JP2012038329A - 弾性波タッチスクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】非常に狭いボーダー領域を有することができる弾性波タッチセンサー設計を可能とする。
【解決手段】タッチセンサーにおいて弾性エッジ波を発生または受信する剪断モード・トランスデューサーであって、タッチ領域を有する第１面および第１エッジに沿って第１面と交差している第２面を備えた基板がタッチセンサーに設けられ、基板の第２面上に剪断モード・トランスデューサーが設けられ、また、剪断モード・トランスデューサーが、剪断モード圧電素子、ならびに、第１電極および第２電極を有して成り、剪断モード圧電素子が、弾性エッジ波に結合することになるように、Ｘ軸およびＹ軸で規定される第２面の平面に対する方向に剪断運動を引き起こし、剪断モード圧電素子の活性領域を供するように、第１電極および第２電極が剪断モード圧電素子上に設けられており、その活性領域が弾性エッジ波の断面領域を含んでいる、剪断モード・トランスデューサー。
【選択図】図７

Description

本発明はタッチセンサーに関する。より詳細には、本発明は、本発明は、機能性を有する狭いボーダーおよび感度が増加したタッチ検知エリアを備えた弾性波タッチセンサーおよび弾性波タッチスクリーンに関する。

弾性波タッチセンサーは、タッチセンサー基板を横切って伝搬（または伝播）する弾性波に加えられるタッチ効果に起因してタッチの存在および位置を検知できるタッチ検知エリアを備えている。かかる弾性波タッチセンサーは、レイリー波（擬似レイリー波を含む）、ラム波、剪断波、または種々の弾性波の組合せを用いている。

図１は、従来の弾性波タッチセンサー、弾性波タッチスクリーン１の作動形態を示している。タッチスクリーン１は、タッチされた二次元座標の位置を決めるタッチ検知エリア２を有している。例えば、タッチ検知エリア２は、点線１６（ベゼル１０の内側境界を表している点線）によって境界付けられたエリアを含んでいる。第１送信トランスデューサー３ａは、タッチ検知エリア２の外側に配置されており、弾性波を伝えるようにタッチスクリーン１の表面に連結されている。第１送信トランスデューサー３ａによって、タッチスクリーン１の上端にて平行に伝搬するように（一般的にはタッチスクリーン１の面にて伝搬するように）弾性波信号が弾性波１１ａの形態で送られる。弾性波１１ａの伝搬経路には、一部反射弾性波要素４の第１直線状アレイ１３ａが配置されている。弾性波要素４の各々は、弾性波信号を（約９０°の角度で）部分的に反射させて送信しており、タッチ検知エリア２を垂直に伝搬する複数の弾性波（例えば、５ａ，５ｂおよび５ｃ）が生じることになる。反射要素４の間隔は、弾性波信号の減衰が補われるように、第１トランスミッター３ａからの離れるほど変化している。反射要素４が一様に離隔している場合であっても、反射要素４の反射強度を変えることによって信号を均一化することができる。弾性波５ａ，５ｂおよび５ｃは、部分弾性反射要素４の第２直線状アレイ１３ｂによって再度反射して、第１受信トランスデューサー６ａの方向に向かって略９０°（矢印１１ｂで示される方向）方向を変える。そして、第１受信トランスデューサー６ａによって弾性波５ａ、５ｂおよび５ｃが検知された後、電気信号に変換されてデータ処理される。このような構成と同様の構成は、タッチスクリーン１の左側エッジおよび右側エッジに沿うように設けられている。第２送信トランスデューサー３ｂは、右側エッジに沿うように弾性波１２ａを発生させる。弾性波反射要素４の第３直線状アレイ１３ｃによって、弾性波１２ａは、タッチ検知エリア２を水平方向（Ｘ軸と平行）に横切って進行する複数の弾性波（例えば７ａ、７ｂおよび７ｃ）にされる。弾性波７ａ、７ｂおよび７ｃは、弾性波反射要素４の第４直線状アレイ１３ｄによって、受信トランスデューサー６ｂの方向（矢印１２ｂの方向）へと向きを変えられる。そして、受信トランスデューサー６ｂでは弾性波７ａ、７ｂおよび７ｃが検知され、電気信号に変換されることになる。

タッチ検知エリア２では、指またはスタイラス等の物体によって参照番号８で示す位置がタッチされると、弾性波５ｂおよび７ａのエネルギーの幾らかがタッチした物体によって吸収される。その結果、減衰が生じ、受信トランスデューサー６ａ、６ｂにおいて、弾性波信号の変動（または摂動）が検知される。マイクロプロセッサー（図示せず）を用いてデータの時間遅れを解析すると、タッチされた位置８の座標を決定することができる。図１のデバイスは、送信トランスデューサーおよび受信トランスデューサーと２種類のトランスデューサーを用いたタッチスクリーンとして機能し得る。

図１の点線で表されているハウジング９は、タッチスクリーン１と関連を有するものである。このハウジングは、例えば成形ポリマーまたはシート材料などの適当な材料から形成することができる。ハウジング９には、ベゼル１０（図１ではベゼルの内側輪郭を点線１６で表し、ベゼルの外側輪郭を点線１７で示している）が含まれている。内側点線１６によって、ハウジング９とタッチスクリーン１の外周部との重なりが表されている。ハウジング９によって、送信トランスデューサー、受信トランスデューサーおよび他の要素を外から見えないように隠すことができる一方、タッチ検知エリア２を露出させることができる。このような構成では、隠された要素が汚染および／または損傷から保護されることになる。また、美的外観が供されると共にユーザーのためのタッチ検知エリアが規定される。

タッチスクリーンは、ディスプレイ・パネル上に設けられた別個のフェースプレートを有し成る。フェースプレートは典型的にはガラスから形成されるものの、他のいずれの適当な基板を用いてもよい。ディスプレイ・パネルは、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ・ディスプレイ、エレクトロルミネセント・ディスプレイ（または電子発光ディスプレイ）もしくは有機発光ダイオード・ディスプレイ（ＯＬＥＤディスプレイ）であってよく、あるいは他の種類のディスプレイであってもよい。

図１に示すように、タッチ検知エリア２は、ボーダー領域１５によって包囲されている。尚、このボーダー領域１５には、反射要素４、送信トランスデューサー３ａおよび受信トランスデューサー３ｂが配置されている。ボーダー領域１５の幅が減少すると、タッチ検知エリア２が増加することになる。タッチスクリーン等の透明タッチセンサーを用いたタッチセンサー用途では、ボーダーの幅が特に重要となる。タッチセンサーのボーダー領域１５がより狭いと、表示画像の周囲のボーダー部が狭い表示モニターに対してタッチセンサーを組み込むことができる。このような特徴は、モニター等のデバイスがしゃれたデザインを有し、機械的にコンパクトなデザインを有するものが一般的な傾向となってきている点を踏まえると、望ましいといえる。また、ボーダー領域１５がより狭いタッチセンサーは、より容易に封止できるだけでなく、より軽量であり、より多くの検知エリアを有している。競合するタッチスクリーン技術（例えば弾性波タッチスクリーン技術、容量式タッチスクリーン技術、抵抗式タッチスクリーン技術および赤外式タッチスクリーン技術など）の中でも、弾性波タッチスクリーンは、より広いボーダーを有するといえる。

米国特許第６６３６２０１号（その内容は引用することによって本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ボーダー領域に弾性波を集めるべく導波路を用いてタッチスクリーンのボーダー領域を減少させることは可能である。しかしながら、タッチセンサー基板のタッチ表面に導波路を設けなくても済むような別の解決策が望まれている。

上述のような理由から、非常に狭いボーダー領域を有することができる弾性波タッチセンサー設計が望まれている。

ある態様において、基板は、弾性波を伝搬させることができ、タッチ検知領域を有する第１面を含んでいる。第１側壁は、第１エッジに沿うように第１面と交差している。第１エッジは、それに沿って第１弾性波が伝搬するように構成されており、第１面は、タッチ検知領域を横切って第２弾性波が伝搬するように構成されている。波コンバーターは、第１弾性波を第２弾性波へと変換する。尚、第２弾性波は第１弾性波に基づくものである。場合によっては、波コンバーターは、コヒーレントに（または干渉作用で）散乱を引き起こす反射アレイであってよく、第１弾性波モードから第２弾性波モードへと変える。

別の態様では、タッチセンサー・システムは、一次元の第１弾性波を生じるトランスミッターを含んで成る。タッチセンサーは、弾性波を伝搬できる基板を有して成る。基板は、タッチ検知領域を有する第１面を含んでいる。第１側壁および第２側壁は、第１エッジおよび第２エッジに沿って第１面と交差している。第１エッジは、第１弾性波を伝搬するように構成されており、第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成されている。基板上には、第１弾性波を第２弾性波へと変換する第１コンバーターが設けられている。また、基板には、タッチ検知領域の少なくとも一部を通ってきた第２弾性波を検知する検出器が設けられている。そのような第２弾性波の検出は、直接的な検出であってもよいし、または、間接的な検出であってもよい。

別の態様では、基板（弾性波が伝搬可能な基板）のタッチ検知領域でなされるタッチを検出する方法が供される。基板には、タッチ検知領域を有する第１面が含まれる。基板の第１側壁および第２側壁は、第１エッジおよび第２エッジに沿うように第１面と交差している。上記方法は、一次元の第１弾性波を第１側壁に沿って送信することを含んで成る。第１弾性波は第２弾性波に変換される。第２弾性波は、タッチ検知領域を通るように第１面を進行するものである。第２弾性波は、基板の第２側壁近傍で検出される。かかる第２弾性波の検出は、直接的な検出であってもよいし、または、間接的な検出であってもよい。

別の態様では、タッチセンサーは、弾性波を伝搬させることが可能な基板を有して成る。基板は、タッチ検知領域を有する第１面、および、第１エッジに沿うように第１面と交差する第１側壁を含んでいる。第１エッジは、それに沿って第１弾性波を伝搬させるように構成されており、第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成されている。第２弾性波は第１弾性波に基づいている。タッチセンサーには、基板上に反射要素を有する反射アレイが設けられており、それによって、第１弾性波モードから第２弾性波モードへと変わったり、あるいは、第２弾性波モードから第１弾性波モードへと変わったりする。第１エッジには、湾曲した領域が形成されていてもよい。タッチ検知領域は、フラットな面、湾曲した面または半球状の面を有するものであってよい。基板は、４つのエッジに沿って第１面と交差する４つの側壁を更に有して成り、隣接する側壁と共にコーナーを形成している。各々のコーナーには、弾性波を生じたり受け取ったりするトランスデューサーが設けられていると共に、４つのエッジの各々の近傍には反射アレイが設けられている。弾性波を発生および受信する少なくとも２つのトランスデューサーを基板に設けてもよい。タッチされた場所が決定される２つの座標を有するタッチ検知領域で、タッチが行われる。タッチ検知領域のタッチの第１座標および第２座標をそれぞれ検知するための弾性波が発生および受信されたりするように、第１トランスデューサーおよび第２トランスデューサーを基板に設けることができる。場合によっては、少なくとも２つのトランスデューサーを基板に設け、そのうちの少なくとも１つのトランスデューサーを用いることによって、弾性波の発生および受信を行い、タッチ座標を検出する。タッチ検知領域の全体または一部において弾性波の発生および受信を行うトランスデューサーが基板に設けられる。別の態様では、実質的に欠陥のない第２側壁が、第２エッジに沿うように第１面と交差している。第２エッジは、第２側壁と第１面とで約９０°の角度を成すように形成されている。第２エッジは、タッチ検知領域の少なくとも一部を横断した後の第２弾性波を反射させる。別法にて、１またはそれよりも多い反射ストリップが、第２エッジに隣接して形成されており、かかる反射ストリップが、第２弾性波の１／２波長の整数倍に相当する間隔を空けるように相互に離隔している。反射ストリップおよび第２エッジは、タッチ検知領域の少なくとも一部を通過した後の第２弾性波を反射させる。

