JP2010020519A - 光学式タッチパネル - Google Patents
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Abstract
【課題】自然な入力操作感が得られ、操作性の確実な光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】光学式タッチパネル１０は操作者へ入力操作感を与える信号発生手段２０を備える。発光側コア１７の中心が発光側光導波路１４の中心より低い位置にあり、受光側コア１９の中心が受光側光導波路１５の中心より低い位置にあるため光線２２と透明パネル２１の距離が近く、入力操作と入力操作感を与える信号発生のタイミングのずれが少なく自然な入力操作感を得ることができる。
【選択図】図１
【解決手段】光学式タッチパネル１０は操作者へ入力操作感を与える信号発生手段２０を備える。発光側コア１７の中心が発光側光導波路１４の中心より低い位置にあり、受光側コア１９の中心が受光側光導波路１５の中心より低い位置にあるため光線２２と透明パネル２１の距離が近く、入力操作と入力操作感を与える信号発生のタイミングのずれが少なく自然な入力操作感を得ることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は液晶パネルなどの表示画面からなる座標入力領域とその周囲に設けられた発光素子、受光素子、光導波路からなり、指やペンでの座標入力が可能な光学式タッチパネルに関する。
光学式タッチパネルは抵抗膜式タッチパネルや静電容量式タッチパネルに比べて表示画面が鮮明で信頼性に優れるため銀行のＡＴＭや駅の券売機などに広く使われている。光学式タッチパネルとして座標入力領域の周囲に多数の発光ダイオードとフォトトランジスタを並べたものが知られている（特許文献１）。また座標入力領域の周囲に光導波路とマイクロレンズを設けた光学式タッチパネルも知られている（特許文献２）。しかし従来の光学式タッチパネルは入力操作感（クリック感）に乏しく操作の快適さや確実性に課題があった。
特開平１１−２３２０２４号公報
特開２００４−２９５６４４号公報
従来の光学式タッチパネルは入力操作感（クリック感）に乏しく操作の快適さや確実性に課題があった。本発明は自然な入力操作感（クリック感）が得られ、操作性の確実な光学式タッチパネルを提供することを目的とする。
本発明の光学式タッチパネルは操作者へ入力操作感を与える信号発生手段を備える。しかも発光側コアの中心が発光側光導波路の中心より低い位置にあり、受光側コアの中心が受光側光導波路の中心より低い位置にあるため、座標入力領域を横切る光線が座標入力領域の表面（液晶パネルやプラズマパネルの表面）のごく近くにある。そのため入力操作と入力操作感を与える信号発生のタイミングのずれが少なく自然な入力操作感を得ることができる。
本発明の光学式タッチパネルは座標入力領域の周囲に発光ダイオードとフォトトランジスタを並べる代わりに光導波路を用いるため額縁が狭く薄型軽量である。また本発明の光学式タッチパネルはミラーやレンズなどの多数の光学部品を用いる代わりにレンズ一体型クラッド層を備えた光導波路を用いるため組み立てが容易で耐衝撃性に優れる。
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の光学式タッチパネルは、座標入力領域と発光素子および受光素子と発光素子に結合した発光側光導波路と受光素子に結合した受光側光導波路とを有する光学式タッチパネルであって、発光側光導波路の出射端と受光側光導波路の入射端は座標入力領域を隔てて対向しており、発光側光導波路は発光側クラッド層と発光側クラッド層に埋設された発光側コアを有し、受光側光導波路は受光側クラッド層と受光側クラッド層に埋設された受光側コアを有し、発光側クラッド層は発光側コアよりも屈折率が低く受光側クラッド層は受光側コアよりも屈折率が低く、発光側コアの中心高さは発光側光導波路の中心高さより低く受光側コアの中心高さは受光側光導波路の中心高さより低く、座標入力により受光素子が受けた検出信号により入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段を備えたことを特徴とする。
（２）本発明の光学式タッチパネルは、発光側光導波路および受光側光導波路のクラッド層がアンダークラッド層とオーバークラッド層からなり、発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端と受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端の少なくとも一方はレンズ形状をなすことを特徴とする。
（３）本発明の光学式タッチパネルは、発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端および受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端のレンズ形状部が、側断面が略１／４円弧の長尺レンズであることを特徴とする。
