JP3411697B2 - 超音波式検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、物体の有無または位
置を超音波により検出する超音波式検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】超音波式検出装置は、概略ＣＲＴ等の表
示画面を覆って配置されるパネルと検出動作を制御する
制御部からなり、パネルに伝搬させた超音波の接触物体
による超音波吸収量から、物体の位置（タッチ位置）ま
たは有無を検出するものである。 【０００３】利用可能な超音波には、固体表面を伝搬す
る表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔ
ｉｃ Ｗａｖｅ）と固体中を伝搬する体積弾性波（ＧＡ
Ｗ：Ｇｕｉｄｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）があ
る。 【０００４】図１９は超音波用のパネルの概略平面構成
を示し、該パネル１は液晶パネルあるいはＣＲＴディス
プレイ等と同一曲率を持ったほぼ矩形のガラスにより成
形され、パネル１の表面の４つの周辺部にはそれぞれ低
融点ガラス粉末により印刷加工された複数の反射素子２
からなる反射アレイ３が形成されている。反射アレイ３
に囲まれた矩形部分は検出面６となっており、検出面６
を挟む平行な対向する２つの反射アレイ３の一方の一端
には超音波を発信する発信子４が、他方の反射アレイ３
の一端には前記発信子４から発信された超音波を受信す
る受信子５が取り付けられて１組の検出対を構成してい
る。パネル１上の互いに垂直な２組の検出対により検出
面６上の位置座標が特定されることになる。２組の検出
対の反射アレイ３は、通常のＸＹ座標面のＸＹ座標軸に
それぞれ対応しており、片方の組の検出対の反射アレイ
３をＸ軸とすればもう一方の検出対の反射アレイ３はＹ
軸に相当する。 【０００５】図２０の（Ａ）は表面弾性波用の発信子ま
たは受信子の取付け状態を示し、該発信子４および受信
子５は圧伝素子７とプリズム８により構成され、パネル
１の表面の前述の位置に取り付けられる。また、固体中
を伝搬する体積弾性波（ＧＡＷ）の発信子４および受信
子５は、図２０の（Ｂ）に示すようにパネル１の端面に
直接取り付けられる。以後の説明においては超音波とし
て図２０の（Ａ）に示す表面弾性波を例にとり説明す
る。 【０００６】次にパネル表面上の物体の座標位置検出の
動作原理について簡単に説明する。図２１の（Ａ）に示
すように、制御部から５．５ＭＨｚの発信衝撃波が圧電
素子７に与えられると、圧電素子７に振動が発生してプ
リズム８内で縦波に変換される。プリズム８とパネル１
の界面では、縦波が表面弾性波に変換され、パネル１上
の反射アレイ３上を伝搬し、反射アレイ３の各反射素子
２によりごく少量のエネルギーを直角に反射する。反射
した表面弾性波は、図１９の矢印に示すようにパネル１
の検出面６の全体に及びそして対向する反射アレイ３に
向かって伝搬し、該反射アレイ３によって直角に反射さ
れて、受信子５の圧電素子７により受信される。受信子
５により受信される信号は図２１の（Ｂ）に示すように
持続時間の長い信号となる。この場合、パネル１の検出
面６に物体が接触する（タッチが発生する）と、接触部
分で弾性波エネルギーが吸収され図１１の（Ｃ）に示す
ように接触部分に対応する信号が欠落し、受信信号内で
窪みＨになって現れる。この場合、図１９において最短
距離ａを通る弾性波、タッチ位置ｂを通る弾性波または
最長距離ｃを通る弾性波では、受信子５へ到達するのに
時間差を生じるので、最初に受信された弾性波からタッ
チ位置ｂおよび最長距離ｃに対応する受信弾性波の経過
時間Ｔ₁、Ｔ₀を測定すれば物体９の位置（タッチ位置）
の座標成分を求めることができる。 【０００７】図２１に示す受信波は、受信用圧電素子に
よって電圧に変換されるものの、受信波を示す電圧（振
幅）の時間変化は、図２１に示すように均一ではなく、
実際には図２２に示すように時間軸上で不均一なものに
なる。この振幅の形状は、プリズム８とパネル１の界
面、反射素子２、パネル表面等が必ずしも均一でなく表
面弾性波が一様に伝搬しないからであるが、いったんプ
リズム８、反射素子２、パネル１の界面が製作により決
まると、固有の形状（定数）とみなされる。パネル１上
を指等でタッチすると、図２２の点線で示すように、そ
のタッチ位置に相当する部分の表面弾性波が吸収され
る。この吸収によるへこみの時間軸の位置から、タッチ
位置の座標成分が算出される。即ち、パネル１上の２組
の検出対の発信子４に交互に発信衝撃波を伝えることに
より、Ｘ、Ｙの座標軸での吸収によるへこみの位置から
タッチ位置の平面座標位置を算出し、タッチ位置座標が
検出される。 【０００８】より詳しくは、まず、検出面６上に接触物
体がない（タッチしていない）場合に、図２２の電圧波
形は図２３の丸印で示すように、等しい時間間隔でＡ／
Ｄ変換器により高速でサンプリングされ、そのサンプリ
ングデータはＲＡＭに記憶される。この記憶データは、
タッチされていない時に受信される表面弾性波のサンプ
リングデータであって、以後にタッチオンを検出するさ
いのベースライン（基準）となるものである。 【０００９】次に、通常の検出時に同様に受信波をサン
プリングし、以前にベースラインとしてＲＡＭ内に記憶
されている現在のサンプリング時間に対応するデータを
現在のサンプリングデータからそれぞれ差し引いた差分
をとり、時間ｔにおける測定データとする。この差分が
物体の接触による超音波の吸収の存在を表す値を示す。
ベースラインの記憶の後、何ら物体の接触がなければ、
測定されるサンプリングデータは変化せずベースライン
との差分は０となる。 【００１０】図２４は、ベースラインを基準とした場合
に、指でタッチしたときに現れる受信された電圧波形の
へこみを点線により示したものである。さらに、図２５
は、図２４のタッチを示す点線部を拡大すると共にベー
スラインと受信電圧波形のデジタル値の差を表した図で
ある。図２５において、時間軸に示す各サンプリング時
間、・・・、ｔ_n-2、ｔ_n-1、ｔ_n、ｔ_n+1、ｔ_n+2、・・
・、に対してサンプリングされたことを示している。同
図において、サンプリングデータの差分ΔＡ_nは、時間
ｔ＝ｔ_nで最大となる。 【００１１】従来、タッチの有無およびタッチ座標を求
めるには、発信子４から発信衝撃波が出力されるごと
に、最大差分ΔＡ_nを求めて基準レベル値Ａｔｈと比較
して、 ΔＡ_n≦Ａｔｈ ・・・ タッチなし、 ΔＡ_n＞Ａｔｈ ・・・ タッチあり、 と判定し、タッチありの場合にΔＡ_nに対応する時間ｔ_n
から求められる座標成分をパネル１上のタッチ位置座標
成分とし、ＸおよびＹ座標軸の座標成分からタッチ位置
を検出している。 【００１２】ところで、タッチセンサとして超音波式検
出装置を使用する場合に問題となるのが、防水、防滴の
構造である。一般に超音波式検出装置では、防水を行う
ために、検出パネル１の検出面６を構成するガラス面に
物を密着させると、音波を吸収したり逃したりするの
で、図２６に示すように検出パネル１にベゼル１０を密
着固定し液晶表示部本体Ａに取り付けた液晶ディスプレ
イＢを完全防水、防滴の構造にすることは困難である。
特に、音波エネルギーがガラス表面近傍に集中している
表面弾性波を利用したタッチセンサにおいては、わずか
の密着構造でも音波の吸収度合いが大きいので、防水、
防滴は原理的な困難性がある。一方、体積弾性波の方式
では、表面弾性波の場合ほど音波吸収の度合いが大きく
ないので、ある程度の防水、防滴は可能である。 【００１３】図２７は、体積弾性波の方式において、両
面テープ１０１によりガラスの検出パネル１の外周表面
部とベゼル１０とを接着し、検出パネル１の外周表面に
取付けられた反射アレイ３、及び検出パネル１の端面に
設けられた発信子４および受信子５を含む、ベゼル１０
により覆われた箇所の防水、防滴構造を実現したもので
ある。また、図２８は、ベゼル１０と検出パネル１の外
周表面部との間にＯリング１０２を介在させ、検出パネ
ル１とベゼル１０間に圧力を加えて密着構造にすること
により防水、防滴を実現したものである。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】課 題 Ａ 超音波式検出装置において、一般にトランスデューサと
して使用するＬｉＮｂＯ₃単結晶や圧電セラミックスは
温度による特性変化が大きい。また、電子回路部品やセ
ンサ板の温度特性変化も加わって、図２３に示すベース
ライン自身が大きく温度ドリフトを起こしていた。この
温度ドリフトにより、例えば超音波式検出装置およびホ
ストコンピュータの電源を入れて暫くすると、実際のベ
