JP4026031B2 - 超音波タッチパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波送受波手段を備えた圧電基板を有する非圧電板の板面に人指または物体が接触した位置を検出する超音波タッチパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波方式による従来のタッチパネルは、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に接触することにより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、従来の超音波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。また、従来のタッチパネルは、信号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波タッチパネルでは感度、工作精度、加工性、量産性、消費電力等に問題があるばかりでなく、信号処理の仕方や回路構成等にも問題があった。
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、信号処理の仕方が簡単で、回路の規模も小さく、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、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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の一方の板面に固着され、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲ_ｉおよびＲ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲ_ｉは２つの部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒ_ｉｍから成り、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒ_ｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＲＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＲＰは、前記交差幅Ｌ_ＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑ_ｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｑ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＱＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＱＰは前記交差幅Ｌ_ＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅Ｌ_ＲＮと、前記交差幅Ｌ_ＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂは、前記弾性波を電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００５】
請求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅Ｌ_ＱＰが、前記電極周期長Ｐを前記グループＲ_ｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００６】
請求項３に記載の超音波タッチパネルは、非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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の一方の板面に固着され、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分Ａ_ｉおよびＡ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分Ｃ_ｉおよびＣ_{（ｉ＋１）}に挟まれたＮ個の部分Ｄ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａ_ｉの電極指の方向は前記部分Ｃ_ｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂ_ｉの電極指は前記部分Ａ_ｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＢＮは、前記部分Ａ_ｉおよびＣ_ｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｂ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＢＰと、前記部分Ａ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＢＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＢＰは前記交差幅Ｌ_ＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄ_ｉの電極指は前記部分Ｃ_ｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｄ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＤＰと、前記部分Ｃ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＤＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＤＰは、前記交差幅Ｌ_ＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａ_ｉの電極指の交差幅および前記交差幅Ｌ_ＢＮの合計は、前記部分Ｃ_ｉの電極指の交差幅および前記交差幅Ｌ_ＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性波をＮ個の電気信号Ｅ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちらか一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する。
【０００７】
請求項４に記載の超音波タッチパネルは、前記交差幅Ｌ_ＢＰが、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａ_ｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい。
【０００８】
請求項５に記載の超音波タッチパネルは、前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂは、それぞれ周波数ｆ_ｉａおよびｆ_ｉｂを有し、前記信号処理器は、接触した前記位置Ｆ_Ｘａを前記電気信号Ｅ_Ｘｂの周波数ｆ_Ｘｂを検出することにより特定するか、または接触した前記位置Ｆ_Ｘｂを前記電気信号Ｅ_Ｘａの周波数ｆ_Ｘａを検出することにより特定する。
【０００９】
請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記弾性波を位相θ_ｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂは、それぞれ位相θ_ｉａおよびθ_ｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θ_ｂａｓｅと、前記位相θ_ｉａまたはθ_ｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、接触した前記位置Ｆ_Ｘａを前記位相θ_ｂａｓｅと前記電気信号Ｅ_Ｘｂの位相θ_Ｘｂとの差に基づいて特定するか、または接触した前記位置Ｆ_Ｘｂを前記位相θ_ｂａｓｅと前記電気信号Ｅ_Ｘａの位相θ_Ｘａとの差に基づいて特定する。
