JPH1055246A - 超音波タッチパネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力駆動で支持の仕方が簡単で使用し
やすく、高感度で接触位置を判別すること。 【解決手段】 伝搬路が互いに直交する超音波送受波手
段ＸおよびＹにおいて、すだれ状電極Ｔ_XiおよびＴ_Yiか
ら電気信号を入力すると、圧電磁器板１の各すだれ状電
極が設けられた方の板面の表面近傍に弾性表面波が励振
し、非圧電板２に伝搬した後、すだれ状電極Ｒ_Xおよび
Ｒ_Yから電気信号として出力する。非圧電板２上の伝搬
路Ｕ_XiとＵ_Yiとの交叉部を接触すると、それぞれの出力
電気信号が減衰または消滅することから、接触位置を判
別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明はすだれ状電極を備え
た圧電板に非圧電板が固着されることにより、その非圧
電板に入力ペンのペン先が接触した位置の座標を特定す
る超音波タッチパネルに関する。

【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）に接触する
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
ことを利用したものであり、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。ま
た、パネルの大面積化が難しいという欠点を有する。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
非圧電板に接触することによりその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。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、従来のタッチパ
ネルでは応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、
量産性および使用しやすさ等の点で問題があり、使用周
波数領域も制限されている。そこで、これらの問題点を
解決する超音波タッチパネルが本願発明者により特願平
４−２１８３３６等で出願された。この超音波タッチパ
ネルは、圧電薄板とすだれ状電極とから成る超音波デバ
イスを非圧電板の一方の板面に少なくとも２つ設けて成
り、低消費電力で効率良く弾性表面波を非圧電板の板面
に励振することができる。従って、非圧電板の一方の板
面における弾性表面波の伝搬路に人指または物体が接触
すれば弾性表面波が減衰または消滅することから人指ま
たは物体による接触が感知される。しかし、この超音波
タッチパネルは、弾性表面波を非圧電板の表面近傍に励
振する際に、弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩される
割合が大きく、従って、消費電力に問題があるばかりで
なく非圧電板の支持の仕方および不要信号の抑圧に工夫
を要した。また、非圧電板の表面近傍に励振している弾
性表面波を電気信号に変換する際の効率が悪かった。

【発明が解決しようとする課題】従来のタッチパネルで
は応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性
および使用しやすさ等の点で問題があるばかりでなく、
消費電力、支持の仕方および不要信号の発生等にも問題
があった。本発明の目的は、加工性、耐久性および量産
性に優れ、低消費電力駆動で応答時間が短く、使用しや
すさに優れた超音波タッチパネル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
タッチパネルは、少なくとも２つの超音波送受波手段Ｘ
およびＹと、圧電板と、非圧電板と、前記超音波送受波
手段ＸおよびＹに接続された情報処理部とから成る超音
波タッチパネルであって、前記各超音波送受波手段はＮ
組のすだれ状電極Ｔ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだ
れ状電極ＲおよびＮ個のスイッチＷ_i（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）から成り、 前記すだれ状電極Ｔ_iおよびＲは
前記圧電板の一方の板面に設けられ、前記非圧電板の下
端面は前記圧電板の前記一方の板面に前記各すだれ状電
極を介して固着されていて、前記スイッチＷ_iの出力端
は前記すだれ状電極Ｔ_iの入力端に接続されており、前
記すだれ状電極Ｔ_iは前記すだれ状電極Ｔ_iの電極周期長
ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Tを入力されるこ
とにより、前記圧電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
励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬さ
せ、前記非圧電板の前記上端面に伝搬される前記弾性表
面波は０次モードおよび１次以上の高次モードの波で、
前記０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短
絡状態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速
度とほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面
波の位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単
体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記すだ
れ状電極Ｒは、前記非圧電板の前記上端面に伝搬した弾
性表面波を前記圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝
搬させ、前記圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬
した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒの電極周期長ｐに
ほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Rに変換して出力し、
前記圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬した前記
弾性表面波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記
０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状
態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度と
ほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の
位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に
伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記圧電板の
厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非
圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さく、前記
非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記
圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも小さ
く、前記情報処理部は前記スイッチＷ_iを順次に所定の
周期で断続し、前記電気信号Ｅ_Rの大きさを検出し、前
記非圧電板の前記上端面に入力ペンのペン先が接触する
ことを前記電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰または消滅する
ことによって判断し、前記電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰
または消滅した時に接続されていた前記スイッチＷ_iを
特定することにより接触位置を特定する。請求項２に記
載の超音波タッチパネルは、前記超音波送受波手段Ｘに
おける前記すだれ状電極Ｔ_iとＲとの間の弾性表面波の
伝搬路Ｕ_Xi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送
受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極Ｔ_iとＲとの間の
弾性表面波の伝搬路Ｕ_Yi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが
互いに直交している。請求項３に記載の超音波タッチパ
ネルは、前記伝搬路Ｕ_Xiが互いに隣接するかまたは一部
分を重複させており、前記伝搬路Ｕ_Yiが互いに隣接する
かまたは一部分を重複させている。請求項４に記載の超
音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_Yi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、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイ
ッチＷ_iの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける
前記すだれ状電極Ｒの出力端に増幅器Ａ_Yを介して接続
されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイ
ッチＷ_iの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける
前記すだれ状電極Ｒの出力端に増幅器Ａ_Xを介して接続
されており、前記発振器Ｈ_iの信号ループは、前記超音
波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＷ_i、前記伝搬路
Ｕ_Xi、前記増幅器Ａ_X、および前記超音波送受波手段Ｙ
における前記スイッチＷ_i、前記伝搬路Ｕ_Yi、前記増幅
器Ａ_Yから成る。請求項５に記載の超音波タッチパネル
は、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、
圧電板と、非圧電板と、前記超音波送受波手段Ｘおよび
Ｙに接続された情報処理部とから成る超音波タッチパネ
ルであって、前記各超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔ
およびすだれ状電極Ｒ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から
成り、前記すだれ状電極ＴおよびＲ_iは前記圧電板の一
方の板面に設けられ、前記非圧電板の下端面は前記圧電
板の前記一方の板面に前記各すだれ状電極を介して固着
されていて、前記すだれ状電極Ｔは前記すだれ状電極Ｔ
の電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Tを
入力されることにより、前記圧電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
弾性表面波を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の上
端面に伝搬させ、前記非圧電板の前記上端面に伝搬され
る前記弾性表面波は０次モードおよび１次以上の高次モ
ードの波で、前記０次モードの弾性表面波の位相速度
は、電気的に短絡状態にある前記圧電板単体に伝搬する
レイリー波の速度とほぼ等しく、前記１次以上の高次モ
ードの弾性表面波の位相速度は、電気的に開放状態にあ
る前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等
しく、前記すだれ状電極Ｒ_iは、前記非圧電板の前記上
端面に伝搬した弾性表面波を前記圧電板の前記一方の板
面の表面近傍に伝搬させ、前記圧電板の前記一方の板面
の表面近傍に伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒ
_iの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ri
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換して出力し、前記圧電
板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬した前記弾性表面
波は０次モードおよび１次以上の高次モードの波で、そ
の波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記０次モー
ドの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状態にある
前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等し
く、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度
は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に伝搬する
レイリー波の速度とほぼ等しく、前記圧電板の厚さは前
記電極周期長ｐのほぼ３倍以上であり、前記非圧電板の
厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さく、前記非圧電板
単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、前記圧電板単
体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも小さく、前記
情報処理部は前記電気信号Ｅ_Riの大きさを検出し、前記
非圧電板の前記上端面に入力ペンのペン先が接触するこ
とを前記電気信号Ｅ_Riの大きさが減衰または消滅するこ
とによって判断し、減衰または消滅した電気信号Ｅ_Riに
対応するすだれ状電極Ｒ_iを特定することにより接触位
置を特定する。請求項６に記載の超音波タッチパネル
は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極
ＴとＲ_iとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Xi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前
記すだれ状電極ＴとＲ_iとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ
_Yi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ
_Xiが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、
前記伝搬路Ｕ_Yiが互いに隣接するかまたは一部分を重複
させている。請求項８に記載の超音波タッチパネルは、
前記伝搬路Ｕ_Yiのうち伝搬路Ｕ_Y1を遅延素子とする発振
器Ｈが構成されていて、前記伝搬路Ｕ_Y1に対応する前記
すだれ状電極Ｒ₁の出力端は、前記超音波送受波手段Ｘ
およびＹにおける前記すだれ状電極Ｔの入力端に増幅器
ＡＭＰを介して接続されており、前記発振器Ｈの信号ル
ープは、前記伝搬路Ｕ_Y1に対応する前記すだれ状電極
Ｔ、前記伝搬路Ｕ_Y1、前記伝搬路Ｕ_Y1に対応する前記す
だれ状電極Ｒ₁および前記増幅器ＡＭＰから成る。請求
項９に記載の超音波タッチパネルは、前記圧電板のもう
一方の板面が支持基板で支持されている。請求項１０に
記載の超音波タッチパネルは、前記圧電板が圧電セラミ
ックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向が前記
圧電セラミックの厚さ方向と平行である。

