(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極ＩＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極ＩＲ、およびＮ個のスイッチＣｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極ＩＴｉ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ＩＲ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、前記スイッチＣｉの出力端は前記すだれ状電極ＩＴｉの入力端に接続されており、前記すだれ状電極ＩＴｉは、前記すだれ状電極ＩＴｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＴを入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の内部には漏洩させることなく前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極ＩＲは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極ＩＲの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲに変換して出力し、前記圧電板ＰＲに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記情報処理部は前記スイッチＣｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号ＥＲの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＣｉを特定することにより接触位置を特定する超音波タッチパネル。
【請求項２】
前記伝搬路ＵＸｉおよび前記伝搬路ＵＹｉは互いに直交している請求項１に記載の超音波タッチパネル。
【請求項３】
前記すだれ状電極ＩＴｉのそれぞれの全体の形状が平行四辺形を成すとともに、前記すだれ状電極ＩＲの全体の形状が平行四辺形を成すことにより、前記伝搬路ＵＸｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記伝搬路ＵＹｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させている請求項２に記載の超音波タッチパネル。
【請求項４】
前記伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＹを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＸを介して接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣｉ、前記伝搬路ＵＸｉ、前記増幅器ＡＸ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣｉ、前記伝搬路ＵＹｉ、前記増幅器ＡＹから成る請求項２または３に記載の超音波タッチパネル。
【請求項５】
少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、Ｎ個の接地電極ＧＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極Ｒ、接地電極ＧＲ、移相器ＳＴｉ、移相器ＳＲおよびＮ組のスイッチＷｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｔｉは前記圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＴｉは前記圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板ＰＴは前記接地電極ＧＴｉを介して前記非圧電板の一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｒは前記圧電板ＰＲの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＲは前記圧電板ＰＲのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板ＰＲは前記接地電極ＧＲを介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｔｉは、電極Ｔｉ−１およびＴｉ−２から成り、前記電極Ｔｉ−１の電極指と前記電極Ｔｉ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記スイッチＷｉはスイッチＷｉ−１およびスイッチＷｉ−２から成り、前記スイッチＷｉ−１の出力端は前記電極Ｔｉ−１の入力端に接続されており、前記スイッチＷｉ−２の出力端は前記電極Ｔｉ−２の入力端に接続されており、前記移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、前記コイルＬ１は前記スイッチＷｉ−１またはＷｉ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔｉおよび前記接地電極ＧＴｉは、前記電極Ｔｉ−１と前記接地電極ＧＴｉとの間および前記電極Ｔｉ−２と前記接地電極ＧＴｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２を前記移相器ＳＴを介して入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の内部には漏洩させることなく前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２の周波数は前記すだれ状電極Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ−１およびＲ−２から成り、前記電極Ｒ−１の電極指と前記電極Ｒ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器ＳＲは少なくとも１つのコイルＬ２を含み、前記コイルＬ２は前記電極Ｒ−１またはＲ−２の出力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｒおよび前記接地電極ＧＲは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を位相差２πｙを有する電気信号ＥＲ１およびＥＲ２として前記電極Ｒ−１と前記接地電極ＧＲとの間および前記電極Ｒ−２と前記接地電極ＧＲとの間から出力し、前記移相器ＳＲは前記電気信号ＥＲ１およびＥＲ２を同じ位相の電気信号ＥＲに合成して出力し、前記電気信号ＥＲ１およびＥＲ２の周波数は前記すだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記圧電板ＰＲに伝搬し��前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、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、前記電気信号ＥＲの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＷｉを特定することにより接触位置を特定する超音波タッチパネル。
【請求項６】
前記電極Ｔｉ−１の電極指と前記電極Ｔｉ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、前記電極Ｒ−１の電極指と前記電極Ｒ−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ＥＲ１とＥＲ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ請求項５に記載の超音波タッチパネル。
【請求項７】
前記伝搬路ＵＸｉおよび前記伝搬路ＵＹｉは互いに直交している請求項５または６に記載の超音波タッチパネル。
【請求項８】
前記すだれ状電極Ｔｉのそれぞれの全体の形状が平行四辺形を成すとともに、前記すだれ状電極Ｒの全体の形状が平行四辺形を成すことにより、前記伝搬路ＵＸｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記伝搬路ＵＹｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させている請求項７に記載の超音波タッチパネル。
【請求項９】
前記伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＴの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＲの出力端に増幅器ＡＹを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＴの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＲの出力端に増幅器ＡＸを介して接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＴ、前記スイッチＷｉ、前記伝搬路ＵＸｉ、前記移相器ＳＲ、前記増幅器ＡＸ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＴ、前記スイッチＷｉ、前記伝搬路ＵＹｉ、前記移相器ＳＲ、前記増幅器ＡＹから成る請求項７または８に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１０】
少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、すだれ状電極Ｔ、接地電極ＧＴ、すだれ状電極Ｒｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器ＳＴから成り、前記すだれ状電極Ｔは前記圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＴは前記圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられており、前記すだれ状電極Ｒｉ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の前記もう一方の板面および前記圧電板ＰＲの前記もう一方の板面は前記非圧電板の一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｔは、電極Ｔ−１およびＴ−２から成り、前記電極Ｔ−１の電極指と前記電極Ｔ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、前記コイルＬ１は前記電極Ｔ−１またはＴ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔおよび前記接地電極ＧＴは、前記電極Ｔ−１と前記接地電極ＧＴとの間および前記電極Ｔ−２と前記接地電極ＧＴとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２を前記移相器ＳＴを介して入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の内部には漏洩させることなく前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２の周波数は前記すだれ状電極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒｉは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換して出力し、前記圧電板ＰＲに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉは、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記情報処理部は前記電気信号ＥＲｉの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲｉの大きさが減衰または消滅することによって判断し、減衰または消滅した電気信号ＥＲｉに対応するすだれ状電���Ｒｉを特定することにより接触位置を特定する超音波タッチパネル。
