パネル１４上の位置と、それらの位置における出力光Ｂとの関係を示すテーブルを読み出す。パネル１４上の位置と出力光Ｂとの関係は、パネル１４上の複数の位置のそれぞれをユーザが接触した場合の出力光Ｂのそれぞれの強度を、計算又は実験によって予め取得することによって定義される。強度として、出力光Ｂの強度そのものの値を用いてもよく、強度変化の値を用いてもよい。強度変化の値とは、ある位置を、ユーザが接触した場合の出力光Ｂの強度とユーザが接触していない場合の出力光Ｂの強度との差の値である。

接触位置算出部１１４は、関係読出部１１３が読み出したパネル１４上の位置と出力光Ｂとの関係を示すテーブルを参照して、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂに対応するパネル１４の接触面１４１上のユーザの接触位置を検出する。より具体的には、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂを、上記テーブルにおける出力光Ｂと比較することによって、ユーザによる接触位置を判断する。
例えば接触位置算出部１１４は、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂの強度と、関係読出部１１３が読み出したテーブルにおける出力光Ｂの複数の強度との差をそれぞれ算出する。

このように算出された強度の差は、ユーザによる接触位置と関係読出部１１３が読み出したテーブルにおける複数の位置との間の距離に対応する。すなわち、テーブルの複数の位置のうち、検出された出力光Ｂとの強度の差が小さいテーブルにおける出力光Ｂに対応する位置の近くにユーザが接触したと考えられる。このように、接触位置算出部１１４は、パネル１４の接触面１４１上の複数の位置に対応して算出した複数の強度の差から、ユーザによる接触位置を推定する。

受光部１３が複数の受光素子を含む場合には、複数の受光素子についてそれぞれパネル１４上の位置と出力光Ｂとの関係を定義し、複数のこれらの関係を用いてユーザによる接触位置を決定してもよい。この場合には、例えば接触位置算出部１１４は、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂの強度と、各受光素子についての関係における複数の位置の出力光Ｂの強度との差から、ユーザによる接触と各受光素子との間の距離を算出する。そして接触位置算出部１１４は、各受光素子からの距離を用いて三辺測量を行うことによって、ユーザによる接触位置を算出する。これにより、１つの受光素子を用いる場合よりも、ユーザによる接触位置を高精度に特定することができる。

出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって算出されたユーザによる接触位置を出力する。具体的には出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって算出されたユーザによる接触位置を示す情報を、タッチパネル装置１に接続された上位システムに送信する。この上位システムは、受信した接触位置を示す情報に基づいて所定の処理を行う。出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって算出されたユーザによる接触位置を示す情報を、記憶部１６に記憶することによって出力してもよい。

［タッチ検出方法のフローチャート］
図５は、本実施形態に係るタッチパネル装置１が実行するタッチ検出方法を示すフローチャートである。図５のフローチャートは、例えばタッチパネル装置１が起動されることによって開始される。

まず入力光制御部１１１は、発光部１２を制御して、所定の波長の入力光Ａを発生させる（Ｓ１１）。出力光検出部１１２は、受光部１３が受けた出力光Ｂを検出する（Ｓ１２）。出力光検出部１１２が検出する出力光Ｂは、パネル１４内を全反射しながら通過した入力光Ａと、パネル１４近傍に生成されたエバネッセント光Ｃの反射光Ｄとを含む。

次に関係読出部１１３は、記憶部１６に予め記憶された、パネル１４上の位置と、それらの位置における出力光Ｂとの関係を示すテーブルを読み出す（Ｓ１３）。接触位置算出部１１４は、ステップＳ１２で出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂを、ステップＳ１３で関係読出部１１３が読み出したパネル１４上の位置と出力光Ｂとの間の関係を示すテーブルと比較する。この比較によって、ユーザがパネル１４に接触しているか否かを判定する。

