JPH10504414A - 低ロスの透過基体を用いた音波式タッチポジションセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 タッチポジションセンサーあるいは「タッチスクリーン」（１６）は、センサー基体（３２）の中の音波を利用してタッチの位置を決定する。基体（３２）は、ソーダ石灰ガラスより実質的に少ない音波吸収を示すホウケイ酸塩ガラスあるいはバリウムガラスのような透過性材料から作られている。

Description

【発明の詳細な説明】 低ロスの透過基体を用いた音波式タッチポジションセンサー技術分野 本発明は、音波式タッチポジションセンサーに関する。さらに詳しくは、本発 明は、音波が基体の中で発生し、基体の中で波面に沿って伝搬し、伝達された信 号が特徴的な時間遅延範囲を有するようなタイプのタッチスクリーンに関する。 この時間遅延は、基体の１つの軸に沿ったそれぞれの軸座標について、経路の長 さが異なることを表している。基体に触れることで、波の摂動を生じ、この摂動 が検出されて基体上の接触の軸座標が決められる。このタイプのタッチスクリー ンは、コンピューターイメージデイスプレイに連結されるコンピューター入力デ バイスとして用いられる。背景技術 音波式タッチポジションセンサーには、タッチパネルあるいはプレートが含ま れることが知られている。これらは、基体の第一の端にそって配置されて列をな す送信器を有し、この送信器は、例えばローリー波のような表面弾性波を同時に 並行に発生する。この音波は、パネルを通して指向的に伝搬し、基体の第二の端 上であって第一の配列と反対に配置されている対応する検出器の配列に向かう。 別の配列の対は、第一の対と直角に配置される。ある位置におけるパネルへの接 触が、接触点を通過する波の減衰を引き起こし、それによって２組の対になった 配列からの出力が接触の座標を示唆するようになる。このタイプの音波式タッチ ポジションセンサーは、米国特許第３，６７３，３２７号に示されている。 音波式タッチポジションセンサーはまた、軸に対して１つの変換器が備えられ ているものが知られている。この変換器は、表面弾性波を発生し、これが直角の 反射グレーテイング（回折格子）によりグレーテイングの長さを越えて反射して 、基体の反応性の領域を通過して伝搬する表面弾性波パターンをつくる。反応性 の領域内の接触の位置は、表面弾性波パターンを受信変換システムの方向へグレ ーテイングの軸に沿うように向かわせる、反対の反射グレーテイングを供給する ことによって決定される。この受信変換システムは、波のパターンの減衰の到着 時間を記録するもので、波のパターンの減衰は、配列の軸に沿った位置に対応す る。接触には、表面を押す指あるいは鉄筆のいずれかが含まれ得る。 従って、送信反射配列の軸に沿って分散された波のパターンは、基体を横断し 、そして、別の反射グレーティングによって、基体を横切る経路に従って時間内 に分散された軸方向に伝搬する波と一緒になり、そして、送信される波とは逆並 行の方向の、受信変換器の方へ向かう。この変換器は、波を受信して、それを次 の処理のために電気信号に変換する。従って、このシステムによれば、１つの軸 に対して２つの変換器が必要なだけである。逆並行の経路をとる為、電気信号の 摂動の時間遅延は、波が通る距離に対応し、これが、基体の反応性領域に入る前 に波が通った反射配列に沿う、変換器からの軸の距離に相関する。接触の位置は 、標準の受信波形と比較して減衰した信号を検知することによって決められる。 このようにして、それぞれの軸に対して、距離を決め得る。そして、２つの直交 する軸により、減衰した１つの座標が決まる。このタイプの音波式タッチポジシ ョンセンサーは、米国特許第４，６４２，４２３号、第４，６４４，１００号、 第４，６４５，８７０号、第４，７００，１７６号、第４，７４６，９１４号、 および第４，７９１，４１６号に示されている。 それぞれの軸に対して、反応性領域外で、軸に沿って伝搬する波をつくるため に、圧電性の変換器をシート状の部材表面に接続させることによって、標準の信 号が変換器に供給される。波の経路中の反射配列は、間隔をおいた表面の障害物 のシリーズであり、送信変換器によって作られる波の波長の整数分の間隔があり 、伝搬の方向である軸に対して約４５度の角度に配置されている。反射配列は、 このように、基体の反応性の領域を通じて、送信の角度から約９０度に伝搬する ように表面弾性波を反射する。反応性領域の外では、間隔のあいた障害物を有し 、伝搬方向から約ー４５度の方向に向けられた同様の反射配列によって波が再び 反射される。これによって、空間的に分散した信号を単一波形に多重送信し、送 信される表面弾性波と逆並行に伝搬し、これが別の変換器により検出される。励 振（エクサイテ−ション）周波数は、一般的に約５ＭＨｚであり、そしてソーダ 石灰ガラスでつくられたシート状部材の厚さは、典型的には、０．０９０″（イ ンチ）から０．１２５″の範囲である。 あるいは、音波は、送信反射グレーテイングの軸に並行に基体の端から反射さ れ得る。そして、基体を通って反射配列にまで反射が戻り、そして変換器へと経 路を引き返し得る。この場合、変換器は、適当な時間で、送信器および受信器の 両方として作動するように設定される。第二の変換器、反射配列および反射端は 、直角に軸に備えられ、接触の両方の座標が決定されるようになる。