タッチパネル装置
【課題】送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用が原因で受信電極に発生する誘導ノイズを低減する。
【解決手段】パネル本体４が、タッチ面５１が形成されて送信電極２及び受信電極３の前面側に配置された表面板５２と、導電性材料で形成されて送信電極及び受信電極の背面側に配置された背面板５３とを有し、この背面板に送信基板６１が固定されると共に、この送信基板と送信電極とを結ぶ引出し線７１が、送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて背面板に沿うように配設されたものとする。
【解決手段】パネル本体４が、タッチ面５１が形成されて送信電極２及び受信電極３の前面側に配置された表面板５２と、導電性材料で形成されて送信電極及び受信電極の背面側に配置された背面板５３とを有し、この背面板に送信基板６１が固定されると共に、この送信基板と送信電極とを結ぶ引出し線７１が、送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて背面板に沿うように配設されたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が格子状に配置されて、タッチ操作に応じた静電容量の変化に伴う電極の出力信号の変化に基づいてタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置、特に送信電極を印加した駆動信号に応答して受信電極に流れる充放電電流信号を受信してその充放電電流信号に基づいてタッチ位置を検出する相互容量方式のタッチパネル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置には、タッチ位置を検出する原理が異なる種々の方式があるが、抵抗膜方式や静電容量方式のように多数の電極をパネル内に配設した構成のものでは、電極がアンテナとして作用するため、外来ノイズの影響を受け易くなる。特に静電容量方式では、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することによる電極近傍の微小な静電容量の変化を利用してタッチ位置を検出することから、ノイズがタッチ位置の検出精度に大きく影響するため、有効なノイズ対策が望まれる。
【０００３】
このようなタッチパネル装置に関するノイズ対策に関して、従来、静電容量方式のタッチパネル装置において、タッチパネル装置と組み合わせて用いられる表示装置に起因するノイズを除去する技術が知られている（特許文献１、２参照）。また、静電容量方式のタッチパネル装置において、外部から侵入するノイズの影響をシールド線で防止する技術が知られている（特許文献３参照）。また、抵抗膜方式のタッチパネル装置において、操作者の指による誘導電圧に起因する誘導ノイズを除去する技術が知られている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１７４１２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−００９４３９号公報
【特許文献３】特開２００９−２３７６７３号公報
【特許文献４】特開平２−１７６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いることができ、この場合、タッチパネル装置に、静電容量方式、特に相互容量方式を採用すると、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能となることから、利便性を高めることができる。
【０００６】
しかしながら、相互容量方式では、受信電極に流れる微小電流でタッチ位置を検出するため、受信側のインピーダンスが高く、もともと外来ノイズの影響を受け易いが、タッチパネル装置の大型化に伴って電極が長くなると、より一層外来ノイズの影響を受け易くなる。
【０００７】
特に、送信電極に印加する駆動信号を生成する送信基板と送信電極とを結ぶ引出し線も、タッチパネル装置の大型化に伴って長くなり、さらに送信基板の数を減らすために、少数の送信基板に向けて引出し線が集合するように引出し線を配設すると、引出し線が受信電極に対して平行に近い角度となる。このため、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用の影響を受信電極が受け易くなり、大きな誘導ノイズが発生する。このような送信電極の引出し線が原因で受信電極に発生する誘導ノイズに対して、前記の従来のノイズ対策はなんら有効な解決策とはならない。
【０００８】
また、引出し線の長さは、送信電極と送信基板との位置関係に応じて異なり、送信電極と送信基板との離間距離が大きくなるほど引出し線が長くなり、その引出し線の長さが長くなるのに応じて誘導ノイズが大きくなる。このため、誘導ノイズの大きさが位置に応じて異なり、タッチ位置を検知する感度に大きなばらつきが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用が原因で受信電極に発生する誘導ノイズを低減することができるように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。さらに、本発明は、送信電極と送信基板とを結ぶ引出し線の長さに応じて受信電極に発生する誘導ノイズの大きさが異なることに起因するタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができるように構成されたタッチパネル装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導電性の背面板に引出し線が近接することで、引出し線に付随する静電容量を増大して、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用を抑制することができ、これに導電性の背面板が磁界を遮るシールド効果が加わって、引出し線の誘導作用の影響を受信電極が受け難くなるため、受信電極の誘導ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図
【図２】図１に示した送信部の概略構成図
【図３】図１に示した受信部の概略構成図
【図４】図３に示した受信信号処理部の概略構成図
【図５】図１に示したパネル本体を構成する電極シートを示す平面図
【図６】図１に示したパネル本体の断面図
【図７】図１に示したパネル本体の背面図
【図８】図５に示した電極シートの送信側引出し部を詳細に示す平面図
【図９】図５に示した電極シートの受信側引出し部を詳細に示す平面図
【図１０】図５に示した電極シートの送信側引出し部の配線パターン及び変形例を示す模式的な平面図
【図１１】送信側引出し部と背面板との離間距離の違いによる受信感度のばらつき度合いの違いを示す図
【図１２】送信側の引出し線を背面板に近接させることにより受信感度のばらつき度合いを改善する効果を平面的に示す図
【図１３】図１に示したパネル本体の変形例を示す模式的な断面図
【図１４】図１に示したパネル本体の変形例を示す模式的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【００１４】
これによると、引出し線が導電性の背面板に近接することで、引出し線に付随する静電容量が増大して、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用を抑制することができ、これに導電性の背面板が磁界を遮るシールド効果が加わって、引出し線の誘導作用の影響を受信電極が受け難くなるため、受信電極の誘導ノイズを低減することができる。
【００１５】
この場合、背面板は接地されるとよい。これにより、誘導ノイズ低減の効果が高められる。また、背面板に固定される送信部の接地を背面板で行うことができる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記引出し線が、前記送信電極から引き出された一端側から前記送信部に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されると共に、この略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【００１７】
これによると、引出し線の全長を短くすることができる。その上、引出し線の全長が長く、受信電極に大きさな誘導ノイズを発生させるものほど、導電性の背面板に沿う部分が長くなり、誘導ノイズを低減する効果が大きくなる。このため、受信電極の誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができ、これによりタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１若しくは第２の発明において、前記パネル本体は、前記送信電極及び前記受信電極と前記背面板との間に配置された支持体を有し、前記背面板は、前記支持体の背面に沿う本体部から前記支持体の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部を有する構成とする。