【発明の実施の形態】本発明の超音波タッチパネルは、
少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、圧電
板と、非圧電板と、超音波送受波手段ＸおよびＹに接続
された情報処理部とから成る簡単な構造を有する。超音
波送受波手段としては２つの構造が提供されている。第
１の構造は各超音波送受波手段がＮ組のすだれ状電極Ｔ
_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極ＲおよびＮ
個のスイッチＷ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成るも
のである。この場合、すだれ状電極Ｔ_iおよびＲは圧電
板の一方の板面に設けられ、その上に非圧電板の下端面
が固着されている。スイッチＷ_iの出力端はすだれ状電
極Ｔ_iの入力端に接続されている。すだれ状電極Ｔ_iの電
極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Tをこの
すだれ状電極Ｔ_iに入力する構造を採用することによ
り、圧電板のすだれ状電極Ｔ_iが設けられた方の板面の
表面近傍にすだれ状電極Ｔ_iの電極周期長ｐとほぼ等し
い波長を有する弾性表面波を励振させ、その弾性表面波
を非圧電板の上端面に伝搬させることができる。このと
き非圧電板に伝搬されるのは０次モードおよび１次以上
の高次モードの弾性表面波である。０次モードの弾性表
面波の位相速度が、電気的に短絡状態にある圧電板単体
に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構
造および１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度
が、電気的に開放状態にある圧電板単体に伝搬するレイ
リー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採用するこ
とにより、すだれ状電極Ｔ_iから加えられる電気的エネ
ルギーが弾性表面波に変換される度合を大きくすること
ができるだけでなく、圧電板と非圧電板との界面での音
響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除
去することができる。また、圧電板の厚さをすだれ状電
極Ｔ_iの電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板の
厚さｄを電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板単体に
伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板単体に伝搬する
弾性表面波の位相速度よりも小さい物質を非圧電板とし
て採用することにより、圧電板の内部には超音波を漏洩
させることなく、非圧電板に効率よく弾性表面波を伝搬
させることができる。従って、低消費電力駆動が可能と
なるばかりでなく、圧電板の支持が容易になる。このと
き、圧電板の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表
面近傍を除く部分の支持が可能となる。すだれ状電極Ｔ
_iおよびＲを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になる
ように互いに１対１に対を成すような構造を採用するこ
とにより、非圧電板の上端面に伝搬されている弾性表面
波をすだれ状電極Ｒから電気信号Ｅ_Rとして出力させる
ことができる。このとき、非圧電板に伝搬されている弾
性表面波はいったん圧電板の各すだれ状電極が設けられ
た方の板面の表面近傍に伝搬された後、すだれ状電極Ｒ
の電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Rと
してすだれ状電極Ｒから出力される。この圧電板に伝搬
した弾性表面波は０次モードおよび１次以上の高次モー
ドの波である。この弾性表面波の波長が電極周期長ｐと
ほぼ等しくなるように電極周期長ｐを設定し、０次モー
ドの弾性表面波の位相速度が、電気的に短絡状態にある
圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくな
るような構造および１次以上の高次モードの弾性表面波
の位相速度が、電気的に開放状態にある圧電板単体に伝
搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を
採用することにより、圧電板に伝搬した弾性表面波をす
だれ状電極Ｒから効率よく電気信号Ｅ_Rとして出力する
ことができる。また、圧電板と非圧電板との界面での音
響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除
去することができる。さらに、圧電板の厚さをすだれ状
電極Ｒの電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板の
厚さｄを電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板単体に
伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板単体に伝搬する
弾性表面波の位相速度よりも小さい物質を非圧電板とし
て採用することにより、圧電板の内部には超音波を漏洩
させることなく、非圧電板に伝搬されている弾性表面波
をすだれ状電極Ｒから効率よく電気信号Ｅ_Rとして出力
することができる。従って、低消費電力駆動が可能とな
るばかりでなく、圧電板の支持が容易になる。このと
き、圧電板の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表
面近傍を除く部分の支持が可能となる。非圧電板の上端
面のすだれ状電極Ｔ_iとＲとの間を入力ペンのペン先で
接触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、そ
れに伴ってすだれ状電極Ｒに出力される電気信号Ｅ_Rも
消滅または減衰する。情報処理部が電気信号Ｅ_Rの大き
さを検出する機能と、非圧電板の上端面にペン先が接触
したことを電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰または消滅する
ことによって判断する機能とを備えていることにより、
非圧電板の上端面に接触したことが短い応答時間で感知
される。さらに、情報処理部がスイッチＷ_iを順次に所
定の周期で断続する機能と、電気信号Ｅ_Rの大きさが減
衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷ_iを特
定することにより非圧電板の上端面における接触位置を
特定する機能とを備えていることにより、非圧電板の上
端面における接触位置が分かる。たとえば、非圧電板の
上端面を接触することにより電気信号Ｅ_Rの大きさが消
滅し、そのとき接続されていたのがスイッチＷ₅であれ
ば、そのスイッチＷ₅に対応する弾性表面波の伝搬路上
が接触位置と分かる。超音波送受波手段Ｘにおけるすだ
れ状電極Ｔ_iとＲとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Xi（ｉ
＝１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおける
すだれ状電極Ｔ_iとＲとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Yi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造を
採用することにより、非圧電板の上端面に入力ペンのペ
ン先で接触した場合、その接触位置の座標を各超音波送
受波手段において出力される電気信号Ｅ_Rの大きさから
特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座標
を伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_YiをそれぞれＸ軸およびＹ軸とす
る２次元の座標に対応させ、接触位置を伝搬路Ｕ_XiとＵ
_Yiとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算出
される。また、伝搬路Ｕ_Xiを互いに隣接させるかまたは
一部分を重複させるとともに、伝搬路Ｕ_Yiを互いに隣接
させるかまたは一部分を重複させた構造を採用すること
により、非圧電板の上端面における接触位置をさらに精
密に特定することが可能となる。Ｘ軸方向のスイッチＷ
_iのうちの１個を接続している間に、Ｙ軸方向のスイッ
チＷ_iを一巡する方法を採用することにより、接触位置
の特定が容易になる。たとえばＸ軸方向のすだれ状電極
Ｔ₃とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路Ｕ_X3と、Ｙ軸方向
のすだれ状電極Ｔ₅とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路Ｕ
_Y5との交叉部をペン先で接触すれば、Ｘ軸方向のスイッ
チＷ₃を接続した時に限ってＸ軸方向の電気信号Ｅ_Rの大
きさが減衰または消滅すると同時に、Ｙ軸方向のスイッ
チＷ₅を接続した時に限ってＹ軸方向の電気信号Ｅ_Rの大
きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路Ｕ
_X3とＵ_Y5との交叉部を接触していることが判明される。
超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるスイッチＷ_iをそ
れぞれスイッチＷ_XiおよびスイッチＷ_Yiとし、スイッチ
Ｗ_Xiの入力端を超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電
極Ｒの出力端に増幅器Ａ_Yを介して接続し、スイッチＷ
_Yiの入力端を超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極
Ｒの出力端に増幅器Ａ_Xを介して接続する構造を採用す
ることにより、伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_Yi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
可能である。このとき、発振器Ｈ_iの信号ループはスイ
ッチＷ_Xi、伝搬路Ｕ_Xi、増幅器Ａ_X、スイッチＷ_Yi、伝
搬路Ｕ_Yiおよび増幅器Ａ_Y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。超音波送受波手段の第２の構造は、各超音波
送受波手段がすだれ状電極Ｔおよびすだれ状電極Ｒ
_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成るものである。この
場合、すだれ状電極ＴおよびＲ_iは圧電板の一方の板面
に設けられ、その上に非圧電板の下端面が固着されてい
る。すだれ状電極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応する周波
数の電気信号Ｅ_Tをこのすだれ状電極Ｔに入力する構造
を採用することにより、圧電板のすだれ状電極Ｔが設け
られた方の板面の表面近傍にすだれ状電極Ｔの電極周期
長ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振させ、
その弾性表面波を非圧電板の上端面に伝搬させることが
できる。このとき非圧電板に伝搬されるのは０次モード
および１次以上の高次モードの弾性表面波である。０次
モードの弾性表面波の位相速度が、電気的に短絡状態に
ある圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等し
くなるような構造および１次以上の高次モードの弾性表
面波の位相速度が、電気的に開放状態にある圧電板単体
に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構
造を採用することにより、すだれ状電極Ｔから加えられ
る電気的エネルギーが弾性表面波に変換される度合を大
きくすることができるだけでなく、圧電板と非圧電板と
の界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じ
る反射等を除去することができる。また、圧電板の厚さ
ｄをすだれ状電極Ｔの電極周期長ｐのほぼ３倍以上と
し、非圧電板の厚さを電極周期長ｐよりも小さくし、非
圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板単
体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも小さい物質を
非圧電板として採用することにより、圧電板の内部には
超音波を漏洩させることなく、非圧電板に効率よく弾性
表面波を伝搬させることができる。すだれ状電極Ｔおよ
びＲ_iを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるよう
に配置する構造を採用することにより、非圧電板の上端
面に伝搬されている弾性表面波をすだれ状電極Ｒ_iから
電気信号Ｅ_Riとして出力させることができる。このと
き、非圧電板に伝搬されている弾性表面波はいったん圧
電板の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍
に伝搬された後、すだれ状電極Ｒ_iの電極周期長ｐにほ
ぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Riとしてすだれ状電極Ｒ
_iから出力される。この圧電板に伝搬した弾性表面波は
０次モードおよび１次以上の高次モードの波である。こ
の弾性表面波の波長が電極周期長ｐとほぼ等しくなるよ
うに電極周期長ｐを設定し、０次モードの弾性表面波の
位相速度が、電気的に短絡状態にある圧電板単体に伝搬
するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造およ
び１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が、電
気的に開放状態にある圧電板単体に伝搬するレイリー波
の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することによ
り、圧電板に伝搬した弾性表面波をすだれ状電極Ｒ_iか
ら効率よく電気信号Ｅ_Riとして出力することができる。
また、圧電板と非圧電板との界面での音響インピーダン
スの不整合等によって生じる反射等を除去することがで
きる。さらに、圧電板の厚さをすだれ状電極Ｒ_iの電極
周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板の厚さｄを電極
周期長ｐよりも小さくし、非圧電板単体に伝搬する弾性
表面波の位相速度が圧電板単体に伝搬する弾性表面波の
位相速度よりも小さい物質を非圧電板として採用するこ
とにより、圧電板の内部には超音波を漏洩させることな
く、非圧電板に伝搬されている弾性表面波をすだれ状電
極Ｒ_iから効率よく電気信号Ｅ_Riとして出力することが
できる。非圧電板の上端面のすだれ状電極ＴとＲ_iとの
間を入力ペンのペン先で接触すると、弾性表面波の伝搬
路が遮断されるので、それに伴ってすだれ状電極Ｒ_iに
出力される電気信号Ｅ_Riも消滅または減衰する。情報処
理部が電気信号Ｅ_Riの大きさを検出する機能と、非圧電
板の上端面にペン先が接触したことを電気信号Ｅ_Riの大
きさが減衰または消滅することによって判断する機能と
を備えていることにより、非圧電板の上端面に接触した
ことが短い応答時間で感知される。さらに、情報処理部
が、減衰または消滅した電気信号Ｅ_Riに対応するすだれ
状電極Ｒ_iを特定することにより接触位置を特定する機
能を備えていることにより、非圧電板の上端面における
接触位置が分かる。超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ
状電極ＴとＲ_iとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Xi（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおけるす
だれ状電極ＴとＲ_iとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ
_Yi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造
を採用することにより、非圧電板の上端面に入力ペンの
ペン先で接触した場合、その接触位置の座標を各超音波
送受波手段において出力される電気信号Ｅ_Riの大きさか
ら特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座
標を伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_YiをそれぞれＸ軸およびＹ軸と
する２次元の座標に対応させ、接触位置を伝搬路Ｕ_Xiと
Ｕ_Yiとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算
出される。また、伝搬路Ｕ_Xiを互いに隣接させるかまた
は一部分を重複させるとともに、伝搬路Ｕ_Yiを互いに隣
接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用するこ
とにより、非圧電板の上端面における接触位置をさらに
精密に特定することが可能となる。伝搬路Ｕ_Yiのうち伝
搬路Ｕ_Y1に対応するすだれ状電極Ｒ₁の出力端を超音波
送受波手段ＸおよびＹにおけるそれぞれのすだれ状電極
Ｔの入力端に増幅器ＡＭＰを介して接続する構造を採用
することにより、伝搬路Ｕ_Y1を遅延素子とする発振器Ｈ
を構成することができる。このとき、発振器Ｈの信号ル
ープは伝搬路Ｕ_Y1に対応するすだれ状電極Ｔ、伝搬路Ｕ
_Y1、伝搬路Ｕ_Y1に対応するすだれ状電極Ｒ₁および増幅
器ＡＭＰ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。本発明
の超音波タッチパネルでは、圧電板として圧電セラミッ
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
の各すだれ状電極の設けられた方の板面の表面近傍に効
率よく弾性表面波を励振し非圧電板の上端面に伝搬させ
ることと、非圧電板の上端面に伝搬している弾性表面波
を効率よく圧電板の各すだれ状電極の設けられた方の板
面の表面近傍に伝搬させ、すだれ状電極ＲまたはＲ_iか
ら電気信号として出力させることができる。