（４）本発明の光学式タッチパネルは、信号発生手段が振動発生手段を含むことを特徴とする。
（１）本発明の光学式タッチパネルは、座標入力領域と発光素子および受光素子と発光素子に結合した発光側光導波路と受光素子に結合した受光側光導波路とを有する光学式タッチパネルであって、発光側光導波路の出射端と受光側光導波路の入射端は座標入力領域を隔てて対向しており、発光側光導波路は発光側クラッド層と発光側クラッド層に埋設された発光側コアを有し、受光側光導波路は受光側クラッド層と受光側クラッド層に埋設された受光側コアを有し、発光側クラッド層は発光側コアよりも屈折率が低く受光側クラッド層は受光側コアよりも屈折率が低く、発光側コアの中心高さは発光側光導波路の中心高さより低く受光側コアの中心高さは受光側光導波路の中心高さより低く、座標入力により受光素子が受けた検出信号により入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段を備えたことを特徴とする。
（２）本発明の光学式タッチパネルは、発光側光導波路および受光側光導波路のクラッド層がアンダークラッド層とオーバークラッド層からなり、発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端と受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端の少なくとも一方はレンズ形状をなすことを特徴とする。
（３）本発明の光学式タッチパネルは、発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端および受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端のレンズ形状部が、側断面が略１／４円弧の長尺レンズであることを特徴とする。
（４）本発明の光学式タッチパネルは、信号発生手段が振動発生手段を含むことを特徴とする。
本発明の光学式タッチパネルは操作者へ入力操作感を与える信号発生手段を備える。本発明の光学式タッチパネルは発光側コアの中心が発光側光導波路の中心より低い位置にあり、受光側コアの中心が受光側光導波路の中心より低い位置にあるため、座標入力領域を横切る光線が座標入力領域の表面（液晶パネルやプラズマパネルの画面）のごく近くにあり、入力操作と入力操作感を与える信号発生のタイミングのずれが少なく自然な入力操作感を得ることができる。指やペンが光線を遮ると受光素子は検出信号を発し、検出信号を受けて信号発生手段は光や信号音や振動などの信号を発生する。入力の際指やペンは座標入力領域に通常接触するため振動が指やペンに伝わり操作者は自然な入力操作感（クリック感）を得ることができる。
本発明の光学式タッチパネルは座標入力領域の周囲に発光ダイオードとフォトトランジスタを並べる代わりに光導波路を用いるため額縁が狭く薄型軽量である。また本発明の光学式タッチパネルはミラーやレンズなどの多数の光学部品を用いる代わりにレンズ一体型クラッド層を備えた光導波路を用いるため組み立てが容易で耐衝撃性に優れる。
［光学式タッチパネル］
本発明の光学式タッチパネル１０は図１（断面図）に示すように座標入力領域１１と、発光素子１２および受光素子１３と、発光素子１２に結合した発光側光導波路１４と、受光素子１３に結合した受光側光導波路１５とを有する。発光側光導波路１４の出射端部１４ａと受光側光導波路１５の入射端部１５ａは座標入力領域１１を隔てて対向している。発光側光導波路１４は発光側クラッド層１６と、発光側クラッド層１６に埋設された発光側コア１７を有する。受光側光導波路１５は受光側クラッド層１８と、受光側クラッド層１８に埋設された受光側コア１９を有する。発光側クラッド層１６は発光側コア１７より屈折率が低い。受光側クラッド層１８は受光側コア１９より屈折率が低い。発光側コア１７の中心高さ（図３のＬ）は発光側光導波路１４の中心高さ（図３のＨ）より低い。受光側コア１９の中心高さ（図３のＬ）は受光側光導波路１５の中心高さ（図３のＨ）より低い。座標入力領域１１は具体的には液晶パネルやプラズマパネルなどの表示画面である（表面に透明パネル２１が設置されている）。本発明の光学式タッチパネル１０は受光素子１３が受けた検出信号により入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段２０を備える。信号発生手段２０は座標入力領域１１の表面に配置された透明パネル２１に結合していることが好ましい。信号発生手段２０は信号音や光を発すると同時に透明パネル２１を振動させることが好ましい。
