(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段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入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成り、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＲＰは、前記交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極交差幅には、前記部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＱＰは前記交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅ＬＲＮと、前記交差幅ＬＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、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、前記入力用圧電基板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、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬させ、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記弾性波を電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。
【請求項２】
前記交差幅ＬＱＰは、前記電極周期長Ｐを前記グループＲｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項１に記載の超音波タッチパネル。
【請求項３】
非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段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入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａｉの電極指の方向は前記部分Ｃｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂｉの電極指は前記部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、前記部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂｉの電極交差幅には、前記部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、前記部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＢＰは前記交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極指は前記部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極交差幅には、前記部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、前記部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＤＰは、前記交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＢＮの合計は、前記部分Ｃｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、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、前記入力用圧電基板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、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性波をＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちらか一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路��ｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。
【請求項４】
前記交差幅ＬＢＰは、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項３に記載の超音波タッチパネル。
【請求項５】
前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ周波数ｆｉａおよびｆｉｂを有し、前記信号処理器は、前記位置Ｆｉａのうち接触した前記位置ＦＸａを前記電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定するか、または前記位置Ｆｉｂのうち接触した前記位置ＦＸｂを前記電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
【請求項６】
前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、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、その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、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記弾性波を位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ位相θｉａおよびθｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θｂａｓｅと、前記位相θｉａまたはθｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、前記位置Ｆｉａのうち接触した前記位置ＦＸａを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸｂの位相θＸｂとの差に基づいて特定するか、または前記位置Ｆｉｂのうち接触した前記位置ＦＸｂを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸａの位相θＸａとの差に基づいて特定する請求項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２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも小さく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基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１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。
【請求項８】
前記２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基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１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。
【請求項９】
前記２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基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１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１０】
前記各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または９に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１１】
一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交している請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波送受波手段を備えた圧電基板を有する非圧電板の板面に人指または物体が接触した位置を検出する超音波タッチパネルに関する。
【０００２】
【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。また、従来のタッチパネルは、信号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
【０００３】
【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、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、非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段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入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成り、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＲＰは、前記交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極交差幅には、前記部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＱＰは前記交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅ＬＲＮと、前記交差幅ＬＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、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、前記入力用圧電基板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、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬させ、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記弾性波を電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００５】