【実施例】図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の
実施例を示す断面図である。本実施例は圧電磁器板１、
非圧電板２、支持基板３、駆動部４、Ｘ軸方向の超音波
送受波手段ＸおよびＹ軸方向の超音波送受波手段Ｙから
成る。超音波送受波手段Ｘはすだれ状電極Ｔ_Xi（ｉ＝
１，２，……，８）、すだれ状電極Ｒ_X、増幅器Ａ_Xおよ
びスイッチＷ_Xi（ｉ＝１，２，……，８）から成る。超
音波送受波手段Ｙはすだれ状電極Ｔ_Yi（ｉ＝１，２，…
…，８）、すだれ状電極Ｒ_Y、増幅器Ａ_Yおよびスイッチ
Ｗ_Yi（ｉ＝１，２，……，８）から成る。図１では圧電
磁器板１、非圧電板２、支持基板３、駆動部４および超
音波送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極Ｔ
_Xi、Ｔ_Yi、Ｒ_XおよびＲ_Yはアルミニウム薄膜で成る。圧
電磁器板１は厚さ１．５ｍｍのＴＤＫ製１０１Ａ材（製
品名）で成る。非圧電板２はガラス、フッ素樹脂やアク
リル樹脂等の高分子化合物で成り、その厚さは０．１５
ｍｍである。圧電磁器板１上には各すだれ状電極が設け
られ、さらにその上に非圧電板２が設けられている。非
圧電板２がガラス等で成る場合には厚さ約２０μｍのエ
ポキシ系樹脂によって圧電磁器板１上に固着され、非圧
電板２がフッ素樹脂やアクリル樹脂等で成る場合には非
圧電板２は圧電磁器板１上に直接塗布されている。圧電
磁器板１の下方は支持基板３に固着され支持されてい
る。図２は図１のすだれ状電極Ｔ_Xiを示す平面図であ
る。すだれ状電極Ｔ_Yiもすだれ状電極Ｔ_Xiと同様な構造
を有する。すだれ状電極Ｒ_XおよびＲ_Yはすだれ状電極Ｔ
_Xiとは電極指の長さが異なるという点を除けば同様な構
造を有する。すだれ状電極Ｔ_Xiは１０対の電極指を有
し、電極周期長ｐは４６０μｍで、全体の形状は平行四
辺形を成す。図３は図１の超音波タッチパネルの部分斜
視図である。図３ではすだれ状電極Ｔ_X1、Ｔ_X2、Ｔ_Y1お
よび圧電磁器板１のみが描かれている。図４は図１の超
音波タッチパネルの平面図である。図４では圧電磁器板
１、すだれ状電極Ｔ_Xi、Ｔ_Yi、Ｒ_XおよびＲ_Yのみが描か
れている。図５は図１の超音波タッチパネルの駆動回路
を示す図である。駆動部４は倍電圧整流器５、コンパレ
ータ６および情報処理部７を含む。スイッチＷ_Xiはスイ
ッチＷ_Xi-1およびスイッチＷ_Xi-2から成り、スイッチＷ
_YiはスイッチＷ_Yi-1およびスイッチＷ_Yi-2から成る。ス
イッチＷ_XiおよびＷ_Yiの出力端はそれぞれすだれ状電極
Ｔ_XiおよびＴ_Yiの入力端に接続されている。スイッチＷ
_Xi-1の入力端は増幅器Ａ_Yを介してすだれ状電極Ｒ_Yの出
力端に接続され、スイッチＷ_Yi-1の入力端は増幅器Ａ_X
を介してすだれ状電極Ｒ_Xの出力端に接続されている。
図５の駆動回路において、すだれ状電極Ｔ_Xiから電気信
号Ｅ_Tを入力すると、その電気信号Ｅ_Tの周波数のうちす
だれ状電極Ｔ_Xiの示す中心周波数とその近傍の周波数の
電気信号のみが弾性表面波に変換されて、圧電磁器板１
の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍を伝
搬し、さらにその弾性表面波は非圧電板２の上端面に伝
搬される。非圧電板２の上端面に伝搬された弾性表面波
のうちすだれ状電極Ｒ_X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Ｅ_Rに変換されてす
だれ状電極Ｒ_Xから出力される。電気信号Ｅ_Rは増幅器Ａ
_Xによって増幅され、増幅された電気信号の一部は、
スイッチＷ_Yi-1を介してすだれ状電極Ｔ_Yiに入力され、
残部は倍電圧整流器５およびコンパレータ６を介して
情報処理部７に送られた後、スイッチＷ_Xi-2およびＷ
_Yi-2を介してすだれ状電極Ｔ_XiおよびＴ_Yiに入力され
る。電気信号がすだれ状電極Ｔ_Yiに入力されと、電気
信号はＸ軸方向の場合と同様にして弾性表面波に変換
されて、圧電磁器板１の各すだれ状電極が設けられた方
の板面の表面近傍を伝搬し、さらにその弾性表面波は非
圧電板２の上端面に伝搬された後、すだれ状電極Ｒ_Yか
ら電気信号として出力され、増幅器Ａ_Yによって増幅さ
れる。増幅された電気信号の一部は、スイッチＷ_Xi-1
を介してすだれ状電極Ｔ_Xiに入力され、残部は倍電圧
整流器５およびコンパレータ６を介して情報処理部７に
送られた後、スイッチＷ_Xi-2およびＷ_Yi-2を介してすだ
れ状電極Ｔ_XiおよびＴ_Yiに入力される。このようにし
て、すだれ状電極Ｔ_XiとＲ_Xとの間の弾性表面波の伝搬
路Ｕ_Xi（ｉ＝１，２，……，８）およびすだれ状電極Ｔ
_YiとＲ_Yとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Yi（ｉ＝１，
２，……，８）を遅延素子とする発振器Ｈ_i（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）が構成されている。このとき、発振器Ｈ
_iの信号ループはスイッチＷ_Xi-1、伝搬路Ｕ_{X i}、増幅器
Ａ_X、スイッチＷ_Yi-1、伝搬路Ｕ_Yiおよび増幅器Ａ_Yから
成る。従って、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。情報処理部７は次の機能を有
する。第一に、スイッチＷ_XiおよびＷ_Yiを順次に所定の
周期で断続すること、第二に、電気信号Ｅ_Rの大きさを
検出すること、第三に、非圧電板２の上端面（以後、パ
ネル画面と呼ぶ）に入力ペンのペン先が接触することを
電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰または消滅することによっ
て判断すること、第四に、電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰
または消滅した時に接続されていたスイッチＷ_Xiおよび
Ｗ_Yiを特定することにより接触位置を特定することであ
る。スイッチＷ_XiおよびＷ_Yiを順次に所定の周期で断続
する場合、スイッチＷ_Xiのうちの１個を接続している間
に、スイッチＷ_Yiを一巡する方法が採用されている。ま
た、スイッチＷ_Xi-1とそれに対応するスイッチＷ_Xi-2は
常に同じ断続状態にあり、スイッチＷ_Yi-1とそれに対応
するスイッチＷ_Yi-2は常に同じ断続状態にある。伝搬路