【請求項１１】
前記電極Ｔ−１の電極指と前記電極Ｔ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ請求項１０に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１２】
前記伝搬路ＵＸｉおよび前記伝搬路ＵＹｉは互いに直交している請求項１０または１１に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１３】
前記すだれ状電極Ｔの全体の形状が平行四辺形を成すとともに、前記すだれ状電極Ｒｉのそれぞれの全体の形状が平行四辺形を成すことにより、前記伝搬路ＵＸｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記伝搬路ＵＹｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させている請求項１２に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１４】
前記伝搬路ＵＹｉのうち伝搬路ＵＹ１を遅延素子とする発振器Ｈが構成されていて、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｒ１の出力端は、増幅器ＡＭＰを介して前記移相器ＳＴの入力端に接続され、前記移相器ＳＴの出力端は前記超音波送受波手段ＸおよびＹにおける前記すだれ状電極Ｔの入力端に接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｔ、前記伝搬路ＵＹ１、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｒ１、前記増幅器ＡＭＰおよび前記移相器ＳＴから成る請求項１２または１３に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１５】
前記非圧電板のもう一方の板面が支持基板で支持されている請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３または１４に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１６】
前記各圧電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前記圧電セラミックの厚さ方向と平行である請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１７】
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１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５に記載の超音波タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はすだれ状電極を備えた圧電板を非圧電板に固着することにより、その非圧電板の板面上に入力ペンのペン先が接触した位置の座標を特定する超音波タッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタッチパネルには抵抗膜を用いる方法と超音波を用いる方法が主に挙げられる。抵抗膜を用いる方法は透明導電性フィルム（抵抗膜）に接触することによりその透明導電性フィルムの抵抗値が変化することを利用したものであり、低消費電力であるものの応答時間、感度、耐久性等の点で問題を有している。また、パネルの大面積化が難しいという欠点を有する。超音波を用いる方法は予め弾性表面波を励振させておいた非圧電板に接触することによりその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、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人指または物体による接触が感知される。しかし、この超音波タッチパネルは、弾性表面波を非圧電板の表面近傍に励振する際に、弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩される割合が大きく、従って、消費電力に問題があるばかりでなく非圧電板の支持の仕方が困難であった。また、非圧電板の表面近傍に励振している弾性表面波を電気信号に変換する際の効率が悪かった。さらに、この超音波タッチパネルでは、すだれ状電極の電極指に垂直な双方向に均等に超音波が励振されることから、少なくとも超音波エネルギーの半分を浪費していたことになるばかりでなく、圧電薄板の厚さによっては不要信号を引き起こすもととなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の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るばかりでなく、超音波エネルギーの浪費、支持の仕方および不要信号等の点でも問題があった。
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、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。
【０００４】
【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、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極ＩＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極ＩＲ、およびＮ個のスイッチＣｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極ＩＴｉ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ＩＲ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、前記スイッチＣｉの出力端は前記すだれ状電極ＩＴｉの入力端に接続されており、前記すだれ状電極ＩＴｉは、前記すだれ状電極ＩＴｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＴを入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極ＩＲは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極ＩＲの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲに変換して出力し、前記圧電板ＰＲに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記情報処理部は前記スイッチＣｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号ＥＲの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＣｉを特定することにより接触位置を特定する。
【０００５】
請求項２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ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
【０００６】
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＸｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、前記伝搬路ＵＹｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
【０００７】
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＹを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＸを介して接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣｉ、前記伝搬路ＵＸｉ、前記増幅器ＡＸ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣｉ、前記伝搬路ＵＹｉ、前記増幅器ＡＹから成る。
【０００８】
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、Ｎ個の接地電極ＧＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極Ｒ、接地電極ＧＲ、移相器ＳＴｉ、移相器ＳＲおよびＮ組のスイッチＷｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｔｉは前記圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＴｉは前記圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板ＰＴは前記接地電極ＧＴｉを介して前記非圧電板の一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｒは前記圧電板ＰＲの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＲは前記圧電板ＰＲのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板ＰＲは前記接地電極ＧＲを介して前記非圧電板の前記一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｔｉは、電極Ｔｉ−１およびＴｉ−２から成り、前記電極Ｔｉ−１の電極指と前記電極Ｔｉ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記スイッチＷｉはスイッチＷｉ−１およびスイッチＷｉ−２から成り、前記スイッチＷｉ−１の出力端は前記電極Ｔｉ−１の入力端に接続されており、前記スイッチＷｉ−２の出力端は前記電極Ｔｉ−２の入力端に接続されており、前記移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、前記コイルＬ１は前記スイッチＷｉ−１またはＷｉ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔｉおよび前記接地電極ＧＴｉは、前記電極Ｔｉ−１と前記接地電極ＧＴｉとの間および前記電極Ｔｉ−２と前記接地電極ＧＴｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２を前記移相器ＳＴを介して入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２の周波数は前記すだれ状電極Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ−１およびＲ−２から成り、前記電極Ｒ−１の電極指と前記電極Ｒ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器ＳＲは少なくとも１つのコイルＬ２を含み、前記コイルＬ２は前記電極Ｒ−１またはＲ−２の出力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｒおよび前記接地電極ＧＲは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を位相差２πｙを有する電気信号ＥＲ１およびＥＲ２として前記電極Ｒ−１と前記接地電極ＧＲとの間および前記電極Ｒ−２と前記接地電極ＧＲとの間から出力し、前記移相器ＳＲは前記電気信号ＥＲ１およびＥＲ２を同じ位相の電気信号ＥＲに合成して出力し、前記電気信号ＥＲ１およびＥＲ２の周波数は前記すだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記圧電板ＰＲに伝搬した前記弾性表��波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、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、前記電気信号ＥＲの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＷｉを特定することにより接触位置を特定する。
