(57)【要約】【課題】位置検出性能の低下を抑制することが可能なタッチパネル装置を提供する。【解決手段】タッチパネル装置１００は、光を照射する光源部１２０と、光源部１２０からの光が内部を伝搬して当該光を出射する光出射面１１０を有する第１導光板１１０と、光出射面１１０ａからの光が入射するよう配置された第２導光板１１２と、第２導光板１１２の表面で生じる散乱光を検出するセンサ部と、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に配設され、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に設けられる間隙を一定に保持する間隙保持部材２５０とを含む。このタッチパネル装置１００は、光源部１２０が第１導光板１１０の端部の背面であって当該端部に沿って配置される。タッチパネル装置１００はさらに、センサ部により検出された光に関する情報に基づいて第２導光板１１２上の散乱光が生じた位置を決定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光源部と、
端部と、前記光源部が前記端部の背面であって当該端部に沿って配置され、前記光源部からの光が内部を伝搬して当該光を出射する光出射面とを有する第１の導光部材と、
前記光出射面からの光が入射するように配置された第２の導光部材と、
前記第２の導光部材の表面で生じる散乱光を検出するための検出手段と、
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、前記第２の導光部材上の前記散乱光が生じた位置を決定するための位置決定手段と、
前記第１の導光部材と前記第２の導光部材との間に配設され、前記第１の導光部材と前記第２の導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持する間隙保持部材とを含む、タッチパネル装置。
【請求項２】
前記第２の導光部材は、当該第２の導光部材内を伝搬する光を前記検出手段に向けて反射させる円錐状の凹部を持つ、請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記間隙保持部材は、周期的に設けられた複数の突起部を有し、前記第２の導光部材を前記突起部で支持する、請求項１又は請求項２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記光源部は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）アレイ部と、傾斜面を持つ三角プリズムとを含み、
前記ＬＥＤアレイ部は、複数のＬＥＤ素子を含み、
前記三角プリズムが前記第１の導光部材に接合されるとともに、前記ＬＥＤ素子が前記三角プリズムの前記傾斜面に当接することで、前記光源部が前記第１の導光部材の背面側に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
前記間隙保持部材は、前記複数の突起部が前記光源部から照射された光の波長より短い間隔で配列されたモスアイ構造を有する、請求項３に記載のタッチパネル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関し、特に、ＦＴＩＲ（Ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）方式のタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学式タッチパネルとして、ＦＴＩＲ方式のタッチパネルが知られている。ＦＴＩＲ方式のタッチパネルは、液晶ディスプレイ等の表示装置上に配置される導光板、並びに、導光板の側面に設けられる光源及び検知用センサを含む。このタッチパネルにおいては、以下のようにしてタッチパネル上の接触位置が検出される。すなわち、光源からの光が導光板の側面から供給される。この光は導光板内を伝搬する。導光板の表面に指又はペン等が接触すると、導光板内を伝搬する光に散乱が生じる。この散乱光を検知用センサが検知することで、タッチパネル上の接触位置が検出される。
【０００３】
後掲の特許文献１には、こうしたＦＴＩＲ方式のタッチパネルにおいて、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ための技術が開示されている。特許文献１に開示のタッチパネルは、矩形状の導光板、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配置され、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。結像手段及び受光素子は、導光板の辺に対して斜めに配置される。導光板は、結像手段が配置される角部が、結像手段に対向するように、斜めに切断された平面状に形成されている。さらに、受光素子が配置された導光板の側面の一部には、光吸収手段（カーボンブラック含有樹脂）が配置され、受光素子は光源の照射範囲外に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５８９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のタッチパネルでは、受光素子が光源の照射範囲外に配置されているため、光源からの直接光が受光素子に入射するのを抑制できる。さらに、導光板の側面の一部には光吸収手段が配置されているため、導光板の端部での光の反射が抑制される。これにより、被検出体によって散乱された光が導光板の端部で反射されて受光素子に到達することに起因するゴースト信号の発生を防止できる。したがって、外来光（環境光）の影響が低減される。
【０００６】
