タッチパネル装置
【課題】小型かつ軽量で、回路の構成が簡単なタッチパネル装置を提供すること。
【解決手段】図１に示すタッチパネル装置１は、長方形または正方形をなす基板２と、弾性表面波を発生する送信部３と、弾性表面波を受信する受信部４と、弾性表面波を反射して、その伝搬方向を変化させる反射器５とを有している。このうち、送信部３は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波を発生させるＸ方向送信部３Ｘと、Ｘ方向とほぼ直交するＹ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波を発生させるＹ方向送信部３Ｙとで構成されている。このＸ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙとは、電気的に接続され、バイアス電極を共有している。また、第１の弾性表面波の周波数と第２の弾性表面波の周波数とが異なっている。
【解決手段】図１に示すタッチパネル装置１は、長方形または正方形をなす基板２と、弾性表面波を発生する送信部３と、弾性表面波を受信する受信部４と、弾性表面波を反射して、その伝搬方向を変化させる反射器５とを有している。このうち、送信部３は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波を発生させるＸ方向送信部３Ｘと、Ｘ方向とほぼ直交するＹ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波を発生させるＹ方向送信部３Ｙとで構成されている。このＸ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙとは、電気的に接続され、バイアス電極を共有している。また、第１の弾性表面波の周波数と第２の弾性表面波の周波数とが異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子機器の液晶ディスプレイ等の表示装置に装着され、表示内容に応じて指先またはその他の物体をタッチ面に接触させることにより、接触位置を特定して電子機器の各種操作、入力等を行うタッチパネル装置が知られている。
タッチパネル装置の駆動方法には多種の方法が提案されているが、そのうちの１つとして、弾性表面波方式のタッチパネル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
弾性表面波方式のタッチパネル装置は、基板上に弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を励振させた状態で、この基板上を指先や物体等で接触（タッチ）することによって生じる弾性表面波の強度変化を検出して、タッチ位置を検出する機能を有するものである。
このタッチパネル装置は、基板上に、この基板のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波を発生するＸ方向送信部と、Ｘ方向とほぼ直交するＹ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波を発生するＹ方向送信部と、第１の弾性表面波を受信するＸ方向受信部と、第２の弾性表面波を受信するＹ方向受信部とが、それぞれ設けられている。
【０００４】
そして、この基板の上面がタッチ面となり、指先等の接触によって第１の弾性表面波および第２の弾性表面波に減衰、すなわち強度変化が生じる。この強度変化をＸ方向受信部およびＹ方向受信部で受信して位置情報に変換することにより、指先等の接触位置を特定することができる。
このようなタッチパネル装置では、高周波電源からの動作電力の供給を、切替器により、Ｘ方向送信部とＹ方向送信部とに切り替えるよう構成されている。
【０００５】
また、Ｘ方向受信部およびＹ方向受信部が弾性表面波を受信して発生させた電気信号は、切替器により、Ｘ方向成分の電気信号とＹ方向成分の電気信号とに分けられるよう構成されている。
しかしながら、このような構成では、少なくとも２つの切替器が必要になり、また、電力供給および電気信号伝送に用いる回路の構成が複雑化して、タッチパネル装置の小型化および軽量化が困難であるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２３９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、小型かつ軽量で、回路の構成が簡単なタッチパネル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のタッチパネル装置は、タッチ面を有し、該タッチ面に接触する物体のタッチ位置を検出するタッチパネル装置であって、
長方形または正方形をなし、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を伝播する基板と、
該基板において、前記第１の弾性表面波を発生する第１の送信部と、
前記第１の弾性表面波とほぼ直交する方向に、前記第１の弾性表面波と周波数の異なる前記第２の弾性表面波を発生する第２の送信部と、
前記第１の弾性表面波を受信する第１の受信部と、
前記第２の弾性表面波を受信する第２の受信部と、
前記第１の弾性表面波を発生させ得る第１の周波数の高周波電圧を前記第１の送信部に印加するとともに、前記第２の弾性表面波を発生させ得る前記第１の周波数と異なる第２の周波数の高周波電圧を前記第２の送信部に印加する電力供給部と、
前記第１の受信部が受信した前記第１の弾性表面波の強度の経時変化と前記第２の受信部が受信した前記第２の弾性表面波の強度の経時変化とを検出する検出部と、
該検出部の検出結果に基づいて、前記タッチ位置を特定する機能を備える制御部とを有することを特徴とする。
これにより、Ｘ／Ｙ切替器を省略することができ、小型かつ軽量で、回路の構成が簡単なタッチパネル装置を得ることができる。
【０００９】
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の送信部と前記第２の送信部とが、バイアス電極を共有していることが好ましい。
これにより、給電用配線の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００１０】
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の受信部と前記第２の受信部とが、バイアス電極を共有していることが好ましい。
これにより、受信用配線の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００１１】
本発明のタッチパネル装置では、前記検出部により、前記第１の弾性表面波を検出する時間と前記第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されていることが好ましい。
これにより、第１の受信部からの電気信号と第２の受信部からの電気信号との混在を防止しつつ、タッチ位置の位置情報を確実に得ることができる。
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の送信部および前記第２の送信部は、いずれも、弾性表面波素子で構成されていることが好ましい。
弾性表面波素子は、発生させる弾性表面波の周波数特性等の条件を比較的容易に変更することができるため、異なる周波数の弾性表面波を容易に発生させることができる。また、弾性表面波素子は、それ自体の厚さを非常に薄くすることができるため、タッチパネル装置の薄型化および軽量化を図ることができる。
【００１２】
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、厚膜状の圧電体層と、該圧電体層に電圧を印加する一対の電極とを備えることが好ましい。
このような構成の弾性表面波素子は、効率よく弾性表面波を発生させることができる。
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、互いに周波数の異なる弾性表面波を発生するものであることが好ましい。
これにより、同種の圧電材料で、かつ電極指の幅、間隔、厚さ等が同一になるように形成した弾性表面波素子であっても、結晶方位を異ならせることで、異なる発振周波数のものを得ることができる。このため、弾性表面波素子の製造工程の簡略化を図ることができ、これらの製造コスト、ひいてはタッチパネル装置の製造コストを削減することができる。
【００１３】
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、ＳＨ波およびレイリー波を発生するものであり、
前記第１の送信部および前記第２の送信部のいずれか一方は前記ＳＨ波を発生し、他方は前記レイリー波を発生することが好ましい。
これにより、第１の送信部と第２の送信部において各電極パターンを等しくなるように設定した場合でも、互いに異なる周波数でかつ異なるモードの弾性表面波を発生させることができる。かかる構成においては、第１の送信部のＩＤＴと第２の送信部のＩＤＴを同じ製造条件で形成することができるため、形成後の各ＩＤＴの特性のバラツキが抑制されるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明のタッチパネル装置では、前記厚膜状の圧電体層は、水晶を主材料として構成されていることが好ましい。
水晶は、多くの有用な結晶方位を有するため、多彩な発振モード（発振周波数）の弾性表面波を発生する素子を容易に得ることができる。また、熱伝導率が高く、高温下での熱安定性に優れているという利点もある。さらに、原材料が安価であるため、大型の結晶を入手し易いという側面もある。
【００１５】
本発明のタッチパネル装置では、前記電力供給部は、前記第１の送信部および前記第２の送信部に印加する高周波電圧の周波数を、前記第１の周波数と前記第２の周波数とに変調させることにより、前記第１の送信部および前記第２の送信部を、互いに排他的に動作し得るよう制御することが好ましい。
これにより、従来、第１の送信部および第２の送信部に供給する動作電力を切り替える際に必要とされていた切替器を省略することができ、タッチパネル装置の製造コストの削減を図ることができる。
【００１６】
本発明のタッチパネル装置では、さらに、前記第１の送信部および前記第２の送信部と、前記電力供給部とを接続する給電用配線と、
前記第１の受信部および前記第２の受信部と、前記検出部とを接続する受信用配線と、
前記基板の４つの辺のうち、前記第１の送信部が前記第１の弾性表面波を発生させる方向に平行な対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第１の弾性表面波の伝播方向を変更する第１の反射器と、
前記２つの辺以外の対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第２の弾性表面波の伝播方向を変更する第２の反射器とを有し、
前記第１の反射器および前記第２の反射器の少なくとも一方が、前記給電用配線または前記受信用配線と一体的に形成されていることが好ましい。
これにより、第１の反射器および第２の反射器を、基板の縁部側により接近させて形成することができるため、タッチ有効領域を拡大することができる。換言すると、タッチパネル装置の額縁部の幅を減少させ、設計自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のタッチパネル装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のタッチパネル装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のタッチパネル装置の第１実施形態を示す概略図（平面図）、図２は、図１に示すタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図、図３は、図２に示すＸ方向送信部のＡ−Ａ線断面図、図４は、送信部から送信および受信部で受信された各弾性表面波の波形の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１および図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」、下側を「手前」、上側を「奥」と言い、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１８】
図１に示すタッチパネル装置１は、基板２と、基板２上に設けられた送信部３と、受信部４と、反射器５と、基板２に対して送信部３、受信部４および反射器５を介して設けられたシート材８と、基板２の外部に設けられた外部装置１０とを有している。
基板２は、長方形または正方形をなしている。
