JP2006039837A - タッチパネル入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電基板（１３）の消極を確実に防止するタッチパネル入力装置を提供する。
【解決手段】 タッチパネル入力装置が使用されない非動作期間には、交流電源回路（１５）の一組の出力端子（１５ａ、１５ｂ）と圧電基板（１３）の一組の対応する駆動電極（１３ａ、１３ｂ）との接続を、切り換えスイッチ（２）で切り換えて、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間を短絡させる。非動作期間中に、駆動電極（１３ａ、１３ｂ）やこれらに接続する駆動電源パターン（３５）に、帯電する導電物が触れても、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間に直流電圧が加えられることがなく、圧電基板（１３）の消極を防止できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、タッチパネルに固着した圧電基板の伸縮でタッチパネルを振動し、入力操作の際に入力操作感を発生させるタッチパネル入力装置に関する。

タッチパネル入力装置は、デジタイザとも呼ばれるもので、スタイラスペンや指で、タッチパネルに設定された操作エリアを押圧して入力操作を行ったときに、その操作エリア内の入力操作位置を検出し、パーソナルコンピュータ等の処理装置へ入力操作位置を表す入力位置データを出力するものである。

この入力操作位置を検出する方式により、実開平３−６７３１号に示される接触方式、特開平５−５３７１５号に示される抵抗方式等種々のタッチパネル入力装置が知られているが、いずれも押圧操作した際に、押しボタンスイッチで得られるクリック感などの明瞭な入力操作感が得られないため、操作者は、パーソナルコンピュータなどの処理装置でその操作結果を知るだけであり、タッチパネルへの入力操作そのものが認識されたかどうかの不安があった

そこで、本出願人は、圧電基板をタッチパネルへ固着することにより、効率的に、また装置全体が大型化せずにタッチパネルを振動させ、操作者へ押圧操作感を伝達できるタッチパネル入力装置を開発した（特許文献１参照）。

特開２００３−１２２５０７号公報（要約、図１）

図１１は、この圧電基板１２０を用いたタッチパネル入力装置１００を示すもので、タッチパネル入力装置１００は、タッチパネル１０１への入力操作位置を検出し、その入力位置データを出力するもので、タッチパネル１０１を構成する可動板１０１Ａと支持基板１０１Ｂとが、僅かな間隙を隔てて積層されている。可動板１０１Ａと支持基板１０１Ｂの対向面には、均一な抵抗被膜で構成された導電体層が被着され、可動板１１を押圧操作することにより、入力操作位置で導電体層間が接触、導通することから、入力操作とその入力操作位置を電気的に検出するようになっている。

圧電基板１２０は、タッチパネル入力装置１００が入力操作を検出した際に振動する振動素子であり、自らが伸縮することによりタッチパネル１０１を振動させ、タッチパネル１０１に触れる指から操作者へ入力操作が認識されたことを伝える。図示するように、可動板１０１Ａの背面に、細長帯状の圧電基板１２０が固着され、その表裏に形成された一組の駆動電極１２０ａ、１２０ｂ間に図１２に示す交流電源回路１１０から出力される駆動電圧を印加する。一組の駆動電極１２０ａ、１２０ｂ間に±１００Ｖ程度の交流電圧波形の駆動電圧が加えられると、圧電基板１２０は、矢印で示す厚み方向に撓み、固着したタッチパネル１０１を、入力操作のために触れている指でも充分感触しうる大きな振幅で振動させる。

圧電基板１２０を伸縮させるためには、このように±１００Ｖ程度の交流電圧波形の駆動電圧を印加させる必要があるが、タッチパネル入力装置１００は、５Ｖ程度の直流低電圧電源を電源とするノートパソコンなどのポータブル機器に搭載されることがあり、このため、交流電源回路１１０には、直流低電圧を±１００Ｖ程度の電圧へ昇圧させる昇圧回路と、直流電圧波形を圧電基板１２０の駆動に適した所要の交流電圧波形に整形する波形整形回路が必要となる。

図１２は、この交流電源回路１１０を示すブロック図である（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−２１６９７（項目００８１乃至００８５、図７）

図１２に示す交流電源回路１１０において、昇圧用発振回路１１１は、数Ｖの直流定電圧電源で２０乃至３０ｋＨｚの発振動作を行う。昇圧用発振回路１１１に接続する昇圧回路１０２は、昇圧用発振回路１１１の周期でトランスに流れる電流をスイッチング制御し、数ボルトの直流定電圧電源を約１００Ｖの直流電圧に昇圧し、増幅回路１１３へ出力する。

一方、振動用発振回路１１４は、圧電基板１２０を動作させる周波数の駆動信号を発生し、増幅回路１１３へ出力するもので、増幅回路１１３は、この駆動信号を昇圧回路１１２から入力される直流電圧で増幅し、ゲート回路１１５へ出力する。

ゲート回路１１５の入力側には、圧電基板１２０を振動させる際に生成されるトリガーを入力した際に、圧電基板１２０を振動させる時間幅のパルスを生成するパルス幅発生回路１１６が接続され、ゲート回路１１５は、このパルスを入力している間、増幅回路１１３より入力される駆動信号を、駆動電圧として圧電基板１２０の一組の駆動電極１２０ａ、１２０ｂ間へ出力する。