　接触位置算出部１１４は、ユーザがパネル１４に接触していないことを判定した場合に（Ｓ１４のＮＯ）、ユーザによる接触位置を出力せずに、ステップＳ１６に進む。接触位置算出部１１４は、ユーザがパネル１４に接触していることを判定した場合に（Ｓ１４のＹＥＳ）、検出した出力光Ｂ及びパネル１４上の位置と出力光Ｂとの間の関係からユーザによる接触位置を算出する。そして出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって算出されたユーザによる接触位置を出力する（Ｓ１５）。

所定の終了条件（例えばタッチパネル装置１の終了操作が行われること）が満たされない場合に（Ｓ１６のＮＯ）、タッチパネル装置１はステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。所定の終了条件が満たされる場合に（Ｓ１６のＹＥＳ）、タッチパネル装置１は処理を終了する。

［誤検出の抑制方法］
本実施形態において、接触位置の誤検出を抑制するために例えば以下の第１から第８の方法が考えられる。
第１の方法として、発光部１２を、７５０ｎｍ近傍の波長又は９００ｎｍ近傍の波長を有する入力光Ａを発するように構成してもよい。太陽光は、７５０ｎｍ近傍の波長及び９００ｎｍ近傍の波長の光をほとんど含まない。そのため、７５０ｎｍ近傍の波長又は９００ｎｍ近傍の波長を有する入力光Ａを用いることによって、太陽光の影響を抑えることができる。

第２の方法として、発光部１２を、赤外線領域、可視光領域及び紫外線領域から選択された複数の波長の入力光Ａを発するように構成してもよい。環境光等によるノイズが発生した場合には、複数の波長において同じ影響が出る確率は低い。一方、ユーザによる接触が実際に行われた場合には、複数の波長のいずれにおいても同じ接触位置が算出される。

そこで、入力光制御部１１１は、発光部１２から各波長の入力光Ａを順に発生させ、出力光検出部１１２は入力光Ａの波長ごとに出力光Ｂを検出する。そして接触位置算出部１１４は、入力光Ａの波長ごとに接触位置を算出する。そして入力光Ａの複数の波長について算出された接触位置が同一である場合又は近い場合に、接触位置算出部１１４は該接触位置のいずれか又は平均値を、正しい接触位置として決定する。複数の波長の接触位置が大きく異なる場合には、接触位置算出部１１４は接触が行われていないことを判定する。このように複数の波長の入力光Ａを順に用いることによって、ノイズによる接触の誤検出を抑えることができる。

第３の方法として、入力光制御部１１１は、発光部１２をパルス駆動させて入力光Ａを断続的に発するように制御してもよい。この場合に、出力光検出部１１２は、入力光Ａが発生している時の出力光Ｂの強度から、入力光Ａが発生していない時の出力光Ｂの強度を減算することによって得られた値を用いて、接触位置の算出を行う。これにより、入力光Ａが発生していない時に出力光検出部１１２によって検出されるパネル１４外及び表示部１５からの光を、接触位置の算出から除外できる。このような構成によって、環境光（外来光）や、表示部１５によって表示されるコンテンツの影響を少なくして接触位置を算出することができる。

第４の方法として、表示部１５は、受光部１３が出力光Ｂを検出する時に、表示のための光（バックライト）の発生を停止（瞬断）してもよい。このような構成により、接触位置に算出に用いられる出力光Ｂに表示のための光が混入しないため、接触の誤検出を抑えることができる。また、表示部１５は表示のための光のうち、特定の波長の光（例えば赤色光、緑色光及び青色光のうちいずれか）のみを瞬断してもよい。この場合には、発光部１２は該特定の波長の光を入力光Ａとして用いる。このような構成により、入力光Ａとして可視光領域の光を用いる場合であっても、表示のための光による接触の誤検出を抑えることができる。さらに、表示の瞬断が特定の色のみで行われるため、ユーザによる表示の鑑賞を邪魔しづらい。