別の態様では、タッチセンサーは、弾性波を伝搬させることが可能な基板を有して成る。基板には、タッチ検知領域、および、第１エッジに沿って第１面と交差している第１側壁が含まれる。第１エッジは、第１弾性波が第１エッジに沿って伝搬するように構成されている。第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成されている。第２弾性波は第１弾性波に基づいている。一部反射要素（または部分的に弾性波を反射させる要素）を有して成る反射アレイは、第１エッジに隣接する基板上に形成されており、それによって、第１弾性波モードから第２弾性波モードへと変わったり、あるいは、第２弾性波モードから第１弾性波モードへと変わったりする。一部反射要素は、基板に対して材料を供して突出部を形成することによって形成する。あるいは、一部反射要素は、基板から材料を除いて溝を形成することによって形成する。一部反射要素は、相互に規則正しい間隔を空けて形成されており、第１側壁および第１面の少なくとも一方に沿って延在し得る。更に、一部反射要素は、第１弾性波の１波長未満の長さ分だけ第１エッジから離して設けられ得る。規則正しい間隔を空けて配置されている一部反射要素の第１セットは、第１弾性波の１波長の周期よりも大きいフーリエ成分を有すると共に、第１弾性波の１／２波長の周期よりも小さいフーリエ成分を有している。別法にて、反射アレイは、規則正しい間隔を空けて配置されている反射要素の第１セットおよび第２セットから構成されていてもよく、その場合、第２セットは、第１セットに対して第１弾性波の１／４波長シフトしており（またはずれており）、第１セットと第２セットとが相互に重ならないようになっている。一部反射要素は、第１弾性波の約１／２波長の長さの幅を有するように第１エッジに沿って形成されている。

別の態様では、タッチセンサーは、弾性波を伝搬させることが可能な基板を有して成る。基板には、タッチ検知領域を有する第１面、および、第１エッジに沿って第１面と交差している第１側壁が含まれている。第１エッジは、第１弾性波が第１エッジに沿って伝搬するように構成されている。第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成されている。第２弾性波は第１弾性波に基づいている。タッチセンサーは、弾性波を送受信するトランスデューサー（圧電素子を有して成る）、および、第１弾性波モードと第２弾性波モードとの間を切り替える反射アレイを有して成る。トランスデューサーは、第１エッジに沿って配置された回折格子を有して成る。かかる回折格子は、第１エッジに隣接する第１側壁上に形成されているか、または、第１エッジに隣接する第１面上に形成されている。回折格子は、第１弾性波の１波長に略相当する間隔を空けて相互に離隔する一連の溝を有して成る。場合によっては、回折格子は、第１弾性波の１波長に略相当する間隔を空けて相互に離隔している一連の溝を基板に有して成る。別法にて、回折格子は、圧電素子に形成された一連の溝を有して成る。圧電素子は、圧力モードのピエゾまたは剪断モードのピエゾのいずれか一方であってよい。トランスデューサーは、圧電素子に結合したウエッジ要素（または楔形状要素、ｗｅｄｇｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を更に有して成るものであってもよい。ウエッジ要素は、第１側壁または第１面のいずれか一方に設けられており、ウエッジ要素に隣接した第１エッジに格子が配置されている。別法にて、ウエッジ要素は、第１面に平行な面に対して鋭角を成すように第１側壁に設けられており、基板にて規則正しい間隔を空けて相互に配置された溝を有して成る格子が、ウエッジ要素に隣接する第１エッジに形成されている。場合によっては、基板から材料を取り除いて、斜めの切欠部を形成してよく、圧電素子に結合したウエッジ要素がその切欠部に設けられてもよい。別の態様では、第２エッジに沿って第１面と交差している第２側壁であって、第１弾性波の伝搬方向に垂直な平面を成している第２側壁に、トランスデューサーが設けられている。第２側壁に設けられているトランスデューサーの圧電素子が、タッチ面に対して約４５°のポーリング方向（または分極処理方向）を有していてよい。別の態様では、圧電素子は、正面側部および背面側部を更に有して成る。第１電極および第２電極が、圧電素子の正面側部および背面側部の一部または実質的に全部をカバーするように設けられており、それによって、第１電極と第２電極とがオーバーラップする圧電素子エリアには活性領域が形成される。別法にて、トランスデューサーは基板に結合されており、結合部分が、活性領域の一部に相当し、トランスデューサーが第１弾性波の１波長の二乗未満のエリア内に存在している。場合によっては、第１電極が正面側部の少なくとも一部をカバーするように設けられ、かつ、第２電極が正面側部または背面側部の少なくとも一部をカバーするように設けられており、圧電素子が励起されるように、正面側の第１電極および第２電極が第１電気接続部および第２電気接続部に取り付けられている。圧電素子は、正面側部と背面側部とが交差する第２エッジを有して成る。第２エッジは第１エッジに隣接しており、第１エッジに垂直な面を占めている。基板が設けられるように正面側または背面側が形成されており、圧電素子が、正面側および背面側に平行な面に垂直な方向に分極処理されている。第１電極および第２電極が第１エッジおよび第２エッジに形成されており、圧電素子が励起されるように、第１電極および第２電極が第１電気コンタクトおよび第２電気コンタクトに取り付けられるようになっている。別の態様では、圧電素子の少なくとも一部が第１面および側壁の少なくとも一方を越えて延在するように、圧電素子が基板に設けられている。別法にて、第１面および側壁の少なくとも一方を越えて延在する圧電素子の部分が、第１弾性波の１波長未満の長さとなっている。

上述した記載および以下で行う本発明の或る態様についての詳細な説明は、図面を参照することによって、より理解が深まるであろう。尚、本発明は、図面に示す構成および手段に制限されないことを理解されよう。

図１は、従来の弾性波タッチセンサー、弾性波タッチスクリーンの動作状態を示している。 図２は、本発明の態様に従ってタッチ面および側壁を有するタッチセンサー基板を示している。 図３は、本発明の態様に従って、エッジに沿って伝搬するエッジ波に対して摂動が与えられるように構成された一部反射アレイを示している。 図４は、本発明の態様の図３の反射要素のサブセットを拡大した図を示している。 図５は、本発明の態様の図３の別の態様の反射要素のサブセットを拡大した図を示している。 図６は、本発明の態様に従ってタッチ面に形成された反射要素を示している。 図７は、本発明の態様に従って反射要素が一定の間隔で離隔しているタッチスクリーンを示している。 図８は、本発明の態様に従ってエッジ波の逆反射を最小限にする反射アレイ設計を示している。 図９は、本発明の態様に従って基板のエッジに沿って周期的な間隔で離隔した一連の溝を有して成る格子を示している。 図１０は、本発明の態様に従って形成された格子の拡大図を示している。 図１１は、本発明の態様に従って、ラップアラウンド電極を有する圧電素子を示している（かかる圧電素子９０は、回折格子と組合せて用いることによって、トランスデューサーを構成し得る）。 図１２は、本発明の態様に従って、交流電気信号が図１１の第１電極および第２電極に加えられる態様を示している。 図１３は、本発明の態様に従って基板の側壁に結合されている圧電素子を示している。 図１４は、本発明の態様に従って基板の側壁の格子に結合されているエッジ波トランスデューサー（圧電素子を有して成る）を示している。 図１５は、本発明の態様に従って、剪断モードの圧電素子（剪断モード圧電部材）が組み込まれたエッジ波トランスデューサーの設計を示している。 図１６は、本発明の態様の別の圧電部材を示している。 図１７は、本発明の態様の圧電素子の両側に設けられた正面側電極および裏面側電極を有する圧電部材を示している。 図１８は、本発明の態様の別の圧電部材を示している。 図１９は、本発明の態様に従って、基板の側壁に設けられたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリを示している。 図２０は、本発明の態様に従って、エッジに対して傾けて設けられたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリを示している。 図２１は、本発明の態様に従って基板に設けられたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリを示している。 図２２は、本発明の態様の別の圧電部材を示している。 図２３は、本発明の態様に従って基板に設けられた圧電部材を示している。 図２４は、本発明の態様に従って形成されたエッジ波タッチセンサー・システムを示している。 図２５は、本発明の態様のタッチパネルを示している。 図２６は、本発明の態様のタッチパネルを示している。 図２７は、本発明の態様に従って４つの圧電部材を有して成る大きいタッチパネルを示している。 図２８は、本発明の態様に従ってコンピューターと相互に接続されたタッチモニターのブロック図を示している。 図２９は、丸いテーブル面の例を示している。 図３０は、本発明の態様に従って基板の約９０°エッジに沿って伝搬するエッジ波パケットを示している。 図３１は、本発明の態様に従って形成された別のエッジ波タッチセンサー・システムを示している。 図３２は、本発明の態様に従ってＸ信号およびＹ信号を発生する単一の送信トランスデューサーが設けられているタッチセンサーを示している。 図３３は、本発明の態様に従ってＸ信号およびＹ信号を発生する単一の送信トランスデューサーが設けられている別のタッチセンサーを示している。 図３４は、本発明の態様に従って、共通の送信トランスデューサーが配置された付近の基板のジオメトリーを示している。 図３５は、本発明の態様に従って形成されるジオメトリーのオプションを示している。

図１に示すような従来の反射アレイ１３ａ〜１３ｄは、約９〜２６個の弾性波波長に相当する約５ｍｍ〜１５ｍｍの幅を有している（約５ＭＨｚの常套の周波数が約０．５７ｍｍの波長に相当すると仮定している）。より幅の狭い反射アレイは典型的にはより小さいスクリーンに用いられる。

弾性表面波では、二次元の面付近に弾性波エネルギーが集まっている。弾性表面波は、表面がフラットである場合には（表面が僅かに湾曲している場合であっても）表面から拡散することなく表面付近を伝搬するので、表面によって波がガイドされるといえる。一次元のエッジ弾性波は、弾性波の一種である。一次元のエッジ弾性波は、エッジ波、曲げエッジ波または線状弾性波（ｌｉｎｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）とも呼ばれるものである。エッジ波の波エネルギーは、表面のエッジ周辺に局在しており、エッジから法線方向に向かうにつれ指数関数的に減衰するものである。それゆえ、エネルギー・ベクトルは、エッジに沿って進行する。エッジ波は非分散波であり、それらの速度は、周波数からは独立している。タッチセンサーに非分散波を用いると、受信された信号の「タッチで加えられた摂動」が、弾性波の進行に起因して、単純な凹んだ形状からより複雑な振動形状へと歪むことがない点で有利である。

エッジ波エネルギーの大部分は、エッジを規定する９０°コーナーから１波長分内側へと延在する領域までに存在する。エネルギーがエッジから指数関数的に減衰するので、エッジから２波長分を越える領域では実質的にエネルギーが存在していない。このことは、ガラスにて約５ＭＨｚの周波数を有するエッジ波に関して言えば、エッジから約１ｍｍまでの領域内にエッジ波が閉じ込められていることを意味している。また、２ｍｍ厚さのガラス・プレートでは、エッジ波は、側壁の上方エッジに沿って伝搬することになる（２ｍｍ厚さ離れた側壁の底部エッジの影響を受けない）。エッジ波エネルギーがエッジから約１ｍｍまでの領域内に拘束されているので、エッジ波技術を用いると、非常に狭い機能的なボーダーを備えたタッチセンサーを作製することができる。それゆえ、エッジ波を組み込んだタッチセンサーのハウジングでは、ベゼル領域をより狭くすることができ、タッチセンサーのタッチ検知領域を増加させることができる。

図２は、本発明の態様に従ってタッチ面２４および側壁３２を有するタッチセンサー基板２０を示している。基板２０の形成には、ガラス、セラミックおよび金属（例えばアルミニウムまたはスチール）等のいずれの適当な材料を用いてもよい。ある用途では、弾性波の損失が少ないガラスが望ましくなる。例えば、ホウケイ酸ガラスは、損失が少なく、受信された信号振幅が増加し得るので、タッチセンサー・エリアをより大きくすることが可能となる。

