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JP4026030B2 - Ultrasonic touch panel - Google Patents

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JP4026030B2 JP03401298A JP3401298A JP4026030B2 JP 4026030 B2 JP4026030 B2 JP 4026030B2 JP 03401298 A JP03401298 A JP 03401298A JP 3401298 A JP3401298 A JP 3401298A JP 4026030 B2 JP4026030 B2 JP 4026030B2
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力用および出力用すだれ状電極を備えた圧電基板の板面に人指または物体が接触した位置を検出する超音波タッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波方式による従来のタッチパネルは、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に接触することにより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、従来の超音波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。また、従来のタッチパネルは、信号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波タッチパネルでは感度、工作精度、加工性、量産性、消費電力等に問題があるばかりでなく、信号処理の仕方や回路構成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、信号処理の仕方が簡単で、回路の規模も小さく、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。
【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、圧電基板と、前記圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部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少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成り、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＲＰは、前記交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極交差幅には、前記部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＱＰは前記交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅ＬＲＮと、前記交差幅ＬＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記超音波を電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記圧電基板において、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記圧電基板における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００５】
請求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅ＬＱＰが、前記電極周期長Ｐを前記グループＲｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００６】
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、圧電基板と、前記圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部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少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａｉの電極指の方向は前記部分Ｃｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂｉの電極指は前記部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、前記部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂｉの電極交差幅には、前記部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、前記部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＢＰは前記交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極指は前記部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極交差幅には、前記部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、前記部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＤＰは、前記交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＢＮの合計は、前記部分Ｃｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記出力用すだれ状電極は、前記超音波をＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記圧電基板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記超音波伝搬路Ｚｉａは前記部分ＡｉとＣｉの間に、前記超音波伝搬路Ｚｉｂは前記部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にあり、前記圧電基板における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００７】
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅ＬＢＰが、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００８】
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ周波数ｆｉａおよびｆｉｂを有し、前記信号処理器は、接触した前記位置ＦＸａを前記電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定するか、または接触した前記位置ＦＸｂを前記電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。
【０００９】
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記超音波を位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ位相θｉａおよびθｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θｂａｓｅと、前記位相θｉａまたはθｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、接触した前記位置ＦＸａを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸｂの位相θＸｂとの差に基づいて特定するか、または接触した前記位置ＦＸｂを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸａの位相θＸａとの差に基づいて特定する。
【００１０】
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記電極周期長Ｐが前記圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電基板に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振する。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記電極周期長Ｐが前記圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有し、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電基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する。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記圧電基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。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波タッチパネルは圧電基板と、その圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成る。
【００１５】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成る。部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒｉｍの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒｉｍの電極交差幅には、部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、交差幅ＬＲＰは、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｑｉの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑｉの電極交差幅には、部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、交差幅ＬＱＰは交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＱＰは、電極周期長ＰをグループＲｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、交差幅ＬＲＮと、交差幅ＬＱＮの合計は、入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しい。
【００１６】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより圧電基板に超音波を励振することができる。この超音波は部分ＲｉａおよびＲｉｂによって電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。このとき、電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅ＬＲＰが、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。すなわち、入力用および出力用すだれ状電極で励起あるいは受波される弾性波は、電極指に直交する方向で、しかも弾性波の波面の幅はすだれ状電極の交差幅に相当するものとみなされていることから、入力用および出力用すだれ状電極の間には、圧電基板において、部分Ｒ ｉａ およびＲ ｉｂ それぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ ｉａ およびＺ ｉｂ が形成されることとなる。このようにして、入力用および出力用すだれ状電極の間に、グループＲｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになる。従って、圧電基板の入力用および出力用すだれ状電極を有する方の板面における、入力用および出力用すだれ状電極の間の領域のいずれかの位置を接触する場合、または圧電基板の入力用および出力用すだれ状電極を有しない方の板面における前記領域に相当する部分のいずれかの位置を接触する場合には、その接触位置は、必ず超音波伝搬路Ｚ ｉａ およびＺ ｉｂ に対応することとなる。言い換えれば、圧電基板のどちらか一方の板面上には、必ず超音波伝搬路Ｚ ｉａ およびＺ ｉｂ それぞれに対応する位置Ｆ ｉａ およびＦ ｉｂ （ｉ＝１，２，……，Ｎ）が存在することとなる。
もしも、圧電基板のどちらか一方の板面における位置Ｆ ｉａ またはＦ ｉｂ を人指または物体が接触すると、位置ＦｉａまたはＦｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、このとき、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。すなわち、電気信号Ｅ ｉｂ またはＥ ｉａ のみが出力信号として姿を見せることになるのである。このようにして、情報処理部は、位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、その位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。つまり、位置Ｆ Ｘａ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ Ｘａ ＝Ｆ ２ａ となるが、この場合、位置Ｆ ２ａ と対を成す位置Ｆ ２ｂ に対応する電気信号Ｅ ２ｂ が出力用すだれ状電極から出力されることとなり、このようにして、位置Ｆ ２ａ に接触したことが感知される。同様にして情報処理部は、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された圧電基板の位置ＦｉａまたはＦｉｂにそれぞれ対応する電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００１７】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。部分Ａｉの電極指の方向は部分Ｃｉの電極指の方向と平行である。部分Ｂｉの電極指は部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂｉの電極交差幅には、部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類がある。交差幅ＬＢＰは交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＢＰは、電極周期長Ｐを部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分Ｄｉの電極指は部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄｉの電極交差幅には、部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類がある。交差幅ＬＤＰは、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ａｉの電極指の交差幅および交差幅ＬＢＮの合計は、部分Ｃｉの電極指の交差幅および交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しい。
【００１８】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより圧電基板に超音波を励振することができる。この超音波は出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅ＬＤＰが、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。つまり、入力用および出力用すだれ状電極の間に、部分Ａｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになり、超音波伝搬路Ｚｉａは部分ＡｉとＣｉの間に、超音波伝搬路Ｚｉｂは部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にある。
もしも、圧電基板のどちらか一方の板面における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を人指または物体が接触すると、位置ＦｉａまたはＦｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、このとき、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。すなわち、電気信号Ｅ ｉｂ またはＥ ｉａ のみが出力信号として姿を見せることになるのである。このようにして、情報処理部は、位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、その位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。同様にして情報処理部は、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された圧電基板の位置ＦｉａまたはＦｉｂにそれぞれ対応する電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００１９】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの周波数ｆｉｂまたはｆｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器および信号処理器から成る。出力用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して入力用すだれ状電極の入力端および信号処理器の入力端に接続される。信号処理器は、接触された位置ＦＸａを電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定する。同様にして、接触された位置ＦＸｂを電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。つまり、位置Ｆ ｉａ のうちの１つ位置Ｆ Ｘａ を接触する場合、位置Ｆ Ｘａ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ Ｘａ ＝Ｆ ２ａ となるが、この場合、位置Ｆ ２ａ と対を成す位置Ｆ ２ｂ に対応する出力電気信号Ｅ ２ｂ の周波数ｆ ２ｂ が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ ２ａ に接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆ ｉｂ のうちの１つ位置Ｆ Ｘｂ を接触する場合、ｉ＝２の場合には、Ｆ Ｘｂ ＝Ｆ ２ｂ となり、位置Ｆ ２ｂ と対を成す位置Ｆ ２ａ に対応する出力電気信号Ｅ ２ａ の周波数ｆ ２ａ が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ ２ｂ に接触したことが特定される。
【００２０】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの位相θｉｂまたはθｉａと、基準となる位相θｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含み、その一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられる。２つの基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行である。出力用としての基準用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して、入力用としての基準用すだれ状電極および入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに、位相比較器の入力端に接続される。出力用すだれ状電極の出力端は位相比較器を介して信号処理器の入力端に接続される。入力用としての基準用すだれ状電極に電気信号を入力すると圧電基板に超音波が励振され、この超音波は出力用としての基準用すだれ状電極によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。もしも位置Ｆ ｉｂ のうちの１つ位置ＦＸｂに接触すると、電気信号Ｅ Ｘａ が出力されるので、位相比較器において位相θｂａｓｅと、電気信号Ｅ Ｘａ の位相θＸａとの差（θｂａｓｅ−θＸａ）が検出され、位置Ｆ ｉａ のうちの１つ位置ＦＸａに接触すると、電気信号Ｅ Ｘｂ が出力されるので、位相比較器において位相θｂａｓｅと、電気信号Ｅ Ｘｂ の位相θ Ｘｂ との差（θｂａｓｅ−θ Ｘｂ ）が検出される。信号処理器は、接触された位置ＦＸａを位相差（θｂａｓｅ−θＸｂ）に基づいて特定する。同様にして、接触された位置ＦＸｂを位相差（θｂａｓｅ−θＸａ）に基づいて特定する。このようにして、もしも位置Ｆ ｉｂ のうちの１つ位置Ｆ Ｘｂ に接触する場合、位置Ｆ Ｘｂ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ Ｘｂ ＝Ｆ ２ｂ となるが、この場合、位置Ｆ ２ｂ と対を成す位置Ｆ ２ａ に対応する電気信号Ｅ ２ａ が出力されるので、位相比較器においては位相θ ｂａｓｅ とθ ２ａ との差（θ ｂａｓｅ −θ ２ａ ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ ２ｂ に接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆ ｉａ のうちの１つ位置Ｆ Ｘａ を接触する場合、ｉ＝２の場合には、Ｆ Ｘａ ＝Ｆ ２ａ となり、位置Ｆ ２ａ と対を成す位置Ｆ ２ｂ に対応する電気信号Ｅ ２ｂ が出力されるので、位相比較器においては位相θ ｂａｓｅ とθ ２ｂ との差（θ ｂａｓｅ −θ ２ｂ ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ ２ａ に接触したことが特定される。
【００２１】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きいような構造が可能である。この場合、入力用すだれ状電極は、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、圧電基板に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することが可能となる。このような弾性波を利用したデバイスでは、圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００２２】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有するような構造が可能である。この場合、入力用すだれ状電極は、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面の表面近傍に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振することが可能となる。このような弾性表面波を利用したデバイスでは、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００２３】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００２４】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交する構造を採用することにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【００２５】
【実施例】
図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、Ｘ軸方向の超音波送受波手段Ｘ、Ｙ軸方向の超音波送受波手段Ｙおよび情報処理部Ｚから成る。但し、図１では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３から成る。すだれ状電極２および３はアルミニウム薄膜で成り、１０対の電極指を有し、圧電基板１の上端面に設けられている。圧電基板１は厚さｄが１．５ｍｍの圧電セラミックで成り、その分極軸の方向は厚さｄの方向と平行である。
【００２６】
図２はすだれ状電極２と３との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極２は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．７ｍｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍである。すだれ状電極３の電極指の交差領域は、１個のグループＲ１から成り、グループＲ１は２つの部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ１ｍから成る。部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極２の電極指の方向と平行で、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極２の電極周期長Ｐと等しい。
【００２７】
図３は部分Ｒ１ｍの拡大平面図である。部分Ｒ１ｍの電極指はすだれ状電極２の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒ１ｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒ１ｍの電極交差幅には、部分Ｒ１ｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、すだれ状電極２の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類がある。交差幅ＬＲＰは、交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。なお、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｒ１ｍの交差幅ＬＲＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極２の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
図２および３より、部分Ｒ １ｍ とＲ １ａ との境界付近と、部分Ｒ １ｍ とＲ １ｂ との境界付近とでは、すだれ状電極２からの距離において、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違を生ずることがわかる。このことは、すだれ状電極２と部分Ｒ １ａ との距離と、すだれ状電極２と部分Ｒ １ｂ との距離とでは、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることを意味する。
【００２８】
図４は図１の超音波タッチパネルの回路構成図である。図４の回路には情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器４および信号処理器５から成る。すだれ状電極３の出力端は、増幅器４を介してすだれ状電極２の入力端および信号処理器５の入力端に接続されている。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極２に入力すると、圧電基板１に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波が励振される。この弾性波は、すだれ状電極３に到達することとなるが、部分Ｒ １ｍ という電極部に注目した場合、部分Ｒ １ｍ が入力用のすだれ状電極２に対して傾斜していることから、すだれ状電極２から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｒ １ｍ 自体における電気信号の出力は零となる。一方、入力用のすだれ状電極２に対して平行な部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ に着目した場合、部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ が、すだれ状電極２からの距離において、【００２７】で述べたように、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることから、すだれ状電極２から部分Ｒ １ａ に至る遅延伝搬距離と、すだれ状電極２から部分Ｒ １ｂ に至る遅延伝搬距離が、伝搬する弾性波の波長の 2 分の１周期分ずれるという結果をもたらすこととなる。その結果、部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ に到達した弾性波が、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって周波数ｆ１ａおよびｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は、部分Ｒ １ｍ という電極部で電気的に結合する結果として零となる。従って、部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ の電気信号の和の出力は零となる。その結果、すだれ状電極３全体から電気信号が出力されることはない。
