JP4052884B2 - タッチパネル装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指，ペンなどの物体が接触したことを検出するタッチパネル装置に関し、特に、圧電体に電極を形成して構成される励振素子及び受信素子を用いて弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave)の減衰，遮断を検知して物体の接触位置を検出するタッチパネル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主としてパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムの普及に伴って、コンピュータシステムにより情報が表示される表示装置の表示画面上を指またはペンなどの物体で指示することにより、新たな情報を入力したり、コンピュータシステムに対して種々の指示を与えたりする装置が利用されている。パーソナルコンピュータ等の表示装置の表示画面に表示された情報に対してタッチ方式にて入力操作を行う場合には、その表示画面上での接触位置（指示位置）を高精度に検出する必要がある。
【０００３】
指，ペンなどの物体の接触位置を検出するタッチパネル装置としては、抵抗膜を用いた装置と超音波を用いた装置とが良く知られている。前者の抵抗膜を用いた装置では、抵抗膜に物体が接触することによって生じるその抵抗膜の抵抗値の変化を検知する。これは、消費電力が少なくて良いが、応答時間，検出性能，耐久性の点で問題がある。
【０００４】
これに対して、超音波を用いた装置では、例えば非圧電基板に弾性表面波を伝播させ、その非圧電基板に指，ペンなどの物体が接触することによって生じる弾性表面波の減衰を検知して、物体による接触位置を検出する。弾性表面波を励振，受信するトランスデューサとして、フォトリソグラフィ技術を用いて一括形成が可能な櫛形電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）を用いるタッチパネル装置が開発されている。このタッチパネル装置では、弾性表面波を励振する励振素子及び伝播された弾性表面波を受信する受信素子として、薄膜状の圧電体に櫛形電極を形成して構成される素子を使用している。
【０００５】
図１９は、櫛形電極を用いるこのような従来のタッチパネル装置の構成を示す図である。図１９において、６１は矩形状の非圧電基板であり、非圧電基板６１のＸ方向，Ｙ方向夫々の一端部には、圧電薄膜に櫛形電極を形成して構成されており、弾性表面波を励振する複数の励振素子６２が一列状に配置されている。また、非圧電基板６１のＸ方向，Ｙ方向夫々の他端部には、励振素子６２に対向させた態様で、圧電薄膜に櫛形電極を形成して構成されており、弾性表面波を受信する複数の受信素子６３が一列状に配置されている。
【０００６】
このタッチパネル装置では、各励振素子６２に周期信号を入力して弾性表面波を励振させて、非圧電基板６１を伝播させ、伝播した弾性表面波を各受信素子６３で受信させる。そして、非圧電基板６１上の弾性表面波の伝播路に指，ペンなどの物体が接触した場合には、弾性表面波が減衰する。従って、受信素子６３での受信信号のレベル減衰の有無を検知することにより、物体の接触の有無及びその接触位置を検出することが可能である。
【０００７】
また、本発明者等は、物体の接触の有無及びその接触位置を連続的に検出できて、しかも時間差を大きくとって検出位置の分解能の向上を図るために、非圧電基板の斜め方向（対角方向）に弾性表面波を伝播させるように励振素子，受信素子を配置するようにしたタッチパネル装置を提案している。
【０００８】
図２０は、このようなタッチパネル装置の一例（以下、第１先行例という）の構成を示す図、図２１は図２０の部分拡大図である。図２０において、７１は矩形状の非圧電基板であり、中央の一点鎖線で囲まれた部分が、接触位置を検出できる検出領域７１ａである。
【０００９】
非圧電基板７１の周縁部である検出領域７１ａ外側の額縁領域７１ｂには、その上辺側及び下辺側に励振素子７２、その左辺側及び右辺側に受信素子７３が設けられている。図２２は、励振素子７２または受信素子７３の部分断面図であり、励振素子７２または受信素子７３は、薄膜状の圧電体７４に櫛形電極７５を形成して構成されている。この櫛形電極７５は、対向するバス電極７７，７７と、各バス電極７７，７７から中途で屈曲させて交互に連なる複数の電極指７８とを有している。このような中途で屈曲する電極指７８を有する構造は、シェブロン構造とも称されている。この構成によって、バス電極７７，７７の対向方向から２方向に傾けた複数の電極指７８の配列を形成し、２方向への弾性表面波の励振及び２方向からの弾性表面波の受信を実現している。
【００１０】
上辺側及び下辺側の励振素子７２のバス電極７７，７７に接続させて、入力用，グランド用の端子７９，７９が設けられている。また、左辺側及び右辺側の受信素子７３のバス電極７７，７７に接続させて、出力用，グランド用の端子７９，７９が設けられている。そして、各端子７９には、各引き回し線８０が接続されている。
【００１１】
このような構成にあっては、励振素子７２にて弾性表面波が２方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板７１の対角２方向に伝播されて受信素子７３で受信され、その受信結果に基づいて、図１９での従来例と同様に、物体の接触の有無及びその接触位置が検出される。
【００１２】
更に、本発明者等は、励振素子及び受信素子を、膜状の圧電体と、圧電体の一面に形成されている櫛形電極と、圧電体の他面に形成されている平板電極とにて構成したタッチパネル装置（以下、第２先行例という）を提案している。この第２先行例にあっては、圧電体の一方の面に、極性が異なる電極指が交互に配置された櫛形電極ではなくて、中途で屈曲して極性が同じである複数の電極指を連ねた櫛形電極を形成し、圧電体の他方の面に櫛形電極とは極性が異なる平板電極を形成して、励振素子及び受信素子を構成している。極性が異なる電極が同一平面上に存在するために各辺で２本分のバス電極の幅を必要とした第１先行例に比べて、第２先行例では１本分のバス電極の幅が必要となるだけであり、額縁領域を狭くできる。また、極性が異なる電極を同一平面上に設ける必要がないため、電極，引き回し配線などの設計の自由度の向上を図れる。この第２先行例の電極構造は、ＳＰＴ（Single Phased Transducer）電極構造とも称されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
弾性表面波を対角方向に伝播させる上記第１，第２先行例においては、弾性表面波が伝播する距離が一定でない。弾性表面波は、その伝播に伴って減衰するため、励振素子，受信素子間の伝播距離が短い領域では、受信素子にて高いレベルの受信信号を得られるが、励振素子，受信素子間の伝播距離が長い領域（基板の対角線近傍領域）では、弾性表面波が大きく減衰し、受信素子にて高いレベルの受信信号を得られないという問題がある。この結果、対角線近傍領域でのＳ／Ｎ比が低下し、物体の接触の有無及びその接触位置の高い検出精度が得られず、改善の余地がある。
【００１４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、弾性表面波の伝播損失の影響が大きい対角線近傍領域においてＳ／Ｎ比を向上でき、物体の接触の有無及びその接触位置の検出精度の向上を図れるタッチパネル装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の幅を設定してあることを特徴とする。
【００１６】
第１発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指の幅を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では励振効率が最大となるように電極指の幅を太くし、その伝播距離が短い領域では電極指の幅を細くする。よって、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００１７】
請求項２に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の対数を設定してあることを特徴とする。
【００１８】
第２発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指の対数を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では電極指の対数を多くし、その伝播距離が短い領域では電極指の対数を少なくする。よって、対数に比例した感度でＳ／Ｎ比は決定されるため、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００１９】
請求項３に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、複数の電極指を持った櫛形電極を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極の開口幅を設定してあることを特徴とする。
【００２０】
