JP2007511015A - Sonic touch detector - Google Patents
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Abstract
スプリアス波散乱手段内に含まれる2グループの傾斜ライン(16,20)が、互いに関して反対になる角度で基板(2)の上縁の近傍に形成されている。これらの傾斜ラインの角度は、基板の中心部分に向かって垂直に近づくように、かつそれらの端に向かって漸進的に小さくなるようになっている。同じくスプリアス波散乱手段内に含まれるほかの2つのグループの傾斜ライン(26,30)も類似の態様で、互いに関して反対になる角度で、漸進的に角度を変化させて形成される。これらの領域に到達したスプリアス波は、傾斜ラインによって散乱され、その結果、それらがコンバータ(センサ)(12,14)に伝達されない。また、45°を除く角度に傾斜された傾斜ラインによって形成される3つの矩形スプリアス波散乱手段(34,36,38)も基板の表面に沿って伝播するスプリアス波の拡散ならびに除去を行うべく機能する。
Two groups of inclined lines (16, 20) included in the spurious wave scattering means are formed in the vicinity of the upper edge of the substrate (2) at opposite angles with respect to each other. The angles of these tilt lines are adapted to approach perpendicular to the central portion of the substrate and gradually decrease toward their edges. The other two groups of tilt lines (26, 30), also included in the spurious wave scattering means, are formed in a similar manner with progressively changing angles at opposite angles with respect to each other. The spurious waves that reach these regions are scattered by the tilt lines so that they are not transmitted to the converters (sensors) (12, 14). Further, three rectangular spurious wave scattering means (34, 36, 38) formed by inclined lines inclined at an angle other than 45 ° also function to diffuse and remove spurious waves propagating along the surface of the substrate. To do.
Description
本発明は、超音波タッチ・パネル等の音波接触検出装置に関する。 The present invention relates to a sonic contact detection device such as an ultrasonic touch panel.
超音波接触検出装置は、広く使用されている。それらの応用の例として、パーソナル・コンピュータの操作スクリーン、鉄道の駅の切符販売機、コンビニエンス・ストアに設置されたコピー機、金融施設にあるATM等が挙げられる。これらの音波接触検出装置は、ガラスなどから形成された基板(タッチ・パネル)上に備えられた圧電振動子(圧電素子)を含むトランスデューサを使用する。これらのトランスデューサは、バルク波のための発生手段、およびタッチ・パネルに接触する指などによって散乱された音波を検出するためのセンサの両方として機能する。表面音波は、指などによって散乱される。表面音波の散乱は、検出手段によって検出される。検出された信号は、コントローラのクロック信号と照合されて、表面音波が散乱された位置が決定される。 Ultrasonic contact detection devices are widely used. Examples of such applications include personal computer operation screens, railway station ticket machines, copy machines installed in convenience stores, ATMs in financial facilities, and the like. These sonic contact detection apparatuses use a transducer including a piezoelectric vibrator (piezoelectric element) provided on a substrate (touch panel) formed of glass or the like. These transducers function both as a generator for bulk waves and as a sensor for detecting sound waves scattered by a finger or the like that contacts the touch panel. The surface acoustic wave is scattered by a finger or the like. Scattering of the surface acoustic wave is detected by the detection means. The detected signal is collated with the clock signal of the controller to determine the position where the surface acoustic wave is scattered.
超音波振動は、バルク波として発生され、音波発生手段によって表面音波に変換され、基板に沿って伝達される。 The ultrasonic vibration is generated as a bulk wave, converted into a surface acoustic wave by the sound wave generating means, and transmitted along the substrate.
バルク波が音波発生手段によって表面音波に変換されるとき、すべてのバルク波は変換されない。変換されなかったバルク波、反射アレイを通過した表面音波、および所定の方向以外の方向に反射された表面音波を含めたスプリアス波が発生する。これらのスプリアス波が基板に沿って反射され、センサ側コンバータに到達すると、それによってこれらのコンバータを振動させて電圧を生じさせる。これらの電圧がノイズとして受信され、コントローラによる適正な判断を混乱させる。 When bulk waves are converted to surface acoustic waves by the sound wave generating means, not all bulk waves are converted. Spurious waves are generated including bulk waves that have not been converted, surface acoustic waves that have passed through the reflective array, and surface acoustic waves that have been reflected in directions other than a predetermined direction. When these spurious waves are reflected along the substrate and reach the sensor-side converter, they vibrate these converters and generate a voltage. These voltages are received as noise and upset the proper judgment by the controller.
この理由のため、基板上に、発生したスプリアス波を吸収する振動遮断または振動吸収材料が備えられている(たとえば、特許文献1(第2ページ、図1)および特許文献2(第11ページ、図2)に開示されている)。これらの振動遮断および振動吸収材料は、通常、樹脂テープの形式であり、基板に接着により取り付けられる。このテープに到達したスプリアス波は、吸収されて減衰される。 For this reason, the substrate is provided with a vibration blocking or vibration absorbing material that absorbs the generated spurious waves (for example, Patent Document 1 (second page, FIG. 1) and Patent Document 2 (page 11, 2). These vibration isolating and vibration absorbing materials are usually in the form of resin tape and are attached to the substrate by adhesion. The spurious wave that reaches the tape is absorbed and attenuated.
従来技術においては、振動遮断または振動吸収部材を基板に接着取り付けすることが必要になる。接着による取り付け手作業で行われ、したがって製造工程が増加し、生産性が低下する。その結果、製造コストが増加するという問題が存在する。
本発明は、以上の観点から開発された。本発明は、スプリアス波を効率的に散乱し、除去する、生産性が改善され、かつ製造コストが抑えられる音波接触検出装置を提供することをその目的とする。 The present invention was developed from the above viewpoint. An object of the present invention is to provide a sonic contact detection device that efficiently scatters and removes spurious waves, improves productivity, and reduces manufacturing costs.
