JP2006277651A - 位置検出装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 位置検出精度を向上させることが可能な位置検出装置を提供すること。
【解決手段】 基板(10)と、一端側に弾性表面波の送信部が設けられたスタイラス(12)と、基板の一方面を複数の領域に分け、当該各領域に設けられる受信ユニット(14,16)と、を含み、各受信ユニットは、第１方向に沿って配列された複数の反射器(21,31)からなる第１反射器群(20,30)と、スタイラスから発信されて基板を伝搬し、第１反射器群によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波を受信する第１受信素子(24,34)と、第２方向に沿って配列された複数の反射器(23,33)からなる第２反射器群(22,32)と、スタイラスから発信されて基板を伝搬し、第２反射器群によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波を受信する第２受信素子(25,35)と、を含んで構成される位置検出装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子を利用して位置検出を行う位置検出装置と当該位置検出装置を備える電子機器に関する。

弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）とは、圧電材料を利用し、高周波信号を弾性表面波に変換し、再度高周波信号に変換する過程において特定の周波数が選び出される現象を利用した素子である。このようなＳＡＷデバイスは、通信機器、センサ、タッチパネル等の種々の分野で利用されている。例えば、特開昭６１−２３９３２２号公報（特許文献１）には、弾性波素子を用いてタッチパネル等の構成要素たる位置検出装置を構成した従来例が開示されている。当該特許文献１に代表される従来例の位置検出装置は、パネル表面上の隅に配置された送信用素子と、パネル外枠部に設けられ、送信用素子から発信されてパネル外枠部を伝播する弾性表面波の進行方向を９０度変換する反射器と、前述のパネル外枠と対向する他方のパネル外枠部に設けられ、パネルを横断して伝播した弾性表面波の進行方向を９０度変換する反射器と、パネル表面上の隅に配置され、弾性表面波を検出する受信用素子と、を備える。そして、パネル上の任意点がスタイラスなどの入力手段を用いて指示された場合には、パネルを横断する弾性表面波に減衰が生じるため、受信用素子によって検出される信号波形に基づいて減衰の有無を検出することにより、接触された任意点の座標位置が検出される

ところで、上述した従来の位置検出装置では、一方のパネル外枠部を進行する弾性表面波の進路を９０度変換してパネルを横断させ、更にその進路を９０度変換して他方のパネル外枠部を進行させるという構造が採られているので、弾性表面波の伝播距離が長くなる。このため、伝播中に弾性表面波が減衰して検出感度が低下しやすくなり、位置検出の精度が低下するという不都合がある。また、弾性表面波の伝播距離が長いとその分だけ伝播経路上に塵やパネル表面の傷などの誤検出の要因が発生しやすく、この面からも位置検出の精度が低下するという不都合がある。

特開昭６１−２３９３２２号公報

そこで、本発明は、位置検出精度を向上させることが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

第１の態様の本発明は、弾性表面波を用いて位置検出を行う位置検出装置であって、基板と、一端側に弾性表面波を生成する送信部が設けられており、当該一端側により上記基板の一方面上の一点を指定するために用いられるスタイラスと、上記基板の一方面を複数の領域に分け、当該領域のそれぞれ毎に設けられた複数の受信ユニットと、を含み、上記受信ユニットのそれぞれは、第１方向に沿って配列され、かつ当該第１方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器からなり、上記基板の一方面側に設けられる第１反射器群と、上記基板の一方面側であって上記第１反射器群の配列方向に沿った一端側に配置され、上記スタイラスの上記送信部によって生成されて上記基板の一方面側を伝搬し、上記第１反射器群によって進行方向が略９０度変更された上記弾性表面波を受信する第１受信素子と、上記第１方向と略直交する第２方向に沿って配列され、かつ当該第２方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器からなり、上記基板の一方面側に設けられる第２反射器群と、上記基板の一方面側であって上記第２反射器群の配列方向に沿った一端側に配置され、上記スタイラスの上記送信部によって生成されて上記基板の一方面側を伝搬し、上記第２反射器群によって進行方向が略９０度変更された上記弾性表面波を受信する第２受信素子と、を含んで構成されている位置検出装置である。