第３発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて櫛型電極の開口幅を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では櫛型電極の開口幅を広くし、その伝播距離が短い領域では櫛型電極の開口幅を狭くする。よって、開口幅に比例した感度でＳ／Ｎ比が決定されるため、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００２１】
請求項４に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、外部機器と接続するための複数の端子を異なった位置に有しており、前記弾性表面波の伝播距離が長くなる側の前記端子を選択して使用するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
第４発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行う。よって、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での電極抵抗による伝送損失を他の領域よりも少なくするため、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００２５】
請求項５に係るタッチパネル装置は、請求項１〜４の何れかにおいて、前記励振素子及び前記受信素子は、膜状の圧電体と、該圧電体の一面に形成されている櫛形電極と、前記圧電体の他面に形成されている平板電極とを有することを特徴とする。
【００２６】
第５発明のタッチパネル装置にあっては、圧電体の一方の面に、極性が同じで複数の電極指を連ねた櫛形電極を形成し、圧電体の他方の面に櫛形電極とは極性が異なる平板電極を形成して、励振素子及び受信素子を構成している。よって、額縁領域を狭くでき、また、電極の設計の自由度も向上し、更に、第１〜第４発明における伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での高いＳ／Ｎ比の確保を容易に行い得る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。以下の例では、第２先行例のタッチパネル装置に本発明を適用した場合について説明する。まず、第２先行例の基本構成について詳述する。
【００２８】
図１は、本発明を適用するＳＰＴ電極構造を有する第２先行例のタッチパネル装置の構成を示す図、図２は図１における部分拡大図である。図１において、１は例えばガラス材からなり、弾性表面波の伝播が可能な矩形状の非圧電基板であり、中央の一点鎖線で囲まれた部分が、接触位置を検出できる検出領域１ａである。非圧電基板１の周縁部である、検出領域１ａの外側の額縁領域１ｂには、２方向へ弾性表面波を励振する励振素子２がその上辺側及び下辺側に設けられ、２方向からの弾性表面波を受信する受信素子３がその左辺側及び右辺側に設けられている。
【００２９】
これらの励振素子２及び受信素子３は同様の構成を有している。図３は、励振素子２または受信素子３の部分断面図であり、励振素子２または受信素子３は、例えばＡｌＮ，ＺｎＯなどからなる薄膜状の圧電体４の一方の面（表面）に櫛形電極５を形成し、その他方の面（裏面）に平板電極（ベタ電極）６を形成して構成されている。表面側の櫛形電極５は、図１に示すように、１本のバス電極７と、バス電極７に連なり、中途で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指８とを有する。なお、図１では、この平板電極６を破線で示し、圧電体４の設置範囲を一点鎖線で示している。
【００３０】
このような櫛形電極５及び平板電極６は外部の回路（発振回路、受信レベル検出回路など）に接続される。上辺側及び下辺側の励振素子２の櫛形電極５（バス電極７）に接続させて入力用の端子９が設けられ、その励振素子２の平板電極６に接続させてグランド用の端子９が設けられている。また、左辺側及び右辺側の受信素子３の櫛形電極５（バス電極７）に接続させて出力用の端子９が設けられ、その受信素子３の平板電極６に接続させてグランド用の端子９が設けられている。そして、各端子９には、各引き回し線１０が接続されている。
【００３１】
このような構成にあって、櫛形電極５と平板電極６との間に周期的な励振信号を印加することにより、励振素子２にて弾性表面波が２つの方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板１の２つの対角方向に伝播されて受信素子３で受信される。具体的には、上辺側の励振素子２からの弾性表面波は左下斜め方向及び右下斜め方向に伝播されて左辺側及び右辺側の受信素子３で受信され、下辺側の励振素子２からの弾性表面波は左上斜め方向及び右上斜め方向に伝播されて左辺側及び右辺側の受信素子３で受信される。
【００３２】
ここで、非圧電基板１の弾性表面波の伝播路に指，ペンなどの物体が接触した場合には、弾性表面波が減衰する。従って、両受信素子３での受信信号のレベル減衰の有無を検知することにより、物体の接触の有無及びその接触位置を検出することが可能である。
【００３３】
本例では、同じ極性の複数の電極指８を連ねた櫛形電極５を圧電体４の表面に形成し、圧電体４の裏面に電極指８と極性が異なる平板電極６を形成して、励振素子２及び受信素子３を構成しているので（図３参照）、極性が異なる電極が同一平面上に存在するために各辺で２本分のバス電極７７の幅を必要とした第１先行例に比べて、１本分のバス電極７の幅が必要となるだけであり、額縁領域１ｂを狭くできる。また、極性が異なる電極を同一平面上に設ける必要がないため、自由な設計が可能となる。
【００３４】
また、励振周波数を同じとした場合、第１先行例では電極指７８の幅が弾性表面波の波長の１／４であるのに対して、本例では電極指８の幅が弾性表面波の波長の１／２で良い。従って、電極作製時に要求されるパターニングの微細さを緩和することができ、第１先行例に比べて容易に電極指を作製できる。この結果、リフトオフ法，導電材料のスクリーン印刷法などの方法を用いて、電極を安価に作製することも可能となる。
【００３５】
以下、弾性表面波の伝播距離が長い領域、つまり対角線近傍領域でのＳ／Ｎ比の向上を図る本発明の具体的な手法について説明する。
【００３６】
（第１実施の形態）
第１実施の形態では、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指８の幅を異ならせることにより対角線近傍領域での感度の向上を図る。図４は、ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置における励振効率を示すグラフであり、横軸に電極指８のピッチ（λ）に対する電極指８の幅（Ｗ）の比Ｗ／λをとり、縦軸に励振効率ηをとっている。Ｗ／λの値が０．４〜０．５近傍で励振効率は極大を示す。
【００３７】
図４に示すような励振効率の特性に鑑みて、弾性表面波の伝播距離が異なる各チャンネル毎に必要に応じた励振効率を付加できるように励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５を設計する。弾性表面波の周波数変動の原因になるため、電極指８のピッチは変更できない。そこで、各電極指８の幅を変更設定する。
【００３８】
図５は、第１実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。伝播距離が長くなるに従って、励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５のバス電極７から連なる電極指８の幅を順次太くしている。そして、伝播距離が最も長くなる対角線近傍において、最大の励振効率が得られるように、各電極指８の幅を設定する。このようにすることにより、伝播損失が大きい対角線近傍領域においても高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００３９】
励振方式として中心周波数が一致したバースト波を利用する場合、加算効果にて感度が向上するので、このような電極指８の幅の設定は、送信側（励振素子２）で行った方が有効である。
【００４０】
（第２実施の形態）
第２実施の形態では、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指８の対数及び／または櫛形電極５の開口幅を異ならせることにより対角線近傍領域での感度の向上を図る。
【００４１】
（第２実施の形態：第１例）
図６は、第２実施の形態の第１例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って、励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５のバス電極７から連なる電極指８の対数を徐々に多くすると共にその櫛形電極５の開口幅を徐々に広くしており、また、弾性表面波の伝播距離が特に短いところでは、電極指８の対数を少なくして櫛形電の開口幅を狭くしている。
【００４２】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、少しでも回折の影響を低減すると共に、励振時及び受信時の加算効果を活用して最終端部での受信信号の強度を高くすることができる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４３】
（第２実施の形態：第２例）
