(57)【要約】【課題】分解能を向上させる際に生じる、駆動回路の大規模化に起因する消費電力増加の抑制できる表面波タッチパネルの構成を提供すること。【解決手段】２対の隣接辺端部のうち、少なくとも一方の隣接辺を構成する２辺には、一個のすだれ状電極が形成され、すだれ状電極を弾性表面波励振用のすだれ状電極とし、さらにすだれ状電極の有効交叉幅は、透明基板上のセンシング有効領域を伝搬する弾性表面波の伝搬幅よりも大きい構成にする。【選択図】　　図１
2004054487.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持つ圧電効果によって、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、
２対の隣接辺端部のうち少なくとも一方の隣接辺を構成する２辺には、一個のすだれ状電極が形成され、前記すだれ状電極を弾性表面波励振用のすだれ状電極とし、前記すだれ状電極の有効交叉幅は、透明基板上のセンシング有効領域を伝搬する弾性表面波の伝搬幅よりも大きい事を特徴とした表面波タッチパネル。
【請求項２】
Ｍ個の弾性表面波検出用すだれ状電極のうち、
【式１】
2004054487.tif 000007
を満足するｎ個の弾性表面波検出用のすだれ状電極と対向位置にある励振用すだれ状電極をもちいて遅延線型発振回路を構成すると共に、前記発振回路起動時にはＭ個の弾性表面波検出用すだれ状電極で同時に伝搬弾性表面波を検出する事を特徴とする請求項１記載の表面波タッチパネル。
【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の表面の短辺方向を伝搬する伝搬弾性表面波２０３と長辺方向を伝搬する伝搬弾性表面波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】
【発明が解決しようとする課題】
図２記載の圧電板２０２の詳細図が図３である。図３において、圧電板２０２の表面には、表面波励振用のバイアス電極３０１とグランド電極３０２が形成されており、両電極は圧電板２０２の表面の中心部にすだれ状に配置されている。この電極形状をすだれ状電極３０３という。このすだれ状電極３０３の図中横方向寸法が交叉幅寸法３０４、図中縦方向寸法が交叉縦寸法３０５である。
【０００９】
この圧電板２０２とすだれ状電極による表面波の励振原理及び技術的な説明は、特開平６−０４６４９６号公報等に詳細に述べられているので省略するが、この励振方式の大きな特徴は、くさび型トランスデューサー方式に比較して、単純な圧電板を固着アレイ化するので、小型化、薄型化及び低消費電力化が実現できる特徴をもっている。この時、すだれ状電極の交叉幅寸法３０４と弾性表面波の伝搬幅が等しくなる。それゆえ、すだれ状電極の交叉幅寸法３０４は、図２記載の弾性表面波タッチパネルの位置検出時における位置分解能に等しい。それゆえ、位置検出の分解能を向上させるためには、このすだれ状電極の交叉幅寸法３０４を小さくする事が必要不可欠である。
【００１０】
本方式に係る表面波タッチパネルの駆動原理を図４に示す。図４は図２記載の対向する辺端部に固着された２個の圧電板を１対とする弾性表面波トランスデューサー間を伝搬する際に生じる遅延時間とバンドパスフィルターとしての機能を利用した自励振駆動方法を示す。図４において、透明基板２０１には、１対の弾性表面波トランスデューサーが形成されている。すなわち、第一の弾性表面波トランスデューサーとして励振用弾性表面波トランスデューサー４０２が形成されており、この励振用弾性表面波トランスデューサー４０２に対向する位置に第２の弾性表面波トランスデューサーとして検出用弾性表面波トランスデューサー４０５が形成されている。
【００１１】
さらに、この出力側の弾性表面波トランスデューサー４０５に弾性表面波強度検出回路４０８が接続されている。励振用弾性表面波トランスデューサー４０２においては、圧電板４０３、すだれ状電極４０４及び透明基板２０１、さらに出力側弾性表面波トランスデューサー４０５においては圧電板４０６、すだれ状電極４０７及び透明基板２０１にて構成されている。以上のように構成された１対の弾性表面波トランスデューサー間に増幅回路４０９を接続する事により、この励振弾性表面波４１０が発生する。　弾性表面波が以上のような回路構成で励振される現象は、遅延線型の自励振現象として良く知られたものであり、この回路構成は一般に遅延線型自励振回路または遅延線型自励振回路と呼ばれている。この回路構成及び励振原理に関しては、数多くの特許、参考文献たとえば、「電子通信学会編　弾性弾性表面波工学　ｐ１９５〜１９６」などに紹介されているので詳細は述べない。また、図４記載の増幅回路４０９は記号上、正帰還増幅器としているが、発振器構成上は反転増幅回路であっても問題ない。
【００１２】