本発明の光学式タッチパネル１０は図１（断面図）に示すように座標入力領域１１と、発光素子１２および受光素子１３と、発光素子１２に結合した発光側光導波路１４と、受光素子１３に結合した受光側光導波路１５とを有する。発光側光導波路１４の出射端部１４ａと受光側光導波路１５の入射端部１５ａは座標入力領域１１を隔てて対向している。発光側光導波路１４は発光側クラッド層１６と、発光側クラッド層１６に埋設された発光側コア１７を有する。受光側光導波路１５は受光側クラッド層１８と、受光側クラッド層１８に埋設された受光側コア１９を有する。発光側クラッド層１６は発光側コア１７より屈折率が低い。受光側クラッド層１８は受光側コア１９より屈折率が低い。発光側コア１７の中心高さ（図３のＬ）は発光側光導波路１４の中心高さ（図３のＨ）より低い。受光側コア１９の中心高さ（図３のＬ）は受光側光導波路１５の中心高さ（図３のＨ）より低い。座標入力領域１１は具体的には液晶パネルやプラズマパネルなどの表示画面である（表面に透明パネル２１が設置されている）。本発明の光学式タッチパネル１０は受光素子１３が受けた検出信号により入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段２０を備える。信号発生手段２０は座標入力領域１１の表面に配置された透明パネル２１に結合していることが好ましい。信号発生手段２０は信号音や光を発すると同時に透明パネル２１を振動させることが好ましい。
本発明の光学式タッチパネルにおいては、発光素子１２からの光線２２（破線）は発光側コア１７を通り、その先端部から出射し、座標入力領域１１を横断して受光側コア１９の先端部に入射し、受光側コア１９を通って受光素子１３に達する。座標入力領域１１を通過する光線２２の一部を指やペンが遮断すると、受光素子１３に入る光線２２の強度が低下する。これを検知することで指やペンの位置座標が認識される。
本発明の光学式タッチパネル１０は入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段２０を備えるとともに、発光側コア１７の中心高さが発光側光導波路１４の中心高さより低く、受光側コア１９の中心高さが受光側光導波路１５の中心高さより低いので、座標入力領域を横切る光線が座標入力領域の表面（液晶パネルやプラズマパネルの表面あるいは透明パネルの表面）のごく近くにあり、入力操作と入力操作感を与える信号発生のタイミングのずれが少なく自然な入力操作感を得ることができる。
好ましい実施形態において本発明の光学式タッチパネル３０は図２（平面図）に示すように矩形の座標入力領域３１の周囲に光導波路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが配置される。座標入力領域３１の隣り合う二辺には末端が発光素子３３に結合した発光側光導波路３２ａ、３２ｂが配置され、それに対向する二辺には末端が受光素子３４に結合した受光側光導波路３２ｃ、３２ｄが配置される。これにより本発明の光学式タッチパネル３０は二次元の座標認識が可能である。本発明の光学式タッチパネル３０は座標入力領域の周囲に発光ダイオードとフォトトランジスタを並べる代わりに光導波路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを用いるため額縁が狭く薄型軽量である。さらに発光側コアの中心高さが発光側光導波路の中心高さより低く、受光側コアの中心高さが受光側光導波路の中心高さより低いのでより確実な座標認識が可能である。
［座標入力領域］
本発明において「座標入力領域」とは指やペンで座標入力を行なう領域をいう。座標入力領域は代表的には液晶パネルあるいはプラズマパネルの表示画面からなる。本発明の光学式タッチパネルは座標入力領域の周囲に配置された光導波路と発光素子、受光素子がセンサーとして機能し、座標入力領域にはセンサーが無い。そのため抵抗膜式タッチパネルや静電容量式タッチパネルとは異なり、座標入力領域にＩＴＯ膜のようなセンサーとなるオーバーレイ層は必要がない。座標入力領域にオーバーレイ層がないため液晶パネルやプラズマパネルの明るさや鮮明さが低下しない。座標入力領域の前面は空間でもよいし、耐傷性を増すために液晶パネルやプラズマパネルの表示画面の表面にガラスパネルやアクリル板のような透明パネルを備えてもよい。透明パネルの厚みは好ましくは１０μｍ〜５ｍｍである。
本発明において「座標入力領域」とは指やペンで座標入力を行なう領域をいう。座標入力領域は代表的には液晶パネルあるいはプラズマパネルの表示画面からなる。本発明の光学式タッチパネルは座標入力領域の周囲に配置された光導波路と発光素子、受光素子がセンサーとして機能し、座標入力領域にはセンサーが無い。そのため抵抗膜式タッチパネルや静電容量式タッチパネルとは異なり、座標入力領域にＩＴＯ膜のようなセンサーとなるオーバーレイ層は必要がない。座標入力領域にオーバーレイ層がないため液晶パネルやプラズマパネルの明るさや鮮明さが低下しない。座標入力領域の前面は空間でもよいし、耐傷性を増すために液晶パネルやプラズマパネルの表示画面の表面にガラスパネルやアクリル板のような透明パネルを備えてもよい。透明パネルの厚みは好ましくは１０μｍ〜５ｍｍである。
［光導波路］
図１に示すように本発明に用いられる発光側光導波路１４は発光側クラッド層１６と発光側クラッド層１６に埋設された発光側コア１７を有する。受光側光導波路１５は受光側クラッド層１８と受光側クラッド層１８に埋設された受光側コア１９を有する。