図７は、第２実施の形態の第２例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、励振素子２及び受信素子３における伝播距離が最も長くなる領域において、その外側に電極指８を延設させて、櫛形電極５の開口幅を変えずに電極指８の対数を多くしている。
【００４４】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、みかけの開口を維持しながら、信号強度を高くできる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４５】
（第２実施の形態：第３例）
図８は、第２実施の形態の第３例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、励振素子２及び受信素子３における伝播距離が最も長くなる領域において、その内側に電極指８を延設させて、櫛形電極５の開口幅を変えずに電極指８の対数を多くしている。
【００４６】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、みかけの開口を維持しながら、信号強度を高くできる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４７】
（第２実施の形態：第４例）
図９は、第２実施の形態の第４例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。この第４例は、上記第２例と同様に外側へ電極指８を延設させた例であるが、第２例に比べてその延設量が少ない。必要な量だけの感度の増加を図るために、必要十分な範囲だけ電極指８の増設部分を設けている。
【００４８】
上述した第１〜第４例では、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での感度の向上（高いＳ／Ｎ比の実現）を図るために電極指８の増設部分を設けるようにしたが、送信側（励振素子２）と受信側（受信素子３）とに同じ面積の増設部分を設ける場合、送信側（励振素子２）に設けたときには、バースト波の加算効果によって電極指８の見かけの対数が増大した領域が大きくなるため、より高い励振効率を設計することができる。つまり、受信側（受信素子３）ではその構造にて受信効率が決定されるが、送信側（励振素子２）ではバースト波の励振など、発振を工夫することにより励振効率を高めることが可能であるため、電極指８の増設部分を送信側（励振素子２）に設けた場合の方が、より高い設置効果（対角線近傍領域での感度向上）を得ることが可能である。
【００４９】
但し、電極指８の増設部分を送信側（励振素子２）に設けた場合には、回折の影響を大きく受ける可能性があるため、注意が必要である。よって、少しの量の感度増加を図る際には、受信側（受信素子３）のみに電極指８の増設部分を設けることが好ましい。
【００５０】
（第３実施の形態）
次に、電極指８の増設部分を有するタッチパネル装置の全体構成について説明する。
【００５１】
（第３実施の形態：第１例）
図１０は、第３実施の形態の第１例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各励振素子２及び受信素子３について１つずつの電極指８の増設部分２０を、空いている領域を有効に活用して櫛形電極５の内側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では左辺側の受信素子３の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では右辺側の受信素子３の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設けている。
【００５２】
（第３実施の形態：第２例）
図１１は、第３実施の形態の第２例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各受信素子３について２つずつの電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の外側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２及び下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では右辺側の受信素子３の櫛形電極５の外側に２箇所の増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２及び下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では左辺側の受信素子３の櫛形電極５の外側に２箇所の増設部分２０を設けている。
【００５３】
（第３実施の形態：第３例）
図１２は、第３実施の形態の第３例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各励振素子２について２つの電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側及び外側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の外側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の外側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設けている。
【００５４】
電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側に設ける場合には、その増設部分２０が外方へ突出しないので、額縁領域１ｂを広げる必要がない。これに対して、電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の外側に設ける場合には、内側に設ける場合と異なり、時間差を保存することができ、励振時の加算効果及び終端部での受信信号に乱れがなく、特殊な処理が不要となる。よって、このような特性を考慮して、電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側，外側の何れに設けるかを決定すれば良い。なお、第１例〜第３例（図１０〜図１２）における電極指８の増設部分２０のレイアウトは一例であって、各励振素子２及び受信素子３について１つずつの増設部分２０を外側に突出させて設けるレイアウトなど、他の任意のレイアウト例を採用できることは言うまでもない。
【００５５】
（第４実施の形態）
次に、信号伝送時の抵抗損を考慮して、対角線近傍領域での感度の向上を図る例について説明する。図１３，図１４は、第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子３）の電極構成を示す図であり、図１３は電極指８の増設部分２０を設けない例、図１４は電極指８の増設部分２０を設けた例を夫々表している。図において９ａ，９ｂ，９ｃは平板電極６の異なる位置に設けられた端子である。
【００５６】
ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置の場合、平板電極６は薄いので抵抗が比較的大きいため、その抵抗による信号損失の問題が避けられない。つまり、受信信号が平板電極６を長い距離にわたって伝送する場合には減衰が大きくなる。例えば、下方側の励振素子（図示せず）から左上斜め方向（図の矢符方向）に励振された弾性表面波を図示した受信素子３で受信することを考えた場合、その上部の領域では弾性表面波の伝播距離が長くて、その下部の領域ではその伝播距離が短い。
【００５７】
よって、平板電極６の端子を上部側の端子９ａとした場合、弾性表面波の伝播距離が長くて伝播損失が大きい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離は短くてその伝送損失は小さく、弾性表面波の伝播距離が短くて伝播損失が小さい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離は長くてその伝送損失は大きい。一方、平板電極６の端子を下部側の端子９ｃとした場合、弾性表面波の伝播距離が長くて伝播損失が大きい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離も長くてその伝送損失も大きく、弾性表面波の伝播距離が短くて伝播損失が小さい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離も短くてその伝送損失も小さい。
【００５８】
この結果、各端子９ａ，９ｂ，９ｃを夫々選択した場合の受信信号の強度の結果を表すと、図１５，図１６のようになる。図１５，図１６は夫々図１３，図１４における特性を示している。図１５，図１６において、横軸は時間（弾性表面波の伝播距離に比例）であって、縦軸は受信信号の強度であり、実線ａ，破線ｂ，一点鎖線ｃは夫々端子９ａ，９ｂ，９ｃを選択した場合の特性を表している。電極指８の増設部分２０を設けた図１４に示す構成例では、その増設部分２０の効果により、受信終了時点において、伝播距離が最も長い対角線近傍での受信信号の強度の向上が認められる（図１６参照）。
【００５９】