さらに別の システムでは、単一の変換器を有し、この変換器が２つの軸上の接触を検出する ための波を発生させ、かつ両軸からの波を受信する。 アードラー（Ａｄｌｅｒ）の、米国特許（再）第３３，１５１号は、表面の軸 に沿った接触の位置を決めるためのタッチセンシティブシステムに関する。表面 弾性波（ＳＡＷ）発生器をシート状基体につけ、波のバーストを発生させ、波転 送グレーテイングの配列によりシステムの反応性の領域に偏向される。反応性領 域を横断する表面弾性波は、次に、グレーテイングによって、出力変換器へと軸 に沿って転送される。転送グレーテイングは、伝搬軸に対して４５度に向いてい る。接触の位置は、タイムドメインで受信した波形の選択的な減衰を分析するこ とによって決定される。それぞれの特徴的な遅延は、表面上の位置に対応してい る。グレーテイングエレメントは、４５度の角度に配置されていて、ＳＡＷ波長 の整数倍数でドロップエレメントによって間隔があけられており、ほぼ一定のＳ ＡＷ出力密度を、反応性領域に渡って作りだす。このように、グレーティング間 の間隔は、変換器からの伝搬の軸に沿った距離が増加するに従い減少し、最小の 間隔は、送信される波の１波長分である。米国特許第５，２６０，５２１号、米 国特許第５，２３４，１４８号、米国特許第５，１７７，３２７号、米国特許第 ５，１６２，６１８号および米国特許第５，０７２，４２７号には、様々なタイ プの波で、高さが異なる反射エレメントが供給されることによって、反射波力と 非反射波力の比率を制御することが提案されている。 ブレナー（Brenner）らの米国特許第４，６４４，１００号は、表面弾性波を 用いたタッチセンシテイブシステムに関する。これは、ＳＡＷの摂動の位置およ び大きさの両方に反応する。この特許によるシステムは、米国特許（再）第３３ ，１５１号によるシステムと実行の面で同様である。そして、受信した波の大き さを決めて、蓄積されたレファレンスプロフィールと比較する。 理論的には、レイリー波は、非常に厚い媒体中にしか存在しない。均一で、非 圧電性の、厚さが限定された媒体であって、実質的に１つの表面に制限された媒 体中の波は、より正確には、準レイリー波と言われる。限定された厚さの媒体中 で十分に長い伝搬経路があれば、レイリータイプの波エネルギーは、単一の表面 あるいはその近辺のみに停まらず、プレートの外表面の間を前後に伝わる。これ は、波エネルギーの成分が、少しではあるが物質の厚さに渡って広がっているか らである。波エネルギーの成分は、少なくとも対称的な波形および逆対称的な波 形からなり、それぞれがわずかに異なる位相速度で伝わり、その為に、基盤の表 面上に様々な間隔をあけて強め合うあるいは弱め合う干渉が引き起こされる。低 表面波エネルギーの領域は、例えば接触などの摂動の影響に対して、反応しない 。比較的高い表面エネルギーの領域では、人為要素（アーチファクト）に過度に 反応し得るが、音波式タッチセンサーの重要な目的は、十分な波エネルギーを供 給して、信頼性がありかつ耐久性のある操作ができるようにすることである。 音波センサーは、上述の米国特許第４，６４４，１００号、４，７００，１７ ６号、および再３３，１５１号に開示されているように、反射配列をうまく利用 して、変換器および電子チャンネルの数を最小限にし、そして接触位置の信頼性 があって正確な時間に基づくアナログ測定が供給される。しかしながら、その結 果生じた比較的長い音波経路長さと２つの音波散乱によるロスにより、受信信号 の大きさが小さくなる。このような小さな信号の大きさでは、確実な信号処理に 必要なＳＮ比（信号対ノイズ比）を保証することは困難である。発明の概要 本発明の主要な目的は、音波式タッチポジションセンサーまたは「タッチスク リーン」におけるＳＮ比を増加させることにある。 本発明の更なる目的は、従来のタッチポジションセンサーよりも更に信頼性の ある丈夫な、米国特許（再）第３３，１５１号に開示されるタイプの音波式タッ チポジションセンサーを提供することにある。 本発明の更なる目的は、低価格の電子制御装置を用いる上記タイプの音波式タ ッチポジションセンサーを提供することにある。 本発明の更なる目的は、低価格の変換器を用いる上記タイプの音波式タッチポ ジションセンサーを提供することにある。 本発明の更なる目的は、かなりの音波吸収を行うシールを利用できる上記タイ プの音波式タッチポジションセンサーを提供することにある。 本発明の更なる目的は、表面弾性波を反射するために非常に狭い配列を有する 上記のタイプの音波式タッチポジションセンサーを提供することにある。 本発明の更なる目的は、信号ロスを気にせずに機械のプロフィールを縮小して 構成され得る変換器を有する上記タイプの音波式タッチポジションセンサーを提 供することにある。 これらの目的および下記の議論から明らかになる他の目的は、本発明により、 従来のソーダ石灰ガラスより実質的に音波吸収の少ないホウケイ酸塩ガラス及び ／またはバリウムガラスなど、透明材料から作られる基体を有する音波式タッチ ポジションセンサーを提供することによって達成される。 極めて予想外にも、ホウケイ酸塩ガラスを音波式タッチポジションセンサーの 基体として使用することにより、基体にソーダ石灰ガラスを使用する他の同様の 音波式タッチポジションセンサーと比較して、ＳＮ比が１０から３０ｄＢ増加す ることが見いだされた。 