Ｕ_XiとＵ_Yiとの交叉部をペン先で接触する場合、たとえ
ば、伝搬路Ｕ_X3とＵ_Y5との交叉部を接触する場合、スイ
ッチＷ_X3を接続した時に限ってＸ軸方向の電気信号Ｅ_R
の大きさが減衰または消滅すると同時に、スイッチＷ_Y5
を接続した時に限ってＹ軸方向の電気信号Ｅ_Rの大きさ
が減衰または消滅する。このようにして、伝搬路Ｕ_X3と
Ｕ_Y5との交叉部を接触していることが判明する。つま
り、電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰または消滅した時に接
続されていたスイッチＷ_XiおよびＷ_Yiを特定することに
より、接触位置を特定することが可能となる。図２に示
されているように、各すだれ状電極が平行四辺形を成す
ことにより、伝搬路Ｕ_Xiは互いに隙間なく隣接した構造
をとることができ、伝搬路Ｕ_Yiも同様にして互いに隙間
なく隣接した構造をとることができる。従って、接触位
置を特定する場合、パネル画面が隙間なく利用できるこ
とから、接触位置の精密な特定が可能となる。また、も
し伝搬路Ｕ_Xiが互いに一部分を重複させている場合に
は、その重複した部分を有する隣あう２つの伝搬路Ｕ_Xi
が特定されることから、接触位置がその２つの伝搬路Ｕ
_Xiの間であることが判別される。伝搬路Ｕ_Yiが互いに一
部分を重複させている場合も同様である。図６は圧電磁
器板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、弾性表面波の波
数ｋと非圧電板２の厚さｄとの積（ｋｄ）との関係を示
す特性図である。但し、図６では、非圧電板２がガラス
板で成り、そのガラス板単体を伝搬する弾性表面波の横
波の速度が２２９７ｍ／ｓで縦波の速度が４１５６ｍ／
ｓである場合の特性図が示される。この横波速度２２９
７ｍ／ｓおよび縦波速度４１５６ｍ／ｓという値は、圧
電磁器板１単体の場合の横波速度２３４０ｍ／ｓおよび
縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ０．９倍であ
る。図６では、すだれ状電極Ｔ_XiおよびＴ_Yiに加えられ
る電気的エネルギーは特に０次モードの弾性表面波に最
も効率よく変換され、高次モードになるにつれて変換さ
れにくくなる傾向があることが分かる。すだれ状電極Ｔ
_XiおよびＴ_Yiに加えられる電気的エネルギーが０次モー
ドの弾性表面波に最も変換されやすいのはｋｄ値が約
１．６のときで、このときｋ²は最大値の約１５．５％
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７は圧電磁器板１の表面近傍を伝搬する弾性表
面波の位相速度を示す特性図であり、ｋｄ値に対する各
モードの位相速度を示す図である。但し、図７では、非
圧電板２が図６と同様な材質のガラス板で成る場合の特
性図が示される。１次以上の高次モードではカットオフ
周波数が存在する。○印は、すだれ状電極Ｔ_XiおよびＴ
_Yiに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性表面
波に最も効率よく変換されるｋｄ値（図６から算出した
値で、ｋ²が最大値を示すｋｄ値）を示す。０次モード
の○印における位相速度（約２１７０ｍ／ｓ）は、圧電
磁器板１単体の表面が電気的に短絡状態にあるときの圧
電磁器板１単体のレイリー波速度（２１５０ｍ／ｓ）と
ほぼ等しい。１次以上の高次モードの○印における位相
速度はほぼ一定（約２３７０ｍ／ｓ）で、圧電磁器板１
単体の表面が電気的に開放状態にあるときの圧電磁器板
１単体のレイリー波速度（２３４０ｍ／ｓ）とほぼ等し
い。図８は圧電磁器板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、ｋｄ値との関
係を示す特性図である。但し、図８では、非圧電板２が
ガラス板で成り、そのガラス板単体を伝搬する弾性表面
波の横波の速度が１９８９ｍ／ｓで縦波の速度が３５９
８ｍ／ｓである場合の特性図が示される。この横波速度
１９８９ｍ／ｓおよび縦波速度３５９８ｍ／ｓという値
は、圧電磁器板１単体の場合の横波速度２３４０ｍ／ｓ
および縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ０．８倍
である。図８では、すだれ状電極Ｔ_XiおよびＴ_Yiに加え
られる電気的エネルギーは特に０次モードの弾性表面波
に最も効率よく変換され、高次モードになるにつれて変
換されにくくなる傾向があることが分かる。すだれ状電
極Ｔ_XiおよびＴ_Yiに加えられる電気的エネルギーが０次
モードの弾性表面波に最も変換されやすいのはｋｄ値が
約１．６のときで、このときｋ²は最大値の約１８．５
％を示す。図９は圧電磁器板１の表面近傍を伝搬する弾
性表面波の位相速度を示す特性図であり、ｋｄ値に対す
る各モードの位相速度を示す図である。但し、図９で
は、非圧電板２が図８と同様な材質のガラス板で成る場
合の特性図が示される。１次以上の高次モードではカッ
トオフ周波数が存在する。○印は、すだれ状電極Ｔ_Xiお
よびＴ_Yiに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾
性表面波に最も効率よく変換されるｋｄ値（図８から算
出した値で、ｋ²が最大値を示すｋｄ値）を示す。０次
モードの○印における位相速度（約２０９５ｍ／ｓ）
は、図７で示される０次モードの○印における位相速度
（約２１７０ｍ／ｓ）よりも小さいが、圧電磁器板１単
体の表面が電気的に短絡状態にあるときの圧電磁器板１
単体のレイリー波速度（２１５０ｍ／ｓ）とほぼ等し
い。１次以上の高次モードの○印における位相速度はほ
ぼ一定（約２３００ｍ／ｓ）で、図７で示される１次以
上の高次モードの○印における位相速度（約２３７０ｍ
／ｓ）よりも小さいが、圧電磁器板１単体の表面が電気
的に開放状態にあるときの圧電磁器板１単体のレイリー
波速度（２３４０ｍ／ｓ）とほぼ等しい。図６〜９よ
り、非圧電板２に伝搬される弾性表面波は０次モードお
よび１次以上の高次モードの波であり、すだれ状電極Ｔ
_XiおよびＴ_Yiに加えられる電気的エネルギーが０次モー
ドの弾性表面波に最も変換されやすい位相速度は、電気
的に短絡状態にある圧電磁器板１単体に伝搬するレイリ
ー波の速度とほぼ等しい。また、すだれ状電極Ｔ_Xiおよ
びＴ_Yiに加えられる電気的エネルギーが１次以上の高次
モードの弾性表面波に最も変換されやすい位相速度は、
電気的に開放状態にある圧電磁器板１単体に伝搬するレ
イリー波の速度とほぼ等しい。さらに、非圧電板２単体
