JP4151075B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信側素子部から送信される弾性表面波を伝播させて受信側素子部により受信することで接触体の接触表面における座標上の位置を得るためのタッチパネル装置に関する。

タッチパネル装置は、接触表面に接触体を接触させることで、その接触体の位置を得る構造のものである。この種のタッチパネルとしては、送信側の櫛歯電極から弾性表面波を発信して受信側の櫛歯電極により受信する構造のものが提案されている（たとえば特許文献１）。
実開昭６１−１１２４４４号公報（第４図）

特許文献１に記載されている座標検出装置は、タッチパネル装置として用いられているが、２つの送信側の励振用櫛歯電極と、２組の受信用の櫛歯電極を有している。
一方の励振用櫛歯電極から発信する弾性表面波は、対向する１組の受信用櫛歯電極で受信する。他方の励振用櫛歯電極から発信する弾性表面波は、対向するもう１組の受信用櫛歯電極で受信する構造である。
このために、２組の受信用櫛歯電極が必要であり、各組は複数の櫛歯電極部分から構成されていることから、この電気的な接続配線構造がかなり複雑になる。たとえば２０×２０のマトリックス座標を読み込むとするならば、２組の受信用櫛歯電極だけでも４０本の信号の接続配線が必要となり、基板の額縁部における配線の引き回しが課題となる。
そこで本発明は上記課題を解消し、受信用素子部の数を減らすことができ、構造の簡単化が図れるタッチパネル装置を提供することを目的としている。

上記目的は、第１の発明にあっては、送信側素子部から送信される弾性表面波を接触表面に伝播させて受信側素子部により受信することで、前記接触表面に接触した接触体の前記接触表面における位置を得るタッチパネル装置であって、基板と、第１方向にそって前記基板上に配置されて弾性表面波を送信する第１送信側素子部と、前記第１方向と直交する第２方向にそって前記基板上に配置されて弾性表面波を送信する第２送信側素子部と、前記第２方向にそって前記第２送信側素子部に対して間隔をおいて対向して前記基板上に配置されており、前記第２送信側素子部からの前記弾性表面波を受信させる受信側素子部と、前記基板上に配置されて前記第１送信側素子部からの前記弾性表面波を反射して前記受信側素子部に受信させるための反射体と、を備え、複数の前記受信側素子部が、前記第２方向にそって配列され、各前記反射体は、前記第１送信側素子部からの前記弾性表面波を、対応する前記受信側素子部に対して受信させるためにそれぞれ設定角度を変えてあることを特徴とするタッチパネル装置により、達成される。

第１の発明の構成によれば、第１送信側素子部は、第１方向にそって基板上に配置されて弾性表面波を送信する。第２送信側素子部は、第１方向と直交する第２方向にそって基板上に配置されて、弾性表面波を送信する。
受信側素子部は、第２方向にそって第２送信側素子部に対して間隔をおいて対向して基板上に配置されている。この受信側素子部は、第２送信側素子部からの弾性表面波を受信させる。
反射体は、基板上に配置されて、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して受信側素子部に受信させる。
これにより、受信側素子部は、１組で済み、受信側素子部は、第２送信側素子部からの弾性表面波を直接受信することができる。そして反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して受信側素子部へ受信させる。このことから、受信側素子部の数を減らして、電気的な配線構造を簡単化することができるとともに、基板上における受信側素子部の数が減るので、タッチパネルの構造が簡単になりコストダウンも図れる。
前記構成によれば、複数の受信側素子部は、第２方向にそって配列されている。
これにより、複数の受信側素子部は、第１送信側素子部からの弾性表面波と第２送信側素子部からの弾性表面波をそれぞれ受信することができる。
前記構成において、各反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を、対応する受信側素子部に対して受信させるように設定角度を変えてある。
これにより、各反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して各受信側素子部へ確実に受信させることができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、複数の前記反射体は、前記第１方向にそって前記第１送信側素子部に対して間隔をおいて対向して前記基板上に配置されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、複数の反射体は、第１方向にそって第１送信側素子部に対して間隔をおいて対向して基板上に配置されている。
これにより、複数の反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して受信側素子部に受信させることができる。

