(57)【要約】【課題】低コストで大型サイズのスクリーンを製造することができ、マルチタッチが可能であり、正確度、透光率及び信頼性が高いタッチスクリーンを提供する。【解決手段】タッチスクリーンは、コントローラと、スクリーン１０の縁部両端にそれぞれ配置された２つの光学走査モジュール２０と、スクリーン１０の残りの縁部に取り付けられた再帰反射フィルム３０とを備える。光学走査モジュール２０のそれぞれは、撮像ヘッド部及び赤外光源を含み、赤外光源から赤外線を照射し、スクリーン１０のタッチエリア１１内に赤外線エリアを形成する。再帰反射フィルム３０は、照射された赤外線を元の経路で反射させる。撮像ヘッド部は、接触点４０で遮断された赤外線を検出するとともに、遮断された赤外線と２つの撮像ヘッド部により形成された直線とからなる夾角でコントローラへ送る。【選択図】図１
0003173215.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
コントローラと、スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置された２つの光学走査モジュールと、前記スクリーンの残りの縁部に取り付けられた再帰反射フィルムと、を備えるタッチスクリーンであって、
前記光学走査モジュールのそれぞれは、撮像ヘッド部及び赤外光源を含み、前記赤外光源から赤外線を照射し、前記スクリーンのタッチエリア内に赤外線エリアを形成し、
前記再帰反射フィルムは、照射された赤外線を元の経路で反射させ、
前記撮像ヘッド部は、接触点で遮断された赤外線を検出するとともに、遮断された赤外線と２つの前記撮像ヘッド部により形成された直線とからなる夾角で前記コントローラへ送り、
前記コントローラは、２つの前記撮像ヘッド部から出射されて形成された夾角及び２つの前記撮像ヘッド部間の距離に基づいて三角演算を行い、１つ又は複数の接触点の位置を得ることを特徴とするタッチスクリーン。
【請求項２】
前記撮像ヘッド部それぞれは、前記接触点で遮断された赤外線を検出する光センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項３】
前記赤外光源のそれぞれは１つ以上の赤外線ＬＥＤランプを含み、
前記スクリーンは平面状の表示スクリーンであることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項４】
前記光学走査モジュールは、前記スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項５】
前記スクリーンは矩形状のスクリーンであり、
前記光学走査モジュールは、前記スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置され、
前記再帰反射フィルムは、前記スクリーンの残りの３つの縁部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のタッチスクリーン。
【請求項６】
前記スクリーンの表面に設けられた平面状の保護カバーをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５に記載のタッチスクリーン。
【請求項７】
前記保護カバーは、強化ガラス又は基板であることを特徴とする請求項６に記載のタッチスクリーン。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、タッチスクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチスクリーンは、１９６０年代後半に学術界及び企業の研究実験室で開発された技術である。現在、タッチスクリーンを先端技術だと思っている人が多いが、実際には２５年以上も前から人々はタッチスクリーンを使用している。最も代表的なのは現金自動預け払い機（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ：ＡＴＭ）である。また、小売店、観光地、博物館などでは、タッチスクリーンが１０年以上も前から使用されている。しかしながら、広く普及し始めたのは投影型容量方式のタッチスクリーン技術が採用されたｉＰｈｏｎｅ（登録商標）が現れた後であり、この技術によりｉＰｈｏｎｅは世界で人気のある商品となっている。
【０００３】
タッチパネル技術は、ユーザにとって非常に簡単で直感的に操作することができる技術であるが、それに使われる技術は簡単なものではない。タッチスクリーン技術は、携帯電話、パーソナルコンピュータ及び表示装置に使う種類が十数種類あり、代表的なものとして抵抗式、容量式、表面弾性波方式及び赤外線方式がある。
【０００４】
（抵抗式）
抵抗式は、タッチスクリーン技術のなかでも代表的な方式である。この抵抗式タッチスクリーン技術は、低コストなため、携帯型コンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、消費者用電子製品、販売時点情報管理（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｓａｌｅ：ＰＯＳ）システムの応用製品などが含まれる。この抵抗式タッチスクリーンは、小型スクリーンの場合、安価であるとともに様々な種類の入力ツール（例えば、指、指サック、軟質又は硬質のスタイラスなど）を使用することができ、広く利用されている。
