JP3867255B2 - 超音波タッチパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はすだれ状電極を備えた圧電板を非圧電板に設けることにより、入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力でその非圧電板の板面上に接触した位置の座標を特定する超音波タッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタッチパネルには抵抗膜を用いる方法と超音波を用いる方法が主に挙げられる。抵抗膜を用いる方法は透明導電性フィルム（抵抗膜）に接触することによりその透明導電性フィルムの抵抗値が変化することを利用したものであり、低消費電力であるものの応答時間、感度、耐久性等の点で問題を有している。また、パネルの大面積化が難しいという欠点を有する。超音波を用いる方法は予め弾性表面波を励振させておいた非圧電板に接触することによりその弾性表面波が減衰するということを利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙げられる。くさび形トランスデューサは超音波による非破壊検査等に用いられているが、くさび角の工作精度の問題等から比較的低い周波数領域においてのみ用いられる。圧電薄膜トランスデューサはＺｎＯ等の圧電薄膜を基板に蒸着しすだれ状電極により弾性表面波を励振する方法で、すだれ状電極の構成により種々の伝送特性を示すことから高周波デバイスとして用いられるが、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯に限られるとともに加工性や量産性に問題がある。このようにして、従来のタッチパネルでは応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性および使用しやすさ等の点で問題があり、使用周波数領域も制限されている。そこで、これらの問題点を解決する超音波タッチパネルが本願発明者により特願平４−２１８３３６等で出願された。この超音波タッチパネルは、圧電薄板とすだれ状電極とから成る超音波デバイスを非圧電板の一方の板面に少なくとも２つ設けて成り、低消費電力で効率良く弾性表面波を非圧電板の板面に励振することができる。従って、非圧電板の一方の板面における弾性表面波の伝搬路に人指または物体が接触すれば弾性表面波が減衰または消滅することから人指または物体による接触が感知される。しかし、このような弾性表面波を用いる方法では、電磁ノイズの影響を受けにくいことからパネルの大面積化が容易である等の長所を有するものの、パネルに接触する際の接触圧の大小に左右されることなく応答が起こることから、高感度である反面、誤動作しやすく使用しにくいという短所を有する。たとえば、入力ペンのペン先でパネルに接触しその位置の座標を算出するには、ほんの少しでもパネルに手を触れることは許されない。これは、パネルに手を触れることにより座標の算出が不可能になるからである。また、パネルへの少量の異物の付着などによる影響を受け易い。さらに、この超音波タッチパネルではすだれ状電極の電極指に垂直な双方向に均等に超音波が励振されることから、少なくとも超音波エネルギーの半分を浪費していたことになるばかりでなく、圧電薄板の厚さによっては不要信号を引き起こすもととなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のタッチパネルでは応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性および使用しやすさ等の点で問題があるばかりでなく、超音波エネルギーの浪費、支持の仕方および不要信号等の点でも問題があった。
本発明の目的は、加工性、耐久性および量産性に優れ、低消費電力駆動で応答時間が短く、パネルへの軽い手つきやパネルへの少量の異物の付着などによる影響を受けることのない使用しやすさに優れた超音波タッチパネルを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波タッチパネルは、非圧電板と、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記非圧電板の一方の板面またはもう一方の板面に備えられた少なくとも１種類の色で表示される表示画面と、情報処理部とから成る超音波タッチパネルであって、前記情報処理部は前記各超音波送受波手段および前記表示画面に接続されており、前記各超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｉ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、すだれ状電極Ｉ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、Ｎ個のスイッチＣ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉは前記圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、前記すだれ状電極Ｉ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられており、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記圧電板Ｐ_Ｔの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板に固着され、前記圧電板Ｐ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板に固着されていて、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成り、前記非圧電板は前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含み、前記スイッチＣ_ｉの出力端は前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉは、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｔを入力されることにより、前記部分Ｐ_Ｔｉと、前記非圧電板のうち前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させ、前記２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、該弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、該弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｉ_Ｒは、前記非圧電板中に伝搬した弾性波を前記圧電板Ｐ_Ｒと、前記非圧電板のうち前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、該２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｒに変換して出力し、前記２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した前記弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記各圧電板の厚さｄは前記各電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあり、前記情報処理部は前記スイッチＣ_ｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出し、前記非圧電板における前記表示画面を有しない方の板面上に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触することを前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＣ_ｉを特定することにより接触位置を特定し、特定された前記接触位置に対応する情報を前記表示画面に表示する。
【０００５】
請求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記２層構造部Ｌ_Ｔｉと前記２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記２層構造部Ｌ_Ｔｉと前記２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
【０００６】
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
【０００７】
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣ_ｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣ_ｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続されており、前記発振器Ｈ_ｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉ、前記増幅器Ａ_Ｘ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉ、前記増幅器Ａ_Ｙから成る。
【０００８】
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、非圧電板と、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記非圧電板の一方の板面またはもう一方の板面に備えられた少なくとも１種類の色で表示される表示画面と、情報処理部とから成る超音波タッチパネルであって、前記情報処理部は前記各超音波送受波手段および前記表示画面に接続されており、前記各超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｔ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の接地電極Ｇ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、すだれ状電極Ｒおよび接地電極Ｇ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、移相器Ｓ_Ｔと、移相器Ｓ_Ｒと、Ｎ組のスイッチＷ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極Ｔ_ｉは前記圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、前記接地電極Ｇ_Ｔｉは前記圧電板Ｐ_Ｔのもう一方の板面に設けられており、前記すだれ状電極Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられ、前記接地電極Ｇ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記接地電極Ｇ_Ｔｉを介して前記非圧電板に固着され、前記圧電板Ｐ_Ｒは前記接地電極Ｇ_Ｒを介して前記非圧電板に固着されていて、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記すだれ状電極Ｔ_ｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成り、前記非圧電板は前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含み、前記すだれ状電極Ｔ_ｉは、電極Ｔ_ｉ−１およびＴ_ｉ−２から成り、前記電極Ｔ_ｉ−１の電極指と前記電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記スイッチＷ_ｉはスイッチＷ_ｉ−１およびスイッチＷ_ｉ−２から成り、前記スイッチＷ_ｉ−１の出力端は前記電極Ｔ_ｉ−１の入力端に接続されており、前記スイッチＷ_ｉ−２の出力端は前記電極Ｔ_ｉ−２の入力端に接続されており、前記移相器Ｓ_Ｔは少なくとも１つのコイルＬ_１を含み、前記コイルＬ_１は前記スイッチＷ_ｉ−１またはＷ_ｉ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔ_ｉおよび前記接地電極Ｇ_Ｔｉは、前記電極Ｔ_ｉ−１と前記接地電極Ｇ_Ｔｉとの間および前記電極Ｔ_ｉ−２と前記接地電極Ｇ_Ｔｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２を前記移相器Ｓ_Ｔを介して入力されることにより、前記部分Ｐ_Ｔｉと、前記非圧電板のうち前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させ、前記電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２の周波数は前記すだれ状電極Ｔ_ｉの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、該弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｔ_ｉの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ_−１およびＲ_−２から成り、前記電極Ｒ_