第５の方法として、接触位置算出部１１４は、出力光Ｂの変化の大きさに基づいて、接触の有無を決定してもよい。例えば手の平等のユーザの指以外の部分がパネル１４に接触した場合には、ユーザは操作を意図していないことが多いため、接触していないとみなすことが望ましい。そこで接触位置算出部１１４は、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂの強度の変化の大きさが所定の閾値以上である場合に、接触が行われていないことを判定する。出力部１１５は、該判定に従って接触位置を出力する。これにより、手の平等による広い面積の接触について、接触位置の出力から除外することができる。

第６の方法として、入力光制御部１１１は、パネル１４のうち指に近い部分等の一部のみに発光部１２から入力光Ａを入力し、その他の部分の発光部１２を消灯するように発光部１２をエリア駆動させてもよい。この場合に、入力光制御部１１１は、人体の大きさ（身長等）とタッチパネル装置１の配置から指に近い部分を推測し、入力光Ａを入力すべきエリアを特定する。これにより、タッチパネル装置１は、指の接触を高精度に検出することができる。

第７の方法として、接触位置算出部１１４は、出力光Ｂの変化の時系列のパターンに基づいて、接触の有無を決定してもよい。ユーザの指がパネル１４に触れる際には、通常、指先から指の腹へと接触面積が徐々に大きくなる。そのため、出力光Ｂの変化には、時系列のパターンが表れる。

そこで接触位置算出部１１４は、指の接触に対応する出力光Ｂの変化の時系列のパターンを予め定義しておく。接触位置算出部１１４は、出力光検出部１１２が検出した出力光Ｂの強度を時系列で取得し、該時系列の出力光Ｂの強度に、予め定義された時系列のパターンが含まれるか否かを判定する。そして接触位置算出部１１４は、時系列の出力光Ｂの強度に、予め定義された時系列のパターンが含まれる場合には、指の接触が行われたことを判定し、そうでない場合には、指の接触が行われていないことを判定する。出力部１１５は、該判定に従って接触位置を出力する。このように出力光Ｂの変化の時系列のパターンに基づいて接触の有無を判定することによって、指の接触を高精度に検出することができる。

第８の方法として、タッチパネル装置１に、パネル１４の静電容量を測定する静電容量測定部をさらに設けてもよい。静電容量測定部は、人体の接触に対応する静電容量を予め定義しておく。静電容量測定部は、パネル１４の接触面１４１の静電容量を測定する。そして、静電容量測定部は、測定された静電容量が、予め定義された人体の接触に対応する静電容量に合致する場合には、ユーザの接触が行われたことを判定し、そうでない場合にはユーザの接触が行われていないことを判定する。出力部１１５は、該判定に従って接触位置を出力する。このように静電容量に基づいて接触の有無を判定することによって、ユーザ以外のゴミや小動物の接触を除外し、ユーザの接触を高精度に検出することができる。

［第１の実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るタッチパネル装置１は、パネル１４の表面に生成されるエバネッセント光Ｃの反射光Ｄに基づいて、パネル１４上におけるユーザによる接触位置を算出する。このような構成によれば、接触位置を検出するための透明電極が不要であるため、従来の静電容量式のタッチパネルよりも低コストであり、また光の透過率が高い。また、発光部１２及び受光部１３の多数の組を画面の縁に沿って配列させる必要がないため、従来の赤外線式のタッチパネルよりも低コストである。

（第２の実施形態）
第１の実施形態は受光部１３として受光素子を用いるのに対して、本実施形態は受光部１３として撮像装置を用いる。それ以外の構成及び処理は、第１の実施形態と同様である。

［タッチパネル装置１の構成］
図６は、本実施形態に係るタッチパネル装置１の側面図である。図６において、各部材の大きさは視認性のために調整されており、実際の大きさに対応していない。表示部１５は、パネル１４に沿って所定の大きさの隙間Ｅをあけて延在する。

　受光部１３は、隙間Ｅからパネル１４を撮像した画像を制御部１１に送信する撮像装置（カメラ）を有する。受光部１３は、パネル１４と表示部１５との間の隙間Ｅから出力される出力光Ｂを検出できる位置に設けられる。