端子９ｃを選択した場合には、伝播距離が最も長い対角線近傍において、大きな伝播損失に平板電極６での大きな伝送損失が加重されて、受信信号の強度は極めて低くなる。これに対して、端子９ａを選択した場合には、伝播距離が最も長い対角線近傍において、伝播損失は大きいが平板電極６での伝送損失がほとんどないので、受信信号の強度は高い。
【００６０】
従って、下部側の励振素子２からの弾性表面波を受信する際に伝播距離が最も長い対角線近傍における感度を向上させるためには、端子９ａを選択することが好ましい。一方、上部側の励振素子２からの弾性表面波を受信する際には、下部側の励振素子２からの場合と全くの逆の関係になるので、伝播距離が最も長い対角線近傍における感度を向上させるためには、端子９ｃを選択することが好ましい。よって、弾性表面波の受信方向に応じて、端子９ａまたは端子９ｃを切替選択するようにすれば良い。
【００６１】
なお、上述したような受信側（受信素子３）における伝播損失と伝送損失との関係は、送信側（励振素子２）における弾性表面波の伝播損失と励振信号の伝送損失との関係にもあてはまる。
【００６２】
以上のことから、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子９を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行うことにより、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での平板電極６の抵抗による伝送損失を他の領域よりも少なくできて、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高い感度を得ることができる。
【００６３】
（第５実施の形態）
図１７は、第５実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図、図１８は、同じくそのタッチパネル装置の概略図である。この第５実施の形態では、弾性表面波の伝播距離が長い対角線近傍における感度を向上させるために、額縁領域の四隅部に、対角方向に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子２ａと弾性表面波を受信する受信素子３ａとを、既存の励振素子２及び受信素子３とは独立して、追加的に設けている。例えば、左上隅部，右上隅部に、右下斜め方向，左下斜め方向へ弾性表面波を励振する励振素子２ａ，２ａを夫々設け、左下隅部，右下隅部に、右上斜め方向，左上斜め方向から伝播される弾性表面波を受信する受信素子３ａ，３ａを夫々設けている。
【００６４】
なお、これらの追加の励振素子２ａ及び受信素子３ａは、励振素子２及び受信素子３と全く独立的に駆動させても良いし、励振素子２及び受信素子３と連動して駆動させても良い。連動して駆動させる場合には、信号の連続性を維持するために、位置を指示するペンの径よりも励振素子２ａ及び受信素子３ａの櫛形電極の開口幅を小さくしておく必要がある。また、追加の励振素子２ａ及び受信素子３ａを既存の励振素子２及び受信素子３に重複するように配置することも可能であり、この場合、必要に応じた切り替えによって検出精度の向上を図ることができる。
【００６５】
なお、上述した各実施の形態では、ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置（第２先行例）を例として説明したが、図２０に示すようなタッチパネル装置（第１先行例）についても、本発明を同様に適用できることは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って励振素子及び／または受信素子の電極指の幅を太くするようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６７】
また、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って、励振素子及び／もしくは受信素子の電極指の対数を多くするか、並びに／または、励振素子及び／もしくは受信素子の櫛型電極の開口幅を広くするようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６８】
また、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行うようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６９】
また、本発明のタッチパネル装置では、対角方向に対をなす励振素子及び受信素子を、基板の四隅部に追加的に設けるようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００７０】
また、本発明のタッチパネル装置では、圧電体の一方の面に櫛形電極、他方の面に平板電極を形成するＳＰＴ電極構造を有するようにしたので、額縁領域を狭くできると共に、電極の設計の自由度も向上でき、更に、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での高いＳ／Ｎ比を容易に確保することができる。
【００７１】
このように本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）においても高い感度を実現できるので、物体の接触の有無及びその接触位置の検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置（第２先行例）の構成を示す図である。
【図２】図１に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
【図３】図１に示すタッチパネル装置の励振素子または受信素子の部分断面図である。
【図４】ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置における励振効率を示すグラフである。
【図５】第１実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図６】第２実施の形態の第１例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図７】第２実施の形態の第２例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図８】第２実施の形態の第３例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図９】第２実施の形態の第４例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図１０】第３実施の形態の第１例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１１】第３実施の形態の第２例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１２】第３実施の形態の第３例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１３】第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子）の電極構成を示す図である。
【図１４】第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子）の電極構成を示す図である。
【図１５】図１３に示すタッチパネル装置の受信信号の強度を示すグラフである。
【図１６】図１４に示すタッチパネル装置の受信信号の強度を示すグラフである。
【図１７】第５実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図１８】第５実施の形態のタッチパネル装置の概略図である。
【図１９】従来のタッチパネル装置の構成を示す図である。
【図２０】従来のタッチパネル装置（第１先行例）の構成を示す図である。
【図２１】図２０に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
【図２２】図２０に示すタッチパネル装置の励振素子または受信素子の部分断面図である。
【符号の説明】
１ 非圧電基板
１ａ 検出領域
１ｂ 額縁領域
２，２ａ 励振素子
３，３ａ 受信素子
４ 圧電体
５ 櫛形電極
６ 平板電極
７ バス電極
８ 電極指
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 端子
１０ 引き回し線
２０ 増設部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、指，ペンなどの物体が接触したことを検出するタッチパネル装置に関し、特に、圧電体に電極を形成して構成される励振素子及び受信素子を用いて弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave)の減衰，遮断を検知して物体の接触位置を検出するタッチパネル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主としてパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムの普及に伴って、コンピュータシステムにより情報が表示される表示装置の表示画面上を指またはペンなどの物体で指示することにより、新たな情報を入力したり、コンピュータシステムに対して種々の指示を与えたりする装置が利用されている。パーソナルコンピュータ等の表示装置の表示画面に表示された情報に対してタッチ方式にて入力操作を行う場合には、その表示画面上での接触位置（指示位置）を高精度に検出する必要がある。