【０００９】
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記電極Ｔｉ−１の電極指と前記電極Ｔｉ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、前記電極Ｒ−１の電極指と前記電極Ｒ−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ＥＲ１とＥＲ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ。
【００１０】
請求項７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ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＸｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、前記伝搬路ＵＹｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＴの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＲの出力端に増幅器ＡＹを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＴの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＲの出力端に増幅器ＡＸを介して接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器ＳＴ、前記スイッチＷｉ、前記伝搬路ＵＸｉ、前記移相器ＳＲ、前記増幅器ＡＸ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器ＳＴ、前記スイッチＷｉ、前記伝搬路ＵＹｉ、前記移相器ＳＲ、前記増幅器ＡＹから成る。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、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と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圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、すだれ状電極Ｔ、接地電極ＧＴ、すだれ状電極Ｒｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器ＳＴから成り、前記すだれ状電極Ｔは前記圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧＴは前記圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられており、前記すだれ状電極Ｒｉ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の前記もう一方の板面および前記圧電板ＰＲの前記もう一方の板面は前記非圧電板の一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｔは、電極Ｔ−１およびＴ−２から成り、前記電極Ｔ−１の電極指と前記電極Ｔ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、前記コイルＬ１は前記電極Ｔ−１またはＴ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔおよび前記接地電極ＧＴは、前記電極Ｔ−１と前記接地電極ＧＴとの間および前記電極Ｔ−２と前記接地電極ＧＴとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２を前記移相器ＳＴを介して入力されることにより、前記圧電板ＰＴに前記電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、前記電気信号ＥＴ−１およびＥＴ−２の周波数は前記すだれ状電極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒｉは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰＲに伝搬させ、前記圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換して出力し、前記圧電板ＰＲに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、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電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きく、前記情報処理部は前記電気信号ＥＲｉの大きさを検出し、前記非圧電板の前記一方の板面上に入力ペンのペン先が接触することを前記電気信号ＥＲｉの大きさが減衰または消滅することによって判断し、減衰または消滅した電気信号ＥＲｉに対応するすだれ状電極Ｒｉを特定することにより接触位置を特定する。
【００１４】
請求項１１に記載の超音波タッチパネルは、前記電極Ｔ−１の電極指と前記電極Ｔ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ。
【００１５】
請求項１２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ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
【００１６】
請求項１３に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＸｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、前記伝搬路ＵＹｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
【００１７】
請求項１４に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路ＵＹｉのうち伝搬路ＵＹ１を遅延素子とする発振器Ｈが構成されていて、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｒ１の出力端は、増幅器ＡＭＰを介して前記移相器ＳＴの入力端に接続され、前記移相器ＳＴの出力端は前記超音波送受波手段ＸおよびＹにおける前記すだれ状電極Ｔの入力端に接続されており、前記発振器Ｈｉの信号ループは、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｔ、前記伝搬路ＵＹ１、前記伝搬路ＵＹ１に対応する前記すだれ状電極Ｒ１、前記増幅器ＡＭＰおよび前記移相器ＳＴから成る。
【００１８】
請求項１５に記載の超音波タッチパネルは、前記非圧電板のもう一方の板面が支持基板で支持されている。
【００１９】
請求項１６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、前記圧電セラミックの分極軸の方向は前記圧電セラミックの厚さ方向と平行である。
【００２０】
請求項１７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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波タッチパネルは少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹに接続された情報処理部とから成る簡単な構造を有する。
【００２２】
超音波送受波手段としては３つの構造が提供されている。第１の構造は各超音波送受波手段が圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極ＩＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極ＩＲおよびＮ個のスイッチＣｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成るものである。この場合、すだれ状電極ＩＴｉは圧電板ＰＴの一方の板面に、すだれ状電極ＩＲ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、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一方の板面に固着されており、圧電板ＰＴがすだれ状電極ＩＴｉを有する方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着されるときには、圧電板ＰＲはすだれ状電極ＩＲを有する方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着される。スイッチＣｉの出力端はすだれ状電極ＩＴｉの入力端に接続されている。
【００２３】
すだれ状電極ＩＴｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＴをすだれ状電極ＩＴｉに入力する構造を採用することにより、その電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を圧電板ＰＴに励振させ、その弾性表面波を非圧電板の圧電板ＰＴが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。このとき非圧電板に伝搬されるのは１次以上の高次モードの弾性表面波で、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度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ＩＴｉから加えられる電気的エネルギーが弾性表面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。また、圧電板ＰＴの厚さｄをすだれ状電極ＩＴｉの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＴ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、非圧電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させることができる。従って、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、非圧電板の支持が容易になる。
【００２４】
すだれ状電極ＩＴｉおよびＩＲを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるように互いに１対１に対を成すような構造を採用することにより、非圧電板に伝搬した弾性表面波をすだれ状電極ＩＲから電気信号ＥＲとして出力させることができる。このとき、非圧電板に伝搬した弾性表面波はいったん圧電板ＰＲに伝搬された後、すだれ状電極ＩＲの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲとしてすだれ状電極ＩＲから出力される。この圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、この弾性表面波の波長が電極周期長ｐとほぼ等しくなるように電極周期長ｐを設定し、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波をすだれ状電極ＩＲから効率よく電気信号ＥＲとして出力することができる。また、圧電板ＰＲ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。さらに、圧電板ＰＲの厚さｄをすだれ状電極ＩＲの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＲ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板に伝搬されている弾性表面波をすだれ状電極ＩＲから効率よく電気信号ＥＲとして出力することができる。従って、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、非圧電板の支持が容易になる。
