(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記超音波送受波手段ＸおよびＹに接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、
前記各超音波送受波手段は１組の入力用すだれ状電極Ｔ0と、Ｎ組の入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記すだれ状電極Ｔ0に対応する出力用すだれ状電極Ｒ0と、前記各すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応する少なくとも２組の出力用すだれ状電極Ｒi1およびＲi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、圧電板ＰTと、圧電板ＰRから成り、
前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiは前記圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、前記すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2は前記圧電板ＰRの一方の板面に設けられており、
前記圧電板ＰTは前記圧電板ＰTの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着され、前記圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されており、
前記すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行で、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向とは互いに平行でなく、前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、
前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiは、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電板ＰTと前記非圧電板から成る２層構造部ＢTに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記圧電板ＰRと前記非圧電板から成る２層構造部ＢRに伝搬させ、
前記２層構造部ＢTに励振される前記弾性波はＳ0モードおよび１次以上の高次モードの波で、
前記２層構造部ＢTに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板ＰTの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0とほぼ等しく、
前記すだれ状電極Ｒ0は、前記すだれ状電極Ｔ0によって前記２層構造部ＢTに励振され前記２層構造部ＢRに伝搬した弾性波を、位相θbaseを有する電気信号に変換して出力し、
前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2は、前記すだれ状電極Ｔiによって励振され前記２層構造部ＢRに伝搬した弾性波を、位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換し、
前記電気信号Ｅjは前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有し、
前記位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零であり、前記電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零であって、前記電気信号TotalＥjは前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2において検出されることはなく、
前記各圧電板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、
前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さく、
前記すだれ状電極ＴiおよびＲi1は前記非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄi1は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、
前記すだれ状電極ＴiおよびＲi2は前記非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄi2は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、
前記非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）は、前記微細伝搬路Ｚjに対応し、
前記微細伝搬路Ｚjは前記位相θjに対応し、
前記情報処理部は、微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記すだれ状電極Ｒi1またはＲi2のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記電気信号Ｅを出力した前記すだれ状電極Ｒi1またはＲi2を判別することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定し、
前記接触位置Ｆxは位相θxを有する電気信号Ｅxに対応し、前記出力電気信号Ｅは前記電気信号TotalＥjから前記電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、前記位相θは前記位相Totalθjから前記位相θxを除いた成分と等しい超音波タッチパネル。
【請求項２】
前記すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応するスイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を含む超音波タッチパネルであって、
前記スイッチＷiの出力端はそれぞれ前記すだれ状電極Ｔiの入力端に接続されており、
前記各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続され、
前記情報処理部は前記スイッチＷiを順次に所定の周期で断続し、前記位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記出力電気信号Ｅが検出された前記接続点Ｑ1またはＱ2を判別することと、前記出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていた前記スイッチＷiを特定することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定する請求項１に記載の超音波タッチパネル。
【請求項３】
前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しい請求項１または２に記載の超音波タッチパネル。
【請求項４】
前記すだれ状電極Ｔiに代えてすだれ状電極Ｍi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えるとともに、接地電極Ｇi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、スイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器Ｓを有する超音波タッチパネルであって、
前記すだれ状電極Ｍiの電極周期長および電極交差幅は前記すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐおよび電極交差幅Ｌとそれぞれ等しく、前記すだれ状電極Ｍiは前記圧電基板の前記一方の板面上において前記すだれ状電極Ｔiと同様な位置に設けられており、
前記接地電極Ｇiは前記圧電板ＰTのもう一方の板面の前記すだれ状電極Ｍiに対応する部分に設けられており、
前記圧電板ＰTは前記接地電極Ｇiを介して前記非圧電板の一方の板面に固着されており、
前記圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2を有しない方の板面を介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されており、
前記すだれ状電極Ｍiは、電極Ｍi-1およびＭi-2から成り、
前記各スイッチＷiは２つのスイッチＷi1およびＷi2から成り、
前記スイッチＷi1およびＷi2の出力端は前記電極Ｍi-1およびＭi-2の入力端にそれぞれ接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続され、
前記移相器Ｓは少なくとも１つのコイルＬ1を含み、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、前記すだれ状電極Ｍiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、
前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、前記電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しく、
前記各すだれ状電極Ｍiおよび前記各接地電極Ｇiは、前記各電極Ｍi-1と前記各接地電極Ｇiとの間および前記各電極Ｍi-2と前記各接地電極Ｇiとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＶiおよびＶ2を前記移相器Ｓを介して入力されることにより、前記２層構造部ＢTに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記２層構造部ＢRに伝搬させ、
前記電気信号Ｖ1およびＶ2は前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有し、
前記電極Ｍi-1の電極指と前記電極Ｍi-2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘＰにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｖ1とＶ2との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、
前記情報処理部は前記スイッチＷiを順次に所定の周期で断続し、前記位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記出力電気信号Ｅが検出された前記接続点Ｑ1またはＱ2を判別することと、前記出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていた前記スイッチＷiを特定することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定する請求項１に記載の超音波タッチパネル。
【請求項５】
前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
【請求項６】
前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
【請求項７】
前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄよりも大きく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
【請求項８】
前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｔ0とＲ0との間の弾性波の伝搬路を遅延素子とする発振器が構成されていて、
前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｒ0の出力端は、前記超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれの前記すだれ状電極Ｔ0の入力端に増幅器ＡXを介して接続されている請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波タッチパネル。
【請求項９】
前記超音波送受波手段Ｘにおける前記伝搬路Ｄi1およびＤi2と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記伝搬路Ｄi1およびＤi2とは互いに直交している請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１０】
前記各超音波送受波手段における前記伝搬路Ｄi1およびＤi2は互いに隣接するかまたは一部分を重複させている請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１１】
前記各圧電板が圧電セラミックで成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ方向と平行である請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１２】
前記各圧電板がＰＶＤＦその他の圧電性高分子化合物で成る請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力用すだれ状電極を備えた圧電板および出力用すだれ状電極を備えた圧電板を非圧電板の一方の板面に設け、その非圧電板のどちらか一方の板面上に人指または物体が接触したことを感知し、その位置を検出する超音波タッチパネルに関する。