タッチ面２４に相当する面と側壁３２の各々に相当する面との交差部分にて、クリーンなエッジ２２が基板２０に形成されている。クリーンなエッジ２２は実質的に欠陥のないように又は無きずで（ｆｒｅｅ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔ）形成されている。つまり、欠けあと（ｃｈｉｐ）、筋状部（ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）、凹み、不均一領域など、クリーンなエッジ２２におけるデビエーション部（またはズレをもたらす部分、ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は、弾性波波長よりも短い寸法を有している。一定の周波数では、エッジ波の波長は、よく知られたレイリー波の波長よりもわずか数％短いものである。それゆえ、レイリー波の波長を既知の明確な測定値として用いると、欠陥がレイリー波の波長の２０％未満となることが好ましいといえる。

クリーンなエッジ２２は、基板２０の形成に用いる材料に適した方法で形成することができる。例えば、ガラスを切断および機械加工してクリーンなエッジ２２を得ることができる。別法にて、例えば局所的なレーザー加熱法およびガス噴射による冷却法を用いた熱応力で割れ目（または裂け目、ｆｒａｃｔｕｒｅ）を制御して更に進行させることによって、クリーンなエッジ２２を形成してもよい。場合によっては、慎重に実施できるのであれば、ガラスをけがき折断してよく、それによって、けがき折断された面の反対側にクリーンなエッジ２２を形成することができる。

側壁３２がタッチ面２４と当接する箇所に形成される角度４２および角度４４は９０°であるか、あるいは２０°〜９０°となっており、側壁３２がタッチ面２４に対して垂直または実質的に垂直となっている。例えば、エッジ２２の有する角度４２および角度４４が９０°よりも相当に小さくなると、種々の速度の多数のエッジ波モードが存在することになる。一方、エッジ２２が９０°＋/−１０°の角度４２および角度４４を有する場合では、エッジ２２が単一のエッジ波モードのみをサポートすることになる。これは、エッジ２２に沿って伝搬するエッジ波としてモードが混在する可能性が排除されることになるので望ましい。

基板２０の対向するエッジ２６は、基板２０の第２面２８に相当する面と側壁３２の各々に相当する面との交差部分にも形成されている。第２面２８をタッチ面として利用しないのであれば、かかる対向するエッジ２６はクリーンである必要はない。タッチ面が１つであることが望ましい場合には、１つの面に隣接するエッジのみをクリーンなエッジにすればよいので、製造時間または製造コストを最小限にすることができる。

図３０は、本発明の態様に従って基板２０の約９０°エッジ２２に沿うように伝搬するエッジ波パケット５８０を示している。図３０に示すように、エッジ波はＸ方向に進行している。エッジ波が通過する際に生じる材料の運動の主な成分（即ち、基板２０内の原子の動き）は、伝搬方向Ｘに垂直であって、かつ、Ｙ方向およびＺ方向の双方から４５°ずれた方向の成分である。分かりやすくするために、図３０では材料の偏向状態を強調して示している。エッジ波ポケット５８０のエネルギーの大部分は、タッチ面２４および側壁３２の沿いって存在しており、９０°エッジ２２からエッジ波の一波長分内側へと延在する領域内に含まれている。

図３は、本発明の態様に従って、エッジ２２に沿って伝搬するエッジ波に対して摂動が加えられるように構成された一部反射アレイ３０を示している。トランスデューサー（図示せず）は、電気信号と弾性波との間の変換を行うために用いられる（以下にて更に説明する）。タッチセンサー・システムでは、一般的に、弾性波信号が発生および／または受信されるように、コントローラーとトランスデューサーとの間で電気信号が伝えられる。

エッジ２２に沿って伝搬するエッジ波に摂動が加えられるように、反射アレイ３０は、クリーンなエッジ２２に隣接するように相互に間隔を空けて配置された反射要素３４を有して成る。第１波の一次元のエッジ波は、エッジ２２に沿うように発生して伝搬するが、エッジ２２から１波長分だけ内側へと延在する領域にて伝搬する。エッジ波を、基板２０のタッチ面２４を横切るように伝搬する第２弾性波または二次元の表面弾性波（ＳＡＷ）に変換するために、反射アレイ３０が用いられ得る。第２弾性波は、二次元タッチ面に十分なタッチ密度をもたらす波であれば何れの波であってもよく、例えば、レイリー波（「レイリー波」という用語は「擬似レイリー波」も含めた意味で用いている）および板波（例えばラム波および剪断波）などの表面束縛波であってよい。図３の反射要素３４は、エッジ２２に沿って相互に規則正しく（周期的に）間隔を空けて配置されており、Ｙ軸（図３には図示せず）に沿って基板２０の側壁３２の沿うように延在し得るものである。以下で説明することであるが、反射要素３４は、基板に材料を付着させたり又は基板２０の一部を除去したりすることによって形成することができる。

エッジ波は、エッジ２２に沿って進行し、反射要素３４の各々に到達する。エッジ波の一部は、隣の反射要素３４へと伝わったり、反射要素３４によって吸収されたり散乱されたりする。エッジ波は、反射要素３４によって、表面２４に束縛（または拘束）されたレイリー波へと変換されるが、その際、９０°向きを変えて散乱し、また、一次元エッジ波モードから二次元レイリー表面弾性波（ＳＡＷ）モードへと変わることになる。

図４は、本発明の態様に従って形成された図３の反射要素３４のサブセット３６を拡大した図である。反射要素３４は、突出した反射要素８６として表されている。反射要素８６は、エッジ２２に沿って伝搬するエッジ波の波長（λ_Ｅ）に略相当する距離４８を有するように相互に離隔している。それゆえ、反射要素８６によってモード変換されて得られる表面レイリー波は、相互に同期することになる。具体例を挙げると、反射要素８６は、約λ_Ｅ／２のＸ軸方向の幅４０、約λ_Ｅ以下のＹ軸方向の高さ３８、約λ_Ｅよりもかなり短い（例えばλ_Ｅの数％未満の長さ）Ｚ軸方向の深さ４６を有した矩形状であってよい。例えば、反射要素８６の深さ４６の寸法は、Ｚ軸方向に沿って側壁３２の外面から外側へと延在している。反射要素８６の上部エッジ８０は、エッジ２２と同一の高さとなるように形成されているか、または、エッジ２２から距離８２以内となるように形成されている。

反射要素８６は、適当な材料で形成することができる。例えば、焼成セラミック（例えば、ガラス・フリット）を用いることができる。別法にて、反射要素８６は、米国特許第５８８３４５７号に記載されているようなポリマー含有ＵＶ硬化インクを含んで成るものであってもよい。尚、米国特許第５８８３４５７号の開示内容は引用することにより本明細書に組み込まれる。有用なポリマー含有ＵＶ硬化インクの一例としては、無機粒子を含んだものが挙げられる（無機粒子を含んでいるものの、ポリマー・マトリックスに起因して基板２０よりも軟らかい）。そのようなポリマー含有インクを含んで成る反射要素８６では、ほんのわずかな剛性摂動（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）がもたらされ、主として質量負荷または慣性効果に起因して結合が行われる。適当な方法、例えば、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット法およびマイクロディスペンス法等の付着法によって、反射要素８６を基板２０上に形成することができる。

図５は、本発明の態様に従って形成された図３の別の態様の反射要素３４のサブセット３６の拡大図を示している。図５では、反射要素３４が溝形状の反射要素８８として表されている。反射要素８８は、側壁３２に沿って形成されている。かかる反射要素８８は、溝またはノッチが形成されるように、基板２０の領域を少し除去して形成され得る。上述したように、反射要素８８は、エッジ２２に沿って進行するエッジ波（λ_Ｅ）の波長に略相当する距離４８だけ相互に離隔して周期的に配置されている。反射要素８８の形状は種々に考えられる。例えば、反射要素８８の形状は、約λ_Ｅ／２のＸ軸方向の幅４０、約λ_Ｅ以下のＹ軸方向の高さ３８、約λ_Ｅよりもかなり短い（例えばλ_Ｅの数％未満の長さ）Ｚ軸方向の深さ８４を有した矩形状であってよい。反射要素８８の深さ８４の寸法は、Ｚ軸方向に側壁３２の外面から内側へと延在している。

図４に関連して説明したＵＶ硬化インク等の材料から成る突出型反射要素８６（ほんのわずかな剛性摂動がもたらされ、質量負荷または慣性効果に主に起因して結合が行われる反射要素）と比べて、溝型反射要素８８は、基板剛性の点で摂動としてのエッジ波により結合する。反射要素８８には、軟らかい充填ポリマーなどの他の材料を充填してもよく、それによって、反射要素８８の重量負荷特性および剛性摂動特性を調整することができる。

図６は、本発明の態様に従ってタッチ面２４に形成された反射要素３４を示している。反射要素３４は、エッジ２２に沿って進行するエッジ波の波長（λ_Ｅ）に略相当する距離４８だけ相互に離隔するように周期的に配置されている。反射要素３４は、約λ_Ｅ／２のＸ軸方向の幅４０、約λ_Ｅ以下のＺ軸方向の高さ３８、Ｙ軸方向の深さ（図示せず）を有している。上述したように、反射要素３４が付加的な材料から形成されている場合には、深さ寸法がタッチ面２４の外面から外側に延在することになり、その一方、反射要素３４が基板２０から材料を除去することによって形成されている場合には、深さ寸法がタッチ面２４の外面から内側に延在することになる。場合によっては、反射要素３４は、例えば図３の反射要素３４と図６の反射要素３４とを組み合わせることによって、タッチ面２４と側面３２との双方に形成してもよい。

エッジ２２から１波長分以上離れるとエッジ波密度が略ゼロに近いので、１波長分以上離れた箇所では実質的にエッジ波への結合はない。その一方、タッチ面２４または側面３２のエッジ２２から１波長分以内の領域における摂動は、エッジ波エネルギーを分散させることになる。それゆえ、反射要素３４の特性（例えば、重量負荷、剛性摂動など）、幾何学的形状および位置を調整することによって、エッジ波と種々の他の弾性波モード（例えば、レイリー波、ラム波、剪断波）との間の相対的な結合力を調整することができる。

エッジ波とレイリー波との結合は興味深い事項である。タッチ検知性が高く、分散がないので、レイリー波は、タッチを検知する弾性波モードとして魅力的である。更に、レイリー波の深さプロファイルとエッジ波の深さプロファイルとは非常に似ているので、エッジ波は、他の波モードに結合するよりも容易にレイリー波へと強く優先的に結合することになる。数値シミュレーションを用いて、摂動を最適に設計することによって、レイリー波または他のタッチ検知弾性波モードに結合するエッジ波を最適化することができる。

反射要素３４の望ましい性質は、所望のタッチ検知を行う弾性波モードに一部依存している。個々の反射要素３４は、入射エッジ波エネルギーの一部のみを反射するものであり、それゆえ、図５の溝型反射要素８８の場合では、基板２０の内側方向の深さ８４は、一般的にλ_Ｅよりも相当に小さく（例えば、波長の数％のオーダーまたは数ミクロンである）、弾性波損失と変換効率（一次元エッジ波と二次元表面弾性波との間の変換効率）との間のトレードオフを所望のものとすることができる。

エッジ波が、エッジ２２に対して垂直ではなく対角線方向にタッチ面２４を横切って進行するレイリー波へと結合されるように、反射アレイ３０を設計することができる。反射要素３４間の相互の距離４８を調整して、反射角を調整することができる。Ｓが距離４８であって、θがエッジ２２の法線に対してレイリー波の進行方向が成す角度である場合には、角度θにおけるコヒーレント散乱の条件は、以下の式で表される：
Ｓ sin (θ)＝Ｓ（λ_Ｒ／λ_Ｅ）−ｎλ_Ｒ
尚、ｎは整数、λ_Ｒはレイリー波の波長、λ_Ｅはエッジ波の波長である。

図７は、本発明の態様に従って規則正しい間隔で離隔した反射要素３４を備えたタッチスクリーン１２８を示している。簡略化すべく、反射要素３４は、４つのエッジ２２の２つのエッジにしか示していない。即ち、送信反射要素アレイ１７６および受信反射要素アレイ１７８が示されている。反射要素３４は、図３〜６で説明したように形成され得る反射要素である。反射要素３４は、エッジ２２に沿って伝搬するエッジ波の波長（λ_Ｅ）に略相当する距離４８を有するように相互に周期的に間隔を空けて配置されている。

