(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置の表示部を覆って配置される透明な検出パネルと、この検出パネルの端面に取り付けられた発信子および受信子と、前記検出パネルの外周面上に形成された反射アレイと、前記検出パネルの外周面の表面を覆って設けられたベゼルとを含み、前記発信子から送出される体積弾性波が反射アレイを介して検出パネルを伝播して受信子に受信され、該体積弾性波が物体に吸収されることにより検出パネルの表面に接触した該物体を検出する超音波式検出装置において、
前記検出パネルと前記ベゼルは体積弾性波の吸収力のない接着剤により固定されていることを特徴とする超音波式検出装置。
【請求項２】
表示装置の表示部を覆って配置される透明な検出パネルと、この検出パネルの端面に取り付けられた発信子および受信子と、前記検出パネルの外周面上に形成された反射アレイと、前記検出パネルの外周面の表面を覆って設けられたベゼルとを含み、前記発信子から送出される体積弾性波が反射アレイを介して検出パネルを伝播して受信子に受信され、該体積弾性波が物体に吸収されることにより検出パネルの表面に接触した該物体を検出する超音波式検出装置において、
前記ベゼルには振動溶着によりスペーサが固定され、該スペーサが体積弾性波の吸収力のない接着剤により前記検出パネルに固定されていることを特徴とする超音波式検出装置。
【請求項３】
前記検出パネルと前記ベゼルとの固定を補強する補強部材を該検出パネルの外周面の裏面と該ベゼルの間に取付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波式検出装置。
【請求項４】
表示装置の表示部を覆って配置される透明な検出パネルと、この検出パネルの端面に取り付けられた発信子および受信子と、前記検出パネルの外周面上に形成された反射アレイと、前記検出パネルの外周面の表面を覆って設けられたベゼルとを含み、前記発信子から送出される体積弾性波が反射アレイを介して検出パネルを伝播して受信子に受信され、該体積弾性波が物体に吸収されることにより検出パネルの表面に接触した該物体を検出する超音波式検出装置において、
前記検出パネルと前記ベゼルは振動溶着により固定されていることを特徴とする超音波式検出装置。
【請求項５】
前記振動溶着の箇所が前記反射アレーの外側の前記検出パネルの外周面に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の超音波式検出装置。
【請求項６】
前記振動溶着の箇所と前記発信子または受信子との距離は、発信または受信される体積弾性波と前記振動溶着の箇所による体積弾性波の反射波との共振を回避する一定以上の距離に隔てられていることを特徴とする請求項４または５に記載の超音波式検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、物体の有無または位置を超音波により検出する超音波式検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波式検出装置は、概略ＣＲＴ等の表示画面を覆って配置されるパネルと検出動作を制御する制御部からなり、パネルに伝搬させた超音波の接触物体による超音波吸収量から、物体の位置（タッチ位置）または有無を検出するものである。
【０００３】
利用可能な超音波には、固体表面を伝搬する表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）と固体中を伝搬する体積弾性波（ＧＡＷ：Ｇｕｉｄｅｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）がある。
【０００４】
図１９は超音波用のパネルの概略平面構成を示し、該パネル１は液晶パネルあるいはＣＲＴディスプレイ等と同一曲率を持ったほぼ矩形のガラスにより成形され、パネル１の表面の４つの周辺部にはそれぞれ低融点ガラス粉末により印刷加工された複数の反射素子２からなる反射アレイ３が形成されている。反射アレイ３に囲まれた矩形部分は検出面６となっており、検出面６を挟む平行な対向する２つの反射アレイ３の一方の一端には超音波を発信する発信子４が、他方の反射アレイ３の一端には前記発信子４から発信された超音波を受信する受信子５が取り付けられて１組の検出対を構成している。パネル１上の互いに垂直な２組の検出対により検出面６上の位置座標が特定されることになる。２組の検出対の反射アレイ３は、通常のＸＹ座標面のＸＹ座標軸にそれぞれ対応しており、片方の組の検出対の反射アレイ３をＸ軸とすればもう一方の検出対の反射アレイ３はＹ軸に相当する。
【０００５】
図２０の（Ａ）は表面弾性波用の発信子または受信子の取付け状態を示し、該発信子４および受信子５は圧伝素子７とプリズム８により構成され、パネル１の表面の前述の位置に取り付けられる。また、固体中を伝搬する体積弾性波（ＧＡＷ）の発信子４および受信子５は、図２０の（Ｂ）に示すようにパネル１の端面に直接取り付けられる。以後の説明においては超音波として図２０の（Ａ）に示す表面弾性波を例にとり説明する。
【０００６】
次にパネル表面上の物体の座標位置検出の動作原理について簡単に説明する。図２１の（Ａ）に示すように、制御部から５．５ＭＨｚの発信衝撃波が圧電素子７に与えられると、圧電素子７に振動が発生してプリズム８内で縦波に変換される。プリズム８とパネル１の界面では、縦波が表面弾性波に変換され、パネル１上の反射アレイ３上を伝搬し、反射アレイ３の各反射素子２によりごく少量のエネルギーを直角に反射する。反射した表面弾性波は、図１９の矢印に示すようにパネル１の検出面６の全体に及びそして対向する反射アレイ３に向かって伝搬し、該反射アレイ３によって直角に反射されて、受信子５の圧電素子７により受信される。受信子５により受信される信号は図２１の（Ｂ）に示すように持続時間の長い信号となる。この場合、パネル１の検出面６に物体が接触する（タッチが発生する）と、接触部分で弾性波エネルギーが吸収され図１１の（Ｃ）に示すように接触部分に対応する信号が欠落し、受信信号内で窪みＨになって現れる。この場合、図１９において最短距離ａを通る弾性波、タッチ位置ｂを通る弾性波または最長距離ｃを通る弾性波では、受信子５へ到達するのに時間差を生じるので、最初に受信された弾性波からタッチ位置ｂおよび最長距離ｃに対応する受信弾性波の経過時間Ｔ1、Ｔ0を測定すれば物体９の位置（タッチ位置）の座標成分を求めることができる。
【０００７】
図２１に示す受信波は、受信用圧電素子によって電圧に変換されるものの、受信波を示す電圧（振幅）の時間変化は、図２１に示すように均一ではなく、実際には図２２に示すように時間軸上で不均一なものになる。この振幅の形状は、プリズム８とパネル１の界面、反射素子２、パネル表面等が必ずしも均一でなく表面弾性波が一様に伝搬しないからであるが、いったんプリズム８、反射素子２、パネル１の界面が製作により決まると、固有の形状（定数）とみなされる。パネル１上を指等でタッチすると、図２２の点線で示すように、そのタッチ位置に相当する部分の表面弾性波が吸収される。この吸収によるへこみの時間軸の位置から、タッチ位置の座標成分が算出される。即ち、パネル１上の２組の検出対の発信子４に交互に発信衝撃波を伝えることにより、Ｘ、Ｙの座標軸での吸収によるへこみの位置からタッチ位置の平面座標位置を算出し、タッチ位置座標が検出される。
より詳しくは、まず、検出面６上に接触物体がない（タッチしていない）場合に、図２２の電圧波形は図２３の丸印で示すように、等しい時間間隔でＡ／Ｄ変換器により高速でサンプリングされ、そのサンプリングデータはＲＡＭに記憶される。この記憶データは、タッチされていない時に受信される表面弾性波のサンプリングデータであって、以後にタッチオンを検出するさいのベースライン（基準）となるものである。
【０００８】