請求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅ＬＱＰが、前記電極周期長Ｐを前記グループＲｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００６】
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段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入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａｉの電極指の方向は前記部分Ｃｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂｉの電極指は前記部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、前記部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂｉの電極交差幅には、前記部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、前記部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＢＰは前記交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極指は前記部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極交差幅には、前記部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、前記部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＤＰは、前記交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＢＮの合計は、前記部分Ｃｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、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、前記入力用圧電基板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、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性波をＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちらか一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ��１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００７】
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅ＬＢＰが、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００８】
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ周波数ｆｉａおよびｆｉｂを有し、前記信号処理器は、接触した前記位置ＦＸａを前記電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定するか、または接触した前記位置ＦＸｂを前記電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。
【０００９】
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、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、その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、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記弾性波を位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ位相θｉａおよびθｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θｂａｓｅと、前記位相θｉａまたはθｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、接触した前記位置ＦＸａを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸｂの位相θＸｂとの差に基づいて特定するか、または接触した前記位置ＦＸｂを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸａの位相θＸａとの差に基づいて特定する。
【００１０】
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも小さく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部ＢＴに励振する前記弾性波は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と前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、前記各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前記圧電セラミックの厚さ方向と平行である。
【００１４】
請求項１１に記載の超音波タッチパネルは、一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交している。
【００１５】
【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、その非圧電板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、その２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成る。入力用および出力用すだれ状電極はそれぞれ入力用および出力用圧電基板の一方の板面に設けられている。入力用および出力用圧電基板は、それらの一方の板面またはもう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いる。
【００１６】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成る。部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒｉｍの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒｉｍの電極交差幅には、部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、交差幅ＬＲＰは、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｑｉの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑｉの電極交差幅には、部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、交差幅ＬＱＰは交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＱＰは、電極周期長ＰをグループＲｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、交差幅ＬＲＮと、交差幅ＬＱＮの合計は、入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しい。
【００１７】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、入力用圧電基板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することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、出力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬され、部分ＲｉａおよびＲｉｂによって電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。このとき、電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅ＬＲＰが、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。すなわち、入力用および出力用すだれ状電極で励起あるいは受波される弾性波は、電極指に直交する方向で、しかも弾性波の波面の幅はすだれ状電極の交差幅に相当するものとみなされていることから、入力用および出力用すだれ状電極の間には、非圧電板において、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂが形成されることとなる。このようにして、入力用および出力用すだれ状電極の間に、グループＲｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになり、非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応させることができる。従って、非圧電板のどちらか一方の板面のいずれかの位置を接触する場合には、その接触位置は、必ず超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂに対応することとなる。言い換えれば、非圧電板のどちらか一方の板面上には、必ず超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂそれぞれに対応する位置ＦｉａおよびＦｉｂが存在することとなる。
