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JP4024933B2 - タッチパネル - Google Patents
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JP4024933B2 - タッチパネル - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指などによるタッチ位置の座標情報を入出力するためのタッチパネル(又はタッチセンサ又はタッチスクリーン)、特に音響波発信素子と受信素子とを備え音響波(超音波表面弾性波など)を利用したタッチパネル(又はタッチ位置検出装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
タッチパネルの主要な方式として、超音波表面弾性波方式、抵抗膜方式、静電容量方式、電磁誘導方式などが知られている。これらの方式のうち、超音波表面弾性波方式では、ガラス基板などの伝播媒体の表面のX軸及びY軸方向に、送信トランスデューサと受信トランスデューサとを対向させてタッチ位置を検出する方法が知られている。
【0003】
一方、近年、一般的に普及している方式として、反射要素アレイを介して、X座標およびY座標の検出用にそれぞれ一組の送信及び受信トランスデューサ(合計4個のトランスデューサ)を伝播媒体に取り付けてタッチ位置を検出する方法が知られている。この方式では、ウェッジ型(楔型)トランスデューサを用い、X軸に関する信号処理とY軸に関する信号処理のため、電気信号の処理回路(コントローラ)の送信回路と受信回路を同時に切替えている。このような信号処理を利用しているため、スイッチング回路はもちろんのこと、コントローラには送信回路及び受信回路の一部又は全部が重複して2系列存在することになり、回路構成及び信号処理が複雑化するとともに、コストアップの原因となる。
【0004】
さらに、伝播媒体の表面に前記トランスデューサを取り付けると、伝播媒体の表面には突起部が形成され、液晶表示装置(LCD)、特に厚さの薄いLCDモニタを配設することが困難となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、伝播媒体の表面での突起が生成するのを防止し、厚みの薄いCLDモニタに対する適合性を高めることができるとともに、構成を簡素化できるタッチパネル又はタッチ位置検出装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、トランスデューサの個数を低減できるとともに、回路構成及び信号処理を簡素化できるタッチパネルを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、伝播媒体(パネル)の裏面と表示装置との間には、本来少し隙間が生じることに着目し、前記目的を達成するため鋭意検討の結果、音響波(超音波表面弾性波など)が伝播可能な伝播媒体の端面やコーナー部をアール加工すると、アール加工部(面取り部)を通じて音響波が伝播媒体の表面から裏面側へ又は裏面から表面側へ回り込んで伝播可能であることを見いだし、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明のタッチパネル(タッチ位置検出装置)は、音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつ前記音響波を発信又は受信するためのトランスデューサとを備えたタッチパネルであって、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部が面取りされている。このようなタッチパネルでは、面取り部を通じて、音響波伝播媒体の表面と裏面との間で音響波が相互に伝播可能である。そのため、トランスデューサは、前記音響波伝播媒体の表面及び/又は裏面に取り付けることができる。また、タッチパネルにおいて、音響波伝播媒体の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面と、音響波伝播媒体の側面との角部(伝播媒体の表面又は裏面と側面とが交わるエッジ部)を面取りし、前記伝播媒体の側面にトランスデューサを配設してもよい。
【0008】
また、端面を面取りすると、面取り部を通じて音響波を逆方向(X軸方向から−X軸方向)に伝播でき、コーナー部を面取りすると、面取り部を通じて音響波をX軸方向からY軸方向に変換できる。
さらに、伝播媒体のコーナー部にV字状の切込み部又は山形状の突出部を形成し、この切込み部又は突出部を面取りすると、伝播媒体の一方の面においてX軸方向及びY軸方向から伝播する音響波を面取り部を通じて他方の面に回り込ませて収束させることができる。換言すると、伝播媒体の他方の面の収束部から音響波を送信すると、伝播媒体の一方の面では、音響波をX軸方向及びY軸方向に分岐させて伝播させることができる。そのため、前記収束領域や分岐領域には、トランスデューサを取り付けてもよく、1つのトランスデューサでX軸方向およびY軸方向の音響波を発信又は受信することができる。
このような面取り部を利用すると、音響波を伝播媒体の一方の面から他方の面へ回り込ませて伝播できるので、少なくとも1つのトランスデューサを伝播媒体の裏面に配設できる。例えば、送信及び受信トランスデューサを2〜3個のトランスデューサで構成できる。
前記面取り部のアール(R)は、通常、0.5mm以上である。
本発明には、X軸方向およびY軸方向に音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつX軸方向およびY軸方向の音響波を生成させるための少なくとも1つの送信トランスデューサと、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部位に形成され、かつ前記送信トランスデューサからの音響波を伝播媒体の表裏面に回り込ませて伝播させるための面取り部と、前記伝播媒体に取り付けられ、かつ前記面取り部を回り込んで伝播する音響波を利用してX座標およびY座標のタッチ位置を検出するための少なくとも1つの受信トランスデューサとを備えているタッチ位置検出装置も含まれる。