かかる構成によれば、スタイラス側で弾性表面波を発信するようにし、弾性表面波の伝播経路が短くなるように構成しているので、位置検出精度を向上させることが可能となる。特に、上記構成によれば、同心円上に進行する弾性表面波のうち、スタイラスによる指定位置から第１方向又は第２方向に対して直交する方向に進行する成分を選択的に受信することが可能となるので、位置座標の特定精度をより向上させることが可能となる。また、基板上を複数の領域に分け、各領域に受信ユニットを設けていることからも弾性表面波の伝播経路の大幅な短縮が可能となり、位置検出精度を向上させることができる。かかる利点は、位置検出の対象となる領域の面積が大きくなった場合に特に効果的である。

好ましくは、上記スタイラスは、当該スタイラスの一端側が上記基板に接触したことを検出する圧力センサを更に備え、上記送信部は、上記圧力センサによって上記接触が検出されたときに上記弾性表面波を生成する。

これにより、必要なときにだけ送信部による弾性表面波の生成が行われるようにできるので、スタイラス側の省電力化を図ることができる。また、後述するように、スタイラスの接触時点から各受信素子によって弾性表面波が受信されるまでの時間に基づいて位置座標を判定する場合においては、圧力センサの出力を利用することにより、他の複雑な信号処理等を行わなくてもスタイラスの接触時点を容易に特定することが可能となる。

好ましくは、上記圧力センサによって上記接触が検出された時刻Ｔ０、上記第１受信素子が上記弾性表面波を受信した時刻Ｔｘ、上記第２受信素子が上記弾性表面波を受信した時刻Ｔｙ、をそれぞれ検出し、時間（Ｔｘ−Ｔ０）の長さに基づいて上記第１方向の位置座標を判定し、時間（Ｔｙ−Ｔ０）の長さに基づいて上記第２方向の位置座標を判定する座標判定手段を更に備える。

スタイラスの接触時点から弾性表面波が受信されるまでの時間を利用することにより、位置座標を容易に求めることができる。

好ましくは、上記第１受信素子の周辺であって上記第１受信素子と上記第１反射器群との相互間を除く位置と、上記第２受信素子の周囲であって少なくとも当該第１受信素子と上記第１反射器群との間を除く位置と、のそれぞれに設けられ、上記弾性表面波を吸収する機能を有する吸収材を更に備える。

これにより、第１反射器群又は第２反射器群を経由していない不要な弾性表面波が第１受信素子又は第２受信素子に受信されること（誤検出）をより確実に回避することが可能となる。

第２の態様の本発明は、上述した第１の態様の本発明にかかる位置検出装置を備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、電子回路等を用いて一定の機能を実現する機器一般をいい、その構成には特に限定がないが、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（携帯型情報端末）、電子手帳など各種機器が挙げられる。

これにより、検出精度の良好な位置検出装置を備える電子機器が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の位置検出装置の構成を説明する模式平面図である。また、図２は、図１に示す位置検出装置のII−II線方向における断面図である。また、図３は、本実施形態の位置検出装置に用いられるスタイラスの構造を説明する模式図である。図１及び図２に示すように、位置検出装置１は、基板１０の表面（接触表面）に弾性表面波を伝搬させ、当該基板１０の表面にスタイラス１２の一端側を接触させたときの弾性表面波の状態変化を用いて位置検出を行うものであり、基板１０の一方面を複数の領域に分け、当該領域のそれぞれ毎に設けられる複数の受信ユニット１４、１６を含んで構成されている。図１に示すように本実施形態では、基板１０の一方面が仮想線Ｍを境界として２分割されており、図中上側に示す領域（以下「上側領域」という。）に受信ユニット１４、下側に示す領域（以下「下側領域」という。）に受信ユニット１６がそれぞれ設けられている。

スタイラス１２は、図３に示すように、一端側に弾性表面波を生成する送信部１８が設けられており、当該一端側により上述した基板１０の一方面上の任意点Ａ又はＢを指定するために用いられる。本実施形態のスタイラス１２は、当該スタイラス１２の一端側が基板１０に接触したことを検出する圧力センサ１９を内蔵しており、当該圧力センサ１９によって接触が検出されたときに、送信部１８によって弾性表面波が生成されるように構成されている。