もしも、位置ＦｉａまたはＦｉｂを人指または物体が接触すると、位置ＦｉａまたはＦｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、このとき、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。すなわち、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａのみが出力信号として姿を見せることになるのである。このようにして、情報処理部は、位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、その位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。つまり、位置ＦＸａにおけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、ＦＸａ＝Ｆ２ａとなるが、この場合、位置Ｆ２ａと対を成す位置Ｆ２ｂに対応する電気信号Ｅ２ｂが出力用すだれ状電極から出力されることとなり、このようにして、位置Ｆ２ａに接触したことが感知される。同様にして情報処理部は、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂにそれぞれ対応する電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００１８】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。部分Ａｉの電極指の方向は部分Ｃｉの電極指の方向と平行である。部分Ｂｉの電極指は部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂｉの電極交差幅には、部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類がある。交差幅ＬＢＰは交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＢＰは、電極周期長Ｐを部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分Ｄｉの電極指は部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄｉの電極交差幅には、部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類がある。交差幅ＬＤＰは、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ａｉの電極指の交差幅および交差幅ＬＢＮの合計は、部分Ｃｉの電極指の交差幅および交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しい。
【００１９】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極に電極周期長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弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅ＬＤＰが、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。つまり、入力用および出力用すだれ状電極の間に、部分Ａｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになり、超音波伝搬路Ｚｉａは部分ＡｉとＣｉの間に、超音波伝搬路Ｚｉｂは部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にある。非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置ＦｉａまたはＦｉｂを人指または物体が接触すると、位置ＦｉａまたはＦｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、このとき、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、その位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。同様にして情報処理部は、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂにそれぞれ対応する電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００２０】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの周波数ｆｉｂまたはｆｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器および信号処理器から成る。出力用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して入力用すだれ状電極の入力端および信号処理器の入力端に接続される。信号処理器は、接触された位置ＦＸａを電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定する。同様にして、接触された位置ＦＸｂを電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。つまり、位置Ｆｉａのうちの１つ位置ＦＸａを接触する場合、位置ＦＸａにおけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、ＦＸａ＝Ｆ２ａとなるが、この場合、位置Ｆ２ａと対を成す位置Ｆ２ｂに対応する出力電気信号Ｅ２ｂの周波数ｆ２ｂが検出されることとなり、結果として、位置Ｆ２ａに接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆｉｂのうちの１つ位置ＦＸｂを接触する場合、ｉ＝２の場合には、ＦＸｂ＝Ｆ２ｂとなり、位置Ｆ２ｂと対を成す位置Ｆ２ａに対応する出力電気信号Ｅ２ａの周波数ｆ２ａが検出されることとなり、結果として、位置Ｆ２ｂに接触したことが特定される。
【００２１】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの位相θｉｂまたはθｉａと、基準となる位相θｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含み、その一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられる。２つの基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行である。出力用としての基準用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して、入力用としての基準用すだれ状電極および入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに、位相比較器の入力端に接続される。出力用すだれ状電極の出力端は位相比較器を介して信号処理器の入力端に接続される。入力用としての基準用すだれ状電極に電極周期長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弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、出力用としての基準用すだれ状電極によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。もしも位置Ｆｉｂのうちの１つ位置ＦＸｂに接触すると、電気信号ＥＸａが出力されるので、位相比較器において位相θｂａｓｅと、電気信号ＥＸａの位相θＸａとの差（θｂａｓｅ−θＸａ）が検出され、位置Ｆｉａのうちの１つ位置ＦＸａに接触すると位相比較器において位相θｂａｓｅと、電気信号ＥＸｂの位相θＸｂとの差（θｂａｓｅ−θＸｂ）が検出される。信号処理器は、接触された位置ＦＸａを位相差（θｂａｓｅ−θＸｂ）に基づいて特定する。同様にして、接触された位置ＦＸｂを位相差（θｂａｓｅ−θＸａ）に基づいて特定する。このようにして、もしも位置Ｆｉｂのうちの１つ位置ＦＸｂに接触する場合、位置ＦＸｂにおけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、ＦＸｂ＝Ｆ２ｂとなるが、この場合、位置Ｆ２ｂと対を成す位置Ｆ２ａに対応する電気信号Ｅ２ａが出力されるので、位相比較器においては位相θｂａｓｅとθ２ａとの差（θｂａｓｅ−θ２ａ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ２ｂに接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆｉａのうちの１つ位置ＦＸａを接触する場合、ｉ＝２の場合には、ＦＸａ＝Ｆ２ａとなり、位置Ｆ２ａと対を成す位置Ｆ２ｂに対応する電気信号Ｅ２ｂが出力されるので、位相比較器においては位相θｂａｓｅとθ２ｂとの差（θｂａｓｅ−θ２ｂ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ２ａに接触したことが特定される。
【００２２】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも小さく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、弾性波の周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しくなる。