−１の電極指と前記電極Ｒ_−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器Ｓ_Ｒは少なくとも１つのコイルＬ_２を含み、前記コイルＬ_２は前記電極Ｒ_−１またはＲ_−２の出力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｒおよび前記接地電極Ｇ_Ｒは、前記非圧電板中に伝搬されている弾性波を前記圧電板Ｐ_Ｒと、前記非圧電板のうち前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、該２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２として前記電極Ｒ_−１と前記接地電極Ｇ_Ｒとの間および前記電極Ｒ_−２と前記接地電極Ｇ_Ｒとの間から出力し、前記移相器Ｓ_Ｒは前記電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２を同じ位相の電気信号Ｅ_Ｒに合成して出力し、前記電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２の周波数は前記すだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した前記弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記各圧電板の厚さｄは前記各電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあり、前記情報処理部は前記スイッチＷ_ｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出し、前記非圧電板における前記表示画面を有しない方の板面上に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触することを前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＷ_ｉを特定することにより接触位置を特定し、特定された前記接触位置に対応する情報を前記表示画面に表示する。
【０００９】
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記電極Ｔ_ｉ−１の電極指と前記電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｅ_Ｔ１とＥ_Ｔ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、前記電極Ｒ_−１の電極指と前記電極Ｒ_−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｅ_Ｒ１とＥ_Ｒ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ。
【００１０】
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記２層構造部Ｌ_Ｔｉと前記２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記２層構造部Ｌ_Ｔｉと前記２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とが互いに直交している。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させており、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉが互いに隣接するかまたは一部分を重複させている。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｔの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｔの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続されており、前記発振器Ｈ_ｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｔ、前記スイッチＷ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉ、前記移相器Ｓ_Ｒ、前記増幅器Ａ_Ｘ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｔ、前記スイッチＷ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉ、前記移相器Ｓ_Ｒ、前記増幅器Ａ_Ｙから成る。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、前記各圧電板が圧電セラミックで成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ方向と平行である。
【００１４】
請求項１１に記載の超音波タッチパネルは、前記各圧電板がＰＶＤＦその他の圧電性高分子化合物で成る。
【００１５】
請求項１２に記載の超音波タッチパネルは、前記非圧電板がガラスで成る。
【００１６】
請求項１３に記載の超音波タッチパネルは、前記表示画面単体に伝搬する弾性波の位相速度が、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波タッチパネルは非圧電板と、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、非圧電板のどちらか一方の板面に備えられた少なくとも１種類の色で表示される表示画面と、情報処理部とから成る簡単な構造を有する。情報処理部は各超音波送受波手段および表示画面に接続されている。
【００１８】
超音波送受波手段としては２つの構造が提供されている。第１の構造は各超音波送受波手段がＮ組のすだれ状電極Ｉ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、すだれ状電極Ｉ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、Ｎ個のスイッチＣ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成るものである。この場合、すだれ状電極Ｉ_Ｔｉは圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、圧電板Ｐ_Ｔは圧電板Ｐ_Ｔのどちらか一方の板面を介して非圧電板に固着されている。すだれ状電極Ｉ_Ｒは圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられており、圧電板Ｐ_Ｒは圧電板Ｐ_Ｒのどちらか一方の板面を介して非圧電板に固着されている。このとき、圧電板Ｐ_Ｔがすだれ状電極Ｉ_Ｔｉを有する板面を介して非圧電板に固着されるときには、圧電板Ｐ_Ｒはすだれ状電極Ｉ_Ｒを有する板面を介して非圧電板に固着される。スイッチＣ_ｉの出力端はすだれ状電極Ｉ_Ｔｉの入力端に接続されている。圧電板Ｐ_Ｔはすだれ状電極Ｉ_Ｔｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成る。非圧電板は部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含む。
【００１９】
すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｔをすだれ状電極Ｉ_Ｔｉに入力する構造を採用することにより、部分Ｐ_Ｔｉと、非圧電板のうち部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬させることができる。２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波（つまりＡ_０モードを除く波）であって、この弾性波の波長はすだれ状電極Ｉ_Ｔｉの電極周期長ｐとほぼ等しい。この弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｉ_Ｔｉから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｔと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。また、圧電板Ｐ_Ｔの厚さｄをすだれ状電極Ｉ_Ｔｉの電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下にするとともに、非圧電板の厚さを圧電板Ｐ_Ｔの厚さｄとほぼ等しくするかまたはそれ以下にし、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が圧電板Ｐ_Ｔ単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあるような物質、たとえばガラス等を非圧電板として採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よくＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波を励振し、さらにこの弾性波を効率よく非圧電板に伝搬させることが可能となる。つまり、すだれ状電極Ｉ_Ｔｉから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を増大させることができる。このようにして、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。
【００２０】
すだれ状電極Ｉ_ＴｉおよびＩ_Ｒを弾性波の送受波の指向軸が共通になるように配置する構造を採用することにより、非圧電板中に伝搬した弾性波を圧電板Ｐ_Ｒと、非圧電板のうち圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波をすだれ状電極Ｉ_Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｒに変換して出力させることができる。このとき、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波の波長はすだれ状電極Ｉ_Ｒの電極周期長ｐとほぼ等しい。この弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬された弾性波がすだれ状電極Ｉ_Ｒにおいて電気信号に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｒと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。また、圧電板Ｐ_Ｒの厚さｄをすだれ状電極Ｉ_Ｒの電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下にするとともに、非圧電板の厚さを圧電板Ｐ_Ｒの厚さｄと等しくするかまたはそれ以下にし、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が圧電板Ｐ_Ｒ単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあるような物質、たとえばガラス等を非圧電板として採用することにより、非圧電板中に伝搬されている弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させた後、すだれ状電極Ｉ_Ｒから電気信号Ｅ_Ｒとして出力させることができ、弾性波が電気信号Ｅ_Ｒに変換される度合を増大させることができる。
【００２１】
非圧電板上における表示画面を有しない方の板面上のすだれ状電極Ｉ_ＴｉとＩ_Ｒとの間が入力ペンのペン先に所定の値を越える圧力で接触されると、弾性波の伝搬路が遮断されるので、弾性波が消滅または減衰する。従って、それに伴ってすだれ状電極Ｉ_Ｒに出力される電気信号Ｅ_Ｒも消滅または減衰する。情報処理部が電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出する機能と、非圧電板の板面上にペン先が所定の値を越える圧力で接触したことを電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断する機能とを備えていることにより、非圧電板の板面上に所定の値を越える圧力で接触したことが感知される。この際、弾性波が非圧電板の表面付近ではなく内部を伝搬する波であることから、非圧電板の２つの板面のうちどちらの板面を接触することによっても弾性波が消滅または減衰する。従って、どちらか一方の板面には表示画面を設け、もう一方の板面はペン先の接触面として使用することが可能となる。また、ほんの軽く手を触れた程度では弾性波は消滅または減衰しないことから、非圧電板上への手付き等による誤動作を防ぐことができる。このようにして、非圧電板上への軽い手つきや少量の異物の付着などによる影響を受けることがなく、しかも応答時間が短い。従って、入力ペンのペン先等で非圧電板上に接触したときにのみ応答があるようなタッチパネルが実現できる。さらに、情報処理部がスイッチＣ_ｉを順次に所定の周期で断続する機能と、電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＣ_ｉを特定することにより非圧電板上の接触位置を特定する機能とを備えていることにより、非圧電板上の接触位置が分かる。たとえば、非圧電板の板面上を接触することにより電気信号Ｅ_Ｒの大きさが消滅し、そのとき接続されていたのがスイッチＣ_５であれば、そのスイッチＣ_５に対応する弾性波の伝搬路上が接触位置と分かる。また、情報処理部が特定されたスイッチＣ_ｉに対応する情報を表示画面に表示する機能を備えていることから、非圧電板の板面上を接触することにより、その接触位置に応じた情報を表示画面に表示することが可能となる。