第３の発明は、第１の発明の構成において、各前記反射体は、複数の反射部分を有しており、前記複数の反射部分は、前記第２方向にそって間隔をおいて平行に配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、各反射体は、複数の反射部分を有している。これら複数の反射部分は、第２方向にそって間隔をおいて平行に配置されている。
これにより、各反射体の複数の反射部分により、第１送信側素子部からの弾性表面波は、より高い反射効率で反射して、より強い信号強度で受信側素子部に受信させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のタッチパネル装置１０の好ましい実施形態を示す平面図である。この
タッチパネル装置１０は、入力装置あるいは座標入力装置などとも呼ぶことができる。
図２は、図１のタッチパネル装置１０におけるＡ−Ａ線における断面構造例を示している。図３は、図１のタッチパネル装置１０におけるＢ−Ｂ線における断面構造例を示している。

図１ないし図３に示すように、タッチパネル装置１０は、表示装置２０、第１送信側素子部３１、第２送信側素子部３２、複数の反射体４１，４２，４３、そして複数の受信側素子部５１，５２，５３を有している。
図１において、縦方向をＸ方向とし、横方向をＹ方向としている。Ｘ方向は第１方向であり、Ｙ方向は第２方向である。
このタッチパネル装置１０は、指もしくはスタイラスのような接触体を接触表面１１に接触させることにより、接触体の接触表面１１における座標もしくは位置を検出することができる。このことからタッチパネル装置１０は、手書き入力装置に使用することもできる。

図１に示す第１送信側素子部３１、第２送信側素子部３２、反射体４１ないし４３、および受信側素子部５１ないし５３は、基板２１の上に配置されている。
図２に示すように、第１送信側素子部３１は、圧電体６１の上に形成されている。図２に示す反射体４１ないし４３は、圧電体６２の上に形成されている。
図３に示すように、第２送信側素子部３２は圧電体６３の上に形成されている。図３に示す受信側素子部５１ないし５３は、圧電体６４の上に形成されている。

図２と図３に示す圧電体６１ないし６４が、基板２１の上に配置されている。
表示装置２０は、基板２１を有している。この表示装置２０は、平面型のディスプレイ装置であり、たとえば液晶表示装置を採用することができる。基板２１は、たとえば透明なガラス基板である。圧電体６１ないし６４は、たとえばＺｎＯや、ＡｌＮ，ＰＺＴ（圧電性薄膜、ピエゾ）等により作ることができる。
図１においては、図示の簡単化のために圧電体６１ないし６４の図示は省略している。

図２と図３に示すように、圧電体６１ないし６４が、基板２１の４隅部分に四角形の枠状に形成されていて、圧電体６１ないし６４の間の基板２１の表面は、指もしくはスタイラスのような接触体を接触させるための接触表面１１である。図１ないし図３に示す実施形態は、略正方形もしくは長方形状の接触表面１１を有している。

第１送信側素子部３１と第２送信側素子部３２は、弾性表面波を励起するための櫛歯電極（ＩＤＴ；Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）である。
図１に示すように第１送信側素子部３１は、励起用の信号を付与するための第１櫛歯電極部３１Ａと、グランド側の第２櫛歯電極部３１Ｂを有している。同様にして、第２送信側素子部３２は、励起用の信号を付与するための第１櫛歯電極部３２Ａと、グランド側の第２櫛歯電極部３２Ｂを有している。第１櫛歯電極部３１Ａ，３２Ａは電気的に接続されている。第２櫛歯電極部３１Ｂ，３２Ｂも電気的に接続されている。
第１櫛歯電極部３１Ａは、駆動回路１００の励起用の信号１０１が供給されるように、駆動回路１００に接続されている。グランド側の櫛歯電極部３１Ｂは、駆動回路１００のグランド端子１０２に接続されている。

図１に示す受信側素子部５１，５２，５３は同じ形状を有している。受信側素子部５１ないし５３はそれぞれ信号を受信するための櫛歯電極部５１Ａ，５２Ａ，５３Ａを有している。受信側素子部５１ないし５３は、Ｙ方向に沿って、第２送信側素子部３２に対して間隔をおいて対向するようにして基板２１の上に形成されている。これらの櫛歯電極部５１Ａ，５２Ａ，５３Ａに対応するようにして、グランド用の櫛歯電極部５１Ｂ，５２Ｂ，５３Ｂがそれぞれ受信側素子部５１，５２，５３に設けられている。