しかし、特許文献１に開示のタッチパネルには、以下の問題がある。すなわち、受光素子が光源の照射範囲外に配置されていたとしても、光源からの光が拡散によって受光素子に入射するおそれがある。この場合、タッチパネルの位置検出性能が低下する。さらに、タッチパネルは表示装置に取付けられた状態で使用される。その際、タッチパネルの導光板が表示装置に接触することによって、その接触位置において被検出体により散乱された光が減衰する。これにより、伝搬光量が低下するので、受光素子で検出される光量が低下する。したがって、これによってもタッチパネルの位置検出性能が低下する。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、位置検出性能の低下を抑制することが可能なタッチパネル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の局面に係るタッチパネル装置は、光を照射する光源部と、端部と光源部が端部の背面であって当該端部に沿って配置され、光源部からの光が内部を伝搬して当該光を出射する光出射面とを有する第１の導光部材と、光出射面からの光が入射するように配置された第２の導光部材と、第２の導光部材の表面で生じる散乱光を検出するための検出手段と、検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、第２の導光部材上の散乱光が生じた位置を決定するための位置決定手段と、第１の導光部材と第２の導光部材との間に配設され、第１の導光部材と第２の導光部材との間に設けられる間隙を一定に保持する間隙保持部材とを含む。
【０００９】
光源部は、第１の導光部材の端部の背面に当該端部に沿って配置される。この光源部から照射された光は第１の導光部材を伝搬して、光出射面から第２の導光部材に向けて出射する。第２の導光部材には、第１の導光部材の光出射面から出射した光が入射する。第２の導光部材の表面に指等の入力部材が接触すると、その接触位置において散乱光が生じる。検出手段が散乱光を検出すると、位置決定手段が検出手段により検出された光に関する情報に基づいて、第２の導光部材上の接触された位置を決定する。
【００１０】
検出手段は、第２の導光部材で生じた散乱光を検出する。一方、光源部からの光は第１の導光部材を介して第２の導光部材に入射する。第２の導光部材は、第１の導光部材とは別部材であるため、第１の導光部材と第２の導光部材とは空間的に切り離されている。そのため、光源部からの直接光が第２の導光部材に伝搬することが抑制される。これにより、光源部からの光が検出手段に直接入射するのを抑制できるので、検出手段の感度が向上する。
【００１１】
さらに、第１の導光部材と第２の導光部材との間に配設される間隙保持部材によって、第１の導光部材と第２の導光部材とが物理的に接触するのを防止できる。そのため、第１の導光部材と第２の導光部材との接触に起因して、第２の導光部材で生じた散乱光が減衰するという不都合が生じるのを抑制できる。
【００１２】
好ましくは、第２の導光部材は、当該第２の導光部材内を伝搬する光を検出手段に向けて反射させる円錐状の凹部を持つ。
【００１３】
より好ましくは、間隙保持部材は、周期的に設けられた複数の突起部を有し、第２の導光部材を突起部で支持する。
【００１４】
さらに好ましくは、光源部は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）アレイ部と、傾斜面を持つ三角プリズムとを含み、ＬＥＤアレイ部は、複数のＬＥＤ素子を含み、三角プリズムが第１の導光部材に接合されるとともに、ＬＥＤ素子が三角プリズムの傾斜面に当接することで、光源部が第１の導光部材の背面側に配置される。
【００１５】
さらに好ましくは、間隙保持部材は、複数の突起部が光源部から照射された光の波長より短い間隔で配列されたモスアイ構造を有する。
【発明の効果】
【００１６】
以上より、本発明によれば、位置検出性能の低下を抑制することが可能なタッチパネル装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネル装置を含むタッチパネル表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すタッチパネル表示装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示すタッチパネル表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図１に示すタッチパネル装置の光源部の構成を示す図である。
【図５】図１に示すタッチパネル表示装置のハードウェア構成を示す制御ブロック図である。
【図６】導光板内を伝搬する光の経路を示す図である。
【図７】図１に示すタッチパネル装置を上面側から見た平面図である。
【図８】導光板内を伝搬する散乱光の経路を示す図である。
【図９】タッチ位置の算出方法を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すタッチパネル装置の第１導光板を背面側から見た平面図である。
【図１２】図１０に示すタッチパネル装置を上面側から見た平面図である。
【図１３】導光板内を伝搬する光の経路を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル装置の第１導光板を示す図（第１導光板内を伝搬する光の経路を示す図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。それらの機能及び名称も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１９】
（第１の実施の形態）
［構成］
図１を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル表示装置５０は、画像を表示する表示装置２００と、表示装置２００上に配置されるＦＴＩＲ方式のタッチパネル装置１００と、を含む。表示装置２００は、液晶表示パネル等の表示パネル２１０、及び表示パネル２１０の表示を制御する表示制御部２２０を含む。
【００２０】