【００２３】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、Ｖｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００２４】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも大きく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、Ｖｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００２５】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００２６】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交す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次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【００２７】
【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、Ｘ軸方向の超音波送受波手段Ｘ、Ｙ軸方向の超音波送受波手段Ｙおよび情報処理部Ｚから成る。各超音波送受波手段は入力用すだれ状電極３、および出力用すだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。図１では非圧電板１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３および４はアルミニウム薄膜で成り、１０対の電極指を有し、圧電基板２の下端面に設けられている。非圧電板１はガラスの他、フッ素樹脂、アクリル樹脂またはプラスチック等の高分子化合物で成り、その厚さｈは１５０μｍである。圧電基板２は枠型構造を成し、厚さｄが１ｍｍの圧電セラミックで成り、その分極軸の方向は厚さｄの方向と平行である。圧電基板２は非圧電板１の下端面に固着されている。非圧電板１と圧電基板２は２層構造部ＢＴおよびＢＲを形成する。
【００２８】
図２は図１の超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図である。但し、図２では情報処理部Ｚは描かれていない。圧電基板２は枠型構造の一方の端にすだれ状電極３が、もう一方の端にすだれ状電極４が設けられている。圧電基板２の代わりに、それぞれ独立した４つの圧電基板を採用し、その４つの圧電基板それぞれにすだれ状電極３または４を設けた構造も可能である。
【００２９】
図３はすだれ状電極３と４との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極３は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．６ｍｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍである。すだれ状電極４の電極指の交差領域は、１個のグループＲ１から成り、グループＲ１は２つの部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ１ｍから成る。部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極３の電極指の方向と平行で、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極３の電極周期長Ｐと等しい。
【００３０】
図４は部分Ｒ１ｍの拡大平面図である。部分Ｒ１ｍの電極指はすだれ状電極３の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒ１ｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒ１ｍの電極交差幅には、部分Ｒ１ｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、すだれ状電極３の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類がある。交差幅ＬＲＰは、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。なお、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｒ１ｍの交差幅ＬＲＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極３の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
図３および４より、部分Ｒ１ｍとＲ１ａとの境界付近と、部分Ｒ１ｍとＲ１ｂとの境界付近とでは、すだれ状電極３からの距離において、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違を生ずることがわかる。このことは、すだれ状電極３と部分Ｒ１ａとの距離と、すだれ状電極３と部分Ｒ１ｂとの距離とでは、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることを意味する。
【００３１】
図５は図１の超音波タッチパネルの回路構成図である。図５の回路には情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器５および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は、増幅器５を介してすだれ状電極３の入力端および信号処理器６の入力端に接続されている。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３に入力すると、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が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬される。このとき、部分Ｒ１ｍという電極部に注目した場合、部分Ｒ１ｍが入力用のすだれ状電極３に対して傾斜していることから、すだれ状電極３から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｒ１ｍ自体における電気信号の出力は零となる。一方、入力用のすだれ状電極３に対して平行な部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂに着目した場合、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂが、すだれ状電極３からの距離において、【００３０】で述べたように、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることから、すだれ状電極３から部分Ｒ１ａに至る遅延伝搬距離と、すだれ状電極３から部分Ｒ１ｂに至る遅延伝搬距離が、伝搬する弾性波の波長の2分の１周期分ずれるという結果をもたらすこととなる。その結果、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂに到達した弾性波が、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって周波数ｆ１ａおよびｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は、部分Ｒ１ｍという電極部で電気的に結合する結果として零となる。従って、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂの電気信号の和の出力は零となる。その結果、すだれ状電極４全体から電気信号が出力されることはない。
このようにして、部分Ｒ１ｍが、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂの間に存在し、しかも、【００３０】および図４で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極４での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極３および４は、２層構造部ＢＴおよびＢＲに挟まれた非圧電板１において、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂを形成する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ１ａおよびＦ１ｂを超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ１ａを人指または物体が接触すると、位置Ｆ１ａに対応する超音波伝搬路Ｚ１ａが遮断され、このとき、電気信号Ｅ１ｂが出力用すだれ状電極４から出力される。同様にして、位置Ｆ１ｂを接触すると位置Ｆ１ｂに対応する超音波伝搬路Ｚ１ｂが遮断され、電気信号Ｅ１ａが出力用すだれ状電極４から出力される。言い換えれば、位置Ｆ１ｂを接触すると、位置Ｆ１ｂと対を成す位置Ｆ１ａに対応する電気信号Ｅ１ａがすだれ状電極４から出力され、位置Ｆ１ａを接触すると、位置Ｆ１ａと対を成す位置Ｆ１ｂに対応する電気信号Ｅ１ｂがすだれ状電極４から出力されることとなる。すなわち、接触しない場合には、部分Ｒ１ｍを含むすだれ状電極４全体としての出力電気信号は零であるが、接触することにより電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂがすだれ状電極４から出力されることとなる。つまり、非圧電板１の板面を接触しない場合には、すだれ状電極４から電気信号が出力されることはないが、位置Ｆ１ｂを接触すると周波数ｆ１ａを有する電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると周波数ｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ１ａおよびＦ１ｂのどちらに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。本実施例では、２つの超音波送受波手段ＸおよびＹが用いられ、超音波送受波手段Ｘにおける超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂと、超音波送受波手段Ｙにおける超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂとが互いに直交していることから、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次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。すだれ状電極４から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器５によって増幅され、増幅された電気信号の一部はすだれ状電極３に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ１ａまたはＺ１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００３２】