【従来の技術】
超音波方式による従来のタッチパネルは、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に接触することにより弾性表面波が減衰するということを利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙げられる。くさび形トランスデューサは超音波による非破壊検査等に用いられているが、くさび角の工作精度の問題等から比較的低い周波数領域においてのみ用いられる。圧電薄膜トランスデューサはＺｎＯ等の圧電薄膜を基板に蒸着しすだれ状電極により弾性表面波を励振する方法で、すだれ状電極の構成により種々の伝送特性を示すことから高周波デバイスとして用いられるが、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯に限られるとともに加工性や量産性に問題がある。このようにして、従来の超音波タッチパネルでは応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性および使用しやすさ等の点で問題があり、使用周波数領域も制限されている。そこで、これらの問題点を解決する超音波タッチパネルが本願発明者により特願平４−２１８３３６等で出願された。この超音波タッチパネルは、圧電薄板とすだれ状電極とから成る超音波デバイスを非圧電板の一方の板面に少なくとも２つ設けて成るものであり、低消費電力で効率良く弾性表面波を非圧電板の板面に励振することができる。従って、一方の超音波デバイスを入力用とし、もう一方の超音波デバイスを出力用とした場合、非圧電板の一方の板面における弾性表面波の伝搬路に人指または物体が接触すれば弾性表面波が減衰または消滅することから、出力用超音波デバイスにおけるすだれ状電極に出力される電気信号も減衰または消滅する。しかし、この超音波タッチパネルを含む従来のタッチパネルは、接触位置の細密さにいっそうの向上を要するとともに、信号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波タッチパネルでは感度、工作精度、加工性、量産性、消費電力等に問題があるばかりでなく、信号処理の仕方や回路構成等にも問題があった。
本発明の目的は、加工性、耐久性および量産性に優れ、低消費電力駆動で応答時間が短く、信号処理の仕方が簡単で、回路の規模も小さく、接触位置の細密な検出が可能で、使用しやすさに優れた超音波タッチパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波タッチパネルは、非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記超音波送受波手段ＸおよびＹに接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、
前記各超音波送受波手段は１組の入力用すだれ状電極Ｔ0と、Ｎ組の入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記すだれ状電極Ｔ0に対応する出力用すだれ状電極Ｒ0と、前記各すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応する少なくとも２組の出力用すだれ状電極Ｒi1およびＲi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、圧電板ＰTと、圧電板ＰRから成り、
前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiは前記圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、前記すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2は前記圧電板ＰRの一方の板面に設けられており、
前記圧電板ＰTは前記圧電板ＰTの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板の一方の板面に固着され、前記圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されており、
前記すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行で、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向とは互いに平行でなく、前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、
前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiは、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電板ＰTと前記非圧電板から成る２層構造部ＢTに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記圧電板ＰRと前記非圧電板から成る２層構造部ＢRに伝搬させ、
前記２層構造部ＢTに励振される前記弾性波はＳ0モードおよび１次以上の高次モードの波で、
前記２層構造部ＢTに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板ＰTの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0とほぼ等しく、
前記すだれ状電極Ｒ0は、前記すだれ状電極Ｔ0によって前記２層構造部ＢTに励振され前記２層構造部ＢRに伝搬した弾性波を、位相θbaseを有する電気信号に変換して出力し、
前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2は、前記すだれ状電極Ｔiによって励振され前記２層構造部ＢRに伝搬した弾性波を、位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換し、
前記電気信号Ｅjは前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有し、
前記位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零であり、前記電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零であって、前記電気信号TotalＥjは前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2において検出されることはなく、
前記各圧電板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、
前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さく、
前記すだれ状電極ＴiおよびＲi1は前記非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄi1は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、
前記すだれ状電極ＴiおよびＲi2は前記非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄi2は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、
前記非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）は、前記微細伝搬路Ｚjに対応し、
前記微細伝搬路Ｚjは前記位相θjに対応し、
前記情報処理部は、微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記すだれ状電極Ｒi1またはＲi2のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記電気信号Ｅを出力した前記すだれ状電極Ｒi1またはＲi2を判別することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定し、
前記接触位置Ｆxは位相θxを有する電気信号Ｅxに対応し、前記出力電気信号Ｅは前記電気信号TotalＥjから前記電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、前記位相θは前記位相Totalθjから前記位相θxを除いた成分と等しい。
請求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応するスイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を含む超音波タッチパネルであって、
前記スイッチＷiの出力端はそれぞれ前記すだれ状電極Ｔiの入力端に接続されており、
前記各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続され、
前記情報処理部は前記スイッチＷiを順次に所定の周期で断続し、前記位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記出力電気信号Ｅが検出された前記接続点Ｑ1またはＱ2を判別することと、前記出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていた前記スイッチＷiを特定することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定する。
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計が、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しい。
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記すだれ状電極Ｔiに代えてすだれ状電極Ｍi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えるとともに、接地電極Ｇi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、スイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器Ｓを有する超音波タッチパネルであって、
前記すだれ状電極Ｍiの電極周期長および電極交差幅は前記すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐおよび電極交差幅Ｌとそれぞれ等しく、前記すだれ状電極Ｍiは前記圧電基板の前記一方の板面上において前記すだれ状電極Ｔiと同様な位置に設けられており、
前記接地電極Ｇiは前記圧電板ＰTのもう一方の板面の前記すだれ状電極Ｍiに対応する部分に設けられており、
前記圧電板ＰTは前記接地電極Ｇiを介して前記非圧電板の一方の板面に固着されており、
前記圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2を有しない方の板面を介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されており、
前記すだれ状電極Ｍiは、電極Ｍi-1およびＭi-2から成り、
前記各スイッチＷiは２つのスイッチＷi1およびＷi2から成り、
前記スイッチＷi1およびＷi2の出力端は前記電極Ｍi-1およびＭi-2の入力端にそれぞれ接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、
前記各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続され、
前記移相器Ｓは少なくとも１つのコイルＬ1を含み、
前記すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、前記すだれ状電極Ｍiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、
前記各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、前記電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しく、
前記各すだれ状電極Ｍiおよび前記各接地電極Ｇiは、前記各電極Ｍi-1と前記各接地電極Ｇiとの間および前記各電極Ｍi-2と前記各接地電極Ｇiとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＶiおよびＶ2を前記移相器Ｓを介して入力されることにより、前記２層構造部ＢTに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記２層構造部ＢRに伝搬させ、
前記電気信号Ｖ1およびＶ2は前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有し、
前記電極Ｍi-1の電極指と前記電極Ｍi-2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘＰにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｖ1とＶ2との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、
前記情報処理部は前記スイッチＷiを順次に所定の周期で断続し、前記位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、前記接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知し、前記接触位置Ｆxを、前記出力電気信号Ｅが検出された前記接続点Ｑ1またはＱ2を判別することと、前記出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていた前記スイッチＷiを特定することと、前記位相θbaseと前記位相θとの差を検出することにより特定する。