次に、通常の検出時に同様に受信波をサンプリングし、以前にベースラインとしてＲＡＭ内に記憶されている現在のサンプリング時間に対応するデータを現在のサンプリングデータからそれぞれ差し引いた差分をとり、時間ｔにおける測定データとする。この差分が物体の接触による超音波の吸収の存在を表す値を示す。ベースラインの記憶の後、何ら物体の接触がなければ、測定されるサンプリングデータは変化せずベースラインとの差分は０となる。
【０００９】
図２４は、ベースラインを基準とした場合に、指でタッチしたときに現れる受信された電圧波形のへこみを点線により示したものである。さらに、図２５は、図２４のタッチを示す点線部を拡大すると共にベースラインと受信電圧波形のデジタル値の差を表した図である。図２５において、時間軸に示す各サンプリング時間、・・・、ｔn-2、ｔn-1、ｔn、ｔn+1、ｔn+2、・・・、に対してサンプリングされたことを示している。同図において、サンプリングデータの差分ΔＡnは、時間ｔ＝ｔnで最大となる。
【００１０】
従来、タッチの有無およびタッチ座標を求めるには、発信子４から発信衝撃波が出力されるごとに、最大差分ΔＡnを求めて基準レベル値Ａｔｈと比較して、
ΔＡn≦Ａｔｈ  ・・・  タッチなし、
ΔＡn＞Ａｔｈ  ・・・  タッチあり、
と判定し、タッチありの場合にΔＡnに対応する時間ｔnから求められる座標成分をパネル１上のタッチ位置座標成分とし、ＸおよびＹ座標軸の座標成分からタッチ位置を検出している。
【００１１】
ところで、タッチセンサとして超音波式検出装置を使用する場合に問題となるのが、防水、防滴の構造である。一般に超音波式検出装置では、防水を行うために、検出パネル１の検出面６を構成するガラス面に物を密着させると、音波を吸収したり逃したりするので、図２６に示すように検出パネル１にベゼル１０を密着固定し液晶表示部本体Ａに取り付けた液晶ディスプレイＢを完全防水、防滴の構造にすることは困難である。特に、音波エネルギーがガラス表面近傍に集中している表面弾性波を利用したタッチセンサにおいては、わずかの密着構造でも音波の吸収度合いが大きいので、防水、防滴は原理的な困難性がある。一方、体積弾性波の方式では、表面弾性波の場合ほど音波吸収の度合いが大きくないので、ある程度の防水、防滴は可能である。
【００１２】
図２７は、体積弾性波の方式において、両面テープ１０１によりガラスの検出パネル１の外周表面部とベゼル１０とを接着し、検出パネル１の外周表面に取付けられた反射アレイ３、及び検出パネル１の端面に設けられた発信子４および受信子５を含む、ベゼル１０により覆われた箇所の防水、防滴構造を実現したものである。また、図２８は、ベゼル１０と検出パネル１の外周表面部との間にＯリング１０２を介在させ、検出パネル１とベゼル１０間に圧力を加えて密着構造にすることにより防水、防滴を実現したものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の体積弾性波方式における防水、防滴構造は、ある程度の防水、防滴は可能であるが、完全密閉構造ではなかった。例えば、図２７に示す防水構造では、両面テープ１０１は音波の吸収力が極めて強く、完全密閉に必要な幅以上の幅で接着すると音波をほとんど吸収してしまうので、タッチセンサとして使用不能となる。具体的には、完全密閉のためには両面テープ１０１は７ｍｍ程度の幅を必要とするが、両面テープ１０１の検出パネル１への接着部が検出パネル１の両側に設けられるので１４ｍｍの幅の両面テープが体積弾性波の進行経路に使われることになる。この幅になると、体積弾性波でさえもほとんど吸収してしまう。従って、両面テープの幅はタッチ検出に差し障りのない幅に制限しなければならず、このため防水、防滴構造としては不完全であった。
【００１４】
図２８に示す防水構造では、Ｏリングやガスケットを検出パネル１とベゼル１０の間に介在させる場合、完全密閉構造とするためには一定以上の圧力を加える必要がある。ところで、完全密閉に必要とする圧力を加えると、検出パネル１のガラスやベゼル１０にたわみが生じたり、音波そのものも多量に吸収されてタッチセンサとして使用不能となる問題がある。さらに、図２８に示した矢印の方向に圧力をかけることは製造工程上困難がある。
【００１５】
この発明の目的は、体積弾性波を利用した超音波式検出装置において、防水、防滴のための完全密閉構造を実現した超音波式検出装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明の超音波検出装置は検出パネルとベゼルは音波の吸収力のない接着剤により固定されている。また、本一発明ではベゼルには振動溶着によりスペーサが固定され、該スペーサが音波の吸収力のない接着剤により前記検出パネルに固定される構成を備えている。また、本一発明では検出パネルとベゼルとの固定を補強する補強部材を該検出パネルの外周面の裏面と該ベゼルの間に取付けた構成を備えている。また、本超音波検出装置は検出パネルとベゼルは振動溶着により固定されている。また、本一発明では振動溶着の箇所が反射アレーの外側の検出パネルの外周面に設けられている。さらに、本一発明では振動溶着の箇所と発信子または受信子との距離は、発信または受信される体積弾性波と振動溶着の箇所による体積弾性波の反射波との共振を回避する一定以上の距離に隔てられている。
【００１７】
【作用】
この発明は、検出パネルとベゼルは音波の吸収力のない接着剤により固定するか、または検出パネルとベゼルは振動溶着により固定する構造を採用しているので、体積弾性波の吸収がタッチ検出に差し障りのない程度に押さえられかつ優れた防水、防滴構造を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波式検出装置の一実施形態の概略構成について図１を参照して説明する。図１において、衝撃波発生器１１から出力される超音波の衝撃波は送信アンプ１２を介してＸ軸スイッチ１３およびＹ軸スイッチ１４に与えられる。Ｘ軸スイッチ１３およびＹ軸スイッチ１４から出力される衝撃波は、図１９に示されるパネル１に備えられた発信子４に相当するＸ軸発信子４ａとＹ軸発信子４ｂにそれぞれ対応して入力される。Ｘ軸発信子４ａとＹ軸発信子４ｂから出力された超音波はパネル面を表面弾性波としてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に伝播し、図１９に示されるパネル１の備えられた受信子５に相当するＸ軸受信子５ａおよびＹ軸受信子５ｂによってそれぞれ受信される。Ｘ軸受信子５ａおよびＹ軸受信子５ｂによって受信された表面弾性波は超音波電気信号に変換されてそれぞれ対応するＸ軸スイッチ１５およびＹ軸スイッチ１６に与えられ、該スイッチ１５、１６を介した超音波信号は受信アンプ１７に入力される。Ｘ軸スイッチ１３、１５およびＹ軸スイッチ１４、１６はマイクロプロセッサ２６により制御されており、Ｘ軸スイッチ１３、１５またはＹ軸スイッチ１４、１６のいずれか一方がオンし、他方はオフするように制御される。
【００１９】
受信アンプ１７によって増幅された超音波信号は復調器１８に送られ、ここで超音波信号がＡＭ（振幅変調）検波されて直流成分に変換される。復調器１８の出力はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１９に与えられ、ここで時間経過に従って高速でサンプリングされる。Ａ／Ｄ変換器１９からのサンプリングデータはバッファ２０を介してＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）２１に送られて記憶される。マイクロプロセッサ２６のＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ変換器１９のサンプリング動作が終了するとＳＲＡＭ２１に記憶されたサンプリングデータをバッファ２２を介して書き込む。ＣＰＵ２３は、ＳＲＡＭ２１に記憶されたサンプリングデータを一定の周期毎にデジタルフィルタリングを行って自動修正し、この修正されたデータを新しいベースラインデータとしてＳＲＡＭ２１に記憶し、以後このベースラインデータを基準としてパネル１上に物体のタッチがあるか否かの判定の演算およびタッチ位置の座標を求める演算を行う。ＣＰＵ２３はバッファ２０、２２を制御してデータ流れの方向を調整する。マイクロプロセッサ２６にはＣＰＵ２３の他にＣＰＵ２３の演算の記憶に使用されるＲＡＭ２４、演算用のプログラムが記憶されるＲＯＭ２５が備えられている。ＣＰＵ２３によって判定されたタッチオン／タッチオフおよびタッチ位置の座標データはインタフェース２７を経てホストコンピュータ２８に送られる。