このようにして、部分Ｒ １ｍ が、部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ の間に存在し、しかも、【００２７】および図３で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極３での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極２および３は、圧電基板１において、部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂを形成する。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波伝搬路Ｚ １ｂ に対応する位置Ｆ１ｂを人指または物体が接触して超音波伝搬路Ｚ１ｂが遮断されると、超音波伝搬路Ｚ１ａに対応する電気信号Ｅ１ａがすだれ状電極３から出力される。同様にして、超音波伝搬路Ｚ １ａ に対応する位置Ｆ１ａを接触して超音波伝搬路Ｚ１ａが遮断されると、電気信号Ｅ１ｂが出力される。言い換えれば、位置Ｆ １ｂ を接触すると、位置Ｆ １ｂ と対を成す位置Ｆ １ａ に対応する電気信号Ｅ １ａ がすだれ状電極３から出力され、位置Ｆ １ａ を接触すると、位置Ｆ １ａ と対を成す位置Ｆ １ｂ に対応する電気信号Ｅ １ｂ がすだれ状電極３から出力されることとなる。すなわち、接触しない場合には、部分Ｒ １ｍ を含むすだれ状電極３全体としての出力電気信号は零であるが、接触することにより電気信号Ｅ １ａ またはＥ １ｂ がすだれ状電極３から出力されることとなる。つまり、圧電基板１の上端面または下端面を接触しない場合には、すだれ状電極３から電気信号が出力されることはないが、位置Ｆ１ｂを接触すると周波数ｆ１ａを有する電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると周波数ｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ｂが信号処理器５で検出される。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ１ａおよびＦ１ｂのどちらに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。本実施例では、２つの超音波送受波手段ＸおよびＹが用いられ、超音波送受波手段Ｘにおける超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂと、超音波送受波手段Ｙにおける超音波伝搬路Ｚ１ａおよびＺ１ｂとが互いに直交していることから、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。すだれ状電極３から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器４によって増幅され、増幅された電気信号の一部はすだれ状電極２に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ１ａまたはＺ１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００２９】
図５は圧電基板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、弾性波の周波数ｆと圧電基板１の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係を示す特性図である。但し、圧電基板１を伝搬する弾性波の横波速度は２４５０ｍ／ｓで、縦波速度は４３９０ｍ／ｓである。たとえば、すだれ状電極２に加えられる電気的エネルギーがＳ０モードの弾性波に変換されるときのｆｄ値は約１．３ＭＨｚ・ｍｍで、ｋ２は最大値の約１２．４％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。
【００３０】
図６は圧電基板１を伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。●印は、すだれ状電極２に加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図５から算出した値で、ｋ２が最大値を示すｆｄ値）を示す。●印における位相速度はいずれも３５００ｍ／ｓ近傍の値を示すことがわかる。
【００３１】
図７は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、Ｘ軸方向の超音波送受波手段Ｘ、Ｙ軸方向の超音波送受波手段Ｙおよび情報処理部Ｚから成る。但し、図７では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極３から成る。
【００３２】
図８は図７の超音波タッチパネルの回路構成図である。図８の回路ではスイッチ６と情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器４および信号処理器５から成る。すだれ状電極３の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器４を介してスイッチ６の入力端および信号処理器５の入力端に接続されている。スイッチ６は、４つのすだれ状電極２に順番に電気信号を入力する機能を有する。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力すると、圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波は部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって、周波数ｆ１ａおよびｆ１ｂを有する電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ ｂにそれぞれ変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置Ｆ１ｂを接触すると電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると電気信号Ｅ１ｂが信号処理器５で検出される。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極２を判別することにより接触位置が明らかになる。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。すだれ状電極３から出力される電気信号Ｅ１ａまたはＥ１ｂは増幅器４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６を介してすだれ状電極２に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ１ａまたはＺ１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００３３】
図９は本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、Ｘ軸方向の超音波送受波手段Ｘ、Ｙ軸方向の超音波送受波手段Ｙおよび情報処理部Ｚから成る。但し、図９では圧電基板１、超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超音波送受波手段は、基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極３から成る。すだれ状電極７および８は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．７ｍｍである。
【００３４】
図１０は図９の超音波タッチパネルの回路構成図である。図１０の回路では増幅器４、スイッチ６および情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器９、位相比較器１０および信号処理器５から成る。すだれ状電極３の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器４を介して位相比較器１０の入力端に接続されている。すだれ状電極８の出力端は、増幅器９を介して、すだれ状電極７の入力端およびスイッチ６の入力端に接続されるとともに位相比較器１０の入力端に接続されている。スイッチ６は、４つのすだれ状電極２に順番に電気信号を入力する機能を有する。すだれ状電極７から電気信号を入力すると圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波はすだれ状電極８によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換され出力されて、増幅器９によって増幅される。増幅された電気信号の一部（マル１）はすだれ状電極７およびスイッチ６に入力される。このようにして、すだれ状電極７と８との間の超音波伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することができる。増幅された電気信号の残部（マル２）は位相比較器１０に入力される。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力すると、圧電基板１に弾性波が励振される。この弾性波は部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂによって、位相θ１ａおよびθ１ｂを有上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置Ｆ１ｂを接触すると電気信号Ｅ１ａが、位置Ｆ１ａを接触すると電気信号Ｅ１ｂがそのすだれ状電極３から出力される。このとき、位相比較器１０では位相θｂａｓｅと、位相θ１ａまたはθ１ｂとの差が検出される。信号処理器５はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極２を判別することによりする電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂにそれぞれ変換される。もしも、圧電基板１の接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００３５】
図１１は本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図である。本実施例は図１の出力用すだれ状電極３が出力用すだれ状電極１１に置き換わった構造を有する。
【００３６】
図１２はすだれ状電極２と１１との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極１１は１０対の電極指を有し、その電極指の交差領域は、２個のグループＲ１およびＲ２と１個の部分Ｑ１から成り、部分Ｑ１はグループＲ１およびＲ２の間にある。グループＲ１は２つの部分Ｒ１ａおよびＲ１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ１ｍから成り、グループＲ２は２つの部分Ｒ２ａおよびＲ２ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ２ｍから成る。部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極２の電極指の方向と平行で、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極２の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍの構造は図２に示されている構造と同様である。
【００３７】
図１３は部分Ｑ１の拡大平面図である。部分Ｑ１の電極指はすだれ状電極２の電極指に対し角−βの傾きを有する。本実施例では、このように−βの傾きを有するが、＋βの傾きを有する場合も可能である。部分Ｑ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑ１の電極交差幅には、部分Ｑ１の電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、すだれ状電極２の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類がある。交差幅ＬＱＰは、交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、また、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。なお、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｒ１ｍおよびＲ２ｍそれぞれの交差幅ＬＲＮ（１ｍｍ）と、部分Ｑ１の交差幅ＬＱＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極２の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
【００３８】
図１１の第４の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図４の回路構成が用いられる。但し、図４のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。すだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１１に到達することとなるが、部分Ｑ １ という電極部に注目した場合、部分Ｑ １ が入力用のすだれ状電極２に対して傾斜していることから、すだれ状電極２から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｑ １ 自体における電気信号の出力は、【００２８】で述べた部分Ｒ １ｍ の場合と同様にして零となる。一方、グループＲ １ およびＲ ２ に着目すれば、グループＲ １ を構成する部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ と、グループＲ ２ を構成する部分Ｒ ２ａ およびＲ ２ｂ は、【００２８】で述べた部分Ｒ １ａ およびＲ １ｂ と同様に考えることができるので、グループＲ １ 自体およびグループＲ ２ 自体における電気信号の出力はともに零となる。このようにして、弾性波が部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａおよびｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａおよびＥ２ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅および電気信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅はともに零となる。このことは、すだれ状電極１１全体としての出力電気信号が零となることを意味する。
このようにして、部分Ｒ １ｍ が部分Ｒ １ａ とＲ １ｂ の間に、部分Ｒ ２ｍ が部分Ｒ ２ａ とＲ ２ｂ の間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｒ １ｍ およびＲ ２ｍ は【００２７】で明示されている条件を具備し、部分Ｑ １ がグループＲ １ およびＲ ２ の間に存在し、しかも部分Ｑ １ は【００３７】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１１での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極２および１１は、圧電基板１において、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ１ａ，Ｚ１ｂ，Ｚ２ａおよびＺ２ｂを形成する。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波伝搬路Ｚ １ｂ ，Ｚ １ａ ，Ｚ ２ｂ およびＺ ２ａ に対応する位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａまたはｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出される。たとえば位置Ｆ １ａ を接触すると、位置Ｆ １ａ と対を成す位置Ｆ １ｂ に対応する電気信号Ｅ １ｂ がすだれ状電極１１から出力され、信号処理器５で検出されることとなる。すなわち、接触しない場合には、部分Ｒ １ｍ ，Ｒ ２ｍ およびＱ １ を含むすだれ状電極１１全体としての出力電気信号は零であるが、接触することにより電気信号Ｅ １ａ ，Ｅ １ｂ ，Ｅ ２ａ またはＥ ２ｂ が信号処理器５で検出されることとなる。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａおよびＦ２ｂのどれに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００３９】
第４の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１１から成る構造、すなわち、図７のすだれ状電極３がすだれ状電極１１に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図８の回路構成が用いられる。但し、図８のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａおよびｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａおよびＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出される。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極２を判別することにより接触位置が明らかになる。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。
【００４０】
また、第４の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１１から成る構造、すなわち、図９のすだれ状電極３がすだれ状電極１１に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１０の回路構成が用いられる。但し、図１０のすだれ状電極３はすだれ状電極１１に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、部分Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ，Ｒ２ａおよびＲ２ｂによって位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂにそれぞれ変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極２とそれに対応するすだれ状電極３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがそのすだれ状電極３から出力される。このとき、位相比較器１０ではすだれ状電極８から出力された電気信号の位相θｂａｓｅと、位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂとの差が検出される。信号処理器５はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極２を判別することにより接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。
【００４１】
図１４は本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図である。本実施例は図１の入力用すだれ状電極２および出力用すだれ状電極３が入力用すだれ状電極１２および出力用すだれ状電極１３に置き換わった構造を有する。
【００４２】
図１５はすだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造を示す図である。
すだれ状電極１２および１３は１０対の電極指を有する。すだれ状電極１２の電極指の交差領域は、２個の部分Ａ１およびＡ２と１個の部分Ｂ１から成り、部分Ｂ１は部分Ａ１およびＡ２の間にある。また、すだれ状電極１３の電極指の交差領域は、３個の部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３と、２個の部分Ｄ１およびＤ２から成り、部分Ｄ１は部分Ｃ１およびＣ２の間にあり、部分Ｄ２は部分Ｃ２およびＣ３の間にある。部分Ａ１およびＡ２それぞれの電極指の方向は、部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３それぞれの電極指の方向と平行である。部分Ａ１，Ａ２，Ｃ１，Ｃ２およびＣ３それぞれの電極周期長Ｐは１．７ｍｍである。
【００４３】
図１６は部分Ｂ１の拡大平面図である。部分Ｂ１の電極指は部分Ａ１およびＡ２の電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂ１の電極交差幅には、部分Ｂ１の電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、部分Ａ１およびＡ２の電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類がある。交差幅ＬＢＰは交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅ＬＢＰは、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。
【００４４】
図１７は部分Ｄ１の拡大平面図である。部分Ｄ２も部分Ｄ１と同様な構造を成す。部分Ｄ１の電極指は部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄ１の電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄ１の電極交差幅には、部分Ｄ１の電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、部分Ｃ１，Ｃ２およびＣ３の電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類がある。交差幅ＬＤＰは、交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｄ２についても同様である。部分Ａ１およびＡ２それぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｂ１の交差幅ＬＢＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）は、部分Ｃ１およびＣ３それぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｃ２の電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｄ１およびＤ２それぞれの交差幅ＬＤＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）に等しい。
【００４５】
図１４の第５の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図４の回路構成が用いられる。但し、図４のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。図１４の場合においては、図１５からも明らかなように、部分Ａ １ からＣ １ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ １ からＣ ２ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ １ が存在するために異なり、部分Ａ １ からＣ ２ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ ２ からＣ ２ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｂ １ が存在するために異なり、部分Ａ ２ からＣ ２ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ ２ からＣ ３ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ ２ が存在するために異なることがわかる。つまり、すだれ状電極１２および１３の間の遅延伝搬距離には４種類あり、それぞれの距離に対応する部分のすだれ状電極１３で、すだれ状電極１２からの弾性波を受波することとなる。このようにして、すだれ状電極１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波はすだれ状電極１３によって２個の電気信号Ｅ１ａおよびＥ２ａと、２個の電気信号Ｅ１ｂおよびＥ２ｂに変換されることとなるが、その際、部分Ｂ １ ，Ｄ １ およびＤ ２ の存在により、結果として、電気信号Ｅ１ａおよびＥ１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となり、電気信号Ｅ２ａおよびＥ２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。
このようにして、部分Ｂ １ が、部分Ａ １ とＡ ２ の間に存在するとともに【００４３】で明示されている条件を具備し、部分Ｄ １ が部分Ｃ １ とＣ ２ の間に、部分Ｄ ２ が部分Ｃ ２ とＣ ３ の間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｄ １ およびＤ ２ が【００４４】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１３での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極１２および１３は、圧電基板１において、超音波伝搬路Ｚ １ａ ，Ｚ １ｂ ，Ｚ ２ａ およびＺ ２ｂ を形成する。これら４個の超音波伝搬路は上記の４個の遅延伝搬距離に対応するものであって、超音波伝搬路Ｚ１ａは部分Ａ１とＣ１との間に、超音波伝搬路Ｚ１ｂは部分Ａ１とＣ２との間に、超音波伝搬路Ｚ２ａは部分Ａ２とＣ２との間に、超音波伝搬路Ｚ２ｂは部分Ａ２とＣ３との間にそれぞれ存在する。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において超音波伝搬路Ｚ １ｂ ，Ｚ １ａ ，Ｚ ２ｂ またはＺ ２ａ に対応する位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、周波数ｆ１ａ，ｆ１ｂ，ｆ２ａまたはｆ２ｂを有する電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出される。このとき、位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触してもしなくても部分Ｄ１およびＤ２で変換される電気信号が出力されることはない。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ，Ｆ２ａおよびＦ２ｂのどれに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００４６】
第５の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極１２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１３から成る構造、すなわち、図７のすだれ状電極２および３がすだれ状電極１２および１３に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図８の回路構成が用いられる。但し、図８のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１３によって２個の電気信号Ｅ１ａおよびＥ２ａと、２個の電気信号Ｅ１ｂおよびＥ２ｂに変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極１２とそれに対応するすだれ状電極１３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂが信号処理器５で検出される。このようにして、信号処理器５で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１２を判別することにより接触位置が明らかになる。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。
【００４７】
また、第５の実施例の超音波タッチパネルでは、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極７および８と、４つのすだれ状電極１２およびそれらに対応する４つのすだれ状電極１３から成る構造、すなわち、図９のすだれ状電極２および３がすだれ状電極１２および１３に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１０の回路構成が用いられる。但し、図１０のすだれ状電極２および３はすだれ状電極１２および１３に置き換えられる。スイッチ６を介してすだれ状電極１２から電気信号を入力することにより圧電基板１に励振された弾性波は、すだれ状電極１３によって位相θ１ａを有する電気信号Ｅ１ａおよび位相θ２ａを有する電気信号Ｅ２ａと、位相θ１ｂを有する電気信号Ｅ１ｂおよび位相θ２ｂを有する電気信号Ｅ２ｂに変換される。もしも、圧電基板１の上端面または下端面において、超音波送受波手段Ｘの中の１つのすだれ状電極１２とそれに対応するすだれ状電極１３との間にある位置Ｆ１ｂ，Ｆ１ａ，Ｆ２ｂまたはＦ２ａを接触すると、電気信号Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２ａまたはＥ２ｂがそのすだれ状電極１３から出力される。このとき、位相比較器１０ではすだれ状電極８から出力された電気信号の位相θｂａｓｅと、位相θ１ａ，θ１ｂ，θ２ａまたはθ２ｂとの差が検出される。信号処理器５はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１２を判別することにより接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｙに関しても同様である。
【００４８】