【００１０】
請求項７に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも小さく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい。
【００１１】
請求項８に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい。
【００１２】
請求項９に記載の超音波タッチパネルは、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい。
【００１３】
請求項１０に記載の超音波タッチパネルは、前記各圧電基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向は前記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、一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂとが互いに直交している。
【００１５】
【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、その非圧電板の一方の板面に設けられた２つの超音波送受波手段と、その２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成る。入力用および出力用すだれ状電極はそれぞれ入力用および出力用圧電基板の一方の板面に設けられている。入力用および出力用圧電基板は、それらの一方の板面またはもう一方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着されている。
【００１６】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲ_ｉおよびＲ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲ_ｉは２つの部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒ_ｉｍから成る。部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極指の方向は入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極周期長は入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ_ｉｍの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒ_ｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒ_ｉｍの電極交差幅には、部分Ｒ_ｉｍの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＲＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＲＮとの２種類があり、交差幅Ｌ_ＲＰは、交差幅Ｌ_ＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｑ_ｉの電極指は入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、部分Ｑ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＱＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑ_ｉの電極交差幅には、部分Ｑ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＱＰと、入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＱＮとの２種類があり、交差幅Ｌ_ＱＰは交差幅Ｌ_ＱＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅Ｌ_ＱＰは、電極周期長ＰをグループＲ_ｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極交差幅と、交差幅Ｌ_ＲＮと、交差幅Ｌ_ＱＮの合計は、入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しい。
【００１７】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、入力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、出力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂによって電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。このとき、電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅Ｌ_ＲＰが、交差幅Ｌ_ＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。すなわち、入力用および出力用すだれ状電極で励起あるいは受波される弾性波は、電極指に直交する方向で、しかも弾性波の波面の幅はすだれ状電極の交差幅に相当するものとみなされていることから、入力用および出力用すだれ状電極の間には、非圧電板において、部分Ｒ _ｉａ およびＲ _ｉｂ それぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ _ｉａ およびＺ _ｉｂ が形成されることとなる。このようにして、入力用および出力用すだれ状電極の間に、グループＲ_ｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになり、非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応させることができる。従って、非圧電板のどちらか一方の板面のいずれかの位置を接触する場合には、その接触位置は、必ず超音波伝搬路Ｚ _ｉａ およびＺ _ｉｂ に対応することとなる。言い換えれば、非圧電板のどちらか一方の板面上には、必ず超音波伝搬路Ｚ _ｉａ およびＺ _ｉｂ それぞれに対応する位置Ｆ _ｉａ およびＦ _ｉｂ が存在することとなる。
もしも、位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを人指または物体が接触すると、位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断され、このとき、電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａが出力用すだれ状電極から出力される。すなわち、電気信号Ｅ _ｉｂ またはＥ _ｉａ のみが出力信号として姿を見せることになるのである。このようにして、情報処理部は、位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、その位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。つまり、位置Ｆ _Ｘａ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ _Ｘａ ＝Ｆ _２ａ となるが、この場合、位置Ｆ _２ａ と対を成す位置Ｆ _２ｂ に対応する電気信号Ｅ _２ｂ が出力用すだれ状電極から出力されることとなり、このようにして、位置Ｆ _２ａ に接触したことが感知される。同様にして情報処理部は、位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂにそれぞれ対応する電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力することを可能にしている。
