(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けて成る超音波スイッチング素子であって、
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、
前記出力用すだれ状電極は、前記圧電基板を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺiaおよびＺibのうちの１つＺXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力するか、または前記圧電基板を接触して前記超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する超音波スイッチング素子。
【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に記載の超音波スイッチング素子。
【請求項３】
入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けて成る超音波スイッチング素子であって、
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、
前記出力用すだれ状電極は、前記圧電基板を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺiaおよびＺibのうちの１つＺXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力するか、または前記圧電基板を接触して前記超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する超音波スイッチング素子。
【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に記載の超音波スイッチング素子。
【請求項５】
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、
前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さｄの方向と平行であり、
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または４に記載の超音波スイッチング素子。
【請求項６】
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、
前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さｄの方向と平行であり、
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または４に記載の超音波スイッチング素子。
【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、
前記圧電基板の分極軸の方向は、前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行であり、
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ＳＨ波を励振する請求項１，２，３または４に記載の超音波スイッチング素子。
【請求項８】
前記圧電基板が圧電セラミックで成る請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波スイッチング素子。
【請求項９】
前記電気信号ＥiaおよびＥibそれぞれの周波数が無線周波数で成る請求項１，２，３，４，５，６，７または８に記載の超音波スイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力用および出力用すだれ状電極を備えた圧電基板に接触することにより出力用すだれ状電極から電気信号を発生させる超音波スイッチング素子に関する。
【従来の技術】
超音波方式による従来のタッチパネルは、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に接触することにより弾性表面波が減衰するということを利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙げられる。これら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、加工性および量産性等の点で問題があり、使用周波数領域も制限されており、信号処理の仕方が複雑で、リモートコントロールが困難である。従って、超音波方式によるタッチパネルを応用してスイッチング素子を作成することが難しかった。
【発明が解決しようとする課題】
従来、超音波方式によるタッチパネルを応用してスイッチング素子を作成することは困難であった。
本発明の目的は、加工性、耐久性および量産性に優れ、低消費電力化を図ることが可能で、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、小型軽量で、使用しやすさに優れ、無線信号も送信できる超音波スイッチング素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波スイッチング素子は、入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けて成る超音波スイッチング素子であって、
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、
前記出力用すだれ状電極は、前記圧電基板を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺiaおよびＺibのうちの１つＺXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力するか、または前記圧電基板を接触して前記超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。
請求項２に記載の超音波スイッチング素子は、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。
請求項３に記載の超音波スイッチング素子は、入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けて成る超音波スイッチング素子であって、
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、
前記出力用すだれ状電極は、前記圧電基板を人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺiaおよびＺibのうちの１つＺXaが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力するか、または前記圧電基板を接触して前記超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときにのみ、前記超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。
請求項４に記載の超音波スイッチング素子は、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。
請求項５に記載の超音波スイッチング素子は、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
前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さｄの方向と平行であり、
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６に記載の超音波スイッチング素子は、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、
前記圧電基板の分極軸の方向は、その厚さｄの方向と平行であり、
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７に記載の超音波スイッチング素子は、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
前記圧電基板の分極軸の方向は、前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行であり、
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ＳＨ波を励振する。
請求項８に記載の超音波スイッチング素子は、前記圧電基板が圧電セラミックで成る。
請求項９に記載の超音波スイッチング素子は、前記電気信号ＥiaおよびＥibそれぞれの周波数が無線周波数で成る。
【発明の実施の形態】
本発明の超音波スイッチング素子は、入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けたものである。
本発明の超音波スイッチング素子の第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。