この基板２および後述するシート材８は、実質的に透明（無色透明、着色透明、半透明）とされる。これにより、タッチパネル装置１を介して、例えば、基板２のシート材８と反対側に設けられた表示装置等の表示内容を確認することができる。
【００１９】
この表示装置としては、例えば、ブラウン管、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等が挙げられる。また、表示内容としては、文字、数字、図形等の画像（動画および静止画の双方を含む）が挙げられる。
基板２の構成材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられる。
このような基板２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜３０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２０】
なお、前述の表示装置が有する透明基板を、基板２として用いるようにしてもよい。この場合、基板２をタッチパネル装置１と表示装置とが共用することになるため、タッチパネル装置１に表示装置を含めた全体の部品点数を削減して軽量化を図ることができる。また、表示内容を含む光が透過する基板の枚数が減少するため、タッチパネル装置１における光の透過率を高めることもできる。
【００２１】
図１に示す基板２は、平面視で長方形をなしており、弾性表面波が伝播する媒体となるものである。
この基板２の角部付近には、送信部３および受信部４が設けられている。
このうち、送信部３は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための弾性表面波（第１の弾性表面波）をＸ方向とほぼ直交するＹ方向に発生させるＸ方向送信部（第１の送信部）３Ｘと、基板２のＹ方向のタッチ位置を検出するための弾性表面波（第２の弾性表面波）をＸ方向に発生させるＹ方向送信部（第２の送信部）３Ｙとで構成されている。
【００２２】
本実施形態では、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙとは、それぞれ、基板２の左側縁部の両端付近に設けられている。
図２および図３に示すＸ方向送信部３Ｘは、弾性表面波素子で構成され、基板２上に順に積層された平板状の下部電極３１、圧電体層３２、および、下部電極３１と対をなすＩＤＴ（櫛歯状またはすだれ状をなす上部電極）３３を有している。このような構成の弾性表面波素子は、ＩＤＴ３３の電極指同士の間隔を比較的広くしても、効率よく弾性表面波を発生させることができる。
【００２３】
このようなＸ方向送信部３Ｘは、下部電極３１とＩＤＴ（Interdigital Transducer）３３との間に高周波電圧を印加することにより、圧電体層３２の表面に逆圧電効果による変位を生じさせ、第１の弾性表面波を発生するものである。
下部電極３１の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｙ、Ｐｂ、Ｓｃ、Ｃｒまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層体として）用いることができる。
ＩＤＴ３３は、図３に示すように、ほぼ等間隔で設けられた複数の電極指３３１を備えている。この電極指３３１の幅、厚さ、隣接する電極指３３１同士の間隔ｄＸ、後述する圧電体層３２の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向送信部３Ｘから発生する第１の弾性表面波の周波数特性等を所望のものに調整することができる。
【００２４】
また、ＩＤＴ３３の電極指３３１の数は、特に限定されないが、１０〜１００本程度が好ましく、４０〜８０本程度がより好ましい。ＩＤＴ３３では、一般に、電極指３３１の数に対応して、エネルギーの散逸量が変化する。具体的には、電極指３３１の数が多いほど、エネルギー散逸量が小さくなり、逆に、電極指３３１の数が少ないほど、エネルギー散逸量が大きくなる。このため、電極指３３１の数を前記範囲内とすることにより、エネルギー散逸量を確実に低減させるとともに、十分な振幅の弾性表面波を発生させ、タッチパネル装置１の検出感度の低下を防止することができる。また、ＩＤＴ３３の占める面積の最適化を図ることができ、十分な面積のタッチ有効領域を確保することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、電極指３３１同士はほぼ等間隔に設けられているが、間隔が変化する部分があってもよい。
また、ＩＤＴ３３は、前述の下部電極３１と同様の材料で構成される。
圧電体層３２は、圧電特性を有しており、下部電極３１とＩＤＴ３３との間に、高周波電圧が印加されることにより、その逆圧電効果によって表面付近に変位を生じる機能を有するものである。また逆に、圧電体層３２に変位が生じると、圧電効果によって下部電極３１とＩＤＴ３３との間に電位差を生じる。
【００２６】
そして、圧電体層３２に印加する高周波電圧の周波数（第１の周波数）が、下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３の各種条件によって定められるＸ方向送信部３Ｘの共振条件を満足すると、Ｘ方向送信部３Ｘから第１の弾性表面波の定在波を特に効率よく発生することができる。
このような圧電体層３２としては、例えば、薄膜またはバルク（厚膜状）の形態をなすものが挙げられる。以下、圧電体層３２を、その形態毎に順次説明する。
【００２７】
Ｉ．圧電体層３２が薄膜で構成されている場合
かかる構成は、圧電体層３２の構成材料に、大型の単結晶を得ることが困難な圧電材料を用いる場合に、好適に適用される。このため、多種多様の圧電特性（例えば、弾性表面波の伝播速度等）を有する圧電材料を用いることにより、Ｘ方向送信部３Ｘの発振周波数をより広範囲に調整することができる。
【００２８】
具体的な圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主材料とするものが好ましい。このような材料は、均一な結晶の薄膜を比較的容易に形成可能なものである。また、これらの材料は、弾性表面波の伝播速度が比較的速いものであるため、応答速度の速いタッチパネル装置１を得ることができる。
このような圧電体層３２の平均厚さは、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、２〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、タッチパネル装置１のタッチ位置の検出に必要十分な振幅を有する弾性表面波を得ることができる。
【００２９】
II．圧電体層３２がバルクで構成されている場合
かかる構成は、圧電体層３２の構成材料に、大型の単結晶を容易に得られる圧電材料を用いる場合に、好適に適用される。
バルク（単結晶）の圧電材料は、その切り出し角を設定することにより、異なる結晶方位の圧電体層３２を得ることができる。圧電体層３２は、その圧電特性が結晶方位に応じて異なるため、結晶方位を選択することによって同種の圧電材料であっても異なる圧電特性を有するものが得られる。これにより、同種の圧電材料で、かつ電極指の幅、間隔、厚さ等が同一になるように形成した弾性表面波素子であっても、結晶方位を異ならせることで、異なる発振周波数のものを得ることができる。このため、Ｘ方向送信部３Ｘの製造工程の簡略化を図ることができ、これらの製造コスト、ひいてはタッチパネル装置１の製造コストを削減することができる。
また、バルクの圧電体層３２は、複数の発振モードで弾性表面波を発振し得るものが好ましい。これにより、タッチパネル装置の動作に好適な発振モードの弾性表面波を容易に選択することができる。
【００３０】
弾性表面波の発振モードとしては、例えば、レイリー波、ＳＨ波、ラム波、クリーピング波等が挙げられる。このうち、Ｘ方向送信部３Ｘに用いる圧電体層３２は、その結晶方位に応じてレイリー波およびＳＨ波を発生し得るものが好ましい。そして、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙのいずれか一方が、ＳＨ波を発生し、他方がレイリー波を発生するよう構成されることが好ましい。これにより、両者のＩＤＴ３３の電極パターンを等しくなるように設定した場合でも、互いに異なる周波数でかつ異なるモードの弾性表面波を発生させることができる。かかる構成においては、Ｘ方向送信部３ＸのＩＤＴ３３とＹ方向送信部３ＹのＩＤＴ３３を同じ製造条件で形成することができるため、形成後の各ＩＤＴ３３の特性のバラツキが抑制されるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００３１】
また、これらの発振モードは、比較的安定したモードであるため、タッチパネル装置１で用いる弾性表面波として好適なものである。
このような圧電材料としては、例えば、水晶、サファイア、ホウ酸リチウム、リン酸アルミニウム、酸化テルル、ニオブ酸カリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、水晶を用いるのが好ましい。水晶は、多くの有用な結晶方位を有するため、多彩な発振モード（発振周波数）の弾性表面波を発生する素子を容易に得ることができる。また、熱伝導率が高く、高温下での熱安定性に優れているという利点もある。さらに、原材料が安価であるため、大型の結晶を入手し易いという側面もある。
【００３２】
また、この場合、圧電体層３２の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜５００μｍ程度であるのが好ましく、２０〜４００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、タッチパネル装置１のタッチ位置の検出に必要十分な弾性表面波の振幅を得ることができる。
Ｙ方向送信部３Ｙは、上記のようなＸ方向送信部３Ｘと同様の構成とされる。すなわち、Ｙ方向送信部３Ｙは、基板２上に順に積層された下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３を有している。
そして、このＹ方向送信部３Ｙにおいても、Ｘ方向送信部３Ｘと同様に、圧電体層３２に印加する高周波電圧の周波数（第２の周波数）が、下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３の各種条件によって定められるＹ方向送信部３Ｙの共振条件を満足すると、Ｙ方向送信部３Ｙから第２の弾性表面波の定在波を特に効率よく発生することができる。
【００３３】
本発明では、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する高周波電圧の周波数（第１の周波数）と、Ｙ方向送信部３Ｙに印加する高周波電圧の周波数（第２の周波数）とが異なるように（周波数が変調するように）構成されている。そして、Ｘ方向送信部３Ｘの前記共振条件を満足するような第１の周波数、および、Ｙ方向送信部３Ｙの前記共振条件を満足するような第２の周波数のいずれかの周波数の動作電力（高周波電圧）を、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙに供給（印加）することにより、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙに動作電力を切り替えることなく、これらを選択的に動作させることができる。
【００３４】
換言すれば、動作電力の周波数を、第１の周波数と第２の周波数のいずれかに設定することにより、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙを、互いに排他的に弾性表面波を発生させるよう制御することができる。これにより、従来、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙに供給する動作電力を切り替える際に必要とされていたＸ／Ｙ切替器を省略することができ、タッチパネル装置１の製造コストの削減を図ることができる。
【００３５】
なお、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙは、互いに電気的に独立していてもよいが、好ましくは図１に示すように、給電用配線６を介して両者が電気的に接続され、バイアス電極を共有しているのが好ましい。これにより、給電用配線６の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置１の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置１の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００３６】