【0009】
このようなタッチパネルでは、音響波(超音波表面弾性波など)が伝播媒体の表面を直進する特性を利用しており、音響波はパネル端面の表面を回り込むとき、断面半円状表面を螺旋状に進行する。そのため、タッチパネルの裏面で生成した音響波は、パネルの縁部を回り込み、タッチ面である表面に導かれる。音響波が伝播媒体の表面を伝播する場合、伝播媒体が空洞であり、殻だけで構成されている伝播媒体について、その展開図を参照すると音響波の進行方向を容易に理解できる。例えば、図1に示されるように、球体1の球面上を進行する音響波の進行方向(矢印参照)は、球体1の中心を通る平面に沿ってカットしたとき、断面の線上と一致する。また、図2に示されるように、円柱状伝播媒体2の表面を音響波が進行する場合、矢印で示されるように、伝播媒体の表面を螺旋状に進行する。そのため、伝播媒体の端部又はコーナー部を面取りし、なだらかな表面(湾曲表面)に加工(面取り加工)すると、音響波は、殆ど損失することなく伝播媒体の表面及び裏面のうち一方の面から他方の面へ導くことができる。
なお、本明細書において「表面」とは、音響波が伝播する伝播媒体の表面近傍又は表層部を意味する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。
図3は本発明のタッチパネルの一実施例を示す概略平面図であり、図4は図3のIV−IV線概略断面図である。
図3に示すタッチパネル(又はタッチ位置検出装置)は、ガラスなどで形成され、かつ音響波が伝播可能な伝播媒体としての平面四角形状基板11と、この基板の裏面のうち、端部又はコーナー部に取り付けられ、かつ前記音響波を発信又は受信するためのトランスデューサ12a,12b,13a,13bとを備えている。送信トランスデューサは、X軸発信領域(基点領域)に配設された送信トランスデューサ12aと、Y軸発信領域(基点領域)に配設された送信トランスデューサ13aとで構成され、受信トランスデューサは、前記基板11のうちX軸発信領域と対向するX軸の受信領域に配設され、かつX座標のタッチ位置を検出するための受信トランスデューサ12bと、前記基板のうちY軸発信領域と対向するY軸の受信領域に配設され、かつY軸座標のタッチ位置を検出するための受信トランスデューサ13bとで構成されている。すなわち、前記基板11のX座標およびY座標のタッチ位置を検出するため一対の送信トランスデューサ12a,13aと、前記基板11のX座標およびY座標のタッチ位置を検出するため一対の受信トランスデューサ12b,13bとを備えている。
さらに、本発明のタッチパネル(位置検出装置)は、一対のX軸反射手段14と一対のY軸反射手段15を備えている。すなわち、一対のX軸反射手段14は、発信領域の発信トランスデューサ12aからX軸方向へ伝播する音響波を−Y軸方向へ反射するための第1のX軸反射手段14aと、前記基板11のうちこの第1のX軸反射手段と対向する側部に形成され、かつ−Y軸方向へ伝播する音響波を−X軸方向へ反射するための第2のX軸反射手段14bとで構成されている。また、一対のY軸反射手段15は、発信トランスデューサ13aからY軸方向へ伝播する音響波を−X軸方向へ反射するための第1のY軸反射手段15aと、前記基板11のうちこの第1のY軸反射手段と対向する側部に形成され、かつ−X軸方向へ伝播する音響波を−Y軸方向へ反射するための第2のX軸反射手段15bが形成されている。この例では、各反射手段は反射アレイで構成されている。これらの反射手段により、基板11の表示領域(反射手段で囲われた領域)のX軸及びY軸方向に音響波を伝播できる。
【0011】
そして、図4に示されるように、前記基板11の側面(基板の表裏面と側面とが交わるエッジ部)は全周に亘り面取りされてアール(R)加工され、面取り部16は断面半球面状に形成されている。そのため、X軸発信トランスデューサ12aからの音響波は、面取り部16を介して基板11の裏面側から表面側へ伝播し、基板11の表面側でX軸方向に伝播する音響波の一部は第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向へ反射される。基板11の表示領域を−Y軸方向へ伝播する音響波は第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向へ反射され、面取り部16を介して基板11の表面側から裏面側へ回り込み、前記基板11の裏面のうち受信領域の受信トランスューサ12bによりX軸方向のタッチ位置情報が検出される。一方、Y軸発信トランスデューサ13aからの音響波は、上記と同様に、面取り部16を介して基板11の裏面側から表面側へ伝播し、基板11の表面側では第1のY軸反射手段15aおよび第2のY軸反射手段15bにより反射され、面取り部16を介して基板11の表面側から裏面側へ回り込み、基板11の裏面の受信領域に配設された受信トランスューサ13bによりY軸方向のタッチ位置情報が検出される。受信信号は時間軸に沿って解析され、タッチ座標を検出する。
【0012】
このようなタッチパネルでは、基板11の表面には突起部が殆ど生成しない。そのため、厚みの薄いCLDモニタに対する適合性を高めることができるとともに、構成を簡素化できる。特に、回路構成及び信号処理を簡素化できる。
【0013】
図5は本発明の他の実施例を示す概略平面図であり、図6はコーナー部の面取り部における音響波の伝播方向を示す概念図である。なお、前記図3および図4と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
この例では、基板21のコーナー部が面取り加工されている。すなわち、平面四角形状の基板21のコーナー部は斜め方向に(各辺に対して約45°の角度で)切取られ、この傾斜コーナー部26の端面は、面取りによりアール(R)加工され、断面半円筒状の面取り部26が形成されている。
【0014】
