JP4785247B2 - Ultrasonic contact position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波が伝搬された非圧電板に接触すると、その接触位置が判別される超音波接触位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のタッチパネルは、くさび型トランスデューサや圧電薄膜トランスデューサを含むものが一般的であった。くさび型トランスデューサは非圧電板に間接的に弾性振動を起こさせる機能を有し、圧電薄膜トランスデューサは非圧電板に直接弾性振動を起こさせる機能を有する。いずれにせよこのような従来のタッチパネルは、非圧電板上を接触することにより非圧電板上の超音波が消失して出力電気信号が検出されなくなるということを利用したもので、出力電気信号が検出されなくなった出力用トランスデューサの配置から接触位置を判別している。従って、従来のタッチパネルは、常にすべての入力用トランスデューサを駆動させておく必要があることから、駆動電圧や消費電力に問題を有するだけでなく、複雑な回路構成を必要とする。さらに、従来のタッチパネルは、液晶と接触する非圧電板に直接超音波を励振させることが困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、非圧電板の一方の端面を接触することにより現れる遅延電気信号を検出することにより接触位置を高感度で判別できる超音波接触位置検出装置を提供することにある。
また本発明のさらなる目的は、低電圧および低消費電力の自励発振駆動が可能で、回路構成が簡単で、接触に対する応答速度が速く、大量生産が可能で、小型軽量で、耐久性に優れ、液晶を非圧電板のもう一方の端面に接触させることが可能な超音波接触位置検出装置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に記載の超音波接触位置検出装置は、非圧電板と、第1および第2超音波伝搬手段と、信号分析器から成る超音波接触位置検出装置であって、前記第1超音波伝搬手段は少なくとも2つの入力用すだれ状電極Txi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも2つの電極群Gxi (i=1, 2,…, m)と、第1および第2圧電基板と、少なくとも2つの端子Uxj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gxiの隣り合う2つの一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rxaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rxbj (j=1, 2,…, n)から成り、前記出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjは、電極指の方向が互いに逆であり、前記端子Uxjは、前記出力用すだれ状電極Rxajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rxbjにそれぞれ接続され、前記第2超音波伝搬手段は少なくとも2つの入力用すだれ状電極Tyi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも2つの電極群Gyi (i=1, 2,…, m)と、第3および第4圧電基板と、少なくとも2つの端子Uyj (j=1, 2,…, n)から成り、前記電極群Gyiの隣り合う2つの一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Ryaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rybj (j=1, 2,…, n)から成り、前記出力用すだれ状電極RyajおよびRybjは、電極指の方向が互いに逆であり、前記端子Uyjは、前記出力用すだれ状電極Ryajにそれぞれ接続されるとともに、前記出力用すだれ状電極Rybjにそれぞれ接続され、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiは前記非圧電板の上端面の第1、第2、第3および第4縁部にそれぞれ設けられ、前記第1、第2、第3および第4圧電基板は、前記入力用すだれ状電極Txi、前記電極群Gxi、前記入力用すだれ状電極Tyiおよび前記電極群Gyiの上にそれぞれ設けられ、前記信号分析器は前記端子UxjおよびUyjと接続され、前記入力用すだれ状電極Txiの隣り合う2つに第1入力電気信号が印加されることにより、前記第1圧電基板に第1弾性表面波が励振され、前記第1弾性表面波は、前記非圧電板の前記上端面を介して前記第2圧電基板に伝搬され、前記出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjの各々において第1出力電気信号に変換され、前記入力用すだれ状電極Tyiの隣り合う2つに第2入力電気信号が印加されることにより、前記第3圧電基板に第2弾性表面波が励振され、前記第2弾性表面波は、前記非圧電板の前記上端面を介して前記第4圧電基板に伝搬され、前記出力用すだれ状電極RyajおよびRybjの各々において第2出力電気信号に変換され、前記非圧電板の前記上端面を接触することにより、前記端子Uxjの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われるとともに、前記端子Uyjの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現われ、前記第1および第2遅延電気信号は前記信号分析器によって検出され、前記第1遅延電気信号が連続して2回現れたときに前記第1入力電気信号が連続して2回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるかを検出すること、および前記第2遅延電気信号が連続して2回現れたときに前記第2入力電気信号が連続して2回印加されていたのは前記入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、前記非圧電板の前記上端面における接触位置が判別される。
【0005】
請求項2に記載の超音波接触位置検出装置では、前記第1、第2、第3および第4圧電基板が一体化されて1つの窓枠構造が形成される。
【0006】
請求項3に記載の超音波接触位置検出装置は、前記第1、第2、第3および第4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その厚さ方向と平行である。
【0007】
請求項4に記載の超音波接触位置検出装置は、前記非圧電板が透明な材質で成る。
【0008】
請求項5に記載の超音波接触位置検出装置は、前記第1、第2、第3および第4圧電基板の厚さが前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiの電極周期長よりも小さく、前記非圧電板の厚さが前記電極周期長の3倍よりも大きい。
【0009】