図６は図１の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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と圧電基板２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、圧電基板２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ＢＴに励振されることが分かる。すだれ状電極３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。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。
【００３３】
図７は図１の２層構造部ＢＴ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、すだれ状電極３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値が零の近傍にある場合の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ＢＴ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。
【００３４】
図８は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図である。図８は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。本実施例は非圧電板１、超音波送受波手段ＸおよびＹ、および情報処理部Ｚから成る。但し、図８では情報処理部Ｚは描かれていない。各超音波送受波手段は４つのすだれ状電極３およびそれらに対応する４つのすだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。
【００３５】
図９は図８の超音波タッチパネルの回路構成図である。図９の回路ではスイッチ７と情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器５および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器５を介してスイッチ７の入力端および信号処理器６の入力端に接続されている。スイッチ７は、４つのすだれ状電極３に順番に電気信号を入力する機能を有する。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力すると、２層構造部ＢＴに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって、周波数ｆ１ａおよびｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂを接触すると周波数ｆ１ａを有する電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると周波数ｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置が明らかになる。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。すだれ状電極４から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器５によって増幅され、増幅された電気信号の一部はスイッチ７を介してすだれ状電極３に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ１ａまたはＺ１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００３６】
図１０は本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図である。図１０は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。本実施例は非圧電板１、超音波送受波手段ＸおよびＹ、および情報処理部Ｚから成る。但し、図１０では情報処理部Ｚは描かれていない。各超音波送受波手段は基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３およびそれらに対応する４つのすだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。
【００３７】
図１１は図１０の超音波タッチパネルの回路構成図である。図１１の回路では増幅器５、スイッチ７および情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器１０、位相比較器１１および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器５を介して位相比較器１１の入力端に接続されている。すだれ状電極９の出力端は、増幅器１０を介して、すだれ状電極８の入力端およびスイッチ７の入力端に接続されるとともに位相比較器１１の入力端に接続されている。スイッチ７は、４つのすだれ状電極３に順番に電気信号を入力する機能を有する。すだれ状電極８から電気信号を入力すると、２層構造部ＢＴに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、すだれ状電極９によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換され出力されて、増幅器１０によって増幅される。増幅された電気信号の一部（マル１）はすだれ状電極８およびスイッチ７に入力される。このようにして、すだれ状電極８と９との間の超音波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。増幅された電気信号の残部（マル２）は位相比較器１１に入力される。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力すると、２層構造部ＢＴに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって、位相θ１ａおよびθ１ｂを有する電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂを接触すると電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると電気信号Ｅ１ｂがすだれ状電極４から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θｂａｓｅと、位相θ１ａまたはθ１ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００３８】
図１２は本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図である。本実施例は第１の実施例の出力用すだれ状電極４が出力用すだれ状電極１２に置き換わった構造を有する。但し、図１２では非圧電板１、圧電基板２、すだれ状電極３および１２のみが描かれている。図１２は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。
【００３９】
図１３はすだれ状電極３と１２との間の相対的な構造を示す図である。図１３は図３に対応している。すだれ状電極１２の電極指の交差領域は、２個のグループＲ１およびＲ２と１個の部分Ｑ１から成り、部分Ｑ１はグループＲ１およびＲ２の間にある。グループＲ１は２つの部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ１ｍから成り、グループＲ２は２つの部分Ｒ２ａおよびＲ２ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ２ｍから成る。部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極３の電極指の方向と平行で、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極３の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍの構造は図４に示されている構造と同様である。
【００４０】
図１４は部分Ｑ１の拡大平面図である。部分Ｑ１の電極指はすだれ状電極３の電極指に対し角−βの傾きを有する。本実施例では、このように−βの傾きを有するが、＋βの傾きを有する場合も可能である。部分Ｑ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑ１の電極交差幅には、部分Ｑ１の電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、すだれ状電極３の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類がある。交差幅ＬＱＰは、交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、また、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。なお、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍそれぞれの交差幅ＬＲＮ（１ｍｍ）と、部分Ｑ１の交差幅ＬＱＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極３の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
【００４１】