を伝搬する弾性表面波の横波および縦波の速度が小さい
ほど、圧電磁器板１から非圧電板２に伝搬される弾性表
面波の各モードの位相速度が小さくなる。同様にして、
すだれ状電極Ｒ_XおよびＲ_Yにおいて弾性表面波が電気信
号に変換される場合には、特に０次モードの弾性表面波
が効率よく電気信号に変換され、高次モードになるにつ
れて変換されにくくなる傾向があることが分かる。０次
モードの弾性表面波が効率よく電気信号に変換されるの
は、その０次モードの弾性表面波の位相速度が、電気的
に短絡状態にある圧電磁器板１単体に伝搬するレイリー
波の速度とほぼ等しい場合であり、１次以上の高次モー
ドの弾性表面波が効率よく電気信号に変換されるのは、
その１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が、
電気的に開放状態にある圧電磁器板１単体に伝搬するレ
イリー波の速度とほぼ等しい場合である。また、非圧電
板２単体を伝搬する弾性表面波の横波および縦波の速度
が小さいほど、非圧電板２から圧電磁器板１に伝搬され
る弾性表面波の各モードの位相速度が小さくなる。図１
０は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す
断面図である。本実施例は圧電磁器板１、非圧電板２、
支持基板３、倍電圧整流器５、コンパレータ６、情報処
理部７、増幅器ＡＭＰおよび超音波送受波手段Ｘおよび
Ｙ（図１の第１の実施例における超音波送受波手段Ｘお
よびＹとは異なる）から成る。本実施例では超音波送受
波手段Ｘがすだれ状電極Ｔ_Xおよびすだれ状電極Ｒ
_Xi（ｉ＝１，２，……，１６）から成り、超音波送受波
手段Ｙがすだれ状電極Ｔ_Yおよびすだれ状電極Ｒ_Yi（ｉ
＝１，２，……，１６）から成る。図１０では圧電磁器
板１、非圧電板２、支持基板３、倍電圧整流器５、コン
パレータ６、情報処理部７、増幅器ＡＭＰおよび超音波
送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極Ｔ _X、
Ｔ_Y、Ｒ_XiおよびＲ_Yiはアルミニウム薄膜で成る。圧電
磁器板１上には各すだれ状電極が設けられ、さらにその
上に非圧電板２が設けられている。圧電磁器板１の下方
は支持基板３に固着され支持されている。図１１は図１
０のすだれ状電極Ｔ_Xを示す平面図である。すだれ状電
極Ｔ_XおよびＴ_Yは互いに同様な構造を有する。すだれ状
電極Ｒ_XiおよびＲ_Yiは互いに同様な構造を有し、すだれ
状電極Ｔ_Xとは電極指の長さが異なるという点を除けば
同様な構造を有する。すだれ状電極Ｔ_Xは１０対の電極
指を有する正規型のもので、電極周期長ｐは４６０μｍ
である。図１２は図１０の超音波タッチパネルの平面図
である。図１２では圧電磁器板１およびすだれ状電極Ｔ
_X、Ｔ_Y、Ｒ_Xi、Ｒ_Yiおよびのみが描かれている。図１３
は図１０の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図であ
る。すだれ状電極Ｒ_Yiのうちすだれ状電極Ｒ_Y1は増幅器
ＡＭＰに接続されている。すだれ状電極Ｔ_Yから電気信
号Ｅ_Tを入力すると、その電気信号Ｅ_Tの周波数のうちす
だれ状電極Ｔ_Yの示す中心周波数とその近傍の周波数の
電気信号のみが弾性表面波に変換されて、圧電磁器板１
の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍を伝
搬し、さらにその弾性表面波は非圧電板２の上端面に伝
搬される。非圧電板２の上端面に伝搬された弾性表面波
のうちすだれ状電極Ｒ_Yi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Ｅ_Ri（ｉ＝１，２，
……，１６）に変換されてすだれ状電極Ｒ_Yiから出力さ
れる。この電気信号Ｅ_Riは倍電圧整流器５およびコンパ
レータ６を介して情報処理部７に送られる。この際、す
だれ状電極Ｒ_Yiのうちすだれ状電極Ｒ_Y1から出力された
電気信号Ｅ_R1は増幅器ＡＭＰによって増幅された後、再
びすだれ状電極Ｔ_XおよびＴ_Yに入力される。同様にし
て、すだれ状電極Ｔ_Xから電気信号Ｅ_Tを入力すると、そ
の電気信号Ｅ_TはＹ軸方向の場合と同様にして弾性表面
波に変換されて、圧電磁器板１の一方の板面の表面近傍
を伝搬し、さらにその弾性表面波は非圧電板２の上端面
に伝搬された後、すだれ状電極Ｒ_Xiから電気信号Ｅ_Riと
して出力される。この電気信号Ｅ_Riは倍電圧整流器５お
よびコンパレータ６を介して情報処理部７に送られる。
このようにして、すだれ状電極Ｔ_YとＲ_Y1との間の弾性
表面波の伝搬路Ｕ_Y1を遅延素子とする発振器Ｈが構成さ
れている。このとき、発振器Ｈ_iの信号ループはすだれ
状電極Ｔ_Y、伝搬路Ｕ_Y1、すだれ状電極Ｒ_Y1および増幅
器ＡＭＰから成る。従って、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。図１０の超音波
タッチパネルにおける情報処理部７は次の機能を有す
る。第一に、電気信号Ｅ_Riの大きさを検出すること、第
二に、パネル画面に入力ペンのペン先が接触することを
電気信号Ｅ_Riの大きさが減衰または消滅することによっ
て判断すること、第三に、減衰または消滅した電気信号
Ｅ_Riに対応するすだれ状電極Ｒ_XiおよびＲ_Yiを特定する
ことにより接触位置を特定することである。すだれ状電
極Ｔ_XとＲ_Xiとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ_Xi（ｉ＝
１，２，……，１６）とすだれ状電極Ｔ_YとＲ_Yiとの間
の弾性表面波の伝搬路伝搬路Ｕ_Yi（ｉ＝２，３，……，
１６）との交叉部をペン先で接触する場合、たとえば、
伝搬路Ｕ_X6とＵ_Y2との交叉部を接触する場合、すだれ状
電極Ｒ_X6から出力される電気信号Ｅ_R6およびすだれ状電
極Ｒ_Y2から出力される電気信号Ｅ_R2がそれぞれ減衰また
は消滅する。このようにして、伝搬路Ｕ_X6とＵ_Y2との交
叉部を接触していることが判明する。また、図１０の第
２の実施例では伝搬路Ｕ_Xiが互いに一部分を重複させ、
伝搬路Ｕ_Yiもまた互いに一部分を重複させている。も
し、その重複した部分を接触する場合、たとえば、伝搬
路Ｕ_X6とＵ_X5とが重複した部分を接触する場合には、す
だれ状電極Ｒ_X6およびＲ_X5それぞれに出力される電気信
号Ｅ_R6およびＥ_R5がともに減衰または消滅する。従っ
て、伝搬路Ｕ_X6とＵ_X5との間を接触していることが判明
する。

