DE69125482T2

DE69125482T2 - Akustischer berührungspositionssensor mit umwandlung von scher- zu lambwellen

Info

Publication number: DE69125482T2
Application number: DE69125482T
Authority: DE
Inventors: Terence Knowles
Original assignee: Exzec Inc
Current assignee: Exzec Inc
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-15
Also published as: EP0523200B1; ATE151185T1; JP3270467B2; US5072427A; WO1992009051A1; JPH06502947A; ES2103359T3; DE69125482D1; EP0523200A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischen Berührungspositionssensor und insbesondere einen Sensor dieser Art, bei dem eine Scherwelle in ein Substrat übertragen wird, um sich längs einer Achse einer regelmäßigen Umwandlungsgruppe (im folgenden auch als Umwandlungsarray bezeichnet) auszubreiten, die Teile der Scherwelle in entweder Lamb-Wellen mit symmetrischer Mode oder Lamb-Wellen mit antisymmetrischer Mode umwandelt, die sich in dem Substrat längs einer Vielzahl von Pfaden von unterschiedlichen Längen ausbreiten, wobei jeder Pfad einer unterschiedlichen axialen Position auf dem Substrat zugeordnet ist. Eine Berührung oder ein leichtes Drücken auf das Substrat führt zu einer teilweisen Absorption von Energie, so daß eine Störung der Lamb-Welle erzeugt wird, die sich längs eines Pfades ausbreitet, der die Position der Berührung schneidet, wobei die Störung erfaßt oder gefühlt wird, um die axiale Position der Berührung auf dem Substrat zu bestimmen.