【００１８】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分Ａ_ｉおよびＡ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分Ｃ_ｉおよびＣ_{（ｉ＋１）}に挟まれたＮ個の部分Ｄ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。部分Ａ_ｉの電極指の方向は部分Ｃ_ｉの電極指の方向と平行である。部分Ｂ_ｉの電極指は部分Ａ_ｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＢＮは、部分Ａ_ｉおよびＣ_ｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂ_ｉの電極交差幅には、部分Ｂ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＢＰと、部分Ａ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＢＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＢＰは交差幅Ｌ_ＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅Ｌ_ＢＰは、電極周期長Ｐを部分Ａ_ｉの数Ｎの２倍で除した値（Ｐ／２Ｎ）と、cosecβとの積に等しい値をとることが可能である。部分Ｄ_ｉの電極指は部分Ｃ_ｉの電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄ_ｉの電極交差幅には、部分Ｄ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＤＰと、部分Ｃ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＤＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＤＰは、交差幅Ｌ_ＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ａ_ｉの電極指の交差幅および交差幅Ｌ_ＢＮの合計は、部分Ｃ_ｉの電極指の交差幅および交差幅Ｌ_ＤＮの合計にほぼ等しい。
【００１９】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。これは、交差幅Ｌ_ＤＰが、交差幅Ｌ_ＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しいことに起因する。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。つまり、入力用および出力用すだれ状電極の間に、部分Ａ_ｉの数Ｎの２倍（２Ｎ個）の超音波伝搬路が存在することになり、超音波伝搬路Ｚ_ｉａは部分Ａ_ｉとＣ_ｉの間に、超音波伝搬路Ｚ_ｉｂは部分Ａ_ｉとＣ_{（ｉ＋１）}の間にある。非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを人指または物体が接触すると、位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断され、このとき、電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、その位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。同様にして情報処理部は、位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂにそれぞれ対応する電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力することを可能にしている。
【００２０】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを、出力電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａそれぞれの周波数ｆ_ｉｂまたはｆ_ｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器および信号処理器から成る。出力用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して入力用すだれ状電極の入力端および信号処理器の入力端に接続される。信号処理器は、接触された位置Ｆ_Ｘａを電気信号Ｅ_Ｘｂの周波数ｆ_Ｘｂを検出することにより特定する。同様にして、接触された位置Ｆ_Ｘｂを電気信号Ｅ_Ｘａの周波数ｆ_Ｘａを検出することにより特定する。つまり、位置Ｆ _ｉａ のうちの１つ位置Ｆ _Ｘａ を接触する場合、位置Ｆ _Ｘａ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ _Ｘａ ＝Ｆ _２ａ となるが、この場合、位置Ｆ _２ａ と対を成す位置Ｆ _２ｂ に対応する出力電気信号Ｅ _２ｂ の周波数ｆ _２ｂ が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ _２ａ に接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆ _ｉｂ のうちの１つ位置Ｆ _Ｘｂ を接触する場合、ｉ＝２の場合には、Ｆ _Ｘｂ ＝Ｆ _２ｂ となり、位置Ｆ _２ｂ と対を成す位置Ｆ _２ａ に対応する出力電気信号Ｅ _２ａ の周波数ｆ _２ａ が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ _２ｂ に接触したことが特定される。
【００２１】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを、出力電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａそれぞれの位相θ_ｉｂまたはθ_ｉａと、基準となる位相θ_ｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含み、その一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられる。２つの基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行である。出力用としての基準用すだれ状電極の出力端は、増幅器を介して、入力用としての基準用すだれ状電極および入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに、位相比較器の入力端に接続される。出力用すだれ状電極の出力端は位相比較器を介して信号処理器の入力端に接続される。入力用としての基準用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、出力用としての基準用すだれ状電極によって位相θ_ｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。もしも位置Ｆ _ｉｂ のうちの１つ位置Ｆ_Ｘｂに接触すると、電気信号Ｅ _Ｘａ が出力されるので、位相比較器において位相θ_ｂａｓｅと、電気信号Ｅ _Ｘａ の位相θ_Ｘａとの差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘａ）が検出され、位置Ｆ _ｉａ のうちの１つ位置Ｆ_Ｘａに接触すると位相比較器において位相θ_ｂａｓｅと、電気信号Ｅ _Ｘｂ の位相θ _Ｘｂ との差（θ_ｂａｓｅ−θ _Ｘｂ ）が検出される。信号処理器は、接触された位置Ｆ_Ｘａを位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘｂ）に基づいて特定する。同様にして、接触された位置Ｆ_Ｘｂを位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘａ）に基づいて特定する。このようにして、もしも位置Ｆ _ｉｂ のうちの１つ位置Ｆ _Ｘｂ に接触する場合、位置Ｆ _Ｘｂ におけるｘはｉのうちの１つであり、たとえばｉ＝２の場合には、Ｆ _Ｘｂ ＝Ｆ _２ｂ となるが、この場合、位置Ｆ _２ｂ と対を成す位置Ｆ _２ａ に対応する電気信号Ｅ _２ａ が出力されるので、位相比較器においては位相θ _ｂａｓｅ とθ _２ａ との差（θ _ｂａｓｅ −θ _２ａ ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ _２ｂ に接触したことが特定される。同様にして、位置Ｆ _ｉａ のうちの１つ位置Ｆ _Ｘａ を接触する場合、ｉ＝２の場合には、Ｆ _Ｘａ ＝Ｆ _２ａ となり、位置Ｆ _２ａ と対を成す位置Ｆ _２ｂ に対応する電気信号Ｅ _２ｂ が出力されるので、位相比較器においては位相θ _ｂａｓｅ とθ _２ｂ との差（θ _ｂａｓｅ −θ _２ｂ ）が検出されることとなり、結果として、位置Ｆ _２ａ に接触したことが特定される。