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、前記非圧電板の厚さが前記各圧電板の厚さｄよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい。
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記非圧電板の厚さが前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい。
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記非圧電板の厚さが前記各圧電板の厚さｄよりも大きく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい。
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｔ0とＲ0との間の弾性波の伝搬路を遅延素子とする発振器が構成されていて、
前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｒ0の出力端は、前記超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれの前記すだれ状電極Ｔ0の入力端に増幅器ＡXを介して接続されている。
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記伝搬路Ｄi1およびＤi2と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記伝搬路Ｄi1およびＤi2とが互いに直交している。
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段における前記伝搬路Ｄi1およびＤi2が互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
請求項１１に記載の超音波タッチパネルは、前記各圧電板が圧電セラミックで成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ方向と平行である。
請求項１２に記載の超音波タッチパネルは、前記各圧電板がＰＶＤＦその他の圧電性高分子化合物で成る。
【発明の実施の形態】
本発明の超音波タッチパネルは、非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹと、その超音波送受波手段ＸおよびＹに接続された情報処理部から成る。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造は、各超音波送受波手段が１組の入力用すだれ状電極Ｔ0と、Ｎ組の入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、すだれ状電極Ｔ0に対応する出力用すだれ状電極Ｒ0と、各すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応する少なくとも２組の出力用すだれ状電極Ｒi1およびＲi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、圧電板ＰTと、圧電板ＰRから成るものである。すだれ状電極Ｔ0およびＴiは圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2は圧電板ＰRの一方の板面に設けられている。圧電板ＰTは圧電板ＰTのどちらか一方の板面を介して非圧電板の一方の板面上に固着され、圧電板ＰRは圧電板ＰRのどちらか一方の板面を介して非圧電板の同じ板面上に固着されている。すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行である。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向とは互いに平行でなく、すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大きさに設定される。各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しくなるような大きさに設定される。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0およびＴiに入力する構造を採用している。各圧電板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さく、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さいことから、圧電板ＰTと非圧電板から成る２層構造部ＢTに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬し、さらに圧電板ＰRと非圧電板から成る２層構造部ＢRに伝搬させることができる。
２層構造部ＢTに励振される弾性波はＳ0モードおよび１次以上の高次モードの波である。２層構造部ＢTに励振される弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板ＰTの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ0およびＴiから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板ＰTと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。このようにして、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。その上、非圧電板の板面の面積を比較的大規模にすることも可能である。
すだれ状電極Ｔ0によって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、すだれ状電極Ｒ0によって位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力される。一方、各すだれ状電極Ｔiによって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2によって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有する。位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零となり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零となる。つまり、電気信号TotalＥjはすだれ状電極Ｒi1およびＲi2において検出されることはない。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、非圧電板において、すだれ状電極ＴiおよびＲi1は弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、すだれ状電極ＴiおよびＲi2は弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄi1は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、各伝搬路Ｄi2もまた微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成る。非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触すると、すだれ状電極Ｒi1またはＲi2のどれかにおいて位相θを有する出力電気信号Ｅが情報処理部によって検出される。つまり、非圧電板の板面を接触しない場合には、各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において弾性波から変換される電気信号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚxが遮断されると、その微細伝搬路Ｚxに対応する弾性波が各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において位相θxを有する電気信号Ｅxに変換されることがないので、全体としての均衡が崩れて各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において出力電気信号Ｅが検出されることになる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しくなる。本発明の超音波タッチパネルの情報処理部では、電気信号Ｅを出力したすだれ状電極Ｒi1またはＲi2を判別することと、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定している。また、非圧電板の板面にほんの軽く手を触れた程度では弾性波は消滅または減衰しないことから、非圧電板上への手付き等による誤動作を防ぐことができる。このようにして、非圧電板上への軽い手つきや少量の異物の付着などによる影響を受けることがなく、しかも応答時間が短い。従って、入力ペンのペン先等で非圧電板上に接触したときにのみ応答があるようなタッチパネルが実現できる。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応するスイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えることが可能である。スイッチＷiの出力端はそれぞれすだれ状電極Ｔiの入力端に接続される。また、各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続される。このとき、情報処理部はまず第１に、スイッチＷiを順次に所定の周期で断続する機能を有する。第２に、位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知する。第３に、出力電気信号Ｅが検出された接続点Ｑ1またはＱ2を判別する。第４に、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷiを特定する。そして第５に、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定する。
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造は、各超音波送受波手段が１組の入力用すだれ状電極Ｔ0と、Ｎ組の入力用すだれ状電極Ｍi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、Ｎ個の接地電極Ｇi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、すだれ状電極Ｔ0に対応する出力用すだれ状電極Ｒ0と、各すだれ状電極Ｍiにそれぞれ対応する少なくとも２組の出力用すだれ状電極Ｒi1およびＲi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、圧電板ＰTと、圧電板ＰRと、Ｎ組のスイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、移相器Ｓから成るものである。すだれ状電極Ｔ0およびＭiは圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、接地電極Ｇiは圧電板ＰTのもう一方の板面のすだれ状電極Ｍiに対応する部分に設けられており、圧電板ＰTは接地電極Ｇiを介して非圧電板の一方の板面上に固着されている。すだれ状電極Ｒ0は圧電板ＰRの一方の板面のすだれ状電極Ｔ0に対向する部分に設けられ、すだれ状電極Ｒi1およびＲi2は圧電板ＰRの同じ板面の各すだれ状電極Ｍiに対向する部分に設けられており、圧電板ＰRは、圧電板ＰRのもう一方の板面を介して非圧電板の圧電板ＰTが設けられている方の板面に固着されている。すだれ状電極Ｍiは、電極Ｍi-1およびＭi-2から成り、電極Ｍi-1の電極指と電極Ｍi-2の電極指との間の距離には２種類ある。移相器Ｓは少なくとも１つのコイルＬ1を含む。すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行である。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向と、すだれ状電極Ｍiの電極指の方向とは互いに平行でなく、すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、すだれ状電極Ｍiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電極Ｔ0，ＭiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大きさに設定される。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、すだれ状電極Ｍiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような大きさに設定される。スイッチＷiはスイッチＷi-1およびスイッチＷi-2から成り、スイッチＷi-1の出力端は電極Ｍi-1の入力端に接続され、スイッチＷi-2の出力端は電極Ｍi-2の入力端に接続されている。各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続される。