【０００３】
指，ペンなどの物体の接触位置を検出するタッチパネル装置としては、抵抗膜を用いた装置と超音波を用いた装置とが良く知られている。前者の抵抗膜を用いた装置では、抵抗膜に物体が接触することによって生じるその抵抗膜の抵抗値の変化を検知する。これは、消費電力が少なくて良いが、応答時間，検出性能，耐久性の点で問題がある。
【０００４】
これに対して、超音波を用いた装置では、例えば非圧電基板に弾性表面波を伝播させ、その非圧電基板に指，ペンなどの物体が接触することによって生じる弾性表面波の減衰を検知して、物体による接触位置を検出する。弾性表面波を励振，受信するトランスデューサとして、フォトリソグラフィ技術を用いて一括形成が可能な櫛形電極（ＩＤＴ：Inter Digital Transducer）を用いるタッチパネル装置が開発されている。このタッチパネル装置では、弾性表面波を励振する励振素子及び伝播された弾性表面波を受信する受信素子として、薄膜状の圧電体に櫛形電極を形成して構成される素子を使用している。
【０００５】
図１９は、櫛形電極を用いるこのような従来のタッチパネル装置の構成を示す図である。図１９において、６１は矩形状の非圧電基板であり、非圧電基板６１のＸ方向，Ｙ方向夫々の一端部には、圧電薄膜に櫛形電極を形成して構成されており、弾性表面波を励振する複数の励振素子６２が一列状に配置されている。また、非圧電基板６１のＸ方向，Ｙ方向夫々の他端部には、励振素子６２に対向させた態様で、圧電薄膜に櫛形電極を形成して構成されており、弾性表面波を受信する複数の受信素子６３が一列状に配置されている。
【０００６】
このタッチパネル装置では、各励振素子６２に周期信号を入力して弾性表面波を励振させて、非圧電基板６１を伝播させ、伝播した弾性表面波を各受信素子６３で受信させる。そして、非圧電基板６１上の弾性表面波の伝播路に指，ペンなどの物体が接触した場合には、弾性表面波が減衰する。従って、受信素子６３での受信信号のレベル減衰の有無を検知することにより、物体の接触の有無及びその接触位置を検出することが可能である。
【０００７】
また、本発明者等は、物体の接触の有無及びその接触位置を連続的に検出できて、しかも時間差を大きくとって検出位置の分解能の向上を図るために、非圧電基板の斜め方向（対角方向）に弾性表面波を伝播させるように励振素子，受信素子を配置するようにしたタッチパネル装置を提案している。
【０００８】
図２０は、このようなタッチパネル装置の一例（以下、第１先行例という）の構成を示す図、図２１は図２０の部分拡大図である。図２０において、７１は矩形状の非圧電基板であり、中央の一点鎖線で囲まれた部分が、接触位置を検出できる検出領域７１ａである。
【０００９】
非圧電基板７１の周縁部である検出領域７１ａ外側の額縁領域７１ｂには、その上辺側及び下辺側に励振素子７２、その左辺側及び右辺側に受信素子７３が設けられている。図２２は、励振素子７２または受信素子７３の部分断面図であり、励振素子７２または受信素子７３は、薄膜状の圧電体７４に櫛形電極７５を形成して構成されている。この櫛形電極７５は、対向するバス電極７７，７７と、各バス電極７７，７７から中途で屈曲させて交互に連なる複数の電極指７８とを有している。このような中途で屈曲する電極指７８を有する構造は、シェブロン構造とも称されている。この構成によって、バス電極７７，７７の対向方向から２方向に傾けた複数の電極指７８の配列を形成し、２方向への弾性表面波の励振及び２方向からの弾性表面波の受信を実現している。
【００１０】
上辺側及び下辺側の励振素子７２のバス電極７７，７７に接続させて、入力用，グランド用の端子７９，７９が設けられている。また、左辺側及び右辺側の受信素子７３のバス電極７７，７７に接続させて、出力用，グランド用の端子７９，７９が設けられている。そして、各端子７９には、各引き回し線８０が接続されている。
【００１１】
このような構成にあっては、励振素子７２にて弾性表面波が２方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板７１の対角２方向に伝播されて受信素子７３で受信され、その受信結果に基づいて、図１９での従来例と同様に、物体の接触の有無及びその接触位置が検出される。
【００１２】
更に、本発明者等は、励振素子及び受信素子を、膜状の圧電体と、圧電体の一面に形成されている櫛形電極と、圧電体の他面に形成されている平板電極とにて構成したタッチパネル装置（以下、第２先行例という）を提案している。この第２先行例にあっては、圧電体の一方の面に、極性が異なる電極指が交互に配置された櫛形電極ではなくて、中途で屈曲して極性が同じである複数の電極指を連ねた櫛形電極を形成し、圧電体の他方の面に櫛形電極とは極性が異なる平板電極を形成して、励振素子及び受信素子を構成している。極性が異なる電極が同一平面上に存在するために各辺で２本分のバス電極の幅を必要とした第１先行例に比べて、第２先行例では１本分のバス電極の幅が必要となるだけであり、額縁領域を狭くできる。また、極性が異なる電極を同一平面上に設ける必要がないため、電極，引き回し配線などの設計の自由度の向上を図れる。この第２先行例の電極構造は、ＳＰＴ（Single Phased Transducer）電極構造とも称されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
弾性表面波を対角方向に伝播させる上記第１，第２先行例においては、弾性表面波が伝播する距離が一定でない。弾性表面波は、その伝播に伴って減衰するため、励振素子，受信素子間の伝播距離が短い領域では、受信素子にて高いレベルの受信信号を得られるが、励振素子，受信素子間の伝播距離が長い領域（基板の対角線近傍領域）では、弾性表面波が大きく減衰し、受信素子にて高いレベルの受信信号を得られないという問題がある。この結果、対角線近傍領域でのＳ／Ｎ比が低下し、物体の接触の有無及びその接触位置の高い検出精度が得られず、改善の余地がある。
【００１４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、弾性表面波の伝播損失の影響が大きい対角線近傍領域においてＳ／Ｎ比を向上でき、物体の接触の有無及びその接触位置の検出精度の向上を図れるタッチパネル装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の幅を設定してあることを特徴とする。
【００１６】
第１発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指の幅を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では励振効率が最大となるように電極指の幅を太くし、その伝播距離が短い領域では電極指の幅を細くする。よって、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００１７】
請求項２に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の対数を設定してあることを特徴とする。
【００１８】
第２発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指の対数を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では電極指の対数を多くし、その伝播距離が短い領域では電極指の対数を少なくする。よって、対数に比例した感度でＳ／Ｎ比は決定されるため、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００１９】
請求項３に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、複数の電極指を持った櫛形電極を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極の開口幅を設定してあることを特徴とする。
【００２０】
第３発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離に応じて櫛型電極の開口幅を異ならせており、即ち、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）では櫛型電極の開口幅を広くし、その伝播距離が短い領域では櫛型電極の開口幅を狭くする。よって、開口幅に比例した感度でＳ／Ｎ比が決定されるため、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００２１】
請求項４に係るタッチパネル装置は、矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、外部機器と接続するための複数の端子を異なった位置に有しており、前記弾性表面波の伝播距離が長くなる側の前記端子を選択して使用するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