本発明の超音波スイッチング素子の第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。つまり、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。もしも、圧電基板を人指または物体が接触して２Ｎ個の超音波伝搬路のうちの１つＺXaが遮断されると、出力用すだれ状電極は、超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力する。また、超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときには、超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。このようにして、本発明の超音波スイッチング素子は、圧電基板を接触することにより電気信号を発生させることができるだけでなく、接触された圧電基板の位置に応じた電気信号を出力することができる。従って、スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。
本発明の超音波スイッチング素子の第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。
本発明の超音波スイッチング素子の第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、圧電基板を人指または物体が接触して２Ｎ個の超音波伝搬路のうちの１つＺXaが遮断されると、出力用すだれ状電極は、超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力する。また、超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときには、超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。このようにして、本発明の超音波スイッチング素子は、圧電基板を接触することにより電気信号を発生させることができるだけでなく、接触された圧電基板の位置に応じた電気信号を出力することができる。従って、スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きく、圧電基板の分極軸の方向が、その厚さｄの方向と平行であ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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値、つまりｄ／３以下の値を有し、圧電基板の分極軸の方向が、その厚さｄの方向と平行であ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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きく、圧電基板の分極軸の方向が、入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行であ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、圧電基板に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波（shear horizontal wave）を励振することが可能となる。ＳＨ波とは、振動変位の方向が圧電基板の上・下端面に対して平行な方向にある横波のことである。このようにして、圧電基板の分極軸の方向が入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行になるような構造を採用することにより、入力用すだれ状電極の電極指に対し垂直な方向に効率よくＳＨ波を励振することができるのである。しかも、各すだれ状電極の電極指の対数はせいぜい３対もあれば効率よくＳＨ波を励振できる。このようなＳＨ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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、圧電基板として圧電セラミック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。
本発明の超音波スイッチング素子では、電気信号ＥiaおよびＥibそれぞれの周波数が無線周波数で成るような構造が可能であることから、出力電気信号を無線信号として放射することが可能となる。
【実施例】
図１は本発明の超音波スイッチング素子の第１の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、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。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。
図２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３は図１の超音波スイッチング素子の回路構成図である。すだれ状電極３の出力端は増幅器ＡＭＰに接続される。すだれ状電極２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、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。この弾性波は部分Ｒ1aおよびＲ1bによって電気信号Ｅ1aおよびＥ1bにそれぞれ変換される。このとき、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を人指または物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうち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が遮断されると、電気信号Ｅ1bが出力される。すなわち、圧電基板１の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1aまたはＺ1bを遮断することにより、遮断した超音波伝搬路に応じた電気信号Ｅ1bまたはＥ1aを発生させることができることから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たすことが可能となる。さらに、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bが無線周波数を有する構造を採用することにより、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bを無線信号として放射することが可能となる。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ＡＭＰ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、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。
図４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。
図５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４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。
本発明の超音波スイッチング素子の第２の実施例は、図１の第１の実施例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４および出力用すだれ状電極５にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極４の電極周期長Ｐは４００μｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍである。すだれ状電極４はすだれ状電極２と電極周期長Ｐの値を除いて同様な構造を有し、すだれ状電極５はすだれ状電極３と電極周期長の値を除いて同様な構造を有する。すだれ状電極４と５との間の相対的な構造は、すだれ状電極２と３との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極５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，Ｒ1bおよび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４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４の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ1mの電極指はすだれ状電極４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４の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
第２の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極４および５に置き換えられる。すだれ状電極４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、圧電基板１の上端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が励振される。この弾性表面波は部分Ｒ1aおよびＲ1bによって電気信号Ｅ1aおよびＥ1bにそれぞれ変換される。このとき、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る。すだれ状電極４および５は、圧電基板１の上端面において、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。圧電基板１の上端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1aまたはＺ1bを遮断すると、電気信号Ｅ1bまたはＥ1aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極５から出力される電気信号Ｅ1aまたはＥ1bは増幅器ＡＭＰ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４に再び入力される。このようにして、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。