【００２０】
次に物体のタッチオンの有無および位置座標の検出動作について簡単に説明する。まず、検出動作に先だって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ衝撃波が出力され、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ対応する超音波のサンプリングデータがデジタルフィルタリングされて判定の基準となるベースラインデータとしてＳＲＡＭ２１に記憶されているものとする。Ｘ軸スイッチ１３、１５がオン（Ｙ軸スイッチ１４、１６はオフ）した状態でＸ軸についての検出動作が行われる。即ち、衝撃波発生器１１から断続して衝撃波が出力され、衝撃波に基づく超音波電気信号のＡ／Ｄ変換器１９を介したサンプリングデータが測定データとしてＳＲＡＭ２１に記憶される。またＲＡＭ２４にはタッチオンの有無を判断する基準となる基準レベル値がＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ設定されている。ＣＰＵ２３はＲＯＭ２５に記憶された演算プログラムに従って測定データの検出動作を行う。
【００２１】
図２のフローチャートは検出動作を示し、そのステップＳ１において超音波電気信号を表す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたベースラインデータと測定サンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリング時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベースラインデータとの間の差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ４に移り、図２５に示すように、差分データのうち最大差分データを求めそれがレジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えるかどうか判断する。基準レベルを越えた場合は、そのサンプリング時間はＸMとされてレジスタに記憶され、次のステップＳ５に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様にステップＳ１〜Ｓ４が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データがＹ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合は、パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断されてステップＳ６に移る。ステップＳ６において、サンプリング時間ＸMに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ７においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に送出する。
【００２２】
ステップＳ４において最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ５に移ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返される。また、ステップＳ５においてＹ軸に関しての最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ６に移ることなく検出動作が繰り返される。
【００２３】
以上の検出動作が行われるに先立って、一定の周期毎にサンプリングを行うリアルタイムでベースラインデータの更新が行われる。ここで、本発明に適用されるデジタルフィルタリングの原理について簡単に説明する。ベースラインデータのドリフトを除くためには新しく測定されたサンプリングデータをリアルタイムでフィルタリングした値を使用する。一般に、アナログ回路においては一次遅れ要素にステップ単位信号１を与えた場合のｔ秒後の応答ｆは、
【００２４】
【数１】
ｆ＝１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）                                （１）
により与えられる。ｔ＝ｎΔｔの時の応答ｆn、ｔ＝（ｎ＋１）Δｔの時の応答ｆn+1とするとΔｔを時定数τに対して十分に小さくとると近似的に、
【００２５】
【数２】
ｆn+1＝ｆn＋（Δｔ／τ）（１−ｆn）                          （２）
が成立する。ここで、τ＝ｐ・Δｔと置くと、
【００２６】
【数３】
ｆn+1＝ｆn＋１／ｐ・（１−ｆn）                              （３）
となる。式（３）をデジタルフィルタリングに適用し、入力信号はステップ信号とは限らないからｇn+1とし、ｔ＝（ｎ＋１）Δｔにおける被フィルタリング値ｆn+1は、ｔ＝ｎΔｔにおける被フィルタリング値ｆnと、ｔ＝（ｎ＋１）Δｔにおける入力値ｇn+1から次式、
【００２７】
【数４】
ｆn+1＝ｆn＋１／ｐ・（ｇn+1−ｆn）                          （４）
により求められる。
【００２８】
ＣＰＵ２３はＳＲＡＭ２１に記憶された前回フィルタリングされたｔ＝ｎΔｔにおけるベースラインデータｆnと、今回のＡ／Ｄ変換されたｔ＝（ｎ＋１）Δｔにおける測定サンプリングデータｇn+1とから今回デジタルフィルタリング演算されるベースラインデータｆn+1を式（４）により計算する。ここでｐは、サンプリング間隔Δｔと時定数τとからｐ＝τ／Δｔで得られる定数である。例えば、サンプリング間隔Δｔ＝３０ｍｓｅｃ、時定数τ＝３０ｓｅｃとすると、１／ｐ＝Δｔ／τ＝１／１０００となる。各サンプリング時間（座標に対応）にそれぞれ対応したデータ毎に式（４）に従ってデジタルフィルタリング演算を行なってベースラインデータを更新し、更新されたサンプリングデータを前回のベースラインデータと置き換える。ベースラインデータ更新後、検出動作はこの最新のベースラインデータに基づいて行われる。このデジタルフィルタリングを行うことにより変動の影響が緩和されるから、測定サンプリングデータにノイズが乗った場合、または温度によるドリフトが生じた場合にもデジタルフィルタリングされたベースラインデータはこれらの影響を受けない。また、パネルにタッチした場合にも、時定数τにより決定される一定の遅延時間内のタッチ時間ではベースラインデータに影響を与えない。
【００２９】
しかし、パネルへのタッチが長時間継続した場合は、その測定サンプリングデータからデジタルフィルタリングされたベースラインデータにタッチの影響が表れて誤差が大きくなる不都合が生じる。この問題を解決するためには、タッチが検出されてからタッチオフが検出されるまでの間は、タッチ位置近辺のベースラインデータのデジタルフィルタリング、即ちベースラインデータの更新を一部のみ行わないように構成（プログラム）しても良い。