【００２２】
超音波送受波手段の第２の構造は、各超音波送受波手段がＮ組のすだれ状電極Ｔ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の接地電極Ｇ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、１組のすだれ状電極Ｒおよび接地電極Ｇ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、移相器Ｓ_Ｔと、移相器Ｓ_Ｒと、Ｎ組のスイッチＷ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成るものである。すだれ状電極Ｔ_ｉは圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、接地電極Ｇ_Ｔｉは圧電板Ｐ_Ｔのもう一方の板面に設けられており、圧電板Ｐ_Ｔは接地電極Ｇ_Ｔｉを介して非圧電板に固着されている。すだれ状電極Ｒは圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられ、接地電極Ｇ_Ｒは圧電板Ｐ_Ｒのもう一方の板面に設けられており、圧電板Ｐ_Ｒは接地電極Ｇ_Ｒを介して非圧電板に固着されている。圧電板Ｐ_Ｔはすだれ状電極Ｔ_ｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成る。非圧電板は部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含む。すだれ状電極Ｔ_ｉは、電極Ｔ_ｉ−１およびＴ_ｉ−２から成り、電極Ｔ_ｉ−１の電極指と電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離には長いものと短いものとの２種類がある。スイッチＷ_ｉはスイッチＷ_ｉ−１およびスイッチＷ_ｉ−２から成り、スイッチＷ_ｉ−１の出力端は電極Ｔ_ｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷ_ｉ−２の出力端は電極Ｔ_ｉ−２の入力端に接続されている。移相器Ｓ_Ｔは少なくとも１つのコイルＬ_１を含み、コイルＬ_１はスイッチＷ_ｉ−１またはＷ_ｉ−２の入力端に接続されている。すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ_−１およびＲ_−２から成り、電極Ｒ_−１の電極指と電極Ｒ_−２の電極指との間の距離には長いものと短いものとの２種類がある。移相器Ｓ_Ｒは少なくとも１つのコイルＬ_２を含み、コイルＬ_２は電極Ｒ_−１またはＲ_−２の出力端に接続されている。
【００２３】
電極Ｔ_ｉ−１と接地電極Ｇ_Ｔｉとの間および電極Ｔ_ｉ−２と接地電極Ｇ_Ｔｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２を入力することにより、部分Ｐ_Ｔｉと、非圧電板のうち部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉに一方向性を有する弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬させることができる。このような一方向性の弾性波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にするばかりでなく、超音波送受波手段の第１の構造を備えた超音波タッチパネルでみられるような、２層構造部Ｌ_Ｔｉや非圧電板の端部で発生する弾性波の反射を生じない。従って、超音波送受波手段の第２の構造を備えた超音波タッチパネルは不要信号が少なく高感度である。電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２の周波数はすだれ状電極Ｔ_ｉにおける電極周期長ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｔ_ｉ−１の電極指と電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、しかも、電気信号Ｅ_Ｔ１とＥ_Ｔ２との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合には２層構造部Ｌ_Ｔｉに一方向性の弾性波が励振される。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘｐをｐ／４とし、位相差２πｙをπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）とする電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２を入力することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに一方向性の弾性波を励振することが可能となる。２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波であり、この弾性波の波長はすだれ状電極Ｔ_ｉの電極周期長ｐとほぼ等しい。この弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ_ｉから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｔと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。また、圧電板Ｐ_Ｔの厚さｄをすだれ状電極Ｔ_ｉの電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下にするとともに、非圧電板の厚さを圧電板Ｐ_Ｔの厚さｄとほぼ等しくするかまたはそれ以下にし、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が圧電板Ｐ_Ｔ単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあるような物質を非圧電板として採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よくＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波を励振し、さらにこの弾性波を効率よく非圧電板に伝搬させることが可能となる。つまり、すだれ状電極Ｔ_ｉから加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を増大させることができる。このようにして、低電圧で低消費電力駆動が可能となる。その上、非圧電板の面積を比較的大規模にすることも可能である。
【００２４】
すだれ状電極Ｔ_ｉおよびＲを弾性波の送受波の指向軸が共通になるように配置した構造を採用することにより、非圧電板中に伝搬されている弾性波を圧電板Ｐ_Ｒと、非圧電板のうち圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、その２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２として電極Ｒ_−１と接地電極Ｇ_Ｒとの間および電極Ｒ_−２と接地電極Ｇ_Ｒとの間から出力することができる。移相器Ｓ_Ｒは電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２を同じ位相の電気信号Ｅ_Ｒに合成して出力することを可能にする。電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２の周波数はすだれ状電極Ｒにおける電極周期長ｐにほぼ対応している。ここで、電極Ｒ_−１の電極指と電極Ｒ_−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、しかも、電気信号Ｅ_Ｒ１とＥ_Ｒ２との間の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ場合には、すだれ状電極Ｒおよび接地電極Ｇ_Ｒは２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬している一方向性の弾性波のみを検出して電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２として出力することを可能にする。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘｐをｐ／４とすれば、位相差２πｙがπ／２（９０°）または−３π／２（−２７０°）である電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２が電極Ｒ_−１と接地電極Ｇ_Ｒとの間および電極Ｒ_−２と接地電極Ｇ_Ｒとの間から出力される。また、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波の波長はすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐとほぼ等しい。このとき、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬された弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬された弾性波がすだれ状電極Ｒにおいて電気信号に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｒと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。また、圧電板Ｐ_Ｒの厚さｄをすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下にするとともに、非圧電板の厚さを圧電板Ｐ_Ｒの厚さｄと等しくするかまたはそれ以下にし、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が圧電板Ｐ_Ｒ単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあるような物質を非圧電板として採用することにより、非圧電板中に伝搬されている弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させた後、すだれ状電極Ｒから電気信号Ｅ_Ｒとして出力させることができ、弾性波が電気信号Ｅ_Ｒに変換される度合を増大させることができる。
【００２５】
非圧電板における表示画面を有しない方の板面上のすだれ状電極Ｔ_ｉとＲとの間が入力ペンのペン先に所定の値を越える圧力で接触されると、弾性波の伝搬路が遮断されるので、弾性波が消滅または減衰する。従って、それに伴ってすだれ状電極Ｒに出力される電気信号も消滅または減衰するので、移相器Ｓ_Ｒから出力される電気信号Ｅ_Ｒも消滅または減衰する。情報処理部が電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出する機能と、非圧電板の板面上にペン先が所定の値を越える圧力で接触したことを電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断する機能とを備えていることにより、非圧電板の板面上に所定の値を越える圧力で接触したことが感知される。この際、弾性波が非圧電板の表面付近ではなく内部を伝搬する波であることから、非圧電板の２つの板面のうちどちらの板面を接触することによっても弾性波が消滅または減衰する。従って、どちらか一方の板面には表示画面を設け、もう一方の板面はペン先の接触面として使用することが可能となる。また、ほんの軽く手を触れた程度では弾性波は消滅または減衰しないことから、非圧電板上への手付き等による誤動作を防ぐことができる。このようにして、非圧電板上への軽い手つきや少量の異物の付着などによる影響を受けることがなく、しかも応答時間が短い。従って、入力ペンのペン先等で非圧電板上に接触したときにのみ応答があるようなタッチパネルが実現できる。さらに、情報処理部がスイッチＷ_ｉを順次に所定の周期で断続する機能と、電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷ_ｉを特定することにより非圧電板上の接触位置を特定する機能とを備えていることにより、非圧電板上の接触位置が分かる。この場合、スイッチＷ_ｉ−１とそれに対応するスイッチＷ_ｉ−２とは常に同じ状態に置かれる。たとえば、スイッチＷ_４−１が接続していればスイッチＷ_４−２も接続いる。このようにして、たとえば、非圧電板の板面上を接触することにより電気信号Ｅ_Ｒの大きさが消滅し、そのとき接続されていたのがスイッチＷ_３であれば、そのスイッチＷ_３に対応する弾性波の伝搬路上が接触位置と分かる。また、情報処理部が特定されたスイッチＷ_ｉに対応する情報を表示画面に表示する機能を備えていることから、非圧電板の板面上を接触することにより、その接触位置に応じた情報を表示画面に表示することが可能となる。また、一方向性を有する弾性波の励振が可能なこの超音波タッチパネルは、よりいっそうの低消費電力駆動が可能で、不要信号も少なく高感度である。