図１に示すように本発明に用いられる発光側光導波路１４は発光側クラッド層１６と発光側クラッド層１６に埋設された発光側コア１７を有する。受光側光導波路１５は受光側クラッド層１８と受光側クラッド層１８に埋設された受光側コア１９を有する。
本発明に用いられる発光側コア１７および受光側コア１９は発光側クラッド層１６および受光側クラッド層１８よりも屈折率が高く伝播する光の波長で透明性の高い材料からなる。発光側コア１７および受光側コア１９を形成する材料は、好ましくはパターンニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂としては、好ましくはアクリル系紫外線硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、シロキサン系紫外線硬化樹脂、ノルボルネン系紫外線硬化樹脂、ポリイミド系紫外線硬化樹脂などが挙げられる。
発光側クラッド層１６の屈折率は発光側コア１７の屈折率よりも低い。受光側クラッド層１８の屈折率は受光側コア１９の屈折率よりも低い。発光側コア１７および受光側コア１９と発光側クラッド層１６および受光側クラッド層１８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。発光側コア１７および受光側コア１９、発光側クラッド層１６および受光側クラッド層１８を形成する樹脂の屈折率は樹脂に導入する有機基の種類や含有量によって適宜増加ないし減少させることができる。例えば環状芳香族性の基（フェニル基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは樹脂分子中の含有量を増加させることにより、樹脂の屈折率を大きくすることができる。逆に例えば直鎖または環状脂肪族系の基（メチル基、ノルボルネン基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは樹脂分子中の含有量を増加させることにより、樹脂の屈折率を小さくすることができる。
発光側および受光側コアの断面形状は特に制限はないが、パターンニング性に優れた台形または四角形が好ましい。発光側コアおよび受光側コアの底辺における幅は好ましくは１０μｍ〜５００μｍである。発光側コアおよび受光側コアの高さは好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。
発光側コアの中心の高さは発光側光導波路の中心の高さより低い。受光側コアの中心の高さは受光側光導波路の中心の高さより低い。本明細書において「コアの中心」とは図３（断面模式図）に示すようにコア４１の断面においてコア４１の上底４１ａの中点と下底４１ｂの中点を結ぶ直線の中点４２をいう。コア４１の中心４２の高さＬ、光導波路４３の中心の高さＨは光導波路４３の底面４３ａからの距離をいう。
発光側光導波路および受光側光導波路の中心の高さＨはいずれも好ましくは５０μｍ〜４０ｍｍであり、さらに好ましくは１００μｍ〜２０ｍｍである。発光側コアおよび受光側コアの中心の高さＬはいずれも好ましくは５μｍ〜４００μｍであり、さらに好ましくは１５μｍ〜３００μｍである。さらに発光側コアの中心から発光側光導波路の中心までの距離Ｍおよび受光側コアの中心から受光側光導波路の中心までの距離Ｍはいずれも、好ましくは２０μｍ〜５ｍｍであり、さらに好ましくは３０μｍ〜１ｍｍである。
本発明の光学式タッチパネルでは発光側コアおよび受光側コアの中心の高さＬが低いため座標入力領域を横断する光線は指やペンの大きさに比べて座標入力領域の表面に非常に近い。原理的には指やペンは座標入力領域に接触する必要は無くその表面を横断する光線を遮るだけで入力できる。しかし実際は光線が座標入力領域のすぐ近くを通っているため、ほとんどの入力の際指やペンは座標入力領域に接触する。
指やペンが光線を遮ると受光素子は検出信号を発する。検出信号を受けて信号発生手段は光、音、音声、振動などの信号を発生する。入力の際指やペンは座標入力領域に通常接触するため振動が指やペンに伝わり操作者は自然な入力操作感（クリック感）を得ることができる。指やペンが座標入力領域に接触する程度まで近づいたとき初めて座標入力が行なわれるため、座標入力と信号音や振動などの信号発生のタイムラグが少ない。
発光側および受光側コアの中心が発光側および受光側光導波路の底面に近すぎる（Ｌが５μｍ未満）と座標入力領域を横断する光線が座標入力領域に近すぎるため、座標入力領域の表面に付着したごみや水滴が誤動作の原因になることがある。逆に発光側および受光側コアの中心が発光側および受光側光導波路の底面から遠すぎる（Ｌが４００μｍを超える）と指やペンが座標入力領域に接触する前に座標入力が終了することがあり自然な入力操作感（クリック感）が得られにくいことがある。
図４に示すように、本発明の光学式タッチパネル５０に用いられる発光側光導波路５１は好ましくは発光側アンダークラッド層５２と、発光側アンダークラッド層５２上の発光側コア５３と、発光側コア５３および発光側アンダークラッド層５２を覆う発光側オーバークラッド層５４を有する。受光側光導波路５５は好ましくは受光側アンダークラッド層５６と、受光側アンダークラッド層５６上の受光側コア５７と、受光側コア５７および受光側アンダークラッド層５６を覆う受光側オーバークラッド層５８を有する。発光側オーバークラッド層５４と受光側オーバークラッド層５８の少なくとも一方の先端部はレンズ形状をなしていることが好ましい。
