(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基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、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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記超音波を電気信号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、前記圧電基板において、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、前記圧電基板のどちらか一方の板面上における位置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】
圧電基板と、前記圧電基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、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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記出力用すだれ状電極は、前記超音波を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、前記圧電基板において、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、前記超音波伝搬路Ｚｉａは前記部分ＡｉとＣｉの間に、前記超音波伝搬路Ｚｉｂは前記部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にあり、前記圧電基板のどちらか一方の板面上における位置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��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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記超音波を位相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】
前記電極周期長Ｐは前記圧電基板の厚さｄよりも大きく、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、前記圧電基板に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振する請求項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】
前記電極周期長Ｐは前記圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有し、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、前記圧電基板の前記一方の板面の表面近傍に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振する請求項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または８に記載の超音波タッチパネル。
【請求項１０】
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または９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】
本発明は入力用および出力用すだれ状電極を備えた圧電基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、圧電基板と、前記圧電基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、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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記超音波を電気信号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、前記圧電基板において、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、前記圧電基板における位置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、圧電基板と、前記圧電基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、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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記出力用すだれ状電極は、前記超音波を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、前記圧電基板において、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、前記超音波伝搬路Ｚｉａは前記部分ＡｉとＣｉの間に、前記超音波伝搬路Ｚｉｂは前記部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にあり、前記圧電基板における位置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��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、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記超音波を位相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、前記電極周期長Ｐが前記圧電基板の厚さｄよりも大きく、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、前記圧電基板に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振する。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記電極周期長Ｐが前記圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有し、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、前記圧電基板の前記一方の板面の表面近傍に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振する。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記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。
【００１３】
請求項１０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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波タッチパネルは圧電基板と、その圧電基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、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。
【００１５】
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。
【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に電気信号を入力することにより圧電基板に超音波を励振することができる。この超音波は部分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、圧電基板において、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、圧電基板において、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る。従って、圧電基板の入力用および出力用すだれ状電極を有する方の板面における、入力用および出力用すだれ状電極の間の領域のいずれかの位置を接触する場合、または圧電基板の入力用および出力用すだれ状電極を有しない方の板面における前記領域に相当する部分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、圧電基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（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が存在することとなる。
もしも、圧電基板のどちらか一方の板面における位置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、接触された圧電基板の位置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。
【００１７】
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。
【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に電気信号を入力することにより圧電基板に超音波を励振することができる。この超音波は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、圧電基板において、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。
もしも、圧電基板のどちらか一方の板面における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）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。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、接触された圧電基板の位置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。
【００１９】
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。
【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気信号を入力すると圧電基板に超音波が励振され、この超音波は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、電気信号ＥＸｂ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。
【００２１】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きいような構造が可能である。この場合、入力用すだれ状電極は、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、圧電基板に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することが可能となる。このような弾性波を利用したデバイスでは、圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００２２】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有するような構造が可能である。この場合、入力用すだれ状電極は、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、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面の表面近傍に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振することが可能となる。このような弾性表面波を利用したデバイスでは、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
【実施例】
図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板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。但し、図１では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３から成る。すだれ状電極２および３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１の上端面に設けられている。圧電基板１は厚さｄが１．５ｍｍ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。
【００２６】
図２はすだれ状電極２と３との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極２は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．７ｍｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍである。すだれ状電極３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２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２の電極周期長Ｐと等しい。
【００２７】
図３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２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２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２の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
図２および３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２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２と部分Ｒ１ａとの距離と、すだれ状電極２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。
【００２８】