図6に示されるように、隣接する辺が交差するコーナー部に形成した面取り部26により、X軸又はY軸方向に伝播する音響波を、基板(伝播媒体)21の表裏面においてY軸方向又はX軸方向に変換(反転)できる。すなわち、基板21の裏面のうち発信領域では、前記傾斜コーナー部に対して約45°の角度で音響波を伝播(発信又は受信)させている。X軸発信トランスデューサ22aおよびY軸発信トランスデューサ23aからの音響波は、基板21の裏面側から面取り部26を螺旋状に進行し表面側では、裏面側の進行方向に対して90°捩じれた方向、すなわちX軸方向又はY軸方向へ伝播する。基板21の表面側において、音響波は、X軸反射手段14a,14bおよびY軸反射手段15a,15bにより表示領域の全域を伝播する。−X軸方向又は−Y軸方向へ反射された音響波は、面取り部(傾斜コーナー部)26において、上記とは逆に、基板21の表面側から面取り部を螺旋状に進行し裏面側では、表面側の進行方向に対して90°捩じれた方向、すなわちY軸方向又はX軸方向へ伝播し、X軸受信トランスデューサ22bおよびY軸受信トランスデューサ23bで受信される。
【0015】
このようなタッチ位置検出装置では、基板のコーナー部を面取りしてアール加工し、トランスデューサの発信又は受信方向をコントロールすることにより構造を簡素化できる。しかも、前記と同様に、基板の表面に突起部が生成しないので、厚みの薄い表示装置に有効に適用でき、薄型の画像表示装置を形成できる。
【0016】
前記の例においては、一対の送信トランスデューサおよび一対の受信トランスデューサ(合計4個のトランスデューサ)が基板の裏面に配設されているが、少なくとも1つのトランスデューサが伝播媒体の裏面に配設できる。また、音響波伝播媒体の端面に形成された面取り部とコーナー部に形成された面取り部とを組合わせることにより、本発明ではトランスデューサの数を2〜3個に低減することもできる。伝播媒体の端面に形成された面取り部とコーナー部に形成された面取り部は、通常、伝播媒体のうち隣接する辺の端部に形成されている。
【0017】
図7は本発明のさらに他の実施例を示す概略平面図である。この例では、3つのトランスデューサが基板の表面に配設されている。
すなわち、基板31の表面のうちX軸方向の発信領域にはX軸発信トランスデューサ32aが配設され、この発信トランスデューサからの音響波は、X軸方向に進行して第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向に反射され、反射された音響波は第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向に反射され、基板31の表面のうちX軸方向の受信領域に配設されたX軸受信トランスデューサ32bにより検出される。
【0018】
一方、基板31の表面のうちY軸方向の発信領域(X軸方向の発信領域に隣接する部位)にはY軸発信トランスデューサ33aが配設され、この発信トランスデューサからの音響波は、−Y軸方向に進行して第2のY軸反射手段15bによりX軸方向に反射され、反射された音響波は第1のY軸反射手段15aによりY軸方向に反射される。
【0019】
基板31のうち第1のY軸反射手段15aに対する音響波の進行方向(反射手段を構成する反射アレイが配列されたY軸方向)の端部の端面には、アール加工された面取り部34が形成されているとともに、この面取り部に対して対向するY軸方向のコーナー部(端面の面取り部に隣接するコーナー部)には、前記図6と同様の傾斜面取り部35が形成されている。
【0020】
そのため、第1のY軸反射手段15aによりY軸方向に反射された音響波は、面取り部34を通じて基板31を表面側から裏面側へ回り込み、基板31の裏面を−Y軸方向へ伝播する。この伝播音響波は、傾斜面取り部35に到達して裏面側から表面側へ90°捩じれて進行し、基板31の表面では第2のX軸反射手段14bを−X軸方向へ通過して受信領域に配設されたX軸受信トランスデューサ32bで受信される。すなわち、1つの受信トランスデューサ32bによりX座標およびY座標に関する音響波を受信している。
【0021】
なお、単一のトランスデューサで音響波を検出しても、X軸方向に伝播する音響波の経路長とY軸方向に伝播する音響波の経路長とが相違するため、時間遅れが生じ、X成分およびY成分を分離して検出できる。
【0022】
図8は本発明の他の実施例を示す概略平面図である。この例では、3つのトランスデューサが基板の裏面に配設されている。
すなわち、基板41の裏面のうちX軸方向の発信領域にはX軸発信トランスデューサ42aが、基板41の側部外方(−X軸方向)を向いて配設されているとともに、発信トランスデューサ42aが向く基板41の端面(発信方向の端面)には面取り部44aが形成されている。前記発信トランスデューサ42aからの音響波は、−X軸方向に進行して面取り部44を介して基板41の表面でX軸方向に進行し、第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向に反射され、反射された音響波は第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向に反射される。−X軸方向に反射されて進行する音響波は、基板41のコーナー部に形成された前記図6と同様の傾斜面取り部45を通じて、90°の捩れで表面側から裏面側のY軸方向へ進行し、基板41の裏面側の受信領域に配設されたX軸受信トランスデューサ42bにより検出される。
【0023】
一方、基板31の裏面のうちY軸方向の発信領域(X軸方向の発信領域に隣接する部位)には、−Y軸方向の側部外方を向いてY軸発信トランスデューサ43aが配設され、この発信トランスデューサからの音響波は、−Y軸方向に進行して端面の面取り部44bにより表面側へ反転し、第2のY軸反射手段15bによりX軸方向に反射され、反射された音響波は第1のY軸反射手段15aによりY軸方向に反射される。
【0024】
基板31のうち第1のY軸反射手段15aが配列するY軸方向の端面には、アール加工された面取り部46が形成されているとともに、この面取り部に対する反対側のY軸方向のコーナー部(端面の面取り部に隣接するコーナー部)には、傾斜面取り部47が形成されている。
【0025】
そのため、第1のY軸反射手段15aをY軸方向に透過した音響波は、面取り部46を通じて基板41を表面側から裏面側へ回り込み、基板41の裏面を−Y軸方向へ伝播する。この伝播音響波は、傾斜面取り部47に到達して裏面側から表面側へ90°捩じれて進行し、基板41の表面では第2のX軸反射手段14bを透過して−X軸方向へ進行し、前記傾斜面取り部45により表面側から裏面側へ90°捩じれてY軸方向へ進行し,受信領域に配設された前記X軸受信トランスデューサ42bで受信される。すなわち、1つの受信トランスデューサ42bで、X軸方向およびY軸方向へ伝播した音響波を検出できる。