矢印１６４，１７４および１６６は、送信トランスデューサー１６２から受信トランスデューサー１６８までの所望の弾性波経路を示している。また、図７には、受信トランスデューサー１６８にて干渉信号がもたらされる望ましくない弾性波経路も示されている。望ましくない弾性波経路は、反射アレイ１７６および１７８に起因してエッジ波が１８０°向きを変えて逆方向に散乱することによって生じるものである。ＳＡＷをエッジ波へと９０°方向を変えて散乱させるのに必要な波長間隔で規則正しく離隔している反射要素３４のアレイに起因して、エッジ波が逆方向に１８０°散乱する場合がある。

第１エッジ波は、矢印１６４の方向にてエッジ２２に沿うように送信トランスデューサー１６２によって伝搬する。エッジ波は、送信反射要素アレイ１７６の反射要素３４によって、矢印１７４の方向にタッチ面２４を横切るように進行するＳＡＷ波へと変換される。送信トランスデューサーからのエッジ波エネルギーの幾らかは、矢印１８４に示すエッジ２２に沿って伝搬し続けることになる。反射要素３４がエッジ波を逆方向に１８０°散乱させる場合、望ましくないエッジ波が矢印１８５の方向に生じることになる。このような望ましくないエッジ波もまた散乱し得、９０°向きを変えるので、望ましくない遅延がレイリー波（矢印１７４）にもたらされ、結果的に、受信トランスデューサー１６８で寄生干渉信号がもたらされてしまう。

更に、受信反射要素アレイ１７８では、エッジ波が１８０°向きを変えて逆方向に散乱することに起因して、望ましくない寄生が生じる。所望のＳＡＷ波（矢印１７４）は、受信反射要素アレイ１７８の規則正しく離隔した反射要素３４によって２つのエッジ波へと変換される。それゆえ、受信トランスデューサー１６８に向かって矢印１６６の方向に進行する第２エッジ波および矢印１８６の方向に進行する望ましくない寄生エッジ波が生じる。そして、寄生エッジ波は、矢印１８７に示すように反射要素３４によって受信トランスデューサー１６８に向かって１８０°逆方向に散乱され得る。図７に示すような寄生経路の振幅を最小限にするために、エッジ波の逆方向１８０°の散乱が最小限となるような反射要素３４の設計が望ましい。

図８は、本発明の態様に従ってエッジ波の逆反射を最小限にする反射アレイ設計１５０を示している。かかる設計は、図７の要素１７６および１７８等の送信アレイおよび受信アレイの双方に適用することができる。第１反射要素１５２および第２反射要素１５４は、基板のタッチ面２４に示されているものの、タッチ面２４に加えて又はタッチ面２４に代えて、側壁３２に第１反射要素１５２および第２反射要素１５４を形成してもよい。更に、第１反射要素１５２および第２反射要素１５４を溝形状または突出形状に形成してもよい。第１反射要素１５２は、エッジ波の１波長に相当する距離を有するように相互に間隔を空けて配置されている。第２反射要素１５４は、エッジ波の１／４の波長に実質的に相当する距離１８２の分だけ第１反射要素１５２からずらして配置されている。第１反射要素１５２および第２反射要素１５４の幅は、１／４波長未満の幅、１／４波長に相当する幅、１／４波長よりも大きい幅（この場合、反射要素１５２および反射要素１５４が部分的または全体的に相互に重なっている）となっている。

換言すれば、反射アレイ設計１５０では、エッジ波の逆方向への１８０°反射を抑えることを考慮せずに、第１反射要素１５２をまず設計することによって形成できる。次いで、第１反射要素１５２を１／４波長分ずらすことによって、第２反射要素１５４を形成する。次いで、第２反射要素１５４を第１反射要素１５２の上に重ねる。

エッジ波が矢印１５６の方向にエッジ２２に沿って伝搬する際、ＳＡＷエッジ波１５８および反射波１７０が第１反射体１５２に起因して形成される。ＳＡＷ波１６０および反射波１７２は第２反射体１５４に起因して形成される。それゆえ、２つのＳＡＷ波がエッジ波の伝搬方向に対して９０°に形成され、２つの反射波がエッジ波の伝搬方向に対して１８０°向きを変えた方向に形成される。

反射波１７０および反射波１７２は、それらの一方の経路が他方の経路に対して１／２波長分長くなっているので、反射波１７０と反射波１７２とは相互に位相が１８０°ずれることになり、１８０°逆反射が相殺又は最小化される。ＳＡＷ波１５８とＳＡＷ波１６０との間には１／４波長分の遅れがあるので、ＳＡＷ波１５８とＳＡＷ波１６０との間には９０°の位相のずれが生じ、そのため、散乱振幅が相殺されることがない。換言すれば、エッジ２２に沿う隣接する第１反射要素と第２反射要素１５４との間の距離を、１／４波長と３／４波長と交互にすることによって、９０°エッジ−ＳＡＷ結合を抑制せずに１８０°逆方向散乱を抑制できる。

例えば、座標ｘを図８に示すようなエッジ２２に沿った距離とし、Ｐ（ｘ）を反射体１５２の散乱強度の周期的な変化とする場合、Ｐ（ｘ）は、フーリエ変換することによってＰ（ｘ）＝ΣＰｎ^＊ｅｘｐ（ｉ（２πｎ／λ）ｘ）と表すことができる。以下では、フーリエ係数Ｐｎの観点から１８０°逆反射を最小限にする条件について考察する。かかる考察は、反射体１５２の強度がトランスデューサーから離れるにつれて徐々に増加するケース（信号の均等化に望ましいと考えられるケース）として一般化することができる。この場合、ｒ（ｘ）をｘの関数として重み付けたゆっくりと変化する反射強度とし、Ｒ（ｘ）＝ｒ（ｘ）^＊Ｐ（ｘ）、Ｐ（ｘ）は周期関数とすると、Ｐ（ｘ）＝Ｐ（ｘ＋λ）となり、各溝の詳細な形状が規定される。

ＳＡＷがエッジ波へと９０°向きを変えて散乱される（矢印１５８および１６０の方向に散乱される）ことは、溝形状のフーリエ級数のｎ＝±１の項に起因する一方、エッジ波が１８０°向きを変えて逆方向に散乱されること（矢印１７０および１７２の方向への散乱）は、フーリエ級数のｎ＝±２の項に起因している。フーリエ級数のｎ＝±２の項が除かれていると、矢印１７０および１７２の方向の望ましくないエッジ波の逆散乱が排除され得る。

フーリエ級数のｎ＝±２の項を除く方法の１つは、ＳＡＷとエッジ波とを望ましく結合するゼロでない必須なｎ＝±１要素を有する任意の周期関数Ｐ（ｘ）で開始し、１／４波長分パターンをずらし、そして、それを元のパターンＰ（ｘ）に重ね合わせることであるＰ（ｘ）→Ｐ’（ｘ）＝｛Ｐ（ｘ）＋Ｐ（ｘ＋λ／４）｝。またはフーリエ要素Ｐｎに関してｎ＝±１ではなくｎ＝±２に対してＰ’ｎ＝０となるようにＰｎ→Ｐ’ｎ＝（１＋ｉ^ｎ）Ｐｎとなるようにする。

図４および図５を参照して説明すると、反射要素８６および反射要素８８は、１／２波長に相当する幅を有しており、相互に１波長分だけ離隔している。これは、図８のケースに相当する（図８では、第１反射要素１５２および第２反射要素１５４の各々が１／４波長分の幅を有しており、相互に１波長分だけ離隔している）。第１反射要素１５２を繰り返し設ける際、１／４波長分ずらして重ね合わせると、１／２波長の幅４０を有し、相互に１波長分離隔する一連の反射要素８６または８８を得ることができる。

エッジ２２に沿って伝搬する弾性波のエッジ波へと電気信号を変換するのにトランスデューサーを用いてもよい。トランスデューサー・アッセンブリの一例として、格子要素と組み合わせた圧電素子を挙げることができる。そのようなトランスデューサー・アッセンブリでは、圧電素子と媒体（生じた弾性波モードが伝搬することになる基板２０など）との間に格子要素が配置されている。格子要素は、トランスデューサーからの弾性波エネルギーを基板２０上の弾性波へと結合する回折要素として機能する。

図９は、本発明の態様に従って基板２０のエッジ２２に沿って規則正しく離隔した一連の溝５２を有して成る格子５０を示している。溝５０は、例えば、機械加工、エッチング、レーザーアブレーション、研磨、パターンニングおよび成形法などの適当な機械的な手法を用いることによって、基板２０に形成することができる。

図１０は、本発明の態様に従って設けられた格子５０の拡大図を示している。溝５２のＹ軸方向の高さ５４は、エッジ波λ_Ｅの波長と略等しいか又はその波長未満となっている。Ｚ軸方向の溝５２の深さ５８は、エッジ波λ_Ｅの波長と略等しいか又はその波長よりも相当に小さくなっている。溝５２は、エッジ波λ_Ｅの波長に略相当する間隔７４を空けて相互に離隔している。Ｘ軸方向の溝５２の幅５６は、エッジ波の略１／２波長の長さ又はλ_Ｅ／２となっている。格子５０の設計は、図５に示すような溝形状の反射要素８８から成る反射体アレイの設計と共通しており、双方ともエッジ波にコヒーレント結合する機能を有している。主たる相違は、結合の強さである。効率的なトランスデューサーの設計のために、格子５０では、エッジ波のエネルギーの多くを格子５０の短手方向に励起または抽出しなければならない一方、図３の反射アレイ３０は、エッジ波とエッジ２２の大部分を横切るようなレイリー波との間の結合を拡げる機能を有している。そのため、典型的には格子５０の深さ５８は、図５の深さ８４よりも相当に深くなっている。

図１１は、本発明の態様に従って、ラップアラウンド電極を有する圧電素子９０を示している。かかる圧電素子９０は、回折格子と組合せて用いることによって、トランスデューサーを構成し得る。第１電極６４は、圧電素子９０の正面側６６の下方領域６５に存在しており、圧電素子９０の底側７６の周囲から圧電素子９０の裏面側７０までを包囲している。第１電極６４および第２電極７２には、銀フリット、印刷用ニッケルまたは他の導電性材料が含まれていてもよい。

圧電素子９０および電極６４，６５を有して成るアッセンブリは、ピエゾ６０とも呼ばれる。圧電素子９０は、圧力モードの圧電素子である。ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）は、圧電素子の形成に一般に用いられる材料であるものの、ＰＶＤＦポリマーおよび鉛フリーセラミックも用いることができる。ピエゾ６０の活性領域の高さは、エッジ波の垂直プロファイルに適合するようになっており、即ち、ピエゾ６０の活性領域の高さは、λ_Ｅに略等しいか又はλ_Ｅ未満となっている。電極７２および電極６４に電圧が印加されると電極７２と電極６４との間に挟まれた圧電材料が機械的に励起することになるので、ピエゾ６０の活性領域は電極７２のジオメトリー（または幾何図形的外形もしくは形状寸法）によって決められるものである。ハンドリングを容易にするべく、ピエゾ寸法６２が活性領域よりも大きくなっており、エッジ波波長λ_Ｅよりも相当に大きいことが好ましい。

図１２は、本発明の態様に従って形成された図１１の第１電極６４および第２電極７２に加えられる交流電気信号９６を示している。ラップアラウンド型の第１電極６４および第２電極のジオメトリーによって、ピエゾ６０の上方領域７３を電気的に活性化させることができる。

圧電素子９０は、典型的には、動作周波数にて圧電材料で生じる弾性波の１／２波長に相当する厚さ７８を有している（分かり易くするために図１２では電極６４および７２の厚さを強調して示している）。約５ＭＨｚで機能する圧力モードのピエゾ６０では、厚さ７８は典型的には約４００μｍである。第１電極６４および第２電極７２に対する電気接続は、例えばバネ接点、半田、導電性エポキシ（例えば銀含有のエポキシ）または方向性のある導電率を有した導電性接着剤（例えば、電極６４および電極７２の面に対して垂直な方向のＺ軸方向に大きい導電率を有する接着剤）等を用いて適当な方法で行うことができる。接続方法を決める際には、低抵抗接合、低い電磁的干渉および感度、高い信頼性、ならびに低コストなどが考慮される。