第１〜５の実施例の超音波タッチパネルでは、入力側のすだれ状電極２，７および１２の電極周期長Ｐが４００μｍで、出力側のすだれ状電極３，８，１１および１３がそれらに対応する電極周期長を有する構造が可能である。この場合、入力側のすだれ状電極から電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波が圧電基板１の上端面の表面近傍に励振される。このような弾性表面波を利用した超音波タッチパネルにおいては、圧電基板１の上端面を接触することによりその位置が特定される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルは圧電基板と、その圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成る。
【００５０】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成る。もしも入力用すだれ状電極に電気信号を入力すると、圧電基板に超音波が励振される。この超音波は部分ＲｉａおよびＲｉｂによって電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。このとき、電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。もしも、圧電基板における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を接触すると、超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置ＦＸａに接触したことを、位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。同様にして、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、位置ＦｉａまたはＦｉｂに接触したときにのみ電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００５１】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。もしも入力用すだれ状電極に電気信号を入力すると、圧電基板に超音波が励振される。この超音波は出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。入力用および出力用すだれ状電極は、圧電基板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。超音波伝搬路Ｚｉａは部分ＡｉとＣｉの間に、超音波伝搬路Ｚｉｂは部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にある。もしも、圧電基板における位置ＦｉａまたはＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を接触すると、超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断され、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置ＦＸａに接触したことを、位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。同様にして、位置ＦＸｂに接触したことを、位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、位置ＦｉａまたはＦｉｂに接触したときにのみ電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力することを可能にしている。
【００５２】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの周波数ｆｉｂまたはｆｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は信号処理器を含み、信号処理器は、接触位置ＦＸａを電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定し、接触位置ＦＸｂを電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する。
【００５３】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置ＦｉａまたはＦｉｂを、出力電気信号ＥｉｂまたはＥｉａそれぞれの位相θｉｂまたはθｉａと、基準となる位相θｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は位相比較器および信号処理器を含み、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含む。基準用すだれ状電極の一方に電気信号を入力すると圧電基板に超音波が励振され、この超音波はもう一方の基準用すだれ状電極によって位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。位相比較器は、接触により生ずる位相差（θｂａｓｅ−θｉａ）または位相差（θｂａｓｅ−θｉｂ）を検出する。信号処理器は、接触位置ＦＸａを位相差（θｂａｓｅ−θＸｂ）に基づいて特定し、接触位置ＦＸｂを位相差（θｂａｓｅ−θＸａ）に基づいて特定する。
【００５４】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄよりも大きい構造が可能である。この場合、圧電基板には弾性波が励振される。このような弾性波を利用したデバイスでは、圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００５５】
本発明の超音波タッチパネルでは、電極周期長Ｐが圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有する構造が可能である。この場合、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面の表面近傍には弾性表面波が励振される。このような弾性表面波を利用したデバイスでは、圧電基板のすだれ状電極を有する方の板面上における位置ＦｉａまたはＦｉｂを接触すると、電気信号ＥｉｂまたはＥｉａが発生する。
【００５６】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００５７】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路と、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路とを互いに直交させることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【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の実施例を示す平面図。
【図２】 すだれ状電極２と３との間の相対的な構造を示す図。
【図３】 部分Ｒ１ｍの拡大平面図。
【図４】 図１の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図５】 圧電基板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、ｆｄ値との関係を示す特性図。
【図６】 圧電基板１を伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図７】 本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図。
【図８】 図７の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図９】 本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図。
【図１０】 図９の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１１】 本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図。
【図１２】 すだれ状電極２と１１との間の相対的な構造を示す図。
【図１３】 部分Ｑ１の拡大平面図。
【図１４】 本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図。
【図１５】 すだれ状電極１２と１３との間の相対的な構造を示す図。
【図１６】 部分Ｂ１の拡大平面図。
【図１７】 部分Ｄ１の拡大平面図。
【符号の説明】
１ 圧電基板
２，１２ 入力用すだれ状電極
３，１１，１３ 出力用すだれ状電極
４，９ 増幅器
５ 信号処理器
６ スイッチ
７，８ 基準用すだれ状電極
１０ 位相比較器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an ultrasonic touch panel for detecting a position where a human finger or an object is in contact with a plate surface of a piezoelectric substrate provided with interdigital electrodes for input and output.
[0002]
[Prior art]
  A conventional touch panel using an ultrasonic method utilizes the fact that a surface acoustic wave is attenuated by exciting a surface acoustic wave on a non-piezoelectric plate and coming into contact with the non-piezoelectric plate. Examples of conventional methods for exciting a surface acoustic wave on a non-piezoelectric plate include a method of indirectly exciting with a wedge-shaped transducer using a bulk wave vibrator, a method of directly exciting with a piezoelectric thin film transducer, and the like. The wedge-shaped transducer is used for non-destructive inspection using ultrasonic waves, but is used only in a relatively low frequency range due to the problem of the working accuracy of the wedge angle. A piezoelectric thin film transducer is a method in which a piezoelectric thin film such as ZnO is vapor-deposited on a substrate and a surface acoustic wave is excited by an interdigital electrode, and is used as a high frequency device because it exhibits various transmission characteristics depending on the configuration of the interdigital electrode. There are problems in workability and mass productivity as well as in the VHF band. As described above, the conventional ultrasonic touch panel has problems in response time, sensitivity, durability, work accuracy, workability, mass productivity, ease of use, and the like, and the use frequency range is also limited. In addition, the conventional touch panel has to have a complicated signal processing method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  Conventional ultrasonic touch panels not only have problems in sensitivity, machining accuracy, workability, mass productivity, power consumption, etc., but also have problems in signal processing methods and circuit configurations.
  The object of the present invention is an ultrasonic wave excellent in processability, durability and mass productivity, low power consumption drive, short response time, simple signal processing, small circuit scale, and excellent usability It is to provide a touch panel.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  The ultrasonic touch panel according to claim 1 is a piezoelectric substrate, two ultrasonic transmission / reception means provided on one surface of the piezoelectric substrate, and information processing connected to the two ultrasonic transmission / reception means. The ultrasonic touch panel comprises a plurality of interdigital electrodes for input and interdigital electrodes for output corresponding to the interdigital electrodes for input, and the interdigital transducer for output. The crossing region of the electrode fingers of the electrode is one group Ri(I = 1) or N groups Ri(I = 1, 2,..., N) and the two groups RiAnd R(I + 1)(N-1) pieces Q sandwiched betweeni{I = 1, 2,..., (N−1)}, each group RiIs the two parts RiaAnd RibAnd part R sandwiched between themimAnd the part RiaAnd RibThe direction of each electrode finger is parallel to the direction of the electrode finger of the input interdigital electrode, and the portion RiaAnd RibEach electrode cycle length is equal to the electrode cycle length P of the input interdigital electrode, and the portion RimOf the input interdigital transducer has an angle α with respect to the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the portion RimPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofRNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α, and the portion RimIn the electrode crossing width, the portion RimCrossing width L in the direction of the electrode fingerRPAnd an intersection width L in a direction parallel to the electrode fingers of the interdigital transducer for inputRNAnd the intersection width LRPIs the intersection width LRNAnd secα, and equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα, the portion QiOf the input interdigital electrode has an angle of ± β with respect to the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the portion QiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofQNIs equal to the product of the electrode period length P and cos β, and the portion QiThe electrode crossing width ofiCrossing width L in the direction of the electrode fingerQPAnd an intersection width L in a direction parallel to the electrode fingers of the interdigital transducer for inputQNAnd the intersection width LQPIs the intersection width LQNIs equal to the product of secβ and the part RiaAnd RibEach electrode cross width and the cross width LRNAnd the intersection width LQNIs substantially equal to the electrode crossing width L of the input interdigital electrode, and the input interdigital electrode excites ultrasonic waves to the piezoelectric substrate when an electric signal is input, and the portion RiaAnd RibConverts the ultrasonic wave into an electric signal EiaAnd Eib(I = 1, 2,..., N) respectively, and the electric signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing the two is zero, and the interdigital electrodes for input and output are formed on the portion R of the piezoelectric substrate.iaAnd RibUltrasonic wave propagation path Z corresponding to eachiaAnd Zib(I = 1, 2,..., N) and position F on the piezoelectric substrateiaAnd Fib(I = 1, 2,..., N) is the ultrasonic wave propagation path ZiaAnd ZibAnd the output interdigital electrode corresponds to the position F.iaOr FibA finger or object comes into contact with the ultrasonic wave propagation path ZiaOr ZibOnly when the electric signal E is interrupted.ibOr EiaThe information processing unit outputs the position FiaOne of FXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected from the output interdigital electrode or the position F is detected.XbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected from the output interdigital electrode.
[0005]
  The ultrasonic touch panel according to claim 2, wherein the intersection width LQPThe electrode period length P is changed to the group RiIs equal to the product of cosecβ and the value divided by twice the number N.
[0006]
  The ultrasonic touch panel according to claim 3 is a piezoelectric substrate, two ultrasonic transmission / reception means provided on one surface of the piezoelectric substrate, and information processing connected to the two ultrasonic transmission / reception means. The ultrasonic touch panel comprises a plurality of interdigital electrodes for input and interdigital electrodes for output corresponding to the interdigital electrodes for input. The crossing region of the electrode fingers of the electrode is an N portion Ai(I = 1, 2,..., N) and the two parts AiAnd A(I + 1)(N-1) parts B sandwiched betweeni{I = 1, 2,... (N−1)}, and the intersection region of the electrode fingers of the output interdigital electrode has (N + 1) portions Ci{I = 1, 2,... (N + 1)} and the two parts CiAnd C(I + 1)N parts D sandwiched betweeni(I = 1, 2,..., N) and the part AiThe direction of the electrode finger is the portion CiThe part B is parallel to the direction of the electrode fingersiThe electrode finger is part AiAnd the portion BiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofBNIs said part AiAnd CiIs equal to the product of the electrode period length P and cos β, and the portion BiThe electrode crossing width of the part BiCrossing width L in the direction of the electrode fingerBPAnd said part AiWidth L in the direction parallel to the electrode fingersBNAnd the intersection width LBPIs the intersection width LBNIs equal to the product of secβ and said part DiThe electrode finger is part CiThe portion D has an angle α with respect to the electrode fingers ofiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofDNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α, and the portion DiThe electrode crossing width of the portion DiCrossing width L in the direction of the electrode fingerDPAnd said part CiWidth L in the direction parallel to the electrode fingersDNAnd the intersection width LDPIs the intersection width LDNAnd secα, and equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα, the portion AiElectrode finger crossing width and the crossing width LBNOf the part CiElectrode finger crossing width and the crossing width LDNThe interdigital electrode for input excites ultrasonic waves to the piezoelectric substrate by inputting an electric signal, and the interdigital electrode for output outputs the ultrasonic wave to N electrical signals E.ia(I = 1, 2,..., N) and N electrical signals Eib(I = 1, 2,..., N) and the electric signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing the two is zero, and the interdigital electrodes for input and output are N ultrasonic propagation paths Z in the piezoelectric substrate.ia(I = 1, 2,..., N) and N ultrasonic propagation paths Zib(I = 1, 2,..., N) and the ultrasonic wave propagation path ZiaIs said part AiAnd CiBetween the ultrasonic wave propagation path ZibIs said part AiAnd C(I + 1)The position F on the piezoelectric substrateiaAnd Fib(I = 1, 2,..., N) is the ultrasonic wave propagation path ZiaAnd ZibAnd the output interdigital electrode corresponds to the position F.iaOr FibA finger or object comes into contact with the ultrasonic wave propagation path ZiaOr ZibOnly when the electric signal E is interrupted.ibOr EiaThe information processing unit outputs the position FiaOne of FXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected from the output interdigital electrode or the position F is detected.XbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected from the output interdigital electrode.