【００２６】
本発明の超音波タッチパネルは少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹを有する。超音波送受波手段Ｘにおける２層構造部Ｌ_Ｔｉと２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、超音波送受波手段Ｙにおける２層構造部Ｌ_Ｔｉと２層構造部Ｌ_Ｒとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とを互いに直交させる構造を採用することにより、非圧電板の表示画面を有しない方の板面上に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触した場合、その接触位置の座標を各超音波送受波手段において出力される電気信号Ｅ_Ｒの大きさから特定することが可能となる。すなわち、接触位置の座標を伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_ＹｉをそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させ、接触位置を伝搬路Ｕ_ＸｉとＵ_Ｙｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標が算出される。また、伝搬路Ｕ_Ｘｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路Ｕ_Ｙｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、非圧電板上における接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。
【００２７】
超音波送受波手段の第１の構造を有する超音波タッチパネルでは、Ｘ軸方向のスイッチＣ_ｉのうちの１個を接続している間に、Ｙ軸方向のスイッチＣ_ｉを一巡する方法が採用され、超音波送受波手段の第２の構造を有する超音波タッチパネルでは、Ｘ軸方向のスイッチＷ_ｉのうちの１組を接続している間に、Ｙ軸方向のスイッチＷ_ｉを一巡する方法が採用されている。このようにして、たとえばＸ軸方向のすだれ状電極Ｔ_３とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路Ｕ_Ｘ３と、Ｙ軸方向のすだれ状電極Ｔ_５とすだれ状電極Ｒとの間の伝搬路Ｕ_Ｙ５との交叉部をペン先で接触すれば、Ｘ軸方向のスイッチＷ_３を接続した時に限ってＸ軸方向の電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅すると同時に、Ｙ軸方向のスイッチＷ_５を接続した時に限ってＹ軸方向の電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路Ｕ_Ｘ３とＵ_Ｙ５との交叉部を接触していることが判明される。
【００２８】
超音波送受波手段の第１の構造を有する超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段ＸおよびＹにおけるスイッチＣ_ｉをそれぞれスイッチＣ_ＸｉおよびスイッチＣ_Ｙｉとし、スイッチＣ_Ｘｉの入力端を超音波送受波手段Ｙにおけるすだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続し、スイッチＣ_Ｙｉの入力端を超音波送受波手段Ｘにおけるすだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続する構造を採用することにより、伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を構成することが可能である。このとき、発振器Ｈ_ｉの信号ループはスイッチＣ_Ｘｉ、伝搬路Ｕ_Ｘｉ、増幅器Ａ_Ｘ、スイッチＣ_Ｙｉ、伝搬路Ｕ_Ｙｉおよび増幅器Ａ_Ｙから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００２９】
超音波送受波手段の第２の構造を有する超音波タッチパネルでは、超音波送受波手段Ｘにおける移相器Ｓ_Ｔ、スイッチＷ_ｉおよび移相器Ｓ_Ｒをそれぞれ移相器Ｓ_ＴＸ、スイッチＷ_Ｘｉおよび移相器Ｓ_ＲＸとし、超音波送受波手段Ｙにおける移相器Ｓ_Ｔ、スイッチＷ_ｉおよび移相器Ｓ_Ｒをそれぞれ移相器Ｓ_ＴＹ、スイッチＷ_Ｙｉおよび移相器Ｓ_ＲＹとし、移相器Ｓ_ＴＸの入力端を移相器Ｓ_ＲＹの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続し、移相器Ｓ_ＴＹの入力端を移相器Ｓ_ＲＸの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続する構造を採用することにより、伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を構成することが可能である。このとき、発振器Ｈ_ｉの信号ループは移相器Ｓ_ＴＸ、スイッチＷ_Ｘｉ、伝搬路Ｕ_Ｘｉ、移相器Ｓ_ＲＸ、増幅器Ａ_Ｘ、移相器Ｓ_ＴＹ、スイッチＷ_Ｙｉ、伝搬路Ｕ_Ｙｉ、移相器Ｓ_ＲＹおよび増幅器Ａ_Ｙから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００３０】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電板Ｐ_Ｔとして圧電セラミックを採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行にする構造を採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よく弾性波を励振し非圧電板中に伝搬させることができる。また、圧電板Ｐ_Ｒとして圧電セラミックを採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行にする構造を採用することにより、非圧電板中に伝搬された弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させることができる。
【００３１】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電板Ｐ_ＴとしてＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムを採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よく弾性波を励振し非圧電板中に伝搬させることができる。また、圧電板Ｐ_ＲとしてＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムを採用することにより、非圧電板中に伝搬された弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させることができる。
【００３２】
本発明の超音波タッチパネルでは、表示画面として、表示画面単体に伝搬する弾性波の位相速度が非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質を採用することにより、非圧電板中に伝搬された弾性波が表示画面自身に漏洩されるのを抑制することができる。
【００３３】
【実施例】
図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す断面図である。本実施例はガラス板１、表示画面２、駆動部３、フレーム４、Ｘ軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向の超音波送受波手段Ｙから成る。超音波送受波手段Ｘはすだれ状電極Ｔ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極Ｒ_Ｘ、接地電極Ｇ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、接地電極Ｇ_ＲＸ、移相器Ｓ_ＴＸ、Ｓ_ＲＸ、増幅器Ａ_Ｘ、スイッチＷ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板Ｐ_ＴＸおよびＰ_ＲＸから成る。超音波送受波手段Ｙはすだれ状電極Ｔ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極Ｒ_Ｙ、接地電極Ｇ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、接地電極Ｇ_ＲＹ、移相器Ｓ_ＴＹ、Ｓ_ＲＹ、増幅器Ａ_Ｙ、スイッチＷ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板Ｐ_ＴＹおよびＰ_ＲＹから成る。図１ではガラス板１、表示画面２、駆動部３、フレーム４および超音波送受波手段Ｘのみが描かれている。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉ、Ｔ_Ｙｉ、Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙはアルミニウム薄膜で成る。各圧電磁器板は厚さ１．５ｍｍのＴＤＫ製１０１Ａ材（製品名）で成る。ガラス板１は厚さ０．１５ｍｍのガラスで成る。各圧電磁器板はガラス板１の一方の板面の端部に厚さ約２０μｍのエポキシ系樹脂によって固着されている。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉ、Ｔ_Ｙｉ、Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙはそれぞれ圧電磁器板Ｐ_ＴＸ、Ｐ_ＴＹ、Ｐ_ＲＸおよびＰ_ＲＹ上に設けられている。表示画面２はガラス板１における各圧電磁器板を有する方の板面の中央部分と接触している。各接地電極は各圧電磁器板とガラス板１との界面に設けられており、接地電極Ｇ_ＴＸｉ、Ｇ_ＲＸ、Ｇ_ＴＹｉおよびＧ_ＲＹはそれぞれすだれ状電極Ｔ_Ｘｉ、Ｒ_Ｘ、Ｔ_ＹｉおよびＲ_Ｙに対応する部分に設けられている。
【００３４】
圧電磁器板Ｐ_ＴＸはすだれ状電極Ｔ_Ｘｉに対応する部分Ｐ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）で成り、圧電磁器板Ｐ_ＴＹｉはすだれ状電極Ｔ_Ｙｉに対応する部分Ｐ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）で成る。ガラス板１は部分Ｐ_ＴＸｉに対応する部分、部分Ｐ_ＴＹｉに対応する部分、圧電磁器板Ｐ_ＲＸに対応する部分および圧電磁器板Ｐ_ＲＹに対応する部分を含む。部分Ｐ_ＴＸｉおよびガラス板１のうち部分Ｐ_ＴＸｉに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）を形成し、圧電磁器板Ｐ_ＲＸおよびガラス板１のうち圧電磁器板Ｐ_ＲＸに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＲＸを形成する。部分Ｐ_ＴＹｉおよびガラス板１のうち部分Ｐ_ＴＹｉに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）を形成し、圧電磁器板Ｐ_ＲＹおよびガラス板１のうち圧電磁器板Ｐ_ＲＹに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＲＹを形成する。ガラス板１における各圧電磁器板を有しない方の板面（以後、パネル画面と呼ぶ。）の外縁はフレーム４に固着され、囲まれている。フレーム４はガラス板１のパネル画面上にお茶等の飲物やマヨネーズ等の食物が付着した場合でも、それらが内部に侵入するのを防ぐ。従って、圧電磁器板や駆動回路等の内部構成物が外部から遮断され保護される。
【００３５】
図２は図１のすだれ状電極Ｔ_Ｘｉを示す平面図である。すだれ状電極Ｔ_Ｙｉもすだれ状電極Ｔ_Ｘｉと同様な構造を有する。すだれ状電極Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙはすだれ状電極Ｔ_Ｘｉとは電極指の数が異なるという点を除けば同様な構造を有する。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉは１０対の電極指を有し、電極周期長ｐは１．６ｍｍで、全体の形状は平行四辺形を成す。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉは電極Ｔ_Ｘｉ−１およびＴ_Ｘｉ−２から成り、すだれ状電極Ｔ_Ｙｉは電極Ｔ_Ｙｉ−１およびＴ_Ｙｉ−２から成り、すだれ状電極Ｒ_Ｘは電極Ｒ_Ｘ−１およびＲ_Ｘ−２から成り、すだれ状電極Ｒ_Ｙは電極Ｒ_Ｙ−１およびＲ_Ｙ−２から成る。各すだれ状電極では電極指間の距離が２種類あり、そのうち短い方の距離ｘｐは４００μｍである。
【００３６】
図３は図１の超音波タッチパネルの部分斜視図である。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉと接地電極Ｇ_ＴＸｉはスイッチＷ_Ｘｉを介して移相器Ｓ_ＴＸに接続され、すだれ状電極Ｔ_Ｙｉと接地電極Ｇ_ＴＹｉはスイッチＷ_Ｙｉを介して移相器Ｓ_ＴＹｉに接続され、すだれ状電極Ｒ_Ｘと接地電極Ｇ_ＲＸは移相器Ｓ_ＲＸに接続され、すだれ状電極Ｒ_Ｙと接地電極Ｇ_ＲＹは移相器Ｓ_ＲＹに接続されている。移相器Ｓ_ＴＸおよびＳ_ＴＹはそれぞれコイルＬ_１を含み、移相器Ｓ_ＲＸおよびＳ_ＲＹはそれぞれコイルＬ_２を含む。図３では、すだれ状電極Ｔ_Ｘ１および接地電極Ｇ_ＴＸ１が移相器Ｓ_ＴＸに接続されている様子が示されており、スイッチＷ_Ｘ１は省いて描かれている。