【００２２】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも小さく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、弾性波の周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合の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。
【００２３】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、Ｖ_ｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００２４】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも大きく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、Ｖ_ｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００２５】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基板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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００２６】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂと、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂとが互いに直交する構造を採用することにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【００２７】
【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。本実施例は非圧電板１、Ｘ軸方向の超音波送受波手段Ｘ、Ｙ軸方向の超音波送受波手段Ｙおよび情報処理部Ｚから成る。各超音波送受波手段は入力用すだれ状電極３、および出力用すだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。図１では非圧電板１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３および４はアルミニウム薄膜で成り、１０対の電極指を有し、圧電基板２の下端面に設けられている。非圧電板１はガラスの他、フッ素樹脂、アクリル樹脂またはプラスチック等の高分子化合物で成り、その厚さｈは１５０μｍである。圧電基板２は枠型構造を成し、厚さｄが１ｍｍの圧電セラミックで成り、その分極軸の方向は厚さｄの方向と平行である。圧電基板２は非圧電板１の下端面に固着されている。非圧電板１と圧電基板２は２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒを形成する。
【００２８】
図２は図１の超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図である。但し、図２では情報処理部Ｚは描かれていない。圧電基板２は枠型構造の一方の端にすだれ状電極３が、もう一方の端にすだれ状電極４が設けられている。圧電基板２の代わりに、それぞれ独立した４つの圧電基板を採用し、その４つの圧電基板それぞれにすだれ状電極３または４を設けた構造も可能である。
【００２９】
図３はすだれ状電極３と４との間の相対的な構造を示す図である。すだれ状電極３は正規型の構造を有し、その電極周期長Ｐは１．６ｍｍで、電極交差幅Ｌは１５ｍｍである。すだれ状電極４の電極指の交差領域は、１個のグループＲ_１から成り、グループＲ_１は２つの部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ_１ｍから成る。部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極３の電極指の方向と平行で、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極３の電極周期長Ｐと等しい。
【００３０】
図４は部分Ｒ_１ｍの拡大平面図である。部分Ｒ_１ｍの電極指はすだれ状電極３の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｒ_１ｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＲＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｒ_１ｍの電極交差幅には、部分Ｒ_１ｍの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＲＰと、すだれ状電極３の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＲＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＲＰは、交差幅Ｌ_ＲＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。なお、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂそれぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｒ_１ｍの交差幅Ｌ_ＲＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極３の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
図３および４より、部分Ｒ _１ｍ とＲ _１ａ との境界付近と、部分Ｒ _１ｍ とＲ _１ｂ との境界付近とでは、すだれ状電極３からの距離において、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違を生ずることがわかる。このことは、すだれ状電極３と部分Ｒ _１ａ との距離と、すだれ状電極３と部分Ｒ _１ｂ との距離とでは、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることを意味する。
【００３１】