請求項6に記載の超音波接触位置検出装置は、前記非圧電板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度が前記第1、第2、第3および第4圧電基板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。
【0010】
請求項7に記載の超音波接触位置検出装置では、前記非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、前記非圧電板と前記もう一つの非圧電板との間に液晶が満たされている。
【0011】
請求項8に記載の超音波接触位置検出装置では、前記信号分析器と、前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiとの間に増幅器が備えられている。
【0012】
請求項9に記載の超音波接触位置検出装置では、前記入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第1および第2スイッチが備えられている。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波接触位置検出装置は非圧電板と、第1および第2超音波伝搬手段と、信号分析器と、増幅器から成る簡単な構造を有する。第1超音波伝搬手段は少なくとも2つの入力用すだれ状電極Txi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも2つの電極群Gxi (i=1, 2,…, m)と、第1および第2圧電基板と、少なくとも2つの端子Uxj (j=1, 2,…, n)から成る。電極群Gxiの隣り合う2つの一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rxaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rxbj (j=1, 2,…, n)から成る。出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjは、電極指の方向が互いに逆である。端子Uxjは、出力用すだれ状電極Rxajにそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rxbjにそれぞれ接続されている。第2超音波伝搬手段は少なくとも2つの入力用すだれ状電極Tyi (i=1, 2,…, m)と、少なくとも2つの電極群Gyi (i=1, 2,…, m)と、第3および第4圧電基板と、少なくとも2つの端子Uyj (j=1, 2,…, n)から成る。電極群Gyiの隣り合う2つの一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Ryaj (j=1, 2,…, n)から成り、もう一方は少なくとも2つの出力用すだれ状電極Rybj (j=1, 2,…, n)から成る。出力用すだれ状電極RyajおよびRybjは、電極指の方向が互いに逆である。端子Uyjは、出力用すだれ状電極Ryajにそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rybjにそれぞれ接続されている。入力用すだれ状電極Txi、電極群Gxi、入力用すだれ状電極Tyiおよび電極群Gyiは非圧電板の上端面の第1、第2、第3および第4縁部にそれぞれ設けられている。第1、第2、第3および第4圧電基板は、入力用すだれ状電極Txi、電極群Gxi、入力用すだれ状電極Tyiおよび電極群Gyiの上にそれぞれ設けられている。信号分析器は端子UxjおよびUyjと接続されている。
【0014】
本発明の超音波接触位置検出装置において、もしも第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Txiの隣り合う2つに同時に印加されると、第1圧電基板に第1弾性表面波が励振される。このとき、第1圧電基板が圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行であることから、第1圧電基板には第1弾性表面波が効率よく励振される。さらに、もしも第1弾性表面波の位相速度が非圧電板自身を伝搬する弾性表面波のレイリー波の位相速度とほぼ等しい場合には、第1入力電気信号が高率よく第1弾性表面波に変換される。第1弾性表面波は、非圧電板の上端面を伝わって、非圧電板の内部に漏洩されることなく第2圧電基板に伝搬される。第1弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩されないのは、第1に、第1圧電基板の厚さが入力用すだれ状電極Txiの電極周期長よりも小さいこと、第2に、非圧電板の厚さが入力用すだれ状電極Txiの電極周期長の3倍よりも大きいこと、そして第3に、非圧電板自身を伝搬する第1弾性表面波の位相速度が第1圧電基板自身を伝搬する第1弾性表面波の位相速度よりも大きいことに因る。第2圧電基板に伝搬された第1弾性表面波は、出力用すだれ状電極RxajおよびRxbjの各々において第1出力電気信号に変換される。このとき、出力用すだれ状電極Rxajでの第1出力電気信号と、出力用すだれ状電極Rxbjでの第1出力電気信号とでは互いに位相が逆転している。従って、すべての端子Uxjに電気信号が現れることはない。このようにして、入力用すだれ状電極Txiと電極群Gxiの間に全部で(i×j)個の第1弾性表面波伝搬路が形成される。同様にして、もしも第2入力電気信号が入力用すだれ状電極Tyiの隣り合う2つに同時に印加されると、第3圧電基板に第2弾性表面波が励振される。第2弾性表面波は、非圧電板の前記上端面を介して第4圧電基板に伝搬され、出力用すだれ状電極RyajおよびRybjの各々において第2出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Tyiと電極群Gyiの間に全部で(i×j)個の第2弾性表面波伝搬路が形成される。
【0015】
もしも非圧電板の上端面のどこにも接触しなければ、端子UxjおよびUyjのどこにも遅延電気信号は現れない。しかしながら、非圧電板の上端面のどこかに接触することにより、端子Uxjの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われ、端子Uyjの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現れる。別の言葉で言えば、第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Txiの1つに連続して2回印加されたときに第1遅延電気信号が端子Uxjの1つに連続して2回現れ、また、第2入力電気信号が入力用すだれ状電極Tyiの1つに連続して2回印加されたときに第2遅延電気信号が端子Uyjの1つに連続して2回現れる。このようにして、端子Uxjの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われたときに第1入力電気信号が連続して2回印加されていたのは入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるか、また、端子Uyjの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現れたときに第2入力電気信号が連続して2回印加されていたのは入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【0016】
