(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
すだれ状電極を表面に形成した超音波トランスデューサが非圧電基板の一方の表面に複数対向し、かつ、前記対向する超音波トランスデューサ間を伝搬する表面弾性波の伝搬路が互いに交差するように設けられ、前記互いに対向する超音波トランスデューサのすだれ状電極の中から一対を選択回路で選択し、前記すだれ状電極間を伝搬する表面弾性波の減衰から人指若しくは指示器の位置を検出する超音波タッチパネルにおいて、
前記人指若しくは指示器が非圧電基板と接触している場合、前記人指若しくは指示器の指示位置の検出結果から、指示位置及び該指示位置に隣接する領域に対応するすだれ状電極を前記選択回路で選択し、前記指示位置及び該指示位置に隣接する領域を選択する部分走査モードを有する超音波タッチパネル。
【請求項２】
すだれ状電極を表面に形成した超音波トランスデューサが非圧電基板の一方の表面に複数対向し、かつ、前記対向する超音波トランスデューサ間を伝搬する表面弾性波の伝搬路が互いに交差するように設けられ、前記互いに対向する超音波トランスデューサのすだれ状電極の中から一対を選択回路で選択し、前記すだれ状電極間を伝搬する表面弾性波の減衰から人指若しくは指示器の位置を検出する超音波タッチパネルにおいて、
互いの円弧状の電極指が間挿するように配置された一対の櫛歯状電極が形成された超音波トランスデューサを前記非圧電基板の一方の表面隅部に少なくとも１つ配置し、該超音波トランスデューサから他の受信側の超音波トランスデューサに対して発する表面弾性波の減衰から前記人指若しくは指示器と非圧電基板との接触の有無を検出する走査モードを有し、前記人指若しくは指示器と非圧電基板との接触を検出した場合、前記選択回路で、前記検出部分に対応する前記すだれ状電極を選択して、人指若しくは指示器の位置検出を開始する超音波タッチパネル。
【請求項３】
人指若しくは指示器と非圧電基板との接触の有無を検出し、前記人指若しくは指示器の指示位置を一度算出した後、前記人指若しくは指示器の指示位置及び該指示位置に隣接する領域に対応するすだれ状電極を選択回路で選択する部分走査モードを有し、表面弾性波の減衰から指示位置を算出する請求項２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、超音波送受信装置を非圧電基板に備えることにより、その非圧電基板に指または物体が接触したことを検出する超音波タッチパネルに関する
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波タッチパネルとしては、表面弾性波を使用する方法が普及している。
【０００３】
表面弾性波を使用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ガラス等の非圧電基板を励振する方法、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサを使用する方式は、非圧電基板を間接的に励振し、かつ非圧電基板周辺部に配置された反射アレイで表面弾性波を２回反射させるため、表面弾性波の損失が大きく、トランスデューサの駆動電圧を高く設定する必要があり、低消費電力化が困難であった。
【０００５】
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表面弾性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及びＶＨＦ帯に限られ、信号処理回路等が複雑になり、低消費電力化が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、構成が単純で、低消費電力で効率の優れた超音波タッチパネルを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、第１の構成としては、
すだれ状電極を表面に形成した超音波トランスデューサが非圧電基板の一方の表面に複数対向し、かつ、前記対向する超音波トランスデューサ間を伝搬する表面弾性波の伝搬路が互いに交差するように設けられ、前記互いに対向する超音波トランスデューサのすだれ状電極の中から一対を選択回路で選択し、前記すだれ状電極間を伝搬する表面弾性波の減衰から人指若しくは指示器の位置を検出する超音波タッチパネルにおいて、