【００１９】
これによると、背面板の剛性が高くなるため、パネル本体全体の剛性を高めてパネル本体の変形を防止することができる。しかも、導電性の背面板に沿う引出し線の部分が長くなるため、受信電極の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【００２０】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１乃至第３の発明において、前記パネル本体は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シートに前記送信電極及び前記受信電極が配設された電極シートを有し、この電極シートに、前記支持シートの延出部分に前記引出し線を配設した態様の引出し部が一体的に設けられた構成とする。
【００２１】
これによると、電極と同一の工程で引出し線を形成することができ、また、電極シートの引出し部を撓ませるだけで引出し線を背面側に折り返すことができるため、製造が容易になり、製造コストを削減することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図である。このタッチパネル装置１は、互いに並走する複数の送信電極２と互いに並走する複数の受信電極３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５及び受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。
【００２４】
このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面がプロジェクタ用のスクリーンとなる。
【００２５】
タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面上でユーザが指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）で行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。
【００２６】
送信電極２及び受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されており、その本数はパネル本体４のアスペクト比に応じて異なり、送信電極２が例えば１２０本、受信電極３が例えば１８６本配置される。
【００２７】
送信電極２と受信電極３とは、絶縁層（後述する支持シート）を挟んで重なり合う態様で交差しており、この送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指示物でタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。
【００２８】
特にここでは、相互容量方式が採用され、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。
【００２９】
制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ方向（送信電極２の延在方向）とＹ方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。
【００３０】
図２は、図１に示した送信部５の概略構成図である。送信部５は、駆動信号発生部１１と電極選択部１２とを備えている。駆動信号発生部１１では、制御部７から出力されるタイミング信号に同期して駆動信号（パルス信号）を生成する。電極選択部１２では、送信電極２ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極２を１本ずつ選択して、駆動信号発生部１１から出力される駆動信号を送信電極２に順次印加する。
【００３１】
図３は、図１に示した受信部６の概略構成図である。受信部６は、電極選択部２１と受信信号処理部２２とを備えている。電極選択部２１では、受信電極３ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極２の１本に駆動信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつ選択して、受信電極３からの充放電電流信号を受信信号処理部２２に順次入力させる。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流信号を取り出すことができる。
【００３２】
受信電極３及び電極選択部２１のスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、各グループごとに受信信号処理部２２が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２２に入力される。
【００３３】
このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極３の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部６での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。
【００３４】
なお、受信電極３のグループ化では、各グループに属する受信電極３の本数を同一とする必要はなく、例えば受信電極３が１８６本の場合、７つのグループＡ〜Ｇを２４本とし、最後のグループＨを１８本とすればよい。
【００３５】
図４は、図３に示した受信信号処理部２２の概略構成図である。この受信信号処理部２２は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、積分部３４と、サンプルホールド部３５と、ＡＤ変換部３６とを備えている。
【００３６】
ＩＶ変換部３１では、スイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３５では、積分部３４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３６では、サンプルホールド部３５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。
【００３７】
図５は、図１に示したパネル本体４を構成する電極シート４２を示す平面図である。送信電極２及び受信電極３は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シート４１の表裏各面にそれぞれ配設されており、この支持シート４１と送信電極２及び受信電極３とが一体化されて電極シート４２を構成している。
【００３８】
送信電極２及び受信電極３は例えば０．６ｍｍの幅で形成される。この送信電極２及び受信電極３は、電極形成材料を所定のパターンで支持シート４１に付着させて、電極形成材料の硬化を促進するベイク処理を施すことで形成される。電極形成材料を支持シート４１に付着させるには例えばスクリーン印刷法を用いるとよいが、この他に、インクジェット工法やノズルプリンティング工法も可能である。
【００３９】
送信電極２及び受信電極３を形成する電極形成材料は、いわゆる導電性インクであり、金属パウダなどの導電性を付与する導電性フィラー、これを均一に分散させるためのバインダ樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この電極形成材料には、導電性フィラーにＡｇを用いたＡｇペーストが好適である。
【００４０】
支持シート４１は、送信電極２と受信電極３との間に介在して両者を絶縁する絶縁層として機能し、可撓性を有すると共に絶縁性の高い合成樹脂材料にて形成される。この支持シート４１の合成樹脂材料としてはＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）が好適である。また、支持シート４１の厚さで、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を管理することができ、支持シート４１の厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とすると良い。
【００４１】