また、この給電用配線６は、導電性を有する各種の材料で構成されるが、特に、下部電極３１またはＩＤＴ３３と同様の材料で構成され、下部電極３１またはＩＤＴ３３と一体的に形成されているのが好ましい。これにより、後述するタッチパネル装置１の製造工程において、給電用配線６と下部電極３１またはＩＤＴ３３とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３７】
受信部４は、Ｘ方向送信部３Ｘから発生した第１の弾性表面波を受信するＸ方向受信部（第１の受信部）４Ｘと、Ｙ方向送信部３Ｙから発生した第２の弾性表面波を受信するＹ方向受信部（第２の受信部）４Ｙとで構成されている。
本実施形態では、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙとは、それぞれ、基板２の手前側縁部の両端付近に設けられている。
【００３８】
Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙは、それぞれ、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙと同様の構成を有している。すなわち、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙは、それぞれ、基板２上に順に積層された平板状の下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３を有している。
そして、Ｘ方向受信部４Ｘは、基板２を伝播してきた第１の弾性表面波による圧電体層３２の変位で生じる圧電効果に応じて、下部電極３１およびＩＤＴ３３の間に電気信号を発生させるものである。
【００３９】
また、Ｙ方向受信部４Ｙも、Ｘ方向受信部４Ｘと同様に、第２の弾性表面波による圧電体層３２の変位で生じる圧電効果に応じて、電気信号を発生させるものである。
また、Ｘ方向受信部４Ｘは、Ｘ方向送信部３Ｘから発生した第１の弾性表面波を主に受信可能な周波数特性を有し、Ｙ方向受信部４Ｙは、Ｙ方向送信部３Ｙから発生した第２の弾性表面波を主に受信可能な周波数特性を有していることが好ましい。これにより、例えば、Ｘ方向受信部４Ｘに、第２の弾性表面波が不本意に到達した場合にも、この第２の弾性表面波の周波数が、Ｘ方向受信部４Ｘの周波数特性と異なるため、第２の弾性表面波をノイズとして受信してしまうのを防止することができる。
【００４０】
このようなことから、Ｘ／Ｙ切替器を省略した場合にも、基板２を伝播する弾性表面波の周波数に応じて、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙのいずれか一方で選択的かつ確実に弾性表面波を受信することができる。これにより、部品点数の削減を図り、タッチパネル装置１の製造コストの削減を図ることができる。
なお、Ｘ方向受信部４Ｘの周波数特性およびＹ方向受信部４Ｙの周波数特性は、それぞれ、ＩＤＴ３３が有する電極指３３１の幅、厚さ、隣接する電極指３３１同士の間隔、圧電体層３２の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙが主に受信可能な周波数等の特性を所望のものに調整することができる。
【００４１】
また、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙは、互いに電気的に独立していてもよいが、好ましくは図１に示すように、受信用配線７を介して両者が電気的に接続され、バイアス電極を共有しているのが好ましい。これにより、送信部３と同様に、受信用配線７の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置１の設計の自由度を高めることができる。これにより、タッチパネル装置１の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００４２】
また、この受信用配線７は、前述の給電用配線６と同様の材料で構成されるが、特に、下部電極３１またはＩＤＴ３３と同様の材料で構成され、下部電極３１またはＩＤＴ３３と一体的に形成されているのが好ましい。これにより、後述するタッチパネル装置１の製造方法において、受信用配線７と下部電極３１またはＩＤＴ３３とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、本実施形態では、Ｘ方向送信部３Ｘ、Ｙ方向送信部３Ｙ、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙのいずれも弾性表面波素子で構成されている場合について説明したが、例えば、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙが弾性表面波素子で構成され、残りのものがその他の弾性表面波を発生する手段で構成されていてもよい。弾性表面波素子は、発生させる弾性表面波の周波数特性等の条件を比較的容易に変更することができるため、異なる周波数の弾性表面波を容易に発生させることができる。
【００４３】
また、弾性表面波素子は、それ自体の厚さを非常に薄くすることができるため、タッチパネル装置の薄型化および軽量化を図ることができる。
また、弾性表面波を発生するその他の手段としては、例えば、基板２に対して横波および／または縦波を発生する振動を与え得る各種の振動子等が挙げられる。
基板２の各縁部には、それぞれ、反射器５が固定されている。
【００４４】
反射器５は、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙから発生された弾性表面波の伝播方向を変更する機能を有するものである。
図１に示す反射器５は、基板２において、Ｘ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生する方向（Ｙ方向）にほぼ平行な２辺（基板２の左右の２辺）の縁部付近に設けられた一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２と、前記２辺以外の２辺（基板２の上下の２辺）の縁部付近に設けられた一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２とを有している。
【００４５】
これらの反射器５は、それぞれ、基板２の各縁部に対してほぼ４５°傾斜した反射面を有する多数の反射素子が所定の間隔（ブラッグ反射の条件を満たす間隔）で配列して構成された反射素子群で構成されている。
このような反射器５は、それぞれ、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波の伝播方向をほぼ９０°変更する機能を有している。具体的には、一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２は、第１の弾性表面波の伝播方向を、それぞれほぼ９０°変更し、最終的にはほぼ１８０°変更するよう構成されており、一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２は、第２の弾性表面波の伝播方向を、それぞれほぼ９０°変更し、最終的にはほぼ１８０°変更するよう構成されている。
【００４６】
また、一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２と一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２のうち、１回目の反射を担う第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１は、それぞれ、各反射素子の反射面に到達した弾性表面波のうち、一部を反射、残部を透過させるよう構成されている。これにより、弾性表面波は、各反射素子で分岐され、基板２のＸ方向およびＹ方向を、それぞれ均一に走査するように伝播することとなる。
【００４７】
一方、２回目の反射を担う第１の反射器５Ｘ２および第２の反射器５Ｙ２は、それぞれ、各反射素子の反射面に到達した弾性表面波を反射させるとともに、前記反射面と反対側の面に到達した弾性表面波を透過させるよう構成されている。これにより、弾性表面波は、各反射素子で集約され、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙに向かうよう、その伝播方向が変更されることとなる。
【００４８】
また、このような反射器５においては、反射素子毎に反射される弾性表面波の経路長が異なるため、各反射素子で反射された弾性表面波は、この経路長差に応じた時間差を有して各受信部４Ｘ、４Ｙに到達することとなる。この時間差により、後述する検出部においてタッチ位置を特定する位置情報を得ることができる。なお、基板２の弾性表面波が伝播する領域が、タッチ位置を検出し得る領域、すなわち、タッチ有効領域となる。
この反射器５の構成材料としては、特に限定されないが、前述の給電用配線６および受信用配線７と同様の材料で構成される。
【００４９】
また、本実施形態では、図１に示すように、第１の反射器５Ｘ１と給電用配線６、および、第２の反射器５Ｙ１と受信用配線７が、それぞれ一体的に形成されている。これにより、第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１を、基板２の縁部側により接近させて形成することができるため、タッチ有効領域を拡大することができる。換言すると、タッチパネル装置１の額縁部の幅を減少させ、設計自由度を高めることができる。
【００５０】
また、後述するタッチパネル装置１の製造工程において、給電用配線６および受信用配線７と第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、これらの反射器と配線は分離していてもよく、または、いずれか一方とのみ一体的に形成されていてもよい。
【００５１】
基板２、送信部３、受信部４および反射器５の上方には、シート材８が設けられている。
このシート材８は、通常は基板２と接触しないよう、スペーサ（図示せず）等により所定の間隔を保持した状態で設けられている。
本実施形態では、タッチパネル装置１を操作（タッチ）する際に、このシート材８の上面がタッチ面として機能する。これにより、シート材８が下方に撓み、シート材８が基板２と接触することで、基板２のタッチ位置に対応する部分を通過する弾性表面波を減衰させることができる。その結果、後述する検出部および制御部により、タッチ位置を特定することができる。
【００５２】
また、シート材８は、弾性部材で構成されるのが好ましい。この弾性部材としては、具体的には、基板２の構成材料と同様の樹脂材料やガラス材料、またはこれらを組み合わせた材料等が挙げられる。
なお、このシート材８は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。この場合、基板２の上面をタッチ面として操作することができる。
また、シート材８の下面には、複数の突起（図示せず）が設けられていてもよい。
【００５３】
外部装置１０は、給電用配線６を介して送信部３に動作電力を供給する高周波電源（電力供給部）１１と、受信用配線７を介して受信部４で発生した電気信号を受信する検出部１２と、受信部４と検出部１２との間に設けられ、前記電気信号を増幅する増幅部１３と、検出部１２が受信した電気信号の結果に基づいて、指先または物体等が接触した位置情報を算出する制御部１４とを有する。
【００５４】
高周波電源１１は、少なくとも２種類の異なる周波数の高周波電圧を送信部３に印加することができるものである。これにより、前述のようにして、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙが互いに排他的に第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を発生するよう制御される。
増幅部１３は、受信部４が弾性表面波を受信して発生した電気信号を増幅し、検出部１２において、指先または物体が接触したことによる電気信号の強度の変化率を相対的に増大させ、強度変化を捉え易くするものである。
【００５５】
検出部１２は、増幅部１３で増幅された電気信号の強度の経時変化を検出する機能を有するものである。
制御部１４は、高周波電源１１および検出部１２の各動作を制御し得るよう構成されている。これにより、高周波電源１１の動作電力の供給、および、検出部１２の電気信号受信の各動作を、所望のタイミングに制御することができる。
このタイミングは、一例として、検出部１２により、第１の弾性表面波を検出する時間と、第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されるよう設定される。
【００５６】
具体的には、まず、高周波電源１１からＸ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する。これにより、Ｘ方向送信部３Ｘから第１の弾性表面波を発生させ、この第１の弾性表面波をＸ方向受信部４Ｘで受信する。この受信により得られた電気信号は、受信用配線７を介して、検出部１２で検出する。