図１３は、本発明の態様に従って基板２０の側壁３２に結合しているピエゾ６０を示している。４つのピエゾ６０は、４つの異なるエッジ２２に沿うように４つの異なる位置にそれぞれ結合している。

図１４は、本発明の態様に従って基板２０の側壁３２の格子５０に結合しているピエゾ６０を有して成るエッジ波トランスデューサーを示している。図１３および図１４に示すように、ピエゾ６０は、格子５０の溝５２に結合しており、電気的に活性な上方領域７３が溝５２と重なるようになっている。ピエゾ６０を格子５０に対して結合させる際に接着剤を用いてもよい。その場合、接着剤によって溝５２が充填または部分的に充填されるように接着剤を用いることができる。接着剤の機械的性質は、ピエゾ６０の運動が溝５２の領域の基板２０の側壁３２から大きく減結合するように（またはピエゾ６０の運動が溝５２の領域の基板２０の側壁３２と非干渉となるように）選択することができる。別法にて、ピエゾ６０と溝５２との間の弾性波結合が強くなるように格子５０を設計してもよい。使用目的によっては、ピエゾ６０から基板２０へと進行する圧力波の速度が溝５２の底部にて遅くなるように溝５２に接着剤を用いることが望ましく、それによって、溝５２内でのエッジ内へのピエゾ振動結合が、溝５２の相互間の結合に対して約１８０°位相がシフトする（またはずれる）ことになる。このように、溝５２内におけるピエゾ振動への結合が、溝５２の相互の間の結合に対して干渉作用を及ぼすように加えられるので、エッジ波が生じることになる。

格子を基板２０の側壁３２に形成する代わりに、別法にて、格子（図示せず）をピエゾ６０の側部に形成してもよい。この場合、基板２０に格子５０を形成しなくてもよくなる。格子がピエゾ６０の側部に形成されていると、ピエゾ６０の格子側を基板２０へと結合することによって、ピエゾ６０によって生じる弾性波とエッジ波との間に結合機構が形成される。更に、エッジ（例えば、タッチ面２４と側壁３２との交差部分によって形成されるエッジ２２）を形成する２つの面の間でエッジ波が対称となっているので、エッジ波トランスデューサー９８を基板２０のタッチ面２４に設けてもよい。別法にて、エッジ波トランスデューサー９８を側壁３２およびタッチ面２４の双方に形成してもよい。

図１５は、本発明の態様に従って剪断モードの圧電素子（剪断モードのピエゾ）１２０が組み込まれたエッジ波トランスデューサーの設計１００を示している。剪断モードのピエゾ１２０は、正面側部１３８、背面側部１８４および第１側部〜第４側部１８８,１９０,１９２,１９４を有する圧電材料１１８を含んで成る。第１電極１２２は、圧電材料１１８の正面側部１３８の三角形状領域１３６に存在している。第２電極１２４は、圧電材料１１８の正面側１３８の底側の三角形状領域１９６に存在すると共に、底側１４８から圧電材料１１８の背面側部１８４までを包み込んでいる。

剪断モードのピエゾ１２０は、基板２０の側壁３２に結合すると共に、タッチ面２４に当接している。剪断モードのピエゾ１２０は、領域１３６に相当する上左側コーナーにて電気的に活性を有し、Ｘ軸およびＹ軸に対して約４５°の角度（両端矢印１２７によって示されるような角度）の分極または分極成分を有しており、運動が引き起こされることになる。そして、剪断モードのピエゾ１２０の剪断運動が、矢印１２６に示すようなＺ方向に伝搬するエッジ波に結合する。剪断モードのピエゾ１２０はエッジ波を直接的に励起させており、要素５０などの格子構造が必要ないことに留意されたい。

図１６は、本発明の態様の別のピエゾ２００を示している。正面側電極２０４は、圧電素子２０２の正面側部２０８の上方領域２０６に存在している。裏面側電極２１０は、圧電素子２０２の正面側部２０８の下方領域２１２に存在すると共に、底側部２１４から圧電素子の背面側部２１６までを包み込んでいる。裏面側電極２１０は、背面側部２１６に延在しており、圧電素子２０２の上方領域２０６の活性領域２１８のみを被うように設けられている。

第１電気接続部２２０は、半田付け法、ワイヤーボンディング法または他の相互接続法によって、正面側電極２０４と相互に接続されている。第２電気接続部２２２は、背面側電極２１０と相互に接続されている。ピエゾ２００のサイズは、活性領域２１８よりも大きくなっている。そのため、活性領域２１８のサイズおよび形状を制限してエネルギーの多くが散乱することを防止しつつも、第１電気接続部２２０と正面側電極２０４との接続および第２電気接続部２２２と裏面側電極２１０との接続をし易くして製造できる。活性領域２１８のサイズは、例えば、エッジ波の波長の二乗の１／１０のオーダー（即ち約０．１×λ_Ｅ ^２）である。波長と動作周波数とは逆比例の関係にあるので、ピエゾ２００がより高い動作周波数に対して設計されている場合では活性エリア２１８は減少する傾向がある。図１６は、活性エリア２１８が正方形の例を示している。活性エリア２１８の他の形状は、電極２０４，２１０を適用な形状して所望のオーバーラップ・ジオメトリー（または重なり合ったジオメトリー）とする場合に可能である。

図１５および図１６に示すピエゾでは、基板２０の励起が、伝搬するエッジ波の断面領域に相当する小さい領域に制限されている。このようなピエゾでは、圧電の励起が、所望のエッジ波断面領域に限定されている。代替的な手法は、ピエゾ２００と基板２０との間の機械的な結合を、伝搬するエッジ波の小さい断面領域に制限するものの、より大きいピエゾ領域（例えばより大きい活性エリア２１８を形成することによって得られるピエゾ領域）を圧電効果を得るべく励起させる手法である。

図１７は、本発明の態様に従って圧電素子２４６の両側に正面側電極２２６および裏面側電極２２８を有するピエゾ２２４を示している。正面側電極２２６および裏面側電極２２８は、それぞれ圧電素子２４６の正面側２５４および背面側２５６を実質的に被っている。図１５および図１６のピエゾでは、ピエゾ２２４の剪断モードが４５°の方向に剪断運動を有することになるように、分極処理（またはポーリング）が施されている。このようなピエゾ２２４が基板２０のコーナーに結合している場合では、基板２０への機械的な結合を強くするためにエポキシなどの硬い接着剤を所望の活性領域に用いることができ、その一方、空気ギャップまたはシリコーンゴム（ＲＴＶ）などの弱い剪断結合材料を他の場所に用いることができる。同一の面にて正面側電極２２６および背面側電極２２８の双方が電気的に接続されることが望ましい場合、図１８に示すようにラップアラウンド型電極を用いてもよい。

図１８は、図１７に示すピエゾと同様のピエゾであるものの、別の態様を有したピエゾ２３０を示している。正面側電極２３２は、圧電素子２３６の正面側に存在している。背面側電極２３８は、圧電素子２３６の正面側２３４のコーナー領域２４０に存在すると共に、圧電素子２３６の側部２３２の一部から背面側２４４までを包み込んでいる。背面側電極２３８は、圧電素子２３６を被うように背面側２４４にて延在しており、正面側電極２３２と背面側電極２３８とがオーバーラップするような活性領域を形成している。ピエゾ２３０では、ピエゾ２３０の略全面が圧電効果を有するように活性化されている。ピエゾ２３０と基板２０との間の結合を適当に設計および形成すると、基板２０に対する弾性波の結合を、エッジ波の発生および受信に望ましい領域に限定することができる。

図１９は、本発明の態様に従って、基板２０の側壁３２に設けられたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ（または楔形状トランスデューサー・アッセンブリ）を示している。圧電素子２５０は、ウエッジ２５２側面の１つに設けられている。ウエッジ２５２の対側は、基板２０の側壁３２に設けられている。側壁３２の垂直面に対するピエゾ要素２５０の傾きが、ウエッジの角度２４８を規定している。ピエゾ２５０によって励起され、ウエッジ２５２を伝搬するバルク圧力波が、それに対して垂直に伝搬する基板２０の側壁３２のレイリー波と結合できるように、ウエッジの角度２４８が制御されている。

励起されると、圧電素子２５０は、ウエッジ２５２にてバルク波を形成する。表面弾性レイリー波（ＳＡＷ）が形成されるが、図１９の矢印１３２に示すように側壁３２に沿って伝搬する。すなわち、表面弾性レイリー波は、エッジ２２に垂直な方向に伝搬する。レイリー波は、格子要素５２を有する格子５０と相互作用することになる。上述したように、格子要素５２は、エッジ波の波長λ_Ｅに略等しいか又はその波長λ_Ｅ未満のＹ軸方向の高さ５４を有し、波長λ_Ｅに略相当する間隔を空けて相互に離隔して配置されている。格子５０は、二次元の表面波（レイリー波）を一次元のエッジ波に結合することができるので、矢印１３４で示すようにエッジ２２に沿うようなエッジ波が形成されることになる。

図１９に示すようなトランスデューサー設計では、ウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０の送信と受信とを行う間では、寄生ＳＡＷ経路が形成され得る。例えば、ウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０によって形成される第１ＳＡＷの寄生成分は、側壁３２を上方へと伝搬した後、検知面２４を横切るように伝搬し、そして、反対側の側壁３２に設けられた受信用のウエッジ・トランスデューサーへと伝搬し得る。このような寄生経路は、ウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０をエッジ２２に対して傾けることによって遮断する（または妨げる）ことができる。

図２０は、本発明の態様に従ってエッジ２２に対して傾けて設けたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０を示している。かかるアッセンブリ１３０では、ウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０によって形成されたレイリー波とエッジ２２とが交差する角度は９０°となっていない。角度φにて形成されたＳＡＷの間を結合する格子５０の溝５２間の間隔ｓは、次の関係式によって表される：
１＝ｓ／λ_Ｅ＋ｓ^＊ｓｉｎ（φ）／λ_Ｒ

図２１は、本発明の態様に従って基板２０に設けられたウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０を示している。タッチ面２４に対向する面２８の基板２０の一部を除去することによって、２つの側壁３２が交差する面付近のコーナーにおいて斜めの切欠部１４０が形成されている。ウエッジ１４２および圧電素子１４４を含んだウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０は、切欠部１４０に設けることができる。そのため、ウエッジ・トランスデューサー・アッセンブリ１３０が、側壁３２または基板面２４，２６の面から突出していない。

図２２は、本発明の態様に従って形成された別のピエゾ２６０を示している。ピエゾ２６０は、ノッチが形成されたコーナー２６４を有する圧電素子２６２を有して成る。ノッチが形成されたコーナー（またはノッチ付きコーナー）２６４は、圧電素子２６２の第１エッジ２６８および第２エッジ２７０によって形成された面に対して約４５°の角度２６６を有するように形成され得る。

例えば、５．５ＭＨｚの場合では、圧電素子２６２の深さ２７２は、Ｚ軸方向に約２００ミクロンであってよい。より一般的には、動作周波数で剪断モード共振がもたらされるように深さ２７２が選択される。即ち、深さ２７２は、圧電素子２６２の材料でのバルク剪断波の波長の１／２に略等しくなっている。圧電素子２６２のＸ軸方向の幅２７４およびＹ軸方向の高さ２７６は、各々２ｍｍであってよい。第１電極２７８および第２電極２８０は、それぞれ第１側壁２６８および第２側壁２７０に形成され得る。分極処理は、Ｚ軸方向に行われる。

図２３は、本発明の態様に従って基板２０に設けられたピエゾ２６０を示している。ピエゾ２６０は、図１５に示す剪断モードのピエゾ１２０と同様に設けられている。ピエゾ２６０は、そのノッチ付きコーナー２６４が図２３に示すようにエッジ２２と面一となるように基板２０に設けることができる。別法にて、ピエゾの側面２６８および２７０が、基板２０の面と面一になるようにしてもよい。