本発明の音波接触検出装置は:
表面を有し、その表面に沿って音波が伝播する基板;
音波発生手段;
発生された音波を、基板の表面に沿って伝播させるための反射アレイ;
基板の表面に接触する物体によって生じる音波内の変化を検出するための検出器;および、
その物体の幾何学的座標を決定するためのコントローラ;
を備え、
音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するためのスプリアス波散乱手段が基板上に形成されている。
The sonic contact detection device of the present invention includes:
A substrate having a surface along which sound waves propagate;
Sound wave generating means;
A reflective array for propagating the generated sound waves along the surface of the substrate;
A detector for detecting changes in the acoustic wave caused by an object in contact with the surface of the substrate; and
Controller for determining the geometric coordinates of the object;
With
Spurious wave scattering means for diffusing spurious waves generated accompanying the generation of sound waves is formed on the substrate.
基板と同じ材料から形成される反射アレイをスプリアス波散乱手段が包含する構成が採用される。 A configuration in which the spurious wave scattering means includes a reflective array formed of the same material as the substrate is employed.
音波発生手段およびスプリアス波散乱手段は、プリントもしくはエッチングのうちのいずれかによって形成することができる。 The sound wave generating means and the spurious wave scattering means can be formed by either printing or etching.
これにおいて「音波」は、基板の表面上を伝播する表面音波に加えて、薄い基板内で、その表面に沿って伝播する超音波を含む。 In this case, the “sound wave” includes, in addition to the surface sound wave propagating on the surface of the substrate, an ultrasonic wave propagating along the surface in the thin substrate.
音波発生手段は、モード変換エレメントおよび超音波振動子を含むことができる。 The sound wave generating means can include a mode conversion element and an ultrasonic transducer.
検出器はコンバータとすることができる。このコンバータは、超音波振動を電気信号に変換するエレメント、または電気信号を超音波振動に変換するエレメントである。 The detector can be a converter. This converter is an element that converts ultrasonic vibration into an electric signal or an element that converts electric signal into ultrasonic vibration.
スプリアス波散乱手段は、拡散格子とすることができる。 The spurious wave scattering means can be a diffusion grating.
本発明の音波接触検出装置においては、音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するためのスプリアス波散乱手段が基板上に形成されている。したがって、スプリアス波散乱手段によってスプリアス波を効果的に散乱することが可能になる。 In the sonic contact detection device of the present invention, spurious wave scattering means for diffusing spurious waves generated accompanying the generation of sound waves is formed on the substrate. Therefore, the spurious wave can be effectively scattered by the spurious wave scattering means.
スプリアス波散乱手段が基板と同じ材料から形成される反射アレイを包含する構成を採用することができる。その場合においては、スプリアス波を効果的に散乱することが可能になる。 A configuration in which the spurious wave scattering means includes a reflective array formed of the same material as the substrate can be employed. In that case, spurious waves can be effectively scattered.
音波発生手段およびスプリアス波散乱手段は、プリントによって形成することができる。その場合においては、効率的なスプリアス波の散乱が可能になることに加えて、自動化されたプリントによって効率的な製造が可能になることから生産性が向上し、しかも製造コストが下がる。それに代えて、音波発生手段およびスプリアス波散乱手段を、エッチングによって形成してもよい。その場合においてもまた、効率的なスプリアス波の散乱が可能になることに加えて、両方の手段に対して単一の方法が使用可能となることから生産性が向上し、しかも製造コストが下がる。 The sound wave generating means and the spurious wave scattering means can be formed by printing. In that case, in addition to enabling efficient spurious wave scattering, the automated printing enables efficient manufacturing, thereby improving productivity and lowering manufacturing costs. Instead, the sound wave generating means and the spurious wave scattering means may be formed by etching. Even in that case, in addition to enabling efficient spurious wave scattering, a single method can be used for both means, increasing productivity and lowering manufacturing costs. .