【０００５】
抵抗式タッチスクリーンの動作方式は、表示装置の表面に１組のコントローラと特殊な塗装が施されたガラス膜を使用し、検知した電圧により、タッチした位置を検知することができる。タッチパネルは、微小なスペーサにより離間された薄い２層の導電フィルムから構成される。パネル表面を指などでタッチすると、２枚の導電フィルムが互いに接触されて電流が変化し、この電流変化を基にタッチした位置を検知する。
【０００６】
以下（１）〜（５）は、抵抗式の特長及び欠点である。
（１）抵抗膜は、４線式、５線式又は８線式に分けられる。５線式及び８線式は、製造及び調整にかかるコストが高く、４線式は画像が明瞭でないという欠点がある。
（２）光沢機能及び防眩機能の２種類から表示機能を選択することができる。光沢機能は、明瞭な画像を提供することができるが、ぎらつきを発生させることがある一方、防眩機能は、ぎらつきを最低レベルまで下げることができるが、光線の反射により画像が明瞭でなくなる虞がある。
（３）抵抗式表示装置の長所は、指（指サックをはめた指及び指サックをはめない指を含む）、スタイラス、硬い物品などの道具を利用して操作することができる点である。
（４）画像が明瞭でなくなったり抵抗膜に不良が発生したりしないように、定期的に調整する必要がある上、掻き傷が生じ易いため公共の場所で使用することが困難である。
（５）抵抗式タッチパネルは、抵抗膜が切れたり掻き傷が生じたりすると、タッチした位置を検知することができない。
【０００７】
（容量式）
容量式タッチパネルは全ガラス式で設計され、ＡＴＭ、マルチメディアキオスク（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｋｉｏｓｋ）などの応用製品に使用することができる。画像の明瞭度が抵抗式よりも優れ、耐久性にも優れているため工業製品に使用することができる。
【０００８】
容量式タッチパネルの動作方式は、スクリーン上に微電流を流し、スクリーンの４隅に設けられた回路基板によりセンサ画面に発生した静電容量を計算する。スクリーンに触ると電流の流れが中断され、マルチメディアキオスクのソフトウェアが起動して作動を開始する。
【０００９】
以下（１）〜（３）は、この技術の特長及び欠点である。
（１）監視装置のガラス及び周枠により封止することができるため、耐久性及び防水防塵機能を有する。このような特性により、ゲーム機、販売機、公共のマルチメディアキオスク、工業製品など、条件が厳しい環境でも使用することができる。
（２）人の指で必ず操作する必要があるため、表面膜に掻き傷が生じるとスクリーン上に不良箇所が生じ、指サックをはめた指、スタイラス、硬い物品などを使用することができなくなる虞がある。そのため、医療、食品製造など多くの分野で利用することができない。
（３）この技術は元々小型スクリーン用に設計していたため、大型スクリーンへの応用が困難である上、定期的に調整する必要がある。
【００１０】
（表面弾性波方式）
表面弾性波方式（ＳＡＷ）は、純ガラス構造を使用するため画像が明瞭である。表面弾性波方式は、抵抗式及び容量式よりも画像の明瞭度、解像度及び透光性に優れている。しかし、この技術は元々小型スクリーン用に設計していたため、３０インチを超えるスクリーンへの応用には適していない。
【００１１】
表面弾性波方式の動作方式は、振動波を発生させ、スクリーンに触れた固定点が振動波の一部を吸収する。振動波の変化により指などが触れた箇所を検知し、コントローラへ信号を送って処理を行う。振動波が表示装置の表面全体を通る際、以下の状況が順次発生する。
（Ａ）表面の縁部に沿って設けられた反射器が振動波を反射させ、各振動波をスクリーンの隅々まで伝達させる。
（Ｂ）２組のレシーバが振動波を検出する。
（Ｃ）ユーザがガラス表面に触ると、振動波の一部のエネルギが指により吸収され、コントローラの回路装置により指などが接触した位置を算出する。
【００１２】
表面弾性波方式は、ＡＴＭ、遊園地、マルチメディアキオスク、銀行などのシステムに応用することができる。
【００１３】
しかし、表面弾性波方式には以下（１）及び（２）の欠点がある。
（１）封止することができないため、表面が汚れたり水分が破壊されたりし易く、多くの工業分野及び商業分野の製品に利用することができない。また表面の汚れがスクリーンに不良箇所を発生させるため、センサを定期的に清掃したり、調整を随時行う必要がある。
（２）表面弾性波方式が利用する技術のため、データによる干渉が発生することを防ぐことが困難である。
【００１４】
（赤外線アレイ方式）