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0に入力することにより、圧電板ＰTと非圧電板から成る２層構造部ＢTに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬し、さらに圧電板ＰRと非圧電板から成る２層構造部ＢRに伝搬させることができる。また、各電極Ｍi-1と各接地電極Ｇiとの間および各電極Ｍi-2と各接地電極Ｇiとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＶiおよびＶ2を移相器Ｓを介して入力することにより、２層構造部ＢTに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬し、さらに２層構造部ＢRに伝搬させることができる。一方向性の弾性波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にする。電気信号ＶiおよびＶ2の周波数は電極周期長Ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｍi-1の電極指と電極Ｍi-2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘＰにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、電気信号ＶiとＶ2との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合に、２層構造部ＢTに一方向性の弾性波が励振される。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘＰをＰ／４とし、位相差２πｙをπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）とする電気信号ＶiおよびＶ2を入力することにより、２層構造部ＢTに一方向性の弾性波を励振することが可能となる。
２層構造部ＢTに励振される弾性波はＳ0モードおよび１次以上の高次モードの波である。２層構造部ＢTに励振される弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板ＰTの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ0およびＭiから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板ＰTと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。このようにして、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。その上、非圧電板の板面の面積を比較的大規模にすることも可能である。
すだれ状電極Ｔ0によって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、すだれ状電極Ｒ0によって位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力される。一方、各すだれ状電極Ｍiおよび各接地電極Ｇiによって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2によって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有する。位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零である。つまり、電気信号TotalＥjはすだれ状電極Ｒi1およびＲi2において検出されることはない。
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、非圧電板において、すだれ状電極ＭiおよびＲi1は弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、すだれ状電極ＭiおよびＲi2は弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄi1は微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成り、各伝搬路Ｄi2もまた微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成る。非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触すると、すだれ状電極Ｒi1またはＲi2のどれかにおいて位相θを有する出力電気信号Ｅが情報処理部によって検出される。つまり、非圧電板の板面に接触すると、超音波の微細伝搬路Ｚxが遮断されることから、その微細伝搬路Ｚxに対応する弾性波が各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において位相θxを有する電気信号Ｅxに変換されることがないので、全体としての均衡が崩れて各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において出力電気信号Ｅが検出されることになる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しくなる。本発明の超音波タッチパネルの情報処理部では、まず第１に、スイッチＷiを順次に所定の周期で断続する機能を有する。この場合、スイッチＷi-1とそれに対応するスイッチＷi-2とは常に同じ状態に置かれる。たとえば、スイッチＷ2-1が接続していればスイッチＷ2-2も接続している。このようにして、すだれ状電極Ｍiに順次に所定の周期で電気信号を入力できる。第２に、位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知する。第３に、出力電気信号Ｅが検出された接続点Ｑ1またはＱ2を判別する。第４に、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷiを特定する。そして第５に、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定する。
本発明の超音波タッチパネルでは、各圧電板の厚さｄは電極周期長Ｐよりも小さく、非圧電板の厚さは各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さい。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄよりも小さい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄとほぼ等しい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄよりも大きい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。
本発明の超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｔ0とＲ0との間の弾性波の伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することが可能である。このとき、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｒ0の出力端は、超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれのすだれ状電極Ｔ0の入力端に増幅器ＡXを介して接続される。このようにして、低電圧で、低消費電力駆動が可能となる。
本発明の超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段Ｘにおける伝搬路Ｄi1およびＤi2と、超音波送受波手段Ｙにおける伝搬路Ｄi1およびＤi2とを互いに直交させる構造を採用することにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させることが可能となる。
本発明の超音波タッチパネルでは、伝搬路Ｄi1およびＤi2を互いに隣接させるかまたは一部分を重複させる構造、すなわち、伝搬路Ｄi1，Ｄi2，Ｄ(i+1)1，Ｄ(i+1)2……，が互いに隣接するかまたは一部分が重複した構造を採用することにより、非圧電板の両方の板面にまんべんなく弾性波を伝搬させることができる。
本発明の超音波タッチパネルでは、各圧電板として圧電セラミックを採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行にする構造を採用することにより、２層構造部ＢTに効率よく弾性波を励振し、非圧電板中に伝搬させ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することを可能にする。
本発明の超音波タッチパネルでは、各圧電板としてＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムを採用することにより、２層構造部ＢTに効率よく弾性波を励振し、非圧電板中に伝搬させ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することを可能にする。
【実施例】
図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す断面図である。本実施例は非圧電板１、情報処理部２、スイッチＷ1，Ｗ2、増幅器ＡX、Ｘ軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向の超音波送受波手段Ｙから成る。超音波送受波手段Ｘはすだれ状電極ＴX0、すだれ状電極ＴX1，ＴX2、すだれ状電極ＲX0、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23，ＲX24、圧電板ＰTXおよび圧電板ＰRXから成る。超音波送受波手段Ｙはすだれ状電極ＴY0、すだれ状電極ＴY1，ＴY2、すだれ状電極ＲY0、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23，ＲY24、圧電板ＰTYおよび圧電板ＰRYから成る。各すだれ状電極はアルミニウム薄膜で成る。但し、図１では非圧電板１、圧電板ＰTX，圧電板ＰRX、すだれ状電極ＴX1およびＲX11のみが描かれている。各圧電板は厚さ１ｍｍの圧電セラミックで成る。非圧電板１は厚さ１５０μｍのガラスで成る。各圧電板は非圧電板１の下端面に厚さ約２０μｍのエポキシ系樹脂によって固着されている。圧電板ＰTXと非圧電板１は２層構造部ＢTXを形成し、圧電板ＰRXと非圧電板１は２層構造部ＢRXを形成する。同様にして、圧電板ＰTYと非圧電板１は２層構造部ＢTYを形成し、圧電板ＰRYと非圧電板１は２層構造部ＢRYを形成する。本実施例の超音波タッチパネルを使用する場合、非圧電板１の上端面または下端面を接触すればその位置を検出できる。
図２は図１の超音波タッチパネルの平面図である。図２では非圧電板１、各圧電板および各すだれ状電極のみが描かれている。すだれ状電極ＴX0，ＴX1およびＴX2は圧電板ＰTXの一方の端面に設けられ、すだれ状電極ＲX0，ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24は圧電板ＰRXの一方の端面に設けられ、すだれ状電極ＴY0，ＴY1およびＴY2は圧電板ＰTYの一方の端面に設けられ、すだれ状電極ＲY0，ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24は圧電板ＰRYの一方の端面に設けられている。このようにして、本実施例では各すだれ状電極は非圧電板１とは接触していないが、各すだれ状電極が各圧電板と非圧電板１との界面に設けられた構造も可能である。また、本実施例では各圧電板がそれぞれ独立した構造を有しているが、隣あった２つの圧電板どうしが結合して一体となった構造を採用することも可能である。すだれ状電極ＴX0，ＲX0，ＴY0およびＲY0は同様な構造を有し、それらの電極交差幅はすだれ状電極ＴX1，ＴX2，ＴY1およびＴY2よりも短い。すだれ状電極ＴX1，ＴX2，ＴY1およびＴY2は同様な構造を有する。また、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23，ＲX24，ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24は同様な構造を有する。すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24の電極指の方向と、すだれ状電極ＴX1およびＴX2の電極指の方向とは互いに平行ではない。すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24の電極指の方向と、すだれ状電極ＴY1およびＴY2の電極指の方向とは互いに平行ではない。