Hintergrund der Erfindung

Es sind akustische Berührungspositionssensoren bekannt, die eine Berührungsplatte und zwei oder mehr Transducer umfassen, von denen jeder eine akustische Oberflächenwelle erzeugt, die sich längs einer Achse ausbreitet, auf der ein reflektierendes Gitter angeordnet ist, um Teile der akustischen Oberflächenwelle längs mehrerer paralleler Pfade von unterschiedlichen Längen zu reflektieren. Die reflektierenden Gitter, die den jeweiligen Transducern zugeordnet sind, sind auf rechtwinkligen Achsen angeordnet, so daß sie ein Gittermuster bilden, um zu ermöglichen, daß Koordinaten einer Berührung auf der Platte bestimmt werden. Akustische Berührungspositionssensoren dieser Art sind in den US-Patenten mit den Nr. 4 642 423, 4 644 100, 4 645 870, 4 700 176, 4 746 914 und 4 791 416 gezeigt.
Akustische Berührungspositionssensoren, die akustische Oberflächenwellen verwenden, wie es durch die oben erwähnten Patente gelehrt wird, weisen eine Anzahl von Problemen auf, die leichter verstanden werden, wenn die Natur der akustischen Oberflächenwelle, die in diesen Sensoren verwendet wird, in Betracht gezogen wird. In den FIG. 1A-D sind akustische Oberflächenwellen dargestellt, die sich in die X-Richtung ausbreiten. Akustische Oberflächenwellen weisen eine X-Komponente und eine Z-Komponente auf, so daß sich die Partikel einer akustischen Oberflächenwelle elliptisch in der X-Z-Ebene bewegen. Obwohl akustische Oberflächenwellen eine Z-Komponente aufweisen, klingt die Störung von Partikeln in der Platte, die durch eine akustische Oberflächenwelle erzeugt wird, schnell in der -Z-Richtung ab, so daß die Wellenenergie im wesentlichen auf die Oberfläche der Platte begrenzt ist. Akustische Oberflächenwellen weisen keine Y-Komponente auf, so daß es keine Störung der Berührungsplattenpartikel in der Y-Richtung gibt.
Da die akustischen Oberflächenwellen, die in den oben erwähnten Patenten beschrieben sind, auf nur eine einzige Oberfläche, das heißt die obere Berührungsoberfläche der Berührungsplatte beschränkt sind, sind diese akustischen Oberflächenwellen tatsächlich Rayleigh-Wellen oder genauer gesagt Quasi- Rayleigh-Wellen, da echte Rayleigh-Wellen nur in einem unendlich dicken Ausbreitungsmedium existieren. In der FIG. 1D ist eine Rayleigh/Quasi-Rayleigh Welle genauer dargestellt. Um eine derartige Welle zu erhalten, muß die Dicke der Berührungsplatte wenigstens das Drei- bis Vierfache der Wellenlänge der Welle betragen, die in das Substrat hinein übertragen wird, wobei die Länge der Berührungsplatte ebenfalls begrenzt ist. Falls die Dicke der Berührungs platte zum Beispiel zwei Wellenlängen oder weniger beträgt, dann werden in der Berührungsplatte Lamb-Wellen anstelle von Rayleigh-Wellen erzeugt werden. Lamb-Wellen sind dispergierende Wellen, deren Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten sich ändern. Eine Berührungsplatte gemäß den Lehren der oben erwähnten Patente würde nicht als eine derartig dünne Platte arbeiten, da Rayleigh- oder Quasi-Rayleigh-Wellen darin nicht existieren können. Jedoch scheinen für ein Paneel mit einer Dicke, die wenigstens das Drei- oder Vierfache der Wellenlänge der sich darin ausbreitenden Welle beträgt, die symmetrischen und antisymmetrischen Lamb-Wellen in der Nähe der Wellenquelle, das heißt des Transducers in Phase zu sein. Wie in den FIG. 1E und 1F zu sehen ist, sind die symmetrischen und antisymmetrischen Lamb-Wellen nicht auf eine einzelne Oberfläche der Berührungsplatte begrenzt, sondern erstrecken sich durch die Platte hindurch bis zu deren gegenüberliegenden Oberfläche. Wenn jedoch die symmetrischen und antisymmetrischen Lamb-Wellen in Phase sind, dann addieren sie sich, um eine Quasi-Rayleigh-Welle zu erzeugen, wie aus einem Vergleich der FIG. 1E und 1F mit der FIG. 1D ersichtlich ist. Wenn die Lamb-Wellen weiter von dem Transducer weg wandern, dann gibt es auf Grund der unterschiedlichen Phasen und Geschwindigkeiten der Lamb-Wellen eine vollständige Übertragung von Wellenenergie von der oberen Oberfläche der Berührungsplatte, auf der der Transducer angebracht ist, zu der unteren Oberfläche der Berührungsplatte. Diese Übertragung von Energie zwischen der oberen und der unteren Oberfläche tritt in mit regelmäßigen Abständen angeordneten Intervallen auf, was eine Berührungsplatte mit einer Abmessung, die so groß ist, daß diese Energieübertragung auftreten kann, für einen Berührungspositionssensor ungeeignet macht.
Die europäische Patentschrift Nr.0 397 539 offenbart einen quadratischen berührungsempfindlichen Schirm, der Lamb-Wellen verwendet. Längs jeder Kante des Schirms sind Transducer angeordnet. Transducer an zwei zueinander rechtwinkligen Kanten strahlen Wellen in den Schirm hinein, die dann durch entsprechende Transducer an den gegenüberliegenden Kanten erfaßt werden.
Aus dem zuvor Gesagten ist zu sehen, daß Berührungspositionssensoren, wie sie in den oben erwähnten Patenten gezeigt sind und die akustische Oberflächenwellen und insbesondere Quasi-Rayleigh-Wellen verwenden, wie es für das Funktionieren der Sensoren erforderlich ist, auf verhältnismäßig dicke Paneele beschränkt sind, daß heißt Paneele mit einer Dicke, die das Drei- bis Vierfache der Wellenlänge der sich darin ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle beträgt. Obwohl die Wellenlänge der sich ausbreitenden Welle durch ein Verringern der Frequenz des Antriebssignals, das dem Transducer zugeführt wird, verringert werden kann, tritt bei einer Verringerung der Wellenlänge der Welle die Energieübertragung zwischen der oberen und der unteren Oberfläche der Berührungsplatte näher bei dem Transducer auf, so daß die Größe der Berührungsplatte eingeschränkt wird.
Da zudem die akustischen Oberflächenwellen auf die Oberfläche der Berührungsplatte begrenzt sind, können Schmutzstoffe oder andere Materialien, die an der Platte anliegen, Schatten oder blinde Stellen erzeugen, die sich längs derjenigen Achsen der Platte erstrecken, die den Schmutzstoff oder das anliegende Material schneiden. Die blinden Stellen oder Schatten werden durch eine totale oder beinahe totale Absorption der Wellenenergie durch den Schmutzstoff oder das anliegende Material erzeugt, so daß der Berührungspositionssensor eine Berührung nicht erkennen kann, falls eine ihrer Koordinaten auf einer verdeckten Achse liegt. Starke Verluste der Wellenenergie über die Zeit als ein Ergebnis von Lufrdämpfung der akustischen Oberflächenwelle sind ebenso wichtig, da akustische Oberflächenwellen auf die Oberfläche der Berührungsplatte begrenzt sind. Die Energieverluste auf Grund Luftdämpfung schränken die Größe der Berührungsplatte weiter ein.
Wie es in den FIG. 1A und C dargestellt ist, werden akustische Oberflächenwellen in eine Berührungsplatte unter Verwendung eines Transducers hinein übertragen, der auf einem Keil angebracht ist, der seinerseits auf der Berührungsoberfläche der Platte angebracht ist, wobei der Transducer in der gezeigten Richtung vibriert, um eine Volumendruckwelle zu erzeugen, die sich in dem Keil ausbreitet, um eine akustische Oberflächenwelle in die Berührungsplatte hinein zu übertragen. Dieser Typ von Wellenerzeugungsvorrichtung hat verschiedene Nachteile. Da die Vorrichtung eine Volumendruckwelle in eine akustische Oberflächenwelle umwandeln muß, ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung nicht so hoch wie in dem Fall, daß die Wellen in dem Keil von demselben Typ wie diejenigen sind, die in die Platte hinein übertragen werden. Da sich zudem der Keil über der Platte erstreckt, muß er beim Montieren der Platte untergebracht werden. Keile sind typischerweise aus Plastik hergestellt, was folglich eine Schwierigkeit beim Verbinden des Keils mit einer Glasplatte erzeugt. Zudem muß der Transducer mit dem Keil verbunden werden, und dann muß der Keil mit der Berührungsplatte verbunden werden. Da mit der Anzahl der erforderlichen Verbindungen die Probleme mit der Zuverlässigkeit ansteigen, ist diese Erzeugungsvorrichtung für akustische Oberflächenwellen nicht so zuverlässig wie andere Wellenerzeugungsvorrichtungen, die weniger Verbindungen erfordern.
Obwohl auch andere akustische Wellen als die akustische Oberflächenwelle sich in einem Feststoff ausbreiten können, wie zum Beispiel Lamb-Wellen und Scherwellen, so ist bisher von diesen akustischen Wellen gedacht worden, daß sie für einen Berührungspositionssensor ungeeignet seien. Lamb-Wellen sind bisher für ungeeignet gehalten worden, da sie dispergierend sind, also in Phase und Geschwindigkeit variieren, so daß sie miteinander interferieren. Scherwellen sind für ungeeignet gehalten worden, da eine Berührung auf einer Platte, in der sich Scherwellen ausbreiten, lediglich einen kleinen Prozentsatz der gesamten Scherwellenenergie absorbiert, wohingegen eine Berührung auf einer Platte, in der sich eine akustische Oberflächenwelle ausbreitet, einen sehr viel größeren Prozentsatz der gesamten Energie absorbiert, wobei die durch eine gegebene Berührung absorbierte Energie bei einer akustischen Oberflächenwelle zehnmal größer ist als bei einer Scherwelle. Da Scherwellen auch nicht annähernd so ansprechend auf Berührung sind wie akustische Oberflächenwellen, wurde geglaubt, daß Scherwellen nicht für einen Berührungspositionssensor praktisch wären.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Nachteile der früheren akustischen Berührungspositionssensoren, wie sie oben diskutiert sind, gelöst worden. Ein Berührungspositionssensor, der aus der EP-A-0 397 539 bekannt ist, weist ein Substrat, das Scher- und Lamb-Wellen, die sich darin ausbreiten, tragen kann und eine Berührungsoberfläche hat; erste Übertragungsmittel, die an das Substrat angekoppelt sind und dazu dienen, eine Welle in das Substrat hinein zu übertragen; und erste Fühlmittel zum Fühlen des Auftretens einer Störung von Lamb-Wellen auf.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Übertragungsmittel so ausgebildet ist, daß es eine Scherwelle längs einer ersten Achse in das Substrat hinein überträgt, und daß längs der ersten Achse erste Umwandlungsmittel angeordnet sind, die dazu dienen, Teile der Scherwelle in Lamb-Wellen umzuwandeln, die sich längs erster paralleler Pfade ausbreiten, die sich über die Berührungsoberfläche hinweg erstrecken, wobei jeder erste Pfad eine unterschiedliche axiale Position darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines ersten Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet, so daß das erste Fühlmittel in der Lage ist, die axiale Position einer Berührung auf dem Substrat relativ zu der ersten Achse zu bestimmen.
Es wird ein Transducer verwendet, um die Scherwelle in das Substrat hinein zu übertragen. Der Transducer kann zu einer Seite des Substrats gerichtet derart angeschlossen sein, daß ein elektrisches Signal eine Scherwelle in dem Transducer induziert, der dadurch direkt an das Substrat angekoppelt ist, um die Scherwellen auf eine sehr effiziente Weise zu erzeugen. Eine leitfähige Fritte kann dafür verwendet werden, den Transducer mit dem Substrat zu verbinden, wobei die Fritte einen Kontakt für den Transducer darstellt. Die leitfähige Fritte kann zudem dazu verwendet werden, die Anzahl von Drähten zu verringern, die für den Betrieb des Sensors notwendig sind.
Zudem verleiht die Verwendung von Lamb-Wellen dem Berührungspositionssensor der vorliegenden Erfindung zusätzliche Vorteile. Als erstes sind Lamb- Wellen sehr geringfügig empfindlich auf Berührung. Das heißt, daß der Prozentsatz der gesamten Lamb-Wellen-Energie, die durch eine Berührung absorbiert wird, ähnlich zu dem Prozentsatz der gesamten Rayleigii/Quasi-Rayleigh- Wellen-Energie ist, die durch eine Berührung absorbiert wird. Anders als die Rayleigh/Quasi-Rayleigh-Wellen können sich jedoch die Lamb-Wellen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in dünnen Substraten sich ausbreiten. Daher ist die einzige Grenze für die Dünnheit der Berührungsplatte der vorliegenden Erfindung praktisch ihre strukturelle Unversehrtheit, was sie für Anwendungen extrem praktisch macht, bei denen das Gewicht des Berührungssensors minimiert werden muß.
Das Scher-Lamb-Wellen-Umwandiungsmittel der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Array von Umwandlungselementen auf, die auf deni Substrat längs einer ersten Achse angeordnet sind, die rechtwinklig zu der Seite des Substrats ist, an die der Transducer angeschlossen ist, wobei die Umwandlungselemente Teile der auf sie einfallenden Scherwelle in Lamb-Wellen umwandeln, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen. Das Umwandlungsmittel weist zudem ein zweites Array von Umwandlungselementen auf, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, die zu der Oberfläche gegenüber liegt, auf der das erste Array von Umwand(ungselementen angeordnet ist. Das zweite Array von Umwandlungselementen ist in bezug auf die Elemente des ersten Arrays ausgerichtet, um entweder die symmetrische Mode oder die antisymmetrische Mode zu unterdrücken, so daß sich nur eine der Moden längs der parallelen Pfade ausbreitet, die sich über die Berührungsoberfläche des Substrats hinweg erstrecken. Da eine der Lamb-Wellen-Moden unterdrückt wird, gibt es wenig oder keine Interferenz mit der anderen Lamb- Wellen-Mode, was die Lamb-Wellen für einen Berührungspositionssensor geeignet macht.
Um die antisymmetrische Mode zu unterdrücken, sind die Elemente des zweiten Umwandlungsarrays nach den Elementen des ersten Umwandlungsarrays ausgerichtet. Um die Lamb-Wellen mit symmetrischer Mode zu unterdrücken, ist das zweite Array von Umwandlungselementen relativ zu dem ersten Array von Umwandlungselementen um einen Betrag verschoben, der ungefähr gleich der Wellenlänge einer Lamb-Welle mit symmetrischer Mode geteilt durch zwei ist. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind es die Lamb-Wellen mit symmetrischer Mode, die unterdrückt werden, wobei die Dikke des Substrats auf einen Wert gesetzt ist, für den die Phasengeschwindigkeit der Scherwelle, die sich längs der Achse des Umwandlungsarrays ausbreitet, gleich der Phasengeschwindigkeit der symmetrischen Lamb-Welle ist, um sowohl die Scherwelle als auch die Lamb-Welle mit symmetrischer Mode zu löschen.
Um die Position einer Berührung längs einer zweiten Achse, die im allgemeinen rechtwinklig zu der ersten Achse ist, zu bestimmen, ist ein zweites Umwandlungsmittel vorgesehen, das dazu dient, Teile einer Scherwelle längs zweiter paralleler Pfade umzuwandeln, die sich über die Berührungsoberfläche des Substrats hinweg erstrecken, wobei jeder dieser zweiten Pfade eine unterschiedliche axiale Position relativ zu der Achse des zweiten Umwandlungsmittels darstellt, wobei die zweite Achse im allgemeinen rechtwinklig zu der Achse des ersten Umwandlungsmittels ist. Eine Berührung auf der Substratoberffläche bildet eine Störung der Lamb-Wellen, die sich längs eines zweiten Pfade ausbreiten, der die Position der Berührung schneidet, wobei die Zeit des Auftretens der Störung bestimmt wird, um wiederum die axiale Position der Berührung auf dem Substrat relativ zu der zweiten Achse zu bestimmen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei getrennte Umwandlungsmittel für jede Achse vorgesehen, relativ zu der die Position einer Berührung zu bestimmen ist. Genauer gesagt erstreckt sich das erste Umwandlungsmittel längs einer ersten Achse und dient dazu, Teile einer Scherwelle in Lamb-Wellen umzuwandeln, die sich längs paralleler Pfade ausbreiten, die sich über die Oberfläche des Substrats hinweg bis zu dem zweiten Umwandlung smittel hin erstrecken. Das zweite Umwandlungsmittel erstreckt sich längs einer Achse, die parallel zu der ersten Achse ist, und wandelt die auf es einfallenden Lamb-Wellen in Scherwellen um, die sich längs der Achse des zweiten Umwandlungsmittels bis zu einem Empfangstransducer hin ausbreiten, der an dieselbe Seite des Substrats wie der Sendetransducer angekoppelt ist. Wenn die Position einer Berührung relativ zu zwei Achsen zu bestimmen ist, dann werden bei dieser Ausführungsform vier Umwandlungsmittel verwendet.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein einzelnes Umwandlungsmittel für jede Achse erforderlich, relativ zu der die Position einer Berührung zu bestimmen ist. Genauer gesagt wandelt das erste Umwandlungsmittel eine Scherwelle, die sich längs seiner Achse ausgehend von einem Transducer ausbreitet, in Lamb-Wellen um, die sich längs paralleler Pfade ausbreiten, die sich über die Berührungsoberfläche des Substrats hinweg bis zu einer reflektierenden Kante des Substrats erstrecken. Die reflektierende Substratkante reflektiert die Lamb-Wellen längs der ersten parallelen Pfade zurück zu dem ersten Umwandlungsmittel, das die reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandelt, die sich längs der Achse des Umwandlungsmittels zurück zu dem Transducer ausbreiten. Der Transducer funktioniert in dieser Ausführungsform nicht nur als ein Sendetransducer, der die Scherwelle in das Substrat hinein überträgt, sondern funktioniert auch als ein Empfangstransducer, der dazu dient, Scherwellen, die sich auf ihn zu ausbreiten, zu fühlen, um ein Signal, das die Scherwellen darstellt, an das Positionsbestimmungsmittel zu liefern.
Es kann ein Transducer zum Senden und Empfangen von Scherwellen für jede Achse vorgesehen sein, für die eine Berührungskoordinate zu bestimmen ist. Als Alternative kann ein einzelner Transducer vorgesehen sein, der dazu dient, eine Scherwelle zu senden und zu empfangen, die sich auf zwei Achsen ausbreitet, wobei ein Mittel vorgesehen ist, das beide Achsen schneidet, um die Scherwelle, die sich längs der ersten Achse des ersten Umwandlungsmittels ausbreitet, auf die zweite Achse des zweiten Umwandlungsmittels zu reflektieren und umgekehrt.
Diese und andere Aufgaben, Vorteile und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie auch Einzelheiten einer dargestellten Ausführungsform derselben werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen umfassender verstanden werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

