(57)【要約】【課題】表面波トランスデューサーの中心周波数の温度特性による伝搬弾性表面波検出強度の不安定性を解消する表面波タッチパネルの駆動方法を提供すること。【解決手段】弾性表面波励振用のすだれ状電極１０３に入力される入力周波数を、周期的に周波数変調させる事で周波数変動をあたえる手順と、弾性表面波励振用すだれ状電極１０３と弾性表面波検出用すだれ状電極１０５にて構成されるバンドパスフィルターの室温における中心周波数を、前記入力周波数の変動内に設定する手順を有することを特徴とした表面波タッチパネルの駆動方法とする。【選択図】　　図１
2004062260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上の周囲に、複数のバイアス電極とグランド電極で構成されるすだれ状電極を表面上に形成され、固着アレイ化される圧電板の圧電効果によって、前記透明基板上に弾性表面波を励振させる機能を持ち、さらに、指先または他の物質の透明基板上の接触によって、励振表面波の伝播強度の強度変化を検出して接触位置を特定する機能をもった表面波タッチパネルであって、前記弾性表面波励振用のすだれ状電極に入力される入力周波数を、周期的に周波数変調させる事で周波数変動をあたえる手順と、
前記弾性表面波励振用すだれ状電極と弾性表面波検出用すだれ状電極とから構成されるバンドパスフィルターの室温における中心周波数を、前記入力周波数の変動内に設定する手順を含むことを特徴とした表面波タッチパネルの駆動方法。
【請求項２】
前記弾性表面波励振用すだれ状電極に入力される周波数の変動周期内で、前記弾性表面波検出用すだれ状電極より出力される信号強度成分の最大値を検出する事を特徴とした請求項１記載の表面波タッチパネルの駆動方法。
【請求項３】
前記弾性表面波励振用すだれ状電極に入力される周波数の最大値は、前記バンドパスフィルターの中心周波数の温度変化による最大値以上とすると共に、前記弾性表面波励振用すだれ状電極に入力される周波数の最小値は前記バンドパスフィルターの中心周波数の温度変化による最小値以下にした事を特徴とした請求項１または請求項２記載の表面波タッチパネルの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、パソコンＣＲＴ等の表示テ゛ハ゛イスに利用されるタッチパネル、特に弾性表面波を利用した弾性表面波タッチパネルの弾性表面波駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タッチパネルの機能は、人体指先または他の物質等の媒体をタッチパネル表面の特定位置に接触させ、その接触位置を検出する事にある。
【０００３】
従来のタッチパネルは、抵抗膜及び導電性フィルムを使用する方法と弾性表面波を使用する方法に大別されている。まず抵抗膜を用いる方法では、透明導電性フィルムに接触することにより、その透明導電性フィルムの抵抗値が変化することを利用したものであり、小型化及び薄型化が可能であり、しかも低消費電力化も可能であるものの、応答時間，感度，耐久性等の点で問題を有している。さらに抵抗膜や導電性フィルムを透明基板に貼り付けるために、光の透過率が著しく低下してしまい表示品質が劣化するという欠点があった。
【０００４】
それに対して、弾性表面波方式は弾性表面波を透明基板上に励振させ、その弾性表面波の伝搬特性が媒体接触によって変化する事を利用している。それゆえ、光の透過率が非常に高くなるので、表示品質が劣化しないばかりか、応答時間、感度、耐久性等の点も優れている。この弾性表面波を励振させるための手段として、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に透明基板を励振する方法が採用されている。この方式は透明基板を間接的に励振し、かつ非圧電基板周辺部に配置された反射アレイで弾性表面波を２回反射させる方式である。そのため、弾性表面波の損失が大きく、トランスデューサの駆動電圧を高くする必要があり、低消費電力化が困難であった。また、くさび形トランスデューサが存在する事が原因で、テ゛ハ゛イスの小型化及び薄型化が困難である事が指摘されている。
【０００５】
以上のように、弾性表面波方式のタッチパネルは、光の透過率及び耐久性などの観点では、優れているものの、小型化，薄型化及び低消費電力化の観点では大きな問題があり、近年とみに発展が著しい携帯機器には搭載が困難な状況にあった。
【０００６】