発光側オーバークラッド層５４および受光側オーバークラッド層５８の材料に特に制限はないがレンズ成形性に優れた紫外線硬化樹脂が好ましい。発光側オーバークラッド層５４および受光側オーバークラッド層５８の先端部に形成されたレンズ形状部５４ａ、５８ａは特に制限はないが、好ましくは凸レンズであり、さらに好ましくは図４に示すように側断面がほぼ１／４円弧の長尺凸レンズ（レンチキュラーレンズの１／２に相当）である。レンズの曲率半径は、好ましくは０．３ｍｍ〜５ｍｍであり、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。
発光側オーバークラッド層５４先端のレンズ形状部５４ａは発光側コア５３の先端から出射した拡がりのある光を平行光線５９にする機能を有し、受光側オーバークラッド層５８先端のレンズ形状部５８ａは受光側オーバークラッド層５８先端に入射した平行光線５９を受光側コア５７の先端に収束する光線にする機能を有する。
本発明に用いられる発光側アンダークラッド層５２、発光側オーバークラッド層５４は発光側コア５３よりも屈折率が低い材料からなる。また受光側アンダークラッド層５６、受光側オーバークラッド層５８は受光側コア５７よりも屈折率が低い材料からなる。発光側アンダークラッド層５２および受光側アンダークラッド層５６の材料は、ガラス、シリコン、金属、樹脂など特に制限はない。発光側アンダークラッド層５２および発光側オーバークラッド層５４の材料は同一であることが好ましい。受光側アンダークラッド層５６および受光側オーバークラッド層５８の材料は同一であることが好ましい。発光側アンダークラッド層５２および受光側アンダークラッド層５６は単層であってもよいし、多層であってもよい。発光側アンダークラッド層５２および受光側アンダークラッド層５６として液晶パネルやプラズマパネルに用いられるガラスパネルや光学フィルムを利用してもよい。発光側アンダークラッド層５２および受光側アンダークラッド層５６の厚みは、好ましくは５μｍ〜１０ｍｍであり、より好ましくは２０μｍ〜５ｍｍである。発光側オーバークラッド層５４および受光側オーバークラッド層５８の厚みは好ましくは１０μｍ〜１０ｍｍであり、さらに好ましくは５０μｍ〜５ｍｍである。
［発光素子、受光素子］
本発明の光学式タッチパネルは発光素子と受光素子を備える。発光側光導波路は発光側コアの末端部が発光素子に結合される。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であり、さらに好ましくは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。ＶＣＳＥＬは基板面の垂直方向に光を共振させて基板面の垂直方向にレーザ光を出射させることができるため、光伝送に優れる。発光素子から出射される光の波長は好ましくは近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）のいずれかである。
本発明の光学式タッチパネルは発光素子と受光素子を備える。発光側光導波路は発光側コアの末端部が発光素子に結合される。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であり、さらに好ましくは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。ＶＣＳＥＬは基板面の垂直方向に光を共振させて基板面の垂直方向にレーザ光を出射させることができるため、光伝送に優れる。発光素子から出射される光の波長は好ましくは近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）のいずれかである。
受光側光導波路は受光側コアの末端部が受光素子に結合される。受光素子は光信号を電気信号に変換する素子であり、好ましくは一次元アレイの受光素子であり、さらに好ましくはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサが用いられる。
［入力操作感を与える信号発生手段］
本発明の光学式タッチパネルに用いられる信号発生手段は受光素子からの信号により操作者へ入力操作感を与える信号を発生する。図５にそのフローの概略を示す。信号発生手段は好ましくは受光素子から取得した信号を規格化などのデータ処理を行なった後、図６に示すようにあらかじめ設定しておいた閾値Ｉｔｈを下回った信号に対して入力操作感を与える信号を発生する。入力された座標の認識も同時に行なわれる。上記の閾値Ｉｔｈは規格化した信号強度を１としたとき、０．４〜０．８に設定することが好ましい。本発明の光学式タッチパネルは上述した光導波路に加え、このようなデータ処理を行なうことでより確実で自然な操作感を与える。