【００２５】
非圧電板の一方の板面（圧電板ＰＴおよびＰＲを有する方の板面）上のすだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間を入力ペンのペン先で接触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それに伴ってすだれ状電極ＩＲに出力される電気信号ＥＲも消滅または減衰する。情報処理部が電気信号ＥＲの大きさを検出する機能と、非圧電板の板面上にペン先が接触したことを電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断する機能とを備えていることにより、非圧電板の板面上に接触したことが短い応答時間で感知される。さらに、情報処理部がスイッチＣｉを順次に所定の周期で断続する機能と、電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＣｉを特定することにより非圧電板上の接触位置を特定する機能とを備えていることにより、非圧電板上の接触位置が分かる。たとえば、非圧電板の板面上を接触することにより電気信号ＥＲの大きさが消滅し、そのとき接続されていたのがスイッチＣ５であれば、そのスイッチＣ５に対応する弾性表面波の伝搬路上が接触位置と分かる。
【００２６】
超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極ＩＴｉとＩＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造を採用することにより、非圧電板の板面上に入力ペンのペン先が接触した場合、その接触位置の座標を各超音波送受波手段において出力される電気信号ＥＲの大きさから特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座標を伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉ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、接触位置を伝搬路ＵＸｉとＵＹｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算出される。また、伝搬路ＵＸｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路ＵＹｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、非圧電板上における接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。
【００２７】
超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるスイッチＣｉをそれぞれスイッチＣＸｉおよびスイッチＣＹｉとし、スイッチＣＸｉの入力端を超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＹを介して接続し、スイッチＣＹｉの入力端を超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極ＩＲの出力端に増幅器ＡＸを介して接続する構造を採用することにより、伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を構成することが可能である。このとき、発振器Ｈｉの信号ループはスイッチＣＸｉ、伝搬路ＵＸｉ、増幅器ＡＸ、スイッチＣＹｉ、伝搬路ＵＹｉおよび増幅器ＡＹから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００２８】
超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるスイッチＣｉをそれぞれスイッチＣＸｉおよびスイッチＣＹｉとし、スイッチＣＸｉのうちの１個を接続している間に、スイッチＣＹｉを一巡する方法を採用することにより、接触位置の特定が容易になる。たとえば、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極ＩＴ３とすだれ状電極ＩＲとの間の伝搬路ＵＸ３と、超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極ＩＴ５とすだれ状電極ＩＲとの間の伝搬路ＵＹ５との交叉部をペン先で接触すれば、スイッチＣＸ３を接続した時に限って超音波送受波手段Ｘにおける電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅すると同時に、スイッチＣＹ５を接続した時に限って超音波送受波手段Ｙにおける電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路ＵＸ３とＵＹ５との交叉部を接触していることが判明される。
【００２９】
超音波送受波手段の第２の構造は、各超音波送受波手段が圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、Ｎ組のすだれ状電極Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、Ｎ個の接地電極ＧＴｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極Ｒ、接地電極ＧＲ、移相器ＳＴｉ、移相器ＳＲおよびＮ組のスイッチＷｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成るものである。すだれ状電極Ｔｉは圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、接地電極ＧＴｉは圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられている。すだれ状電極Ｒは圧電板ＰＲの一方の板面に設けられ、接地電極ＧＲは圧電板ＰＲのもう一方の板面に設けられている。圧電板ＰＴは接地電極ＧＴｉを介して、圧電板ＰＲは接地電極ＧＲを介して非圧電板の一方の板面に固着されている。すだれ状電極Ｔｉは、電極Ｔｉ−１およびＴｉ−２から成り、電極Ｔｉ−１の電極指と電極Ｔｉ−２の電極指との間の距離には長いものと短いものとの２種類がある。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Ｔｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷｉ−２の出力端は電極Ｔｉ−２の入力端に接続されている。移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、コイルＬ１はスイッチＷｉ−１またはＷｉ−２の入力端に接続されている。すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ−１およびＲ−２から成り、電極Ｒ−１の電極指と電極Ｒ−２の電極指との間の距離には長いものと短いものとの２種類がある。移相器ＳＲは少なくとも１つのコイルＬ２を含み、コイルＬ２は電極Ｒ−１またはＲ−２の出力端に接続されている。
【００３０】
電極Ｔｉ−１と接地電極ＧＴｉとの間および電極Ｔｉ−２と接地電極ＧＴｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ１およびＥＴ２を入力することにより、すだれ状電極Ｔｉの電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性表面波を圧電板ＰＴに励振させ、その弾性表面波を非圧電板の圧電板ＰＴが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。一方向性の弾性表面波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にする。電気信号ＥＴ１およびＥＴ２の周波数はすだれ状電極Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｔｉ−１の電極指と電極Ｔｉ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合に、圧電板ＰＴに一方向性の弾性表面波が励振される。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ＥＴ１およびＥＴ２を入力することにより、圧電板ＰＴに一方向性の弾性表面波を励振することが可能となる。このとき、圧電板ＰＴに励振される弾性表面波は１次以上の高次モードの弾性表面波で、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度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Ｔｉから加えられる電気的エネルギーが弾性表面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。また、圧電板ＰＴの厚さｄをすだれ状電極Ｔｉの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＴ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、非圧電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させることができる。
【００３１】
すだれ状電極ＴｉおよびＲを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるように配置した構造を採用することにより、非圧電板に伝搬した弾性表面波を圧電板ＰＲに伝搬させた後、位相差２πｙを有する電気信号ＥＲ１およびＥＲ２として電極Ｒ−１と接地電極ＧＲとの間および電極Ｒ−２と接地電極ＧＲとの間から出力することができる。出力された電気信号ＥＲ１およびＥＲ２は移相器ＳＲによって同じ位相の電気信号ＥＲに合成される。このとき、電気信号ＥＲ１およびＥＲ２の周波数はすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｒ−１の電極指と電極Ｒ−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、しかも、電気信号ＥＲ１とＥＲ２との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２の場合には、すだれ状電極Ｒおよび接地電極ＧＲは圧電板ＰＲに伝搬している一方向性の弾性表面波のみを検出して電気信号ＥＲ１およびＥＲ２として出力することを可能にする。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とすれば、位相差２πｙがπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）である電気信号ＥＲ１およびＥＲ２が電極Ｒ−１と接地電極ＧＲとの間および電極Ｒ−２と接地電極ＧＲとの間から出力される。圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、この弾性表面波の波長が電極周期長ｐとほぼ等しくなるように電極周期長ｐを設定し、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波をすだれ状電極Ｒから効率よく電気信号として出力することができる。また、圧電板ＰＲ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。また、圧電板ＰＲの厚さｄをすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＲ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板に伝搬されている弾性表面波をすだれ状電極Ｒから効率よく電気信号として出力することができる。
【００３２】
