(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧電板と、第１および第２超音波伝搬手段と、信号分析器から成り、前記非圧電板の上端面における接触位置を判別する超音波接触位置検出装置であって、前記第１超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Txi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gxi (i=1, 2,…, m)と、第１および第２圧電基板と、少なくとも２つの端子Uxj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gxiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxbj (j=1, 2,…, n)から成り、少なくとも２つの前記出力用すだれ状電極Rxajの電極指の方向は互いに同一であるとともに、少なくとも２つの前記出力用すだれ状電極Rxbjの電極指の方向は互いに同一であり、前記出力用すだれ状電極Rxajの電極指の方向と、前記出力用すだれ状電極Rxbjの電極指の方向とは互いに逆であり、前記端子Uxjは、前記出力用すだれ状電極Rxajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rxbjにそれぞれ接続され、前記第２超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Tyi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gyi (i=1, 2,…, m)と、第３および第４圧電基板と、少なくとも２つの端子Uyj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gyiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Ryaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rybj (j=1, 2,…, n)から成り、少なくとも２つの前記出力用すだれ状電極Ryajの電極指の方向は互いに同一であるとともに、少なくとも２つの前記出力用すだれ状電極Rybjの電極指の方向は互いに同一であり、前記出力用すだれ状電極Ryajの電極指の方向と、前記出力用すだれ状電極Rybjの電極指の方向とは互いに逆であり、前記端子Uyjは、前記出力用すだれ状電極Ryajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rybjにそれぞれ接続され、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiは前記非圧電板の前記上端面の第１、第２、第３および第４縁部にそれぞれ設けられ、前記第１、第２、第３および第４圧電基板は、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiの上にそれぞれ設けられ、前記信号分析器は前記端子UxjおよびUyjと接続され、前記入力用すだれ状電極Txiの隣り合う２つは、第１入力電気信号が印加されることにより、前記第１圧電基板に第１弾性表面波を励振し、前記第１弾性表面波を前記非圧電板の前記上端面を介して前記第２圧電基板に伝搬する機能を有し、前記第１弾性表面波の伝搬路に対応する２つの隣り合う前記電極群Gxiは、前記出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjを介して前記第１弾性表面波を第１出力電気信号に変換する機能を有し、前記入力用すだれ状電極Tyiの隣り合う２つは、第２入力電気信号が印加されることにより、前記第３圧電基板に第２弾性表面波を励振し、前記第２弾性表面波を前記非圧電板の前記上端面を介して前記第４圧電基板に伝搬する機能を有し、前記第２弾性表面波の伝搬路に対応する２つの隣り合う前記電極群Gyiは、前記出力用すだれ状電極RyajおよびRybjを介して前記第２弾性表面波を第２出力電気信号に変換する機能を有し、前記第１出力電気信号と前記第２出力電気信号は、互いに位相が逆転し、前記端子Uxjの１つおよび前記端子Uyjの１つは、前記非圧電板の前記上端面が接触されることにより、第１遅延電気信号および第２遅延電気信号をそれぞれ連続して２回出力する機能を有し、前記信号分析器は、前記第１および第２遅延電気信号を検出し、前記端子Uxjの１つにおいて前記第１遅延電気信号が連続して２回出力されたときに前記第１入力電気信号が連続して２回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるかを検出し、前記端子Uyjの１つにおいて前記第２遅延電気信号が連続して２回出力されたときに前記第２入力電気信号が連続して２回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、前記非圧電板の前記上端面における接触位置を判別する機能を有することを特徴とする超音波接触位置検出装置。
【請求項２】
前記第１、第２、第３および第４圧電基板が一体化されて１つの窓枠構造が形成される請求項１に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項３】
前記第１、第２、第３および第４圧電基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である請求項１または２に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項４】
前記非圧電板が透明な材質で成る請求項１，２または３に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項５】
前記第１、第２、第３および第４圧電基板の厚さが前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiの電極周期長よりも小さく、前記非圧電板の厚さが前記電極周期長の３倍よりも大きい請求項１，２，３または４に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項６】
前記非圧電板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度が前記第１、第２、第３および第４圧電基板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い請求項１，２，３，４または５に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項７】
前記非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、前記非圧電板と前記もう一つの非圧電板との間に液晶が満たされている請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項８】
前記信号分析器と、前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiとの間に増幅器が備えられた請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波接触位置検出装置。
