JP2936210B2 - 高次水平偏波シャー波伝搬を用いた音波式タッチポジョンセンサー - Google Patents

高次水平偏波シャー波伝搬を用いた音波式タッチポジョンセンサー

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、音波（音響波）式タッチポジションセンサ
ーに関する。より詳細には、本発明は、ゼロより大きい
次数を有する水平偏波シャー様波が基板（基体;substra
te）中に送り込まれ、該シャー様波が、伝送される信号
からの特徴的な時間遅延の範囲を有する波形に沿って基
板中を伝搬するようなセンサーであって、この時間遅延
が異なる長さの複数の経路に対応しており、それぞれの
経路が基板に沿う異なる軸上の配置に対応しているよう
なセンサーに関する。基板上に接触すると、波の摂動が
起こり、それによって、基板の接触の軸位置が決まる。
背景技術 音波式タッチポジションセンサーで知られているもの
には、基板の第一の端に沿って配置されている（複数
の）送信器の配列を有するタッチパネルあるいはプレー
トが含まれる。この送信器は、平行な弾性表面波（SA
W）を同時に発生し、その波は、パネルを指向的に伝搬
し、基板の第一の配列とは反対の第二の端（辺）上に第
一の配列とは反対に配置されている、検出器の対応する
配列に向かう。他の一組の配列は、第一の配列の組に直
角に配置される。ある点（ポイント）でパネルに接触す
ると、その接触した点を通過する波の減衰が起こる。こ
うして、２つの配列の組からの出力により、接触の座標
が示唆される。このタイプの音波タッチポジションセン
サーは、米国特許第3,673,327号に記載されている。
多くの態様において、基板は、透明であることが好ま
しい。なぜならば、透明であれば、パネルを視覚ディス
プレイデバイスの前においてタッチセンサーの使用を効
率的かつ効果的にできるからである。このようなデバイ
スは、例えば、ブラウン管、エレクトロルミネセンスデ
ィスプレイ、あるいは液晶ディスプレイである。
音波タッチポジションセンサーはまた、軸ごとに単一
のトランスデューサが提供されるものが知られている。
このトランスデューサは、弾性表面波を発生し、この波
は、波の流れ（ビーム）に対して45゜にセットされる素
子を有する反射格子によって反射される。反射は、格子
の長さに渡ってすべて直角に行われ、基板の感知領域を
通過して伝搬する弾性表面波のパターンができる。感知
領域における接触の位置は、例えば、反対側に反射格子
を提供することによって決定される。この格子は、弾性
表面波のパターンを、受信トランスデューサシステムに
向けて、格子の軸に沿って指向させる。この受信トラン
スデューサシステムは、配列の軸に沿う位置に対応する
波のパターンの減衰の到着時間を記録する。この場合、
接触は、指あるいは鉄筆（スタイラス）で表面を押すよ
うな態様を含み得る。感知信号を集める他のタイプの構
造も知られている。
反射配列は、音波の一部を反射し得る構造によって形
成される。この反射配列は、表面に刻まれたりあるいは
突出した形であり得る。または、部分的な障壁を形成す
る、異なる波伝搬特性を有する構造であり得る。これら
の構造的素子は、理論的には、十分な波エネルギーがあ
る部分なら、いずれの部分にも形成し得る。従って、も
し、波が表面エネルギーを有するならば、表面の特徴が
利用され得る。もし、波エネルギーが、内部にある場
合、これらの障壁は、基板の材料の中に貫入させなけれ
ばならない。従って、表面エネルギーを有する波では、
これらの反射配列は、表面上に形成され得る。波エネル
ギーが基板の両側面（サイド）に存在する場合、反射配
列は、基板の一方あるいは両方のサイドに形成され得
る。タッチセンサーは、一般的にディスプレイデバイス
の前に配置されるため、そして、反射配列は、一般的に
光学的に不可視ではないため、反射配列は、一般的に基
板の周辺部に配置する。すなわち、感知領域の外側で、
縁辺（bezel）の下に隠れて、あるいは保護されてい
る。
例えば、ガラスのような固体の非圧電性基板に伝送さ
れる音波伝搬タイプの、数多くの異なる型がある。垂
直、例えば厚さ方向、および、縦、例えば波の動く方向
に成分を有する波を、本明細書では、VLCWという。これ
らは、弾性表面波（SAW）の１つのタイプである。限ら
れた厚さの基板中で、これらのVLCWは、限られた距離に
渡って単一の表面に基本的には限定される表面エネルギ
ーを有する準レイリー波か、あるいは基板の前面（表
面）あるいは後面（裏面）上に表面エネルギーを有する
ラム波のいずれかである。延長された距離では、真の準
レイリー波が、対称ラム波成分および反対称ラム波成分
を含むことは明白である。そして、これらの成分が、分
散的で、異なる位相速度を有することも自明である。従
って、実際のシステムでは、弾性表面波は、長い距離に
渡って単一の表面に閉じ込められることはなく、人為構
造（アーティファクト）へと導かれ得る。このことは、
以下に詳述する。
準レイリー波を用いているタッチセンサーは、高感度
であるが、この操作（運用）モードによれば、タッチパ
ネルの表面に隣接する汚染物質あるいは他の物質にも高
感度あるいは過剰な感度がある。汚染に対する過剰な感
度は、波エネルギーを限定された表面上あるいはその近
くに閉じ込めることによる。結果として、表面の汚染が
わずかであっても、準レイリー波エネルギーの大部分が
吸収される。プレートに隣接する汚染物質、封入剤、あ
るいは他の物質による波エネルギーの全部あるいはほと
んどの吸収の影響により、汚染物質に交わる軸に沿って
伸びる音波遮蔽あるいはブラインドスポットが作られ
る。従って、準レイリーモードタッチセンサーは、接触
に対して高感度であるが、これらのセンサーでは、感知
領域内の実質的な汚染の場合にも遮蔽が起こり、センサ
ーの１つあるいは両方の軸の位置決めが阻止される。従
って、準レイリー波を用いるタッチポジションセンサー
では、もし、１つあるいは両方の座標が、ブラインドさ
れた軸上にある場合、接触の位置を決めることができな
い。
シャー波もまた、限定された厚さの基板中を伝搬する
バルク波である。そして、公知であり、従来のタッチポ
ジションのセンサーに用いられる。これらのシャー波
は、ゼロ次である。つまり、基板を交差する節面はな
く、そして、体積波エネルギーは、均一である。シャー
波は、基板の厚さに渡ってエネルギーを有する為、少量
の表面汚染物質のみで全ての波エネルギーを吸収するこ
とはない。従って、完全に遮蔽はせず、シャーモードセ
ンサーは、汚染のある環境においてより信頼できる。基
板を横切る複数の節面を有するより複雑な波も、理論上
知られている。しかし、これらの波は、一般的に複雑に
干渉する波であると考えられており、接触位置を決める
のに実際上の価値を有さない。従って、このような波
は、タッチポジションセンサーでは使用を避けるか、も
し干渉する場合は、消去される。これらの複雑な波は、
ゼロ次の水平偏波シャー波あるいはより簡単なシャー波
と同様の特定の特性を有する。しかし、これらの特定の
特性以外の特性は、著しく異なる。これらの波は、本明
細書では、高次水平偏波シャー様波という。このような
波は、基板の特性と外形の感度に高度に依存する。特
に、これらの波は、シンプルなシャー波と特徴を共通に
し、波エネルギーが基板の大部分を通過して伝搬する。
公知の音波タッチセンサーの波のパターンは、伝送反
射配列の軸方向に分散し、基板を横切り、再結合（収
束）する。この再結合は、例えば、他の反射格子によっ
て、軸上を伝搬し、基板を横断する経路に従って時間内
に分散する波に結合することである。そして、この波
は、送信される波と逆並行の方向に受信トランスデュー
サに向かう。このトランスデューサは、波を受信し、処
理のために電気信号に変換する。このように、このシス
テムによれば、１つの軸に２つのトランスデューサのみ
が必要になる。逆並行経路の為、電気信号の摂動の時間
遅延は、波が通過する距離に対応する。これは、反射配
列に沿って、基板の感知領域に入る前に、波が通るトラ
ンスデューサからの軸上の距離に対応する。接触の位置
は、標準的な受信波形と比較して、減衰した信号を検出
することによって決まる。このように、それぞれの軸
で、距離が決定され得る。そして、２つの直交の軸で、
減衰の唯一の座標が決定される。このタイプの音波タッ
チポジションセンサーは、米国特許第4,642,423号、第
4,644,100号、第4,645,870号、第4,700,176号、第4,74
6,914号および第4,791,416号に記載されており、これら
は、本明細書に参考として援用されている。
それぞれの軸で、トランスデューサに標準的な信号が
提供される。この信号は、感知領域外に、圧電トランス
デューサをシート様メンバー（要素）とインターフェー
スさせ、軸に沿って伝搬する波を発生させることによっ
て提供される。例えば、一般的に弾性表面波は、基板の
表面部分を介して、接触に感受性をもたせたいサイドに
接合させる。波の経路にある反射配列は、波を接触感知
領域に方向を変えさせるためにあり、一連の間隔を持つ
表面障害物を有する。間隔は、送信トランスデューサに
よって生じる波の波長の整数倍と同じであり、配列は、
軸、すなわち、波の伝搬の方向に対して45゜に配置され
る。このように、反射配列は、伝送の元の角度から90゜
で、基板の感知領域を伝搬する弾性表面波を反射する。
第1A図および第1C図に示すように、弾性表面波は、特
定のカップリング係数で、タッチポジションセンサープ
レートの中に変換され得る。この時、プレートの接触表
面上に取り付けたウェッジ上のトランスデューサが用い
られる。ここで、このトランスデューサは、表示されて
いる方向に振動して、圧縮したバルク波を作る。この波
は、ウェッジの中を伝搬し、ウェッジ−基板界面（イン
ターフェース）を介して変換され、弾性表面波、すなわ
ち、垂直および縦の成分を有する波（VLCW）を伝搬す
る。ウェッジは、プレート上にあり、従って、基板の裏
面あるいは無反応の面とその端は、回路あるいは回路素
子のない状態である。さらに、波エネルギーが準レイリ
ーモード波の型である基板の領域は、反対の無反応性の
表面への実装に反応しない。結合用のウェッジは、典型
的にはプラスチックで作られ、ガラスプレートに装備さ
れる。トランスデューサは、一般的には、２つの対向す
る大きな領域面に、電気伝導性のパッドを有する圧電素
子である。このトランスデューサは、電導性素子を介し
てプラスチックウェッジに結合し、トランスデューサの
ついたウェッジは、次に、ガラスタッチプレート基板に
結合する。この時挟まれた電導性素子および反対の電気
電導性パッドは、電気回路に連結している。
検出波（sensing wave）を受信するために、一般的
には、波を電気信号に変換する為に、単一のトランスデ
ューサを提供することが好ましいと考えられている。こ
こで、接触位置は、信号の時間による変動によってコー
ド化される。基板の全長のトランスデューサが提供され
るが、この場合、大きなトランスデューサが必要であ
る。代わりに、従来技術では、検出波を、小さな受信ト
ランスデューサに向かう弾性表面波へと多重送信する、
送信技術の逆が教示される。従って、感知領域の外の領
域で、波は再び反射配列によって反射される。この反射
配列は、波の伝搬の角度に対して−45゜に配置される間
隔を開けた障害物を有する以外は、前記の反射配列と同
一である。これによって、間隔的に分散した信号を単一
の波形パターンに多重送信する。この波は、送信される
弾性表面波と逆並行に伝搬し、他のトランスデューサに
より検出される。公知のシステムでは、励起周波数は、
一般的に、約5MHzあるいは5.5MHzであり、シート様（要
素）メンバーの厚さは、仮にソーダ石灰ガラスで形成す
るとすれば、典型的には、0.090インチから0.125インチ
の範囲である。
従来技術ではまた、波の送信および検出波の受信の両
方のために単一のトランスデューサを使用することが教
示されている。ここでは、波を分散し再結合するため
に、単一の反射配列が用いられる。従って、このような
システムでは、反射配列と反対の反射端が用いられる。
その結果、SAW波は、感知領域を２回通過する。その結
果、接触による波の吸収は増加するが、反射および基板
の感知領域への通過が増すことにより、全体の信号の減
衰もまた増加する。従って、SAWは、伝送反射格子の軸
に平行に、基板の端に反射して方向を変え、基板を通過
して、反射配列に跳ね返り、その経路を逆にたどって、
トランスデューサへと戻る。トランスデューサは、この
場合、適度な時間間隔で、送信器と受信器の両方の機能
をするように形成される。第二のトランスデューサ、反
射配列、および反射端は、直角に配置され、接触の座標
が決定される。
関連したシステムでは、２つの軸上の接触を検出する
為の検出波を発生する単一のトランスデューサが備わっ
ている。このトランスデューサは、音波を発生し、かつ
両方の軸から波を受信する。この場合、接触が感知され
る領域は、一般的に長方形である。その結果、１つの経
路に沿う最長の特徴的な遅延は、第二の経路に沿う最短
の特徴的な遅延より短い。
Alder,米国特許（再）第33,151号は、表面上の軸に沿
った接触の位置を決めるためのタッチ感受性システムに
関する。SAW発生器は、シート様基板に結合し、波のバ
ーストを発生させる。この波は、波再指向（方向づけ;r
edirecting）格子の配列によって、偏向して、システム
の感知領域に入る。感知領域を通過する準レイリー波
は、次に、格子によって軸に沿って再び向きを変え、出
力トランスデューサに向かう。再指向格子は、伝搬の軸
に対して45゜に向けられている。接触の位置は、受信し
た波形の選択的な減衰をタイムドメイン（時間領域）で
分析することによって、決定される。それぞれの特徴的
な遅延が、表面の位置に対応する。格子素子は、45゜の
角度に配置され、ドロップ素子で準レイリー波長の整数
倍数の間隔が開いており、感知領域に渡って、おおむね
一定のSAW密度（エネルギー密度）が作られる。従っ
て、格子間の間隔は、伝搬の軸に沿ってトランスデュー
サからの距離が増すにつれて、減少する。最小限の間隔
は、送信される波の一波長分の間隔である。米国特許第
5,260,521号、第5,234,148号、第5,177,327号、第5,16
2,618号および第5,072,427号では、様々なタイプの波用
に、様々な高さの反射素子が提供されている。この高さ
の違いから、反射波力（エネルギー）と非反射波力の割
合が制御される。このような様々な高さの配列では、配
列素子材料の配置において、トランスデューサの構成制
御を注意深く行う必要がある。
Brennerら、米国特許第4,644,100号は、弾性表面波を
用いるタッチ感受性システムに関する。これは、SAWの
摂動の位置および大きさの両方に反応する。米国特許第
4,644,100号によるシステムは、米国特許（再）第33,15
1号によるシステムと実行に際して同様である。受信波
の大きさを決定して、蓄積したレファレンスプロフィー
ル（profile）と比較する。
上記の特許によるタッチセンサーの性能を最適化する
ことは困難である。なぜならば、接触感度（感受性）と
最低限のタッチパネル厚さは、独立した選択ではないか
らである。準レイリー開を、厚さの薄いタッチパネル中
に伝送させ、他の寸法は同じである為には、波長を減少
させて、基板の感知領域に渡り、単一表面への制限（コ
ンファインメント）を保持する。この制限された深さ
が、波長と関連しているのが、準レイリー波の特徴であ
り、波長が少なくなるにつれ、制限された深さも減少す
る。その結果、波は、表面付近のより浅い領域に閉じ込
められ、そして、表面の所定の吸収媒体によって吸収さ
れる波エネルギーの割合が、おおむね波長の逆二乗分増
える。従って、準レイリー波タッチセンサーは、ある適
用では、比較的厚いパネルであっても、過度に感度が高
い。従って、タッチパネルの厚さを減少させることの影
響で、タッチセンサーは、表面の汚染物質および他の隣
接するものにより一層感度が高くなる。逆に、従来技術
では、準レイリー波長を増加させることで、感度を減少
させると、パネルの厚さと重さが増加する結果となる。
垂直および縦の成分を有する弾性表面波であって、基
板の全厚さに渡って実質的なエネルギーを持ち、ラム波
と呼ばれる波、およびその波を、接触位置の検出用に取
り入れているシステムは、米国特許第5,072,427号およ
び第5,162,618号に開示されている。上述のように、ラ
ム波は分散的であり、位相および速度が様々であり、そ
の結果、基板中で伝搬する様々なラブモード波がお互い
に干渉し合う。従って、ラムモード波を採用するシステ
ムもまた、望まないあるいは干渉する伝搬モードを分離
するか除去する素子を含む。
例えば、基板の両面上の反射配列に素子を配置し、ゼ
ロ次の対称波およびゼロ次の反対称波の間の選択を容易
にすることが知られている。これは、配列の位相を区別
することによって行われる。すなわち、基板の上あるい
は下表面（裏面）上に、素子を配置し、そして間隔を置
くことである。
上述の特許に教示されているような弾性表面波を用い
た音波式タッチポジションセンサーには、多くの問題が
ある。このことは、これらのセンサーに用いられる弾性
表面波の性質をより詳しく考慮すれば、容易にわかる。
もし、上述の特許に記載のように、タッチプレートが均
一の非圧電媒体からなる場合、そして、音波がタッチプ
レートの外表面のような単一の表面にあるいはその近く
に閉じ込められる場合、弾性表面波は、レイリー波とし
て知られる。これらの波は、乱れた粒子が、Ｘ−Ｚ平面
を楕円形に動くようなＸおよびＺ成分を有する。体積波
エネルギーが、深さと共に急速に減少する結果、Ｚ軸に
沿う波エネルギーが、実質的にタッチプレートの表面上
にあるいはその近くに閉じ込められる。
理論上、真のレイリー波は、非常に厚い媒体中にのみ
存在する。限定された厚さの均一な非圧電媒体中の波
で、実質的に単一の表面に閉じ込められている波は、第
1A図から第1D図に示されているが、より正確には、準レ
イリー波と呼ばれる。制限された厚さの媒体の中で、十
分な長さの伝搬経路を有する場合、レイリータイプの波
エネルギーは、単一の表面あるいはその近くに閉じ込め
られない。かわりに、波は、プレートの外表面の間を前
後に伝搬する。これは、少しではあるが、波エネルギー
の成分が、物質の全厚さに渡って伸びているからであ
る。この波エネルギー成分は、少なくとも対称波形およ
び反対称波形からなり、そのそれぞれは、わずかに異な
る位相速度で伝搬し、基板表面の様々に間隔を置いた位
置で、強め合う干渉および弱め合う干渉を引き起こす。
すなわち、２つの波の成分が強め合う干渉あるいは弱め
合う干渉をする表面の配置である。低い弾性表面波エネ
ルギーの領域は、例えば、接触のような乱れを起こす作
用に無反応である。一方、比較的高い表面エネルギーの
領域は、過度に高感度であり、アーティファクトに寄与
する。
例えば、タッチプレート基板の厚さが、２レイリー波
長以下の場合、ソーストランスデューサからの波は、ラ
ムモードを発する。そして、第1E図および第1F図に示さ
れるような準レイリーモードや他の弾性表面波（SAW）
モードとは明らかに区別される。ラム波には、２つのグ
ループ（群）の様々な次数（オーダー）のものが存在
し、それぞれお互いに独立して伝搬する。１つのグルー
プは、プレートの中央の面に関して対称な粒子配置が特
徴である。ラム波の他のグループは、中央の面に関して
反対称な粒子配置が特徴である。一般的に、対称ラム波
のグループの特定の次数は、反対称ラム波グループの同