【００５７】
次に、高周波電源１１からＹ方向送信部３Ｙが第２の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｙ方向送信部３Ｙに印加する。これにより、Ｙ方向送信部３Ｙから第２の弾性表面波を発生させ、この第２の弾性表面波をＹ方向受信部４Ｙで受信する。この受信により得られた電気信号は、受信用配線７を介して、検出部１２で検出する。
次に、再び、高周波電源１１からＸ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する。このような動作を繰り返し行うことにより、Ｘ方向受信部４Ｘからの電気信号とＹ方向受信部４Ｙからの電気信号との混在を防止しつつ、タッチ位置の位置情報を確実に得ることができる。
また、制御部１４は、この他に、検出部１２が受信した電気信号の強度の経時変化に基づいて、タッチ位置の位置情報に変換する演算部（図示せず）を有している。そして、この位置情報が各種電子機器に伝送される。
【００５８】
次に、上記のようなタッチパネル装置１の使用方法（作用）の一例について説明する。
［１］ まず、高周波電源１１から、Ｘ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する第１の周波数の高周波電圧を、給電用配線６を介して下部電極３１とＩＤＴ３３との間に印加する。これにより、圧電体層３２には、逆圧電効果による表面付近の歪みが生じ、主に間隔ｄＸに応じた波長の第１の弾性表面波を発生する。
ここでは、第１の弾性表面波の一例として、Ｘ方向送信部３Ｘから図４（ａ）に示すような波形のバースト波（弾性表面波）５１が発生した場合について説明する。
【００５９】
［２］ Ｘ方向送信部３Ｘで発生したバースト波５１は、図１の奥側に向かって進行し、第１の反射器５Ｘ１の反射素子群で、一部が反射され、残部が透過する。これにより、バースト波５１は分岐され、弾性表面波５２として、基板２のＸ方向（右方向）に伝播する。続いて、第１の反射器５Ｘ２で２回目の反射がなされる。これにより、反射された弾性表面波５３は、図１の手前側に向かって進行し、Ｘ方向受信部４Ｘに到達する。このとき、シート材８の上面に指先または物体等が触れて（タッチして）いる場合には、例えば、図４（ａ）に示すような減衰５４を含む受信波５５が得られる。
Ｘ方向受信部４Ｘに到達した減衰５４を含む受信波５５は、圧電体層３２の表面付近に、受信波５５の強度（振幅）に応じた歪みを生じさせる。この歪みは、圧電体層３２の圧電効果により、下部電極３１とＩＤＴ３３との間に電位差を発生させる。すなわち、受信波５５は、Ｘ方向受信部４Ｘにおいて、その強度に応じた電気信号に変換される。
【００６０】
［３］ 次に、Ｘ方向受信部４Ｘで得られた電気信号は、受信用配線７および増幅部１３を介して、検出部１２に伝送される。検出部１２では、Ｘ方向受信部４Ｘが受信した第１の弾性表面波の強度の経時変化を検出する。そして、この検出部１２の検出結果に基づいて、制御部１４が備える演算部によりタッチ位置を特定する。具体的には、例えば、図４（ａ）に示す受信波５５の受信開始時刻から減衰５４の受信時刻までの時間ＴＸをＸ方向の距離に変換し、タッチ位置のＸ座標を算出する。
【００６１】
［４］ 次に、Ｙ方向送信部３Ｙが第２の弾性表面波を発生させる条件を満足する第２の周波数の高周波電圧を、給電用配線６を介して下部電極３１とＩＤＴ３３との間に印加する。これにより、Ｙ方向送信部３Ｙから図４（ｂ）に示すような波形のバースト波６１が発生させる。
［５］ 以下、Ｘ方向と同様に、図４（ｂ）に示すような減衰６４を含む受信波６５が得られる。そして、検出部１２では、Ｙ方向受信部４Ｙが受信した第２の弾性表面波の強度の経時変化を検出し、時間ＴＹからタッチ位置のＹ座標を算出することができる。
以上のようにして、タッチ位置の位置情報が得られ、この位置情報を用いて各種電子機器の操作等を行うことができる。
【００６２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のタッチパネル装置の第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態のタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図、図６は、図５に示すＸ方向送信部のＡ’−Ａ’線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言い、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００６３】
以下、これらの図を参照して本発明のタッチパネル装置の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態のタッチパネル装置１は、送信部および受信部の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
本実施形態では、送信部３’は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波をＹ方向に発生させるＸ方向送信部３Ｘ’と、Ｙ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波をＸ方向に発生させるＹ方向送信部とで構成されている。
【００６４】
図５および図６に示すＸ方向送信部３Ｘ’は、弾性表面波素子で構成され、基板２上に順に積層されたＩＤＴ（櫛歯状電極）３３’と圧電体層３２’とを有している。このような構成の弾性表面波素子は、比較的強度の大きい弾性表面波を効率よく発生させることができる。
ＩＤＴ３３’は、図５および図６に示すように、ほぼ等間隔で併設された一対の櫛歯状の電極指３３２、３３３を２対備えている。この電極指３３２、３３３の各幅、各厚さ、隣接する電極指３３２と電極指３３３との間隔ｄＸ、後述する圧電体層３２’の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向送信部３Ｘ’から発生する弾性表面波の発振周波数等の特性を所望のものに調整することができる。
【００６５】
また、ＩＤＴ３３’の電極指３３２、３３３の数は、特に限定されないが、電極指３３２と電極指３３３の１本ずつで一対の電極指を形成する場合、５〜５０対程度が好ましく、２０〜４０対程度がより好ましい。一対の電極指３３２、３３３の数を前記範囲内とすることにより、エネルギー散逸量を確実に低減させるとともに、十分な振幅の弾性表面波を発生させ、タッチパネル装置１の検出感度の低下を防止することができる。また、ＩＤＴ３３’の占める面積の最適化を図ることができ、十分な面積のタッチ有効領域を確保することができる。
【００６６】
また、圧電体層３２’は、前記第１実施形態の圧電体層３２と同様の材料で構成される。
このような構成を有する本実施形態のタッチパネル装置１を使用する際には、電極指３３２と電極指３３３との間に、電極指３３２、３３３および圧電体層３２’の各種条件によって定められるＸ方向送信部３Ｘ’の共振条件を満足するような第１の周波数の高周波電圧を印加する。これにより、Ｘ方向送信部３Ｘ’から、主に間隔ｄＸに応じた波長の第１の弾性表面波が発生する。
【００６７】
なお、本実施形態では、電極指３３２と電極指３３３とがほぼ等間隔に設けられているが、間隔が変化する部分があってもよい。
以上、Ｘ方向送信部３Ｘ’を代表に説明したが、Ｙ方向送信部、Ｘ方向受信部およびＹ方向受信部も、Ｘ方向送信部３Ｘ’と同様の構成である。
そして、本実施形態のタッチパネル装置１においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６８】
以上、本発明のタッチパネル装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タッチパネル装置を構成する各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明のタッチパネル装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のタッチパネル装置の第１実施形態を示す概略図（平面図）である。
【図２】図１に示すタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図である。
【図３】図２に示すＸ方向送信部のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】送信部から送信および受信部で受信された各弾性表面波の波形の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態のタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図である。
【図６】図５に示すＸ方向送信部のＡ’−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１……タッチパネル装置 ２……基板 ３……送信部 ３Ｘ、３Ｘ’……Ｘ方向送信部 ３Ｙ……Ｙ方向送信部 ４……受信部 ４Ｘ……Ｘ方向受信部 ４Ｙ……Ｙ方向受信部 ５……反射器 ５Ｘ１、５Ｘ２……第１の反射器 ５Ｙ１、５Ｙ２……第２の反射器 ６……給電用配線 ７……受信用配線 ８……シート材 １０……外部装置 １１……高周波電源 １２……検出部 １３……増幅部 １４……制御部 ３１……下部電極 ３２、３２’……圧電体層 ３３、３３’……ＩＤＴ ３３１、３３２、３３３……電極指 ５１、６１……バースト波 ５２、５３……弾性表面波 ５４、６４……減衰 ５５、６５……受信波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子機器の液晶ディスプレイ等の表示装置に装着され、表示内容に応じて指先またはその他の物体をタッチ面に接触させることにより、接触位置を特定して電子機器の各種操作、入力等を行うタッチパネル装置が知られている。
タッチパネル装置の駆動方法には多種の方法が提案されているが、そのうちの１つとして、弾性表面波方式のタッチパネル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
弾性表面波方式のタッチパネル装置は、基板上に弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）を励振させた状態で、この基板上を指先や物体等で接触（タッチ）することによって生じる弾性表面波の強度変化を検出して、タッチ位置を検出する機能を有するものである。
このタッチパネル装置は、基板上に、この基板のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波を発生するＸ方向送信部と、Ｘ方向とほぼ直交するＹ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波を発生するＹ方向送信部と、第１の弾性表面波を受信するＸ方向受信部と、第２の弾性表面波を受信するＹ方向受信部とが、それぞれ設けられている。
【０００４】
そして、この基板の上面がタッチ面となり、指先等の接触によって第１の弾性表面波および第２の弾性表面波に減衰、すなわち強度変化が生じる。この強度変化をＸ方向受信部およびＹ方向受信部で受信して位置情報に変換することにより、指先等の接触位置を特定することができる。
このようなタッチパネル装置では、高周波電源からの動作電力の供給を、切替器により、Ｘ方向送信部とＹ方向送信部とに切り替えるよう構成されている。
【０００５】
また、Ｘ方向受信部およびＹ方向受信部が弾性表面波を受信して発生させた電気信号は、切替器により、Ｘ方向成分の電気信号とＹ方向成分の電気信号とに分けられるよう構成されている。
しかしながら、このような構成では、少なくとも２つの切替器が必要になり、また、電力供給および電気信号伝送に用いる回路の構成が複雑化して、タッチパネル装置の小型化および軽量化が困難であるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２３９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、小型かつ軽量で、回路の構成が簡単なタッチパネル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のタッチパネル装置は、タッチ面を有し、該タッチ面に接触する物体のタッチ位置を検出するタッチパネル装置であって、
長方形または正方形をなし、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を伝播する基板と、
該基板において、前記第１の弾性表面波を発生する第１の送信部と、
前記第１の弾性表面波とほぼ直交する方向に、前記第１の弾性表面波と周波数の異なる前記第２の弾性表面波を発生する第２の送信部と、
前記第１の弾性表面波を受信する第１の受信部と、