本発明の超音波スイッチング素子の第３の実施例は、図１の第１の実施例の圧電基板１が圧電基板６に置き換わり、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７および出力用すだれ状電極８にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極７の電極周期長Ｐは２．２ｍｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍであり、３対の電極指を有する。すだれ状電極８も３対の電極指を有する。また、圧電基板６の分極軸の方向は、第１および第２の実施例とは異なり、すだれ状電極７の電極指の方向と平行である。すだれ状電極７と８との間の相対的な構造は、すだれ状電極２と３との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極８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，Ｒ1bおよび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７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７の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ1mの電極指はすだれ状電極７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７の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
第３の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極７および８に置き換えられ、圧電基板１は圧電基板６に置き換えられる。すだれ状電極７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、圧電基板６に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振される。このＳＨ波は部分Ｒ1aおよびＲ1bによって電気信号Ｅ1aおよびＥ1bにそれぞれ変換される。このとき、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る。すだれ状電極７および８は、圧電基板６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。圧電基板６の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1aまたはＺ1bを遮断すると、電気信号Ｅ1bまたはＥ1aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1aまたはＥ1bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極８から出力される電気信号Ｅ1aまたはＥ1bは増幅器ＡＭＰ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７に再び入力される。このようにして、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。
図６は圧電基板６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、ＳＨ波の周波数ｆと圧電基板６の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係を示す特性図である。すだれ状電極７に加えられる電気的エネルギーは各モードのＳＨ波に効率よく変換されることが分かる。特にＳ0モードのＳＨ波に変換される場合には、ｆｄ値が約１．５ＭＨｚ・ｍｍ以上のときに、ｋ2値は常に２２％以上の値を示している。
図７は圧電基板６を伝搬するＳＨ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。Ｓ0モードのＳＨ波の位相速度はほぼ一定値を示し、これは圧電基板６に伝搬する横波速度（２４５０ｍ／ｓ）とほぼ等しいことが分かる。
図８は本発明の超音波スイッチング素子の第４の実施例を示す平面図である。本実施例は図１の第１の実施例の出力用すだれ状電極３が出力用すだれ状電極９に置き換わった構造を有する。すだれ状電極９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。
図９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。
第４の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極３はすだれ状電極９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、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。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。すだれ状電極２および９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接触してこれらの超音波伝搬路のうち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９から出力され、同様にして、超音波伝搬路Ｚ1aが遮断されると電気信号Ｅ1bが出力され、超音波伝搬路Ｚ2aが遮断されると電気信号Ｅ2bが出力され、超音波伝搬路Ｚ2bが遮断されると電気信号Ｅ2aが出力される。すなわち、圧電基板１の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断することにより、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aを発生させることができることから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する構造を採用することにより、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極９から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
本発明の超音波スイッチング素子の第５の実施例は、図８の第４の実施例の入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極９が入力用すだれ状電極４および出力用すだれ状電極１０にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極１０はすだれ状電極９と電極周期長の値を除いて同様な構造を有する。すだれ状電極４と１０との間の相対的な構造は、すだれ状電極２と９との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極１０の電極指の交差領域は、グループＲ1およびＲ2と部分Ｑ1から成り、グループＲ1は部分Ｒ1a，Ｒ1bおよびＲ1mから成り、グループＲ2は部分Ｒ2a，Ｒ2bおよび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４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４の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｑ1の電極指はすだれ状電極４の電極指に対し角−βの傾きを有し、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。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４の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
第５の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極４および１０に置き換えられる。すだれ状電極４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、圧電基板１の上端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が励振される。この弾性表面波は部分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。このとき、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。すだれ状電極４および１０は、圧電基板１の上端面において、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。圧電基板１の上端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断すると、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極１０から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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４に再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