FIG. 1A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausbreitungsplatte für akustische Oberflächenwellen gemäß dem Stand der Technik;
FIG. 1B ist eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht einer akustischen Oberflächenwelle, die in der bekannten Platte von FIG. 1A wandert;
FIG. 1C ist eine Seitenansicht im Querschnitt der in der FIG. 1A gezeigten Platte gemäß dem Stand der Technik und stellt die Natur der in der Platte erzeugten Wellen dar;
FIG. 1D ist eine Darstellung einer Rayleigh-Welle, einer symmetrischen Lamb-Welle und einer antisymmetrischen Lamb-Welle;
FIG. 2A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausbreitungsplatte für Scherwellen;
FIG. 2B ist eine stark vergrößerte perspektivische Ansicht einer Scherwelle, die in der Platte von FIG. 2A wandert;
FIG. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines akustischen Berührungspositionssensors mit Umwandlung von Seher- zu Lamb-Wellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
FIG. 4 ist eine teilweise Draufsicht auf den in der FIG. 3 gezeigten Sensor;
FIG. 5A ist eine teilweise Seitenansicht des in der FIG. 3 gezeigten Sensors und stellt ein ausgerichtetes Bodenarray zum Unterdrücken von antisymmetrischen Lamb-Wellen dar;
FIG. SB ist eine teilweise Seitenansicht des in der FIG. 3 gezeigten Sensors und stellt ein verschobenes Bodenarray zum Unterdrücken von symmetrischen Lamb-Wellen dar;
FIG. 6 ist ein Blockdiagramm, das den signalverarbeitenden Teil des in der FIG. 3 dargestellten Berührungspositionssensors darstellt;
FIG. 7 ist ein Flußdiagramm, das die positionsbestimmende Operation des Sensors der vorliegenden Erfindung darstellt;
FIG. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Berührungsabtastroutine darstellt, die von der in der FIG. 6 dargestellten Softwareroutine aufgerufen wird;
FIG. 9 ist ein Graph, der die X- und Y-Wellenformen darstellt, die von dem Berührungspositionssensor von FIG. 3 erzeugt werden;
FIG. 10 ist eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Berührungspositionssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
FIG. 11 ist eine dritte Ausführungsform des Berührungspositionssensors der vorliegenden Erfindung;
FIG. 12 ist eine perspektivische Teilansicht eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Substrat durch ein längliches, flexibles Verbindungsglied an einen Transducer angekoppelt ist;
FIG. 13 ist eine Seitenansicht des Transducers, Substrats und Verbindungsglieds, wie sie in der FIG. 12 gezeigt sind, wobei der Transducer abgeschirmt ist; und
FIG. 14 ist ein Graph, in dem die normalisierte Phasengeschwindigkeit für Lamb-Wellen erster Ordnung über die normalisierte Plattendicke für eine Natronkalkglas-Platte aufgetragen ist.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Der Berührungspositionssensor der vorliegenden Erfindung weist ein Substrat 10 auf, das eine Scherwelle 12 verbreiten kann, wie es in den FIG. 2A und 2B gezeigt ist, und das Lamb-Wellen 13 und 14 verbreiten kann, wie es in der FIG. 1D gezeigt ist. Das Substrat 10 kann aus vorgespanntem Glas oder aus Mattglas, aus Kunststoff, aus Metall oder aus Keramik hergestellt sein. Das Substrat 10 kann zudem als eine flache Platte ausgebildet sein, wie es gezeigt ist, oder das Substrat kann gekrümmt sein. Um eine Scherwelle, die sich längs der X-Richtung ausbreitet, zu induzieren, ist ein piezoelektrischer Transducer 14 mit einer Kante des Substrats verbunden, die rechtwinklig zu der Ausbreitungsachse X ist. Der Transducer 14 spricht auf ein Antriebssignal derart an, daß er längs der Y-Achse vibriert, so daß eine Scherwelle 12 in dem Transducer 14 induziert und dadurch direkt an das Substrat 10 angekoppelt wird. Wie in der FIG. 28 gezeigt ist, ist die in das Substrat 10 hinein übertragene Scherwelle 12 nicht auf eine einzelne Oberfläche des Substrats 10 begrenzt, sondern sie erstreckt sich durch die gesamte Dicke des Substrats 10 hindurch. Die Partikel der Scherwelle bewegen sich nur in der Y-Richtung. Die Scherwelle 12 weist keine Verschiebungskomponenten in der X- oder der Z-Richtung auf. Es ist zu beachten, daß Scherwellen in bezug auf die Mittelebene symmetrisch oder antisymmetrisch sein können. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Scherwelle mit nicht dispergierender Mode verwendet. Genauer gesagt ist diese nicht dispergierende Mode die nullte Ordnung der folgenden Plattenlösung:
Gleichung 1 Uy = AII (cos βx) exp i (γz - ωt).
Diese Scherwelle wird im folgenden als die horizontal polarisierte Scherwelle nullter Ordnung oder als eine Zohps-Welle bezeichnet.
In der FIG. 3 ist ein Berührungspositionssensor 16 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, der ein Paar von Sende- und Empfangstransducern 18, 20 und 22, 24 aufweist, die jeder Achse zugeordnet sind, für die eine Koordinate bestimmt werden soll. Obwohl der Berührungspositionssensor 16 vier Transducer 18, 20 und 22, 24 umfaßt, die jeweils der X- Achse und der Y-Achse zugeordnet sind, so daß sowohl die X- als auch die Y- Koordinaten einer Berührung bestimmt werden können, können, falls nur eine einzelne Koordinate gewünscht ist, wie zum Beispiel eine Koordinate längs der X-Achse, dann die Transducer 22 und 24, die der Y-Achse zugeordnet sind, entfernt werden.
Die piezoelektrischen Transducer 18, 20, 22 und 24 sind mit Hilfe einer leitfähigen Fritte an die Seiten 26 und 32 des Substrats 10 bondiert. Die leitfähige Fritte bildet einen Kontakt, der sich um die Ecke des Substrats 10 zwischen den Transducern 20 und 22 erstrecken kann, um die Notwendigkeit von getrennten Erdungsdrähten zu beseitigen, die an diese beiden benachbarten Transducer angeschlossen sind. Die Höhe der Transducer 18, 20, 22 und 24 und die Höhe der leitfihigen Fritten, die die Transducer mit dem Substrat 10 verbindet, sind gleich der Dicke des Substrats 10, so daß nur die Hauptmode der Scherwelle in dem Substrat 10 erzeugt wird. Die piezoelektrischen Transducer 18, 20, 22 und 24 sind dünn, so daß sie von den Seiten 26 und 32 des Substrats nicht in merklichem Ausmaß nach außen hervorstehen. Da zudem die Transducer nicht oberhalb oder unterhalb der oberen oder der unteren Oberfläche 40 und 42 des Substrats 10 hervorstehen, kann das Substrat 10 in jede Befestigung eingebaut werden, die eine Platte derselben Größe aufnimmt, ohne besondere Unterbringungen für die Transducer zu machen.
Um die X-Achse zu definieren, vibriert der X-Sendetransducer 18 längs der Y- Achse, um eine Scherwelle, die sich längs der X-Achse fortpflanzt, auf ein Paar von Scher-Lamb-Wellen-Umwandlungsarrays 28 und 29 zu übertragen, die jeweils auf der oberen und der unteren Oberfläche 40 und 42 des Substrats 10 angeordnet sind. Das obere und das untere Scher-Lamb-Umwandlungsarray 28 und 29 sind so ausgebildet, daß sie Teile einer Scherwelle, die sich längs der Achse der Arrays ausbreiten, in entweder antisymmetrische Lamb-Wellen 14 oder symmetrische Lamb-Wellen 13 umwandeln, die sich längs einer Vielzahl von parallelen Pfaden ausbreiten. Die parallelen Pfade erstrecken sich in der Y Richtung über die Berührungsoberfläche 37 des Substrats hinweg rechtwinklig zu der Achse der Arrays 28 und 29 bis hin zu einem Lamb-Scher- Umwandlungsarray 30. Jeder der parallelen Pfade, die sich in die Y-Richtung erstrecken, stellt eine unterschiedliche axiale Position in bezug auf die X-Achse dar, wie im folgenden diskutiert wird. Das Lamb-Scher-Wellen-Umwandlungs array 30 wandelt Lamb-Wellen, die sich in einer Richtung rechtwinklig zu dem Array 30 ausbreiten, in Scherwellen um, die sich längs der Achse des Arrays 30 bis zu dem Empfangstransducer 20 hin ausbreiten, der auf der Seite 26 des Substrats 10 angebracht ist. Der Empfangstransducer spricht derart auf Scherwellen an, die sich längs der Achse des Arrays 30 auf ihn zu ausbreiten, daß er ein diese darstellendes Signal erzeugt, wie weiter unten diskutiert wird.
Um die Y-Achse zu definieren, vibriert der Y-Sendetransducer 22 längs der X- Achse, um eine Scherwelle, die sich längs der Y-Achse fortpflanzt, auf ein Paar von Scher-Lamb-Umwandlungsarrays 34 und 35 zu übertragen, die auf der oberen und der unteren Oberfläche 40 und 42 des Substrats 10 angeordnet sind. Das obere und das untere Scher-Lamb-Umwandlungsarray 34, 35 sind so ausgebildet, daß sie Teile einer Scherwelle, die sich längs der Achse der Arrays ausbreitet, in entweder antisymmetrische Lamb-Wellen 14 oder symmetrische Lamb-Wellen 13 umwandeln, die sich längs einer Vielzahl von parallelen Pfaden ausbreiten, die sich über die Berührungsoberfläche 37 des Substrats hinweg rechtwinklig zu den Achsen der Arrays 34 und 35 bis hin zu einem Lamb- Scher-Umwandlungsarray 36 erstrecken. Jeder der parallelen Pfade, die sich über die Berührungsoberfläche des Substrats in die X-Richtung erstrecken, stellt eine unterschiedliche axiale Position in bezug auf die Y-Achse dar, wie weiter unten diskutiert wird. Das Lamb-Scher-Umwandlungsarray 36 wandelt die Lamb-Wellen, die sich auf es einfallend ausbreiten, in Scherwellen um, die sich längs der Achse des Arrays 36 bis hin zu dem Empfangstransducer 24 ausbreiten, der auf der Seite 32 des Substrats 10 angebracht ist.
Um eine Scherwelle und insbesondere eine Zohps-Welle in eine besondere Lamb-Welle umzuwandeln, ist jedes der Umwandlungselemente in einem Winkel θA in bezug auf die Achse des Umwandlungsarrays angeordnet, wobei die Umwandlungsarray-Achse rechtwinklig zu der Vibrationsrichtung des zugeordneten Sende- oder Empfangstransducers ist, wie in der FIG. 4 gezeigt ist. Genauer gesagt lautet für die Umwandlungsarrays 28, 29 und 30 der Winkel θA der Umwandlungselemente in bezug auf die X-Achse wie folgt:
Gleichung 2 θA = arctan (VL/VZ),
worin VL die Phasengeschwindigkeit der gewünschten Lamb-Welle ist und VZ sowohl die Phasengeschwindigkeit der Zohps-Welle, die sich längs der Achse des Arrays 28, 29 ausgehend von dem Sendetransducer 18 ausbreitet, als auch die Phasengeschwindigkeit der Zohps-Welle ist, die sich längs der Achse des Arrays 30 zu dem Empfangstransducer 20 hin ausbreitet. Auf ähnliche Weise ist der Winkel θA der Umwandlungselemente in den Arrays 34, 35 und 36 in bezug auf die Y-Achse durch dieselbe Gleichung definiert.