[0007]
  The ultrasonic touch panel according to claim 4, wherein the intersection width LBPThe electrode period length P is changed to the portion A.iIs equal to the product of cosecβ and the value divided by twice the number N.
[0008]
  The ultrasonic touch panel according to claim 5, wherein the information processing unit includes an amplifier and a signal processor, and an output end of the output interdigital electrode is connected to an input end of the input interdigital electrode and the input interdigital electrode. The electric signal E is connected to the input end of the signal processor.iaAnd EibIs the frequency fiaAnd fibThe signal processor is in contact with the position FXaThe electric signal EXbFrequency fXbThe position F is specified by detectingXbThe electric signal EXaFrequency fXaIt is specified by detecting.
[0009]
  The ultrasonic touch panel according to claim 6, wherein each of the ultrasonic wave transmitting / receiving means includes two reference interdigital electrodes, one of the reference interdigital electrodes is used for input and the other is used for output. The directions of the electrode fingers of the two reference interdigital electrodes are parallel to each other, the information processing unit is composed of an amplifier, a phase comparator and a signal processor, and the output end of the other reference interdigital electrode is Via the amplifier, the reference interdigital electrodes and the input interdigital electrodes are connected to the input ends of the one and the input interdigital electrodes, and are connected to the input ends of the phase comparators. Is connected to the input end of the signal processor via the phase comparator, and the one of the reference interdigital electrodes excites an ultrasonic wave to the piezoelectric substrate by receiving an electric signal, and Kata reference interdigital transducer of the ultrasonic phase θbaseThe electric signal EiaAnd EibIs the phase θiaAnd θibAnd the phase comparator has the phase θbaseAnd the phase θiaOr θibThe signal processor detects the difference between the position FXaThe phase θbaseAnd the electrical signal EXbPhase θXbThe position F is specified based on the difference betweenXbThe phase θbaseAnd the electrical signal EXaPhase θXaBased on the difference between
[0010]
  The ultrasonic touch panel according to claim 7, wherein the electrode cycle length P is larger than the thickness d of the piezoelectric substrate, and the interdigital transducer for input receives an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P. By being input, an elastic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P is excited on the piezoelectric substrate.
[0011]
  The ultrasonic touch panel according to claim 8, wherein the electrode cycle length P has a value equal to or less than one-third of the thickness d of the piezoelectric substrate, and the interdigital electrodes for input are set to the electrode cycle length P. By inputting an electric signal having a substantially corresponding frequency, a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P is excited in the vicinity of the surface of the one plate surface of the piezoelectric substrate.
[0012]
  The ultrasonic touch panel according to claim 9, wherein the piezoelectric substrate is made of a piezoelectric ceramic, and a direction of a polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to a thickness direction of the piezoelectric ceramic.
[0013]
  The ultrasonic touch panel according to claim 10, wherein the ultrasonic wave propagation path Z in one of the ultrasonic wave transmitting / receiving means is provided.iaAnd ZibAnd the ultrasonic wave propagation path Z in the other ultrasonic wave transmitting / receiving meansiaAnd ZibAre orthogonal to each other.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The ultrasonic touch panel of the present invention includes a piezoelectric substrate, two ultrasonic wave transmitting / receiving means provided on one plate surface of the piezoelectric substrate, and an information processing unit connected to the two ultrasonic wave transmitting / receiving means. Each ultrasonic wave transmitting / receiving means comprises at least one set of input interdigital electrodes and an output interdigital electrode corresponding to the input interdigital electrodes.
[0015]
  In the first structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, the input interdigital electrode has a regular structure. The intersection region of the electrode fingers of the output interdigital electrode is one group Ri(I = 1) only or N groups Ri(I = 1, 2,..., N) and two groups RiAnd R(I + 1)(N-1) pieces Q sandwiched betweeni{I = 1, 2,... (N−1)}. Each group RiIs the two parts RiaAnd RibAnd part R sandwiched between themimConsists of. Part RiaAnd RibThe direction of each electrode finger is parallel to the direction of the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the portion RiaAnd RibEach electrode cycle length is equal to the electrode cycle length P of the input interdigital electrode. Part RimAnd the electrode finger of the input interdigital electrode has an angle α with respect to the electrode finger of the input interdigital electrode, and the portion RimPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofRNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α. Part RimThe electrode crossing width of theimCrossing width L in the direction of the electrode fingerRPAnd the intersection width L in the direction parallel to the electrode fingers of the interdigital electrodes for inputRNThere are two types, intersection width LRPIs the intersection width LRNIs equal to the product of secα and the product of half of the electrode period length P and cosecα. Part QiThe electrode finger of FIG. 6 has an angle ± β with respect to the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the portion QiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofQNIs equal to the product of the electrode period length P and cos β. Part QiThe electrode crossing width ofiCrossing width L in the direction of the electrode fingerQPAnd the intersection width L in the direction parallel to the electrode fingers of the interdigital electrodes for inputQNThere are two types, intersection width LQPIs the intersection width LQNIs equal to the product of secβ. Furthermore, the intersection width LQPRepresents the electrode period length P as group RiIt is possible to take a value equal to the product of the value (P / 2N) divided by 2 times the number N of the above and cosecβ. Part RiaAnd RibEach electrode cross width and cross width LRNAnd intersection width LQNIs substantially equal to the electrode crossing width L of the interdigital transducer for input.
[0016]
  In the first structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, an ultrasonic signal can be excited on the piezoelectric substrate by inputting an electric signal to the interdigital electrodes for input. This ultrasonic wave is part RiaAnd RibBy the electrical signal EiaAnd Eib(I = 1, 2,..., N) respectively. At this time, the electric signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing is zero. This is the intersection width LRPIs the intersection width LRNThis is due to being equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα. The interdigital electrodes for input and output are formed on the piezoelectric substrate with a portion RiaAnd RibUltrasonic wave propagation path Z corresponding to eachiaAnd Zib(I = 1, 2,..., N).That is, the elastic wave excited or received by the interdigital electrodes for input and output is considered to be in the direction orthogonal to the electrode fingers, and the width of the wave front of the elastic wave corresponds to the intersection width of the interdigital electrodes. Therefore, a portion R between the input and output interdigital electrodes is formed on the piezoelectric substrate. ia And R ib Ultrasonic wave propagation path Z corresponding to each ia And Z ib Will be formed. In this wayGroup R between the input and output interdigital electrodesiThere are two times (2N) ultrasonic wave propagation paths of the number N.Accordingly, when contacting any position in the region between the input and output interdigital electrodes on the plate surface having the input and output interdigital electrodes of the piezoelectric substrate, or for inputting the piezoelectric substrate and When contacting any position of the portion corresponding to the region on the plate surface having no output interdigital electrode, the contact position is always the ultrasonic propagation path Z. ia And Z ib It will correspond to. In other words, the ultrasonic wave propagation path Z is always on one of the plate surfaces of the piezoelectric substrate. ia And Z ib Position F corresponding to each ia And F ib (I = 1, 2,..., N) exists.
  If the piezoelectric substrateEither one of the plate surfaceInPosition F ia Or F ib When a finger or object touches the position FiaOr FibUltrasonic wave propagation path Z corresponding to eachiaOr ZibAt this time, the electric signal EibOr EiaIs output from the output interdigital electrode.That is, the electric signal E ib Or E ia Only will appear as an output signal. In this wayThe information processing unitiaOne of FXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected by being output from the interdigital electrode for output.That is, position F Xa X in is one of i, for example if i = 2 then F Xa = F 2a In this case, the position F 2a Position F that is paired with 2b Electrical signal E corresponding to 2b Is output from the output interdigital electrode, and the position F is thus obtained. 2a It is sensed that it touched.Similarly, the information processing unitXbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected by being output from the interdigital electrode for output. In this way, the ultrasonic touch panel of the present invention has the position F of the touched piezoelectric substrate.iaOr FibCorresponding to the electrical signal EibOr EiaCan be output.
[0017]
  In the second structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, the intersection region of the electrode fingers of the interdigital electrodes for input has N portions A.i(I = 1, 2,..., N) and two parts AiAnd A(I + 1)(N-1) parts B sandwiched betweeni{I = 1, 2,..., (N−1)}, and the intersection region of the electrode fingers of the output interdigital electrode is (N + 1) portions Ci{I = 1, 2,... (N + 1)} and two parts CiAnd C(I + 1)N parts D sandwiched betweeni(I = 1, 2,..., N). Part AiThe direction of the electrode finger is part CiParallel to the direction of the electrode fingers. Part BiThe electrode finger is part AiWith an angle of -β with respect to the electrode fingers, and part BiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofBNIs part AiAnd CiIs equal to the product of the electrode period length P and cos β. Part BiThe electrode crossing width ofiCrossing width L in the direction of the electrode fingerBPAnd part AiWidth L in the direction parallel to the electrode fingersBNThere are two types. Intersection width LBPIs the intersection width LBNIs equal to the product of secβ. Furthermore, the intersection width LBPIs the electrode period length P as part AiIt is possible to take a value equal to the product of the value (P / 2N) divided by 2 times the number N of the above and cosecβ. Part DiThe electrode finger is part CiWith an angle α to the electrode fingers ofiPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofDNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α. Part DiThe electrode crossing width ofiCrossing width L in the direction of the electrode fingerDPAnd part CiWidth L in the direction parallel to the electrode fingersDNThere are two types. Intersection width LDPIs the intersection width LDNIs equal to the product of secα and the product of half of the electrode period length P and cosecα. Part AiElectrode finger cross width and cross width LBNThe total of part CiElectrode finger cross width and cross width LDNIs approximately equal to the sum of
[0018]
  In the second structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, an ultrasonic wave can be excited on the piezoelectric substrate by inputting an electric signal to the interdigital electrodes for input. This ultrasonic wave is generated by N electric signals E by an output interdigital electrode.ia(I = 1, 2,..., N) and N electrical signals Eib(I = 1, 2,..., N). Electrical signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing is zero. This is the intersection width LDPIs the intersection width LDNThis is due to being equal to the product of half of the electrode period length P and cosecα. The interdigital electrodes for input and output are composed of N ultrasonic propagation paths Z on the piezoelectric substrate.ia(I = 1, 2,..., N) and N ultrasonic propagation paths Zib(I = 1, 2,..., N). That is, between the input and output interdigital electrodes, the portion AiThere are two times (2N) of ultrasonic propagation paths, and the ultrasonic propagation path ZiaIs part AiAnd CiBetween the ultrasonic propagation path ZibIs part AiAnd C(I + 1)Between.
  If the piezoelectric substrateEither one of the plate surfacePosition F atiaOr FibWhen a finger or object touches (i = 1, 2,..., N), the position FiaOr FibUltrasonic wave propagation path Z corresponding to eachiaOr ZibAt this time, the electric signal EibOr EiaIs output from the output interdigital electrode.That is, the electric signal E ib Or E ia Only will appear as an output signal. In this wayThe information processing unitiaOne of FXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected by being output from the interdigital electrode for output. Similarly, the information processing unitXbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected by being output from the interdigital electrode for output. In this way, the ultrasonic touch panel of the present invention has the position F of the touched piezoelectric substrate.iaOr FibCorresponding to the electrical signal EibOr EiaCan be output.
[0019]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, the touched position FiaOr FibOutput electric signal EibOr EiaEach frequency fibOr fiaIt is possible to specify by. In this case, the information processing unit includes an amplifier and a signal processor. The output end of the output interdigital electrode is connected to the input end of the input interdigital electrode and the input end of the signal processor via an amplifier. The signal processor is in contact with the position FXaThe electrical signal EXbFrequency fXbIt is specified by detecting. Similarly, the contact position FXbThe electrical signal EXaFrequency fXaIt is specified by detecting.That is, position F ia One of the positions F Xa Position F Xa X in is one of i, for example if i = 2 then F Xa = F 2a In this case, the position F 2a Position F that is paired with 2b Output electrical signal E corresponding to 2b Frequency f 2b As a result, the position F is detected. 2a Is identified as having contacted. Similarly, position F ib One of the positions F Xb If i = 2, F Xb = F 2b And position F 2b Position F that is paired with 2a Output electrical signal E corresponding to 2a Frequency f 2a As a result, the position F is detected. 2b Is identified as having contacted.