本実施の形態に係るタッチパネル装置１００は、第１導光板１１０、第２導光板１１２、光源部１２０、光源制御部１３０、センサ部１４０、センサ制御部１５０、及び主制御部１６０を含む。センサ部１４０は、第１センサ部１４０ａ、及び第２センサ部１４０ｂを含む。タッチパネル装置１００は、表示パネル２１０の表示画面を覆うように当該表示パネル２１０上に対向配置されている。
【００２１】
図２を参照して、第１導光板１１０及び第２導光板１１２は、いずれも、約２ｍｍの厚みを有する平板状の導光部材であり、アクリル樹脂で形成されている。なお、第１導光板１１０は第２導光板１１２とは異なる材質であってもよい。第１導光板１１０及び第２導光板１１２は、それぞれ、矩形状に形成されている。図７を参照して、第２導光板１１２は、第１導光板１１０より若干大きいサイズに形成されており、第１導光板１１０の表面（上面）を覆うように当該第１導光板１１０上に対向配置されている。第２導光板１１２の第１導光板１１０から突出した領域には、センサ部１４０が配置される。
【００２２】
図３を参照して、第２導光板１１２は、第１導光板１１０との接触を避けるために、第１導光板１１０から所定の距離を隔てて当該第１導光板１１０上に配置されている。すなわち、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間には間隙が設けられる。本実施の形態に係るタッチパネル装置１００は、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に設けられる間隙を一定に保持するための間隙保持部材２５０をさらに含む。間隙保持部材２５０は、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に配設されている。間隙保持部材２５０の詳細については後述する。
【００２３】
再び図２を参照して、光源部１２０は、一方向に伸びる棒状の照明光源であって、第１導光板１１０の端部の背面に当該第１導光板１１０の一辺（長手方向に平行な一辺）に沿うように取付けられている。図４を参照して、この光源部１２０は、ＬＥＤアレイ部１２２及び三角プリズム１２４を含む。ＬＥＤアレイ部１２２は、基板１２８と、基板１２８上にアレイ状に並べられた複数のＬＥＤ素子１２６とを含む。三角プリズム１２４は、第１導光板１１０に接合され、三角プリズム１２４の傾斜面にＬＥＤ素子１２６が当接して配置されている。三角プリズム１２４の傾斜面は、第１導光板１１０の面に対して所定角度φを成している。所定角度φは、ＬＥＤ素子１２６から、ＬＥＤ素子１２６の正面方向に放射される光が、第１導光板１１０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、第１導光板１１０の屈折率と空気の屈折率とにより決まる。第１導光板１１０をアクリル樹脂（屈折率１．４９）で形成する場合、臨界角は４２．１５°となる。そのため、三角プリズム１２４の傾斜面の所定角度は約５０°であることが好ましい。このように、ＬＥＤアレイ部１２２は三角プリズム１２４を介して第１導光板１１０に光学的に接合されている。
【００２４】
再び図１を参照して、光源制御部１３０は、主制御部１６０の制御の下で光源部１２０の駆動を制御する。光源部１２０は、光源制御部１３０により電力の供給及び制御を受けて、ＬＥＤアレイ部１２２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１２２から放射された光は、三角プリズム１２４を介して、第１導光板１１０内に入射する。第１導光板１１０に間隙保持部材２５０が接触していない状態では、入射した光は、第１導光板１１０の両面により全反射を繰返しながら、第１導光板１１０内を伝搬する。
【００２５】
間隙保持部材２５０は、モスアイ（Ｍｏｔｈ−ｅｙｅ：登録商標）構造を有するフィルム部材（モスアイフィルム）からなる。モスアイフィルム（光学フィルム）は、アクリル系樹脂、ＰＣ（Ｐｏｌｙ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）樹脂等の熱可塑性の樹脂材料から構成されている。モスアイフィルムの材質は、第２導光板１１２の屈折率と同じ、又は低い屈折率を有する材質であるのが好ましい。
【００２６】
再び図３を参照して、モスアイフィルム（間隙保持部材２５０）の表面（上面）には、円錐状又は釣鐘状の微細な突起部２５２（微細構造）が多数形成されている。この微細な突起部２５２によってモスアイ構造が構成されている。微細な突起部２５２は、モスアイフィルムの表面に所定の間隔（ピッチ）で規則正しく配列されている。突起部２５２の平均高さは、例えば２５０ｎｍ〜３００ｎｍであり、突起部２５２間のピッチは、例えば２００ｎｍ〜３００ｎｍである。突起部２５２のアスペクト比は１以上２以下であるのが好ましい。このように、微細な突起部２５２は、光源部１２０（図１参照）から放射される光の波長（８５０ｎｍ）より小さいピッチで配列されている。モスアイ構造としては、可視光領域（波長：３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の短波長（紫色）よりも狭いピッチで突起部（微細構造）が配置されていればよい。
【００２７】
間隙保持部材２５０は、その表面に形成されている突起部２５２が第１導光板１１０側に突出するようにして、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に配設されている。この間隙保持部材２５０は、複数の突起部２５２によって、第２導光板１１２を実質的に点接触で支持する。
【００２８】
間隙保持部材２５０は、第１導光板１１０の上面上に接着層２５４によって固定されている。接着層２５４には、例えばアクリル溶剤型樹脂接着剤が用いられる。光学透明性が高く、接着界面で気泡等が生じない耐発泡性が高い接着剤であれば、接着層２５４には、種々の接着剤を用いることが可能である。例えば、接着層２５４には、アクリル溶剤型樹脂接着剤に代えて、紫外線硬化型の接着剤を用いることもできる。
【００２９】
