JPH06149459A

JPH06149459A - 超音波タッチパネル

Info

Publication number: JPH06149459A
Application number: JP31770092A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波送受波手段を圧電板に備えることによ
り、その圧電板に物体が接触したことを感知する超音波
タッチパネルを提供する。【構成】すだれ状電極Ｔ1またはＴ2から電気信号を入
力すると、その電気信号が弾性表面波に変換されて圧電
板１を伝搬する。圧電板１を伝搬している弾性表面波の
うちすだれ状電極Ｒ11〜Ｒ14またはＲ21〜Ｒ24の示す中
心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信
号に変換されてすだれ状電極Ｒ11〜Ｒ14またはＲ21〜Ｒ
24から出力される。弾性表面波の伝搬路に接触するとそ
の接触部分に対応する位置の出力用すだれ状電極の電気
信号が減衰または消滅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波送受波手段を圧電
板に備えることにより、その圧電板に物体が接触したこ
とを感知する超音波タッチパネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタッチパネルには抵抗膜を用いる
方法と超音波を用いる方法が主に挙げられる。抵抗膜を
用いる方法は透明導電性フィルム（抵抗膜）に触指する
ことによりその透明導電性フィルムの抵抗値が変化する
ものであり、低消費電力であるものの応答時間、感度、
耐久性等の点で問題を有している。超音波を用いる方法
は予め弾性表面波を励振させておいた非圧電基板に触指
することによりその弾性表面波が減衰するものである。
非圧電基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、従来の方法では応答時間、感度、耐久性、工作精
度、加工性および量産性等に問題があり、使用周波数領
域も制限されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は基板と
して透光性の圧電板を用いることにより加工性、耐久性
および量産性に優れ、小型軽量化が可能な超音波タッチ
パネルを提供することにある。また、低消費電力、低電
圧で効率良く弾性表面波を圧電板に励振することがで
き、圧電板に接触することによる弾性表面波の減衰に対
する応答時間が短く、感度の良い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、圧電板の一方の板面Ｚ１上に超音波送
受波手段を少なくとも２つ備えて成る超音波タッチパネ
ルにおいて、前記超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電
極Ｐ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と前記すだれ状電極Ｐ_i
にそれぞれ対応するＮ組のすだれ状電極群Ｑ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極群Ｑ
_iはそれぞれ少なくとも２組のすだれ状電極Ｑ_i-1（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）およびＱ_i-2（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｐ_iの電極周期長にほ
ぼ対応する少なくとも１種類の周波数の電気信号を該す
だれ状電極Ｐ_iに入力し、前記電極周期長にほぼ等しい
波長を有する少なくとも１種類の弾性表面波を前記板面
Ｚ１に励振する手段と、前記板面Ｚ１に励振された該弾
性表面波の波長に応じて前記すだれ状電極Ｑ_i- ₁および
Ｑ_i-2に現れる電気信号を出力する手段とが設けてあ
り、前記すだれ状電極Ｑ_i-1のそれぞれの出力端は互い
に電気的に接続点Ｎ１で接続されており、前記すだれ状
電極Ｑ_i-2のそれぞれの出力端は互いに電気的に接続点
Ｎ２で接続されており、前記すだれ状電極Ｐ_iに電気信
号を入力する手段は、出力端が前記すだれ状電極Ｐ_iの
入力端にそれぞれ接続されたＮ個のスイッチＳ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）と、該スイッチＳ_iを順次に所定の
周期で電気的にそれぞれ断続するスイッチ制御手段とを
含み、１つの前記超音波送受波手段における前記すだれ
状電極Ｐ_iと前記すだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波
の伝搬路と、別の前記超音波送受波手段における前記す
だれ状電極Ｐ_iと前記すだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表
面波の伝搬路とが互いに直交していて、前記板面Ｚ１に
おける弾性表面波の伝搬路の一部に物体が接触したこと
を、前記接続点Ｎ１および前記接続点Ｎ２に現れる電気
信号の大きさから感知することを特徴とする。

【０００５】請求項２に記載の超音波タッチパネルは、
前記スイッチＳ_iのそれぞれの入力端が互いに電気的に
接続点ＮＳで接続され、前記接続点Ｎ１は増幅器を介し
て前記接続点ＮＳに電気的に接続され、前記すだれ状電
極Ｐ_iから前記すだれ状電極Ｑ_i-1に至る間の前記圧電板
で成る弾性表面波の伝搬路Ｄ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を遅延素子とする発振器Ｈ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）が構成されていて、前記発振器Ｈ_iの信号ループは
前記すだれ状電極Ｐ_iと、前記伝搬路Ｄ_iと、前記すだれ
状電極Ｑ_i-1と、前記増幅器とから成ることを特徴とす
る。

【０００６】請求項３に記載の超音波タッチパネルは、
前記すだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ_i-2における電極
周期長にはそれぞれ少なくともＬ１とＬ２との２つが有
り、該電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ対応する周波数
の電気信号を前記すだれ状電極Ｐ_iに入力し、前記電極
周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長の弾性表面波を
前記板面Ｚ１に励振する手段が設けてあることを特徴と
する。

【０００７】請求項４に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電板のもう一方の板面Ｚ２には少なくとも１種類
の色で表示される表示装置の表示画面が備えられてい
て、前記すだれ状電極Ｐ_iに入力される電気信号の周波
数と前記色とを対応させる手段が設けられていることを
特徴とする。