電極シート４２には、支持シート４１の左側縁部から延出させた部分に送信電極２の各々と送信部５とを結ぶ引出し線が配設された態様の送信側引出し部４３が一体的に設けられている。また、電極シート４２には、支持シート４１の下縁部から延出させた部分に受信電極３の各々と受信部６とを結ぶ引出し線が配設された態様の受信側引出し部４４が一体的に設けられている。ここでは、送信側引出し部４３が１つ、受信側引出し部４４が２つ設けられている。
【００４２】
送信側引出し部４３及び受信側引出し部４４の引出し線の配線状況は後に詳述するが、この引出し線は、前記の送信電極２及び受信電極３と同一の工程で支持シート４１上に形成され、スクリーン印刷法などにより、送信電極２及び受信電極３を延伸させた態様で、送信電極２及び受信電極３と同じ導電性インク（電極形成材料）で形成される。
【００４３】
図６は、図１に示したパネル本体４の断面図である。パネル本体４は、タッチ面５１を備え、電極シート４２の前面側に配置される表面板５２と、電極シート４２の背面側に配置される背面板５３と、電極シート４２と背面板５３との間に配置される支持体５４とを備えている。表面板５２は、指示物によるタッチ操作の検出感度を高めるために誘電率の高い合成樹脂材料、例えばメラミン樹脂にて形成される。支持体５４は、電極シート４２を適度な弾性をもって支持すると共に、電極シート４２と背面板５３との間に介在して両者を絶縁するものであり、弾性を有する合成樹脂材料、例えば発泡ウレタン樹脂にて形成される。
【００４４】
図７は、図１に示したパネル本体４の背面図である。背面板５３には、送信部５を構成する１つの送信基板６１と、受信部６を構成する２つの受信基板６２とが設けられている。背面板５３は、導電性材料で形成されると共に接地されており、背面板５３で送信基板６１及び受信基板６２の接地が行われる。電極シート４２の送信側引出し部４３及び受信側引出し部４４は、パネル本体４の背面側に折り返されて送信基板６１及び受信基板６２のコネクタ６３、６４に接続される。
【００４５】
特にここでは背面板５３が、鋼板などの金属材料にて形成されている。これにより、パネル本体４全体の剛性を高めてパネル本体の変形を防止することができる。また、背面板５３を導電性材料で形成することで、後に詳述するように、受信電極３の誘導ノイズを低減することができる。
【００４６】
図８は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３を詳細に示す平面図である。送信側引出し部４３には、送信電極２の各々と送信基板６１とを結ぶ引出し線７１が配設されている。この引出し線７１は、送信基板６１のコネクタ６３の幅に適合するように、送信電極２から引き出された一端側から送信基板６１に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。
【００４７】
送信側引出し部４３における送信電極２側の部分７２では、引出し線７１が送信電極２の延在方向に対して大きく傾斜した方向に延び、引出し線７１が受信電極３と概ね平行となる。このように引出し線７１が受信電極３と概ね平行となることで、引出し線７１に駆動信号が流れることで発生する磁界により、受信電極３に誘導ノイズが発生する。
【００４８】
送信側引出し部４３における送信基板６１側の部分７３では、引出し線７１が送信電極２の延在方向に延びている。ここでは、引出し線７１が、送信基板６１に設けられた複数（ここでは３つ）のコネクタ６３に分けて接続される。すなわち、送信側引出し部４３を複数に分岐させた態様の接続部７４が設けられており、この接続部７４が送信基板６１の各コネクタ６３に挿入される。
【００４９】
このように引出し線７１を略放射状に集合するように配設することで、各引出し線７１が、最短距離に近い経路で送信電極２と送信基板６１とを結ぶため、各引出し線７１の全長を短くすることができる。
【００５０】
また、各引出し線７１の全長は、送信基板６１と送信電極２との位置関係に応じて異なり、送信基板６１と送信電極２との離間距離が大きくなるほど引出し線７１の全長が長くなる。ここでは、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の端に位置する送信電極２に対応するもので最も長く、Ｙ方向の中心部に向かうのに従って次第に短くなり、Ｙ方向の中心部で最短となる。
【００５１】
なお、図８には、送信側引出し部４３の中心部から上方の部分を示すが、下方の部分はこれと略上下対称に現れる。
【００５２】
図９は、図５に示した電極シート４２の受信側引出し部４４を詳細に示す平面図である。受信側引出し部４４には、受信電極３の各々と受信基板６２とを結ぶ引出し線７５が配設されている。この引出し線７５は、受信基板６２のコネクタ６４の幅に適合するように、受信電極３から引き出された一端側から受信基板６２に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。
【００５３】
受信側引出し部４４における受信電極３側の部分７６では、引出し線７５が受信電極３の延在方向に対して大きく傾斜した方向に延び、引出し線７５が送信電極２と概ね平行となる。このように引出し線７５が送信電極２と概ね平行となることで、送信電極２に駆動信号が流れることで発生する磁界により、引出し線７５に誘導ノイズが発生する。
【００５４】
受信側引出し部４３における受信基板６２側の部分７７では、引出し線７５が受信電極３の延在方向に延びている。ここでは、引出し線７５が、受信基板６２に設けられた複数（ここでは３つ）のコネクタ６４に分けて接続される。すなわち、受信側引出し部４４を複数に分岐させた態様の接続部７８が設けられており、この接続部７８が受信基板６２の各コネクタ６４に挿入される。
【００５５】
なお、図９には、一方の受信側引出し部４４を示すが、他方の受信側引出し部４４はこれと概ね左右対称に現れる。
【００５６】
ところで、図６に示したように、電極シート４２の送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで、背面板５３に引出し線７１が近接するが、このように引出し線７１が導電性の背面板５３に近接すると、引出し線７１に付随する静電容量が増大して、送信電極２に印可する駆動信号による電流が引出し線７１に流れることによる誘導作用を抑制することができる。したがって、導電性の背面板５３に沿う引出し線７１の部分が長くなるように構成することで、誘導ノイズを低減する効果を増大させて、受信電極３に発生する誘導ノイズを低減することができる。
【００５７】
一方、引出し線７１は、図８に示したように、略放射状に集合するように配設することで、引出し線７１の全長が異なり、引出し線７１の全長が長くなるほど、大きさな誘導ノイズを発生させる。このため、引出し線７１の全長が長くなるほど、導電性の背面板５３に沿う部分が長くなるように構成すると、誘導ノイズの大きさに応じて、誘導ノイズを低減する効果を増大させることができる。
【００５８】
図１０（Ａ）は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３の配線パターンを示す模式的な平面図である。前記のように、電極シート４２の送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで、引出し線７１が略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、背面板５３に沿うように配置されると、引出し線７１の全長が長く、大きさな誘導ノイズを発生させるものほど、導電性の背面板５３に沿う部分が長くなり、誘導ノイズを低減する効果が大きくなる。このため、受信電極３の誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができる。
【００５９】
図１０（Ｂ）は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３の配線パターンの変形例を示す模式的な平面図である。ここでは、引出し線７１が、直角に折り曲げた態様で配設されている。この構成では、接続部７４と送信電極２との離間距離に応じて引出し線７１の全長が長くなるが、送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで引出し線７１の背面板５３に沿う部分の長さは、引出し線７１の長さに関係なく全ての引出し線７１で同一となる。このため、図１０（Ａ）のように引出し線７１の長さに応じて誘導ノイズ低減の効果が高くなる利点は得られない。
【００６０】
図１１は、図６に示した送信側引出し部４３と背面板５３との離間距離Ｄの違いによる受信感度のばらつき度合いの違いを示す図である。図１１（Ａ）は送信側引出し部４３、すなわち送信側の引出し線７１を背面板５３に近接させた場合（第１例）を示し、図１１（Ｂ）は引出し線７１を背面板５３と離間させた場合（第２例）を示し、両者は送信側引出し部４３と背面板５３との離間距離Ｄに１０mmの差がある（図６参照）。