じ次数と、位相および群速度において異なる。特に、プ
レートの厚さが十分で、２レイリー波長以上であれば、
ほぼ同じ振幅の２つのモード、すなわち、ゼロ次の対称
ラム波およびゼロ次の反対称ラム波が、最初に励起され
る。第1E図および第1F図に示されるように、対称および
反対称ラム波は、タッチプレートの一方の表面に閉じ込
められず、プレートの中から、その反射面までおよぶは
は。しかし、第1E図および第1F図を第1D図と比較して分
かるように、波の発生源およびその付近の状況などの
「位相が同じ」で、波が１つの表面上で強め合う干渉を
行い、他方の表面上で弱め合う干渉を行う場合、２つの
ラム波が結合して、準レイリー波を形成する。２つのラ
ム波モードが、発生源から離れるに従って、異なる位相
速度およびその結果の２つのモードの位相差によって、
波を発生するトランスデューサが実装されている表面か
ら、反対側の表面への波エネルギーの見かけ上の完全な
移動が起こる。このプレートの表面間でのエネルギーの
移動は、規則的な間隔で起こり、両方の波モードが存在
する限り、十分大きな寸法を有するタッチプレートでも
この移動が起こる。一般的に、これは、両方の波モード
が存在する限り、タッチポジションセンサーにとって
は、不適当である。上述の特許で提案されているよう
に、これらのモードは、フィルターにかけられ、望まい
くないモードは除去され得る。
約４レイリー波長厚の基板の場合、準レイリー波のエ
ネルギーのほとんどが一方の表面に残る。従って、限定
されたサイズの基板は、波が表面の全体に分散される
為、デッドスポットがない。従って、弾性表面波、およ
びより詳しくは、準レイリー波を用いるタッチポジショ
ンセンサーは、比較的厚いパネルで操作する。すなわ
ち、パネルは、それを伝搬する弾性表面波の３から４波
長分の厚さを有し、準レイリー波は、単一の表面および
その付近に閉じ込められる。
上述のタッチセンサー特許によるタッチセンサーは、
薄いガラス基板では運用できない。例えば、0.045イン
チのソーダ石灰ガラスで、約5MHzの周波数で運用する場
合である。なぜならば、反対側の外表面への波エネルギ
ーの完全な移動が起こる場合に、別の外表面のある領域
に接触しても、検出できるほどの波の妨害は起こらず、
従って、意図する目的のためのセンサーの利用価値は限
られてしまうからである。実際は、実質的に単一の表面
に閉じ込められる波を提供する為に、タッチプレートの
厚さを、少なくともその基板中を伝達する波の３から４
波長分にする必要がある。ここで、タッチプレートの大
きさおよび広さもまた限定される。基板は、約25から10
00SAW波長分以上の寸法を有し得る。これによれば、約
1.5から70cmの基板で、波長が、0.0574cm、そして、動
作上の周波数が、5.53MHzである。
従って、準レイリー波の代わりに、バルクシート様物
質に伝送されるオーダーラム波を用いることが知られて
いる。このような波は、基板の全厚みを通り、そして、
そのシステムは、シートの両表面への接触に対して感度
がよい。このことにより、通常、透明で、カソードレイ
ディスプレイ管（CRT）の前に配置される基板の上への
実装が困難となる。さらに、この両シート表面の感度に
関連して、信号対ノイズ比（S/N比）が、反応性（感
知）および比反応性（感知しない）表面の両面に波エネ
ルギーが存在することによって、減少する。さらに、横
波の垂直成分の伝搬は、アーティファクトをつくり得
る、少量の水による減衰に非常に感度がよい。
ゼロ次のラムモードシステムでは、基板の最大の厚さ
は、励起される波の波長の約２倍に限定される。より厚
い基板では、同様の条件下においては、準レイリーモー
ド波のような波を伝搬し、そして、実質的な波のエネル
ギーは、基板の厚さ全体に渡っては存在しない。薄いガ
ラスでは、対称ラムモード波および反対称ラムモード波
の位相速度に、より厚い基板に比べて、大きな違いがあ
る。従って、米国特許第5,072,427号に教示されている
ように、波のモードの簡素化された選択的なフィルタリ
ングができる。
ゼロ次のシャー波からゼロ次のラムモード波を作るこ
とが知られている。これは、シャー波を、その波の伝搬
の軸方向に、間隔をおいて存在する平行な障害物の配列
によって反射することによって行われる。この間隔は、
所望のラム波モードの基板中の波長の整数倍数であり、
反射素子は、以下の式で表されるθＡの角度に配置され
る。
θＡ＝arctan（VL/VZ） ここで、θＡは、変換素子のＸ軸に対する角度であ
り、VLは、所望のラムモード波の位相速度であり、V
Zは、配列の軸に沿って伝搬するゼロ次の水平偏波シャ
ー波である。同様に、伝搬するゼロ次の水平偏波シャー
波は、基板の両表面上の、素子を有する配列によってラ
ム波に変換され得る。これにより、基板の上あるいは下
表面上の配列の相対位相によって、ゼロ次の対称および
ゼロ次の反対称ラム波の間での選択が容易になる。ラム
モード波は、基板の片面あるいは両面の素子の反射配列
によって反射され、反対の受信トランスデューサシステ
ムへと向かう。あるいは、この波は、基板の末端で反射
し、そして、感知領域を介して跳ね返る。ここで、その
波は、配列の軸方向に反射され、ゼロ次の水平偏波シャ
ー波となり、励起および受信トランスデューサの組み合
わせによって検出される。
ゼロ次のシャー波を基板中に伝搬し、反射配列によっ
てラム波に変換すること、それを次に、反射配列によっ
てシャー波に変換し直し、ゼロ次成分の検出を行うこと
が、提案されている。米国特許第5,072,427号を参照の
こと。Exzec,Inc.は、ラムモード波がトランスデューサ
で発生し、それが反射配列によってシャー波に変換さ
れ、さらにゼロ次シャー波成分が、ラム波に変換し直さ
れて、検出されるタッチポジションセンサーを製造して
いると考えられる。
シャー波モードタッチセンサーもまた知られている。
これらのシステムは、基板中で分散しないゼロ次のシャ
ー波を励起することによって運用する。接触は、接触し
た表面により遮られたシャー波エネルギーのうち、わず
かの割合しか吸収しない。従って、感度は比較的低い
が、遮蔽する人為要素に対する耐性は、改善される。実
際、実用上のタッチプレートの厚さにおいて、所定の接
触によって吸収される遮断エネルギーの割合は、弾性表
面波で、比較のためのゼロ次の水平偏波シャー波の場合
より、約８倍多い。このようなゼロ次の水平偏波シャー
波システムは、米国特許第5,177,327号に記載されてい
る。Knowles,T.J.,“46.6:A Pressure−Responsive Tou
ch−input Device",SID 92 Digest，（1992）920頁から
923頁;Christensen,R.and Masters,T.,“Guided Acoust
ic Wave;Newest Wave in Touch Technology",ECN（1995
年１月）13頁以下参照。
基板の厚さが増加すると、HOHPS波伝搬が促進され、
これまで、この関係は切り離せないと考えられていた。
従って、公知のシャー波タッチセンサーでは、基板の厚
さを、明確に限定し、これらのHOHPSモードおよび準レ
イリー波のような他の波モードを限定しあるいは除去す
るようにしている。より高い次数の水平偏波シャー波
は、分散性であり、従って、これらのタイプの波エネル
ギー成分を促進する構造は、困難かあるいは作用し得な
いと考えられていた。従って、理論上、タッチセンサー
の感知領域中の混合したHOHPS波は、ラム波で示される
パターンと同様であり、様々な成分の分散により、基板
表面上に「デッドスポット」を有している。
ゼロ次の水平偏波シャー波タッチセンサーは、その構
造的整合性のみにより制限されるため、任意に薄くし得
る。潜在的に干渉するモードを制限する為に、ゼロ次の
水平偏波シャー波タッチセンサーの基板の厚さは、準レ
イリー波を有し得るものより少ない。なぜならば、基板
が薄くなれば、表面の接触に対する水平偏波シャー波の
フラクション感度が大きくなるからである。
米国特許第5,177,327号によれば、例えば0.040インチ
厚さの薄いガラス基板が望ましい。なぜならば、ゼロ次
の水平偏波シャー波の感知領域における接触誘導性の減
衰により高い感度を有し、重量が小さく、準レイリーモ
ードタッチセンサーでよく使用されるような、例えば、
0.090インチのより厚いガラスより容易にたわみ得るか
らである。しかし、0.090インチのガラスは、0.040イン
チ厚さのガラスより容易に形成でき、壊れにくい。
米国特許第5,329,070号のKnowlesは、ゼロ次の水平偏
波シャー波タッチ位置センサーに関する。米国特許第5,
329,070号は、ゼロ次の水平偏波シャー波を用いる長所
は、センサーを任意に薄くし得ることであると示唆す
る。実際、基板は、２波長より薄い厚さで、より高い次
数のモードあるいはオーバートーンを抑制する。強度を
高める為に、基板の厚さを、２波長分余計に増加させる
ために、シャー波の伝搬をさせないバックプレートを、
接着層で結合させる。あるいはバックプレートは、基板
のシャー波伝搬速度より速いシャー波伝搬速度を有す
る。
このように、ゼロ次の水平偏波シャー波は、弾性表面
波に比べていくつかの長所を有していることが知られて
いる。これは、接触による全エネルギー吸収が低い割合
であることを補う。しかし、従来この分野で知られてい
るように、提案されている実行法は、運用するのが困難
で、それらに特有の困難および制限が存在する。シャー
波は、弾性表面波のように、基板の表面に閉じ込められ
ない。その代わり、基板の厚み全体に広がる。シャー波
タッチポジションセンサーの表面に隣接する汚染物質あ
るいは他の隣接する物質によっては、それらの物質を交
差する軸にそって伸びるブラインドスポットや十分な遮
蔽という結果にはならない。弾性表面波は、垂直に横断
する成分を有し、そして、実質的に基板上の水滴によっ
て吸収される。一方、垂直に横断する成分を有さないシ
ャーおよびシャータイプ波は、実質的に圧力波を表面の
水滴に放射せず、従って、これらの汚染物質に対する望
ましくない感度を有しない。従って、波エネルギーの大
部分は、接触あるいは表面人為要素の位置を通過する。
従って、シャー波タッチポジションセンサーは、弾性表
面波センサーが適し得ない環境に用いるのに適切であ
る。シャー波タッチポジションセンサーはまた、基板の
上表面および底表面（裏面）への接触に感受性であり、
弾性表面波センサーは、トランスデューサが実装されて
いる方の基板の表面にのみ感受性がある。さらに、この
分野で、留意点とされている、大きな基板中のVLCWの空
気減衰による潜在的なロス（損失）は、垂直横波成分を
有さない波を採用することによって回避される。従っ
て、ロスは、弾性表面波タッチポジションセンサーよ
り、シャー波タッチポジションセンサーの方が小さい。
これらのファクターおよび波の性質によって、シャーモ
ード波は、同等の弾性表面波より大きな距離を移動でき
る。
発明の概要 本発明は、高次水平偏波シャー（higher order horiz
ontally polarized shear;HOHPS）波伝送モードを、シ
ート状材料、すなわち、基板（基体;substrate）の感知
領域に通過させて作動するタッチセンサーシステムを提
供し、従来技術の欠点を克服する。特に、本発明は、高
次水平偏波シャー波を伝波させる（サポートする）基板
を有する感知領域を提供し、ここで、特定の次数（オー
ダー;order）の波が、接触の位置決めおよび／または特
徴づけの為に、伝搬され、選択される。
本発明によるシャー波タッチセンサーは、ゼロより大
きい次数の水平偏波シャー波を伝搬し得るシート様基
板； 垂直および縦成分を有する励起波を発生させるトラン
スデューサ； 基板の中で励起波を高次水平偏波シャー波へと変換す
る手段であって、この波が、トランスデューサからの励
起波の伝搬する軸とは異なる軸方向に（沿って）伝搬
し、該高次水平偏波シャー波が基板の感知領域を通過す
る手段；を含む。ここで、基板上の接触は、検出し得る
程度にシャー波の摂動を生じさせる。同様に、他の波あ
るいは波の成分も、基板を伝搬し得る。この伝搬は、第
一の波と垂直の、伝搬ベクトル成分を有する異なる軸の
方向に（沿って）起こり、接触あるいは摂動の影響の座
標を決めることができる。検出される接触あるいは摂動
の特性は、圧力、音波吸収ファクター、振動、サイズ
（振幅）および／あるいは波形、動き、あるいは測定で
きるような波の摂動をつくる他の特性であり得る。
本発明はまた、基板の中に複数の波のモードを励起
し、そして様々な振動モードを選択的にフィルターし
て、振動の所望の性質あるいはモードを選択する。この
モード選択は、好ましくは、リフレクターの配列を提供
することによって実現され得る。これは、例えば、近接
して設けられた平行な一連の障害物である。リフレクタ
ーは、トランスデューサからの波伝搬の軸に沿って並ん
でおり、選択された角度に配置され、その結果、所望の
波モードが所望の角度で回折し、望ましくないモード
は、異なる角度に回折する。波の複数のモードは、弾性
表面波を基板中に送り込むことにより励起される。これ
が、反射素子配列上に入射し、そして、複数の波モード
に変換される。伝送される弾性表面波の位相速度と反射
される様々な波のモードの位相速度とが異なる為、反射
配列のトランスデューサの軸に対する角度は、直角な反
射をおこすためには、一般的に実質的に45゜ではない。
そして、実際の角度は、デバイスの構造により、あるい
は予想される特定により、経験的に選択され得る。弾性
表面波は、垂直および縦成分を有する波（VLCW）であ
る。実際、VLCW波が反射素子に入射するとき、高次水平
偏波シャー波（HOHPS）を含む、複数のシャー波は、反
射配列から様々な角度に回折し、位相速度は、ほぼ波の
次数の二乗と相関する。従って、HOHPS波の伝搬モード
は、VLCWの入射角度に対する反射配列の角度、および反
射素子の間隔によって決まる。これらは回折格子として
作用する。従って、多くのモードが得られ得る。それぞ
れのモードは、選択的に活用され得る特定の特性を有す
る。望ましくないモードは、物理的および／あるいは電
子的フィルタリングおよび他の干渉波モードには感受性
がない設計によって、消去される。本発明によれば、モ
ード４あるいは５のHOHPS波が望ましいが、他のモード
も使用し得る。
波が、予め決められた最適な経路に沿わない場合、例
えば、選択されないシャー波モードの場合、最終的にト
ランスデューサへ返るまでに、より長い経路長を有す
る。従って、選択されないモードは、選択されるモード
の受信に干渉しない傾向がある。なぜならば、それら
は、必要な時間枠内に帰着せず、そして、時間および反
射の数によって、減衰するからである。
本発明の１つの面によれば、比較的厚い基板中で、HO
HPS波に変換されるVLCW波を発生するトランスデューサ
を含む。HOHPS波は、VLCW伝搬の方向と垂直の角度に伝
搬し、基板をHOHPS波として横断して、１度あるいは２
度の介在する反射の後、音響（音波）振動は、HOHPS波
と垂直に伝搬するVLCWへ変換し直される。このシステム
では、基板の厚さを半分としたラム−シャー−ラムシス
テムと比較して、ほぼ同じS/N比（SNR）を有する。これ
は、HOHPSの波エネルギーが、ゼロ次次数の水平偏波シ
ャー波と比較して、多く、表面に偏在することによる。
これにより、同じ程度にフラクションの吸収が起こる。
本発明のVLCW−HOHPS−VLCWシステムは、公知のVLCWモ
ード感知領域センサーと比べ、基板の感知領域中の水滴
に比較的感受性がない（水滴の妨害を受けにくい）。
勿論、本発明は、感知領域にHOHPS波を選択的に作り
得るような、反射配列へ伝送される他の波モードも、そ
の範囲に含む。これは、例えば、ラム波である。
分離した送信器（送信素子）および受信器（受信素子） 本発明による１つの態様では、基板は、シャー波を作
る為の反射素子の第一の配列を含む。このシャー波は、
基板の反対のサイド上に配置される反射素子の第二の配
列へと、第一の平行な経路部分に従って向かう。このシ
ャー波は、垂直および縦の成分を有する波を、配列に対
して、特定の方向に回折させることによって作られる。
この方向を、本明細書では、軸という。しかし、波の送
信の軸は、反射配列の物理的に対称な軸と完全に対応し
ている必要はない。反射素子の第一の配列は、第一のト
ランスデューサから送信される波の軸上に配置されてい
る。このトランスデューサは、垂直および縦の成分を有
する波を、基板中に伝搬する。同様に、反射素子の第二
の配列は、第二のトランスデューサから受ける波の軸上
に配置される。このトランスデューサは、垂直および縦
の成分を有する波を受信して、それに相当する信号を提
供する。この信号から、接触の位置が決定され得る。
逆反射 他の態様では、反射素子の配列が、垂直および縦成分
を有する波（VLCW）を反射して、基板の感知領域を通過
する高次水平偏波シャー波に変換し、基板の反対側のサ
イド上にある反射素子へと向かわせる。さらに、第一の
配列に隣接するよに（隣接する辺に沿って）配置される
第一の反射端および反対側の配列に隣接するように配置
される第二の反射端を含む反射手段が提供される。第一
の配列の反射素子は、VLCWを反射して、第一の反射端上
でシャー波とする。この反射端は、次に、そのシャー波
を基板を横断して反射素子の第二の配列を通過し、反対
側の反射端へと向かうように反射させる。第二の反射端
は、波を、隣接する第二の配列へ再反射し、この第二の
配列が、シャー波を、受信トランスデューサへと向かう
VLCW波に変換する。このそれぞれの配列の反射素子は、
指向反射システム（直接感知領域へと反射するシステ
ム）に対して、90゜回転しており、波をそのそれぞれに
隣接する端（辺）へと再度方向を変えて向かわせる。
この逆反射構造により、以下に述べるように、モード
選択的フィルターを設置することが可能になる。これ
は、反射配列の間の接触感知領域の外側で、反射素子配
列とそれに隣接する反射端の間に設置され、デバイスの
波モード選択能力を改善できる。勿論、反射端自体が、
モード選択フィルターの一部として作用し得る。モード
選択フィルターは、好ましくは、反射配列に対して、正
確に平行に間隔を開けており、所望の（正しい）モード
を強調する。この態様では、波の一部が、反射配列の２
回目の通過によりトランスデューサへと送り返される。
このことにより、波エネルギーはさらに、反射配列によ
ってデバイスの感知領域へと反射される。
送信トランスデューサおよび受信トランスデューサの組
み合わせ 他の態様では、トランスデューサが実装されている基
板のサイドに垂直な軸に沿って、反射素子を単一の配列
とした反射手段を設ける。すなわち、軸は、トランスデ
ューサから発生する波の伝搬の軸と同一方向に並ぶ。基
板は、反射端を有し、反射端は、反射素子の配列の反対
の辺に配置される。反射素子は、トランスデューサによ
って発生する弾性表面波を反射して、高次水平偏波シャ
ー波として、基板の反対端へと向かわせる。次にこの端
は、基本的に同じモードのシャー波を反射配列へと入射
しなおす波にする。配列の反射素子は、次に、基板の反
射端から伝搬する高次シャー波を、垂直および縦の成分
を有する波に変換し、トランスデューサに返し、このト
ランスデューサは、反射波を感知してそれに対応する
（電気）信号を発生する。垂直および縦の成分を有する
波を送信および受信する１つのトランスデューサが、そ
れぞれの軸に提供され、接触の座標が決められ得る。
トリプルトランジットシステム あるいは、１つのトランスデューサが、垂直および縦