【0026】
さらに、図9および図10に示す実施例では、2個のトランスデューサ(1つの送信トランスデューサと1つの受信トランスデューサ)を用いてX座標およびY座標データを検出している。
すなわち、図9に示す例では、基板51の表面の発信領域に配設された発信トランスデューサ52からの音響波の一部は、第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向に反射され、第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向へ進行し、基板51の表面の受信領域にX軸方向へ向いて配設された受信トランスデューサ53により受信される。
【0027】
一方、第1のX軸反射手段14aを透過する音響波は、基板51の表面をX軸方向に進行し、コーナー部の傾斜面取り部54により90°捩れて裏面に回り込み、裏面において−Y軸方向に進行し、端面の面取り部55により裏面から表面に進行して第1のY軸反射手段15aにより−X軸方向へ反射される。−X軸方向へ反射された音響波は、第2のY軸反射手段15bにより−Y軸方向に進行し、コーナー部の傾斜面取り部56により表面側から裏面側へ90°捩れて回り込み、裏面側でX軸方向に進行する。基板51の裏面でX軸方向に進行する音響波は、端面の面取り部57により基板51の表面側に回り込み、基板51の表面において第2のX軸反射手段14bを透過して−X軸方向へ進行し、受信トランスデューサ53により受信される。
【0028】
図10に示すタッチパネルでは、基板61の裏面の発信領域に側部外方に向けて発信トランスデューサ62が配設されている。この発信トランスデューサからの音響波は、端面の面取り部64において表面側に回り込み、基板61の表面でX軸方向へ進行し、音響波の一部は第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向へ反射され、音響波の一部はX軸方向へ進行し、第1のX軸反射手段14aを透過する。
【0029】
−Y軸方向へ反射された音響波は、第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向に反射され、コーナー部の傾斜面取り部66により90°捩れて裏面側へ回り込み、基板61の裏面に−Y軸方向に向いて配設された受信トランスデューサ63で受信される。
【0030】
一方、第1のX軸反射手段14aを透過してX軸方向へ進行する音響波は、コーナー部の傾斜面取り部65において表面側から90°捩れて裏面側へ回り込み、裏面において−Y軸方向へ進行し、−Y軸方向の端面に形成された面取り部67を通じて基板61の表面側へ回り込み、Y軸方向へ進行する。Y軸方向へ進行する音響波は第1のY軸反射手段15aにより−X軸方向へ反射され、第2のY軸反射手段15bにより−Y軸方向へ進行する。−Y軸方向へ進行する音響波はコーナー部の前記傾斜面取り部66において表面から90°捩れて裏面に回り込み、基板61の裏面においてX軸方向へ進行し、X軸方向の端面に形成された面取り部68により表面に回り込み、第2のX軸反射手段14bを透過して前記コーナー部の傾斜面取り部66で90°の捩れで裏面に回り込み、−Y軸方向に向いて配設された前記受信トランスデューサ63で受信される。
【0031】
本発明では、面取り部を利用してX軸方向およびY軸方向の音響波を収束させることができるとともに、音響波をX軸方向およびY軸方向に分岐させることもできる。そのため、トランスデューサの個数を低減させることが可能である。 図11は本発明の他の例を示す概略平面図、図12は図11のV字状面取り部での音響波の伝播方向を示す概念図である。
【0032】
基板71の表面において各辺が交差する4つのコーナー部のうち対角するコーナー部の発信領域には、音響波を生成してX軸方向およびY軸方向へ伝播させるためのX軸発信トランスデューサ72aおよびY軸発信トランスデューサ72bがそれぞれ配設されている。
【0033】
これらの発信トランスデューサ72a,72bからの音響波の伝播方向(X軸およびY軸発信方向)とは逆方向(−X軸および−Y軸方向)のコーナー部には、角度約135°で広がるV字状の切込み部が形成され、このV字状切込み部は面取り加工され、隣接面取り部74a,74bとして形成されている。さらに、基板71の裏面のうち前記面取り部74a,74の内方部位(受信部位)には、V字状面取り部74a,74bに向けて受信トランスデューサ73が配設されている。
【0034】
このようなタッチパネルにおいて、X軸発信トランスデューサ72aからの音響波はX軸方向に伝播し、第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向へ反射されるとともに、第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向へ進行し、前記面取り部73aへ到達する。また、Y軸発信トランスデューサ72bからの音響波はY軸方向に伝播し、第1のY軸反射手段15aにより−X軸方向へ反射されるとともに、第2のY軸反射手段15bにより−Y軸方向へ進行し、前記面取り部73bへ到達する。各面取り部74a,74bの辺の角度θは、基板71の辺に対して67.5°程度である。また、受信トランスデューサ73の軸は、基板の各辺に対して約45°の角度、すなわち、各面取り部で回り込んで伝播する音響波の進行方向に対して約90°の角度で配設されている。
【0035】
そして、図12に示されるように、−X軸方向へ進行する音響波は、傾斜面取り部74aにおいて45°捩れて表面から裏面へ回り込み、前記受信トランスデューサ73へ収束する。また、−Y軸方向へ進行する音響波は、傾斜面取り部74bにおいて45°捩れて表面から裏面へ回り込み、前記受信トランスデューサ73へ収束する。そのため、面取り部74a,74bによりX軸及びY軸方向の音響波を収束させ、収束領域に配設された1つの受信トランスデューサ73で受信できる。
【0036】