【０００８】請求項５に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電板がほぼ透明な圧電セラミックで成り、該圧電
セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ方
向と平行であることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の超音波タッチパネルは、圧電板の一方
の板面Ｚ１上に超音波送受波手段を少なくとも２つ備え
て成る簡単な構造を有することから、装置の小型軽量化
が可能である。超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極
Ｐ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とそのすだれ状電極Ｐ_iに
それぞれ対応するＮ組のすだれ状電極群Ｑ_i（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）とから成り、すだれ状電極群Ｑ_iはそれ
ぞれ少なくとも２組のすだれ状電極Ｑ_i-1（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）およびＱ_i-2（ｉ＝１，２，……，Ｎ）
から成る。すだれ状電極Ｐ_iを入力用としすだれ状電極
Ｐ_iから電気信号を入力する構造を採用することによ
り、圧電板の板面Ｚ１に弾性表面波を励振させることが
できる。しかも、低消費電力、低電圧で効率良く弾性表
面波を板面Ｚ１に励振することができる。

【００１０】すだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2を出力用と
し、しかもすだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2のそれぞれを
すだれ状電極Ｐ_iに対し弾性表面波の送受波の指向軸が
共通になるよう配置する構造を採用することにより、板
面Ｚ１に励振されている弾性表面波を電気信号として効
率よく出力させることができる。板面Ｚ１における弾性
表面波の伝搬路（すなわちすだれ状電極Ｐ_iとＱ_i-1との
間およびＰ_iとＱ_i-2との間）を物体で接触することによ
り板面Ｚ１に励振されている弾性表面波が消滅または減
衰するから、すだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2に出力され
る電気信号も消滅または減衰する。このようにして、板
面Ｚ１における弾性表面波の伝搬路に物体が接触したこ
とが感知される。その上、本発明の超音波タッチパネル
は応答時間が短く感度が良い。前記物体としては圧電板
よりも軟らかく超音波を吸収しやすい物質であることが
必要で、人の指などもその特徴を有する。また、すだれ
状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2のうち出力される電気信号が消
滅または減衰するすだれ状電極を判別することにより、
接触位置の特定ができる。

【００１１】すだれ状電極Ｐ_iにすだれ状電極Ｐ_iの電極
周期長にほぼ対応する少なくとも１種類の周波数の電気
信号を入力する構造を採用することにより、板面Ｚ１に
該電極周期長にほぼ等しい波長を有する少なくとも１種
類の弾性表面波を励振することができる。また、板面Ｚ
１に励振された弾性表面波をその波長に応じてすだれ状
電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2から電気信号として出力すること
ができる。

【００１２】板面Ｚ１に超音波送受波手段を少なくとも
２つ設けた構造を採用し、しかも１つの超音波送受波手
段におけるすだれ状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間
の弾性表面波の伝搬路と、別の超音波送受波手段におけ
るすだれ状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表
面波の伝搬路とを互いに直交させる構造を採用すること
により、板面Ｚ１における接触位置をさらに繊細に特定
できる。これは超音波送受波手段の数が多い程きめ細か
な特定が可能となる。

【００１３】すだれ状電極Ｑ_i-1のそれぞれの出力端を
互いに電気的に接続点Ｎ１で接続し、すだれ状電極Ｑ
_i-2のそれぞれの出力端を互いに電気的に接続点Ｎ２で
接続することにより、板面Ｚ１における弾性表面波の伝
搬路の一部に物体が接触したことを接続点Ｎ１および接
続点Ｎ２に現れる電気信号の大きさから感知することが
できる。すだれ状電極Ｐ_iに電気信号を入力する手段と
しては、出力端がすだれ状電極Ｐ_iの入力端にそれぞれ
接続されたＮ個のスイッチＳ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を設け、該スイッチＳ_iを順次に所定の周期で電気
的にそれぞれ断続する構造を採用している。このように
して、すだれ状電極Ｐ_iに順次に電気信号を入力するこ
とができる。従って、板面Ｚ１上における弾性表面波の
伝搬路（すなわちすだれ状電極Ｐ_iとＱ_i-1との間および
Ｐ_iとＱ_i-2との間）のうちたとえばすだれ状電極Ｐ₁と
Ｑ_1-1との間を接触した場合には、すだれ状電極Ｐ₁に電
気信号が入力されているときに限って接続点Ｎ１に出力
される遅延電気信号が減衰または消滅する。このように
して接触位置を明確に指定することが可能になる。

【００１４】スイッチＳ_iのそれぞれの入力端を互いに
電気的に接続点ＮＳで接続し、接続点Ｎ１を増幅器を介
して接続点ＮＳに電気的に接続する構造を採用すること
により、すだれ状電極Ｐ_iからＱ_i-1に至る間の板面Ｚ１
で成る弾性表面波の伝搬路Ｄ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を遅延素子とする発振器Ｈ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を構成することができる。発振器Ｈ_iの信号ループ
はすだれ状電極Ｐ_iと、伝搬路Ｄ_iと、すだれ状電極Ｑ
_i-1と、増幅器とから成る。このようにして、回路構成
が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進
され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能とな
る。