前記第２の弾性表面波を受信する第２の受信部と、
前記第１の弾性表面波を発生させ得る第１の周波数の高周波電圧を前記第１の送信部に印加するとともに、前記第２の弾性表面波を発生させ得る前記第１の周波数と異なる第２の周波数の高周波電圧を前記第２の送信部に印加する電力供給部と、
前記第１の受信部が受信した前記第１の弾性表面波の強度の経時変化と前記第２の受信部が受信した前記第２の弾性表面波の強度の経時変化とを検出する検出部と、
該検出部の検出結果に基づいて、前記タッチ位置を特定する機能を備える制御部とを有することを特徴とする。
これにより、Ｘ／Ｙ切替器を省略することができ、小型かつ軽量で、回路の構成が簡単なタッチパネル装置を得ることができる。
【０００９】
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の送信部と前記第２の送信部とが、バイアス電極を共有していることが好ましい。
これにより、給電用配線の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００１０】
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の受信部と前記第２の受信部とが、バイアス電極を共有していることが好ましい。
これにより、受信用配線の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００１１】
本発明のタッチパネル装置では、前記検出部により、前記第１の弾性表面波を検出する時間と前記第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されていることが好ましい。
これにより、第１の受信部からの電気信号と第２の受信部からの電気信号との混在を防止しつつ、タッチ位置の位置情報を確実に得ることができる。
本発明のタッチパネル装置では、前記第１の送信部および前記第２の送信部は、いずれも、弾性表面波素子で構成されていることが好ましい。
弾性表面波素子は、発生させる弾性表面波の周波数特性等の条件を比較的容易に変更することができるため、異なる周波数の弾性表面波を容易に発生させることができる。また、弾性表面波素子は、それ自体の厚さを非常に薄くすることができるため、タッチパネル装置の薄型化および軽量化を図ることができる。
【００１２】
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、厚膜状の圧電体層と、該圧電体層に電圧を印加する一対の電極とを備えることが好ましい。
このような構成の弾性表面波素子は、効率よく弾性表面波を発生させることができる。
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、互いに周波数の異なる弾性表面波を発生するものであることが好ましい。
これにより、同種の圧電材料で、かつ電極指の幅、間隔、厚さ等が同一になるように形成した弾性表面波素子であっても、結晶方位を異ならせることで、異なる発振周波数のものを得ることができる。このため、弾性表面波素子の製造工程の簡略化を図ることができ、これらの製造コスト、ひいてはタッチパネル装置の製造コストを削減することができる。
【００１３】
本発明のタッチパネル装置では、前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、ＳＨ波およびレイリー波を発生するものであり、
前記第１の送信部および前記第２の送信部のいずれか一方は前記ＳＨ波を発生し、他方は前記レイリー波を発生することが好ましい。
これにより、第１の送信部と第２の送信部において各電極パターンを等しくなるように設定した場合でも、互いに異なる周波数でかつ異なるモードの弾性表面波を発生させることができる。かかる構成においては、第１の送信部のＩＤＴと第２の送信部のＩＤＴを同じ製造条件で形成することができるため、形成後の各ＩＤＴの特性のバラツキが抑制されるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明のタッチパネル装置では、前記厚膜状の圧電体層は、水晶を主材料として構成されていることが好ましい。
水晶は、多くの有用な結晶方位を有するため、多彩な発振モード（発振周波数）の弾性表面波を発生する素子を容易に得ることができる。また、熱伝導率が高く、高温下での熱安定性に優れているという利点もある。さらに、原材料が安価であるため、大型の結晶を入手し易いという側面もある。
【００１５】
本発明のタッチパネル装置では、前記電力供給部は、前記第１の送信部および前記第２の送信部に印加する高周波電圧の周波数を、前記第１の周波数と前記第２の周波数とに変調させることにより、前記第１の送信部および前記第２の送信部を、互いに排他的に動作し得るよう制御することが好ましい。
これにより、従来、第１の送信部および第２の送信部に供給する動作電力を切り替える際に必要とされていた切替器を省略することができ、タッチパネル装置の製造コストの削減を図ることができる。
【００１６】
本発明のタッチパネル装置では、さらに、前記第１の送信部および前記第２の送信部と、前記電力供給部とを接続する給電用配線と、
前記第１の受信部および前記第２の受信部と、前記検出部とを接続する受信用配線と、
前記基板の４つの辺のうち、前記第１の送信部が前記第１の弾性表面波を発生させる方向に平行な対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第１の弾性表面波の伝播方向を変更する第１の反射器と、
前記２つの辺以外の対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第２の弾性表面波の伝播方向を変更する第２の反射器とを有し、
前記第１の反射器および前記第２の反射器の少なくとも一方が、前記給電用配線または前記受信用配線と一体的に形成されていることが好ましい。
これにより、第１の反射器および第２の反射器を、基板の縁部側により接近させて形成することができるため、タッチ有効領域を拡大することができる。換言すると、タッチパネル装置の額縁部の幅を減少させ、設計自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のタッチパネル装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明のタッチパネル装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明のタッチパネル装置の第１実施形態を示す概略図（平面図）、図２は、図１に示すタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図、図３は、図２に示すＸ方向送信部のＡ−Ａ線断面図、図４は、送信部から送信および受信部で受信された各弾性表面波の波形の一例を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１および図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」、下側を「手前」、上側を「奥」と言い、図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００１８】
図１に示すタッチパネル装置１は、基板２と、基板２上に設けられた送信部３と、受信部４と、反射器５と、基板２に対して送信部３、受信部４および反射器５を介して設けられたシート材８と、基板２の外部に設けられた外部装置１０とを有している。
基板２は、長方形または正方形をなしている。
この基板２および後述するシート材８は、実質的に透明（無色透明、着色透明、半透明）とされる。これにより、タッチパネル装置１を介して、例えば、基板２のシート材８と反対側に設けられた表示装置等の表示内容を確認することができる。
【００１９】
この表示装置としては、例えば、ブラウン管、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等が挙げられる。また、表示内容としては、文字、数字、図形等の画像（動画および静止画の双方を含む）が挙げられる。
基板２の構成材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられる。
このような基板２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜３０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜１０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
【００２０】
なお、前述の表示装置が有する透明基板を、基板２として用いるようにしてもよい。この場合、基板２をタッチパネル装置１と表示装置とが共用することになるため、タッチパネル装置１に表示装置を含めた全体の部品点数を削減して軽量化を図ることができる。また、表示内容を含む光が透過する基板の枚数が減少するため、タッチパネル装置１における光の透過率を高めることもできる。
【００２１】
図１に示す基板２は、平面視で長方形をなしており、弾性表面波が伝播する媒体となるものである。
この基板２の角部付近には、送信部３および受信部４が設けられている。
このうち、送信部３は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための弾性表面波（第１の弾性表面波）をＸ方向とほぼ直交するＹ方向に発生させるＸ方向送信部（第１の送信部）３Ｘと、基板２のＹ方向のタッチ位置を検出するための弾性表面波（第２の弾性表面波）をＸ方向に発生させるＹ方向送信部（第２の送信部）３Ｙとで構成されている。
【００２２】
本実施形態では、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙとは、それぞれ、基板２の左側縁部の両端付近に設けられている。
図２および図３に示すＸ方向送信部３Ｘは、弾性表面波素子で構成され、基板２上に順に積層された平板状の下部電極３１、圧電体層３２、および、下部電極３１と対をなすＩＤＴ（櫛歯状またはすだれ状をなす上部電極）３３を有している。このような構成の弾性表面波素子は、ＩＤＴ３３の電極指同士の間隔を比較的広くしても、効率よく弾性表面波を発生させることができる。
【００２３】
このようなＸ方向送信部３Ｘは、下部電極３１とＩＤＴ（Interdigital Transducer）３３との間に高周波電圧を印加することにより、圧電体層３２の表面に逆圧電効果による変位を生じさせ、第１の弾性表面波を発生するものである。
下部電極３１の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｙ、Ｐｂ、Ｓｃ、Ｃｒまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば積層体として）用いることができる。
ＩＤＴ３３は、図３に示すように、ほぼ等間隔で設けられた複数の電極指３３１を備えている。この電極指３３１の幅、厚さ、隣接する電極指３３１同士の間隔ｄＸ、後述する圧電体層３２の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向送信部３Ｘから発生する第１の弾性表面波の周波数特性等を所望のものに調整することができる。
【００２４】
また、ＩＤＴ３３の電極指３３１の数は、特に限定されないが、１０〜１００本程度が好ましく、４０〜８０本程度がより好ましい。ＩＤＴ３３では、一般に、電極指３３１の数に対応して、エネルギーの散逸量が変化する。具体的には、電極指３３１の数が多いほど、エネルギー散逸量が小さくなり、逆に、電極指３３１の数が少ないほど、エネルギー散逸量が大きくなる。このため、電極指３３１の数を前記範囲内とすることにより、エネルギー散逸量を確実に低減させるとともに、十分な振幅の弾性表面波を発生させ、タッチパネル装置１の検出感度の低下を防止することができる。また、ＩＤＴ３３の占める面積の最適化を図ることができ、十分な面積のタッチ有効領域を確保することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、電極指３３１同士はほぼ等間隔に設けられているが、間隔が変化する部分があってもよい。
また、ＩＤＴ３３は、前述の下部電極３１と同様の材料で構成される。
圧電体層３２は、圧電特性を有しており、下部電極３１とＩＤＴ３３との間に、高周波電圧が印加されることにより、その逆圧電効果によって表面付近に変位を生じる機能を有するものである。また逆に、圧電体層３２に変位が生じると、圧電効果によって下部電極３１とＩＤＴ３３との間に電位差を生じる。
【００２６】
そして、圧電体層３２に印加する高周波電圧の周波数（第１の周波数）が、下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３の各種条件によって定められるＸ方向送信部３Ｘの共振条件を満足すると、Ｘ方向送信部３Ｘから第１の弾性表面波の定在波を特に効率よく発生することができる。