の成分を有する波を送信および受信するために提供され
得る。この波は、２つの座標軸上を伝搬する。ここで、
第一の軸に沿って第二の軸へと伝搬する、あるいはその
逆を伝搬する波の反射のために、両方の軸に交差する手
段が提供される。シャー波は、最小限のエネルギーロス
（損失）を被るのみで、基板の端（角）で反射して方向
を変える。すなわち、シャー波の反射率は、高効率であ
る。しかし、弾性表面波では、反射によって多大なロス
が起こり、信号はまた、通過する距離に従って減衰す
る。従って、このような単一のSAWトランスデューサの
設計は、複数のトランスデューサを用いる設計に比べ、
好ましさの程度が低い。さらに、単一のトランスデュー
サの設計では、第一の軸の最長波経路は、第二の軸の最
短波経路より短くなければならない。一般的に、これ
は、第一の軸に沿うトランスデューサの長さが、第二の
軸に沿うトランスデューサの長さより大きいことを意味
する。このようにして、第一および第二の軸に沿って伝
達する波の重ね合わせを避ける。
基板 シート様基板は、好ましくは、強化（焼き戻）された
ガラス、あるいはすり（つや消しした）ガラス、プラス
チック、メタル、あるいはセラミックである。最も好ま
しくは、0.090インチ厚さの強化透明ソーダ石灰ガラス
である。一般的に、基板は、ディスプレイデバイスの前
面に使用する為、透明であることが好ましい。基板の透
明性が必要でない状況では、すなわち、センサーシステ
ムがディスプレイの前に、タッチスクリーンとして用い
られない場合、メタルあるいはセラミックの基板を用い
得る。
基板はさらに、平板の（フラットな）プレートとして
も形成され得る。あるいは、基板は、円筒形、球形、あ
るいは楕円体の面の一部として、片方あるいは両方の軸
に沿ってカーブし得る。あるいは、他の構造を有し得
る。これらの平板（平面）ではない態様では、三次元形
状である為、通常の状況は、送信配列に垂直に伝搬する
波である必要はなく、そして、実際には、所望の伝搬の
角度は、配列の部分によって変え得る。このように、反
射配列の素子の角度は、すべて平行である必要はなく、
所望の機能を達成する為に、変え得る。同様に波成分の
伝搬の軸は、所望の構成を達成するために、フラットな
基板の態様においては、変えられ得る。
音波タッチセンサーに、他の基体も用い得ることは、
留意されたい。実際、ホウケイ酸塩ガラスは特定の長所
がある。その中には、SAWモードシステムで、S/N比が、
ソーダ石灰ガラスに比べて約30dB増加することが含まれ
る。このS/N比の増加は、ゼロ次あるいはそれ以上の次
数のシャーモード波センサーで、明らかであると考えら
れる。
本発明の１つの好都合な態様では、裏面がつや消しし
てある、ホウケイ酸塩ガラス基板が提供される。これ
は、テキサスインスツルメンツ社デジタルマイクロミラ
ーデバイス（DMD）イメージプロジェクターおよびタッ
チスクリーンセンサーののための投影表面に用いる。勿
論、LCDおよびCRT技術のような、他のイメージ投影技術
も採用され得る。ガラス基板は、強化（焼き戻し）され
得る。しかし、ガラスフリットは、反射素子あるいはフ
ィルター素子のような表面特性などを形成するのに用い
られ得ない。なぜならば、フリットの硬化に用いられる
高温のためであり、ガラス基板のアニーリング温度より
高いからである。
シャー波 第2B図に示すように、反射配列によって、基板10の中
を伝搬するシャー波12は、基板10の単一の表面に閉じ込
められない。しかし、そのかわりに、基板10の厚み全体
に渡って存在する。様々なモードが作られ、システム
は、基板を通過する少なくとも１つの水平節面を有する
波に十分なエネルギーを発生することが好ましい。位相
速度の違いにより、これらの波は、反射配列から、異な
る角度で放射される。シャー波に特徴的なように、Ｘ軸
方向に伝搬する波の粒子は、Ｙ方向にのみ振動する。シ
ャー波は、ほぼ中央の面に対称あるいは反対称であり得
ることに留意されたい。上述したように、反射配列は、
分散性の複数のシャー波モードを作る。所望のモード
は、デバイスの構造によって選択される。より詳しく
は、これらのモードは、Ｘ方向を伝達する波の式に従
う。
Ux＝０ Uy＝Acos（２πnz）exp［２πｉ（x/λ−ft）］ Uz＝Asin（２πnz） 式１ ここで、Ux、Uy、Uzは、それぞれ、ｘ、ｙおよびｚ方
向の変位成分である。ここで、Ａは一定、ｎはモード
（次数）、λは波長、およびｆは一秒間のサイクル数で
ある。これらのシャー波は、本明細書では、水平偏波シ
ャー波という。
本発明によれば、音響反射素子が提供され、所望の音
波モードの音響エネルギー（acoustic power;音波力）
を、反射のプロセス（回折による反射）で、選択的に所
定の方向へ伝搬させる。この方向は、それぞれのモード
における、異なる位相速度に基づく。従って、所望の波
モードの方向は、位相速度が近い波モードが、区別され
るようにすることが必要である。位相速度が接近し過ぎ
ている場合、渦流の（不要）モードが、信号動作を複
雑、困難にする。部分的には、このような影響によっ
て、公知のラム−シャー−ラムセンサーシステムの場
合、薄い基板に限定される。従って、本発明のシステム
は、好ましくは、不要モードから簡単に区別される所望
の波モードを用いる。
ゼロ次のシャー波と様々なHOHPSとの位相速度の違い
は、ほぼ（n/t）２に比例する。ここで、ｎは、モード
の次数であり、ｔは、ガラスの厚さである。ｎ＝０（ゼ
ロ次シャー）およびｎ＝１モードとの位相速度の違い
は、ｔが増加すれば、（l/t）２減少する。従って、ｎ
が増加することによって、厚いガラスを用いた場合で
も、反射配列が明確に単一の所望のモードを分離するこ
とができる。より厚いガラスでは、ｎ＝０およびｎ＝１
の間の位相速度の違いは、一般的にあまりにも小さ過ぎ
て明確に区別できないことに留意されたい。しかし、特
にｎ＝３、４、および５のような高い次数では、お互い
により容易に分離され得る。例えば、0.040インチ厚さ
の薄い基板では、約ｎ＝４より大きい高次モードは、波
が伝搬しないことに留意されたい。この場合には、、例
えばｎ＝１あるいはｎ＝２のようなより低いHOHPS波の
次数が好ましく用いられる。
さらに、厚いガラスの使用が可能になることに加え、
HOHPSの利用によって、さらなる利益が提供される。ゼ
ロ次の水平偏波シャー波モードが、基板の全厚さに渡っ
て準均一な波形を有するのと異なり、HOHPSは、少なく
とも１つの、基板表面に平行な節面を有する。すべての
HOHPSは、基板の体積に渡り平均化されたエネルギー密
度の２倍に等しい表面エネルギー密度を有する。一方、
ゼロ次のシャー波は体積に渡る平均と表面で同じ、一定
の体積音響エネルギー密度を有する。従って、ｎ＞０で
は、シャー波のエネルギーが表面近くにより多く存在す
る。この関係から、ｎ＞０のHOHPSセンサーに用いる基
板の厚さを、ｎ＝０のシャーセンサーと比較して、２倍
にすることが可能になる。
マルチモードセンサー 本発明は、音響波（音波）を使用し、そして、複数の
異なる音響波モードで作動させながら、同種のデータ測
定ができる。ここで、随意、異なる音波モードの検出に
よって、様々な特性が測定され得る。異なる音波モード
の分析を行って同じ特性を分析することにより、重複測
定も行われ得る。例えば、基板の表面および裏面で発生
する三次および四次のHOHPS波が、接触の座標を重複測
定するのに用いられ得る。同様に、垂直成分を有する波
は、近接するあるいは接触する物体に高感度である。一
方、シャー波は、このような物体に対して、比較的感受
性が低いが、同じように表面上の強力な波の吸収摂動に
よる遮蔽にも感度が低い（妨害を受けにくい）。このよ
うに、多変量分析を用いて、より多い情報を得るか、あ
るいは受信信号の不明瞭さを解決し得る。波は、同じ周
波数である必要はない。実際、異なる波が同じセンサー
システムの中で伝搬する為には、周波数および波のモー
ドを変えることが好都合であり得る。このように、異な
るタイプの波の性質が、単一のシステムで、利用され得
る。
異なるパラメータの多変量解析を用いて、受信するデ
ータからより多くの情報を得られ得る。もし波のタイプ
が１つ以上存在する場合、コントローラが最適な波ある
いは波のセットを選択して、感知した変数を分析する。
さらに、もし、複数の波のタイプが利用される場合、他
のものとの干渉が最小限となる波あるいは波のセットが
選択され得る。例えば、干渉は、２つの同様のセンサー
システムがお互いに近くにある時に存在し得る。この場
合、もし、多くの波のタイプあるいは周波数が利用でき
る場合、干渉を減少させるために、近くのシステムは、
異なる周波数に同調され得る。近くの装置がデバイスの
運用周波数に近い周波数を発生しあるいは受信する場合
も、干渉が存在し得る。ここで再び、複数の周波数で、
あるいは周波ホッピングモードで操作する能力により、
デバイスはより強力になり、環境により左右されなくな
る。
勿論、異なるタイプの波が、時間分割多重送信され得
る。例えば、基板に連続的に印加され、従って、同時に
存在し、あるいは分析される必要はない。しかし、最小
限の数のトランスデューサで、固定した物理的構成で
は、様々な波のモードが同時に基板に印加され、受信ト
ランスデューサで、ある受信電子部品の中で選択的に処
理されることにより分解されることが好ましい。トラン
スデューサの数を最小限にしない場合は、能動的雑音消
去法が用いられ得る。
異なる周波数あるいは波長を有する送信される波の励
起が、独立して選択され得る場合、これらの波は基板に
時分割多重送信されることが好ましい。これは、音波タ
ッチセンサーの時間による分解が、一般的に意図される
用途で必要とされるものより非常に高いからである。従
って、これらの測定は、できるだけ早くする必要はな
い。これらの測定を時間で区切ることにより、各測定の
間の干渉を減らし、分析に必要なコンピュータ運用（操
作）上の複雑さを減らし得る。高速度のデータ獲得が望
まれる環境、あるいはこの目的の為にコンピュータ操作
上の能力を利用できる場合、複数の波モードが同時に分
析され得る。
異なるモードに適合する、時間によって構成が変化す
るセンサーを提供することが可能である。構成を時間変
化させるには、物理的発動器あるいは電子音波デバイス
が必要である。これは複雑さが増すため好ましくない。
しかし、それでも、本発明の範囲内である。能動的補償
法が採用される場合、補償システム構成を、時間によ
り、変化させ得る。そして、干渉が減少した状態で分析
するための所望の波形を選択するのに役立つ。
音波タッチポジションセンサーでは、基板の接触の位
置を決定する為に、システムを、基板上のそれぞれの点
が、唯一のあるいは唯一に近い一組の時間遅延の特性を
有するように設計する。これは、例えば、それぞれの波
が送信器および検出手段、すなわち受信器の間を横断す
るべき経路長が異なるためである。座標の決定は、同じ
タイプの波でなされることが好ましい。しかし、異なる
モードを有する波が２あるいはそれ以上の異なる軸に沿
う位置を検出するのに用いられ得る。例えば、非常に細
長い基板では、異なるモードあるいは位置検出システム
を用いることが好ましく、長さ軸および幅軸に沿う位置
を検出できる。さらに、対角軸もまた採用され、同じま
たは異なるモードの波の伝搬が提供され得る。
例えば、エレベーターコントローラ、家庭機器類コン
トロール、キーボード配列および所定の産業上のコント
ロールでは、細長い基板が利用価値があり得る。細長い
基板では、長い軸に沿う接触を感知するのに用いられる
シャー波は、VLCW波より、汚染物質による遮蔽の妨害を
受けにくい。従って、細長い基板では、異なる軸で異な
る波モードを使用することが好ましい。
基板上の水滴のような環境要因が、例えば、準レイリ
ー波のような波の伝搬の１つのモードの送信を干渉し得
るとき、様々な干渉要因に対して異なる感度を有する異
なる複数の波モードシステムが提供され得る。この場
合、基板は、選択的に２あるいはそれ以上の異なる波に
励起される。例えば、トランスデューサによって、準レ
イリー波が発生し、基板を準レイリー波が反射して横断
し、そして、準レイリー波として受信トランスデューサ
に反射される、いわゆるSAW−SAW−SAWシステムは、い
わゆるSAW−シャー−SAWシステムと一緒に用いられ得
る。この後者のシステムは、トランスデューサによって
準レイリー波が発生し、反射して基板をシャー波として
横断し、そして、準レイリー波として受信トランスデュ
ーサへと反射する。この場合、SAW−SAW−SAWシステム
の為のトランスデューサは、基板の接触に感受性のある
前面（表面）に実装され得る。一方、SAW−シャー−SAW
システムの為のトランスデューサは、基板の後表面（裏
面）上に実装され得る。シャー波が基板の全厚さに渡っ
てエネルギー密度を有している場合、スクリーンのいず
れかの面が接触に感受性がある。そして、基板の裏面上
におけるこのモードの反射配列の配置は、その機能を妨
げない。あるいは、SAW−SAW−SAWシステム、およびSAW
−シャー−SAWシステムは、それぞれ互いに平行に配置
された反射配列を有する基板の上表面上に提供され得
る。好ましくは、反射配列は重ねられる。そして、それ
ぞれのシステムで、波は、反射配列を、逆方向に伝搬
し、信号源の区別をする受信トランスデューサが配置で
きる。
ある環境では、システムを時分割多重送信方式で動作
させ、同じ物理的構成の２つの異なるモードで運用する
ことが可能であり得る。これは、例えば、トランスデュ
ーサの操作周波数を変えることによって、入射波の反射
波に対する位相速度の比率を、ほぼ同一にし、そして、
両者の波長をほぼ同一にして行い得る。従って、一組の
トランスデューサが、両波モードに提供される。例え
ば、SAW−シャー−SAWシステムを約5MHzで励起し、組み
合わせるSAW−SAW−SAWシステムを6MHzで運用すると、
それぞれの反射システムに必要な反射配列が一致する。
モード間で周波数が相違するため、干渉する信号のフィ
ルタリングが容易となり、そして、その為、モードの選
択が、送信トランスデューサの励起周波数を変えるだけ
でできる。
同様に、シャー−SAW−シャーシステムを、SAW−シャ
ー−SAWシステムと組み合わせて用い得る。これによっ
て、単一のセット（一組）の反射配列で、二重モードの
運用ができる。シャーモードトランスデューサは、好ま
しくは、圧電性結晶を端に実装したものであり、これ
は、基板の全厚さと等しいかあるいはそれより大きいこ
とがあり得る。そして、ゼロ次のシャー波を励起する。
あるいは、基板の表面に実装される厚さの一部と同じ大
きさのトランスデューサであって、シャーおよび厚さ方
向の動きをするためにポールされる。これによって、ゼ
ロ次のシャー波、HOHPS、およびレイリータイプ波を作
る傾向にある。その配分は、基板の共鳴周波数およびト
ランスデューサの励起周波数による。従って、単一のト
ランスデューサでも、異なる波を励起し得る。
運用上の異なるモードは、SAW−SAW−SAWおよびSAW−
シャー−SAWである必要はなく、実際は、例えば、SAW−
HOHPS（ｎ＝３）−SAWおよびSAW−HOHPS（ｎ＝４）−SA
W、あるいはそれらの組み合わせであり得ることに留意
されたい。一般的に、システムは、２重モードトランス
デューサの１つのセット、基板の表面および裏面上に実
装されるトランスデューサ、あるいは基板の同じ面で作
動する二重トランスデューサを用い得る。指定するモー
ドシステムの信号を検出することに加え、２つの異なる
運用モードを設けることによって、システムは、１つの
モードから別のモードへの変換を検出し得る。この波変
換の機構により、以下に述べるように、ポジティブな信
号反応が提供される。
基板の表面上に、高吸収率の汚染スポットが起こった
場合、基板は、「遮蔽」され、そのスポットのＸおよび
Ｙ軸にそった箇所が無反応になる。このことは、それぞ
れ角度をなして伝搬する２つの異なる波を提供すること
によって、解決され得る。例えば、第一のシステムは、
０および90゜で作動し、第二のシステムは、45゜および
135゜で作動し得る。このようなシステムの作動は、あ
る反射配列に第二および第三の反射配列を重ねることに
より、第一、第二および第三の反射配列からの反射波
が、それぞれ45、90および135゜に方向づけられること
によって実行され得る。例えば、４つの送信トランスデ
ューサ／受信トランスデューサを、長方形の基板の隅に
提供する。角度のついた波は、１つのトランスデューサ
から送信し、残りのトランスデューサで信号を受信する
ことによって検出される。このように、４つのトランス
デューサの場合、直交する座標の２つのセットが得られ
得る。このため、吸収性のある点がそれを直接通過する
波を遮蔽する場合でも、動作が可能になる。勿論、配列
は必ずしも重複させる必要はない。そして、基板の両面
に配されるか、あるいは、異なる周波数および／あるい
は異なる波モードで動作するように設計され得る。
実質的に、複数の波モードが基板に存在する時、これ
らは、異なる反射特性を持つ可能性が多い。例えば、望
ましくないモードのシャー波から派生するVLCWは、所望
のモードの波の軸とは異なる軸に沿って、基板の中を伝
搬する傾向にある。従って、反射配列から受信トランス
デューサまでの距離を増加させて、波同士の空間的な隔
たりを増加させ、トランスデューサの選択性を高める。
このような場合、所望の波および望ましくない波の両方
は、別々に受信される。従って、音波の伝送を延長する
様に、基板を変更して、所望のフォームファクターを維
持しつつ、波のモードの空間的な隔たりを生じさせ得
る。
特定の望ましくない波の受信器からの信号を用いて、
別々に、接触の特性に関する情報；性能を改善する為の
システムの能動的補償の基準（ベース）；あるいは、特
定の名称を持つ所望の波を受信するトランスデューサか
らの信号を解析するためのデータ、が提供され得る。あ
る状況の下では、所望の波および望ましくない波を、逆
にして、望ましくない波が、システムの出力の主な情報
を提供し得ることに留意されたい。
ポジティブレスポンスセンサー さらに別の態様では、波の摂動、例えば、物体の接近
によって、基板中を伝搬する第一の波のモードが第二の
波のモードに変換される。従って、非対称なシステムが
提供され得る。もの非対称なシステム構成によれば、第
二の波のモードを選択的に検出する器機が設けられ、そ
れにより、S/N比の改善、干渉の影響の差別化、検出あ
るいはフィルタリングの容易性、および他の長所が得ら
れる。例えば、受信トランスデューサによって受信され
る信号に、意図する補償作用をするように、音波信号を
基板中に放射することによる能動的フィルタリングを用
いて、あるいは変換後電子的な不要信号除去技術を用い
て、この新しい波モードを強調し、検出を容易にし得
る。トランスデューサは、しばしば特定の作動モードに
最適化されるため、送信および受信用に別々のトランス
デューサを用いることが適当であり得る。能動的あるい
は受動的補償法は、別々のトランスデューサで提供され
得る。このトランスデューサは、タイプおよび／または
位置が第一の（複数の）トランスデューサと異なり得
る。
HOHPS波は、接触のような摂動性の影響により、波の
モードが変換される。従って、接触によって、異なる波
の次数および／あるいはエネルギー成分が再配分され
て、新しい波形が生じ得る。変形した波は、入射した波
の伝搬軸と同じ軸を持つ成分を含む傾向がある。従っ
て、送信反射配列と同一あるいはそれに平行の受信反射
配列によって受信され得る。そして、信号の減衰を測定
するシステムと同様の方法で受信トランスデューサの方