ピエゾの側面２６８,２７０がタッチ面２４および側壁３２から出っ張るような突出部が形成されるようにピエゾ２６０を設けると、より大きい効率を得ることができる。突出量、または、タッチ面２４および側壁３２からピエゾ側面２６８，２７０までの距離は、エッジ波の波長以下となり得る。図１５，図１６および図１８のピエゾ設計に基づくトランスデューサーおよび図１４のトランスデューサーに対しても同様に突出部を適用することができる。

図２２を参照して説明すると、ワイヤー２８２，２８４を、上述したように、第１電極２７８および第２電極２８０に取り付けてもよい。交流電気信号２８６によって励起させると、運動または剪断モード振動が、矢印２８８〜２９４で表されるように圧電素子２６２内で生じることになる。圧電素子２６２内における振動強度は、ノッチ付きコーナー２６４に近くになるにつれ（矢印２８８で示される）より大きくなる。その一方、ノッチ付きコーナー２６４から離れるにつれ、振動強度および剪断波の振幅が制御されるように減少する。

基本的なエッジ波の励起機構は、図１５の剪断モードのピエゾ１２０と図２３のピエゾ２６０とは同じである。図２２，図２３のピエゾ２６０の利点は、ノッチ２６４のジオメトリーの設計および基板２０に対して行うピエゾ２６０の配置を適当に行うことによって、圧電励起パターンをエッジ波運動の断面プロファイルに合わせることができる。これによって、他のモードへと結合する寄生に対する、所望のエッジ波モードへと結合するピエゾの割合を最大限にすることができる。

エッジ波の断面は非常に小さいので、ピエゾ（例えばピエゾ２６０）は非常に小さく、高いインピーダンス（ＳＡＷを発生させるのに常套的に使用されるトランスデューサーの５０Ωのインピーダンスよりも大きいインピーダンス）を有している。インピーダンスと活性領域のサイズとは反比例の関係を有しているので、インピーダンスはｋΩ範囲となる。それゆえ、ピエゾの高いインピーダンスと適合するようにコントローラー（例えば図２４に示すコントローラー１１２）を設計することが好ましいことが理解できるであろう。受信回路の入力インピーダンスを、受信トランスデューサーのインピーダンスと適合させなどの既知の電子原則を利用してもよい。

図２４は、本発明の態様に従って形成されたエッジ波タッチセンサー・システム３００を示している。タッチセンサー・システム３００は、タッチ面２４および側壁３２（図示せず）を備えた基板２０を有して成る。分かり易くするために、エッジ２２は、エッジ３０６，３０８，３１０および３１２として表している。

コントローラー１１２は、電気接続部１１０を介して送信トランスデューサー３０２,３０４へと電気信号を供する。格子９２，９４は、ピエゾ振動を第１弾性波モード（例えば、矢印で表されている、エッジ３０６に沿って進行するエッジ波３１４およびエッジ３０８に沿って進行するエッジ波３１６）へと変換する。エッジ波３１４は、反射アレイ３１８によってレイリー波３２０へと変換される。レイリー波３１４は、表面２４に結合した表面弾性波として進行して反射アレイ３２２に到達し、反射アレイ３２２にてエッジ波３２４へと再び変換させられる。変換させられたエッジ波３２４は、矢印で示される方向へとエッジ３１０に沿って進行し、受信トランスデューサー３２６で検知され得る。同様に、エッジ波３１６は、反射アレイ３２８によってレイリー波３３０に変換される。レイリー波３３０は、表面２４に結合した表面弾性波として進行して反射アレイ３３２に到達し、反射アレイ３３２にてエッジ波３３４へと再び変換させられる。変換させられたエッジ波３３４は、矢印で示される方向へとエッジ３１２に沿って進行し、エッジ波の信号振幅が受信トランスデューサー３３６によって検知されることになる。受信トランスデューサー３２６，３３６からの電気信号は、電気接続部１１４を介してコントローラー１１２へと送られる。タッチ面２４に加えられる摂動（例えば指またはスタイラスによる接触）は、受信エッジのエッジ波からの信号の摂動として検知され、かかる摂動が受信信号で検知された時間に基づいて、摂動が加えられた位置を決定することができる。

タッチ検知領域１０８はタッチ面２４に形成されているが、反射アレイ３１８,３２２,３２８および３３３ならびにトランスデューサー３０２,３０４,３２６および３３６がセンサー基板２０の非常に狭い外周部１１６に沿って形成されている及び／又はそのような外周部に結合しているので、タッチ検知領域１０８は実質的にタッチ面の全体を成している。尚、多くの場合、タッチ検知領域１０８は基板２０の側壁３２に形成することができる及び／又は側壁３２に結合させることができる。一次元エッジ波の発生および検知に必要とされるタッチ面２４の外周部１１６は１ｍｍほどである。

別法にて、タッチ検知領域１０８の少なくとも一部を進行した後の表面弾性波（例えば、二次元ＳＡＷ）を、エッジ波に変換することなく直接的に検知することによって、タッチ面２４のタッチ検知領域１０８に加えられた摂動の存在および位置を特定することができる。

図２４の態様は、上述したような送信トランスデューサー／受信トランスデューサーと２つのトランスデューサーを用いて二次元タッチ位置座標を供するように変更してもよい。更に、エッジ波を用いる他の多くのタッチスクリーン・ジオメトリーが可能であり、例えば、エッジ波の使用に適した非直交の弾性波経路を形成することができる。

図２５は、本発明の態様に従って形成されたタッチパネル３５０を示している。クリーンなエッジ３５６〜３６２は基板２０に形成されている。反射要素３６４および３６６は、側壁３２に形成されているか、または、エッジ３５６,３６２の２つに隣接するタッチ面２４に形成されている。反射要素３６４は、エッジ３５６に隣接する側壁３２に形成されており、反射要素３６６は図示するようにエッジ３６２に隣接するタッチ面２４に形成されている。ピエゾ３５２および３５４は、エッジ波の情報を送信および受信するために用いられている。

ピエゾ３５２または３５４の１つだけを活性させて送信状態または受信状態にすることができる。コントローラー３６８は、電気接続部３７０，３７２を介してピエゾ３５２，３５４の各々と繋がっている。コントローラー３６８はスイッチ３７４および３７６を有するものであってよく、それによって、ピエゾ３５２またはピエゾ３５４のいずれかを、信号を送信する信号発生機３７８に接続したり又は信号を受信してデコードする電子モジュール３８０に接続したりして制御することができる。コントローラー３６８は、ピエゾ３５２とピエゾ３５４とを切り替えることができ、ピエゾ３５２による信号の送受信の後、ピエゾ３５４による信号の送受信を行うことができる。別法にて、電気接続部３７０および３７２の各々に対しては、送信／受信モード・スイッチを備えた同様の２つの回路のいずれかを設けてもよい。

活性化されると、ピエゾ３５２は、矢印３８２の方向にエッジ波を送信する。エッジ波は、反射要素３６４に到達し、タッチ面２４の表面に結合するＳＡＷに変換され、矢印３８４の方向に送られる。矢印３８４の方向に伝搬するＳＡＷの大部分は、エッジ３６０で反射することになる。別法にて、１つ又はそれよりも多い反射ストリップ３８６を、エッジ３６０に平行に隣接するようにタッチ面２４に設けてもよく、その場合、相互に１／２波長分だけ間隔を空けて反射ストリップ３８６を配置してよい。エッジ３６０および／または反射ストリップ３８６は、１８０°向きが変わるようにＳＡＷを矢印３８８の方向へと反射させる。ＳＡＷがエッジ３５６および反射要素３６４に到達すると、ＳＡＷはエッジ波に変換されて、矢印３９０の方向に送られる。かかるエッジ波はピエゾ３５２で検知され、電気信号が電気接続部３７０を介してコントローラー３６８で読み取られることになる。

コントローラー３６８は、信号発生機３７８で生じた電気信号を電気接続部３７２へと送信して、ピエゾ３５４を励起させる。ピエゾ３５４は、エッジ３６２に沿うように矢印３９２の方向へと進行するエッジ波を発生させる。エッジ波が反射要素３６６に到達すると、エッジ波は、タッチ面２４を横切るように矢印３９６の方向に進行するＳＡＷへと変換される。ＳＡＷは、エッジ３５８および／または１つ若しくはそれ以上の反射ストリップ３９６によって、１８０°向きが変わるように反射される。反射されたＳＡＷは矢印３９８の方向へと進行して、エッジ３６２および反射要素３６６に到達し、そして、矢印４００の方向に進行するエッジ波へと変換される。ピエゾ３５４は、エッジ波を検知し、電気信号が電気接続部３７２を介してコントローラー３６８へと送られることになる。

図３１は、本発明の態様に従って形成された別のエッジ波タッチセンサー・システムを示している。タッチ面２４の非常に狭いボーダー領域を利用しつつ二次元タッチ座標の情報が供されるように、単一のトランスデューサー６０２が送信モードおよび受信モードの双方で作動する。トランスデューサー６０２は、エッジ波を送信かつ受信できるのであれば何れのトランスデューサー設計（例えば、上述したようなトランスデューサー設計）を有していてよい。

基板２０は、クリーンなエッジ６０４〜６１０を有するように形成されている。エッジ６０４とエッジ６０６とが交差する箇所には丸いコーナー６１２が形成されている。丸いコーナー６１２もまた、実質的にクリーンなエッジを有するように形成されており、約９０°の角度を成すものであってよい。エッジ６０４,６０６には、反射アレイ６１４,６１６がそれぞれ形成されている。吸収ダンパー６１８は、側壁３２の一方の端部にて形成されているが、エッジ６０８に隣接すると共に反射アレイ６１６の一方の端部に隣接するように形成されている。尚、エッジの波ガイド特性によって、非常にシンプルかつ効率的に、反射アレイ６１４と反射アレイ６１６との間でエッジ波の向きを９０°変えることができ、Ｘ座標およびＹ座標のタッチデータを得ることできることに留意されたい。即ち、側壁３２および対応するエッジ６０４，６０６から成る形状が、円を４分割したような形状になり得ることに留意されたい。

トランスデューサー６０２は、エッジ６０４に沿うように矢印６２０の方向にエッジ波を送信する。送信されたエッジ波の一部は反射アレイ６１４で散乱され、レイリー波として矢印６２２の方向に向かって進行し、タッチ面２４を横断することになる。タッチ面２４を横断した波は、矢印６２４の方向へと１８０°向きを変えて反射され、再び反射アレイ６１４で反射して矢印６３６の方向へと向きを変えた後、トランスデューサー６０２で受信されることになる。このように、送信されたエッジ波の一部は、時間的に比較的速く受信され、タッチのＸ座標が測定される。

トランスデューサーから送信されたエッジ波の別の一部は、反射アレイ６１４を通過するように丸いコーナー６１２へ向かって進行し、反射アレイ６１６へと到達する。エッジ波のエネルギーは、レイリー波として矢印６２８の方向へと部分的に９０°向きを変えて散乱されることによって、レイリー波としてタッチ面２４を横断する。タッチ面２４を横断した波は、エッジ６１０で反射して矢印６３０の方向へと１８０°向きを変えた後、反射アレイ６１６で反射し、トランスデューサー６０２で受信されることになる。このように、送信されたエッジ波の一部は、時間的に比較的遅く受信され、タッチのＹ座標が測定される。反射アレイ６１４および反射アレイ６１６の双方を通過するように進行したエッジ波の残りは、吸収ダンパー６１８において除去される。

図２６は、本発明の態様に従って形成されたタッチパネル４０２を示している。タッチパネル４０２は、上述したような側壁３２を備えた基板２０を有して成る。クリーンなエッジ４０４〜４１０は、側壁３２の各々の面とタッチ面２４とが交差する箇所に形成されている。基板２０は、タッチ面２４の一方の寸法が他方の寸法よりも大きくなるように形成されている。例えば、基板２０のＸ軸方向の寸法は、そのＹ軸方向の寸法よりも長くなっている。

タッチセンサーまたはタッチセンサー・システムでより長い弾性波経路を伝搬する弾性波は、より短い弾性波経路を伝搬する弾性波よりも損失が大きくなる。それゆえ、タッチセンサーのタッチ検知領域にわたってタッチ感度を比較的一様にするために、異なる弾性波経路を伝搬する弾性波から得られることになる信号を均等化させ、それによって、信号レベルが弾性波長さにそれほど依存しないようにすることがしばしば望ましい。