【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルでは、圧電
板のすだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍に０
次モードおよび１次以上の高次モードの弾性表面波を励
振させ、その弾性表面波を非圧電板の上端面に伝搬させ
ることができる。このとき、０次モードの弾性表面波の
位相速度が、電気的に短絡状態にある圧電板単体に伝搬
するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造およ
び１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が、電
気的に開放状態にある圧電板単体に伝搬するレイリー波
の速度とほぼ等しくなるような構造を採用することによ
り、すだれ状電極Ｔ_iおよびＴ（以後、入力用すだれ状
電極と呼ぶ）から加えられる電気的エネルギーが弾性表
面波に変換される度合を大きくすることができるだけで
なく、圧電板と非圧電板との界面での音響インピーダン
スの不整合等によって生じる反射等を除去することがで
きる。従って、低消費電力駆動が可能となる。また、圧
電板の各すだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍
を除く部分の支持が可能となる。本発明の超音波タッチ
パネルでは、非圧電板の上端面に伝搬されている０次モ
ードおよび１次以上の高次モードの弾性表面波を圧電板
のすだれ状電極が設けられた方の板面の表面近傍に伝搬
させた後、すだれ状電極ＲおよびＲ_i（以後、出力用す
だれ状電極と呼ぶ）から電気信号として出力させること
ができる。このとき、０次モードの弾性表面波の位相速
度が、電気的に短絡状態にある圧電板単体に伝搬するレ
イリー波の速度とほぼ等しくなるような構造および１次
以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が、電気的に
開放状態にある圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度
とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、圧
電板に伝搬した弾性表面波を出力用すだれ状電極から効
率よく電気信号として出力することができる。また、圧
電板と非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整
合等によって生じる反射等を除去することができる。圧
電板の厚さをすだれ状電極の電極周期長ｐのほぼ３倍以
上とし、非圧電板の厚さｄを電極周期長ｐよりも小さく
する構造を採用するとともに、非圧電板単体に伝搬する
弾性表面波の位相速度が圧電板単体に伝搬する弾性表面
波の位相速度よりも小さい物質を非圧電板として採用す
ることにより、入力用すだれ状電極から加えられる電気
的エネルギーが０次モードおよび１次以上の高次モード
の弾性表面波に変換される度合を増大させることができ
る。このとき、圧電板の内部には弾性表面波を漏洩させ
ることなく、非圧電板の上端面に効率よく伝搬させるこ
とができる。また、非圧電板の上端面に伝搬されている
０次モードおよび１次以上の高次モードの弾性表面波を
圧電板の内部に漏洩させることなく、出力用すだれ状電
極から効率よく電気信号として出力することができる。
圧電板として圧電セラミックを採用することにより、圧
電板の各すだれ状電極の設けられた方の板面の表面近傍
に効率よく弾性表面波を励振し非圧電板の上端面に伝搬
させることを可能にしている。また、非圧電板の上端面
に伝搬している弾性表面波を圧電板の各すだれ状電極の
設けられた方の板面の表面近傍に効率よく伝搬させ、出
力用すだれ状電極から電気信号として出力させることを
可能にしている。圧電板として圧電セラミックを採用す
る場合、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が採用される。パネル画面上の入力
用および出力用すだれ状電極間を入力ペンのペン先で接
触すると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それ
に伴って出力用すだれ状電極に出力される電気信号も消
滅または減衰する。従って、パネル画面上に接触したこ
とが短い応答時間で感知される。さらに、接触位置の座
標を、伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_YiをそれぞれＸ軸およびＹ軸
とする２次元の座標に対応させ、接触位置を伝搬路Ｕ_Xi
とＵ_Yiとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標、
すなわち接触位置の座標が判明する。また、伝搬路Ｕ_Xi
を互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるととも
に、伝搬路Ｕ_Yiを互いに隣接させるかまたは一部分を重
複させた構造を採用することにより、パネル画面上の接
触位置をさらに精密に特定することが可能となる。１つ
の出力用すだれ状電極ＲにＮ個の入力用すだれ状電極Ｔ
_iを備えたタイプの超音波タッチパネルでは、そのＮ個
の入力用すだれ状電極それぞれに接続されたＮ個のスイ
ッチＷ_iを用いることにより、パネル画面上の接触位置
が容易に判明し、また、回路構成が簡略化される。駆動
回路の中に増幅器を用いることにより、伝搬路Ｕ_Xiおよ
びＵ_Yiを遅延素子とする発振器Ｈ_iを構成することが可
能となることから、回路構成が簡略化され、低消費電力
で低電圧での駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を
示す断面図。

