声波型触摸面板

摘要

本发明的声波型触摸面板具有物体接触的衬底、配置在衬底上的具有多个倾斜线的反射阵列、配置在衬底上的声波生成部、配置在衬底上并对声波的变化进行检测的检测部，其中，在反射阵列的区域内，在倾斜线的至少一端侧，在倾斜线之间形成微小反射器的阵列，该微小反射器使随着倾斜线对声波进行反射而产生的无用波发生衰减，并且比倾斜线短。

权利要求

1.一种声波型触摸面板，其特征在于，具有：

衬底，具有物体接触的触摸区域；

反射阵列，配置在该衬底上、且由多个倾斜线构成，所述反射阵列至少之一在与上述触摸区域之间收发声波，其中所述反射阵列围绕所述触摸区域；

声波生成部，配置在上述衬底上，生成向该反射阵列传播的声波；

检测部，配置在上述衬底上，对由于上述物体接触上述触摸区域引起的上述声波的变化进行检测；

和微小反射器的阵列，该微小反射器的每一个比上述倾斜线短，该微小反射器使随着上述反射阵列对上述声波进行反射而产生的无用波发生衰减，其中对于每个反射阵列，至少一个所述微小反射器在该反射阵列之内被设置在邻接的倾斜线之间并且，所述微小反射器的每一个形成在沿着该反射阵列的长边的至少一端侧，并且不是位于该反射阵列的倾斜线的中央。

2.如权利要求1的声波型触摸面板，其特征在于，上述反射阵列的上述倾斜线的排列间隔以如下方式构成：与上述声波的波长的整数倍相等，并且，上述倾斜线的接近相对应的上述声波生成部或上述检测部的一侧比较宽，随着远离上述声波生成部或上述检测部而变得比较窄，上述微小反射器以与上述波长大致相等的间隔排列在上述倾斜线间。

3.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，上述声波生成部包括换能器。

4.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，上述检测部包括模式变换要素。

5.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，上述微小反射器是通过印刷与反射阵列的倾斜线一起形成的。

6.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，多个所述微小反射器被配置在邻接的倾斜线之间。

7.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，当所述微小反射器处于发送反射阵列之内时，所述至少一端侧是朝向所述触摸区域的端侧。

8.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，当所述微小反射器处于接收反射阵列之内时，所述至少一端侧是朝向所述衬底的边缘的端侧。

9.如权利要求1或2的声波型触摸面板，其特征在于，所述微小反射器被形成在沿着所述反射阵列的长边的两侧。

说明书

声波型触摸面板

技术领域

[0001] 本发明涉及对接触在衬底上的手指等物体(指示器)的接触位置进行检测中所使用的触摸面板，特别涉及利用在衬底表面上传播的超声波即表面弹性波(声波)来检测物体(指示器)的接触位置的声波型触摸面板。

背景技术

[0002] 利用超声波的声波型触摸面板被使用于例如个人电脑的操作画面、车站的自动售票机、设置在便利店的复印机、或者金融机构的自动终端设备等上。在这些声波型触摸面板中，使用包括设置在玻璃等衬底上的压电振动器(压电元件)的换能器(变换器)以及模式变换器。将该换能器用作发射声波的振荡器，但是，也可用作对由于与触摸面板接触的手指等而散射后的声波进行检测的传感器。

[0003] 该声波型触摸面板的原理如下。由发送侧的换能器生成的作为体波(bulk wave)的超声波振动由模式变换要素变换为表面弹性波，被反射阵列反射并在衬底的表面上传播。通常，以表面弹性波在衬底的X轴方向和Y轴方向上交叉地传播的方式配置换能器以及反射阵列。若由手指等阻碍该表面弹性波的路径，则声波的路径被切断并被散射。由此，若强度下降后的表面弹性波入射到作为检测单元的接收侧的换能器中，则作为电信号来检测。将所检测到的电信号与和触摸面板分开的控制器的时钟信号进行对照，确定表面弹性波被阻碍的位置。