以下、添付図面を参照して音波接触検出装置(以下、簡単に「装置」と言う)の好ましい実施態様を説明する。 A preferred embodiment of a sonic contact detection device (hereinafter simply referred to as “device”) will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、装置1内において使用されることになるタッチ・パネル3の正面図である。図1に示されているとおり、タッチ・パネル3は、矩形のガラス・プレートによって形成された基板2;基板2上に搭載されたフレキシブル・プリント回路4(FPC);およびFPC 4と電気的にリンクされたコントローラ6を包含する。
FIG. 1 is a front view of a touch panel 3 to be used in the device 1. As shown in FIG. 1, the touch panel 3 includes a
FPC 4は、FPC分岐4aおよびFPC分岐4bに分岐されている。FPC分岐4aは、基板2の水平方向、すなわち矢印Xによって示されるX軸方向に沿って延びている。FPC分岐4bは、基板のX軸と直交する垂直方向、すなわち矢印Yによって示されるY軸方向に沿って延びている。超音波を発生するためのコンバータ(バルク波発生手段)8および10が、FPC 4上に搭載されている。それに加えて、センサとして機能するコンバータ(検出器)12および14がFPC 4上に搭載されている。
The FPC 4 is branched into an
基板2の前面上には、Y軸に沿ってその側縁44の近傍に多数の傾斜ライン16を包含する反射アレイ18が形成されている。基板の他方の側縁44には、多数の傾斜ライン20を包含する反射アレイ22が、反射アレイ18と対向して形成されている。基板2の上縁24の近傍には、X軸に沿って多数の傾斜ライン26を包含する反射アレイ28が形成されている。基板の下縁45の近傍には、多数の傾斜ライン30を包含する反射アレイ32が、反射アレイ28と対向して形成されている。これらの反射アレイ18、22、28、および32のパターンは、特許文献2および特開2001−14094号公報に開示されているパターンである。ここで注意が必要であるが、反射アレイ18、22、28、および32を、集合的に反射アレイ33と呼ぶ。反射アレイ33は、音波を反射し、それらを基板2の前面に沿って伝播させる。
On the front surface of the
コンバータ8、10、12、および14は、基板2の裏面に接着により取り付けられている。基板2の前面上には、それぞれコンバータ8、10、12、および14と対応する位置に、モード変換エレメント78、80、82、および84(格子)が形成されている。この構成について、図11を参照し、モード変換エレメント80を例に挙げて説明する。図11は、基板2を矢印Aの方向から見た部分拡大断面図である。図11のモード変換エレメント80は、基板2上におけるガラス・ペーストの焼結によって形成され、複数の平行リッジ80aを包含する。図11に示されているリッジ80aは、この図の描画紙面に対して垂直の方向に延びている。
リッジ80aの幅は、400μmとなるように設定されており、それらの高さは、35μmもしくはそれを超えるように設定されている。バルク波が反射される方向は、リッジ80aの間の間隔を変えることによって変更される。この実施態様においては、リッジ80aが、リッジ80aの直隣に表面音波を発生させる間隔で形成される。コンバータ10は、モード変換エレメント80と反対側の基板上に接着により取り付けられ、はんだ付けによってFPC分岐4bと電気的に接続される。
The width of the
残りのモード変換エレメント78、82、および84についても同じ構成である。それらのうち、参照番号78および80によって示されるモード変換エレメント(音波発生手段)は、送信側コンバータ8および10によって発生されるバルク波を表面音波に変換する。モード変換エレメント82および84は、基板2の前面に沿って伝播してきた表面音波(音波)をバルク波に変換する。
The remaining
コンバータ10は、約5.5MHzの周波数で超音波振動(バルク波)を発生する。超音波振動は、基板2の裏面からその内側を通って移動し、モード変換エレメント80に達する。モード変換エレメント80は、超音波振動を表面音波に変換し、それがリッジ80aに対して垂直に、反射アレイ32に向かって伝達される(反射される)。この表面音波は、反射アレイ32の内側に傾斜した傾斜ライン30によって反射され、反射アレイ28に向かい、基板2の前面に沿って、内側に傾斜した傾斜ライン26に到達するまで伝播する。
The
モード変換エレメント78および80によって表面音波に変換されなかったバルク波は、特定の方向に放射されず、モード変換エレメント78および80から全方向に伝播する。変換されなかったバルク波の一部がコンバータ12および14に向かって伝達された場合には、それらが、主信号の検出を妨害するスプリアス波になる。それに加えて、モード変換エレメント78および80が、それらのリッジに垂直な方向に表面音波を発生するべく構成されている場合であっても、わずかな表面音波が意図しない方向に発生されることは知られている。これらの表面音波もまた、主信号の検出を妨害するスプリアス波となり得る。これらのスプリアス波がコンバータ12および14に到達すると、そこでノイズ信号が生成される。
Bulk waves that have not been converted to surface acoustic waves by the
反射アレイ28に到達した表面音波は、それによって反射されてモード変換エレメント84に向かって伝播する。モード変換エレメント84に到達した表面音波は、それによってバルク波に変換される。変換されたバルク波は、基板2の裏面にあるコンバータ14に伝達され、それがその振動を検出して電気信号に変換する。
The surface acoustic wave that has reached the
コンバータ8によって発生された超音波振動(バルク波)についても類似の態様で、モード変換エレメント78によって表面音波に変換される。その後、これらの表面音波が反射アレイ18および反射アレイ22を介してモード変換エレメント82に到達する。これらの表面音波は、モード変換エレメント82によってバルク波に変換され、コンバータ14に伝達されて、そこでそれらが検出され、電気信号に変換される。
The ultrasonic vibration (bulk wave) generated by the
このようにして、基板2の前面の、反射アレイ18、22、28、および32によって覆われるすべての領域にわたって表面音波が伝播する。したがって、この領域内において基板2に指(物体)が接触(タッチ)すると、表面音波がその指によってブロックされて消失するか減衰される。表面音波内の変化に付随する信号の変化が、センサとして機能するコンバータ12および14から、それに接続されているコントローラ6のタイミング回路(図示せず)に送信される。コントローラ6は、指によってタッチされた位置の幾何学的座標を決定する。
In this way, surface acoustic waves propagate over all areas covered by the