本発明の超音波接触位置検出装置では、第1、第2、第3および第4圧電基板が一体化されて1つの窓枠構造となることが可能である。このような構造を採用することにより、製造工程を簡略化することができる。
【0017】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、これら2つの非圧電板の間に液晶が満たされた構造が可能である。このような構造は、液晶のディスプレイとしての機能と一体化させることを可能にする。
【0018】
本発明の超音波接触位置検出装置では、信号分析器と、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiとの間に増幅器が備えられた構造が可能である。このような構造を採用することにより、自励発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になる。従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【0019】
本発明の超音波接触位置検出装置では、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第1および第2スイッチが備えられた構造が可能である。このような構造を採用することにより、回路構成を簡単にできる。
【0020】
【実施例】
図1は本発明の超音波接触位置検出装置に含まれるパネル部の一実施例を示す平面図である。超音波接触位置検出装置は第1および第2超音波伝搬手段、非圧電板1、液晶2、もう一つの非圧電板3、信号分析器4、増幅器5、第1スイッチ6および第2スイッチ7から成る。第1超音波伝搬手段は第1圧電基板8、第2圧電基板9、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5、そして端子Ux1, Ux2およびUx3から成る。電極群Gx1, Gx3およびGx5の各々は、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3から成る。電極群Gx2およびGx4の各々は、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3から成る。第2超音波伝搬手段は第3圧電基板10、第4圧電基板11、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5、そして端子Uy1, Uy2およびUy3から成る。電極群Gy1, Gy3,およびGy5の各々は、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3から成る。電極群Gy2およびGy4の各々は、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3から成る。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は、非圧電板1の上端面の第1、第2、第3および第4縁部にそれぞれ設けられている。第1圧電基板8は入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5の上に設けられ、第2圧電基板9は電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の上に設けられ、第3圧電基板10は入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5の上に設けられ、第4圧電基板11は電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の上に設けられている。このとき、第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10および第4圧電基板11の代わりに、それらが一体化されることにより形成される1つの窓枠構造型の圧電基板を使用することができる。非圧電板1、液晶2、非圧電板3、第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10、第4圧電基板11、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5はパネル部を形成する。図1では第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10および第4圧電基板11は描かれていない。非圧電板1は透明なガラス板で成り、非圧電板1自身を伝搬する弾性表面波の位相速度は第1圧電基板8自身を伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は、それぞれアルミニウム薄膜で成る。第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10および第4圧電基板11は圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。
【0021】
図2はパネル部の部分拡大平面図である。図2では非圧電板1に設けられた電極群Gx1およびGx2のみが描かれている。前にも述べたように、入力用すだれ状電極Tx1に対応する電極群Gx1は出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3から成り、入力用すだれ状電極Tx2に対応する電極群Gx2は出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3から成る。入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5は同様な構造を有し、電極周期長は400μmである。電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5, Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5は同様な構造を有し、電極周期長は400μmである。しかしながら、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3と、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3とでは、電極指の方向が互いに逆である。同様にして、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3と、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3とでは、電極指の方向が互いに逆である。
【0022】