［タッチ検出方法の説明］
図７は、本実施形態に係るタッチパネル装置１によるタッチ検出方法の正面図である。図７は、受光部１３の撮像装置がパネル１４を撮像した画像に対して台形補正を行った画像を示す。すなわち、受光部１３はパネル１４と表示部１５との隙間Ｅの端に設けられるため、パネル１４を撮像すると、画像中のパネル１４に台形歪みが発生する。そのためタッチパネル装置１は、受光部１３が撮像した画像に対して台形補正を行うことによって、画像中のパネル１４の台形歪みを解消する。

上述のように、エバネッセント光Ｃの厚さは数百ｎｍ程度である。一方、指紋の高さ（すなわち指紋の山と谷との差）は、０．１ｍｍ程度である。このように指紋の高さはエバネッセント光Ｃの厚さより圧倒的に大きいため、指がパネル１４に接触した際に、エバネッセント光Ｃは指紋の山の部分（凸部）で反射されるが、指紋の谷の部分（凹部）では反射されない。そのため、ユーザの指が接触しているパネル１４を受光部１３が撮像すると、エバネッセント光Ｃの反射光Ｄは、図７に示すように指紋Ｆ（指紋の山の部分）の形状として画像に写る。そのため本実施形態に係るタッチパネル装置１は、パネル１４を撮像することによって、エバネッセント光Ｃの反射光Ｄを含む出力光Ｂから、接触位置に加えて指紋を検出することができる。

［タッチ検出方法のフローチャート］
図８は、本実施形態に係るタッチパネル装置１が実行するタッチ検出方法を示すフローチャートである。図８のフローチャートは、例えばタッチパネル装置１が起動されることによって開始される。

まず入力光制御部１１１は、発光部１２を制御して、所定の波長の入力光Ａを発生させる（Ｓ２１）。出力光検出部１１２は、受光部１３にパネル１４を撮像させ、画像を取得する（Ｓ２２）。このとき、出力光検出部１１２は、撮像した画像に対して所定の台形補正を行う。パネル１４の画像には、パネル１４近傍に生成されたエバネッセント光Ｃの反射光Ｄを含む出力光Ｂが写る。

次に関係読出部１１３は、記憶部１６に予め記憶されたパネル１４上の位置と、それらの位置における出力光Ｂとの関係を示すテーブルを読み出す（Ｓ２３）。本実施形態において、パネル１４上の位置と出力光Ｂとの関係は、パネル１４上の複数の位置にそれぞれユーザが接触した場合に撮像される画像中の出力光Ｂの位置を、計算又は実験によって予め取得することによって定義される。

接触位置算出部１１４は、ステップＳ２２で出力光検出部１１２が撮像した画像を、ステップＳ２３で関係読出部１１３が読み出したパネル１４上の位置と出力光Ｂとの関係と示すテーブルと比較することによって、ユーザがパネル１４に接触しているか否かを判定する。

　接触位置算出部１１４は、ユーザがパネル１４に接触していないことを判定した場合に（Ｓ２４のＮＯ）、ユーザによる接触位置を出力せずに、ステップＳ２７に進む。接触位置算出部１１４は、ユーザがパネル１４に接触していることを判定した場合に（Ｓ２４のＹＥＳ）、検出した出力光Ｂ及びパネル１４上の位置と出力光Ｂとの間の関係からユーザによる接触位置を算出する。すなわち接触位置算出部１１４は、関係読出部１１３が読み出した関係において、画像中の出力光Ｂの位置に関連付けられたパネル１４上の位置を、ユーザによる接触位置として算出する。そして出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって算出されたユーザによる接触位置を出力する（Ｓ２５）。

さらに接触位置算出部１１４は、ステップＳ２２で出力光検出部１１２が撮像した画像中において、ステップＳ２５で算出された接触位置を中心とした所定の大きさの領域を、ユーザの指紋Ｆとして検出する。そして出力部１１５は、接触位置算出部１１４によって検出されたユーザの指紋Ｆを出力する（Ｓ２６）。