図６を参照して、第１導光板１１０の上面に間隙保持部材２５０を接着することによって、第１導光板１１０の界面の条件が変化する。第１導光板１１０内を伝搬する光の一部は、第１導光板１１０の上面と間隙保持部材２５０との界面で間隙保持部材２５０側に透過する。すなわち、第１導光板１１０は光源部１２０から放射された光を伝搬させて、上面から第２導光板１１２に向けて出射する。そのため、第１導光板１１０は、上面からなる光出射面１１０ａを有する。光出射面１１０ａから出射された光は、モスアイ構造の回折効果によって、光出射面１１０ａに対してより垂直に近い方向に当該間隙保持部材２５０を透過する。間隙保持部材２５０を透過した光は、第２導光板１１２の裏面から当該第２導光板１１２に入射する。入射された光は第２導光板１１２を透過し、第２導光板１１２の表面（上面）に指３１０等の入力部材が接触した際に、当該入力部材を照射する。
【００３０】
指３１０等の入力部材が第２導光板１１２の表面（上面）に接触（タッチ）すると、光源部１２０から放射されて第１導光板１１０を介して第２導光板１１２に入射した光は、タッチ位置で散乱する。散乱光の一部は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂに伝搬する（図１において下向きの破線の矢印で示す）。
【００３１】
第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の光検出素子を含む。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、光検出素子によって散乱光を検出し、検出した散乱光に応じた検出信号を出力する。図２を参照して、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは第２導光板１１２の背面に配置されている。このように、センサ部１４０（第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂ）は、第２導光板１１２の表面で生じる散乱光を検出する。
【００３２】
図１を参照して、センサ制御部１５０は、主制御部１６０の制御の下で、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを制御する。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、センサ制御部１５０の制御を受けて、検出信号を主制御部１６０に伝送する。主制御部１６０は、ＣＰＵ等の演算素子を含む。後述するように、光検出素子は、例えば２次元のイメージセンサ（撮像素子）であり、主制御部１６０は、イメージセンサで検出された撮像データから、タッチ位置を算出する。
【００３３】
主制御部１６０は、所定のタイミングで光源制御部１３０により光源部１２０を駆動し、導光板１１０内に光を放射した状態で、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの光の検出信号を待受ける。第２導光板１１２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る。この散乱光の一部は第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂにより検出される。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂは、センサ制御部１５０を介して、検出した散乱光に応じた検出信号を主制御部１６０に出力する。主制御部１６０は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの検出信号に基づいてタッチ位置を算出する。すなわち、主制御部１６０は、センサ部１４０により検出された光に関する情報に基づいて、第２導光板１１２上の散乱光が生じた位置（接触位置）を算出する。
【００３４】
図５を参照して、この主制御部１６０は、受信した検出信号に基づいてタッチ位置（接触位置）の座標を算出する接触座標算出部１６２、及び算出した座標を示す情報（指示情報）を出力するインターフェイスである位置情報出力部１６４をさらに含む。接触座標算出部１６２は、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂからの検出信号に基づいて、第２導光板１１２に対する入力部材（例えば指３１０）のタッチ位置の座標を算出する機能、及び導光板１１０上のタッチ位置の座標を表示装置２００（表示パネル２１０）の表示画面の座標系に変換（補正）する機能を有する。位置情報出力部１６４は、コンピュータ等のホスト装置３００に接続される。主制御部１６０が、算出したタッチ位置の情報を、位置情報出力部１６４を介して、ホスト装置３００に出力することにより、ホスト装置３００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。
【００３５】
タッチパネル装置１００はさらに、タッチ位置の算出に必要な種々の情報を記憶する記憶部１７０を含む。記憶部１７０に記憶される情報は、導光板１１０の座標系と表示画面の座標系との対応関係を示す情報、すなわち座標変換に必要なパラメータを含む。この情報は、導光板１１０上のタッチ位置の座標を表示装置２００（表示パネル２１０）の表示画面の座標系に変換（補正）する際に参照される。
【００３６】
図１及び図５を参照して、表示パネル２１０は、表示制御部２２０からの指示に応じた画像を表示画面に表示する。表示制御部２２０は、ホスト装置３００から入力される画像データに応じて表示パネル２１０の表示状態を制御する。
【００３７】
図１に示すように、表示パネル２１０上にはタッチパネル装置１００が配置される。そのため、タッチパネル装置１００に対するタッチ操作を、表示パネル２１０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３００に対するユーザインターフェイスを実現できる。
【００３８】
［センサ部１４０による散乱光の検出］