表面音波は、反射アレイ33の傾斜ライン16、20、26、および30のそれぞれによって反射される。それぞれの傾斜ラインに到達する表面音波の0.5%〜1%がそれによって反射される。残りは通過して隣接する傾斜ラインに伝達され、その結果、すべての傾斜ラインが、表面音波を連続的に反射する。
The surface acoustic wave is reflected by each of the
スプリアス波の拡散によりノイズを低減するためのスプリアス波散乱手段、すなわち拡散格子(拡散部分)は、装置1の基板2の前面上に形成される。拡散格子は、図1内に参照番号34、36、および38によって示されている矩形部分、上縁24に沿った傾斜ライン40および42によって形成される拡散格子43、および側縁44に沿った傾斜ライン46および48によって形成される拡散格子49を含む。傾斜ライン40、42、46、および48は、反射アレイ18、22、28、および32とは異なる機能を有する第2の反射アレイを構成する。また第2の反射アレイは、拡散格子34、36、および38内にも備えられる(図7参照)。拡散格子34、36、38、43、および49の詳細については後述する。ここで注意を要するが、これらの拡散格子を、集合的に拡散格子50と呼んでいる。
Spurious wave scattering means for reducing noise by diffusion of spurious waves, that is, a diffusion grating (diffusion part) is formed on the front surface of the
次に、接着により基板2に取り付けられるFPC 4について、図2、図3、および図4を参照して説明する。図2は、基板2に取り付けられるFPC 4を例示した正面図である。FPC 4は、接着により基板2の裏面に取り付けられるが、便宜上それが実線を用いて描かれている。ここで注意が必要であるが、図2では反射アレイ33および拡散格子50が省略されている。図3は、FPC 4の全体を示した略図的な平面図である。図4は、図3のBによって示されるFPC 4の部分の拡大図である。これらの図3および図4に示されているFPC 4は、図2の基板2の裏面から見た状態に対応する。
Next, the FPC 4 attached to the
電極52および54は、それぞれコンバータ(センサ)12および14に対応し、図3および図4に示されているとおり、FPC 4の一端に備えられている。電極52および54は、はんだ付け、銀ペースト等の導電性接着剤、または非等方性導電性接着剤によって上側からコンバータ12および14に接続される。言い替えると、コンバータ12および14は、FPC 4と基板2の裏面の間に配置される。FPC 4は、前述したFPC分岐4aならびに4b、およびコントローラ6に接続するための接続ライン4cによって構成されている。
Electrodes 52 and 54 correspond to converters (sensors) 12 and 14, respectively, and are provided at one end of the FPC 4 as shown in FIGS. The electrodes 52 and 54 are connected to the
接続ライン4cおよびFPC分岐4aは同一の長さのものであり、帯として一体的に形成される(図3参照)。接続ライン4cとFPC分岐4aの間にはパーフォレーション56が形成されており、これら2つの間の分離を可能にしている。FPC分岐4aの、電極52が備えられている端の反対側の端には、コンバータ8と接続するための電極58が備えられている。接続ライン4cの電極58に近い端には、コントローラ6と接続するための電極60が備えられている。FPC分岐4bの、電極54が備えられている端の反対側の端には、コンバータ10と接続するための電極62が備えられている(図3参照)。
The connection line 4c and the
図4に示されているとおり、接続ライン4cのプリント配線64は、10のプリントされた線、すなわち64a、64b、64c、64d、64e、64f、64g、64h、64i、および64jを含む。信号線グループは、コンバータ(センサ)12および14に接続された4つのプリントされた線(信号受信線)64d、64e、64f、および64gによって構成される。ここで重要なことは、信号線グループのいずれの側にもグラウンド線64cおよび64hが備えられていることである。
As shown in FIG. 4, the printed
送信コンバータ8および10に接続される信号線64bおよび64iが、グラウンド線64cおよび64hにそれぞれ隣接して備えられる。さらに、グラウンド線64aおよび64jが信号線64bおよび64iにそれぞれ隣接してそれらの外側に備えられている。この構成は、信号受信線64d、64e、64f、および64gがグラウンド線64cと64hによって囲まれ、信号送信線64bおよび64iがグラウンド線64cと64aおよび64hと64jによってそれぞれ囲まれることから、結果としてすべての信号線のシールドがもたらされる。この関係は、FPC分岐4aおよびFPC分岐4bにおいても同様に維持される。この構成によって、プリントされた線64b、64d、64e、64f、64g、および64iからなる信号線グループが、外部の電磁波による影響を受けにくくなる。同時に、電磁波が外部に向かって放射されにくくなる効果も得られる。上記の構成は、FPC 4が基板2に沿って長い距離にわたって延ばされる場合のEMI防止特性の向上に特に効果的である。
ここで注意を要するが、FPC分岐4bの曲げラインが、図4の参照番号66および68によって示されている。FPC分岐4bは、曲げライン66に沿って、図4の描画紙面の表面に向かう方向に曲げられる。その後、FPC分岐4bは、曲げライン68に沿って、図4の描画紙面の表面から離れる方向に曲げられ、その結果、電極62(図3参照)がコンバータ10に面する。図2においては、曲げ部分が参照番号69によって示されている。このようにして、FPC分岐4bが基板2の側縁44に沿って配置される。ここで注意が必要であるが、FPC 4は、接着剤(図示せず)などによって基板2に固定される。
Note that the bend line of the
次に、図5を参照して反射アレイ33の構成を説明する。図5は、図1に示されているものに対応する反射アレイ33の正面図である。図5においては、スプリアス波を散乱するための拡散格子34、36、38、およびその他が省略されている。反射アレイ18、22、28、および32の傾斜ライン16、20、26、および30は、それぞれ45°の角度で傾斜されている。傾斜ライン16、20、26、および30は、表面音波を、それらが基板2を横断して面する反射アレイに向けて反射するべく構成されている。反射アレイ33は、ペーストに形成された鉛ガラスの微粒子を、スクリーン・プリントまたはその他によって基板2の前面上にプリントし、その後、約500℃において焼結することによって形成される。ここで注意を要するが、図5においては基板2のコーナが部分的に例示されており、参照番号25によって示されている。上記に代えて、フィラーとして金属粒子が添加されて反射特性が向上したUV効果インクまたは有機インクを、反射アレイの材料として使用してもよい。
Next, the configuration of the