本発明の超音波スイッチング素子の第６の実施例は、図８の第４の実施例の圧電基板１が圧電基板６に置き換わり、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極９が、入力用すだれ状電極７および出力用すだれ状電極１１にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極１１はすだれ状電極７と同様にして３対の電極指を有する。また、圧電基板６の分極軸の方向は、第３の実施例と同様にして、すだれ状電極７の電極指の方向と平行である。すだれ状電極７と１１との間の相対的な構造は、すだれ状電極２と９との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極１１の電極指の交差領域は、グループＲ1およびＲ2と部分Ｑ1から成り、グループＲ1は部分Ｒ1a，Ｒ1bおよびＲ1mから成り、グループＲ2は部分Ｒ2a，Ｒ2bおよび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７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７の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｑ1の電極指はすだれ状電極７の電極指に対し角−βの傾きを有し、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。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７の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
第６の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極７および１１に置き換えられ、圧電基板１は圧電基板６に置き換えられる。すだれ状電極７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、圧電基板６に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振される。このＳＨ波は部分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。このとき、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。すだれ状電極７および１１は、圧電基板６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。圧電基板６の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断すると、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極１１から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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７に再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
図１０は本発明の超音波スイッチング素子の第７の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、入力用すだれ状電極１２および出力用すだれ状電極１３から成る。すだれ状電極１２および１３は１０対の電極指を有し、図１と同様にして、それぞれ圧電基板１の上端面に設けられている。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。
図１１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。
図１２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。
第７の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。すだれ状電極１２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、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。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。すだれ状電極１２および１３は、圧電基板１において、２個の超音波伝搬路Ｚ1aおよびＺ2aと、２個の超音波伝搬路Ｚ1bおよびＺ2bを形成する。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を人指または物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうち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１３から出力される。同様にして、超音波伝搬路Ｚ1aが遮断されると、電気信号Ｅ1bが出力され、超音波伝搬路Ｚ2aが遮断されると、電気信号Ｅ2bが出力され、超音波伝搬路Ｚ2bが遮断されると、電気信号Ｅ2aが出力される。このとき、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bが遮断されても、また遮断されなくても部分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、圧電基板１の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断することにより、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aをそれぞれ発生させることができることから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たすことが可能となる。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する構造を採用することにより、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極１３から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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１２に再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
本発明の超音波スイッチング素子の第８の実施例は、図１０の第７の実施例の入力用すだれ状電極１２および出力用すだれ状電極１３が、入力用すだれ状電極１４および出力用すだれ状電極１５にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極１４はすだれ状電極１２と電極周期長の値を除いて同様な構造を有し、すだれ状電極１５はすだれ状電極１３と電極周期長の値を除いて同様な構造を有する。すだれ状電極１４と１５との間の相対的な構造は、すだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極１４の電極指の交差領域は、部分Ａ1，Ａ2およびＢ1から成り、すだれ状電極１５の電極指の交差領域は、部分Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｄ1およびＤ2から成る。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４００μｍ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。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。
第８の実施例超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極１４および１５に置き換えられる。すだれ状電極１４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、圧電基板１の上端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が励振される。この弾性表面波はすだれ状電極１５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。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。すだれ状電極１４および１５は、圧電基板１の上端面において、４個の超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aおよびＺ2bを形成する。圧電基板１の上端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断すると、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極１５から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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１４に再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