図13は、図11および図12に示すタッチパネルの変更例を示す概略平面図である。この例では、(1)基板71の裏面において各辺が交差する4つのコーナー部のうち対角部位のコーナー部の発信領域に、音響波を−X軸方向および−Y軸方向へ伝播させて反転させるため、X軸発信トランスデューサ72aおよびY軸発信トランスデューサ72bが側部外方(−X軸方向,−Y軸方向)に向けてそれぞれ配設されている点、(2)各発信トランスデューサ72a,72bの発信方向(−X軸方向および−Y軸方向)の端面に面取り部75,76がそれぞれ形成され、音響波を基板71の裏面から表面に回り込ませてX軸方向およびY軸方向にそれぞれ伝播させている点を除いて、図11および図12に示すタッチパネルと同様に構成されている。
【0037】
図14および図15は、それぞれ、2つのトランスデューサを用いた例を示す概略平面図である。
図14に示すタッチパネルでは、基板81の裏面のうち発信領域に側部外方へ向けて配設された発信トランスデューサ82からの音響波は、端面の面取り部84を通じて基板81の表面に回り込み、X軸方向に進行する。X軸方向に進行する音響波の一部は、第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向へ反射され、反射された音響波は、第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向へ反射され、コーナー部のV字状の面取り部87aへ到達する。
【0038】
また、音響波の一部は、第1のX軸反射手段14aを透過してコーナー部の面取り部85に到達し、90°捩じれて表面から裏面の−Y軸方向へ進行し、端面の面取り部86により裏面から表面へ回り込んでY軸方向へ伝播し、第1のY軸反射手段15aにより−X軸方向へ反射される。−X軸方向へ反射された音響波は第2のY軸反射手段15bにより−Y軸方向へ導かれ、コーナー部のV字状面取り部87bへ到達する。
【0039】
そして、−X軸方向へ導かれ、かつV字状の面取り部87aへ到達したX軸音響波と、−Y軸方向へ導かれ、かつV字状の面取り部87bへ到達したY軸音響波は、V字状の面取り部87a,87bにおいて、それぞれ45°捩じれて表面から裏面へ進行して収束し、収束領域に配設された受信トランスデューサ83により受信される。
【0040】
図15に示す装置では、基板91の裏面のうち発信領域に側部外方へ向けて配設された発信トランスデューサ92からの音響波は、端面の面取り部94を通じて基板91の表面に回り込み、X軸方向に進行する。X軸方向に進行する音響波の一部は、第1のX軸反射手段14aにより−Y軸方向へ反射され、反射された音響波は、第2のX軸反射手段14bにより−X軸方向へ反射され、コーナー部のV字状の面取り部98aへ到達する。
【0041】
また、音響波の一部は、第1のX軸反射手段14aを透過してコーナー部の面取り部95に到達し、90°捩じれて基板91の表面から裏面の−Y軸方向へ進行し、端面の面取り部96により基板の裏面から表面へ回り込んでY軸方向へ伝播し、第1のY軸反射手段15aにより−X軸方向へ反射される。−X軸方向へ反射された音響波は側部端面の面取り部97により基板91の表面から裏面へ回り込んで−X軸方向に伝播し、さらに反対側の側部端面の面取り部94により基板91の裏面から表面に回り込んでX軸方向に伝播し、第2のY軸反射手段15bにより−Y軸方向へ反射され、コーナー部のV字状の面取り部98bへ到達する。
【0042】
そして、−X軸方向へ導かれ、かつV字状の面取り部98aへ到達したX軸音響波と、−Y軸方向へ導かれ、かつV字状の面取り部98bへ到達したY軸 音響波は、V字状の面取り部98a,98bにおいて、それぞれ45°捩じれて基板91の表面から裏面へ進行して収束し、収束領域に配設された受信トランスデューサ93により受信される。
【0043】
なお、前記送信トランスデューサと受信トランスデューサは互いに互換性がある。そのため、例えば、前記図11および図12に示す装置において、前記受信トランスデューサ73を送信トランスデューサとし、送信トランスデューサ72a,72bを受信トランスデューサとすると、分岐領域に配設された送信トランスデューサからの音響波を前記V字状面取り部によりX軸方向及びY軸方向に分岐させ、X軸方向からの音響波とY軸方向からの音響波を受信トランスデューサで受信できる。
【0044】
図16は本発明のさらに他の例を示す概略断面図であり、この例では、基板の側面にトランスデューサが配設されている。すなわち、基板(音響波伝播媒体)101の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面と、基板101の側面とが交差する角部(エッジ部)には、アール加工により面取り部102が形成され、前記基板101の側面には送信又は受信トランスデュサ103が配設されている。
【0045】
このようなタッチパネルでは、発信トランスデューサ103からの音響波を基板101の側面から表面(又は裏面)へ回り込ませて伝播できるとともに、表面(又は裏面)から伝播する音響波を側面へ回り込ませて受信トランスデューサ103で受信できる。そのため、基板101の表面および裏面に突起が生成するのを確実に防止できる。
【0046】
本発明のタッチパネル(タッチ位置検出装置)において、基板のコーナー領域において一方の表面から他方の表面へ音響波の進行方向を所定角度で捩じれさせて伝播するためには、V字状の切り込み部とは逆に、図17に示すように、基板のコーナー領域に外方へ三角形状の山形に突出し、かつ端面が面取りされた山形に突出部(山形状面取り部)を形成してもよい。図17は山形状面取り部での音響波の伝播方向を示す概念図である。
【0047】
この例では、基板111のコーナー域には、基板の側部(例えば、X軸反射手段の配設領域)を−X軸方向(又はX軸方向)へ進行する音響波の進行方向に対して交差する傾斜面取り部114aと、基板の側部(例えば、Y軸反射手段の配設領域)を−Y軸方向(又はY軸方向)へ進行する音響波の進行方向に対して交差する傾斜面取り部114bとで構成された山形状の面取り部が形成されている。なお、この山形状の面取り部は、前記V字状の面取り部と対称的に形成されており、傾斜面取り部114aと傾斜面取り部114bとの間の角度は135°程度に形成されている。また、傾斜面取り部114a,114bと基板111の辺との間の角度θは約22.5°である。