非圧電板の一方の板面（圧電板ＰＴおよびＰＲを有する方の板面）上のすだれ状電極ＴｉとＲとの間を入力ペンのペン先で接触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それに伴って移相器ＳＲから出力される電気信号ＥＲも消滅または減衰する。情報処理部が電気信号ＥＲの大きさを検出する機能と、非圧電板の板面上にペン先が接触したことを電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断する機能とを備えていることにより、非圧電板の板面上に接触したことが短い応答時間で感知される。さらに、情報処理部がスイッチＷｉを順次に所定の周期で断続する機能と、電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷｉを特定することにより非圧電板上の接触位置を特定する機能とを備えていることにより、非圧電板上の接触位置が分かる。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Ｗ４−１が接続していればスイッチＷ４−２も接続している。このようにして、たとえば、非圧電板の板面上を接触することにより電気信号ＥＲの大きさが消滅し、そのとき接続されていたのがスイッチＷ３であれば、そのスイッチＷ３に対応する弾性表面波の伝搬路上が接触位置と分かる。また、一方向性を有する弾性表面波の励振が可能なこの超音波タッチパネルでは、よりいっそうの低消費電力駆動が可能で、不要信号も少なく高感度である。
【００３３】
超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極ＴｉとＲとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造を採用することにより、非圧電板の板面上に入力ペンのペン先が接触した場合、その接触位置の座標を各超音波送受波手段において出力される電気信号ＥＲの大きさから特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座標を伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉ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、接触位置を伝搬路ＵＸｉとＵＹｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算出される。また、伝搬路ＵＸｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路ＵＹｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、非圧電板上における接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。
【００３４】
超音波送受波手段Ｘにおける移相器ＳＴ、スイッチＷｉおよび移相器ＳＲをそれぞれ移相器ＳＴＸ、スイッチＷＸｉおよび移相器ＳＲＸとし、超音波送受波手段Ｙにおける移相器ＳＴ、スイッチＷｉおよび移相器ＳＲをそれぞれ移相器ＳＴＹ、スイッチＷＹｉおよび移相器ＳＲＹとし、移相器ＳＴＸの入力端を移相器ＳＲＹの出力端に増幅器ＡＹを介して接続し、移相器ＳＴＹの入力端を移相器ＳＲＸの出力端に増幅器ＡＸを介して接続する構造を採用することにより、伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を構成することが可能である。このとき、発振器Ｈｉの信号ループは移相器ＳＴＸ、スイッチＷＸｉ、伝搬路ＵＸｉ、移相器ＳＲＸ、増幅器ＡＸ、移相器ＳＴＹ、スイッチＷＹｉ、伝搬路ＵＹｉ、移相器ＳＲＹおよび増幅器ＡＹから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００３５】
超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるスイッチＷｉをそれぞれスイッチＷＸｉおよびスイッチＷＹｉとし、スイッチＷＸｉのうちの１個を接続している間に、スイッチＷＹｉを一巡する方法を採用することにより、接触位置の特定が容易になる。たとえば、超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｔ３とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路ＵＸ３と、超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極Ｔ５とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路ＵＹ５との交叉部をペン先で接触すれば、スイッチＷＸ３を接続した時に限って超音波送受波手段Ｘにおける電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅すると同時に、スイッチＷＹ５を接続した時に限って超音波送受波手段Ｙにおける電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路ＵＸ３とＵＹ５との交叉部を接触していることが判明される。
【００３６】
超音波送受波手段の第３の構造は、各超音波送受波手段が圧電板ＰＴ、圧電板ＰＲ、すだれ状電極Ｔ、接地電極ＧＴ、すだれ状電極Ｒｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）および移相器ＳＴから成るものである。すだれ状電極Ｔは圧電板ＰＴの一方の板面に設けられ、接地電極ＧＴは圧電板ＰＴのもう一方の板面に設けられている。すだれ状電極Ｒｉは圧電板ＰＲの一方の板面に設けられている。圧電板ＰＴは接地電極ＧＴを有する板面を介して、圧電板ＰＲはすだれ状電極Ｒｉを有しない方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着されている。すだれ状電極Ｔは、電極Ｔ−１およびＴ−２から成り、電極Ｔ−１の電極指と電極Ｔ−２の電極指との間の距離には２種類ある。移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、コイルＬ１は電極Ｔ−１またはＴ−２の入力端に接続されている。
【００３７】
電極Ｔ−１と接地電極ＧＴとの間および電極Ｔ−２と接地電極ＧＴとの間に位相差２πｙを有する電気信号ＥＴ１およびＥＴ２を入力することにより、すだれ状電極Ｔの電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する一方向性の弾性表面波を圧電板ＰＴに励振させ、その弾性表面波を非圧電板の圧電板ＰＴが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。電気信号ＥＴ１およびＥＴ２の周波数はすだれ状電極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｔ−１の電極指と電極Ｔ−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ＥＴ１とＥＴ２との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合に、圧電板ＰＴに一方向性の弾性表面波が励振される。このとき、圧電板ＰＴに励振される弾性表面波は１次以上の高次モードの弾性表面波で、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度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Ｔから加えられる電気的エネルギーが弾性表面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。また、圧電板ＰＴの厚さｄをすだれ状電極Ｔの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＴ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、非圧電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させることができる。
【００３８】
すだれ状電極ＴおよびＲｉを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるように配置した構造を採用することにより、非圧電板に伝搬した弾性表面波を圧電板ＰＲに伝搬させた後、すだれ状電極Ｒｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号ＥＲｉとしてすだれ状電極Ｒｉから出力させることができる。圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、この弾性表面波の波長が電極周期長ｐとほぼ等しくなるように電極周期長ｐを設定し、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波をすだれ状電極Ｒｉから効率よく電気信号として出力することができる。また、圧電板ＰＲ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。また、圧電板ＰＲの厚さｄをすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰＲ単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板に伝搬されている弾性表面波をすだれ状電極Ｒｉから効率よく電気信号として出力することができる。
【００３９】
非圧電板の一方の板面（圧電板ＰＴおよびＰＲを有する方の板面）上のすだれ状電極ＴとＲｉとの間を入力ペンのペン先で接触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それに伴ってすだれ状電極Ｒｉに出力される電気信号ＥＲｉも消滅または減衰する。情報処理部が電気信号ＥＲｉの大きさを検出する機能と、非圧電板の板面上にペン先が接触したことを電気信号ＥＲｉの大きさが減衰または消滅することによって判断する機能とを備えていることにより、非圧電板の板面上に接触したことが短い応答時間で感知される。さらに、情報処理部が、減衰または消滅した電気信号ＥＲｉに対応するすだれ状電極Ｒｉを特定することにより接触位置を特定する機能を備えていることにより、非圧電板上の接触位置が分かる。
【００４０】
超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極ＴとＲｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造を採用することにより、非圧電板の板面上に入力ペンのペン先で接触した場合、その接触位置の座標を各超音波送受波手段において出力される電気信号ＥＲｉの大きさから特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座標を伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉ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、接触位置を伝搬路ＵＸｉとＵＹｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算出される。また、伝搬路ＵＸｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路ＵＹｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、非圧電板上における接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。
【００４１】
伝搬路ＵＹｉのうち伝搬路ＵＹ１に対応するすだれ状電極Ｒ１の出力端を増幅器ＡＭＰを介して位相器ＳＴの入力端に接続し、位相器ＳＴの出力端を超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれのすだれ状電極Ｔの入力端に接続する構造を採用することにより、伝搬路ＵＹ１を遅延素子とする発振器Ｈを構成することができる。このとき、発振器Ｈの信号ループは伝搬路ＵＹ１に対応するすだれ状電極Ｔ、伝搬路ＵＹ１、伝搬路ＵＹ１に対応するすだれ状電極Ｒ１、増幅器ＡＭＰおよび位相器ＳＴから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００４２】
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、圧電板ＰＴに効率よく弾性表面波を励振し非圧電板の表面近傍に伝搬させることと、非圧電板に伝搬した弾性表面波を効率よく圧電板ＰＲに伝搬させることを可能にする。