反射要素４２０,４２２および４２４は、それぞれエッジ４０６，４１０および４０４に形成されている。上述したように、反射要素４２０,４２２および４２４は、側壁３２および／またはタッチ面２４にて規則正しい間隔を空けて配置された溝または突出部として形成されてもよい。場合によっては、１つ又はそれよりも多い反射ストリップ４２６を、エッジ４０８に隣接するタッチ面２４に形成してもよい。

タッチパネル４０２では、３つのピエゾ４１２，４１４および４１６が用いられている。ピエゾ４１２を信号送信に用い、ピエゾ４１４を信号受信に用いてよい。コントローラー４１８の信号発生機４２８は、信号を電気接続部４３０へと送る。送信ピエゾ４１２は、エッジ４０６に沿うように矢印４３２の方向へとエッジ波を伝搬させる。エッジ波は反射要素４２０によって部分的に反射し、矢印４３４の方向へとタッチ面２４を横切るように進行するＳＡＷへと変換される。ＳＡＷは、反射要素４２２によってエッジ波へと変換され、矢印４３６の方向へとエッジ４１０に沿って進行することになる。ピエゾ４１４はエッジ波を検知し、電気信号が電気接続部４３８を介してコントローラー４１８へと送られる。

ピエゾ４１６は、信号の送受信に用いられる。ピエゾ４１６に関連する信号の送受信は、図２５およびコントローラー３６８に関連して説明した送受信と同様に行われ得る。ピエゾ４１６は、コントローラー４１８の信号発生機４２８で生じた電気信号で励起される（電気接続部４４０を介して行われる）。ピエゾ４１６は、エッジ４０４に沿うように矢印４４２の方向へとエッジ波を伝搬させる。かかるエッジ波は、反射要素４２４によって矢印４４４の方向に向かってＳＡＷとして部分的に反射される。ＳＡＷは、反射ストリップ４２６および／またはエッジ４０８によって反射され、矢印４４６の方向へと１８０°向きを変えた後、反射要素４２４によって反射されることによって、矢印４４８の方向へと伝搬するエッジ波に変えられる。かかるエッジ波はピエゾ４１６によって検知され、電気信号が、電気接続部４４０を介してコントローラー４１８へと送られることになる。

タッチパネル４０２では、Ｘ軸方向のタッチ現象が検知されるように、反射要素４２４およびエッジ４０８を備えた１つのピエゾ４１６（場合によっては反射ストリップ４２６を備えている）を用いている。また、Ｙ軸方向のタッチ現象が検知されるように、２つのピエゾ４１２,４１４および反射要素４２０,４２２を用いている。それゆえ、ＳＡＷは、タッチ面を横切るＸ軸方向に１回だけ伝搬する一方、タッチ面を横切るＹ軸方向には２回伝搬することになる。

図２７は、本発明の態様に従って４つのピエゾ４５２〜４５８を有して成るより大きいタッチパネル４５０を示している。タッチパネル４５０では、基板２０のタッチ面２４が大きくなっている。それゆえ、波が伝搬する距離がより長くなり、信号の減衰がより大きくなり得る。一定のタッチパネル・サイズでは、図２７の設計によって、各コーナーに１つのトランスデューサーを設けつつも最大経路長さを最小限にすることができる。図１５〜１８および図２３の設計のトランスデューサーが多くとも１つ基板２０に配置できることに留意されたい。

ピエゾ４５２〜４５８は、それぞれ基板２０の異なるコーナーに設けられているので、相互に物理的に干渉することはない。ピエゾ４５２〜４５８の各々は、図２５にて上述したように信号を送受信するものであるので、コントローラー４１８については更なる説明を行わない。

基板２０では、クリーンなエッジ４６０〜４６６が形成されている。反射要素４７０〜４７６は、エッジ４６０〜４６６の各々に近接して形成されているが、エッジ４６０〜４６６の各々の約半分の長さに相当する箇所（ピエゾ４５２〜４５８に最も近い箇所）まで形成されている。反射ストリップ４９４〜４９８は、存在する場合、エッジ４６６と平行となるようにタッチ面２０に形成されており、表面弾性波の波長の約１／２に相当する間隔を空けて相互に離隔している。反射ストリップ４９４〜４９８は、エッジ４６６の約半分の長さに相当する箇所（反射要素４７６が存在していない箇所）に形成されているか、または、ピエゾ４５６から最も離れたエッジ４６６の半分領域に形成されている。更なる反射ストリップは、同様に、エッジ４６０〜４６６の各々と平行となるようにタッチ面２０に形成されている。

ピエゾ４５２が励起されると、ピエゾ４５２は、矢印４７８の方向へとエッジ４６２に沿って進行するようなエッジ波を形成する。かかるエッジ波は反射要素４７２によって部分的に反射され、矢印４８０の方向へとタッチ面２４を横切るように進行するＳＡＷに変えられる。ＳＡＷは、反射ストリップ４９４〜４９８および／またはエッジ４６６で反射し、矢印４８２の方向へと１８０°向きを変えられる。その後、ＳＡＷは反射要素４７２で反射することで矢印４８４の方向へと９０°向きを変えられ、ピエゾ４５２によって受信される。それゆえ、ピエゾ４５２によって、タッチ面２４（例えばエリア４８６）の半分のＹ座標を表す信号が検知される。

ピエゾ４５４，４５６および４５８の各々は、ピエゾ４５２に関して説明したように信号を送受信し、タッチ面２４の約半分のエリアわたって信号を検知する。ピエゾ４５４では、エリア４８８のＸ座標を表す信号が検知される。ピエゾ４５６では、エリア４９０のＹ座標を表す信号が検知される。ピエゾ４５８では、エリア４９２のＸ座標を表す信号が検知される。それゆえ、タッチパネル４５０では、信号を送信および受信する２つのピエゾを用いたタッチパネルと比較して、より短い信号経路から得られる信号を受信する４つのピエゾ４５２〜４５８が用いられている。タッチパネル４５０の運転する際、エッジ波はそれほど長く進行することはない。また、ピエゾ４５２〜４５８の各々が基板２０のそれぞれ異なるコーナーに設けられているので、ピエゾ４５２〜４５８の間は相互に物理的に干渉しない。

図３２は、本発明の態様のタッチセンサー６４０を示しており、単一の送信トランスデューサー６４２がＸ信号およびＹ信号を発生する態様を示している。基板２０は、上述したようにクリーンなエッジ６４６〜６５２を有するように形成されている。送信トランスデューサー６４２は、基板２０の第２表面２８に設けられており、２つの側壁が交差する垂直エッジ６４４にて矢印６５４の上方向へと進行するエッジ波を形成する。垂直エッジ６４４、エッジ６４６およびエッジ６４８から成る頂点６５６では、垂直方向に入射して伝搬するエッジ波が２つの水平方向に伝搬するエッジ波へと分けられ、矢印６５８および矢印６６０の方向へと進行することになる。

矢印６５８の方向に水平方向に伝搬するエッジ波は、送信反射アレイ６６２（Ｘ方向）にて、その一部が９０°向きを変えて散乱され、矢印６６６の方向へとタッチ面２４を通過するようなレイリー波に変えられる。レイリー波は、引き続いて、Ｘ受信反射アレイ６６８で受信され、矢印６７２の方向へと進行するエッジ波へと変えられ、そして、トランスデューサー６７４によって受信される。

同様に、矢印６６０の方向に水平方向に伝搬するエッジ波は、送信反射アレイ６６４にて、その一部が９０°向きを変えて散乱され、矢印６７６の方向へとタッチ面２４を通過するようなレイリー波に変えられる。レイリー波は、Ｙ受信反射アレイ６７０によって受信され、矢印６７８の方向へと進行するエッジ波へと変えられ、そして、トランスデューサー６８０によって受信される。それゆえ、Ｘ信号およびＹ信号は、共通のバースト（トランスデューサー６４２からのバースト）を共有するものの、異なった受信トランスデューサー（６７４および６８０）からの異なった信号を有している。別法にて、弾性波経路を逆にしてよく、Ｘ送信トランスデューサーおよびＹトランスデューサーと先ほどの態様とは異なるトランスデューサーで弾性経路を順次励起し、共通の受信トランスデューサーで受信されるようにしてもよい。

図３３は、本発明の態様の別のタッチセンサー６９０を示しており、単一の送信トランスデューサー６９２がＸ信号およびＹ信号を発生する態様を示している。図３３では、送信トランスデューサー６９２および受信トランスデューサー６９４,６９６が、基板２０の第２面２８に形成されている及び／または第２基板２８に取り付けられており、タッチセンサー６９０を用いるシステムを設計する際により大きな柔軟性（可撓性）が得られるようになっている。円を４分割したような形状の曲がった部分６９８，７００は、水平に進行していたエッジ波を必要に応じて垂直方向へとガイドし、ガイドされたエッジ波は、基板２０の底面に設けられているトランスデューサー６９４,６９６で受信される。

図３４は、本発明の態様に従って、共通の送信トランスデューサー６９２付近の基板２０を示している。トランスデューサー６９２は、垂直エッジ７０２にて矢印７０４の上方向へと進行するエッジ波を形成する。ここで、垂直エッジ７０２は、２つの湾曲したエッジ７０６および７０８を構成しているため、エッジ波は分割されることになり、矢印７１０および矢印７１２の方向へと伝搬する２つのエッジ波が形成される。別法にて、ジオメトリーは図３２に示されるジオメトリーと同様であってもよい。実験およびシミュレーションから、送信される弾性波エネルギーを最も効率的にＸ信号経路とＹ信号経路とに分割する基板コーナーのジオメトリーを決定することができる。図３２の場合と同様に、図３３および図３４に示す態様でも、送信トランスデューサーと受信トランスデューサーとを相互に入れ替えてもよい。

図２８は、本発明の態様に従ってコンピューター５０２と相互接続されているタッチモニター５００の構成図を示している。コンピューター５０２は、工場、小売店、レストランおよび医療機器などの１つ以上の用途において作動し得るものである。コンピューター５０２は、出荷時における設定の検量および試験に用いることもでき、例えばディスプレイ５０４およびユーザー入力手段（例えばキーボードおよび／またはマウス）を有するものである。マルチプル・タッチモニター５００は、ネットワークを介してコンピューター５０２と相互に接続されてもよい。

モニター５０８は、ディスプレイ５１０にデータを表示する要素を有して成る。ディスプレイ５１０は、ＬＣＤ、ＣＲＴ、プラズマおよび画像などであってよい。タッチスクリーン５１２は、指のタッチまたはスタイラス等を介してユーザーからの入力を受け取る。タッチスクリーン５１２は、基板２０から形成され得るものであり、非常に狭いボーダー５３６を有している。ボーダー５３６は、上述したようにエッジ波が伝搬できる幅を有し得る。

モニター・ケーブル５１４は、モニター５０８とモニター・コントローラー５１６とを接続する。モニター・コントローラー５１６は、ビデオ・ケーブルを介してビデオ情報を受け取る。ビデオ情報は、モニター・コントローラーによって受け取られ処理された後、モニター・ケーブル５１４を介してモニター５０８に送られ、ディスプレイ５１０で表示される。モニター５０８およびモニター・コントローラー５１６は、モニター・ケーブル５１４を用いずに一体的に設けたり又は相互に接続したりしもよいことを理解されよう。

タッチスクリーン・ケーブル５２４は、タッチスクリーン５１２とタッチスクリーン・コントローラー５２６とを相互に接続する。タッチスクリーン・コントローラー５２６は、タッチデータ・ケーブル５２８を介してコンピューター５０２へと情報を送信したり又はコンピューター５０２から情報を受信したりする。タッチ情報は、タッチスクリーン５１２によって受け取られ、タッチスクリーン・ケーブル５２４を介してタッチスクリーン・コントローラー５２６へと送られた後、タッチデータ・ケーブル５２８を介してコンピューター５０２へと送られる。タッチスクリーン・コントローラー５２６は、ＣＰＵ５３０およびメモリー５３２等の要素を有して成る。