図５は図１の超音波タッチパネルの回路構成図である。図５の回路には情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器５および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は、増幅器５を介してすだれ状電極３の入力端および信号処理器６の入力端に接続されている。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極３に入力すると、２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬される。このとき、部分Ｒ _１ｍ という電極部に注目した場合、部分Ｒ _１ｍ が入力用のすだれ状電極３に対して傾斜していることから、すだれ状電極３から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｒ _１ｍ 自体における電気信号の出力は零となる。一方、入力用のすだれ状電極３に対して平行な部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ に着目した場合、部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ が、すだれ状電極３からの距離において、【００３０】で述べたように、電極周期長Ｐの半分に相当する分の相違があることから、すだれ状電極３から部分Ｒ _１ａ に至る遅延伝搬距離と、すだれ状電極３から部分Ｒ _１ｂ に至る遅延伝搬距離が、伝搬する弾性波の波長の 2 分の１周期分ずれるという結果をもたらすこととなる。その結果、部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ に到達した弾性波が、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂによって周波数ｆ_１ａおよびｆ_１ｂを有する電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は、部分Ｒ _１ｍ という電極部で電気的に結合する結果として零となる。従って、部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ の電気信号の和の出力は零となる。その結果、すだれ状電極４全体から電気信号が出力されることはない。
このようにして、部分Ｒ _１ｍ が、部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ の間に存在し、しかも、【００３０】および図４で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極４での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極３および４は、２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒに挟まれた非圧電板１において、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_１ａおよびＺ_１ｂを形成する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ_１ａおよびＦ_１ｂを超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ_１ａを人指または物体が接触すると、位置Ｆ_１ａに対応する超音波伝搬路Ｚ_１ａが遮断され、このとき、電気信号Ｅ_１ｂが出力用すだれ状電極４から出力される。同様にして、位置Ｆ_１ｂを接触すると位置Ｆ_１ｂに対応する超音波伝搬路Ｚ_１ｂが遮断され、電気信号Ｅ_１ａが出力用すだれ状電極４から出力される。言い換えれば、位置Ｆ _１ｂ を接触すると、位置Ｆ _１ｂ と対を成す位置Ｆ _１ａ に対応する電気信号Ｅ _１ａ がすだれ状電極４から出力され、位置Ｆ _１ａ を接触すると、位置Ｆ _１ａ と対を成す位置Ｆ _１ｂ に対応する電気信号Ｅ _１ｂ がすだれ状電極４から出力されることとなる。すなわち、接触しない場合には、部分Ｒ _１ｍ を含むすだれ状電極４全体としての出力電気信号は零であるが、接触することにより電気信号Ｅ _１ａ またはＥ _１ｂ がすだれ状電極４から出力されることとなる。つまり、非圧電板１の板面を接触しない場合には、すだれ状電極４から電気信号が出力されることはないが、位置Ｆ_１ｂを接触すると周波数ｆ_１ａを有する電気信号Ｅ_１ａが、位置Ｆ_１ａを接触すると周波数ｆ_１ｂを有する電気信号Ｅ_１ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ_１ａおよびＦ_１ｂのどちらに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。本実施例では、２つの超音波送受波手段ＸおよびＹが用いられ、超音波送受波手段Ｘにおける超音波伝搬路Ｚ_１ａおよびＺ_１ｂと、超音波送受波手段Ｙにおける超音波伝搬路Ｚ_１ａおよびＺ_１ｂとが互いに直交していることから、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。すだれ状電極４から出力される電気信号Ｅ_１ａまたはＥ_１ｂは増幅器５によって増幅され、増幅された電気信号の一部はすだれ状電極３に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ_１ａまたはＺ_１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００３２】
図６は図１の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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、弾性波の周波数ｆと圧電基板２の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係を示す特性図である。但し、図６では、非圧電板１が非圧電板１単体を伝搬する弾性波の横波の速度が４２０３ｍ／ｓで縦波の速度が７６０４ｍ／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４２０３ｍ／ｓおよび縦波速度７６０４ｍ／ｓという値は、圧電基板２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１．７倍である。図６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Ｂ_Ｔに励振されることが分かる。すだれ状電極３に加えられる電気的エネルギーは、たとえばＡ_２モードの弾性波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約３．８ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ^２値は最大値の約１４％に達する。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。
【００３３】
図７は図１の２層構造部Ｂ_Ｔ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７では、非圧電板１が図６と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極３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６から算出した値で、ｋ^２が最大値を示すｆｄ値）を示す。図７ではｆｄ値が零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０は約３７５０ｍ／ｓ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。このようにして、２層構造部Ｂ_Ｔ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。
【００３４】
図８は本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図である。図８は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。本実施例は非圧電板１、超音波送受波手段ＸおよびＹ、および情報処理部Ｚから成る。但し、図８では情報処理部Ｚは描かれていない。各超音波送受波手段は４つのすだれ状電極３およびそれらに対応する４つのすだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。
【００３５】