第４発明のタッチパネル装置にあっては、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行う。よって、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での電極抵抗による伝送損失を他の領域よりも少なくするため、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高いＳ／Ｎ比が確保される。
【００２５】
請求項５に係るタッチパネル装置は、請求項１〜４の何れかにおいて、前記励振素子及び前記受信素子は、膜状の圧電体と、該圧電体の一面に形成されている櫛形電極と、前記圧電体の他面に形成されている平板電極とを有することを特徴とする。
【００２６】
第５発明のタッチパネル装置にあっては、圧電体の一方の面に、極性が同じで複数の電極指を連ねた櫛形電極を形成し、圧電体の他方の面に櫛形電極とは極性が異なる平板電極を形成して、励振素子及び受信素子を構成している。よって、額縁領域を狭くでき、また、電極の設計の自由度も向上し、更に、第１〜第４発明における伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での高いＳ／Ｎ比の確保を容易に行い得る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。以下の例では、第２先行例のタッチパネル装置に本発明を適用した場合について説明する。まず、第２先行例の基本構成について詳述する。
【００２８】
図１は、本発明を適用するＳＰＴ電極構造を有する第２先行例のタッチパネル装置の構成を示す図、図２は図１における部分拡大図である。図１において、１は例えばガラス材からなり、弾性表面波の伝播が可能な矩形状の非圧電基板であり、中央の一点鎖線で囲まれた部分が、接触位置を検出できる検出領域１ａである。非圧電基板１の周縁部である、検出領域１ａの外側の額縁領域１ｂには、２方向へ弾性表面波を励振する励振素子２がその上辺側及び下辺側に設けられ、２方向からの弾性表面波を受信する受信素子３がその左辺側及び右辺側に設けられている。
【００２９】
これらの励振素子２及び受信素子３は同様の構成を有している。図３は、励振素子２または受信素子３の部分断面図であり、励振素子２または受信素子３は、例えばＡｌＮ，ＺｎＯなどからなる薄膜状の圧電体４の一方の面（表面）に櫛形電極５を形成し、その他方の面（裏面）に平板電極（ベタ電極）６を形成して構成されている。表面側の櫛形電極５は、図１に示すように、１本のバス電極７と、バス電極７に連なり、中途で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指８とを有する。なお、図１では、この平板電極６を破線で示し、圧電体４の設置範囲を一点鎖線で示している。
【００３０】
このような櫛形電極５及び平板電極６は外部の回路（発振回路、受信レベル検出回路など）に接続される。上辺側及び下辺側の励振素子２の櫛形電極５（バス電極７）に接続させて入力用の端子９が設けられ、その励振素子２の平板電極６に接続させてグランド用の端子９が設けられている。また、左辺側及び右辺側の受信素子３の櫛形電極５（バス電極７）に接続させて出力用の端子９が設けられ、その受信素子３の平板電極６に接続させてグランド用の端子９が設けられている。そして、各端子９には、各引き回し線１０が接続されている。
【００３１】
このような構成にあって、櫛形電極５と平板電極６との間に周期的な励振信号を印加することにより、励振素子２にて弾性表面波が２つの方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板１の２つの対角方向に伝播されて受信素子３で受信される。具体的には、上辺側の励振素子２からの弾性表面波は左下斜め方向及び右下斜め方向に伝播されて左辺側及び右辺側の受信素子３で受信され、下辺側の励振素子２からの弾性表面波は左上斜め方向及び右上斜め方向に伝播されて左辺側及び右辺側の受信素子３で受信される。
【００３２】
ここで、非圧電基板１の弾性表面波の伝播路に指，ペンなどの物体が接触した場合には、弾性表面波が減衰する。従って、両受信素子３での受信信号のレベル減衰の有無を検知することにより、物体の接触の有無及びその接触位置を検出することが可能である。
【００３３】
本例では、同じ極性の複数の電極指８を連ねた櫛形電極５を圧電体４の表面に形成し、圧電体４の裏面に電極指８と極性が異なる平板電極６を形成して、励振素子２及び受信素子３を構成しているので（図３参照）、極性が異なる電極が同一平面上に存在するために各辺で２本分のバス電極７７の幅を必要とした第１先行例に比べて、１本分のバス電極７の幅が必要となるだけであり、額縁領域１ｂを狭くできる。また、極性が異なる電極を同一平面上に設ける必要がないため、自由な設計が可能となる。
【００３４】
また、励振周波数を同じとした場合、第１先行例では電極指７８の幅が弾性表面波の波長の１／４であるのに対して、本例では電極指８の幅が弾性表面波の波長の１／２で良い。従って、電極作製時に要求されるパターニングの微細さを緩和することができ、第１先行例に比べて容易に電極指を作製できる。この結果、リフトオフ法，導電材料のスクリーン印刷法などの方法を用いて、電極を安価に作製することも可能となる。
【００３５】
以下、弾性表面波の伝播距離が長い領域、つまり対角線近傍領域でのＳ／Ｎ比の向上を図る本発明の具体的な手法について説明する。
【００３６】
（第１実施の形態）
第１実施の形態では、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指８の幅を異ならせることにより対角線近傍領域での感度の向上を図る。図４は、ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置における励振効率を示すグラフであり、横軸に電極指８のピッチ（λ）に対する電極指８の幅（Ｗ）の比Ｗ／λをとり、縦軸に励振効率ηをとっている。Ｗ／λの値が０．４〜０．５近傍で励振効率は極大を示す。
【００３７】
図４に示すような励振効率の特性に鑑みて、弾性表面波の伝播距離が異なる各チャンネル毎に必要に応じた励振効率を付加できるように励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５を設計する。弾性表面波の周波数変動の原因になるため、電極指８のピッチは変更できない。そこで、各電極指８の幅を変更設定する。
【００３８】
図５は、第１実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。伝播距離が長くなるに従って、励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５のバス電極７から連なる電極指８の幅を順次太くしている。そして、伝播距離が最も長くなる対角線近傍において、最大の励振効率が得られるように、各電極指８の幅を設定する。このようにすることにより、伝播損失が大きい対角線近傍領域においても高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００３９】
励振方式として中心周波数が一致したバースト波を利用する場合、加算効果にて感度が向上するので、このような電極指８の幅の設定は、送信側（励振素子２）で行った方が有効である。
【００４０】
（第２実施の形態）
第２実施の形態では、弾性表面波の伝播距離に応じて電極指８の対数及び／または櫛形電極５の開口幅を異ならせることにより対角線近傍領域での感度の向上を図る。
【００４１】
（第２実施の形態：第１例）
図６は、第２実施の形態の第１例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って、励振素子２及び受信素子３の櫛形電極５のバス電極７から連なる電極指８の対数を徐々に多くすると共にその櫛形電極５の開口幅を徐々に広くしており、また、弾性表面波の伝播距離が特に短いところでは、電極指８の対数を少なくして櫛形電の開口幅を狭くしている。
【００４２】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、少しでも回折の影響を低減すると共に、励振時及び受信時の加算効果を活用して最終端部での受信信号の強度を高くすることができる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４３】
（第２実施の形態：第２例）
図７は、第２実施の形態の第２例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、励振素子２及び受信素子３における伝播距離が最も長くなる領域において、その外側に電極指８を延設させて、櫛形電極５の開口幅を変えずに電極指８の対数を多くしている。
【００４４】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、みかけの開口を維持しながら、信号強度を高くできる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４５】
（第２実施の形態：第３例）
図８は、第２実施の形態の第３例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。図２と比較しても分かるように、励振素子２及び受信素子３における伝播距離が最も長くなる領域において、その内側に電極指８を延設させて、櫛形電極５の開口幅を変えずに電極指８の対数を多くしている。