【００１５】すだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ_i-2とし
てそれぞれが少なくとも２つの電極周期長Ｌ１およびＬ
２を有する構造を採用することにより、すだれ状電極Ｐ
_iに電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ相応する周波数の
電気信号を入力することができる。従って、板面Ｚ１に
電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長の弾性表面
波を励振することができる。また、板面Ｚ１に励振され
ている電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長を有
する弾性表面波をすだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i _-2から電
気信号として出力させることができる。超音波送受波手
段においてすだれ状電極Ｐ_iおよびすだれ状電極群Ｑ_iを
電極周期長が小さい方の電極指が互いに内側になるよう
に、つまり電極間距離が小さくなるように配置すること
により、板面Ｚ１に励振する弾性表面波の減衰を抑制す
ることができる。これは、電極周期長が小さいほど高周
波の弾性表面波が板面Ｚ１に励振され、高周波の弾性表
面波ほど減衰されやすいことを解決するためのものであ
る。

【００１６】圧電板のもう一方の板面Ｚ２に少なくとも
１種類の色で表示される表示装置の表示画面を備えた構
造を採用し、すだれ状電極Ｐ_iに入力する電気信号の周
波数と表示画面の色とを対応させる構造を採用すること
により、表示画面の同一箇所に周波数を切り換えること
によって別々に色分けされた情報を入力することが可能
になる。つまり、板面Ｚ１における前記箇所を周波数ご
とに接触することによって周波数ごとに色分けされた情
報を入力することが可能になる。従って、入力する情報
量を増大させることにもなる。板面Ｚ１の接触位置に対
応する形の情報を所定の時間、表示画面に表示させてお
く構造を採用することにより、たとえば圧電板よりも軟
らかく超音波を吸収しやすい物質で文字などを板面Ｚ１
に描いた場合、その文字を表示画面に映し出すことがで
きる。このようにして、文字、記号、その他の情報を板
面Ｚ１に直接書き込むことにより、それらの情報の入力
ができるばかりでなく、表示画面に画像として映し出す
ことが可能になる。

【００１７】圧電板としてＬａ添加ジルコン・チタン酸
鉛（ＰＬＺＴ）磁器などの透光性の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と厚さ方向と
を平行にする構造を採用することにより、圧電板に効率
よく弾性表面波を励振することができる。また、圧電セ
ラミックとしてほぼ透明な構造を採用することにより、
表示画面に現われる情報を板面Ｚ１上から見ることがで
きる。圧電板の板面Ｚ１に弾性表面波を伝搬させるため
には圧電板の厚さはすだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ
_i-2の電極周期長の３倍以上であることが望ましい。圧
電板の厚さが電極周期長よりも小さく、薄い場合にはラ
ム波が伝搬するが、タッチパネルとしての機能を果たし
うるモードが存在するならば、ラム波の利用も可能であ
る。圧電板としては圧電セラミックの他にＬｉＮｂ
Ｏ₃，ＬｉＴａＯ₃等の単結晶が考えられる。これらの単
結晶は透明でしかも圧電性を有している。結晶としての
異方性を有していることから電気機械結合係数を含めて
設計の段階で工夫を必要とし、余分な電子回路を必要と
する可能性があるものの、圧電板として有望である。圧
電セラミックの中でもＰＬＺＴは透明でありしかも加工
性、耐久性に優れていることから圧電板として有望であ
る。ＰＬＺＴで成る圧電板の板面Ｚ１の面内での等方性
を利用することにより、１つの超音波送受波手段におけ
るすだれ状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表
面波の伝搬路と、別の超音波送受波手段におけるすだれ
状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用した場合、一方の
すだれ状電極群Ｑ_iともう一方のすだれ状電極群Ｑ_iに出
力される電気信号のレベルをほぼ同一にすることができ
る。従って回路構成が簡単になり装置の小型軽量化が促
進できるばかりでなく、出力信号を常に均一化できるの
で信号処理が正確になり感度が向上する。さらに分解能
も上がるので入力する情報量を増大できる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の超音波タッチパネルの一実施
例を示す平面図である。本実施例は各電極交叉幅が５ｍ
ｍの１４組のすだれ状電極、各電極交叉幅が０．８ｍｍ
の５６組のすだれ状電極、圧電板１、および表示画面２
から成る。但し、図１では電極交叉幅が５ｍｍのすだれ
状電極についてはＴ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4のみが描かれ
ていて、電極交叉幅が０．８ｍｍのすだれ状電極につい
てはＲ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23，Ｒ2
4，Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ41，Ｒ42，Ｒ43および
Ｒ44のみが描かれている。また、表示画面２は図１では
描かれていない。圧電板１は長さ５０ｍｍ、幅４０ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの１２８゜回転ＹカットＸ伝搬Ｌｉ
ＮｂＯ3で成る。前記各すだれ状電極はアルミニウム薄
膜で成る。表示画面２は圧電板１のもう一方の板面に備
えられている。表示画面２は表示装置の一部を成してい
る。前記各すだれ状電極は電極周期長が１６０μｍで
７．５対の電極指を有する正規型のものである。

【００１９】図２は図１の超音波タッチパネルにおける
すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｒ11〜Ｒ14およびＲ21〜Ｒ24を
示す平面図である。すだれ状電極Ｔ1およびＴ2と、Ｒ11
〜Ｒ14およびＲ21〜Ｒ24とは互いに対行している。同様
にしてすだれ状電極Ｔ3およびＴ4と、Ｒ31〜Ｒ34および
Ｒ41〜Ｒ44との関係も互いに対行関係にある。すだれ状
電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は入力用として用いられ
る。すだれ状電極Ｒ11〜Ｒ14，Ｒ21〜Ｒ24，Ｒ31〜Ｒ34
およびＲ41〜Ｒ44は出力用として用いられる。すだれ状
電極Ｒ11〜Ｒ14はすだれ状電極Ｔ1に対応し、すだれ状
電極Ｒ21〜Ｒ24はすだれ状電極Ｔ2に対応し、すだれ状
電極Ｒ31〜Ｒ34はすだれ状電極Ｔ3に対応し、すだれ状
電極Ｒ41〜Ｒ44はすだれ状電極Ｔ4に対応している。こ
のようにして、図１の超音波タッチパネルは電極交叉幅
が５ｍｍの１組のすだれ状電極に対し、電極交叉幅が
０．８ｍｍの４組のすだれ状電極がそれぞれ対行した形
で配置されている。