図９は図８の超音波タッチパネルの回路構成図である。図９の回路ではスイッチ７と情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器５および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器５を介してスイッチ７の入力端および信号処理器６の入力端に接続されている。スイッチ７は、４つのすだれ状電極３に順番に電気信号を入力する機能を有する。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力すると、２層構造部Ｂ_Ｔに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂによって、周波数ｆ_１ａおよびｆ_１ｂを有する電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂを接触すると周波数ｆ_１ａを有する電気信号Ｅ_１ａが、位置Ｆ_１ａを接触すると周波数ｆ_１ｂを有する電気信号Ｅ_１ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置が明らかになる。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。すだれ状電極４から出力される電気信号Ｅ_１ａまたはＥ_１ｂは増幅器５によって増幅され、増幅された電気信号の一部はスイッチ７を介してすだれ状電極３に再び入力される。このようにして、接触時にのみ超音波伝搬路Ｚ_１ａまたはＺ_１ｂを遅延素子とする発振器が構成されることから、低消費電力駆動が可能となるばかりでなく、回路構成も簡単になる。
【００３６】
図１０は本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図である。図１０は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。本実施例は非圧電板１、超音波送受波手段ＸおよびＹ、および情報処理部Ｚから成る。但し、図１０では情報処理部Ｚは描かれていない。各超音波送受波手段は基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３およびそれらに対応する４つのすだれ状電極４を含む。また、各超音波送受波手段は共通の基板としての圧電基板２を含む。
【００３７】
図１１は図１０の超音波タッチパネルの回路構成図である。図１１の回路では増幅器５、スイッチ７および情報処理部Ｚが含まれ、情報処理部Ｚは増幅器１０、位相比較器１１および信号処理器６から成る。すだれ状電極４の出力端は互いに１つの接続点で接続され、その接続点は、増幅器５を介して位相比較器１１の入力端に接続されている。すだれ状電極９の出力端は、増幅器１０を介して、すだれ状電極８の入力端およびスイッチ７の入力端に接続されるとともに位相比較器１１の入力端に接続されている。スイッチ７は、４つのすだれ状電極３に順番に電気信号を入力する機能を有する。すだれ状電極８から電気信号を入力すると、２層構造部Ｂ_Ｔに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、すだれ状電極９によって位相θ_ｂａｓｅを有する電気信号に変換され出力されて、増幅器１０によって増幅される。増幅された電気信号の一部（マル１）はすだれ状電極８およびスイッチ７に入力される。このようにして、すだれ状電極８と９との間の超音波伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することができる。増幅された電気信号の残部（マル２）は位相比較器１１に入力される。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力すると、２層構造部Ｂ_Ｔに弾性波が励振される。この弾性波は非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂによって、位相θ_１ａおよびθ_１ｂを有する電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂを接触すると電気信号Ｅ_１ａが、位置Ｆ_１ａを接触すると電気信号Ｅ_１ｂがすだれ状電極４から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θ_ｂａｓｅと、位相θ_１ａまたはθ_１ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置を特定している。超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００３８】
図１２は本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図である。本実施例は第１の実施例の出力用すだれ状電極４が出力用すだれ状電極１２に置き換わった構造を有する。但し、図１２では非圧電板１、圧電基板２、すだれ状電極３および１２のみが描かれている。図１２は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。
【００３９】
図１３はすだれ状電極３と１２との間の相対的な構造を示す図である。図１３は図３に対応している。すだれ状電極１２の電極指の交差領域は、２個のグループＲ_１およびＲ_２と１個の部分Ｑ_１から成り、部分Ｑ_１はグループＲ_１およびＲ_２の間にある。グループＲ_１は２つの部分Ｒ_１ａおよびＲ_１ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ_１ｍから成り、グループＲ_２は２つの部分Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂとそれらに挟まれた部分Ｒ_２ｍから成る。部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂそれぞれの電極指の方向はすだれ状電極３の電極指の方向と平行で、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂそれぞれの電極周期長はすだれ状電極３の電極周期長Ｐと等しい。部分Ｒ_１ｍおよびＲ_２ｍの構造は図４に示されている構造と同様である。
【００４０】
図１４は部分Ｑ_１の拡大平面図である。部分Ｑ_１の電極指はすだれ状電極３の電極指に対し角−βの傾きを有する。本実施例では、このように−βの傾きを有するが、＋βの傾きを有する場合も可能である。部分Ｑ_１の電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_{Ｑ Ｎ}は、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｑ_１の電極交差幅には、部分Ｑ_１の電極指の方向での交差幅Ｌ_ＱＰと、すだれ状電極３の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＱＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＱＰは、交差幅Ｌ_ＱＮとsecβとの積に等しく、また、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。なお、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂそれぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｒ_１ｍおよびＲ_２ｍそれぞれの交差幅Ｌ_ＲＮ（１ｍｍ）と、部分Ｑ_１の交差幅Ｌ_ＱＮ（１ｍｍ）の合計は、すだれ状電極３の電極交差幅Ｌ（１５ｍｍ）と等しい。
【００４１】