【図２】図１のすだれ状電極Ｔ_Xiを示す平面図。

【図３】図１の超音波タッチパネルの部分斜視図。

【図４】図１の超音波タッチパネルの平面図。

【図５】図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す
図。

【図６】圧電磁器板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、ｋｄ値との関係
を示す特性図。

【図７】圧電磁器板１の表面近傍を伝搬する弾性表面波
の位相速度を示す特性図。

【図８】圧電磁器板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、ｋｄ値との関係
を示す特性図。

【図９】圧電磁器板１の表面近傍を伝搬する弾性表面波
の位相速度を示す特性図。

【図１０】本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例
を示す断面図。

【図１１】図１０のすだれ状電極Ｔ_Xを示す平面図。

【図１２】図１０の超音波タッチパネルの平面図。

【図１３】図１０の超音波タッチパネルの駆動回路を示
す図。

【符号の説明】

１ 圧電磁器板 ２ 非圧電板 ３ 支持基板 ４ 駆動部 ５ 倍電圧整流器 ６ コンパレータ ７ 情報処理部 Ｔ_Xi，Ｔ_Yi，Ｒ_X，Ｒ_Y すだれ状電極 Ｗ_Xi，Ｗ_Yi スイッチ Ｔ_X，Ｔ_Y，Ｒ_Xi，Ｒ_Yi すだれ状電極 ＡＭＰ 増幅器

