JP2011034380A - タッチパネルおよびタッチパネル付表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルを入力選択領域と入力決定領域の二重構造とし、入力領域に被選択項目を表示する表示手段を組み合わせることにより視認性及び耐久性を向上させる。
【解決手段】座標入力領域が、入力選択領域１１と入力決定領域１２の二層構造からなる。入力選択領域１１は、格子状出射光１６を出射する第一の光学式検出手段１３を備える。入力決定領域１２は、平行出射光１９を出射する第二の光学式検出手段１４を備える。入力手段２１が入力選択領域１１の格子状出射光１６のみを遮ったとき、入力手段２１の位置が選択され、入力手段２１が更に入力決定領域１２の平行出射光１９を遮ったとき、入力手段２１の位置が決定される。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチパネル、特に光学式タッチパネルに関する。

従来から、光学式検出手段と感圧式検出手段を重ねた二層構造のタッチパネルが知られている（例えば、特許文献１）。このタッチパネルでは、光学式検出手段が上側（操作者に近い側）にあり、感圧式検出手段は下側（操作者から遠い側）にある。

第一段階で、光学式検出手段の光線を指で遮り、位置を選択する。次に第二段階で、指をそのまま押し込み、感圧式検出手段を指で押圧して、入力を決定する。この操作により、使用者は、迷い指や袖による誤入力を防止しながら、選択・入力操作を連続して行なうことができる。

しかし、上記従来のタッチパネルは感圧式検出手段を用いるため、座標入力領域の表面に、透明導電フィルムを配置しなければならない。透明導電フィルムは、光透過性が低く、耐傷性に劣る。そのため、座標入力領域の視認性が損なわれ、耐久性が低下するという問題がある。

特開２００９−０７２２３２号公報

従来の、光学式検出手段と感圧式検出手段を重ねた二層構造のタッチパネルでは、座標入力領域の表面に、光透過性や耐傷性の低い透明導電フィルムを配置しなければならない。そのため、視認性や耐久性が損なわれる。

本発明の要旨は次のとおりである。
（１）本発明のタッチパネルは、座標入力領域が、入力選択領域と入力決定領域の二層構造からなる。入力選択領域は第一の光学式検出手段を備え、入力決定領域は第二の光学式検出手段を備える。第一の光学式検出手段は、入力選択領域を横断する格子状出射光を出射する第一の発光部と、格子状出射光を受光する第一の受光部とを備える。第二の光学式検出手段は、入力決定領域を横断する平行出射光を出射する第二の発光部と、平行出射光を受光する第二の受光部とを備える。入力選択領域は上側（操作者に近い側）に配置され、入力決定領域は下側（操作者から遠い側）に配置される。入力手段が、入力選択領域の格子状出射光のみを遮ったとき、入力手段の位置が選択される。入力手段が、更に入力決定領域の平行出射光を遮ったとき、入力手段の位置が決定される。
（２）本発明のタッチパネルは、格子状出射光の高さと、平行出射光の高さの差が、１ｍｍ〜２０ｍｍである。
（３）本発明のタッチパネル付表示装置は、上記記載のタッチパネルに、座標入力領域に被選択項目を表示する表示手段を組み合わせたものである。

図１に示すように、本発明のタッチパネル１０では、座標入力領域が、入力選択領域１１と入力決定領域１２の二層構造である。入力選択領域１１は上側（操作者に近い側）にあり、入力決定領域１２は下側（操作者から遠い側）にある。入力選択領域１１には、第一の光学式検出手段１３が設けられ、入力決定領域１２には、第二の光学式検出手段１４が設けられる。

第一の光学式検出手段１３においては、Ｌ字形の第一の発光部１５から出射された、ＸＹ方向の格子状出射光１６が、入力選択領域１１をＸＹ方向に横断して、Ｌ字形の第一の受光部１７に入射する。

第二の光学式検出手段１４においては、Ｉ字形の第二の発光部１８から出射された、Ｘ方向（一方向）の平行出射光１９が、入力決定領域１２をＸ方向に横断して、Ｉ字形の第二の受光部２０に入射する。