図７を参照して、第２導光板１１２において、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂが配置される領域には、それぞれ、円錐状の凹部１１４ａ及び１１４ｂ（以下、総称する場合は「凹部１１４」と記す。）が形成されている。図８を参照して、凹部１１４は、第２導光板１１２をその上面（表面）から厚み方向に円錐状にくり抜くことによって形成されている。この凹部１１４は、第２導光板１１２内を伝搬する光をセンサ部１４０側に反射させる傾斜面を有する。
【００３９】
図６に示すように、光源部１２０から放射された光は、第１導光板１１０内を伝搬し、光出射面１１０ａから上方に出射される。光出射面１１０ａから出射された光の出射角度は、間隙保持部材２５０の回折効果によって、光出射面１１０ａに対してより垂直に近い角度に変わる。そのため、光出射面１１０ａからの光は、第２導光板１１２の背面に対してより垂直に近い角度で第２導光板１１２に入射する。図８を参照して、上述したように、第２導光板１１２の表面にユーザの指３１０等が接触すると、その接触位置（タッチ位置）において散乱光３２０が生じる。散乱光３２０の一部は、凹部１１４に向けて伝搬し、凹部１１４の傾斜面で反射されてセンサ部１４０で検出される。
【００４０】
第１センサ部１４０ａは、レンズ部１４２、バンドパスフィルタ１４４、及びセンサ１４６を含む。センサ１４６は、上記した光検出素子であり、例えば２次元のイメージセンサ（撮像素子）である。バンドパスフィルタ１４４は、光源部１２０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。このバンドパスフィルタ１４４は、光源部１２０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１４６に入射して、誤検出されることを防止する機能を有する。レンズ部１４２は、凹部１１４の傾斜面で反射された光を収束させて、センサ１４６に入射させる。このように、センサ１４６の撮像素子面に光を集光させることにより、指からの散乱光を輝点情報として検出する。検出された輝点情報（撮像データ）から光の入射角度を容易に算出することができる。
【００４１】
第２センサ部１４０ｂも、第１センサ部１４０ａと同様に構成されており、同じ機能を有する。
【００４２】
［タッチ位置の算出］
図９を参照して、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂによる撮像データから、対応する光の入射角度θ１（ｒａｄ）及びθ２（ｒａｄ）が得られる。入射角度θ１及びθ２から、光が、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを結ぶ直線と成す角度α（ｒａｄ）及びβ（ｒａｄ）が得られる。すなわち、角度α及びβは、α＝π／２−θ１、β＝π／２−θ２により算出される。タッチ位置をＰ、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂを結ぶ線分とタッチ位置Ｐとの距離をｄ、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂとの距離をＬとすると、Ｌ＝ｄ／ｔａｎα＋ｄ／ｔａｎβが成立する。この式に、角度α及びβ、並びに、第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂ間の距離Ｌの値を代入することにより、ｄが算出される。ｄが算出されると、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）におけるｙは、ｙ＝ｄにより、ｘは、ｘ＝ｄ／ｔａｎαにより算出される。これにより、タッチ位置Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）を決定できる。なお、距離Ｌの値は、記憶部１７０に予め記憶されている。
【００４３】
得られた位置座標（ｘ，ｙ）は、導光板１１０の座標系、例えば、導光板１１０上の点３３０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２１０（表示画面）の位置座標として表すには、原点を点３３０から点３３２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、記憶部１７０に予め記憶されている。主制御部１６０は、記憶部１７０に記憶されているパラメータを用いて座標変換を行なうことにより、表示パネル２１０に対するタッチ位置の位置座標を算出する。
【００４４】
［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係るタッチパネル装置１００を利用することにより、以下に述べる効果を奏する。
【００４５】
センサ部１４０は、第２導光板１１２で生じた散乱光を検出する。一方、光源部１２０からの光は第１導光板１１０を介して第２導光板１１２に入射する。第２導光板１１２は、第１導光板１１０とは別部材であり、第１導光板１１０と第２導光板１１２とは空間的に切り離されている。そのため、光源部１２０からの直接光が第２導光板１１２に伝搬することがない。これにより、光源部１２０からの光がセンサ部１４０に直接入射するのを抑制できるので、センサ部１４０の検出感度が向上する。すなわち、センサ部１４０を、光源部１２０が配置される第１導光板１１０とは別部材である第２導光板１１２に配置することにより、光源部１２０からの迷光がセンサ部１４０に直接入射するのを抑制できる。これにより、信号のバックグラウンドノイズを低減できるので、センサ部１４０のダイナミックレンジを上げることができる。その結果、タッチ位置の検出精度を向上できる。
【００４６】