【００２０】図３は図１の超音波タッチパネルの断面図
であって、入力用すだれ状電極および出力用すだれ状電
極との関係を示している。

【００２１】図４は図１の超音波タッチパネルに用いら
れているすだれ状電極の代わりに用いられるすだれ状電
極の一実施例を示す平面図である。このすだれ状電極は
電極周期長が１７８μｍで５対の電極指と、電極周期長
が１６０μｍで５対の電極指とから構成されている正規
型のものであって、図１の超音波タッチパネルに用いら
れる場合、電極周期長が１６０μｍの電極指が互いに内
側になるように配置される。これは、電極周期長が小さ
いほど高周波の弾性表面波が圧電板１に励振され、高周
波の弾性表面波ほど減衰されやすいことを考慮したもの
である。このようにして、電極周期長が小さい方ほど弾
性表面波の伝搬路長（すなわち電極間距離）が小さくな
るように配置される。

【００２２】図５は図１の超音波タッチパネルをｒｆパ
ルスを用いて駆動する場合の構成図である。図６は図５
の構成図における各部〜における波形図である。図
１の超音波タッチパネルの駆動時、信号発生器によって
発生させた連続波はコンピュータからのクロックパル
ス−１および−２によりそれぞれダブル・バランス
ド・ミキサ（Ｄ．Ｂ．Ｍ）１およびＤ．Ｂ．Ｍ．２でｒ
ｆパルス−１および−２に変調される。Ｄ．Ｂ．
Ｍ．１およびＤ．Ｂ．Ｍ．２はスイッチングの役割を果
たしていて、すだれ状電極Ｔ1およびＴ3（以後Ｔ１グル
ープと呼ぶ）にｒｆパルスを印加するかまたはすだれ状
電極Ｔ2およびＴ4（以後Ｔ２グループと呼ぶ）にｒｆパ
ルスを印加している。Ｔ１グループのすだれ状電極にｒ
ｆパルスが印加されると、Ｔ１グループのすだれ状電極
の電極周期長にほぼ対応する周波数を有するｒｆパルス
のみが弾性表面波に変換されて圧電板１を伝搬する。圧
電板１を伝搬している弾性表面波のうちすだれ状電極Ｒ
11〜Ｒ14およびＲ31〜Ｒ34の示す電極周期長にほぼ等し
い波長の弾性表面波のみが遅延電気信号に変換されてす
だれ状電極Ｒ11〜Ｒ14およびＲ31〜Ｒ34（以後Ｒ１グル
ープと呼ぶ）から出力される。Ｔ２グループのすだれ状
電極にｒｆパルスが印加されると、Ｔ２グループのすだ
れ状電極の電極周期長にほぼ対応する周波数を有するｒ
ｆパルスのみが弾性表面波に変換されて圧電板１を伝搬
する。圧電板１を伝搬している弾性表面波のうちすだれ
状電極Ｒ21〜Ｒ24およびＲ41〜Ｒ44の示す電極周期長に
ほぼ等しい波長の弾性表面波のみが遅延電気信号に変換
されてすだれ状電極Ｒ21〜Ｒ24およびＲ41〜Ｒ44（以後
Ｒ２グループと呼ぶ）から出力される。このようにし
て、Ｔ１グループおよびＴ２グループのすだれ状電極に
交互に電気信号を入力することにより、遅延電気信号を
Ｒ１グループおよびＲ２グループのすだれ状電極に交互
に出力することができる。すだれ状電極Ｒ11とＲ21，Ｒ
12とＲ22，Ｒ13とＲ23，Ｒ14とＲ24，Ｒ31とＲ41，Ｒ32
とＲ42，Ｒ33とＲ43，およびＲ34とＲ44をそれぞれ接続
すれば回路構成が簡略化されるだけでなく、それぞれの
２組のすだれ状電極Ｒ11とＲ21，Ｒ12とＲ22，Ｒ13とＲ
23，Ｒ14とＲ24，Ｒ31とＲ41，Ｒ32とＲ42，Ｒ33とＲ4
3，およびＲ34とＲ44の遅延電気信号が重複された形
で受信される。従って、Ｔ１グループのすだれ状電極に
電気信号が入力されている場合に圧電板１に伝搬する弾
性表面波の伝搬路を接触すると、Ｔ１グループのすだれ
状電極に電気信号が入力されているときに限って接触位
置に対応する表面波が減衰する。同様にして、Ｔ２グ
ループのすだれ状電極に電気信号が入力されている場合
に圧電板１に伝搬する弾性表面波の伝搬路を接触する
と、Ｔ２グループのすだれ状電極に電気信号が入力され
ているときに限って接触位置に対応する表面波が減衰す
る。このような遅延信号，およびは増幅、整流
されそれぞれ直流信号，およびになる。圧電板１
を接触した場合と接触しない場合に相当する直流電圧値
の間で適切なスレッシュホールド電圧値を設定すること
により、コンパレータにおいてデジタル信号が得られ
る。このデジタル信号はコンピュータにより適切なタイ
ミングでパラレル信号としてコンピュータに取り込まれ
る。