【００４３】
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、圧電板ＰＴに効率よく弾性表面波を励振し非圧電板の表面近傍に伝搬させることと、非圧電板に伝搬した弾性表面波を効率よく圧電板ＰＲに伝搬させることを可能にする。
【００４４】
【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。本実施例はガラス板１、支持基板２、駆動部３、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ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極ＲＸ、接地電極ＧＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、接地電極ＧＲＸ、移相器ＳＴＸ、ＳＲＸ、増幅器ＡＸ、スイッチＷＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板ＰＴＸおよびＰＲＸから成る。超音波送受波手段Ｙはすだれ状電極ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極ＲＹ、接地電極ＧＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、接地電極ＧＲＹ、移相器ＳＴＹ、ＳＲＹ、増幅器ＡＹ、スイッチＷＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板ＰＴＹおよびＰＲＹから成る。図１ではガラス板１、支持基板２、駆動部３および超音波送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極ＴＸｉ、ＴＹｉ、ＲＸおよびＲＹはアルミニウム薄膜で成る。各圧電磁器板は厚さ１５０μｍのＴＤＫ製１０１Ａ材（製品名）で成る。ガラス板１は厚さ１．５ｍｍのガラスで成る。各圧電磁器板はガラス板１の一方の板面の端部に厚さ約２０μｍのエポキシ系樹脂によって固着されている。すだれ状電極ＴＸｉ、ＴＹｉ、ＲＸおよびＲＹはそれぞれ圧電磁器板ＰＴＸ、ＰＴＹ、ＰＲＸおよびＰＲＹ上に設けられている。支持基板２はガラス板１の下方に固着されることにより、ガラス板１を支持している。各接地電極は各圧電磁器板とガラス板１との界面に設けられており、接地電極ＧＴＸｉ、ＧＲＸ、ＧＴＹｉおよびＧＲＹはそれぞれすだれ状電極ＴＸｉ、ＲＸ、ＴＹｉおよびＲＹに対応する部分に設けられている。
【００４５】
図２は図１のすだれ状電極ＴＸｉを示す平面図である。すだれ状電極ＴＹｉもすだれ状電極ＴＸｉと同様な構造を有する。すだれ状電極ＲＸおよびＲＹはすだれ状電極ＴＸｉとは電極指の長さが異なるという点を除けば同様な構造を有する。すだれ状電極ＴＸｉは１０対の電極指を有し、電極周期長ｐは４６０μｍである。全体の形状は平行四辺形を成す。すだれ状電極ＴＸｉは電極ＴＸｉ−１およびＴＸｉ−２から成り、すだれ状電極ＴＹｉは電極ＴＹｉ−１およびＴＹｉ−２から成り、すだれ状電極ＲＸは電極ＲＸ−１およびＲＸ−２から成り、すだれ状電極ＲＹは電極ＲＹ−１およびＲＹ−２から成る。各すだれ状電極では電極指間の距離が２種類あり、そのうち短い方の距離ｘｐは１１５μｍである。
【００４６】
図３は図１の超音波タッチパネルの部分斜視図である。すだれ状電極ＴＸｉと接地電極ＧＴＸｉはスイッチＷＸｉを介して移相器ＳＴＸに接続され、すだれ状電極ＴＹｉと接地電極ＧＴＹｉはスイッチＷＹｉを介して移相器ＳＴＹｉに接続され、すだれ状電極ＲＸと接地電極ＧＲＸは移相器ＳＲＸに接続され、すだれ状電極ＲＹと接地電極ＧＲＹは移相器ＳＲＹに接続されている。移相器ＳＴＸおよびＳＴＹはそれぞれコイルＬ１を含み、移相器ＳＲＸおよびＳＲＹはそれぞれコイルＬ２を含む。図３では、すだれ状電極ＴＸ１および接地電極ＧＴＸ１が移相器ＳＴＸに接続されている様子が示されている。
【００４７】
図４は図１の超音波タッチパネルの平面図である。図４ではガラス板１、すだれ状電極ＴＸｉ、ＴＹｉ、ＲＸ、ＲＹ、圧電磁器板ＰＴＸ、ＰＴＹ、ＰＲＸおよびＰＲＹのみが描かれている。本実施例では各圧電磁器板がそれぞれ独立した構造を有しているが、隣あった２つの圧電磁器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。
【００４８】
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。駆動部３は倍電圧整流器４、コンパレータ５および情報処理部６を含む。スイッチＷＸｉはスイッチＷＸｉ−１およびスイッチＷＸｉ−２から成り、スイッチＷＸｉ−１の出力端は電極ＴＸｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷＸｉ−２の出力端は電極ＴＸｉ−２の入力端に接続されている。スイッチＷＹｉはスイッチＷＹｉ−１およびスイッチＷＹｉ−２から成り、スイッチＷＹｉ−１の出力端は電極ＴＹｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷＹｉ−２の出力端は電極ＴＹｉ−２の入力端に接続されている。但し、図５では情報処理部６とスイッチＷＸｉとの接続および情報処理部６とスイッチＷＹｉとの接続が省略されて描かれている。
【００４９】
図５の駆動回路において、電極ＴＸｉ−１と接地電極ＧＴＸｉとの間および電極ＴＸｉ−２と接地電極ＧＴＸｉとの間に位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＥＴ１およびＥＴ２を移相器ＳＴＸを介して入力すると、電気信号ＥＴ１およびＥＴ２の周波数のうちすだれ状電極ＴＸｉの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが一方向性を有する弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＸを伝搬し、さらにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰＴＸが固着された方の板面の表面近傍に伝搬される。ガラス板１に伝搬した弾性表面波は圧電磁器板ＰＲＸに伝搬され、その圧電磁器板ＰＲＸに伝搬された弾性表面波のうちすだれ状電極ＲＸの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＥＲ１およびＥＲ２に変換されて、電極ＲＸ−１と接地電極ＧＲＸとの間および電極ＲＸ−２と接地電極ＧＲＸとの間から出力される。出力された電気信号ＥＲ１およびＥＲ２は移相器ＳＲＸを介することにより位相差が零の単一の電気信号ＥＲとして出力され、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、移相器ＳＴＹおよびスイッチＷＹｉを介してすだれ状電極ＴＹｉと接地電極ＧＴＹｉとの間に入力され、残部（２）は倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。電気信号（１）がすだれ状電極ＴＹｉと接地電極ＧＴＹｉとの間に入力される場合、電気信号（１）はＸ軸方向の場合と同様にして電極ＴＹｉ−１と接地電極ＧＴＹｉとの間および電極ＴＹｉ−２と接地電極ＧＴＹｉとの間に位相が異なる２つの電気信号ＥＴ１およびＥＴ２として入力され、一方向性を有する弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＹを伝搬する。さらにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰＴＹが固着された方の板面の表面近傍に伝搬され、電極ＲＹ−１と接地電極ＧＲＹとの間および電極ＲＹ−２と接地電極ＧＲＹとの間で電気信号ＥＲ１およびＥＲ２に変換されて出力された後、移相器ＳＲＹを介して位相差が零の単一の電気信号ＥＲとして出力され、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、移相器ＳＴＸおよびスイッチＷＸｉを介してすだれ状電極ＴＸｉと接地電極ＧＴＸｉとの間に入力され、残部（４）は倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。
【００５０】
情報処理部６は次の機能を有する。第一に、スイッチＷＸｉおよびＷＹｉを順次に所定の周期で断続すること、第二に、電気信号ＥＲの大きさを検出すること、第三に、ガラス板１の各圧電磁器板を有する方の板面（以後、パネル画面と呼ぶ）に入力ペンのペン先が接触することを電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅することによって判断すること、第四に、電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷＸｉおよびＷＹｉを特定することにより接触位置を特定することである。スイッチＷＸｉおよびＷＹｉを順次に所定の周期で断続する場合、スイッチＷＸｉのうちの１組を接続している間に、スイッチＷＹｉを一巡する方法が採用されている。また、スイッチＷＸｉ−１とそれに対応するスイッチＷＸｉ−２は常に同じ断続状態にあり、スイッチＷＹｉ−１とそれに対応するスイッチＷＹｉ−２は常に同じ断続状態にある。パネル画面上のすだれ状電極ＴＸｉとＲＸとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）と、すだれ状電極ＴＹｉとＲＹとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）との交叉部をペン先で接触する場合、たとえば、伝搬路ＵＸ３とＵＹ５との交叉部を接触する場合、スイッチＷＸ３を接続した時に限ってＸ軸方向の電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅すると同時に、スイッチＷＹ５を接続した時に限ってＹ軸方向の電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路ＵＸ３とＵＹ５との交叉部を接触していることが判明する。つまり、電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷＸｉおよびＷＹｉを特定することにより、接触位置を特定することが可能となる。図２に示されているように、各すだれ状電極が平行四辺形を成すことにより、伝搬路ＵＸｉは互いに隙間なく隣接した構造をとることができ、伝搬路ＵＹｉも同様にして互いに隙間なく隣接した構造をとることができる。従って、接触位置を特定する場合、ガラス板１のパネル画面のすべてが隙間なく利用できることから、接触位置の精密な特定が可能となる。また、もし伝搬路ＵＸｉが互いに一部分を重複させている場合には、その重複した部分を有する隣あう２つの伝搬路ＵＸｉが特定されることから、接触位置がその２つの伝搬路ＵＸｉの間であることが判別される。伝搬路ＵＹｉが互いに一部分を重複させている場合も同様である。
【００５１】
図５の駆動回路では、移相器ＳＴＸの入力端が増幅器ＡＹを介して移相器ＳＲＹの出力端に接続され、移相器ＳＴＹの入力端が増幅器ＡＸを介して移相器ＳＲＸの出力端に接続されることにより、発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，８）が構成されている。この発振器Ｈｉの信号ループは移相器ＳＴＸ、スイッチＷＸｉ、伝搬路ＵＸｉ、移相器ＳＲＸ、増幅器ＡＸ、移相器ＳＴＹ、スイッチＷＹｉ、伝搬路ＵＹｉ、移相器ＳＲＹおよび増幅器ＡＹから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００５２】
図６は圧電磁器板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、弾性表面波の周波数ｆと圧電磁器板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、ガラス板１が、ガラス板１単体を伝搬する弾性表面波の横波の速度が３０９１ｍ／ｓで縦波の速度が５５９２ｍ／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３０９１ｍ／ｓおよび縦波速度５５９２ｍ／ｓという値は、圧電磁器板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１．３倍である。図６では、すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーは特に１次モードの弾性表面波に最も効率よく変換されることが分かる。すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーが１次モードの弾性表面波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約１．３ＭＨｚ・ｍｍのときで、このときｋ２は最大値の約４．７％を示す。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。