受信ユニット１４は、第１反射器群２０、第２反射器群２２、第１受信素子２４、第２受信素子２５、吸収材２６、２７を含んで構成されている。

第１反射器群２０は、第１方向（図示のＸ方向）に沿って配列され、かつ当該第１方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器２１からなり、基板１０の上側領域に設けられている。

第２反射器群２２は、第１方向と略直交する第２方向（図示のＹ方向）に沿って配列され、かつ当該第２方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器２３からなり、基板１０の上側領域に設けられている。

第１受信素子２４は、基板１０の一方面側であって第１反射器群２０の配列方向に沿った一端側に配置され、スタイラス１２の送信部１８によって生成されて基板１０の一方面側を伝搬し、第１反射器群２０によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波Ｗを受信し、検出信号を出力する。

第２受信素子２５は、基板１０の一方面側であって第２反射器群２２の配列方向に沿った一端側に配置され、スタイラス１２の送信部１８によって生成されて基板１０の一方面側を伝搬し、第２反射器群２２によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波Ｗを受信し、検出信号を出力する。

吸収材２６は、弾性表面波を吸収する機能を有し、第１受信素子２４の周辺であって第１受信素子２４と第１反射器群２０との相互間を除く位置、換言すれば、第１反射器群２０から到達した弾性表面波を阻害せずに、当該第１反射器群２０以外から到達する弾性表面波を遮蔽可能な位置に設けられて、不要な弾性表面波が第１受信素子２４に受信されることを防止する。このような吸収材２６は、例えばゴム、樹脂材料などを用いて形成される。

吸収材２７は、弾性表面波を吸収する機能を有し、第２受信素子２５の周辺であって第２受信素子２５と第２反射器群２２との相互間を除く位置、換言すれば、第２反射器群２２から到達した弾性表面波を阻害せずに、当該第２反射器群２２以外から到達する弾性表面波を遮蔽可能な位置に設けられて、不要な弾性表面波が第２受信素子２５に受信されることを防止する。このような吸収材２７は、例えばゴム、樹脂材料などを用いて形成される。

受信ユニット１６は、第１反射器群３０、第２反射器群３２、第１受信素子３４、第２受信素子３５、吸収材３６、３７を含んで構成されている。

第１反射器群３０は、第１方向（図示のＸ方向）に沿って配列され、かつ当該第１方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器３１からなり、基板１０の下側領域に設けられている。

第２反射器群３２は、第１方向と略直交する第２方向（図示のＹ方向）に沿って配列され、かつ当該第２方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器３３からなり、基板１０の下側領域に設けられている。

第１受信素子３４は、基板１０の一方面側であって第１反射器群３０の配列方向に沿った一端側に配置され、スタイラス１２の送信部１８によって生成されて基板１０の一方面側を伝搬し、第１反射器群３０によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波Ｗを受信し、検出信号を出力する。

第２受信素子３５は、基板１０の一方面側であって第２反射器群３２の配列方向に沿った一端側に配置され、スタイラス１２の送信部１８によって生成されて基板１０の一方面側を伝搬し、第２反射器群３２によって進行方向が略９０度変更された弾性表面波Ｗを受信し、検出信号を出力する。

吸収材３６は、弾性表面波を吸収する機能を有し、第１受信素子３４の周辺であって第１受信素子３４と第１反射器群３０との相互間を除く位置、換言すれば、第１反射器群３０から到達した弾性表面波を阻害せずに、当該第１反射器群３０以外から到達する弾性表面波を遮蔽可能な位置に設けられて、不要な弾性表面波が第１受信素子３４に受信されることを防止する。このような吸収材３６は、例えばゴム、樹脂材料などを用いて形成される。

吸収材３７は、弾性表面波を吸収する機能を有し、第２受信素子３５の周辺であって第２受信素子３５と第２反射器群３２との相互間を除く位置、換言すれば、第２反射器群３２から到達した弾性表面波を阻害せずに、当該第２反射器群３２以外から到達する弾性表面波を遮蔽可能な位置に設けられて、不要な弾性表面波が第２受信素子３５に受信されることを防止する。このような吸収材３７は、例えばゴム、樹脂材料などを用いて形成される。