[0004] 但是，由上述模式变换要素变换为表面弹性波时，并不是全部变成预定方向的表面弹性波，此外，由反射阵列反射的表面弹性波并非反射到预定方向。这些预定方向以外的表面弹性波成为所谓的无用波。该无用波一边在衬底上反射一边进行传播，到达传感器侧即接收侧的换能器，使换能器振荡，产生电压。该电压作为噪声而被接收到，打乱了控制器的正常判断。

[0005] 为改善因这样的无用波产生的问题，以往提出了各种对策。例如，作为其一例，公知在与反射阵列反向的触摸面板的衬底表面上设置吸收材料的技术(专利文献1)。将从换能器发射的超声波朝向反射阵列发射，但是，由于也存在朝向与反射阵列相反方向的超声波成分，所以，吸收材料可以使该成分的能量衰减。能够由该吸收材料使朝向与反射阵列相反侧的无用的表面声波衰减，可以避免因漫反射而传播到触摸区域。

[0006] 此外，作为另一例子，公知同样在触摸面板的衬底上设置吸收弹性波的弹性体的技术(专利文献2)。该现有的触摸面板不具有反射阵列，在衬底的两侧对置地配置有发送侧压电体和接收侧压电体。与该发送侧压电体相比，弹性体配置在衬底边缘侧，并且，与接收侧压电体相比配置在衬底边缘侧。由此，与接收侧压电体相反地从发送侧压电体朝向衬底边缘侧的声波被衰减。此外，从发送侧电压体到达接收侧压电体的声波通过接收侧压电体之后被弹性体衰减，所以，能够阻止从衬底的边缘再次反射到接收侧压电体侧。由此，能够防止应当有效利用预定的声波被无用波干扰。

[0007] 此外，作为另一例子，公知在反射阵列的区域外侧即与反射阵列相比更接近衬底的边缘侧形成有具有多个倾斜线的扩散光栅作为无用波散射单元的触摸面板(专利文献3)。若作为无用波的声波到达该扩散光栅的倾斜线，则声波被漫反射并衰减，不能到达接收侧的变换器。该扩散光栅使从反射阵列传播到衬底边缘侧的无用波衰减，或者使从发送侧变换器朝向接收侧变化器在反射阵列的外侧即衬底边缘附近传播的无用波衰减。

[0008] 专利文献1特开昭61-239322号公报(第11页、图2)

[0009] 专利文献2特开2003-5901号公报(第3页、图2、图3)

[0010] 专利文献3特开2004-164289号公报(第5页、图1、图10)

[0011] 在上述现有的技术中，只考虑到间接地使从反射阵列朝向物体接触的衬底表面即触摸区域传播的无用波衰减并消除。换言之，不能防止无用波从反射阵列向触摸区域传播。

[0012] 通常，从反射阵列朝向触摸区域反射的声波被反射阵列的倾斜线反射到相对声波的射入方向即倾斜线的排列方向通常为90°的方向。但是，并非全部都准确地被反射为90°，实际上也产生少量反射到偏离90°方向的声波成分。若未被准确地反射到90°的这些成分作为无用波向触摸区域传播，则成为与正常的声波不同的信号噪音。由于该噪音，有时会产生控制器不能正确地识别手指或者钢笔等指示器的接触位置的所谓的被称为“坐标跳跃(coordinate skipping)”的现象。

[0013] 为了防止这些坐标跳跃，优选在反射阵列内的生成时刻就除去从反射阵列向触摸区域反射的声波中的无用波，不向触摸区域发射。上述的现有技术都能够在衬底的边缘附近使从反射阵列发射的朝向与触摸区域相反侧的无用波以及通过触摸区域的无用波衰减，但是，不能防止从反射阵列的区域发射的无用波的本身。

发明内容

[0014] 本发明是鉴于以上问题而进行的，其目的在于提供一种能够防止无用波从反射阵列向触摸区域反射的、准确地检测与触摸区域接触的物体的位置并可防止坐标跳跃的声波型触摸面板。