【請求項９】
前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第１および第２スイッチが備えられた請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波接触位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波が伝搬された非圧電板に接触すると、その接触位置が判別される超音波接触位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタッチパネルは、くさび型トランスデューサや圧電薄膜トランスデューサを含むものが一般的であった。くさび型トランスデューサは非圧電板に間接的に弾性振動を起こさせる機能を有し、圧電薄膜トランスデューサは非圧電板に直接弾性振動を起こさせる機能を有する。いずれにせよこのような従来のタッチパネルは、非圧電板上を接触することにより非圧電板上の超音波が消失して出力電気信号が検出されなくなるということを利用したもので、出力電気信号が検出されなくなった出力用トランスデューサの配置から接触位置を判別している。従って、従来のタッチパネルは、常にすべての入力用トランスデューサを駆動させておく必要があることから、駆動電圧や消費電力に問題を有するだけでなく、複雑な回路構成を必要とする。さらに、従来のタッチパネルは、液晶と接触する非圧電板に直接超音波を励振させることが困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、非圧電板の一方の端面を接触することにより現れる遅延電気信号を検出することにより接触位置を高感度で判別できる超音波接触位置検出装置を提供することにある。
また本発明のさらなる目的は、低電圧および低消費電力の自励発振駆動が可能で、回路構成が簡単で、接触に対する応答速度が速く、大量生産が可能で、小型軽量で、耐久性に優れ、液晶を非圧電板のもう一方の端面に接触させることが可能な超音波接触位置検出装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波接触位置検出装置は、非圧電板と、第１および第２超音波伝搬手段と、信号分析器から成る超音波接触位置検出装置であって、前記第１超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Txi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gxi (i=1, 2,…, m)と、第１および第２圧電基板と、少なくとも２つの端子Uxj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gxiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxbj (j=1, 2,…, n)から成り、前記出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjは、電極指の方向が互いに逆であり、前記端子Uxjは、前記出力用すだれ状電極Rxajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rxbjにそれぞれ接続され、前記第２超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Tyi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gyi (i=1, 2,…, m)と、第３および第４圧電基板と、少なくとも２つの端子Uyj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gyiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Ryaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rybj (j=1, 2,…, n)から成り、前記出力用すだれ状電極RyajおよびRybjは、電極指の方向が互いに逆であり、前記端子Uyjは、前記出力用すだれ状電極Ryajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rybjにそれぞれ接続され、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiは前記非圧電板の上端面の第１、第２、第３および第４縁部にそれぞれ設けられ、前記第１、第２、第３および第４圧電基板は、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiの上にそれぞれ設けられ、前記信号分析器は前記端子UxjおよびUyjと接続され、前記入力用すだれ状電極Txiの隣り合う２つに第１入力電気信号が印加されることにより、前記第１圧電基板に第１弾性表面波が励振され、前記第１弾性表面波は、前記非圧電板の前記上端面を介して前記第２圧電基板に伝搬され、前記出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjの各々において第１出力電気信号に変換され、前記入力用すだれ状電極Tyiの隣り合う２つに第２入力電気信号が印加されることにより、前記第３圧電基板に第２弾性表面波が励振され、前記第２弾性表面波は、前記非圧電板の前記上端面を介して前記第４圧電基板に伝搬され、前記出力用すだれ状電極RyajおよびRybjの各々において第２出力電気信号に変換され、前記非圧電板の前記上端面を接触することにより、前記端子Uxjの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われるとともに、前記端子Uyjの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現われ、前記第１および第２遅延電気信号は前記信号分析器によって検出され、前記第１遅延電気信号が連続して２回現れたときに前記第１入力電気信号が連続して２回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるかを検出すること、および前記第２遅延電気信号が連続して２回現れたときに前記第２入力電気信号が連続して２回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、前記非圧電板の前記上端面における接触位置が判別される。
【０００５】
請求項２に記載の超音波接触位置検出装置では、前記第１、第２、第３および第４圧電基板が一体化されて１つの窓枠構造が形成される。
【０００６】
請求項３に記載の超音波接触位置検出装置は、前記第１、第２、第３および第４圧電基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。
【０００７】
請求項４に記載の超音波接触位置検出装置は、前記非圧電板が透明な材質で成る。
【０００８】
請求項５に記載の超音波接触位置検出装置は、前記第１、第２、第３および第４圧電基板の厚さが前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiの電極周期長よりも小さく、前記非圧電板の厚さが前記電極周期長の３倍よりも大きい。