この問題を解決するために、従来のくさび形トランスデューサを用いた弾性表面波の励振構造に対して、すだれ状電極が形成された圧電板を直接透明基板の周囲端部に固着アレイ化する事で、透明電極基板表面に弾性表面波を伝搬させる方式が提案されている。
【０００７】
図２は本方式に係る弾性表面波タッチパネルの位置検出原理を説明するための概念図である。図において、ガラス等の透明基板２０１の周囲端部に圧電板２０２が固着アレイ化されており、おのおの対向する２つの圧電板で一個のチャネルを形成している。このアレイ化された圧電板２０２によって、たとえば透明基板２０１の表面を伝搬する伝搬弾性表面波２０３と伝搬弾性表面波２０４の交叉点Ｘ２０５を指２０６等で触る事によって、伝搬弾性表面波２０３と伝搬弾性表面波２０４の双方の伝搬特性が阻害され、その結果、指２０６の接触位置が検出できる。これが、本方式に係る弾性表面波タッチパネルの検出原理である。
【０００８】
図３は本方式に係る弾性表面波タッチパネル上の弾性表面波の励振原理を説明する図であって、弾性表面波が伝搬する一個のチャネルの模式図である。透明基板上２０１の対向する端部には、２個の圧電板が固着されている。一方が波励振用圧電板３０２であり、その表面上には励振用すだれ状電極３０３が形成されている。このもう一方は、検出用圧電板３０４であり、その表面上には検出用すだれ状電極３０５が形成されている。検出用圧電板３０４の厚み及び表面に形成されている検出用すだれ状電極３０５の周期長は励振用圧電板３０２の厚みと励振用すだれ状電極３０３の周期長と等しい。励振用すだれ状電極３０３には励振用発振器３０６が接続されており、この励振用発振器３０６より周波数信号が励振用すだれ状電極３０３に入力されると透明基板２０１に伝搬弾性表面波３０８が発生し、検出用すだれ状電極３０５に接続された検出回路３０７にて、その伝搬強度が検出される。
【０００９】
図４は図３記載の伝搬弾性表面波３０８の特性を説明する為の特性図である。図３の励振用発振器３０６で発生する発振周波数を横軸、検出用すだれ状電極３０５に到達する伝搬弾性表面波３０８の強度すなわち挿入損失を縦軸にとり、伝搬弾性表面波３０８の挿入損失の周波数依存性を図示した特性図すなわち、挿入損失特性の図である。この挿入損失特性は、ある特定の周波数で頂点すなわち、最大の伝搬効率を示す。すなわち、図３記載の弾性表面波トランスデューサーの構成を電気的な観点から説明すれば、バンドパスフィルターの通過特性と同じである。この構成では、表面波の最大伝搬効率（最小挿入損失）となる周波数が中心周波数４０１である。この中心周波数４０１は図３記載の圧電板の物性値と厚み、すだれ状電極の周期長さらには透明基板２０１の物性値によって決定される。図３記載の励振用発振３０６の発振周波数を中心周波数４０１に設定する事によって、検出回路３０７にて検出される信号値及びそのセンシング感度は最大となるばかりでなく、雑音の少ない明瞭な信号が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２、図３及び図４で説明した本方式に係る表面波タッチパネルの構成とその駆動方法において、もっとも重要な点は表面波トランスデューサーの構成で決定される中心周波数である事は、言うまでもない。前述したように、図４記載の中心周波数４０１は表面波トランスデューサーを構成する圧電板の物性値と厚み、すだれ状電極の周期長さらには透明基板２０１の物性値によって決定されるので、温度依存性を持つ事になる。この中心周波数３０１の温度依存性を説明する為の概念図が図５である。
【００１１】
図５において縦軸が中心周波数、横軸が温度である。本図記載の温度依存性５０１は温度の増加にしたがって中心周波数が増加する例である。すなわち、温度依存性５０１の点Ａ５０２は室温状態を示す状態であり、温度はＴｏ、その時の中心周波数はＦｏである。また、点Ｂ５０３は高温状態を示しており、温度はＴ１であり、中心周波数はＦ１である。さらに点Ｃ５０４は低温状態を示しており、温度はＴ２であり、中心周波数はＦ２ある。以上のように、中心周波数が温度に対して変化すると、図３で説明した励振用発振器３０６の発振周波数においても、温度変化させる事が必要となる。しかし、図４記載の挿入損失特性をみればわかるとおり、その挿入損失特性は中心周波数４０１近傍で非常に鋭いピーク形状を示しているので、わずかな周波数のずれがあってもその伝搬効率は大きく減少する事になってしまう。それゆえ、図３の励振用発振器３０６の発振周波数の温度依存性と図５記載の中心周波数の温度依存性５０１を一致させる必要がある。
【００１２】