【0048】
そのため、−X軸方向(又はX軸方向)へ進行する音響波は、傾斜面取り部114aにおいて45°捩れて表面から裏面へ回り込み、前記受信トランスデューサ113へ収束する。また、−Y軸方向(又はY軸方向)へ進行する音響波は、傾斜面取り部114bにおいて45°捩れて表面から裏面へ回り込み、前記受信トランスデューサ113へ収束する。そのため、面取り部114a,114bによりX軸及びY軸方向の音響波を収束させ、収束領域に配設された1つの受信トランスデューサ113で受信できる。
【0049】
このように、本発明のタッチパネル(タッチ位置検出装置)は、X軸方向およびY軸方向に音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつX軸方向およびY軸方向の音響波を生成させるための少なくとも1つの送信トランスデューサと、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部位に形成され、かつ前記送信トランスデューサからの音響波を伝播媒体の表裏面に回り込ませて伝播させるための面取り部とを備えている。そして、少なくとも1つの受信トランスデューサにより、前記伝播媒体に取り付けられ、かつ前記面取り部を回り込んで伝播する音響波を受信し、X座標およびY座標のタッチ位置を検出することができる。
【0050】
本発明において、伝播媒体の面取り部のアール(R)は、基板の厚みに応じて選択でき、例えば、0.5mm以上(例えば、0.5〜5mm、好ましくは0.7〜5mm)、好ましくは1mm以上(例えば、1〜3mm)程度であってもよく、通常、1.2〜2.5mm程度である。
なお、伝播媒体(基板)の材質は音響波(弾性表面波、特に超音波弾性表面波)が伝播可能である限り特に制限されず、例えば、ガラス(ソーダライムガラス,ホウケイ酸ガラス,クラウンガラス,バリウム含有ガラス,ジルコニウム含有ガラス,ストロンチウム含有ガラスなど),セラミックス,金属(アルミニウムなど),音響減衰率の低いポリマーなどが利用できる。本発明では、発信トランスデューサから受信トランスデューサへの音響波の伝播距離が長くなる場合がある。そのため、基板(伝播媒体)は、低損失又は低減衰材料、例えば、周波数5.53MHzのレイリー波を伝播させたとき、減衰係数が0.5dB/cm以下(特に0.3dB/cm以下)の材料(例えば、ホウケイ酸ガラス,バリウム含有ガラス,ジルコニウム含有ガラス,ストロンチウム含有ガラスなど)で形成するのが好ましい。
伝播媒体の表面は、通常、平滑であり、伝播媒体は、通常、フラットパネル又は湾曲パネル(特に低曲率パネル)で構成されている。
【0051】
音響波を発信又は受信するためのトランスデューサとしては、慣用のトランスデューサ、例えば、圧電振動子と、断面三角形状のプラスチックなどとで構成されたクサビ型トランスデューサなどが使用可能である。なお、発信トランスデューサと受信トランスデューサの構造は、通常、使用の態様が異なる点を除いて実質的に同一であってもよい。
【0052】
本発明において、伝播媒体の端面を面取り(アールR加工)すると、伝播媒体の表裏面で、音響波の進行方向を実質的に変えることなく反転でき、コーナー部を面取りすると、伝播媒体の表裏面で、音響波の進行方向を変えて反転できる。また、コーナー部にV字状又は山形状の面取り部を形成すると、伝播媒体の一方の面を進行する音響波を他方の面で収束させたり、分岐させることができる。そのため、伝播媒体の端面及び/又はコーナー部のうち、音響波が回り込んで伝播する所望の部位を面取りしたり、伝播媒体の端面の少なくとも一部(又は全周)を面取りしてもよく、伝播媒体の4つのコーナー部の少なくとも1つのコーナー部(又は全てのコーナー部)を面取り加工してもよい。
前記のように、伝播媒体の端面に面取り部を形成すると、伝播媒体の表面と裏面との間で音響波を反転させる(すなわち、逆方向に進行させる)ことができ、基板のコーナー部に交差面取り部を形成すると、伝播媒体の表面と裏面との間で音響波を、例えば、約90°の角度で変更させて進行させることができる。
なお、コーナー部のV字状又は山形状の隣接する面取り部を利用してX軸 音響波とY軸音響波とを1つのトランスデューサで受信する必要はなく、隣接する各面取り部の角度を適当に選択し、X軸音響波とY軸音響波とをそれぞれ独立してトランスデューサで受信してもよい。
【0053】
さらに、送信トランスデューサからの音響波を受信トランスデューサにより有効に受信するため、音響波(特に超音波)の進行方向に対して交差する前記面取り部の幅は、トランスデューサの長さ(幅)よりも大きくするのが好ましい。具体的には、音響波の進行方向と面取り部とが直交する場合(基板の側部端面に面取り部を形成する場合など)、面取り部の幅はトランスデューサの幅よりも広く形成され、音響波の進行方向と面取り部とが直交する角度よりもθだけずれている場合(基板のコーナー部に面取り部を形成する場合など)、面取り部の幅は、トランスデューサの幅×cosθよりも広く形成される。
なお、伝播媒体の面取り部のアール(R)は、通常、断面半円形状(球面仕上げ)である。
【0054】
音響波を生成する手段は、通常、圧電振動子(セラミック圧電振動子やポリマー圧電振動子など)で構成されたバルク波生成手段を備えており、バルク波生成手段により生成したバルク波は、音響波トランスデューサ(ウエッジトランスデューサなど)により音響波に相互に変換される。
【0055】
音響波としては、縦波モード(longitudinal mode),表面に対して平行な振動方向を有する横波モード(horizontally polarized shear mode)、表面に対して垂直な面内に振動方向を有する横波モード(virtically polarised shear mode)から選択された少なくとも1つの発信成分を有する音響波が利用できる。好ましい音響波は、レーリー(Rayleigh)タイプの波、特に弾性表面波(中でも超音波弾性表面波)である。
【0056】