第４の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図５の回路構成が用いられる。但し、図５のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。すだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１を介して２層構造部ＢＲに伝搬され、すだれ状電極１２に到達することとなるが、部分Ｑ１という電極部に注目した場合、部分Ｑ１が入力用のすだれ状電極２に対して傾斜していることから、すだれ状電極２から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｑ１自体における電気信号の出力は、【００３１】で述べた部分Ｒ１ｍの場合と同様にして零となる。一方、グループＲ１およびＲ２に着目すれば、グループＲ１を構成する部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂと、グループＲ２を構成する部分Ｒ２ａおよびＲ２ｂは、【００３１】で述べた部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂと同様に考えることができるので、グループＲ１自体およびグループＲ２自体における電気信号の出力はともに零となる。このようにして、弾性波が部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａおよびＥ２ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅および電気信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅はともに零となる。このことは、すだれ状電極１２全体としての出力電気信号が零となることを意味する。
このようにして、部分Ｒ１ｍが部分Ｒ１ａとＲ１ｂの間に、部分Ｒ２ｍが部分Ｒ２ａとＲ２ｂの間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍが【００３０】で明示されている条件を具備し、部分Ｑ１が、グループＲ１およびＲ２の間に存在するとともに【００４０】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１２での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極３および１２は、２層構造部ＢＴおよびＢＲに挟まれた非圧電板１において、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ１ａ，Ｚ１ｂ，Ｚ２ａおよびＺ２ｂを形成する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａおよびＦ２ｂを超音波伝搬路Ｚｉａ，Ｚｉｂ，Ｚ２ａおよびＺ２ｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａまたはＦ２ｂを人指または物体が接触すると、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａまたはＦ２ｂにそれぞれ対応する超音波伝搬路Ｚ１ａ，Ｚｉｂ，Ｚ２ａまたはＺ２ｂが遮断され、このとき、電気信号Ｅ１ｂ，Ｅ１ａ，Ｅ２ｂまたはＥ２ａが出力用すだれ状電極１２からそれぞれ出力される。つまり、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａまたはＦ２ｂを接触すると、周波数ｆ１ｂ，ｆ１ａ，ｆ２ｂまたはｆ２ａをそれぞれ有する電気信号Ｅ１ｂ，Ｅ１ａ，Ｅ２ｂまたはＥ２ａが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、どの位置に接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００４２】
図８の第２の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図９の回路構成が用いられる。但し、図９のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａおよびｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａおよびＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置が明らかになる。
【００４３】
図１０の第３の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１１の回路構成が用いられる。但し、図１１のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがすだれ状電極１２から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θｂａｓｅと、位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置を特定している。
【００４４】
図１５は本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図である。本実施例は第１の実施例の入力用すだれ状電極３および出力用すだれ状電極４が入力用すだれ状電極１３および出力用すだれ状電極１４に置き換わった構造を有する。但し、図１５では非圧電板１、圧電基板２、すだれ状電極１３および１４のみが描かれている。図１５は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。
【００４５】
図１６はすだれ状電極１３と１４との間の相対的な構造を示す図である。図１６は図３に対応している。すだれ状電極１３の電極指の交差領域は、２個の部分Ａ１およびＡ２と１個の部分Ｂ１から成り、部分Ｂ１は部分Ａ１およびＡ２の間にある。また、すだれ状電極１４の電極指の交差領域は、３個の部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３と、２個の部分Ｄ１およびＤ２から成り、部分Ｄ１は部分Ｃ１およびＣ２の間にあり、部分Ｄ２は部分Ｃ２およびＣ３の間にある。部分Ａ１およびＡ２それぞれの電極指の方向は、部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３それぞれの電極指の方向と平行である。部分Ａ１，Ａ２，Ｃ１，Ｃ２およびＣ３それぞれの電極周期長Ｐは１．６ｍｍである。
【００４６】
図１７は部分Ｂ１の拡大平面図である。部分Ｂ１の電極指は部分Ａ１およびＡ２の電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂ１の電極交差幅には、部分Ｂ１の電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、部分Ａ１およびＡ２の電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類がある。交差幅ＬＢＰは交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＢＰは、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。
【００４７】
図１８は部分Ｄ１の拡大平面図である。部分Ｄ２も部分Ｄ１と同様な構造を成す。部分Ｄ１の電極指は部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄ１の電極交差幅には、部分Ｄ１の電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３の電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類がある。交差幅ＬＤＰは、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｄ２についても同様である。部分Ａ１およびＡ２それぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｂ１の交差幅ＬＢＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）は、部分Ｃ１およびＣ３それぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｃ２の電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｄ１およびＤ２それぞれの交差幅ＬＤＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）に等しい。
【００４８】
第５の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図５の回路構成が用いられる。但し、図５のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。図１５の場合においては、図１６からも明らかなように、部分Ａ１からＣ１に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ１からＣ２に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ１が存在するために異なり、部分Ａ１からＣ２に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ２からＣ２に至る遅延伝搬距離は、部分Ｂ１が存在するために異なり、部分Ａ２からＣ２に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ２からＣ３に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ２が存在するために異なることがわかる。つまり、すだれ状電極１３および１４の間の遅延伝搬距離には４種類あり、それぞれの距離に対応する部分のすだれ状電極１４で、すだれ状電極１３からの弾性波を受波することとなる。このようにして、すだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、すだれ状電極１４によって２個の電気信号Ｅ１ａおよびＥ２ａと、２個の電気信号Ｅ１ｂおよびＥ２ｂに変換されることとなるが、その際、部分Ｂ１，Ｄ１およびＤ２の存在により、結果として、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となり、電気信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。