ースラインが大きくずれる結果、タッチの有無の判断を
誤って誤動作に至ることがある。この問題に対処するた
めに、従来、定期的にベースラインをリフレッシュする
という作業が行われていた。リフレッシュとは、例えば
３０秒または１分等の周期でベースラインとなるＡ／Ｄ
変換値を最新のＡ／Ｄ変換値で置き換えることである。
ところがこの方法では、指でタッチしているときにリフ
レッシュが行われると、タッチされたサンプリングデー
タをベースラインデータとして記憶してしまうため、タ
ッチしていない状態で次のリフレッシュが行われるまで
は前にタッチしていた部分のタッチは判断できないとい
う不都合が生じる。また、周囲温度変化が激しい場合に
は、現在のリフレッシュと次のリフレッシュの間にサン
プリングデータに対する温度変化の影響が著しく、ベー
スラインデータが温度変化に追従しないため誤動作が発
生しやすいことになる。 【００１５】また、超音波式検出装置の制御部の回路
は、電源回路やホストコンピュータあるいは電磁波から
のノイズの影響を受けやすい。これは、サンプリングに
使用されるＡ／Ｄ変換が高速で動作すること、そして圧
電素子７の内部インピーダンスが高く外来ノイズを拾い
やすいためである。例えば図２９に示すように、Ａ／Ｄ
変換されたサンプリングデータにノイズによる誤差Ｅが
重畳し、正常な場合はベースラインからの差の最大値と
して検出されるＲ点よりもノイズが重畳したＰ点やＱ点
の差が大きくなって最大値として検出され、このためタ
ッチ位置はＲ点に対応する正しいサンプリング時間ｔｎ
から算出されずにＰ点またはＱ点と対応する誤ったサン
プリング時間ｔ_Pやｔ_Qから求められるので、タッチ位置
の検出がノイズによって誤ることになる。また図３０に
示すように、タッチを検出する基準値を実際には越えて
いないのにＢ点のようにノイズが加わって瞬間的に基準
値Ａｔｈを越えたり、タッチした指圧力がふらつくこと
によって誤検出やタッチあり／タッチなしを繰り返すよ
うな誤動作が発生する虞れがある。 【００１６】この発明の目的は、ベースラインの温度等
による変動の影響を自動的に修正できる超音波式検出装
置を提供することである。また、この発明の目的は、電
気ノイズ等の影響による誤検出を防止する超音波式検出
装置を提供することである。 【００１７】課 題 Ｂ 従来の同一波長の超音波を発信する方式の超音波式検出
装置には、次のような欠点があった。すなわち、この種
の超音波式検出装置においては、検出される座標（Ｘ座
標、Ｙ座標）の分解能を上げるためには、受信子５によ
り受信された超音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
のサンプリング速度を上げる必要がある。例えば、ガラ
ス上の音波の速度が約３０００ｍ／ｓｅｃの場合、座標
の分解能を０．３ｍｍにするには、サンプリング速度
は、 【数１】０．３ｍｍ／３×１０⁶（ｍｍ／ｓｅｃ）＝
０．１／１０⁶（ｓｅｃ）＝０．１μｓｅｃ 従って、サンプリング周波数は、１／（０．１μｓｅ
ｃ）＝１０ＭＨｚにする必要がある。これは、Ａ／Ｄ変
換器としては相当速い速度であるため、Ａ／Ｄ変換器に
使用されるＩＣは高価になり、回路全体のコストアップ
の原因となる。 【００１８】また、Ａ／Ｄ変換の前段で超音波のＡＭ検
波（ＡＭ復調）を行なっているものの、検出に使用され
る音波の周波数は５ＭＨｚ程度であり、この音波周波数
ではリップルを完全に除去するのは困難であるため、こ
の周波数以上の高速サンプリングを行う場合にリップル
は大きな問題となる。さらに高速のサンプリング速度に
対応するにはタイミングをマイクロプロセッサから制御
するのは困難で、ハードウェアで高速のタイミング発生
および制御回路を特に備える必要があり、その費用が高
価になる問題がある。そのうえ、高速の制御回路を実現
するためには、制御回路が多消費電流型となり、過熱し
易くかつベースラインデータの温度によるドリフトが生
じ易いため低消費電流回路にする必要があるがこの実現
が困難である。 【００１９】タッチ座標の分解能を上げるには、データ
のサンプリング速度を上げる必要がある。音波の伝播速
度は一定であるので、サンプリング速度を２倍にすれば
分解能は２倍になる。ところが、サンプリング速度を上
げればそれに比例してサンプリングされたデータ点数が
増加し、データ処理時間が長くなる。また、サンプリン
グ速度を上げるためには、より速く価格の高いＡ／Ｄ変
換器が必要であったり、ＳＲＡＭに保存するデータ点数
が増加するので、ＳＲＡＭのメモリサイズも大きくしな
ければならなくなり、価格が上昇する原因となる。 【００２０】この発明の別の目的は、高速Ａ／Ｄ変換を
行なわずに高分解能の超音波式検出装置を提供すること
である。 【００２１】課 題 Ｃ 従来、サンプリングされたデータの処理について次のよ
うな問題があった。この問題について図１９に示すよう
な３００ｍｍ×２００ｍｍの検出面６を有するパネル１
を例に説明する。ガラス中を伝播する音波速度を３００
０ｍ／ｓとすると、図１９に示すように、Ｘ軸発信子４
から出力された音波の経路のうち最も長い経路の距離
は、概算で、 【数２】３００×２＋２００＝８００（ｍｍ） となる。この経路を通過する音波の通過時間は、 【数３】８００（ｍｍ）／３０００（ｍ／ｓ）＝０．２
７（ｍｓ） となる。即ち、衝撃波を発して、データのサンプリング
が完了するまで０．２７ｍｓである。同様にして、Ｙ軸
発信子４から出力された音波のデータサンプリングが完
了するまでの時間は、 【数４】（３００＋２００×２）（ｍｍ）／３０００
（ｍ／ｓ）＝０．２３（ｍｓ） となる。従って、Ｘ軸、Ｙ軸合わせて、データサンプリ
ングに所要する時間は、 【数５】０．２７＋０．２３＝０．５（ｍｓ） である。このように、超音波式検出装置では、サンプリ
ング速度が速いので音波発信から、サンプリング終了ま
で短時間で完了している。 【００２２】データのサンプリング速度を例えば５ＭＨ
ｚとすると、１サンプリング時間１／（５×１０⁶）
（ｓ）に進行する音波の距離は、 【数６】３×１０⁶（ｍｍ／ｓ）・１／（５×１０⁶）
（ｓ）＝０．６（ｍｍ） であるから、音波の往復を考慮して、検出座標の分解能
は、０．６（ｍｍ）／２＝０．３（ｍｍ）となる。サン
プル数については、分解能０．３ｍｍ（５ＭＨｚサンプ
リング）の場合、Ｘ軸のサンプル数は、 【数７】 ３００（ｍｍ）／（０．３（ｍｍ））＝１０００点 Ｙ軸のサンプル数は、 【数８】 ２００（ｍｍ）／（０．３（ｍｍ））＝ ６６７点 となる。分解能を上げればサンプル数はさらに増加す
る。Ｘ軸、Ｙ軸の全サンプリング時間は短時間である
が、サンプリングのデータ点数が多いために、データを
処理する時間が長くなる。このデータ処理時間がタッチ
検出の総合速度が遅くなる原因となっていた。 【００２３】例えば、データ処理を一般に使用されてい
る８ビットのマイクロプロセッサにより処理した場合の
処理時間は、Ｘ座標及びＹ座標を合わせて約２０ｍｓ要
する。この処理時間に、発信子の駆動から検出までに要
する時間とその他の処理時間（例えば、ホストコンピュ
ータへの通信の為にＡＳＣＩＩコードへの変換時間）の
ために約３ｍｓを要し、このため検出に要する全走査時
間としては約２３ｍｓを要することになる。さらに、ベ
ースラインデータの温度によるドリフトおよびノイズ対
策のためにデータの補正処理を行うと、約１０〜２０ｍ
ｓの処理時間が加算されるため、全走査時間は約３３〜
４３ｍｓに達する。 【００２４】この走査速度では、通常のタッチ操作では
時間的にほとんど問題とはならないが、例えばペンを使
ったペンコンピューティングや、指でのネームサインで
は、タッチ操作はかなり高速であり、データ処理はタッ
チ操作に正確に追従することができなくなる。ペンコン
ピューティングに使用されるタブレットでは、タッチ座
標のサンプリング速度は５ｍｓ程度である。そこで、ペ
ンコンピューティング等に、超音波式タッチパネルを利
用する場合には、サンプリング速度に走査時間を合わせ
て５ｍｓ程度にする必要がある。 【００２５】この発明の目的は、高速の走査が可能な超
音波式検出装置を提供することである。 【００２６】 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【課題を解決するための手段】 【００３０】課題Ｂを解決するため、この発明の超音波
式検出装置は、複数の異なる波長の超音波をパネルのＸ
方向およびＹ方向へ発振する発振手段と、前記発信手段
から発信される異なる超音波の波長を時分割で発信する
ための制御を行う発信制御手段と、前記発信された超音
波を受信する受信手段と、前記発信された超音波が伝搬
するパネル上に前記複数の異なる波長毎に対応する所定
の間隔で配置され、前記パネル上の検出面を通る所定の
波長の超音波を選択して反射させ、前記受信手段へと伝