[0020]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, the touched position FiaOr FibOutput electric signal EibOr EiaEach phase θibOr θiaAnd the reference phase θbaseIt is possible to specify from the difference. In this case, the information processing unit comprises an amplifier, a phase comparator, and a signal processor, and each ultrasonic wave transmitting / receiving means includes two interdigital electrodes for reference, one of which is used for input and the other is used for output. It is done. The directions of the electrode fingers of the two reference interdigital electrodes are parallel to each other. The output end of the reference interdigital electrode for output is connected to the input end of each of the reference interdigital electrode and the input interdigital electrode via an amplifier, and the input end of the phase comparator. Connected to. The output end of the output interdigital electrode is connected to the input end of the signal processor via a phase comparator. When an electrical signal is input to the reference interdigital electrode for input, ultrasonic waves are excited on the piezoelectric substrate, and this ultrasonic wave is phase-shifted by the reference interdigital electrode for output.baseIt is converted into an electrical signal having IfPosition F ib One ofPosition FXbContact with, Electrical signal E Xa Is output, Phase θ in the phase comparatorbaseWhen, Electrical signal E Xa Phase ofθXaAnd the difference (θbase−θXa) Is detected,Position F ia One ofPosition FXaContactAnd electrical signal E Xb Is output, Phase θ in the phase comparatorbaseWhen, Electrical signal E Xb Phase θ Xb And the difference (θbase−θ Xb ) Is detected. The signal processor is in contact with the position FXaThe phase difference (θbase−θXb) To identify. Similarly, the contact position FXbThe phase difference (θbase−θXa) To identify.In this way, if position F ib One of the positions F Xb Position F Xb X in is one of i, for example if i = 2 then F Xb = F 2b In this case, the position F 2b Position F that is paired with 2a Electrical signal E corresponding to 2a Is output in the phase comparator. base And θ 2a And the difference (θ base −θ 2a ) Is detected, and as a result, the position F 2b Is identified as having contacted. Similarly, position F ia One of the positions F Xa If i = 2, F Xa = F 2a And position F 2a Position F that is paired with 2b Electrical signal E corresponding to 2b Is output in the phase comparator. base And θ 2b And the difference (θ base −θ 2b ) Is detected, and as a result, the position F 2a Is identified as having contacted.
[0021]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, a structure in which the electrode periodic length P is larger than the thickness d of the piezoelectric substrate is possible. In this case, the interdigital electrode for input can excite an elastic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P to the piezoelectric substrate by inputting an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P. It becomes. In a device using such an elastic wave, the position F on one plate surface of the piezoelectric substrate is F.iaOr FibTouches the electrical signal EibOr EiaOccurs.
[0022]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, a structure in which the electrode periodic length P has a value equal to or less than one third of the thickness d of the piezoelectric substrate is possible. In this case, the input interdigital electrode receives an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode periodic length P, and therefore the electrode periodic length P and the surface of the plate surface of the piezoelectric substrate having the interdigital electrode It becomes possible to excite surface acoustic waves having substantially the same wavelength. In a device using such a surface acoustic wave, the position F on the plate surface of the piezoelectric substrate having the interdigital electrode.iaOr FibTouches the electrical signal EibOr EiaOccurs.
[0023]
  The ultrasonic touch panel of the present invention employs a piezoelectric ceramic as a piezoelectric substrate, and adopts a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to the direction of the thickness d, thereby facilitating design ease. Devices can be provided.
[0024]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, the ultrasonic wave propagation path Z in one ultrasonic wave transmitting / receiving means.iaAnd ZibAnd the ultrasonic wave propagation path Z in the other ultrasonic wave transmitting / receiving meansiaAnd ZibBy adopting a structure in which the two are orthogonal to each other, the contact position can be expressed by two-dimensional coordinates with the propagation paths orthogonal to each other as the X axis and the Y axis, respectively.
[0025]
【Example】
  FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment comprises a piezoelectric substrate 1, ultrasonic transmission / reception means X in the X-axis direction, ultrasonic transmission / reception means Y in the Y-axis direction, and an information processing unit Z. However, in FIG. 1, only the piezoelectric substrate 1 and the ultrasonic wave transmitting / receiving means X and Y are depicted. Each ultrasonic wave transmitting / receiving means includes an input interdigital electrode 2 and an output interdigital electrode 3. The interdigital electrodes 2 and 3 are made of an aluminum thin film, have ten pairs of electrode fingers, and are provided on the upper end surface of the piezoelectric substrate 1. The piezoelectric substrate 1 is made of a piezoelectric ceramic having a thickness d of 1.5 mm, and the direction of its polarization axis is parallel to the direction of the thickness d.
[0026]
  FIG. 2 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 2 and 3. The interdigital electrode 2 has a regular structure, the electrode period length P is 1.7 mm, and the electrode crossing width L is 15 mm. The interdigital region of the interdigital electrode 3 is one group R1Group R1Is the two parts R1aAnd R1bAnd part R sandwiched between them1mConsists of. Part R1aAnd R1bThe direction of each electrode finger is parallel to the direction of the electrode finger of the interdigital electrode 2, and the portion R1aAnd R1bEach electrode cycle length is equal to the electrode cycle length P of the interdigital electrode 2.
[0027]
  FIG. 3 shows part R1mFIG. Part R1mOf the interdigital transducer 2 has an angle α with respect to the interdigital transducer 2 and the portion R1mPeriod length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofRNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α. Part R1mThe electrode crossing width of the1mCrossing width L in the direction of the electrode fingerRPAnd the intersection width L in the direction parallel to the electrode fingers of the interdigital electrode 2RNThere are two types. Intersection width LRPIs the intersection width LRNIs equal to the product of secα and the product of half of the electrode period length P and cosecα. Part R1aAnd R1bEach electrode cross width (7mm) and part R1mIntersection width LRNThe sum of (1 mm) is equal to the electrode crossing width L (15 mm) of the interdigital electrode 2.
  2 and 3, the part R 1m And R 1a Near the boundary with the part R 1m And R 1b It can be seen that there is a difference corresponding to half of the electrode period length P at the distance from the interdigital electrode 2 in the vicinity of the boundary between and the interdigital electrode 2. This means that the interdigital electrode 2 and the part R 1a , The interdigital electrode 2 and the part R 1b This means that there is a difference corresponding to half of the electrode period length P.
[0028]
  FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. The circuit shown in FIG. 4 includes an information processing unit Z. The information processing unit Z includes an amplifier 4 and a signal processor 5. The output terminal of the interdigital electrode 3 is connected to the input terminal of the interdigital electrode 2 and the input terminal of the signal processor 5 via the amplifier 4. When an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P is input to the interdigital electrode 2, an elastic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P is excited on the piezoelectric substrate 1. This elastic wave, The interdigital electrode 3 is reached, but the part R 1m If we focus on the electrode part 1m Is inclined with respect to the interdigital electrode 2 for input, so that the elastic wave propagating from the interdigital electrode 2 cannot be received. 1m The output of the electric signal in itself becomes zero. On the other hand, a portion R parallel to the interdigital electrode 2 for input 1a And R 1b If we focus on the part R 1a And R 1b However, since there is a difference corresponding to half of the electrode period length P at the distance from the interdigital electrode 2, as described in ## EQU1 ## 1a And the propagation distance from the interdigital electrode 2 to the portion R 1b The delay propagation distance to reach the wavelength of the propagating elastic wave 2 This results in a shift of one minute cycle. As a result, part R 1a And R 1b The elastic wave that reachedPart R1aAnd R1bBy frequency f1aAnd f1bElectrical signal E with1aAnd E1bRespectively converted toWhenElectrical signal E1aAnd E1bThe amplitude of the electrical signal generated by combiningPart R 1m As a result of electrical coupling at the electrode partIt becomes zero.Therefore, part R 1a And R 1b The output of the sum of electrical signals becomes zero. As a result, no electrical signal is output from the entire interdigital electrode 3.
In this way, part R 1m But part R 1a And R 1b And satisfying the conditions specified in FIG. 3 and FIG. 3 result in the output electric signal at the interdigital electrode 3 being zero.
  The interdigital electrodes 2 and 3 are formed on the piezoelectric substrate 1 with a portion R1aAnd R1bUltrasonic wave propagation path Z corresponding to each1aAnd Z1bForm. If the top or bottom surface of the piezoelectric substrate 1 isUltrasonic wave propagation path Z 1b Corresponding toPosition F1bThe finger or object touches the ultrasonic wave propagation path Z1bIs interrupted, the ultrasonic propagation path Z1aElectrical signal E corresponding to1aIs output from the interdigital electrode 3. Similarly,Ultrasonic wave propagation path Z 1a Corresponding toPosition F1aContact with the ultrasonic wave propagation path Z1aIs interrupted, the electric signal E1bIs output.In other words, position F 1b Touches position F 1b Position F that is paired with 1a Electrical signal E corresponding to 1a Is output from the interdigital electrode 3 and the position F 1a Touches position F 1a Position F that is paired with 1b Electrical signal E corresponding to 1b Is output from the interdigital electrode 3. That is, when there is no contact, part R 1m The output electric signal of the interdigital electrode 3 as a whole is zero, but when it comes into contact, the electric signal E 1a Or E 1b Is output from the interdigital electrode 3.That is, when the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is not contacted, an electrical signal is not output from the interdigital electrode 3, but the position F1bThe frequency f1aElectrical signal E with1aIs position F1aThe frequency f1bElectrical signal E with1bIs detected by the signal processor 5. In this way, from the frequency of the electrical signal detected by the signal processor 5, the position F1aAnd F1bYou can see which of the contacts. In addition, the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means X and the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means Y are detected simultaneously. In this embodiment, two ultrasonic transmission / reception means X and Y are used, and an ultrasonic propagation path Z in the ultrasonic transmission / reception means X is used.1aAnd Z1bAnd the ultrasonic wave propagation path Z in the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y1aAnd Z1bSince they are orthogonal to each other, the contact position can be expressed by two-dimensional coordinates with the orthogonal propagation paths as the X axis and the Y axis, respectively. Electrical signal E output from the interdigital electrode 31aOr E1bIs amplified by the amplifier 4, and a part of the amplified electric signal is input to the interdigital electrode 2 again. In this way, the ultrasonic wave propagation path Z only at the time of contact1aOr Z1bAs a delay element is configured, not only driving with low power consumption is possible, but also the circuit configuration is simplified.
[0029]
  FIG. 5 shows an electromechanical coupling coefficient k calculated from the phase velocity difference between two different electrical boundary conditions of the piezoelectric substrate 1.25 is a characteristic diagram showing the relationship between the product (fd) of the frequency f of the elastic wave and the thickness d of the piezoelectric substrate 1. However, the transverse wave velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric substrate 1 is 2450 m / s, and the longitudinal wave velocity is 4390 m / s. For example, the electrical energy applied to the interdigital electrode 2 is S0The fd value when converted to a mode elastic wave is about 1.3 MHz · mm, k2Indicates about 12.4% of the maximum value. K here2The value is LiNbO in the practical range as a piezoelectric substrate for surface acoustic waves.3It is clear that the single crystal is worthy of evaluation even when compared with the value of about 5%.
[0030]
  FIG. 6 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of an elastic wave propagating through the piezoelectric substrate 1, and is a diagram showing the phase velocity of each mode with respect to the fd value. The symbol ● indicates an fd value (a value calculated from FIG. 5, in which electric energy applied to the interdigital electrode 2 is most efficiently converted into an elastic wave in each mode.2Fd value indicating the maximum value). It can be seen that all the phase velocities at the mark ● show values in the vicinity of 3500 m / s.
[0031]
  FIG. 7 is a plan view showing a second embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment comprises a piezoelectric substrate 1, ultrasonic transmission / reception means X in the X-axis direction, ultrasonic transmission / reception means Y in the Y-axis direction, and an information processing unit Z. However, in FIG. 7, only the piezoelectric substrate 1 and the ultrasonic wave transmitting / receiving means X and Y are drawn. Each ultrasonic wave transmission / reception means includes four interdigital electrodes 2 and four interdigital electrodes 3 corresponding thereto.
[0032]
  FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. 8 includes a switch 6 and an information processing unit Z. The information processing unit Z includes an amplifier 4 and a signal processor 5. The output terminals of the interdigital electrodes 3 are connected to each other at one connection point, and the connection point is connected to the input terminal of the switch 6 and the input terminal of the signal processor 5 via the amplifier 4. The switch 6 has a function of inputting electrical signals to the four interdigital electrodes 2 in order. When an electric signal is input from the interdigital electrode 2 through the switch 6, an elastic wave is excited in the piezoelectric substrate 1. This elastic wave is part R1aAnd R1bBy the frequency f1aAnd f1bElectrical signal E with1aAnd E1 bRespectively. If the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is located at a position F between one interdigital electrode 2 and the corresponding interdigital electrode 3 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X.1bSignal E1aIs position F1aSignal E1bIs detected by the signal processor 5. In this way, the contact position is clarified by discriminating the frequency of the electric signal detected by the signal processor 5 and only one interdigital electrode 2 connected when the electric signal is detected. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y. The contact position related to the ultrasonic transmission / reception means X and the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means Y are detected simultaneously. Electrical signal E output from the interdigital electrode 31aOr E1bIs amplified by the amplifier 4, and a part of the amplified electric signal is input again to the interdigital electrode 2 via the switch 6. In this way, the ultrasonic wave propagation path Z only at the time of contact1aOr Z1bAs a delay element is configured, not only driving with low power consumption is possible, but also the circuit configuration is simplified.