【００６１】
ここで、横軸は、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の位置を示す。縦軸は、送信電極２に駆動信号（パルス信号）を印加するのに応じて受信電極３に流れる充放電電流信号をＩＶ変換して得られる受信電圧を示し、ここでは、端から３０本目、６０本目、９０本目、及び１２０本目の受信電極（Ｘ＝３０、６０、９０、１２０）の受信電圧を示す。
【００６２】
図１２は、送信側の引出し線７１を背面板５３に近接させることにより受信感度のばらつき度合いを改善する効果を平面的に示す図である。これは、図１１（Ａ）に示す第１例、すなわち引出し線７１を背面板５３に近接させた場合の受信電圧と、図１１（Ｂ）に示す第２例、すなわち引出し線７１を背面板５３と離間させた場合の受信電圧との差δを、Ｘ方向（受信電極３の配列方向）とＹ方向（送信電極２の配列方向）とで平面的に示す。
【００６３】
図１１（Ａ）に示すように、引出し線７１が背面板５３に近接している場合には、受信電圧が全体的に低く、図１１（Ｂ）に示すように、引出し線７１が背面板５３から離間している場合には、受信電圧が全体的に高くなる。これは、引出し線７１を背面板５３に近付けることで誘導ノイズが全体的に低減することを示している。
【００６４】
また、受信電圧はＹ方向（送信電極２の配列方向）の端部で高く、Ｙ方向の中心部で低くなる。これは、本来は略均一であるべき受信電圧が誘導ノイズの影響でばらつき、誘導ノイズがＹ方向の端部で大きく、Ｙ方向の中心部で小さくなっていることを示している。この誘導ノイズの大きさの違いは、Ｙ方向の位置に応じて引出し線７１の長さが異なることに起因するものであり、引出し線７１が長くなるＹ方向の端部で誘導ノイズが大きくなり、引出し線７１が短くなるＹ方向の中心部で誘導ノイズが小さくなる。
【００６５】
図示するδ１は、Ｙ方向の端部で最も高い値を示す受信電圧に関する第１例と第２例の受信電圧の差であり、δ２は、Ｙ方向の中心部で最も低い値を示す受信電圧に関する第１例と第２例の受信電圧の差であり、δ１はδ２より大きい（δ１＞δ２）。これは、誘導ノイズが大きいＹ方向の端部で誘導ノイズが大きく低減し、誘導ノイズが小さいＹ方向の中心部で誘導ノイズが小さく低減していることを示している（図１２参照）。
【００６６】
このように引出し線７１を背面板５３に近接させると、誘導ノイズを低減させることができ、しかもＹ方向の位置に関して大きな誘導ノイズが発生するところほど、誘導ノイズを低減する効果が大きくなるため、誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができ、これによりタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができる。
【００６７】
なお、導電性の背面板５３は、磁界を遮るシールド効果があり、このシールド効果により受信電極３に発生する誘導ノイズが低減される。具体的には、送信側引出し部４３では、導電性の背面板５３が引出し線７１の周囲に発生する磁界を遮り、受信電極３に発生する誘導ノイズを低減する。また、受信側引出し部４４では、導電性の背面板５３が送信電極２の周囲に発生する磁界を遮り、受信側の引出し線７５に発生する誘導ノイズを低減する。
【００６８】
図１３は、図１に示したパネル本体４の変形例を示す模式的な断面図である。ここでは、図６に示した例と同様に、背面板９１が、導電性材料（例えば鋼板などの金属材料）にて形成されているが、特にここでは、背面板９１が、支持体５４の背面に沿う本体部９２から支持体５４の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部９３を有している。側板部９３は、背面板９１の上下左右の４辺に設けられ、背面板９１は全体として有底箱形をなしている。
【００６９】
このように構成すると、背面板９１の剛性が高くなるため、パネル本体４全体の剛性を高めてパネル本体４の変形を防止することができる。しかも、引出し線７１が、本体部９２に加えて側板部９３にも沿った状態となり、背面板９１の外面に沿う引出し線７１の部分が長くなるため、受信電極３の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【００７０】
特に、図１０に示したように、引出し線７１が略放射状に集合する部分が、支持体５４の側面に対向する領域に入るようにすると、ここには背面板９１の側板部９３が位置するため、引出し線７１が略放射状に集合する部分が導電性の背面板９１に沿った状態となる領域が拡大する。このため、引出し線７１の全長に応じた誘導ノイズ低減の効果がより一層向上する。
【００７１】
図１４は、図１に示したパネル本体４の変形例を示す模式的な断面図である。ここでは、パネル本体４の側縁部に、電極シート４２の送信側引出し部４３を覆うカバー部材１０１が設けられている。このカバー部材１０１は、導電性材料で形成されると共に接地されている。なお、カバー部材１０１は、導電性を有する合成樹脂材料で形成するとよいが、導電性塗料の塗布などにより導電性を付与する構成も可能である。
【００７２】
この構成では、導電性のカバー部材１０１が引出し線７１に近接するため、駆動信号による電流が引出し線７１に流れることによる誘導作用の影響を受信電極３が受け難くなり、受信電極３の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかるタッチパネル装置は、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用が原因で受信電極に発生する誘導ノイズを低減することができる効果を有し、静電容量方式、特に相互容量方式によりタッチ位置を検出するタッチパネル装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１ タッチパネル装置
２ 送信電極
３ 受信電極
４ パネル本体
５ 送信部
６ 受信部
７ 制御部
４１ 支持シート
４２ 電極シート
４３ 送信側引出し部
４４ 受信側引出し部
５１ タッチ面
５２ 表面板
５３ 背面板
５４ 支持体
６１ 送信基板
６２ 受信基板
７１ 送信側の引出し線
７５ 受信側の引出し線
９１ 背面板
９２ 本体部
９３ 側板部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が格子状に配置されて、タッチ操作に応じた静電容量の変化に伴う電極の出力信号の変化に基づいてタッチ位置を検出する静電容量方式のタッチパネル装置、特に送信電極を印加した駆動信号に応答して受信電極に流れる充放電電流信号を受信してその充放電電流信号に基づいてタッチ位置を検出する相互容量方式のタッチパネル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タッチパネル装置には、タッチ位置を検出する原理が異なる種々の方式があるが、抵抗膜方式や静電容量方式のように多数の電極をパネル内に配設した構成のものでは、電極がアンテナとして作用するため、外来ノイズの影響を受け易くなる。特に静電容量方式では、導電性物体（例えば人体）が接近あるいは接触することによる電極近傍の微小な静電容量の変化を利用してタッチ位置を検出することから、ノイズがタッチ位置の検出精度に大きく影響するため、有効なノイズ対策が望まれる。
【０００３】
このようなタッチパネル装置に関するノイズ対策に関して、従来、静電容量方式のタッチパネル装置において、タッチパネル装置と組み合わせて用いられる表示装置に起因するノイズを除去する技術が知られている（特許文献１、２参照）。また、静電容量方式のタッチパネル装置において、外部から侵入するノイズの影響をシールド線で防止する技術が知られている（特許文献３参照）。また、抵抗膜方式のタッチパネル装置において、操作者の指による誘導電圧に起因する誘導ノイズを除去する技術が知られている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１７４１２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−００９４３９号公報
【特許文献３】特開２００９−２３７６７３号公報
【特許文献４】特開平２−１７６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タッチパネル装置は、パソコンや携帯情報端末の分野で広く普及しているが、このタッチパネル装置を、大画面の表示装置と組み合わせることで、多人数を対象にしたプレゼンテーションや講義で使用することができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いることができ、この場合、タッチパネル装置に、静電容量方式、特に相互容量方式を採用すると、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能となることから、利便性を高めることができる。