この交流電源回路１１０によれば、振動用発振回路１０４で生成される駆動信号の周波数と、パルス幅発生回路１０６で生成されるパルス幅を任意に設定することにより、圧電基板１２０を異なる周波数で任意の時間伸縮させることができ、伝達目的に合わせた感覚の振動をタッチパネルへ１０１へ発生することができる。

タッチパネル１０１の震動源として用いられる上述の圧電基板１２０は、圧電セラミック等の圧電材料で形成した単層の基板が用いられる。このような強誘電体の電わい効果を利用して歪みを発生させる圧電基板１２０では、長時間直流の電界が加わると消極し、圧電定数が低下することにより、その後、交流の駆動電圧を印加しても充分な歪み、すなわちタッチパネル１０１の振動が得られないものとなる。

一方、タッチパネル入力装置１００の出荷前やタッチパネル入力装置１００を使用しない非動作期間には、圧電基板１２０の駆動電極１２０ａ、１２０ｂに交流電源回路１１０が接続しているので、交流電源回路１１０を構成する回路部品の浮遊容量、コンデンサの容量に充電された充電電圧が駆動電極１２０ａ、１２０ｂ間に加わり、直流電界が発生することによる圧電基板１２０の消極という上記問題が発生する恐れがあった。

そこで、従来のタッチパネル入力装置１００では、切換スイッチを設け、タッチパネル入力装置１００の非動作期間中に、圧電基板１２０を交流電源回路１１０から切り離すことが検討されたが、圧電基板１２０の駆動電極１２０ａ、１２０ｂの一方若しくはこれらに接続する駆動電源パターンに、帯電した導電体が接触する恐れがあり、上記問題を完全に解決するには至らなかった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、圧電基板の消極を確実に防止するタッチパネル入力装置を提供することを目的とする。

また、交流電源回路で生成する駆動電圧の倍電圧を圧電基板へ印加し、より大きな振幅の振動を発生させ、かつ非動作期間での圧電基板１２０の消極を確実に防止するタッチパネル入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１のタッチパネル入力装置は、タッチパネルへの入力操作を検出する入力検出手段と、一組の駆動電極を有し、一面がタッチパネルに沿って固着される圧電基板と、一組の出力端子間に、所定波形の駆動電圧を発生する交流電源回路と、圧電基板の駆動電極を、交流電源回路の出力端子に接離自在とする切換スイッチとを備え、操作エリアへの入力操作を検出した際に、切換スイッチは、一組の駆動電極がそれぞれ一組の対応する出力端子に接続するように、少なくとも圧電基板の一方の駆動電極を出力端子に接続し、一組の駆動電極間に印加される駆動電圧で伸縮する圧電基板によりタッチパネルを振動させ、操作者へ入力操作感を伝えるタッチパネル入力装置であって、
切換スイッチは、タッチパネル入力装置の非動作期間中に、圧電基板の一組の駆動電極間を短絡自在としたことを特徴とする。

非動作期間中に、切換スイッチで圧電基板の一組の駆動電極間を短絡すると、いずれか一方の駆動電極が帯電した導電体に触れても、一組の駆動電極間に直流の電界が発生せず、圧電基板が消極しない。

請求項２のタッチパネル入力装置は、切換スイッチが、操作エリアへの入力操作を検出した際に、圧電基板の一組の駆動電極と対応する一組の出力端子間の接続を、駆動電圧が零ボルトとなる近傍で交互に切り換え、一組の駆動電極間に交流電源回路で発生する駆動電圧の倍電圧を一組の駆動電極間に印加するとともに、タッチパネル入力装置の非動作期間中に、一組の駆動電極を一組のいずれか一方の出力端子に接続自在としたことを特徴とする。

切換スイッチで、一組の駆動電極と対応する一組の出力端子間の接続を、ゼロクロススイッチングで切り換えることにより、交流電源回路で発生する駆動電圧の倍電圧が一組の駆動電極間に印加される。圧電基板の歪みは、電界に比例するので、交流電源回路において、直流電源電圧を高圧に昇圧しなくても、所定の大きさの歪みが発生し、タッチパネルを感知できる充分な振幅で振動させることができる。

タッチパネル入力装置の非動作期間中に、一組の駆動電極を一組のいずれか一方の出力端子に接続すると、一組の駆動電極間が短絡し、圧電基板の消極を防止できる。

請求項１の発明によれば、タッチパネル入力装置を使用しない非動作期間中に、圧電基板の一組の駆動電極間を短絡できるので、圧電基板の圧電定数が低下することなく、タッチパネル入力装置の使用時に入力操作を検出した際、圧電基板に駆動電圧を印加し、確実にタッチパネルを振動させることができる。

これに加えて請求項２の発明によれば、圧電基板の一組の駆動電極間に交流電源回路で発生する駆動電圧の倍電圧を得るための切換スイッチを利用して、一組の駆動電極間を非動作期間中に、簡単に短絡させることができる。

以下、本発明の第１実施の形態に係るタッチパネル入力装置１を、図１乃至図４で説明する。本実施の形態に係るタッチパネル入力装置１においては、対向面の導電体層を均一な抵抗膜で形成したいわゆる抵抗感圧タブレット方式を採用して、導電体層間の接触と接触位置から入力操作と入力操作位置を検出している。図１は、タッチパネル入力装置１の分解斜視図であり、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる可動板３１Ａとガラス基板からなる支持基板３１Ｂを互いにわずかな間隙を隔て積層配置し、タッチパネル３１が構成されている。