櫛歯電極部５１Ａ，５２Ａ，５３Ａは、マルチプレクサ１０５の端子１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃにそれぞれ電気的に接続されている。櫛歯電極部５１Ｂ，５２Ｂ，５３Ｂは、駆動回路１００のグランド端子１０６に接続されている。
上述した第１送信側素子部３１、第２送信側素子部３２、受信側素子部５１ないし５３は、それぞれたとえばアルミニウム等の導体金属を蒸着もしくはスパッタリング等により薄膜状に形成した上で、たとえばフォトリソグラフィ等により形成することができる。

次に、図１に示す反射体４１ないし４３について説明する。
反射体４１ないし４３は、Ｘ方向にそって間隔をおいて配列されている。しかもこれらの反射体４１ないし４３は、第１送信側素子部３１に対して間隔をおいて対向するようにして基板２１の上に形成されている。反射体４１ないし４３は、たとえばアルミニウムのような導体金属を蒸着もしくはスパッタリング等により薄膜状に形成した上で、フォトリソグラフィ等により形成することができる。
特徴的なのは、反射体４１ないし４３は、第１送信側素子部３１から発信される弾性表面波を反射して、受信側素子部５１ないし５３に対してそれぞれ受信させる機能を有していることである。

反射体４１は、直線Ｌに対して傾斜角度θ１で傾けて形成されている。同様にして反射体４２は、直線Ｌに対して傾斜角度θ２だけ傾けて形成されている。反射体４３は、直線Ｌに対して傾斜角度θ３により傾けて形成されている。この直線Ｌは第２方向であるＹ方向と平行な方向である。
傾斜角度θ１ないしθ３は、反射角とも言い、たとえばこの傾斜角度は１０度ないし４５度の範囲で設定されることが望ましい。図１の例では反射体４１ないし４３の合計３つが配置されているが、傾斜角度θ１が最も大きく、その次に傾斜角度θ２が大きくそして傾斜角度θ３が最も小さい。

図１において、第２送信側素子部３２が発生する弾性表面波２００は、直接対応する受信側素子部３１に受信することができる。
これに対して、第１送信側素子部３１が発生する弾性表面波２０１は、対応する反射体４１ないし４３のいずれかで反射して、対応する受信側素子部５１に対して導かれて受信側素子部５１ないし５３のいずれかにより受信させるようになっている。

図４ないし図６は、接触表面１１の上に接触体４００が接触している様子の例を示している。図４の例では、接触体４００は、反射体４１と受信側素子部５１に対応する位置に接触している。図５の例では、接触体４００は反射体４２と受信側素子部５２に対応した位置に接触している。図６の例では、接触体４００は反射体４３と受信側素子部５２に対応した位置に接触している。

図７は、タッチパネル装置１０が備えている回路の例を示している。タッチパネル装置１０の回路は、駆動回路１００とマルチプレクサ１０５と、Ａ／Ｄコンバータ（アナログデジタル変換機）１２０、検出回路１２１、ＣＰＵ（中央処理装置）１２２を有している。
マルチプレクサ１０５の端子１０５Ｄは、Ａ／Ｄコンバータ１２０を介して検出回路１２１に接続されている。検出回路１２１はＣＰＵ１２２に接続されている。駆動回路１００は、ＣＰＵ１２２の指令により、図１に示す第１櫛歯電極部３１Ａと第２櫛歯電極部３２Ａに対して同時に励起用信号１０１を供給するようになっている。

図７のマルチプレクサ１０５の端子１０５Ｄは、端子１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃに対して順次接続するものである。櫛歯電極部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから得られる受信信号は、端子１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃに伝わる。マルチプレクサ１０５の端子１０５Ｄは、端子１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃを順次切り換えていくことにより、櫛歯電極部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが受信した信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２０によりアナログデジタル変換される。アナログデジタル変換された信号は、検出回路１２１により信号の検出の確認を行い、ＣＰＵ１２２に伝えることで、ＣＰＵ１２２は、受信側素子部５１，５２，５３のどれに信号を受信したかを判別する。

次に、ＣＰＵ１２２が図４ないし図６の例のように接触表面１１において接触体４００の位置を検出する例について説明する。
図４の例では、接触体４００は、反射体４１と受信側素子部５１に対応する位置に接触している。つまり接触体４００は、接触表面１１のポジションＰ１に接触している。
図４ないし図６のいずれの場合においても、第１送信側素子部３１の第１櫛歯電極部３１Ａと、第２送信側素子部３２の第１櫛歯電極部３２Ａには、同時に駆動回路１００から励起用信号２０１が供給される。
このために、第１送信側素子部３１と第２送信側素子部３２は、同時に弾性表面波２０１と弾性表面波２００をそれぞれ励起する。弾性表面波２０１はＹ方向に励起されて接触表面１１を伝播していく。弾性表面波２００はＸ方向にそって接触表面１１を伝播していく。