[0033]
  FIG. 9 is a plan view showing a third embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment comprises a piezoelectric substrate 1, ultrasonic transmission / reception means X in the X-axis direction, ultrasonic transmission / reception means Y in the Y-axis direction, and an information processing unit Z. However, in FIG. 9, only the piezoelectric substrate 1 and the ultrasonic wave transmitting / receiving means X and Y are depicted. Each ultrasonic wave transmitting / receiving means is composed of interdigital reference electrodes 7 and 8, four interdigital electrodes 2, and four interdigital electrodes 3 corresponding thereto. The interdigital electrodes 7 and 8 have a regular structure, and the electrode period length P is 1.7 mm.
[0034]
  FIG. 10 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. The circuit of FIG. 10 includes an amplifier 4, a switch 6, and an information processing unit Z. The information processing unit Z includes an amplifier 9, a phase comparator 10, and a signal processor 5. The output terminals of the interdigital electrodes 3 are connected to each other at one connection point, and the connection point is connected to the input terminal of the phase comparator 10 via the amplifier 4. The output terminal of the interdigital electrode 8 is connected to the input terminal of the interdigital electrode 7 and the input terminal of the switch 6 through the amplifier 9 and to the input terminal of the phase comparator 10. The switch 6 has a function of inputting electrical signals to the four interdigital electrodes 2 in order. When an electric signal is input from the interdigital electrode 7, an elastic wave is excited in the piezoelectric substrate 1. This elastic wave is phased θ by the interdigital electrode 8.baseIs converted into an electric signal having the following output and amplified by the amplifier 9. Part of the amplified electrical signal (Mal 1) is input to the interdigital electrode 7 and the switch 6. In this way, it is possible to configure an oscillator that uses the ultrasonic wave propagation path between the interdigital electrodes 7 and 8 as a delay element. The remainder (Mull 2) of the amplified electrical signal is input to the phase comparator 10. When an electric signal is input from the interdigital electrode 2 through the switch 6, an elastic wave is excited in the piezoelectric substrate 1. This elastic wave is part R1aAnd R1bBy phase θ1aAnd θ1bOn the upper end surface or the lower end surface, a position F between one interdigital electrode 2 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X and the interdigital electrode 3 corresponding thereto.1bSignal E1aIs position F1aSignal E1bIs output from the interdigital electrode 3. At this time, in the phase comparator 10, the phase θbaseAnd phase θ1aOr θ1bAnd the difference is detected. The signal processor 5 discriminates this phase difference and only one interdigital electrode 2 connected when this phase difference is detected.1aAnd E1bRespectively. If the contact position of the piezoelectric substrate 1 is specified. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y. The contact position related to the ultrasonic transmission / reception means X and the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means Y are detected simultaneously.
[0035]
  FIG. 11 is a plan view showing a fourth embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment has a structure in which the output interdigital electrode 3 in FIG. 1 is replaced with the output interdigital electrode 11.
[0036]
  FIG. 12 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 2 and 11. The interdigital electrode 11 has 10 pairs of electrode fingers, and the intersecting region of the electrode fingers is divided into two groups R.1And R2And one part Q1Consisting of part Q1Is Group R1And R2Between. Group R1Is the two parts R1aAnd R1bAnd part R sandwiched between them1mGroup R2Is the two parts R2aAnd R2bAnd part R sandwiched between them2mConsists of. Part R1a, R1b, R2aAnd R2bThe direction of each electrode finger is parallel to the direction of the electrode finger of the interdigital electrode 2, and the portion R1a, R1b, R2aAnd R2bEach electrode cycle length is equal to the electrode cycle length P of the interdigital electrode 2. Part R1mAnd R2mThe structure is similar to the structure shown in FIG.
[0037]
  FIG. 13 shows part Q1FIG. Part Q1This electrode finger has an angle of -β with respect to the electrode finger of the interdigital electrode 2. In the present embodiment, the inclination is −β as described above, but a case of having an inclination of + β is also possible. Part Q1Period length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofQNIs equal to the product of the electrode period length P and cos β. Part Q1The electrode crossing width of1Crossing width L in the direction of the electrode fingerQPAnd the intersection width L in the direction parallel to the electrode fingers of the interdigital electrode 2QNThere are two types. Intersection width LQPIs the intersection width LQNIs equal to the product of cosecβ and the value obtained by dividing the electrode period length P by 4 (P / 4). Part R1a, R1b, R2aAnd R2bEach electrode cross width (3mm) and part R1mAnd R2mEach intersection width LRN(1mm) and part Q1Intersection width LQNThe sum of (1 mm) is equal to the electrode crossing width L (15 mm) of the interdigital electrode 2.
[0038]
  When driving the ultrasonic touch panel of the fourth embodiment of FIG. 11, the circuit configuration of FIG. 4 is used. However, the interdigital electrode 3 in FIG. 4 is replaced with the interdigital electrode 11. The elastic wave excited on the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 2 isIt will reach the interdigital electrode 11, but the part Q 1 When focusing on the electrode part, the part Q 1 Is inclined with respect to the interdigital electrode 2 for input, so that the elastic wave propagating from the interdigital electrode 2 cannot be received. 1 The output of the electrical signal in itself is the part R described in [0028]. 1m As in the case of, it becomes zero. Meanwhile, Group R 1 And R 2 Group R 1 Part R constituting 1a And R 1b And group R 2 Part R constituting 2a And R 2b Is the part R described in [0028] 1a And R 1b Group R 1 Itself and group R 2 The output of the electric signal in itself is both zero. In this way, elastic wavesPart R1a, R1b, R2aAnd R2bBy the frequency f1a, F1b, F2aAnd f2bElectrical signal E with1a, E1b, E2aAnd E2bRespectively converted toWhenElectrical signal E1aAnd E1bThe amplitude of the electric signal produced by synthesizing the electric signal and the electric signal E2aAnd E2bBoth of the amplitudes of the electric signals generated by synthesizing are zero.This means that the output electric signal of the interdigital electrode 11 as a whole becomes zero.
  In this way, part R 1m Is part R 1a And R 1b Between the parts R 2m Is part R 2a And R 2b And the part R 1m And R 2m Has the conditions specified in [0027] and the part Q 1 Is Group R 1 And R 2 And part Q 1 Satisfying the condition specified by ## EQU3 ## results in zero output electric signal at the interdigital electrode 11.
  The interdigital electrodes 2 and 11 are formed on the piezoelectric substrate 1 with a portion R1a, R1b, R2aAnd R2bUltrasonic wave propagation path Z corresponding to each1a, Z1b, Z2aAnd Z2bForm. If the top or bottom surface of the piezoelectric substrate 1 isUltrasonic wave propagation path Z 1b , Z 1a , Z 2b And Z 2a Corresponding toPosition F1b, F1a, F2bOr F2aThe frequency f1a, F1b, F2aOr f2bElectrical signal E with1a, E1b, E2aOr E2bIs detected by the signal processor 5.For example, position F 1a Touches position F 1a Position F that is paired with 1b Electrical signal E corresponding to 1b Is output from the interdigital electrode 11 and detected by the signal processor 5. That is, when there is no contact, part R 1m , R 2m And Q 1 The output electric signal of the interdigital electrode 11 as a whole is zero, but when it comes into contact, the electric signal E 1a , E 1b , E 2a Or E 2b Is detected by the signal processor 5.In this way, from the frequency of the electrical signal detected by the signal processor 5, the position F1a, F1b, F2aAnd F2bYou can see which of them touched. In addition, the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means X and the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means Y are detected simultaneously.
[0039]
  In the ultrasonic touch panel of the fourth embodiment, each ultrasonic wave transmitting / receiving means has a structure including four interdigital electrodes 2 and four interdigital electrodes 11 corresponding thereto, that is, interdigital electrodes 3 in FIG. A structure in which the electrode 11 is replaced is possible. When driving the ultrasonic touch panel having such a structure, the circuit configuration of FIG. 8 is used. However, the interdigital electrode 3 in FIG. 8 is replaced with the interdigital electrode 11. The elastic wave excited by the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 2 through the switch 6 is a part R1a, R1b, R2aAnd R2bBy the frequency f1a, F1b, F2aAnd f2bElectrical signal E with1a, E1b, E2aAnd E2bRespectively. If the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is located at a position F between one interdigital electrode 2 and the corresponding interdigital electrode 3 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X.1b, F1a, F2bOr F2aTouches the electrical signal E1a, E1b, E2aOr E2bIs detected by the signal processor 5. In this way, the contact position is clarified by discriminating the frequency of the electric signal detected by the signal processor 5 and only one interdigital electrode 2 connected when the electric signal is detected. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y.
[0040]
  Further, in the ultrasonic touch panel of the fourth embodiment, each ultrasonic wave transmitting / receiving means is composed of reference interdigital electrodes 7 and 8, four interdigital electrodes 2, and four interdigital electrodes 11 corresponding thereto. That is, a structure in which the interdigital electrode 3 in FIG. 9 is replaced with the interdigital electrode 11 is possible. When driving the ultrasonic touch panel having such a structure, the circuit configuration of FIG. 10 is used. However, the interdigital electrode 3 in FIG. 10 is replaced with the interdigital electrode 11. The elastic wave excited on the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 2 via the switch 6 is a part R1a, R1b, R2aAnd R2bBy phase θ1a, Θ1b, Θ2aOr θ2bElectrical signal E with1a, E1b, E2aOr E2bRespectively. If the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is located at a position F between one interdigital electrode 2 and the corresponding interdigital electrode 3 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X.1b, F1a, F2bOr F2aTouches the electrical signal E1a, E1b, E2aOr E2bIs output from the interdigital electrode 3. At this time, the phase comparator 10 outputs the phase θ of the electric signal output from the interdigital electrode 8.baseAnd phase θ1a, Θ1b, Θ2aOr θ2bAnd the difference is detected. The signal processor 5 identifies the contact position by discriminating this phase difference and only one interdigital electrode 2 connected when this phase difference is detected. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y.
[0041]
  FIG. 14 is a plan view showing a fifth embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment has a structure in which the input interdigital electrode 2 and the output interdigital electrode 3 in FIG. 1 are replaced with the input interdigital electrode 12 and the output interdigital electrode 13.
[0042]
  FIG. 15 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 12 and 13.
Interdigital electrodes 12 and 13 have 10 pairs of electrode fingers. The crossing region of the electrode fingers of the interdigital electrode 12 has two parts A1And A2And one part B1Consisting of part B1Is part A1And A2Between. Further, the crossing region of the electrode fingers of the interdigital electrode 13 has three portions C1, C2And C3And two parts D1And D2Consisting of part D1Is part C1And C2Part D2Is part C2And C3Between. Part A1And A2The direction of each electrode finger is part C1, C2And C3It is parallel to the direction of each electrode finger. Part A1, A2, C1, C2And C3Each electrode period length P is 1.7 mm.
[0043]
  FIG. 16 shows part B1FIG. Part B1The electrode finger is part A1And A2With an angle of -β with respect to the electrode fingers, and part B1Period length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofBNIs equal to the product of the electrode period length P and cos β. Part B1The electrode crossing width of1Crossing width L in the direction of the electrode fingerBPAnd part A1And A2Width L in the direction parallel to the electrode fingersBNThere are two types. Intersection width LBPIs the intersection width LBNIs equal to the product of secβ. Furthermore, the intersection width LBPIs equal to the product of the value obtained by dividing the electrode period length P by 4 (P / 4) and cosecβ.
[0044]
  FIG. 17 shows part D1FIG. Part D2Also part D1It has the same structure as Part D1The electrode finger is part C1, C2And C3With an angle α to the electrode fingers of1Period length P of electrode fingers in a direction orthogonal to the electrode fingers ofDNIs equal to the product of the electrode period length P and cos α. Part D1The electrode crossing width of1Crossing width L in the direction of the electrode fingerDPAnd part C1, C2And C3Width L in the direction parallel to the electrode fingersDNThere are two types. Intersection width LDPIs the intersection width LDNIs equal to the product of secα and the product of half of the electrode period length P and cosecα. Part D2The same applies to. Part A1And A2Each electrode cross width (7mm) and part B1Intersection width LBN(1mm) total (15mm) is part C1And C3Each electrode cross width (3mm) and part C2Electrode crossing width (7mm) and part D1And D2Each intersection width LDNIt is equal to the sum (15 mm) of (1 mm).
[0045]
  When the ultrasonic touch panel of the fifth embodiment shown in FIG. 14 is driven, the circuit configuration shown in FIG. 4 is used. However, the interdigital electrodes 2 and 3 in FIG. 4 are replaced with interdigital electrodes 12 and 13.In the case of FIG. 14, as apparent from FIG. 1 To C 1 And the delay propagation distance up to 1 To C 2 The delay propagation distance up to 1 Is different because there is a part A 1 To C 2 And the delay propagation distance up to 2 To C 2 The delay propagation distance to 1 Is different because there is a part A 2 To C 2 And the delay propagation distance up to 2 To C 3 The delay propagation distance up to 2 It can be seen that it is different because of That is, there are four types of delayed propagation distances between the interdigital electrodes 12 and 13, and the elastic wave from the interdigital electrode 12 is received by the interdigital electrodes 13 corresponding to the respective distances. In this wayThe elastic wave excited on the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 12 is converted into two electric signals E by the interdigital electrode 13.1aAnd E2aAnd two electrical signals E1bAnd E2bConverted toIn that case, part B 1 , D 1 And D 2 As a result of the presence ofElectrical signal E1aAnd E1bThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing the signal becomes zero, and the electric signal E2aAnd E2bThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing is zero.