傾斜ライン16、20、26、および30の間の間隔は漸減しており、言い替えると傾斜ラインは、送信側コンバータ8および10から離れるに従って傾斜ラインの密度が高くなるように構成されている。これは、表面音波の強度が傾斜ライン16、20、26、および30を通過するに従って減衰されることによる。そのため、この減衰を補償して基板2の前面に沿って表面音波を一様に伝播させるべく上記の構成を採用する必要がある。ここで注意が必要であるが、反射アレイ22および28は、基板の上縁24および側縁44(図1参照)からそれぞれわずかに内側に備えられている。これは、次に述べる拡散格子50の傾斜ライン40、42、46、および48が反射アレイ22および28の外側に備えられるようにするためである。
The spacing between the tilt lines 16, 20, 26, and 30 is gradually reduced, in other words, the tilt lines are configured such that the density of the tilt lines increases with distance from the transmitting
次に、スプリアス波散乱手段として機能する拡散格子50について、図6を参照して説明する。図6は、図1に対応する正面図であり、モード変換エレメント78、80、82、および84とともに拡散格子50を示している。第2の反射アレイを構成する傾斜ライン40および42が、基板2の上縁24の近傍で互いに関して反対になる角度に形成されている。これらの傾斜ラインの角度は、基板2の中止部分に向かって垂直に近づき、それらの端に向かって漸進的に小さくなるようになっている。ほかの第2の反射アレイを構成する傾斜ライン46および48についても、類似の態様で互いに関して反対になる角度で、漸進的に変化する角度を伴って形成されている。これは、同一の方向にスプリアス波が反射されずに拡散されるようにするためである。
Next, the diffusion grating 50 functioning as spurious wave scattering means will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a front view corresponding to FIG. 1 and shows the diffusion grating 50 with
傾斜ライン40、42、46、および48は、従来のタッチ・パネルにおいてテープ等が接着される領域に位置決めされる。言い替えると、従来のタッチ・パネルのテープに置き換わるものとして傾斜ライン40、42、46、および48が形成される。これらの領域に到達するスプリアス波は、傾斜ライン40、42、46、および48によって拡散的に反射され、その結果、それらがコンバータ(センサ)12および14に伝達されない。超音波振動エネルギの減衰レートは、超音波の周波数、振動モード、およびガラスのタイプに応じて異なる。5.5MHzの表面音波の強度は、ソーダ・ライム・ガラスから形成された一般的な基板2に沿って40cmの伝播の後に、オリジナルの強度の1/10まで減衰される。したがって、拡散的に減衰されたスプリアス波は、それらが基板2を横断して反射されるとき急速に減衰して消失する。
複数の独立したリッジ、すなわち45°もしくは−45°を除く角度で傾斜された傾斜ラインが、矩形の拡散格子34、36、および38に形成されている。これらのリッジの形状について、図7および図8を参照して説明する。図7は、拡散格子36および反射アレイ33の部分拡大図である。図8は、拡散格子38および反射アレイ33の部分拡大図である。図7には、拡散格子36の傾斜ライン36aが反射アレイ18および32とは異なる角度で配向されていることが明確に示されている。同様に図8には、より傾斜の急な傾斜ライン38aによって構成される拡散格子38が明確に示されている。
A plurality of independent ridges, ie inclined lines inclined at an angle other than 45 ° or −45 °, are formed in the
また拡散格子36および38は、基板2の前面に沿って伝播するスプリアス波を45°もしくは−45°を除く角度で外側に向けて拡散的に反射するべく機能する。詳細は例示していないが、拡散格子34もまた類似の構造および機能を有する。傾斜ライン36aおよび38aは、それぞれの拡散格子36および拡散格子38内において平行もしくは漸進的に変化する角度を有することができる。また拡散格子34および拡散格子38は、所定の方向以外の方向に伝播する表面音波の進路を遮断し、その結果それらがコンバータ(センサ)12および14に到達しない。
The
拡散格子50は、ペーストに形成された鉛ガラスの微粒子によって、反射アレイ33と同じ態様で基板2上にプリントされる。したがって拡散格子50を、反射アレイ33の形成と同時にプリントすることができる。これは、生産性を向上し、製造コストを下げる。
The
拡散格子36および38の傾斜ライン36aおよび38aは、複数のリッジとして形成される。しかしながら拡散格子がリッジによって形成されることに限定されることはなく、種々の修正が可能である。拡散格子(拡散部分)の代替構成を図9に示す。図9は、拡散格子(拡散部分)の代替形式を示した拡大図である。この拡散部分51は、平面図において菱形を有する多数の突起51aによって構成される。拡散部分51に到達するスプリアス波は、領域内の突起51aによって、それらが形成する領域内において反復的に反射される間に減衰する。突起の形状は、菱形に限定されず、矩形、三角形、そのほかの多角形、または楕円といった任意の所望の形状とすることができる。
The
図10は、基板2の前面上に形成された拡散格子50および反射アレイ33の相対的な位置を例示した正面図である。図10には、傾斜ライン40および42が反射アレイ28の外側に位置決めされ、傾斜ライン46および48が反射アレイ22の外側に位置決めされることが明確に例示されている。拡散格子34、36、および38は、反射されずに反射アレイ33を通過した音波(表面音波)が、反射アレイ33がそれらを反射する方向とは異なる方向に反射されるように位置決めされている。
FIG. 10 is a front view illustrating the relative positions of the diffusion grating 50 and the
より詳細に述べれば、たとえばコンバータ8およびモード変換エレメント78によって発生された表面音波が、反射アレイ18を通過する間に、それらによって反射アレイ22に向けて反射される。反射アレイ18によって反射されなかった表面音波は、拡散格子36に到達する。図7に示されているとおり、拡散格子36は、表面音波を基板2の外側に向けて反射する。言い替えると、拡散格子36は、主方向と反対の方向に表面音波を反射し、その結果、ノイズを発生することになる超音波振動がコンバータ(センサ)12に到達しない。
More specifically, for example, surface acoustic waves generated by
基板2の縁に沿って形成された傾斜ライン40、42、46、および48は、基板2の前面に沿って伝播するバルク波を拡散的に反射し、減衰する。通常、バルク波は、モード変換エレメント78および80によって表面音波に変換される。しかしながら変換されるバルク波は100%ではなく、それが所定の方向とは異なる方向に伝播する。したがって、それらのスプリアス・バルク波を減衰するために傾斜ライン40、42、46、および48が使用される。