反射手段は前記反射アレイで構成する必要はなく、一部の音響波(弾性表面波など)が透過可能な1又は複数の反射片で構成できる。反射手段を構成する反射アレイは、伝播媒体の表面に凸部(ガラス,セラミックスや金属などで形成された凸部など)や溝などとして形成された反射アレイ素子の集合体(反射アレイ群)であってもよい。各反射アレイ素子は、通常、互いにほぼ平行に形成されており、反射片や各反射アレイ素子の角度は、音響波をX軸方向及びY軸方向に伝播させるため、通常、X軸又はY軸に対してほぼ45゜であってもよい。なお、反射アレイにおいて、アレイ素子の間隔(ピッチ)は、X軸やY軸方向へ音響波を反射させる場合、通常、音響波の進行方向へいくにつれて密に形成されている。反射片や反射アレイは、スクリーン印刷などを利用して形成できる。
【0057】
反射手段は、通常、音響波生成手段からの音響波の進路の少なくとも一部に沿って配置された一連のエレメント(第1の反射手段)と、第1の反射手段からの音響波の反射方向の軸を横切る進路に沿って配置された一連のエレメント(第2の反射手段)とで構成されている。
【0058】
本願明細書は、圧電振動子などによりバルク波を励起する工程、前記バルク波から変換された波動モードを有する音響波を生成する工程、前記音響波を前記伝播媒体の端面又はコーナー部において表面と裏面との間で回り込ませて、前記伝播媒体の裏面又は表面に伝播させる工程、伝播媒体の表面での音響波の摂動(タッチに伴って生じる音響波の乱れ)を検出する工程とで構成された、接触位置検出方法も開示する。この方法において、前記励起工程と、音響波の伝播工程との間に、音響波の一部を反射して伝播媒体の表面又は裏面に音響波を伝播させるための反射工程が介在していてもよい。
【0059】
この方法においては、音響波生成手段により生成した音響波を、X軸反射手段およびY軸反射手段を利用して、伝播媒体の表面のX軸およびY軸に沿って伝播させ、伝播媒体の表面での音響波の摂動を検出する方法において、伝播媒体の表面,裏面又は側面で音響波を生成させ、生成した音響波、又はX軸反射手段又はY軸反射手段により反射した音響波を、伝播媒体の端面又はコーナー部に形成された面取り部を通じて伝播媒体の表裏面で相互に回り込ませて伝播させる方法が採用できる。
【0060】
本発明のタッチパネル装置には、伝播媒体表面へのタッチに応答して、音声を発する音声生成手段や報知手段、タッチ位置を表示するための表示手段、タッチ位置に応答して表示領域の画像をコントロールするための制御手段(例えば、表示画面の切替や消去手段)、他の駆動装置の制御手段などを接続してもよい。 本発明のタッチパネル(タッチ式座標入力装置)は、ブラウン管などの曲面を有する通常のディスプレイのみならず、パネル表面がフラット又は低曲率のディスプレイ、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどにも好適に利用できる。
【0061】
【発明の効果】
本発明のタッチパネルでは、伝播媒体の表面での突起が生成するのを防止でき、厚みの薄い表示装置(LCDモニタなど)に対する適合性を高めることができるとともに、構成を簡素化できる。また、面取り部を利用することにより、トランスデューサの個数を2〜3個に低減することも可能である。さらに、回路構成及び信号処理を簡素化できる。
【0062】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例1
厚み2.8mmのソーダガラス基板を用い、図3に示す構造の10.4インチLCDモニター用タッチパネルを作製した。なお、トランスデューサとしては、紫外線硬化型接着剤を用いて、圧電振動子(共振周波数5.5MHz)が取付けられたプラスチック製くさび形トランスデューサ(高さ約3mm)を用いた。また、反射アレイは、特開昭61−239322号公報の記載に準じて、前記ガラス基板表面の周縁部においてX軸方向、Y軸方向に、それぞれ、一対の発振側反射アレイと受信側反射アレイとをガラスペーストを用いてスクリーン印刷により形成し、450℃で焼成することにより形成した。
【0063】
各圧電振動子の電極に半田付けにて電線ケーブルを接続し、それらの電線ケーブルを、コネクターを介して、コントローラーに接続した。コントローラーとしては、市販の超音波方式のコントローラー(タッチパネルシステムズ(株)製,1055E101)を用いた。コントローラーには、受信信号を解析して入力位置を検出するためのパーソナルコンピューターを接続した。
【0064】
比較例1
トランスデューサを基板の表面に取付ける以外、実施例1と同様にしてLCDモニター用タッチパネルを作製した。
比較例2
基板の表面のうち端部(発信および受信領域)に、外方が下降した傾斜面を形成(スロープ加工)し、この傾斜面にトランスデューサを取付けることによりトランスデューサによる突起部の高さを低減する以外、実施例1と同様にしてLCDモニター用タッチパネルを作製した。
【0065】
そして、上記タッチパネルの外形寸法とともに、基板の表面および裏面での特記の有無と高さ、相対信号強度を測定したところ、表1に示す結果を得た。なお、相対信号強度は、比較例1の信号強度を100として算出した。
【0066】
【表1】
Figure 0004024933
表1に示されるように、実施例のタッチパネルでは、信号強度が殆ど低下することなく、外形サイズを小さくできるとともに、基板表面での突起部がなく、LCDモニターへの適合性が高い。また、基板の裏面には、約3mm程度の突起が認められるものの、パネルの裏面とLCD表示装置との間には、クリアランスが形成されるので、実用的には何ら支障がない。
なお、ここ数年、LCDモニターは極めて薄く、表示領域に対して外径寸法は非常に小さくなっている。このようなLCDモニターのためのタッチパネルには、表示領域に対して外径寸法が小さく、しかも薄いことが要求される。本発明のタッチパネルは、このような要求に十分対応できる。
【0067】
実施例2
厚み2.8mmのソーダガラス基板を用い、図5に示す構造の15インチドーム型CRTモニター用タッチパネルを作製した。なお、トランスデューサ、反射アレイは前記と同様にして形成した。また、各圧電振動子の電極に半田付けにて電線ケーブルを接続し、それらの電線ケーブルを、コネクターを介して、コントローラーに接続した。コントローラーとしては、市販の超音波方式のコントローラー(タッチパネルシステムズ(株)製,1055E101)を用いた。コントローラーには、受信信号を解析して入力位置を検出するためのパーソナルコンピューターを接続した。