図3はパネル部の断面図である。非圧電板1の厚さは1.5 mmである。液晶2は非圧電板1と非圧電板3の間に挟まれている。第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10および第4圧電基板11の厚さは150μmである。
【0023】
図4は超音波接触位置検出装置の一実施例を示す構成図である。非圧電板1、液晶2、非圧電板3、第1圧電基板8、第2圧電基板9、第3圧電基板10および第4圧電基板11は図4には描かれていない。端子Ux1, Ux2およびUx3は、出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3にそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3にそれぞれ接続されている。端子Uy1, Uy2およびUy3は、出力用すだれ状電極Rya1, Rya2およびRya3にそれぞれ接続されるとともに、出力用すだれ状電極Ryb1, Ryb2およびRyb3にそれぞれ接続されている。信号分析器4は端子Ux1, Ux2, Ux3, Uy1, Uy2およびUy3と接続されている。増幅器5は信号分析器4と、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5, Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5との間に接続されている。
【0024】
図4の超音波接触位置検出装置において、もしも第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx1とTx2に第1スイッチ6を介して同時に印加されると、第1圧電基板8に第1弾性表面波が励振される。第1弾性表面波は、非圧電板1の上端面を伝わって、非圧電板1の内部に漏洩されることなく第2圧電基板9に伝搬される。第2圧電基板9に伝搬された第1弾性表面波は、電極群Gx1に含まれる出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3と、電極群Gx2に含まれる出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3のそれぞれにおいて第1出力電気信号に変換される。このとき、電極群Gx1の出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2およびRxa3での第1出力電気信号と、電極群Gx2の出力用すだれ状電極Rxb1, Rxb2およびRxb3での第1出力電気信号は、互いに位相が逆転している。従って、端子Ux1, Ux2およびUx3に電気信号が現れることはない。一般的には、第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5の隣り合う2つに同時に印加されると、第1圧電基板8に第1弾性表面波が励振される。第1弾性表面波は、非圧電板1の上端面を伝わって第2圧電基板9に伝搬され、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の隣り合う2つに含まれる出力用すだれ状電極Rxa1, Rxa2, Rxa3, Rxb1, Rxb2およびRxb3で第1出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5と、電極群Gx1, Gx2, Gx3, Gx4およびGx5の間に全部で15個の第1弾性表面波伝搬路が形成される。
【0025】
もしも第2入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5の隣り合う2つに同時に印加されると、第3圧電基板10に第2弾性表面波が励振される。第2弾性表面波は、非圧電板1の上端面を伝わって第4圧電基板11に伝搬され、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の隣り合う2つに含まれる出力用すだれ状電極Rya1, Rya2, Rya3, Ryb1, Ryb2およびRyb3で第2出力電気信号に変換される。このようにして、入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5と、電極群Gy1, Gy2, Gy3, Gy4およびGy5の間に全部で15個の第2弾性表面波伝搬路が形成される。
【0026】
図4の超音波接触位置検出装置では、もしも非圧電板1の上端面のどこにも接触しなければ、端子Ux1, Ux2, Ux3, Uy1, Uy2およびUy3のどこにも遅延電気信号は現れない。しかしながら、非圧電板1の上端面のどこかに接触することにより、端子Ux1, Ux2およびUx3のうちの1つに連続して2回の第1遅延電気信号が現われ、端子Uy1, Uy2およびUy3のうちの1つに連続して2回の第2遅延電気信号が現れる。これらの第1および第2遅延電気信号は信号分析器4で検出される。たとえば、入力用すだれ状電極Tx3と電極群Gx3の出力用すだれ状電極Rxa1との間の第1弾性表面波伝搬路と、入力用すだれ状電極Ty4と電極群Gy4の出力用すだれ状電極Ryb2との間の第2弾性表面波伝搬路の交点を接触すると、第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx2およびTx3と、Tx3およびTx4とに連続して印加された場合に限って端子Ux1に第1遅延電気信号が連続して2回現われ、第2入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty3およびTy4と、Ty4およびTy5とに連続して印加された場合に限って端子Uy2に第2遅延電気信号が連続して2回現れる。この場合、端子Ux1に連続して2回現れる第1遅延電気信号は、電極群Gx2の出力用すだれ状電極Rxb1での第1出力電気信号および電極群Gx4の出力用すだれ状電極Rxb1での第1出力電気信号に対応するものである。また、端子Uy2に連続して2回現れる第2遅延電気信号は、電極群Gy3の出力用すだれ状電極Rya2での第2出力電気信号および電極群Gy5の出力用すだれ状電極Rya2での第2出力電気信号に対応するものである。なぜならば、入力用すだれ状電極Tx3と電極群Gx3の出力用すだれ状電極Rxa1との間の第1弾性表面波と、入力用すだれ状電極Ty4と電極群Gy4の出力用すだれ状電極Ryb2との間の第2弾性表面波は、これら第1および第2弾性表面波にそれぞれ対応する第1および第2弾性表面波伝搬路の交点を接触することにより消失してしまうからである。つまり、第1入力電気信号が入力用すだれ状電極Tx3に連続して2回印加されたときに第1遅延電気信号が端子Ux1に連続して2回現れ、第2入力電気信号が入力用すだれ状電極Ty4に連続して2回印加されたときに第2遅延電気信号が端子Uy2に連続して2回現れる。このようにして、端子Ux1, Ux2およびUx3のうちの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われたときに第1入力電気信号が連続して2回印加されていたのは入力用すだれ状電極Tx1, Tx2, Tx3, Tx4およびTx5のうちのどれであるか、また、端子Uy1, Uy2およびUy3のうちの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現れたときに第2入力電気信号が連続して2回印加されていたのは入力用すだれ状電極Ty1, Ty2, Ty3, Ty4およびTy5のうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板1の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【0027】