搬させる反射アレイ対と、前記受信手段から受信された
所定の波長の超音波を基準レベルと比較することにより
該当する所定の波長の反射位置における物体のタッチの
有無を検出する手段と、を備えて構成されている。 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【作用】 【００３４】課題Ｂを解決するためこの発明は、複数の
異なる波長の超音波を発振し、超音波の異なる波長毎に
異なる反射アレイ対により超音波をパネル上の異なる検
出面位置を通し受信手段へと伝搬させる。超音波の異な
る波長を検出面上の異なる検出位置に対応させて該受信
された波長の超音波から対応する検出位置のタッチの有
無を判断するので、サンプリング速度とは無関係に高分
解能を達成できる。 【００３５】課題Ｃを解決するためこの発明は、選択さ
れたサンプリングデータから物体のタッチの有無を検出
して物体のタッチが検出された場合に、サンプリングデ
ータのデータ処理はタッチが検出された近傍のサンプリ
ングデータに制限されるから、サンプリングデータの処
理時間が減少し、このため走査時間の高速化が図れる。
また、この発明は、減算手段および比較手段をハードウ
エア構成しているからタッチの有無の判断が迅速にでき
るので走査時間の高速化が図れる。 【００３６】 【００３７】 【実施例】実 施 例 Ａ 課題Ａを解決する本発明の超音波式検出装置の一実施例
の概略構成について図１を参照して説明する。図１にお
いて、衝撃波発生器１１から出力される超音波の衝撃波
は送信アンプ１２を介してＸ軸スイッチ１３およびＹ軸
スイッチ１４に与えられる。Ｘ軸スイッチ１３およびＹ
軸スイッチ１４から出力される衝撃波は、図１９に示さ
れるパネル１に備えられた発信子４に相当するＸ軸発信
子４ａとＹ軸発信子４ｂにそれぞれ対応して入力され
る。Ｘ軸発信子４ａとＹ軸発信子４ｂから出力された超
音波はパネル面を表面弾性波としてそれぞれＸ軸方向お
よびＹ軸方向に伝播し、図１９に示されるパネル１の備
えられた受信子５に相当するＸ軸受信子５ａおよびＹ軸
受信子５ｂによってそれぞれ受信される。Ｘ軸受信子５
ａおよびＹ軸受信子５ｂによって受信された表面弾性波
は超音波電気信号に変換されてそれぞれ対応するＸ軸ス
イッチ１５およびＹ軸スイッチ１６に与えられ、該スイ
ッチ１５、１６を介した超音波信号は受信アンプ１７に
入力される。Ｘ軸スイッチ１３、１５およびＹ軸スイッ
チ１４、１６はマイクロプロセッサ２６により制御され
ており、Ｘ軸スイッチ１３、１５またはＹ軸スイッチ１
４、１６のいずれか一方がオンし、他方はオフするよう
に制御される。 【００３８】受信アンプ１７によって増幅された超音波
信号は復調器１８に送られ、ここで超音波信号がＡＭ
（振幅変調）検波されて直流成分に変換される。復調器
１８の出力はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１９
に与えられ、ここで時間経過に従って高速でサンプリン
グされる。Ａ／Ｄ変換器１９からのサンプリングデータ
はバッファ２０を介してＳＲＡＭ（スタティック・ラン
ダム・アクセス・メモリ）２１に送られて記憶される。
マイクロプロセッサ２６のＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ変換器
１９のサンプリング動作が終了するとＳＲＡＭ２１に記
憶されたサンプリングデータをバッファ２２を介して書
き込む。ＣＰＵ２３は、ＳＲＡＭ２１に記憶されたサン
プリングデータを一定の周期毎にデジタルフィルタリン
グを行って自動修正し、この修正されたデータを新しい
ベースラインデータとしてＳＲＡＭ２１に記憶し、以後
このベースラインデータを基準としてパネル１上に物体
のタッチがあるか否かの判定の演算およびタッチ位置の
座標を求める演算を行う。ＣＰＵ２３はバッファ２０、
２２を制御してデータ流れの方向を調整する。マイクロ
プロセッサ２６にはＣＰＵ２３の他にＣＰＵ２３の演算
の記憶に使用されるＲＡＭ２４、演算用のプログラムが
記憶されるＲＯＭ２５が備えられている。ＣＰＵ２３に
よって判定されたタッチオン／タッチオフおよびタッチ
位置の座標データはインタフェース２７を経てホストコ
ンピュータ２８に送られる。 【００３９】次に本発明に係る物体のタッチオンの有無
および位置座標の検出動作について簡単に説明する。ま
ず、検出動作に先だって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそ
れぞれ衝撃波が出力され、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ対
応する超音波のサンプリングデータがデジタルフィルタ
リングされて判定の基準となるベースラインデータとし
てＳＲＡＭ２１に記憶されているものとする。Ｘ軸スイ
ッチ１３、１５がオン（Ｙ軸スイッチ１４、１６はオ
フ）した状態でＸ軸についての検出動作が行われる。即
ち、衝撃波発生器１１から断続して衝撃波が出力され、
衝撃波に基づく超音波電気信号のＡ／Ｄ変換器１９を介
したサンプリングデータが測定データとしてＳＲＡＭ２
１に記憶される。またＲＡＭ２４にはタッチオンの有無
を判断する基準となる基準レベル値がＸ軸およびＹ軸に
対してそれぞれ設定されている。ＣＰＵ２３はＲＯＭ２
５に記憶された演算プログラムに従って測定データの検
出動作を行う。 【００４０】図２のフローチャートは本一発明の検出動
作を示し、そのステップＳ１において超音波電気信号を
表す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、
開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以
下、終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されて
ＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ２にお
いてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル
値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ３に移
り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたベースラインデータと測
定サンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各
サンプリング時間にそれぞれ対応して測定サンプリング
データとベースラインデータとの間の差のデータが演算
されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステッ
プＳ４に移り、図２５に示すように、差分データのうち
最大差分データを求めそれがレジスタに記憶された基準
レベルＡｔｈを越えるかどうか判断する。基準レベルを
越えた場合は、そのサンプリング時間はＸ_Mとされてレ
ジスタに記憶され、次のステップＳ５に移る。Ｙ軸スイ
ッチ１４、１６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様
にステップＳ１〜Ｓ４が実行され、Ｙ軸の超音波に対し
てもその最大差分データがＹ軸の基準レベル値を越えて
いると判断された場合は、パネル１に物体のタッチあり
（タッチオン）と判断されてステップＳ６に移る。ステ
ップＳ６において、サンプリング時間Ｘ_Mに対応するＸ
軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様に
Ｙ座標も特定される。ステップＳ７においてＣＰＵ２３
はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデ
ータをその座標データと共に送出する。 【００４１】ステップＳ４において最大差分データが基
準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかっ
たとみなされ、ステップＳ５に移ることなく、Ｘ軸にお
いて次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返さ
れる。また、ステップＳ５においてＹ軸に関しての最大
差分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッ
チオンは検出されなかったとしてステップＳ６に移るこ
となく検出動作が繰り返される。 【００４２】以上の検出動作が行われるに先立って、一
定の周期毎にサンプリングを行うリアルタイムでベース
ラインデータの更新が行われる。ここで、本発明に適用