【００５３】
図７は圧電磁器板ＰＴＸを伝搬する弾性表面波の位相速度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、ガラス板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、すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性表面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。１次以上の高次モードの○印における位相速度はほぼ一定（約２９８０ｍ／ｓ）で、ガラス板１単体に伝搬するレイリー波速度（２８５０ｍ／ｓ）とほぼ等しい。
【００５４】
図８は圧電磁器板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８では、ガラス板１が、ガラス板１単体を伝搬する弾性表面波の横波の速度が４２０３ｍ／ｓで縦波の速度が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、圧電磁器板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８では、すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーは特に１次モードの弾性表面波に最も効率よく変換されることが分かる。すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーが１次モードの弾性表面波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約０．７ＭＨｚ・ｍｍのときで、このときｋ２は最大値の約１４．０％を示す。
【００５５】
図９は圧電磁器板ＰＴＸを伝搬する弾性表面波の位相速度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９では、ガラス板１が図８と同様な材質で成る場合の特性図が示される。○印は、すだれ状電極ＴＸｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性表面波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図８から算出した値で、ｋ２が最大値を示すｆｄ値）を示す。１次以上の高次モードの○印における位相速度はほぼ一定（約３８００ｍ／ｓ）で、ガラス板１単体に伝搬するレイリー波速度（３８６０ｍ／ｓ）とほぼ等しい。
【００５６】
図６〜９より、ガラス板１に効率よく伝搬される弾性表面波は１次以上の高次モードの波であることが分かる。また、すだれ状電極ＴＸｉおよびＴＹｉに加えられる電気的エネルギーが１次以上の高次モードの弾性表面波に最も変換されやすい位相速度は、ガラス板１単体に伝搬するレイリー波速度とほぼ等しい。同様にして、すだれ状電極ＲＸおよびＲＹにおいて１次以上の高次モードの弾性表面波が電気信号に変換される場合、その弾性表面波の位相速度がガラス板１単体に伝搬するレイリー波速度とほぼ等しいときに効率よく電気信号に変換される。
【００５７】
図１０は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す断面図である。本実施例は超音波送受波手段ＸおよびＹを除き、図１の第１の実施例と同様な構造を成す。本実施例では超音波送受波手段Ｘがすだれ状電極ＩＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極ＩＲＸ、増幅器ＡＸ、スイッチＣＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板ＰＴＸおよびＰＲＸから成り、超音波送受波手段Ｙがすだれ状電極ＩＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極ＩＲＹ、増幅器ＡＹ、スイッチＣＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板ＰＴＹおよびＰＲＹから成る。図１０ではガラス板１、支持基板２、倍電圧整流器４、コンパレータ５、情報処理部６および超音波送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極ＩＴＸｉ、ＩＴＹｉ、ＩＲＸおよびＩＲＹはアルミニウム薄膜で成り、それぞれ圧電磁器板ＰＴＸ、ＰＴＹ、ＰＲＸおよびＰＲＹ上に設けられている。各圧電磁器板は各すだれ状電極を介して厚さ約２０μｍのエポキシ系樹脂によってガラス板１上に固着されている。
【００５８】
図１１は図１０のすだれ状電極ＩＴＸｉを示す平面図である。すだれ状電極ＩＴＸｉおよびＩＴＹｉは互いに同様な構造を有し、すだれ状電極ＩＲＸおよびＩＲＹはすだれ状電極ＩＴＸｉとは電極指の数が異なるという点を除けば同様な構造を有する。すだれ状電極ＩＴＸｉは１０対の電極指を有する正規型のもので、電極周期長ｐは４６０μｍであり、全体の形状は平行四辺形を成す。すだれ状電極ＩＴＸｉでは電極指間の距離はすべて均一である。すだれ状電極ＩＴＸｉの構造は、電極指間の距離を除き図２のすだれ状電極ＴＸｉと同様である。
【００５９】
図１２は図１０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ＣＸｉおよびＣＹｉの出力端はそれぞれすだれ状電極ＩＴＸｉおよびＩＴＹｉの入力端に接続されている。図１２では情報処理部６とスイッチＣＸｉとの接続および情報処理部６とスイッチＣＹｉとの接続が省略されて描かれている。
【００６０】
図１２の駆動回路において、すだれ状電極ＩＴＸｉから電気信号ＥＴを入力すると、電気信号ＥＴの周波数のうちすだれ状電極ＩＴＸｉの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＸを伝搬し、さらにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰＴＸが固着された方の板面の表面近傍に伝搬される。ガラス板１に伝搬した弾性表面波は圧電磁器板ＰＲＸに伝搬され、その圧電磁器板ＰＲＸに伝搬された弾性表面波のうちすだれ状電極ＩＲＸの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信号ＥＲに変換されてすだれ状電極ＩＲＸから出力される。電気信号ＥＲは増幅器ＡＸによって増幅され、増幅された電気信号の一部（１）は、スイッチＣＹｉを介してすだれ状電極ＩＴＹｉに入力され、残部（２）は倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。電気信号（１）がすだれ状電極ＩＴＹｉに入力されと、電気信号（１）はＸ軸方向の場合と同様にして弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＹを伝搬する。さらにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰＴＹが固着された方の板面の表面近傍に伝搬された後、圧電磁器板ＰＲＹに伝搬され、その圧電磁器板ＰＲＹに伝搬された弾性表面波のうちすだれ状電極ＩＲＹの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信号ＥＲに変換されてすだれ状電極ＩＲＹから出力される。電気信号ＥＲは増幅器ＡＹによって増幅され、増幅された電気信号の一部（３）は、スイッチＣＸｉを介してすだれ状電極ＩＴＸｉに入力され、残部（４）は倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。この情報処理部６は図５の情報処理部６と同様な機能を有する。このようにして、電気信号ＥＲの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＣＸｉおよびＣＹｉを特定することにより、接触位置を特定することが可能となる。また、スイッチＣＸｉの入力端はすだれ状電極ＩＲＹの出力端に増幅器ＡＹを介して接続され、スイッチＣＹｉの入力端はすだれ状電極ＩＲＸの出力端に増幅器ＡＸを介して接続されている。このようにして、伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されている。このとき、発振器Ｈｉの信号ループはスイッチＣＸｉ、伝搬路ＵＸｉ、増幅器ＡＸ、スイッチＣＹｉ、伝搬路ＵＹｉおよび増幅器ＡＹから成る。従って、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。図１０の超音波タッチパネルでは、各圧電磁器板は各すだれ状電極が設けられた方の板面を介してガラス板１上に固着されているが、各すだれ状電極が設けられていない方の板面を介してガラス板１上に固着されている場合にも同様な効果が見られた。図１および図１０の２つの超音波タッチパネルを比較した場合、図１の方がより低消費電力で低電圧駆動が可能であり、しかも感度がよい。
【００６１】
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、ガラス板１、支持基板２、倍電圧整流器４、コンパレータ５、情報処理部６、増幅器ＡＭＰ、移相器ＳＴ、超音波送受波手段ＸおよびＹ（図１の第１の実施例における超音波送受波手段ＸおよびＹとは異なる）から成る。本実施例では超音波送受波手段Ｘがすだれ状電極ＴＸ、すだれ状電極ＲＸｉ（ｉ＝１，２，……，１６）、接地電極ＧＴＸ、圧電磁器板ＰＴＸおよびＰＲＸから成り、超音波送受波手段Ｙがすだれ状電極ＴＹ、すだれ状電極ＲＹｉ（ｉ＝１，２，……，１６）、接地電極ＧＴＹ、移相器ＳＴ、圧電磁器板ＰＴＹおよびＰＲＹから成る。図１３ではガラス板１、支持基板２、倍電圧整流器４、コンパレータ５、情報処理部６、増幅器ＡＭＰ、移相器ＳＴおよび超音波送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極ＴＸ、ＴＹ、ＲＸｉおよびＲＹｉはアルミニウム薄膜で成り、それぞれ圧電磁器板ＰＴＸ、ＰＴＹ、ＰＲＸおよびＰＲＹ上に設けられている。
【００６２】
図１４は図１３のすだれ状電極ＴＸを示す平面図である。すだれ状電極ＴＸは１０対の電極指を有する正規型のもので、電極周期長ｐは４６０μｍである。すだれ状電極ＴＸおよびＴＹは互いに同様な構造を有する。すだれ状電極ＴＸは電極ＴＸ−１およびＴＸ−２から成り、すだれ状電極ＴＹは電極ＴＹ−１およびＴＹ−２から成る。すだれ状電極ＴＸでは電極指間の距離が２種類あり、そのうち短い方の距離ｘｐは１１５μｍである。同様にして、すだれ状電極ＴＹでは電極指間の距離が２種類あり、そのうち短い方の距離ｘｐは１１５μｍである。
【００６３】
図１５は図１３のすだれ状電極ＲＸｉを示す平面図である。すだれ状電極ＲＸｉは１０対の電極指を有する正規型のもので、電極周期長ｐは４６０μｍである。すだれ状電極ＲＸｉは電極指間の距離が一定で、すだれ状電極ＴＸとは電極指の長さが異なる。すだれ状電極ＲＸｉおよびＲＹｉは互いに同様な構造を有する。
【００６４】
図１６は図１３の超音波タッチパネルの平面図である。図１６ではガラス板１、すだれ状電極ＴＸ、ＴＹ、ＲＸｉ、ＲＹｉ、圧電磁器板ＰＴＸ、ＰＴＹ、ＰＲＸおよびＰＲＹのみが描かれている。本実施例では各圧電磁器板がそれぞれ独立した構造を有しているが、隣あった２つの圧電磁器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。
【００６５】
図１７は図１３の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。すだれ状電極ＲＹｉのうちすだれ状電極ＲＹ１は増幅器ＡＭＰに接続されている。移相器ＳＴは少なくとも１つのコイルＬ１を含み、コイルＬ１は電極ＴＸ−１およびＴＹ−１の入力端に接続されるかまたは電極ＴＸ−２およびＴＹ−２の入力端に接続されている。