第一段階では、図１（ａ）に示すように、入力手段（指やペン）２１が、浅く押し込まれて、入力選択領域１１の格子状出射光１６の一部の出射光１６ａを遮る。すると、遮られた出射光１６ａは、第一の受光部１７に入射しなくなる。これが検知されて、入力選択領域１１内における、入力手段２１のＸＹ座標が検出される。第一段階では入力手段２１の位置が選択されるが、決定はされない。

次に第二段階で、図１（ｂ）に示すように、入力手段２１がさらに深く押し込まれて、入力決定領域１２の平行出射光１９の一部の出射光１９ａを遮る。すると、遮られた出射光１９ａは、第二の受光部２０に入射しなくなる。これが検知されて、入力手段２１が、入力決定領域１２に達したことが検出される。このとき入力が決定される。入力決定領域１２では、入力手段２１のＸＹ座標が検知される必要はない。

入力選択領域１１の格子状出射光１６の高さと、入力決定領域１２の平行出射光１９の高さの差ｈは、入力手段２１が、入力を選択してから、決定するまでの移動距離となる。この高さの差ｈは、操作感に優れたタッチパネルを得るため、１ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。

本発明のタッチパネル１０は、好ましくは、図２に示すように、表示手段（液晶表示パネルなど）３１と組み合わせて、タッチパネル付表示装置３０として用いられる。このタッチパネル付表示装置３０においては、第一の光学式検出手段１３により検出された遮断信号は、表示手段３１に表示される複数の選択項目の、いずれかを選択するのに用いられる。第二の光学式検出手段１４により検出された遮断信号は、選択された項目を決定するのに用いられる。

本発明のタッチパネル１０を備えたタッチパネル付表示装置３０は、入力手段２１のＸＹ方向の移動に連動して、選択された項目の強調表示（色変更や枠付け）などを切り替えることができる。したがって、使用者は、選択された項目を目視で確認しながら、選択行為を行なうことができる。

使用者は、適切な項目が選択された時点で、入力手段２１を押し込むだけで、選択された項目を決定することができる。この方法により、使用者は迷い指や袖による誤入力を防止しながら、選択・入力操作を連続的に行なうことができる。

本発明のタッチパネル１０は、座標入力を行なう領域の表面に、透明導電フィルムを配置する必要がないので、表示手段３１の視認性が損なわれないし、耐久性も高い。

本発明のタッチパネル１０を備えたタッチパネル付表示装置３０では、使用者は、選択された項目を目視で確認しながら、選択行為をすることができる。そして、適切な項目が選択された時点で、入力手段２１を押し込むだけで、選択項目を決定することができる。これにより、使用者は、迷い指や袖による誤入力を防止しながら、選択・入力操作を連続的に行なうことができる。

さらに、本発明のタッチパネル１０は、座標入力を行なう領域の表面に、透明導電フィルムを配置する必要がないので、表示手段の視認性が損なわれないし、耐久性も高い。

（ａ）本発明のタッチパネル概略図（入力選択段階）、（ｂ）本発明のタッチパネル概略図（入力決定段階） 本発明のタッチパネル付表示装置概略図 本発明のタッチパネル概略図 本発明のタッチパネル付表示装置断面図 本発明のタッチパネル付表示装置の被選択項目例 本発明のタッチパネル付表示装置の構成図 受光素子に到達した光の強度分布模式図

［タッチパネル］
図３に示すように、本発明のタッチパネル１０では、座標入力を行なう領域が、入力選択領域１１と入力決定領域１２の二層構造である。入力選択領域１１は手前側（操作者に近い側）にあり、入力決定領域１２は奥側（操作者から遠い側）にある。入力選択領域１１には、第一の光学式検出手段１３が設けられ、入力決定領域１２には、第二の光学式検出手段１４が設けられる。

第一段階で、入力手段（指やペン）２１が浅く押し込まれて、入力選択領域１１の格子状出射光１６の一部の出射光１６ａを遮る。すると、入力選択領域１１内における、入力手段２１のＸＹ座標が検出される。この段階で位置が選択されるが、決定はされない。