図３は図１の超音波タッチパネルの部分拡大平面図である。図３では各すだれ状電極の位置関係が示される。各すだれ状電極はそれぞれ１０対の電極指を有する。すだれ状電極ＴX0，ＲX0，ＴY0およびＲY0の電極交差幅は１ｍｍ、電極周期長Ｐは１．６ｍｍである。すだれ状電極ＴX1，ＴX2，ＴY1およびＴY2の電極交差幅Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは１．６ｍｍである。すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13およびＲX14それぞれの、すだれ状電極ＴX1の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＴX1の電極交差幅Ｌと等しく、すだれ状電極ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24それぞれの、すだれ状電極ＴX2の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＴX2の電極交差幅Ｌと等しい。また、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13およびＲY14それぞれの、すだれ状電極ＴY1の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＴY1の電極交差幅Ｌと等しく、すだれ状電極ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24それぞれの、すだれ状電極ＴY2の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＴY2の電極交差幅Ｌと等しい。本実施例の超音波タッチパネルでは、非圧電板１の上端面または下端面を接触すればその位置を検出できる。この場合、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24における各交差幅ＬNの範囲内の、すだれ状電極ＴX1およびＴX2の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を人指または物体で接触した場合に、その位置を検出することができる。同様にして、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24における各交差幅ＬNの範囲内の、すだれ状電極ＴY1およびＴY2の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を人指または物体で接触した場合に、その位置を検出することができる。
図４はすだれ状電極ＲX11を示す平面図である。すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24の電極指の方向はすだれ状電極ＴX1およびＴX2の電極指の方向に対して角αの傾きを有し、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24の電極指の方向はすだれ状電極ＴY1およびＴY2の電極指の方向に対して角αの傾きを有する。すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23，ＲX24，ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大きさに設定されている。すだれ状電極ＲX11、ＲX12、ＲX13およびＲX14の電極指の方向でのそれぞれの交差幅ＬPは交差幅ＬNとsecαとの積に等しい。つまり、交差幅ＬPの合計は、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような大きさに設定されている。同様にして、すだれ状電極ＲX21、ＲX22、ＲX23およびＲX24の電極指の方向でのそれぞれの交差幅ＬPの合計は、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような大きさに設定されている。すだれ状電極ＲY11、ＲY12、ＲY13およびＲY14の電極指の方向でのそれぞれの交差幅ＬPの合計は、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような大きさに設定されている。すだれ状電極ＲY21、ＲY22、ＲY23およびＲY24の電極指の方向でのそれぞれの交差幅ＬPの合計は、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような大きさに設定されている。
図５は図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。情報処理部２は８つの位相比較器３、コンピュータ４およびスイッチ切り替え器５から成る。スイッチＷ1の出力端はすだれ状電極ＴX1およびＴY1の入力端に接続され、スイッチＷ2の出力端はすだれ状電極ＴX2およびＴY2の入力端に接続されている。すだれ状電極ＲX11とＲX21、すだれ状電極ＲX12とＲX22、すだれ状電極ＲX13とＲX23、およびすだれ状電極ＲX14とＲX24において、それぞれ２つの出力端は互いに接続点ＱX1，ＱX2，ＱX3およびＱX4で接続され、各増幅器ＡＭＰを介して各位相比較器３の入力端に接続されている。すだれ状電極ＲY11とＲY21、すだれ状電極ＲY12とＲY22、すだれ状電極ＲY13とＲY23、およびすだれ状電極ＲY14とＲY24において、それぞれ２つの出力端は互いに接続点ＱY1，ＱY2，ＱY3およびＱY4で接続され、各増幅器ＡＭＰを介して各位相比較器３の入力端に接続されている。
図５の駆動回路において、すだれ状電極ＴX0，ＴX1およびＴX2から電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、２層構造部ＢTXに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波が励振され、その弾性波は非圧電板１中に伝搬され、さらに２層構造部ＢRXに伝搬される。すだれ状電極ＴX0によって励振され２層構造部ＢRXまで伝搬された弾性波は、すだれ状電極ＲX0によって位相θbaseを有する電気信号に変換され出力される。すだれ状電極ＲX0によって出力された電気信号は増幅器ＡXによって増幅される。増幅された電気信号の一部▲１▼はすだれ状電極ＴX0およびＴY0に再び入力される。このようにして、すだれ状電極ＴX0とＲX0との間の弾性波の伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することができる。すだれ状電極ＲX0から出力され、増幅された電気信号の残部▲２▼は４つの位相比較器３の入力端に接続される。すだれ状電極ＴX1によって励振され２層構造部ＢRXまで伝搬された弾性波は、すだれ状電極ＲX11、ＲX12、ＲX13およびＲX14それぞれによって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）に変換される。すだれ状電極ＴX2によって励振され２層構造部ＢRXまで伝搬された弾性波は、すだれ状電極ＲX21、ＲX22、ＲX23およびＲX24それぞれによって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）に変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有する。位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零である。つまり、電気信号TotalＥjは各すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24において検出されることはない。
図５の駆動回路において、すだれ状電極ＴY0，ＴY1およびＴY2から電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、２層構造部ＢTYに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波が励振され、その弾性波は非圧電板１中に伝搬され、さらに２層構造部ＢRYに伝搬される。すだれ状電極ＴY0によって励振され２層構造部ＢRYまで伝搬された弾性波は、すだれ状電極ＲY0によって位相θbaseを有する電気信号に変換され出力される。すだれ状電極ＲY0によって出力された電気信号は増幅器ＡYによって増幅される。増幅された電気信号の一部▲３▼はスイッチ切り替え器５の入力端に入力され、残部▲４▼は４つの位相比較器３の入力端に接続される。スイッチ切り替え器５はコンピュータ４の指令によってスイッチＷ1およびＷ2を交互に切り替え、電気信号▲３▼をすだれ状電極ＴX1およびＴY1と、すだれ状電極ＴX2およびＴY2に交互に入力する。すだれ状電極ＴY1によって励振され２層構造部ＢRYまで伝搬された弾性波は、すだれ状電極ＲX21、ＲX22、ＲX23およびＲX24それぞれによって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）に変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有する。位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零である。つまり、電気信号TotalＥjは各すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24において検出されることはない。
第１の実施例の超音波タッチパネルでは、非圧電板１において、すだれ状電極ＴX1およびＴX2と、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24との間に弾性波の伝搬路ＤX11，ＤX12，ＤX13，ＤX14，ＤX21，ＤX22，ＤX23およびＤX24が形成される。同様にして、すだれ状電極ＴY1およびＴY2と、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24との間に弾性波の伝搬路ＤY11，ＤY12，ＤY13，ＤY14，ＤY21，ＤY22，ＤY23およびＤY24が形成される。各伝搬路はそれぞれ微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）から成る。第１の実施例の超音波タッチパネルでは、位相θjを位置Ｆjに対応させることが可能である。また、位置Ｆjを微細伝搬路Ｚjに対応させることが可能である。もしも、位置Ｆxを接触すると、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力されるとともに、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力される。接触位置Ｆxは、微細伝搬路Ｚxに対応するとともに、位相θxを有する電気信号Ｅxに対応する。このとき、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しく（Ｅ＝TotalＥj−Ｅx＝−Ｅx）、出力電気信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しくなる（θ＝Totalθj−θx＝−θx）。つまり、非圧電板１の上端面または下端面を接触しない場合には、電気信号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚxが遮断されると、その微細伝搬路Ｚxに対応する弾性波が各すだれ状電極において電気信号Ｅxに変換されることがないので、全体としての均衡が崩れて位相θを有する電気信号Ｅが出力されることになる。位相比較器３は位相θbaseと位相θとの差（θbase−θ）を検出し、コンピュータ４は、この位相差（θbase−θ）から接触位置Ｆxを検出する。
第１の実施例の超音波タッチパネルでは、コンピュータ４は、スイッチ切り替え器５に指令を出してスイッチＷ1およびＷ2を交互に切り替えるとともに、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷ1またはＷ2を特定することができる。従って、接触位置Ｆxに対応する微細伝搬路Ｚxが伝搬路ＤX11，ＤX12，ＤX13，ＤX14，ＤY11，ＤY12，ＤY13およびＤY14で成るグループに含まれるのか、または伝搬路ＤX21，ＤX22，ＤX23，ＤX24，ＤY21，ＤY22，ＤY23およびＤY24で成るグループに含まれるのかが分かる。また、位相差（θbase−θ）が検出されたときの位相比較器３を特定することにより、接触位置Ｆxに対応する微細伝搬路Ｚxが伝搬路ＤX11およびＤX21で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤX12およびＤX22で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤX13およびＤX23で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤX14およびＤX24で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤY11およびＤY21で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤY12およびＤY22で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤY13およびＤY23で成る対に含まれるのか、伝搬路ＤY14およびＤY24で成る対に含まれるのかが分かる。このようにして、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷ1またはＷ2を特定するとともに、位相差（θbase−θ）が検出された位相比較器３を特定することにより、接触位置Ｆxに対応する微細伝搬路Ｚxを含む伝搬路が判明する。さらに、この位相差（θbase−θ）から接触位置Ｆxを特定することができる。本実施例の超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段Ｘにおける各伝搬路と、超音波送受波手段Ｙにおける各伝搬路とが互いに直交している。従って、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させることができる。超音波送受波手段Ｘにおける各伝搬路どうしは互いに隣接しており、超音波送受波手段Ｙにおける各伝搬路どうしは互いに隣接している。従って、非圧電板１にまんべんなく弾性波を伝搬させることができるので、より細密な接触位置の検出が可能であり、非圧電板１の上端面または下端面を隙間なく利用できる。