【０００９】
請求項６に記載の超音波接触位置検出装置は、前記非圧電板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度が前記第１、第２、第３および第４圧電基板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。
【００１０】
請求項７に記載の超音波接触位置検出装置では、前記非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、前記非圧電板と前記もう一つの非圧電板との間に液晶が満たされている。
【００１１】
請求項８に記載の超音波接触位置検出装置では、前記信号分析器と、前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiとの間に増幅器が備えられている。
【００１２】
請求項９に記載の超音波接触位置検出装置では、前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第１および第２スイッチが備えられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波接触位置検出装置は非圧電板と、第１および第２超音波伝搬手段と、信号分析器と、増幅器から成る簡単な構造を有する。第１超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Txi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gxi (i=1, 2,…, m)と、第１および第２圧電基板と、少なくとも２つの端子Uxj (j=1, 2,…, n)から成る。電極群Gxiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rxbj (j=1, 2,…, n)から成る。出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjは、電極指の方向が互いに逆である。端子Uxjは、出力用すだれ状電極Rxajにそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rxbjにそれぞれ接続されている。第２超音波伝搬手段は少なくとも２つの入力用すだれ状電極Tyi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも２つの電極群Gyi (i=1, 2,…, m)と、第３および第４圧電基板と、少なくとも２つの端子Uyj (j=1, 2,…, n)から成る。電極群Gyiの隣り合う２つの一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Ryaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも２つの出力用すだれ状電極Rybj (j=1, 2,…, n)から成る。出力用すだれ状電極RyajおよびRybjは、電極指の方向が互いに逆である。端子Uyjは、出力用すだれ状電極Ryajにそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rybjにそれぞれ接続されている。入力用すだれ状電極Txi、電極群Gxi、入力用すだれ状電極Tyiおよび電極群Gyiは非圧電板の上端面の第１、第２、第３および第４縁部にそれぞれ設けられている。第１、第２、第３および第４圧電基板は、入力用すだれ状電極Txi、電極群Gxi、入力用すだれ状電極Tyiおよび電極群Gyiの上にそれぞれ設けられている。信号分析器は端子UxjおよびUyjと接続されている。
【００１４】
本発明の超音波接触位置検出装置において、もしも第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Txiの隣り合う２つに同時に印加されると、第１圧電基板に第１弾性表面波が励振される。このとき、第１圧電基板が圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行であることから、第１圧電基板には第１弾性表面波が効率よく励振される。さらに、もしも第１弾性表面波の位相速度が非圧電板自身を伝搬する弾性表面波のレイリー波の位相速度とほぼ等しい場合には、第１入力電気信号が高率よく第１弾性表面波に変換される。第１弾性表面波は、非圧電板の上端面を伝わって、非圧電板の内部に漏洩されることなく第２圧電基板に伝搬される。第１弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩されないのは、第１に、第１圧電基板の厚さが入力用すだれ状電極Txiの電極周期長よりも小さいこと、第２に、非圧電板の厚さが入力用すだれ状電極Txiの電極周期長の３倍よりも大きいこと、そして第３に、非圧電板自身を伝搬する第１弾性表面波の位相速度が第１圧電基板自身を伝搬する第１弾性表面波の位相速度よりも大きいことに因る。第２圧電基板に伝搬された第１弾性表面波は、出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjの各々において第１出力電気信号に変換される。このとき、出力用すだれ状電極Rxajでの第１出力電気信号と、出力用すだれ状電極Rxbjでの第１出力電気信号とでは互いに位相が逆転している。従って、すべての端子Uxjに電気信号が現れることはない。このようにして、入力用すだれ状電極Txiと電極群Gxiの間に全部で（i×j）個の第１弾性表面波伝搬路が形成される。同様にして、もしも第２入力電気信号が入力用すだれ状電極Tyiの隣り合う２つに同時に印加されると、第３圧電基板に第２弾性表面波が励振される。第２弾性表面波は、非圧電板の前記上端面を介して第４圧電基板に伝搬され、出力用すだれ状電極RyajおよびRybjの各々において第２出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Tyiと電極群Gyiの間に全部で（i×j）個の第２弾性表面波伝搬路が形成される。
【００１５】
もしも非圧電板の上端面のどこにも接触しなければ、端子UxjおよびUyjのどこにも遅延電気信号は現れない。しかしながら、非圧電板の上端面のどこかに接触することにより、端子Uxjの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われ、端子Uyjの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現れる。別の言葉で言えば、第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Txiの１つに連続して２回印加されたときに第１遅延電気信号が端子Uxjの１つに連続して２回現れ、また、第２入力電気信号が入力用すだれ状電極Tyiの１つに連続して２回印加されたときに第２遅延電気信号が端子Uyjの１つに連続して２回現れる。このようにして、端子Uxjの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われたときに第１入力電気信号が連続して２回印加されていたのは入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるか、また、端子Uyjの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現れたときに第２入力電気信号が連続して２回印加されていたのは入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【００１６】