この遅延線型発振方式を用いた駆動回路の概念図を図５にて示す。図５は、図２記載の表面波タッチパネルにおいて、長辺方向に伝搬する伝搬弾性表面波を励振及び検出する回路の概念図である。
【００１３】
図５において、透明基板２０１の長辺方向で対向する１対の辺端部には、励振用圧電板として励振用圧電板５０１、検出用圧電板として検出用圧電板５０８がおのおの固着されている。励振用圧電板５０１には、交叉幅がすべて同一であるすだれ状電極が６個形成されている。同様に検出用圧電板５０８にも交叉幅がすべて同一であるすだれ状電極が６個形成されている。これら総計１２個のすだれ状電極の交叉幅はすべて同一寸法である。このように一個の圧電板に複数個のすだれ状電極を形成する構成は、図２にて説明した圧電板固着時の位置精度確保及びサイクルタイムを抑制するために使用されている構成である。
【００１４】
図５において、図中の励振用すだれ状電極５０２と検出用すだれ状電極５０９、励振用すだれ状電極５０３と検出用すだれ状電極５１０、励振用すだれ状電極５０４と検出用すだれ状電極５１１というように、おのおの対向するすだれ状電極の対で一個の伝搬弾性表面波のチャネルを形成している。それゆえ、増幅回路５１５と検出回路５１６以外にチャネルを切りかえるための励振側チャネル変換回路５１７と検出側チャネル変換回路５１８が必要である。さらには、遅延線型発振器も多数必要となってしまう。本方式に係る表面波タッチパネルの分解能は前述のようにすだれ状電極の交叉幅にほぼ等しいので、分解能を向上させると必然的に、駆動回路の消費電力が増加してしまうという大きな問題があった。
【００１５】
すなわち、本発明が解決しようとする課題とは、高分解能化に伴う消費電力の増加を抑制する事である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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持つ圧電効果によって、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への接触によって、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、２対の隣接辺端部のうち少なくとも一方の隣接辺を構成する２辺には、一個のすだれ状電極が形成され、すだれ状電極を弾性表面波励振用のすだれ状電極とし、すだれ状電極の有効交叉幅は、透明基板上のセンシング有効領域を伝搬する弾性表面波の伝搬幅よりも大きい事を特徴とする表面波タッチパネルを構成する。
【００１７】
また本発明は、Ｍ個の弾性表面波検出用すだれ状電極のうち、
【００１８】
【式２】
2004054487.tif 000003
【００１９】
を満足するｎ個の弾性表面波検出用のすだれ状電極と対向位置にある励振用すだれ状電極をもちいて遅延線型発振回路を構成すると共に、発振回路起動時にはＭ個の弾性表面波検出用すだれ状電極で、同時に伝搬弾性表面波を検出する事を特徴とする表面波タッチパネルを構成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図６は本発明に係る表面波タッチパネルの弾性表面波トランスデューサー構造とその駆動方法を説明するための図である。透明基板６０１の長辺方向の対向する１対の辺端部には弾性表面波励振用圧電板６０２と弾性表面波励振用圧電板６０４が固着されている。弾性表面波励振用圧電板６０２には一個の弾性表面波励振用すだれ状電極６０３が形成されている。この弾性表面波励振用すだれ状電極６０３の交叉幅が、励振用交叉幅寸法６０４であり、その値はＬである。
【００２１】
それに対して、弾性表面波検出用圧電板６０５には、弾性表面波検出用すだれ状電極６０６から弾性表面波検出用すだれ状電極６１１の総計６個の弾性表面波検出用すだれ状電極が形成されている。これら、６個の弾性表面波検出用すだれ状電極の交叉幅は互いに等しく形成されている。この交叉幅が検出用交叉幅寸法６１２であり、その値はＰである。この時、励振用交叉幅寸法６０４と検出用交叉幅寸法６１２の関係式として、（１）式が成立している
【００２２】
【式３】
2004054487.tif 000004
【００２３】
この６個の内の１個の弾性表面波検出用すだれ状電極、たとえば弾性表面波検出用すだれ状電極６０６と弾性表面波励振用すだれ状電極６０３及び増幅回路６１３を用いて、遅延線型発振回路を構成する事ができる。すると、弾性表面波励振用すだれ状電極６０３にて励振される弾性表面波の伝搬幅はＬに等しくなる。それゆえ、弾性表面波検出用圧電板６０５に到達する伝搬弾性表面波は、（１）式が成立しているので、弾性表面波検出用すだれ状電極６０６から弾性表面波検出用すだれ状電極６１１のすべての弾性表面波検出用すだれ状電極で検出可能となる。
【００２４】
さらに、図７は本発明に係る表面波タッチパネルの弾性表面波トランスデューサー構造とその駆動方法を説明するための図である。透明基板７０１では