In this way, part B 1 But part A 1 And A 2 With the condition specified in ## EQU1 ## and part D 1 Is part C 1 And C 2 In between, part D 2 Is part C 2 And C 3 Between the two and the part D 1 And D 2 Satisfying the condition specified by ## EQU1 ## results in the output electric signal at the interdigital electrode 13 being zero.
  The interdigital electrodes 12 and 13 are formed on the piezoelectric substrate 1 as follows:Ultrasonic wave propagation path Z 1a , Z 1b , Z 2a And Z 2b Form.These four ultrasonic propagation paths correspond to the above four delay propagation distances., Ultrasonic wave propagation path Z1aIs part A1And C1Between the ultrasonic propagation path Z1bIs part A1And C2Between the ultrasonic propagation path Z2aIs part A2And C2Between the ultrasonic propagation path Z2bIs part A2And C3Between each. If the top or bottom surface of the piezoelectric substrate 1Ultrasonic wave propagation path Z 1b , Z 1a , Z 2b Or Z 2a Corresponding toPosition F1b, F1a, F2bOr F2aThe frequency f1a, F1b, F2aOr f2bElectrical signal E with1a, E1b, E2aOr E2bIs detected by the signal processor 5. At this time, position F1b, F1a, F2bOr F2aPart D with or without touching1And D2The electrical signal that is converted in is not output. In this way, from the frequency of the electrical signal detected by the signal processor 5, the position F1a, F1b, F2aAnd F2bYou can see which of them touched. In addition, the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means X and the contact position related to the ultrasonic transmission / reception means Y are detected simultaneously.
[0046]
  In the ultrasonic touch panel of the fifth embodiment, each ultrasonic wave transmitting / receiving means has a structure comprising four interdigital electrodes 12 and four interdigital electrodes 13 corresponding thereto, that is, interdigital electrodes 2 and 3 in FIG. A structure in which the interdigital electrodes 12 and 13 are replaced is possible. When driving the ultrasonic touch panel having such a structure, the circuit configuration of FIG. 8 is used. However, the interdigital electrodes 2 and 3 in FIG. 8 are replaced with interdigital electrodes 12 and 13. The elastic wave excited by the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 12 via the switch 6 is converted into two electric signals E by the interdigital electrode 13.1aAnd E2aAnd two electrical signals E1bAnd E2bIs converted to If the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is located at a position F between one interdigital electrode 12 and the corresponding interdigital electrode 13 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X.1b, F1a, F2bOr F2aTouches the electrical signal E1a, E1b, E2aOr E2bIs detected by the signal processor 5. In this way, the contact position is clarified by discriminating the frequency of the electric signal detected by the signal processor 5 and only one interdigital electrode 12 connected when the electric signal is detected. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y.
[0047]
  Further, in the ultrasonic touch panel of the fifth embodiment, each ultrasonic wave transmitting / receiving means is composed of reference interdigital electrodes 7 and 8, four interdigital electrodes 12, and four interdigital electrodes 13 corresponding thereto. That is, a structure in which the interdigital electrodes 2 and 3 in FIG. 9 are replaced with interdigital electrodes 12 and 13 is possible. When driving the ultrasonic touch panel having such a structure, the circuit configuration of FIG. 10 is used. However, the interdigital electrodes 2 and 3 in FIG. 10 are replaced with interdigital electrodes 12 and 13. The elastic wave excited on the piezoelectric substrate 1 by inputting an electric signal from the interdigital electrode 12 via the switch 6 is phase-shifted by the interdigital electrode 13.1aElectrical signal E with1aAnd phase θ2aElectrical signal E with2aAnd phase θ1bElectrical signal E with1bAnd phase θ2bElectrical signal E with2bIs converted to If the upper end surface or the lower end surface of the piezoelectric substrate 1 is located at a position F between one interdigital electrode 12 and the corresponding interdigital electrode 13 in the ultrasonic wave transmitting / receiving means X.1b, F1a, F2bOr F2aTouches the electrical signal E1a, E1b, E2aOr E2bIs output from the interdigital electrode 13. At this time, the phase comparator 10 outputs the phase θ of the electric signal output from the interdigital electrode 8.baseAnd phase θ1a, Θ1b, Θ2aOr θ2bAnd the difference is detected. The signal processor 5 identifies the contact position by discriminating this phase difference and only one interdigital electrode 12 connected when this phase difference is detected. The same applies to the ultrasonic wave transmitting / receiving means Y.
[0048]
  In the ultrasonic touch panels of the first to fifth embodiments, the interdigital electrodes 2, 7 and 12 on the input side have an electrode cycle length P of 400 μm, and the interdigital electrodes 3, 8, 11 and 13 on the output side correspond to them. A structure having an electrode periodic length is possible. In this case, when an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P is input from the interdigital electrode on the input side, a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode cycle length P is generated in the vicinity of the upper end surface of the piezoelectric substrate 1. Excited. In the ultrasonic touch panel using such surface acoustic waves, the position is specified by contacting the upper end surface of the piezoelectric substrate 1.
[0049]
【The invention's effect】
  The ultrasonic touch panel of the present invention includes a piezoelectric substrate, two ultrasonic wave transmitting / receiving means provided on one plate surface of the piezoelectric substrate, and an information processing unit connected to the two ultrasonic wave transmitting / receiving means. Each ultrasonic wave transmitting / receiving means comprises at least one set of input interdigital electrodes and an output interdigital electrode corresponding to the input interdigital electrodes.
[0050]
  In the first structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, the input interdigital electrode has a regular structure. The intersection region of the electrode fingers of the output interdigital electrode is one group Ri(I = 1) only or N groups Ri(I = 1, 2,..., N) and two groups RiAnd R(I + 1)(N-1) pieces Q sandwiched betweeni{I = 1, 2,... (N−1)}. Each group RiIs the two parts RiaAnd RibAnd part R sandwiched between themimConsists of. If an electric signal is input to the interdigital transducer for input, ultrasonic waves are excited on the piezoelectric substrate. This ultrasonic wave is part RiaAnd RibBy the electrical signal EiaAnd Eib(I = 1, 2,..., N) respectively. At this time, the electric signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing is zero. The interdigital electrodes for input and output are formed on the piezoelectric substrate with a portion RiaAnd RibUltrasonic wave propagation path Z corresponding to eachiaAnd Zib(I = 1, 2,..., N). If the position F on the piezoelectric substrateiaOr FibWhen contacting (i = 1, 2,..., N), the ultrasonic wave propagation path ZiaOr ZibIs cut off and the electric signal EibOr EiaIs output from the output interdigital electrode. The information processing unitXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected from the output interdigital electrode. Similarly, position FXbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected from the output interdigital electrode. Thus, the ultrasonic touch panel of the present invention has the position F.iaOr FibElectrical signal E only when touchingibOr EiaCan be output.
[0051]
  In the second structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, the intersection region of the electrode fingers of the interdigital electrodes for input has N portions A.i(I = 1, 2,..., N) and two parts AiAnd A(I + 1)(N-1) parts B sandwiched betweeni{I = 1, 2,..., (N−1)}, and the intersection region of the electrode fingers of the output interdigital electrode is (N + 1) portions Ci{I = 1, 2,... (N + 1)} and two parts CiAnd C(I + 1)N parts D sandwiched betweeni(I = 1, 2,..., N). If an electric signal is input to the interdigital transducer for input, ultrasonic waves are excited on the piezoelectric substrate. This ultrasonic wave is generated by N electric signals E by an output interdigital electrode.ia(I = 1, 2,..., N) and N electrical signals Eib(I = 1, 2,..., N). Electrical signal EiaAnd EibThe amplitude of the electric signal generated by synthesizing is zero. The interdigital electrodes for input and output are composed of N ultrasonic propagation paths Z on the piezoelectric substrate.ia(I = 1, 2,..., N) and N ultrasonic propagation paths Zib(I = 1, 2,..., N). Ultrasonic wave propagation path ZiaIs part AiAnd CiBetween the ultrasonic propagation path ZibIs part AiAnd C(I + 1)Between. If the position F on the piezoelectric substrateiaOr FibWhen contacting (i = 1, 2,..., N), the ultrasonic wave propagation path ZiaOr ZibIs cut off and the electric signal EibOr EiaIs output from the output interdigital electrode. The information processing unitXaThe position FXaPosition F that is paired withXbElectrical signal E corresponding toXbIs detected from the output interdigital electrode. Similarly, position FXbThe position FXaElectrical signal E corresponding toXaIs detected from the output interdigital electrode. Thus, the ultrasonic touch panel of the present invention has the position F.iaOr FibElectrical signal E only when touchingibOr EiaCan be output.
[0052]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, the touched position FiaOr FibOutput electric signal EibOr EiaEach frequency fibOr fiaIt is possible to specify by. In this case, the information processing unit includes a signal processor, and the signal processorXaThe electrical signal EXbFrequency fXbBy detecting the contact position FXbThe electrical signal EXaFrequency fXaIt is specified by detecting.
[0053]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, the touched position FiaOr FibOutput electric signal EibOr EiaEach phase θibOr θiaAnd the reference phase θbaseIt is possible to specify from the difference. In this case, the information processing unit includes a phase comparator and a signal processor, and each ultrasonic wave transmitting / receiving unit includes two reference interdigital electrodes. When an electric signal is input to one of the reference interdigital electrodes, an ultrasonic wave is excited on the piezoelectric substrate, and this ultrasonic wave is phase-thetased by the other interdigital electrode.baseIt is converted into an electrical signal having The phase comparator produces a phase difference (θbase−θia) Or phase difference (θbase−θib) Is detected. The signal processor is in contact position FXaThe phase difference (θbase−θXb) Based on the contact position FXbThe phase difference (θbase−θXa) To identify.
[0054]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, a structure in which the electrode periodic length P is larger than the thickness d of the piezoelectric substrate is possible. In this case, elastic waves are excited in the piezoelectric substrate. In a device using such an elastic wave, the position F on one plate surface of the piezoelectric substrate is F.iaOr FibTouches the electrical signal EibOr EiaOccurs.
[0055]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, a structure in which the electrode periodic length P has a value equal to or less than one third of the thickness d of the piezoelectric substrate is possible. In this case, a surface acoustic wave is excited in the vicinity of the surface of the plate surface of the piezoelectric substrate having the interdigital electrode. In a device using such a surface acoustic wave, the position F on the plate surface of the piezoelectric substrate having the interdigital electrode.iaOr FibTouches the electrical signal EibOr EiaOccurs.
[0056]
  The ultrasonic touch panel of the present invention employs a piezoelectric ceramic as a piezoelectric substrate, and adopts a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to the direction of the thickness d, thereby facilitating design ease. Devices can be provided.
[0057]
  In the ultrasonic touch panel of the present invention, an ultrasonic wave propagation path in one ultrasonic wave transmission / reception means and an ultrasonic wave propagation path in the other ultrasonic wave transmission / reception means are orthogonal to each other, so that their propagation paths are orthogonal to each other. The contact position can be expressed by two-dimensional coordinates with X and Y axes respectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of an ultrasonic touch panel according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 2 and 3;
FIG. 3 Part R1mFIG.
4 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. 1;
FIG. 5 shows k calculated from a phase velocity difference under two different electrical boundary conditions of the piezoelectric substrate 12The characteristic view which shows the relationship between a value and fd value.
6 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of elastic waves propagating through the piezoelectric substrate 1. FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a second embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention.
8 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view showing a third embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention.
10 is a circuit configuration diagram of the ultrasonic touch panel of FIG. 9;
FIG. 11 is a plan view showing a fourth embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention.
12 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 2 and 11. FIG.
FIG. 13 Part Q1FIG.
FIG. 14 is a plan view showing a fifth embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention.
FIG. 15 is a view showing a relative structure between the interdigital electrodes 12 and 13;
FIG. 16 Part B1FIG.