次に、上述のベースラインデータの修正とは別に測定サンプリングデータにノイズが乗り誤動作が生じる場合、該測定サンプリングデータ自体からノイズを除去する必要がある。この問題を解決する本発明の一実施形態について、図３のフローチャートを参照して説明する。図３に示すステップＳ１１において超音波電気信号を表す測定サンプリングデータの受信開始のサンプリング時間（以下、開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ1２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップ1３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたベースラインのサンプリングデータと測定サンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリング時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベースラインデータとの差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。
【００３０】
次にステップＳ１４に移り、ＣＰＵ２３はｎ番目の平滑化された差分データΔＨnを求めるために、例えばレジスタに記憶されたｎ−２、ｎ−１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２番目の差分データΔＡn-2、ΔＡn-1、ΔＡn、ΔＡn+1、ΔＡn+2を読み出し、平滑化式（５）
【００３１】
【数５】
0003793499.tif 000002
に従い、平滑化された差分データΔＨnを算出し、レジスタに記憶する。以下、検出動作はこの平滑化処理された差分データΔＨnに基づいて行われる。
次にステップＳ１５に移り、図２５に示すように、差分データのうち最大差分データを求めそれがレジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えるかどうか判断する。基準レベルを越えた場合は、そのサンプリング時間ＸMはレジスタに記憶され、次のステップＳ１６に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様にステップＳ１１〜Ｓ１５が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データがＹ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合は、パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断されてステップＳ１７に移る。ステップＳ１７において、サンプリング時間ＸMに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ１８においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に送出する。
【００３２】
ステップＳ１５において最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ１６に移ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返される。また、ステップＳ１６においてＹ軸に関しての最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ１７に移ることなく検出動作が繰り返される。
【００３３】
ステップＳ１４における平滑化式は上記ΔＨnの他に次のような式、
【００３４】
【数６】
ΔＨn＝（１／３）（ΔＡn-1＋ΔＡn＋ΔＡn+1）          （６）
【００３５】
【数７】
ΔＨn＝（１／４）（ΔＡn-1＋２ΔＡn＋ΔＡn+1）        （７）
【００３６】
【数８】
ΔＨn＝（１／５）（ΔＡn-2＋ΔＡn-1＋ΔＡn＋ΔＡn+1＋ΔＡn+2）        （８）
を用いても良い。平滑式は式（５）、（７）のように重み付けを行っても良い。重み付けの程度は自由であるが、ΔＡnに対する重みが大きい程、ΔＡnの値と平滑化データが近い値となる。また、平滑化のサンプリングデータは（６）、（７）式のように３点だけでなく、多数の点数の平滑を行っても良い。平滑式の中で、割算の箇所については、割る値が２N（Ｎは整数）になるようにすれば、演算処理においてビットのシフトだけで割算が可能となるので高速演算が可能である。例えば、（５）式を使えば、割る数は８＝２3であるから、３ビットのビットシフトだけで割算が実現される。
【００３７】
上述のように、測定サンプリングデータの全ての点について毎回平滑化処理を行なって測定サンプリングデータ自体を平滑化し、ノイズによる誤動作の発生を防止することができる。ただし、全ての測定サンプリングデータを平滑化することは演算に時間がかかり動作速度が遅くなる虞れがある。このとき、最初に平滑化されていない差分データΔＡnを使用してタッチの有無の判定を行い、タッチ有りと判断したときのみ、そのタッチ位置近傍の差分データ対してだけ平滑処理を行うことにより高速で正確にタッチ位置を検出することもできる。
【００３８】
測定サンプリングデータに対し式（４）を使用してデジタルフィルタリングを行ってベースラインデータを一定周期毎に更正するとともに、上記平滑化式により測定サンプリングデータを逐次平滑化することができる。更正されたベースラインデータと平滑化された測定サンプリングデータを使用して検出動作を行えば、ドリフトおよびノイズによる誤動作を確実に防止できる。
【００３９】
図４（Ａ）は、パネル３１の一実施形態である。このパネル３１の一隅にはＸ方向の弾性波を発生するための発信子３２が設けられ、該一隅と対角線上の隅には発信子３２から発信されたＸ方向の弾性波を受信するための受信子３３が設けられている。同様に、前記一隅にはＹ方向の弾性波を発生するための発信子３４が設けられ、該一隅と対角線上の隅には発信子３４から発信されたＹ方向の弾性波を受信するための受信子３５が設けられている。パネル３１の表面の４つの周辺部には複数の反射素子２からなる反射アレイ３６が形成されている。一方のＸ方向の周辺部において、ひとつの隣り合う反射素子２、２の間隔（ピッチ）は、他の隣り合う反射素子２、２の間隔と異なっている。そして、他方のＸ方向の周辺部における反射素子２、２の間隔は、一方のＸ方向の周辺部における対向する各反射素子２、２の間隔と等しく配置され、Ｘ方向の反射アレイ対を形成している。この反射アレイ対は、発信子３２から発信された弾性波が該当する反射アレイ対の反射素子によってパネル３１の検出面を直角に伝搬して受信子３３により受信される角度に設けられている。パネル３１のＹ方向の周辺部においてもＸ方向の周辺部と同様に配列された反射アレイ対が設けられている。Ｘ方向の場合とＹ方向の場合では、全く同様に動作するので、以下では、Ｘ方向の場合のみ説明する。
【００４０】
例えば、Ｘ方向の発信子３２から出力された超音波は図４（Ａ）のように伝播する。超音波は、素子間隔が伝播中の超音波の波長と一致したＡ点で反射素子に対して反射して、図４（Ａ）の反射アレイ対のＢ点で受信子３３の方向に進路を変える。Ｂ点における反射素子２の間隔は、Ａ点における反射素子２の間隔と等しく構成されているので伝播している音波の波長と等しい。従って、Ａ点で反射された音波は、Ｂ点で再び反射されて、図４（Ａ）に示すように再びＸ軸方向に進路変更し、同図のＸ方向の受信子３３によって受信される。図４（Ａ）のＡ点で反射する音波は、実際にはＡ点のみに集中しているのではなく、同図（Ａ）の音波伝播領域Ｓの幅に渡って分布している。このような反射が行われるのは、反射素子が、グレーティングと呼ばれる周波数選択性を有する弾性波の反射器として構成されているためである。即ち、反射素子の間隔が弾性波の波長の半分の整数倍となる周波数では、反射される弾性波がすべて同位相で加わるため、ブラッグの反射として知られる強い反射が生じる周知の現象を利用している。
【００４１】