しかし、本タッチパネルの生産工程上、中心周波数の温度依存性は少なからずバラツキをもっており、励振用発振器の発振周波数とタッチパネルの中心周波数の温度依存性を全数検査する必要があった。さらに、図２にて説明したように、複数対の表面波トランスデューサーが存在するために正確に励振用発振回路の発振周波数とその中心周波数の温度依存性を一致させる事は非常に困難であり、製造上大きな問題であるばかりでなく、各チャネルの伝搬特性が大きくバラツキをもってしまい性能上の問題もあった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するために、励振用発振器の発振周波数を、室温の中心周波数を中心にして周期的に周波数変調させる駆動方法を採用する。すなわち、励振用発振器に周波数変調機能を付加させる駆動方法を採用した。図６は、本発明に係る表面波タッチパネルの励振周波数の周波数変調を説明する特性図であって、横軸は時間であり、縦軸は励振用発振器の発振周波数である。図６において、励振用発振器の発振周波数の周波数変調による周波数変動曲線６０１は、変調周期６０２をもつ周期的変動曲線であり、その値はＰである。この変調周期６０２内で、発振周波数は最大値６０３、最小値６０４をもっている。この最大値６０３の値Ｆａは、図５記載の高温側の温度Ｔ１における、中心周波数Ｆ１以上の値になるように設定されている。すなわち、
【００１４】
【数１】
2004062260.tif 000003
【００１５】
が成立している。
さらに最小値６０４の値Ｆｂは、図５記載の低温側の温度Ｔ２における、中心周波数Ｆ２以下の値になるように設定されている。すなわち、
【００１６】
【数２】
2004062260.tif 000004
【００１７】
が成立している。
それゆえ、発振周波数が図５記載の室温Ｔｏにおける中心周波数Ｆｏと等しくなる点が、図記載のごとく必ず２箇所、変調周期６０２で規定される時間領域に存在する。すなわち図中の点Ｇ６０５と点Ｈ６０６の２点であり、その時刻がｍ０とｍ１である。つぎに、発振周波数が図５記載の高温側の温度Ｔ１における中心周波数Ｆ１と等しくなる点も、図記載のごとく必ず２箇所、変調周期６０２で規定される時間領域に存在する。すなわち図中の点と点６０７と点６０８の２点であり、その時刻がｍ２とｍ３である。さらに、発振周波数が図５記載の低温側の温度Ｔ２における中心周波数Ｆ２と等しくなる点も、図記載のごとく必ず２箇所、変調周期６０２で規定される時間領域に存在する。すなわち図中の点Ｋ６０９と点Ｌ６１０の２点であり、その時刻がｍ４とｍ５である。
【００１８】
この図６で説明した周波数変調された信号を励振用発振周波数として図３記載の表面波トランスデューサーに入力すると、図７にて示す概念的な特性図が得られる。図において、縦軸は信号強度であり、横軸は時間である。
【００１９】
図７は、室温状態すなわち温度Ｔ０、高温状態すなわち温度Ｔ１、低温状態すなわちＴ２の三状態での出力特性を図示している。これらの出力特性は時間に対して周期性を持っており、その周期は図６にて説明した変調周期６０２と同じであり、その値はＰである。すなわち、出力特性７０１は温度Ｔ０、出力特性７０２は温度Ｔ１及び出力特性７０３は温度Ｔ２での出力特性である。これら３個の出力特性はおのおの２個の極大値を図６記載の変調周期６０２内で持つ。すなわち、出力特性７０１の極大値は点７０４と点７０５であり、この二点は図５記載の室温Ｔｏにおける中心周波数Ｆｏと等しくなる点に対応している。この点７０４と点７０５の出現時刻は図６記載のｍ０とｍ１に等しい。つぎに、出力特性７０２の極大値は点７０６と点７０７であり、この二点は図５記載の室温Ｔ１における中心周波数Ｆ１と等しくなる点に対応している。この点７０６と点７０７の出現時刻は図６記載のｍ２とｍ３に等しい。さらに、出力特性７０３の極大値は点７０８と点７０９であり、この二点は図５記載の室温Ｔ２における中心周波数Ｆ２と等しくなる点に対応している。この点７０８と点７０９の出現時刻は図６記載のｍ４とｍ５に等しい。
【００２０】
これらの出力特性が持つ総計６個の極大値は、励振弾性表面波の伝搬が阻害されると小さくなる。それゆえ、この極大値の減少を検出する事で、本発明に係る表面波タッチパネルの接触位置検出が可能となる。しかも、図４記載の中心周波数が温度変化しても、変調周期を中心周波数の変化量よりも大きくする事で、極大値は必ず変調周期内に存在させる事が可能となる。それゆえ、励振用発振回路の発振周波数とその中心周波数の温度依存性を正確に一致させなくても安定した検出強度が実現できるばかりでなく、製造上の大きな問題であった各チャネルの伝搬特性の大きなバラツキも解消できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る弾性表面波タッチパネルの駆動の実施の形態を説明する図であって、弾性表面波が伝搬する一個のチャネルを用いた構成図である。