[0015] 本发明的声波型触摸面板的特征在于，包括：衬底，具有物体接触的触摸区域；反射阵列，配置在衬底上，分别在与触摸区域之间收发声波、且由多个倾斜线构成；声波生成部，配置在衬底上，生成向该反射阵列传播的声波；检测部，配置在衬底上，对由于物体接触触摸区域引起的声波的变化进行检测，其中，在倾斜线的至少一端侧，在倾斜线之间，形成微小反射器的阵列，该微小反射器使随着反射阵列对声波进行反射而产生的无用波发生衰减，并且，该微小反射器比倾斜线短。

[0016] 优选倾斜线的间隔被排列为波长的整数倍。

[0017] 此外，优选反射阵列的倾斜线的排列间隔以与声波的波长的整数倍相等、并且倾斜线的接近相对应的声波生成部或检测部的一侧比较宽、随着远离声波生成部或检测部而变得比较窄的方式构成，并且，微小反射器以与波长大致相等的间隔排列在倾斜线间。

[0018] 此外，声波生成部、检测部可以分别包括换能器以及模式变换要素。

[0019] 此外，微小反射器可以通过印刷与反射阵列的倾斜线一起形成。

[0020] 本发明的声波型触摸面板包括衬底、具有多条倾斜线的反射阵列、声波生成部、检测部，在倾斜线的至少一端侧，在倾斜线之间，形成微小反射器的阵列，该微小反射器使随着反射阵列对声波进行反射而产生的无用波发生衰减，并且该微小反射器比倾斜线短，所以，起到如下效果。

[0021] 即，在由反射阵列生成无用波的时刻，由微小反射器的阵列使无用波衰减，由此，可防止无用波从反射阵列向触摸区域反射，可准确地检测与触摸区域接触的物体的位置，能够防止坐标跳跃。

[0022] 此外，反射阵列的倾斜线的排列间隔以与声波的波长的整数倍相等、并且倾斜线的接近相对应的声波生成部或检测部的一侧比较宽、随着远离声波生成部或检测部而变得比较窄的方式构成，并且，微小反射器以与波长大致相等的间隔排列在倾斜线间，此种情况下，可由微小反射器有效地使无用波衰减，可在触摸区域内传播有效的声波。

附图说明

[0023] 图1是表示作为本发明的一例的声波型触摸面板的整体的正面图。

[0024] 图2是图1的II所示区域的反射阵列的部分放大图。

[0025] 图3是图1的III所示区域的反射阵列的部分放大图。

[0026] 图4A与图4B是对声波发生机构进行说明的模式变换要素的图，

[0027] 图4A是部分地对图1的区域IV所表示的部分的衬底剖面进行表示的部分放大剖面图，图4B是模式变换要素的放大平面图。

[0028] 图5是表示本发明的特征的声波型触摸面板的示意图。

[0029] 图6是表示现有的没有微小反射器的状态下的声波变化的图表。

[0030] 图7是表示具有本发明的微小反射器时的声波变化的图表。

具体实施方式

[0031] 以下，参照附图详细地对本发明的声波型触摸面板(以下只称为触摸面板)的优选实施方式进行说明。图1是表示作为本发明的一例的触摸面板1的整体的正面图。触摸面板1具有矩形的玻璃衬底(以下只称为衬底)2。反射阵列6(6a、6b、6c、6d)作为整体以围绕触摸区域12的方式，在衬底2的表面2a(图1的纸面靠近读者的一面)上大致形成为矩形形状。在衬底2的四个边缘4(4a、4b、4c、4d)附近，与这些边缘4平行地分别对应地形成这些反射阵列6(6a、6b、6c、6d)。为了反射表面弹性波即声波，在各反射阵列6中形成多个倾斜的突条即倾斜线8。这些倾斜线8是利用丝网印刷等在衬底2上印刷将铅玻璃的细粉末作成膏状的材料之后烧结而成的。