可動板３１Ａと支持基板３１Ｂの対向面には、それぞれ単位長さあたりの抵抗値が等しい可動導電体層３２Ａと固定導電体層３２Ｂが被着され、また、可動導電体層３２Ａの図中Ｘ方向の両側と、固定導電体層３２ＢのＹ方向両側に、これらの導電体層３２Ａ、３２Ｂへ所定の検出用電位を発生させる為の引き出し電極３３が形成される。尚、固定導電体層３２Ｂの一側の引き出し電極３３は、後述する圧電基板１３の一方の駆動電極１３ａと兼ねている。

支持基板３１Ｂ上で可動板３１Ａとの隙間に、タッチパネル３１を振動させる震動源となる圧電基板１３が固着される。圧電基板１３は、圧電単結晶、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）磁器に代表される圧電セラミック、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電材料で形成した単層の基板で、ここでは、機械的な耐久性があり、最も広く利用されているＰＺＴ系の圧電磁器材料からなる圧電セラミックス板を用い、図示するように、固定導電体層３２Ｂの側辺に沿うように、細長帯状の薄板に形成している。圧電基板１３は、薄板とすることにより、比較的低い駆動電圧で、大きな歪みが発生する。

圧電基板１３に駆動電圧を印加する一対の駆動電極１３ａ、１３ｂは、導電性金属材料を蒸着、スクリーン印刷等で圧電基板１３の対向する表裏両面に付着させた後、焼成等で固着させている。圧電基板１３の背面を覆う一方の駆動電極１３ａは、圧電基板１３の長手方向一側で表面に折り返され、表面を覆う他方の駆動電極１３ｂと接触しないように、間隙を隔てて可動板３１Ａと対向する表面側に露出している。

各引き出し電極３３と、一組の駆動電極１３ａ、１３ｂは、それぞれ可動板Ａの背面側に印刷配線された検出用導電パターン３４と、駆動電源パターン３５に接続し、コネクタテール３６を介して外部に導出され、検出用導電パターン３４は、以下のように動作する入力操作検出回路（図示せず）に、駆動電源パターン３５は、図２乃至図６に示す切換スイッチ２を介して交流電源回路１５に接続している。

入力操作検出回路は、タッチパネル入力装置１の待機動作中、いずれか一方の例えば可動導電体層３２Ａに検出電位を印加して所定の電位とし、他方の固定導電体層３２Ｂを抵抗を介して接地し、その電位を監視する。この待機動作中に、可動板３１Ａを押圧することによりタッチパネル３１を入力操作すると、入力操作位置で可動導電体層３２Ａと固定導電体層３２Ｂが接触し、可動導電体層３２Ｂから抵抗に電流が流れ、固定導電体層３２Ｂの電位が一定の電位まで上昇する。そこで、所定のしきい値を設定し、固定導電体層３２Ｂの電位が所定のしきい値を越えることで、タッチパネル３１へ入力操作が検出される。

入力操作検出回路が入力操作を検出すると、交流電源回路１５から圧電基板１３の一組の駆動電極１３ａ、１３ｂ間に所定期間、駆動電圧を印加するが、その動作は、後述する。

また、入力操作検出回路による入力操作位置の検出は、Ｘ方向と、Ｙ方向のそれぞれを分けて検出する。Ｘ方向の入力操作位置を検出する際には、可動導電体層３２Ａの一側引き出し電極３３に座標検出用電圧を印加するとともに、他側の引き出し電極３３を接地し、可動導電体層３２Ａに等しい傾きの電位勾配を形成する。入力操作位置での電位は、可動導電体層３２Ａと接触する固定導電体層３２Ｂ側をハイインピーダンスとしておけば、固定導電体層３２Ｂの電位で読み取ることができ、固定導電体層３２Ｂに接続する引き出し電極３３にＡ／Ｄコンバータなどの電圧検出回路に接続して、入力操作位置の電位を読み取る。可動導電体層３２Ａには、等しい傾きの電位勾配が形成されているので、入力操作位置の電位は、Ｘ方向の距離に比例した値となり、これによって、入力操作位置のＸ座標を検出する。

Ｙ方向の入力操作位置検出は、上記と同様の方法で、固定導電体層３２ＢにＹ方向の等しい傾きの電位勾配を形成し、固定導電体層３２Ｂに引き出し電極３３を介して接続する電圧検出回路から、入力操作位置の電位を読み取る。この入力操作位置の電位は、Ｙ方向の距離に比例した値となり、これによって、入力操作位置のＹ座標を検出する。

このようにＸ、Ｙ座標検出モードを繰り返し、タッチパネル３１の入力操作位置を、Ｘ、Ｙ方向で検出し、Ｘ座標とＹ座標からなる入力位置データを図示しないパーソナルコンピュータなどの処理装置へ出力する。

図２と図３は、タッチパネル入力装置１の待機動作中に、入力操作を検出した際に、圧電基板１３に駆動電圧を印加する交流電源回路１５の動作を説明するもので、図１（ａ）（ｂ）は、出力端子１５ａ、１５ｂ間に上昇する傾きの駆動電圧を形成する動作を説明する回路図、図２は、出力端子１５ａ、１５ｂ間に降下する傾きの駆動電圧を形成する動作を説明する回路図である。