FIG. 17 Part D1FIG.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric substrate
2,12 Interdigital electrode for input
3,11,13 Output interdigital electrode
4,9 amplifier
5 signal processor
6 switch
7,8 Interdigital electrode for reference
10 Phase comparator

Claims (10)

圧電基板と、前記圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部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少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲｉおよびＲ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲｉは２つの部分ＲｉａおよびＲｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒｉｍから成り、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒｉｍの電極指の方向での交差幅ＬＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＲＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＲＰは、前記交差幅ＬＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑｉの電極交差幅には、前記部分Ｑｉの電極指の方向での交差幅ＬＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅ＬＱＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＱＰは前記交差幅ＬＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅ＬＲＮと、前記交差幅ＬＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂは、前記超音波を電気信号ＥｉａおよびＥｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記圧電基板において、前記部分ＲｉａおよびＲｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。An ultrasonic touch panel comprising a piezoelectric substrate, two ultrasonic transmission / reception means provided on one plate surface of the piezoelectric substrate, and an information processing unit connected to the two ultrasonic transmission / reception means, Each ultrasonic wave transmitting / receiving means is composed of at least one pair of interdigital electrodes for input and interdigital electrodes for output corresponding to the interdigital electrodes for input, and the intersection region of the electrode fingers of the interdigital electrodes for output is 1 Consisting of N groups R i (i = 1) or sandwiched between N groups R i (i = 1, 2,..., N) and the two groups R i and R (i + 1) ( N−1) parts Q i {i = 1, 2,... (N−1)}, and each group R i has two parts R ia and R ib and a part sandwiched between them. It consists R im, the portion R ia and R ib respective electrodes Direction parallel to the direction of the electrode fingers of said input interdigital transducer, said portion R ia and R ib respective interdigital periodicity is equal to the electrode periodicity P of the input interdigital transducer, said portion R im The electrode finger has an inclination of an angle α with respect to the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the period length P RN of the electrode finger in the direction orthogonal to the electrode finger of the portion R im is equal to the electrode period length P equal to the product of the cos [alpha], the electrode crossing width of the portion R im is the part and overlap length L RP in the direction of the electrode fingers of R im, in a direction parallel to the electrode fingers of said input interdigital transducer There are two types of cross width L RN, and the cross width L RP is equal to the product of the cross width L RN and sec α, and is equal to the product of half of the electrode period length P and cosec α, and the portion Q i is the electrode fingers of the corner ± beta to the electrode fingers of said input interdigital transducer Has come, periodicity P QN of the electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the part Q i is equal to the product of the electrode periodicity P and cos .beta, the electrode crossing width of the portion Q i is There are two types of intersection width L QP in the direction of the electrode finger of the portion Q i and intersection width L QN in the direction parallel to the electrode finger of the interdigital electrode for input, and the intersection width L QP is It is equal to the product of the intersection width L QN and secβ, and the sum of the electrode intersection widths of the portions R ia and R ib , the intersection width L RN, and the intersection width L QN is the interdigital electrode The input interdigital electrode is substantially equal to the electrode crossing width L, and the input interdigital electrode excites an ultrasonic wave to the piezoelectric substrate by receiving an electric signal, and the portions R ia and R ib convert the ultrasonic wave into the electric signal E ia and E ib (i = 1,2, ...... , N) to change each And the amplitude of the electrical signal produced by synthesizing the electric signals E ia and E ib is zero, the input and output interdigital electrodes, in the piezoelectric substrate, each said moiety R ia and R ib Corresponding ultrasonic wave propagation paths Z ia and Z ib (i = 1, 2,..., N) are formed, and positions F ia and F ib (i = 1, 1) on one of the plate surfaces of the piezoelectric substrate. 2,..., N) correspond to the ultrasonic wave propagation paths Z ia and Z ib , respectively, and the output interdigital electrode contacts the position F ia or F ib with a finger or an object and the ultrasonic wave Only when the propagation path Z ia or Z ib is interrupted, the electrical signal E ib or E ia is output, and the information processing unit is in contact with one of the positions F ia F Xa , The position F X or sensed by an electrical signal E Xb corresponding to the position F Xb forming a a pair is output from the interdigital electrode and the output, or that in contact with the position F Xb, corresponding to the position F Xa An ultrasonic touch panel that senses when an electrical signal EXa is output from the output interdigital electrode. 前記交差幅ＬＱＰは、前記電極周期長Ｐを前記グループＲｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項１に記載の超音波タッチパネル。2. The ultrasonic touch panel according to claim 1, wherein the intersection width L QP is equal to a product of a value obtained by dividing the electrode period length P by twice the number N of the groups R i and cosec β. 圧電基板と、前記圧電基板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部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少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分ＡｉおよびＡ（ｉ＋１）に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分ＣｉおよびＣ（ｉ＋１）に挟まれたＮ個の部分Ｄｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａｉの電極指の方向は前記部分Ｃｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂｉの電極指は前記部分Ａｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＢＮは、前記部分ＡｉおよびＣｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂｉの電極交差幅には、前記部分Ｂｉの電極指の方向での交差幅ＬＢＰと、前記部分Ａｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＢＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＢＰは前記交差幅ＬＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極指は前記部分Ｃｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄｉの電極交差幅には、前記部分Ｄｉの電極指の方向での交差幅ＬＤＰと、前記部分Ｃｉの電極指に平行な方向での交差幅ＬＤＮとの２種類があり、前記交差幅ＬＤＰは、前記交差幅ＬＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＢＮの合計は、前記部分Ｃｉの電極指の交差幅および前記交差幅ＬＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記出力用すだれ状電極は、前記超音波をＮ個の電気信号Ｅｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記圧電基板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記超音波伝搬路Ｚｉａは前記部分ＡｉとＣｉの間に、前記超音波伝搬路Ｚｉｂは前記部分ＡｉとＣ（ｉ＋１）の間にあり、前記圧電基板のどちらか一方の板面上における位置ＦｉａおよびＦｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置ＦｉａまたはＦｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路ＺｉａまたはＺｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号ＥｉｂまたはＥｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆｉａのうちの１つＦＸａに接触したことを、前記位置ＦＸａと対を成す位置ＦＸｂに対応する電気信号ＥＸｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置ＦＸｂに接触したことを、前記位置ＦＸａに対応する電気信号ＥＸａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。An ultrasonic touch panel comprising a piezoelectric substrate, two ultrasonic transmission / reception means provided on one plate surface of the piezoelectric substrate, and an information processing unit connected to the two ultrasonic transmission / reception means, Each ultrasonic wave transmitting / receiving means is composed of at least one set of interdigital electrodes for input and interdigital electrodes for output corresponding to the interdigital electrodes for input, and the intersection region of the electrode fingers of the interdigital electrodes for input is N Parts A i (i = 1, 2,..., N) and (N−1) parts B i {i = 1, 2 sandwiched between the two parts A i and A (i + 1). ,..., (N−1)}, and the interdigital region of the output interdigital electrode has (N + 1) portions C i {i = 1, 2,..., (N + 1)}. , two of the portions C i and C (i + 1) sandwiched by N portions D i (i = 1,2, ...... , Made), the direction of the electrode fingers of the part A i is parallel to the direction of the electrode fingers of the portions C i, the electrode fingers of the portion B i is the inclination of the portion A i corner -β relative to the electrode fingers has, periodicity P BN electrode fingers in a direction perpendicular to the electrode fingers of the portion B i is equal to the product of the interdigital periodicity P and cosβ of the portion a i and C i, the portion B i There are two types of electrode cross widths: a cross width L BP in the direction of the electrode finger of the portion B i and a cross width L BN in a direction parallel to the electrode finger of the portion A i. L BP is equal to the product of the overlap length L BN and Secbeta, wherein the electrode finger portion D i having an inclination of angle α with respect to the electrode fingers of the portions C i, perpendicular to the electrode fingers of the part D i periodicity P DN of the electrode fingers in a direction in which is equal to the product of the electrode periodicity P and cos [alpha], the electrode crossing width of the portion D i The overlap length L DP in the direction of the electrode fingers of the part D i, there are two types of cross width L DN in the direction parallel to the electrode fingers of the portions C i, the overlap length L DP, the together equal to the product of the overlap length L DN and Secarufa, equal to the product of half the cosecα of the interdigital periodicity P, the sum of the partial a i crossing width and the overlap length L BN of the electrode fingers of the part approximately equal to the sum of C i crossing width and the overlap length L DN of the electrode fingers, said input interdigital transducer, by inputting an electric signal to excite an ultrasonic wave to the piezoelectric substrate, blinds for said output The electrode converts the ultrasonic waves into N electrical signals E ia (i = 1, 2,..., N) and N electrical signals E ib (i = 1, 2,..., N). , the amplitude of the electrical signal produced by synthesizing the electric signals E ia and E ib is , And the said input and output interdigital electrodes, said in piezoelectric substrate, N numbers of ultrasonic propagation path Z ia (i = 1,2, ...... , N) and N numbers of ultrasonic propagation path Z ib (I = 1, 2,..., N), the ultrasonic wave propagation path Z ia is between the portions A i and C i , and the ultrasonic wave propagation path Z ib is the portions A i and C ( i + 1) , and the positions F ia and F ib (i = 1, 2,..., N) on either one of the piezoelectric substrates are respectively in the ultrasonic wave propagation paths Z ia and Z ib . Correspondingly, the output interdigital electrode is connected to the electric signal E ib only when the finger or object touches the position F ia or F ib and the ultrasonic wave propagation path Z ia or Z ib is interrupted. or outputs E ia, the information processing unit, among the position F ia One that has been in contact with the F Xa, or electrical signal E Xb corresponding to the position F Xb forming the position F Xa paired senses by being output from the interdigital electrode the output, or the position F Xb ultrasonic touch panel for sensing by the fact that contact with the electrical signal E Xa corresponding to the position F Xa is output from the interdigital electrode the output. 前記交差幅ＬＢＰは、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項３に記載の超音波タッチパネル。The overlap length L BP An ultrasonic touch panel according to the electrode periodicity P in the portion A and a value obtained by dividing twice the number N of i, claim 3 equal to the product of the Cosecbeta. 前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ周波数ｆｉａおよびｆｉｂを有し、前記信号処理器は、前記位置Ｆ ｉａ のうち接触した前記位置ＦＸａを前記電気信号ＥＸｂの周波数ｆＸｂを検出することにより特定するか、または前記位置Ｆ ｉ ｂ のうち接触した前記位置ＦＸｂを前記電気信号ＥＸａの周波数ｆＸａを検出することにより特定する請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。The information processing unit comprises an amplifier and a signal processor, and the output end of the output interdigital electrode is connected to the input end of the input interdigital electrode and the input end of the signal processor via the amplifier, said electric signals E ia and E ib each have a frequency f ia and f ib, the signal processor is a frequency f Xb of the electrical signal E Xb said position F Xa in contact of the position F ia 5. The method according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the position F Xb in contact with the position F i b is specified by detecting the frequency f Xa of the electric signal E Xa. Ultrasonic touch panel. 前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、電気信号を入力されることにより前記圧電基板に超音波を励振し、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記超音波を位相θｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号ＥｉａおよびＥｉｂは、それぞれ位相θｉａおよびθｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θｂａｓｅと、前記位相θｉａまたはθｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、前記位置Ｆ ｉａ のうち接触した前記位置ＦＸａを前記位相θｂａｓ ｅと前記電気信号ＥＸｂの位相θＸｂとの差に基づいて特定するか、または前記位置Ｆ ｉ ｂ のうち接触した前記位置ＦＸｂを前記位相θｂａｓｅと前記電気信号ＥＸａの位相θＸａとの差に基づいて特定する請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。Each of the ultrasonic wave transmitting / receiving means includes two reference interdigital electrodes, one of the reference interdigital electrodes is used for input, and the other is used for output, and the electrodes of the two reference interdigital electrodes Finger directions are parallel to each other, the information processing unit is composed of an amplifier, a phase comparator, and a signal processor, and the output terminal of the other reference interdigital electrode is connected to the one reference reference through the amplifier. The interdigital transducer and the input interdigital transducer are connected to the input ends of the interdigital transducer and the input end of the phase comparator, respectively, and the output end of the output interdigital transducer is connected to the signal processing device via the phase comparator. The reference interdigital electrode is connected to the input end of the device, and an ultrasonic wave is excited to the piezoelectric substrate by inputting an electric signal, and the other reference interdigital electrode is And outputs the converted electrical signal having a phase theta base, the electric signal E ia and E ib each have a phase theta ia and theta ib, the phase comparator and the phase theta base, the phase theta ia or detecting the difference between theta ib, said signal processor on the basis of the position F Xa in contact of the position F ia the difference between the phase theta Xb of the electrical signal E Xb and the phase theta bas e claims 1 to 4 identified based either specific or the position F Xb in contact of the position F i b the difference between the phase theta Xa of the phase theta base and the electrical signal E Xa The ultrasonic touch panel as described in 2. 前記電極周期長Ｐは前記圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電基板に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振する請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。  The electrode cycle length P is larger than the thickness d of the piezoelectric substrate, and the interdigital electrode for input receives an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode cycle length P, whereby the piezoelectric substrate is subjected to the above-described operation. The ultrasonic touch panel according to claim 1, wherein an acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length P is excited. 前記電極周期長Ｐは前記圧電基板の厚さｄの３分の１以下の値を有し、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧電基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する請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。  The electrode period length P has a value equal to or less than one-third of the thickness d of the piezoelectric substrate, and the input interdigital electrode receives an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length P. The supersonic wave according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode periodic length P is excited in the vicinity of the surface of the one plate surface of the piezoelectric substrate. Sonic touch panel. 前記圧電基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または８に記載の超音波タッチパネル。  The super substrate according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the piezoelectric substrate is made of a piezoelectric ceramic, and a direction of a polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to a thickness direction of the piezoelectric ceramic. Sonic touch panel. 一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路ＺｉａおよびＺｉｂとが互いに直交している請求項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。And the ultrasonic propagation path Z ia and Z ib of one of the ultrasonic transmitter means, the claims and the ultrasonic propagation path Z ia and Z ib at the other of said ultrasonic transmitter means are orthogonal to each other The ultrasonic touch panel according to 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9.
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