本発明の超音波スイッチング素子の第９の実施例は、図１０の第７の実施例の圧電基板１が圧電基板６に置き換わり、入力用すだれ状電極１２および出力用すだれ状電極１３が、入力用すだれ状電極１６および出力用すだれ状電極１７にそれぞれ置き換わった構造を有する。すだれ状電極１６はすだれ状電極１２と電極周期長の値および電極指の対数を除いて同様な構造を有し、すだれ状電極１７はすだれ状電極１３と電極周期長の値および電極指の対数を除いて同様な構造を有する。すだれ状電極１６および１７はそれぞれ３対の電極指を有する。すだれ状電極１６と１７との間の相対的な構造は、すだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造と同様である。すなわち、すだれ状電極１７の電極指の交差領域は、部分Ａ1，Ａ2およびＢ1から成り、すだれ状電極１５の電極指の交差領域は、部分Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｄ1およびＤ2から成る。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２．２ｍｍである。また、圧電基板６の分極軸の方向は、第７および第８の実施例とは異なり、部分Ａ1，Ａ2，Ｃ1，Ｃ2およびＣ3の電極指の方向と平行である。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。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。
第９の実施例の超音波スイッチング素子を駆動する場合、図３の回路構成が用いられる。但し、図３のすだれ状電極２および３はそれぞれすだれ状電極１６および１７に置き換えられ、圧電基板１は圧電基板６に置き換えられる。すだれ状電極１６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、圧電基板６に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振される。このＳＨ波はすだれ状電極１７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。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。すだれ状電極１６および１７は、圧電基板６において４個の超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aおよびＺ2bを形成する。圧電基板６の上端面または下端面を接触して超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遮断すると、電気信号Ｅ1b，Ｅ1a，Ｅ2bまたはＥ2aが発生することから、本発明の超音波スイッチング素子はスイッチとしての機能を果たす。さらに、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bが無線周波数を有する場合には、電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bを無線信号として放射することが可能となる。すだれ状電極１７から出力される電気信号Ｅ1a，Ｅ1b，Ｅ2aまたはＥ2bは増幅器ＡＭＰ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１６に再び入力される。このようにして、超音波伝搬路Ｚ1a，Ｚ1b，Ｚ2aまたはＺ2bを遅延素子とする発振器が構成される。
【発明の効果】
本発明の超音波スイッチング素子の第１の構造は、入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けた簡単な構造を有し、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、圧電基板を人指または物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうちの１つＺXaが遮断されると、出力用すだれ状電極は、超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力する。また、超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときには、超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。このようにして、本発明の超音波スイッチング素子は、圧電基板を接触することにより電気信号を発生させることができるだけでなく、接触された圧電基板の位置に応じた電気信号を出力することができることから、スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。
本発明の超音波スイッチング素子の第２の構造は、入力用および出力用すだれ状電極を圧電基板の一方の板面に設けた簡単な構造を有し、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、圧電基板を人指または物体が接触してこれらの超音波伝搬路のうちの１つＺXaが遮断されると、出力用すだれ状電極は、超音波伝搬路ＺXaと対を成す超音波伝搬路ＺXbに対応する電気信号ＥXbを出力する。また、超音波伝搬路ＺXbが遮断されたときには、超音波伝搬路ＺXaに対応する電気信号ＥXaを出力する。このようにして、本発明の超音波スイッチング素子は、圧電基板を接触することにより電気信号を発生させることができるだけでなく、接触された圧電基板の位置に応じた電気信号を出力することができる。従って、スイッチとしての機能を果たすことが可能となる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きく、圧電基板の分極軸の方向が、その厚さｄの方向と平行であるような構造が可能である。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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有し、圧電基板の分極軸の方向が、その厚さｄの方向と平行であるような構造が可能である。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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きく、圧電基板の分極軸の方向が、入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行であるような構造が可能である。この場合、圧電基板にはＳＨ波が励振される。このようなＳＨ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を接触することにより、電気信号を発生させることができる。
本発明の超音波スイッチング素子では、圧電基板として圧電セラミック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。
本発明の超音波スイッチング素子では、電気信号ＥiaおよびＥibそれぞれの周波数が無線周波数で成る場合、出力電気信号を無線信号として放射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波スイッチング素子の第１の実施例を示す平面図。
【図２】部分Ｒ1mの拡大平面図。
【図３】図１の超音波スイッチング素子の回路構成図。
【図４】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５】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６】圧電基板６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】圧電基板６を伝搬するＳＨ波の速度分散曲線を示す特性図。
【図８】本発明の超音波スイッチング素子の第４の実施例を示す平面図。
【図９】部分Ｑ1の拡大平面図。
【図１０】本発明の超音波スイッチング素子の第７の実施例を示す平面図。
【図１１】部分Ｂ1の拡大平面図。
【図１２】部分Ｄ1の拡大平面図。
【符号の説明】
１，６    圧電基板
２，４，７，１２，１４，１６    入力用すだれ状電極
３，５，８，９，１０，１１，１３，１５，１７    入力用すだれ状電極
ＡＭＰ    増幅器
【図１】
0003887764.tif 000002
【図２】
0003887764.tif 000003
【図３】
0003887764.tif 000004
【図４】
0003887764.tif 000005
【図５】
0003887764.tif 000006
【図６】
0003887764.tif 000007
【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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