図４（Ｂ）は、Ｘ方向における検出面の左端の座標をＸL、右端の座標をＸRとしそれぞれの座標での反射素子の間隔（ピッチ）をλXL、λXRとした場合に、Ｘ方向検出面におけるＸ座標と反射素子の間隔の分布の関係を概略して示す図である。反射素子のピッチ分布は、必ずしも同図のように、素子位置Ｘと直線関係にある必要はない。図４（Ｂ）において、発信子３２からＸ座標に対して発信される波長λは、
【００４２】
【数９】
0003793499.tif 000003
によって表される。例えばλ＝０．６ｍｍの音波を発生させるには、ガラスでの音速を約３０００ｍ／ｓｅｃとすると、ｆ＝３０００（ｍ／ｓｅｃ）／０．６（ｍｍ）＝５ＭＨｚの振動を発信子３２で発生させる必要がある。ここで、Ｘ方向の発信子３２から、波長λ＝λXL〜λXRの範囲の音波を発信し、受信子３３により受信して、波長λに対する受信音波強度を測定すると、例えば図５に示すようになる。同図で実線は、指でタッチしていないときの受信音波強度分布でこれがベースラインとなる。指でタッチしたときは、同図の点線で示すようにタッチしたＸ座標位置に対応する反射素子に等しい波長λ＝λXの音波が指に吸収されベースラインより低下する。正確にはベースラインから一番低下している点の波長をλXとすれば良い。（９）式に、λ＝λXを代入すれば、
【００４３】
【数１０】
Ｘ＝（λX−ｂ）／ａ （１０）
により、タッチしたＸ座標位置が計算される。
【００４４】
図６の回路構成図において、図１と同一部分は同一符号を付して説明は省略する。図６において、マイクロプロセッサ２６は一定の割合で増加する異なるデジタル値を時分割で順次、Ｄ／Ａ変換器４１に出力する。Ｄ／Ａ変換器４１は入力するデジタル値を対応するアナログ電圧値に順次変換し、該電圧値ｖを電圧制御発振器（ＶＣＯ）４２に印加する。電圧制御発信器４２はこの電圧値ｖに対応した異なる周波数の正弦波である衝撃波を順次、出力する。電圧制御発信器４２の代わりにいわゆるＶ／Ｆコンバータ（電圧−周波数変換器）を使用しても良い。
【００４５】
前記電圧制御発信器４２から出力された衝撃波は、送信アンプ１２を介してＸ軸スイッチ１３およびＹ軸スイッチ１４に与えられ、Ｘ軸スイッチ１３を経た信号は前記発信子３２へ、またＹ軸スイッチ１４を経た信号は前記発信子３４へそれぞれ与えられる。さらに前記衝撃波は波形整形器４３にも与えられ、ここで正弦波が矩形波に整形されてカウンタ４４に出力される。カウンタ４４は整形された矩形パルスのカウントを行い、その計数値はマイクロプロセッサ２６に出力される。波形整形器４３は特に備えなくても良い。カウンタ４４を使うことによって、電圧制御発信器４２への入力電圧ｖと出力周波数ｆの関係を知ることができ、また、電圧ｖを電圧制御発信器４２に印加したときに、リアルタイムで周波数ｆを得ることができる。
【００４６】
発信子３２、３４を周波数ｆで駆動すると、λ＝ｃ／ｆ（但し、ｃはセンサ板、例えばガラス中の音速）の波長λを持つ超音波が発生する。この超音波は前述したように受信子３３または３５によって受信され、Ｘ軸スイッチ１５またはＹ軸スイッチ１６、受信アンプ１７、復調器１８、Ａ／Ｄ変換器１９をそれぞれ経てマイクロプロセッサ２６に与えられ、サンプリングデータとしてＲＡＭ２４にセーブされる。ＲＡＭ２４は、格納するデータ数が多い場合、マイクロプロセッサ２６の外部に設けることもある。
【００４７】
マイクロプロセッサ２６は、Ｄ／Ａ変換器４１をへて電圧制御発信器４２への入力電圧ｖを制御して超音波の周波数（従って波長λ）を段階的に変え、図５に示すようなタッチしていないときのサンプリングデータを最初に求め、ベースラインデータとしてＲＡＭ２４に記憶する。この時、カウンタ４４をから一定時間Ｔ毎に順次送られる計数値Ｋから周波数ｆ＝Ｋ／Ｔを計算し、さらに式λ＝ｃ／ｆにより波長を求め、次に式（１０）により座標を計算して順次ＲＡＭ２５に記憶する。この結果、ベースラインデータと座標とが対応することになる。
【００４８】
ベースラインデータを求めた同じ周波数（波長）範囲で、測定サンプリングデータを求め、パネル１上に物体のタッチがあるか否かの判定の演算およびタッチ位置の座標を求める演算を行う。電圧制御発信器４２から段階的に衝撃波が出力され、衝撃波に基づく超音波電気信号のＡ／Ｄ変換器１９を介したサンプリングデータが周波数（波長）に対応した測定データとしてＲＡＭ２４に記憶される。なお、ＲＡＭ２４にはタッチオンの有無を判断する基準となる基準レベル値がＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれ設定されている。ＣＰＵ２３はＲＯＭ２５に記憶された演算プログラムに従って測定データの検出動作を行う。
【００４９】
図７のフローチャートは別の検出動作を示し、そのステップＳ３１において超音波電気信号を表す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、終了値と称する）がＲＡＭ２４から読み出されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ３２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ３３に移り、ＲＡＭ２４に記憶されたベースラインのサンプリングデータと測定サンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各周波数（波長）にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベースラインデータとの間の差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ３４に移り、図２５に示すように、差分データのうち最大差分データを求めそれがレジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えるかどうか判断する。基準レベルを越えた場合は、その周波数（波長）はλXとされてレジスタに記憶され、次のステップＳ３５に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様にステップＳ３１〜Ｓ３４が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データがＹ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合は、パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断されてステップＳ３６に移る。ステップＳ３６において、サンプリング周波数（波長）λXに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ３７においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に送出する。ステップＳ３４において最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ３５に移ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返される。また、ステップＳ３５においてＹ軸に関しての最大差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ３６に移ることなく検出動作が繰り返される。
図５の受信超音波強度分布は、例えば、図８に示すように、等間隔で離散的にＡ／Ｄ変換器１９をサンプリングすることによって求める。このサンプリング速度は、マイクロプロセッサ２６から時分割にＤ／Ａ変換器４１を経て電圧制御発信器４２へ与えられる電圧ｖに関係するため、音速に直接影響されることなく自由に調整することができる。従って、Ａ／Ｄ変換器１９は、特に高速のものを使用する必要はない。測定サンプリングデータの分解能は原理的に電圧制御発信器４２に加える電圧ｖの分解能、従って、Ｄ／Ａ変換器４１の分解能によって決定される。また、１点のサンプリングの時間は必要なら長くとることができるので、復調器１８において行うＡＭ検波は、平滑回路の時定数を充分長くすることができるので、ＡＭ検波出力（従ってＡ／Ｄ変換入力）のリップルを充分除去することができ、高精度の信号測定が可能である。