【００２３】図７は図１の超音波タッチパネルを遅延線
発振器を形成して駆動する場合の構成図である。図７の
構成図における各部〜における波形図は図６に示す
波形図と同様である。図７においてはすだれ状電極Ｔ1
とＲ11との間またはＴ2とＲ21との間を第１の遅延素子
とし、すだれ状電極Ｔ3とＲ31との間またはＴ4とＲ41と
の間を第２の遅延素子とする８の字型の信号ループを有
する遅延線発振器が形成されている。図１の超音波タッ
チパネルの駆動時、コンピュータからの指令によりスイ
ッチ１，２，３および４が作動する。スイッチ１および
３（以後Ｓ１グループと呼ぶ）が閉じているときにはス
イッチ２および４（以後Ｓ２グループと呼ぶ）は開いて
いる。このようにしてＳ１グループおよびＳ２グループ
のスイッチが開閉することによりすだれ状電極Ｔ1およ
びＴ3（以後Ｔ１グループと呼ぶ）並びにすだれ状電極
Ｔ2およびＴ4（以後Ｔ２グループと呼ぶ）に電気信号を
交互に入力している。Ｔ１グループまたはＴ２グループ
に入力される電気信号はコンピュータからのクロック
パルス−１または−２によりそれぞれｒｆパルス
−１および−２に変調される。Ｓ１グループのスイッ
チが閉じてＴ１グループのすだれ状電極に電気信号−
１が入力されると、Ｔ１グループのすだれ状電極の電極
周期長にほぼ対応する周波数を有する電気信号のみが弾
性表面波に変換されて圧電板１を伝搬する。圧電板１を
伝搬している弾性表面波のうちすだれ状電極Ｒ11〜Ｒ14
およびＲ31〜Ｒ34の電極周期長にほぼ等しい波長の弾性
表面波のみが遅延電気信号に変換されてすだれ状電極Ｒ
11〜Ｒ14およびＲ31〜Ｒ34（以後Ｒ１グループと呼ぶ）
から出力される。Ｓ２グループのスイッチが閉じてＴ２
グループのすだれ状電極に電気信号−２が入力される
と、Ｔ２グループのすだれ状電極の電極周期長にほぼ対
応する周波数を有する電気信号のみが弾性表面波に変換
されて圧電板１を伝搬する。圧電板１を伝搬している弾
性表面波のうちすだれ状電極Ｒ21〜Ｒ24およびＲ41〜Ｒ
44の電極周期長にほぼ等しい波長の弾性表面波のみが遅
延電気信号に変換されてすだれ状電極Ｒ21〜Ｒ24および
Ｒ41〜Ｒ44（以後Ｒ２グループと呼ぶ）から出力され
る。このようにして、Ｔ１グループおよびＴ２グループ
のすだれ状電極に交互に電気信号を入力することによ
り、遅延電気信号をＲ１グループおよびＲ２グループの
すだれ状電極に交互に出力することができる。すだれ状
電極Ｒ11とＲ21，Ｒ12とＲ22，Ｒ13とＲ23，Ｒ14とＲ2
4，Ｒ31とＲ41，Ｒ32とＲ42，Ｒ33とＲ43，およびＲ34
とＲ44をそれぞれ接続すれば回路構成が簡略化されるだ
けでなく、それぞれの２組のすだれ状電極Ｒ11とＲ21，
Ｒ12とＲ22，Ｒ13とＲ23，Ｒ14とＲ24，Ｒ31とＲ41，Ｒ
32とＲ42，Ｒ33とＲ43，およびＲ34とＲ44の遅延電気信
号が重複された形で受信される。但し、前記それぞれ
の２組のすだれ状電極のうちすだれ状電極Ｒ11とＲ21か
ら出力される電気信号の一部およびすだれ状電極Ｒ31
とＲ41から出力される電気信号の一部はそれぞれ増幅
器Ａおよび増幅器Ｂによって増幅され、それぞれの位相
シフタによって所定の位相に制御された後、それぞれＳ
１グループおよびＳ２グループのスイッチを介して再び
Ｔ１グループおよびＴ２グループのすだれ状電極に入力
される。すなわち、スイッチ１または２を介してすだれ
状電極Ｔ1またはＴ2に入力された電気信号は増幅器Ａを
経由した後、スイッチ３または４を介して今度はすだれ
状電極Ｔ3またはＴ4に入力される。また、スイッチ３ま
たは４を介してすだれ状電極Ｔ3またはＴ4に入力された
電気信号は増幅器Ｂを経由した後、スイッチ１または２
を介して今度はすだれ状電極Ｔ1またはＴ2に入力され
る。このようにして８の字型の信号ループを有する遅延
線発振器が形成される。ところで、それぞれの２組のす
だれ状電極Ｒ11とＲ21，Ｒ12とＲ22，Ｒ13とＲ23，Ｒ14
とＲ24，Ｒ31とＲ41，Ｒ32とＲ42，Ｒ33とＲ43，および
Ｒ34とＲ44に出力された遅延電気信号は圧電板１を接
触することにより減衰される（または）。Ｔ１グル
ープのすだれ状電極に電気信号が入力されている場合に
圧電板１を伝搬する弾性表面波の伝搬路（すだれ状電極
Ｔ1とＲ11〜Ｒ14との間およびすだれ状電極Ｔ3とＲ31〜
Ｒ34との間）に圧電板１よりも軟らかく超音波を吸収し
やすい物質で接触すると、Ｔ１グループのすだれ状電極
に電気信号が入力されているときに限って接触位置に対
応する表面波が減衰する。同様にして、Ｔ２グループ
のすだれ状電極に電気信号が入力されている場合に圧電
板１を伝搬する弾性表面波の伝搬路（すだれ状電極Ｔ2
とＲ21〜Ｒ24との間およびすだれ状電極Ｔ4とＲ41〜Ｒ4
4との間）に接触すると、Ｔ２グループのすだれ状電極
に電気信号が入力されているときに限って接触位置に対
応する表面波が減衰する。このような遅延信号，
およびは増幅、整流されそれぞれ直流信号，およ
びになる。圧電板１を接触した場合と接触しない場合
に相当する直流電圧値の間で適切なスレッシュホールド
電圧値を設定することにより、コンパレータにおいてデ
ジタル信号が得られる。このデジタル信号はコンピュー
タにより適切なタイミングでパラレル信号としてコンピ
ュータに取り込まれる。この遅延線発振器による駆動方
法はパルス発生器が不要であることから、図５に示すｒ
ｆパルスを用いて駆動する場合などに比較して装置のさ
らなる小型化および低消費電力化、低電圧化が可能であ
る。