図６は図１の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出した電気機械結合係数ｋ2と、弾性波の周波数ｆと圧電板ＰTXの厚さｄとの積（ｆｄ）との関係を示す特性図である。但し、図６では、非圧電板１が、非圧電板１単体を伝搬する弾性波の横波の速度（Ｖg-t）が４２０３ｍ／ｓで縦波の速度（Ｖg-l）が７６０４ｍ／ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度４２０３ｍ／ｓおよび縦波速度７６０４ｍ／ｓという値は、圧電板ＰTX単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ１．７倍である。図６ではＡ0モードのｋ2値のみが常に５％を下回っている。従って、Ａ0モードを除くモード、つまりＳ0モードおよび１次（Ａ1およびＳ1）以上の高次モードの弾性波が効率よく２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振されることが分かる。入力用すだれ状電極に加えられる電気的エネルギーは、たとえばＡ2モードの弾性波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約３．８ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ2値は最大値の約１４％に達する。なお、ここでのｋ2値は、弾性表面波用の圧電基板として実用域にあるＬｉＮｂＯ3単結晶が５％程度の値であることと比較しても評価に値することが明らかである。
図７は図１の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図７では、非圧電板１が図６と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、入力用すだれ状電極に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図６から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示す。図７ではｆｄ値が零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0は約３７５０ｍ／ｓである。●印における位相速度はほぼＶfd=0値と等しいことが分かる。このようにして、２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振される弾性波の位相速度とＶfd=0値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ2の最大値をもたらすことが分かる。図８は非圧電板１の上端面または下端面の接触位置Ｆxと、超音波送受波手段ＸまたはＹにおける位相比較器３で検出される位相差（θbase−θ）との関係を示す特性図である。但し、位置ＦxとＦx-1との距離は０．５ｍｍとした。位置Ｆxが零から１２ｍｍの間であるのは、すだれ状電極ＴX1，ＴX2，ＴY1またはＴY2の電極交差幅Ｌが１２ｍｍであることによる。位置Ｆxと位相差（θbase−θ）との間には良好な線形性があることが分かる。このようにして、位相差（θbase−θ）から接触した位置Ｆxを判別することが可能となる。
図９は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す部分断面図である。本実施例は第１の実施例のすだれ状電極ＴX1，ＴX2，ＴY1およびＴY2がすだれ状電極ＭX1，ＭX2，ＭY1およびＭY2に置き換わり、スイッチＷ1がスイッチＷ11およびＷ12に置き換わり、スイッチＷ2がスイッチＷ21およびＷ22に置き換わるとともに、新たに接地電極ＧX1，ＧX2，ＧY1，ＧY2および移相器Ｓが加わったものである。図９ではすだれ状電極ＭX1、接地電極ＧX1および移相器Ｓの関係が描かれている。接地電極ＧX1，ＧX2，ＧY1およびＧY2はアルミニウム薄膜で成り、同様な構造を成す。接地電極ＧX1およびＧX2は、圧電板ＰTXのすだれ状電極ＭX1およびＭX2に対応する部分にそれぞれ設けられ、接地電極ＧY1およびＧY2は、圧電板ＰTYのすだれ状電極ＭY1およびＭY2に対応する部分にそれぞれ設けられている。移相器ＳはコイルＬ1を含む。
図１０は図９の超音波タッチパネルの部分拡大平面図である。図１０では各すだれ状電極の位置関係が示される。すだれ状電極ＭX1，ＭX2，ＭY1およびＭY2はそれぞれ１０対の電極指を有し、電極交差幅Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは１．６ｍｍである。すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13およびＲX14それぞれの、すだれ状電極ＭX1の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＭX1の電極交差幅Ｌと等しく、すだれ状電極ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24それぞれの、すだれ状電極ＭX2の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＭX2の電極交差幅Ｌと等しい。また、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13およびＲY14それぞれの、すだれ状電極ＭY1の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＭY1の電極交差幅Ｌと等しく、すだれ状電極ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24それぞれの、すだれ状電極ＭY2の電極指の方向での交差幅ＬNの合計は、すだれ状電極ＭY2の電極交差幅Ｌと等しい。本実施例の超音波タッチパネルでは、非圧電板１の上端面または下端面において、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24における各交差幅ＬNの範囲内の、すだれ状電極ＭX1およびＭX2の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を人指または物体で接触した場合に、その位置を検出することができる。同様にして、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24における各交差幅ＬNの範囲内の、すだれ状電極ＭY1およびＭY2の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を人指または物体で接触した場合に、その位置を検出することができる。
図１１はすだれ状電極ＭX1を示す平面図である。すだれ状電極ＭX1は電極ＭX1-1およびＭX1-2から成り、電極ＭX1-1の電極指と電極ＭX1-2の電極指との間の距離には２種類あって、そのうち短い方の距離ｘＰは４００μｍである。すだれ状電極ＭX2，ＭY1およびＭY2はすだれ状電極ＭX1と同様な構造を成す。
図１２は図９の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。スイッチＷ11の出力端はすだれ状電極ＭX1-1およびＭY1-1の入力端に接続され、スイッチＷ12の出力端はすだれ状電極ＭX1-2およびＭY1-2の入力端に接続され、スイッチＷ21の出力端はすだれ状電極ＭX2-1およびＭY2-1の入力端に接続され、スイッチＷ22の出力端はすだれ状電極ＭX2-2およびＭY2-2の入力端に接続されている。すだれ状電極ＲX11とＲX21、すだれ状電極ＲX12とＲX22、すだれ状電極ＲX13とＲX23、およびすだれ状電極ＲX14とＲX24において、それぞれ２つの出力端は互いに接続点ＱX1，ＱX2，ＱX3およびＱX4で接続され、各増幅器ＡＭＰを介して各位相比較器３の入力端に接続されている。すだれ状電極ＲY11とＲY21、すだれ状電極ＲY12とＲY22、すだれ状電極ＲY13とＲY23、およびすだれ状電極ＲY14とＲY24において、それぞれ２つの出力端は互いに接続点ＱY1，ＱY2，ＱY3およびＱY4で接続され、各増幅器ＡＭＰを介して各位相比較器３の入力端に接続されている。
図１２の駆動回路では、すだれ状電極ＴX0，ＲX0，ＴY0およびＲY0は図５の駆動回路と同様な機能を果たす。また、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23，ＲX24，ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24についても図５の駆動回路と同様な機能を果たす。電極ＭX1-1と接地電極ＧX1との間および電極ＭX1-2と接地電極ＧX1との間に位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＶiおよびＶ2が移相器Ｓおよびスイッチ切り替え器５を介してスイッチＷ11およびＷ12から入力されると、２層構造部ＢTXに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性波が励振され、その弾性波は非圧電板１中に伝搬される。ここで、電極ＭX1-1の電極指と電極ＭX1-2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘＰにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、電気信号Ｖ1とＶ2との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合に、２層構造部ＢTXに一方向性の弾性波が励振される。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘＰをＰ／４とし、位相差２πｙをπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）とする電気信号Ｖ1およびＶ2を入力することにより、２層構造部ＢTXに一方向性の弾性波を励振することが可能となる。このようにして、すだれ状電極ＭX1と接地電極ＧX1によって２層構造部ＢTXに一方向性の弾性波を励振することができる。同様にして、すだれ状電極ＭX2と接地電極ＧX2によって２層構造部ＢTXに一方向性の弾性波を励振することができる。また、すだれ状電極ＭY1と接地電極ＧY1、およびすだれ状電極ＭY2と接地電極ＧY2によって２層構造部ＢTYに一方向性の弾性波を励振することができる。電気信号▲３▼は移相器Ｓを介してスイッチ切り替え器５の入力端に入力される。スイッチ切り替え器５はコンピュータ４の指令によってスイッチＷ11およびＷ12と、スイッチＷ21およびＷ22とを交互に切り替え、電気信号▲３▼をすだれ状電極ＭX1およびＭY1と、すだれ状電極ＭX2およびＭY2に交互に入力する。このとき、スイッチＷ11が接続されればスイッチＷ12も接続され、またスイッチＷ21が接続されればスイッチＷ22も接続される。
第２の実施例の超音波タッチパネルでは、非圧電板１において、すだれ状電極ＭX1およびＭX2と、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24との間に弾性波の伝搬路ＤX11，ＤX12，ＤX13，ＤX14，ＤX21，ＤX22，ＤX23およびＤX24が形成される。同様にして、すだれ状電極ＭY1およびＭY2と、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24との間に弾性波の伝搬路ＤY11，ＤY12，ＤY13，ＤY14，ＤY21，ＤY22，ＤY23およびＤY24が形成される。各伝搬路はそれぞれ微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）から成る。第２の実施例の超音波タッチパネルでは、位相θjを位置Ｆjに対応させることが可能である。また、位置Ｆjを微細伝搬路Ｚjに対応させることが可能である。もしも、位置Ｆxを接触すると、すだれ状電極ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23およびＲX24のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力されるとともに、すだれ状電極ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23およびＲY24のどれかにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力される。接触位置Ｆxは、微細伝搬路Ｚxに対応するとともに、位相θxを有する電気信号Ｅxに対応する。このとき、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しく（Ｅ＝TotalＥj−Ｅx＝−Ｅx）、出力電気信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しくなる（θ＝Totalθj−θx＝−θx）。位相比較器３は位相θbaseと位相θとの差（θbase−θ）を検出し、コンピュータ４は、この位相差（θbase−θ）から接触した微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを検出する。
第２の実施例の超音波タッチパネルでは、コンピュータ４は、スイッチ切り替え器５に指令を出してスイッチＷ11およびＷ12と、スイッチＷ21およびＷ22とを交互に切り替えるとともに、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷ11およびＷ12、またはスイッチＷ21およびＷ22を特定することができる。また、位相差（θbase−θ）が検出された位相比較器３を特定することができる。従って、接触位置Ｆxに対応する微細伝搬路Ｚxを含む伝搬路が判明するだけでなく、この位相差（θbase−θ）から接触位置Ｆxを特定することができる。