本発明の光学式タッチパネルに用いられる信号発生手段は受光素子からの信号により操作者へ入力操作感を与える信号を発生する。図５にそのフローの概略を示す。信号発生手段は好ましくは受光素子から取得した信号を規格化などのデータ処理を行なった後、図６に示すようにあらかじめ設定しておいた閾値Ｉｔｈを下回った信号に対して入力操作感を与える信号を発生する。入力された座標の認識も同時に行なわれる。上記の閾値Ｉｔｈは規格化した信号強度を１としたとき、０．４〜０．８に設定することが好ましい。本発明の光学式タッチパネルは上述した光導波路に加え、このようなデータ処理を行なうことでより確実で自然な操作感を与える。
信号発生手段は例えば光を発する発光ダイオード、音または音声を発するスピーカー、振動を発生する振動アクチュエータなど操作者に入力操作感を与える任意のものが用いられる。
信号発生手段は好ましくは振動発生手段である。振動発生手段は騒音の多い環境でも操作者に確実に入力操作感を与えることができる。振動発生手段に特に制限はないが好ましくは振動モータ、振動アクチュエータ、圧電素子などが挙げられる。振動発生手段が用いられる場合好ましくは図１に示すように座標入力領域１１の表面に透明パネル２１が配置され、透明パネル２１の端部または下部に信号（振動）発生手段２０が配置される。図７に示すようにこのような光学式タッチパネル６０は振動発生手段６１からの振動を透明パネル６２を介して指先６３に伝えることができる。
［光学式タッチパネルの製法］
本発明の光学式タッチパネルを製造するひとつの方法として図８に示すようにまず二種類のＬ字型の光導波路７１ａ、７１ｂを作製する。次にこれら二つのＬ字型光導波路７１ａ、７１ｂを座標入力領域７２を隔てて互いに対向するように配置する。次に一方の光導波路７１ｂのコア末端部に発光素子７３を結合し、他方の光導波路７１ａのコア末端部に受光素子７４を結合する。この製造方法によれば露光現像法によって光導波路を作製する場合、比較的小面積のフォトマスクを用いて大面積の光学式タッチパネルを作製することができる。
本発明の光学式タッチパネルを製造するひとつの方法として図８に示すようにまず二種類のＬ字型の光導波路７１ａ、７１ｂを作製する。次にこれら二つのＬ字型光導波路７１ａ、７１ｂを座標入力領域７２を隔てて互いに対向するように配置する。次に一方の光導波路７１ｂのコア末端部に発光素子７３を結合し、他方の光導波路７１ａのコア末端部に受光素子７４を結合する。この製造方法によれば露光現像法によって光導波路を作製する場合、比較的小面積のフォトマスクを用いて大面積の光学式タッチパネルを作製することができる。
本発明の光学式タッチパネルの製造方法はＬ字型光導波路を組み合わせる方法に限定されない。四個のＩ字型光導波路を組み合わせてもよいし、□の字型（額縁型）の光導波路を一度に作製してもよい。
［用途］
本発明の光学式タッチパネルの用途として特に制限はないが、銀行のＡＴＭ、駅の券売機、図書館の検索端末、店舗のＰＯＳ端末、コピー機や生産設備の操作パネル、電子手帳、ゲーム機、携帯電話、カーナビゲーション、ＰＣ入力装置などが挙げられる。
本発明の光学式タッチパネルの用途として特に制限はないが、銀行のＡＴＭ、駅の券売機、図書館の検索端末、店舗のＰＯＳ端末、コピー機や生産設備の操作パネル、電子手帳、ゲーム機、携帯電話、カーナビゲーション、ＰＣ入力装置などが挙げられる。
［クラッド形成用ワニスの調整］
・［成分Ａ］ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル；３５重量部、
・［成分Ｂ］脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）；４０重量部、
・［成分Ｃ］シクロヘキセンオキシド骨格を有する脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０８１）；２０重量部、
・［成分Ｄ］４，４‘−ビス［ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液；２重量部
を混合してクラッド形成用ワニスを調整した。
・［成分Ａ］ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル；３５重量部、
・［成分Ｂ］脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）；４０重量部、
・［成分Ｃ］シクロヘキセンオキシド骨格を有する脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０８１）；２０重量部、
・［成分Ｄ］４，４‘−ビス［ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液；２重量部
を混合してクラッド形成用ワニスを調整した。
［コア形成用ワニスの調整］
・上記成分Ａ；７０重量部
・１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル）ブトキシフェニル）ブタン；３０重量部
・上記成分Ｄ；１重量部
・乳酸エチル；３５重量部
を混合してコア形成用ワニスを調整した。
・上記成分Ａ；７０重量部