【００３７】
図４は図１の超音波タッチパネルの平面図である。図４ではガラス板１、圧電磁器板Ｐ_ＴＸ、Ｐ_ＴＹ、Ｐ_ＲＸ、Ｐ_ＲＹ、すだれ状電極Ｔ_Ｘｉ、Ｔ_Ｙｉ、Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙのみが描かれている。
【００３８】
図５は図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。駆動部３は倍電圧整流器５、コンパレータ６および情報処理部７を含む。スイッチＷ_ＸｉはスイッチＷ_Ｘｉ−１およびスイッチＷ_Ｘｉ−２から成り、スイッチＷ_Ｘｉ−１の出力端は電極Ｔ_Ｘｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷ_Ｘｉ−２の出力端は電極Ｔ_Ｘｉ−２の入力端に接続されている。スイッチＷ_ＹｉはスイッチＷ_Ｙｉ−１およびスイッチＷ_Ｙｉ−２から成り、スイッチＷ_Ｙｉ−１の出力端は電極Ｔ_Ｙｉ−１の入力端に接続されており、スイッチＷ_Ｙｉ−２の出力端は電極Ｔ_Ｙｉ−２の入力端に接続されている。但し、図５では情報処理部７とスイッチＷ_Ｘｉとの接続および情報処理部７とスイッチＷ_Ｙｉとの接続が省略されて描かれている。
【００３９】
図５の駆動回路において、電極Ｔ_Ｘｉ−１と接地電極Ｇ_ＴＸｉとの間および電極Ｔ_Ｘｉ−２と接地電極Ｇ_ＴＸｉとの間に位相差が９０°または−２７０°の電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２を移相器Ｓ_ＴＸを介して入力すると、電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２の周波数のうちすだれ状電極Ｔ_Ｘｉの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが一方向性を有する弾性波に変換されて、２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬し、さらにその弾性波はガラス板１中に伝搬される。ガラス板１中に伝搬された弾性波は２層構造部Ｌ_ＲＸに伝搬され、その２層構造部Ｌ_ＲＸに伝搬された弾性波のうちすだれ状電極Ｒ_Ｘの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性波のみが位相差が９０°または−２７０°の電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２に変換されて、電極Ｒ_Ｘ−１と接地電極Ｇ_ＲＸとの間および電極Ｒ_Ｘ−２と接地電極Ｇ_ＲＸとの間から出力される。出力された電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２は移相器Ｓ_ＲＸを介することにより位相差が零の単一の電気信号Ｅ_Ｒとして出力され、増幅器Ａ_Ｘによって増幅される。増幅された電気信号の一部（１）は、移相器Ｓ_ＴＹおよびスイッチＷ_Ｙｉを介してすだれ状電極Ｔ_Ｙｉと接地電極Ｇ_ＴＹｉとの間に入力され、残部（２）は倍電圧整流器５およびコンパレータ６を介して情報処理部７に送られる。電気信号（１）がすだれ状電極Ｔ_Ｙｉと接地電極Ｇ_ＴＹｉとの間に入力される場合、電気信号（１）はＸ軸方向の場合と同様にして電極Ｔ_Ｙｉ−１と接地電極Ｇ_ＴＹｉとの間および電極Ｔ_Ｙｉ−２と接地電極Ｇ_ＴＹｉとの間に位相が異なる２つの電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２として入力され、一方向性を有する弾性波に変換されて、２層構造部Ｌ_ＴＹｉを伝搬する。さらにその弾性波はガラス板１中を経由して２層構造部Ｌ_ＲＹに伝搬され、電極Ｒ_Ｙ−１と接地電極Ｇ_ＲＹとの間および電極Ｒ_Ｙ−２と接地電極Ｇ_ＲＹとの間で電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２に変換されて出力された後、移相器Ｓ_ＲＹを介して位相差が零の単一の電気信号Ｅ_Ｒとして出力され、増幅器Ａ_Ｙによって増幅される。増幅された電気信号の一部（３）は、移相器Ｓ_ＴＸおよびスイッチＷ_Ｘｉを介してすだれ状電極Ｔ_Ｘｉと接地電極Ｇ_ＴＸｉとの間に入力され、残部（４）は倍電圧整流器５およびコンパレータ６を介して情報処理部７に送られる。
【００４０】
情報処理部７は次の機能を有する。第一に、スイッチＷ_ＸｉおよびＷ_Ｙｉを順次に所定の周期で断続すること、第二に、電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出すること、第三に、ガラス板１のパネル画面に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触することを電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断すること、第四に、電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷ_ＸｉおよびＷ_Ｙｉを特定することにより接触位置を特定すること、第五に、特定された接触位置に対応する情報を表示画面２に表示することである。スイッチＷ_ＸｉおよびＷ_Ｙｉを順次に所定の周期で断続する場合、スイッチＷ_Ｘｉのうちの１組を接続している間に、スイッチＷ_Ｙｉを一巡する方法が採用されている。また、スイッチＷ_Ｘｉ−１とそれに対応するスイッチＷ_Ｘｉ−２は常に同じ断続状態にあり、スイッチＷ_Ｙｉ−１とそれに対応するスイッチＷ_Ｙｉ−２は常に同じ断続状態にある。２層構造部Ｌ_ＴＸｉと２層構造部Ｌ_ＲＸとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，８）と、２層構造部Ｌ_ＴＹｉと２層構造部Ｌ_ＲＹとの間の弾性波の伝搬路Ｕ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，８）との交叉部をペン先で接触する場合、たとえば、伝搬路Ｕ_Ｘ３とＵ_Ｙ５との交叉部を接触する場合、スイッチＷ_Ｘ３を接続した時に限ってＸ軸方向の電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅すると同時に、スイッチＷ_Ｙ５を接続した時に限ってＹ軸方向の電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅する。このようにして、伝搬路Ｕ_Ｘ３とＵ_Ｙ５との交叉部を接触していることが判明する。つまり、電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＷ_ＸｉおよびＷ_Ｙｉを特定することにより、接触位置を特定することが可能となる。図２に示されているように、各すだれ状電極が平行四辺形を成すことにより、伝搬路Ｕ_Ｘｉは互いに隙間なく隣接した構造をとることができ、伝搬路Ｕ_Ｙｉも同様にして互いに隙間なく隣接した構造をとることができる。従って、接触位置を特定する場合、ガラス板１のパネル画面のすべてが隙間なく利用できることから、接触位置の精密な特定が可能となる。また、もし伝搬路Ｕ_Ｘｉが互いに一部分を重複させている場合には、その重複した部分を有する隣あう２つの伝搬路Ｕ_Ｘｉが特定されることから、接触位置がその２つの伝搬路Ｕ_Ｘｉの間であることが判別される。伝搬路Ｕ_Ｙｉが互いに一部分を重複させている場合も同様である。
【００４１】
図５の駆動回路では、移相器Ｓ_ＴＸの入力端が増幅器Ａ_Ｙを介して移相器Ｓ_ＲＹの出力端に接続され、移相器Ｓ_ＴＹの入力端が増幅器Ａ_Ｘを介して移相器Ｓ_ＲＸの出力端に接続されることにより、発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，８）が構成されている。この発振器Ｈ_ｉの信号ループは移相器Ｓ_ＴＸ、スイッチＷ_Ｘｉ、伝搬路Ｕ_Ｘｉ、移相器Ｓ_ＲＸ、増幅器Ａ_Ｘ、移相器Ｓ_ＴＹ、スイッチＷ_Ｙｉ、伝搬路Ｕ_Ｙｉ、移相器Ｓ_ＲＹおよび増幅器Ａ_Ｙから成る。このようにして、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【００４２】
図６は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す断面図である。本実施例は超音波送受波手段Ｘおよび超音波送受波手段Ｙを除き、図１の第１の実施例と同様な構造を成す。本実施例では超音波送受波手段Ｘがすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極Ｉ_ＲＸ、増幅器Ａ_Ｘ、スイッチＣ_Ｘｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板Ｐ_ＴＸおよびＰ_ＲＸから成り、超音波送受波手段Ｙがすだれ状電極Ｉ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）、すだれ状電極Ｉ_ＲＹ、増幅器Ａ_Ｙ、スイッチＣ_Ｙｉ（ｉ＝１，２，……，８）、圧電磁器板Ｐ_ＴＹおよびＰ_ＲＹから成る。図６ではガラス板１、表示画面２、フレーム４、倍電圧整流器５、コンパレータ６、情報処理部７および超音波送受波手段Ｘのみが描かれている。表示画面２は図１と同様にしてガラス板１と接触している。すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉ、Ｉ_ＴＹｉ、Ｉ_ＲＸおよびＩ_ＲＹはアルミニウム薄膜で成り、それぞれ圧電磁器板Ｐ_ＴＸ、Ｐ_ＴＹ、Ｐ_ＲＸおよびＰ_ＲＹ上に設けられている。各圧電磁器板は各すだれ状電極を介して厚さ約２０μｍのエポキシ系樹脂によってガラス板１上に固着されている。
【００４３】
圧電磁器板Ｐ_ＴＸはすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉに対応する部分Ｐ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）で成り、圧電磁器板Ｐ_ＴＹｉはすだれ状電極Ｉ_ＴＹｉに対応する部分Ｐ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）で成る。ガラス板１は部分Ｐ_ＴＸｉに対応する部分、部分Ｐ_ＴＹｉに対応する部分、圧電磁器板Ｐ_ＲＸに対応する部分および圧電磁器板Ｐ_ＲＹに対応する部分を含む。部分Ｐ_ＴＸｉおよびガラス板１のうち部分Ｐ_ＴＸｉに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＴＸｉ（ｉ＝１，２，……，８）を形成し、圧電磁器板Ｐ_ＲＸおよびガラス板１のうち圧電磁器板Ｐ_ＲＸに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＲＸを形成する。部分Ｐ_ＴＹｉおよびガラス板１のうち部分Ｐ_ＴＹｉに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＴＹｉ（ｉ＝１，２，……，８）を形成し、圧電磁器板Ｐ_ＲＹおよびガラス板１のうち圧電磁器板Ｐ_ＲＹに対応する部分は２層構造部Ｌ_ＲＹを形成する。
【００４４】
図７は図６のすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉを示す平面図である。すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉおよびＩ_ＴＹｉは互いに同様な構造を有し、すだれ状電極Ｉ_ＲＸおよびＩ_ＲＹはすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉとは電極指の数が異なるという点を除けば同様な構造を有する。すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉは１０対の電極指を有する正規型のもので、電極周期長ｐは１．６ｍｍであり、全体の形状は平行四辺形を成す。すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉでは電極指間の距離はすべて均一である。すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉの構造は、電極指間の距離を除き図２のすだれ状電極Ｔ_Ｘｉと同様である。
【００４５】
図８は図６の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。スイッチＣ_ＸｉおよびＣ_Ｙｉの出力端はそれぞれすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉおよびＩ_ＴＹｉの入力端に接続されている。図８では情報処理部７とスイッチＣ_Ｘｉとの接続および情報処理部７とスイッチＣ_Ｙｉとの接続が省略されて描かれている。
【００４６】