さらに、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に配設される間隙保持部材２５０によって、第１導光板１１０と第２導光板１１２とが物理的に接触するのを防止できる。そのため、第１導光板１１０と第２導光板１１２との接触に起因して、第２導光板１１２で生じた散乱光が減衰するという不都合が生じるのを抑制できる。間隙保持部材２５０は、複数の突起部２５２で第２導光板１１２を支持するため、間隙保持部材２５０と第２導光板１１２との接触は実質的に点接触となる。そのため、間隙保持部材２５０を配設した場合であっても、間隙保持部材２５０と第２導光板１１２との接触面積を小さくできるので、第２導光板１１２と間隙保持部材２５０との接触に起因する散乱光の減衰を低減できる。より詳細には、間隙保持部材２５０と第２導光板１１２との接触は点接触となるため、第２導光板１１２の間隙保持部材２５０側の界面は、屈折率分布的には、空気層との界面に近い界面となる。そのため、第２導光板１１２で生じた散乱光を効率良く伝搬できる。このように、第１導光板１１０と第２導光板１１２との間に間隙保持部材２５０を配設することによって、散乱光の伝搬損失を低減できるため、これによっても位置検出性能の低下を抑制できる。
【００４７】
さらに、間隙保持部材２５０にモスアイ構造を有するモスアイフィルムを用いることによって、モスアイ構造は光学的に屈折率が緩やかに変化するため、光の反射を抑制できる。そのため、間隙保持部材２５０は、第１導光板１１０の光出射面１１０ａから出射された光（赤外光）に影響を及ぼすことなく、当該光を第２導光板１１２に入射（伝達）できる。これにより、第１導光板１１０及び第２導光板１１２を伝搬する光に伝搬損失が生じるのを抑制できる。
【００４８】
第２導光板１１２の表面に指３１０等の入力部材が接触することによって生じた散乱光は、その一部が第２導光板１１２内を伝搬しセンサ部１４０で検出される。その他の散乱光は、第２導光板１１２を透過して間隙保持部材２５０に入射する。この光は間隙保持部材２５０のモスアイ構造によって第１導光板１１０側に透過する。そのため、第２導光板１１２で生じた散乱光による多重散乱を抑制できるので、センサ部１４０による検出精度をより向上できる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
図１０を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル装置４００は、第１導光板１１０にドットパターンが形成されている点、センサ部１４０（図２参照）に代えて、センサ部４１０を含む点、及び光源部１２０（図２参照）に代えて、光源部４２０を含む点において、第１の実施の形態に係るタッチパネル装置１００とは異なる。その他の点では、各タッチパネル装置は同一の構成である。
【００５０】
光源部４２０は、一方向に伸びる棒状の照明光源であって、第１導光板１１０の端部の背面に当該第１導光板１１０の一辺（短手方向に平行な一辺）に沿うように取付られている。光源部４２０は、ＬＥＤアレイ部及び三角プリズムを含む。すなわち、光源部４２０は、光源部１２０と同様の構成を有している。
【００５１】
図１１を参照して、ドットパターン４３０は第１導光板１１０の内部を伝搬する光を拡散させて光出射面１１０ａから出射させる。このドットパターン４３０は第１導光板１１０の背面（光出射面１１０ａとは反対側の面）に形成されている。ドットパターン４３０は、また、ドット状に形成された複数の拡散部４３２を含む。各拡散部４３２は、光を拡散する拡散粒子を含む。拡散粒子は、平均粒径が２０ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン粒子を含む。酸化チタン粒子に代えて、又は酸化チタン粒子とともに、アルミナ微粒子、シリカ微粒子等を用いてもよい。なお、本明細書において「平均粒径」とは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（平均粒径ｄ５０）を意味する。
【００５２】
拡散部４３２のドット径は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであるのが好ましい。本実施の形態では、拡散部４３２のドット径は０．２ｍｍとされている。ドットパターン４３０（拡散部４３２）は、酸化チタン粒子からなる拡散粒子を主成分とする塗料を第１導光板１１０にパターン印刷することにより形成されている。具体的には、酸化チタン粒子を樹脂溶液中に均一に分散した後、この樹脂溶液をインクジェットプリンタで第１導光板１１０に吐出（印刷）することにより、ドット状の拡散部４３２が形成されている。
【００５３】
複数の拡散部４３２を含むドットパターン４３０は、光源部４２０に近いほどパターン密度が「疎」の状態であり、光源部４２０から遠ざかるほどパターン密度が「密」の状態となる。本実施の形態では、例えば、光源部４２０に近い領域では、パターン密度（印字率）は対面積比で５％であり、光源部４２０から１００ｍｍ遠ざかる毎にパターン密度（印字率）が５％増加するように形成されている。光源部４２０から最も遠い領域でのパターン密度（印字率）は、対面積比で６０％である。
【００５４】
図１２を参照して、センサ部４１０は、棒状のラインセンサであり、第１センサ部４１０ａ及び第２センサ部４１０ｂを含む。第１センサ部４１０ａは、第２導光板１１２において、短手方向（Ｙ方向）の端面に取付けられており、第２センサ部４１０ｂは、第２導光板１１２において、短手方向と直交する長手方向（Ｘ方向）の端面に取付けられている。第１センサ部４１０ａ及び第２センサ部４１０ｂは、第２導光板１１２の表面（タッチ面）にユーザの指等が接触することによって生じた散乱光を検出する。
【００５５】
タッチパネル装置４００は、第１センサ部４１０ａからの検出信号に基づいて、タッチ位置Ｐのｘ座標を算出し、第２センサ部４１０ｂからの検出信号に基づいて、タッチ位置Ｐのｙ座標を算出する。
【００５６】