されるデジタルフィルタリングの原理について簡単に説
明する。ベースラインデータのドリフトを除くためには
新しく測定されたサンプリングデータをリアルタイムで
フィルタリングした値を使用する。一般に、アナログ回
路においては一次遅れ要素にステップ単位信号１を与え
た場合のｔ秒後の応答ｆは、 【数９】 ｆ＝１−ｅｘｐ（−ｔ／τ） （１） により与えられる。ｔ＝ｎΔｔの時の応答ｆ_n、ｔ＝
（ｎ＋１）Δｔの時の応答ｆ_n+1とするとΔｔを時定数
τに対して十分に小さくとると近似的に、 【数１０】 ｆ_n+1＝ｆ_n＋（Δｔ／τ）（１−ｆ_n） （２） が成立する。ここで、τ＝ｐ・Δｔと置くと、 【数１１】 ｆ_n+1＝ｆ_n＋１／ｐ・（１−ｆ_n） （３） となる。式（３）をデジタルフィルタリングに適用し、
入力信号はステップ信号とは限らないからｇ_n+1とし、
ｔ＝（ｎ＋１）Δｔにおける被フィルタリング値ｆ_n+1
は、ｔ＝ｎΔｔにおける被フィルタリング値ｆ_nと、ｔ
＝（ｎ＋１）Δｔにおける入力値ｇ_n+1から次式、 【数１２】 ｆ_n+1＝ｆ_n＋１／ｐ・（ｇ_n+1−ｆ_n） （４） により求められる。 【００４３】本発明では、ＣＰＵ２３はＳＲＡＭ２１に
記憶された前回フィルタリングされたｔ＝ｎΔｔにおけ
るベースラインデータｆ_nと、今回のＡ／Ｄ変換された
ｔ＝（ｎ＋１）Δｔにおける測定サンプリングデータｇ
_n+1とから今回デジタルフィルタリング演算されるベー
スラインデータｆ_n+1を式（４）により計算する。ここ
でｐは、サンプリング間隔Δｔと時定数τとからｐ＝τ
／Δｔで得られる定数である。例えば、サンプリング間
隔Δｔ＝３０ｍｓｅｃ、時定数τ＝３０ｓｅｃとする
と、１／ｐ＝Δｔ／τ＝１／１０００となる。各サンプ
リング時間（座標に対応）にそれぞれ対応したデータ毎
に式（４）に従ってデジタルフィルタリング演算を行な
ってベースラインデータを更新し、更新されたサンプリ
ングデータを前回のベースラインデータと置き換える。
ベースラインデータ更新後、検出動作はこの最新のベー
スラインデータに基づいて行われる。このデジタルフィ
ルタリングを行うことにより変動の影響が緩和されるか
ら、測定サンプリングデータにノイズが乗った場合、ま
たは温度によるドリフトが生じた場合にもデジタルフィ
ルタリングされたベースラインデータはこれらの影響を
受けない。また、パネルにタッチした場合にも、時定数
τにより決定される一定の遅延時間内のタッチ時間では
ベースラインデータに影響を与えない。 【００４４】しかし、パネルへのタッチが長時間継続し
た場合は、その測定サンプリングデータからデジタルフ
ィルタリングされたベースラインデータにタッチの影響
が表れて誤差が大きくなる不都合が生じる。この問題を
解決するためには、タッチが検出されてからタッチオフ
が検出されるまでの間は、タッチ位置近辺のベースライ
ンデータのデジタルフィルタリング、即ちベースライン
データの更新を一部のみ行わないように構成（プログラ
ム）しても良い。 【００４５】次に、上述のベースラインデータの修正と
は別に測定サンプリングデータにノイズが乗り誤動作が
生じる場合、該測定サンプリングデータ自体からノイズ
を除去する必要がある。この問題を解決する本発明の一
実施例について、図３のフローチャートを参照して説明
する。図３に示すステップＳ１１において超音波電気信
号を表す測定サンプリングデータの受信開始のサンプリ
ング時間（以下、開始値と称する）と受信終了のサンプ
リング時間（以下、終了値と称する）がＳＲＡＭ２１か
ら読み出されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ス
テップＳ1２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸
に係る基準レベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次に
ステップ1３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたベース
ラインのサンプリングデータと測定サンプリングデータ
とがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリング時間にそ
れぞれ対応して測定サンプリングデータとベースライン
データとの差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジス
タに記憶される。 【００４６】次にステップＳ１４に移り、ＣＰＵ２３は
ｎ番目の平滑化された差分データΔＨ_nを求めるため
に、例えばレジスタに記憶されたｎ−２、ｎ−１、ｎ、
ｎ＋１、ｎ＋２番目の差分データΔＡ_n-2、ΔＡ_n-1、Δ
Ａ_n、ΔＡ_n+1、ΔＡ_n+2を読み出し、平滑化式（５） 【数１３】 ΔＨ_n＝（１／８）（ΔＡ_n-2＋２ΔＡ_n-1 ＋２ΔＡ_n＋２ΔＡ_n+1＋ΔＡ_n+2） （５） に従い、平滑化された差分データΔＨ_nを算出し、レジ
スタに記憶する。以下、検出動作はこの平滑化処理され
た差分データΔＨ_nに基づいて行われる。 【００４７】次にステップＳ１５に移り、図２５に示す
ように、差分データのうち最大差分データを求めそれが
レジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えるかどう
か判断する。基準レベルを越えた場合は、そのサンプリ
ング時間Ｘ_Mはレジスタに記憶され、次のステップＳ１
６に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換えて
Ｙ軸に対しても同様にステップＳ１１〜Ｓ１５が実行さ
れ、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データがＹ軸
の基準レベル値を越えていると判断された場合は、パネ
ル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断されてス
テップＳ１７に移る。ステップＳ１７において、サンプ
リング時間Ｘ_Mに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ
座標として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステ
ップＳ１８においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２
８に対してタッチオンを示すデータをその座標データと
共に送出する。 【００４８】ステップＳ１５において最大差分データが
基準レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなか
ったとみなされ、ステップＳ１６に移ることなく、Ｘ軸
において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り
返される。また、ステップＳ１６においてＹ軸に関して
の最大差分データが基準レベル値を越えていない場合に
もタッチオンは検出されなかったとしてステップＳ１７
に移ることなく検出動作が繰り返される。 【００４９】ステップＳ１４における平滑化式は上記Δ
Ｈ_nの他に次のような式、 【数１４】 ΔＨ_n＝（１／３）（ΔＡ_n-1＋ΔＡ_n＋ΔＡ_n+1） （６） 【数１５】 ΔＨ_n＝（１／４）（ΔＡ_n-1＋２ΔＡ_n＋ΔＡ_n+1） （７） 【数１６】 ΔＨ_n＝（１／５）（ΔＡ_n-2＋ΔＡ_n-1 ＋ΔＡ_n＋ΔＡ_n+1＋ΔＡ_n+2） （８） を用いても良い。平滑式は式（５）、（７）のように重
み付けを行っても良い。重み付けの程度は自由である
が、ΔＡ_nに対する重みが大きい程、ΔＡ_nの値と平滑化
データが近い値となる。また、平滑化のサンプリングデ
ータは（６）、（７）式のように３点だけでなく、多数
の点数の平滑を行っても良い。平滑式の中で、割算の箇
所については、割る値が２^N（Ｎは整数）になるように
すれば、演算処理においてビットのシフトだけで割算が
可能となるので高速演算が可能である。例えば、（５）
式を使えば、割る数は８＝２³であるから、３ビットの
ビットシフトだけで割算が実現される。 【００５０】上述のように、測定サンプリングデータの
全ての点について毎回平滑化処理を行なって測定サンプ
リングデータ自体を平滑化し、ノイズによる誤動作の発
生を防止することができる。ただし、全ての測定サンプ
リングデータを平滑化することは演算に時間がかかり動
作速度が遅くなる虞れがある。このとき、最初に平滑化
されていない差分データΔＡ_nを使用してタッチの有無
の判定を行い、タッチ有りと判断したときのみ、そのタ
ッチ位置近傍の差分データ対してだけ平滑処理を行うこ