図８の駆動回路において、すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉから電気信号Ｅ_Ｔを入力すると、電気信号Ｅ_Ｔの周波数のうちすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉの示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが弾性波に変換されて、２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬し、さらにガラス板１中を伝搬する。ガラス板１中に伝搬された弾性波は２層構造部Ｌ_ＲＸに伝搬され、その２層構造部Ｌ_ＲＸに伝搬された弾性波のうちすだれ状電極Ｉ_ＲＸの示す中心周波数とその近傍の周波数の弾性波のみが電気信号Ｅ_Ｒに変換されて、すだれ状電極Ｉ_ＲＸから出力される。電気信号Ｅ_Ｒは増幅器Ａ_Ｘによって増幅され、増幅された電気信号の一部（１）は、スイッチＣ_Ｙｉを介してすだれ状電極Ｉ_ＴＹｉに入力され、残部（２）は倍電圧整流器５およびコンパレータ６を介して情報処理部７に送られる。電気信号（１）がすだれ状電極Ｉ_ＴＹｉに入力されと、電気信号（１）はＸ軸方向の場合と同様にして弾性波に変換されて、２層構造部Ｌ_ＴＹｉを伝搬する。さらにその弾性波はガラス板１中を経由して２層構造部Ｌ_ＲＹに伝搬され、電気信号として出力され、増幅器Ａ_Ｙによって増幅される。増幅された電気信号の一部（３）は、スイッチＣ_Ｘｉを介してすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉに入力され、残部（４）は倍電圧整流器５およびコンパレータ６を介して情報処理部７に送られる。この情報処理部７は図５の情報処理部７と同様な機能を有する。このようにして、電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていたスイッチＣ_ＸｉおよびＣ_Ｙｉを特定することにより、接触位置を特定することが可能となる。また、スイッチＣ_Ｘｉの入力端はすだれ状電極Ｉ_ＲＹの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続され、スイッチＣ_Ｙｉの入力端はすだれ状電極Ｉ_ＲＸの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続されている。このようにして、伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されている。このとき、発振器Ｈ_ｉの信号ループはスイッチＣ_Ｘｉ、伝搬路Ｕ_Ｘｉ、増幅器Ａ_Ｘ、スイッチＣ_Ｙｉ、伝搬路Ｕ_Ｙｉおよび増幅器Ａ_Ｙから成る。従って、回路構成が簡略化されることから装置の小型軽量化がさらに促進され、しかも低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。図６の第２の実施例では、各すだれ状電極は各圧電磁器板とガラス板１との界面に設けられた構造を有するが、各すだれ状電極が各圧電磁器板の空気側板面に設けられた構造においても同様な効果が見られた。
【００４７】
図１の第１の実施例と図６の第２の実施例を比較した場合、第１の実施例による一方向性の弾性波の励振は、いっそうの低消費電力駆動を可能にする。しかも、第１の実施例では、第２の実施例でみられるような反射（２層構造部Ｌ_ＴＸｉ、Ｌ_ＴＹｉおよびガラス板１の端部で発生する。）が無いので、ノイズが少なく、さらに高感度である。
【００４８】
図９は本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す断面図である。本実施例は図１の第１の実施例におけるガラス板１がガラス板８に置き換わるとともに、各圧電磁器板の厚さが１ｍｍの場合のものである。ガラス板８は厚さ１ｍｍのガラスで成る。図９では圧電磁器板Ｐ_ＴＸ、Ｐ_ＲＸ、すだれ状電極Ｔ_Ｘｉ、Ｒ_Ｘ、接地電極Ｇ_ＴＸｉ、Ｇ_ＲＸ、フレーム４およびガラス板８のみが描かれている。表示画面２は図１と同様にしてガラス板８と接触している。図９の第３の実施例は図１の第１の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
【００４９】
図１０は本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す断面図である。本実施例は図６の第２の実施例におけるガラス板１がガラス板８に置き換わるとともに、各圧電磁器板の厚さが１ｍｍの場合のものである。図１０では圧電磁器板Ｐ_ＴＸ、Ｐ_ＲＸ、すだれ状電極Ｉ_ＴＸｉ、Ｉ_ＲＸ、フレーム４およびガラス板８のみが描かれている。表示画面２は図１と同様にしてガラス板８と接触している。図１０の第４の実施例は図６の第２の実施例と同様に駆動され、同様な効果を有する。
【００５０】
図９の第３の実施例と図１０の第４の実施例を比較した場合、第３の実施例による一方向性の弾性波の励振は、いっそうの低消費電力駆動を可能にする。しかも、第３の実施例では、第４の実施例でみられるような反射（２層構造部Ｌ_ＴＸｉ、Ｌ_ＴＹｉおよびガラス板８の端部で発生する。）が無いので、ノイズが少なく、さらに高感度である。
【００５１】
図１１は図９の圧電磁器板Ｐ_ＴＸ単体に伝搬する弾性波の位相速度を示す特性図であり、弾性波の周波数ｆと圧電磁器板Ｐ_ＴＸの厚さｄとの積（ｆｄ）に対する各モードの位相速度を示す図である。圧電磁器板Ｐ_ＴＸ単体を伝搬する弾性波の横波の速度（ｖｇ−ｔ）は２４５０ｍ／ｓであり、縦波の速度（ｖｇ−ｌ）は４３９０ｍ／ｓである。圧電磁器板Ｐ_ＲＸ、Ｐ_ＴＹおよびＰ_ＲＹ単体を伝搬する弾性波の横波および縦波の速度についても同様な値を示す。
【００５２】
図１２は図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉにおける圧電磁器板Ｐ_ＴＸの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出した電気機械結合係数ｋ^２とｆｄ値との関係を示す特性図である。但し、図１２では、ガラス板８が、ガラス板８単体を伝搬する弾性波の横波の速度が３０９１ｍ／ｓで縦波の速度が５５９２ｍ／ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度３０９１ｍ／ｓおよび縦波速度５５９２ｍ／ｓという値は、圧電磁器板Ｐ_ＴＸ単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ１．３倍である。図１２ではＡ_０モードのｋ^２値のみが常に５％を下回っている。従って、Ａ_０モードを除くモード、つまりＳ_０モードおよび１次（Ａ_１およびＳ_１）以上の高次モードの弾性波が効率よく２層構造部Ｌ_ＴＸｉに励振されることが分かる。また、すだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーは特にＳ_１モードの弾性波に最も効率よく変換され、高次モードになるにつれて変換されにくくなる傾向があることが分かる。すだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーがＳ_１モードの弾性波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約１．９ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ^２値は最大値の約２０％に達する。同様にして、Ｓ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波が効率よく２層構造部Ｌ_ＴＹｉに励振される。すだれ状電極Ｔ_Ｙｉに加えられる電気的エネルギーは特にＳ_１モードの弾性波に最も効率よく変換され、高次モードになるにつれて変換されにくくなる。さらに、すだれ状電極Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙにおいて弾性波が電気信号に変換される場合、Ｓ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波が効率よく電気信号に変換されることが分かる。なお、ここでのｋ^２値は、弾性表面波用の圧電基板として実用域にあるＬｉＮｂＯ_３単結晶が５％程度の値であることと比較しても評価に値することが明らかである。
【００５３】
図１３は図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１３では、ガラス板８が図１２と同様な材質で成る場合の特性図が示される。図１３ではｆｄ値が零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０は約４０７０ｍ／ｓである。図１３における○印は、すだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図１２から算出した値、つまりｋ^２値が最大値を示すｆｄ値）を示す。○印における位相速度はほぼＶ_ｆｄ＝０値と等しいことが分かる。このようにして、２層構造部Ｌ_ＴＸｉに励振される弾性波の位相速度とＶ_ｆｄ＝０値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ^２の最大値をもたらすことが分かる。同様にして、２層構造部Ｌ_ＴＹｉに励振される弾性波の位相速度とＶ_ｆｄ＝０値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ^２の最大値をもたらす。さらに、２層構造部Ｌ_ＲＸおよびＬ_ＲＹに伝搬される弾性波の位相速度とＶ_ｆｄ＝０値とがほぼ一致するときのｆｄ値がｋ^２の最大値をもたらす。
【００５４】
図１４は図１の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１４では、ガラス板１が図１２と同様な材質で成る場合の特性図が示される。Ｖ_ｆｄ＝０値は約３６５０ｍ／ｓである。図１４における○印はすだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値を示したものであり、圧電磁器板Ｐ_ＴＸの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ^２値とｆｄ値との関係に基づいて算出した値である。○印の付されたモードが図１３に比べて少ないものの、○印における位相速度はほぼＶ_ｆｄ＝０値と等しいことが分かる。
【００５５】
図１５は図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１５では、ガラス板８が、ガラス板８単体を伝搬する弾性波の横波の速度が２２９７ｍ／ｓで縦波の速度が４１５５ｍ／ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度２２９７ｍ／ｓおよび縦波速度４１５５ｍ／ｓという値は、圧電磁器板Ｐ_ＴＸ単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ０．９倍である。Ｖ_ｆｄ＝０値は約３６７０ｍ／ｓである。図１５における○印はすだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値を示したものであり、圧電磁器板Ｐ_ＴＸの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ^２値とｆｄ値との関係に基づいて算出した値である。○印における位相速度はほぼＶ_ｆｄ＝０値と等しいことが分かる。
【００５６】
図１６は図１の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但し、図１６では、ガラス板１が図１５と同様な材質で成る場合の特性図が示される。Ｖ_ｆｄ＝０値は約３６００ｍ／ｓである。図１６における○印はすだれ状電極Ｔ_Ｘｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に最も効率よく変換されるｆｄ値を示したものであり、圧電磁器板Ｐ_ＴＸの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ^２値とｆｄ値との関係に基づいて算出した値である。○印の付されたモードが図１５に比べて少ないものの、○印における位相速度はほぼＶ_ｆｄ＝０値と等しいことが分かる。
【００５７】
図１３〜１６より、ｋ^２の最大値をもたらすｆｄ値に対する各モードの位相速度は、ｆｄ値が零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しいことが分かる。また、図１の２層構造部Ｌ_ＴＸｉおよびＬ_ＴＹｉよりも図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉおよびＬ_ＴＹｉの方が、すなわち、各ガラス板および各圧電磁器板の厚さがほぼ等しい場合の方が、すだれ状電極Ｔ_ＸｉおよびＴ_Ｙｉに加えられる電気的エネルギーが各モードの弾性波に効率よく変換される。同様にして、図１の２層構造部Ｌ_ＲＸおよびＬ_ＲＹよりも図９の２層構造部Ｌ_ＲＸおよびＬ_ＲＹの方が、弾性波がすだれ状電極Ｒ_ＸおよびＲ_Ｙにおいて電気信号に変換されやすい。さらに、各ガラス板単体に伝搬する弾性波の速度が各圧電磁器板単体に伝搬する弾性波の速度のほぼ０．９倍からほぼ１．３倍のときに、すなわち、各ガラス板単体に伝搬する弾性波の速度が各圧電磁器板単体に伝搬する弾性波の速度の近傍にあるときに、電気的エネルギーと弾性波との間の変換効率が増大する。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電板Ｐ_Ｔにおける部分Ｐ_Ｔｉと、非圧電板のうち部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_ＴｉにＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波を励振させ、その弾性波を非圧電板中に伝搬させることができる。この弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板Ｐ_Ｔの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｉ_ＴｉまたはＴ_ｉ（以後、入力用すだれ状電極と呼ぶ）から加えられる電気的エネルギーが弾性波に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｔと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。