【００４６】
このような櫛形電極５（電極指８）の構成により、みかけの開口を維持しながら、信号強度を高くできる。よって、伝播距離が最も長くなる対角線近傍にあっても、高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００４７】
（第２実施の形態：第４例）
図９は、第２実施の形態の第４例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。この第４例は、上記第２例と同様に外側へ電極指８を延設させた例であるが、第２例に比べてその延設量が少ない。必要な量だけの感度の増加を図るために、必要十分な範囲だけ電極指８の増設部分を設けている。
【００４８】
上述した第１〜第４例では、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での感度の向上（高いＳ／Ｎ比の実現）を図るために電極指８の増設部分を設けるようにしたが、送信側（励振素子２）と受信側（受信素子３）とに同じ面積の増設部分を設ける場合、送信側（励振素子２）に設けたときには、バースト波の加算効果によって電極指８の見かけの対数が増大した領域が大きくなるため、より高い励振効率を設計することができる。つまり、受信側（受信素子３）ではその構造にて受信効率が決定されるが、送信側（励振素子２）ではバースト波の励振など、発振を工夫することにより励振効率を高めることが可能であるため、電極指８の増設部分を送信側（励振素子２）に設けた場合の方が、より高い設置効果（対角線近傍領域での感度向上）を得ることが可能である。
【００４９】
但し、電極指８の増設部分を送信側（励振素子２）に設けた場合には、回折の影響を大きく受ける可能性があるため、注意が必要である。よって、少しの量の感度増加を図る際には、受信側（受信素子３）のみに電極指８の増設部分を設けることが好ましい。
【００５０】
（第３実施の形態）
次に、電極指８の増設部分を有するタッチパネル装置の全体構成について説明する。
【００５１】
（第３実施の形態：第１例）
図１０は、第３実施の形態の第１例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各励振素子２及び受信素子３について１つずつの電極指８の増設部分２０を、空いている領域を有効に活用して櫛形電極５の内側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では左辺側の受信素子３の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では右辺側の受信素子３の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設けている。
【００５２】
（第３実施の形態：第２例）
図１１は、第３実施の形態の第２例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各受信素子３について２つずつの電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の外側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２及び下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では右辺側の受信素子３の櫛形電極５の外側に２箇所の増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２及び下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では左辺側の受信素子３の櫛形電極５の外側に２箇所の増設部分２０を設けている。
【００５３】
（第３実施の形態：第３例）
図１２は、第３実施の形態の第３例のタッチパネル装置の概略図である。この例は、各励振素子２について２つの電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側及び外側に設けている。具体的には、上辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設け、上辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では上辺側の励振素子２の櫛形電極５の外側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から右辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の外側に増設部分２０を設け、下辺側の励振素子２から左辺側の受信素子３へ弾性表面波を伝播する領域では下辺側の励振素子２の櫛形電極５の内側に増設部分２０を設けている。
【００５４】
電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側に設ける場合には、その増設部分２０が外方へ突出しないので、額縁領域１ｂを広げる必要がない。これに対して、電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の外側に設ける場合には、内側に設ける場合と異なり、時間差を保存することができ、励振時の加算効果及び終端部での受信信号に乱れがなく、特殊な処理が不要となる。よって、このような特性を考慮して、電極指８の増設部分２０を櫛形電極５の内側，外側の何れに設けるかを決定すれば良い。なお、第１例〜第３例（図１０〜図１２）における電極指８の増設部分２０のレイアウトは一例であって、各励振素子２及び受信素子３について１つずつの増設部分２０を外側に突出させて設けるレイアウトなど、他の任意のレイアウト例を採用できることは言うまでもない。
【００５５】
（第４実施の形態）
次に、信号伝送時の抵抗損を考慮して、対角線近傍領域での感度の向上を図る例について説明する。図１３，図１４は、第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子３）の電極構成を示す図であり、図１３は電極指８の増設部分２０を設けない例、図１４は電極指８の増設部分２０を設けた例を夫々表している。図において９ａ，９ｂ，９ｃは平板電極６の異なる位置に設けられた端子である。
【００５６】
ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置の場合、平板電極６は薄いので抵抗が比較的大きいため、その抵抗による信号損失の問題が避けられない。つまり、受信信号が平板電極６を長い距離にわたって伝送する場合には減衰が大きくなる。例えば、下方側の励振素子（図示せず）から左上斜め方向（図の矢符方向）に励振された弾性表面波を図示した受信素子３で受信することを考えた場合、その上部の領域では弾性表面波の伝播距離が長くて、その下部の領域ではその伝播距離が短い。
【００５７】
よって、平板電極６の端子を上部側の端子９ａとした場合、弾性表面波の伝播距離が長くて伝播損失が大きい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離は短くてその伝送損失は小さく、弾性表面波の伝播距離が短くて伝播損失が小さい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離は長くてその伝送損失は大きい。一方、平板電極６の端子を下部側の端子９ｃとした場合、弾性表面波の伝播距離が長くて伝播損失が大きい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離も長くてその伝送損失も大きく、弾性表面波の伝播距離が短くて伝播損失が小さい領域では受信信号の平板電極６における伝送距離も短くてその伝送損失も小さい。
【００５８】
この結果、各端子９ａ，９ｂ，９ｃを夫々選択した場合の受信信号の強度の結果を表すと、図１５，図１６のようになる。図１５，図１６は夫々図１３，図１４における特性を示している。図１５，図１６において、横軸は時間（弾性表面波の伝播距離に比例）であって、縦軸は受信信号の強度であり、実線ａ，破線ｂ，一点鎖線ｃは夫々端子９ａ，９ｂ，９ｃを選択した場合の特性を表している。電極指８の増設部分２０を設けた図１４に示す構成例では、その増設部分２０の効果により、受信終了時点において、伝播距離が最も長い対角線近傍での受信信号の強度の向上が認められる（図１６参照）。
【００５９】
端子９ｃを選択した場合には、伝播距離が最も長い対角線近傍において、大きな伝播損失に平板電極６での大きな伝送損失が加重されて、受信信号の強度は極めて低くなる。これに対して、端子９ａを選択した場合には、伝播距離が最も長い対角線近傍において、伝播損失は大きいが平板電極６での伝送損失がほとんどないので、受信信号の強度は高い。
【００６０】
従って、下部側の励振素子２からの弾性表面波を受信する際に伝播距離が最も長い対角線近傍における感度を向上させるためには、端子９ａを選択することが好ましい。一方、上部側の励振素子２からの弾性表面波を受信する際には、下部側の励振素子２からの場合と全くの逆の関係になるので、伝播距離が最も長い対角線近傍における感度を向上させるためには、端子９ｃを選択することが好ましい。よって、弾性表面波の受信方向に応じて、端子９ａまたは端子９ｃを切替選択するようにすれば良い。