このような圧電体層３２としては、例えば、薄膜またはバルク（厚膜状）の形態をなすものが挙げられる。以下、圧電体層３２を、その形態毎に順次説明する。
【００２７】
Ｉ．圧電体層３２が薄膜で構成されている場合
かかる構成は、圧電体層３２の構成材料に、大型の単結晶を得ることが困難な圧電材料を用いる場合に、好適に適用される。このため、多種多様の圧電特性（例えば、弾性表面波の伝播速度等）を有する圧電材料を用いることにより、Ｘ方向送信部３Ｘの発振周波数をより広範囲に調整することができる。
【００２８】
具体的な圧電材料としては、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主材料とするものが好ましい。このような材料は、均一な結晶の薄膜を比較的容易に形成可能なものである。また、これらの材料は、弾性表面波の伝播速度が比較的速いものであるため、応答速度の速いタッチパネル装置１を得ることができる。
このような圧電体層３２の平均厚さは、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、２〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、タッチパネル装置１のタッチ位置の検出に必要十分な振幅を有する弾性表面波を得ることができる。
【００２９】
II．圧電体層３２がバルクで構成されている場合
かかる構成は、圧電体層３２の構成材料に、大型の単結晶を容易に得られる圧電材料を用いる場合に、好適に適用される。
バルク（単結晶）の圧電材料は、その切り出し角を設定することにより、異なる結晶方位の圧電体層３２を得ることができる。圧電体層３２は、その圧電特性が結晶方位に応じて異なるため、結晶方位を選択することによって同種の圧電材料であっても異なる圧電特性を有するものが得られる。これにより、同種の圧電材料で、かつ電極指の幅、間隔、厚さ等が同一になるように形成した弾性表面波素子であっても、結晶方位を異ならせることで、異なる発振周波数のものを得ることができる。このため、Ｘ方向送信部３Ｘの製造工程の簡略化を図ることができ、これらの製造コスト、ひいてはタッチパネル装置１の製造コストを削減することができる。
また、バルクの圧電体層３２は、複数の発振モードで弾性表面波を発振し得るものが好ましい。これにより、タッチパネル装置の動作に好適な発振モードの弾性表面波を容易に選択することができる。
【００３０】
弾性表面波の発振モードとしては、例えば、レイリー波、ＳＨ波、ラム波、クリーピング波等が挙げられる。このうち、Ｘ方向送信部３Ｘに用いる圧電体層３２は、その結晶方位に応じてレイリー波およびＳＨ波を発生し得るものが好ましい。そして、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙのいずれか一方が、ＳＨ波を発生し、他方がレイリー波を発生するよう構成されることが好ましい。これにより、両者のＩＤＴ３３の電極パターンを等しくなるように設定した場合でも、互いに異なる周波数でかつ異なるモードの弾性表面波を発生させることができる。かかる構成においては、Ｘ方向送信部３ＸのＩＤＴ３３とＹ方向送信部３ＹのＩＤＴ３３を同じ製造条件で形成することができるため、形成後の各ＩＤＴ３３の特性のバラツキが抑制されるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００３１】
また、これらの発振モードは、比較的安定したモードであるため、タッチパネル装置１で用いる弾性表面波として好適なものである。
このような圧電材料としては、例えば、水晶、サファイア、ホウ酸リチウム、リン酸アルミニウム、酸化テルル、ニオブ酸カリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、水晶を用いるのが好ましい。水晶は、多くの有用な結晶方位を有するため、多彩な発振モード（発振周波数）の弾性表面波を発生する素子を容易に得ることができる。また、熱伝導率が高く、高温下での熱安定性に優れているという利点もある。さらに、原材料が安価であるため、大型の結晶を入手し易いという側面もある。
【００３２】
また、この場合、圧電体層３２の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜５００μｍ程度であるのが好ましく、２０〜４００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、タッチパネル装置１のタッチ位置の検出に必要十分な弾性表面波の振幅を得ることができる。
Ｙ方向送信部３Ｙは、上記のようなＸ方向送信部３Ｘと同様の構成とされる。すなわち、Ｙ方向送信部３Ｙは、基板２上に順に積層された下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３を有している。
そして、このＹ方向送信部３Ｙにおいても、Ｘ方向送信部３Ｘと同様に、圧電体層３２に印加する高周波電圧の周波数（第２の周波数）が、下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３の各種条件によって定められるＹ方向送信部３Ｙの共振条件を満足すると、Ｙ方向送信部３Ｙから第２の弾性表面波の定在波を特に効率よく発生することができる。
【００３３】
本発明では、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する高周波電圧の周波数（第１の周波数）と、Ｙ方向送信部３Ｙに印加する高周波電圧の周波数（第２の周波数）とが異なるように（周波数が変調するように）構成されている。そして、Ｘ方向送信部３Ｘの前記共振条件を満足するような第１の周波数、および、Ｙ方向送信部３Ｙの前記共振条件を満足するような第２の周波数のいずれかの周波数の動作電力（高周波電圧）を、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙに供給（印加）することにより、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙに動作電力を切り替えることなく、これらを選択的に動作させることができる。
【００３４】
換言すれば、動作電力の周波数を、第１の周波数と第２の周波数のいずれかに設定することにより、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙを、互いに排他的に弾性表面波を発生させるよう制御することができる。これにより、従来、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙに供給する動作電力を切り替える際に必要とされていたＸ／Ｙ切替器を省略することができ、タッチパネル装置１の製造コストの削減を図ることができる。
【００３５】
なお、Ｘ方向送信部３ＸとＹ方向送信部３Ｙは、互いに電気的に独立していてもよいが、好ましくは図１に示すように、給電用配線６を介して両者が電気的に接続され、バイアス電極を共有しているのが好ましい。これにより、給電用配線６の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置１の設計の自由度を高めることができる。その結果、タッチパネル装置１の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００３６】
また、この給電用配線６は、導電性を有する各種の材料で構成されるが、特に、下部電極３１またはＩＤＴ３３と同様の材料で構成され、下部電極３１またはＩＤＴ３３と一体的に形成されているのが好ましい。これにより、後述するタッチパネル装置１の製造工程において、給電用配線６と下部電極３１またはＩＤＴ３３とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３７】
受信部４は、Ｘ方向送信部３Ｘから発生した第１の弾性表面波を受信するＸ方向受信部（第１の受信部）４Ｘと、Ｙ方向送信部３Ｙから発生した第２の弾性表面波を受信するＹ方向受信部（第２の受信部）４Ｙとで構成されている。
本実施形態では、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙとは、それぞれ、基板２の手前側縁部の両端付近に設けられている。
【００３８】
Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙは、それぞれ、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙと同様の構成を有している。すなわち、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙは、それぞれ、基板２上に順に積層された平板状の下部電極３１、圧電体層３２およびＩＤＴ３３を有している。
そして、Ｘ方向受信部４Ｘは、基板２を伝播してきた第１の弾性表面波による圧電体層３２の変位で生じる圧電効果に応じて、下部電極３１およびＩＤＴ３３の間に電気信号を発生させるものである。
【００３９】
また、Ｙ方向受信部４Ｙも、Ｘ方向受信部４Ｘと同様に、第２の弾性表面波による圧電体層３２の変位で生じる圧電効果に応じて、電気信号を発生させるものである。
また、Ｘ方向受信部４Ｘは、Ｘ方向送信部３Ｘから発生した第１の弾性表面波を主に受信可能な周波数特性を有し、Ｙ方向受信部４Ｙは、Ｙ方向送信部３Ｙから発生した第２の弾性表面波を主に受信可能な周波数特性を有していることが好ましい。これにより、例えば、Ｘ方向受信部４Ｘに、第２の弾性表面波が不本意に到達した場合にも、この第２の弾性表面波の周波数が、Ｘ方向受信部４Ｘの周波数特性と異なるため、第２の弾性表面波をノイズとして受信してしまうのを防止することができる。
【００４０】
このようなことから、Ｘ／Ｙ切替器を省略した場合にも、基板２を伝播する弾性表面波の周波数に応じて、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙのいずれか一方で選択的かつ確実に弾性表面波を受信することができる。これにより、部品点数の削減を図り、タッチパネル装置１の製造コストの削減を図ることができる。
なお、Ｘ方向受信部４Ｘの周波数特性およびＹ方向受信部４Ｙの周波数特性は、それぞれ、ＩＤＴ３３が有する電極指３３１の幅、厚さ、隣接する電極指３３１同士の間隔、圧電体層３２の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙが主に受信可能な周波数等の特性を所望のものに調整することができる。
【００４１】
また、Ｘ方向受信部４ＸとＹ方向受信部４Ｙは、互いに電気的に独立していてもよいが、好ましくは図１に示すように、受信用配線７を介して両者が電気的に接続され、バイアス電極を共有しているのが好ましい。これにより、送信部３と同様に、受信用配線７の配線パターンの簡素化や、タッチパネル装置１の設計の自由度を高めることができる。これにより、タッチパネル装置１の額縁部の縮小化を図ることができ、タッチ有効領域の拡大を図ることができる。
【００４２】
また、この受信用配線７は、前述の給電用配線６と同様の材料で構成されるが、特に、下部電極３１またはＩＤＴ３３と同様の材料で構成され、下部電極３１またはＩＤＴ３３と一体的に形成されているのが好ましい。これにより、後述するタッチパネル装置１の製造方法において、受信用配線７と下部電極３１またはＩＤＴ３３とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、本実施形態では、Ｘ方向送信部３Ｘ、Ｙ方向送信部３Ｙ、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙのいずれも弾性表面波素子で構成されている場合について説明したが、例えば、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙが弾性表面波素子で構成され、残りのものがその他の弾性表面波を発生する手段で構成されていてもよい。弾性表面波素子は、発生させる弾性表面波の周波数特性等の条件を比較的容易に変更することができるため、異なる周波数の弾性表面波を容易に発生させることができる。
【００４３】
また、弾性表面波素子は、それ自体の厚さを非常に薄くすることができるため、タッチパネル装置の薄型化および軽量化を図ることができる。
また、弾性表面波を発生するその他の手段としては、例えば、基板２に対して横波および／または縦波を発生する振動を与え得る各種の振動子等が挙げられる。
基板２の各縁部には、それぞれ、反射器５が固定されている。
【００４４】
反射器５は、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙから発生された弾性表面波の伝播方向を変更する機能を有するものである。