【0068】
なお、CRTモニターのブラウン管は、4つのコーナー部を面取りした長方形状をしており、このブラウン管に対応するタッチパネルでは、通常、3つのコーナー部にトランスデューサを配置するが、面取りした長方形状の基板では、トランスデューサを取付けるためのコーナー部にアール(R)が形成されているため、スロープ加工が困難となる。そのため、スロープ加工した基板についてタッチパネルは作製しなかった。
【0069】
比較例3
トランスデューサを基板の表面に取付ける以外、実施例2と同様にしてCRTモニター用タッチパネルを作製した。
【0070】
そして、前記実施例1と同様にしてタッチパネルを評価したところ、表2に示す結果を得た。なお、相対信号強度は、比較例3の信号強度を100として算出した。
【0071】
【表2】
Figure 0004024933
表2から明らかなように、実施例のタッチパネルでは、基板表面での突起部がなく、実用的に支障のないレベルの信号強度が得られた。また、基板の裏面には、突起が認められるものの、ブラウン管とパネルとの間には、通常、3mm程度のクリアランスが設けられるため、実用的には何ら支障がない。
なお、近年は、陰極管(CRT)モニターも、フラットで、曲率が大きくなる傾向を示す。また、モニターの前面カバーもブラウン管から大きく盛り上がることなく、ブラウン管と前面カバーとの隙間は狭くなる傾向にある。本発明のタッチパネルは、このような要求に十分対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明のタッチパネルにおける音響波の進行方向を説明するための概略図である。
【図2】図2は本発明のタッチパネルにおける音響波の進行方向を説明するための概念図である。
【図3】図3は本発明のタッチパネルの一実施例を示す概略平面図である。
【図4】図4は図3のIV−IV線概略断面図である。
【図5】図5は本発明の他の実施例を示す概略平面図である。
【図6】図6はコーナー部の面取り部における音響波の伝播方向を示す概念図である。
【図7】図7は3つのトランスデューサを用いた本発明の実施例を示す概略平面図である。
【図8】図8は3つのトランスデューサを用いた本発明の他の実施例を示す概略平面図である。
【図9】図9は2つのトランスデューサを用いた本発明の実施例を示す概略平面図である。
【図10】図10は2つのトランスデューサを用いた本発明の他の実施例を示す概略平面図である。
【図11】図11は本発明の他の例を示す概略平面図である。
【図12】図12は図11のV字状面取り部での音響波の伝播方向を示す概念図である。
【図13】図13は図11および図12に示すタッチパネルの変更例を示す概略平面図である。
【図14】図14は2つのトランスデューサを用いた例を示す概略平面図である。
【図15】図15は2つのトランスデューサを用いた例を示す概略平面図である。
【図16】図16は本発明のさらに他の例を示す概略断面図である。
【図17】図17は山形状面取り部での音響波の伝播方向を示す概念図である。
【符号の説明】
11,21,31,41,51,61,71,81,91,101,111…基板
12a,12b,13a,13b,22a,22b,23a,23b,32a,32b,33a,42a,42b,43a,52,53,62,63,72a,72b,73,82,83,93,103,113…トランスデューサ
14a,14b,15a,15b…反射手段
16,26,34,35,44〜47,54〜57,64〜68,74a,74b,75,76,84〜86,87a,87b,94〜98,102,114a,114b…面取り部

Claims (7)

  1. 音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつ前記音響波を発信又は受信するためのトランスデューサとを備えたタッチパネルであって、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部が面取りされており、面取り部を通じて、音響波伝播媒体の表面と裏面との間で音響波が相互に伝播可能であり、前記音響波伝播媒体の表面及び/又は裏面にトランスデューサを備えているタッチパネル。
  2. 音響波伝播媒体の表面及び裏面のうち少なくとも一方の面と、音響波伝播媒体の側面との角部が面取りされ、前記伝播媒体の側面にトランスデューサが配設されている請求項1記載のタッチパネル。
  3. 少なくとも1つのトランスデューサが伝播媒体の裏面に配設されている請求項1に記載のタッチパネル。
  4. 2〜3個のトランスデューサを備えている請求項1に記載のタッチパネル。
  5. 面取り部のアール(R)が0.5mm以上である請求項1に記載のタッチパネル。
  6. 音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつ前記音響波を発信又は受信するためのトランスデューサとを備えたタッチパネルであって、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部が面取りされており、伝播媒体のコーナー部に形成されたV字状の切込み部又は山形状の突出部と、この切込み部又は突出部に形成され、かつX軸方向及びY軸方向の音響波を収束可能又は音響波をX軸方向及びY軸方向に分岐可能な面取り部と、この面取り部の近傍のうち音響波の収束又は分岐領域に取り付けられたトランスデューサとを備えているタッチパネル。
  7. X軸方向およびY軸方向に音響波が伝播可能な媒体と、この伝播媒体に取り付けられ、かつX軸方向およびY軸方向の音響波を生成させるための少なくとも1つの送信トランスデューサと、前記伝播媒体の端面及び/又はコーナー部位に形成され、かつ前記送信トランスデューサからの音響波を伝播媒体の表裏面に回り込ませて伝播させるための面取り部と、前記伝播媒体に取り付けられ、かつ前記面取り部を回り込んで伝播する音響波を利用してX座標およびY座標のタッチ位置を検出するための少なくとも1つの受信トランスデューサとを備えているタッチ位置検出装置。
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