図４は図１の超音波タッチパネルの回路構成図である。図４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４および信号処理器５から成る。すだれ状電極３の出力端は、増幅器４を介してすだれ状電極２の入力端および信号処理器５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２に入力すると、圧電基板１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、すだれ状電極３に到達することとなるが、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２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２からの距離において、【００２７】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２から部分Ｒ１ａに至る遅延伝搬距離と、すだれ状電極２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３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、【００２７】および図３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３での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極２および３は、圧電基板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。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波伝搬路Ｚ１ｂに対応する位置Ｆ１ｂを人指または物体が接触して超音波伝搬路Ｚ１ｂが遮断されると、超音波伝搬路Ｚ１ａに対応する電気信号Ｅ１ａがすだれ状電極３から出力される。同様にして、超音波伝搬路Ｚ１ａに対応する位置Ｆ１ａを接触して超音波伝搬路Ｚ１ａが遮断されると、電気信号Ｅ１ｂが出力される。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３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３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３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３から出力されることとなる。つまり、圧電基板１の上端面または下端面を接触しない場合には、すだれ状電極３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５で検出される。このようにして、信号処理器５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３から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器４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２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。
【００２９】
図５は圧電基板１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１の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係を示す特性図である。但し、圧電基板１を伝搬する弾性波の横波速度は２４５０ｍ／ｓで、縦波速度は４３９０ｍ／ｓである。たとえば、すだれ状電極２に加えられる電気的エネルギーがＳ０モードの弾性波に変換されるときのｆｄ値は約１．３ＭＨｚ・ｍｍで、ｋ２は最大値の約１２．４％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。
【００３０】
図６は圧電基板１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。●印は、すだれ状電極２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５から算出した値で、ｋ２が最大値を示すｆｄ値）を示す。●印における位相速度はいずれも３５００ｍ／ｓ近傍の値を示すことがわかる。
【００３１】
図７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。本実施例は圧電基板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。但し、図７では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極３から成る。
【００３２】
図８は図７の超音波タッチパネルの回路構成図である。図８の回路ではスイッチ６と情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器４および信号処理器５から成る。すだれ状電極３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４を介してスイッチ６の入力端および信号処理器５の入力端に接続されている。スイッチ６は、４つのすだれ状電極２に順番に電気信号を入力する機能を有する。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力すると、圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波は部分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、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置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が信号処理器５で検出される。このようにして、信号処理器５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２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Ｙに関しても同様である。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３から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器４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６を介してすだれ状電極２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。
【００３３】
図９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。本実施例は圧電基板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。但し、図９では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極３から成る。すだれ状電極７および８は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．７ｍｍである。
【００３４】
図１０は図９の超音波タッチパネルの回路構成図である。図１０の回路では増幅器４、スイッチ６および情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器９、位相比較器１０および信号処理器５から成る。すだれ状電極３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４を介して位相比較器１０の入力端に接続されている。すだれ状電極８の出力端は、増幅器９を介して、すだれ状電極７の入力端およびスイッチ６の入力端に接続されるとともに位相比較器１０の入力端に接続されている。スイッチ６は、４つのすだれ状電極２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７から電気信号を入力すると圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波はすだれ状電極８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９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７およびスイッチ６に入力される。このようにして、すだれ状電極７と８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１０に入力される。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力すると、圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波は部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって、位相θ１ａおよびθ１ｂを有上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置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がそのすだれ状電極３から出力される。このとき、位相比較器１０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５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２を判別することによりする電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される。もしも、圧電基板１の接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。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。
【００３５】
図１１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。本実施例は図１の出力用すだれ状電極３が出力用すだれ状電極１１に置き換わった構造を有する。
【００３６】
図１２はすだれ状電極２と１１との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極１１は１０対の電極指を有し、そ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２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２の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍの構造は図２に示されている構造と同様である。
【００３７】
図１３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２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２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２の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
【００３８】
図１１の第４の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図４の回路構成が用いられる。但し、図４のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。すだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１１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、【００２８】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、【００２８】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、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１１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は【００２７】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の間に存在し、しかも部分Ｑ１は【００３７】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１１での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極２および１１は、圧電基板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。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波伝搬路Ｚ１ｂ，Ｚ１ａ，Ｚ２ｂおよびＺ２ａに対応する位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａまたはｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出される。たとえば位置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１１から出力され、信号処理器５で検出されることとなる。すなわち、接触しない場合には、部分Ｒ１ｍ，Ｒ２ｍおよびＱ１を含むすだれ状電極１１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，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出されることとなる。このようにして、信号処理器５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。
【００３９】
第４の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１１から成る構造、すなわち、図７のすだれ状電極３がすだれ状電極１１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８の回路構成が用いられる。但し、図８のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、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、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置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５で検出される。このようにして、信号処理器５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２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Ｙに関しても同様である。
【００４０】