とにより高速で正確にタッチ位置を検出することもでき
る。 【００５１】測定サンプリングデータに対し式（４）を
使用してデジタルフィルタリングを行ってベースライン
データを一定周期毎に更正するとともに、上記平滑化式
により測定サンプリングデータを逐次平滑化することが
できる。更正されたベースラインデータと平滑化された
測定サンプリングデータを使用して検出動作を行えば、
ドリフトおよびノイズによる誤動作を確実に防止でき
る。 【００５２】実 施 例 Ｂ 課題Ｂを解決するための本発明の一実施例について説明
する。図４（Ａ）は、本発明を構成するためのパネル３
１の一実施例である。このパネル３１の一隅にはＸ方向
の弾性波を発生するための発信子３２が設けられ、該一
隅と対角線上の隅には発信子３２から発信されたＸ方向
の弾性波を受信するための受信子３３が設けられてい
る。同様に、前記一隅にはＹ方向の弾性波を発生するた
めの発信子３４が設けられ、該一隅と対角線上の隅には
発信子３４から発信されたＹ方向の弾性波を受信するた
めの受信子３５が設けられている。パネル３１の表面の
４つの周辺部には複数の反射素子２からなる反射アレイ
３６が形成されている。一方のＸ方向の周辺部におい
て、ひとつの隣り合う反射素子２、２の間隔（ピッチ）
は、他の隣り合う反射素子２、２の間隔と異なってい
る。そして、他方のＸ方向の周辺部における反射素子
２、２の間隔は、一方のＸ方向の周辺部における対向す
る各反射素子２、２の間隔と等しく配置され、Ｘ方向の
反射アレイ対を形成している。この反射アレイ対は、発
信子３２から発信された弾性波が該当する反射アレイ対
の反射素子によってパネル３１の検出面を直角に伝搬し
て受信子３３により受信される角度に設けられている。
パネル３１のＹ方向の周辺部においてもＸ方向の周辺部
と同様に配列された反射アレイ対が設けられている。Ｘ
方向の場合とＹ方向の場合では、全く同様に動作するの
で、以下では、Ｘ方向の場合のみ説明する。 【００５３】例えば、Ｘ方向の発信子３２から出力され
た超音波は図４（Ａ）のように伝播する。超音波は、素
子間隔が伝播中の超音波の波長と一致したＡ点で反射素
子に対して反射して、図４（Ａ）の反射アレイ対のＢ点
で受信子３３の方向に進路を変える。Ｂ点における反射
素子２の間隔は、Ａ点における反射素子２の間隔と等し
く構成されているので伝播している音波の波長と等し
い。従って、Ａ点で反射された音波は、Ｂ点で再び反射
されて、図４（Ａ）に示すように再びＸ軸方向に進路変
更し、同図のＸ方向の受信子３３によって受信される。
図４（Ａ）のＡ点で反射する音波は、実際にはＡ点のみ
に集中しているのではなく、同図（Ａ）の音波伝播領域
Ｓの幅に渡って分布している。このような反射が行われ
るのは、反射素子が、グレーティングと呼ばれる周波数
選択性を有する弾性波の反射器として構成されているた
めである。即ち、反射素子の間隔が弾性波の波長の半分
の整数倍となる周波数では、反射される弾性波がすべて
同位相で加わるため、ブラッグの反射として知られる強
い反射が生じる周知の現象を利用している。 【００５４】図４（Ｂ）は、Ｘ方向における検出面の左
端の座標をＸ_L、右端の座標をＸ_Rとしそれぞれの座標で
の反射素子の間隔（ピッチ）をλ_XL、λ_XRとした場合
に、Ｘ方向検出面におけるＸ座標と反射素子の間隔の分
布の関係を概略して示す図である。反射素子のピッチ分
布は、必ずしも同図のように、素子位置Ｘと直線関係に
ある必要はない。図４（Ｂ）において、発信子３２から
Ｘ座標に対して発信される波長λは、 【数１７】 λ＝（λ_XR−λ_XL）／（Ｘ_R−Ｘ_L）・（Ｘ−Ｘ_L）＋λ_XL ＝ａ・Ｘ＋ｂ （９） によって表される。例えばλ＝０．６ｍｍの音波を発生
させるには、ガラスでの音速を約３０００ｍ／ｓｅｃと
すると、ｆ＝３０００（ｍ／ｓｅｃ）／０．６（ｍｍ）
＝５ＭＨｚの振動を発信子３２で発生させる必要があ
る。ここで、Ｘ方向の発信子３２から、波長λ＝λ_XL〜
λ_XRの範囲の音波を発信し、受信子３３により受信し
て、波長λに対する受信音波強度を測定すると、例えば
図５に示すようになる。同図で実線は、指でタッチして
いないときの受信音波強度分布でこれがベースラインと
なる。指でタッチしたときは、同図の点線で示すように
タッチしたＸ座標位置に対応する反射素子に等しい波長
λ＝λ_Xの音波が指に吸収されベースラインより低下す
る。正確にはベースラインから一番低下している点の波
長をλ_Xとすれば良い。（９）式に、λ＝λ_Xを代入すれ
ば、 【数１８】 Ｘ＝（λ_X−ｂ）／ａ （１０） により、タッチしたＸ座標位置が計算される。 【００５５】図６は、課題Ｂを解決するための一回路構
成図であり、図１と同一部分は同一符号を付して説明は
省略する。図６において、マイクロプロセッサ２６は一
定の割合で増加する異なるデジタル値を時分割で順次、
Ｄ／Ａ変換器４１に出力する。Ｄ／Ａ変換器４１は入力
するデジタル値を対応するアナログ電圧値に順次変換
し、該電圧値ｖを電圧制御発振器（ＶＣＯ）４２に印加
する。電圧制御発信器４２はこの電圧値ｖに対応した異
なる周波数の正弦波である衝撃波を順次、出力する。電
圧制御発信器４２の代わりにいわゆるＶ／Ｆコンバータ
（電圧−周波数変換器）を使用しても良い。 【００５６】前記電圧制御発信器４２から出力された衝
撃波は、送信アンプ１２を介してＸ軸スイッチ１３およ
びＹ軸スイッチ１４に与えられ、Ｘ軸スイッチ１３を経
た信号は前記発信子３２へ、またＹ軸スイッチ１４を経
た信号は前記発信子３４へそれぞれ与えられる。さらに
前記衝撃波は波形整形器４３にも与えられ、ここで正弦
波が矩形波に整形されてカウンタ４４に出力される。カ
ウンタ４４は整形された矩形パルスのカウントを行い、
その計数値はマイクロプロセッサ２６に出力される。波
形整形器４３は特に備えなくても良い。カウンタ４４を
使うことによって、電圧制御発信器４２への入力電圧ｖ
と出力周波数ｆの関係を知ることができ、また、電圧ｖ
を電圧制御発信器４２に印加したときに、リアルタイム
で周波数ｆを得ることができる。 【００５７】発信子３２、３４を周波数ｆで駆動する
と、λ＝ｃ／ｆ（但し、ｃはセンサ板、例えばガラス中
の音速）の波長λを持つ超音波が発生する。この超音波
は前述したように受信子３３または３５によって受信さ
れ、Ｘ軸スイッチ１５またはＹ軸スイッチ１６、受信ア
ンプ１７、復調器１８、Ａ／Ｄ変換器１９をそれぞれ経
てマイクロプロセッサ２６に与えられ、サンプリングデ
ータとしてＲＡＭ２４にセーブされる。ＲＡＭ２４は、
格納するデータ数が多い場合、マイクロプロセッサ２６
の外部に設けることもある。 【００５８】マイクロプロセッサ２６は、Ｄ／Ａ変換器
４１をへて電圧制御発信器４２への入力電圧ｖを制御し
て超音波の周波数（従って波長λ）を段階的に変え、図
５に示すようなタッチしていないときのサンプリングデ
ータを最初に求め、ベースラインデータとしてＲＡＭ２
４に記憶する。この時、カウンタ４４をから一定時間Ｔ
毎に順次送られる計数値Ｋから周波数ｆ＝Ｋ／Ｔを計算
し、さらに式λ＝ｃ／ｆにより波長を求め、次に式（１
０）により座標を計算して順次ＲＡＭ２５に記憶する。
この結果、ベースラインデータと座標とが対応すること
になる。 【００５９】ベースラインデータを求めた同じ周波数
（波長）範囲で、測定サンプリングデータを求め、パネ
ル１上に物体のタッチがあるか否かの判定の演算および
タッチ位置の座標を求める演算を行う。電圧制御発信器
４２から段階的に衝撃波が出力され、衝撃波に基づく超
音波電気信号のＡ／Ｄ変換器１９を介したサンプリング
データが周波数（波長）に対応した測定データとしてＲ
ＡＭ２４に記憶される。なお、ＲＡＭ２４にはタッチオ
ンの有無を判断する基準となる基準レベル値がＸ軸およ
びＹ軸に対してそれぞれ設定されている。ＣＰＵ２３は
ＲＯＭ２５に記憶された演算プログラムに従って測定デ
ータの検出動作を行う。 【００６０】図７のフローチャートは本一発明の検出動
作を示し、そのステップＳ３１において超音波電気信号
を表す測定データの受信開始のサンプリング時間（以
下、開始値と称する）と受信終了のサンプリング時間
（以下、終了値と称する）がＲＡＭ２４から読み出され
てＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ３２
においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レ
ベル値がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ３
３に移り、ＲＡＭ２４に記憶されたベースラインのサン
プリングデータと測定サンプリングデータとがＣＰＵ２
３に読み出され、各周波数（波長）にそれぞれ対応して