本発明の超音波接触位置検出装置では、第１、第２、第３および第４圧電基板が一体化されて１つの窓枠構造となることが可能である。このような構造を採用することにより、製造工程を簡略化することができる。
【００１７】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、これら２つの非圧電板の間に液晶が満たされた構造が可能である。このような構造は、液晶のディスプレイとしての機能と一体化させることを可能にする。
【００１８】
本発明の超音波接触位置検出装置では、信号分析器と、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiとの間に増幅器が備えられた構造が可能である。このような構造を採用することにより、自励発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になる。従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００１９】
本発明の超音波接触位置検出装置では、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第１および第２スイッチが備えられた構造が可能である。このような構造を採用することにより、回路構成を簡単にできる。
【００２０】
【実施例】
図１は本発明の超音波接触位置検出装置に含まれるパネル部の一実施例を示す平面図である。超音波接触位置検出装置は第１および第２超音波伝搬手段、非圧電板１、液晶２、もう一つの非圧電板３、信号分析器４、増幅器５、第１スイッチ６および第２スイッチ７から成る。第１超音波伝搬手段は第１圧電基板８、第２圧電基板９、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5、そして端子Ux1, Ux2およびUx3から成る。電極群Gx1, Gx3およびGx5の各々は、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3から成る。電極群Gx2およびGx4の各々は、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3から成る。第２超音波伝搬手段は第３圧電基板１０、第４圧電基板１１、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5、そして端子Uy1, Uy2およびUy3から成る。電極群Gy1, Gy3,およびGy5の各々は、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3から成る。電極群Gy2およびGy4の各々は、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3から成る。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は、非圧電板１の上端面の第１、第２、第３および第４縁部にそれぞれ設けられている。第１圧電基板８は入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5の上に設けられ、第２圧電基板９は電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の上に設けられ、第３圧電基板１０は入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5の上に設けられ、第４圧電基板１１は電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の上に設けられている。このとき、第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０および第４圧電基板１１の代わりに、それらが一体化されることにより形成される１つの窓枠構造型の圧電基板を使用することができる。非圧電板１、液晶２、非圧電板３、第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０、第４圧電基板１１、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5はパネル部を形成する。図１では第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０および第４圧電基板１１は描かれていない。非圧電板１は透明なガラス板で成り、非圧電板１自身を伝搬する弾性表面波の位相速度は第１圧電基板８自身を伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は、それぞれアルミニウム薄膜で成る。第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０および第４圧電基板１１は圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。
【００２１】
図２はパネル部の部分拡大平面図である。図２では非圧電板１に設けられた電極群Gx1およびGx2のみが描かれている。前にも述べたように、入力用すだれ状電極Tx1に対応する電極群Gx1は出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3から成り、入力用すだれ状電極Tx2に対応する電極群Gx2は出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3から成る。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5は同様な構造を有し、電極周期長は400μmである。電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は同様な構造を有し、電極周期長は400μmである。しかしながら、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3と、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3とでは、電極指の方向が互いに逆である。同様にして、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3と、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3とでは、電極指の方向が互いに逆である。
【００２２】
図３はパネル部の断面図である。非圧電板１の厚さは1.5 mmである。液晶２は非圧電板１と非圧電板３の間に挟まれている。第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０および第４圧電基板１１の厚さは150μmである。
【００２３】