図４は、上述した図１等に示した位置検出装置１に用いて好適な座標判定手段の構成例を説明するブロック図である。図４に示す例の座標判定手段は、受信部４０、４１、増幅部４２、検波部４４及びＣＰＵ４６を含んで構成されている。第１受信素子２４及び第１受信素子３４のそれぞれから出力される検出信号（Ｘ方向に対応）が受信部４０により受信され、第２受信素子２５及び第３受信素子３５のそれぞれから出力される検出信号（Ｙ方向に対応）が受信部４１により受信され、これらの受信信号が増幅部４２によって信号増幅がなされた後に検波部４４によって検波される。検波信号は検波部４４においてデジタル信号に変換された後にＣＰＵ４６に入力される。また、ＣＰＵ４６には、スタイラス１２に内蔵された圧力センサ１９による検出信号もデジタル信号に変換され、入力される。

図５及び図６は、検波信号の例を示す図である。Ｘ方向に関しては、スタイラス１２からの弾性表面波は、当該スタイラス１２と近い位置にある受信ユニット１６に含まれる第１受信素子３４によって先に受信され、これに遅れて、当該スタイラス１２と遠い位置にある受信ユニット１４に含まれる第１受信素子２４によって受信されるので、ＣＰＵ４６には図５に示すような合成信号が入力される。このとき、ＣＰＵ４６は、圧力センサ１９によってスタイラス１２の基板１０への接触が検出された時刻Ｔ０、第１受信素子３４が弾性表面波を受信した時刻Ｔｘ、のそれぞれに基づいて時間ΔＴｘ＝（Ｔｘ−Ｔ０）を算出し、この時間ΔＴｘの長さに基づいて、スタイラス１２により指示された１点のＸ方向（第１方向）の位置座標を判定する。ここで、時刻Ｔｘは、図５に示すように、検出信号の検出強度が所定のしきい値を超えた時点をもって定められる。また、Ｙ方向に関しては、スタイラス１２からの弾性表面波は、受信ユニット１６に含まれる第２受信素子３５によって受信されるので、ＣＰＵ４６には図６に示すような検出信号が入力される。このとき、ＣＰＵ４６は、圧力センサ１９によってスタイラス１２の基板１０への接触が検出された時刻Ｔ０、第２受信素子３５が弾性表面波を受信した時刻Ｔｙ、のそれぞれに基づいて時間ΔＴｙ＝（Ｔｙ−Ｔ０）を算出し、この時間ΔＴｙの長さに基づいて、スタイラス１２により指示された１点のＹ方向（第２方向）の位置座標を判定する。ここで、時刻Ｔｙについても、検出信号の検出強度が所定のしきい値を超えた時点をもって定められる。

図７は、上述した位置検出装置を含んで構成されるタッチパネル装置を備える電子機器の一例を示す斜視図である。図７では、電子機器の一例として電子手帳の概略斜視図が示されている。図７に示す電子手帳５００は、タッチパネル装置付きの表示部５０１を備えており、スタイラス５０２を表示部５０１の任意位置に接触させることによって各種の入力指示を行うことが可能に構成されている。上述した本実施形態にかかる位置検出装置は、これらのような電子機器に組み込まれるタッチパネル装置の構成要素として用いることができる。

このように本実施形態によれば、スタイラス１２側で弾性表面波を発信するようにし、弾性表面波の伝播経路が短くなるように構成しているので、位置検出精度を向上させることが可能となる。特に、同心円上に進行する弾性表面波のうち、スタイラス１２による指定位置Ｃから第１方向（Ｘ方向）又は第２方向（Ｙ方向）に対して直交する方向に進行する成分を選択的に受信することが可能となるので、位置座標の特定精度をより向上させることが可能となる。また、基板１０の一方面上を複数の領域に分け、各領域に受信ユニット１４、１６をそれぞれ設けていることからも弾性表面波の伝播経路の大幅な短縮が可能となり、位置検出精度を向上させることができる。かかる利点は、位置検出の対象となる領域の面積が大きくなった場合に特に効果的である。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、基板１０の一方面を２つの領域に分けて当該領域のそれぞれ毎に受信ユニットを設けていたが、基板１０の一方面を２以上の複数領域に分割してもよい。