これらの回路図において、３は、例えば５Ｖ程度の直流電源を供給する低電圧直流電源、４は、インダクタとなるコイル、５は、コイル４とともに低電圧直流電源３に直列に接続される充電用スイッチである。また、充電用スイッチ５と並列に、直列に接続されたダイオード６とキャパシタとなるコンデンサ７が接続される。ダイオード６は、コイル４からコンデンサ７の方向を順方向とする逆流防止素子であり、後述するように、コンデンサ７が充電された際に、その充電電圧によりコンデンサ７からコイル４へ放電電流が逆流しないようにするものである。

コンデンサ７の両端には、更に放電抵抗８と放電用スイッチ９が直列に接続され、直列に接続された放電抵抗８と放電用スイッチ９の両端が、圧電基板１３の駆動電極１３ａ、１３ｂに接続する出力端子１５ａ、１５ｂとなっている。

上昇する傾きの駆動電圧を形成する際には、放電用スイッチ９は常に開放させる。この状態で、図２（ａ）に示すように、充電用スイッチ５を閉じると、コイル４を通して図中矢印で示す方向に電流が流れる。この電流は、充電用スイッチ５を閉じてからの時間とともに上昇する。

所定時間後に充電用スイッチ５を開き、コイル４に流れる電流を遮断すると、コイル４に電流を継続して流そうとする逆起電力が発生する。この逆起電力の電圧は、ダイオード６を介して接続される圧電基板１３の図示しない内部抵抗に依存するが、定数とすれば、充電用スイッチ５を閉じてから開くまでのオン時間にほぼ比例する。一方、ダイオード６は、コイル４からコンデンサ７の方向を順方向とするので、図２（ｂ）に示す矢印方向に充電電流が流れ、コイル４に発生する逆起電力により、コンデンサ７と圧電基板１３の内部容量１３ｃが充電される。

その後、同様に充電用スイッチ５の開閉を繰り返すと、充電用スイッチ５を開きコイル４に流れる電流を遮断する毎に、コイル４に発生する逆起電力により、コンデンサ７と圧電基板１３の内部容量１３ｃが充電され、充電電圧はその直前の充電電位より更にこの逆起電力で上昇する。尚、充電用スイッチ５を閉じコイル４に電流が流れている間に、コンデンサ７と圧電基板１３の内部容量１３ｃから流れようとする放電電流は、ダイオード６で遮断されるので、その充電電圧は保たれる。

充電用スイッチ５を閉じた後開放させる一周期で、上昇する充電電圧は、その間の圧電基板１３の内部抵抗に流れる放電電流とすでに充電されている充電電圧を無視すれば、充電用スイッチ５を開放した際に発生する逆起電力にほぼ等しく、この逆起電力は、前述したように、充電用スイッチ５を閉じてから開くまでのオン時間にほぼ比例する。

すなわち、充電用スイッチ５を閉じた後開放させる一周期での充電電圧の上昇分は、充電用スイッチ５を閉じ操作するオン時間により定められ、これを繰り返すことにより、充電電圧の上昇する任意の傾きが得られ、また、この充電電圧は、低電圧直流電源３から昇圧した任意の電圧とすることができる。

コンデンサ７の充電電圧を駆動電圧とすれば、出力端子１５ａ、１５ｂに、直流の低電圧を昇圧すると同時に、上昇する任意の傾きの駆動電圧波形が得られる。

一方、降下する傾きの駆動電圧を形成する際には、図３に示すように、充電用スイッチ５を常に開放させる。この状態で、図に示すように、放電用スイッチ９を閉じると、放電抵抗８を通して図中矢印で示す方向に放電電流が流れる。放電用スイッチ９を閉じた後のｔ時間後のコンデンサ７の充電電圧Ｖｔは、閉じる前のコンデンサ７の充電電圧をＶ０、コンデンサ７の容量と圧電基板１３の内部容量１３ｃの和をＣ、放電抵抗８の抵抗値をとすれば、

と、経過時間ｔの関数として表される。

すなわち、充電電圧の降下分は、放電用スイッチ９を閉じ操作するオン時間により定められ、これを所定期間内で繰り返すことにより、充電電圧の下降する任意の傾きが得られる。

従って、出力端子１５ａ、１５ｂ間に表れる駆動電圧は、上昇する傾きと下降する傾きが、それぞれ充電用スイッチ５と放電用スイッチ９を開閉制御することにより任意に得られ、これらの制御を連続させることにより、低電圧直流電源３から昇圧させた所要波形の駆動電圧形を得ることができる。

この交流電源回路１５と圧電基板１３間には、図２と図３に示す入力操作を検出した後の所定期間に、交流電源回路１５の一組の出力端子１５ａ、１５ｂが一組の対応する駆動電極１３ａ、１３ｂへ接続するように、切換スイッチ２が接続されている。

切換スイッチ２は、圧電基板１３の一方の駆動電極１３ｂに接続するコモン端子２ｃを、一組の出力端子１５ａ、１５ｂにそれぞれ接続する切り換え端子２ａ、２ｂへ選択的に切り換え接続するもので、入力操作を検出した後の所定期間中、交流電源回路１５で発生させた上述の駆動電圧を圧電基板１３へ印加し伸縮させるため、図２，図３に示すように、コモン端子２ｃは、出力端子１５ｂに接続する切り換え端子２ｂ側に切り換えられている。切換スイッチ２は、タッチパネル１１への入力操作が終了した後も、少なくともタッチパネル入力装置１に電源が投入されている間、この切り換え状態を維持している。