【００６１】
なお、上述したような受信側（受信素子３）における伝播損失と伝送損失との関係は、送信側（励振素子２）における弾性表面波の伝播損失と励振信号の伝送損失との関係にもあてはまる。
【００６２】
以上のことから、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子９を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行うことにより、弾性表面波の伝播損失の影響が大きくなる伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での平板電極６の抵抗による伝送損失を他の領域よりも少なくできて、伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）で高い感度を得ることができる。
【００６３】
（第５実施の形態）
図１７は、第５実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図、図１８は、同じくそのタッチパネル装置の概略図である。この第５実施の形態では、弾性表面波の伝播距離が長い対角線近傍における感度を向上させるために、額縁領域の四隅部に、対角方向に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子２ａと弾性表面波を受信する受信素子３ａとを、既存の励振素子２及び受信素子３とは独立して、追加的に設けている。例えば、左上隅部，右上隅部に、右下斜め方向，左下斜め方向へ弾性表面波を励振する励振素子２ａ，２ａを夫々設け、左下隅部，右下隅部に、右上斜め方向，左上斜め方向から伝播される弾性表面波を受信する受信素子３ａ，３ａを夫々設けている。
【００６４】
なお、これらの追加の励振素子２ａ及び受信素子３ａは、励振素子２及び受信素子３と全く独立的に駆動させても良いし、励振素子２及び受信素子３と連動して駆動させても良い。連動して駆動させる場合には、信号の連続性を維持するために、位置を指示するペンの径よりも励振素子２ａ及び受信素子３ａの櫛形電極の開口幅を小さくしておく必要がある。また、追加の励振素子２ａ及び受信素子３ａを既存の励振素子２及び受信素子３に重複するように配置することも可能であり、この場合、必要に応じた切り替えによって検出精度の向上を図ることができる。
【００６５】
なお、上述した各実施の形態では、ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置（第２先行例）を例として説明したが、図２０に示すようなタッチパネル装置（第１先行例）についても、本発明を同様に適用できることは勿論である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って励振素子及び／または受信素子の電極指の幅を太くするようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６７】
また、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長くなるに従って、励振素子及び／もしくは受信素子の電極指の対数を多くするか、並びに／または、励振素子及び／もしくは受信素子の櫛型電極の開口幅を広くするようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６８】
また、本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）に設けた端子を介して、励振信号の入力または受信信号の出力を行うようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００６９】
また、本発明のタッチパネル装置では、対角方向に対をなす励振素子及び受信素子を、基板の四隅部に追加的に設けるようにしたので、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）において高いＳ／Ｎ比を実現できる。
【００７０】
また、本発明のタッチパネル装置では、圧電体の一方の面に櫛形電極、他方の面に平板電極を形成するＳＰＴ電極構造を有するようにしたので、額縁領域を狭くできると共に、電極の設計の自由度も向上でき、更に、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）での高いＳ／Ｎ比を容易に確保することができる。
【００７１】
このように本発明のタッチパネル装置では、弾性表面波の伝播距離が長い領域（対角線近傍領域）においても高い感度を実現できるので、物体の接触の有無及びその接触位置の検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置（第２先行例）の構成を示す図である。
【図２】図１に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
【図３】図１に示すタッチパネル装置の励振素子または受信素子の部分断面図である。
【図４】ＳＰＴ電極構造を有するタッチパネル装置における励振効率を示すグラフである。
【図５】第１実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図６】第２実施の形態の第１例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図７】第２実施の形態の第２例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図８】第２実施の形態の第３例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図９】第２実施の形態の第４例のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図１０】第３実施の形態の第１例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１１】第３実施の形態の第２例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１２】第３実施の形態の第３例のタッチパネル装置の概略図である。
【図１３】第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子）の電極構成を示す図である。
【図１４】第４実施の形態のタッチパネル装置の一部（左辺側の受信素子）の電極構成を示す図である。
【図１５】図１３に示すタッチパネル装置の受信信号の強度を示すグラフである。
【図１６】図１４に示すタッチパネル装置の受信信号の強度を示すグラフである。
【図１７】第５実施の形態のタッチパネル装置の一部の電極構成を示す図である。
【図１８】第５実施の形態のタッチパネル装置の概略図である。
【図１９】従来のタッチパネル装置の構成を示す図である。
【図２０】従来のタッチパネル装置（第１先行例）の構成を示す図である。
【図２１】図２０に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
【図２２】図２０に示すタッチパネル装置の励振素子または受信素子の部分断面図である。
【符号の説明】
１ 非圧電基板
１ａ 検出領域
１ｂ 額縁領域
２，２ａ 励振素子
３，３ａ 受信素子
４ 圧電体
５ 櫛形電極
６ 平板電極
７ バス電極
８ 電極指
９，９ａ，９ｂ，９ｃ 端子
１０ 引き回し線
２０ 増設部分
Claims (5)
- 矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の幅を設定してあることを特徴とするタッチパネル装置。
- 矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は櫛形電極指を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極指の対数を設定してあることを特徴とするタッチパネル装置。
- 矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、複数の電極指を持った櫛形電極を有しており、前記弾性表面波の伝播距離の長短に応じて、前記励振素子及び／または前記受信素子の前記櫛形電極の開口幅を設定してあることを特徴とするタッチパネル装置。
- 矩形状の基板の対角方向の周縁部に対をなして、弾性表面波を励振する励振素子と弾性表面波を受信する受信素子とを備え、前記基板上の対角方向に前記励振素子と前記受信素子との間で弾性表面波を伝播させ、前記受信素子での受信結果に基づいて、前記基板に接触された物体の位置を検出するタッチパネル装置において、前記励振素子及び前記受信素子は、外部機器と接続するための複数の端子を異なった位置に有しており、前記弾性表面波の伝播距離が長くなる側の前記端子を選択して使用するようにしたことを特徴とするタッチパネル装置。
- 前記励振素子及び前記受信素子は、膜状の圧電体と、該圧電体の一面に形成されている櫛形電極と、前記圧電体の他面に形成されている平板電極とを有する請求項１〜４の何れかに記載のタッチパネル装置。
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