【００６６】
図１７の駆動回路において、電極ＴＸ−１と接地電極ＧＴＸとの間および電極ＴＸ−２と接地電極ＧＴＸとの間に位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＥＴ１およびＥＴ２を移相器ＳＴを介して入力すると、電気信号ＥＴ１およびＥＴ２の周波数のうちすだれ状電極ＴＸの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが一方向性を有する弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＸを伝搬し、さらにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰＴＸが固着された方の板面の表面近傍に伝搬される。ガラス板１に伝搬した弾性表面波は圧電磁器板ＰＲＸに伝搬され、その圧電磁器板ＰＲＸに伝搬された弾性表面波のうちすだれ状電極ＲＸｉの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信号ＥＲｉ（ｉ＝１，２，……，１６）に変換されて、すだれ状電極ＲＸｉから出力される。出力された電気信号ＥＲｉは倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。同様にして、電極ＴＹ−１と接地電極ＧＴＹとの間および電極ＴＹ−２と接地電極ＧＴＹとの間に位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＥＴ１およびＥＴ２を入力すると、電気信号ＥＴ１およびＥＴ２の周波数のうちすだれ状電極ＴＹの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが一方向性を有する弾性表面波に変換されて、圧電磁器板ＰＴＹを伝搬し、さらにガラス板１を伝搬する。ガラス板１に伝搬した弾性表面波は圧電磁器板ＰＲＹに伝搬され、すだれ状電極ＲＹｉから電気信号ＥＲｉとして出力される。出力された電気信号ＥＲｉは倍電圧整流器４およびコンパレータ５を介して情報処理部６に送られる。この際、すだれ状電極ＲＹｉのうちすだれ状電極ＲＹ１から出力された電気信号ＥＲ１は増幅器ＡＭＰによって増幅された後、移相器ＳＴを介して再びすだれ状電極ＴＸおよびＴＹに入力される。このようにして、すだれ状電極ＴＹとＲＹ１との間の弾性表面波の伝搬路ＵＹ１を遅延素子とする発振器Ｈが構成されている。このとき、発振器Ｈｉの信号ループはすだれ状電極ＴＹ、伝搬路ＵＹ１、すだれ状電極ＲＹ１、増幅器ＡＭＰおよび移相器ＳＴから成る。従って、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００６７】
図１３の超音波タッチパネルにおける情報処理部６は次の機能を有する。第一に、電気信号ＥＲｉの大きさを検出すること、第二に、パネル画面に入力ペンのペン先が接触することを電気信号ＥＲｉの大きさが減衰または消滅することによって判断すること、第三に、減衰または消滅した電気信号ＥＲｉに対応するすだれ状電極ＲＸｉおよびＲＹｉを特定することにより接触位置を特定することである。すだれ状電極ＴＸとＲＸｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＸｉ（ｉ＝１，２，……，１６）とすだれ状電極ＴＹとＲＹｉとの間の弾性表面波の伝搬路ＵＹｉ（ｉ＝２，３，……，１６）との交叉部をペン先で接触する場合、たとえば、伝搬路ＵＸ６とＵＹ２との交叉部を接触する場合、すだれ状電極ＲＸ６から出力される電気信号ＥＲ６およびすだれ状電極ＲＹ２から出力される電気信号ＥＲ２がそれぞれ減衰または消滅する。このようにして、伝搬路ＵＸ６とＵＹ２との交叉部を接触していることが判明する。また、図１３の第３の実施例では伝搬路ＵＸｉが互いに一部分を重複させ、伝搬路ＵＹｉもまた互いに一部分を重複させている。もし、その重複した部分を接触する場合、たとえば、伝搬路ＵＸ６とＵＸ５とが重複した部分を接触する場合には、すだれ状電極ＲＸ６およびＲＸ５それぞれに出力される電気信号ＥＲ６およびＥＲ５がともに減衰または消滅する。従って、伝搬路ＵＸ６とＵＸ５との間を接触していることが判明する。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電板ＰＴに１次以上の高次モードの弾性表面波を励振させ、その弾性表面波を非圧電板の各圧電板が設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。この弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度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ＩＴｉ、ＴｉおよびＴ（以後、入力用すだれ状電極と呼ぶ）から加えられる電気的エネルギーが弾性表面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。従って、低消費電力駆動が可能となる。また、非圧電板の圧電板ＰＴが設けられた方の板面の表面近傍を除いた部分には弾性表面波が伝搬しないことから、非圧電板の支持が容易になる。
【００６９】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の各圧電板が設けられた方の板面の表面近傍に伝搬された１次以上の高次モードの弾性表面波を圧電板ＰＲに伝搬させた後、すだれ状電極ＩＲ、Ｒ、Ｒｉ（以後、出力用すだれ状電極と呼ぶ）から電気信号として出力させることができる。このとき、この弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、圧電板ＰＲに伝搬した弾性表面波が出力用すだれ状電極において電気信号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、各圧電板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。
【００７０】
入力用すだれ状電極として電極指間の距離が２種類あるようなすだれ状電極を採用することにより、一方向性の弾性表面波を圧電板ＰＴに励振させ、その弾性表面波を非圧電板の各圧電板が設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。一方向性の弾性表面波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にするばかりでなく、不要信号の発生を抑制する。出力用すだれ状電極として電極指間の距離が２種類あるようなすだれ状電極を採用することにより、非圧電板の各圧電板が設けられた方の板面の表面近傍に伝搬されている一方向性の弾性表面波を出力用すだれ状電極から電気信号として出力することができ、超音波の発生源を特定の範囲に限定すること等が可能となる。
【００７１】
各圧電板の厚さｄを電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とする構造を採用するとともに、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することにより、入力用すだれ状電極から加えられる電気的エネルギーが１次以上の高次モードの弾性表面波に変換される度合を増大させることができる。このとき、非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、非圧電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させることができる。また、非圧電板の表面近傍に伝搬されている１次以上の高次モードの弾性表面波を出力用すだれ状電極から電気信号として効率よく出力させることができる。
【００７２】
各圧電板として圧電セラミックやＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムを採用することにより、圧電板ＰＴに効率よく弾性表面波を励振し非圧電板の表面近傍に伝搬させることと、非圧電板に伝搬した弾性表面波を効率よく圧電板ＰＲに伝搬させることを可能にする。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。
【００７３】
パネル画面上の入力用および出力用すだれ状電極間を入力ペンのペン先で接触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それに伴って出力用すだれ状電極に出力される電気信号も消滅または減衰する。従って、パネル画面上に接触したことが短い応答時間で感知される。さらに、接触位置の座標を、伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉ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、接触位置を伝搬路ＵＸｉとＵＹｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標、すなわち接触位置の座標が判明する。また、伝搬路ＵＸｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路ＵＹｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、パネル画面上の接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。１つの出力用すだれ状電極にＮ個の入力用すだれ状電極を備えたタイプの超音波タッチパネルでは、そのＮ個の入力用すだれ状電極それぞれに接続されたＮ個のスイッチＣｉまたはＷｉを用いることにより、パネル画面上の接触位置が容易に判明し、また、回路構成が簡略化される。
【００７４】
駆動回路の中に増幅器を用いることにより、伝搬路ＵＸｉおよびＵＹｉを遅延素子とする発振器Ｈｉを構成することが可能となることから、回路構成が簡略化され、低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す断面図。
【図２】  図１のすだれ状電極ＴＸｉを示す平面図。
【図３】  図１の超音波タッチパネルの部分斜視図。
【図４】  図１の超音波タッチパネルの平面図。
【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】  圧電磁器板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】  圧電磁器板ＰＴＸを伝搬する弾性表面波の位相速度を示す特性図。
【図８】  圧電磁器板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９】  圧電磁器板ＰＴＸを伝搬する弾性表面波の位相速度を示す特性図。
【図１０】  本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す断面図。
【図１１】  図１０のすだれ状電極ＩＴＸｉを示す平面図。
【図１２】  図１０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のすだれ状電極ＴＸを示す平面図。
【図１５】  図１３のすだれ状電極ＲＸｉを示す平面図。
【図１６】  図１３の超音波タッチパネルの平面図。
【図１７】  図１３の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図。
【符号の説明】
１    ガラス板
２    支持基板
３    駆動部
４    倍電圧整流器
５    コンパレータ
６    情報処理部
ＴＸｉ，ＴＹｉ，ＲＸ，ＲＹ    すだれ状電極
ＧＴＸｉ，ＧＴＹｉ，ＧＲＸ，ＧＲＹ    接地電極
ＳＴＸ，ＳＴＹ，ＳＲＸ，ＳＲＹ    移相器
ＷＸｉ，ＷＹｉ    スイッチ
ＰＴＸ，ＰＴＹ，ＰＲＸ，ＰＲＹ    圧電磁器板
ＡＸ，ＡＹ    増幅器
Ｌ１，Ｌ２    コイル
ＩＴＸｉ，ＩＴＹｉ，ＩＲＸ，ＩＲＹ    すだれ状電極
ＣＸｉ，ＣＹｉ    スイッチ
ＴＸ，ＴＹ，ＲＸｉ，ＲＹｉ    すだれ状電極
ＳＴ    移相器
ＡＭＰ    増幅器
【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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