第1および第2遅延電気信号は、増幅器5を介してそれぞれ第1スイッチ6および第2スイッチ7に到達する。このようにして、自励振発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になり、従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【0028】
図5は電気機械結合係数k2とfd値との関係を示す特性図である。但し、fd値は第1弾性表面波の周波数fと第1圧電基板8の厚さdとの積を示し、k2値は第1圧電基板8の異なる2つの電気的境界条件下、すなわち電気的開放および短絡状態での位相速度差から算出される。また、非圧電板1を伝搬する横波の速度は4,203 m/s、縦波の速度は7,604 m/sである。第1圧電基板8を伝搬する横波および縦波の速度はそれぞれ2,450 m/sおよび4,390 m/sであることから、非圧電板1における横波および縦波の速度は、第1圧電基板8におけるそれらの速度のほぼ1.7倍であることがわかる。図5より、fd値が0.7 MHzmmのときに1次モードのk2値が最大値の14 %を示すことが分かる。すなわち、1次モードの弾性表面波が最も効率よく第1圧電基板8に励振され、そのときのfd値は0.7 MHzmmであることが分かる。
【0029】
図6は非圧電板1と第1圧電基板8との層状構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図である。各モードのk2値の最大値は図5から得られたもので、図6においては●印で示されている。各々の●印での位相速度はほぼ3,800 m/sであり、この値は非圧電板1自身を伝搬するレイリー波の位相速度3,860 m/sとほぼ等しいことが分かる。
【0030】
図7は、非圧電板1と第1圧電基板8との層状構造体を伝搬する1次モードの弾性表面波の変位分布を示す特性図である。層状構造体の深さはd値で規格化されており、変位は最大値を1として規格化されている。弾性表面波の垂直成分は実線で、水平成分は破線で示されている。図7より、垂直成分も水平成分も非圧電板1と第1圧電基板8との境界付近に存在することが分かる。すなわち、両成分とも非圧電板1の深部には漏洩されないことが分かる。従って、図3のような、液晶2が非圧電板1と非圧電板3の間に挟まれたようなサンドイッチ構造が可能となる。
【0031】
【発明の効果】
本発明の超音波接触位置検出装置は非圧電板と、第1および第2超音波伝搬手段と、信号分析器から成り、小型軽量で、デバイス構成が簡単で、回路構成も簡単である。従って、大量生産が可能である。また、非圧電板としてガラス板などが可能なことから、耐久性にも優れ、使用頻度の多さや煩雑な使用にも対応しうる。
【0032】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の上端面を接触することにより、端子Uxjの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われ、端子Uyjの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現れ、これらの第1および第2遅延電気信号は信号分析器で検出される。すなわち、端子Uxjの1つに第1遅延電気信号が連続して2回現われたときに第1入力電気信号が連続して2回印加されたのは入力用すだれ状電極Txiのうちのどれであるか、また、端子Uyjの1つに第2遅延電気信号が連続して2回現れたときに第2入力電気信号が連続して2回印加されたのは入力用すだれ状電極Tyiのうちのどれであるかを検出することにより、非圧電板の上端面における接触位置を判別することが可能になる。
【0033】
本発明の超音波接触位置検出装置では、第1、第2、第3および第4圧電基板が一体化されて1つの窓枠構造となることが可能である。このような構造を採用することにより、製造工程を簡略化することができる。
【0034】
本発明の超音波接触位置検出装置では、非圧電板の下端面にもう一つの非圧電板が備えられ、これら2つの非圧電板の間に液晶が満たされた構造が可能である。このような構造は、液晶のディスプレイとしての機能と一体化させることを可能にする。
【0035】
本発明の超音波接触位置検出装置では、入力用すだれ状電極TxiおよびTyiにそれぞれ接続する第1および第2スイッチが備えられた構造が可能である。信号分析器で検出された第1および第2遅延電気信号は、増幅器を介して第1および第2スイッチにそれぞれ到達する。このようにして、自励振発振型の超音波タッチパネルを形成することが可能になる。従って、回路構成が簡単になり、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波接触位置検出装置に含まれるパネル部の一実施例を示す平面図。
【図2】パネル部の部分拡大平面図。
【図3】パネル部の断面図。
【図4】超音波接触位置検出装置の一実施例を示す構成図。
【図5】電気機械結合係数k2とfd値との関係を示す特性図。
【図6】非圧電板1と第1圧電基板8との層状構造体を伝搬する弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図。
【図7】非圧電板1と第1圧電基板8との層状構造体を伝搬する1次モードの弾性表面波の変位分布を示す特性図。
【符号の説明】
1 非圧電板
2 液晶
3 非圧電板
4 信号分析器
5 増幅器
6 第1スイッチ
7 第2スイッチ
8 第1圧電基板
9 第2圧電基板
10 第3圧電基板
11 第4圧電基板
Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5 入力用すだれ状電極
Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5 電極群
Ux1, Ux2, Ux3 端子
Rxa1, Rxa2, Rxa3, Rxb1, Rxb2, Rxb3 出力用すだれ状電極
Ty1, Ty2, Ty3, Ty4, Ty5 入力用すだれ状電極
Gy1, Gy2, Gy3, Gy4, Gy5 電極群
Uy1, Uy2, Uy3 端子
Rya1, Rya2, Rya3, Ryb1, Ryb2, Ryb3 出力用すだれ状電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic contact position detecting device that determines a contact position when contacting a non-piezoelectric plate through which a surface acoustic wave is propagated.