図１に示す反射器５は、基板２において、Ｘ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生する方向（Ｙ方向）にほぼ平行な２辺（基板２の左右の２辺）の縁部付近に設けられた一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２と、前記２辺以外の２辺（基板２の上下の２辺）の縁部付近に設けられた一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２とを有している。
【００４５】
これらの反射器５は、それぞれ、基板２の各縁部に対してほぼ４５°傾斜した反射面を有する多数の反射素子が所定の間隔（ブラッグ反射の条件を満たす間隔）で配列して構成された反射素子群で構成されている。
このような反射器５は、それぞれ、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波の伝播方向をほぼ９０°変更する機能を有している。具体的には、一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２は、第１の弾性表面波の伝播方向を、それぞれほぼ９０°変更し、最終的にはほぼ１８０°変更するよう構成されており、一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２は、第２の弾性表面波の伝播方向を、それぞれほぼ９０°変更し、最終的にはほぼ１８０°変更するよう構成されている。
【００４６】
また、一対の第１の反射器５Ｘ１、５Ｘ２と一対の第２の反射器５Ｙ１、５Ｙ２のうち、１回目の反射を担う第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１は、それぞれ、各反射素子の反射面に到達した弾性表面波のうち、一部を反射、残部を透過させるよう構成されている。これにより、弾性表面波は、各反射素子で分岐され、基板２のＸ方向およびＹ方向を、それぞれ均一に走査するように伝播することとなる。
【００４７】
一方、２回目の反射を担う第１の反射器５Ｘ２および第２の反射器５Ｙ２は、それぞれ、各反射素子の反射面に到達した弾性表面波を反射させるとともに、前記反射面と反対側の面に到達した弾性表面波を透過させるよう構成されている。これにより、弾性表面波は、各反射素子で集約され、Ｘ方向受信部４ＸおよびＹ方向受信部４Ｙに向かうよう、その伝播方向が変更されることとなる。
【００４８】
また、このような反射器５においては、反射素子毎に反射される弾性表面波の経路長が異なるため、各反射素子で反射された弾性表面波は、この経路長差に応じた時間差を有して各受信部４Ｘ、４Ｙに到達することとなる。この時間差により、後述する検出部においてタッチ位置を特定する位置情報を得ることができる。なお、基板２の弾性表面波が伝播する領域が、タッチ位置を検出し得る領域、すなわち、タッチ有効領域となる。
この反射器５の構成材料としては、特に限定されないが、前述の給電用配線６および受信用配線７と同様の材料で構成される。
【００４９】
また、本実施形態では、図１に示すように、第１の反射器５Ｘ１と給電用配線６、および、第２の反射器５Ｙ１と受信用配線７が、それぞれ一体的に形成されている。これにより、第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１を、基板２の縁部側により接近させて形成することができるため、タッチ有効領域を拡大することができる。換言すると、タッチパネル装置１の額縁部の幅を減少させ、設計自由度を高めることができる。
【００５０】
また、後述するタッチパネル装置１の製造工程において、給電用配線６および受信用配線７と第１の反射器５Ｘ１および第２の反射器５Ｙ１とを同時に形成することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、これらの反射器と配線は分離していてもよく、または、いずれか一方とのみ一体的に形成されていてもよい。
【００５１】
基板２、送信部３、受信部４および反射器５の上方には、シート材８が設けられている。
このシート材８は、通常は基板２と接触しないよう、スペーサ（図示せず）等により所定の間隔を保持した状態で設けられている。
本実施形態では、タッチパネル装置１を操作（タッチ）する際に、このシート材８の上面がタッチ面として機能する。これにより、シート材８が下方に撓み、シート材８が基板２と接触することで、基板２のタッチ位置に対応する部分を通過する弾性表面波を減衰させることができる。その結果、後述する検出部および制御部により、タッチ位置を特定することができる。
【００５２】
また、シート材８は、弾性部材で構成されるのが好ましい。この弾性部材としては、具体的には、基板２の構成材料と同様の樹脂材料やガラス材料、またはこれらを組み合わせた材料等が挙げられる。
なお、このシート材８は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。この場合、基板２の上面をタッチ面として操作することができる。
また、シート材８の下面には、複数の突起（図示せず）が設けられていてもよい。
【００５３】
外部装置１０は、給電用配線６を介して送信部３に動作電力を供給する高周波電源（電力供給部）１１と、受信用配線７を介して受信部４で発生した電気信号を受信する検出部１２と、受信部４と検出部１２との間に設けられ、前記電気信号を増幅する増幅部１３と、検出部１２が受信した電気信号の結果に基づいて、指先または物体等が接触した位置情報を算出する制御部１４とを有する。
【００５４】
高周波電源１１は、少なくとも２種類の異なる周波数の高周波電圧を送信部３に印加することができるものである。これにより、前述のようにして、Ｘ方向送信部３ＸおよびＹ方向送信部３Ｙが互いに排他的に第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を発生するよう制御される。
増幅部１３は、受信部４が弾性表面波を受信して発生した電気信号を増幅し、検出部１２において、指先または物体が接触したことによる電気信号の強度の変化率を相対的に増大させ、強度変化を捉え易くするものである。
【００５５】
検出部１２は、増幅部１３で増幅された電気信号の強度の経時変化を検出する機能を有するものである。
制御部１４は、高周波電源１１および検出部１２の各動作を制御し得るよう構成されている。これにより、高周波電源１１の動作電力の供給、および、検出部１２の電気信号受信の各動作を、所望のタイミングに制御することができる。
このタイミングは、一例として、検出部１２により、第１の弾性表面波を検出する時間と、第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されるよう設定される。
【００５６】
具体的には、まず、高周波電源１１からＸ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する。これにより、Ｘ方向送信部３Ｘから第１の弾性表面波を発生させ、この第１の弾性表面波をＸ方向受信部４Ｘで受信する。この受信により得られた電気信号は、受信用配線７を介して、検出部１２で検出する。
【００５７】
次に、高周波電源１１からＹ方向送信部３Ｙが第２の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｙ方向送信部３Ｙに印加する。これにより、Ｙ方向送信部３Ｙから第２の弾性表面波を発生させ、この第２の弾性表面波をＹ方向受信部４Ｙで受信する。この受信により得られた電気信号は、受信用配線７を介して、検出部１２で検出する。
次に、再び、高周波電源１１からＸ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する高周波電圧を、Ｘ方向送信部３Ｘに印加する。このような動作を繰り返し行うことにより、Ｘ方向受信部４Ｘからの電気信号とＹ方向受信部４Ｙからの電気信号との混在を防止しつつ、タッチ位置の位置情報を確実に得ることができる。
また、制御部１４は、この他に、検出部１２が受信した電気信号の強度の経時変化に基づいて、タッチ位置の位置情報に変換する演算部（図示せず）を有している。そして、この位置情報が各種電子機器に伝送される。
【００５８】
次に、上記のようなタッチパネル装置１の使用方法（作用）の一例について説明する。
［１］ まず、高周波電源１１から、Ｘ方向送信部３Ｘが第１の弾性表面波を発生させる条件を満足する第１の周波数の高周波電圧を、給電用配線６を介して下部電極３１とＩＤＴ３３との間に印加する。これにより、圧電体層３２には、逆圧電効果による表面付近の歪みが生じ、主に間隔ｄＸに応じた波長の第１の弾性表面波を発生する。
ここでは、第１の弾性表面波の一例として、Ｘ方向送信部３Ｘから図４（ａ）に示すような波形のバースト波（弾性表面波）５１が発生した場合について説明する。
【００５９】
［２］ Ｘ方向送信部３Ｘで発生したバースト波５１は、図１の奥側に向かって進行し、第１の反射器５Ｘ１の反射素子群で、一部が反射され、残部が透過する。これにより、バースト波５１は分岐され、弾性表面波５２として、基板２のＸ方向（右方向）に伝播する。続いて、第１の反射器５Ｘ２で２回目の反射がなされる。これにより、反射された弾性表面波５３は、図１の手前側に向かって進行し、Ｘ方向受信部４Ｘに到達する。このとき、シート材８の上面に指先または物体等が触れて（タッチして）いる場合には、例えば、図４（ａ）に示すような減衰５４を含む受信波５５が得られる。
Ｘ方向受信部４Ｘに到達した減衰５４を含む受信波５５は、圧電体層３２の表面付近に、受信波５５の強度（振幅）に応じた歪みを生じさせる。この歪みは、圧電体層３２の圧電効果により、下部電極３１とＩＤＴ３３との間に電位差を発生させる。すなわち、受信波５５は、Ｘ方向受信部４Ｘにおいて、その強度に応じた電気信号に変換される。
【００６０】
［３］ 次に、Ｘ方向受信部４Ｘで得られた電気信号は、受信用配線７および増幅部１３を介して、検出部１２に伝送される。検出部１２では、Ｘ方向受信部４Ｘが受信した第１の弾性表面波の強度の経時変化を検出する。そして、この検出部１２の検出結果に基づいて、制御部１４が備える演算部によりタッチ位置を特定する。具体的には、例えば、図４（ａ）に示す受信波５５の受信開始時刻から減衰５４の受信時刻までの時間ＴＸをＸ方向の距離に変換し、タッチ位置のＸ座標を算出する。
【００６１】
［４］ 次に、Ｙ方向送信部３Ｙが第２の弾性表面波を発生させる条件を満足する第２の周波数の高周波電圧を、給電用配線６を介して下部電極３１とＩＤＴ３３との間に印加する。これにより、Ｙ方向送信部３Ｙから図４（ｂ）に示すような波形のバースト波６１が発生させる。
［５］ 以下、Ｘ方向と同様に、図４（ｂ）に示すような減衰６４を含む受信波６５が得られる。そして、検出部１２では、Ｙ方向受信部４Ｙが受信した第２の弾性表面波の強度の経時変化を検出し、時間ＴＹからタッチ位置のＹ座標を算出することができる。
以上のようにして、タッチ位置の位置情報が得られ、この位置情報を用いて各種電子機器の操作等を行うことができる。
【００６２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のタッチパネル装置の第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態のタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図、図６は、図５に示すＸ方向送信部のＡ’−Ａ’線断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図５中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言い、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００６３】
以下、これらの図を参照して本発明のタッチパネル装置の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態のタッチパネル装置１は、送信部および受信部の構成が異なること以外は、前記第１実施形態と同様である。
本実施形態では、送信部３’は、基板２のＸ方向のタッチ位置を検出するための第１の弾性表面波をＹ方向に発生させるＸ方向送信部３Ｘ’と、Ｙ方向のタッチ位置を検出するための第２の弾性表面波をＸ方向に発生させるＹ方向送信部とで構成されている。
【００６４】
図５および図６に示すＸ方向送信部３Ｘ’は、弾性表面波素子で構成され、基板２上に順に積層されたＩＤＴ（櫛歯状電極）３３’と圧電体層３２’とを有している。このような構成の弾性表面波素子は、比較的強度の大きい弾性表面波を効率よく発生させることができる。