【００２４】図１の超音波タッチパネルの駆動時、コン
ピュータからの指令により表示装置の表示画面２には接
触位置に対応して色分けされた情報が現われるようにな
っている。しかも、Ｔ１グループまたはＴ２グループの
すだれ状電極に入力される電気信号の周波数と、その色
とが対応するようなシステムが組み込まれている。な
お、表示画面２の情報は圧電板１を介して見られるよう
になっている。このようにして、圧電板１を伝搬する弾
性表面波の伝搬路を接触すると、その伝搬路を伝搬して
いる弾性表面波が減衰または消滅し、それに伴って表示
画面２には接触位置に対応して色分けされた情報が現わ
れる。しかも、入力する電気信号の周波数を切り換える
操作を行うことにより、同一の位置の圧電板１を接触す
ることにより表示画面２の該同一の位置において周波数
の種類に対応する数の色で情報を入力することが可能と
なる。すなわち、２種類の周波数を用いれば同一の位置
において２種類の色で色分けされた情報の入力が可能に
なる。また、接触位置に対応する形の情報を所定の時
間、表示画面に表示させておくシステムを導入すれば、
たとえば指先で文字などを圧電板１に描いた場合、その
文字を表示画面２に映し出すことができる。図１の超音
波タッチパネルにおいて図４のすだれ状電極を用いた場
合には、該すだれ状電極の電極周期長が２種類あってし
かもそれぞれの値の差が大きいことから、該すだれ状電
極に入力される２種類の電気信号の周波数の値の差を大
きくすることができる。しかもそれぞれの種類の電極周
期長にほぼ対応して入力する電気信号の周波数をさらに
数種類に細分化することができるので、結果として入力
する電気信号の周波数の種類をさらに増加することがで
きる。

【００２５】図８は図７に示す遅延線発振器における増
幅器ＡおよびＢの一実施例を示す回路図である。

【００２６】図９は図７に示す遅延線発振器における発
振のスペクトルを示す特性図である。ｆｏは基本波を示
し２４．３ＭＨｚである。安定な発振が得られているこ
とがわかる。

【００２７】図１０は図７に示す遅延線発振器における
周波数に対する損失と位相との関係を示す特性図であ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルによれば、
すだれ状電極Ｐ_iを入力用としすだれ状電極Ｐ_iから電気
信号を入力する構造を採用することにより、圧電板の板
面Ｚ１に弾性表面波を励振させることができる。しか
も、低消費電力、低電圧で効率良く弾性表面波を板面Ｚ
１に励振することができる。

【００２９】すだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2を出力用と
し、しかもすだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2のそれぞれを
すだれ状電極Ｐ_iに対し弾性表面波の送受波の指向軸が
共通になるよう配置する構造を採用することにより、板
面Ｚ１に励振されている弾性表面波を電気信号として効
率よく出力させることができる。板面Ｚ１における弾性
表面波の伝搬路（すなわちすだれ状電極Ｐ_iとＱ_i-1との
間およびＰ_iとＱ_i-2との間）を物体で接触することによ
り板面Ｚ１に励振されている弾性表面波が消滅または減
衰するから、すだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2に出力され
る電気信号も消滅または減衰する。このようにして、板
面Ｚ１における弾性表面波の伝搬路に物体が接触したこ
とが感知される。しかも、応答時間が短く感度が良い。
前記物体としては圧電板よりも軟らかく超音波を吸収し
やすい物質であることが必要で、人の指などもその特徴
を有する。また、すだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2のうち
出力される電気信号が消滅または減衰するすだれ状電極
を判別することにより、接触位置の特定ができる。

【００３０】すだれ状電極Ｐ_iにすだれ状電極Ｐ_iの電極
周期長にほぼ対応する少なくとも１種類の周波数の電気
信号を入力する構造を採用することにより、板面Ｚ１に
該電極周期長にほぼ等しい波長を有する少なくとも１種
類の弾性表面波を励振することができる。また、板面Ｚ
１に励振された弾性表面波をその波長に応じてすだれ状
電極Ｑ_i-1およびＱ_i-2から電気信号として出力すること
ができる。