一方、タッチパネル入力装置１の出荷前やタッチパネル入力装置１が搭載された機器の主電源を落としている間など、タッチパネル入力装置１が使用されない非動作期間には、切り換えスイッチ２のコモン端子２ｃは、図４に示すように、切り換え端子２ａ側に切り換えらる。切り換え端子２ａには、出力端子１５ａとともに圧電基板１３の駆動電極１３ｂへも接続するので、切換スイッチ２を介して圧電基板１３の一組の駆動電極１３ａ、１３ｂ間は短絡する。

従って、非動作期間中に、駆動電極１３ａ、１３ｂやこれらに接続する駆動電源パターン３５に、帯電する導電物が予期せずに触れても、一組の駆動電極１３ａ、１３ｂ間に直流電圧が加えられることがなく、圧電基板１３の消極を防止できる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るタッチパネル入力装置１０を図５乃至図１０を用いて説明する。第２の実施の形態では、交流電源回路１５の動作原理を利用して駆動電圧を発生する交流電源回路２０と切換スイッチ３０の構成が異なる他は、第１実施の形態に係るタッチパネル入力装置１の構成と同一であるので、共通する構成についてはその説明を省略する。また、交流電源回路２０の各回路素子について、交流電源回路１５と同一若しくは同様に作用する回路素子についても、同一番号を付してその説明を省略する。

図５乃至図９に示すように、交流電源回路２０は、コントローラ２１のポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から出力される制御信号と、ＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号により制御される６種類のスイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６）を備えている。

このうち、コイル４とコンデンサ７の接地側電極７ｂ（グランド）間に配設されるスイッチＳＷ２が充電用スイッチ５に相当し、コンデンサ７の高圧側電極７ａと接地側電極７ｂに配設されるスイッチＳＷ４が放電用スイッチ９に相当するものとなる。スイッチＳＷ２には、スイッチＳＷ１を閉じ制御することによりＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号が入力され、後述するようにパルス制御信号に従って開閉する。また、スイッチＳＷ４には、スイッチＳＷ３を閉じ制御することにより同じＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号が入力され、入力されたパルス制御信号に従って同様に開閉する。

スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３は、電圧波形を形成する間、いずれか一方が選択的に閉じ制御され、従って、スイッチＳＷ２、ＳＷ４のいずれか一方がパルス制御信号により開閉し、パルス制御信号が入力されない他方は、開放状態を保っている。また、スイッチＳＷ２、ＳＷ４は、パルス制御信号のパルスが入力されている間、閉じ、パルスが休止している間、開放するように制御される。

表１に示すように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３は、それぞれ、ポートＰ２とポートＰ３から「Ｈ」レベルの制御信号が出力されている間、閉じ制御され、「Ｌ」レベルの制御信号が出力されている間、開放制御される。

また、スイッチＳＷ５とスイッチＳＷ６が、第１実施の形態に係る切換スイッチ２に相当する切換スイッチ３０を構成し、交流電源回路２０と圧電基板１３間に接続される。すなわち、スイッチＳＷ５のコモン端子２２ａは、圧電基板１３の一方の駆動電極１３ａに接続し、スイッチＳＷ６のコモン端子２２ｂは、圧電基板１３の他方の駆動電極１３ｂに接続している。コモン端子２２ａとの接続が切り換えられるスイッチＳＷ５の切換端子２３ａ、２３ｂは、それぞれコンデンサ７の両端の交流電源回路２０の出力となる一組の出力端子２０ａ、２０ｂに接続し、同様に、コモン端子２２ｂとの接続が切り換えられるスイッチＳＷ６の切換端子２４ａ、２４ｂも、それぞれ一組の出力端子２０ａ、２０ｂに接続している。

スイッチＳＷ５とスイッチＳＷ６は、それぞれ、ポートＰ０とポートＰ１から出力される制御信号により切換制御され、「Ｈ」レベルの制御信号が出力されている間、各コモン端子２２ａ、２２ｂを一方の出力端子３０ａに接続する切換端子２３ａ、２４ａ側に、「Ｌ」レベルの制御信号が出力されている間、各コモン端子２２ａ、２２ｂを、他方の出力端子３０ｂに接続する切換端子２３ｂ、２４ｂ側に切り換える（表１参照）。

圧電基板１３へ駆動電圧を印加する際に、一組の駆動電極１３ａ、１３ｂが一組の対応する出力端子３０ａ、３０ｂ間に接続する状態では、圧電基板１３が、１０Ｍ乃至２０ＭΩの内部抵抗と大きな内部容量を有するので、コンデンサ７の充電電圧はすみやかに下降せず、そこで、得ようとする駆動電圧波形の下降方向の傾きと一致させるように、スイッチＳＷ４と放電抵抗８を用いて強制的にその充電電圧を下降させている。

交流電源回路２０では、図１０（ｈ）に示す正弦電圧波形の駆動電圧を生成するために、１波形の周期をＰｈａｓｅ１乃至Ｐｈａｓｅ８の８種類のＰｈａｓｅに分割し、各Ｐｈａｓｅ毎にスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ６を開閉制御する。

ＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号は、パルス幅変調により１周期に対するパルス幅の比率であるデューティ比（衝撃関数）を、各周期毎に変調信号で変化させた被変調信号であり、Ｐｈａｓｅ１乃至Ｐｈａｓｅ８毎に異なるパルス変調信号が割り当てられる。パルス制御信号の周波数は、ここでは２０．８０ｋＨｚと各Ｐｈａｓｅで同一であり、各Ｐｈａｓｅ毎に、２周期のパルス制御信号を１ユニットとするユニット数を設定し、Ｐｈａｓｅ毎の長さを異ならせている。これにより、８種類のＰｈａｓｅから任意の周期の電圧波形を形成することができる。

また、パルス制御信号のデューティ比は、連続する１周期毎に一定の割合で増減し、各Ｐｈａｓｅ毎にこの増減数が設定されている。つまり、デューティ比の初期値及びその増減数と連続するユニット数をＰｈａｓｅ毎に設定することにより、パルス制御信号の１周期毎にパルス幅を決定する従来のパルス幅変調方式に比べ、限られた変調データを用いて、他種類のパルス幅とパルス休止幅の組み合わせを設定できる。

Ｐｈａｓｅ１とＰｈａｓｅ２では、図１０（ｈ）に示す正弦電圧波形のゼロクロス位置から極大値をわずかに超えた位置までの電圧波形を形成するもので、図１０（ａ）乃至（ｄ）に示すように、ポートＰ０、Ｐ２を「Ｈ」レベル、ポートＰ１、Ｐ３を「Ｌ」レベルとして、スイッチＳＷ１を閉じ制御、スイッチＳＷ３を開制御、スイッチＳＷ５のコモン端子２２ａを切換端子２３ａに、スイッチＳＷ６のコモン端子２２ｂを切換端子２４ｂ側に切り換え制御している（図５参照）。

これにより、スイッチＳＷ２は、ＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号により開閉制御されると同時に、放電抵抗８がコンデンサ７との接続から切り離され、スイッチＳＷ２が開閉を繰り返す毎に、コンデンサ７への充電が繰り返される。

Ｐｈａｓｅ１で出力されるパルス制御信号は、２１ユニット分の長さ、すなわち１ユニットの長さが９６μｓｅｃであるので約２ｍｓｅｃの長さとなり、コンデンサ７の充電電圧が正弦波形のゼロクロス位置から極大値までを描いて増加するように、各周期のパルス制御信号のパルス幅とパルス休止幅が設定される。

一方、コンデンサ７の充電電圧は、その両端を切換スイッチ３０を介して圧電基板１３の一組の駆動電極１３ａ、１３ｂに接続しているので、充電を繰り返している間を含め、常に圧電基板１３の内部抵抗を放電電流が流れ、降下しようとしている（以下この降下減少を自然放電という）。また、コイル４に同一の逆起電力が発生する場合しても、充電電圧の上昇は充電電圧に依存し、充電電圧が低い間は簡単に上昇するが、充電電圧が高くなるほど上昇しにくいものとなっている。

このため、充電電圧の電圧波形を上昇する傾きの正弦波形とする場合には、充電電圧が低い間は、デューティー比の小さいパルス制御信号でスイッチＳＷ２のオン時間を短く、充電電圧が上昇するにしたがって、デューティー比を徐々に大きくスイッチＳＷ２のオン時間を長く調整して、発生する逆起電力を上げる必要があり、Ｐｈａｓｅ１で出力されるパルス制御信号は、図１０（ｅ１）に拡大して示すように、各周期のデューティー比をその直前の１周期のデューティー比に対して一定の割合で増加させている。

Ｐｈａｓｅ１のパルス制御信号で充電を繰り返すことにより、Ｐｈａｓｅ１を終了した時点で、図１０（ｇ）に示すように、コンデンサ７の高圧側電極７ａと接地側電極７ｂ間に＋１００Ｖの充電電圧が充電される。

Ｐｈａｓｅ２では、コンデンサ７の充電電圧波形が、正弦波形の極大値からその傾きが自然放電による傾きに一致する位置までを描くように、ここでは７ユニット分の長さのパルス制御信号が出力される。すなわち、この期間では、自然放電により充電電圧は降下するが、自然放電により降下する充電電圧の波形は、正弦波形として極大値から連続させる充電電圧の波形より低いので、スイッチＳＷ２をパルス制御信号により開閉制御し、コンデンサ７の充電を繰り返して、正弦波に一致する充電電圧を得るものである。

従って、Ｐｈａｓｅ２のパルス制御信号は、１番目の周期のデューティー比がＰｈａｓｅ１の最後の周期のデューティー比にほぼ等しく、最後の周期のデューティー比がほぼ０％に収束するように、各周期のデューティー比をその直前の１周期のデューティー比に対して一定の割合で減少させている（図１０（ｅ１）参照）。

Ｐｈａｓｅ３とＰｈａｓｅ４では、充電電圧の電圧波形を、図１０（ｈ）に示す正弦電圧波形の自然放電による傾きに一致する位置から次のゼロクロス位置までの電圧波形を形成するもので、Ｐｈａｓｅ１とＰｈａｓｅ２の制御信号の出力状態から、ポートＰ３を「Ｈ」レベル、ポートＰ２を「Ｌ」レベルとして、図４に示すように、スイッチＳＷ１を開制御、スイッチＳＷ３を閉じ制御している。

これにより、スイッチＳＷ２は、ＰＷＭ出力端子から切り離されると同時に、スイッチＳＷ４が出力されるパルス制御信号により開閉制御され、パルス制御信号のパルスを入力する間、コンデンサ７の充電電圧が放電抵抗８を流れる放電電流により下降する。