次に第二段階で、入力手段２１がさらに深く押し込まれて、入力決定領域１２の平行出射光１９の一部の出射光１９ａを遮る。すると、入力手段２１が、入力決定領域１２に達したことが検出される。この段階で入力が決定される。入力決定領域１２では、入力手段２１のＸＹ座標が検知される必要はない。

好ましい実施形態において、本発明のタッチパネル付表示装置３０は、図４に示すように、表示手段（例えば液晶表示パネル）３１の上に、本発明のタッチパネル１０が配置される。表示手段３１の表面には、耐傷性を上げるため、透明基板３２が配置されることがある。しかし、透明基板３２は、透明導電フィルムと異なり透明度が高いので、表示手段３１の視認性はほとんど損なわれない。

表示手段３１は、入力選択領域１１に、複数の選択項目を表示するのに用いられる。使用者は、通常、指やペンを入力手段２１として、入力選択領域１１に表示された複数の選択項目のうちの一つを選択する。

［座標入力領域］
本発明において「座標入力領域」とは、指やペンなどの入力手段２１により、入力位置の座標を選択し、決定する領域をいう。

本発明のタッチパネル１０では、座標入力領域が、入力選択領域１１と入力決定領域１２が重なった二層構造からなる。入力選択領域１１には、第一の光学式検出手段１３が設けられ、入力決定領域１２には、第二の光学式検出手段１４が設けられる。

第一の光学式検出手段１３では、Ｌ字形の第一の発光部１５から出射された、ＸＹ方向の格子状出射光１６が、入力選択領域１１を横断して、Ｌ字形の第一の受光部１７に入射する。

第二の光学式検出手段１４では、Ｉ字形の第二の発光部１８から出射された、Ｘ方向（一方向）の平行出射光１９が、入力決定領域１２を横断して、Ｉ字形の第二の受光部２０に入射する。

本発明のタッチパネル１０では、その周囲に配置された第一の発光部１５および第一の受光部１７と、第二の発光部１８および第二の受光部２０とが、センサーとなる。そのため、座標入力領域に透明導電性フィルムを配置する必要がない。透明導電性フィルムは耐傷性が低く（例えば打鍵寿命１０００万回）、透明性も低い（例えば光透過率７８％）。

座標入力領域は基本的には空間でよい（光透過率１００％）。しかし、使用者にタッチ感を与える、あるいは、ディスプレイを傷から保護するため、最下部に、透明度の高い（光透過率９０％以上）透明基板３２（ガラスパネルやアクリルパネル）を備えてもよい。

座標入力領域の表示手段３１に表示される被選択項目は、例えば、図５に示すようなキーボード３３である。使用者が第一段階の操作により、キー「Ａ」を選択したとき、例えば、キー「Ａ」を着色表示して、選択したことを目視確認できる。

第二段階の操作により、キー「Ａ」を決定する際は、例えば、キー「Ａ」を他の色で着色表示したり、点滅表示させたりすることにより、決定したことを目視確認できる。

座標入力領域の表示手段３１に表示される被選択項目は、特に制限はなく、銀行のＡＴＭや駅の券売機などの用途に応じて、適宜決定される。

［第一の光学式検出手段］
第一の光学式検出手段１３は、第一の発光部１５と、第一の受光部１７を備える。第一の発光部１５から、ＸＹ方向の格子状出射光１６が出射され、入力選択領域１１をＸＹ方向に横断して、第一の受光部１７に入射する。

第一段階（図１（ａ））で、入力手段（指やペン）２１が浅く押し込まれて、入力選択領域１１の格子状出射光１６の一部の出射光１６ａを遮ったとき、遮断信号が第一の受光部１７により検出される。

第一の発光部１５は、座標入力領域に、ＸＹ方向の格子状出射光１６を生成するものであれば、任意のものが用いられる。第一の発光部１５は、好ましくは、入力選択領域１１の隣り合う二辺に、Ｌ形に形成される。第一の発光部１５は、好ましくは、複数の発光素子を配置するか、あるいは、発光素子に結合した光導波路（発光側光導波路）を配置することにより形成される。

発光素子は、好ましくは、発光ダイオードまたは半導体レーザーであり、さらに好ましくは、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザー）である。発光素子は、好ましくは、近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の光を出射するものである。