前記人指若しくは指示器が非圧電基板と接触している場合、前記人指若しくは指示器の指示位置の検出結果から、指示位置及び該指示位置に隣接する領域に対応するすだれ状電極を前記選択回路で選択し、前記指示位置及び該指示位置に隣接する領域を選択して走査する部分走査モードを有するよう超音波タッチパネルを構成した。
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、第２の構成としては、
すだれ状電極を表面に形成した超音波トランスデューサが非圧電基板の一方の表面に複数対向し、かつ、前記対向する超音波トランスデューサ間を伝搬する表面弾性波の伝搬路が互いに交差するように設けられ、前記互いに対向する超音波トランスデューサのすだれ状電極の中から一対を選択回路で選択し、前記すだれ状電極間を伝搬する表面弾性波の減衰から人指若しくは指示器の位置を検出する超音波タッチパネルにおいて、
互いの円弧状の電極指が間挿するように配置された一対の櫛歯状電極が形成された超音波トランスデューサを前記非圧電基板の一方の表面隅部に少なくとも１つ配置し、該超音波トランスデューサから他の受信側の超音波トランスデューサに対して発する表面弾性波の減衰から前記人指若しくは指示器と非圧電基板との接触の有無を検出する走査モードを有し、前記人指若しくは指示器と非圧電基板との接触を検出した場合、前記選択回路で、前記検出部分に対応する前記すだれ状電極を選択して、人指若しくは指示器の位置検出を開始するように超音波タッチパネルを構成した。
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、第３の構成としては、前記第２の構成に加えて、
人指若しくは指示器と非圧電基板との接触の有無を検出し、前記人指若しくは指示器の指示位置を一度算出した後、前記人指若しくは指示器の指示位置及び該指示位置に隣接する領域に対応するすだれ状電極を選択回路で選択する部分走査モードを有し、表面弾性波の減衰から指示位置を算出するように超音波タッチパネルを構成した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の超音波タッチパネルにおける第１の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は前記第１の実施例を示す概略図である。
【００１２】
１は超音波タッチパネル本体である。２ａ〜２ｄはＰＺＴ等の圧電材料の表面にすだれ状電極Ｔn、Ｒnを形成した超音波トランスデューサである。３はガラスやアクリル等からなり、表面弾性波の伝送路となる非圧電基板である。４は指示位置を入力する指である。なお、本実施例では位置を指示する物体として指を使用しているが、指と同様に非圧電基板接触時に表面弾性波の減衰を伴うスタイラスペンやカーソルなどの指示器を使用することも可能である。
【００１３】
図２はすだれ状電極の実際の形状を示す斜視図である。すだれ状電極１１はアルミニウムなど金属薄膜で構成され、ＰＺＴなど圧電材料で構成される圧電磁器薄板１２の表面に形成され、すだれ状電極１１の電極指は、送信若しくは受信しようとする超音波の波長に応じて決定される電極周期長を隔てて、櫛歯状に形成されている。また、すだれ状電極１１は互いに間挿する電極指を有する一対の櫛歯状電極により形成される。
【００１４】
図３は超音波トランスデューサの形状のバリエーションである。図１に示す超音波タッチパネルの構成では、超音波トランスデューサ２ａ〜２ｄにすだれ状電極が複数含まれる形で形成されているが、すだれ状電極が１つづつ含まれるよう、ｘ軸方向及びｙ軸方向に複数の小型超音波トランスデューサを配置してもよい。
【００１５】
図４は超音波タッチパネルの回路ブロック構成を示す。２は超音波トランスデューサであり、５は超音波トランスデューサ及び該超音波トランスデューサに含まれるすだれ状電極を選択する選択回路、６は前記すだれ状電極の電極周期長に対応する周波数の電気信号を発生させるパルス発生器、７は信号処理回路であり、受信側の超音波トランスデューサで変換した電気信号を整流、平滑、増幅等の処理を行い、表面弾性波の減衰に応じた信号を出力する。８はコンパレータであり、信号処理回路の出力信号と基準電圧を比較し、表面弾性波の減衰の有無を判別する。９はＣＰＵであり、パルス発生器と選択回路と信号処理回路の制御を行い、表面弾性波の減衰量と選択したすだれ状電極Ｔn、Ｒnの位置より、指の指示位置を算出する。