このＰｈａｓｅ３とＰｈａｓｅ４の期間中は、自然放電により降下する充電電圧より、正弦波形とするための充電電圧が低いので、放電抵抗８にパルス制御信号で制御する時間、放電電流を流して強制的に充電電圧を降下させ、正弦波形に一致する充電電圧を得るものである。

Ｐｈａｓｅ３では、正弦波形の自然放電による傾きと一致する位置（Ｐｈａｓｅ２の終了位置）から、コンデンサ７の充電電圧波形が、連続して正弦波形に近似した波形を描くように、ここでは７ユニット分の長さのパルス制御信号がスイッチＳＷ４へ出力される。放電抵抗８をコンデンサ７に並列に接続し、コンデンサ７の充電電圧を下降させる際には、充電の場合とは逆に、充電電圧が高い間は簡単に下降するが、充電電圧が低くなるほど下降させにくくなる。従って、Ｐｈａｓｅ３のパルス制御信号は、１番目の周期のデューティー比を０％とし、Ｐｈａｓｅ３内の最後の周期まで、一定の割合でデューティー比を増加させている（図１０（ｆ１）参照）。

Ｐｈａｓｅ３によるパルス制御信号で放電制御を繰り返し、ある程度まで充電電圧が低下すると、上述したのように充電電圧は下降しにくくなる。そこで、Ｐｈａｓｅ４によるパルス制御信号では、最初の周期のデューティー比をＰｈａｓｅ３でのパルス制御信号に比べて大幅に上昇させた４０％のデューティー比とし、更に９ユニットからなる最後の周期まで、一定の割合でデューティー比を増加させている（図１０（ｆ１）参照）。

Ｐｈａｓｅ４のパルス制御信号による放電制御が終了すると、コンデンサ７の充電電圧は、ほぼ０Ｖまで下降し、これにより一組の出力端子２０ａ、２０ｂ間に、図１０（ｇ）に示すように、正弦波形の半波を近似した電圧波形が生成される。スイッチＳＷ５のコモン端子（出力端子）２２ａは切換端子２３ａに、スイッチＳＷ６のコモン端子（出力端子）２２ｂは切換端子２４ｂ側に接続し、切換端子２４ｂは接地されているので、一組の駆動電極１３ａ、１３ｂ間に駆動電極１３ａを＋側とする正弦波形の半波を電圧波形とする駆動電圧が印加される。

以上の方法によれば、コンデンサ７の充電電圧を低圧の直流電圧を昇圧するとともに、昇降圧させる傾きを任意に設定できるので、充電電圧をそのまま駆動電圧として、昇圧した任意の駆動電圧波形が得られるが、この交流電源回路２０では、更に、Ｐｈａｓｅ５からＰｈａｓｅ８で、一組の出力端子２０ａ、２０ｂ間に、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ４で形成した充電電圧波形と同一の駆動電圧を形成するとともに、一組の出力端子２０ａ、２０ｂと一組の対応する駆動電極１３ａ、１３ｂ間相互の接続を切換スイッチ３０のスイッチＳＷ５、ＳＷ６で、それぞれ他側の接続に切り替え、一組の駆動電極１３ａ、１３ｂ間に交流電源回路２０で生成される駆動電圧と等しく逆極性の駆動電圧を形成して、コンデンサ７の充電電圧の２倍の駆動電圧で圧電基板１３を伸縮させる。

すなわちＰｈａｓｅ５からＰｈａｓｅ８では、表１及び図１０（ｃ）（ｄ）に示すように、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ４の制御信号の出力状態から、ポートＰ０を「Ｌ」レベル、ポートＰ１を「Ｈ」レベルとして、図５、図６に示すように、スイッチＳＷ５のコモン端子２２ａを切換端子２３ｂに、スイッチＳＷ６のコモン端子２２ｂを切換端子２４ａ側に切り換え制御している。

その他のスイッチＳＷの制御信号、及びＰＷＭ出力端子から出力されるパルス制御信号は、Ｐｈａｓｅ５がＰｈａｓｅ１に、Ｐｈａｓｅ６がＰｈａｓｅ２に、Ｐｈａｓｅ７がＰｈａｓｅ３に、Ｐｈａｓｅ８がＰｈａｓｅ４にそれぞれ対応して同一であり、これによりＰｈａｓｅ５からＰｈａｓｅ８の間で、図１０（ｇ）に示すように、出力端子２０ａ、２０ｂ間に、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ４と同一の正弦波形の半波の電圧波形が表れる。

その結果、図１０（ｈ）に示すように、駆動電極１３ａ、１３ｂ（コモン端子２２ａ、２２ｂ）には、駆動電極１３ａ側を−側とする正弦波形の半波を電圧波形とする駆動電圧が表れ、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ４間で形成された駆動電圧に連続させることにより、±１００Ｖの正弦波形の駆動電圧が圧電基板１３に印加される。

圧電基板１３は、この±１００Ｖの正弦波形の駆動電圧を駆動電源として伸縮し、固着するタッチパネル３１を振動させる。更にＰｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ８を繰り返すことにより、任意の期間発振する正弦波形の駆動電圧が得られ、タッチパネル３１はその期間振動する。

同様にして、１波形を形成するＰｈａｓｅ数、各Ｐｈａｓｅで出力されるパルス制御信号、スイッチＳＷの制御信号を任意に設定することにより、同一の交流電源回路２０を用いて種々の駆動電圧波形を形成できる。