【０００６】
しかしながら、相互容量方式では、受信電極に流れる微小電流でタッチ位置を検出するため、受信側のインピーダンスが高く、もともと外来ノイズの影響を受け易いが、タッチパネル装置の大型化に伴って電極が長くなると、より一層外来ノイズの影響を受け易くなる。
【０００７】
特に、送信電極に印加する駆動信号を生成する送信基板と送信電極とを結ぶ引出し線も、タッチパネル装置の大型化に伴って長くなり、さらに送信基板の数を減らすために、少数の送信基板に向けて引出し線が集合するように引出し線を配設すると、引出し線が受信電極に対して平行に近い角度となる。このため、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用の影響を受信電極が受け易くなり、大きな誘導ノイズが発生する。このような送信電極の引出し線が原因で受信電極に発生する誘導ノイズに対して、前記の従来のノイズ対策はなんら有効な解決策とはならない。
【０００８】
また、引出し線の長さは、送信電極と送信基板との位置関係に応じて異なり、送信電極と送信基板との離間距離が大きくなるほど引出し線が長くなり、その引出し線の長さが長くなるのに応じて誘導ノイズが大きくなる。このため、誘導ノイズの大きさが位置に応じて異なり、タッチ位置を検知する感度に大きなばらつきが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用が原因で受信電極に発生する誘導ノイズを低減することができるように構成されたタッチパネル装置を提供することにある。さらに、本発明は、送信電極と送信基板とを結ぶ引出し線の長さに応じて受信電極に発生する誘導ノイズの大きさが異なることに起因するタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができるように構成されたタッチパネル装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のタッチパネル装置は、互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導電性の背面板に引出し線が近接することで、引出し線に付随する静電容量を増大して、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用を抑制することができ、これに導電性の背面板が磁界を遮るシールド効果が加わって、引出し線の誘導作用の影響を受信電極が受け難くなるため、受信電極の誘導ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図
【図２】図１に示した送信部の概略構成図
【図３】図１に示した受信部の概略構成図
【図４】図３に示した受信信号処理部の概略構成図
【図５】図１に示したパネル本体を構成する電極シートを示す平面図
【図６】図１に示したパネル本体の断面図
【図７】図１に示したパネル本体の背面図
【図８】図５に示した電極シートの送信側引出し部を詳細に示す平面図
【図９】図５に示した電極シートの受信側引出し部を詳細に示す平面図
【図１０】図５に示した電極シートの送信側引出し部の配線パターン及び変形例を示す模式的な平面図
【図１１】送信側引出し部と背面板との離間距離の違いによる受信感度のばらつき度合いの違いを示す図
【図１２】送信側の引出し線を背面板に近接させることにより受信感度のばらつき度合いを改善する効果を平面的に示す図
【図１３】図１に示したパネル本体の変形例を示す模式的な断面図
【図１４】図１に示したパネル本体の変形例を示す模式的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【００１４】
これによると、引出し線が導電性の背面板に近接することで、引出し線に付随する静電容量が増大して、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用を抑制することができ、これに導電性の背面板が磁界を遮るシールド効果が加わって、引出し線の誘導作用の影響を受信電極が受け難くなるため、受信電極の誘導ノイズを低減することができる。
【００１５】
この場合、背面板は接地されるとよい。これにより、誘導ノイズ低減の効果が高められる。また、背面板に固定される送信部の接地を背面板で行うことができる。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記引出し線が、前記送信電極から引き出された一端側から前記送信部に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されると共に、この略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、前記背面板に沿うように配設された構成とする。
【００１７】
これによると、引出し線の全長を短くすることができる。その上、引出し線の全長が長く、受信電極に大きさな誘導ノイズを発生させるものほど、導電性の背面板に沿う部分が長くなり、誘導ノイズを低減する効果が大きくなる。このため、受信電極の誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができ、これによりタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができる。
【００１８】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第１若しくは第２の発明において、前記パネル本体は、前記送信電極及び前記受信電極と前記背面板との間に配置された支持体を有し、前記背面板は、前記支持体の背面に沿う本体部から前記支持体の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部を有する構成とする。
【００１９】
これによると、背面板の剛性が高くなるため、パネル本体全体の剛性を高めてパネル本体の変形を防止することができる。しかも、導電性の背面板に沿う引出し線の部分が長くなるため、受信電極の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【００２０】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第１乃至第３の発明において、前記パネル本体は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シートに前記送信電極及び前記受信電極が配設された電極シートを有し、この電極シートに、前記支持シートの延出部分に前記引出し線を配設した態様の引出し部が一体的に設けられた構成とする。
【００２１】
これによると、電極と同一の工程で引出し線を形成することができ、また、電極シートの引出し部を撓ませるだけで引出し線を背面側に折り返すことができるため、製造が容易になり、製造コストを削減することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明によるタッチパネル装置を示す全体構成図である。このタッチパネル装置１は、互いに並走する複数の送信電極２と互いに並走する複数の受信電極３とが格子状に配置されたパネル本体４と、送信電極２に対して駆動信号（パルス信号）を印加する送信部５と、送信電極２に印加された駆動信号に応答した受信電極３の充放電電流信号を受信して、送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部６と、この受信部６から出力されるレベル信号に基づいてタッチ位置を検出すると共に送信部５及び受信部６の動作を制御する制御部７とを備えている。
【００２４】
このタッチパネル装置１は、大画面の表示装置と組み合わせることで、プレゼンテーションや講義に用いることができるようにした、いわゆるインタラクティブホワイトボードとして用いられ、特にここでは、プロジェクタ装置と組み合わせて用いられ、タッチパネル装置１のタッチ面がプロジェクタ用のスクリーンとなる。
【００２５】
タッチパネル装置１から出力されるタッチ位置情報は、パソコンなどの外部機器８に入力され、外部機器８から出力される表示画面データに基づいてプロジェクタ装置９によりタッチパネル装置１のタッチ面上に投影表示される表示画面上に、タッチパネル装置１のタッチ面上でユーザが指示物（ユーザの指先及びスタイラスや指示棒等の導電体）で行ったタッチ操作に対応した画像が表示され、タッチパネル装置のタッチ面にマーカーで直接描画をするのと同様の感覚で所要の画像を表示させることができ、また表示画面に表示されたボタンなどを操作することができる。さらに、タッチ操作で描かれた画像を消去するイレーサを用いることもできる。