・１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル）ブトキシフェニル）ブタン；３０重量部
・上記成分Ｄ；１重量部
・乳酸エチル；３５重量部
を混合してコア形成用ワニスを調整した。
［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面にクラッド形成用ワニスを塗布し、紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ２照射した後１００℃で１５分間加熱処理して、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した。アンダークラッド層の波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５４２であった。
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面にクラッド形成用ワニスを塗布し、紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ２照射した後１００℃で１５分間加熱処理して、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した。アンダークラッド層の波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５４２であった。
アンダークラッド層の表面にコア形成用ワニスを塗布し１００℃で１５分間加熱処理してコア層を形成した。コア層にフォトマスクをかぶせて紫外線を４０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、さらに８０℃で１５分間加熱処理した。コア層の紫外線未照射部分をＹ−ブチロラクトン水溶液で溶解除去し、１２０℃で３０分間加熱処理して、コア幅１５μｍ、コア高さ５０μｍのコアを図４のＬ字型光導波路の得られるようにパターンニングした。コアの屈折率は波長８３０ｎｍで１．５８８であった。
コア全体を覆うようにアンダークラッド層の表面に石英製モールド型をかぶせてクラッド形成用ワニスを注入した。モールド型を通してクラッド形成用ワニスに紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ２照射して１２０℃で３０分間加熱処理した。このようにして先端部の側断面形状がほぼ１／４円弧の長尺凸レンズ（レンチキュラーレンズの１／２の形状）を備えた厚み１ｍｍのオーバークラッド層を形成し、発光側および受光側Ｌ字型光導波路を作製した。凸レンズの曲率半径は１．５ｍｍ、オーバークラッド層の波長８３０ｎｍにおける屈折率は１．５４２であった。
光導波路の高さ（厚み）はアンダークラッド層２０μｍ＋オーバークラッド層１０００μｍ＝１０２０μｍであった。したがって光導波路中心は光導波路の底辺から５１０μｍ上方に位置する（Ｈ＝５１０μｍ）。光導波路の底辺からコア中心までの距離Ｌはアンダークラッド層２０μｍ＋コア５０μｍ×０．５＝４５μｍであった。したがってコア中心から光導波路の中心までの距離Ｍは４６５μｍ（５１０μｍ−４５μｍ）であった。これらの寸法は電子顕微鏡およびマイクロスコープで測定した。
［光学式タッチパネルの作製］
発光側Ｌ字型光導波路の一端部に発光素子として波長８５０ｎｍの光を出射するＶＣＳＥＬ（Ｏｐｔｗｅｌｌ社製）を紫外線硬化接着剤を介して結合した。受光側Ｌ字型光導波路の一端部に受光素子としてＣＭＯＳリニアセンサーアレイ（ＴＡＯＳ社製）を紫外線硬化接着剤を介して結合した。このようにして対角３インチの光導波路モジュールを作製した。
発光側Ｌ字型光導波路の一端部に発光素子として波長８５０ｎｍの光を出射するＶＣＳＥＬ（Ｏｐｔｗｅｌｌ社製）を紫外線硬化接着剤を介して結合した。受光側Ｌ字型光導波路の一端部に受光素子としてＣＭＯＳリニアセンサーアレイ（ＴＡＯＳ社製）を紫外線硬化接着剤を介して結合した。このようにして対角３インチの光導波路モジュールを作製した。
この光導波路モジュールと振動発生手段としての振動モータと光発生手段としての赤色ＬＥＤをフレキシブルプリント基板を介して駆動部および制御部と接続して光学式タッチパネルを作製した。光学式タッチパネルの評価のため、光学式タッチパネルの受光素子の制御部をフレキシブルプリント基板を介してＵＳＢ型取り込みユニット（ナショナルインスツルメント社製）に接続し、ＵＳＢポートを介してコンピュータに接続した。
［評価］
光学式タッチパネルの発光素子から波長８５０ｎｍ、強度２ｍＷの光を出射した。光は発光側光導波路を通りその出射端から出射し、座標入力領域を格子状に横切って受光側光導波路の入射端に入射し、受光側光導波路を通り受光素子に到達した。光強度分布データを規格化し閾値を０．６５に設定して座標入力領域を指でタッチし光をさえぎったところ指位置のＸＹ座標が認識でき、同じタイミングで振動モータの振動発生と赤色ＬＥＤの発光が確認できた。