向に再度向けられる。例えば、片面に接触すると、波
は、おそらくは非線形性に、部分的に減衰し、基板に、
反対称波成分を作る。変形した波は、入射波と同一方向
で伝搬する傾向がある。従って、受信システム反射配列
によって受信され得る。そして、信号減衰のみを測定す
るシステムと同様の方法で、受信トランスデューサに再
指向される。
受信反射配列は、異なる次数を有する波、すなわち、
接触によって生じる波に最適化し得る。特に、この最適
化は、受信波の為に、正しい反射素子角度を決めること
によってなされ得る。この角度は、送信配列の反射素子
の角度とは異なる傾向にある。従って、本態様によれ
ば、信号減衰レスポンス測定システムにみられる信号反
応の減衰ではなく、センサーの摂動によるベースライン
を超えるポジティブ信号レスポンスの方が受信される。
これによって、簡素化した電子部品で、高いS/N比が得
られ得る。勿論、このようなポジティブレスポンスシス
テムは、減衰レスポンスシステムと共に動作し得るの
で、同一送信波を用いた、二重モード感知システムを構
築し得る。ここでは、送信される準レイリー波および準
レイリー波を基板に横断させる45゜に配置される反射素
子、を用いる二重モードセンサーが提供され得る。感知
領域への接触により、準レイリー波の一部が、準レイリ
ー波と同じ方向に向くシャー波へと変換される。受信反
射配列は、リフレクターを近接させて提供される。例え
ば、このリフレクターは、波の経路に垂直な、刻まれた
ノッチ、あるいは隆起した素子、あるいは直線状の一連
の素子といった表面上の特性であり、これが、弾性表面
波を選択的に反射し、反対の反射配列に反射し返して、
送信／受信トランスデューサの組み合わせによる受信が
される。この選択的な配列の反射部分から離れて、反射
素子を適当な角度で提供し、シャー波を、別の受信経路
の単一の軸に沿って伝搬するVLCWに選択的に変換する。
このように、システムは、減衰した準レイリー波と誘起
されたシャー波からのポジティブレスポンス信号の両方
を受信する。
あるいは、本発明の別の態様では、センサーの感知領
域に入射するゼロ次の水平偏波シャー波形のポジティブ
レスポンスシステムを提供する。このゼロ次シャー波
は、接触により、弾性表面波エネルギーの部分的吸収に
より、一次およびより高い次数のHOHPS波に変換され
る。従って、標準的な方法を用いて、ここで記載されて
いるｎ＝１のHOHPS波のための受信システムを用いつ
つ、ゼロ次の水平偏波シャー波を作り得る。簡単なポジ
ティブレスポンシステムの目的の為に、入射するゼロ次
のシャー波は、「純粋」である必要はなく、ｎ＝１のHO
HPS波が消去あるいは完全に補償されていればよいこと
に留意されたい。受信サブシステムが、ｎ＝１のHOHPS
波から全ての干渉波モードを分離し得るからである。
反射素子 弾性表面波あるいは他の垂直および縦の成分を有する
波、すなわち、ゼロ次の対称あるいは反対称ラム波、よ
り高次数のラム波が、反射素子の配列に沿って伝わると
き、波エネルギーの部分（一部）がこれらの素子により
反射され得る。この様々な反射の特性は、リフレクター
およびそれらの特性、間隔および角度、および完全に理
解されていない全体の他のシステム特性による。しか
し、一般的に、１組のパラメータが見出される。それ
は、標準的な状態の下；約0.090インチのソーダ石灰ガ
ラス基板中；約5.53MHzの周波数の準レイリー波;0.01イ
ンチの幅を有し0.022インチの間隔のシルクスクリーン
のガラスフリットでできた反射格子であって、所定の角
度、すなわちトランスデューサの軸から45゜より少い大
きな角度で配置され、トランスデューサの軸と垂直方向
への第三次および四次の水平偏波シャー波に変換する、
反射格子である。他の波モードは、これらの同じ状況で
は、異なる角度へ反射される。おそらくは、明らかに非
干渉性の方法でなされる為、接触感受性には実質的に干
渉せず、あるいは受信トランスデューサに十分な妨害信
号を生じることもない傾向にある。他の利用できる態様
のパラメータも、本明細書の技術に従って選択され得
る。
一般的に、より高次の水平偏波シャー波を利用するタ
ッチセンサーの特性を選択することによって、過度の感
度がなくかつ遮蔽による妨害が少なく、接触感受性がよ
く保たれたまま、比較的厚い均質の基板を用い得る。こ
れらの波は、反射配列素子の角度を変えることによって
選択される為、構造の詳細はよく知られており、現在あ
る生産方法をわずかに変更して用いるだけで済む。
素子の間隔が、媒体中で波の波長の整数倍の時、反射
は可干渉性である。すなわち、位相が同じである。
弾性表面波をシャー波にあるいはシャー波を弾性表面
波に変換するのに用いられるリフレクターの配列の反射
素子の角度は、トランスデューサと基板の感知領域の間
で、選択された波のモードを同じ位相で可干渉性に方向
を変えるように選択されなくてはならない。このよう
に、反射配列は、所望の波モードを選択して指向させる
ための選択的フィルターとして動作している。反射配列
は、他のフィルターと組み合わせられ得る。このような
フィルターは、本分野で標準的に用いられ、所望の波伝
搬モードを選択するのに用いられ得る。これらのフィル
ターは一般的に受動的フィルターであるが、能動的フィ
ルターもまた、本発明の範囲に含まれる。さらに、受信
トランスデューサ自体を、受動あるいは能動手段で、所
望の信号を選択的に受信するように設計し得る。
本発明の好ましい態様では、圧電トランスデューサ
が、軸方向に準レイリーあるいはラム波として伝搬する
約5.53MHzの励起信号を作る。この波モードは、基板の
裏面への接触には無反応である。このトランスデューサ
は、従来のタイプであり得る。この同じ軸に沿って、基
板の感知領域の外側で、一連の近接した平行な障害物
が、伝搬の軸から45゜より大きい角度、例えば47゜から
57゜で、形成される。これらの障害物の間隔は、ほぼ、
準レイリー波あるいはラム波の波長の整数倍とする。構
造、特に、反射素子の角度は、好ましくは、四次水平偏
波シャー波を、センサーシステムの感知領域に、軸と直
角に回折するように選択される。基板は、好ましくは、
0.090インチ厚のソーダ石灰ガラスであり、標準的な光
学的結合封止技術を用いて、容易に形成され得、そして
従来法で実装され得る。
ｎ＝０のシャー波の場合、VLCWの伝搬軸からの光学的
なシェブロン角度は、約46゜であり、ｎ＝１の場合、約
47−48゜であり、ｎ＝１で約48゜、ｎ＝３で、約50゜、
ｎ＝４で約52−53゜、およびｎ＝５で約56゜である。こ
の時、ガラスの厚さは、0.085インチから0.090インチで
あり、厚さが増せば、角度は小さくなる。準レイリー波
とｎ＝４のHOHPSの位相速度の比率は、約0.92である。
選択された波のモードは、トランスデューサの軸に垂
直な角度で伝搬する必要はないことに留意されたい。実
際、様々な角度に方向付けされ得る。実際は、上述した
ように、本発明の設計で本来的には、様々な波モードが
異なる角度で方向づけされる。しかしながら、デバイス
の構造では、選択された波の摂動を選択的に検出する。
従って、単一の送信配列が、異なるモードを有する複数
の波をつくり得る。これは、随意、複数の受信反射配列
と連結された複数の受信トランスデューサによって選択
的に受信されこれらの受信配列は、基板の反対のサイド
（辺）あるいは他の配列に重ね合わせ、平行に置かれ得
る。
伝搬の反射角度がVLCW伝搬軸と直角でない場合、この
ような状況下での基板の端（エッジ；辺）は、好ましく
は、波に対して非反射性でも、あるいは波を所望の方向
に反射するように形成してもよい。そのとき、基板に
は、例えば、のこぎり刃状の配置の角度がついたファセ
ットが形成され、概して長方形の形が維持される。これ
らのファセットはまた、厚さが様々であり得る。このよ
うなファセットは、直角の先端を有 してもよく、平行なファセットの端が存在するように角
度がついていて、波を所望の方向に向けさせ、反射軸に
沿って、反射波の位相をそろえて反射するような距離
で、のこぎり刃状（波形）配置をしている。ファセット
の反射面はまた、入射波とは別の角度に配置され、波を
選択的に所望の方向へ向ける。反射配列に平行な直線の
基板の端は、シャー波を入射経路に沿って反射する傾向
にある為、非長方形の信号経路ではシステムの最適化の
為、端の形状を非直線とし得る。従って、端は、のこぎ
り刃状をとり得る。波が非長方形の経路に沿って反射さ
れることが望ましい場合、基板および反射配列は、実質
的な干渉あるいは人為要素なしに、単一のトランスデュ
ーサによる受信用、所望の信号を多重送信する設計であ
ることが好ましい。
検出の感度は、基板の感知領域の全体に渡り、比較的
均一であることが好ましい。反射配列が、一定の間隔の
同じ反復反射素子として提供される時、最短経路の信号
の波は、最長経路の信号の波より実質的に大きな強度を
有する。これは、基板中の伝搬による単純な減衰の影
響、および均一な設計の反射配列が、それぞれの素子で
一定の比率の波エネルギーを反射する傾向にあることに
よる。それによって、トランスデューサからの距離の増
加に伴って、信号強度は、実質的に指数関数的に減少す
る。従って、この指数関数的減少を補償することが好ま
しい。例えば、トランスデューサからの距離が増えるに
従い、信号の反射の割合を変えることによって、これら
の影響のうちの一方あるいは両方を補償する。接触感度
は、接触の領域中の音波の力密度（エネルギー密度）に
いくらか関係する。従って、意図される基板の接触感知
領域の全体に、ほぼ一定のエネルギー密度が提供される
ことが好ましい。一定のエネルギー密度によって、受信
信号の分析のための、受信システムの必要なダイナミッ
クレンジが減少する。
配列によって反射される弾性表面波の一定エネルギー
密度を提供する１つの方法は、「反射素子削除」法を採
用することである。これは、米国特許第4,644,100号お
よび米国特許（再）第33,151号に記載されている。この
方法では、配列に沿った点（ポイント）とそれぞれのト
ランスデューサとの距離が増加するにつれ、配列に沿っ
た点の反射効率を増加させる。「反射素子削除」法は、
配列中で選択した反射素子を削除するものである。しか
し、この方法では、反射配列の、異なるタイプの波の波
長あるいは位相速度の間の区別をする能力が減少する。
「反射素子削除」法では、タッチプレートの大きさが限
定される。なぜならば、プレートが大きくなれば、配列
中の間隔が大きくなり、そして、このことから、最終的
に、反射素子が異なったモードに重複して用いられなく
なるからである。
一定のエネルギー（力）密度を得る他の方法は、配列
に沿った点の反射効率を、配列に沿った点の距離がそれ
ぞれのトランスデューサから増加するにつれ、増加させ
ることを含む。このことは、第４図に示されるように、
様々な高さの反射配列を提供することによってなされ
る。このような様々な高さの反射配列の反射素子は、公
知である。本明細書に参考として援用される米国特許第
4,746,914号を参照のこと。反射配列中のそれぞれの素
子の高さは、反射配列の単位長さに対する反射力、σ
（ｘ）が、ほぼ以下（複数の反射の影響、放射分散、基
体中の吸収等を無視して）によって与えられ、 σ（ｘ）＝α／［（１＋α／σＬ）（εα（Ｌ−Χ）−１）］ 式２ ｘにおける配列の高さの第一の配列素子（ｘ＝０）の高
さに対する割合は、ほぼ ｈ（ｘ）/h（０）＝［［（１＋α／σＬ）（εαＬ−１）］／［（１＋α／σ
Ｌ）（εα（Ｌ−Χ）−１）］］1/2 式３ 最後の配列素子の高さと第一の配列素子の割合は、ほぼ ｈ（Ｌ）/h（０）＝［［（１＋α／σＬ）（εα（Ｌ−Χ）−１）］／［α／
σＬ］］1/2 式４ ここで、αは、単位長さ当たりの配列の吸収効率を表
し、ｘは、配列のスタートからの距離を表す変数であ
り、そして、Ｌは、配列の長さを表す。様々な高さの配
列を設計するために、最大の高さの最小の高さに対する
割合の実際の値、ｈ（Ｌ）/h（０）を予測し、そして、
式４に代入して、σＬを決める。その後、ｈ（０）およ
びσＬの値を、式３に代入して、配列の高さを距離の関
数として計算する。得られるセンサー基板を、次に経験
的に試験し、基板の最適化を行って、他の変数を決定す
る。高さを変えた配列では、第８図に示す波形が得られ
る。ここで、配列素子によって反射されるHOHPS波の振
幅は、接触のないところで、配列の全長に渡り、実質的
に一定に保たれる。
基板の表面および底表面（裏面）の両方に配列を設け
ることが可能である。この時、表面および裏面の反射素
子の位置が対応することが条件である。所望のモードが
強化され、そして、他のモードが抑制されるかあるいは
より明確に区別されるようになる。
ラミネートあるいは全深（深さ全域にわたる）構造 配列の反射素子を、素子が基板の厚さにわたって広が
るようにして、所定のHOHPSモードの反射効率を実現し
ながら、スプリアスモードの量を最小限にするように形
成することによって、スプリアス（不要な寄生）の波の
モードは、抑制され得る。HOHPSおよびレイリー波の双
方は、ガラスの厚さ方向に、異なる位相を有する。この
ことは、基板に所望の寸法にスリットをエッチングし、
そして、ガラスフリット等で埋め戻し、基板の厚み方向
に伸びる反射素子を形成することによって実現し得る。
HOHPSは、基板の全体積（容量）に渡り、均一にエネル
ギーが配分されるが、レイリー波のエネルギーは、表面
近くに閉じ込められる。従って、全厚さの反射配列が、
部分厚さのスリット反射配列よりわずかに効率が高い。
実質的な波エネルギーが反射配列の遠い部分にまで届
くように、一般的に反射配列の音波透過率は高いことが
望まれる。実質的な表面エネルギー密度を有する波は、
表面リフレクターによってよりよく反射される。しか
し、もし基板がラミネートした構造の場合、埋めた状態
の反射配列を提供することもできる。このような構成に
おいては、トランスデューサから伝送される波が、セン
サーシステムの感知部分へ方向を変えるまで保護される
ことが好ましい場合に都合がよい。従って、例えば、ス
トンレー波のような内部波が発生し、ラミネート構造の
基板の一部の内部に向けられ得る。波は基板の比較的閉
じ込められた層の中を伝搬する。反射波は、好ましく
は、ゼロ次のシャー波あるいはHOHPSのようなシャー波
である。このように、トランスデューサは、外部の影響
から保護される内部のストンレー波として伝搬する波を
発生し得る。反射配列は、材料の内部のストリップによ
り形成され得るか、あるいは中央の層から隆起した反射
素子であり、ラミネート中に突出しており、ストンレー
波を基板の感知領域に、シャー波として反射する。この
シャー波は、基板に接触することで、特徴的な時間遅延
により減衰し、そして、残りの音響エネルギー（wave e
nergy;波力）は、対応するリフレクターによって受信ト
ランスデューサへと反射される。この反射波もまた、ス
トンレー−シャー−ストンレーセンサーシステムの一部
として、ストンレー波であり得、２回反射信号は、例え
ばレイリー波のような他のタイプであり得る。基板は、
例えば、リフレクターの領域のプラスチックの２つの層
の間に積層したガラスシートであり得る。基板の感知領
域中は、ガラス、あるいは３つのシートの積層ガラスで
あり得る。トランスデューサは、その領域のプラスチッ
クを除去することによって、中央のガラスラミネートシ
ートに結合し得る。
本発明のシステムはまた、構成部分の非反射（antire
flective）コーティングと同様の作用を有するモードに
特異的なフィルターの使用の為に備えられる。従って、
例えば、四次水平偏波シャー波が、複数の高次水平偏波
シャー波から選択されることが好ましい場合、様々なシ
ャー波の異なる位相速度を持つ材料の交互の層を基板の
反射端に配置し得る。このようなラミネートは、第17図
に示される。ラミネートにおいては、所望の波が強化さ
れ、異なる次数、入射角、あるいは異なる位相速度を有
する波が減衰するような層厚とする。同様に、マルチ素
子フィルターに、横方向のスタックにこのようなラミネ
ートを持ち、間に部分的な反射面を挟んだものを使用し
得る。実際、基板の全体が、対応する次数のシャー波、
およびその低いおよび高い倍音（harmonics）を選択的
に伝搬するラミネートであり得る。このような例では、
精密に制御した層厚および音波伝搬特性のプラスチック
フィルムを、ガラス基板材料と交互にラミネートするこ
とが好ましい。そして、単一の高次水平偏波シャー波
を、フィルムの厚さと基板のＺ軸に沿った波長との関係
に基づいて、選択的に伝搬する。
光学的反射を除去あるいは最小限にする光学的コーテ
ィングを有するプラスチック、例えば、OCLI製のHEAコ
ーティングのフィルムを、基板の底表面（裏面）にラミ
ネートし得る。基板の裏面上へのこのようなプラスチッ
クコーティングは、基板の光学的性質を改善するのみな
らず、ガラス基板の破損によるダメージを制限するため
安全上の理由からも使用し得る。このプラスチックシー
トはフィルタリングの機能を発揮するため、その音波特
性を精密に制御する。例えば、材料、厚さ、積層の状
況、および、その他の公知のファクターである。
すべての反射面あるいは部分的反射面、あるいは波の
伝送の軸に平行な波の位相速度のすべての空間的変化
は、波をフィルタリングし、選択的に特定のモードに伝
送する傾向がある。さらに、吸収性のような様々な音波
特性を有する層もまた、波をフィルタリングし、そし
て、特定のモードを選択的に伝送する。ラミネート構造
は、基板のほぼ中心面から対称である必要はなく、そし
て、いずれかのタイプの材料も、共に所望のモードを選
択的に伝送するものが用いられ得る。他のタイプの三次
元構造および共振器もまた所望のモードの選択に役立ち
得る。
好ましい態様では、標準安全ガラス、例えば、3/32イ
ンチガラス、1/32ポリマー接着剤、3/32ガラスを含む自
動車のウインドシールドが用いられる。デバイスの操作
の周波数は、選択された次数の波、および基板の物理的
および音響特性により決める。
他の好ましい態様では、１つの表面に波エネルギーを
有し、そして反対の表面には実質的により少ないエネル
ギーを有する、バルクシャータイプ波であるラブ波が提
供される。ラブ波の制御は、２つあるいはそれ以上の基
板の材料であって、位相速度が違う材料をラミネート
し、上が位相速度の低い材料で、表面が感受性の高い材
料を提供することによって、容易になる。ラブ波は、異
なる波次数を有する。例えば、ｎ＝０、１、２、
3........であって、ここでｎは、波の動きがない交差
する節面の数を表し、HOHPS波と類似する。この場合、
ラミネート基板構造により、上述の空間的波フィルター
とわずかに異なる機能で作用する。そして、所望の波の
クラスおよび波のクラス内の次数を選択する為、本発明
によるセンサー配置が、用いられ得ることが示唆され
る。従って、ラミネートは、数多くの層を含み得る。こ
れは、位相速度が単調に増加して変化するパターンに従
う。あるいはラミネートにフィルター配置を設け、所望
のラブ波モードを特に選択する。例えば、高低位相速度
材料の交互な層で、全体的に対称であり、所望のラブ波
を選択する。
好適な態様では、3mm厚さのホウケイ酸塩ガラスを、3
mm厚さのソーダ石灰ガラスにラミネートする。これは、
次数ｎ＝０、１のラブ波を捕らえ、その結果、ｎ＝０
で、約55dBの接触感受性で、表面が裏面より高いものが
できる。1mm厚さのホウケイ酸塩ガラスシートを、3mm厚
さのソーダ石灰ガラスシートの上に備えたものは、次数
ｎ＝０のラブ波を捕らえ、その結果、表面と裏面で、接
触感受性が約40dB異なる。一方、2mm厚さのホウケイ酸