このようにして、部分Ｂ１が、部分Ａ１とＡ２の間に存在するとともに【００４６】で明示されている条件を具備し、部分Ｄ１が部分Ｃ１とＣ２の間に、部分Ｄ２が部分Ｃ２とＣ３の間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｄ１およびＤ２が
【００４７】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１４での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極１３および１４は、２層構造部ＢＴおよびＢＲに挟まれた非圧電板１において、超音波伝搬路Ｚ１ａ，Ｚ１ｂ，Ｚ２ａおよびＺ２ｂを形成する。これら４個の超音波伝搬路は上記の４個の遅延伝搬距離に対応するものであって、超音波伝搬路Ｚ１ａは部分Ａ１とＣ１との間に、超音波伝搬路Ｚ１ｂは部分Ａ１とＣ２との間に、超音波伝搬路Ｚ２ａは部分Ａ２とＣ２との間に、超音波伝搬路Ｚ２ｂは部分Ａ２とＣ３との間にそれぞれ存在する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａおよびＦ２ｂを超音波伝搬路Ｚｉａ，Ｚｉｂ，Ｚ２ａおよびＺ２ｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａまたはＦ２ｂを人指または物体が接触すると、周波数ｆ１ｂ，ｆ１ａ，ｆ２ｂまたはｆ２ａをそれぞれ有する電気信号Ｅ１ｂ，Ｅ１ａ，Ｅ２ｂまたはＥ２ａが信号処理器６で検出される。このとき、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触してもしなくても部分Ｄ１およびＤ２で変換される電気信号が出力されることはない。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａおよびＦ２ｂのどれに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００４９】
図８の第２の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図９の回路構成が用いられる。但し、図９のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａおよびｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａおよびＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１３を判別することにより接触位置が明らかになる。
【００５０】
図１０の第３の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１１の回路構成が用いられる。但し、図１１のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部ＢＴに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがすだれ状電極１４から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θｂａｓｅと、位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１３を判別することにより接触位置を特定している。
【００５１】
図１９は本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す断面図である。本実施例は図１の非圧電板１が、非圧電板１５に置き換わった構造を有する。非圧電板１５は厚さｈが１ｍｍである。図１９では非圧電板１５、圧電基板２、すだれ状電極３および４のみが描かれている。非圧電板１５と圧電基板２は２層構造部ＢＴおよびＢＲを形成する。
【００５２】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図５の回路構成が用いられる。
【００５３】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、図８の第２の実施例のように、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図９の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図９の回路構成が用いられる。
【００５４】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、図１０の第３の実施例のように、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図１１の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図１１の回路構成が用いられる。
【００５５】
図２０は図１９の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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２０では、非圧電板１５が、非圧電板１５単体を伝搬する弾性波の横波の速度が２２９７ｍ／ｓで縦波の速度が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、圧電基板２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２０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ＢＴに励振されることが分かる。すだれ状電極３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。
【００５６】
図２１は図１９の２層構造部ＢＴ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２１では、非圧電板１５が図２０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３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２０から算出した値で、ｋ２が最大値を示すｆｄ値）を示す。図２１ではＶｆｄ＝０値は約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ＢＴ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。
【００５７】
図２２は本発明の超音波タッチパネルの第７の実施例を示す断面図である。本実施例は図１の非圧電板１が、非圧電板１６に置き換わった構造を有する。非圧電板１６は厚さｈが１．５ｍｍである。図２２では非圧電板１６、圧電基板２、すだれ状電極３および４のみが描かれている。非圧電板１６と圧電基板２は２層構造部ＢＴおよびＢＲを形成する。
【００５８】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図５の回路構成が用いられる。
【００５９】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、図８の第２の実施例のように、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図９の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図９の回路構成が用いられる。
【００６０】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、図１０の第３の実施例のように、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図１１の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図１１の回路構成が用いられる。
【００６１】
図２３は図２２の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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２３では、非圧電板１６が、非圧電板１６単体を伝搬する弾性波の横波の速度が１９８８ｍ／ｓで縦波の速度が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、圧電基板２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２３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ＢＴに励振されることが分かる。
【００６２】
図２４は図２２の２層構造部ＢＴ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２４では、非圧電板１６が図２３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３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２３から算出した値で、ｋ２が最大値を示すｆｄ値）を示す。図２４ではＶｆｄ＝０値は約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ＢＴ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。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルは非圧電板と、２つの超音波送受波手段と、その２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、入力用圧電基板の一方の板面に設けられた少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、出力用圧電基板の一方の板面に入力用すだれ状電極に対応するように設けられた出力用すだれ状電極から成る。入力用および出力用圧電基板は、それらの一方の板面またはもう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いる。