[0032] 在衬底2的表面2a(图4A)上，在位于衬底2的对角位置的角部配置作为声波的发送侧的光栅即模式变换要素10b、10c。此外，在衬底2的背面(图4A)侧与模式变换要素10b、10c对应地配置换能器30(图4)，但在图1中省略。模式变换要素10b、10c以向各自对应的反射阵列6b、6c发射声波的方式配置。此外，在由其他角部即边缘4a、4d所成的衬底2的角部配置作为接收侧的模式变换要素10a、10d。模式变换要素10a、10d分别对应于反射阵列6a、6d。将这些模式变换要素10a、10b、10c、10d总称为模式变换要素10。模式变换要素10的结构后述。此外，配置在衬底2的背面2b上的换能器30也后述。

[0033] 声波在这样构成的衬底2的表面2a的触摸区域12上传播，关于其原理，说明概略情况。从发送侧的模式变换要素10b传送到反射阵列6b的声波通过例如路径14a、14b、14c到达接收侧的模式变换要素10a。横贯接触领域12的路径14b是一例，实际上，横跨反射阵列6b的全长、与路径14b平行地形成多个路径。即，以约45°的角度形成反射阵列6b的各倾斜线8，以使将通过路径14a的声波的一部分(约0.5～1％)向反射阵列6a反射。此外，与反射阵列6b对置的反射阵列6a的倾斜线8倾斜约45°，以将通过路径14b射入的声波传播到模式变换要素10a。

[0034] 此外，在反射阵列6b中，为了使与路径14b平行地在触摸区域12上传播的声波强度均匀，对于倾斜线8的间隔来说，越接近模式变换要素10b设定得越宽，随着远离模式变换要素10b设定得越窄，但是，等于波长的整数倍。倾斜线8的配置密度随着离开模式变换要素10b而以指数函数的方式增加。对应的反射阵列6a的倾斜线8也同样地，越接近模式变换要素10a，其间隔设定得越宽。这样，反射阵列6b和反射阵列6a具有彼此大致对称的形状。

[0035] 此外，从另一发送侧的模式变换要素10c传送到反射阵列6c的声波也以通过作为一例示出的路径16a、16b、16c到达接收侧的模式变换要素10d方式构成。反射阵列6c以及对应的反射阵列6d的倾斜线8也配置为与反射阵列6a、6b相同的对称关系。并且，将分别与X轴方向、Y轴方向平行地横贯触摸区域12的路径总称为路径16、14。在手指等物体在触摸区域12内与衬底2接触的情况下，由接收侧的换能器(未图示)对路径14、16中的被物体切断的路径的信号的变化进行检测，判断其切断位置即物体接触位置。

[0036] 然后，同时参照图2以及图3更详细地对上述的反射阵列6进行说明。图2以及图3分别是图1的II所示区域、III所示区域中的反射阵列6c的部分放大图，在顺时针旋转90°后的状态下示出。如上所述，明确地示出倾斜线8在II所示的部分间隔较宽、在III所示的部分间隔较窄。此处，重要的是沿着反射阵列6c的矩形区域的长边即与Y轴平行地形成比倾斜线8短的微小反射器(无用波衰减部)18的列20、22。微小反射器18排列在反射阵列6c的区域的两侧，即，朝向触摸区域12的内侧和朝向边缘4c附近的外侧，并且，位于反射阵列6c的区域内。与倾斜线8相同地以丝网印刷等方法，以具有与倾斜线8相同方向的倾斜度的方式形成这些微小反射器18。将这些微小反射器18的沿X轴方向的尺寸l设定为例如约0.5mm。此外，将倾斜线8的沿X轴方向的尺寸L设定为例如约6mm。因为能够以与反射阵列6相同的方法同时地形成微小反射器18，所以，即使不附加新的材料、步骤，也可以制造触摸面板1。