【００１６】
図５にすだれ状電極Ｔn、Ｒnを選択する選択回路の走査方法をフローチャートで示す。
【００１７】
図１及び図４〜５に基づき、超音波タッチパネルの動作について説明する。
【００１８】
最初に、指４が非圧電基板３に接触していない場合（非接触状態）について説明する。
【００１９】
パルス発生器６は超音波トランスデューサ２のすだれ状電極の電極周期長に対応する周波数である数ＭＨｚの電気信号を生成し、パルス出力信号として出力する。続いて、選択回路５を介して、このパルス出力信号を送信側の超音波トランスデューサに入力し、表面弾性波に変換する。一方、受信側の超音波トランスデューサ２においては、非圧電基板を媒体として表面弾性波を受信して電気信号に変換し、選択回路５を介して、信号処理回路７に入力し、電気信号を整流、平滑、増幅し、更にコンパレータ８で基準電圧と比較することにより、表面弾性波の減衰の有無を判定する。表面弾性波の減衰が少なく、非接触状態と判定した場合は、再度全面走査を開始する。
【００２０】
続いて、指４が非圧電基板３に接触している場合（接触状態）の動作について説明する。
【００２１】
指４が非圧電基板３に接触すると、送信側の超音波トランスデューサから出力される表面弾性波が一部、指に吸収され、非接触状態の表面弾性波と比較して減衰した表面弾性波が受信側の超音波トランスデューサ２に到達する。受信側の超音波トランスデューサ２で表面弾性波を電気信号に変換し、選択回路５を介して信号処理回路７に入力して、整流、平滑、増幅し、コンパレータ８で基準電圧と比較することにより、表面弾性波の減衰の有無を判定する。表面弾性波の減衰が大きく、接触状態と判定した場合、指のｙ軸方向の指示位置を得るためにｙ軸方向の全面走査を行い、表面弾性波が減衰している時に選択した超音波トランスデューサ２及びすだれ状電極Ｔn、Ｒnの位置から、ＣＰＵ９で指の指示位置を算出する。
【００２２】
更に、前記指４の指示位置の算出結果に対応するすだれ状電極をＴk、Ｒmとすると、例えばすだれ状電極Ｔk、Ｒmと周辺領域のすだれ状電極Ｔk-1、Ｔk+1、Ｒm-1、Ｒm+1の選択（部分走査）をｘ軸、ｙ軸方向の順で行い、指４が非圧電基板３に接触して表面弾性波の減衰が検出されている間は部分走査を繰り返し、表面弾性波が減衰している時に選択した超音波トランスデューサのすだれ状電極Ｔn、Ｒnの位置から、ＣＰＵ９で指の指示位置を算出する。
【００２３】
全面走査の場合、本実施例の第１の構成では、指の指示位置を算出するためにｘ軸方向に最大７回、ｙ軸方向に４回、選択回路の切り替えを行う必要がある。一方、部分走査の場合、ｘ軸方向及びｙ軸方向に各最大３回の選択回路の切り替えで済む。したがって、第１の実施例では、全面走査のみを行う方法と比較して、指の指示位置を１回得るために必要な時間が短縮されるため、消費電力の低減、及び指示位置の出力回数の増加が可能である。
【００２４】
次に、本発明の超音波タッチパネルにおける第２の実施例について説明する。
【００２５】
図６は、前記第２の実施例の構成を示した概略図で、第１の実施例の超音波タッチパネルにおいて、全面走査時の送信用として、図７に示すように他の超音波トランスデューサと同様の電極周期長を有し、互いに間挿する円弧状の電極指を形成した超音波トランスデューサ２ｅを非圧電基板３の上面の隅部に配置した形となる。なお、図６で示す構成では扇形状の超音波トランスデューサ２ｅをすだれ状電極Ｔ1とＴ11との間に配置しているが、表面弾性波の減衰特性に応じて、すだれ状電極Ｔ7とＲ11の間など、他の位置に複数配置することや、放射状に表面弾性波を伝搬する円形状の超音波トランスデューサを配置することも十分可能である。
【００２６】
次に、第２の実施例における動作について、図４及び図６〜８に基づき説明する。
【００２７】
図８は、超音波タッチパネルの第２の実施例における、走査方法を示したフローチャートである。
【００２８】