【００２６】
送信電極２及び受信電極３は同一の配置ピッチ（例えば１０ｍｍ）で配置されており、その本数はパネル本体４のアスペクト比に応じて異なり、送信電極２が例えば１２０本、受信電極３が例えば１８６本配置される。
【００２７】
送信電極２と受信電極３とは、絶縁層（後述する支持シート）を挟んで重なり合う態様で交差しており、この送信電極２と受信電極３とが交差する電極交点にはコンデンサが形成され、ユーザが指示物でタッチ操作を行うと、これに応じて電極交点の静電容量が実質的に減少することで、タッチ操作の有無を検出することができる。
【００２８】
特にここでは、相互容量方式が採用され、送信電極２に駆動信号を印加すると、これに応答して受信電極３に充放電電流が流れ、このとき、ユーザのタッチ操作に応じて電極交点の静電容量が変化すると、受信電極３の充放電電流が変化し、この充放電電流の変化量を受信部６で電極交点ごとのレベル信号（ディジタル信号）に変換して制御部７に出力し、制御部７では、電極交点ごとのレベル信号に基づいてタッチ位置が算出される。この相互容量方式では、同時に複数のタッチ位置を検出する、いわゆるマルチタッチ（多点検出）が可能である。
【００２９】
制御部７は、受信部６から出力される電極交点ごとのレベル信号から所定の演算処理によってタッチ位置（タッチ領域の中心座標）を求める。このタッチ位置の演算では、Ｘ方向（送信電極２の延在方向）とＹ方向（受信電極３の延在方向）とでそれぞれ隣接する複数（例えば４×４）の電極交点ごとのレベル信号から所要の補間法（例えば重心法）を用いてタッチ位置を求める。これにより、送信電極２及び受信電極３の配置ピッチ（１０ｍｍ）より高い分解能（例えば１ｍｍ以下）でタッチ位置を検出することができる。
【００３０】
図２は、図１に示した送信部５の概略構成図である。送信部５は、駆動信号発生部１１と電極選択部１２とを備えている。駆動信号発生部１１では、制御部７から出力されるタイミング信号に同期して駆動信号（パルス信号）を生成する。電極選択部１２では、送信電極２ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極２を１本ずつ選択して、駆動信号発生部１１から出力される駆動信号を送信電極２に順次印加する。
【００３１】
図３は、図１に示した受信部６の概略構成図である。受信部６は、電極選択部２１と受信信号処理部２２とを備えている。電極選択部２１では、受信電極３ごとにスイッチング素子が接続されており、送信電極２の１本に駆動信号を印加する間に、受信電極３を１本ずつ選択して、受信電極３からの充放電電流信号を受信信号処理部２２に順次入力させる。これにより、全ての電極交点ごとの充放電電流信号を取り出すことができる。
【００３２】
受信電極３及び電極選択部２１のスイッチング素子ＳＷは、所定数（例えば２４本）ごとにグループ化され、各グループに属するスイッチング素子ＳＷの互いに対応するもの同士が並行してオン／オフ制御される。また、各グループごとに受信信号処理部２２が設けられている。各グループではスイッチング素子ＳＷが１つずつ順にオンとなるように制御され、残りのスイッチング素子ＳＷはオフに制御されており、スイッチング素子ＳＷをオンとすることで選択された１本の受信電極３の充放電電流信号が受信信号処理部２２に入力される。
【００３３】
このように、スイッチング素子ＳＷのスイッチング動作が複数のグループ間で並行して行われるため、全ての受信電極３の充放電電流信号を受信するのに要する時間を短縮することができる。また、受信部６での充放電電流信号の処理をグループごとに分割して行うことができるため、ハードウエア構成の大型化を抑えることができる。
【００３４】
なお、受信電極３のグループ化では、各グループに属する受信電極３の本数を同一とする必要はなく、例えば受信電極３が１８６本の場合、７つのグループＡ〜Ｇを２４本とし、最後のグループＨを１８本とすればよい。
【００３５】
図４は、図３に示した受信信号処理部２２の概略構成図である。この受信信号処理部２２は、ＩＶ変換部３１と、バンドパスフィルタ３２と、絶対値検出部３３と、積分部３４と、サンプルホールド部３５と、ＡＤ変換部３６とを備えている。
【００３６】
ＩＶ変換部３１では、スイッチング素子ＳＷを介して入力される受信電極３の充放電電流信号（アナログ信号）が電圧信号に変換される。バンドパスフィルタ３２では、ＩＶ変換部３１の出力信号に対して、送信電極２に印加される駆動信号の周波数以外の周波数成分を有する信号を除去する処理が行われる。絶対値検出部（整流部）３３では、バンドパスフィルタ３２の出力信号に対して全波整流が行われる。積分部３４では、絶対値検出部３３の出力信号を時間軸方向に積分する処理が行われる。サンプルホールド部３５では、積分部３４の出力信号を所定のタイミングでサンプリングする処理が行われる。ＡＤ変換部３６では、サンプルホールド部３５の出力信号をＡＤ変換してレベル信号（ディジタル信号）を出力する。
【００３７】
図５は、図１に示したパネル本体４を構成する電極シート４２を示す平面図である。送信電極２及び受信電極３は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シート４１の表裏各面にそれぞれ配設されており、この支持シート４１と送信電極２及び受信電極３とが一体化されて電極シート４２を構成している。
【００３８】
送信電極２及び受信電極３は例えば０．６ｍｍの幅で形成される。この送信電極２及び受信電極３は、電極形成材料を所定のパターンで支持シート４１に付着させて、電極形成材料の硬化を促進するベイク処理を施すことで形成される。電極形成材料を支持シート４１に付着させるには例えばスクリーン印刷法を用いるとよいが、この他に、インクジェット工法やノズルプリンティング工法も可能である。
【００３９】
送信電極２及び受信電極３を形成する電極形成材料は、いわゆる導電性インクであり、金属パウダなどの導電性を付与する導電性フィラー、これを均一に分散させるためのバインダ樹脂、スクリーン印刷に適した流動性を得るための有機溶剤、付着状態を確認するための顔料などからなる。この電極形成材料には、導電性フィラーにＡｇを用いたＡｇペーストが好適である。
【００４０】
支持シート４１は、送信電極２と受信電極３との間に介在して両者を絶縁する絶縁層として機能し、可撓性を有すると共に絶縁性の高い合成樹脂材料にて形成される。この支持シート４１の合成樹脂材料としてはＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）が好適である。また、支持シート４１の厚さで、電極交点に形成されるコンデンサの静電容量を管理することができ、支持シート４１の厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度とすると良い。
【００４１】
電極シート４２には、支持シート４１の左側縁部から延出させた部分に送信電極２の各々と送信部５とを結ぶ引出し線が配設された態様の送信側引出し部４３が一体的に設けられている。また、電極シート４２には、支持シート４１の下縁部から延出させた部分に受信電極３の各々と受信部６とを結ぶ引出し線が配設された態様の受信側引出し部４４が一体的に設けられている。ここでは、送信側引出し部４３が１つ、受信側引出し部４４が２つ設けられている。
【００４２】
送信側引出し部４３及び受信側引出し部４４の引出し線の配線状況は後に詳述するが、この引出し線は、前記の送信電極２及び受信電極３と同一の工程で支持シート４１上に形成され、スクリーン印刷法などにより、送信電極２及び受信電極３を延伸させた態様で、送信電極２及び受信電極３と同じ導電性インク（電極形成材料）で形成される。
【００４３】
図６は、図１に示したパネル本体４の断面図である。パネル本体４は、タッチ面５１を備え、電極シート４２の前面側に配置される表面板５２と、電極シート４２の背面側に配置される背面板５３と、電極シート４２と背面板５３との間に配置される支持体５４とを備えている。表面板５２は、指示物によるタッチ操作の検出感度を高めるために誘電率の高い合成樹脂材料、例えばメラミン樹脂にて形成される。支持体５４は、電極シート４２を適度な弾性をもって支持すると共に、電極シート４２と背面板５３との間に介在して両者を絶縁するものであり、弾性を有する合成樹脂材料、例えば発泡ウレタン樹脂にて形成される。
【００４４】
図７は、図１に示したパネル本体４の背面図である。背面板５３には、送信部５を構成する１つの送信基板６１と、受信部６を構成する２つの受信基板６２とが設けられている。背面板５３は、導電性材料で形成されると共に接地されており、背面板５３で送信基板６１及び受信基板６２の接地が行われる。電極シート４２の送信側引出し部４３及び受信側引出し部４４は、パネル本体４の背面側に折り返されて送信基板６１及び受信基板６２のコネクタ６３、６４に接続される。