また、第４の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１１から成る構造、すなわち、図９のすだれ状電極３がすだれ状電極１１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１０の回路構成が用いられる。但し、図１０のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、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、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがそのすだれ状電極３から出力される。このとき、位相比較器１０ではすだれ状電極８から出力された電気信号の位相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５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２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Ｙに関しても同様である。
【００４１】
図１４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。本実施例は図１の入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３が入力用すだれ状電極１２および出力用すだれ状電極１３に置き換わった構造を有する。
【００４２】
図１５はすだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造を示す図である。
すだれ状電極１２および１３は１０対の電極指を有する。すだれ状電極１２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１３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１．７ｍｍである。
【００４３】
図１６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。
【００４４】
図１７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。
【００４５】
図１４の第５の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図４の回路構成が用いられる。但し、図４のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。図１４の場合においては、図１５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１２および１３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１３で、すだれ状電極１２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１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波はすだれ状電極１３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【００４３】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【００４４】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１３での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極１２および１３は、圧電基板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。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において超音波伝搬路Ｚ１ｂ，Ｚ１ａ，Ｚ２ｂまたはＺ２ａに対応する位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａまたはｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５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５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。
【００４６】
第５の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極１２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１３から成る構造、すなわち、図７のすだれ状電極２および３がすだれ状電極１２および１３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８の回路構成が用いられる。但し、図８のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１３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。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極１２とそれに対応するすだれ状電極１３との間にある位置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５で検出される。このようにして、信号処理器５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１２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Ｙに関しても同様である。
【００４７】
また、第５の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極１２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１３から成る構造、すなわち、図９のすだれ状電極２および３がすだれ状電極１２および１３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１０の回路構成が用いられる。但し、図１０のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１３によって位相θ１ａを有する電気信号Ｅ１ａおよび位相θ２ａを有する電気信号Ｅ２ａと、位相θ１ｂを有する電気信号Ｅ１ｂおよび位相θ２ｂを有する電気信号Ｅ２ｂに変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極１２とそれに対応するすだれ状電極１３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがそのすだれ状電極１３から出力される。このとき、位相比較器１０ではすだれ状電極８から出力された電気信号の位相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５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１２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Ｙに関しても同様である。
【００４８】
第１〜５の実施例の超音波タッチパネルでは、入力側のすだれ状電極２，７および１２の電極周期長Ｐが４００μｍで、出力側のすだれ状電極３，８，１１および１３がそれらに対応する電極周期長を有する構造が可能である。この場合、入力側のすだれ状電極から電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波が圧電基板１の上端面の表面近傍に励振される。このような弾性表面波を利用した超音波タッチパネルにおいては、圧電基板１の上端面を接触することによりその位置が特定される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルは圧電基板と、その圧電基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、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。
【００５０】
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気信号を入力すると、圧電基板に超音波が励振される。この超音波は部分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。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、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。もしも、圧電基板における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を接触すると、超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、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、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する。同様にして、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する。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、位置ＦｉａまたはＦｉｂに接触したときにのみ電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００５１】
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気信号を入力すると、圧電基板に超音波が励振される。この超音波は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。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、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。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。もしも、圧電基板における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を接触すると、超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、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、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する。同様にして、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する。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、位置ＦｉａまたはＦｉｂに接触したときにのみ電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００５２】
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。
【００５３】
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。基準用すだれ状電極の一方に電気信号を入力すると圧電基板に超音波が励振され、この超音波はもう一方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。位相比較器は、接触により生ずる位相差（θｂａｓｅ−θｉａ）または位相差（θｂａｓｅ−θｉｂ）を検出する。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。
【００５４】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きい構造が可能である。この場合、圧電基板には弾性波が励振される。このような弾性波を利用したデバイスでは、圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００５５】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有する構造が可能である。この場合、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面の表面近傍には弾性表面波が励振される。このような弾性表面波を利用したデバイスでは、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００５６】
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。
【００５７】
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の実施例を示す平面図。
【図２】  すだれ状電極２と３との間の相対的な構造を示す図。
【図３】  部分Ｒ１ｍの拡大平面図。
【図４】  図１の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図５】  圧電基板１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６】  圧電基板１を伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図７】  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８】  図７の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図９】  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１０】  図９の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１１】  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１２】  すだれ状電極２と１１との間の相対的な構造を示す図。
【図１３】  部分Ｑ１の拡大平面図。
【図１４】  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１５】  すだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造を示す図。
【図１６】  部分Ｂ１の拡大平面図。
【図１７】  部分Ｄ１の拡大平面図。
【符号の説明】
１    圧電基板
２，１２    入力用すだれ状電極
３，１１，１３    出力用すだれ状電極
４，９    増幅器
５    信号処理器
６    スイッチ
７，８    基準用すだれ状電極
１０    位相比較器
【図１】
0004026030.tif 000002
【図２】
0004026030.tif 000003
【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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