【００５０】
また、サンプリング速度を高速化することなく、タッチ検出の分解能を向上するためには曲線補完法を利用することが考えられる。この方法は、実際にサンプリングした点と点との間の最適なタッチ位置データを、その近辺の実際のサンプリング値を基に求めるものである。補間法には種々の方法があるが、例えば多項式を使った１次補間法、２次補間法、３次補間法、‥‥等がある。ここでは、一例として２次補間法を使った場合について説明する。図９において、ΔＡn-1、ΔＡn、ΔＡn+1、ΔＡn+2は、ｔ＝ｔn-1、ｔn、ｔn+1、ｔn+2の時点でサンプリングされたＡ／Ｄ変換値（ベースラインからの差分）である。サンプリングは等間隔で行われているので、その間隔をｈとし、次式のようにＤn-1、Ｄn、Ｄn+1、ｋ、ｋ1を定義すると、
【００５１】
【数１１】
Ｄn-1＝ΔＡn−ΔＡn-1
Ｄn ＝ΔＡn+1−ΔＡn
Ｄn+2＝ΔＡn+2−ΔＡn-1
ｋ＝（ｔ−ｔn）／ｈ
ｋ1＝ｋ（１−ｋ）／４                 （１１）
ここで、ｔn’＝（ｔn＋ｔn+1）／２とすると、（１１）式より、
【００５２】
【数１２】
ｋ  ＝（ｔn’−ｔn）／ｈ＝（ｔn+1−ｔn）／２ｈ
ｋ1＝ｋ（１−ｋ）／４
となる。一方、ｔの時点を補間するベースラインからの差分ΔＡ（ｔ）の２次補間式は、
【００５３】
【数１３】
ΔＡ（ｔ）＝ΔＡn＋ｋＤn−ｋ1（Ｄn+1−Ｄn-1）      （１２）
により与えられる。従って、時点ｔn’における差分ΔＡn’は（１２）式により求められる。
この差分ΔＡn’の値は、時点ｔnとｔn+1の中間時点ｔn’の値を補間法で求めるものであるが、さらに（１１）、（１２）式によりｔnとｔn+1との間に任意の数だけ求めることができる。なお、２次補間法によるデータ処理ついて説明したが、より高次の補間法を行えば一層正確な値が計算されるが、計算に時間がかかる。また、補完法によるデータ処理を全ての差分データについて行うのは処理時間が膨大になり効率的でないため、補完前のデータにより予めタッチが検出され得られたタッチ位置（例えば最大差分値）について、その近傍の差分データに補完法を適用すれば十分である。
【００５４】
２次補間法でタッチした位置を求めるには、例えば図１１に示すように、サンプリングデータから直接知られる最大の差分をΔＡnとすると、ΔＡn-1、ΔＡn、ΔＡn+1、ΔＡn+2を（１１）、（１２）式に代入してΔＡn’を求め、さらにΔＡn-2、ΔＡn-1、ΔＡn、ΔＡn+1を（１１）、（１２）式に代入してｔn-1とｔnとの中間時点の差分ΔＡn-1’を求める。次に、ΔＡn-1’、ΔＡn、ΔＡn’のうち最大となる値をタッチされた位置とする。
【００５５】
超音波式検出装置ではデータの点数が多い為、データ処理時間が長くなる結果、走査時間が遅くなる。そこでサンプリング後のデータ処理を高速にすると、走査速度は高速化する。例えば指の幅は１０ｍｍぐらいであるので、パネル１に指でタッチするとサンプリングされたＡ／Ｄ変換値が、音波の吸収によってベースラインの値から減少する部分は、せいぜい指の幅の部分のみである。従って、分解能が０．３ｍｍの場合では、１０／０．３＝３３点であるから、例えばタッチした位置の前後５０点くらいに対してデータ処理を行えば十分である。例えば課題Ｃの例と同じ条件で処理時間を計算すると約０．５ｍｓとなり、Ｘ、Ｙ座標を合わせると１．０ｍｓとなる。これにＡ／Ｄ変換器の駆動とその他の処理時間が加算されて約４ｍｓになる。さらに、ノイズに対する平滑化等を行っても約２〜３ｍｓが加算されるだけで、走査時間は約６〜７ｍｓに収まることになる。この走査時間はタブレットの操作時間に十分追従できる速度となる。なお、１６ビットのマイクロプロセッサ、高速クロックを使用すれば走査時間はさらに速くなる。
【００５６】
図１に示される超音波式検出装置において動作する図１０のフローチャートのステップＳ４１において超音波電気信号を表す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ４２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ４３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたサンプリングデータのうち選択されたもの、例えば１つまたは２つ間隔の測定サンプリングデータと、該測定サンプリングデータと対応するベースラインデータがＣＰＵ２３に読み出され、両データとの間の差分のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ４４に移り、差分データがレジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えたか否かが開始値から終了値までの各サンプリング時間ごとに判断され、最初に基準レベルＡｔｈを越えたサンプリング時間を第１の時間ＸLとし、基準レベルを越えてから再び該基準レベル以下になる直前のサンプリング時間を第２の時点ＸRとしてそれぞれレジスタに記憶される。差分データが基準レベル値を越えている場合はステップＳ４５に移り、Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様にステップＳ４１〜Ｓ４４が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその差分データがＹ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合は、パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断されてステップＳ４６に移る。
【００５７】
ステップＳ４６においてＲＡＭ２４に記憶されている領域設定用の設定定数Ｃが読み出されサンプリング時間ＸLからＣを差し引いた値ＸL−Ｃが開始値とされ、サンプリング時間ＸRにＣを加えた値ＸR＋Ｃが終了値とされてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ４７において、開始値から終了値の間の各測定サンプリングデータが選択されることなく全て読出され、これと対応するベースラインデータとから各差分データが演算されてレジスタに記憶される。そして、各差分データから最大差分データを求め、そのサンプリング時間はＸMとされてレジスタに記憶され、次のステップＳ４８に移る。Ｙ軸に対しても同様にステップＳ４６、Ｓ４７が実行される。ステップＳ４９において、サンプリング時間ＸMに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ５０においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に送出する。なお、サンプリング時間と座標は１対１に対応しているから設定定数Ｃを１０程度にすれば５０点程の差分データに対して詳細なデータ処理を行えば良い。
【００５８】
ステップＳ４４において差分データが基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ４５に移ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返される。また、ステップＳ４５においてＹ軸に関しての差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ４６に移ることなく検出動作が繰り返される。
【００５９】