測定サンプリングデータとベースラインデータとの間の
差のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶さ
れる。次にステップＳ３４に移り、図２５に示すよう
に、差分データのうち最大差分データを求めそれがレジ
スタに記憶された基準レベルＡｔｈを越えるかどうか判
断する。基準レベルを越えた場合は、その周波数（波
長）はλ_Xとされてレジスタに記憶され、次のステップ
Ｓ３５に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１６をオンに切り換
えてＹ軸に対しても同様にステップＳ３１〜Ｓ３４が実
行され、Ｙ軸の超音波に対してもその最大差分データが
Ｙ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合は、
パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断され
てステップＳ３６に移る。ステップＳ３６において、サ
ンプリング周波数（波長）λ_Xに対応するＸ軸の位置が
タッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座標も特
定される。ステップＳ３７においてＣＰＵ２３はホスト
コンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータをそ
の座標データと共に送出する。ステップＳ３４において
最大差分データが基準レベル値を越えていない場合には
タッチオンはなかったとみなされ、ステップＳ３５に移
ることなく、Ｘ軸において次の測定サンプリングデータ
の検出動作が繰り返される。また、ステップＳ３５にお
いてＹ軸に関しての最大差分データが基準レベル値を越
えていない場合にもタッチオンは検出されなかったとし
てステップＳ３６に移ることなく検出動作が繰り返され
る。 【００６１】図５の受信超音波強度分布は、例えば、図
８に示すように、等間隔で離散的にＡ／Ｄ変換器１９を
サンプリングすることによって求める。このサンプリン
グ速度は、マイクロプロセッサ２６から時分割にＤ／Ａ
変換器４１を経て電圧制御発信器４２へ与えられる電圧
ｖに関係するため、音速に直接影響されることなく自由
に調整することができる。従って、Ａ／Ｄ変換器１９
は、特に高速のものを使用する必要はない。測定サンプ
リングデータの分解能は原理的に電圧制御発信器４２に
加える電圧ｖの分解能、従って、Ｄ／Ａ変換器４１の分
解能によって決定される。また、１点のサンプリングの
時間は必要なら長くとることができるので、復調器１８
において行うＡＭ検波は、平滑回路の時定数を充分長く
することができるので、ＡＭ検波出力（従ってＡ／Ｄ変
換入力）のリップルを充分除去することができ、高精度
の信号測定が可能である。 【００６２】また、サンプリング速度を高速化すること
なく、タッチ検出の分解能を向上するためには曲線補完
法を利用することが考えられる。この方法は、実際にサ
ンプリングした点と点との間の最適なタッチ位置データ
を、その近辺の実際のサンプリング値を基に求めるもの
である。補間法には種々の方法があるが、例えば多項式
を使った１次補間法、２次補間法、３次補間法、‥‥等
がある。ここでは、一例として２次補間法を使った場合
について説明する。図９において、ΔＡ_n-1、ΔＡ_n、Δ
Ａ_n+1、ΔＡ_n+2は、ｔ＝ｔ_n-1、ｔ_n、ｔ_n+1、ｔ_n+2の時
点でサンプリングされたＡ／Ｄ変換値（ベースラインか
らの差分）である。サンプリングは等間隔で行われてい
るので、その間隔をｈとし、次式のようにＤ_n-1、Ｄ_n、
Ｄ_n+1、ｋ、ｋ₁を定義すると、 【数１９】Ｄ_n-1＝ΔＡ_n−ΔＡ_n-1 Ｄ_n ＝ΔＡ_n+1−ΔＡ_n Ｄ_n+2＝ΔＡ_n+2−ΔＡ_n-1 ｋ＝（ｔ−ｔ_n）／ｈ ｋ₁＝ｋ（１−ｋ）／４ （１１） ここで、ｔ_n’＝（ｔ_n＋ｔ_n+1）／２とすると、（１
１）式より、 【数２０】 ｋ ＝（ｔ_n’−ｔ_n）／ｈ＝（ｔ_n+1−ｔ_n）／２ｈ ｋ₁＝ｋ（１−ｋ）／４ となる。一方、ｔの時点を補間するベースラインからの
差分ΔＡ（ｔ）の２次補間式は、 【数２１】 ΔＡ（ｔ）＝ΔＡ_n＋ｋＤ_n−ｋ₁（Ｄ_n+1−Ｄ_n-1） （１２） により与えられる。従って、時点ｔ_n’における差分Δ
Ａ_n’は（１２）式により求められる。 【００６３】この差分ΔＡ_n’の値は、時点ｔ_nとｔ_n+1
の中間時点ｔ_n’の値を補間法で求めるものであるが、
さらに（１１）、（１２）式によりｔ_nとｔ_n+1との間に
任意の数だけ求めることができる。なお、２次補間法に
よるデータ処理ついて説明したが、より高次の補間法を
行えば一層正確な値が計算されるが、計算に時間がかか
る。また、補完法によるデータ処理を全ての差分データ
について行うのは処理時間が膨大になり効率的でないた
め、補完前のデータにより予めタッチが検出され得られ
たタッチ位置（例えば最大差分値）について、その近傍
の差分データに補完法を適用すれば十分である。 【００６４】２次補間法でタッチした位置を求めるに
は、例えば図１１に示すように、サンプリングデータか
ら直接知られる最大の差分をΔＡ_nとすると、ΔＡ_n-1、
ΔＡ_n、ΔＡ_n+1、ΔＡ_n+2を（１１）、（１２）式に代
入してΔＡ_n’を求め、さらにΔＡ_n-2、ΔＡ_n-1、Δ
Ａ_n、ΔＡ_n+1を（１１）、（１２）式に代入してｔ_n-1
とｔ_nとの中間時点の差分ΔＡ_n-1’を求める。次に、Δ
Ａ_n-1’、ΔＡ_n、ΔＡ_n’のうち最大となる値をタッチ
された位置とする。 【００６５】実 施 例 Ｃ 課題Ｃに述べたように、超音波式検出装置ではデータの
点数が多い為、データ処理時間が長くなる結果、走査時
間が遅くなる。そこでサンプリング後のデータ処理を高
速にすると、走査速度は高速化する。例えば指の幅は１
０ｍｍぐらいであるので、パネル１に指でタッチすると
サンプリングされたＡ／Ｄ変換値が、音波の吸収によっ
てベースラインの値から減少する部分は、せいぜい指の
幅の部分のみである。従って、分解能が０．３ｍｍの場
合では、１０／０．３＝３３点であるから、例えばタッ
チした位置の前後５０点くらいに対してデータ処理を行
えば十分である。例えば課題Ｃの例と同じ条件で処理時
間を計算すると約０．５ｍｓとなり、Ｘ、Ｙ座標を合わ
せると１．０ｍｓとなる。これにＡ／Ｄ変換器の駆動と
その他の処理時間が加算されて約４ｍｓになる。さら
に、ノイズに対する平滑化等を行っても約２〜３ｍｓが
加算されるだけで、走査時間は約６〜７ｍｓに収まるこ
とになる。この走査時間はタブレットの操作時間に十分
追従できる速度となる。なお、１６ビットのマイクロプ
ロセッサ、高速クロックを使用すれば走査時間はさらに
速くなる。 【００６６】図１に示される超音波式検出装置において
動作する図１０のフローチャートは本一発明の実施例を
示し、そのステップＳ４１において超音波電気信号を表
す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、開
始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、
終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されてＣＰ
Ｕ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ４２におい
てＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値
がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ４３に移
り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたサンプリングデータのう
ち選択されたもの、例えば１つまたは２つ間隔の測定サ
ンプリングデータと、該測定サンプリングデータと対応
するベースラインデータがＣＰＵ２３に読み出され、両
データとの間の差分のデータが演算されてＣＰＵ２３の
レジスタに記憶される。次にステップＳ４４に移り、差
分データがレジスタに記憶された基準レベルＡｔｈを越
えたか否かが開始値から終了値までの各サンプリング時
間ごとに判断され、最初に基準レベルＡｔｈを越えたサ
ンプリング時間を第１の時間Ｘ_Lとし、基準レベルを越
えてから再び該基準レベル以下になる直前のサンプリン
グ時間を第２の時点Ｘ_Rとしてそれぞれレジスタに記憶
される。差分データが基準レベル値を越えている場合は
ステップＳ４５に移り、Ｙ軸スイッチ１４、１６をオン
に切り換えてＹ軸に対しても同様にステップＳ４１〜Ｓ