トン数でみると、世界中で生産されるガラスの生産量の大部分はソーダ石灰ガ ラスである。例えば、「窓ガラス」用ガラスはソーダ石灰ガラスであり、車の窓 やミラーはソーダ石灰ガラスから作られる。ソーダ石灰ガラスが最も安価なガラ ス材料であるために、透明基体の材料としては当然の選択である。その結果、こ れまで知られているすべての音波式タッチポジションセンサーは、ソーダ石灰ガ ラスから作られるガラス基体を基にしている。 ホウケイ酸塩ガラスは、ダウ コ−ニング（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）によっ て最初に開発され、「パイレックス」（Ｐｙｒｅｘ）の商標名でコ−ニングによ って市販された。このガラスはソーダ石灰ガラスより幾分高価ではあるが、主に 、小さい熱膨張係数のために、割れることなく大きな温度勾配に耐え、大きな市 場がある。スコットガラスでも、現在ホウケイ酸塩ガラスを「テンパックス」（ Ｔｅｍｐａｘ）の商標名で市販している。 簡単な実験により、ホウケイ酸塩ガラスの表面弾性波の吸収率はソーダ石灰ガ ラスの約半分であることが立証された。図１は、ガラス中の表面弾性波の減衰を 決定するために使用される測定方法を表す図である。一対の送受信変換器２及び ４は各々、ガラス上に置かれ、２つの距離は、２インチ、４インチ、６インチと 変化させる。この測定は各距離について２つのソーダ石灰ガラスと２つのホウケ イ酸塩ガラスのサンプルを用いて行われた。この場合、ホウケイ酸塩ガラスは、 スコットによって製造されたテンパックスのプレートである。結果は図２のグラ フに示される。 図２に示すように、ソーダ石灰ガラスの減衰はホウケイ酸塩ガラスによって測 定された減衰の約２倍であった。ソーダ石灰ガラスはインチ当たり１．４４ｄＢ の減衰を示し、ホウケイ酸塩ガラスは同じ信号でインチ当たり０．７４ｄＢの減 衰を示した。 ソーダ石灰ガラスと対比して、このデータは、音波経路インチ当たり０．７０ ｄＢの信号が増加することを意味する。２０から４０インチの最長音波経路では 、１４から２８ｄＢの信号の増加を意味する。 さらにフォローアップの測定を、スコットの「ボロフロート」（Ｂｏｒｏｆｌ ｏａｔ）ガラスと様々な種類のソーダ石灰ガラスに対して行った。その結果から 、ソーダ石灰ガラスに対するホウケイ酸塩ガラスの長所が支持された。 その他の実験では、少なくともいくつかのバリウムガラスがホウケイ酸塩ガラ スの低音波ロスの性質を有することが立証された。バリウムガラスの一例は、Ｚ ｅｎｉｔｈ １４９０ＦＴＭ（フラットテンションマスク）モニターの製造に使 用されるフェースプレートの構造部材である。測定したサンプルは、約０．６ｄ Ｂ／インチの音波減衰を有することが観測された。 このように本発明によるタッチポジションセンサーでロスの少ないバリウムガ ラスを使用すれば、ＳＮ比の増加により、余分な信号増加分が供給される。この 信号増加によって、少なくとも表面的には基体材料の選択に無関係に見える目的 を達成することを可能にする。下記にそれについて詳しく列挙する。 （１）ＳＮ比の増加により、タッチスクリーンと組み合わせた電子制御装置（ コントローラ）のコストを下げることが可能になる。特に、タッチスクリーン送 信変換器に音バーストを送るコントローラのバースト回路は、バーストの大きさ をトランジスター−トランジスターロジック（ＴＴＬ）電圧レベルに下げること により単純化され、出力段階でＴＴＬ回路を使用可能にする。バーストの大きさ を下げることは、コントローラからのＥＭＩの放出を減少させる長所を有する。 （２）米国特許第３３，１５１号に開示されるタイプの音波検出器は、反射配 列を用いて変換器と電子チャネルの数を最小にして、信頼性のある正確な、時間 に基づく接触位置のアナログ測定を行う。しかし、その結果比較的長い音波経路 となり、２つの音波スキャター（拡散）によるロスと共に、受信信号の大きさが 小になり、タッチスクリーン全体の大きさも限定される。ホウケイ酸塩ガラスの 使用によるＳＮ比の増加により、（１）反射配列の幅を縮小し（それにより、よ り広い接触エリアを残す）、（２）このタイプのタッチスクリーン全体の大きさ を増やすことができる。例えば、四角いタッチスクリーンは少なくとも２１イン チの対角線の長さを有し得る。 （３）接触感知スクリーンと隣接する物体、例えばＣＲＴスクリーン及び／ま たはＣＲＴケースとを接触させることが通常は必要である。タッチスクリーン基 体および隣接する物体との間では、ＲＴＶシールなどの弾性のあるシールにより 接触が行われる。このようなシールは音波エネルギーを吸収するため、ＳＮ比を 増加させる必要を生じる。 アルミニウムなどの他の材料を使用することによって、ソーダ石灰ガラスの音 波吸収性より音波吸収を減少させることは可能ではある。しかし、耐久性、スク ラッチ耐性、および光学的透明性などその他の特性により、基体としてガラスの 使用の方が選択されている。上記のように、ホウ素珪酸塩または「ホウケイ酸塩 」ガラス及びバリウムガラスは、タッチスクリーンのこれらの機械的光学的目的 を満たし、同時にＳＮ比を増加させる。これは、どのようなタイプの音波あるい は音波モードが関与しようと、いえることである。