図８は、基板の一方面を２以上の複数領域に分割する場合の位置検出装置の構成例を示す模式平面図である。図８に示す例の位置検出装置１ａは、基板１０ａの一方面が仮想線Ｍを境界として４つの領域に分けられており、当該各領域に受信ユニット１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂが設けられている。位置検出の対象領域の面積がより大きい場合においては、このように基板の一方面をより多くの領域に分けて各領域に受信ユニットを設けることが好ましい。

一実施形態の位置検出装置の構成を説明する模式平面図である。 図１に示す位置検出装置のII−II線方向における断面図である。 位置検出装置に用いられるスタイラスの構造を説明する模式図である。 座標判定手段の構成例を説明するブロック図である。 ＣＰＵに入力される検波信号の例を示す図である。 ＣＰＵに入力される検波信号の例を示す図である。 電子機器の一例を示す斜視図である。 基板の一方面を２以上の複数領域に分割する場合の位置検出装置の構成例を示す模式平面図である。

符号の説明

１…位置検出装置、１０…基板、１２…スタイラス、１４、１６…受信ユニット、１８…送信部、１９…圧力センサ、２０、３０…第１反射器群、２２、３２…第２反射器群、２１、２３、３１、３３…反射器、２４、３４…第１受信素子、２５、３５…第２受信素子、２６、２７、３６、３７…吸収材

Claims (5)

1. 弾性表面波を用いて位置検出を行う位置検出装置であって、
   基板と、
   一端側に弾性表面波を生成する送信部が設けられており、当該一端側により前記基板の一方面上の一点を指定するために用いられるスタイラスと、
   前記基板の一方面を複数の領域に分け、当該領域のそれぞれ毎に設けられる複数の受信ユニットと、
   を含み、
   前記受信ユニットのそれぞれは、
   第１方向に沿って配列され、かつ当該第１方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器からなり、前記基板の一方面側に設けられる第１反射器群と、
   前記基板の一方面側であって前記第１反射器群の配列方向に沿った一端側に配置され、前記スタイラスの前記送信部によって生成されて前記基板の一方面側を伝搬し、前記第１反射器群によって進行方向が略９０度変更された前記弾性表面波を受信する第１受信素子と、
   前記第１方向と略直交する第２方向に沿って配列され、かつ当該第２方向と略４５度の角度をなす主面を有する複数の反射器からなり、前記基板の一方面側に設けられる第２反射器群と、
   前記基板の一方面側であって前記第２反射器群の配列方向に沿った一端側に配置され、前記スタイラスの前記送信部によって生成されて前記基板の一方面側を伝搬し、前記第２反射器群によって進行方向が略９０度変更された前記弾性表面波を受信する第２受信素子と、
   を含んで構成されている、位置検出装置。
2. 前記スタイラスは、当該スタイラスの一端側が前記基板に接触したことを検出する圧力センサを更に備え、
   前記送信部は、前記圧力センサによって前記接触が検出されたときに前記弾性表面波を生成する、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記圧力センサによって前記接触が検出された時刻Ｔ０、前記第１受信素子が前記弾性表面波を受信した時刻Ｔｘ、前記第２受信素子が前記弾性表面波を受信した時刻Ｔｙ、をそれぞれ検出し、時間（Ｔｘ−Ｔ０）の長さに基づいて前記第１方向の位置座標を判定し、時間（Ｔｙ−Ｔ０）の長さに基づいて前記第２方向の位置座標を判定する座標判定手段を更に備える、請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記受信ユニットのそれぞれは、前記第１受信素子の周辺であって前記第１受信素子と前記第１反射器群との相互間を除く位置と、前記第２受信素子の周囲であって少なくとも当該第１受信素子と前記第１反射器群との間を除く位置と、のそれぞれに設けられ、前記弾性表面波を吸収する機能を有する吸収材を更に備える、請求項１に記載の位置検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置を備える電子機器。

Images