本実施の形態に係る切換スイッチ３０を構成するスイッチＳＷ５とスイッチＳＷ６は、このように倍電圧の出力を得る目的の他、ポートＰ０、ポートＰ１の制御信号で相互に独立して切換制御できるので、圧電基板１３の駆動電極１３ａ、１３ｂ間を簡単に短絡できる。すなわち、図９に示すように、出荷時や主電源をＯＦＦとしてタッチパネル入力装置１０を使用しない非動作期間中は、ポートＰ０とポートＰ１をいずれも「Ｌ」レベルとして（表１参照）、スイッチＳＷ５のコモン端子２２ａを切換端子２３ｂに、スイッチＳＷ６のコモン端子２２ｂを切換端子２４ｂ側に切り換え制御している。

これにより、圧電基板１３の一組の駆動電極１３ａ、１３ｂは、切換端子２３ｂ、２４ｂを介して共通の接地側の出力端子２０ｂに接続される。従って、非動作期間中に、圧電基板１３の駆動電極１３ａ、１３ｂ間を短絡させることができ、駆動電極１３ａ、１３ｂ間に不用意に直流が流れることによる圧電基板１３の消極を防止できる。

尚、非動作期間中は、圧電基板１３に接続するコモン端子２２ａとコモン端子２２ｂとを、いずれも高圧側の切換端子２３ａ、２４ａに接続し、駆動電極１３ａ、１３ｂ間を短絡させてもよい。

上述の各実施の形態では、任意の電圧波形を生成できる交流電源回路１５，２０を用いているが、交流波形の駆動電圧を生成できれば、他の交流電源回路であってもよい。

本発明は、圧電基板を震動源としてタッチパネルを振動させるタッチパネル入力装置に適している。

本発明の実施の形態に係るタッチパネル入力装置１の分解斜視図である。 入力操作を検出した際に、上昇する傾きの駆動電圧を圧電基板１３へ印加する交流電源回路１５の動作原理を説明する回路図である。 入力操作を検出した際に、下降する傾きの駆動電圧を圧電基板１３へ印加する交流電源回路１５の動作原理を説明する回路図である。 非動作期間中での、タッチパネル入力装置１の切り換えスイッチ２の動作を示す回路図である。 入力操作を検出した際の交流電源回路２０のＰｈａｓｅ１とＰｈａｓｅ２における各スイッチＳＷの動作状態を示す回路図である。 入力操作を検出した際の交流電源回路２０のＰｈａｓｅ３とＰｈａｓｅ４における各スイッチＳＷの動作状態を示す回路図である。 入力操作を検出した際の交流電源回路２０のＰｈａｓｅ５とＰｈａｓｅ６における各スイッチＳＷの動作状態を示す回路図である。 入力操作を検出した際の交流電源回路２０のＰｈａｓｅ７とＰｈａｓｅ８における各スイッチＳＷの動作状態を示す回路図である。 非動作期間中の切り換えスイッチ３０の動作を示す回路図である。 Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ８の間の交流電源回路２０の各部（ａ）乃至（ｈ）の波形を示す波形図である。 圧電基板１２０を用いた従来のタッチパネル入力装置１００の概略構成を示す分解斜視図である。 昇圧回路を備えた交流電源回路１１０のブロック図である。

符号の説明

１ タッチパネル入力装置
２ 切換スイッチ
１０ タッチパネル入力装置
１３ 圧電基板
１３ａ、１３ｂ 駆動電極
１５ 交流電源回路
１５ａ、１５ｂ 出力端子
２０ 交流電源回路
２０ａ、２０ｂ 出力端子
３０ 切換スイッチ

Claims (2)

1. タッチパネル（３１）への入力操作を検出する入力検出手段と、
   一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）を有し、一面がタッチパネル（３１）に沿って固着される圧電基板（１３）と、
   一組の出力端子（１５ａ、１５ｂ）間に、所定波形の駆動電圧を発生する交流電源回路（１５）と、
   圧電基板（１３）の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）を、交流電源回路（１５）の出力端子（１５ａ、１５ｂ）に接離自在とする切換スイッチ（２）とを備え、
   操作エリアへの入力操作を検出した際に、切換スイッチ（２）は、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）がそれぞれ一組の対応する出力端子（１５ａ、１５ｂ）に接続するように、少なくとも圧電基板（１３）の一方の駆動電極（１３ｂ）を出力端子（１５ｂ）に接続し、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間に印加される駆動電圧で伸縮する圧電基板（１３）によりタッチパネル（３１）を振動させ、操作者へ入力操作感を伝えるタッチパネル入力装置であって、
   切換スイッチ（２）は、タッチパネル入力装置の非動作期間中に、圧電基板（１３）の一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間を短絡自在としたことを特徴とするタッチパネル入力装置。
2. 切換スイッチ（３０）は、操作エリアへの入力操作を検出した際に、圧電基板（１３）の一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）と対応する一組の出力端子（２０ａ、２０ｂ）間の接続を、駆動電圧が零ボルトとなる近傍で交互に切り換え、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間に交流電源回路（２０）で発生する駆動電圧の倍電圧を一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）間に印加するとともに、
   タッチパネル入力装置の非動作期間中に、一組の駆動電極（１３ａ、１３ｂ）を一組のいずれか一方の出力端子（２０ｂ）に接続自在としたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル入力装置。

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