図１３を参照して、光源部４２０から放射された光は、第１導光板１１０内を伝搬し、第１導光板１１０の背面に形成された拡散部４３２で第２導光板１１２側にさらに散乱（拡散）される。拡散部４３２は、光源部４２０から離れるにしたがって当該拡散部４３２の密度が高くなるように形成されている。そのため、第１導光板１１０に入射した光源部４２０からの光は、複数の拡散部４３２によって、光出射面１１０ａから均一に第２導光板１１２に向けて出射される。指３１０等の入力部材が第２導光板１１２の表面（上面）に接触（タッチ）すると、光源部４２０から放射されて第１導光板１１０を介して第２導光板１１２に入射した光は、タッチ位置で散乱される。散乱光は、第２導光板１１２内を第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂに向けて伝搬する。第１センサ部１４０ａ及び第２センサ部１４０ｂで散乱光を検出することにより、タッチ位置の座標を算出する。
【００５７】
このように、本実施の形態に係るタッチパネル装置４００は、第１導光板１１０の背面に、拡散粒子を含む複数の拡散部４３２を、光源部４２０から離れるにしたがって密度が高くなるように形成することによって、第１導光板１１０の光出射面１１０ａから均一な光を第２導光板１１２に出射できる。光源部４２０から離れた領域でも、十分な光量の光を第２導光板１１２に入射できる。これにより、光量低下による位置検出性能の低下を抑制できる。換言すると、タッチ位置の検出性能を効果的に向上できる。
【００５８】
その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図１４を参照して、本実施の形態に係るタッチパネル装置は、第１導光板１１０（図２及び図６参照）に代えて、楔状の第１導光板５１０を含む点において、第１の実施の形態に係るタッチパネル装置１００とは異なる。その他の点では、各タッチパネル装置は同一の構成である。
【００６０】
第１導光板５１０は、光源部１２０から離れるにしたがって厚みが小さくなるように形成されている。そのため、光源部１２０から放射された光は、第１導光板５１０内を伝搬しながら、光出射面５１０ａから均一に上方（第２導光板側）に出射される。第２の実施の形態と同様、光源部１２０から離れた領域でも、十分な光量の光を第２導光板に入射できるので、タッチ位置の検出性能を効果的に向上できる。
【００６１】
その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
（変形例）
上記実施の形態では、タッチパネル装置の各導光板（第１導光板及び第２導光板）に約２ｍｍの厚みを有するアクリル樹脂からなる導光板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。第１導光板及び第２導光板の材質及び厚みは特に限定されず、種々の導光板を用いることができる。例えば、硼珪酸ガラス（耐熱ガラス）等のガラスから構成される導光板を用いることもできる。
【００６３】
上記実施の形態では、モスアイフィルムからなる間隙保持部材を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。第２導光板を実質的に点接触で支持することが可能な部材であれば、間隙保持部材はモスアイフィルム以外の部材から構成されていてもよい。こうした部材としては、例えば、ガラスビーズが周期的に配置されたフィルム、表面に微細構造（例えばマイクロレンズアレイ、キューブコーナーアレイ等）が形成された微細加工フィルム等が挙げられる。間隙保持部材に設けられる突起部は、第２導光板を実質的に点接触で支持することが可能であれば、突起状以外の凸形状であってもよい。なお、間隙保持部材を構成する部材は、モスアイフィルムと同様、屈折率が部材の屈折率から空気の屈折率に緩やかに変化する部材であるのが好ましい。こうした部材を間隙保持部材として用いることにより、各導光板内を伝搬する光に伝搬損失が生じるのを効果的に抑制できる。
【００６４】
上記実施の形態では、光源部を第１導光板の一辺の近傍（端部）に配置し、センサ部を光源部の配置位置に対応する第２導光板の一辺の近傍（端部）に配置した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、センサ部を、光源部の配置位置に対応しない他の一辺の近傍に配置してもよい。
【００６５】
上記実施の形態では、第２導光板を第１導光板より大きいサイズに形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。第１導光板と第２導光板とは同じ大きさであってもよい。この場合、第２導光板の背面側にセンサ部が配置されていると、センサ部と第１導光板とが干渉するおそれがある。こうした場合、第１導光板に切欠を設けたり、開口部を設けたりして、センサ部と第１導光板とが干渉しないように第１導光板を加工するのが好ましい。
【００６６】
上記実施の形態では、タッチパネル装置に対してタッチ入力を行なう入力部材にユーザの指を用いる例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。入力部材は、指以外の部材（例えば入力ペン等）であってもよい。さらに、指以外の入力部材として、光を放射するＬＥＤペン（光ペン）を用いることもできる。この場合、ＬＥＤペンの先端部が第２導光板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、第２導光板内に入射する。第２導光板に入射した光は、上記した散乱光と同様に、第１センサ部及び第２センサ部により検出され、ＬＥＤペンのタッチ位置の座標が算出される。ＬＥＤペンを用いる場合、光源部から光が放射されないように構成されていると好ましい。
【００６７】
上記実施の形態では、タッチパネル装置が２つのセンサ部を備える例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。センサ部は３つ以上であってもよい。散乱光を検出するセンサ部は、上記実施の形態で示したセンサ部以外の構成であってもよい。
【００６８】