第１の実施例と第２の実施例を比較した場合、第２の実施例による一方向性の弾性波の励振は、いっそうの低消費電力駆動を可能にする。しかも、第２の実施例では、第１の実施例でみられるような反射（２層構造部ＢTXおよびＢTYの端部で発生する。）が無いので、ノイズが少なく、さらに高感度である。
図１３は本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す断面図である。本実施例は第１の実施例における非圧電板１が非圧電板６に置き換わったものである。非圧電板６は厚さ１ｍｍのガラスで成る。この第３の実施例の超音波タッチパネルは第１の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
図１４は図１３の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値と、ｆｄ値との関係を示す特性図である。但し、図１４では、非圧電板６が、非圧電板６単体を伝搬する弾性波の横波の速度（Ｖg-t）が２２９７ｍ／ｓで縦波の速度（Ｖg-l）が４１５５ｍ／ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度２２９７ｍ／ｓおよび縦波速度４１５５ｍ／ｓという値は、圧電板ＰTX単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれとほぼ等しい。図１４ではＡ0モードのｋ2値のみが常に５％を下回っている。従って、Ａ0モードを除くモード、つまりＳ0モードおよび１次（Ａ1およびＳ1）以上の高次モードの弾性波が効率よく２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振されることが分かる。入力用すだれ状電極に加えられる電気的エネルギーは、たとえばＳ1モードの弾性波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約１．８ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ2値は最大値の約９．５％に達する。
図１５は図１３の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１５では、非圧電板６が図１４と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、入力用すだれ状電極に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図１４から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示す。図１５ではｆｄ値が零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0は約３６７０ｍ／ｓである。●印における位相速度はほぼＶfd=0値と等しいことが分かる。このようにして、２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振される弾性波の位相速度とＶfd=0値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ2の最大値をもたらすことが分かる。
図１６は本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す部分断面図である。本実施例は第２の実施例における非圧電板１が非圧電板６に置き換わったものである。この第４の実施例の超音波タッチパネルは第２の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
第３の実施例と第４の実施例を比較した場合、第４の実施例による一方向性の弾性波の励振は、いっそうの低消費電力駆動を可能にする。しかも、第４の実施例では、第３の実施例でみられるような反射（２層構造部ＢTXおよびＢTYの端部で発生する。）が無いので、ノイズが少なく、さらに高感度である。
図１７は本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す断面図である。本実施例は第１の実施例における非圧電板１が非圧電板７に置き換わったものである。非圧電板７は厚さ１．５ｍｍのガラスで成る。この第５の実施例の超音波タッチパネルは第１の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
図１８は図１７の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値と、ｆｄ値との関係を示す特性図である。但し、図１８では、非圧電板７が、非圧電板７単体を伝搬する弾性波の横波の速度（Ｖg-t）が１９８８ｍ／ｓで縦波の速度（Ｖg-l）が３５９７ｍ／ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度１９８８ｍ／ｓおよび縦波速度３５９７ｍ／ｓという値は、圧電板ＰTX単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ０．８倍である。図１８ではＡ0モードのｋ2値のみが常に５％を下回っている。従って、Ａ0モードを除くモード、つまりＳ0モードおよび１次（Ａ1およびＳ1）以上の高次モードの弾性波が効率よく２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振されることが分かる。
図１９は図１７の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１９では、非圧電板７が図１８と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、入力用すだれ状電極に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図１８から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示す。図１９ではｆｄ値が零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0は約３５００ｍ／ｓである。●印における位相速度はほぼＶfd=0値と等しいことが分かる。このようにして、２層構造部ＢTXまたはＢTYに励振される弾性波の位相速度とＶfd=0値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ2の最大値をもたらすことが分かる。
図２０は本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す部分断面図である。本実施例は第２の実施例における非圧電板１が非圧電板７に置き換わったものである。この第６の実施例の超音波タッチパネルは第２の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
第５の実施例と第６の実施例を比較した場合、第６の実施例による一方向性の弾性波の励振は、いっそうの低消費電力駆動を可能にする。しかも、第６の実施例では、第５の実施例でみられるような反射（２層構造部ＢTXおよびＢTYの端部で発生する。）が無いので、ノイズが少なく、さらに高感度である。
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルは、非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹと、その超音波送受波手段ＸおよびＹに接続された情報処理部から成る簡単な構造を有する。各超音波送受波手段は１組の入力用すだれ状電極Ｔ0と、Ｎ組の入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、すだれ状電極Ｔ0に対応する出力用すだれ状電極Ｒ0と、各すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応する少なくとも２組の出力用すだれ状電極Ｒi1およびＲi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、圧電板ＰTと、圧電板ＰRから成る。すだれ状電極Ｔ0およびＴiは圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、すだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2は圧電板ＰRの一方の板面に設けられている。圧電板ＰTは圧電板ＰTのどちらか一方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着され、圧電板ＰRは圧電板ＰRのどちらか一方の板面を介して非圧電板の同じ板面上に固着されている。すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行である。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大きさに設定される。各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しくなるような大きさに設定される。
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0およびＴiに入力する構造を採用することにより、各圧電板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さく、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さいことから、圧電板ＰTと非圧電板から成る２層構造部ＢTに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬し、さらに圧電板ＰRと非圧電板から成る２層構造部ＢRに伝搬させることができる。
２層構造部ＢTに励振される弾性波はＳ0モードおよび１次以上の高次モードの波である。２層構造部ＢTに励振される弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板ＰTの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ0モードの弾性波の位相速度Ｖfd=0とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ0およびＴiから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板ＰTと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。このようにして、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。その上、非圧電板の板面の面積を比較的大規模にすることも可能である。
すだれ状電極Ｔ0によって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、すだれ状電極Ｒ0によって位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力される。一方、各すだれ状電極Ｔiによって励振され２層構造部ＢRに伝搬された弾性波は、各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2によって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数を有する。位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθjは零となり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零となることから、電気信号TotalＥjはすだれ状電極Ｒi1およびＲi2において検出されることはない。
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板において、すだれ状電極ＴiおよびＲi1は弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、すだれ状電極ＴiおよびＲi2は弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。伝搬路Ｄi1およびＤi2のそれぞれは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成る。微細伝搬路Ｚjはそれぞれ位相θjに対応している。また、非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触すると、すだれ状電極Ｒi1またはＲi2のどれかにおいて位相θを有する出力電気信号Ｅが情報処理部によって検出される。非圧電板の板面を接触すると超音波の微細伝搬路Ｚxが遮断され、その微細伝搬路Ｚxに対応する弾性波は各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において位相θxを有する電気信号Ｅxに変換されることがないので、全体としての均衡が崩れて各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において出力電気信号Ｅが検出されることになる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しくなる。本発明の超音波タッチパネルの情報処理部では、電気信号Ｅを出力したすだれ状電極Ｒi1またはＲi2を判別することと、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定している。また、非圧電板の板面にほんの軽く手を触れた程度では弾性波は消滅または減衰しないことから、非圧電板上への手付き等による誤動作を防ぐことができる。このようにして、非圧電板上への軽い手つきや少量の異物の付着などによる影響を受けることがなく、しかも応答時間が短い。従って、入力ペンのペン先等で非圧電板上に接触したときにのみ応答があるようなタッチパネルが実現できる。