【００６４】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成る。もしも、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、入力用圧電基板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することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、出力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部ＢＲに伝搬され、部分ＲｉａおよびＲｉｂによって電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応させることができる。
【００６５】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。もしも、入力用すだれ状電極に電極周期長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弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。非圧電板のどちから一方の板面における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応させることができる。
【００６６】
本発明の超音波タッチパネルでは、もしも位置ＦｉａまたはＦｉｂを人指または物体が接触すると、位置ＦｉａまたはＦｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、このとき、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置ＦＸａに接触したことを、その位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知し、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。
【００６７】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの周波数ｆｉｂまたはｆｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は信号処理器を含み、信号処理器は、接触位置ＦＸａを電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定し、接触位置ＦＸｂを電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。
【００６８】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの位相θｉｂまたはθｉａと、基準となる位相θｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は位相比較器および信号処理器を含み、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含む。入力用の基準用すだれ状電極に電極周期長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弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部ＢＲに伝搬され、出力用の基準用すだれ状電極によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。もしも位置ＦＸｂに接触すると位相差（θｂａｓｅ−θＸａ）が、位置ＦＸａに接触すると位相差（θｂａｓｅ−θＸｂ）が位相比較器で検出される。信号処理器は、接触位置ＦＸａを位相差（θｂａｓｅ−θＸｂ）に基づいて特定し、接触位置ＦＸｂを位相差（θｂａｓｅ−θＸａ）に基づいて特定する。
【００６９】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも小さく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、弾性波の周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ０モードの弾性波の位相速度Ｖｆｄ＝０とほぼ等しくなる。
【００７０】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、Ｖｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００７１】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも大きく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより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り、その位相速度は、Ｖｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００７２】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００７３】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路と、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路とを互いに直交させることにより、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次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【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の超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図。
【図３】  すだれ状電極３と４との間の相対的な構造を示す図。
【図４】  部分Ｒ１ｍの拡大平面図。
【図５】  図１の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図６】  図１の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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ＢＴを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図８】  本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図。
【図９】  図８の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１０】  本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図。
【図１１】  図１０の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１２】  本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図。
【図１３】  すだれ状電極３と１２との間の相対的な構造を示す図。
【図１４】  部分Ｑ１の拡大平面図。
【図１５】  本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図。
【図１６】  すだれ状電極１３と１４との間の相対的な構造を示す図。
【図１７】  部分Ｂ１の拡大平面図。
【図１８】  部分Ｄ１の拡大平面図。
【図１９】  本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す断面図。
【図２０】  図１９の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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２１】  図１９の２層構造部ＢＴを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図２２】  本発明の超音波タッチパネルの第７の実施例を示す断面図。
【図２３】  図２２の２層構造部ＢＴにおける圧電基板２単体の異なる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２４】  図２２の２層構造部ＢＴを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【符号の説明】
１，１５，１６    非圧電板
２    圧電基板
３，１３    入力用すだれ状電極
４，１２，１４    出力用すだれ状電極
５    増幅器
６    信号処理器
７    スイッチ
８，９    基準用すだれ状電極
１０    増幅器
１１    位相比較器
【図１】
0004026031.tif 000002
【図２】
0004026031.tif 000003
【図３】
0004026031.tif 000004
【図４】
0004026031.tif 000005
【図５】
0004026031.tif 000006
【図６】
0004026031.tif 000007
【図７】
0004026031.tif 000008
【図８】
0004026031.tif 000009
【図９】
0004026031.tif 000010
【図１０】
0004026031.tif 000011
【図１１】
0004026031.tif 000012
【図１２】
0004026031.tif 000013
【図１３】
0004026031.tif 000014
【図１４】
0004026031.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0004026031.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0004026031.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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