例えば、レイリー波、ラム波 及び／またはシャー波は、ホウケイ酸塩またはバリウムガラス基体中で伝搬され 得る。 本発明の十分な理解のために、添付した図面に示された通り、下記に詳述する 本発明の好適な態様の説明を参照されたい。図面の簡単な説明 第１図は、基体の中の音波の減衰を測る方法を示す図である。 第２図は、第１図に示す方法を用いて、ソーダ石灰ガラス基体およびホウケイ 酸塩ガラス基体について測定した実測結果のグラフである。 第３図は、基体、送信および受信変換器、および反射エレメントの４つの直線 の配列を含むタッチスクリーンの斜視図である。 第４ａ図は、音波のくさび型送信変換器をつけた基体の部分斜視図である。 第４ｂ図は、音波の表面型送信変換器をつけた基体の部分斜視図である。 第４ｃ図は、音波のエッジ型送信変換器をつけた基体の部分斜視図である。 第５図は、本発明のタッチスクリーンの好適な態様の平面図である。 第６図は、第５図に示すタッチスクリーンの電子回路のブロック線図である。 第７図は、ＣＲＴスクリーン上に装備したタッチスクリーンの断面図である。 第８図は、投影したイメージを受信するのに用いられるタッチスクリーンの断 面図である。 第９図は、本発明のタッチスクリーンの別の好適な態様の平面図である。 第１０図は、本発明のタッチスクリーンのさらに別の好適な態様の平面図であ る。好適な態様の説明 本発明の好適な態様を、第１図から第１０図に沿って説明する。別々の図であ っても同一のエレメントは、同じ符号で示す。第１図および２図は、ホウ素ーケ イ酸塩（ホウケイ酸塩）ガラスと従来のソーダ石灰ガラスとの比較に関連して上 述した。テストは、圧電性の送信変換器および受信変換器を用いて行った。両変 換器をソーダ石灰ガラスおよびホウケイ酸塩ガラスのシート上に異なる距離で装 備し、音波エネルギーの減衰を測定した。第１図に示すように、送信変換器２お よび受信変換器４は、それぞれ２インチ、４インチ、および６インチずつ離した 。２つのソーダ石灰ガラスのシート（ソーダ石灰Ｎｏ．１およびソーダ石灰Ｎｏ ．２）および２つのホウケイ酸塩ガラス（ホウケイ酸塩Ｎｏ．１およびホウケイ 酸塩Ｎｏ．２）でテストした。ホウケイ酸塩ガラスは商標「テンパックス」の名 で、スコットガラス（Schott Glass Co.）により製造されている。 このデータから、ホウケイ酸中ではソーダ石灰中より約５０％程度音波の減衰 が少ないことが明確にわかる。ホウケイ酸塩ガラスの平均減衰は、０．７４ｄＢ ／インチであり、一方、ソーダ石灰ガラスの平均減衰は、１．４４ｄｂ／インチ であった。 本発明は、ホウケイ酸塩ガラスを音波式タッチポジションセンサーに用いて、 ＳＮ比を１０と３０ｄＢの間で増加させ、それによって様々な製品の質の向上を 可能にすることを目的とする。本発明はさらに、音波センサー基体として他の透 過材料を用いることを目的とする。この場合、このような材料はソーダ石灰ガラ スより実質的に低い音波吸収率を有することを条件とする。 例としては、ある種のバリウムガラスが極めて音波ロスが低いことが示されて いる。バリウムガラスの利点は、それがＣＲＴフェースプレートの構造部材とし てよく用いられることである。しかし、このようなフェースプレートは、通常、 バリウムガラスフェースプレート上に光学的に結合したソーダ石灰ガラスのオー バーレイと共に提供される。もし、ソーダ石灰オーバーレイを省略すれば、ＣＲ Ｔフェースプレート自身が音波タッチポジションセンサーとして用いられ得る。 この場合、バリウムガラスを用いることで、ＳＮ比が１２．５と３７ｄＢの間で 増加し得る。 音波は、それがタッチスクリーンのガラス基体を伝搬する間に、強さを失う。 この物理的影響、すなわち基体による音波エネルギーの減衰は、音波タッチスク リーンシステムに用いる信号の大きさを決定する際の要の因子である。 ２つの要のパラメーターにより、この物理的影響による信号のロスが決まる。 すなわち、（１）基体が、どの位の強さで音波エネルギーを減衰させるか、そし て（２）音波エネルギーが基体の中をどの位の距離移動しなければならないか（ あるいは、同様に、エネルギーがどの位の時間基体内に残っているか）による。 基体材料の音波の減衰は、ｄＢ／インチの単位で特定され得る。音波エネルギー の移動距離に関しては、センサー基体の中の最大の音波経路長さである。本発明 の好適な態様によるタッチポジションセンサー１６を、第３図に示す。これによ れば、座標を決定する各座標軸と結びつく、一対の送信変換器および受信変換器 １８および２２、２４および２０がある。タッチポジションセンサー１６は、そ れぞれＸ軸、Ｙ軸に関係する４つの変換器１８および２２、２４および２０を有 し、接触のＸ座標とＹ座標が決定され得るようになっているが、ひとつの座標だ けを望む場合、例えば、Ｘ軸方向の座標の場合、Ｙ軸に関係する変換器２４と２ ０とは除かれる。これら４つの変換器は通常の方法で取りつけられる。 送信変換器１８は、Ｘ軸に沿って伝わる表面弾性波を、音波伝搬軸と同一線上 にある中心軸３９を有する反射エレメントの配列２８に伝える。反射配列２８の 各エレメントは、特定の音波を基体を横切り選択された方向へ向けるために選択 された角度で配置される。この角度は好ましくはＸ軸に対し４５度である。反射 した音波はその後、反射配列３０に配置された対応する反射エレメントへ向かい Ｙ軸方向に伝搬する。