図４の例では、接触体４００はポジションＰ１にあるので、弾性表面波２０１は、ポジションＰ１において減衰して反射体４１に進み、反射体４１により反射されて受信側素子部５１により受信することができる。これと同時に、弾性表面波２００は、ポジションＰ１において減衰した後、直接受信側素子部５１に受信することができる。
受信側素子部５１は、接触体４００により減衰した弾性表面波２０１と減衰した弾性表面波２００を受信することができるので、図７に示すＣＰＵ１２２は、接触体４００がポジションＰ１に位置されていることを判別することができる。
この他の受信側素子部５２，５３は、反射体４２，４３を用いて、減衰していない弾性表面波２０１を単に受信するとともに、減衰していない弾性表面波２００も単に受信するだけである。

図５の例では、接触体４００の接触表面１１のポジションＰ２に位置決めされていることから、弾性表面波２０１は、ポジションＰ２において減衰された後に、反射体４２により反射されて受信側素子部５２により受信される。弾性表面波２００は、ポジションＰ２に減衰された後に、直接受信側素子部５２に受信することができる。

これによって、受信側素子部５２は、減衰した弾性表面波２０１と減衰した弾性表面波２００を受信することができるので、図７のＣＰＵ１２２は接触体４００がポジションＰ２に位置されたことを判別することができる。
この場合に受信側素子部５１，５３は、反射体４１，４３により減衰していない弾性表面波２０１を受信することができるとともに、減衰していない弾性表面波２００は、直接受信側素子部５１，５３に受信することができる。

図６の例では、接触体４００は、接触表面１１のポジションＰ３に位置決めされている。これにより、減衰した弾性表面波２０１は、反射体４３により反射して受信側素子部５３により受信することができる。弾性表面波２００は、ポジションＰ３で減衰した後に直接受信側素子部５２に受信することができる。このことから受信側素子部５３は減衰した弾性表面波２０１を受信でき、受信側素子部５２は減衰した弾性表面波２００を受信することができる。
これによって、図７のＣＰＵは、接触体４００がポジションＰ３に位置されていることを判別することができる。

図８は、接触体が接触表面に接触していない状態と接触した状態における損失の大きさの例を示している。
図８（Ａ）では、接触体が接触表面に接触していない状態を示していて、この場合の損失は、図８（Ｂ）に示す接触体が接触した状態に比べて小さくなっている。図８（Ｃ）は、時間に対する波の強さの変化を示している。接触体が接触表面に接触した場合には、波の強さはｔ１の時点において、低下している。

図９は、本発明の別の実施形態を示している。
図９の実施形態では、図１ないし図３に示す実施形態と同じ構造であるが、さらにその構造に加えて基板２１の接触表面１１の上に樹脂膜４５０が設けられている。この樹脂膜４５０は、たとえば透明のポリエステル膜等である。この樹脂膜４５０が接触表面１１の上に配置されていて、樹脂膜４５０は、サポート部材４５１により、接触表面１１から離れて保持されている。これによって、指もしくはスタイラスのような接触体４００が樹脂膜４５０に触れると、Ｄ方向に窪んで接触表面１１に触れる。このことから、接触体４００によりクリック感を出すことができる。しかも樹脂膜４５０が接触表面１１を覆っているので、接触表面１１が傷つくのを防ぐことができる。もし接触表面１１が傷等の損傷を受けると、弾性表面波２００，２０１の伝播に影響を与えるので、接触体の正確な位置が検出できなくなる恐れを防ぐことができる。
このタッチパネル装置１０は、下部電極６５０を有している。この下部電極６５０は、圧電体６１，６２と基板２１の間に配置されている。