Da Lamb-Wellen dispergierend sind, ändern sich die Phasengeschwindigkeiten der Lamb-Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz, der Dicke des Substrats und der interessierenden besonderen Mode. Für Plattendicken und Zohps- Wellenlängen von praktischer Bedeutung werden nur symmetrische und an tisymmetrische Lamb-Wellen erster Ordnung in dem Substrat 10 erregt. Diese Lamb-Wellen erster Ordnung weisen die Eigenschaft auf, daß ihre Energieverteilung längs einer Achse, die in rechtem Winkel zu der Ebene des Substrats liegt, ähnlich derjenigen einer akustische Oberflächenwelle ist, und daher weisen diese Lamb-Wellen erster Ordnung eine Bruchteils-Berührungsempfindlichkeit auf, die ebenfalls ähnlich derjenigen von akustischen Oberflächenwellen ist. Da sich die Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten der antisymmetrischen und symmetrischen Lamb-Wellen erster Ordnung voneinander unterscheiden, können unerwünschte Effekte auftreten, falls eine der Lamb-Wellen-Moden nicht unterdrückt wird. Zum Beispiel verursacht eine Interferenz zwischen den antisymmetrischen und symmetrischen Lamb-Wellen erster Ordnung eine übermäßige Anderung der Ausgabereaktion. Wenn zudem beide Moden vorhanden sind, dann verläßt Wellenenergie die Sendearrays 28 und 34 sowohl unter ungewünschten Winkeln als auch unter dem gewünschten Winkel. Dies führt dazu, daß das Ausgangssignal des Sensors mehrfache und übermäßige Einbrüche als Reaktion auf eine Berührung vorzeigt, so daß der Ort einer Berührung nicht bestimmt werden kann. Um eine der Lamb-Wellen-Moden zu unterdrükken, sind die unteren Arrays 29 und 35 in bezug auf ihre entsprechenden oberen Arrays 28 und 34 ausgerichtet, so daß sie die ungewünschte Lamb-Wellen- Mode verwerfen.
Genauer gesagt kann die antisymmetrische Lamb-Wellen-Mode dadurch gelöscht und dabei die symmetrische Lamb-Wellen-Mode verstärkt werden, daß die Umwandlungselemente der Arrays 29 und 35 direkt unterhalb der Elemente der entsprechenden Umwandlungsarrays 28 und 34 ausgerichtet werden, wie es in der FIG. 5A gezeigt ist. Um die symmetrische Lamb-Wellen-Mode zu unterdrücken und die antisymmetrische Lamb-Wellen-Mode zu verstärken, werden die Elemente der Umwandlungsarrays 29 und 35 um die Wellenlänge der antisymmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung geteilt durch zwei, das heißt λ1aL/2 von den Elementen der entsprechenden Arrays 28 und 34 weggeschoben. Diese letztere Ausführungsform ist in der FIG. SB dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß das untere Array 29, 35, um symmetrische Lamb- Wellen-Moden zu unterdrücken, längs der Achse des oberen Arrays 28, 34 oder in eine Richtung in rechtem Winkel zu dem oberen Arrays 28, 34 verschoben werden kann. Es wird zudem darauf hingewiesen, daß, obwohl ein unteres Array für die Lamb-Scher-Umwandlungsarrays 30 und 36 vorgesehen und auf dieselbe Weise nach den oberen Arrays, wie es oben für die Arrays 28, 29 und 34, 35 diskutiert wurde, ausgerichtet sein könnte, ein unteres Array nicht erforderlich wäre, da die unerwünschte Lamb-Wellen-Mode bereits durch die Sendearrays 28, 29 und 34, 35 unterdrückt worden ist.
Während es erwünscht ist, eine Lamb-Wellen-Mode zu unterdrücken, so ist es ebenfalls erwünscht, die Verstärkung der anderen Lamb-Wellen-Mode zu maximieren. Da jedoch die Phasengeschwindigkeit der antisymmetrischen Lamb- Welle erster Ordnung nicht gleich der Phasengeschwindigkeit der symmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung ist, kann es keine vollständige Löschung einer Lamb-Wellen-Mode bei maximaler Verstärkung der anderen Lamb-Wellen- Mode geben. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Umwandlungsarray- Elemente für eine maximale Verwerfung der ungewünschten Lamb-Wellen- Mode so ausgerichtet, daß das größte Verhältnis der gewünschten Mode zu der ungewünschten Mode auftritt. Daher sind, wenn die antisymmetrische Mode zu löschen ist, die Elemente der unteren Arrays 29 und 35 direkt unterhalb der Elemente der entsprechenden oberen Arrays 28 und 34 ausgerichtet, wobei der Abstand zwischen benachbarten Elementen in jedem der Arrays gleich einer Wellenlänge der Zophs-Welle ist, die sich längs der Achse der Arrays ausbreitet. Wenn die symmetrische Mode zu unterdrücken und die antisymmetrische Mode zu verstärken ist, ist es aus praktischer Sicht ausreichend, die Ausrichtung innerhalb von 10% einer halben Wellenlänge der antisymmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung oder ungefähr plus oder minus 0,051 mm (2 mils) bei 3 mHz vorzunehmen, was innerhalb der Ausrichtungsmöglichkeiten der Siebdrucktechnologie liegt, wobei der Abstand zwischen benachbarten Elementen gleich einer Wellenlänge der Zohps-Welle ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, die symmetrische Lamb-Welle erster Ordnung und die Zophs-Welle zu unterdrücken, da für Berührungspositionssensor-Substrate, die aus Glas beste hen und eine Dicke zwischen 0,51 und 1,52 mm (20 und 60 mils) aufweisen, und für Frequenzen zwischen 2 und 6 mHz die symmetrische Mode etwas dispergierend ist, wohingegen die antisymmetrische Mode nur geringfügig dispergierend ist. Da Dispersion unerwünscht ist, wird für derartige Substrate eine Umwandlung der Zohps-Welle in antisymmetrische Lamb-Wellen bevorzugt.
Die Konfiguration der Scher-Lamb-Umwandlungsarrays, wie sie oben diskutiert ist, ist so ausgewählt, daß bei der bevorzugten Ausführungsform die symmetrischen Lamb-Wellen erster Ordnung und Zohps-Wellen unterdrückt werden. Dies ist im allgemeinen nicht möglich, da die Phasengeschwindigkeit der Zohps-Welle nicht gleich der Phasengeschwindigkeit der symmetrischen Lamb- Welle erster Ordnung ist. Jedoch gibt es, wie aus FIG. 14 ersichtlich ist, einen Wert der auf λZ normalisierten Dicke d des Substrats 10, für den die Phasengeschwindigkeit der Zohps-Welle gleich der Phasengeschwindigkeit der symmetrischen Lamb-Welle ist. Dieser Wert von d ist gleich 3,33. Indem d auf diesen Wert gesetzt wird und indem der Winkel θA jedes der Umwandlungselemente gleich dem Arcustangens der Phasengeschwindigkeit der antisymmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung geteilt durch die Phasengeschwindigkeit der Zohps-Welle gesetzt wird, wobei gleichzeitig das untere Array um 1/2 der Wellenlänge der symmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung zu dem oberen Array verschoben ist, werden sowohl die Zohps-Welle als auch die symmetrische Lamb-Welle erster Ordnung gelöscht werden. Als ein Beispiel kann ein Berührungspositionssensor 16 gebildet werden, bei dem folgendes gilt: ein Substrat 10 besteht aus einer Natronkalkglas-Platte mit einer Dicke von 1 mm (40 mils), wobei λZ gleich 0,958 mm (37,7 mils) ist; die Frequenz der Zohps-Welle ist gleich 3,58 mHz; die Phasengeschwindigkeit der antisymmetrischen Lamb- Welle erster Ordnung ist gleich 0,9Vz; die Wellenlänge der antisymmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung ist gleich 0,861 mm (33,9 mils); und θA ist gleich dem Arcustangens von 0,9, was gleich 420 ist, wobei das obere Array um 0,48 mm (18,9 mils) zu dem unteren Array verschoben ist, wobei in diesem Beispiel λZ gleich x1sL ist.
Es ist außerdem gut bekannt, daß Wellenenergie dazu neigt, in den untersten Phasengeschwindigkeitsregionen eingeschlossen zu werden. Indem die an tisymmetrische Lamb-Welle erster Ordnung ausgewählt wird, kann der Berührungspositionssensor der vorliegenden Erfindung bei Phasengeschwindigkeiten der antisymmetrischen Lamb-Welle betrieben werden, die um mehrere Größenordnungen unterhalb der Zohps-Welle und sogar unterhalb der Phasengeschwindigkeiten von Druckwellen in Flüssigkeiten liegen. Auf Grund dieses Effekts kann durch Auswahl einer geeigneten Betriebsfrequenz das System un empfindlich für besondere Oberflächenverunreinigungen gemacht werden. Des weiteren ist es wegen der niedrigen Betriebsfrequenz möglich, einen Berührungsplattensensor zu verwenden, der dicker ist, als es für einen Zohps-Wellen- Berührungspositionssensor in Anwendungen wünschenswert wäre, wo eine verbesserte mechanische Festigkeit wichtig ist.
Die Arrays 28, 29, 30, 34, 35 und 36 können aus Metall hergestellt sein und auf die obere Oberfläche 40 des Substrats 10 bondiert sein. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind jedoch die reflektierenden Arrays durch Siebdruck-Fritten auf der oberen Oberfläche 40 des Substrats 10 gebildet. Die reflektierenden Array-Fritten können während desselben Zyklus wie die leitfähigen Fritten gebildet werden, die zum Bondieren der Transducer an das Substrat 10 verwendet werden. Wie oben diskutiert wurde, ist jedes reflektierende Element der Arrays 28, 30, 34 und 36 unter einem Winkel θA in bezug auf seine Achse angeordnet, und der Abstand zwischen benachbarten reflektierenden Elementen ist vorzugsweise gleich einer Wellenlänge der Zohps-Welle, die sich längs der Achsen der Arrays ausbreiten. Die Breite jedes reflektierenden Arrays 28-29, 30, 34-35 und 36 ist gleich der Breite des jeweiligen Transducers gesetzt, wobei das Antriebssignal, das dem Transducer 18, 20, 22 und 24 zugeführt wird, eine Sinuswelle ist, deren Periodenzahl gleich der Arraybreite geteilt durch eine Konstante ist, wie oben diskutiert wurde.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet die Technik, die dazu verwendet wird, daß Leistungsreflexionsvermögen an Punkten längs der Arrays zu erhöhen; wenn der Abstand der Punkte längs des Arrays von dem entsprechenden Transducer ansteigt, Arrays mit variabler Höhe, wie in den FIG. 5A-B gezeigt ist. Die Höhe jedes Elements in den Um wandlungsarrays ist derart, daß das Leistungsreflexionsvermögen pro Einheitslänge des entsprechenden Arrays, (x), gegeben ist durch: Gleichung 3
das Verhältnis der Höhe des Arrays bei x zu der Höhe des ersten Arrayelements Gleichung 4
; und
das Verhältnis der Höhen des letzten Arrayelements und des ersten Arrayelements ist Gleichung 5
worin α den Leistungsabsorptionsgrad des Arrays pro Einheitslänge darstellt, x eine Variable ist, die den Abstand von dem Beginn des Arrays darstellt, und L die Länge des Arrays darstellt. Zum Entwerfen eines Arrays mit variabler Höhe wird ein praktischer Wert für das Verhältnis der maximalen zur minimalen Höhe, h(L)/h(0), bestimmt und in die Gleichung 4 zum Bestimmen von L eingesetzt. Hiernach werden die Werte von h(0) und L in die Gleichung 3 eingesetzt, um die Höhe des Arrays als Funktion des Abstands zu bestimmen. Mit Arrays mit variabler Höhe sind die in der FIG. 6 gezeigten Wellenformen erhältlich, wobei bei Abwesenheit einer Berührung die Amplitude der Lamb- Wellen, die durch die Umwandlungarrayelemente verbreitet werden, über das Array hinweg im wesentlichen konstant gehalten wird.