透明基板上１０１の対向する端部には、２個の圧電板が固着されている。一方が励振用圧電板１０２であり、その表面上には励振用すだれ状電極１０３が形成されている。もう一方は、検出用圧電板１０４であり、その表面上には検出用すだれ状電極１０５が形成されている。検出用圧電板１０４の厚み及び表面に形成されている検出用すだれ状電極１０５の周期長は励振用圧電板１０２の厚みと励振用すだれ状電極１０３の周期長と等しい。以上透明基板１０１、励振用圧電板１０２、励振用すだれ状電極１０３、検出用圧電板１０４及び励振用すだれ状電極１０５にて表面波トランスデューサー１０６が構成されている。表面波トランスデューサー１０６の励振用すだれ状電極１０３には発振器１０７が接続されている。
【００２２】
さらに、この励振用発振器１０７には周波数変調のための周波数変調器１０８が接続されている。この周波数変調器１０８の変調周期はＰである。発振器１０７と周波数変調器１０８にて周波数変調型励振用発振器１０９が構成されている。この周波数変調型励振用発振器１０９の発振周波数の最大値Ｆｍａｘ及び最小値Ｆｍｉｎは、
【００２３】
【数３】
2004062260.tif 000005
【００２４】
となるように設定されている。ここで、Ｆ０は表面波トランスデューサー１０６の室温での中心周波数である。また、表面波トランスデューサー１０６の製品仕様上の規格温度範囲内の中心周波数の最大値をＦ１、最小値をＦ２とすると
【００２５】
【数４】
2004062260.tif 000006
【００２６】
が規格温度範囲内で成立するように、ΔＦ１及びΔＦ２が設定されている。以上のように構成された周波数変調型励振用発振器１０９によって表面波トランスデューサー１０６の透明基板１０１上には伝搬弾性表面波１１０が発生する。この伝搬弾性表面波１１０の伝搬強度は検出回路１１１にて検出される。この時、検出回路１１１にて検出される伝搬強度の変化は図７で説明したように変調周期Ｐと同じ周期で周期変動し、その周期変動内の極大値の変化として検出される。
【００２７】
【発明の効果】
図１記載の駆動方法を採用する事によって、表面波トランスデューサー１０６の中心周波数が温度に対して変化しても、なんら問題無く伝搬強度の変化を検出できる。すなわち、励振用発振回路の発振周波数とその中心周波数の温度依存性を正確に一致させなくても安定した検出強度が実現できるばかりでなく、製造上の大きな問題であった各チャネルの伝搬特性の大きなバラツキも解消できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る弾性表面波タッチパネル駆動の実施の形態を説明する図であって、弾性表面波波が伝搬する一個のチャネルを用いた構成図である。
【図２】弾性表面波タッチパネルの位置検出原理を説明するための概念図である。
【図３】弾性表面波タッチパネルの励振原理を説明する図であって、弾性表面波波が伝搬する一個のチャネルの模式図である。
【図４】図３記載の伝搬弾性表面波３０８の特性を説明する為の特性図である。
【図５】表面波トランスデューサーの中心周波数３０１の温度依存性を説明する為の概念図である。
【図６】本発明に係る表面波タッチパネルの励振周波数の周波数変調を説明する特性図である。
【図７】本発明に係る表面波タッチパネルにおいて周波数変調型発振器を用いた時の出力信号を説明する為の概念図である。
【符号の説明】
１０１　透明基板
１０２　励振用圧電板
１０３　励振用すだれ状電極
１０４　検出用圧電板
１０５　励振用すだれ状電極
１０６　表面波トランスデューサー
１０７　発振器
１０８　周波数変調器
１０９　周波数変調型励振用発振器
１１０　伝搬弾性表面波
１１１　検出回路
【図１】
2004062260.tif 000007
【図２】
2004062260.tif 000008
【図３】
2004062260.tif 000009
【図４】
2004062260.tif 000010
【図５】
2004062260.tif 000011
【図６】
2004062260.tif 000012
【図７】
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