上記ステップＳ４１〜Ｓ４５では、サンプリングの時系列、 Ｘ0、Ｘ1、…、Ｘnに対してＸ0、Ｘ1、…、と順次読出すのではなく、例えば、１つ間隔でＸ0、Ｘ2、Ｘ4、…、と、あるいは、２つ間隔でＸ0、Ｘ3、Ｘ6、…、と、所定の間隔を空けてデータを読出して上記判定動作を行い、ＸL、ＸRを求めている。データ読出しの間隔を空けるとその分だけデータ処理時間を短縮することができ、走査速度を上げることができる。ＸL、ＸRが求められた後はその開始値から終了値までのデータは間隔を空けることなくステップＳ４６〜Ｓ５０のデータ処理が行われる。
【００６０】
タッチ有無の判定をハードウェアで高速に行い、タッチ有りの期間ＸL〜ＸRを先に知って、その後に先に述べたようにそのＸL〜ＸRの近傍のデータをマイクロプロセッサ２６に取り込んでその部分のみ詳細にデータ処理を行なっても良い。図１１は、物体のパネルへのタッチの有無をハードウエアにより迅速に検出する回路の実施形態である。図１１は、図１の回路に、ベースライン格納用のＳＲＡＭ５１、引算器５２、比較器５３、タイミング発生回路５４を追加したものである。マイクロプロセッサ２６は、ＳＲＡＭ５１、比較器５３、タイミング発生回路５４を制御し、タイミング発生回路５４はＡ／Ｄ変換器１９、バッファ２０、ＳＰＲＡＭ２１、５１及び引算器５２の動作タイミングを制御する。図１の復調器１８でＡＭ復調された信号は、Ａ／Ｄ変換器１９により例えば８ビットのデータＰに変換され、ＳＲＡＭ２１に格納される。同時に、このデータＰは引算器５２の一端に入力され、バッファ２２にも与えられる。一方、ベースラインのサンプリングデータは予めＳＲＡＭ５１に保存されており、マイクロプロセッサ２６はＡ／Ｄ変換された測定サンプリングデータＰと同位置に相当するベースラインのサンプリングデータＱをＳＲＡＭ５１から出力して、引算器５２の他端に入力する。すると、引算器５２は、２つの入力Ｐ、Ｑの差分ΔＡ＝Ｑ−Ｐを比較器５３の一方の入力端へ出力する。データＰおよびＱが８ビットデータであれば、ΔＡも８ビットデータとなるが、ボロー（桁借り）信号を出力しても良い。比較器５３の他方の入力端には、マイクロプロセッサ２６からタッチオン／オフの基準値Ａｔｈが入力される。このＡｔｈもデジタル値で、例えばΔＡが８ビットであるなら、Ａｔｈも８ビットとなる。比較器５３はこれら２つの入力ΔＡ、Ａｔｈの大きさを比較して、その大小の判定信号を出力する。この信号はマイクロプロセッサ２６によって読みとられる。
【００６１】
図１２は図１１の回路を使用した走査のフローを示し、そのステップＳ５１においてＸ軸スイッチ１３、１５がオン（Ｙ軸スイッチ１４、１６はオフ）した状態でＸ軸についての検出動作が行われ、図１１に示した回路により測定データのサンプリングと同時に差分ΔＡが演算され、基準値Ａｔｈと大小が比較され、その結果がマイクロプロセッサ２６に知らされる。差分が基準値を越えた場合は、次の詳細なデータ処理が実行される。ステップＳ５２においてＲＡＭ２４に記憶されている領域設定用の設定定数Ｃが読み出される。ステップＳ５３においてＣＰＵ２３のレジスタに記憶されている最初に基準レベルＡｔｈを越えたサンプリング時間ＸLと、基準レベルを越えてから再び該基準レベル以下になる直前のサンプリング時間ＸRと設定定数Ｃから、ＸLからＣを差し引いた値ＸL−Ｃが開始値とされ、ＸRにＣを加えた値ＸR＋Ｃが終了値とされてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ５４に移り、開始値から終了値までのＳＲＡＭ２１、ＳＲＡＭ３１に記憶された測定サンプリングデータとベースラインのサンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリング時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベースラインデータとの間の差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ５５に移り、差分データのうち最大差分データを求めてＸMとして次のステップＳ５６に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様に差分が算出され基準値と比較される。差分が基準値を越えた場合はついでステップＳ５１〜Ｓ５５が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データが算出される。ステップＳ５７において、サンプリング時間ＸMに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ５８においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に送出する。
【００６２】
ステップＳ５１において差分データが基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ５２に移ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返される。また、ステップＳ５６においてＹ軸に関しての差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ５７に移ることなく検出動作が繰り返される。
【００６３】
図１１の回路を使用しかつ図１２のフローの手順とは別の手順によりタッチの検出を実施することもできる。即ち、Ａ／Ｄ変換器１９によるＡ／Ｄ変換値をすべて予めＳＲＡＭ２１に格納し、Ａ／Ｄ変換がすべて完了した後に、ＳＲＡＭ２１から測定サンプリングデータを、ＳＲＡＭ５１からそのデータに対応するベースラインデータをそれぞれ出力させ、引算器５２、比較器５３を介して、タッチ有無判定の基準値Ａｔｈとの大小の判定結果をマイクロプロセッサ２６に取り込む。この場合、ＳＲＡＭ２１、５１からのデータ出力は、例えば時間Ｘ0から順に行うと良い。
【００６４】
図１３〜図１８は、防水、防滴のための完全密閉構造を有する体積弾性波を利用した本発明の超音波式検出装置の実施形態を示している。体積弾性波のうち剪断モードの音波は流体中に伝播しないことが知られている。従って、粘度の低い例えば液状シリコンゴム等の音波の吸収力がない材料を密閉構造の接着剤として使用しても音波は比較的吸収されないので、タッチの検出が可能である。
【００６５】
図１３は、ベゼル１０とガラスの検出パネル１を液状シリコンゴム６１で接着した構造を示している。ベゼル１０と検出パネル１の接着面は完全な防水、防滴が可能な密閉構造が実現できるまで幅を広く取る。液状シリコンゴムは、室温で硬化するので、接着後に液がこぼれ落ちるおそれはない。反射アレイ３はベゼル１０の内側であって検出パネル１の外周近傍の表面に設けられる。シリコンゴム６１は接着力が（例えば両面テープのように）強力でないので、剥離を防止するために、検出パネル１の裏面にサポータ６２を当てベゼル１０にネジ止めにより固定する。サポータ６２をベゼル１０に固定するにはネジ止めの外、例えば両面テープを使用しても良い。サポータ６２は、多少スプリング（ばね）が効くものを使用しても良い。サポータ６２は補強のためなので検出パネル１の適当な箇所に数箇所止めるだけで良い。
【００６６】
図１４は、液状シリコンゴム６１によりベゼル１０を検出パネル１に固定する図１３の構造と実質的に同じであるが、組立て工程を容易にするためにベゼル１０とガラスの検出パネル１の間にスペーサ６３を介在した構造である。最初に検出パネル１にスペーサ６３を、例えばシリコンゴム６１で接着し、その後ベゼル１０とスペーサ６３を両面テープ６４で完全密閉に接着する。図１３と同様に、シリコンゴム６１による接着力は弱いのでサポータ６２を検出パネル１に当てベゼル１０にネジにより固定して補強する。図１４において反射アレイ３は検出パネル１の外周近傍の裏面に設けられているが、これは図１３のように検出パネルの表面に設けるとスペーサ６３に加えてその分だけ横方向の空間を必要とし検出面が減少するので、これを改善するためである。反射アレイ３が防水、防滴構造により保護されることは図１３と同様である。体積弾性波の方式においては反射アレイ３と反対側の検出パネル１の表面をタッチ面として使用することができる。