Die Elemente in den Umwandlungsarrays 28, 29 und 30 definieren eine Anzahl von Pfaden unterschiedlicher Längen, so daß Lamb-Wellen, die durch jedes aufeinanderfolgende Element in dem Array 28, 29 verbreitet werden, Pfaden zu dem Empfangstransducer 20 folgen, die zunehmend länger sind. Teile jedes der Pfade, die durch die Umwandlungsarrays 28, 29 und 30 definiert sind, erstrekken sich parallel über das Substrat 10 hinweg in die Y-Richtung, wobei jeder parallele Pfadteil eine X-Koordinate definiert. Auf ähnliche Weise definieren die Elemente in den Umwandlungsarrays 34, 35 und 36 eine Anzahl von Pfaden unterschiedlicher Längen, so daß Lamb-Wellen, die durch jedes aufeinanderfolgende Element in dem Arrays 34, 35 verbreitet werden, Pfaden zu dem Empfänger 24 folgen, die zunehmend länger sind. Teile jedes der Pfade, die durch die Arrays 34, 35 und 36 definiert sind, erstrecken sich parallel über das Substrat 10 hinweg in die X-Richtung, wobei jeder parallele Pfadbereich eine Y- Koordinate definiert.
Die X- und Y-Signale, die von den entsprechenden Empfangstransducern 20 und 24 erzeugt werden, sind in der FIG. 9 dargestellt, wobei reflektierende Arrays 28, 29, 30, 34, 35 und 36 von variabler Höhe dazu verwendet werden, X- und Y-Signale zu liefern, deren Amplituden im wesentlichen zeitlich konstant bleiben wie oben diskutiert wurde. Falls im Hinblick auf das X-Achsen-Signal eine Scherwelle von dem Transducer 20 beginnend zur Zeit t&sub0; erzeugt wird, tritt die erste Scherwelle, die von dem Transducer 20 empfangen wird, zu einer Zeit gleich 2t&sub1; + t&sub2; auf, wo t&sub1; die Zeit ist, die eine Scherwelle benötigt, um von der Substratseite 26 bis zu dem ersten Element in dem Umwandlungsarray 28 zu wandern, und auch die Zeit, die die Scherwelle benötigt, um von dem ersten Element in dem Umwandlungsarray 30 bis zu der Seite 26 zu wandern, wo sie von dem Transducer 20 erfaßt wird. In der Gleichung stellt t&sub2; die Zeit dar, die eine Lamb-Welle benötigt, um in der Y-Richtung über das Substrat 10 hinweg zu wandern. Der Lamb-Wellen-Teil, der von dem letzten Element in dem Umwandlungsarray 28 reflektiert und von dem letzten Element in dem Umnwandlungsarray 30 empfangen wird, wird von dem Transducer 20 zu einer Zeit gleich 2t&sub1; + t&sub2; + 2t&sub3; empfangen, wo t&sub3; sowohl die Zeit darstellt, die eine Scherwelle benötigt, um in der X-Richtung zwischen dem ersten Element des Umwandlungsarrays 28 und dem letzten Element des Umwandlungsarrays 28 zu wandern, als auch die Zeit, die eine Scherwelle benötigt, um in der -X- Richtung zwischen dem letzten Element des Umwandlungsarrays 30 und des sen ersten Element zu wandern. Falls der Transducer 22 zur Zeit t&sub0; eine Scherwelle erzeugt, empfängt der Empfangstransducer 24 auf ähnliche Weise die erste Welle, die von den Arrays 34 und 36 umgewandelt wird, zu einer Zeit 2t&sub1; + t&sub3;, und empfängt der Empfangstransducer 24 die letzte umgewandelte Welle, die von den Arrays 34, 36 reflektiert wird, zur Zeit 2t&sub1; + t&sub3; + 2t&sub2;. Jeder Wert von tx zwischen 2t&sub1; + t&sub2; und 2t&sub1; + t&sub2; + 2t&sub3; stellt eine Koordinate längs der X-Achse dar; hingegen stellt jeder Wert von ty zwischen 2t&sub1; + t&sub3; und 2t&sub1; + t&sub3; + 2t&sub2; eine Koordinate längs der Y-Achse dar. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der bevorzugten Ausführungsform die Zeit, zur der das Antriebssignal dem Y-Achsen-Sendetransducer 22 zugeführt wird, nach dem Anlegen des Antriebssignals an den X-Achsen-Sendetransducer 18 und auch nach dem Zeitpunkt liegt, zu dem der X-Achsen-Empfangstransducer 20 die letzte Scherwelle, die von den Arrays 28 und 30 reflektiert wird, empfängt.
Eine Berührung auf der Berührungsoberfläche 37 des Substrats 10 wird einen Teil der Energie in den Lamb-Wellen absorbieren, die unter der berührten Position vorbeigehen. Diese teilweise Absorption von Energie erzeugt eine Störung der Lamb-Welle, deren Energie absorbiert wird, wobei sich die Störung in der Amplitude des Signals, das von den Empfangstransducern 20 und 24 erzeugt wird, widerspiegelt. Die Koordinaten einer Berührung auf der Berührungsoberfläche 37 des Substrats 10 werden zum Beispiel durch die Zeiten des Auftretens der Störungen in den X- und Y-Transducer-Signalen dargestellt, die jeweils in der FIG. 9 bei tTx, tTy dargestellt sind.
Das Steuersystem des Berührungspositionssensors, wie es in der FIG. 6 gezeigt ist, steuert das Anlegen der Antriebssignale an die Transducer 18 und 22 und bestimmt die Koordinaten einer Berührung auf dem Substrat 10 aus den Zeiten tTx und tTy des Auftretens der die Berührung darstellenden Signalstörungen. Das Berührungspaneel 70, wie es in der FIG. 5 gezeigt ist, weist das Substrat 10, die X- und Y-Sendetransducer 18 und 20, die X- und Y- Empfangstransducer 20 und 24 und die Umwandlungsarrays 28, 29, 30, 34, 35 und 36 auf. Ein Hostrechner 72, der einen Mikroprozessor oder dergleichen umfassen kann, initialisiert einen Abtastzyklus des Berührungspaneels 70 durch Instruieren einer Steuerung 74. Die Steuerung 74 spricht auf einen Abtastzyklusintialisierungs Befehl von dem Rechner 72 an, indem er ein Antriebssignal über einen X- Treiber 76 an den X-Sendetransducer 18 anlegt, wobei die Zeitsteuerung der Steuerung 74 durch eine Uhrloszillator 78 bestimmt wird. Das Antriebssignal, das dem Transducer 18 zugeführt wird, ist ein Burst-Antriebssignal in Gestalt einer Sinuswelle, deren Periodenzalil gleich der Breite des Arrays 28 geteilt durch eine Konstante ist. Die Steuerung 74 setzt auch einen X/Y-Schalter 80 in die X-Stellung, um den X-Empfangstransmitter 20 an einen RF-Verstärker 82 anzukoppeln. Sobald die Scher-/Lamb-Wellen, die von den Arrays 28 und 30 umgewandelt sind, von dem Transducer 20 erfaßt werden, erzeugt der Transducer 20 ein hierfür repräsentatives X-Achsen-Signal, das über den Schalter 80 an den Verstärker 82 angekoppelt ist. Das verstärkte X-Achsen-Signal, das von dem Verstärker 82 ausgegeben wird, wird an einen Demodulator 84 angelegt, der das Burst-Antriebssignal von dem verstärkten X-Achsen-Signal entfernt, um eine Hüllwellenform zu liefern, wie sie zum Beispiel in der FIG. 9 dargestellt ist. Der Ausgang des Demodulators 84 ist an einen Analog-Digital- Umsetzer 88 angekoppelt, dessen Ausgang durch einen Pufferspeicher 90 an einen internen Bus 91 angekoppelt ist. Die Steuerung 74 speichert die digitalen Daten, die von dem Analog-Digital-Umsetzer 88 ausgegeben werden, in einem statischen RAM 92 ab, so daß ein Wert, der die Amplitude des X-Achsen-Signals zu jedem Zeitpunkt tx, wie sie von dem Analog-Digital-Umsetzer 88 abgetastet wird, darstellt, an einer Stelle in dem statischen RAM 92 abspeichert, die den Zeitpunkt darstellt. Nachdem die X-Achsen-Daten in dem statischen RAM 92 abgespeichert sind, steuert die Steuerung 74 den Y-Treiber 76 derart, daß er ein Burst-Antriebssignal an den Y-Achsen-Sendetransducer 22 des Berührungspaneels 70 anlegt. Die Steuerung 74 ändert zudem den Zustand des X/Y-Schalters 80, so daß der Y-Emfangstransducer 24 an den RF-Verstärker 82 angekoppelt ist. Die digitalen Daten, die das Y-Achsen-Signal, wie es von dem Analog- Digital-Umsetzer 88 ausgegeben wird, darstellen, werden auf ähnliche Weise in dem statischen RAM 92 abgespeichert, so daß ein Wert, der die Amplitude des Y-Achsen-Signals zu jedem Zeitpunkt ty, wie sie von dem Analog-Digital- Umsetzer 88 abgetastet wird, darstellt, an einer Stelle in dem statischen RAM 92 abgespeichert, die den Zeitpunkt darstellt.
Die Arbeitsweise des Hostrechners 72 beim Bestimmen der Position einer Berührung auf dem Berührungspaneel 70 ist in der FIG. 7 dargestellt. Während der Initialisierung des Systems wird ein Abtastzyklus für ein unberührtes Paneel 70 durchgeführt, wobei die X- und Y-Amplitudenwerte für die Zeiten tx0 und ty0 in dem statischem RAM 92 abgespeichert werden. Hiernach werden die X- und Y-Amplitudenwerte für jeden abgetasteten Zeitpunkt tx0 und ty0 aus dem statischen RAM 92 ausgelesen und in einem RAM 101 des Hostrechners 72 abgespeichert. Während eines Initialisierungsprozesses spricht der Hostrechner 22 auf die in dem RAM 101 abgespeicherten Werte für ein unberührtes Paneel 70 für die Zeiten tx0 und ty0 an, indem er die Verstärkung an dem RF- Verstärker 82 über einen Pufferspeicher 94 setzt, dessen Ausgang an einen Digital-Analog-Umsetzer 96 angekoppelt ist. Nachdem die Initialisierung durchgeführt ist, setzt der Hostrechner 72 in einem Block 100 die Werte von ttx und tty gleich 0 und die Variablen X und Y gleich 1. Hiernach ruft der Rechner 72 in einem Block 102 eine Berührungsabtastroutine auf, wie sie in der FIG. 8 gezeigt ist. Die Berührungsabtastroutine ist eine speicherresidente Routine, die in dem RAM 101 des Hostrechners 72 abgespeichert ist. Gemäß der Berührungsabtastroutine setzt der Hostrechner 72 einem Block 104 den automatischen Verstärkungsregelungswert für den RF-Verstärker 82 für die X-Achse auf den in der Initialisierung bestimmten Wert. Hiernach löst der Hostrechner 72 in einem Block 106 einen Abtastburst für die X-Achse aus, indem er die Steuerung 74 anweist. Nachdem die X-Achsen-Werte für die Zeiten tx in dem statischen RAM 92 abgespeichert sind, setzt der Rechner 72 in einem Block 107 den automatischen Verstärkungsregelungswert für den Y-Kanal und weist in einem Block 108 die Steuerung 74 an, ein Abtasten für die Y-Achse auszulösen. Nachdem die Y-Achsen-Werte für die Zeiten ty in dem statischen RAM 92 abgespeichert sind, liest der Rechner 72 in einem Block 110 jeden der Amplitudenwerte, die in dem statischen RAM 92 für jede abgetastete Zeit tx , ty abgespeichert sind, in einen speicherresidenten Bereich des RAMS 101 ein. Hiernach kehrt der Rechner 72 in einem Block 112 zu der in der FIG. 7 dargestellten Routine zurück.