塩ガラスシートは、ｎ＝０、１のラブ波を捕らえ、その
結果、ｎ＝０の接触感受性の違いは、約50dBである。
電子フィルタリング 上述のように、本発明では、能動雑音消去技術は、選
択的な除去のために、波長がトランスデューサによって
センサーの近傍に印加され、それによって、受信トラン
スデューサおよび接続する電子部品の必要なダイナミッ
クレンジを減少させる。能動フィルターシステムは、例
えば、圧電基体を分割して交互に駆動したり、あるいは
基板上に実装された複数のトランスデューサによって、
協同して所望の波を作り、そして望ましくない波を抑制
する。関連するシステムは、トランスデューサの段階的
配列（フェーズドアレイ;phased array）を含む。
能動フィルターシステムあるいはトランスデューサの
フェーズドアレイは、一般的に、デジタル信号プロセサ
（DSP）あるいはSAWフィルターと共に用いられる。デジ
タル信号プロセサが用いられる時、干渉波モードからの
逆反応を計算し、これを信号として伝送し、受信波形か
ら望ましくないモードを削除する。SAWフィルターは、
アナログメインで、圧電基板上の音響波に対し同様に作
動する。DSP設計では、容易に適応できる能力が付与さ
れ得る。すなわち、それは、新しい補償ストラテジーあ
るいは詳細を学習し得、そして、これらを必要に応じて
応用する。SAWフィルターでは、プログラムし得るデジ
タルデバイスと比較して、変化する条件に適応するよう
に変更するのがより容易でない。DSP機能は、専用の半
導体設計として実行されることに留意されたい。例え
ば、DSPあるいはデジタルフィルターである。あるい
は、DSP機能は、汎用プロセサのソフトウエアで制御す
る機能として提供され得る。適切なDSPデバイスは、テ
キサスインスツルメンツのTMS320C2x、C3XあるいはC5Χ
デバイス、モトローラ（Motorola）のMC56000シリーズ
の各種DSP、ザイログ（Zilog）のZ8シリーズ各種のDSP
などを含む。
能動フィルタリングは、送信トランスデューサおよび
／あるいは受信トランスデューサで提供され得る。ある
いは別の送信トランスデューサを通して提供され得る。
受動フィルタリング機能もまた実行され得る。これ
は、センサーデバイスのモデルおよび受信トランスデュ
ーサと随意別の補償変換システムとに依存する。このシ
ステムは、干渉を減少させ、彼の摂動の特性、すなわち
接触の位置を正確に検出するためのものである。この受
動フィルターは、適応性であり得、DSP、デジタルフィ
ルター、あるいは他のコンピュータのシステム中で実行
され得る。
反応、（反応の）非線形性、様々な反射モード、およ
び他の障害物を補償する為の複合フィルターの使用によ
り、主に摂動の影響を含む信号の分析が可能になる。従
って、フィルターは、センサー自体のバックグラウンド
および特性を補償して、特定の分析および出力の摂動の
影響に関連した情報中を通過する。
本発明による能動フィルターシステムは、情報を検出
するHOHPS波を用いるセンサーに限定されない。そし
て、送信トランスデューサ、感知検出領域および受信ト
ランスデューサに用いられる公知のタイプの音波を有す
る様々な設計に応用され得る。従って、一体型（インテ
グラル）フィルターを有するタッチセンシティブパネル
のための音波トランスデューサ、例えば、公知の方法で
能動あるいは受動システムと連結し得るインターデジタ
ル電極の圧電基板は、本発明の範囲内である。補償伝送
トランスデューサを能動補償デバイスとして含むタッチ
センサーもまた、本発明の範囲に含まれる。
モード差別化物理的フィルター 基本的には、様々な波モードを選択する為のフィルタ
ーは、多くの方法で実行され得る。これらは、高域、低
域、帯域あるいは複雑な通過機能設計であり得る。第一
に、望ましくない波モードは、吸収され、そしてそれら
のエネルギーは、伝送あるいは反射フィルターに放射さ
れる。このようなフィルターは、例えば、シャーモード
波伝送を行わせない基板部分あるいは所望でない反射モ
ードを必要とするように配置したリフレクターを含み得
る。第二に、フィルターは１つの成分を通過させ、第二
の成分を反射するような半反射素子を含み得る。望まし
くない成分は、その後に、後の所望の成分の信号分析に
おいて特異的に吸収されるかあるいは無視される。特異
的な帯域フィルターもまた、所望の波モードを選択する
のに提供され得る。これらのフィルタは、基板あるいは
トランスデューサと別々にあるいは一体となって提供さ
れ得る。
所望のシャー波の反射表面の入射角が０゜でない場
合、公知の波の波動工学の結果生じる禁止されたあるい
は禁制の反射モードを回避するよう注意を払わなければ
ならない。一方、これらの禁止あるいは禁制の反射モー
ドは、望ましくないシャー波モードを除去するのに用い
られ得る。
例えば、反射端は、反射配列の近傍にあるかあるいは
基板を挟んで反射配列の反対側にある。反射端は、所望
の波モードを選択的に反射し、そして、他のモードを減
衰させるかそれを他の方法で反射するためのフィルター
を含み得る。もし、これらの望ましくないモードが反射
されるならば、これらの望ましくない波のエネルギーを
吸収する為の吸収剤を提供することが好ましい。所望の
波および望ましくない波は分離される為、吸収剤は、本
来的にモード選択的である必要はない。
位相速度のみに基づいて波の区別を行うフィルターを
用い得る。これは例えば、一連の反射素子であって、反
射配列の反射素子に類似しており、入射角に垂直なシャ
ー波の経路中に配置される。シャー波は、基板の体積全
体に渡って均一にエネルギーを有する為、これらの素子
は、基板の片面あるいは両面に配置され得る。
フィルターは、基板の感知領域を取り囲み得るが、フ
ィルターは、好ましくは、CRTタッチスクリーンとして
用いるための基板の光学的性質を損なわせない。
もし、望ましくない伝搬モードが受信トランスデュー
サに干渉を生じさせ、これらのモードが異なる位相速度
あるいは他の区別し得る特性を有するならば、選択的フ
ィルターは、波の経路の途中に、波が受信トランスデュ
ーサに届く前に配置され得る。この例では、最もあり得
ると予想される望ましくない波形は、垂直および縦の成
分を有する波であり、特に、低次数を有する（レイリー
あるいは低次数ラブ）波である。従って、選択的フィル
ターは、基板の上表面あるいは両表面に配置される間隔
のあいた一連の素子として提供され得る。そして、波
長、体積的なエネルギー分布および伝搬の角度に基づい
て、所望の波を通過させ、そして望ましくない波を減衰
させる。
モード選択フィルターはまた、縁辺処理をした反射端
（辺）を有する基板により提供され得る。基板が薄くな
る程、HOHPSモードのカットオフ周波数は、増加する。
「導波管」カットオフ周波数が増加すれば、群速度は減
少する。カットオフ周波数が操作周波数に等しい程、基
板が薄い場合、群速度は０になり、そして、波は、反射
される。この反射ポイントは、異なる波モードで異な
る。その結果、次数ｎが大きくなれば、基板の端からの
反射ポイントの距離は遠くなる。音波は、反射ポイント
の近くに配置された吸収材料に対し、感受性が高い。
従って、もし、次数ｎ、例えばｎ＝４のHOHPSが所望
の場合、次数ｎ−１波、例えばｎ＝３が群速度が近く、
最大の干渉を引き起こす。勿論、この方法では、所望の
波がｎ＞０である必要がある。なぜならば、ゼロ次シャ
ー波は、縁辺処理した端の先細り部によっては反射され
ず、従ってモード選択に効果的ではないからである。斜
角の端のある基板上で、次数ｎ＝４の反射ポイントから
離れて配置される封止剤（シーラント）、接着剤あるい
はテープのような吸収性の材料は、ｎ＝０、１、２、お
よび３の波をフィルターする。この材料は、基板の一方
あるいは両方のサイドに配置され得る。次数ｎ＋１の波
をフィルターする為に、さらに吸収材を次数ｎ波の反射
ポイントの近くに配置し得る。これは、波エネルギーの
濃縮およびそのポイントでの低位相速度によって、次数
ｎ＋１の波を区別して吸収する。このように、先細の端
上の吸収ストリップは、次数ｎ波の反射の位置で妨害さ
れ得る。
縁辺処理端の概念はまた、狭いストリップトランスデ
ューサを用いて、基板の端で、所望の次数のHOHPS波を
選択的に励起し、受信するのに用い得る。
基板の縁辺処理は、基板の片面あるいは両面に狭くな
るファセットあるいは先細りを形成することで作り得
る。この縁辺処理は、１つの軸に２つのトランスデュー
サを有するシステム、それぞれ１つは１つの軸用、別の
トランスデューサは両方の軸用のシステム、にも用い得
る。しかし、波が逆方向に、フィルタリングをする近接
する端に向かわない限り、縁辺処理は、好ましくは、反
射素子をも有する端には提供されない。
従って、反射端は、モード選択的フィルターの一部と
して作用し得る。このモード選択性フィルターは、好ま
しくは、反射配列に対して正確に平行に間隔をあけて配
され、正しいモードを強調し、それを所望の経路に沿っ
て反射し返す。
電気的フィルタリング あるいは、第1G図に示すように、時空的な波形の分析
を行う複数の受信素子が提供される。例えば、受信トラ
ンスデューサは、所望の特性の波形のみを選択的に受信
するための選択フィルターを含む。
第1C図および第1G図に示されるような、圧縮モードの
受信圧電結晶を用いることが好ましいが、有用な信号を
発生するために、受信トランスデューサを基板の表面上
に実装することが好ましい。この場合、圧電受信トラン
スデューサは、電導性の層上に、トランスデューサ上面
を分割あるいは分離した素子を実装することが好まし
い。この場合、第1H図に示されるように、一連の電極が
圧電結晶の上面に形成される。これは、θΛ/2の間隔、
あるいはおそらくはより狭い間隔の、PZTあるいはニオ
ブ酸リチウム結晶である。変換素子の空間的配置が波の
波長分の間隔である場合、交互の電極をまとめ得るか、
あるいは別々に分析され、望ましくない波から所望の波
を選択し得る。電極の間隔が、正確に波長の半分ではな
い場合、個々の電極素子を別々に解析する。
望ましくないシャー波モードから派生するVLCWは、所
望の波モードの軸と異なる軸に沿って基板中で伝搬する
傾向にある。従って、反射配列から受信トランスデュー
サへの距離は、波の空間的な分離を増やすために、増加
させ得る。このような場合、他の軸に沿って他のトラン
スデューサを提供し、他の波に関する情報を受信する。
従って、反射配列もまた、物理的フィルターとして作用
する。
長所 従って、本発明のタッチポジションセンサーは、次に
挙げる長所の一部あるいは全部を提供し得る： 他のパラメータが同じである時、ゼロ次の水平偏波シ
ャー波タッチセンサーと比較した場合のHOHPSにおける
より高いS/N比信号。
基板の底（裏）のある領域の接触に対して接触感受性
がないことによる、実装の簡素化；ここで、その領域
は、準レイリー波が、波エネルギーを上面に集中させ、
その結果、基板の周辺部の裏面での実装が可能である。
厚い基板；もろくなく、硬度を上げた（増強した）焼
き戻し（強化）ガラスの使用が可能になる。すなわち、
約0.090インチから0.125インチ厚さであり、もろくな
く、高硬度の焼き戻したガラスの使用が可能になる。平
板の破壊強度は、その厚さの２乗に比例する。一方、硬
度は、厚さの三乗に比例する。厚いガラスは、より容易
に形成され得る。特に、CRT管の形と一致させるための
円筒形状および球形状のプロフィール（断面、側面）も
形成され得る。
図面の簡単な説明 発明の好適な態様を、図面を参照しながら説明する。
第1A図は、従来の弾性表面波が伝搬するプレートの斜
視図である。
第1B図は、第1A図の従来のプレートを伝搬する弾性表
面波を顕著に拡大した斜視図である。
第1C図は、第1A図に示す従来のプレート側面断面図で
あって、プレート内で発生する波の性質を表している。
第1D図は、レイリー波の図である。
第1E図は、対称ラム波の図である。
第1F図は、反対称ラム波の図である。
第1G図は、マルチプル素子受信トランスデューサの図
である。
第1H図は、複数の電極を有する受信トランスデューサ
の図である。
第2A図は、本発明のシャー波伝搬プレートの斜視図で
ある。
第2B図は、第2A図のプレートを伝搬するシャー波を顕
著に拡大した斜視図である。
第３図は、本発明の第一の態様による、HOHPSモード
波タッチポジションセンサーの斜視図である。
第４図は、第３図に示す反射配列を形成する様々な高
さの反射素子の図である。
第５図は、第３図に示しているタッチポジションセン
サーの信号処理部を表すブロック線図である。
第６図は、本発明のセンサーの位置決定操作を示すフ
ローチャートである。
第７図は、第６図に示すソフトウエアルーチンから呼
び出されるタッチスキャンルーチンを示すフローチャー
トである。
第８図は、第３図のタッチポジションセンサーにより
発生したΧおよびＹ波形を示すグラフである。
第９図は、HOHPSモード波を弾性表面波と比較したフ
ラクションの感度の違いを表すグラフである。
第10図は、本発明の第二の態様のタッチポジションセ
ンサーの平面図である。
第11図は、本発明の第三の態様のHOHPSモード波タッ
チポジションセンサーである。
第12図は、第３図に示すセンサーが発生する波形と比
較して、第11図に示すセンサーが発生する波形を示すグ
ラフである。
第13図は、第３図に示すタッチポジションセンサーの
上に、スプリアス（spurious;寄生）モードサプレッサ
ー（抑圧）リフレクターが備えられている平面図であ
る。
第14図は、第３図に示すタッチポジションセンサーの
上に、吸収ストリップが備えられている平面図である。
第15図は、第５図に示すコンピュータが実行する自動
セットアッププログラムを示すフローチャートである。
第16図は、本発明の態様によるタッチポジションセン
サーの平面図である。
第17図は、モード選択性の積層フィルターの斜視図で
ある。
第18図は、トランスデューサインターフェイス回路の
ブロック線図である。
そして、第19図は、ラブモードセンサーを含む第四の
態様の斜視図である。
好適な態様の詳細な説明 基板 本発明のタッチポジションセンサーは、第2A図に図示
するようにシャー波12を伝搬させ得る基板10を含む。基
板10は、0.090″（インチ）厚の透過ソーダ石灰ガラス
を平板のプレートに成形してなる。
ソーダ石灰ガラス基板10は、随意に、強化（焼き戻
し）され得る。しかし、ガラスフリットは、反射素子の
配列28あるいはフィルター素子のような表面特徴等を形
成するのに用いられ得ない。これは、ガラス基板の焼き
なまし（アニーリング）温度よりも高い、フリットの硬
化（キュア）における高い温度の為である。
トランスデューサ Χ方向でのシャー波の伝搬を誘導するために、図1Aに
示すように圧電トランスデューサ14を設置して、準レイ
リーモード波を発生させる。すなわち、この波は、垂直
および縦の成分を有し、主として基板表面の近くの領域
に閉じ込められた波エネルギーを有し、基板10のＹ軸を
伝搬する。トランスデューサ14は、駆動信号に反応し
て、基板に伝搬する振動を起こす。この準レイリーモー
ド波は、反射配列によって、Ｙ軸に沿って伝搬するシャ
ー波に変換される。
第1A図および第1C図に示すように、プレートの接触表
面に接着したプラスチックウェッジ上に備えられる圧電
トランスデューサを用いて、弾性表面波は、基板中で変
換される。トランスデューサは振動して、トランスデュ
ーサおよびプラスチックウゥッジの界面に垂直な軸に沿
って伝搬する圧縮バルク波を発生する。波は、ウェッジ
中を伝搬し、基板中で垂直および縦成分を有する弾性表
面波（VCLW）になる。ウェッジは、プレート上にある
為、基板の裏面あるいは感知を目的としない面および側
面は、回路要素あるいは重要な素子のない状態である。
さらに、波エネルギーがレイリーあるいは準レイリーモ
ード波の形である基板の領域は、反対の不活性の表面の
実装には無反応である。圧電トランスデューサを、プラ
スチックウェッジに連結させ、そのトランスデューサ付
ウェッジを次に、ガラスタッチプレートに接着する。電
導性の層は、適切な電気回路を形成する為に、プラスチ
ックウェッジと圧電トランスデューサとの間に挟まれ
る。
準レイリー波の接触による減衰をシャー波の減衰と比
較する簡単な比較によると、準レイリー波は、0.040イ
ンチ厚の基板中で、4.8Vから3.2Vまで、すなわち、33.3
％減衰した。シャー波は、0.090インチ厚の基板中で、
1.5Vから1.4Vに、すなわち6.6％減衰した。従って、同
じ感度を得る為には、シャーモードシステムのトランス
デューサが発生するバーストの大きさ（振幅）は、約５
倍、例えば＋14dB高くなければならない。0.040インチ
厚の基板中のシャーモードセンサーであれば、約20log
（0.090インチ/0.040インチ）＝3.5dBの増加という計算
になる。励起信号のバーストの長さを増加させることに
よってもまた、感度を増加させ得る。
0.040厚の基板を用いた準レイリータッチセンサーシ
ステムと比較すると、0.040インチ厚の基板のシャーモ
ードセンサーのトランスデューサバーストの大きさは、
約1.67倍（＋4.5dB）高く、そして、0.090インチ厚の基
板のシャーモードセンサーでは、約５倍（＋14dB）大き
くしなければならない。
反射配列 反射角を連続的に変化させたテスト反射配列は、基板
の様々な部分で、異なるシャー波ローブを生じさせるの
に寄与する。このシャー波ローブは、反射配列の軸と垂
直に伝搬する特定な一連の次数を有する。一方、同じ次
数のHOHPSは、反射配列の素子の角度に対応して、様々
な角度に向けられる。このようなテスト反射配列は、所
定の基板のデザインの最適な反射素子角度を決めるのに
役立つ。基板の表面に適用されたプローブセンサーによ
り、様々な波を検出し得る。
同様に、固定した反射面角度を有する反射配列は、リ
ニアの回折格子として作用し、異なる位相（フェーズ）
速度を有する波を異なる角度に指向させる。この際に、
位相速度が速い程、より鋭い角度に指向させる。このよ
うなデザインは、タッチセンサーとして用いるのに適当
である。
反射配列は、シルクスクリーン印刷法により、一連の
ガラスフリットのライン（線）として形成され、波の伝
搬の軸から52゜に配置される。フリットは、後の段階
で、トランスデューサおよびプラスチックウェッジを基
板に取り付ける前に、オーブン内でキュアされる。これ
らの線は、伝搬する波の波長と同じ間隔が開いている。
次に、基板は、フリットを溶融するために、焼成され
る。フリットの量は、反射エネルギー密度が均一になる
ようにトランスデューサからの距離が増えるにしたがっ
て増える。反射素子は、トランスデューサおよび予想さ
れる接触の方向に関して、基板の上部に形成される。勿
論、他の反射素子の構造も用いられ得る。
センサーシステムの第一の態様 本発明の第一の態様のタッチポジションセンサー16
を、第３図に示す。これによれば、決定したい座標の為
のそれぞれの軸に配置された送信トランスデューサおよ
び受信トランスデューサ18、20と22、24の対を有する。
タッチポジションセンサー16は、それぞれΧ軸およびＹ
軸に配置された４つのトランスデューサ18、20および2
2、24を有しており、接触したΧ軸およびＹ軸の両方の
座標が決定され得る。しかし、もし、例えばΧ軸のみの
単一の座標が所望であれば、Ｙ軸に関連するトランスデ
ューサ22および24は、省略し得る。トランスデューサ
は、圧電素子を有するプラスチックウェッジであり、圧
電素子は、ウェッジの一つの面の電導性のパッドを介し
て貼付してある。ウェッジは、接着剤で標準的な方法
で、基板に備えられ、そして、圧電トランスデューサが