それに加えて、モード変換エレメント78および80による変換の後に、所定の方向とは異なる方向に表面音波が伝播する。傾斜ライン40、42、46、および48は、それらの迷表面音波の拡散的な反射も行い、その結果、それらが種々の方向に散乱される。スプリアス超音波振動がコンバータ(センサ)12および14に到達してノイズを生じるリスクは、この拡散性の反射によって下げられる。
In addition, after the conversion by the
図10の傾斜ライン40と42の間、および傾斜ライン46と48の間に、イルカ模様の絵柄82がプリントされている。絵柄82もまた、ノイズの低減に有効である。これらの絵柄82は、曲線の輪郭を有する。絵柄82の輪郭に到達したバルク波または迷表面音波は、種々の方向に反射され、減衰される。輪郭が曲線から形成される限り、あるいはスプリアス波を種々の方向に拡散的に反射させる角度を有するものである限り、任意の絵柄を採用することができる。それに代えて、基板2のこれらの部分にパターンをプリントしてもよい。
A
以上、本発明の実施態様について詳細に説明してきた。しかしながら本発明は、ここに述べた実施態様に限定されない。たとえば拡散格子50を、フッ化水素酸を用いたエッチングによって形成してもよい。また拡散格子50を、レーザ、サンドブラスト、あるいはカッティングを採用する化学的もしくは物理的除去処理によって形成することもできる。言い替えると、突出に代えてグルーブによって拡散格子50を形成することができる。 The embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the invention is not limited to the embodiments described herein. For example, the diffusion grating 50 may be formed by etching using hydrofluoric acid. The diffusion grating 50 can also be formed by a chemical or physical removal process employing laser, sandblasting, or cutting. In other words, the diffusion grating 50 can be formed by grooves instead of protrusions.
この実施態様においては、モード変換エレメント78、80、82、および84を有する、いわゆる「格子タイプ」の表面音波発生手段が採用される場合が説明されている。しかしながら本発明は、このタイプの表面音波発生手段を採用する装置に限定されない。たとえば本発明を、アクリル・プリズム(図示せず)を使用するくさびタイプのコンバータ(図示せず)によって表面音波を発生する音波接触検出装置に応用することもできる。また本発明を、格子ないしはくさびを伴わない超音波振動子上に形成された櫛形電極のペアを採用する音波接触検出装置に応用することもできる。
In this embodiment, a case where so-called “grid type” surface acoustic wave generating means having
本発明に使用されているFPC 4は、任意の所望の接着剤を用いて基板2に接着し、取り付けることができる。しかしながら圧電振動子は、紫外線硬化接着剤を使用して接着され、取り付けられることが好ましい。これは、接着をもたらす紫外線の照射の前に、モード変換エレメント78、80、82、および84に関してコンバータ8、10、12、および14の位置の調整を可能にして表面音波の最適発生を確保するためである。
The FPC 4 used in the present invention can be adhered and attached to the
スプリアス波散乱手段は、ここで述べたとおり、拡散性の反射および減衰を生じさせるタイプのものとすることができる。ここで注意する必要があるが、前述した実施態様においては、2つのコンバータ(センサ)12および14が互いに近接して備えられている。しかしながらこれらのコンバータ(センサ)12および14は、送信コンバータ8および10と場所を交換してもよく、その結果、それらの位置が互いに離れる。この場合、コンバータ12もしくは14のいずれかから表面音波が漏れるとき、他方のコンバータ14もしくは12がそれらと近接していないことから、当該他方のコンバータによって拾われるノイズが抑圧される。それに加えて、コントローラ6から送信コンバータ8および10までの電気的経路が短縮される。したがってスプリアス放射、すなわち電気的経路からの電磁波の放射を抑圧することができる。
The spurious wave scattering means may be of the type that produces diffusive reflection and attenuation, as described herein. It should be noted here that in the embodiment described above, two converters (sensors) 12 and 14 are provided in close proximity to each other. However, these converters (sensors) 12 and 14 may exchange places with the transmitting
次に、上記と同じ態様でスプリアス波を減衰し、除去するためのスプリアス波散乱手段の別の実施態様について説明する。ここで注意を要するが、以下の説明においては、反射アレイと同時に、ペーストに形成されたガラスの微粒子をプリントすることによってスプリアス波散乱手段が形成される製造効率の高い場合を説明する。しかしながらフッ化水素酸を用いたエッチング、レーザ、サンドブラスト、あるいはカッティングを採用するプロセス等のようなグルーブを形成するための化学的もしくは物理的除去処理が採用されることもある。 Next, another embodiment of the spurious wave scattering means for attenuating and removing spurious waves in the same manner as described above will be described. It should be noted that, in the following description, a case in which spurious wave scattering means is formed by printing glass particles formed in a paste at the same time as the reflection array will be described. However, chemical or physical removal processing for forming grooves such as etching using hydrofluoric acid, laser, sand blasting, or a process employing cutting may be employed.