光学式タッチパネルの発光素子から波長８５０ｎｍ、強度２ｍＷの光を出射した。光は発光側光導波路を通りその出射端から出射し、座標入力領域を格子状に横切って受光側光導波路の入射端に入射し、受光側光導波路を通り受光素子に到達した。光強度分布データを規格化し閾値を０．６５に設定して座標入力領域を指でタッチし光をさえぎったところ指位置のＸＹ座標が認識でき、同じタイミングで振動モータの振動発生と赤色ＬＥＤの発光が確認できた。
１０ 光学式タッチパネル
１１ 座標入力領域
１２ 発光素子
１３ 受光素子
１４ 発光側光導波路
１４ａ 出射端部
１５ 受光側光導波路
１５ａ 出射端部
１６ 発光側クラッド層
１７ 発光側コア
１８ 受光側クラッド層
１９ 受光側コア
２０ 信号発生手段
２１ 透明パネル
２２ 光線
３０ 光学式タッチパネル
３１ 座標入力領域
３２ａ、３２ｂ 発光側光導波路
３２ｃ、３２ｄ 受光側光導波路
３３ 発光素子
３４ 受光素子
４１ コア
４１ａ 上底
４１ｂ 下底
４２ 中心
４３ 光導波路
４３ａ 底面
５０ 光学式タッチパネル
５１ 発光側光導波路
５２ 発光側アンダークラッド層
５３ 発光側コア
５４ 発光側オーバークラッド層
５４ａ レンズ形状部
５５ 受光側光導波路
５６ 受光側アンダークラッド層
５７ 受光側コア
５８ 受光側オーバークラッド層
５８ａ レンズ形状部
５９ 平行光線
６０ 光学式タッチパネル
６１ 振動発生手段
６２ 透明パネル
６３ 指先
７１ａ 光導波路
７１ｂ 光導波路
７２ 座標入力領域
７３ 発光素子
７４ 受光素子
１１ 座標入力領域
１２ 発光素子
１３ 受光素子
１４ 発光側光導波路
１４ａ 出射端部
１５ 受光側光導波路
１５ａ 出射端部
１６ 発光側クラッド層
１７ 発光側コア
１８ 受光側クラッド層
１９ 受光側コア
２０ 信号発生手段
２１ 透明パネル
２２ 光線
３０ 光学式タッチパネル
３１ 座標入力領域
３２ａ、３２ｂ 発光側光導波路
３２ｃ、３２ｄ 受光側光導波路
３３ 発光素子
３４ 受光素子
４１ コア
４１ａ 上底
４１ｂ 下底
４２ 中心
４３ 光導波路
４３ａ 底面
５０ 光学式タッチパネル
５１ 発光側光導波路
５２ 発光側アンダークラッド層
５３ 発光側コア
５４ 発光側オーバークラッド層
５４ａ レンズ形状部
５５ 受光側光導波路
５６ 受光側アンダークラッド層
５７ 受光側コア
５８ 受光側オーバークラッド層
５８ａ レンズ形状部
５９ 平行光線
６０ 光学式タッチパネル
６１ 振動発生手段
６２ 透明パネル
６３ 指先
７１ａ 光導波路
７１ｂ 光導波路
７２ 座標入力領域
７３ 発光素子
７４ 受光素子
Claims (6)
- 座標入力領域と、発光素子および受光素子と、前記発光素子に結合した発光側光導波路と、前記受光素子に結合した受光側光導波路とを有する光学式タッチパネルであって、
前記発光側光導波路の出射端と受光側光導波路の入射端は前記座標入力領域を隔てて対向しており、
前記発光側光導波路は発光側クラッド層と前記発光側クラッド層に埋設された発光側コアを有し、
前記受光側光導波路は受光側クラッド層と前記受光側クラッド層に埋設された受光側コアを有し、
前記発光側クラッド層は前記発光側コアよりも屈折率が低く、前記受光側クラッド層は前記受光側コアよりも屈折率が低く、
前記発光側コアの中心高さは前記発光側光導波路の中心高さより低く、前記受光側コアの中心高さは前記受光側光導波路の中心高さより低く、
座標入力により前記受光素子が受けた検出信号により入力操作感を与える信号を発生する信号発生手段を備えたことを特徴とする光学式タッチパネル。 - 前記発光側光導波路および受光側光導波路のクラッド層がアンダークラッド層とオーバークラッド層からなり、前記発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端と前記受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端の少なくとも一方はレンズ形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の光学式タッチパネル。
- 前記発光側光導波路のオーバークラッド層の出射端および前記受光側光導波路のオーバークラッド層の入射端のレンズ形状部は、側断面が略１／４円弧の長尺レンズであることを特徴とする請求項２に記載の光学式タッチパネル。
- 前記入力操作感を与える信号が光、音、音声、振動のうちの一以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学式タッチパネル。
- 前記信号発生手段が振動発生手段を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学式タッチパネル。
- 前記振動発生手段が振動モータ、振動アクチュエータ、圧電素子のうちの一以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学式タッチパネル。
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