[0002]
[Prior art]
Conventional touch panels generally include a wedge type transducer and a piezoelectric thin film transducer. The wedge-shaped transducer has a function of indirectly causing elastic vibration in the non-piezoelectric plate, and the piezoelectric thin film transducer has a function of causing elastic vibration directly in the non-piezoelectric plate. In any case, such a conventional touch panel utilizes the fact that the ultrasonic wave on the non-piezoelectric plate disappears due to contact with the non-piezoelectric plate, and the output electric signal is not detected. The contact position is determined from the arrangement of the output transducer that is no longer detected. Therefore, the conventional touch panel needs to drive all the input transducers at all times. Therefore, the conventional touch panel not only has a problem in driving voltage and power consumption but also requires a complicated circuit configuration. Furthermore, it has been difficult for conventional touch panels to excite ultrasonic waves directly on a non-piezoelectric plate in contact with the liquid crystal.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic contact position detection device that can determine a contact position with high sensitivity by detecting a delayed electrical signal that appears by contacting one end face of a non-piezoelectric plate.
Another object of the present invention is that self-excited oscillation drive with low voltage and low power consumption is possible, the circuit configuration is simple, the response speed to contact is high, mass production is possible, it is compact and lightweight, and has excellent durability. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic contact position detecting device capable of bringing liquid crystal into contact with the other end face of a non-piezoelectric plate.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic contact position detection device according to
[0005]
In the ultrasonic contact position detecting device according to
[0006]
In the ultrasonic contact position detecting device according to
[0007]
In the ultrasonic contact position detecting device according to a fourth aspect, the non-piezoelectric plate is made of a transparent material.
[0008]
The ultrasonic contact position detecting device according to
[0009]
The ultrasonic contact position detecting device according to
[0010]
The ultrasonic contact position detection device according to
[0011]
In the ultrasonic contact position detecting apparatus according to the eighth aspect, an amplifier is provided between the signal analyzer and the input interdigital electrodes Txi and Tyi.
[0012]
The ultrasonic contact position detection apparatus according to
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention has a simple structure including a non-piezoelectric plate, first and second ultrasonic wave propagation means, a signal analyzer, and an amplifier. The first ultrasonic wave propagation means includes at least two interdigital electrodes Txi (i = 1, 2,..., M), at least two electrode groups Gxi (i = 1, 2,..., M), and a first And a second piezoelectric substrate and at least two terminals Uxj (j = 1, 2,..., N). Two adjacent ones of the electrode group Gxi are composed of at least two output interdigital electrodes Rxaj (j = 1, 2,..., N), and the other is at least two output interdigital electrodes Rxbj (j = 1, 2, ..., n). The interdigital electrodes Rxaj and Rxbj for output have opposite electrode finger directions. The terminal Uxj is connected to the output interdigital electrode Rxaj and to the output interdigital electrode Rxbj. The second ultrasonic wave propagation means includes at least two interdigital electrodes Tyi (i = 1, 2,..., M), at least two electrode groups Gyi (i = 1, 2,..., M), and a third And a fourth piezoelectric substrate and at least two terminals Uyj (j = 1, 2,..., N). Two adjacent ones of the electrode group Gyi are composed of at least two output interdigital electrodes Ryaj (j = 1, 2,..., N), and the other is at least two output interdigital electrodes Rybj (j = 1, 2, ..., n). The output interdigital electrodes Ryaj and Rybj have opposite electrode finger directions. The terminal Uyj is connected to the output interdigital electrode Ryaj and to the output interdigital electrode Rybj. The input interdigital electrode Txi, the electrode group Gxi, the input interdigital electrode Tyi, and the electrode group Gyi are provided on the first, second, third, and fourth edges of the upper end surface of the non-piezoelectric plate, respectively. The first, second, third, and fourth piezoelectric substrates are provided on the input interdigital electrode Txi, the electrode group Gxi, the input interdigital electrode Tyi, and the electrode group Gyi, respectively. The signal analyzer is connected to terminals Uxj and Uyj.