【００５９】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板中に伝搬されているＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波を圧電板Ｐ_Ｒと、非圧電板のうち圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬された弾性波をすだれ状電極Ｉ_ＲまたはＲ（以後、出力用すだれ状電極と呼ぶ）から電気信号として出力させることができる。このとき、この弾性波の位相速度が、弾性波の周波数ｆと圧電板Ｐ_Ｒの厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しくなるような構造を採用することにより、非圧電板から２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を出力用すだれ状電極において電気信号に変換される度合を大きくすることができるだけでなく、圧電板Ｐ_Ｒと非圧電板との界面での音響インピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去することができる。
【００６０】
入力用すだれ状電極として電極指間の距離が２種類あるようなすだれ状電極Ｔ_ｉを採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに一方向性の弾性波を励振し、その弾性波を非圧電板中に伝搬させることができる。一方向性の弾性波の励振は、よりいっそうの低消費電力駆動を可能にするばかりでなく、不要信号の発生を抑制する。また、出力用すだれ状電極として電極指間の距離が２種類あるようなすだれ状電極Ｒを採用することにより、非圧電板に伝搬されている一方向性の弾性波をすだれ状電極Ｒから電気信号として出力することができる。
【００６１】
各圧電板の厚さｄを電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下に設定するとともに、非圧電板の厚さを各圧電板の厚さｄと等しいかまたはそれ以下にする構造を採用することにより、入力用すだれ状電極から加えられる電気的エネルギーがＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波に変換される度合を増大させることができる。また、非圧電板中に伝搬しているＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの弾性波が出力用すだれ状電極において電気信号に変換される度合を増大させることができる。
【００６２】
非圧電板として、非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度が各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にある物質を採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よく弾性波を励振し非圧電板中に伝搬させるとともに、非圧電中に伝搬している弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させた後、電気信号として出力させることを可能にする。
【００６３】
各圧電板として圧電セラミックやＰＶＤＦその他の高分子圧電フィルムを採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉに効率よく弾性波を励振し非圧電板中に伝搬させるとともに、非圧電板中に伝搬している弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させた後、電気信号として出力させることを可能にする。圧電板として圧電セラミックを採用する場合には、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行にする構造が採用される。
【００６４】
表示画面として、表示画面単体に伝搬する弾性波の位相速度が非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質を採用することにより、２層構造部Ｌ_Ｔｉから非圧電板中に伝搬された弾性波を効率よく２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させることができる。つまり、非圧電板中に伝搬された弾性波が表示画面自身に漏洩されるのを抑制することができる。
【００６５】
パネル画面上の入力用および出力用すだれ状電極間を入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触すると、弾性波の伝搬路が遮断されるので、それに伴って出力用すだれ状電極に出力される電気信号も消滅または減衰する。従って、パネル画面上に接触したことが短い応答時間で感知される。この際、弾性波が非圧電板の内部を伝搬する波であることから、ほんの軽く手を触れた程度では弾性波は消滅または減衰しない。従って、非圧電板上への軽い手つきや少量の異物の付着などによる影響を排除できる。このようにして、所定の筆圧で接触したときにのみ応答があるようなタッチパネルが実現できる。さらに、接触位置の座標を、伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_ＹｉをそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させ、接触位置を伝搬路Ｕ_ＸｉとＵ_Ｙｉとの交叉部に対応させれば、その交叉部の座標、すなわち接触位置の座標が判明する。また、伝搬路Ｕ_Ｘｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させるとともに、伝搬路Ｕ_Ｙｉを互いに隣接させるかまたは一部分を重複させた構造を採用することにより、パネル画面上の接触位置をさらに精密に特定することが可能となる。１つの出力用すだれ状電極にＮ個の入力用すだれ状電極を備えたタイプの超音波タッチパネルでは、そのＮ個の入力用すだれ状電極それぞれに接続されたＮ個のスイッチＣ_ｉまたはＷ_ｉを用いることにより、パネル画面上の接触位置が容易に判明し、また、回路構成が簡略化される。
【００６６】
駆動回路の中に増幅器を用いることにより、伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉを構成することが可能となることから、回路構成が簡略化され、低消費電力で低電圧での駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を示す断面図。
【図２】 図１のすだれ状電極Ｔ_Ｘｉを示す平面図。
【図３】 図１の超音波タッチパネルの部分斜視図。
【図４】 図１の超音波タッチパネルの平面図。
【図５】 図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図。
【図６】 本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す断面図。
【図７】 図６のすだれ状電極Ｉ_ＴＸｉを示す平面図。
【図８】 図６の超音波タッチパネルの駆動回路を示す図。
【図９】 本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す断面図。
【図１０】 本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す断面図。
【図１１】 図９の圧電磁器板Ｐ_ＴＸ単体に伝搬する弾性波の位相速度を示す特性図。
【図１２】 図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉにおける圧電磁器板Ｐ_ＴＸの異なる２つの電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ^２値とｆｄ値との関係を示す特性図。
【図１３】 図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図１４】 図１の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図１５】 図９の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図１６】 図１の２層構造部Ｌ_ＴＸｉを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【符号の説明】
１ ガラス板
２ 表示画面
３ 駆動部
４ フレーム
５ 倍電圧整流器
６ コンパレータ
７ 情報処理部
８ ガラス板
Ｔ_Ｘｉ，Ｔ_Ｙｉ，Ｒ_Ｘ，Ｒ_Ｙ すだれ状電極
Ｇ_ＴＸｉ，Ｇ_ＴＹｉ，Ｇ_ＲＸ，Ｇ_ＲＹ 接地電極
Ｓ_ＴＸ，Ｓ_ＴＹ，Ｓ_ＲＸ，Ｓ_ＲＹ 移相器
Ｗ_Ｘｉ，Ｗ_Ｙｉ スイッチ
Ｐ_ＴＸ，Ｐ_ＴＹ，Ｐ_ＲＸ，Ｐ_ＲＹ 圧電磁器板
Ａ_Ｘ，Ａ_Ｙ 増幅器
Ｌ_１，Ｌ_２ コイル
Ｉ_ＴＸｉ，Ｉ_ＴＹｉ，Ｉ_ＲＸ，Ｉ_ＲＹ すだれ状電極
Ｃ_Ｘｉ，Ｃ_Ｙｉ スイッチ

Claims (13)

1. 非圧電板と、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記非圧電板の一方の板面またはもう一方の板面に備えられた少なくとも１種類の色で表示される表示画面と、情報処理部とから成る超音波タッチパネルであって、前記情報処理部は前記各超音波送受波手段および前記表示画面に接続されており、前記各超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｉ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、すだれ状電極Ｉ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、Ｎ個のスイッチＣ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉは前記圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、前記すだれ状電極Ｉ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられており、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記圧電板Ｐ_Ｔの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板に固着され、前記圧電板Ｐ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの前記一方の板面またはもう一方の板面を介して前記非圧電板に固着されていて、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成り、前記非圧電板は前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含み、前記スイッチＣ_ｉの出力端は前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉは、前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｔを入力されることにより、前記部分Ｐ_Ｔｉと、前記非圧電板のうち前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させ、前記２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、該弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｔｉの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、該弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｉ_Ｒは、前記非圧電板中に伝搬した弾性波を前記圧電板Ｐ_Ｒと、前記非圧電板のうち前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、該２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応する周波数の電気信号Ｅ_Ｒに変換して出力し、前記２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した前記弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記各圧電板の厚さｄは前記各電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあり、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記２層構造部Ｌ _Ｔｉ と前記２層構造部Ｌ _Ｒ との間の弾性波の伝搬路Ｕ _Ｘｉ （ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記２層構造部Ｌ _Ｔｉ と前記２層構造部Ｌ _Ｒ との間の弾性波の伝搬路Ｕ _Ｙｉ （ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記情報処理部は前記スイッチＣ_ｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出し、前記非圧電板における前記表示画面を有しない方の板面上に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触することを前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＣ_ｉを特定することにより接触位置を特定し、特定された前記接触位置に対応する情報を前記表示画面に表示する超音波タッチパネル。