ウェッジ中に圧縮波を発生あるいは受信するように並べ
られる。この波は、ガラス基板中で反射配列の軸に沿っ
て伝搬するVLCW波へと変換されるかあるいはVLCWから変
換される。
以下に詳細に記載する通り、送信トランスデューサ18
は、Χ軸方向に反射素子の配列28を通過するVLCWを発生
する。反射配列28のそれぞれの素子は、特定のHOHPS波
を基板を横断してVLCW伝搬の軸に垂直な方向に指向する
ように選択された角度に配置される。反射素子のこの角
度は、0.090インチ厚のソーダ石灰ガラス基板の場合、
波の伝搬軸から約52゜である。従って、反射HOHPS波
は、Ｙ方向に、対応する反射配列30に配置される反射素
子に向かって伝搬する。反射素子の配列30は、反射配列
28が配置される軸に平行な軸に沿って配置される。配列
30のなかのそれぞれの反射素子は、第一の配列の角度に
対応するように配置される。例えば、Χ軸に関する伝搬
の軸から約−52゜である。反射配列28からＹ方向に伝搬
するHOHPSは、こうしてVLCWに変換され、Χ軸にそって
受信トランスデューサ20へ向かう。受信トランスデュー
サは、基板10の上面に、従来の方法で、配列30の軸に垂
直に、VLCWの信号表示を提供するように備えられる。
同様に、Ｙ軸を定めるために、Ｙ送信トランスデュー
サ22を基板10の上面に実装する。以下に詳細に説明する
ように、送信トランスデューサ22は振動し、Ｙ軸にそっ
て反射素子の配列34へと伝わるVLCWを送信する。Χ軸と
Ｙ軸のシステムは、同様である。反射配列34のそれぞれ
の素子は、波の伝搬の軸から約52゜に配置され、そこに
入射するVLCW波の一部を、対応する反射素子36に配置さ
れる反射素子へと、Χ方向に反射する。反射素子の配列
36は、反射配列34が配置される軸に平行な軸に沿って配
置される。配列36の中のそれぞれの反射素子は、送信配
列に対応する角度で配置される。これは、配列36の軸か
ら約−52゜である。そして、該素子は、反射配列34から
Χ方向に伝搬しているVLCWを受信トランスデューサ24へ
と反射する。受信トランスデューサ24は、基板10の上面
に、従来の方法で、配列36の軸に垂直に、そこに反射さ
れるVLCWを配列36によって感知するように、VLCWの信号
表示を提供するように備えられる。
配列28および30の中の反射素子は、基板の軸に沿った
特徴的な経路長を定義する。すなわち、配列28の中に継
続的に並ぶ素子によって反射されるHOHPS波は、受信ト
ランスデューサ20への漸増する長さの複数の経路に従っ
て伝わる。波は、例えば、漸増する時間遅延を有する。
本発明のシステムの好ましいデザインパラメータによ
れば、例えば、フロートプロセスによって製造した0.09
0インチソーダ石灰プレートガラス中を伝搬する４次水
平偏波シャー波、5.53MHzで稼働するトランスデュー
サ、反射配列の素子の入射波伝搬の軸に対する角度は、
伝搬の軸から約52゜である。しかし、デザインの細部の
多少の変更により、この角度は変更し得る。
反射配列28および30によって定められるそれぞれの経
路の部分は、基板10を横断してＹ方向に平行に延びる。
それぞれの平行な経路部分は、Χ座標を定める。同様
に、配列34および36の反射素子は、異なる長さの複数の
経路を決める。すなわち、配列34のそれぞれの連続的な
素子によって反射するHOHPS波が、漸増する受信器24ま
での経路に従う。反射配列34および36によって定められ
るそれぞれの経路の部分は、基板10を横断してΧ方向に
平行に伸びる。それぞれの平行な経路部分は、Ｙ座標を
定める。
それぞれの受信トランスデューサ20および24によって
発生するΧおよびＹ信号を図８に示す。ここで、高さお
よび／または間隔が異なる反射配列28、30、34および36
を用いて、ΧおよびＹ信号を提供する。この信号の大き
さは、以下に説明するように、時間によって実質的に一
定に保たれる。Χ軸信号に関しても、もし、VLCWがトラ
ンスデューサ18によって時間t0で発生するならば、トラ
ンスデューサ20で受信される最初のVLCWは、2t1＋t2＋t
0に等しい時間に起こる。ここで、t1は、VLCWが基板の
端26から配列28の最初の反射素子まで移動するのに要す
る時間である。そしてまた、VLCWが配列30の中の最初の
反射素子から端26までを移動するのに要する時間でもあ
る。これは、トランスデューサ20によって感知される。
式において、t2は、選択されたモードのHOHPS波が、基
板10をＹ方向に横断するのに要する時間を表す。反射配
列28の中の最後の素子によって反射し、そして反射配列
30のなかの最後の素子に受信されるHOHPS波の一部と、
選択されたモードのHOHPS波は、2t1＋t2＋2t3＋t0で受
信される。ここで、t3は、VLCWが、Χ方向に、反射配置
28の最初の素子と反射配列28の最後の素子との間を移動
するのに要する時間を表す。同様に、VLCWが配列30の最
後の素子と配列30の最初の素子との間を移動するのに要
する時間でもある。同様に、もし、VLCWがトランスデュ
ーサ22によって時間t0で発生するならば、受信トランス
デューサ24は、配列34および36で反射される最初のVLCW
を、時間2t1＋t3＋t0で受信する。そして、受信トラン
スデューサ24は、配列34、36によって反射される最後の
VLCWを時間2t＋t3＋2t2＋t0で受信する。2t1＋t2＋t0と
2t1＋t2＋2t3＋t0との間のそれぞれの値txは、Χ軸に沿
う座標を表す。一方、2t1＋t3＋t0と2t1＋t3＋2t2＋t0
との間のそれぞれの時間の値tyは、Ｙ軸に沿う座標を表
す。以下のことは、注目すべきである。すなわち、好ま
しい態様では、駆動信号がＹ軸送信トランスデューサ22
に適用される時間は、駆動信号がΧ軸送信トランスデュ
ーサ18に適用された後の時間およびΧ軸受信トランスデ
ューサ20が配列28および配列30によって反射する最後の
HOHPS波を受信するのに続く時間であり、干渉を減らす
ことができる。
外側、すなわち基板10の上表面40、あるいは内側、す
なわち基板10の底表面42に触れると、基板中の接触位置
に近接する部分を移動するHOHPS波のエネルギーの一部
が吸収される。このエネルギーの部分的な吸収によっ
て、エネルギーが吸収されるHOHPS波の摂動が起こる。
摂動は、受信トランスデューサ20および24によって発生
する信号の大きさの変更によって表される。例えば、基
板10の上表面あるいは底表面の接触位置の座標は、第８
図中、ttx、ttyで表されるΧおよびＹトランスデューサ
信号の摂動が起きる時間で示される。トランスデューサ
と反射配列との間を移動するVLCWは、上面への接触にの
み感受性がある。すなわち、反射配列が形成されている
表面である。そして、底面の配列上の波が伝搬する領域
に接触しても、受信した波形の乱れは実質的に起こら
ず、従って、基板の実装が可能になる。
コントロールシステム VLCW−HOHPS−VLCWテクニック（技術）を用いた接触
位置決定に利用されるコントロールシステムを、一般的
に、現在ある公知のタッチスクリーンコントロールテク
ノロジーと共に用い得る。トランスデューサが同様であ
り、トランスデューサで送信および受信される信号も同
様であるため、本発明のセンサーは、コントローラを実
質的に相違させる必要はない。しかし、干渉およびマル
チパス反射の可能性の為、コントローラの設計が先進の
ものであれば、費用も低く抑えられ、信号対ノイズ比
（ノイズに対する信号の比）が増加し、接触に対する感
度が増加し、反応がより迅速になり、そしてアーティフ
ァクトの負担と過酷な状態が和らげられるという利益が
もたらされ得る。
第５図に示すタッチポジションセンサーのコントロー
ルシステムは、持久記憶に蓄積されるプログラムインス
トラクションを有するデジタルマイクロコンピュータシ
ステムである。これは、好ましくは、内部CPU、RAM、計
測器、およびタイマー、およびおそらくは他の機能を有
する８ビットのマイクロコントローラである。例えば、
産業標準8052−タイプのマイクロコンピュータが用いら
れ得る。代替の態様もまた、本発明の範囲に包含され
る。コントロールは、トランスデューサ18および22への
駆動信号の適用を制御し、そして基板10の上の接触の座
標を決定する。座標は、接触を示す信号の摂動の発生の
時間ttxおよびttyから決定される。図５に示すタッチパ
ネル70は、基板10、ΧおよびＹ送信トランスデューサ18
及び20、ΧおよびＹ受信トランスデューサ20および24、
および反射配列28、30、34、および36を包含する。マイ
クロプロセッサ等を含み得るホストコンピュータ72は、
コントローラ74に指令を送ることによって、タッチパネ
ル70の走査サイクルを開始する。コントローラ74は、コ
ンピュータ72からの走査サイクル開始指令に反応し、Χ
ドライバ76によりΧ軸送信トランスデューサ18に駆動信
号を適用させる。ここで、コントローラ74のタイミング
（時間調節）は、クロック／オシレータ78によって決定
される。トランスデューサ18に働く駆動信号は、正弦波
形のバースト駆動信号であり、そのサイクル数は、定数
で割った配列28の幅に等しい。適切な駆動回路は、米国
特許第4,644,100号および再第33,151号にも記載されて
おり、これらの文献は、本明細書に参考として援用され
ている。コントローラ74はまた、Χ/Yスイッチ80をΧの
位置にセットし、Χ受信トランスデューサ20を無線周波
数タイプ（R.F.）アンプ82につなげる。配列28および30
によって反射するVLCWが、トランスデューサ20によって
感知されると、スイッチ80を通してアンプ82に連結した
トランスデューサ20は、そのΧ軸反応信号を発生させ
る。アンプ82から出力した増幅されたΧ軸信号は、復調
器（デモデュレータ;demodulator）84に作動し、この復
調器は、増幅されたΧ軸信号から交流成分を除いて、第
８図に示すエンベロープ波形を供給する。復調器84の出
力部は、スレショルドデバイス86に接続され、この装置
86への入力がそのしきい値を越えるならば、この装置86
はその入力に従って出力信号を供給する。しかし、入力
がそのしきい値より低い場合は、ステショルドデバイス
86の出力は、入力信号に従わない。スレショルドデバイ
ス86の出力は、A/D（アナログ／デジタル）コンバータ8
8に作用し、その出力はバッファ90を通してインターナ
ルバス91につながれる。コントローラ74は、A/Dコンバ
ータ88から出力されたデジタルデータをスタティックRA
M（SRAM）92（ランダムアクセスメモリ）に蓄積する。
すなわち、A/Dコンバータ88に示される、各点での時間t
xにおけるΧ軸信号の大きさを表す値が、時間内のSRAM9
2のその点を表す場所に蓄積される。
Χ軸データがSRAM92に蓄積された後、コントローラ74
はＹドライバ76を制御してバースト駆動信号をタッチパ
ネル70のＹ軸送信トランスデューサ22に適用させる。コ
ントローラ74はまた、Χ/Yスイッチ80の状態を変化さ
せ、Ｙ受信トランスデューサ24は、R.F.アンプ82につな
がれる。A/Dコンバータ88から出力されたＹ軸信号のデ
ジタルデータは同様に、SRAM92に蓄積させる。すなわ
ち、A/Dコンバータ88で示される、時間tyの各点のＹ軸
信号の大きさを表す値は、SRAM92内のその点を表す場所
に蓄積される。
初期設定プロセスの間、ホストコンピュータ22は、接
触していないパネル70のSRAM92中に蓄積された値に反応
し、バッファ94を介してR.F.アンプ82の利得を調整す
る。その出力は、D/Aトランスデューサ96に結合する。
スレショルドデバイス86は、フィードバックループ98に
よって与えられる自動利得制御（AGC）と組み合わさ
れ、接触点と比接触点を表すトランスデューサの出力信
号の大きさの違いの増加に反応して、ベースバンドのゼ
ロレベルをシフトさせるので、接触点がより容易に検出
される。このテクニックが可能なのは、反射配列による
VLCWより基板の感知領域中に発生したHOHPS波の信号対
ノイズ（S/N比）が十分高いからである。従って、第９
図に示すように、この特徴により、準レイリー波と比較
して、HOHPS波のフラクションの反応性が低い（感知領
域において）ことが部分的に補償される。
タッチパネル70上の接触位置を決めるためのホストコ
ンピュータ72の運用を、第６図に示す。システムの初期
設定の間に、接触していない状態のパネル70の走査サイ
クルを作動させる。この時、振幅値は、期間tx0およびt
y0のベースラインとしてSRAM92中に蓄積される。初期設
定の間の時間tx0およびt0yでのそれぞれのサンプルポイ
ントのΧおよびＹ振幅値は、SRAM92から読み取られ、そ
してホストコンピュータ72のRAM101に蓄積される。初期
設定を行った後、ブロック100で、ホストコンピュータ7
2は、ttxおよびttyの値をゼロにし、そして変数Χおよ
びＹの値を１に設定する。その後、第７図に示すよう
に、ブロック102において、コンピュータ72は、タッチ
スキャンルーチンを呼び出す。タッチスキャンルーチン
は、「常駐終了および休止」ルーチンである。すなわ
ち、再ロードされることなく周期的に実行される。これ
は、ホストコンピュータ72のRAM101の中に蓄積される。
ブロック104におけるタッチスキャンルーチンによるホ
ストコンピュータ72は、Χ軸のR.F.アンプ82の自動利得
調整値を初期設定で決定される値に設定する。その後
に、ブロック106で、ホストコンピュータ72は、コント
ローラ74に指令を送ることによって、Χの走査バースト
を開始する。時間txのΧ軸の値がSRAM92に蓄積された
後、ブロック107でコンピュータ72は、Ｙチャンネルの
自動利得調整値を設定し、そしてブロック108でコント
ローラ74にＹ軸のための走査を開始するように指令を送
る。時間tyのＹ軸の値がSRAM92に蓄積された後、ブロッ
ク110でコンピュータ72は、時間txおよびtyでSRAM92に
蓄積されたそれぞれの振幅値をRAM101の一部に読み込
む。その後、ブロック112で、コンピュータ72は、第６
図に示すルーチンに戻る。SRAM92は、受信トランスデュ
ーサからのデータを獲得するためのバッファとして機能
する。従って、データ獲得サブシステムに必要なデータ
速度より遅くコンピュータ72を運用することができる。
時間txおよびtyにおけるΧ軸およびＹ軸の振幅値をホ
ストコンピュータのSRAM92からRAM101に読み込んだ後、
ブロック114で、ホストコンピュータ72は、差値tx0を決
める。この差値は、ブロック100でΧが１に初期化され
た場合のtxに蓄積された振幅値と、tx0、（すなわち、
Χ＝１で、t10であり、t10は、初期設定ルーチンの間の
最初のサンプル化時間に蓄積された振幅値を表す）に蓄
積された振幅値との差から決定される。その後、ブロッ
ク116で、コンピュータは、差値txDが、しきい値より大
きいか否かを決定する。もしそうなら、コンピュータ72
は、ブロック118において、差値txDが、Χ軸の中で最大
の差値を表すDxより大きいか否かを決定する。もし、t
xDがDxより大きい場合、コンピュータ72は、ブロック12
0で、Dxを差値tXDに等しくセットし、差値の発生時間t
txをtXと等しくセットする。ブロック122で、コンピュ
ータ72は、ｘを１増加させ、ブロック124でのコンピュ
ータ72の決定によりもしｘがＮ（Χ軸のサンプル化され
た時間の点の数）より大きくない場合、コンピュータ72
は、ブロック114に戻り、次の差値を決める。ブロック1
14で、A/Dコンバータ88でサンプリングされた時間の各
点の差値（各点の振幅値は、RAM101に蓄積される）を決
定した後、ブロック126でコンピュータ72は、最大振幅
差Dxの発生時間であるttxがゼロに等しいか否かを決定
する。もし、ttxがゼロに等しく、Χ軸上で接触が検出
されないことを示す場合、コンピュータ72はブロック12
7でルーチンを出る。しかしもし、ttxの値がゼロに等し
くなく、発生時間がttxに等しい接触があったことを示
す場合、コンピュータ72は、ブロック128へいく。
ブロック128で、コンピュータ72は、時間tyで蓄積さ
れた振幅を、その同じ点における時間ty0の初期値と比
較して、その差をtyDとして蓄積する。ブロック130でコ
ンピュータ72は、tyDをしきい値と比較し、そしてもしt
yDがしきい値より大きいならば、ブロック132でコンピ
ュータ72は、tyDを、ブロック128で計算したＹ軸の最大
差Dyと比較する。その後、ブロック132で、もしtyDがDy
より大きいと決められれば、コンピュータ72は、ブロッ
ク134でDyとtyDと等しくし、そして最大差信号Dyの発生
時間tyDをtyと等しくする。ブロック136でコンピュータ
72は、ｙの値を１増やし、ブロック138でｙをＹ軸信号
のサンプル点の数Ｚと比較する。もすいｙがＺ以下であ
れば、コンピュータ72はブロック128に戻る。もしｙが
Ｚより大きく、差信号をＹ軸のそれぞれのサンプリング
した点で計算したことを示す場合、コンピュータ72はブ
ロック140で、接触のΧおよびＹ座標をttxおよびttyの
値から決定する。その後、コンピュータ72は、ブロック
142で、ルーチンを出る。
タッチパネルのサイズもまた、第15図に示されるフロ
ーチャートに従って自動的に決定され得る。その結果、
様々なサイズのタッチパネルが、マイクロプロセッサー
およびその電子部品を制御するための所定のソフトウエ
アに用いられ得るようになる。パネルのサイズは、その
設置あるいは利用の時に決定する。自動セットアッププ
ログラムに入ると、コンピュータ72は、ブロック200で
コントローラ74に駆動信号を送信トランスデューサ18に
適用して、配列28へと送信するバーストを発生させるよ
うにする。コンピュータ72は、第一のバースト信号が送
信される時間を蓄積する。その後、ブロック202で、コ
ンピュータ72は、受信器20が最初の信号を受信した時間
を蓄積する。ブロック204で、コンピュータ72は、最初
の送信されたバーストに反応して発生する最後の信号を
受信トランスデューサ20が受信した時間を蓄積する。次
にコンピュータ72は、知られている基板10を通る波の速
度を用いて、ブロック206で、ブロック200で蓄積された
時間と共にそれぞれブロック202および204で蓄積された
時間から、最初と最後の反射波が通る距離を計算する。
より詳細には、コンピュータ72は、ブロック200および2
02で蓄積された時間から、タッチパネルのＹ軸のサイズ
を決定する。コンピュータ72は、さらに、ブロック200
および202で蓄積された時間と同様に、ブロック206で蓄
積された時間からタッチパネルのΧ軸のサイズを決定す
る。ブロック208で、コンピュータ72は、タッチパネル
の計算したサイズを用いて、その後に検出される座標を
自動的に判断する。
反射配列28、30、34および36は、ガラスフリットをス
テンシル印刷で基板10の上表面40の上にスクリーニング
することによって形成される。反射配列フリットは、基
板上に他のフリットが形成され得るのと同じサイクルの
間に形成され得る。例えば、本発明の他の態様では、プ
ラスチックウェッジを用いずに電導性フリットを用い
て、トランスデューサを直接基板10につなぐ。反射配列
はまた、金属で形成され得、基板10の上表面40に結合さ
れる。
回路構成もまた、公知の方法に従って、他のやり方で
行われ得る。ほとんどの機能を実行するASICが好まし
い。１つのデバイスは、重要なデジタルコントロール回
路を含み、別のデバイスは、アナログ送信および受信回