モニター・ハウジング５３４は、モニター５０８、モニター・ケーブル５１４、タッチスクリーン・ケーブル５２４、モニター・コントローラー５１６およびタッチスクリーン・コントローラー５２６を包むものであってよい。モニター・ハウジング５３４は、タッチスクリーン５１２のボーダー５３６を包囲し得、タッチスクリーン５１２を固定するものであり、エッジ波、反射体、トランスデューサーおよびピエゾ等が外的に影響を受けないようになっている。例えば、タッチスクリーン５１２等の弾性波タッチセンサーとモニター・ハウジング５３４等の他の機器とを一体化し、弾性波タッチセンサーを封止することが望ましい場合がある。かかる封止を行うことによって、水または他の汚染物質が、トランスデューサー、エッジ波が伝搬するエッジ、およびタッチセンサーを含んだタッチ表示システムの内部要素へとは入り込まなくなる。ボーダー５３６（弾性波を発生するトランスデューサー、弾性波を受信するトランスデューサー、弾性波を検知する反射アレイが含まれている）は狭いので、封止しなければならないトータルのエリアは、より広いボーダーを有するモニターと比べて減じられている。エッジ波が用いられることによってボーダー５３６が非常に狭くなっているので、封止は容易であり得、例えば、制御されたレジストを有し、シール幅が狭い基板２０に封止材料をプリントまたは微少量供給することによって封止を行うことができる。熱硬化し、基板２０に結合する封止材料が用いられ得る。

例えば、モニター・ハウジング５３４は、スタンドアローン型モニターに用いてもよい。タッチモニター５００を売店（ｋｉｏｓｋ）または他のエンクロージャー内に設ける場合では、必要に応じてモニター・ハウジング５３４を省いてもよい。ビデオ・ケーブル５１８およびタッチデータ・ケーブル５２８は、それぞれ別個のケーブルであってもよいし、または、一体的に纏めたものであってよい。ビデオ・ケーブル５１８およびタッチデータ・ケーブル５２８は、モニター・ハウジング５３４からコンピューター５０２へと延在している。

メモリー５２２およびメモリー５３２は、ＥＤＩＤ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄａｔａ）を含んだデータを記憶する。ＥＤＩＤとしては、販売者識別番号・製造者識別番号、最大画像サイズ、カラー特性、プリセット時間および周波数範囲の限界などのモニター５０８情報およびタッチスクリーン５１２情報を挙げることができる。場合によっては、メモリー５２２,５３２とモニターまたはタッチスクリーン・コントローラー５１６,５２６のいずれか一方とを組み合わせることによって、モニター５０８とタッチスクリーン５１２との双方のＥＤＩＤを記憶できる共通の単一メモリー・モジュールを形成してもよい。場合によっては、タッチスクリーンとモニター・コントローラー５１６,５２６とを組み合わせて、タッチモニター５００のための共通の単一コントローラーを形成してもよい。

タッチモニター５００の実装は、弾性波タッチセンサーの考えられる多くの実装のうちの１つに過ぎないことを理解されよう。例えば、アルミニウム等の金属を用いて基板を構成し、タッチ入力を受けるテーブルを形成してよい。エッジ波は湾曲したエッジを進行するので、丸いテーブル面またはシリンダー等の丸いオブジェクトのエッジの周りを伝搬し得る。図２９は、本発明の態様に従って形成された丸いテーブル面５５０の例を示している。丸いテーブル面５５０は、ガラスまたは金属から形成されているものであってよく、図示される弾性波経路をサポートすべく必要に応じて、周縁のクリーンなエッジ５５２、正方形のタッチ面５５４、ならびに、周縁エッジ５５２に形成された反射アレイ５５６〜５６２およびトランスデューサー５６４〜５７０が設けられている。図３５は、本発明の態様に従って形成されるジオメトリーのオプション形態を示している。中実のシリンダーまたは中空のシリンダー７２０は、円形のジオメトリーを有したクリーンな９０°エッジ７２２を有しており、そのエッジ７２２に、送信／受信トランスデューサー７２８および反射アレイ７２６が設けられていると共に、オプションとしてのエッジ波ビームダンプまたはダンパー７３０が設けられている。トランスデューサー７２８からのエッジ波は、９０°向きを変えて下方に反射され、矢印７３２の方向へと下方向に伝搬するレイリー波モードへと変換される。シリンダー７２０の底部では、エッジ波は矢印７３４の方向へと１８０°向きを変えて反射され、トランスデューサー７２８の方向へと通ってきた弾性波経路を引き返すように伝搬する。反射アレイ７２６によって散乱したエッジ波エネルギーを吸収するために、水平な上面７２４にダンパー７４０を設けてもよい。このようなセンサーでは、シリンダー７２０の軸回りに、タッチ事象の角座標が設けられている。尚、米国特許第５８５４４５０のアレイ設計原理をエッジ波タッチセンサー設計に適用して、汎用のタッチセンサージオメトリーを得ることができる（米国特許第５８５４４５０の開示内容は引用することにより本明細書に組み込まれる）。ミュージアムの展示物のためのトラックパッドおよび他の一般的な公共の用途も可能であり、その場合、基板２０が硬いステンレス鋼から成る円形または半球状のジオメトリーとなっている。それゆえ、弾性波タッチセンサーのジオメトリーは、正方形または矩形のフラット面に限定されず、衝突検出用のタッチ検知ロボット面等の多くの種々の製品を形成するのに用いてもよい。
また、実施化されたもののサイズも特に限定されず、種々のトランスデューサーと反射体とを組み合わせて、より大きいサイズを有したエリアで検出できるようにしてよい。

上述したように、タッチセンサーまたはタッチセンサー・システムでより長い弾性波経路を伝搬する弾性波は、より短い弾性波経路を伝搬する弾性波よりも損失が大きい。それゆえ、それゆえ、タッチ感度をタッチセンサーのタッチ検知領域にわたって比較的一様にするために、異なる弾性波経路を伝搬する弾性波から得られる信号を均等化させ、それによって、弾性波長さに信号レベルがほぼ依存しないようにすることがしばしば望ましい。信号の均等化は、例えば、弾性波経路に沿って反射要素の密度を変化させることによって；反射アレイに沿って反射要素の高さまたは深さを変化させることによって；反射要素の長さを変化させることによって；アレイ内の反射要素長さを変えることによって；および、反射アレイと弾性波ビームとの間の距離を変化させることによって行うことができる。更に、タッチをもたらす物のサイズおよび／または形状を得るために、送信および／または受信に用いられるトランスデューサーの数、各々のトランスデューサーが信号を送信および／または受信するタッチスクリーンのエリアを調整してもよい。

上記で説明した装置および方法の態様は単に例示にすぎず、本発明の概念および範囲を逸脱しないことを前提として他の態様および変更も可能であることを理解されよう。

関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６０／５６２，４６１号（発明の名称：「弾性波タッチセンサー」、出願日：２００４年４月１４日）および米国仮特許出願第６０／５６２，４５５（発明の名称：「弾性波タッチセンサー」、出願日：２００４年４月１４日）と関連があるものであり、その開示内容は引用することにより本明細書に組み込まれる。

Claims (20)

1. 弾性波を伝搬させることが可能な基板、および
   波コンバーター
   を有して成るタッチセンサーであって、
   基板には、タッチ検知領域を有する第１面、及び、第１エッジに沿って第１面と交差している第１側壁が含まれており、
   第１エッジは、それに沿って第１弾性波が伝搬するように構成され、第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成され、
   波コンバーターによって第１弾性波が第２弾性波へと変換され、第２弾性波が第１弾性波に基づいている、
   タッチセンサー。
2. 第１側壁と第１面とは、約９０°の角度を成すように第１エッジにて交差している、請求項１に記載のタッチセンサー。
3. 第１エッジの近傍に設けられたトランスデューサーを更に有して成り、トランスデューサーが、第１エッジに沿って伝搬する第１弾性波を発生させ、また、タッチ検知領域を横切って伝搬する第２弾性波を受信する、請求項１に記載のタッチセンサー。
4. 波コンバーターが、第１エッジの近傍に配置された一部反射要素を有して成る、請求項１に記載のタッチセンサー。
5. 第２弾性波は、剪断波、ラム波またはレイリー波のいずれかである、請求項１に記載のタッチセンサー。
6. 第１エッジに沿って伝搬する第１弾性波が基板にて伝搬する第２弾性波へと変換されるように、波コンバーターが、第１エッジの近傍に隣接して配置された一部反射要素の第１アレイを有して成る、請求項１に記載のタッチセンサー。
7. 波コンバーターが、第１弾性波の波長に略相当する間隔を空けて相互に離隔している一部反射要素を有して成る、請求項１に記載のタッチセンサー。
8. 波コンバーターが、規則正しい間隔を空けて相互に離隔している溝を有する反射要素を含んでいる、請求項１に記載のタッチセンサー。
9. 第１エッジに隣接して設けられたトランスデューサーを更に有して成り、トランスデューサーが第１エッジに沿って伝搬する第１弾性波を発生させる、請求項１に記載のタッチセンサー。
10. 第１エッジに隣接して規則正しい間隔を空けて相互に離隔している一連の溝を有して成る回折格子を更に有して成り、溝が、第１エッジから第１面へと第１弾性波の１波長未満の長さ延在している、請求項１に記載のタッチセンサー。
11. 第１エッジに隣接して配置されたトランスデューサーを更に有して成り、トランスデューサーには、第１弾性波の伝搬方向に垂直な基板面に剪断モード圧電部材が設けられている、請求項１に記載のタッチセンサー。
12. 一次元の第１弾性波を発生させるトランスミッター、
    弾性波を伝搬させることが可能な基板を有して成るタッチセンサー、
    基板に設けられた第１コンバーター、および
    基板に設けられた検出器
    を有して成るタッチセンサー・システムであって、
    基板には、タッチ検知領域を有する第１面、及び、第１エッジおよび第２エッジに沿って第１面と交差している第１側壁および第２側壁が含まれており、
    第１エッジは、第１弾性波が伝搬するように構成され、第１面は、第２弾性波がタッチ検知領域を横切って伝搬するように構成され、
    第１コンバーターによって、第１弾性波が、タッチ検知領域に沿って基板を伝搬する第２弾性波へと変換され、また
    検出器が、タッチ検知領域の少なくとも一部を横断した後の第２弾性波を検出する、
    タッチセンサー・システム。
13. トランスミッターおよび検出器の少なくとも一方が圧電素子を有して成る、請求項１２に記載のタッチセンサー・システム。
14. 第１コンバーターが、第１エッジに隣接して配置された反射要素のアレイを有して成る、請求項１２に記載のタッチセンサー・システム。
15. 第１弾性波を発生するようにトランスミッターを駆動させ、また、検出器からの信号を受信するコントローラーを更に有して成る、請求項１２に記載のタッチセンサー・システム。
16. 検出器によって検出される一次元の第３弾性波へと第２弾性波を変換する第２波コンバーターを更に有して成る、請求項１２に記載のタッチセンサー・システム。
17. タッチセンサーがタッチスクリーンとして機能できるように基板が透明となっている、請求項１２に記載のタッチセンサー・システム。
18. 弾性波が伝搬することが可能な基板のタッチ検知領域にてタッチを検出する方法であって、基板にはタッチ検知領域を有する第１面が含まれ、基板が、第１エッジおよび第２エッジに沿って第１面と交差している第１側壁および第２側壁を有しており、
    第１エッジに沿うように進行する一次元の第１弾性波を送信する工程、
    第１弾性波を第２弾性波へと変換する工程、
    第１面のタッチ検知領域を通過するように第２弾性波の方向を変える工程、ならびに
    基板の第２側壁の近傍で第２弾性波を検出する工程
    を含んで成る方法。
19. タッチされた位置が示唆される第２弾性波の摂動を検出することが検出工程に更に含まれる、請求項１８に記載の方法。
20. 第２弾性波を一次元の第３弾性波へと変換すること、および、第１エッジまたは第２エッジのいずれか一方の近傍で第３弾性波を検出することが検出工程に更に含まれる、請求項１８に記載の方法。

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