反射エレメントの配列３０は、反射配列２８が配置された 軸と平行な軸に沿って配置されている。配列３０の中の反射エレメントの各々は 、第一の配列に対して同様の角度、つまり、Ｘ軸に対して約４５度で配置される 。反射配列２８からＹ方向に伝わる音波はその後、Ｘ軸に沿って伝わり受信変換 器２２に向かう。この受信変換器は、従来の方法で取りつけられ、例えば基体１ ０の上部に配列３０の軸に垂直に、反射するエネルギーを感知し、その音波を表 す信号を提供するように取りつけられる。 同様に、Ｙ軸を特定するために、Ｙ送信変換器２４が基体１０の上部表面に取 りつけられる。送信変換器２４は下記に詳細に述べるように反射エレメントの配 列３６へとＹ軸に沿って伝わる音波を発生する。Ｘ軸およびＹ軸の方式は同様で ある。反射配列３６の各エレメントは約４５度に配置され、そこに入射する音波 の一部を反射配列３４に配置された対応する反射エレメントへとＸ軸方向に反射 する。反射エレメントの配列３４は、反射配列３６が配置される軸と平行な軸に 沿って配置される。配列３４の中の各反射エレメントも、反射配列３６から受信 変換器２０へとＸ軸方向に伝わる音波を反射するために配列３４の中心軸に対し て４５度の角度で配置される。受信変換器２０は、配列３４により反射されるエ ネルギーを感知し、音波を表す信号を提供するために、従来の方法で配列３４の 軸に対して垂直に基体１０の上部に取りつけられている。 配列２８および３０の反射エレメントは、基体の軸に沿う特有の経路の長さを 定める。その結果、配列２８の中の連続する各エレメントが反射する音波は、次 第に長くなる、例えばより大きい特徴的な時間遅延を有する経路を辿って受信変 換器２２に到る。反射配列２８および３０により特定される各経路のある部分は 、Ｙ軸方向に基体１０を横切って平行に伸び、平行な各経路がＸ座標を決定する 。同様に、配列３６と３４の反射エレメントは、異なる長さの複数の経路のセッ トを定め、配列３６の中の連続する各エレメントが反射する音波は、次第に長く なる経路を通って受信変換器２０に至る。配列３６および３４で特定される各経 路のある部分は、Ｘ軸方向に基体１０を横切って平行に伸び、平行な各経路部分 によりＹ座標が決定される。 図３を考慮すれば、送信変換器１８から受信変換器２２までの最長経路は、反 射配列２８の全長と反射配列２８と３０の間の内部空間及び反射配列３０の全長 である。典型的には、この経路の最長の長さはほぼ２０インチから４０インチで ある。 ２０インチから４０インチの範囲の最長音波経路および約１．５ｄＢ／インチ の減衰（ソーダ石灰ガラスの場合）の場合、基体減衰による信号ロスは、３０ｄ Ｂから６０ｄＢの範囲である。タッチポジションセンサー全体の減衰は、通常、 ８０ｄＢから１００ｄＢの範囲であるから、基体減衰によるロスはこの値全体の かなりの割合（約５０％）となる。 従って、ホウケイ酸塩ガラスまたはその他のソーダ石灰ガラスより音波吸収の 少ない透過材料が、ソーダ石灰ガラスの代わりに基体１０として使用されるなら ば、受信変換器２２が受信する信号を増加させることができる。特に、ソーダ石 灰ガラスの代わりにホウケイ酸塩ガラスが使用されると、上記のデータにはイン チ当たり０．７ｄＢの信号が増加される。２０インチから４０インチの範囲の最 長音波経路では、１４ｄＢから２８ｄＢの信号が増加されることを意味する。上 記のように、ホウケイ酸塩基体によってもたらされるこの増加信号の大きさは、 ＳＮ比における望ましくないロスを導く多くの製品の強化を可能にする。これら の製品の強化について次に説明する。 図４ａ，４ｂ，および４ｃは、各々、３つのタイプの変換器を示し、「くさび 」変換器、「フラット」変換器及び「エッジ」変換器である。これらの各変換器 は、音波エネルギーを一定の結合効率でタッチパネルに伝える。 図４ａは、基体１０の接触表面に取りつけられるくさび４２上に取りつけられ る変換器４０を用いるタッチプレート１０を示す。この変換器は振動して圧縮バ ルク波を作り、この圧縮バルク波がくさび内を伝わり、タッチプレート内で音波 すなわち、垂直成分と水平成分を持つ波を出す。くさびはプレートの上に拡がっ ているため、基体の後部または不活発な面とその端部は、回路エレメントや重要 なエレメントがない状態である。更に、音波エネルギーがレイリー波または準レ イリーモード波の形を取る基体のエリアは、反対の不活発な表面に取り付けても 反応しない。結合くさびは典型的には、プラスチックで作られ、ガラス基体に取 りつけられる。次に、この変換器をくさびに接着させ、このくさびを接触パネル に接着させる。 図４ｂは、基体表面上に直接配置されるフラット変換器４４を用いるタッチパ ネル１０を示す。この変換器４４は接触パネルの中で音波、すなわち圧縮波を伝 える。この変換器は、インターデジタル金属電極を含み得、従来の金属溶着技術 によって基体表面に取りつけられる。 図４ｃは、エッジ変換器、つまり基体１０の側面に直接取りつけられる圧電変 換器４６の応用の説明図である。この変換器は接触パネルにおいて振動して音波 、例えば水平に極性を持つ横波を出す。 本発明による基体では、ホウケイ酸塩ガラスなど、ロスの少ない透明材料を使 用するために、受信信号の余分な「供給」（割増分）を利用できるので、特定の タッチセンサーの応用に最適の変換器を選択できる。その他、必要により、変換 器の大きさおよびプロフィールも縮小することが可能である。 