[0014]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, if the first input electrical signal is applied simultaneously to two adjacent interdigital electrodes Txi, the first surface acoustic wave is excited on the first piezoelectric substrate. . At this time, since the first piezoelectric substrate is made of piezoelectric ceramic and the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to the thickness direction, the first surface acoustic wave is efficiently excited on the first piezoelectric substrate. . Furthermore, if the phase velocity of the first surface acoustic wave is substantially equal to the phase velocity of the Rayleigh wave of the surface acoustic wave propagating through the non-piezoelectric plate itself, the first input electrical signal is converted to the first surface acoustic wave with high efficiency. Converted. The first surface acoustic wave propagates through the upper end surface of the non-piezoelectric plate and propagates to the second piezoelectric substrate without leaking into the non-piezoelectric plate. The first surface acoustic wave is not leaked into the non-piezoelectric plate. First, the thickness of the first piezoelectric substrate is smaller than the electrode period length of the interdigital transducer Txi, and second, non-piezoelectric The thickness of the plate is greater than three times the electrode period length of the interdigital transducer Txi, and third, the phase velocity of the first surface acoustic wave propagating through the non-piezoelectric plate itself causes the first piezoelectric substrate itself to This is because the phase velocity of the propagating first surface acoustic wave is larger. The first surface acoustic wave propagated to the second piezoelectric substrate is converted into a first output electric signal in each of the output interdigital electrodes Rxaj and Rxbj. At this time, the phases of the first output electrical signal at the output interdigital electrode Rxaj and the first output electrical signal at the output interdigital electrode Rxbj are reversed. Therefore, an electric signal does not appear at all terminals Uxj. In this way, a total of (i × j) first surface acoustic wave propagation paths are formed between the interdigital transducer Txi and the electrode group Gxi. Similarly, if the second input electric signal is simultaneously applied to two adjacent interdigital electrodes Tyi, the second surface acoustic wave is excited on the third piezoelectric substrate. The second surface acoustic wave is propagated to the fourth piezoelectric substrate through the upper end surface of the non-piezoelectric plate, and is converted into a second output electric signal at each of the output interdigital electrodes Ryaj and Rybj. In this way, a total of (i × j) second surface acoustic wave propagation paths are formed between the interdigital transducer Tyi and the electrode group Gyi.
[0015]
If no contact is made anywhere on the top surface of the non-piezoelectric plate, no delayed electrical signal appears at any of the terminals Uxj and Uyj. However, by contacting somewhere on the upper end surface of the non-piezoelectric plate, the first delayed electrical signal appears twice in succession at one of the terminals Uxj, and the second delayed electrical signal continues at one of the terminals Uyj. Appears twice. In other words, when the first input electrical signal is applied twice in succession to one of the interdigital electrodes Txi, the first delayed electrical signal is applied twice in succession to one of the terminals Uxj. In addition, when the second input electrical signal is applied twice in succession to one of the interdigital electrodes Tyi for input, the second delayed electrical signal appears twice in succession at one of the terminals Uyj. In this way, when the first delayed electrical signal appears twice continuously at one of the terminals Uxj, the first input electrical signal was applied twice continuously because of the interdigital electrode Txi for input. And the second input electrical signal is applied twice in succession when the second delayed electrical signal appears twice in succession at one of the terminals Uyj. The contact position on the upper end surface of the non-piezoelectric plate can be determined by detecting which of the electrode electrodes Tyi is.
[0016]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, the first, second, third and fourth piezoelectric substrates can be integrated into a single window frame structure. By adopting such a structure, the manufacturing process can be simplified.
[0017]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, another non-piezoelectric plate is provided on the lower end surface of the non-piezoelectric plate, and a structure in which liquid crystal is filled between these two non-piezoelectric plates is possible. Such a structure makes it possible to integrate with the function as a liquid crystal display.
[0018]
In the ultrasonic contact position detecting apparatus of the present invention, a structure in which an amplifier is provided between the signal analyzer and the interdigital transducers Txi and Tyi is possible. By adopting such a structure, it is possible to form a self-excited oscillation type ultrasonic touch panel. Therefore, the circuit configuration is simplified, and low power consumption driving can be performed at a low voltage.
[0019]
In the ultrasonic contact position detecting device of the present invention, a structure including first and second switches connected to the interdigital electrodes Txi and Tyi for input is possible. By adopting such a structure, the circuit configuration can be simplified.