図12は、スプリアス波をランダムに散乱し、除去するための第2の実施態様のスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。図13は、図12の基板上のスプリアス波散乱手段が形成された領域の部分拡大図である。図14は、スプリアス波散乱手段の第3の実施態様を伴う基板の正面図である。図15は、図14に類似の第4の実施態様のスプリアス波散乱手段が形成された基板の正面図である。ここで、図12、図13、図14、および図15が図1に示されている(タッチ・パネル)装置の変形を例示しており、拡散格子34、36、および38が、第2、第3、および第4の実施態様のスプリアス波散乱手段によって置き換えられていることに注意を要する。そのほかの構造は、これら3つの実施態様を通じて共通しており、したがって同一の構造を同一の参照番号によって示し、また説明を省略する。また、図12〜図15においては重要な部分だけが例示されており、そのほかの部分が省略されていることにも注意が必要である。
FIG. 12 is a front view of a substrate on which spurious wave scattering means of the second embodiment for randomly scattering and removing spurious waves is formed. FIG. 13 is a partially enlarged view of a region where spurious wave scattering means is formed on the substrate of FIG. FIG. 14 is a front view of a substrate with a third embodiment of spurious wave scattering means. FIG. 15 is a front view of a substrate on which spurious wave scattering means of a fourth embodiment similar to FIG. 14 is formed. 12, 13, 14, and 15 exemplify a variation of the (touch panel) device shown in FIG. 1, with
1. ランダム散乱によるスプリアス波の除去
一例として基板上に微細な突起が(前述したプリント方法によって)ランダムに分布されてスプリアス波散乱手段を形成している場合を説明する。ここで注意を要するが、前述したとおり、これらの微細な突起に代えて化学的もしくは物理的グルービング処理(ホーリング処理)によって凹部を形成してもよい。
1. Removal of Spurious Waves by Random Scattering As an example, a case will be described in which fine protrusions are randomly distributed on the substrate (by the above-described printing method) to form spurious wave scattering means. It should be noted here that, as described above, the concave portions may be formed by chemical or physical grooving (holling) instead of these fine protrusions.
図12および図13に示されているとおり、拡散部分100および102が、スプリアス波散乱手段として基板2a上の側縁44、下縁45、およびそれらのコーナに形成されている。拡散部分100は、形状において矩形であり側縁44および下縁45に沿って延びている。拡散部分102は、コーナにL字形に形成される。これらの拡散部分100、100および102は、すべて反射アレイ106および108の外側に配置されている。拡散部分100、100、および102内には、多数の拡散突起104がランダムに、すなわち規則性を伴うことなく配置されている。拡散突起104の形状は平面図において矩形になる。しかしながら拡散突起104は、矩形であることに限定されず、円、楕円、または多角形等の任意の所望の形状とすることができる。拡散突起104は、同一のサイズとしてもよく、あるいはそれぞれの拡散突起104を異なるサイズおよび形状としてもよい。ここでは、拡散突起104の分布が、スプリアス波(たとえば、寄生エコー)が充分に散乱され、除去されるように(その結果、それらがセンサによってノイズとして検出されなくなるように)設定される。
As shown in FIGS. 12 and 13,
拡散突起104のグループである拡散部分100、100、および102が、基板2aの表面に沿って伝播するスプリアス波を散乱し、除去する態様は、前述した実施態様におけるものに同じである。したがって詳細については説明を省略する。図12には、スプリアス波が除去されるまで移動する経路130、132、134、136が示されている。
The manner in which the diffusing
2. コヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去
ペースト状のガラス粒子をプリントすることによって基板上にスプリアス波散乱手段および反射アレイが同時に形成される方法においては、スプリアス波散乱手段と反射アレイの傾斜ラインのリッジの高さが(たとえば、5μm〜10μmの高さにおいて)実質的に整合する必要がある。さらに、限定されたエリア内におけるスプリアス波の減衰ならびに除去が望まれる。この場合、コヒーレントな散乱効果を作り出す拡散格子を形成することによってスプリアス波の減衰ならびに除去をより効果的に実行することができる。
2. Removal of spurious waves by coherent scattering In a method in which spurious wave scattering means and a reflective array are simultaneously formed on a substrate by printing paste-like glass particles, the spurious wave scattering means and the inclined line ridge of the reflective array are formed. The heights need to be substantially matched (for example at a height of 5 μm to 10 μm). Furthermore, attenuation and removal of spurious waves in a limited area is desired. In this case, attenuation and removal of spurious waves can be performed more effectively by forming a diffusion grating that creates a coherent scattering effect.
コンバータから放射され、基板を通って伝播するスプリアス波の周波数ならびに波長が既知であり、それぞれ5.5MHzおよび約570μmである(ソーダ・ガラス基板の場合)。これらの事実を利用する。 The frequency and wavelength of spurious waves radiated from the converter and propagating through the substrate are known and are 5.5 MHz and about 570 μm, respectively (for soda glass substrates). Take advantage of these facts.