４４が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその差分デー
タがＹ軸の基準レベル値を越えていると判断された場合
は、パネル１に物体のタッチあり（タッチオン）と判断
されてステップＳ４６に移る。 【００６７】ステップＳ４６においてＲＡＭ２４に記憶
されている領域設定用の設定定数Ｃが読み出されサンプ
リング時間Ｘ_LからＣを差し引いた値Ｘ_L−Ｃが開始値と
され、サンプリング時間Ｘ_RにＣを加えた値Ｘ_R＋Ｃが終
了値とされてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステ
ップＳ４７において、開始値から終了値の間の各測定サ
ンプリングデータが選択されることなく全て読出され、
これと対応するベースラインデータとから各差分データ
が演算されてレジスタに記憶される。そして、各差分デ
ータから最大差分データを求め、そのサンプリング時間
はＸ_Mとされてレジスタに記憶され、次のステップＳ４
８に移る。Ｙ軸に対しても同様にステップＳ４６、Ｓ４
７が実行される。ステップＳ４９において、サンプリン
グ時間Ｘ_Mに対応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標
として特定され、同様にＹ座標も特定される。ステップ
Ｓ５０においてＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に
対してタッチオンを示すデータをその座標データと共に
送出する。なお、サンプリング時間と座標は１対１に対
応しているから設定定数Ｃを１０程度にすれば５０点程
の差分データに対して詳細なデータ処理を行えば良い。 【００６８】ステップＳ４４において差分データが基準
レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかった
とみなされ、ステップＳ４５に移ることなく、Ｘ軸にお
いて次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返さ
れる。また、ステップＳ４５においてＹ軸に関しての差
分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチ
オンは検出されなかったとしてステップＳ４６に移るこ
となく検出動作が繰り返される。 【００６９】上記ステップＳ４１〜Ｓ４５では、サンプ
リングの時系列、 Ｘ₀、Ｘ₁、…、Ｘ_nに対してＸ₀、
Ｘ₁、…、と順次読出すのではなく、例えば、１つ間隔
でＸ₀、Ｘ₂、Ｘ₄、…、と、あるいは、２つ間隔でＸ₀、
Ｘ₃、Ｘ₆、…、と、所定の間隔を空けてデータを読出し
て上記判定動作を行い、Ｘ_L、Ｘ_Rを求めている。データ
読出しの間隔を空けるとその分だけデータ処理時間を短
縮することができ、走査速度を上げることができる。Ｘ
_L、Ｘ_Rが求められた後はその開始値から終了値までのデ
ータは間隔を空けることなくステップＳ４６〜Ｓ５０の
データ処理が行われる。 【００７０】タッチ有無の判定をハードウェアで高速に
行い、タッチ有りの期間Ｘ_L〜Ｘ_Rを先に知って、その後
に先に述べたようにそのＸ_L〜Ｘ_Rの近傍のデータをマイ
クロプロセッサ２６に取り込んでその部分のみ詳細にデ
ータ処理を行なっても良い。図１１は、物体のパネルへ
のタッチの有無をハードウエアにより迅速に検出する回
路の実施例である。図１１は、図１の回路に、ベースラ
イン格納用のＳＲＡＭ５１、引算器５２、比較器５３、
タイミング発生回路５４を追加したものである。マイク
ロプロセッサ２６は、ＳＲＡＭ５１、比較器５３、タイ
ミング発生回路５４を制御し、タイミング発生回路５４
はＡ／Ｄ変換器１９、バッファ２０、ＳＰＲＡＭ２１、
５１及び引算器５２の動作タイミングを制御する。図１
の復調器１８でＡＭ復調された信号は、Ａ／Ｄ変換器１
９により例えば８ビットのデータＰに変換され、ＳＲＡ
Ｍ２１に格納される。同時に、このデータＰは引算器５
２の一端に入力され、バッファ２２にも与えられる。一
方、ベースラインのサンプリングデータは予めＳＲＡＭ
５１に保存されており、マイクロプロセッサ２６はＡ／
Ｄ変換された測定サンプリングデータＰと同位置に相当
するベースラインのサンプリングデータＱをＳＲＡＭ５
１から出力して、引算器５２の他端に入力する。する
と、引算器５２は、２つの入力Ｐ、Ｑの差分ΔＡ＝Ｑ−
Ｐを比較器５３の一方の入力端へ出力する。データＰお
よびＱが８ビットデータであれば、ΔＡも８ビットデー
タとなるが、ボロー（桁借り）信号を出力しても良い。
比較器５３の他方の入力端には、マイクロプロセッサ２
６からタッチオン／オフの基準値Ａｔｈが入力される。
このＡｔｈもデジタル値で、例えばΔＡが８ビットであ
るなら、Ａｔｈも８ビットとなる。比較器５３はこれら
２つの入力ΔＡ、Ａｔｈの大きさを比較して、その大小
の判定信号を出力する。この信号はマイクロプロセッサ
２６によって読みとられる。 【００７１】図１２は図１１の回路を使用した走査のフ
ローを示し、そのステップＳ５１においてＸ軸スイッチ
１３、１５がオン（Ｙ軸スイッチ１４、１６はオフ）し
た状態でＸ軸についての検出動作が行われ、図１１に示
した回路により測定データのサンプリングと同時に差分
ΔＡが演算され、基準値Ａｔｈと大小が比較され、その
結果がマイクロプロセッサ２６に知らされる。差分が基
準値を越えた場合は、次の詳細なデータ処理が実行され
る。ステップＳ５２においてＲＡＭ２４に記憶されてい
る領域設定用の設定定数Ｃが読み出される。ステップＳ
５３においてＣＰＵ２３のレジスタに記憶されている最
初に基準レベルＡｔｈを越えたサンプリング時間Ｘ
_Lと、基準レベルを越えてから再び該基準レベル以下に
なる直前のサンプリング時間Ｘ_Rと設定定数Ｃから、Ｘ_L
からＣを差し引いた値Ｘ_L−Ｃが開始値とされ、Ｘ_RにＣ
を加えた値Ｘ_R＋Ｃが終了値とされてＣＰＵ２３のレジ
スタに記憶される。次にステップＳ５４に移り、開始値
から終了値までのＳＲＡＭ２１、ＳＲＡＭ３１に記憶さ
れた測定サンプリングデータとベースラインのサンプリ
ングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリン
グ時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベ
ースラインデータとの間の差のデータが演算されてＣＰ
Ｕ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ５５に
移り、差分データのうち最大差分データを求めてＸ_Mと
して次のステップＳ５６に移る。Ｙ軸スイッチ１４、１
６をオンに切り換えてＹ軸に対しても同様に差分が算出
され基準値と比較される。差分が基準値を越えた場合は
ついでステップＳ５１〜Ｓ５５が実行され、Ｙ軸の超音
波に対してもその最大差分データが算出される。ステッ
プＳ５７において、サンプリング時間Ｘ_Mに対応するＸ
軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様に
Ｙ座標も特定される。ステップＳ５８においてＣＰＵ２
３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示す
データをその座標データと共に送出する。 【００７２】ステップＳ５１において差分データが基準
レベル値を越えていない場合にはタッチオンはなかった
とみなされ、ステップＳ５２に移ることなく、Ｘ軸にお
いて次の測定サンプリングデータの検出動作が繰り返さ
れる。また、ステップＳ５６においてＹ軸に関しての差
分データが基準レベル値を越えていない場合にもタッチ
オンは検出されなかったとしてステップＳ５７に移るこ
となく検出動作が繰り返される。 【００７３】図１１の回路を使用しかつ図１２のフロー
の手順とは別の手順によりタッチの検出を実施すること
もできる。即ち、Ａ／Ｄ変換器１９によるＡ／Ｄ変換値
をすべて予めＳＲＡＭ２１に格納し、Ａ／Ｄ変換がすべ
て完了した後に、ＳＲＡＭ２１から測定サンプリングデ
ータを、ＳＲＡＭ５１からそのデータに対応するベース
ラインデータをそれぞれ出力させ、引算器５２、比較器
５３を介して、タッチ有無判定の基準値Ａｔｈとの大小
の判定結果をマイクロプロセッサ２６に取り込む。この
場合、ＳＲＡＭ２１、５１からのデータ出力は、例えば
時間Ｘ₀から順に行うと良い。 【００７４】図１３〜図１８は、防水、防滴のための完
全密閉構造を有する体積弾性波を利用した本発明の超音
波式検出装置の実施例を示している。体積弾性波のうち
剪断モードの音波は流体中に伝播しないことが知られて
いる。従って、粘度の低い例えば液状シリコンゴム等の
音波の吸収力がない材料を密閉構造の接着剤として使用