走査開始時、パルス発生回路６より選択回路５を介して、電極周期長に対応する周波数のパルス出力信号が超音波トランスデューサ２ｅに出力され、超音波トランスデューサ２ｅから表面弾性波が送信される。次に受信側の超音波トランスデューサのすだれ状電極Ｒ1〜7及びＲ11〜14を選択回路５で順次選択する。
【００２９】
指４が非圧電基板３に接触すると前記表面弾性波が減衰し、受信側の超音波トランスデューサ２の出力信号レベルが低下する。したがって、この出力信号レベルの低下をコンパレータ８で判別することにより、指４と非圧電基板３との接触の有無が検出できる。
【００３０】
その後、ｘ軸方向及びｙ軸方向の全面走査を行い、表面弾性波が減衰している時に選択した超音波トランスデューサのすだれ状電極Ｔn、Ｒnの位置から、ＣＰＵ９で指の指示位置を算出する。
【００３１】
前述した第２の実施例では、非圧電基板の上面隅部に配置した送信用の超音波トランスデューサを使用することにより、非接触状態の超音波トランスデューサ及びすだれ状電極の選択回数及び送信時間を削減することが可能となり、低消費電力化及び指の指示位置出力の高速化が可能となる。
【００３２】
更に第３の実施例として、前記第２の実施例で示した図６の構成で、前記第１の実施例で示した部分走査を行うことにより、接触状態における超音波トランスデューサ及びすだれ状電極の選択回数を更に削減することが可能となり、低消費電力化及び指の指示位置出力の高速化が可能となる。
【００３３】
なお、図４に示す回路ブロック構成の代わりに、選択回路５を介して送信側の超音波トランスデューサ及び受信側の超音波トランスデューサを増幅器１０と接続し、遅延線発振器として構成した図９に示す回路ブロック構成を適用しても、第１〜３の実施例と同様に、低消費電力化及び指の指示位置出力の高速化等に有効である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、指の指示位置の算出結果から、指の指示位置及びその周辺領域に対応する超音波トランスデューサ及びすだれ状電極に限定して選択する部分走査モードを有する第１の構成においては、指が非圧電基板に接触している間は、低消費電力化若しくは指示位置出力回数を多くすることが可能である。
【００３５】
また、本発明によれば、非圧電基板の上面の隅部に超音波トランスデューサを設け、送信側として前記超音波トランスデューサを使用する走査モードを有する第２の構成においては、指が非圧電基板に接触していない間、送信側の他の超音波トランスデューサを選択する必要がなく、送信側の選択回路の切り替え動作が不要となるため、低消費電力化及び指の指示位置出力の高速化等に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における超音波タッチパネルの構成を示した概略図である。
【図２】超音波トランスデューサのすだれ状電極の配置を示した斜視図である。
【図３】小型の超音波トランスデューサを配置した超音波タッチパネルの構成を示した概略図である。
【図４】超音波タッチパネルの回路ブロック構成を示す説明図である。
【図５】超音波タッチパネルの走査方法を示すフローチャートである。
【図６】非圧電基板の隅部に超音波トランスデューサを配置した超音波タッチパネルの構成を示した概略図である。
【図７】非圧電基板の超音波トランスデューサの電極形状を示した説明図である。
【図８】非圧電基板の超音波トランスデューサを配置した超音波タッチパネルの走査方法を示したフローチャートである。
【図９】超音波トランスデューサ及び増幅器を接続し、遅延線発振器として構成した超音波タッチパネルの回路ブロック構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  超音波タッチパネル
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  超音波トランスデューサ
３  非圧電基板
４  指
５  選択回路
６  パルス発生器
７  信号処理回路
８  コンパレータ
９  ＣＰＵ
１０  増幅器
１１  すだれ状電極
１２  圧電薄板
Ｔn   すだれ状電極（送信側）
Ｒn  すだれ状電極（受信側）
【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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