第一の受光部１７は、入力選択領域１１を横断した光線を受光するもの（受光側光導波路）である。第一の受光部１７を形成する受光側光導波路は、好ましくは、複数のコアと、コアを埋設するクラッド層とを含む。

コアは、クラッド層よりも屈折率が高い材料で形成される。また、コアは、伝播する光の波長領域にて、透明性の高い材料で形成される。コアを形成する材料は、好ましくは、パターニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。コア幅は、例えば、１０μｍ〜５００μｍであり、コア高さは、例えば、１０μｍ〜１００μｍである。

クラッド層は、コアよりも屈折率の低い材料で形成される。コアとクラッド層との最大屈折率差は、好ましくは、０．０１以上であり、さらに好ましくは、０．０２〜０．２である。クラッド層を形成する材料は、好ましくは、熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂である。

コアの本数は、タッチパネルの大きさや解像度に応じて、適宜選定される。例えば、対角１０．４インチのタッチパネルの場合、コアの本数は、好ましくは、５０本〜５００本である。

［第二の光学式検出手段］
第二の光学式検出手段１４は、第二の発光部１８と、第二の受光部２０を備える。第二の発光部１８から、Ｘ方向（一方向）の平行出射光１９が出射され、入力決定領域１２をＸ方向に横断して、第二の受光部２０に入射する。

第二段階（図１（ｂ））で、入力手段２１がさらに深く押し込まれて、入力決定領域１２の平行出射光１９の一部の出射光１９ａを遮ったとき、遮断信号が第二の受光部２０により検出される。

第二の発光部１８は、座標入力領域に、Ｘ方向の平行出射光１９を生成するものであれば、任意のものが用いられる。第二の発光部１８は、好ましくは、入力決定領域１２の一辺に、Ｉ形に形成される。第二の発光部１８は、好ましくは、複数の発光素子を配置するか、あるいは、発光素子に結合した光導波路（発光側光導波路）を配置することにより形成される。

発光素子は、好ましくは、発光ダイオードまたは半導体レーザーであり、さらに好ましくは、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザー）である。発光素子は、好ましくは、近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の光を出射するものである。

第二の受光部２０は、入力決定領域１２を横断した光線を受光するもの（受光側光導波路）である。第二の受光部２０を形成する受光側光導波路は、好ましくは、複数のコアと、コアを埋設するクラッド層とを含む。

第二の受光部２０を形成する受光側光導波路は、第一の受光部１７を形成する受光側光導波路とは異なり、入力手段２１のＸＹ座標を検出する必要はない。第二の受光部２０を形成する受光側光導波路は、入力手段２１による遮断信号を検出できればよいので、コアの本数が、第一の受光部１７を形成する受光側光導波路よりも少なくてもよい。例えば、対角１０．４インチのタッチパネルの場合、第二の受光部２０を形成する受光側光導波路のコアの本数は、好ましくは、２５本〜２５０本である。

［タッチパネル付表示装置］
好ましい実施形態において、本発明のタッチパネル１０は、表示手段３１と組み合わせ、タッチパネル付表示装置３０として用いられる。図６に示すように、タッチパネル付表示装置３０は、好ましくは、本発明のタッチパネル１０と、タッチパネル１０の第一の受光部１７および第二の受光部２０で受光した光の強度を検出する受光素子３４と、受光素子３４の遮断信号を処理する処理回路３５と、処理回路３５により認識された位置情報に基づき、情報を表示する表示手段３１とを備える。

図７は、本発明のタッチパネル付表示装置３０において、入力手段（指やペン）２１が第一の発光部１５からの格子状出射光１６を遮断したとき（図７（ａ））、および、第二の発光部１８からの平行出射光１９を遮断したとき（図７（ｂ））の、受光素子３４に到達した光の強度分布である。

図７（ａ）に示すように、入力手段（指やペン）２１が、第一の発光部１５からの格子状出射光１６を遮断したとき、受光素子３４内の、第一の受光部１７に結合された画素３６から、遮断信号（ｘ、ｙ）が得られ、入力手段２１の座標を、認識することができる。