しても音波は比較的吸収されないので、タッチの検出が
可能である。 【００７５】図１３は、ベゼル１０とガラスの検出パネ
ル１を液状シリコンゴム６１で接着した構造を示してい
る。ベゼル１０と検出パネル１の接着面は完全な防水、
防滴が可能な密閉構造が実現できるまで幅を広く取る。
液状シリコンゴムは、室温で硬化するので、接着後に液
がこぼれ落ちるおそれはない。反射アレイ３はベゼル１
０の内側であって検出パネル１の外周近傍の表面に設け
られる。シリコンゴム６１は接着力が（例えば両面テー
プのように）強力でないので、剥離を防止するために、
検出パネル１の裏面にサポータ６２を当てベゼル１０に
ネジ止めにより固定する。サポータ６２をベゼル１０に
固定するにはネジ止めの外、例えば両面テープを使用し
ても良い。サポータ６２は、多少スプリング（ばね）が
効くものを使用しても良い。サポータ６２は補強のため
なので検出パネル１の適当な箇所に数箇所止めるだけで
良い。 【００７６】図１４は、液状シリコンゴム６１によりベ
ゼル１０を検出パネル１に固定する図１３の構造と実質
的に同じであるが、組立て工程を容易にするためにベゼ
ル１０とガラスの検出パネル１の間にスペーサ６３を介
在した構造である。最初に検出パネル１にスペーサ６３
を、例えばシリコンゴム６１で接着し、その後ベゼル１
０とスペーサ６３を両面テープ６４で完全密閉に接着す
る。図１３と同様に、シリコンゴム６１による接着力は
弱いのでサポータ６２を検出パネル１に当てベゼル１０
にネジにより固定して補強する。図１４において反射ア
レイ３は検出パネル１の外周近傍の裏面に設けられてい
るが、これは図１３のように検出パネルの表面に設ける
とスペーサ６３に加えてその分だけ横方向の空間を必要
とし検出面が減少するので、これを改善するためであ
る。反射アレイ３が防水、防滴構造により保護されるこ
とは図１３と同様である。体積弾性波の方式においては
反射アレイ３と反対側の検出パネル１の表面をタッチ面
として使用することができる。 【００７７】図１５は、スペーサ６３をベゼル１０と検
出パネル１の間に介在させて液状シリコンゴム６１によ
り固定する図１４の構造と類似するが、図１４の構造よ
りもさらに強固に構成したものである。２つのスペーサ
６３を僅かに離間させてガラスの検出パネル１の表面に
予め両面テープ６５で軽く止めてから、スペーサ６３の
間に空いたスペースに液状シリコンゴム６１を充填して
スペーサ６３を検出パネル１に固定する。このとき使用
する両面テープ６５は仮止めのためであるので僅かな幅
で差し支えなく、タッチの検出には支障はない。その
後、スペーサ６３の上面とベゼル１０の裏面とを図１４
に示すような幅の広い両面テープ６６で固定する。図１
４と同様に、反射アレイ３を検出パネル１の裏面に設け
ると共にサポータ６２によりベゼル１０を検出パネル１
に固定する。 【００７８】図１６は、図１４のスペーサ６２とベゼル
１０との固定を両面テープ６４より完全な防水構造であ
る振動溶着に代えた構造である。スペーサ６７の材料と
してアクリルあるいはプラスチック等の振動溶着可能な
材料を使用し、同図に示すように、ベゼル１０とスペー
サ６７を振動溶着により溶着する。図１６に示すように
振動溶着するときに予めバリ溜まり６８を用意しておく
と振動溶着を行い易い。その他の構造は図１４の場合と
同様である。 【００７９】図１７（Ａ）は、ベゼル１０と検出パネル
１にアクリルあるいはプラスチック等の振動溶着可能な
材料を使用する場合、ベゼル１０と検出パネル１を直
接、振動溶着で溶着する構造である。反射アレイ３は検
出パネル１の外周部の裏面に設けられている。反射アレ
イ３を覆うようにベゼル１０の先端部を突出させている
のは反射アレイ３が視界に入ることを避けるためであ
る。同図に示すように検出パネル１の表面の振動溶着部
６９の位置を反射アレイ３の位置よりも検出パネル１の
外周部にすると、溶着部６９による音波の反射の影響を
受けなくなる。通常、検出パネル１の四隅の振動溶着部
６９の位置は図１７（Ｂ）の点線で示すように稜線に沿
って設けるが、実線に示すように四隅に関しては折り曲
げた位置にするのが良い。これは図１８に示すように発
信子４または受信子５と振動溶着部６９との間隔は、発
信子４または受信子５から発せられる音波の衝撃波（バ
ースト）が振動溶着部６９による反射波と共振して波動
を乱すのを避けるため一定以上の距離Ｌを保つためであ
る。 【００８０】 【発明の効果】 【００８１】 【００８２】 【００８３】この発明によれば、減算手段および比較手
段をハードウエア構成にすることによる高速データ処理
によってタッチした位置を検出し、タッチ位置の近傍の
みを詳細にデータ処理してタッチ座標を取得するので高
速走査を行うことが可能となり、タブレットに相当する
高速入力が可能となる。 【００８４】

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の超音波式検出装置の概略全体構成図
である。 【図２】超音波式検出装置の検出動作を示すフローチャ
ートである。 【図３】超音波式検出装置の別の検出動作を示すフロー
チャートである。 【図４】この発明の超音波式検出装置の超音波が伝播さ
れるパネル面および検出動作の原理を示す図である。 【図５】受信された超音波信号の強度分布を波長の変化
として示す図である。 【図６】この発明の超音波式検出装置の概略全体構成図
である。 【図７】超音波式検出装置の検出動作の一実施例を示す
フローチャートである。 【図８】受信された超音波信号のサンプリングの一例を
示す図である。 【図９】補間法を説明する図である。 【図１０】検出動作の一実施例を説明するフローチャー
トである。 【図１１】この発明の超音波式検出装置の一実施例の要
部構成図である。 【図１２】データ走査の一実施例を説明するフローチャ
ートである。 【図１３】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部構成図である。 【図１４】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部構成図である。 【図１５】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部構成図である。 【図１６】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部構成図である。 【図１７】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部断面図および振動溶着位置を示す検出パネルの平
面図である。 【図１８】超音波式検出装置の防水構造を示す一実施例
の要部構成図である。 【図１９】超音波が伝播される超音波式検出装置のパネ
ル面を示す図である。 【図２０】超音波を発信する発信子の取付け構造を示す
図である。 【図２１】パネルを伝播して受信される超音波の受信信
号の状態を示す図である。 【図２２】受信された超音波信号の電圧の時間経過を示
す図である。 【図２３】受信された超音波信号のサンプリングを説明
する図。 【図２４】サンプリングされた超音波信号を基準となる
ベースラインとして示す図である。 【図２５】タッチオンのある測定サンプリングデータと
ベースラインとの差を示す図である。 【図２６】超音波式検出装置に使用する液晶表示装置の
全体外観図である。 【図２７】超音波検出装置の防水構造の従来例を示す要
部構成図である。 【図２８】超音波検出装置の防水構造の従来例を示す要
部構成図である。 【図２９】ノイズによる検出誤動作が生じる理由を説明
する図である。 【図３０】ノイズによる検出誤動作が生じる別の理由を
説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 G06F 3/033 - 3/037

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の異なる波長の超音波をパネルのＸ
   方向およびＹ方向へ発振する発振手段と、 前記発信手段から発信される異なる超音波の波長を時分
   割で発信するための制御を行う発信制御手段と、 前記発信された超音波を受信する受信手段と、 前記発信された超音波が伝搬するパネル上に前記複数の
   異なる波長毎に対応する所定の間隔で配置され、前記パ
   ネル上の検出面を通る所定の波長の超音波を選択して反
   射させ、前記受信手段へと伝搬させる反射アレイ対と、 前記受信手段から受信された所定の波長の超音波を基準
   レベルと比較することにより該当する所定の波長の反射
   位置における物体のタッチの有無を検出する手段と、 を備え、前記パネル上を伝搬する超音波を吸収する物体
   の有無または位置を検出する超音波式検出装置。