赤外線アレイ方式は、表示装置のスクリーン前方に形成された格子状の赤外線を遮断する。タッチスクリーンは、外枠が対向するように両側に設けられ、肉眼で視認することができない格子状の赤外線を形成するために用いる整列された赤外線ＬＥＤ及び三極管を含む。外枠部材には、電子部品が搭載され、赤外線透明縁枠の後方に隠されたプリント回路基板が含まれている。赤外線タッチスクリーンは、完全に封止することが可能である上、軟質又は硬質の物品により操作することが可能であるため、製造業及び医療の分野で利用することができる。
【００１５】
赤外線方式の動作方式は、スクリーン縁枠により電子部品が操作環境による影響を受けないようにするとともに、赤外線を通過させ、赤外線コントローラによりＬＥＤを振動させて格子状の赤外線を形成し、指などが格子状の赤外線に入って光線が遮断されたことを１つ又は複数の三極管が検出した場合、信号を送ってＸＹ座標を算出する。
【００１６】
しかし、赤外線方式には以下（１）〜（３）の欠点がある。
（１）赤外線の主な問題は、スクリーン外枠の位置がスクリーン本体より僅かに高いため、指又はその他の物がスクリーン表面に実際に触れる前に起動される虞がある。
（２）スクリーン表面の汚れにより、厚い縁枠（例えば、外枠）内のスクリーンに誤作動を発生させる虞がある。
（３）赤外線縁枠の製造コストが高い。
【００１７】
上述したことから分かるように、従来のタッチスクリーン技術は、サイズが大型になるとコストが増える上、正確性及び透光率が好ましくない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１８】
本考案の目的は、低コストで大型サイズのスクリーンを製造することができ、マルチタッチが可能であり、正確度、透光率及び信頼性が高いタッチスクリーンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本考案の第１の形態によれば、コントローラと、スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置された２つの光学走査モジュールと、前記スクリーンの残りの縁部に取り付けられた再帰反射フィルムと、を備えるタッチスクリーンであって、前記光学走査モジュールのそれぞれは、撮像ヘッド部及び赤外光源を含み、前記赤外光源から赤外線を照射し、前記スクリーンのタッチエリア内に赤外線エリアを形成し、前記再帰反射フィルムは、照射された赤外線を元の経路で反射させ、前記撮像ヘッド部は、接触点で遮断された赤外線を検出するとともに、遮断された赤外線と２つの前記撮像ヘッド部により形成された直線とからなる夾角で前記コントローラへ送り、前記コントローラは、２つの前記撮像ヘッド部から出射されて形成された夾角及び２つの前記撮像ヘッド部間の距離に基づいて三角演算を行い、１つ又は複数の接触点の位置を得ることを特徴とするタッチスクリーンが提供される。
【００２０】
また、前記撮像ヘッド部それぞれは、前記接触点で遮断された赤外線を検出する光センサを含むことが好ましい。
【００２１】
また、前記赤外光源のそれぞれは１つ以上の赤外線ＬＥＤランプを含み、前記スクリーンは平面状の表示スクリーンであることが好ましい。
【００２２】
また、前記光学走査モジュールは、前記スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００２３】
また、前記スクリーンは矩形状のスクリーンであり、前記光学走査モジュールは、前記スクリーンの縁部両端にそれぞれ配置され、前記再帰反射フィルムは、前記スクリーンの残りの３つの縁部に取り付けられていることが好ましい。
【００２４】
また、前記スクリーンの表面に設けられた平面状の保護カバーをさらに備えることが好ましい。
【００２５】
また、前記保護カバーは、強化ガラス又は基板であることが好ましい。
【考案の効果】
【００２６】
本考案のタッチスクリーンは、サイズが大型化したときでも、２つの光学走査モジュールの位置を変えるだけタッチ制御を行うことができる。そのため、タッチスクリーンのハードウェアを追加する必要がないためコストがかからず、正確度、透光率及び信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本考案の一実施形態によるタッチスクリーンを示す模式図である。
【図２】本考案の一実施形態によるタッチスクリーンの原理を示す模式図である。
【図３】本考案の一実施形態によるタッチスクリーン中の多数の点位置を示す模式図である。
【図４】本考案の一実施形態によるタッチスクリーン技術と、従来の数種類のタッチスクリーン技術とを比較した表である。
【考案を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図４を参照する。図１〜図４に示すように、本考案の一実施形態によるタッチスクリーンは、スクリーン１０の縁部両端にそれぞれ配置された２つの光学走査モジュール２０と、矩形状のスクリーン１０の残りの縁部に取り付けられた再帰反射フィルム３０と、を含む。各光学走査モジュール２０は、撮像ヘッド部及び赤外光源を含む。タッチスクリーンは、コントローラ（図示せず）をさらに含んでもよい。図１及び図２に示すように、本実施形態では、スクリーン１０を例に説明する。スクリーン１０は、上縁部に２つの光学走査モジュール２０が取り付けられ、左右両側及び下縁部に再帰反射フィルム３０が取り付けられている。本考案の他の実施形態において、スクリーン１０は、本考案に悪い影響を与えない限り、他の形状（例えば、三角形）で形成してもよい。