、長辺Ａ７０２と短辺Ａ７０３は隣接部Ａ７０４で隣接している。この長辺Ａ７０２と短辺Ａ７０３で構成される隣接辺には、隣接部Ａ７０４をまたぐように一枚の励振用圧電板７０５が固着されている。この励振用圧電板７０５には、一個の励振用すだれ状電極７０６が形成されている。この励振用すだれ状電極７０６の交叉幅は、透明基板７０１上のセンシンク゛有効領域７０７のＹ方向伝搬幅７０８とＸ方向伝搬幅７０９の合計寸法よりも大きい。短辺Ａ７０３に対向する短辺Ｂ７１０には、Ｘ方向検出用すだれ状電極７１２が形成されてＸ方向検出用圧電板７１１が固着されている。また、長辺Ａ７０２に対向する長辺Ｂ７１３には、Ｙ方向検出用すだれ状電極７１５が形成されてＹ方向検出用圧電板７１４が固着されている。
【００２５】
またさらにＹ方向検出用すだれ状電極７１５、励振用すだれ状電極７０５及び増幅回路７１６を用いて、遅延線型発振回路を、励振用すだれ状電極７０６にて励振された弾性表面波はＸ方向検出用圧電板７１１およびＹ方向検出圧電板７１４の双方で同時に検出可能となる。すなわち、図６及び図７の構成を採用する事によって、チャネル切り替回路の規模と遅延線発振回路の規模の双方を小さくする事が可能となる。
【００２６】
図１は本発明に係る図６及び図７記載の構成に基いた実施の形態の一例である。図１において、透明基板１０１はＹ方向で対向する長辺Ａ１０２と長辺Ｂ１０３及びＸ方向で対向する短辺Ａ１０４と短辺Ｂ１０５によって形成されている。さらに長辺Ａ１０２と短辺Ａ１０４は隣接部Ａ１０６を共有することで隣接している。同様に長辺Ｂ１０３と短辺Ｂ１０５は隣接部Ｂ１０７を共有することで隣接している。励振用圧電板１０８は隣接部Ａ１０６をまたぐように長辺Ａ１０２と短辺Ａ１０４にわたり端部に固着されている。この励振用圧電板１０８には励振用すだれ状電極１０９が形成されている。
【００２７】
さらに、短辺Ｂ１０５の端部にはＸ方向検出用圧電板１１０が固着され、かつ、表面には１０個の検出用すだれ状電極、すなわち、Ｘ方向検出用すだれ状電極１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，１２０が形成されている。この時、Ｘ方向検出用すだれ状電極１１１の交叉幅をＰｘ１、Ｘ方向検出用すだれ状電極１１２の交叉幅をＰｘ２、Ｘ方向検出用すだれ状電極１１３の交叉幅をＰｘ３というように、図中のＸ方向を検出するための、すだれ状電極の交叉幅をＰｘ１からＰｘ１０とする。
【００２８】
同様に、長辺Ｂ１０３の端部にはＹ方向検出用圧電板１２１が固着されかつ、表面には１０個の検出用すだれ状電極、すなわちＹ方向検出用すだれ状電極１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０，１３１が形成されている。この時、ｙ方向検出用すだれ状電極１２２の交叉幅をＰｙ１、ｙ方向検出用すだれ状電極１２３の交叉幅をＰｙ２、ｙ方向検出用すだれ状電極１２４の交叉幅をＰｙ３というように、図中のｙ方向を検出するためのすだれ状電極の交叉幅をＰｙ１からＰｙ１０とする。
【００２９】
また、センシング有効領域１３２は励振用圧電板１０８とＸ方向圧電板１１０及びＹ方向検出用圧電板１２１でかこまれた領域となる。このセンシング有効領域１３２は有効長辺寸法１３３と有効短辺寸法１３４にて規定されている。この時、有効長辺寸法１３３の寸法値はＬｙ、有効短辺寸法１３４の寸法値はＬｘである。　励振用すだれ状電極１０９の交叉幅は２つの有効交叉幅に分離される。第一の有効交叉幅は、Ｘ方向に弾性表面波を励振させるためのＸ方向有効交叉幅１３５であり、寸法値はＤｘである。第二の有効交叉幅はＹ方向に弾性表面波を励振させるためのＹ方向有効交叉幅１３６であり、寸法値はＤｙである。
【００３０】
これら、センシング有効領域１３２の寸法値Ｌｘ、Ｌｙ及び励振用すだれ状電極の有効交叉幅Ｄｘ、Ｄｙ、さらには検出用すだれ状電極の交叉幅Ｐｘ１〜Ｐｘ２、Ｐｙ１〜Ｐｙ２は以下の２式を同時に満足するように選定されている。
【００３１】
【式４】
2004054487.tif 000005
【００３２】
また、励振用すだれ状電極１０９の物理的な交叉幅をＤｔとすると、励振用すだれ状電極１０９は隣接点Ａ１０６近傍で長辺Ａ方向と短辺Ａ方向に方向が分離されるので、（４）式が成立している。
【００３３】
【式５】
2004054487.tif 000006
【００３４】
遅延線型発振回路は増幅回路１３７、励振用すだれ状電極１０９及びＸ方向検出用すだれ状電極１１１によって構成されている。Ｘ方向に伝搬する弾性表面波の強度を検出するためのＸ方向検出回路１３８は、１０個のＸ方向検出用すだれ状電極に接続されている。また、Ｙ方向に伝搬する弾性表面波の強度を検出するためのＹ方向検出回路１３９は、１０個のｙ方向検出用すだれ状電極に接続されている。
【００３５】