本発明の好ましい実施態様では、送信変換器として使用されるくさび変換器は 、音波の４つの波長分より狭い幅で接着フットプリントにより基体表面に接着さ れる。 図５はタッチポジションセンサーの好ましい実施態様を詳細に示す。この実施 態様では、送信変換器５０および５２ならびに受信変換器５４および５６は、基 体１０において切り取られた各領域（変換器５０の場合、領域５８）につけられ たエッジ変換器である。本発明によって増加された信号の割増分のために、６０ および６２の方向ならびに６４および６６の両方向の反射配列は比較的狭くし得 る。この好ましい実施態様では、全ての配列で同一の幅７０は、送信変換器５０ と５２によってできる音波のビーム幅７２より狭くなっている。 上記のセンサーは、エロ タッチシステムズ社による市販の電子音波タッチス クリーンと共に作動するように設計し得る。このタイプの電子タッチスクリーン の基本作用は、図６を参照することによって理解し得る。図６に示すタッチポジ ションセンサーは、変換器１８および２２への駆動信号の適用を制御し、接触を 示す信号の摂動の発生時間ｔ_txとｔ_tyから、基体１０に対する接触座標を決定す る。図５に示すタッチパネルは、基体１０、ＸおよびＹの送信変換器５０および ５２、ＸおよびＹの受信変換器５４および５６、ならびに反射配列６０，６２， ６４，および６６を含む。マイクロプロセッサーなどを含み得るホストコンピュ ーター７６は、コントローラ７４に指令することによりタッチパネルのスキャン サイクルを開始する。コントローラー７４は、コンピューター７６から走査サイ クル開始の指令に反応し、Ｘドライバ７６によりＸ軸送信変換器５０に駆動信号 を適用させる。コントローラ７４のタイミング（時間調節）は、クロック／オシ レータ７８によって決定される。変換器５０に働く駆動信号は、正弦波形のバー スト駆動信号であり、そのサイクル数は一定数で分けられる配列６０の幅に等し い。適切な駆動回路は、米国特許第４，６４４，１００号及び再第３３，１５１ 号にも記載されており、これらの文献は、本明細書において参考として援用され る。コントローラー７４はまた、Ｘ／Ｙスイッチ８０をＸの位置にセットし、Ｘ 受信変換器５４をＲ．Ｆ．アンプ８２につなげる。配列６０，６２が反射する音 波を受信変換器５４が感知するので、スイッチ８０を通してアンプ８２につなが れる受信変換器５４がそのＸ軸信号を発生する。アンプ８２から出力した増幅さ れたＸ軸信号は、復調器８４に作動し、この復調器は増幅されたＸ軸信号から交 流成分を取り除いてエンベロープ（包絡線）波形を供給する。復調器８４の出力 部は、スレショルドデバイス８６に接続され、この装置８６への入力がそのしき い値を越えるならば、この装置８６はその入力に従って出力信号を供給する。し かし、入力がそのしきい値より低い場合は、スレショルドデバイス８６の出力は 、入力信号に従わない。スレショルドデバイス８６の出力は、Ａ／Ｄ（アナロ グ／デジタル）変換器８８に作用し、その出力はバッファ９０を通してインター ナルバス９１につながれる。コントローラー７４は、Ａ／Ｄ変換器８８から出力 されたデジタルデータをスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）９２に蓄積する。すな わち、Ａ／Ｄ変換器８８に示される、各点での時間内のＸ軸信号の大きさを表す 値が、時間内のＳＲＡＭ９内のその点を表す場所に蓄積される。 Ｘ軸データがＳＲＡＭ９２に蓄積された後、コントローラ７４はＹドライバ７ ６を制御してバースト駆動信号をタッチパネル７０のＹ軸送信変換器２２に適用 させる。コントローラ７４はまた、Ｘ／Ｙスイッチ８０の状態を変化させ、Ｙ受 信変換器２４はＲ．Ｆ．アンプ８２につながれる。Ａ／Ｄ変換器８８から出力さ れたＹ軸信号のデジタルデータは同様に、ＳＲＡＭ９２に蓄積される。すなわち 、Ａ／Ｄ変換器８８で示される、時間内の各点のＹ軸信号の大きさを表す値は、 ＳＲＡＭ内のその点を表す場所に蓄積される。 初期設定の過程で、ホストコンピューター７６は、ＳＲＡＭ９２に蓄積された 値に反応し、接触していないパネル状態でバッファ９４およびＤ／Ａ変換器９６ を介してＲ．Ｆ．アンプ８２の利得を調整する。スレショルドデバイス８６は、 フィードバックループ９８によって与えられる自動利得制御（ＡＧＣ）と組み合 わされ、接触点と非接触点を表す変換器の出力信号の大きさの違いの増加に反応 してベースバンドのゼロレベルをシフトさせるので、接触点がより容易に検出さ れる。 本発明により利用できる信号増加分のため、ＸＹドライバ７６により作られる バーストの大きさをトランジスター−トランジスターロジック（ＴＴＬ）電圧レ ベルへ下げることができる。これにより出力段階でＴＴＬを提供することができ 、重要な経費削減が可能となる。 図７は、タッチスクリーン１００のブラウン管１０２のフェースプレートへの 接着し得る方法を示す図である。タッチスクリーン１００およびＣＲＴ１０２は ＣＲＴケース１０４の内部で固定される。 タッチスクリーン１００は、ＣＲＴフェースプレートの曲面から間隔があいて おり、かつその曲面に沿っている。タッチスクリーンは、弾性のある周囲のシー ル１０６によりＣＲＴ面板の曲面に空間を空けて隣接し、周囲のシール１０８に より空間を空けてケーシング１０４の端部に隣接している。