図14に示されているとおり、拡散格子110aおよび110bは、基板2bの側縁44に沿って形成されている。拡散格子110cおよび110dは、基板2bの下縁45に沿って形成されている。ここ注意が必要であるが、拡散格子110a、110b、110c、および110dを集合的に拡散格子110と呼ぶことにする。拡散格子110は、モード変換エレメント78、80、82、および84の反対側の基板2bのエッジの近傍に備えられている。拡散格子110は、拡散格子43および49に類似した外側に傾斜した傾斜ライン112を包含する。傾斜ライン112は、互いに平行に備えられ、それらの傾斜角は拡散格子43および49の傾斜角より小さい。この傾斜ライン112の構成によって、拡散格子110は、レイリー波(表面音波)のコヒーレントな散乱によりスプリアス波を散乱し、除去するべく機能する。言い替えると、レイリー波が、互いに干渉する間に散乱され、除去される。
As shown in FIG. 14, the
3. コヒーレントな散乱によりレイリー波をバルク波に変換することによるスプリアス波の除去
上記第2項で述べたコヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去は、スプリアス波となったレイリー波(表面音波)を異なる形式のレイリー波に変換しない。しかしながら、レイリー波(表面音波)がバルク波に変換され、そこから基板の表面に関して垂直に振動する成分が除去される方法もまた有効である。
3. Removal of spurious waves by converting Rayleigh waves into bulk waves by coherent scattering The removal of spurious waves by coherent scattering described in the
言い替えると、スプリアス波の伝播方向が変更されるか散乱され、基板の前面と裏面の間をバウンドしながら伝播するバルク波に変換される。バルク波は、表面音波と異なり、水平表面に沿って高速で移動することもなく、また長い距離を移動することもない。したがって、より迅速にスプリアス波が減衰され、除去されることが可能になる。バルク波への表面音波の変換は、音響学の分野において「ラム・モードに対するレイリー波の合体」とよばれる
図15に示されているとおり、基板2c上に形成された拡散格子120(120a、120b、120c、および120d)は、上記第2項で述べたコヒーレントな散乱によるスプリアス波の除去のための拡散格子110(図14参照)に類似している。しかしながら、拡散格子を構成する傾斜ラインの間隔および傾斜ラインの幅がそれらと異なる。それに加えて、傾斜ラインの向き(角度)を傾斜ライン112と同じ、あるいはそれらと違えることができる。
In other words, the propagation direction of the spurious wave is changed or scattered and converted into a bulk wave that propagates while bouncing between the front surface and the back surface of the substrate. Unlike surface acoustic waves, bulk waves do not move at high speed along a horizontal surface, nor do they travel long distances. Therefore, spurious waves can be attenuated and removed more quickly. The conversion of the surface acoustic wave into the bulk wave is called “merging of the Rayleigh wave with respect to the Lamb mode” in the field of acoustics. As shown in FIG. 15, the diffusion grating 120 (120a, 120a, 120b, 120c, and 120d) are similar to the diffusion grating 110 (see FIG. 14) for removing spurious waves by coherent scattering described in the second section above. However, the intervals between the inclined lines constituting the diffusion grating and the widths of the inclined lines are different from those. In addition, the direction (angle) of the inclined line can be the same as or different from the
以上述べたとおり、スプリアス波の散乱および除去のためのスプリアス波散乱手段として種々の構成を適用することができる。 As described above, various configurations can be applied as spurious wave scattering means for scattering and removing spurious waves.
ここで注意を要するが、これまで述べた実施態様においては、基板上に搭載される電気回路の配線としてフレキシブル・プリント回路(FPC)が使用されている。しかしながら、それに代えてフレキシブル・フラット・ケーブル(FFC)を配線として採用してもよい。 It should be noted here that in the embodiments described so far, a flexible printed circuit (FPC) is used as the wiring of the electric circuit mounted on the substrate. However, instead of this, a flexible flat cable (FFC) may be employed as the wiring.
1 装置
2,2a,2b,3c 基板
3 タッチ・パネル
4 フレキシブル・プリント回路;FPC
4a,4b FPC分岐
4c 接続ライン
6 コントローラ
8,10 コンバータ
12,14 コンバータ;コンバータ(センサ)
16,20,26,30,36a,38a,40,42,46,48,112 傾斜ライン
18,22,28,32,33,106,108 反射アレイ
24 上縁
25 コーナ
34,36,38 矩形部分;拡散格子
43,49,50,110,110a,110b,110c,110d,120 拡散格子
44 側縁
45 下縁
51,100,102 拡散部分
51a 突起
52,54,58,60,62 電極
56 パーフォレーション
64 プリント配線
64a,64c,64h,64j グラウンド線
64b,64i 信号線
64d,64e,64f,64g 信号受信線
66,68 曲げライン
69 曲げ部分
78,80,84 モード変換エレメント
80a 平行リッジ;リッジ
82 モード変換エレメント;絵柄
104 拡散突起
130,132,134,136 経路
1
4a, 4b FPC branch 4c Connection line 6
16, 20, 26, 30, 36a, 38a, 40, 42, 46, 48, 112
Claims (10)
音波発生手段、
前記基板の前記表面に沿って前記発生された音波を伝播させるための反射アレイ、
前記基板の前記表面に接触する物体によって生じる前記音波内の変化を検出するための検出器、および、
前記物体の幾何学的座標を決定するためのコントローラ、
を備え、
前記音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するためのスプリアス波散乱手段が前記基板上に形成されていることを特徴とする音波接触検出装置。 A substrate having a surface, through which sound waves propagate along the surface,
Sound wave generating means,
A reflective array for propagating the generated sound waves along the surface of the substrate;
A detector for detecting a change in the sound wave caused by an object in contact with the surface of the substrate; and
A controller for determining geometric coordinates of the object;
With
2. A sonic contact detecting device according to claim 1, wherein spurious wave scattering means for diffusing spurious waves generated accompanying the generation of the sonic wave is formed on the substrate.
モード変換エレメント、
前記基板の前記表面に沿って前記発生された音波を伝播させるための反射アレイ、
前記基板の前記表面に接触する物体によって生じる前記音波内の変化を検出するための検出器、および、
前記物体の幾何学的座標を決定するためのコントローラ、
を備え、
前記音波の発生に付随して生成されるスプリアス波を拡散するための拡散部分が前記基板上に形成されていることを特徴とする音波接触検出装置。 A substrate having a surface, through which sound waves propagate along the surface,
Mode conversion element,
A reflective array for propagating the generated sound waves along the surface of the substrate;
A detector for detecting a change in the sound wave caused by an object in contact with the surface of the substrate; and
A controller for determining geometric coordinates of the object;
With
A sonic contact detection device, wherein a diffusing portion for diffusing spurious waves generated accompanying the generation of the sonic wave is formed on the substrate.
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