【００３１】板面Ｚ１に超音波送受波手段を少なくとも
２つ設け、しかも１つの超音波送受波手段におけるすだ
れ状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の
伝搬路と、別の超音波送受波手段におけるすだれ状電極
Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の伝搬路と
を互いに直交させる構造を採用することにより、板面Ｚ
１における接触位置をさらに繊細に特定できる。これは
超音波送受波手段の数が多い程きめ細かな特定が可能と
なる。

【００３２】すだれ状電極Ｑ_i-1のそれぞれの出力端を
互いに電気的に接続点Ｎ１で接続し、すだれ状電極Ｑ
_i-2のそれぞれの出力端を互いに電気的に接続点Ｎ２で
接続する構造を採用することにより、板面Ｚ１における
弾性表面波の伝搬路の一部に物体が接触したことを接続
点Ｎ１および接続点Ｎ２に現れる電気信号の大きさから
感知することができる。出力端がすだれ状電極Ｐ_iの入
力端にそれぞれ接続されたＮ個のスイッチＳ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）を設け、該スイッチＳ_iを順次に所
定の周期で電気的にそれぞれ断続する構造を採用するこ
とにより、すだれ状電極Ｐ_iに順次に電気信号を入力す
ることができる。従って、板面Ｚ１上における弾性表面
波の伝搬路のうちたとえばすだれ状電極Ｐ₁とＱ_1-1との
間を接触した場合には、すだれ状電極Ｐ₁に電気信号が
入力されているときに限って接続点Ｎ１に出力される遅
延電気信号が減衰または消滅する。このようにして接触
位置を明確に指定することが可能になる。

【００３３】スイッチＳ_iのそれぞれの入力端を互いに
電気的に接続点ＮＳで接続し、接続点Ｎ１を増幅器を介
して接続点ＮＳに電気的に接続する構造を採用すること
により、すだれ状電極Ｐ_iからＱ_i-1に至る間の板面Ｚ１
で成る弾性表面波の伝搬路Ｄ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を遅延素子とする発振器Ｈ_i（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を構成することができる。発振器Ｈ_iの信号ループ
はすだれ状電極Ｐ_iと、伝搬路Ｄ_iと、すだれ状電極Ｑ
_i-1と、増幅器とから成る。このようにして、回路構成
が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進
され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能とな
る。

【００３４】すだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ_i-2とし
てそれぞれが少なくとも２つの電極周期長Ｌ１およびＬ
２を有する構造を採用することにより、すだれ状電極Ｐ
_iに電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ相応する周波数の
電気信号を入力することができる。従って、板面Ｚ１に
電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長の弾性表面
波を励振することができる。また、板面Ｚ１に励振され
ている電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長を有
する弾性表面波をすだれ状電極Ｑ_i-1およびＱ_i _-2から電
気信号として出力させることができる。すだれ状電極Ｐ
_iおよびすだれ状電極群Ｑ_iを電極周期長が小さい方の電
極指が互いに内側になるように、つまり電極間距離が小
さくなるように配置することにより、板面Ｚ１に励振す
る弾性表面波の減衰を抑制することができる。

【００３５】圧電板のもう一方の板面Ｚ２に少なくとも
１種類の色で表示される表示装置の表示画面を備えた構
造を採用し、すだれ状電極Ｐ_iに入力する電気信号の周
波数と表示画面の色とを対応させる構造を採用すること
により、表示画面の同一箇所に周波数を切り換えること
によって別々に色分けされた情報を入力することが可能
になる。従って、入力する情報量を増大させることにも
なる。板面Ｚ１の接触位置に対応する形の情報を所定の
時間、表示画面に表示させておく構造を採用することに
より、たとえば文字などを板面Ｚ１に描いた場合、その
文字を表示画面に映し出すことができる。このようにし
て、文字、記号、その他の情報を板面Ｚ１に直接書き込
むことにより、それらの情報の入力ができるばかりでな
く、表示画面に画像として映し出すことが可能になる。

【００３６】圧電板としてＬａ添加ジルコン・チタン酸
鉛（ＰＬＺＴ）磁器などの透光性の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と厚さ方向と
を平行にする構造を採用することにより、圧電板に効率
よく弾性表面波を励振することができる。また、圧電セ
ラミックとしてほぼ透明な構造を採用することにより、
表示画面に現われる情報を板面Ｚ１上から見ることがで
きる。圧電板の板面Ｚ１に弾性表面波を伝搬させるため
には圧電板の厚さはすだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ
_i-2の電極周期長の３倍以上であることが望ましい。圧
電板の厚さが電極周期長よりも小さく、薄い場合にはラ
ム波が伝搬するが、タッチパネルとしての機能を果たし
うるモードが存在するならば、ラム波の利用も可能であ
る。圧電板としては圧電セラミックの他にＬｉＮｂ
Ｏ₃，ＬｉＴａＯ₃等の単結晶が考えられる。これらの単
結晶は透明でしかも圧電性を有している。結晶としての
異方性を有していることから電気機械結合係数を含めて
設計の段階で工夫を必要とし、余分な電子回路を必要と
する可能性があるものの、圧電板として有望である。圧
電セラミックの中でもＰＬＺＴは透明でありしかも加工
性、耐久性に優れていることから圧電板として有望であ
る。ＰＬＺＴで成る圧電板の板面Ｚ１の面内での等方性
を利用することにより、１つの超音波送受波手段におけ
るすだれ状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表
面波の伝搬路と、別の超音波送受波手段におけるすだれ
状電極Ｐ_iとすだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用した場合、一方の
すだれ状電極群Ｑ_iともう一方のすだれ状電極群Ｑ_iに出
力される電気信号のレベルをほぼ同一にすることができ
る。従って回路構成が簡単になり装置の小型軽量化が促
進できるばかりでなく、出力信号を常に均一化できるの
で信号処理が正確になり感度が向上する。さらに分解能
も上がるので入力する情報量を増大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波タッチパネルの一実施例を示す
平面図。