第４の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図５の回路構成が用いられる。但し、図５のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。すだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１を介して２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、すだれ状電極１２に到達することとなるが、部分Ｑ _１ という電極部に注目した場合、部分Ｑ _１ が入力用のすだれ状電極２に対して傾斜していることから、すだれ状電極２から伝搬する弾性波を受信することができず、その結果、部分Ｑ _１ 自体における電気信号の出力は、【００３１】で述べた部分Ｒ _１ｍ の場合と同様にして零となる。一方、グループＲ _１ およびＲ _２ に着目すれば、グループＲ _１ を構成する部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ と、グループＲ _２ を構成する部分Ｒ _２ａ およびＲ _２ｂ は、【００３１】で述べた部分Ｒ _１ａ およびＲ _１ｂ と同様に考えることができるので、グループＲ _１ 自体およびグループＲ _２ 自体における電気信号の出力はともに零となる。このようにして、弾性波が部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂによって電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａおよびＥ_２ｂにそれぞれ変換される際、電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅および電気信号Ｅ_２ａおよびＥ_２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅はともに零となる。このことは、すだれ状電極１２全体としての出力電気信号が零となることを意味する。
このようにして、部分Ｒ _１ｍ が部分Ｒ _１ａ とＲ _１ｂ の間に、部分Ｒ _２ｍ が部分Ｒ _２ａ とＲ _２ｂ の間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｒ _１ｍ およびＲ _２ｍ が【００３０】で明示されている条件を具備し、部分Ｑ _１ が、グループＲ _１ およびＲ _２ の間に存在するとともに【００４０】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１２での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極３および１２は、２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒに挟まれた非圧電板１において、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_１ａ，Ｚ_１ｂ，Ｚ_２ａおよびＺ_２ｂを形成する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａおよびＦ_２ｂを超音波伝搬路Ｚ_ｉａ，Ｚ_ｉｂ，Ｚ_２ａおよびＺ_２ｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａまたはＦ_２ｂを人指または物体が接触すると、位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａまたはＦ_２ｂにそれぞれ対応する超音波伝搬路Ｚ_１ａ，Ｚ_ｉｂ，Ｚ_２ａまたはＺ_２ｂが遮断され、このとき、電気信号Ｅ_１ｂ，Ｅ_１ａ，Ｅ_２ｂまたはＥ_２ａが出力用すだれ状電極１２からそれぞれ出力される。つまり、位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａまたはＦ_２ｂを接触すると、周波数ｆ_１ｂ，ｆ_１ａ，ｆ_２ｂまたはｆ_２ａをそれぞれ有する電気信号Ｅ_１ｂ，Ｅ_１ａ，Ｅ_２ｂまたはＥ_２ａが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、どの位置に接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００４２】
図８の第２の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図９の回路構成が用いられる。但し、図９のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂによって、周波数ｆ_１ａ，ｆ_１ｂ，ｆ_２ａおよびｆ_２ｂを有する電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａおよびＥ_２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ａ，Ｆ_２ｂまたはＦ_２ａを接触すると、電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置が明らかになる。
【００４３】
図１０の第３の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１１の回路構成が用いられる。但し、図１１のすだれ状電極４はすだれ状電極１２に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂによって位相θ_１ａ，θ_１ｂ，θ_２ａまたはθ_２ｂを有する電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ａ，Ｆ_２ｂまたはＦ_２ａを接触すると、電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂがすだれ状電極１２から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θ_ｂａｓｅと、位相θ_１ａ，θ_１ｂ，θ_２ａまたはθ_２ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極３を判別することにより接触位置を特定している。
【００４４】
図１５は本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図である。本実施例は第１の実施例の入力用すだれ状電極３および出力用すだれ状電極４が入力用すだれ状電極１３および出力用すだれ状電極１４に置き換わった構造を有する。但し、図１５では非圧電板１、圧電基板２、すだれ状電極１３および１４のみが描かれている。図１５は超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図であり、図２に対応している。
【００４５】
図１６はすだれ状電極１３と１４との間の相対的な構造を示す図である。図１６は図３に対応している。すだれ状電極１３の電極指の交差領域は、２個の部分Ａ_１およびＡ_２と１個の部分Ｂ_１から成り、部分Ｂ_１は部分Ａ_１およびＡ_２の間にある。また、すだれ状電極１４の電極指の交差領域は、３個の部分Ｃ_１，Ｃ_２およびＣ_３と、２個の部分Ｄ_１およびＤ_２から成り、部分Ｄ_１は部分Ｃ_１およびＣ_２の間にあり、部分Ｄ_２は部分Ｃ_２およびＣ_３の間にある。部分Ａ_１およびＡ_２それぞれの電極指の方向は、部分Ｃ_１，Ｃ_２およびＣ_３それぞれの電極指の方向と平行である。部分Ａ_１，Ａ_２，Ｃ_１，Ｃ_２およびＣ_３それぞれの電極周期長Ｐは１．６ｍｍである。
【００４６】
図１７は部分Ｂ_１の拡大平面図である。部分Ｂ_１の電極指は部分Ａ_１およびＡ_２の電極指に対し角−βの傾きを有し、部分Ｂ_１の電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＢＮは、電極周期長Ｐとcosβとの積に等しい。部分Ｂ_１の電極交差幅には、部分Ｂ_１の電極指の方向での交差幅Ｌ_ＢＰと、部分Ａ_１およびＡ_２の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＢＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＢＰは交差幅Ｌ_ＢＮとsecβとの積に等しい。さらに、交差幅Ｌ_ＢＰは、電極周期長Ｐを４で除した値（Ｐ／４）とcosecβとの積に等しい。
【００４７】