また図７（ｂ）に示すように、入力手段２１が、第二の発光部１８からの平行出射光１９を遮断したとき、受光素子３４内の、第二の受光部２０に結合された画素３７から、遮断信号（ｚ）が得られ、入力手段２１が入力決定領域１２に達したことが認識される。

本発明のタッチパネル付表示装置３０では、図７（ａ）に示すように、遮断信号（ｘ、ｙ）が閾値を下回ったとき、入力手段２１の位置が選択される（第一段階）。また図７（ｂ）に示すように、遮断信号（ｚ）が閾値を下回ったとき、入力手段２１の位置が決定される（第二段階）。

本発明に用いられる受光素子３４は、光信号を電気信号に変換し、第一の受光部１７および第二の受光部２０で受光した光の強度を検出するものである。このような受光素子３４として、ＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーが挙げられる。

本発明のタッチパネル付表示装置３０に用いられる受光素子３４の数は、好ましくは１個〜４個である。さらに好ましくは、図６に示すように、受光素子３４として、複数の画素３６、３７が一列に並んだリニアイメージセンサーを用いて、第一の受光部１７および第二の受光部２０からの光導波路を、一つの受光素子３４に結合させる。このようにすれば、高価な受光素子３４が一個で済むため、タッチパネル付表示装置３０のコストを抑えることができる。

処理回路３５は、受光素子３４の遮断信号を処理するものである。具体的には、第一の処理として、第一の光学式検出手段１３により検出された遮断信号により、特定の項目が選択されたことを示す情報を、表示手段３１に送信する。

また、第二の処理として、第二の光学式検出手段１４により検出された遮断信号により、選択された項目が決定されたことを示す情報を、表示手段３１に送信する。

処理回路３５としては、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）が挙げられる。

表示手段３１は、処理回路３５により認識された座標に基づいた情報を表示するものである。表示手段３１としては、文字や図形を表示できるものであれば、特に制限はなく、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイが用いられる。

以上、本発明を、その好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のタッチパネルおよびタッチパネル付表示装置は、上記の実施形態の構成に限定されるものではない。

本発明のタッチパネルおよびタッチパネル付表示装置の用途に制限はないが、例えば、銀行のＡＴＭ、駅の券売機、店舗のＰＯＳ、図書館の検索端末、ＯＡ機器の操作盤、ＦＡ機器の操作盤などのように、不特定多数の利用者が使用し、負荷の高い機器に、特に好適に用いられる。

１０ タッチパネル
１１ 入力選択領域
１２ 入力決定領域
１３ 第一の光学式検出手段
１４ 第二の光学式検出手段
１５ 第一の発光部
１６ 格子状出射光
１６ａ 遮られた出射光
１７ 第一の受光部
１８ 第二の発光部
１９ 平行出射光
１９ａ 遮られた出射光
２０ 第二の受光部
２１ 入力手段
３０ タッチパネル付表示装置
３１ 表示手段
３２ 透明基板
３３ キーボード
３４ 受光素子
３５ 処理回路
３６ 画素
３７ 画素

Claims (3)

1. 座標入力領域が、入力選択領域と入力決定領域の二層構造からなるタッチパネルであって、
   前記入力選択領域は第一の光学式検出手段を備え、前記入力決定領域は第二の光学式検出手段を備え、
   前記第一の光学式検出手段は、前記入力選択領域を横断する格子状出射光を出射する第一の発光部と、前記格子状出射光を受光する第一の受光部とを備え、
   前記第二の光学式検出手段は、前記入力決定領域を横断する平行出射光を出射する第二の発光部と、前記平行出射光を受光する第二の受光部とを備え、
   前記入力選択領域は上側に配置され、前記入力決定領域は下側に配置され、
   入力手段が前記入力選択領域の格子状出射光のみを遮ったとき、前記入力手段の位置が選択され、
   前記入力手段が更に前記入力決定領域の平行出射光を遮ったとき、前記入力手段の位置が決定されることを特徴とするタッチパネル。
2. 前記格子状出射光の高さと、前記平行出射光の高さの差が、１ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のタッチパネル。
3. 請求項１または２に記載のタッチパネルに、
   前記座標入力領域に、被選択項目を表示する表示手段を組み合わせたことを特徴とするタッチパネル付表示装置。

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