【００６７】
図１５は、スペーサ６３をベゼル１０と検出パネル１の間に介在させて液状シリコンゴム６１により固定する図１４の構造と類似するが、図１４の構造よりもさらに強固に構成したものである。２つのスペーサ６３を僅かに離間させてガラスの検出パネル１の表面に予め両面テープ６５で軽く止めてから、スペーサ６３の間に空いたスペースに液状シリコンゴム６１を充填してスペーサ６３を検出パネル１に固定する。このとき使用する両面テープ６５は仮止めのためであるので僅かな幅で差し支えなく、タッチの検出には支障はない。その後、スペーサ６３の上面とベゼル１０の裏面とを図１４に示すような幅の広い両面テープ６６で固定する。図１４と同様に、反射アレイ３を検出パネル１の裏面に設けると共にサポータ６２によりベゼル１０を検出パネル１に固定する。
【００６８】
図１６は、図１４のスペーサ６２とベゼル１０との固定を両面テープ６４より完全な防水構造である振動溶着に代えた構造である。スペーサ６７の材料としてアクリルあるいはプラスチック等の振動溶着可能な材料を使用し、同図に示すように、ベゼル１０とスペーサ６７を振動溶着により溶着する。図１６に示すように振動溶着するときに予めバリ溜まり６８を用意しておくと振動溶着を行い易い。その他の構造は図１４の場合と同様である。
【００６９】
図１７（Ａ）は、ベゼル１０と検出パネル１にアクリルあるいはプラスチック等の振動溶着可能な材料を使用する場合、ベゼル１０と検出パネル１を直接、振動溶着で溶着する構造である。反射アレイ３は検出パネル１の外周部の裏面に設けられている。反射アレイ３を覆うようにベゼル１０の先端部を突出させているのは反射アレイ３が視界に入ることを避けるためである。同図に示すように検出パネル１の表面の振動溶着部６９の位置を反射アレイ３の位置よりも検出パネル１の外周部にすると、溶着部６９による音波の反射の影響を受けなくなる。通常、検出パネル１の四隅の振動溶着部６９の位置は図１７（Ｂ）の点線で示すように稜線に沿って設けるが、実線に示すように四隅に関しては折り曲げた位置にするのが良い。これは図１８に示すように発信子４または受信子５と振動溶着部６９との間隔は、発信子４または受信子５から発せられる音波の衝撃波（バースト）が振動溶着部６９による反射波と共振して波動を乱すのを避けるため一定以上の距離Ｌを保つためである。
【００７０】
【発明の効果】
この一発明によれば、ベゼルは音波吸収力のない接着剤により検出パネルに固定されるので、タッチの検出を損なわずに防水、防滴の密閉構造を提供することができる。また、この一発明によれば、ベゼルには振動溶着によりスペーサが固定され、該スペーサが音波吸収力のない接着剤により検出パネルに固定されるから、防水、防滴の密閉構造の製造を容易に行うことができる。また、この一発明によれば、検出パネルとベゼルとの固定を補強する補強部材を該検出パネルの外周面の裏面と該ベゼルの間に取付けたから防水、防滴の密閉構造を強固に構成することができる。また、この一発明によれば、検出パネルとベゼルは振動溶着のみにより固定されているので、完全な防水、防滴の密閉構造を提供することができる。また、この一発明によれば、振動溶着の箇所が反射アレイの外側の検出パネルの外周面に設けられているので溶着された箇所における音波の反射の影響を避けることができる。また、この一発明によれば、振動溶着の箇所と発信子または受信子との距離は、発信または受信される体積弾性波と振動溶着の箇所による体積弾性波の反射波との共振を回避する一定以上の距離に隔てられているから、発信子または受信子から発せられる音波の衝撃波が振動溶着部による反射波と共振して波動を乱すことを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波式検出装置の概略全体構成図である。
【図２】超音波式検出装置の検出動作を示すフローチャートである。
【図３】超音波式検出装置の別の検出動作を示すフローチャートである。
【図４】超音波式検出装置の超音波が伝播されるパネル面および検出動作の原理を示す図である。
【図５】受信された超音波信号の強度分布を波長の変化として示す図である。
【図６】超音波式検出装置の概略全体構成図である。
【図７】超音波式検出装置の検出動作の一実施形態を示すフローチャートである。
【図８】受信された超音波信号のサンプリングの一例を示す図である。
【図９】補間法を説明する図である。
【図１０】検出動作の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図１１】超音波式検出装置の一実施形態の要部構成図である。
【図１２】データ走査の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図１３】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部構成図である。
【図１４】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部構成図である。
【図１５】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部構成図である。
【図１６】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部構成図である。
【図１７】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部断面図および振動溶着位置を示す検出パネルの平面図である。
【図１８】この発明の超音波式検出装置の防水構造を示す一実施形態の要部構成図である。
【図１９】超音波が伝播される超音波式検出装置のパネル面を示す図である。
【図２０】超音波を発信する発信子の取付け構造を示す図である。
【図２１】パネルを伝播して受信される超音波の受信信号の状態を示す図である。
【図２２】受信された超音波信号の電圧の時間経過を示す図である。
【図２３】受信された超音波信号のサンプリングを説明する図。
【図２４】サンプリングされた超音波信号を基準となるベースラインとして示す図である。
【図２５】タッチオンのある測定サンプリングデータとベースラインとの差を示す図である。
【図２６】超音波式検出装置に使用する液晶表示装置の全体外観図である。
【図２７】超音波検出装置の防水構造の従来例を示す要部構成図である。
【図２８】超音波検出装置の防水構造の従来例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
１    検出パネル
２    反射素子
３    反射アレイ
４    発信子
５    受信子
６    検出面
９    物体
１０    ベゼル
１９    Ａ／Ｄ変換器
２１    ＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）
２３    ＣＰＵ
２４    ＲＡＭ
２５    ＲＯＭ
２６    マイクロプロセッサ
３１    パネル
３２    発信子
３３    受信子
３４    発信子
３５    受信子
４１    Ｄ／Ａ変換器
４２    電圧制御発信器
４３    波形整形器
４４    カウンタ
５１    ＳＲＡＭ
５２    引算器
５３    比較器
５４    タイミング発生回路
６１    液状シリコンゴム
６２    サポータ
６３    スペーサ
６９    振動溶着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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