[0020]
【Example】
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a panel unit included in the ultrasonic contact position detecting apparatus of the present invention. The ultrasonic contact position detecting device includes first and second ultrasonic wave propagation means, a
[0021]
FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the panel portion. In FIG. 2, only the electrode groups Gx1 and Gx2 provided on the
[0022]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the panel portion. The thickness of the
[0023]
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the ultrasonic contact position detecting device. The
[0024]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of FIG. 4, if the first input electrical signal is applied simultaneously to the interdigital electrodes Tx1 and Tx2 via the
[0025]
If the second input electrical signal is simultaneously applied to two adjacent interdigital electrodes Ty1, Ty2, Ty3, Ty4, and Ty5, the second surface acoustic wave is excited on the third
[0026]
In the ultrasonic contact position detection device of FIG. 4, if no contact is made anywhere on the upper end surface of the
[0027]
The first and second delayed electrical signals reach the
[0028]
Figure 5 shows the electromechanical coupling coefficient k 2 FIG. Here, the fd value represents the product of the frequency f of the first surface acoustic wave and the thickness d of the first
[0029]
FIG. 6 is a characteristic diagram showing velocity dispersion curves of surface acoustic waves propagating through the layered structure of the
[0030]
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the displacement distribution of the surface acoustic wave in the first mode propagating through the layered structure of the
[0031]
【The invention's effect】
The ultrasonic contact position detecting apparatus of the present invention comprises a non-piezoelectric plate, first and second ultrasonic wave propagation means, and a signal analyzer, is small and light, has a simple device configuration, and a simple circuit configuration. Therefore, mass production is possible. Further, since a glass plate or the like can be used as the non-piezoelectric plate, it is excellent in durability and can cope with frequent use and complicated use.
[0032]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, the first delayed electrical signal appears twice in succession at one of the terminals Uxj by contacting the upper end surface of the non-piezoelectric plate, and the second at one of the terminals Uyj. The delayed electrical signal appears twice in succession, and these first and second delayed electrical signals are detected by a signal analyzer. That is, when the first delayed electrical signal appears twice at one of the terminals Uxj, the first input electrical signal is applied twice continuously at any of the interdigital electrodes Txi for input. In addition, when the second delayed electric signal appears twice at one of the terminals Uyj, the second input electric signal is applied twice continuously among the interdigital electrodes Tyi for input. It is possible to determine the contact position on the upper end surface of the non-piezoelectric plate.
[0033]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, the first, second, third and fourth piezoelectric substrates can be integrated into a single window frame structure. By adopting such a structure, the manufacturing process can be simplified.
[0034]
In the ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention, another non-piezoelectric plate is provided on the lower end surface of the non-piezoelectric plate, and a structure in which liquid crystal is filled between these two non-piezoelectric plates is possible. Such a structure makes it possible to integrate with the function as a liquid crystal display.
[0035]
In the ultrasonic contact position detecting device of the present invention, a structure including first and second switches connected to the interdigital electrodes Txi and Tyi for input is possible. The first and second delayed electrical signals detected by the signal analyzer reach the first and second switches through the amplifier, respectively. In this manner, a self-excited oscillation type ultrasonic touch panel can be formed. Therefore, the circuit configuration is simplified, and low power consumption driving can be performed at a low voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a panel unit included in an ultrasonic contact position detection apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged plan view of a panel unit.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a panel portion.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an embodiment of an ultrasonic contact position detection apparatus.
FIG. 5 Electromechanical coupling coefficient k 2 And FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between fd values.
6 is a characteristic diagram showing a velocity dispersion curve of a surface acoustic wave propagating through a layered structure of a
7 is a characteristic diagram showing a displacement distribution of a surface acoustic wave of a first-order mode propagating through a layered structure of a
[Explanation of symbols]
1 Non-piezoelectric plate
2 Liquid crystal
3 Non-piezoelectric plate
4 signal analyzers
5 Amplifier
6 First switch
7 Second switch
8 First piezoelectric substrate
9 Second piezoelectric substrate
10 Third piezoelectric substrate
11 Fourth piezoelectric substrate
Tx1, Tx2, Tx3, Tx4, Tx5 Input interdigital electrodes
Gx1, Gx2, Gx3, Gx4, Gx5 Electrode group
Ux1, Ux2, Ux3 terminals
Rxa1, Rxa2, Rxa3, Rxb1, Rxb2, Rxb3 Output interdigital electrodes
Ty1, Ty2, Ty3, Ty4, Ty5 Interdigital electrodes for input
Gy1, Gy2, Gy3, Gy4, Gy5 Electrode group
Uy1, Uy2, Uy3 terminals
Rya1, Rya2, Rya3, Ryb1, Ryb2, Ryb3 Output interdigital electrodes
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