路を含む。その際、別のA/Dコンバータ、RAMおよびコン
トローラを含み、これらは、標準デザインであり得る。
パッケージごとにわける他のデバイスもまた、可能であ
る。そして、シングルチップ態様もまた使用し得る。こ
こで、デジタル回路および低電圧アナログ回路が採用さ
れる。
好ましい態様では、デジタルコントローラは、全体の
コントローラおよび処理、ならびにセンサー出力を行
う。このコントローラは、マイクロプロセッサであり、
外部のシステムへのインターフェースを提供し、基板上
の汚染物質を検出し、そして再学習および再処理事項の
タイミングをコントロールする。ASICは、センサーの正
常な操作をコントロールするのに提供され、バーストお
よび獲得サイクルを実行し、位置および次元に関連する
接触位置のデータを決定し、そしてゲインコントロール
された素子の様々な利得をコントロールする。アナログ
ASICはまた、トランスデューサからの信号を増幅し、そ
の条件を設けるために提供される。
システムはまた、受信する信号の信号ベースラインを
決定するためのデジタルフィルタートポロジーを含み得
る。これは、自動的に環境要因の遅い変化を補償し、接
触に対する感度の高い反応を起こす。
検出システムはまた、同時発生検出器、ホモダインあ
るいはスーパーヘテロダインタイプ受信器、フルデジタ
ルドメイプロセスシング、スイッチキャパシターフィル
ターおよびSAWフィルターを含み得る。
複数の素子受信トランスデューサを採用する場合、信
号は、アナログプリアンプリファイア（プリアンプ）に
電子的に結合され得るか、あるいは個々の信号が別々に
処理され得る。受信トランスデューサの配置（構成）
は、所望の信号の選択的な受け取りを許容し得る。別々
の処理である場合、信号はIFミキサーによって、ダウン
変換され得、そして、続いて、デジタルドメイン中で処
理され、より大きなフレキシビリティーが与えられる。
すなわち、操作の周波数を変える能力および信号対ノイ
ズ比（S/N比）の増加などである。
トランスデューサインターフェース 送信トランスデューサは、圧電素子であり、電導性の
素子を２つの対向する表面に有し、そして高電圧信号、
例えば約100V〜500Vによって励起されると圧縮波を発生
する。これらの高電圧は、検出に十分な波の振幅を得る
のに必要であり、そして必要な励起電圧は、トランスデ
ューサの効率およびセンサーそれ自体の効率に基づいて
多様である。
受信トランスデューサもまた、圧電素子であり、電導
性の素子を２つの対向する表面に有し、そして実際に、
ある態様では送信トランスデューサ自体であり得る。同
じトランスデューサが送信および受信の両方に用いられ
る場合、低電圧高感度受信電子部品が、一時的に、高イ
ンピーダンススイッチによって、送信電子部品から分離
される。このことは上述の通りである。２つの異なるト
ランスデューサが用いられる場合、あるいはトランスデ
ューサが異なる軸に別々に提供される場合でも、受信用
電子部品は、基板中での波の励起中に分離される。送信
された波の受信トランスデューサへの直接的な電導によ
り、受信システムに許容できないほどの高電圧を発生し
得るからである。正常な受信信号振幅は、約1Vから約10
VRMSの間であるが、システムの設計によって異なり得
る。
送信トランスデューサは、直接コントローラによって
制御された所望の周波数の正弦波あるいは偽正弦波励起
信号を受信する。好ましい励起周波数は、約5.53MHzで
あり、これは、マイクロコンピュータコントロールシス
テムの直接制御能力の範囲内である。一般的に、所定の
システムでは、励起振幅は、一定に保たれる。しかし、
本発明によれば、単一のひと続きのパルスのコースによ
り、センサーの使用の異なる条件により振幅は様々であ
り得る。通常、センサーは、特定の周波数あるいは一組
の周波数で用いられるように整調される。従って、この
パラメータは予め決定される。しかし、システムはま
た、温度のような環境の変化を補償する運用の周波数を
有し得る。
本発明によれば、チャープ（chirp）あるいは疑似チ
ャープもまた採用され得る。チャープは、音波の流れ
（ビーム）が、特定の位置に集中する場合に採用され得
る。従って、反射配列は、その位置に特定の周波数を有
する波だけを偏向するように設計される。例えば、反射
配列は、反射素子の角度および／あるいは間隔のような
距離によって異なる反射特性（振幅以外）を有する。こ
のように、チャープは位置の範囲を一掃し、固定した周
波数が特定の位置を選択する。
トランスデューサのアナログ回路インターフェースの
ブロック線図は、第18図に示されている。送信器が作用
していないとき、受信トランスデューサを受信電子部品
につなぐ。受信トランスデューサは、反射した音波信号
に反応して約1Vから10VRMSの電圧シグナルを発生する。
Χ軸およびＹ軸受信トランスデューサからのそれぞれの
入力1801および1802は、切り離され、送信トランスデュ
ーサの励起の間の過荷重を防ぐ。信号は、例えば、高パ
スフィルター1803、1804を通して、容量性に結合され、
そしてプリアンプ1805、1806によって増幅する。複数の
プリアンプ1805、1806の出力は、マルチプレクサー1807
で時間多重送信される。マルチプレクサー1807の出力
は、増幅し、好ましくは、制御されたあるいは様々な利
得アンプ1809、例えば電圧制御アンプと共に増幅する。
適当な制御された利得アンプは、MC1350であり、これ
は、RF自動利得制御アンプである。バンドパスフィルタ
ー1808は、マルチプレクサー1807および制御利得アンプ
1809の間に配置される。制御利得アンプ1809は、容量性
にあるいは誘導的に高パスフィルター1810中で、AM検出
器にAC連結される。これは、例えば、全波整流回路1811
である。適切な検出器は、MC1330検出器である。検出器
の出力は、整流したDC信号であり、振幅を持ち、位置情
報により調整される。そして、キャリア周波数を省く為
にフィルターにかけられ、低パスフィルター1812により
情報を保つ。次に、フィルターは、バッファ1813アンプ
によって緩衝され、そして正しくバイアスをかけられ
る。次にバッファの出力1814は、A/Dトランスデューサ
（ADC）によってサンプリングされ、８−12ビット分解
を有し、ナイキスト周波数の過剰割合（速度）となる。
例えば、約１メガサンプル／秒である。このデータ速度
は、マイクロコントローラの能力を超え得るため、ADC
の出力は、メモリで緩衝され、FIFOバッファ、リングバ
ッファ、あるいはランダムアクセスメモリ（RAM）とし
て配列され得る。
背中合わせになった（back−to−back）ダイオードを
受信信号調整回路への入力を保護するのに用い得る。そ
して、チャンネル選択回路は、公知の方法で他のダイオ
ードで実行され得る。送信圧電トランスデューサのため
のドライバは、例えば、TC1427ドライバによるロジック
レベルから駆動するSI9942NおよびＰチャンネルMOSドラ
イバであり得る。
信号は受信された後、分析の為に、デジタルプロセッ
サに送られ、分析される。この分析は、ベースライン分
析からの簡単な偏差であり得る。これにより、接触に対
応する、信号振幅のスレショルド（しきい値）を超える
変数を検出する。分析はまた、FIR（移動平均；ムービ
ングアベレージ）、IIR、自動回帰、あるいは、自動回
帰および移動平均プロセスフィルタリングのようなより
複雑なフィルターを用いたデジタルフィルタリングを含
み得る。プロセシングでは、摂動の特徴的な時間遅延が
接触位置に解釈される。この変換もまた、システムの非
線形性（nonlinearities）あるいは変化の補償を包含し
得る。システムは、環境センサーに適合するようにある
いは反応するよう、予めプログラムされ得る。例えば、
基板の不均一性は、センサーの特定の位置で、遅延時間
と位置の間の非線形的関係を引き起し得る。換算のプロ
セスの中で、この関係が発見されて後で補償される。同
時に、環境条件の変化が、時間と位置の関係を変化させ
得る。接触を指で行う場合、指先を置くことが望まし
い。センサーの範囲一面で、異なるオペレーターで、音
波を吸収する指の中心の位置は変わり得る。制御は、こ
れらの要因を補償することを予めプログラムされている
かあるいは学習し得る。その際、従来のロジックあるい
はモデルベースの方法、エキスパートシステム、ファジ
ーロジック、ニューラル（neural）ネットワークあるい
は他の公知の方法を用いる。
センサーパネルあるいは他の干渉する信号からの複数
経路の反応を含み、受信する波形が複雑である場合、こ
れらの影響を解決するために、受信信号を非常に高い分
割度で処理することが好ましい。例えば、受信信号は、
プリアンプおよび標準信号条件設定の後に直接デジタル
化され、そしてデジタル信号プロセッサ（DSP）で処理
される。この場合、DSPは、リアルタイムで操作し得
る。しかし、受信されたデジタル化波形をRAMで緩衝
し、それを潜在的に処理することが好ましい。この場
合、5.53MHzの励起、および0.500mSエコー分析の場合、
約83nSごとに取得されるサンプルで、約8kBeytのオーダ
ーのRAMバッファが必要である。勿論、この必要な蓄積
は、もし、全ての信号が完全に分析される必要がなけれ
ば、減少させ得る。例えば、信号を時間に関して分割
し、そして連続的なサンプルのブロックを続けて分析し
得る。これは、各励起バーストのセンサーのセクション
の分析に焦点をあてることである。
反射配列の形成 反射配列は、好ましくは、基板10の上表面40にステン
シルでガラスフリットをスクリーニングすることによっ
て形成され得る。反射配列28、30、34および36は、金属
で形成され、基板10の上表面40の上につながれ得る。上
述した通り、配列28、30、34および36の、それぞれの反
射素子は、特定次数のHOHPSを方向づける為に、関連す
るトランスデューサ18、20、22および24に対して、選択
された角度で配置される。方向づけは、反対側の反対配
列の対応する反射素子あるいは反射端に向けてなされ
る。その結果、VLCWが反射配列の軸に沿って伝搬し、一
方、VLCWのエネルギーは、HOHPSとして基板を横切り反
対側に向かい、実質的にVLCWに変換し直され、受信器に
よって検出される。好ましくは、軸に沿っている隣接す
る反射素子同士の間の間隔は、それぞれのトランスデュ
ーサによって基板10の中を伝わるVLCWの一波長の整数倍
数に等しい。反射素子は、好ましくは約半波長分の幅で
ある。さらに、トランスデューサに適用される駆動信号
が正弦波の場合、それぞれの反射配列18、20、22および
24の幅は、トランスデューサの幅に等しい。その際、そ
のサイクル数は、上述のように実質的に定数で割った配
列の幅に等しい。配列を通過するときに、送信されたVL
CWが広がるのに対応して、配列の幅もまた変化し得る。
モード選択フィルター 基板中でのシャー波のエネルギー密度を一定にするに
は、配列に沿った点（ポイント）の各トランスデューサ
からの距離が大きくなるにつれて、その点で反射効率を
増加させることで達成される。このことは、様々な高さ
の反射配列を、第４図に示すように、そして、上の式
２、３、および４に従って、提供することで達成され
る。第８図に示す波形は、このような様々な高さの反射
素子を用いることによって得られ得る。ここで、配列素
子によって反射されるHOHPS波の振幅は、接触がない状
態では配列に渡って一定に保たれる。
第13図および第14図は、さらに望ましくない波からの
干渉を減少させる方法を示す。このような干渉は、所望
の波とは異なる次数のシャー波によって引き起こされる
得る。より好ましくは、第13図において、スプリアス
（偽）モード（HOHPS）サプレッサーリフレクター50
は、反射配列28、30、34および36のそれぞれに隣接して
配置され、関係する配列の軸に平行に配される。リフレ
クターストリップ同士の間の間隔は、通過する波の波長
の1/4に等しくなるように選択される。第14図に示され
る別の態様では、吸収材料のストリップ52は、基板10の
上板10の上表面40および底表面42の両面に、それぞれの
反射配列28、30、34および36の前に隣接して配置され、
スプリアス（偽）ラム波エネルギーを吸収する。ラム波
は、HOHPSより優先して吸収される。効率的な吸収スト
リップは、エポキシ類、シリコン等、あるいはテープか
ら形成され得る。吸収ストリップの幅は、好ましくは配
列の幅25％、約3mmを超えない、特定の適用では、タッ
チパネルは、例えばシリコンRTVなどのシーラントで覆
ったへりあるいは斜面をつけることが必要とされる。こ
の場合、シーラント自体が上面の吸収ストリップとして
作用し得る。
縁あるいは斜面（縁辺）が、タッチパネルの周辺部に
必要とされる応用例では、その縁あるいは斜面の幅を限
定し得る。その結果、反射配列および吸収ストリップ
が、ディスプレイの視覚領域から隠れないようにする。
この問題を解決する非常に有効な態様を、第16図に示
す。ここで、配列28′および30′の中の反射素子は、第
３図に示す配列28および30から90゜回転した配置であ
る。これらの吸収ストリップは、縦成分を有する所望で
ない波、すなわち、レイリー波およびラム波を抑圧す
る。所望のモードのHOHPS波は、隣接する基板の端220へ
反射される。基板の端220は、非常に効率的な反射素子
として作用し、波エネルギーを基板を横切って反対の端
222に向かわせる。端による反射によって、波は、配列2
8′を通過し、波エネルギーのフラクションは、VLCWと
して左にそれる。反対の端222は、波を受信配列30′へ
反射する。その配列は、次に波を受信トランスデューサ
20に向かわせる。匹敵するエネルギーのフラクション
は、波が通過するときに受信配列によって右にそらされ
る。この態様の目的は、選択的フィルター52を配列28′
および30′の後方の、基板10の端220および222に近い側
に置き、それによって、配列の前方をフリーのスペース
にすることである。反射経路は、それぞれの吸収ストリ
ップを２回通過する。ストリップに向かう方とそれから
離れる方がある。従って、ストリップは、ほぼ２倍効率
的であり、そして結果として、幅を減らすことができ
る。
実際には、吸収ストリップの機能は、テープに含まれ
る。このテープは、送信および受信テーブル類を基板の
端に留めている。HOHPSをスプリアスVLCW波モードと比
較した場合、その差異は、配列の作用によってより大き
くなる。すなわち、配列は、端から反射した後に配列を
通過するVLCW波の大きな比率の部分を、選択的に、信号
経路から取り除く。簡単にするために、第16図には、２
つの配列28′及び30′のみが示されていることが、他の
軸の検出用に、対応する配列の組を提供し得ることも、
留意されたい。本発明のさらなる対応を表す他の図面に
示される配列中の反射素子もまた、当業者には自明なよ
うに、90゜回転させ得る。
本発明によれば、VLCWの反射配列による回折によっ
て、複数のHOHPS波が発生し、様々なモードの位相速度
の違いに基づいて、異なる角度で伝搬する。基板は、そ
れ自身が、半反射構造を提供し得る。例えば、端32は、
配列から離れており、所望のモードを補強するために、
強め合う干渉を提供する為および／または邪魔なモード
をブロックするために、弱め合う干渉を提供するように
なっている。この構造は、反射配列と同じ方法、同じ工
程で形成され得る。その結果、この構造の設置が容易に
なる。このように、もしHOHPS波が反射配列に直角に伝
搬するように選択され、反射配列が基板に平行であり、
そして、もし配列が、その構造からの反射が所望のHOHP
Sモードと同じ位相になるように配置されれば、所望のH
OHPSが強化される。
さらに、所望のHOHPS波が反射配列に対して直角に伝
搬する必要はなく、反射配列に対して他の角度で伝搬し
得ることも留意されたい。このことは、反対側の配列が
所望のモードのHOHPS波をVLCWに変換して、それを受信
トランスデューサへと向けさせように配置されてさえい
れば許容される。さらに、基板の端の形成は、HOHPS波
を所望の方向に向けさせるようなファセット（facets）
を持つようにするか、あるいは所望のモードのHOHPS波
を選択するにあたり、反射配列を補助するかそれと協力
的に作用する対応する配列パターンを持つように行う。
これらのファセットは、通常、波の反射に都合のよい角
度に置かれた面を持っており、このような面の各々が、
半波長の整数倍数分並置されていて、波の位相を統一す
るようにしている。このように、基板が全体として、所
望のモードの波を得るためのフィルターとして作用して
おり、標準的な整調および最適化テクニックを採用し得
る。
光学的被覆を有するプラスチックシート、例えば、OC
LI製のHEA被覆のフィルムを、光学的反射を除去あるい
は最小限にする為に、基板10の底表面に積層し得る。基
板の背面（裏面）上におけるこのようなプラスチック被
覆は、ガラス基板の破損によるダメージを少なくすると
いう安全上の理由で使用し得る。ガラスは強化（焼き
戻）して、他の強化あるいは破損防止の必要を少なくし
得る。このように、本発明による、好ましい0.090イン
チガラス基板は、焼き戻し、被覆、あるいは従来のよう
に他の方法で処理され得る。このプラスチックシート
は、好ましくは、モード選択フィルターの目的で作用し
得る。そして、このため、厚さおよび音波の特性は、精
密に調節される。
一般に、このようなプラスチック被覆は、シャー波を
吸収するので、シャー波の減衰が好ましくない場合に
は、採用されない。しかし、このような被覆あるいは層
は、VLCWセンサー表面の反対の面には使用し得る。
センサーシステムの第二の態様 本発明のタッチポジションセンサーの第二の態様を第
10図に示す。ここでは、接触の座標を決定する為のそれ
ぞれの軸に、VLCWを送信する為のトランスデューサおよ
び受信するためのトランスデューサが単一に含まれる。
さらに、第３図に示される態様のように、各軸に２つの
反射配列を有する代わりに、第10図に示されるタッチポ
ジションセンサーは、単一の反射配列28、34をそれぞれ
の軸に有している。そして、それぞれの配列28、34の反
対にある基板の側面32、44は、反射端を提供するように
加工される。シャータイプ波が、高い効率で反射される
ので、基板10の反射端32および44は、実質的なエネルギ
ーロスを引き起こすことなく、端に垂直にHOHPS波を反
射する。
より詳細には、トランスデューサ18、20は、コントロ
ーラ74によって制御される送信／受信スイッチ146、148
に連結しており、さらに、ΧあるいはＹドライバ76に連
結している。あるいは、最初の期間、バースト発生器を
トランスデューサ18、20につないで、駆動信号をそれに
送る。トランスデューサ18、20は、駆動信号に反応性で
あり、VLCWを基板10に送り込み、これが、配列28、34の
軸のそれぞれに伝搬する。配列28、34の反射素子は、そ
れに入射するVLCWの一部を反射して、入射するVLCWに垂
直な角度の選択されたモードのHOHPS波とする。この
時、波は、基板10をＹあるいはΧ方向に横切って、それ
ぞれ、反射端32、44へと向かう。基板の端32、44は、そ
れに垂直に伝搬するHOHPS波を反射して、反射配列28、3
4へと跳ね返す。これらの配列は、次に、波をVLCWとし
て、トランスデューサ18、20に返す。駆動信号が、トラ
ンスデューサ18、20に印加された後、コントローラが、
送信／受信スイッチ146、148の状態を変えて、受信ポジ
ションにする。ここで、トランスデューサ18、20は、R.