【００２９】
図１及び図２に示すように、本実施形態のタッチスクリーンにおいて、各赤外光源を用いて赤外線を照射し、密集した赤外線が矩形状のスクリーン１０のタッチエリア１１内に均一な光線エリアを形成する。再帰反射フィルム３０は、照射された赤外線を元の経路で反射させるために用いる。指などで触ると、２つの赤外光源から照射された光線が遮断され、再帰反射フィルム３０を通過せずに撮像ヘッド部に返される。各撮像ヘッド部は、同一の光学走査セット中の赤外光源が接触点４０で遮断された赤外線を検出するとともに、遮断された赤外線と２つの撮像ヘッド部が確定した直線とにより形成される夾角（即ち、遮断された赤外線と矩形状スクリーン１０の上縁部とからなる夾角）でコントローラへ送る。コントローラは、２つの撮像ヘッド部から出射されて形成された夾角（θ1及びθ2）及び２つの撮像ヘッド部間の距離（Ｄ）に基づき三角演算を行い、１つ又は複数の接触点４０の位置を得る。三角演算の計算過程を以下に示す。
【００３０】
余弦法則に基づき次式（１）が得られる。
【００３１】
【数１】
0003173215.tif 000003
【００３２】
三角関数に基づき次式（２）が得られる。
【００３３】
【数２】
0003173215.tif 000004
【００３４】
式（１）、（２）を連立して解き、ｘ及びｙの値を得る。
【００３５】
さらに三角関数に基づき、次式（３）を得る。
【００３６】
【数３】
0003173215.tif 000005
【００３７】
上記式において、ｘ１は、接触点４０から左縁部までの垂直距離を表し、ｙ１は、接触点４０から上縁部までの垂直距離を表す。ｘ１及びｙ１を用いると、スクリーン１０上の接触点４０の位置を直接得ることができる。
【００３８】
図１及び図２に示すように、本実施形態のタッチスクリーンにおいて、各撮像ヘッド部は、接触点４０で遮断された赤外線を検出する光センサ（図示せず）を含む。ここで赤外光源は赤外線ＬＥＤランプでもよい。各赤外光源は、１つ以上の赤外線ＬＥＤランプを含んでもよい。ここでスクリーン１０は、例えば、矩形状の液晶表示スクリーンなどの平面状の表示スクリーンである。
【００３９】
図１及び図２に示すように、本実施形態のタッチスクリーンでは、１つの接触点４０の位置を検出する原理を説明しているが、複数の接触点４０の位置を検出する際にも応用することができる。
【００４０】
図３を併せて参照する。図３に示すように、２つの接触点４０の位置を得る方法は、図１及び図２と同じある。同じ道理により、接触点４０が３つ又は４つ以上ある場合も各接触点４０の位置を得ることができるが、ここでは詳述しない。
【００４１】
液晶表示スクリーンを保護するために、液晶表示スクリーンの表面に平面状の保護カバー（図示せず）を増設してもよい。この保護カバーは、強化ガラス又は基板（電子ホワイトボードの場合、必ずしも強化ガラスを使う必要はなく、強化ガラスの代わりに基板を用いてもよい）でもよい。強化ガラスは高い透光性を有するため、スクリーン１０の色彩及び輝度を失うことがない。抵抗式タッチスクリーン、容量式タッチスクリーンのどちらも液晶表示スクリーンの表面に多層のメッキ膜を施す必要があるため、透光性及び色彩感が失われる虞があり、スクリーン１０のサイズが中大型の場合、その悪影響はより顕著となる。
【００４２】
上述の実施形態から分かるように、本考案の光学式タッチスクリーンは２つの光学走査モジュール２０を含む。スクリーン１０を大型化するときでも、２つの光学走査モジュール２０の位置を変えるだけでよいため、タッチスクリーンのハードウェアを増やす必要がなく、コストが余計にかからない。これに対して抵抗式、容量式、赤外線方式、表面弾性波方式のタッチスクリーンの場合、スクリーン１０の面積が増えるに従い、コストが増大する。
【００４３】
また本実施形態のタッチスクリーンは、光学画像捕捉技術を採用しているため、光線を遮断する物品であれば如何なる物（例えば、指、ペンなど）を利用してもよい上、スクリーン１０に対して力を加える必要はない。従来の代表的なタッチスクリーン技術である容量式タッチスクリーン方式では、指（指先が最適である）により触るが、ユーザが屋外などの気温が低い環境で導電のスタイラスを使用する電子機器を用いた授業を行うことは困難である。
【００４４】
図４を参照する。図４の比較表を見ると分かるように、本考案のタッチスクリーンは、従来の技術と比べ様々な点で優れている。
【００４５】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４６】
１０  スクリーン
１１  タッチエリア
２０  光学走査モジュール
３０  再帰反射フィルム
４０  接触点
【図１】
0003173215.tif 000006
【図２】
0003173215.tif 000007
【図３】
0003173215.tif 000008
【図４】
0003173215.tif 000009