図１０は、本発明のさらに別の実施形態を示している。図１０の実施形態が図１に示す実施形態と異なるのは、反射体４１，４２，４３の構造である。図１０の実施形態のその他の構成要素は、図１に示す実施形態の対応する構成要素と同じであるのでその説明を用いることにする。
図１０の反射体４１ないし４３は、それぞれたとえば３つの反射部分を有している。すなわち、反射体４１は３つの反射部分４１Ａないし４１Ｃを有している。反射体４２は、３つの反射部分４２Ａないし４２Ｃを有している。反射体４３は、３つの反射部分４３Ａないし４３Ｃを有している。
このように、各反射体４１ないし４３を複数の反射部分により構成することにより、第１送信側素子部３１から励起される弾性表面波２０１Ａないし２０１Ｃは、それぞれ高い反射効率で反射体４１ないし４３により反射させて信号強度を強くした状態で受信側素子部５１ないし５３に受信させることができるというメリットがある。

本発明の実施形態では、受信側素子部は、１組で済み、受信側素子部は、第２送信側素子部からの弾性表面波を直接受信することができる。そして反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して受信側素子部へ受信させる。このことから、受信側素子部の数を減らして、電気的な配線構造を簡単化することができるとともに、基板上における受信側素子部の数が減るので、タッチパネルの構造が簡単になり、電気配線の実装が簡単でありコストダウンも図れる。複数の反射体は、第１送信側素子部からの弾性表面波を反射して受信側素子部に受信させることができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、たとえば反射体の数や反射体の角度、受信側素子部の数は、適宜変更することができる。反射体の数および受信側素子部の数はそれぞれ同じ数であることが望ましいが、数が増えれば増えるほど、接触表面における接触体の接触位置の検出精度が高まる。
たとえば図２に示す表示装置２０は、液晶表示装置に限らず、たとえば他の種類の平面型の表示装置としてのＳＥＤ（表面電界ディスプレイ）などのＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）やプラズマディスプレイ装置であっても勿論構わない。
本発明の実施形態において基板２１は、基材とも呼ぶことができる。基板２１は、表示装置の一部分である例を示しているが、これに限らず基板２１の下部には表示装置以外のものが配置されていても構わない。

本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。

本発明のタッチパネル装置の好ましい実施形態を示す平面図。 図１のタッチパネル装置のＡ−Ａ線における断面図。 図１のタッチパネル装置のＢ−Ｂ線における断面図。 接触体が接触表面のポジションＰ１に接触した状態を示す図。 接触体が接触表面のポジションＰ２に接触した状態を示す図。 接触体が接触表面のポジションＰ３に接触した状態を示す図。 本発明のタッチパネル装置の回路部分を示す図。 接触していない状態と接触した状態における損失の例と、波の強さの例を示す図。 本発明のタッチパネル装置のＡ−Ａ線における別の実施形態を示す図。 本発明のさらに別の実施形態を示す平面図。

符号の説明

１０・・・タッチパネル装置、１１・・・接触表面、２１・・・基板、３１・・・第１送信側素子部、３２・・・第２送信側素子部、４１，４２，４３・・・反射体、５１，５２，５３・・・受信側素子部、２００，２０１・・・弾性表面波、４００・・・接触体、Ｘ・・・第１方向、Ｙ・・・第２方向

Claims (3)

1. 送信側素子部から送信される弾性表面波を接触表面に伝播させて受信側素子部により受信することで、前記接触表面に接触した接触体の前記接触表面における位置を得るタッチパネル装置であって、
   基板と、
   第１方向にそって前記基板上に配置されて弾性表面波を送信する第１送信側素子部と、
   前記第１方向と直交する第２方向にそって前記基板上に配置されて弾性表面波を送信する第２送信側素子部と、
   前記第２方向にそって前記第２送信側素子部に対して間隔をおいて対向して前記基板上に配置されており、前記第２送信側素子部からの前記弾性表面波を受信させる受信側素子部と、
   前記基板上に配置されて前記第１送信側素子部からの前記弾性表面波を反射して前記受信側素子部に受信させるための反射体と、
   を備え、
   複数の前記受信側素子部が、前記第２方向にそって配列され、
   各前記反射体は、前記第１送信側素子部からの前記弾性表面波を、対応する前記受信側素子部に対して受信させるためにそれぞれ設定角度を変えてあることを特徴とするタッチパネル装置。
2. 複数の前記反射体は、前記第１方向にそって前記第１送信側素子部に対して間隔をおいて対向して前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 各前記反射体は、複数の反射部分を有しており、前記複数の反射部分は、前記第２方向にそって間隔をおいて平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。

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