【００４５】
特にここでは背面板５３が、鋼板などの金属材料にて形成されている。これにより、パネル本体４全体の剛性を高めてパネル本体の変形を防止することができる。また、背面板５３を導電性材料で形成することで、後に詳述するように、受信電極３の誘導ノイズを低減することができる。
【００４６】
図８は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３を詳細に示す平面図である。送信側引出し部４３には、送信電極２の各々と送信基板６１とを結ぶ引出し線７１が配設されている。この引出し線７１は、送信基板６１のコネクタ６３の幅に適合するように、送信電極２から引き出された一端側から送信基板６１に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。
【００４７】
送信側引出し部４３における送信電極２側の部分７２では、引出し線７１が送信電極２の延在方向に対して大きく傾斜した方向に延び、引出し線７１が受信電極３と概ね平行となる。このように引出し線７１が受信電極３と概ね平行となることで、引出し線７１に駆動信号が流れることで発生する磁界により、受信電極３に誘導ノイズが発生する。
【００４８】
送信側引出し部４３における送信基板６１側の部分７３では、引出し線７１が送信電極２の延在方向に延びている。ここでは、引出し線７１が、送信基板６１に設けられた複数（ここでは３つ）のコネクタ６３に分けて接続される。すなわち、送信側引出し部４３を複数に分岐させた態様の接続部７４が設けられており、この接続部７４が送信基板６１の各コネクタ６３に挿入される。
【００４９】
このように引出し線７１を略放射状に集合するように配設することで、各引出し線７１が、最短距離に近い経路で送信電極２と送信基板６１とを結ぶため、各引出し線７１の全長を短くすることができる。
【００５０】
また、各引出し線７１の全長は、送信基板６１と送信電極２との位置関係に応じて異なり、送信基板６１と送信電極２との離間距離が大きくなるほど引出し線７１の全長が長くなる。ここでは、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の端に位置する送信電極２に対応するもので最も長く、Ｙ方向の中心部に向かうのに従って次第に短くなり、Ｙ方向の中心部で最短となる。
【００５１】
なお、図８には、送信側引出し部４３の中心部から上方の部分を示すが、下方の部分はこれと略上下対称に現れる。
【００５２】
図９は、図５に示した電極シート４２の受信側引出し部４４を詳細に示す平面図である。受信側引出し部４４には、受信電極３の各々と受信基板６２とを結ぶ引出し線７５が配設されている。この引出し線７５は、受信基板６２のコネクタ６４の幅に適合するように、受信電極３から引き出された一端側から受信基板６２に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されている。
【００５３】
受信側引出し部４４における受信電極３側の部分７６では、引出し線７５が受信電極３の延在方向に対して大きく傾斜した方向に延び、引出し線７５が送信電極２と概ね平行となる。このように引出し線７５が送信電極２と概ね平行となることで、送信電極２に駆動信号が流れることで発生する磁界により、引出し線７５に誘導ノイズが発生する。
【００５４】
受信側引出し部４３における受信基板６２側の部分７７では、引出し線７５が受信電極３の延在方向に延びている。ここでは、引出し線７５が、受信基板６２に設けられた複数（ここでは３つ）のコネクタ６４に分けて接続される。すなわち、受信側引出し部４４を複数に分岐させた態様の接続部７８が設けられており、この接続部７８が受信基板６２の各コネクタ６４に挿入される。
【００５５】
なお、図９には、一方の受信側引出し部４４を示すが、他方の受信側引出し部４４はこれと概ね左右対称に現れる。
【００５６】
ところで、図６に示したように、電極シート４２の送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで、背面板５３に引出し線７１が近接するが、このように引出し線７１が導電性の背面板５３に近接すると、引出し線７１に付随する静電容量が増大して、送信電極２に印可する駆動信号による電流が引出し線７１に流れることによる誘導作用を抑制することができる。したがって、導電性の背面板５３に沿う引出し線７１の部分が長くなるように構成することで、誘導ノイズを低減する効果を増大させて、受信電極３に発生する誘導ノイズを低減することができる。
【００５７】
一方、引出し線７１は、図８に示したように、略放射状に集合するように配設することで、引出し線７１の全長が異なり、引出し線７１の全長が長くなるほど、大きさな誘導ノイズを発生させる。このため、引出し線７１の全長が長くなるほど、導電性の背面板５３に沿う部分が長くなるように構成すると、誘導ノイズの大きさに応じて、誘導ノイズを低減する効果を増大させることができる。
【００５８】
図１０（Ａ）は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３の配線パターンを示す模式的な平面図である。前記のように、電極シート４２の送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで、引出し線７１が略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、背面板５３に沿うように配置されると、引出し線７１の全長が長く、大きさな誘導ノイズを発生させるものほど、導電性の背面板５３に沿う部分が長くなり、誘導ノイズを低減する効果が大きくなる。このため、受信電極３の誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができる。
【００５９】
図１０（Ｂ）は、図５に示した電極シート４２の送信側引出し部４３の配線パターンの変形例を示す模式的な平面図である。ここでは、引出し線７１が、直角に折り曲げた態様で配設されている。この構成では、接続部７４と送信電極２との離間距離に応じて引出し線７１の全長が長くなるが、送信側引出し部４３を背面板５３側に折り返すことで引出し線７１の背面板５３に沿う部分の長さは、引出し線７１の長さに関係なく全ての引出し線７１で同一となる。このため、図１０（Ａ）のように引出し線７１の長さに応じて誘導ノイズ低減の効果が高くなる利点は得られない。
【００６０】
図１１は、図６に示した送信側引出し部４３と背面板５３との離間距離Ｄの違いによる受信感度のばらつき度合いの違いを示す図である。図１１（Ａ）は送信側引出し部４３、すなわち送信側の引出し線７１を背面板５３に近接させた場合（第１例）を示し、図１１（Ｂ）は引出し線７１を背面板５３と離間させた場合（第２例）を示し、両者は送信側引出し部４３と背面板５３との離間距離Ｄに１０mmの差がある（図６参照）。
【００６１】
ここで、横軸は、Ｙ方向（送信電極２の配列方向）の位置を示す。縦軸は、送信電極２に駆動信号（パルス信号）を印加するのに応じて受信電極３に流れる充放電電流信号をＩＶ変換して得られる受信電圧を示し、ここでは、端から３０本目、６０本目、９０本目、及び１２０本目の受信電極（Ｘ＝３０、６０、９０、１２０）の受信電圧を示す。
【００６２】
図１２は、送信側の引出し線７１を背面板５３に近接させることにより受信感度のばらつき度合いを改善する効果を平面的に示す図である。これは、図１１（Ａ）に示す第１例、すなわち引出し線７１を背面板５３に近接させた場合の受信電圧と、図１１（Ｂ）に示す第２例、すなわち引出し線７１を背面板５３と離間させた場合の受信電圧との差δを、Ｘ方向（受信電極３の配列方向）とＹ方向（送信電極２の配列方向）とで平面的に示す。
【００６３】
図１１（Ａ）に示すように、引出し線７１が背面板５３に近接している場合には、受信電圧が全体的に低く、図１１（Ｂ）に示すように、引出し線７１が背面板５３から離間している場合には、受信電圧が全体的に高くなる。これは、引出し線７１を背面板５３に近付けることで誘導ノイズが全体的に低減することを示している。
【００６４】
また、受信電圧はＹ方向（送信電極２の配列方向）の端部で高く、Ｙ方向の中心部で低くなる。これは、本来は略均一であるべき受信電圧が誘導ノイズの影響でばらつき、誘導ノイズがＹ方向の端部で大きく、Ｙ方向の中心部で小さくなっていることを示している。この誘導ノイズの大きさの違いは、Ｙ方向の位置に応じて引出し線７１の長さが異なることに起因するものであり、引出し線７１が長くなるＹ方向の端部で誘導ノイズが大きくなり、引出し線７１が短くなるＹ方向の中心部で誘導ノイズが小さくなる。
【００６５】