【図２】図１の超音波タッチパネルにおけるすだれ状電
極Ｔ1，Ｔ2，Ｒ11〜Ｒ14およびＲ21〜Ｒ24を示す平面
図。

【図３】図１の超音波タッチパネルの断面図。

【図４】図１の超音波タッチパネルに用いられているす
だれ状電極の代わりに用いられるすだれ状電極の一実施
例を示す平面図。

【図５】図１の超音波タッチパネルをｒｆパルスを用い
て駆動する場合の構成図。

【図６】図１の超音波タッチパネルの構成図における各
部〜における波形図。

【図７】図１の超音波タッチパネルを遅延線発振器を形
成して駆動する場合の構成図。

【図８】図７に示す遅延線発振器における増幅器Ａおよ
びＢの一実施例を示す回路図。

【図９】図７に示す遅延線発振器における発振のスペク
トルを示す特性図。

【図１０】図７に示す遅延線発振器における周波数に対
する損失と位相との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１圧電板２表示画面Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4 すだれ状電極Ｒ11，Ｒ12，Ｒ13，Ｒ14，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ23，Ｒ24
すだれ状電極Ｒ31，Ｒ32，Ｒ33，Ｒ34，Ｒ41，Ｒ42，Ｒ43，Ｒ44
すだれ状電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電板の一方の板面Ｚ１上に超音波送受
波手段を少なくとも２つ備えて成る超音波タッチパネル
において、前記超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｐ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）と前記すだれ状電極Ｐ_iにそれぞれ
対応するＮ組のすだれ状電極群Ｑ_i（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極群Ｑ_iはそれぞれ少なくとも２組のす
だれ状電極Ｑ_i-1（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＱ_i-2
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｐ_iの電極周期長にほぼ対応する少な
くとも１種類の周波数の電気信号を該すだれ状電極Ｐ_i
に入力し、前記電極周期長にほぼ等しい波長を有する少
なくとも１種類の弾性表面波を前記板面Ｚ１に励振する
手段と、前記板面Ｚ１に励振された該弾性表面波の波長に応じて
前記すだれ状電極Ｑ_i- ₁およびＱ_i-2に現れる電気信号を
出力する手段とが設けてあり、前記すだれ状電極Ｑ_i-1のそれぞれの出力端は互いに電
気的に接続点Ｎ１で接続されており、前記すだれ状電極
Ｑ_i-2のそれぞれの出力端は互いに電気的に接続点Ｎ２
で接続されており、前記すだれ状電極Ｐ_iに電気信号を入力する手段は、出
力端が前記すだれ状電極Ｐ_iの入力端にそれぞれ接続さ
れたＮ個のスイッチＳ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、
該スイッチＳ_iを順次に所定の周期で電気的にそれぞれ
断続するスイッチ制御手段とを含み、１つの前記超音波送受波手段における前記すだれ状電極
Ｐ_iと前記すだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の伝搬
路と、別の前記超音波送受波手段における前記すだれ状
電極Ｐ_iと前記すだれ状電極群Ｑ_iとの間の弾性表面波の
伝搬路とが互いに直交していて、前記板面Ｚ１における弾性表面波の伝搬路の一部に物体
が接触したことを、前記接続点Ｎ１および前記接続点Ｎ
２に現れる電気信号の大きさから感知することを特徴と
する超音波タッチパネル。
【請求項２】前記スイッチＳ_iのそれぞれの入力端は
互いに電気的に接続点ＮＳで接続され、前記接続点Ｎ１
は増幅器を介して前記接続点ＮＳに電気的に接続され、前記すだれ状電極Ｐ_iから前記すだれ状電極Ｑ_i-1に至る
間の前記圧電板で成る弾性表面波の伝搬路Ｄ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）を遅延素子とする発振器Ｈ_i（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記発振器Ｈ_iの信号ループは前記すだれ状電極Ｐ_iと、
前記伝搬路Ｄ_iと、前記すだれ状電極Ｑ_i-1と、前記増幅
器とから成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波
タッチパネル。
【請求項３】前記すだれ状電極Ｐ_i，Ｑ_i-1およびＱ
_i-2における電極周期長にはそれぞれ少なくともＬ１と
Ｌ２との２つが有り、該電極周期長Ｌ１またはＬ２にほぼ対応する周波数の電
気信号を前記すだれ状電極Ｐ_iに入力し、前記電極周期
長Ｌ１またはＬ２にほぼ等しい波長の弾性表面波を前記
板面Ｚ１に励振する手段が設けてあることを特徴とする
請求項１または２に記載の超音波タッチパネル。
【請求項４】前記圧電板のもう一方の板面Ｚ２には少
なくとも１種類の色で表示される表示装置の表示画面が
備えられていて、前記すだれ状電極Ｐ_iに入力される電気信号の周波数と
前記色とを対応させる手段が設けられていることを特徴
とする請求項１，２または３に記載の超音波タッチパネ
ル。
【請求項５】前記圧電板がほぼ透明な圧電セラミック
で成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラ
ミックの厚さ方向と平行であることを特徴とする請求項
１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。