[0037] 在倾斜线8的间隔比较宽的疏松区域，在邻接的倾斜线8之间，以与声波的波长相等的间隔设置3～4个图2所示的微小反射器18。但是，所有的微小反射器18的间隔不一定都是准确地与波长相等的间隔，可以稍稍偏离，也可以是波长的2倍，或者也可以部分地遗漏。另一方面，在图3所示的倾斜线8的间隔较小的稠密区域，成为在由多个倾斜线8构成的、例如组28a、28b间配置有一对微小反射器18的结构。对于在反射阵列6c的疏松区域反射后的声波来说，因为倾斜线8的间隔较宽，所以，从其间产生很多无用波。因此，为了处理这样的无用波，在疏松区域内，在邻接的倾斜线8之间配置多个微小反射器18。参照反射阵列6c对微小反射器18进行说明，但是，对于其他的反射阵列6a、6b、6d也可以同样地形成。即，可以沿各反射阵列6的长边在两侧形成微小反射器18。

[0038] 然后，对这些微小反射器18的作用进行说明。如图2所示，对于从模式变换要素10c向箭头24表示的方向传播的声波来说，例如99～99.5％通过反射阵列6a的各倾斜线
8。换言之，在通过反射阵列6c的过程中，声波在各倾斜线8上分别递减0.5～1％。如图
2所示，在倾斜线8上以相对箭头24方向为90°的角度进行反射后的声波向触摸区域12传播，作为朝向内侧的成分26a。但是，一部分被反射为与成分26a相反地朝向外侧的成分(无用波)26b。此外，对于朝向内侧的成分，除了26a之外，还存在作为分别向90°附近的钝角方向或者锐角方向反射的无用波的声波成分26c、26d。在这些声波成分26c、26d从反射阵列6c发射到触摸区域12前，被微小反射器18反射，或者在透射时被衰减，并且，在其他微小反射器18之间反复反射，衰减到在强度上没有问题的程度。此外，向外侧方向传播的成分26b也是无用波，但是，它也被外侧的列的微小反射器18反复反射而衰减。因此，强度被极大地降低，直到从反射阵列6c的区域向外侧传播的无用波也没有问题的程度。因此，由反射阵列6c的区域的倾斜线8反射的、向触摸区域12传播的声波降低到无用波几乎没有问题的程度。

[0039] 这样，通过在各反射阵列6的区域的内侧和外侧配置微小反射器18，可以极大地减少无用波，特别是，在触摸区域12侧配置微小反射器18的情况下，由于直接地防止向触摸区域12发射的无用波，所以，其效果特别显著。

[0040] 在以高密度配置图3所示的倾斜线8的情况下，在若干倾斜线8靠近的例如28a表示的组和邻接的同样的另一组28b之间配置一对微小反射器18。该区域内的微小反射器18的作用也与上述疏松区域内的微小反射器18的作用相同。

[0041] 如图2以及图3所示，由倾斜线8以及微小反射器18形成的排列间隔为声波的波长的整数倍是重要的。在本实施方式中，以一个波长的间隔进行配置。由此，以如下的方式设计：由于声波的衍射作用，90°以外的倾斜方向的声波即无用波进行漫反射，并且，彼此抵消，无用波的强度变为最小。

[0042] 然后，参照图4对产生声波的结构进行概略说明。图4是对声波产生机构进行说明的模式变换要素10c的图，图4A是部分地对图1的区域IV的衬底2的剖面进行表示的部分放大剖面图，图4B是模式变换要素10c的放大平面图。如图4A所示，在触摸面板1的衬底2的表面2a上形成由具有微小高度的多个平行的突条11构成的模式变换要素10c。在与该模式变换要素10c对应的衬底2的背面2b上安装换能器30。从换能器30产生的体波通过衬底2内部由模式变换要素10c转换为声波，并向反射阵列6c传播。将这些模式变换要素10c、换能器30合在一起称为声波生成部。对于另一发送侧的模式变换要素10b(图
1)以及接收侧的模式变换要素10a、10d来说，其结构也相同。接收侧的换能器不是体波的产生单元，而是声波的检测单元。将这些接收侧的模式变换要素10a、10d以及换能器称为检测部。