F.アンプ（増幅器）82とつなぎ、トランスデューサによ
って、感知されるVLCWが、位置検出回路と結びつくよう
にする。
センサーシステムの第三の態様 本発明のタッチポジションセンサーの第三の態様を、
第11図に示す。ここでは、接触の座標を決定する為の２
つの垂直な軸に、VLCWを送信および受信するための単一
のトランスデューサが含まれる。この態様では、２つの
反射配列が用いられる。第一の反射配列28は、端26に垂
直な軸に伸びており、その軸上にトランスデューサ18が
実装されている。第二の反射配列36は、第一の配列28と
垂直な軸に沿って伸びており、配列28の最後に隣接して
いる。反射配列28の軸にそって伝搬するVLCWを垂直な反
射配列36につなぐ為に、配列28および36が交わる基板10
のコーナーは、反射端46を作る為に、切ってあり、基板
の隣接する側面44および48に対して、45゜の角度に配置
される。勿論、本発明では、このコーナーが、他の構成
をとることは理解される。そして、信号をフィルター
し、波をHOHPSへと変換して、反射配列36に向かわせ
る。この波は、次に、反射して、基板をVLCWとして横断
する。これによって、異なる軸に沿った二重モードの操
作が可能になる。あるいは他の機能が与えられる。
ドライバ76からの駆動信号に反応して、トランスデュ
ーサ18は、基板10の配列28の軸に沿って伝搬するVLCWを
送り込む。配列28の反射素子は、VLCWの一部を反射し
て、Ｙ軸に平行な複数の経路に沿う選択されたモードの
HOHPS波とし、基板10のサイドに32に向かわせる。ここ
で、基板10のサイド32は、反射端を提供するように加工
される。基板10のサイド32は、それに垂直に伝搬するHO
HPS波を反射して、配列28に跳ね返す。そして、配列
は、次に、サイド32から反射配列によって反射したHOHP
S波から派生したVLCWを反射して、トランスデューサ18
に波を戻す。反射配列28の軸に沿って伝搬するVLCWは、
反射端46にあたる。端46は、VLCWを反射し、第二の配列
36の軸に沿わせる。
第二の配列36の素子は、VLCWの一部を反射して、−Χ
方向に基板を横断する平行な経路に沿う選択されたモー
ドのHOHPS波とし、基板10の反対のサイド26に向かわせ
る。この26は、第二の反射端を提供するように加工され
る。基板のサイド26は、それに垂直なHOHPS波を反射し
て、第二の反射配列36へと跳ね返し、次に、この配列
が、HOHPS波を反射して反射端46に向かうVLCWとする。
反射端46は、次に、VLCWをトランスデューサ18へと跳ね
返す。トランスデューサ18は、反射して却ってきたVLCW
を感知し、それを表示する信号を提供する。
このモードの運用は、トリプルトランジットモードと
呼ばれる。トリプルトランジットモードでは、トランス
デューサ18によって提供される信号の振幅は、第３図に
示すトランスデューサ20によって発生する信号の振幅に
比べて、減少する。この振幅の違いを、第12図に示す。
トリプルトランジットモードのフラクションの感度（fr
actional sensitivity）の増加は、シングルトランジッ
トより約3dBも大きいことから、スレショルドデバイス8
6は、省略し得る。なぜならば、波は、吸収構造を２回
通過し、従って、波エネルギーの部分の大きな割合が吸
収されるからである。好ましい態様では、トランスデュ
ーサ18は、最長の反射配列の軸に垂直な基板10のサイド
に配置されることに留意されたい。この結果、Χ配列お
よびＹ配列に関して重複する経路長はなくなる。
センサーシステムの第四の態様 本発明のタッチポジションセンサーの第四の態様を第
19図に示す。ここでは、接触の座標を決定する為の２つ
の軸に、VLCWを送信および受信するための単一のトラン
スデューサが含まれる。このタッチポジションセンサー
は、それぞれの軸に対して単一の反射配列28、34が含ま
れる。ここで、それぞれの配列28、34と基体10の反対の
サイド32、44は、反射端を提供するように加工される。
回路は、上述のセンサーシステムの第二の態様に記載し
たのと同様に実行される。
ラブ波は複雑で、縦の弾性表面波エネルギー成分を有
し、垂直の波エネルギー成分を有し、そして、不均一に
分布した（垂直軸方向に）シャータイプ波エネルギー成
分を有することに留意されたい。従って、ラブ波は、以
下のような音波であるという、条件を満たす。すなわ
ち、伝搬媒体の表面に実質的に平行な水平シャータイプ
成分を有し、この表面に垂直な垂直軸に沿って不均一な
体積エネルギー密度を有し、そして、この表面にエネル
ギーを有する音波であり、かつ、縦の表面エネルギー成
分を有する音波である。従って、送信トランスデューサ
は、軸に伝搬するラブ波を誘導し得る。この波は、基板
の感知領域に空間的に分散するラブ波として反射され、
さらに、最適な方法で検出される。この方法には、空間
的に散乱するラブ波を受信トランスデューサに向かって
軸を伝搬するラブ波として反射することが含まれる。実
際、基板が、均一なラミネートの場合、基板の異質性の
為に、すべての伝搬する波はラブ波エネルギーであるこ
とが予想される。本発明の原理は、感知の為に特定のラ
ブ波を選択すると同時に、ラブ波エネルギーを反射する
のに用いられ得る。さらに、基板は、全ての領域に渡っ
て均一である必要はなく、基板中の反応性の感知領域が
ラブ波伝搬をサポートし、トランスデューサの周囲の領
域が他のモードの波の伝搬をサポートするようにし得
る。勿論、このような場合、望ましくない不連続性を避
けるように注意する必要がある。このような不連続性
は、基板のある領域から別の領域への波の結合効率を下
げる。
基板は、3mm厚のホウケイ酸塩ガラス230のシートおよ
び3mm厚のソーダ石灰ガラス231のシートの複合ラミネー
トである。これらは、例えば、フォトキュアリング透明
樹脂接着層232あるいはそれに類する物と共に積層され
る。0.98の割合で、励起周波数5.53MHzにおいて、ホウ
ケイ酸塩ガラス230は、シャー波速度328m/秒であり、ソ
ーダ石灰ガラス231は、シャー波速度3350m/秒である。
この基板は、ラブ波の伝搬をサポートする。B.A.,Acous
tic Waves Fields and Waves in Solids，第II巻、95頁
から99頁を参照のこと。
ラブ波は、以下の式５を満たす非対称の波形である： tan（ｋ（ts）ｂ）＝Vs′Zs′,n・π＜ｋ（ts）ｂ＜ｎ・π＋π/2 式５ ここで、ｎは、ラブ波の次数である。これらの波のエ
ネルギーは、深さが増すにつれて、指数関数的に減衰す
る。その結果、より遅い伝搬速度を有する１つのサイド
が、体積エネルギー密度のほとんどを有する。他方のサ
イドは、実質的により低い体積波エネルギーを有し、接
触に反応しない。これらの波は、シャータイプ波と同様
であり、高い効率で反射する。
別の基板は、室温で、0.090インチ厚のソーダ石灰ガ
ラスおよび0.100インチ厚のホウケイ酸塩ガラスを用い
て、加工される。これらのガラスは、変換用ウェッジを
ガラス基板上に結合させるのに好ましい接着剤である、
Dymax628−T UV硬化性接着剤で結合する。得られる積層
基板は、約7.6インチかける10.8インチである。積層さ
れた基板を、室温から100℃に１分間に20℃の割合で、
熱を加えることによって、テストする。剥がれ、割れ、
あるいは他の変化はみられなかった。例外として、積層
された層の異なる温度膨張係数により、基板の撓みが観
察された。100℃において、ホウケイ酸塩層（より低い
熱膨張係数を有する）が、くぼんだ面となり、10.8イン
チ寸法に、理論的に予想される0.062インチに近い0.045
インチの矢を有する。0.100インチ厚のホウケイ酸塩ガ
ラス層と0.090インチ厚のソーダ石灰ガラス層とを有す
る積層された基板は、上面から裏面の表面接触感受性と
して、断定した（predicated）割合、約40dBを有する。
トランスデューサは、プラスチックウェッジ上に実装
された圧電素子であり、基板のホウケイ酸塩ガラスサイ
ドにDymax628−T UV硬化接着剤で備えられている。
本明細書に記載された好ましい態様および例は、説明
の目的の為のみに用いられ、本発明の範囲を限定するよ
うに解釈されてはならないことは、理解されるべきであ
る。本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ適
切に定められる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−230352（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−36604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−112444（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−153041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−64434（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G08C 21/00 G06F 3/03

Claims (29)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】以下を包含する音波デバイス： 表面を有する基板であって、水平偏向成分および該表面
    に垂直な軸に沿って不均一な体積エネルギー密度を有す
    る波の伝搬をサポートする、基板；および 波伝搬の所定の軸方向に伝搬する縦成分を有する垂直偏
    波横断波を、該基板中を伝搬し、該表面に垂直な軸に沿
    って不均一な体積エネルギー密度を有する水平偏波シャ
    ータイプ波に変換する手段。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のデバイスであって、 前記変換する手段が音波反射素子の配列を、該基板上に
    有し、該素子は、波伝搬の所定の軸に沿って配置され、 それぞれの素子が、 波伝搬の軸方向に伝搬する縦成分を有する波を反射し
    て、 水平偏向成分および該表面に垂直な垂直軸に沿って不均
    一な体積エネルギー密度を有し、そして、該表面にエネ
    ルギーを有する波であって、波伝搬の軸に対して傾いた
    方向の経路に沿って伝搬する水平偏向成分を有する波 とするような角度に配置されている、デバイス。
  3. 【請求項３】請求項１から２のいずれかに記載のデバイ
    スであって、 前記変換する手段が、 縦成分を有する波の部分を、 該表面に実質的に平行な水平なシャータイプ成分を有
    し、該表面に垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネル
    ギー密度を有し、そして該表面にエネルギーを有し、軸
    を有し、該軸に沿う異なる配置の複数の経路に沿う、少
    なくとも１つの音波 として反射する手段を包含し、該反射手段が、該基板上
    に配置されている、デバイス。
  4. 【請求項４】請求項１から３までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、 前記変換する手段が、音波散乱素子の回折格子を含み、 該表面に実質的に平行な前記水平シャータイプ成分のモ
    ードを、 該表面に垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネルギー
    密度を有し、該表面にエネルギーを有する波 に、位相速度の違いによって分離する、デバイス。
  5. 【請求項５】請求項１から４までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、前記変換する手段が、音波散乱素子の
    回折格子を含み、縦成分を有する前記垂直偏波横波に対
    する、該素子の角度が、水平偏波シャータイプ波に対す
    る角度とその大きさにおいて異なる、デバイス。
  6. 【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、さらに、前記水平偏波シャータイプ波
    の接触誘導性摂動を感知する手段を含む、デバイス。
  7. 【請求項７】請求項１から６までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、さらに、前記基板上の前記水平偏波シ
    ャータイプ波の接触誘導性摂動の位置を決定する手段を
    含む、デバイス。
  8. 【請求項８】請求項１から７までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、さらに、縦成分を有し、前記所定の軸
    方向に基板中を伝搬する波を発生させる手段を含む、デ
    バイス。
  9. 【請求項９】請求項１から８までのいずれかに記載のデ
    バイスであって、前記水平偏向成分を有する波が、前記
    所定の軸に対して90゜の角度で伝搬する、デバイス。
  10. 【請求項１０】請求項１から９までのいずれかに記載の
    デバイスであって、さらに、電気信号を前記所定の軸方
    向に伝搬する音波に変換するための電気音波変換器を含
    む、デバイス。
  11. 【請求項１１】請求項１から10までのいずれかに記載の
    デバイスであって、さらに、前記水平偏向成分を有する
    波を分析し、その摂動を決める手段を含み、該水平偏向
    成分を有する波が、前記表面に接近する物体によって摂
    動される、デバイス。
  12. 【請求項１２】請求項１から11までのいずれかに記載の
    デバイスであって、さらに、 前記表面に垂直な軸に沿って不均一な体積エネルギー密
    度を有し、前記基板中を伝搬する水平偏波シャー波を、 波伝搬の第二の所定の軸方向に伝搬する縦成分を有する
    垂直偏向横断波に再変換する手段を含む、 デバイス。
  13. 【請求項１３】請求項１から12までのいずれかに記載の
    デバイスであって、さらに、音波反射要素を含み、 該音波反射要素が、該基板を挟んで、前記変換する手段
    から離れており、該水平偏向成分を有する波を反射して
    該変換する手段へと向け直して伝搬させるようにする、
    デバイス。
  14. 【請求項１４】請求項１から13までのいずれかに記載の
    デバイスであって、 前記基板の表面上に、音波を反射する素子の配列の対を
    含み、それぞれの配列が波伝搬の異なる所定の軸に沿っ
    て配置され、 該配列の各素子が、波伝搬の各軸方向に伝搬する縦成分
    を有する各波を反射して、水平偏向成分を有し、該表面
    に垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネルギー密度を
    有し、そして該表面にエネルギーを有する波とする角度
    に配置され、 水平偏向成分を有する各波が、該波伝搬の各軸に対して
    傾いた方向の各経路に沿って伝搬し、 該表面に接近する物体が、傾いた方向の各経路に沿って
    伝搬する、水平偏向成分および該表面に垂直な垂直軸に
    沿って不均一な体積エネルギー密度を有するそれぞれの
    音波に、摂動を起こす、 デバイス。
  15. 【請求項１５】前記縦成分を有する波が、準レイリータ
    イプ波である、請求項１から14までのいずれかに記載の
    デバイス。
  16. 【請求項１６】前記縦成分を有する波が、ラムタイプ波
    である、請求項１から14までのいずれかに記載のデバイ
    ス。
  17. 【請求項１７】請求項１から16までのいずれかに記載の
    デバイスであって、前記水平偏向成分および前記表面に
    対して垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネルギー密
    度を有する波が、ゼロより大きい次数の水平偏波シャー
    波である、デバイス。
  18. 【請求項１８】請求項１から17までのいずれかに記載の
    デバイスであって、前記水平偏向成分および前記表面に
    対して垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネルギー密
    度を有する波が、２より大きい次数の水平偏波シャー波
    である、デバイス。
  19. 【請求項１９】請求項１から15までのいずれかに記載の
    デバイスであって、前記縦成分を有する波が約5.5MHzの
    周波数を有する準レイリー波であって、前記水平偏波シ
    ャータイプ波が、四次の水平偏波シャータイプ波であ
    る、デバイス。
  20. 【請求項２０】請求項１から16までのいずれかに記載の
    デバイスであって、前記基板が、シャー波エネルギーの
    伝搬位相速度に空間的多様性があり、より低いシャー波
    速度材料がより高いシャー波速度材料の上にあり、すべ
    ての次数のラブタイプ波の伝搬をサポートする、デバイ
    ス。
  21. 【請求項２１】前記のより低いシャー波速度材料が、ｎ
    ＝０ラブ波のみをサポートする程十分薄い、請求項20に
    記載のデバイス。
  22. 【請求項２２】前記基板が、前記第一の反射波のレイリ
    ー波の波長の約３倍より大きい厚さである、請求項１か
    ら21までのいずれかに記載のデバイス。
  23. 【請求項２３】前記基板が、約2mmおよび3mmの間の厚さ
    を有するガラスである、請求項１から22のいずれかに記
    載のデバイス。
  24. 【請求項２４】請求項１から23のいずれかに記載のデバ
    イスであって、前記水平偏向成分を有する波の表面エネ
    ルギーの摂動が、前記垂直軸に沿う変換した体積エネル
    ギー分布を有する摂動波として検出される、デバイス。
  25. 【請求項２５】請求項１から24のいずれかに記載のデバ
    イスであって、前記水平偏向成分を有する波が、前記基
    板に接近する物体によって摂動し、該摂動波が、該水平
    偏向成分を有する波から選択的にフィルターされる、デ
    バイス。
  26. 【請求項２６】さらに、音波モード選択的減衰器構造を
    有する、請求項１から25までのいずれかに記載のデバイ
    ス。
  27. 【請求項２７】以下の工程を含む、請求項１から26のい
    ずれかに記載のデバイスを用いて、物体を検出する方
    法： 基板の所定の軸に沿って縦成分を有する第一の音波を誘
    導する工程であって、該所定の軸が該表面に平行であ
    る、工程； 第一の音波のエネルギーの一部を、第二の音波として反
    射する工程であって、該第二の音波が、該表面に実質的
    に平行な水平シャータイプエネルギー成分を有し、該表
    面に垂直な垂直軸に沿って不均一な体積エネルギー密度
    を有し、そして、表面にエネルギーを有し、該第二の音
    波が、該基板の該第一の軸とは異なる第二の軸方向に向
    けられ、該表面に平行である、工程； 該基板の表面に接近する物体を配置することによって、
    該第二の音波を摂動させる工程；および 摂動した第二の音波を検出する工程。
  28. 【請求項２８】請求項27に記載の方法であって、 前記摂動させる工程が、さらに、利用できる伝搬モード
    の中から第二の音波の波エネルギーを再分配する工程を
    含み；そして、 前記検出する工程が、さらに、該第二の音波中に存在し
    ない波伝搬モードの波エネルギーを検出することを含
    む、 方法。
  29. 【請求項２９】請求項27から28のいずれかに記載の方法
    であって、 前記検出する工程が、摂動する第二の音波を音波電気ト
    ランスデューサで受信すること、該トランスデューサか
    らの電気信号をデジタル化すること、および該デジタル
    化信号をデジタル処理し、トランスデューサが受信した
    波エネルギーの交互のリターンパス（復路）を補償する
    ことのサブ工程を含む、 方法。
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