図示するδ１は、Ｙ方向の端部で最も高い値を示す受信電圧に関する第１例と第２例の受信電圧の差であり、δ２は、Ｙ方向の中心部で最も低い値を示す受信電圧に関する第１例と第２例の受信電圧の差であり、δ１はδ２より大きい（δ１＞δ２）。これは、誘導ノイズが大きいＹ方向の端部で誘導ノイズが大きく低減し、誘導ノイズが小さいＹ方向の中心部で誘導ノイズが小さく低減していることを示している（図１２参照）。
【００６６】
このように引出し線７１を背面板５３に近接させると、誘導ノイズを低減させることができ、しかもＹ方向の位置に関して大きな誘導ノイズが発生するところほど、誘導ノイズを低減する効果が大きくなるため、誘導ノイズを小さく且つ均一にすることができ、これによりタッチ位置検出の感度のばらつきを低減することができる。
【００６７】
なお、導電性の背面板５３は、磁界を遮るシールド効果があり、このシールド効果により受信電極３に発生する誘導ノイズが低減される。具体的には、送信側引出し部４３では、導電性の背面板５３が引出し線７１の周囲に発生する磁界を遮り、受信電極３に発生する誘導ノイズを低減する。また、受信側引出し部４４では、導電性の背面板５３が送信電極２の周囲に発生する磁界を遮り、受信側の引出し線７５に発生する誘導ノイズを低減する。
【００６８】
図１３は、図１に示したパネル本体４の変形例を示す模式的な断面図である。ここでは、図６に示した例と同様に、背面板９１が、導電性材料（例えば鋼板などの金属材料）にて形成されているが、特にここでは、背面板９１が、支持体５４の背面に沿う本体部９２から支持体５４の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部９３を有している。側板部９３は、背面板９１の上下左右の４辺に設けられ、背面板９１は全体として有底箱形をなしている。
【００６９】
このように構成すると、背面板９１の剛性が高くなるため、パネル本体４全体の剛性を高めてパネル本体４の変形を防止することができる。しかも、引出し線７１が、本体部９２に加えて側板部９３にも沿った状態となり、背面板９１の外面に沿う引出し線７１の部分が長くなるため、受信電極３の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【００７０】
特に、図１０に示したように、引出し線７１が略放射状に集合する部分が、支持体５４の側面に対向する領域に入るようにすると、ここには背面板９１の側板部９３が位置するため、引出し線７１が略放射状に集合する部分が導電性の背面板９１に沿った状態となる領域が拡大する。このため、引出し線７１の全長に応じた誘導ノイズ低減の効果がより一層向上する。
【００７１】
図１４は、図１に示したパネル本体４の変形例を示す模式的な断面図である。ここでは、パネル本体４の側縁部に、電極シート４２の送信側引出し部４３を覆うカバー部材１０１が設けられている。このカバー部材１０１は、導電性材料で形成されると共に接地されている。なお、カバー部材１０１は、導電性を有する合成樹脂材料で形成するとよいが、導電性塗料の塗布などにより導電性を付与する構成も可能である。
【００７２】
この構成では、導電性のカバー部材１０１が引出し線７１に近接するため、駆動信号による電流が引出し線７１に流れることによる誘導作用の影響を受信電極３が受け難くなり、受信電極３の誘導ノイズをより一層低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明にかかるタッチパネル装置は、送信電極に印可する駆動信号による電流が引出し線に流れることによる誘導作用が原因で受信電極に発生する誘導ノイズを低減することができる効果を有し、静電容量方式、特に相互容量方式によりタッチ位置を検出するタッチパネル装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１ タッチパネル装置
２ 送信電極
３ 受信電極
４ パネル本体
５ 送信部
６ 受信部
７ 制御部
４１ 支持シート
４２ 電極シート
４３ 送信側引出し部
４４ 受信側引出し部
５１ タッチ面
５２ 表面板
５３ 背面板
５４ 支持体
６１ 送信基板
６２ 受信基板
７１ 送信側の引出し線
７５ 受信側の引出し線
９１ 背面板
９２ 本体部
９３ 側板部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、
前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、
前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、
前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設されたことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記引出し線が、前記送信電極から引き出された一端側から前記送信部に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されると共に、この略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、前記背面板に沿うように配設されたことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記パネル本体は、前記送信電極及び前記受信電極と前記背面板との間に配置された支持体を有し、
前記背面板は、前記支持体の背面に沿う本体部から前記支持体の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部を有することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記パネル本体は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シートに前記送信電極及び前記受信電極が配設された電極シートを有し、この電極シートに、前記支持シートの延出部分に前記引出し線を配設した態様の引出し部が一体的に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のタッチパネル装置。
【請求項１】
互いに並走する複数の送信電極及び互いに並走する複数の受信電極が格子状に配置されたパネル本体と、
前記送信電極に対して駆動信号を印加する送信部と、
前記送信電極に印加された駆動信号に応答した前記受信電極の充放電電流信号を受信して電極交点ごとのレベル信号を出力する受信部と、を有し、
前記パネル本体は、タッチ面が形成されて前記送信電極及び前記受信電極の前面側に配置された表面板と、導電性材料で形成されて前記送信電極及び前記受信電極の背面側に配置された背面板とを有し、この背面板に前記送信部が固定されると共に、この送信部と前記送信電極とを結ぶ引出し線が、前記送信電極から引き出された後に背面側に折り返されて前記背面板に沿うように配設されたことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記引出し線が、前記送信電極から引き出された一端側から前記送信部に接続される他端側に向けて略放射状に集合するように配設されると共に、この略放射状に集合する部分の少なくとも一部が、前記背面板に沿うように配設されたことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記パネル本体は、前記送信電極及び前記受信電極と前記背面板との間に配置された支持体を有し、
前記背面板は、前記支持体の背面に沿う本体部から前記支持体の側面側に折り曲げられた態様で設けられた側板部を有することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記パネル本体は、可撓性を有する合成樹脂材料で形成された支持シートに前記送信電極及び前記受信電極が配設された電極シートを有し、この電極シートに、前記支持シートの延出部分に前記引出し線を配設した態様の引出し部が一体的に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３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７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２２１９４７（Ｐ２０１１−２２１９４７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９３０９７（Ｐ２０１０−９３０９７）
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１４日（２０１０．４．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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