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つの超音波送受波手段Ｘお
   よびＹと、圧電板と、非圧電板と、前記超音波送受波手
   段ＸおよびＹに接続された情報処理部とから成る超音波
   タッチパネルであって、 前記各超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｔ_i（ｉ
   ＝１，２，……，Ｎ）、すだれ状電極ＲおよびＮ個のス
   イッチＷ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、 前記
   すだれ状電極Ｔ_iおよびＲは前記圧電板の一方の板面に
   設けられ、 前記非圧電板の下端面は前記圧電板の前記一方の板面に
   前記各すだれ状電極を介して固着されていて、 前記スイッチＷ_iの出力端は前記すだれ状電極Ｔ_iの入力
   端に接続されており、 前記すだれ状電極Ｔ_iは前記すだれ状電極Ｔ_iの電極周期
   長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Tを入力される
   ことにより、前記圧電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
   を励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬
   させ、 前記非圧電板の前記上端面に伝搬される前記弾性表面波
   は０次モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記
   ０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状
   態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度と
   ほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の
   位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に
   伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、 前記すだれ状電極Ｒは、前記非圧電板の前記上端面に伝
   搬した弾性表面波を前記圧電板の前記一方の板面の表面
   近傍に伝搬させ、前記圧電板の前記一方の板面の表面近
   傍に伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒの電極周
   期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Rに変換して
   出力し、 前記圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬した前記
   弾性表面波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
   波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記
   ０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状
   態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度と
   ほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の
   位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に
   伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、 前記圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上で
   あり、 前記非圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さ
   く、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
   前記圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも
   小さく、 前記情報処理部は前記スイッチＷ_iを順次に所定の周期
   で断続し、前記電気信号Ｅ_Rの大きさを検出し、前記非
   圧電板の前記上端面に入力ペンのペン先が接触すること
   を前記電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰または消滅すること
   によって判断し、前記電気信号Ｅ_Rの大きさが減衰また
   は消滅した時に接続されていた前記スイッチＷ_iを特定
   することにより接触位置を特定する超音波タッチパネ
   ル。
2. 【請求項２】 前記超音波送受波手段Ｘにおける前記す
   だれ状電極Ｔ_iとＲとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ
   _Xi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段
   Ｙにおける前記すだれ状電極Ｔ_iとＲとの間の弾性表面
   波の伝搬路Ｕ_Yi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直
   交している請求項１に記載の超音波タッチパネル。
3. 【請求項３】 前記伝搬路Ｕ_Xiは互いに隣接するかまた
   は一部分を重複させており、前記伝搬路Ｕ_Yiは互いに隣
   接するかまたは一部分を重複させている請求項２に記載
   の超音波タッチパネル。
4. 【請求項４】 前記伝搬路Ｕ_XiおよびＵ_Yi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、 前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＷ_iの入
   力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状
   電極Ｒの出力端に増幅器Ａ_Yを介して接続されており、 前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＷ_iの入
   力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状
   電極Ｒの出力端に増幅器Ａ_Xを介して接続されており、 前記発振器Ｈ_iの信号ループは、 前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＷ_i、前
   記伝搬路Ｕ_Xi、前記増幅器Ａ_X、および前記超音波送受
   波手段Ｙにおける前記スイッチＷ_i、前記伝搬路Ｕ_Yi、
   前記増幅器Ａ_Yから成る請求項２または３に記載の超音
   波タッチパネル。
5. 【請求項５】 少なくとも２つの超音波送受波手段Ｘお
   よびＹと、圧電板と、非圧電板と、前記超音波送受波手
   段ＸおよびＹに接続された情報処理部とから成る超音波
   タッチパネルであって、 前記各超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔおよびすだれ
   状電極Ｒ_i（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、 前記すだれ状電極ＴおよびＲ_iは前記圧電板の一方の板
   面に設けられ、 前記非圧電板の下端面は前記圧電板の前記一方の板面に
   前記各すだれ状電極を介して固着されていて、 前記すだれ状電極Ｔは前記すだれ状電極Ｔの電極周期長
   ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Tを入力されるこ
   とにより、前記圧電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
   励振し、該弾性表面波を前記非圧電板の上端面に伝搬さ
   せ、 前記非圧電板の前記上端面に伝搬される前記弾性表面波
   は０次モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記
   ０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状
   態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度と
   ほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の
   位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に
   伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、 前記すだれ状電極Ｒ_iは、前記非圧電板の前記上端面に
   伝搬した弾性表面波を前記圧電板の前記一方の板面の表
   面近傍に伝搬させ、前記圧電板の前記一方の板面の表面
   近傍に伝搬した弾性表面波を前記すだれ状電極Ｒ_iの電
   極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ri（ｉ＝
   １，２，……，Ｎ）に変換して出力し、 前記圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬した前記
   弾性表面波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
   波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記
   ０次モードの弾性表面波の位相速度は、電気的に短絡状
   態にある前記圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度と
   ほぼ等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の
   位相速度は、電気的に開放状態にある前記圧電板単体に
   伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、 前記圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上で
   あり、 前記非圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さ
   く、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
   前記圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも
   小さく、 前記情報処理部は前記電気信号Ｅ_Riの大きさを検出し、
   前記非圧電板の前記上端面に入力ペンのペン先が接触す
   ることを前記電気信号Ｅ_Riの大きさが減衰または消滅す
   ることによって判断し、減衰または消滅した電気信号Ｅ
   _Riに対応するすだれ状電極Ｒ_iを特定することにより接
   触位置を特定する超音波タッチパネル。
6. 【請求項６】 前記超音波送受波手段Ｘにおける前記す
   だれ状電極ＴとＲ_iとの間の弾性表面波の伝搬路Ｕ
   _Xi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段
   Ｙにおける前記すだれ状電極ＴとＲ_iとの間の弾性表面
   波の伝搬路Ｕ_Yi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直
   交している請求項５に記載の超音波タッチパネル。
7. 【請求項７】 前記伝搬路Ｕ_Xiは互いに隣接するかまた
   は一部分を重複させており、前記伝搬路Ｕ_Yiは互いに隣
   接するかまたは一部分を重複させている請求項６に記載
   の超音波タッチパネル。
8. 【請求項８】 前記伝搬路Ｕ_Yiのうち伝搬路Ｕ_Y1を遅延
   素子とする発振器Ｈが構成されていて、 前記伝搬路Ｕ_Y1に対応する前記すだれ状電極Ｒ₁の出力
   端は、前記超音波送受波手段ＸおよびＹにおける前記す
   だれ状電極Ｔの入力端に増幅器ＡＭＰを介して接続され
   ており、 前記発振器Ｈの信号ループは、前記伝搬路Ｕ_Y1に対応す
   る前記すだれ状電極Ｔ、前記伝搬路Ｕ_Y1、前記伝搬路Ｕ
   _Y1に対応する前記すだれ状電極Ｒ₁および前記増幅器Ａ
   ＭＰから成る請求項６または７に記載の超音波タッチパ
   ネル。
9. 【請求項９】 前記圧電板のもう一方の板面が支持基板
   で支持されている請求項１，２，３，４，５，６，７ま
   たは８に記載の超音波タッチパネル。
10. 【請求項１０】 前記圧電板が圧電セラミックで成り、
    前記圧電セラミックの分極軸の方向は前記圧電セラミッ
    クの厚さ方向と平行である請求項１，２，３，４，５，
    ６，７，８または９に記載の超音波タッチパネル。