ここで図１において、（２）式、（３）式及び（４）式の関係が成立しているので、増幅回路１３７、励振用すだれ状電極１０９及びＸ方向検出用すだれ状電極１１１のみで構成された遅延線型発振回路においても、寸法値ＤｘのＸ方向有効交叉幅１３５と寸法値ＤｙのＹ方向有効交叉幅１３６で発生する伝播弾性表面波はすべて、１０個のＸ方向検出用すだれ状電極と１０個のｙ方向検出用すだれ状電極に到達する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、従来の駆動回路構成に比較して、まず励振側でチャネル切り替えの必要がなくなった分、チャネル切り替え回路の規模が低減できる事、さらには遅延線線発振回路のための増幅回路が削減された事により、駆動回路の構成規模を大幅に小さくする事が可能となり、駆動回路の消費電力を低減する事が可能となる。
すなわち、高分解能化に伴う消費電力の増加の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる表面波タッチパネルを示す図である。
【図２】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概念図である。
【図３】図２記載の表面波タッチパネルの圧電板を説明する詳細図である。
【図４】図２記載の表面波タッチパネルの駆動原理を説明するための概念図である。
【図５】遅延線型発振方式を用いた駆動回路を説明する概念図である。
【図６】本発明に係る弾性表面波トランスデューサー構造とその駆動方法を説明する概念図である。
【図７】本発明に係る弾性表面波トランスデューサー構造とその駆動方法を説明する概念図である。
【符号の説明】
１０１　透明基板
１０２　長辺Ａ
１０３　長辺Ｂ
１０４　短辺Ａ
１０５　短辺Ｂ
１０６　隣接部Ａ
１０７　隣接部Ｂ
１０８　励振用圧電板
１０９　励振用すだれ状電極
１１０　Ｘ方向検出用圧電板
１１１　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１２　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１３　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１４　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１５　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１６　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１７　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１８　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１１９　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１２０　Ｘ方向検出用すだれ状電極
１２１　Ｙ方向検出用圧電板
１２２　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２３　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２４　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２５　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２６　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２７　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２８　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１２９　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１３０　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１３１　Ｙ方向検出用すだれ状電極
１３２　センシング有効領域
１３３　有効長辺寸法
１３４　有効短辺寸法
１３５　Ｘ方向有効交叉幅
１３６　Ｙ方向有効交叉幅
１３７　増幅回路
１３８　Ｘ方向検出回路
１３９　Ｙ方向検出回路
【図１】
2004054487.tif 000008
【図２】
2004054487.tif 000009
【図３】
2004054487.tif 000010
【図４】
2004054487.tif 000011
【図５】
2004054487.tif 000012
【図６】
2004054487.tif 000013
【図７】
2004054487.tif 000014