Nachdem die X- und Y-Achsenamplitudenwerte für die Zeiten tx und ty aus dem statischen RAM 92 in den RAM 101 des Hostrechners eingelesen sind, bestimmt der Hostrechner 72 in einem Block 114 einen Differenzwert txD aus der Differenz zwischen dem für die Zeit tx abgespeicherten Amplitudenwert, wobei x in dem Block 100 auf 1 initialisiert wurde, und dem für t&sub1;&sub0;, das heißt tx0 mit x = 1, gespeicherten Amplitudenwert, wobei At&sub1;&sub0; den Amplitudenwert darstellt, der während der Initialisierungsroutine für die erste abgetastete Zeit abgespeichert ist. Hiernach bestimmt der Rechner in einem Block 116, ob der Differenzwert txD größer als ein Schwellenwert ist, und falls dies der Fall ist, bestimmt der Rechner 72 in einem Block 118, ob der Differenzwert txD größer als Dx ist, was den größten für die X-Achse erfaßten Differenzwert darstellt. Falls txD größer als Dx ist, setzt der Rechner 72 in einem Block 120 Dx gleich dem Differenzwert txD und setzt die Zeit ttx des Auftretens des Differenzwerts gleich tx. In einem Block 122 inkrementiert der Rechner 72 x um eins, und falls x nicht größer als die Anzahl N der abgetasteten Zeitpunkte für die X-Achse ist, wie es von dem Rechner 72 in dem Block 124 bestimmt wird, kehrt der Rechner 72 zu dem Block 114 zurück, um den nächsten Differenzwert zu bestimmen. Nachdem in dem Block 114 Differenzwerte für jeden von dem Analog-Digital-Umsetzer 88 abgetasteten Zeitpunkt, für den Amplitudenwerte in dem RAM 101 abgespeichert wird, bestimmt sind, bestimmt der Rechner 72 in einem Block 126, ob die Zeit ttx des Auftretens der größten Amplitudendifferenz Dx gleich null ist oder nicht. Falls ttx gleich null ist, was darauf hinweist, daß auf der X-Achse keine Berührung erfaßt wird, verläßt der Rechner 72 in einem Block 127 die Routine. Falls jedoch der Wert von ttx nicht gleich 0 ist, was auf eine Berührung, deren Zeit des Auftretens gleich ttx ist, hinweist, geht der Rechner 72 zu einem Block 128. In dem Block 128 vergleicht der Rechner 72 die zur Zeit ty abgespeicherte Amplitude mit dem für denselben Zeitpunkt ty0 abgespeicherten Initialisierungswert und speichert die Differenz zwischen diesen als tyD ab. In einem Block 130 vergleicht der Rechner 72 tyD mit einem Schwellenwert, und falls tyD größer als der Schwellenwert ist, vergleicht der Rechner 72 in einem Block 132 tyD mit dem Wert Dy der größten Differenz, die in dem Block 128 für das Y- Achsen-Signal errechnet wurde. Falls in dem Block 132 ermittelt wurde, daß tyD größer als Dy ist, setzt der Rechner 72 dann in einem Block 134 Dy gleich tyD und die Zeit tty des Auftretens des größten Differenzsignals Dy gleich ty. In einem Block 136 inkrementiert der Rechner 72 die Variable y um eins und vergleicht in einem Block 138 y mit der Anzahl Z von Abtastpunkten für das Y- Achsen-Signal. Falls y kleiner gleich Z ist, kehrt der Rechner 72 zu dem Block 128 zurück. Falls y größer als Z ist, was darauf hinweist, daß ein Differenzsignal für jeden abgetasteten Punkt auf der Y-Achse berechnet worden ist, bestimmt der Rechner 72 in einem Block 140 die X- und Y-Koordinaten einer Berührung aus den Werten von ttx und tty. Hiernach verläßt der Rechner 72 in einem Block 142 die Routine.
In der FIG. 10 ist eine zweite Ausführungsform des Berührungspositionssensors der vorliegenden Erfindung gezeigt und weist einen einzelnen Transducer für das Aussenden und Empfangen der Scherwellen auf, die jeder Achse zugeordnet sind, wobei die Koordinaten einer Berührung auf dieser Achse zu bestimmen ist. Des weiteren weist der in der FIG. 8 gezeigte Berührungspositionssensor anstelle eines Lamb-Scher-Umwandlungsarrays für jede der X- und Y-Achsen, wie es die in der FIG. 3 dargestellte Ausführungsform aufweist, ein einzelnes Umwandlungsarray 28-29, 34-35 für jede Achse auf, wobei die Seite 32, 44 des Substrats 10, die jedem Array 28-29, 34-35 gegenüberliegt, so bearbeitet ist, daß sie eine reflektierende Kante bildet. Die reflektierende Kante 32, 34 des Substrats 10 reflektiert die Lamb-Wellen, die sich rechtwinklig auf sie zu ausbreiten, ohne irgendeinen merklichen Energieverlust.
Genauer gesagt ist der Transducer 18 an einen Sende/Empfangsschalter 146 angekoppelt, der von der Steuerung 74 so gesteuert wird, daß er den X-Treiber 76 oder Burst-Generator während einer ersten Zeitperiode an den Transducer 18 ankoppelt, um an diesen das Antriebssignal anzulegen. Der Transducer 18 spricht auf das Antriebssignal dadurch an, daß er eine Scherwelle in das Substrat 10 hinein abstrahlt, die sich längs der Achse des Arrays 28 ausbreitet. Die reflektierenden Elemente des Umwandlungsarrays 28-29 wandeln Teile der auf sie einfallenden Scherwelle in eine Mode von Lamb-Wellen um, die sich über das Substrat 10 hinweg in die Y-Richtung bis hin zu der reflektierenden Kante 32 des Substrats 10 ausbreiten. Die Substratkante 32 reflektiert die Lamb-Wellen, die sich rechtwinklig auf sie zu ausbreiten, zurück zu dem Arrays 28-29, das die reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandelt, die sich längs der Achse des Arrays zurück zu dem Transducer 18 ausbreiten. Nachdem das Antriebssginal an den Transducer 18 angelegt ist, ändert die Steuerung den Zustand des Sende/Empfangsschalters 146 in die Empfangsstellung, in der der Transducer 18 an den RF-Verstärker 82 angekoppelt ist, so daß von dem Transducer gefühlte Scherwellen an den Positionsbestimmungsschaltkreis angekoppelt sind.
Auf ähnliche Weise ist der Transducer 20 an einen Sendelempfangsschalter 148 angekoppelt, der von der Steuerung 74 so gesteuert wird, daß er den Y-Treiber 76 während einer zweiten Zeitperiode an den Transducer 20 ankoppelt, um das Antriebssignal an diesen anzulegen. Der Transducer 20 spricht auf das Antriebssignal dadurch an, daß er eine Scherwelle in das Substrat 10 hinein überträgt, die sich längs der Achse des Arrays 34-35 ausbreitet. Die Elemente des Umwandlungsarrays 34-35 wandeln Teile der auf sie einfallenden Scherwelle in eine Mode von Lamb-Wellen um, die sich über das Substrat 10 hinweg in die X- Richtung bis hin zu der reflektierenden Kante 44 des Substrats 10 ausbreiteten. Die Substratkante 44 reflektiert die sich rechtwinklig auf sie zu ausbreitenden Lamb-Wellen zurück zu dem reflektierenden Array 34-35, das seinerseits die Lamb-Wellen in Scherwellen umwandelt, die sich zurück zu dem Transducer 20 ausbreiten. Nachdem das Antriebssignal an den Transducer 20 angelegt ist, ändert die Steuerung den Zustand des Sendelempfangsschalters 148 in die Empfangsstellung, in der der Transducer 20 an den RF-Verstärker 82 angekoppelt ist, so daß von dem Transducer gefühlte Scherwellen an den Positionsbestimmungsschaltkreis angekoppelt sind.
In der FIG. 11 ist eine dritte Ausführungsform des Berührungspositionssensors der vorliegenden Erfindung gezeigt und weist einen einzelnen Transducer für das Aussenden und Empfangen der Scherwellen auf, die zwei rechtwinkligen Achsen zugeordnet sind, wobei die Koordinaten einer Berührung auf diesen Achsen zu bestimmen sind. In dieser Ausführungsform werden zwei Umwandlungsarrays 28-29 und 34-35 verwendet, wobei sich ein erstes Umwandlungsarray 28-29 längs einer Achse erstreckt, die rechtwinklig zu der Seite 26 ist, auf der der Transducer 18 angebracht ist, und wobei sich ein zweites Umwandlungsarray 34-35 längs einer Achse, die rechtwinklig zu der Achse des ersten Arrays 28-29 ist, erstreckt und an das Ende des Arrays 28-29 angrenzt. Um eine Scherwelle, die sich längs der Achse des Umwandlungsarrays 28 ausbreitet, an das Umwandlungsarray 34-35 anzukoppeln, ist die Ecke des Substrats 10, die die Achsen der Arrays 28-29 und 34-35 schneidet, abgeschnitten, um eine reflektierende Kante 46 zu erhalten, die unter einem Winkel von 45º in bezug auf die angrenzenden Seiten 44 und 48 des Substrats 10 angeordnet ist. Als Reaktion auf ein Antriebssignal von dem Treiber 76 überträgt der Transducer 18 eine Scherwelle in das Substrat 10 hinein, die sich längs der Achse der Arrays 28, 29 ausbreitet. Die Elemente des Arrays 28, 29 wandeln Teile der Scherwelle in eine Mode von Lamb-Wellen um, die sich längs einer Vielzahl von Pfaden parallel zu der Y-Achse bis zu der Seite 32 des Substrats 10 hin ausbreitet, wobei die Seite 32 so bearbeitet ist, daß eine reflektierende Kante geschaffen wird. Die Seite 32 des Substrats 10 reflektiert die Lamb-Wellen, die sich rechtwinklig auf sie zu ausbreiten, zurück zu dem Arrays 28, das seinerseits die Lamb- Wellen in Scherwellen umwandelt, die sich zurück zu dem Transducer ausbreiten. Wenn die Scherwelle, die sich längs der Achse des reflektierenden Arrays 28 ausbreitet, auf die reflektierende Kante 46 trifft, reflektiert die Kante 46 die Scherwelle längs der Achse des zweiten Arrays 36. Die Elemente des zweiten Arrays 36 wandeln teile der Scherwelle in Lamb-Wellen um, die sich längs paralleler Pfade über das Substrat hinweg in die -X-Richtung bis zu der gegenüberliegenden Seite 26 des Substrats 10 hin ausbreiten, die so bearbeitet ist, daß sie eine zweite reflektierende Kante bildet. Die Substratseite 26 reflektiert die Lamb-Wellen, die sich rechtwinklig auf sie zu ausbreiten, zurück zu dem zweiten Umwandlungsarray 36, das seinerseits die reflektierten Lamb-Wellen in die Scherwellen umwandelt, die sich zurück zu der reflektierenden Kante 46 ausbreiten. Die reflektierende Kante 46 reflektiert dann die Scherwellen zurück zu dem Transducer 18. Der Transducer 18 fühlt die Scherwellen, die auf ihn zurück reflektiert werden, und liefert ein für diese repräsentatives Signal. Dieser Betriebsmodus wird als der Dreifachdurchgangsmodus bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, daß in der bevorzugten Ausführungsform der Transducer 18 an der Seite des Substrats 10 angeordnet ist, die rechtwinklig zu der Achse des längsten reflektierenden Arrays ist, so daß es keine dem X-Array und dem Y- Array zugeordneten Pfadlängen gibt, die sich überlappen.
Die FIG. 12 und 13 stellen ein flexibles Verbindungslied 60 dar, das eine Zohps- Moden-Ubertragunsleitung bildet. Genauer gesagt ist das flexible Verbindungsglied 60 aus Metall hergestellt, wobei die Dicke des an das Substrat 10 bondierten Verbindungsglieds gleich der Dicke des Substrats ist, wobei sich die Dicke des Verbindungsglieds 60 in einer kurzen Entfernung von der Kante des Substrats, an die das Verbindungsglied bondiert ist, auf eine gewünschte Dünnheit verringert, wobei der Abstand in der Ordnung einiger weniger Wellenlängen der Zohps-Welle liegt. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß es in der Nähe der Berührungsplatte oder des Substrats 10 keine Transducer oder elektrische Verdrahtung gibt, so daß die Transducer durch einen Schlitz oder dergleichen in der Wand des Steuerungsgehäuses in das Innere der Steuerung gebracht werden können. Da die Transducer von der Berührungs platte 10 entfernt angeordnet sind, kann der Transducer gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt werden, wodurch Störungseinstreuungen verringert werden. Des weiteren kann jede von dem Transducer ausgestrahlte Strahlung auf ähnliche Weise gegen eine externe Störungseinstreuung abgeschirmt werden. Der flexible Verbindungsstreifen kann 0,13 mm (5 mils) dünn gemacht werden. Des weiteren kann eine Plastikverkleidung das Verbindungsglied 60 bedecken, da die Verkleidung die sich darin ausbreitende Zohps-Welle nicht merklich dämpfen wird.
Da in der oben beschriebenen Vorrichtung Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, daß die obige Beschreibung und die Zeichnung als beispielhaft und nicht in einem beschränkenden Sinne aufgefaßt werden.