所定の終了条件（例えばタッチパネル装置１の終了操作が行われること）が満たされない場合に（Ｓ２７のＮＯ）、タッチパネル装置１はステップＳ２１に戻って処理を繰り返す。所定の終了条件が満たされる場合に（Ｓ２７のＹＥＳ）、タッチパネル装置１は処理を終了する。

［第２の実施形態の効果］
本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を奏するのに加えて、接触位置と同時にユーザの指紋を検出することができる。指紋の検出にもエバネッセント光Ｃの反射光Ｄを用いるため、低コストで接触位置及び指紋を検出する装置を実現できる。本実施形態に係るタッチパネル装置１は、ＡＴＭ（現金自動預払機）のような、ユーザによる操作の受け付けと生体認証のための指紋の受け付けとを両方要する装置に好適に用いることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

タッチパネル装置１の制御部１１（プロセッサ）は、図５および図８に示すタッチ検出方法に含まれる各ステップ（工程）の主体となる。すなわち、制御部１１は、図５および図８に示すタッチ検出方法を実行するためのタッチ検出プログラムを記憶部１６から読み出し、該タッチ検出プログラムを実行してタッチパネル装置１の各部を制御することによって、図５および図８に示すタッチ検出方法を実行する。図５および図８に示すタッチ検出方法に含まれるステップは一部省略されてもよく、ステップ間の順番が変更されてもよく、複数のステップが並行して行われてもよい。

　　　１：タッチパネル装置
　　１１：制御部
　　１２：発光部
　　１３：受光部
　　１４：パネル
　　１５：表示部
　　１６：記憶部

Claims

　接触を受ける接触面を有するパネルと、
　前記パネルを透過する入力光を前記パネルへ入力する発光部と、
前記入力光によって前記接触面上に生成されたエバネッセント光の反射光を含む出力光を検出する受光部と、
前記受光部が検出した前記出力光の強度と、予め記憶された前記接触面上の位置に対応する前記出力光の強度との関係に基づいて前記接触面において接触を受けた接触位置を算出して出力する制御部と、
　を備えるタッチパネル装置。
　前記受光部は複数の受光素子を備え、
前記制御部は、それぞれの前記複数の受光素子が検出した前記出力光の強度を用いてそれぞれの前記受光部から前記接触位置までの距離を算出し、前記複数の受光素子に係る複数の前記距離を用いて前記接触位置を算出する請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、前記発光部が前記入力光を発している時の前記強度から前記発光部が前記入力光を発していない時の前記強度を減算することによって得られた強度変化の値を用いて、前記接触位置を算出する請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
　前記受光部は、前記反射光を撮像することによって画像を取得するカメラであり、
前記制御部は、前記カメラが取得した前記画像から前記接触位置を算出する、
請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、前記カメラが取得した前記画像から前記接触の指紋を検出し、前記接触位置とともに前記指紋を出力する請求項４に記載のタッチパネル装置。
　前記発光部は、０．７８μｍ以上１０００μｍ未満の波長を有する前記入力光を発する請求項１から５のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
前記発光部は、複数の波長を有する前記入力光を発する請求項１から６のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、前記出力光の変化の大きさに基づいて、前記接触の有無を判定する請求項１から７のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
前記制御部は、前記出力光の変化の時系列のパターンに基づいて、前記接触の有無を判定する請求項１から８のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
　前記接触面の静電容量を測定する静電容量測定部をさらに備え、
前記制御部は、前記静電容量測定部が測定した前記静電容量に基づいて、前記接触の有無を判定する請求項１から９のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
前記発光部は、前記パネルの前記接触面を取り囲む端面へ前記入力光を入力する請求項１から１０のいずれか一項に記載のタッチパネル装置。
　前記受光部は、前記発光部とは反対側の前記端面から出力される前記出力光を検出する請求項１１に記載のタッチパネル装置。
　前記パネルに沿って隙間をあけて延在する、画像を表示するための表示部をさらに備え、前記受光部は、前記パネルと前記表示部との間の前記隙間から出力される前記出力光を検出する請求項１１に記載のタッチパネル装置。