シール１０６及び１ ０８はタッチスクリーン１００の表面に接する状態にあって音波エネルギーを吸 収する。本発明により与えられた信号増加分により、シール１０６及び１０８は 、ＳＮ比を感知できないレベルに下げることなく、少なくとも６ｄＢから１２ｄ Ｂまでの音波エネルギーのロスをもたらし得る。 タッチスクリーンの寸法、特にガラス基体の対角線の長さの増加によっても、 ＳＮ比は下がる。例えば、タッチスクリーンが縦横比３：４と仮定した場合は、 １．６ｄＢ／インチの減衰は、ガラス基体の対角線が３インチ増加することによ り、信号の大きさが約１０ｄＢ減少することを意味する（最大音波経路長＝定数 ＋２×Ｘ配列の長さ＋Ｘ配列間の内部空間）。 本発明により与えられる信号増加分により、基体の対角線は２１インチよりも 長くできる。図８は投影画像に利用される大きなタッチスクリーン１１０を示す 図である。この場合、タッチスクリーン１１０はエッジシール１１４によりケー ス１１２またはテーブルトップ内に配設される。ガラスの底面１１６はつや消し されており、ＣＲＴ１１８およびレンズ１２０またはその他の画像投影装置から 投影される画像を表示する。タッチスクリーン１１０の表面には十分に反射を除 去するためのオプティカルコーティング１２２が施される。オプティカルコーテ ィングは、例えばプラスティックの層であり得る。このような層は音波エネルギ ーを多少吸収するが、このような吸収は十分な信号供給があれば許容される程度 である。 図９及び図１０は、各々６つと８つの変換器を有する図５に示すタイプのタッ チスクリーンセンサーである。６つの変換器を使用することにより、最長経路長 が２つに分かれて減少されるためにタッチスクリーンの水平方向の長さを伸ばす ことが可能になる。８つの変換器を使用すると、タッチスクリーンの水平方向と 垂直方向の両方の長さを伸ばすことができる。 以上、音波タッチポジションセンサーのすべての目的と長所を満たす低ロス透 過基体を使用する新規な音波タッチポジションセンサーについて記載した。しか しながら、明細書および添付の図面は、その好ましい態様を開示したもので、こ の開示を参照すれば、本発明の多くの改変、修飾、バリエーション、および他の 用途および応用が当業者には明白である。このようなすべての改変、修飾、バリ エーションおよびその他の用途および応用は、本発明の意図および範囲から逸脱 することなく、本発明によりカバーされる。本発明は、次の請求の範囲によって のみ限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．音波を伝搬することができ、かつ少なくとも１つの接触感受性の表面を有 する基体であって、該表面への接触が該音波の摂動を引き起こす、基体； 該基体につながれており、内部で音波を発生させるための少なくとも１つの 送信変換器；および 該基体につながれており、該音波の接触誘導性の摂動を感知するための手段 ；を含むタッチセンサーにおいて、 該基体が、ソーダ石灰ガラスより音波吸収が実質的に少ない透過材料で作ら れている点で改善されている、タッチセンサー。 ２．前記材料がホウケイ酸塩ガラスおよびバリウムガラスからなる群より選択 される、請求項１に記載のタッチセンサー。 ３．前記接触誘導性の摂動を感知するための手段が、前記表面上の接触位置を 決定する手段を含む、請求項１に記載のタッチセンサー。 ４．請求項３に記載のタッチセンサーであって、 前記音波が複数の領域を有する基体のエリアを横切り、該領域のそれぞれに 該音波が横切る時間に特徴的な時間の遅延があり、前記表面の所定の領域内への 接触により該特徴的な遅延時間の音波の摂動が起こり、そして前記接触誘導性の 摂動を感知する手段が該遅延時間を決める手段を含む、タッチセンサー。 ５．請求項４に記載のタッチセンサーであって、 前記接触誘導性の摂動を感知する手段が、前記基体につながれている少なくと も１つの受信変換器を含み、該変換器が前記音波の受信に反応して電気信号を発 生する、タッチセンサー。 ６．請求項５に記載のタッチセンサーであって、 前記接触誘導性の摂動を感知する手段が、前記受信変換器につなぐ電子分析手 段を含み、該手段が前記電気信号を処理して前記センサー上の接触位置を決める 、タッチセンサー。 ７．請求項１のタッチセンサーであって、前記送信変換器につながれている電 子駆動手段を有する電子制御器をさらに含み、該電子制御器が電気的に振動する 信号バーストを発生し、該送信変換器を作動させる、タッチセンサー。 ８．前記電子駆動手段が、ＴＴＬ出力ステージを含む、請求項７に記載のタッ チセンサー。 ９．請求項４に記載のタッチセンサーであって、前記基体上に配置され、単一 の送信変換器によって作られた前記音波を前記複数の領域を横切って伸びる複数 の経路に迂回させるための手段をさらに含む、タッチセンサー。 １０．請求項９に記載のタッチセンサーであって、前記迂回させる手段が、迂 回エレメントの少なくとも１つの第一の直線の配列を含み、該エレメントが前記 単一の送信変換器によって作られた音波をその伝搬方向の軸に対して約４５度の 角度に迂回させ、該第一の直線の配列がその伝搬方向の軸と実質的に直線をなす 中心軸を有する、タッチセンサー。 １１．請求項１０に記載のタッチセンサーであって、前記基体の平面が通常の 四角形をしており、４つの実質的に直線の辺を有し、そして前記第一の配列が中 心軸が実質的に該基体の辺と並行かつ隣接するように基体上に配置されている、 タッチセンサー。 １２．請求項１１に記載のタッチセンサーであって、前記送信変換器が所定の ビーム幅の音波をつくり、前記第一の配列が該ビーム幅の半分より小さい幅を有 する、タッチセンサー。 １３．前記第一の配列の迂回エレメントが反射エレメントである、請求項１０ に記載のタッチセンサー。 １４．請求項１１に記載のタッチセンサーであって、さらに前記表面に配置さ れた迂回エレメントの第二の直線の配列を少なくとも１つ含み、該第二の直線の 配列が、該基体の第一の配列に隣接する辺と向かい合う辺に実質的に並行かつ隣 接する中心軸を有し、該第二の直線の配列が前記音波を該第一の配列によって決 定される伝搬方向に対して４５度の角度で迂回させる、タッチセンサー。 １５．請求項１４に記載のタッチセンサーであって、前記送信変換器が所定の ビーム幅の音波をつくり、そして前記第二の配列が該ビーム幅の半分より小さい 幅を有する、タッチセンサー。 １６．前記第二の配列の迂回エレメントが反射エレメントである、請求項１０ に記載のタッチセンサー。 １７．請求項１に記載のタッチセンサーであって、前記基体の平面が通常の四 角形であり、そして４つの実質的に直線の辺を有し、該基体の対角線が２１イン チより大きい、タッチセンサー。 １８．前記送信変換器が、表面弾性波を発生する、請求項１に記載のタッチセ ンサー。 １９．前記送信変換器が、レイリー波を発生する、請求項１に記載のタッチセ ンサー。 ２０．前記送信変換器が、ラム波を発生する、請求項１に記載のタッチセンサ ー。 ２１．前記送信変換器が、シャー波を発生する、請求項１に記載のタッチセン サー。 ２２．前記受信変換器が、表面弾性波を受信する、請求項５に記載のタッチセ ンサー。 ２３．前記受信変換器が、レイリー波を受信する、請求項５に記載のタッチセ ンサー。 ２４．前記受信変換器が、ラム波を受信する、請求項５に記載のタッチセンサ ー。 ２５．前記受信変換器が、シャー波を受信する、請求項５に記載のタッチセン サー。 ２６．請求項１に記載のタッチセンサーであって、前記送信変換器が前記基体 の表面に接着用フットプリントで接着してあるくさび形変換器であり、該表面の 接着用フットプリントが前記音波の４波長分の長さより狭い、請求項１に記載の タッチセンサー。 ２７．請求項３に記載のタッチセンサーであって、前記接触誘導性の摂動を感 知する手段が、前記基体とつながれている少なくとも１つの受信変換器を含み、 該受信変換器が前記音波の受信に反応して電気信号を発生する、タッチセンサー 。 ２８．前記送信変換器および前記受信変換器のうちの少なくとも１つが、前記 基体表面に配置されたくさび形変換器である、請求項２７に記載のタッチセンサ ー。 ２９．前記変換器のすべてが、前記基体表面に配置されたくさび形変換器であ る、請求項２８に記載のタッチセンサー。 ３０．前記送信変換器および受信変換器の少なくとも１つが、前記基体表面上 に配置されるフラット変換器である、請求項２７に記載のタッチセンサー。 ３１．前記変換器のすべてが前記基体表面に配置されたフラット変換器である 、請求項３０に記載のタッチセンサー。 ３２．前記送信変換器および受信変換器のうちの少なくとも１つが前記基体の 側面上に配置されたエッジ変換器である、請求項２７に記載のタッチセンサー。 ３３．前記変換器のすべてが前記基体の側面上に配置されたエッジ変換器であ る、請求項３２に記載のタッチセンサー。 ３４．前記基体が外端部を有し、そして前記センサーがさらに該外端部の近隣 で該表面と接触するように配置されたシールを含む、請求項１に記載のタッチセ ンサー。 ３５．前記シールが少なくとも６ｄＢの音波エネルギーのロスをもたらす、請 求項３４に記載のタッチセンサー。 ３６．前記シールが少なくとも１２ｄＢの音波エネルギーのロスをもたらす、 請求項３５に記載のタッチセンサー。 ３７．前記基体が、実質的に反射を除去するためのオプティカルコーティング を前記表面に有している、請求項１に記載のタッチセンサー。 ３８．前記オプティカルコーティングがプラスチックの層である、請求項３７ に記載のタッチセンサー。 ３９．前記基体がつや消ししてある、請求項１に記載のタッチセンサー。 ４０．前記基体の側面が湾曲している、請求項１に記載のタッチセンサー。 ４１．それぞれの軸に１つずつ２つの送信変換器を有し、そしてぞれぞれの軸 に１つずつ２つの受信変換器を有する、請求項１４に記載のタッチセンサー。 ４２．２つは一方の軸用であり１つは他方の軸用である、３つの送信変換器； および ２つは該一方の軸用であり１つは該他方の軸用である、３つの受信変換器、 を有する、請求項１４に記載のタッチセンサー。 ４３．２つは一方の軸用であり２つは他方の軸用である、４つの送信変換器； および ２つは該一方の軸用であり２つは該他方の軸用である、４つの受信変換器、 を有する、請求項１に記載のタッチセンサー。 ４４．さらにテーブルトップを含み、そして前記基体が該テーブルトップの表 面部分を形成する、請求項１に記載のタッチセンサー。 ４５．前記基体がつや消ししてあり、そして該基体にイメージを投影する手段 をさらに含む、請求項４４に記載のタッチセンサー。 ４６．前記基体にイメージを投影する手段をさらに含む、請求項３９に記載の タッチセンサー。