図４は超音波接触位置検出装置の一実施例を示す構成図である。非圧電板１、液晶２、非圧電板３、第１圧電基板８、第２圧電基板９、第３圧電基板１０および第４圧電基板１１は図４には描かれていない。端子Ux1, Ux2およびUx3は、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3にそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3にそれぞれ接続されている。端子Uy1, Uy2およびUy3は、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3にそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3にそれぞれ接続されている。信号分析器４は端子Ux1, Ux2, Ux3, Uy1, Uy2およびUy3と接続されている。増幅器５は信号分析器４と、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5との間に接続されている。
【００２４】
図４の超音波接触位置検出装置において、もしも第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx1とTx2に第１スイッチ６を介して同時に印加されると、第１圧電基板８に第１弾性表面波が励振される。第１弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって、非圧電板１の内部に漏洩されることなく第２圧電基板９に伝搬される。第２圧電基板９に伝搬された第１弾性表面波は、電極群Gx1に含まれる出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3と、電極群Gx2に含まれる出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3のそれぞれにおいて第１出力電気信号に変換される。このとき、電極群Gx1の出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3での第１出力電気信号と、電極群Gx2の出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3での第１出力電気信号は、互いに位相が逆転している。従って、端子Ux1, Ux2およびUx3に電気信号が現れることはない。一般的には、第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5の隣り合う２つに同時に印加されると、第１圧電基板８に第１弾性表面波が励振される。第１弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって第２圧電基板９に伝搬され、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の隣り合う２つに含まれる出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2, Rxa3, Rxb1, Rxb2およびRxb3で第１出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5と、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の間に全部で１５個の第１弾性表面波伝搬路が形成される。
【００２５】
もしも第２入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5の隣り合う２つに同時に印加されると、第３圧電基板１０に第２弾性表面波が励振される。第２弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって第４圧電基板１１に伝搬され、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の隣り合う２つに含まれる出力用すだれ状電極Rya1, Rya2, Rya3, Ryb1, Ryb2およびRyb3で第２出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5と、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の間に全部で１５個の第２弾性表面波伝搬路が形成される。
【００２６】
図４の超音波接触位置検出装置では、もしも非圧電板１の上端面のどこにも接触しなければ、端子Ux1, Ux2, Ux3, Uy1, Uy2およびUy3のどこにも遅延電気信号は現れない。しかしながら、非圧電板１の上端面のどこかに接触することにより、端子Ux1, Ux2およびUx3のうちの１つに連続して２回の第１遅延電気信号が現われ、端子Uy1, Uy2およびUy3のうちの１つに連続して２回の第２遅延電気信号が現れる。これらの第１および第２遅延電気信号は信号分析器４で検出される。たとえば、入力用すだれ状電極Tx3と電極群Gx3の出力用すだれ状電極Rxa1との間の第１弾性表面波伝搬路と、入力用すだれ状電極Ty4と電極群Gy4の出力用すだれ状電極Ryb2との間の第２弾性表面波伝搬路の交点を接触すると、第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx2およびTx3と、Tx3およびTx4とに連続して印加された場合に限って端子Ux1に第１遅延電気信号が連続して２回現われ、第２入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty3およびTy4と、Ty4およびTy5とに連続して印加された場合に限って端子Uy2に第２遅延電気信号が連続して２回現れる。この場合、端子Ux1に連続して２回現れる第１遅延電気信号は、電極群Gx2の出力用すだれ状電極Rxb1での第１出力電気信号および電極群Gx4の出力用すだれ状電極Rxb1での第１出力電気信号に対応するものである。また、端子Uy2に連続して２回現れる第２遅延電気信号は、電極群Gy3の出力用すだれ状電極Rya2での第２出力電気信号および電極群Gy5の出力用すだれ状電極Rya2での第２出力電気信号に対応するものである。なぜならば、入力用すだれ状電極Tx3と電極群Gx3の出力用すだれ状電極Rxa1との間の第１弾性表面波と、入力用すだれ状電極Ty4と電極群Gy4の出力用すだれ状電極Ryb2との間の第２弾性表面波は、これら第１および第２弾性表面波にそれぞれ対応する第１および第２弾性表面波伝搬路の交点を接触することにより消失してしまうからである。つまり、第１入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx3に連続して２回印加されたときに第１遅延電気信号が端子Ux1に連続して２回現れ、第２入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty4に連続して２回印加されたときに第２遅延電気信号が端子Uy2に連続して２回現れる。このようにして、端子Ux1, Ux2およびUx3のうちの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われたときに第１入力電気信号が連続して２回印加されていたのは入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5のうちのどれであるか、また、端子Uy1, Uy2およびUy3のうちの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現れたときに第２入力電気信号が連続して２回印加されていたのは入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5のうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板１の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【００２７】