本発明の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対応するスイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えることが可能である。スイッチＷiの出力端はそれぞれすだれ状電極Ｔiの入力端に接続される。また、各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続される。このとき、情報処理部はまず第１に、スイッチＷiを順次に所定の周期で断続する機能を有する。第２に、位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知する。第３に、出力電気信号Ｅが検出された接続点Ｑ1またはＱ2を判別する。第４に、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷiを特定する。そして第５に、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定する。本発明の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極Ｔiの代わりにすだれ状電極Ｍi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えるとともに、新たに接地電極Ｇi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、スイッチＷi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器Ｓを備えた構造が可能である。このとき、すだれ状電極Ｍiの電極周期長および電極交差幅はすだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐおよび電極交差幅Ｌとそれぞれ等しく、また、すだれ状電極Ｍiは圧電板ＰTの一方の板面のすだれ状電極Ｔiと同様な位置に設けられている。接地電極Ｇiは圧電板ＰTのもう一方の板面のすだれ状電極Ｍiに対応する部分に設けられており、圧電板ＰTは接地電極Ｇiを介して非圧電板の一方の板面上に固着されている。圧電板ＰRは、圧電板ＰRのすだれ状電極Ｒ0，Ｒi1およびＲi2を有しない方の板面を介して非圧電板の圧電板ＰTが設けられている方の板面に固着されている。すだれ状電極Ｍiは、電極Ｍi-1およびＭi-2から成り、電極Ｍi-1の電極指と電極Ｍi-2の電極指との間の距離には２種類ある。スイッチＷiはスイッチＷi-1およびスイッチＷi-2から成り、スイッチＷi-1の出力端は電極Ｍi-1の入力端に接続され、スイッチＷi-2の出力端は電極Ｍi-2の入力端に接続されている。各すだれ状電極Ｒi1の出力端は互いに１つの接続点Ｑ1で接続され、各すだれ状電極Ｒi2の出力端は互いに１つの接続点Ｑ2で接続される。移相器Ｓは少なくとも１つのコイルＬ1を含む。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向は、すだれ状電極Ｍiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大きさに設定される。すだれ状電極Ｒi1およびＲi2の電極指の方向での交差幅ＬPの合計は、電極交差幅Ｌとsecαとの積にほぼ等しくなるような大きさに設定される。
各電極Ｍi-1と各接地電極Ｇiとの間および各電極Ｍi-2と各接地電極Ｇiとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＶiおよびＶ2を移相器Ｓを介して入力することにより、２層構造部ＢTに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬し、さらに２層構造部ＢRに伝搬させることができる。一方向性の弾性波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にする。電気信号ＶiおよびＶ2の周波数は電極周期長Ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｍi-1の電極指と電極Ｍi-2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘＰにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、電気信号ＶiとＶ2との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合に、２層構造部ＢTに一方向性の弾性波が励振される。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘＰをＰ／４とし、位相差２πｙをπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）とする電気信号ＶiおよびＶ2を入力することにより、２層構造部ＢTに一方向性の弾性波を励振することが可能となる。この一方向性の弾性波は、各すだれ状電極Ｒi1およびＲi2によって位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ変換される。
すだれ状電極ＭiおよびＲi1は非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、すだれ状電極ＭiおよびＲi2は非圧電板において弾性波の伝搬路Ｄi2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。伝搬路Ｄi1およびＤi2のそれぞれは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）で成る。微細伝搬路Ｚjはそれぞれ位相θjに対応している。また、非圧電板のどちらか一方の板面上における位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。微細伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxに人指または物体が接触すると、超音波の微細伝搬路Ｚxが遮断されることから、その微細伝搬路Ｚxに対応する弾性波が各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において位相θxを有する電気信号Ｅxに変換されることがないので、全体としての均衡が崩れて各すだれ状電極Ｒi1またはＲi2において出力電気信号Ｅが検出される。情報処理部はまず第１に、スイッチＷiを順次に所定の周期で断続する機能を有する。第２に、位置Ｆxに人指または物体が接触したことを、接続点Ｑ1またはＱ2において位相θを有する電気信号Ｅが出力されることにより感知する。第３に、出力電気信号Ｅが検出された接続点Ｑ1またはＱ2を判別する。第４に、出力電気信号Ｅが検出された時に接続されていたスイッチＷiを特定する。そして第５に、位相θbaseと位相θとの差を検出することにより、微細伝搬路Ｚxに対応する接触位置Ｆxを特定する。
本発明の超音波タッチパネルでは、各圧電板の厚さｄは電極周期長Ｐよりも小さく、非圧電板の厚さは各圧電板の厚さｄの２倍よりも小さい。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄよりも小さい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄとほぼ等しい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。もしも、非圧電板の厚さが各圧電板の厚さｄよりも大きい場合には、非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質を採用することにより、２層構造部ＢTに励振した弾性波を、効率よく非圧電板中に伝搬させることができ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することができる。
本発明の超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｔ0とＲ0との間の弾性波の伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することが可能である。このとき、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｒ0の出力端は、超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれのすだれ状電極Ｔ0の入力端に増幅器ＡXを介して接続される。このようにして、低電圧で、低消費電力駆動が可能となる。また、超音波送受波手段Ｘにおける伝搬路Ｄi1およびＤi2と、超音波送受波手段Ｙにおける伝搬路Ｄi1およびＤi2とを互いに直交させる構造を採用することにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させることが可能となる。さらに、伝搬路Ｄi1およびＤi2を互いに隣接させるかまたは一部分を重複させる構造、すなわち、伝搬路Ｄi1，Ｄi2，Ｄ(i+1)1，Ｄ(i+1)2……，が互いに隣接するかまたは一部分が重複した構造を採用することにより、非圧電板の両方の板面にまんべんなく弾性波を伝搬させることができることから、両方の板面を隙間なく利用することが可能となる。
本発明の超音波タッチパネルでは、各圧電板としてＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムや圧電セラミックを採用することにより、２層構造部ＢTに効率よく弾性波を励振し、非圧電板中に伝搬させ、その非圧電板中に伝搬した弾性波を効率よく２層構造部ＢRに伝搬することを可能にする。各圧電板として圧電セラミックを採用する場合には、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行にする構造が採用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す断面図。
【図２】図１の超音波タッチパネルの平面図。
【図３】図１の超音波タッチパネルの部分拡大平面図。
【図４】すだれ状電極ＲX11を示す平面図。
【図５】図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図。
【図６】図１の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値と、ｆｄ値との関係を示す特性図。
【図７】図１の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図８】非圧電板１の上端面または下端面の接触位置Ｆxと、超音波送受波手段ＸまたはＹにおける位相比較器３で検出される位相差（θbase−θ）との関係を示す特性図。
【図９】本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す部分断面図。
【図１０】図９の超音波タッチパネルの部分拡大平面図。
【図１１】すだれ状電極ＭX1を示す平面図。
【図１２】図９の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図。
【図１３】本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す断面図。
【図１４】図１３の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値と、ｆｄ値との関係を示す特性図。
【図１５】図１３の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図１６】本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す部分断面図。
【図１７】本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す断面図。
【図１８】図１７の２層構造部ＢTXにおける圧電板ＰTXの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値と、ｆｄ値との関係を示す特性図。
【図１９】図１７の２層構造部ＢTXを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図２０】本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１    非圧電板
２    情報処理部
３    位相比較器
４    コンピュータ
５    スイッチ切り替え器
６    非圧電板
７    非圧電板
ＡX，ＡY    増幅器
ＡＭＰ    増幅器
Ｗ1，Ｗ2    スイッチ
ＴX0，ＲX0，ＴY0，ＲY0    すだれ状電極
ＴX1，ＴX2，ＴY1，ＴY2    すだれ状電極
ＲX11，ＲX12，ＲX13，ＲX14，ＲX21，ＲX22，ＲX23，ＲX24    すだれ状電極
ＲY11，ＲY12，ＲY13，ＲY14，ＲY21，ＲY22，ＲY23，ＲY24    すだれ状電極
ＭX1，ＭX2，ＭY1，ＭY2    すだれ状電極
Ｗ11，Ｗ12，Ｗ21，Ｗ22    スイッチ
ＧX1，ＧX2，ＧY1，ＧY2    接地電極
Ｓ    移相器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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