ＩＤＴ３３’は、図５および図６に示すように、ほぼ等間隔で併設された一対の櫛歯状の電極指３３２、３３３を２対備えている。この電極指３３２、３３３の各幅、各厚さ、隣接する電極指３３２と電極指３３３との間隔ｄＸ、後述する圧電体層３２’の組成、結晶方位等を設定することにより、Ｘ方向送信部３Ｘ’から発生する弾性表面波の発振周波数等の特性を所望のものに調整することができる。
【００６５】
また、ＩＤＴ３３’の電極指３３２、３３３の数は、特に限定されないが、電極指３３２と電極指３３３の１本ずつで一対の電極指を形成する場合、５〜５０対程度が好ましく、２０〜４０対程度がより好ましい。一対の電極指３３２、３３３の数を前記範囲内とすることにより、エネルギー散逸量を確実に低減させるとともに、十分な振幅の弾性表面波を発生させ、タッチパネル装置１の検出感度の低下を防止することができる。また、ＩＤＴ３３’の占める面積の最適化を図ることができ、十分な面積のタッチ有効領域を確保することができる。
【００６６】
また、圧電体層３２’は、前記第１実施形態の圧電体層３２と同様の材料で構成される。
このような構成を有する本実施形態のタッチパネル装置１を使用する際には、電極指３３２と電極指３３３との間に、電極指３３２、３３３および圧電体層３２’の各種条件によって定められるＸ方向送信部３Ｘ’の共振条件を満足するような第１の周波数の高周波電圧を印加する。これにより、Ｘ方向送信部３Ｘ’から、主に間隔ｄＸに応じた波長の第１の弾性表面波が発生する。
【００６７】
なお、本実施形態では、電極指３３２と電極指３３３とがほぼ等間隔に設けられているが、間隔が変化する部分があってもよい。
以上、Ｘ方向送信部３Ｘ’を代表に説明したが、Ｙ方向送信部、Ｘ方向受信部およびＹ方向受信部も、Ｘ方向送信部３Ｘ’と同様の構成である。
そして、本実施形態のタッチパネル装置１においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６８】
以上、本発明のタッチパネル装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タッチパネル装置を構成する各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明のタッチパネル装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明のタッチパネル装置の第１実施形態を示す概略図（平面図）である。
【図２】図１に示すタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図である。
【図３】図２に示すＸ方向送信部のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】送信部から送信および受信部で受信された各弾性表面波の波形の一例を示す図である。
【図５】第２実施形態のタッチパネル装置のＸ方向送信部の部分拡大図である。
【図６】図５に示すＸ方向送信部のＡ’−Ａ’線断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１……タッチパネル装置 ２……基板 ３……送信部 ３Ｘ、３Ｘ’……Ｘ方向送信部 ３Ｙ……Ｙ方向送信部 ４……受信部 ４Ｘ……Ｘ方向受信部 ４Ｙ……Ｙ方向受信部 ５……反射器 ５Ｘ１、５Ｘ２……第１の反射器 ５Ｙ１、５Ｙ２……第２の反射器 ６……給電用配線 ７……受信用配線 ８……シート材 １０……外部装置 １１……高周波電源 １２……検出部 １３……増幅部 １４……制御部 ３１……下部電極 ３２、３２’……圧電体層 ３３、３３’……ＩＤＴ ３３１、３３２、３３３……電極指 ５１、６１……バースト波 ５２、５３……弾性表面波 ５４、６４……減衰 ５５、６５……受信波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチ面を有し、該タッチ面に接触する物体のタッチ位置を検出するタッチパネル装置であって、
長方形または正方形をなし、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を伝播する基板と、
該基板において、前記第１の弾性表面波を発生する第１の送信部と、
前記第１の弾性表面波とほぼ直交する方向に、前記第１の弾性表面波と周波数の異なる前記第２の弾性表面波を発生する第２の送信部と、
前記第１の弾性表面波を受信する第１の受信部と、
前記第２の弾性表面波を受信する第２の受信部と、
前記第１の弾性表面波を発生させ得る第１の周波数の高周波電圧を前記第１の送信部に印加するとともに、前記第２の弾性表面波を発生させ得る前記第１の周波数と異なる第２の周波数の高周波電圧を前記第２の送信部に印加する電力供給部と、
前記第１の受信部が受信した前記第１の弾性表面波の強度の経時変化と前記第２の受信部が受信した前記第２の弾性表面波の強度の経時変化とを検出する検出部と、
該検出部の検出結果に基づいて、前記タッチ位置を特定する機能を備える制御部とを有することを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記第１の送信部と前記第２の送信部とが、バイアス電極を共有している請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１の受信部と前記第２の受信部とが、バイアス電極を共有している請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記検出部により、前記第１の弾性表面波を検出する時間と前記第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されている請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
前記第１の送信部および前記第２の送信部は、いずれも、弾性表面波素子で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項６】
前記弾性表面波素子は、厚膜状の圧電体層と、該圧電体層に電圧を印加する一対の電極とを備える請求項５に記載のタッチパネル装置。
【請求項７】
前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、互いに周波数の異なる弾性表面波を発生するものである請求項６に記載のタッチパネル装置。
【請求項８】
前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、ＳＨ波およびレイリー波を発生するものであり、
前記第１の送信部および前記第２の送信部のいずれか一方は前記ＳＨ波を発生し、他方は前記レイリー波を発生する請求項６または７に記載のタッチパネル装置。
【請求項９】
前記厚膜状の圧電体層は、水晶を主材料として構成されている請求項６ないし８のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１０】
前記電力供給部は、前記第１の送信部および前記第２の送信部に印加する高周波電圧の周波数を、前記第１の周波数と前記第２の周波数とに変調させることにより、前記第１の送信部および前記第２の送信部を、互いに排他的に動作し得るよう制御する請求項１ないし９のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の送信部および前記第２の送信部と、前記電力供給部とを接続する給電用配線と、
前記第１の受信部および前記第２の受信部と、前記検出部とを接続する受信用配線と、
前記基板の４つの辺のうち、前記第１の送信部が前記第１の弾性表面波を発生させる方向に平行な対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第１の弾性表面波の伝播方向を変更する第１の反射器と、
前記２つの辺以外の対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第２の弾性表面波の伝播方向を変更する第２の反射器とを有し、
前記第１の反射器および前記第２の反射器の少なくとも一方が、前記給電用配線または前記受信用配線と一体的に形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１】
タッチ面を有し、該タッチ面に接触する物体のタッチ位置を検出するタッチパネル装置であって、
長方形または正方形をなし、第１の弾性表面波および第２の弾性表面波を伝播する基板と、
該基板において、前記第１の弾性表面波を発生する第１の送信部と、
前記第１の弾性表面波とほぼ直交する方向に、前記第１の弾性表面波と周波数の異なる前記第２の弾性表面波を発生する第２の送信部と、
前記第１の弾性表面波を受信する第１の受信部と、
前記第２の弾性表面波を受信する第２の受信部と、
前記第１の弾性表面波を発生させ得る第１の周波数の高周波電圧を前記第１の送信部に印加するとともに、前記第２の弾性表面波を発生させ得る前記第１の周波数と異なる第２の周波数の高周波電圧を前記第２の送信部に印加する電力供給部と、
前記第１の受信部が受信した前記第１の弾性表面波の強度の経時変化と前記第２の受信部が受信した前記第２の弾性表面波の強度の経時変化とを検出する検出部と、
該検出部の検出結果に基づいて、前記タッチ位置を特定する機能を備える制御部とを有することを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記第１の送信部と前記第２の送信部とが、バイアス電極を共有している請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１の受信部と前記第２の受信部とが、バイアス電極を共有している請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記検出部により、前記第１の弾性表面波を検出する時間と前記第２の弾性表面波を検出する時間とが、時間分割されている請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
前記第１の送信部および前記第２の送信部は、いずれも、弾性表面波素子で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項６】
前記弾性表面波素子は、厚膜状の圧電体層と、該圧電体層に電圧を印加する一対の電極とを備える請求項５に記載のタッチパネル装置。
【請求項７】
前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、互いに周波数の異なる弾性表面波を発生するものである請求項６に記載のタッチパネル装置。
【請求項８】
前記弾性表面波素子は、前記厚膜状の圧電体層の結晶方位に応じて、ＳＨ波およびレイリー波を発生するものであり、
前記第１の送信部および前記第２の送信部のいずれか一方は前記ＳＨ波を発生し、他方は前記レイリー波を発生する請求項６または７に記載のタッチパネル装置。
【請求項９】
前記厚膜状の圧電体層は、水晶を主材料として構成されている請求項６ないし８のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１０】
前記電力供給部は、前記第１の送信部および前記第２の送信部に印加する高周波電圧の周波数を、前記第１の周波数と前記第２の周波数とに変調させることにより、前記第１の送信部および前記第２の送信部を、互いに排他的に動作し得るよう制御する請求項１ないし９のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の送信部および前記第２の送信部と、前記電力供給部とを接続する給電用配線と、
前記第１の受信部および前記第２の受信部と、前記検出部とを接続する受信用配線と、
前記基板の４つの辺のうち、前記第１の送信部が前記第１の弾性表面波を発生させる方向に平行な対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第１の弾性表面波の伝播方向を変更する第１の反射器と、
前記２つの辺以外の対向する２つの辺に沿って設けられ、前記第２の弾性表面波の伝播方向を変更する第２の反射器とを有し、
前記第１の反射器および前記第２の反射器の少なくとも一方が、前記給電用配線または前記受信用配線と一体的に形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−６５８００（Ｐ２００７−６５８００Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４８３５１（Ｐ２００５−２４８３５１）
【出願日】平成１７年８月２９日（２００５．８．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２９日（２００５．８．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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