第１および第２遅延電気信号は、増幅器５を介してそれぞれ第１スイッチ６および第２スイッチ７に到達する。このようにして、自励振発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になり、従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００２８】
図５は電気機械結合係数k2とfd値との関係を示す特性図である。但し、fd値は第１弾性表面波の周波数fと第１圧電基板８の厚さdとの積を示し、k2値は第１圧電基板８の異なる２つの電気的境界条件下、すなわち電気的開放および短絡状態での位相速度差から算出される。また、非圧電板１を伝搬する横波の速度は4,203 m/s、縦波の速度は7,604 m/sである。第１圧電基板８を伝搬する横波および縦波の速度はそれぞれ2,450 m/sおよび4,390 m/sであることから、非圧電板１における横波および縦波の速度は、第１圧電基板８におけるそれらの速度のほぼ1.7倍であることがわかる。図５より、fd値が0.7 MHzmmのときに１次モードのk2値が最大値の14 %を示すことが分かる。すなわち、１次モードの弾性表面波が最も効率よく第１圧電基板８に励振され、そのときのfd値は0.7 MHzmmであることが分かる。
【００２９】
図６は非圧電板１と第１圧電基板８との層状構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図である。各モードのk2値の最大値は図５から得られたもので、図６においては●印で示されている。各々の●印での位相速度はほぼ3,800 m/sであり、この値は非圧電板１自身を伝搬するレイリー波の位相速度3,860 m/sとほぼ等しいことが分かる。
【００３０】
図７は、非圧電板１と第１圧電基板８との層状構造体を伝搬する１次モードの弾性表面波の変位分布を示す特性図である。層状構造体の深さはd値で規格化されており、変位は最大値を１として規格化されている。弾性表面波の垂直成分は実線で、水平成分は破線で示されている。図７より、垂直成分も水平成分も非圧電板１と第１圧電基板８との境界付近に存在することが分かる。すなわち、両成分とも非圧電板１の深部には漏洩されないことが分かる。従って、図３のような、液晶２が非圧電板１と非圧電板３の間に挟まれたようなサンドイッチ構造が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の超音波接触位置検出装置は非圧電板と、第１および第２超音波伝搬手段と、信号分析器から成り、小型軽量で、デバイス構成が簡単で、回路構成も簡単である。従って、大量生産が可能である。また、非圧電板としてガラス板などが可能なことから、耐久性にも優れ、使用頻度の多さや煩雑な使用にも対応しうる。
【００３２】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の上端面を接触することにより、端子Uxjの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われ、端子Uyjの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現れ、これらの第１および第２遅延電気信号は信号分析器で検出される。すなわち、端子Uxjの１つに第１遅延電気信号が連続して２回現われたときに第１入力電気信号が連続して２回印加されたのは入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるか、また、端子Uyjの１つに第２遅延電気信号が連続して２回現れたときに第２入力電気信号が連続して２回印加されたのは入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【００３３】
本発明の超音波接触位置検出装置では、第１、第２、第３および第４圧電基板が一体化されて１つの窓枠構造となることが可能である。このような構造を採用することにより、製造工程を簡略化することができる。
【００３４】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、これら２つの非圧電板の間に液晶が満たされた構造が可能である。このような構造は、液晶のディスプレイとしての機能と一体化させることを可能にする。
【００３５】
本発明の超音波接触位置検出装置では、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第１および第２スイッチが備えられた構造が可能である。信号分析器で検出された第１および第２遅延電気信号は、増幅器を介して第１および第２スイッチにそれぞれ到達する。このようにして、自励振発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になる。従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波接触位置検出装置に含まれるパネル部の一実施例を示す平面図。
【図２】パネル部の部分拡大平面図。
【図３】パネル部の断面図。
【図４】超音波接触位置検出装置の一実施例を示す構成図。
【図５】電気機械結合係数k2とfd値との関係を示す特性図。
【図６】非圧電板１と第１圧電基板８との層状構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図。
【図７】非圧電板１と第１圧電基板８との層状構造体を伝搬する１次モードの弾性表面波の変位分布を示す特性図。
【符号の説明】
１    非圧電板
２    液晶
３    非圧電板
４    信号分析器
５    増幅器
６    第１スイッチ
７    第２スイッチ
８    第１圧電基板
９    第２圧電基板
１０    第３圧電基板
１１    第４圧電基板
Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5    入力用すだれ状電極
Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5    電極群
Ux1, Ux2, Ux3    端子
Rxa1, Rxa2, Rxa3, Rxb1, Rxb2, Rxb3    出力用すだれ状電極
Ty1, Ty2, Ty3, Ty4, Ty5    入力用すだれ状電極
Gy1, Gy2, Gy3, Gy4, Gy5    電極群
Uy1, Uy2, Uy3    端子
Rya1, Rya2, Rya3, Ryb1, Ryb2, Ryb3    出力用すだれ状電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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