[0043] 然后，参照图5对本发明的特征进行说明。图5是表示本发明的特征的触摸面板1的示意图。如图5所示，在本发明的触摸面板1中，从反射阵列6c的区域传播的声波中的被反射到90°方向的成分26a即可有效使用的成分较多。这是因为，90°以外的方向的其他无用波31、32非常少，可以避免成分26a被无用波31、32的干扰。与此相对，对于现有的没有微小反射器18时的90°方向的成分26a’来说，因为其他无用波31’、32’较多，所以，被这些无用波31’、32’干扰，可有效使用的成分26a’变少。这样，在本发明中，如上所述，由于向触摸区域12传播的无用波31、32在从反射阵列6c发射的阶段就被降低，所以，有效的声波传播到触摸区域12。

[0044] 参照图6以及图7，对这样在存在声波的差异的状态下实际将例如手指接触到触摸区域12时的声波的变化进行说明。图6是表示没有微小反射器18的状态下的声波变化的图表，图7是表示具有微小反射器18时的声波变化的图表。在各图表中，横轴表示沿Y轴方向的时间的推移，纵轴表示声波的强度。单位分别是10微秒、500mV。

[0045] 对在图5所示的触摸面板1中将手指置于34所表示的接触位置的情况进行说明。在没有微小反射器18的现有的触摸面板的情况下，该接触位置34表现为图表的凹处36(图6)。即，示出由手指切断声波、该位置的声波强度下降的情况。从接触位置34进一步使手指沿X轴在箭头38表示的方向移动，例如，若位于接触位置40，则由于Y轴方向的位置没有变化，所以，在图6所示的图表中，图表的曲线的其他部分不应该产生变化，但是，实际上如37所示，由于时间延迟，再次表现凹处37。这意味着，被判断为手指的位置与实际不同，在Y轴方向也进行了移动。该坐标跳跃的现象是由以下情况引起的：因为没有微小反射器18，所以，从反射阵列向90°以外的方向发射的声波即无用波被漫反射，被位于接触位置40的手指切断后，被位于接收部的换能器接收。其结果是，作为接触到与实际上手指接触位置不同的位置的信息，被输入到使用了触摸面板的设备中。

[0046] 在本发明中，因为从反射阵列6c发射的无用波被微小反射器18大幅度降低，所以，如图7所示，手指位于接触位置34时，只表现凹处42，即使沿X轴方向移动手指，在曲线上也不产生另外的凹处，看不到无用波引起的影响。而且，在图6、图7中，可在凹处36、37、42上看见的曲线44、46表示未使手指触摸的状态下的换能器的输出。

[0047] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，不限于上述实施方式，当然可以进行各种变形、变更。例如，在上述实施方式中，使用光栅作为模式变换要素10，但是，也可以是楔形即三角椎型、梳齿电极(IDT)型的变换器等其他的变换器。

[0048] 此外，在上述实施方式中，以使用两对对置配置的反射阵列6围绕触摸区域12的方式构成，但是，并不限于这样的配置。例如，不使用接收侧的反射阵列6、在衬底2的边缘4上使声波反转180°的情况下，声波的发送和接收可以由一个反射阵列6完成。因此，此时可以由在衬底上配置为直角的两个反射阵列6构成触摸区域12。此外，在将触摸位置限定为单轴上的信息的情况下，可以构成仅X轴或Y轴的单轴的触摸区域12。在这样的触摸面板的变形例中，也可以有效地使用本发明的概念。

[0049] 此外，上述实施方式是在各反射阵列6的区域两侧形成微小反射器18的情况，但是，也可以在任意单侧形成。特别是，对发送侧的反射阵列6b、6c来说，如上所述，设置在触摸区域12侧的长边上的情况下是有效的。此外，对接收侧的反射阵列6a、6d来说，在分别设置在边缘4a、4d侧的情况情况下，因为使在边缘4a、4d反射的无用波减少，所以，是有效的。此外，当然可以适当改变这些微小反射器18的配置的组合进行设定。