2. 前記伝搬路Ｕ _Ｘｉ および前記伝搬路Ｕ _Ｙｉ は互いに直交している請求項１に記載の超音波タッチパネル。
3. 前記すだれ状電極Ｉ _Ｔｉ のそれぞれの全体の形状が平行四辺形を成すとともに、前記すだれ状電極Ｉ _Ｒ の全体の形状が平行四辺形を成すことにより、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させている請求項２に記載の超音波タッチパネル。
4. 前記伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣ_ｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣ_ｉの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続されており、前記発振器Ｈ_ｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記スイッチＣ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉ、前記増幅器Ａ_Ｘ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記スイッチＣ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉ、前記増幅器Ａ_Ｙから成る請求項２または３に記載の超音波タッチパネル。
5. 非圧電板と、少なくとも２つの超音波送受波手段ＸおよびＹと、前記非圧電板の一方の板面またはもう一方の板面に備えられた少なくとも１種類の色で表示される表示画面と、情報処理部とから成る超音波タッチパネルであって、前記情報処理部は前記各超音波送受波手段および前記表示画面に接続されており、前記各超音波送受波手段はＮ組のすだれ状電極Ｔ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の接地電極Ｇ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を備えた圧電板Ｐ_Ｔと、すだれ状電極Ｒおよび接地電極Ｇ_Ｒを備えた圧電板Ｐ_Ｒと、移相器Ｓ_Ｔと、移相器Ｓ_Ｒと、Ｎ組のスイッチＷ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）とから成り、前記すだれ状電極Ｔ_ｉは前記圧電板Ｐ_Ｔの一方の板面に設けられ、前記接地電極Ｇ_Ｔｉは前記圧電板Ｐ_Ｔのもう一方の板面に設けられており、前記すだれ状電極Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒの一方の板面に設けられ、前記接地電極Ｇ_Ｒは前記圧電板Ｐ_Ｒのもう一方の板面に設けられており、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記接地電極Ｇ_Ｔｉを介して前記非圧電板に固着され、前記圧電板Ｐ_Ｒは前記接地電極Ｇ_Ｒを介して前記非圧電板に固着されていて、前記圧電板Ｐ_Ｔは前記すだれ状電極Ｔ_ｉに対応する部分Ｐ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）で成り、前記非圧電板は前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分と、前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とを含み、前記すだれ状電極Ｔ_ｉは、電極Ｔ_ｉ−１およびＴ_ｉ−２から成り、前記電極Ｔ_ｉ−１の電極指と前記電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記スイッチＷ_ｉはスイッチＷ_ｉ−１およびスイッチＷ_ｉ−２から成り、前記スイッチＷ_ｉ−１の出力端は前記電極Ｔ_ｉ−１の入力端に接続されており、前記スイッチＷ_ｉ−２の出力端は前記電極Ｔ_ｉ−２の入力端に接続されており、前記移相器Ｓ_Ｔは少なくとも１つのコイルＬ_１を含み、前記コイルＬ_１は前記スイッチＷ_ｉ−１またはＷ_ｉ−２の入力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｔ_ｉおよび前記接地電極Ｇ_Ｔｉは、前記電極Ｔ_ｉ−１と前記接地電極Ｇ_Ｔｉとの間および前記電極Ｔ_ｉ−２と前記接地電極Ｇ_Ｔｉとの間に位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２を前記移相器Ｓ_Ｔを介して入力されることにより、前記部分Ｐ_Ｔｉと、前記非圧電板のうち前記部分Ｐ_Ｔｉに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｔｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に一方向性を有する弾性波を励振し、該弾性波を前記非圧電板中に伝搬させ、前記電気信号Ｅ_Ｔ１およびＥ_Ｔ２の周波数は前記すだれ状電極Ｔ_ｉの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記２層構造部Ｌ_Ｔｉに励振される前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、該弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｔ_ｉの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ_−１およびＲ_−２から成り、前記電極Ｒ_−１の電極指と前記電極Ｒ_−２の電極指との間の距離には２種類あり、前記移相器Ｓ_Ｒは少なくとも１つのコイルＬ_２を含み、前記コイルＬ_２は前記電極Ｒ_−１またはＲ_−２の出力端に接続されており、前記すだれ状電極Ｒおよび前記接地電極Ｇ_Ｒは、前記非圧電板中に伝搬されている弾性波を前記圧電板Ｐ_Ｒと、前記非圧電板のうち前記圧電板Ｐ_Ｒに対応する部分とから成る２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬させ、該２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した弾性波を位相差２πｙを有する電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２として前記電極Ｒ_−１と前記接地電極Ｇ_Ｒとの間および前記電極Ｒ_−２と前記接地電極Ｇ_Ｒとの間から出力し、前記移相器Ｓ_Ｒは前記電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２を同じ位相の電気信号Ｅ_Ｒに合成して出力し、前記電気信号Ｅ_Ｒ１およびＥ_Ｒ２の周波数は前記すだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記２層構造部Ｌ_Ｒに伝搬した前記弾性波の波長は前記すだれ状電極Ｉ_Ｒの前記電極周期長ｐとほぼ等しく、該弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記圧電板の厚さｄとの積ｆｄが零の場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記各圧電板の厚さｄは前記各電極周期長ｐとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板の厚さは前記各圧電板の厚さｄとほぼ等しいかまたはそれ以下であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度の近傍にあり、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記２層構造部Ｌ _Ｔｉ と前記２層構造部Ｌ _Ｒ との間の弾性波の伝搬路Ｕ _Ｘｉ （ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記２層構造部Ｌ _Ｔｉ と前記２層構造部Ｌ _Ｒ との間の弾性波の伝搬路Ｕ _Ｙｉ （ｉ＝１，２，……，Ｎ）は、互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記情報処理部は前記スイッチＷ_ｉを順次に所定の周期で断続し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさを検出し、前記非圧電板における前記表示画面を有しない方の板面上に入力ペンのペン先が所定の値を越える圧力で接触することを前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅することによって判断し、前記電気信号Ｅ_Ｒの大きさが減衰または消滅した時に接続されていた前記スイッチＷ_ｉを特定することにより接触位置を特定し、特定された前記接触位置に対応する情報を前記表示画面に表示する超音波タッチパネル。
6. 前記電極Ｔ_ｉ−１の電極指と前記電極Ｔ_ｉ−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｅ_Ｔ１とＥ_Ｔ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立ち、前記電極Ｒ_−１の電極指と前記電極Ｒ_−２の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号Ｅ_Ｒ１とＥ_Ｒ２との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ請求項５に記載の超音波タッチパネル。
7. 前記伝搬路Ｕ _Ｘｉ および前記伝搬路Ｕ _Ｙｉ は互いに直交している請求項５または６に記載の超音波タッチパネル。
8. 前記すだれ状電極Ｔ _ｉ のそれぞれの全体の形状が平行四辺形を成すとともに、前記すだれ状電極Ｒの全体の形状が平行四辺形を成すことにより、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉは互いに隙間なく隣接するかまたは一部分を重複させている請求項７に記載の超音波タッチパネル。
9. 前記伝搬路Ｕ_ＸｉおよびＵ_Ｙｉを遅延素子とする発振器Ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）が構成されていて、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｔの入力端は、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｙを介して接続されており、前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｔの入力端は、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｒの出力端に増幅器Ａ_Ｘを介して接続されており、前記発振器Ｈ_ｉの信号ループは、前記超音波送受波手段Ｘにおける前記移相器Ｓ_Ｔ、前記スイッチＷ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｘｉ、前記移相器Ｓ_Ｒ、前記増幅器Ａ_Ｘ、および前記超音波送受波手段Ｙにおける前記移相器Ｓ_Ｔ、前記スイッチＷ_ｉ、前記伝搬路Ｕ_Ｙｉ、前記移相器Ｓ_Ｒ、前記増幅器Ａ_Ｙから成る請求項７または８に記載の超音波タッチパネル。
10. 前記各圧電板が圧電セラミックで成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ方向と平行である請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載の超音波タッチパネル。
11. 前記各圧電板がＰＶＤＦその他の圧電性高分子化合物で成る請求項１，２，３，４，５，６，７，８または９に記載の超音波タッチパネル。
12. 前記非圧電板がガラスで成る請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または１１に記載の超音波タッチパネル。
13. 前記表示画面単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２に記載の超音波タッチパネル。

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