Claims

1. Berührungspositionssensor mit: einem Substrat (10), das Scher- und Lamb-Wellen, die sich darin ausbreiten, tragen kann und eine Berührungsoberfläche (37) hat; ersten Übertragungsmitteln (18), die an das Substrat (10) angekoppelt sind und dazu dienen, eine Welle in das Substrat hinein zu übertragen; und ersten Fühlmitteln (20, 30 oder 18, 28) zum Fühlen des Auftretens einer Störung von Lamb-Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Übertragungsmittel (18) so ausgebildet ist, daß es eine Scherwelle längs einer ersten Achse in das Substrat hinein überträgt, und daß erste Umwandlungsmittel (28) längs der ersten Achse angeordnet sind, die dazu dienen, Teile der Scherwelle in Lamb-Wellen umzuwandeln, die sich längs erster paralleler Pfade ausbreiten, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, wobei jeder erste Pfad eine unterschiedliche axiale Position darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines ersten Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet, so daß das erste Fühlmittel (20, 30 oder 18, 28) in der Lage ist, die axiale Position einer Berührung auf dem Substrat relativ zu der ersten Achse zu bestimmen.

2. Berührungspositionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umwandlungsmittel (28) diese Scherwelle in Lamb-Wellen, die eine erste Mode und eine zweite Mode aufweisen, umwandelt und zudem Mittel (29) zum Unterdrücken einer dieser Moden aufweist, um eine Interferenz mit der anderen dieser Moden zu verhindern.

3. Berührungspositionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Mode symmetrische und antisymmetrische Lamb- Wellen-Moden sind, und daß das Unterdrückungsmittel (29) Mittel zum Unterdrücken der symmetrischen Lamb-Wellen-Mode aufweist.

4. Berührungspositionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Mode symmetrische und antisymmetrische Lamb- Wellen-Moden sind, und daß das Unterdrückungsmittel (29) Mittel zum Unterdrücken der antisymmetrischen Lamb-Wellen-Moden aufweist.

5. Berührungspositionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fühlmittel (20, 30 oder 18, 28) zweite Umwandlungsmittel (30), die längs einer Achse, die im allgemeinen zu der ersten Achse parallel ist, angeordnet sind und dazu dienen, diese Lamb-Wellen in Scherwellen umzuwandeln, sowie Mittel (20) aufweist, die an das Substrat angekoppelt sind und dazu dienen, diese Scherwellen zu empfangen, um ein diese darstellendes Signal zu liefern.

6. Berührungspositionssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel (18) einen Sendetransducer umfaßt, der an eine Seite (26) des Substrates (10) angekoppelt ist, die rechtwinklig zu der ersten Achse ist, und daß das Empfangsmittel (20) einen Transducer umfaßt, der an die Substratseite in Abstand zu dem Sendetransducer und im allgemeinen rechtwinklig zu der Achse der Lamb-/Scherwellen-Umwandlungsmittel (30) angekoppelt ist.

7. Berührungspositionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) ein erstes Reflexionsmittel (32) umfaßt, das auf der anderen Seite der Berührungsoberfläche (37) gegenüber dem ersten Umwandlungsmittel (28) angeordnet ist und dazu dient, sich längs der ersten Pfade ausbreitende Lamb-Wellen längs dieser ersten Pfade zurück zu dem ersten Umwandlungsmittel (28) zu reflektieren, wobei das erste Umwandlungsmittel (28) diese reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandelt, die sich längs der ersten Achse zu dem ersten Übertragungsmittel (18) ausbreiten, und wobei das erste Übertragungsmittel (18) auf Scherwellen, die sich auf es zu ausgebreitet haben, anspricht, um ein diese Scherwellen darstellendes Signal zu liefern.

8. Berührungspositionssensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: zweite Übertragungsmittel (22 oder 20) zum Übertragen einer Scherwelle, die sich längs einer im allgemeinen zu der ersten Achse rechtwinkligen zweiten Achse ausbreitet, in das Substrat (10) hinein; dritte Umwandlungsmittel (34), die längs der zweiten Achse angeordnet sind und dazu dienen, Teile der Scherwelle, die sich längs der zweiten Achse ausbreitet, in Lamb-Wellen umzuwandeln, die sich längs paralleler Pfade ausbreiten, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, wobei jeder Pfad eine unterschiedliche axiale Position relativ zu der zweiten Achse darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet; und zweite Fühlmittel (24, 36 oder 20, 34) zum Fühlen des Auftretens einer Störung dieser Lamb-Welle, um die axiale Position einer Berührung auf dem Substrat (10) relativ zu der zweiten Achse zu bestimmen.

9. Berührungspositionssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umwandlungsmittel (28) eine erste regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die auf dem Substrat (10) längs der ersten Achse angeordnet sind und zum Umwandeln einer besagten Scherwelle in Lamb-Wellen, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen, dienen, und daß das zweite Umwandlungsmittel (30) eine zweite regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die längs einer im allgemeinen zu der ersten Achse parallelen Achse angeordnet sind und zum Umwandeln dieser Lamb-Wellen in Scherwellen dienen, die sich längs einer im allgemeinen zu der ersten Achse parallelen Achse ausbreiten, wobei eine Störung einer Lamb-Welle eine Störung derjenigen Scherwelle bildet, in die diese Lamb-Welle umgewandelt ist, wobei der Sensor zudem ein erstes Unterdrükkungsmittel (29), das auf dem Substrat (10) relativ zu der ersten regelmäßigen Gruppe angeordnet ist und zum Unterdrücken einer der Moden dient, wobei das erste Umwandlungsmittel (28) die andere dieser Moden längs erster paralleler Pfade, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, verbreitet; und ein Bestimmungsmittel aufweist, das auf das Signal anspricht und zum Bestimmen der Position einer Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) relativ zu der ersten Achse dient.

10. Berührungspositionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umwandlungsmittel (28) eine erste regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die auf dem Substrat längs der ersten Achse angeordnet sind und zum Umwandeln dieser Scherwelle in Lamb-Wellen, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen, dienen, wobei der Sensor aufweist: erste Unterdrückungsmittel (29), die auf dem Substrat (10) relativ zu der ersten regelmäßigen Gruppe angeordnet sind und zum Unterdrücken einer der Moden dienen, wobei das erste Umwandlungsmittel (28) die andere dieser Moden längs erster paralleler Pfade, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, verbreitet; ein erstes Reflexionsmittel (32), das im allgemeinen parallel zu der ersten Achse und in Abstand zu der ersten regelmäßigen Gruppe angeordnet ist und zum Reflektieren von sich längs der ersten parallelen Pfade ausbreitenden Lamb-Wellen längs dieser ersten parallelen Pfade zurück zu der ersten regelmäßigen Gruppe von Umwandlungselementen dient, wobei die Umwandlungselemente diese reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandeln, die sich längs der ersten Achse zu dem ersten Übertragungsmittel (18) ausbreiten, und wobei das erste Übertragungsmittel (18) auf Scherwellen, die sich auf es zu ausgebreitet haben, anspricht, um ein diese Scherwellen darstellendes Signal zu liefern; und Bestimmungsmittel, die auf das Signal ansprechen und zum Bestimmen der Position einer Berührung auf dem Substrat (10) relativ zu der ersten Achse dienen.

11. Berührungspositionssensor nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste regelmäßige Gruppe auf einer ersten Oberfläche (40) des Substrates (10) angeordnet ist, und daß das erste Unterdrückungsmittel (29) eine regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die auf einer der ersten Oberfläche (40) gegenüberliegenden Oberfläche (42) des Substrates (10) angeordnet sind und nach den Elementen der ersten regelmäßigen Gruppe ausgerichtet sind, um die antisymmetrische Mode zu unterdrücken.

12. Berührungspositionssensor nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste regelmäßige Gruppe auf einer ersten Oberfläche (40) des Substrates (10) angeordnet ist, und daß das erste Unterdrückungsmittel (29) eine regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die auf einer der ersten Oberfläche (40) gegenüberliegenden Oberfläche (42) des Substrates (10) angeordnet sind und relativ zu der ersten regelmäßigen Gruppe um einen Betrag verschoben sind, der ungefähr gleich der Wellenlänge einer Lamb-Welle mit symmetrischer Mode geteilt durch zwei ist, um die symmetrische Mode zu unterdrücken.

13. Berührungspositionssensor nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherwellen horizontal polarisierte Scherwellen erster Ordnung sind, daß die Lamb-Wellen Lamb-Wellen erster Ordnung sind, und daß die Dicke des Substrates (10) auf einen Wert gesetzt ist, für den die Phasengeschwindigkeit dieser Scherwelle gleich der Phasengeschwindigkeit dieser symmetrischen Lamb-Welle erster Ordnung ist.

14. Berührungspositionssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungselemente des ersten Unterdrückungsmittels (29) in die Richtung unter rechten Winkeln zu der ersten Achse von den Elementen der ersten regelmäßigen Gruppe weggeschoben sind.

15. Berührungspositionssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungselemente des ersten Unterdrückungsmittels (29) in eine Richtung längs der ersten Achse von den Elementen der ersten regelmäßigen Umwandlungsgruppe (28) weggeschoben sind.

16. Berührungspositionssensor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: zweite Übertragungsmittel (22), die an das Substrat (10) angekoppelt sind und zum Übertragen einer Scherwelle dienen, die sich längs einer die erste Achse schneidenden zweiten Achse ausbreitet; ein drittes Umwandlungsmittel (34), das eine dritte regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die längs der zweiten Achse angeordnet sind und dazu dienen, Teile dieser Scherwelle in Lamb-Wellen umzuwandeln, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen; zweite Unterdrückungsmittel (35), die auf dem Substrat (10) relativ zu der dritten regelmäßigen Gruppe angeordnet sind und zum Unterdrücken einer der besagten Moden dienen, wobei das dritte Umwandlungsmittel (34) die andere dieser Moden längs zweiter paralleler Pfade, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, verbreitet, wobei jeder zweite Pfad eine unterschiedliche axiale Position relativ zu der zweiten Achse darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines zweiten Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet; ein viertes Umwandlungsmittel (36), das eine vierte regelmäßige Gruppe (36) von Umwandlungselementen aufweist, die längs einer im allgemeinen zu der zweiten Achse parallelen Achse angeordnet sind und dazu dienen, sich auf den zweiten Pfaden ausbreitende Lamb-Wellen in Scherwellen umzuwandeln, die sich längs einer im allgemeinen zu der zweiten Achse parallelen Achse ausbreiten; und zweite Fühlmittel (24), die an das Substrat (10) angekoppelt sind und zum Fühlen von sich längs der zu der zweiten Achse parallelen Achse ausbreitenden Scherwellen dienen, um ein diese darstellendes Signal zu liefern, wobei die Bestimmungsmittel an die zweiten Fühlmittel (24) angekoppelt sind, um die Position einer Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) relativ zu der zweiten Achse zu bestimmen.

17. Berührungspositionssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsmittel (32) eine reflektierende Schmalseite des Substrates umfaßt.

18. Berührungspositionssensor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch: zweite Übertragungsmittel (20), die an das Substrat (10) angekoppelt sind und zum Übertragen einer Scherwelle dienen, die sich längs einer die erste Achse schneidenden zweiten Achse ausbreitet; ein zweites Umwandlungsmittel (34), das eine zweite regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die längs der zweiten Achse angeordnet sind und dazu dienen, Teile der Scherwelle in Lamb-Wellen umzuwandeln, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen; zweite Unterdrückungsmittel (35), die auf dem Substrat (10) relativ zu der zweiten regelmäßigen Gruppe angeordnet sind und zum Unterdrücken einer der besagten Moden dienen, wobei das zweite Umwandlungsmittel (34) die andere dieser Moden längs zweiter paralleler Pfade verbreitet, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, wobei jeder dieser zweiten Pfade eine unterschiedliche axiale Position relativ zu der zweiten Achse darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines zweiten Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet; und zweite Reflexionsmittel (44), die im allgemeinen parallel zu der zweiten Achse und in Abstand zu der zweiten regelmäßigen Gruppe angeordnet sind und zum Reflektieren von sich längs der zweiten parallelen Pfade ausbreitenden Lamb-Wellen längs dieser zweiten Pfade zurück zu dieser regelmäßigen Gruppe von Umwandlungselementen dienen, wobei die Umwandlungselemente diese reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandeln, die sich längs der zweiten Achse zu dem zweiten Übertragungsmittel (20) ausbreiten, und wobei das zweite Übertragungsmittel auf Scherwellen, die sich auf es zu ausgebreitet haben, anspricht, um ein diese Scherwellen darstellendes Signal zu liefern, wobei das Bestimmungsmittel an das zweite Übertragungsmittel (20) angekoppelt ist, um die Position einer Berührung auf dem Substrat (10) relativ zu der zweiten Achse zu bestimmen.

19. Berührungspositionssensor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch: ein zweites Umwandlungsmittel (36), das eine zweite regelmäßige Gruppe von Umwandlungselementen aufweist, die längs einer die erste Achse schneidenden zweiten Achse angeordnet sind und dazu dienen, Teile einer Scherwelle, die zu ihm hin reflektiert wurde, in Lamb-Wellen umzuwandeln, die eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode aufweisen; dritte Reflexionsmittel (46) zum Reflektieren einer sich längs der ersten Achse ausbreitenden Scherwelle zu der zweiten regelmäßigen Gruppe für eine Ausbreitung längs der zweiten Achse; zweite Unterdrückungsmittel, die auf dem Substrat relativ zu der zweiten regelmäßigen Gruppe angeordnet sind und zum Unterdrücken einer der besagten Moden dienen, wobei das zweite Umwandlungsmittel (36) die andere dieser Moden längs dieser parallelen Pfade verbreitet, die sich über die Berührungsoberfläche (37) hinweg erstrecken, wobei jeder dieser zweiten Pfade eine unterschiedliche axiale Position relativ zu der zweiten Achse darstellt, und wobei eine Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) eine Störung einer Lamb-Welle bildet, die sich längs eines zweiten Pfades ausbreitet, der die Position dieser Berührung schneidet; und ein viertes Reflexionsmittel (26), das im allgemeinen parallel zu der zweiten Achse und in Abstand zu der zweiten regelmäßigen Gruppe angeordnet ist und zum Reflektieren von sich längs der zweiten parallelen Pfade ausbreitenden Lamb-Wellen längs dieser zweiten Pfade zurück zu der zweiten regelmäßigen Gruppe von Umwandlungselementen dient, wobei die Umwandlungselemente diese reflektierten Lamb-Wellen in Scherwellen umwandeln, die sich längs der zweiten Achse zu dem dritten Reflexionsmittel (46) ausbreiten, das diese Scherwellen für eine Ausbreitung längs der ersten Achse zu dem ersten Übertragungsmittel (18) reflektiert, wobei das Bestimmungsmittel auf dieses Signal anspricht, um die Position einer Berührung auf der Berührungsoberfläche (37) relativ zu den ersten und zweiten Achsen zu bestimmen.