上記実施の形態では、液晶表示パネルからなる表示パネルを用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。表示パネルは、液晶表示パネル以外の例えばプラズマディスプレイパネル、有機ＥＬ表示パネル等であってもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、タッチパネル表示装置に接続されるホスト装置がパーソナルコンピュータである例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ホスト装置は、パーソナルコンピュータ以外の例えばテレビ受像器、各種映像再生装置等であってもよい。ホスト装置は、タッチパネル表示装置と一体であってもよいし、別体であってもよい。
【００７０】
上記実施の形態では、表示装置が表示制御部を含むよう構成された例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、タッチパネル装置の主制御部が表示制御部の機能を兼ねることによって、表示装置が表示制御部を含まないように構成されていてもよい。
【００７１】
上記第２の実施の形態では、第１導光板の内部を伝搬する光を拡散させて光出射面から出射させるドットパターンを当該第１導光板に形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。第１導光板１１０の内部を伝搬する光を拡散させて光出射面１１０ａから出射させるために、ドットパターン以外の公知の光拡散パターンを第１導光板に形成するようにしてもよい。
【００７２】
上記第２の実施の形態では、第２導光板の端面にセンサ部を配置した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。センサ部は端面以外の例えば上面側又は背面側に配置されていてもよい。この場合、第２導光板の端面からの光出射を防止するために、第２導光板の端面に光を吸収する黒色塗料（例えばカーボンブラック含有樹脂等）を塗布するのが好ましい。
【００７３】
上記第２の実施の形態では、インクジェットプリンタを用いて第１導光板にドットパターンを形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、シルク印刷によりドットパターンを形成するようにしてもよい。さらに、印刷ではなく、レーザ照射によりドット形状の凹凸を形成するようにしてもよいし、金型を用いてドット形状の凹凸を形成するようにしてもよい。ドットパターンを構成する複数の拡散部は、拡散粒子を含む構成であってもよいし、拡散粒子を含まない構成であってもよい。光源部からの光を効率よく拡散させるためには、拡散部は拡散粒子を含むよう構成されていると好ましい。このように、第１導光板に入射された光を拡散させるドットパターンは種々の方法により形成することができる。
【００７４】
上記第２の実施の形態では、ドット径が一定の複数の拡散部を、光源部からの距離に応じて密度が変わるように第１導光板に形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、ドットパターンを構成する各拡散部を、光源部から離れるにしたがいドット径が大きくなるように、階調変化をつけて形成するようにしてもよい。ドット径の大きさ、拡散部の密度（パターン）等は、第１導光板の光出射面から均一な光が出射されるように適宜設定することができる。さらに、第１導光板に形成されるドットパターンは、均一光ではなく、光源部（センサ部）から離れるほど光出射面からの出射光が強くなるように形成されているとより好ましい。この場合、第２導光板に対するタッチ位置がセンサ部から離れていても、タッチによって生じた散乱光をセンサ部で精度よく検出することが可能となる。
【００７５】
上記第２の実施の形態では、光源部を第１導光板の一辺の近傍（端部）にのみ配置した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。タッチパネル装置は２以上の光源部を含むように構成されていてもよく、この場合、第１導光板の複数の辺の近傍にこれら光源部を配置するようにしてもよい。例えば、２つの光源部が対向するように、第１導光板の対向する２辺にそれぞれ光源部を配置するようにしてもよい。
【００７６】
上記で開示された技術を適宜組合せて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７７】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【００７８】
１００、４００                      タッチパネル装置
１１０、５１０                      第１導光板
１１０ａ、５１０ａ                  光出射面
１１２                              第２導光板
１１４                              凹部
１２０、４２０                      光源部
１３０                              光源制御部
１４０、４１０                      センサ部
１５０                              センサ制御部
１６０                              主制御部
１７０                              記憶部
２００                              表示装置
２１０                              表示パネル
２２０                              表示制御部
２５０                              間隙保持部材
２５２                              突起部
４３０                              ドットパターン
４３２                              拡散部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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