図１８は部分Ｄ_１の拡大平面図である。部分Ｄ_２も部分Ｄ_１と同様な構造を成す。部分Ｄ_１の電極指は部分Ｃ_１，Ｃ_２およびＣ_３の電極指に対し角αの傾きを有し、部分Ｄ_１の電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＤＮは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しい。部分Ｄ_１の電極交差幅には、部分Ｄ_１の電極指の方向での交差幅Ｌ_ＤＰと、部分Ｃ_１，Ｃ_２およびＣ_３の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＤＮとの２種類がある。交差幅Ｌ_ＤＰは、交差幅Ｌ_ＤＮとsecαとの積に等しいとともに、電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しい。部分Ｄ_２についても同様である。部分Ａ_１およびＡ_２それぞれの電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｂ_１の交差幅Ｌ_ＢＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）は、部分Ｃ_１およびＣ_３それぞれの電極交差幅（３ｍｍ）と、部分Ｃ_２の電極交差幅（７ｍｍ）と、部分Ｄ_１およびＤ_２それぞれの交差幅Ｌ_ＤＮ（１ｍｍ）の合計（１５ｍｍ）に等しい。
【００４８】
第５の実施例の超音波タッチパネルを駆動する場合、図５の回路構成が用いられる。但し、図５のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。図１５の場合においては、図１６からも明らかなように、部分Ａ _１ からＣ _１ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ _１ からＣ _２ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ _１ が存在するために異なり、部分Ａ _１ からＣ _２ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ _２ からＣ _２ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｂ _１ が存在するために異なり、部分Ａ _２ からＣ _２ に至る遅延伝搬距離と、部分Ａ _２ からＣ _３ に至る遅延伝搬距離は、部分Ｄ _２ が存在するために異なることがわかる。つまり、すだれ状電極１３および１４の間の遅延伝搬距離には４種類あり、それぞれの距離に対応する部分のすだれ状電極１４で、すだれ状電極１３からの弾性波を受波することとなる。このようにして、すだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、すだれ状電極１４によって２個の電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_２ａと、２個の電気信号Ｅ_１ｂおよびＥ_２ｂに変換されることとなるが、その際、部分Ｂ _１ ，Ｄ _１ およびＤ _２ の存在により、結果として、電気信号Ｅ_１ａおよびＥ_１ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となり、電気信号Ｅ_２ａおよびＥ_２ｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零となる。
このようにして、部分Ｂ _１ が、部分Ａ _１ とＡ _２ の間に存在するとともに【００４６】で明示されている条件を具備し、部分Ｄ _１ が部分Ｃ _１ とＣ _２ の間に、部分Ｄ _２ が部分Ｃ _２ とＣ _３ の間にそれぞれ存在し、しかも部分Ｄ _１ およびＤ _２ が
【００４７】で明示されている条件を具備することが、結果として、すだれ状電極１４での出力電気信号を零とする。
すだれ状電極１３および１４は、２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒに挟まれた非圧電板１において、超音波伝搬路Ｚ _１ａ ，Ｚ _１ｂ ，Ｚ _２ａ およびＺ _２ｂ を形成する。これら４個の超音波伝搬路は上記の４個の遅延伝搬距離に対応するものであって、超音波伝搬路Ｚ_１ａは部分Ａ_１とＣ_１との間に、超音波伝搬路Ｚ_１ｂは部分Ａ_１とＣ_２との間に、超音波伝搬路Ｚ_２ａは部分Ａ_２とＣ_２との間に、超音波伝搬路Ｚ_２ｂは部分Ａ_２とＣ_３との間にそれぞれ存在する。非圧電板１の上端面または下端面における位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａおよびＦ_２ｂを超音波伝搬路Ｚ_ｉａ，Ｚ_ｉｂ，Ｚ_２ａおよびＺ_２ｂにそれぞれ対応させることができる。もしも、位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａまたはＦ_２ｂを人指または物体が接触すると、周波数ｆ_１ｂ，ｆ_１ａ，ｆ_２ｂまたはｆ_２ａをそれぞれ有する電気信号Ｅ_１ｂ，Ｅ_１ａ，Ｅ_２ｂまたはＥ_２ａが信号処理器６で検出される。このとき、位置Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ａ，Ｆ_２ｂまたはＦ_２ａを接触してもしなくても部分Ｄ_１およびＤ_２で変換される電気信号が出力されることはない。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数から、位置Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_２ａおよびＦ_２ｂのどれに接触したかが分かる。しかも、超音波送受波手段Ｘに関する接触位置と、超音波送受波手段Ｙに関する接触位置は同時に検出される。
【００４９】
図８の第２の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図９の回路構成が用いられる。但し、図９のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂによって、周波数ｆ_１ａ，ｆ_１ｂ，ｆ_２ａおよびｆ_２ｂを有する電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａおよびＥ_２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ａ，Ｆ_２ｂまたはＦ_２ａを接触すると、電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂが信号処理器６で検出される。このようにして、信号処理器６で検出される電気信号の周波数と、電気信号が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１３を判別することにより接触位置が明らかになる。
【００５０】
図１０の第３の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。このような構造の超音波タッチパネルを駆動する場合、図１１の回路構成が用いられる。但し、図１１のすだれ状電極３および４はすだれ状電極１３および１４に置き換えられる。スイッチ７を介してすだれ状電極１３から電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔに励振された弾性波は、非圧電板１に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_１ａ，Ｒ_１ｂ，Ｒ_２ａおよびＲ_２ｂによって位相θ_１ａ，θ_１ｂ，θ_２ａまたはθ_２ｂを有する電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂにそれぞれ変換される。もしも、位置Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ａ，Ｆ_２ｂまたはＦ_２ａを接触すると、電気信号Ｅ_１ａ，Ｅ_１ｂ，Ｅ_２ａまたはＥ_２ｂがすだれ状電極１４から出力される。このとき、位相比較器１１では位相θ_ｂａｓｅと、位相θ_１ａ，θ_１ｂ，θ_２ａまたはθ_２ｂとの差が検出される。信号処理器６はこの位相差と、この位相差が検出された時に接続されていた唯１つのすだれ状電極１３を判別することにより接触位置を特定している。
【００５１】
図１９は本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す断面図である。本実施例は図１の非圧電板１が、非圧電板１５に置き換わった構造を有する。非圧電板１５は厚さｈが１ｍｍである。図１９では非圧電板１５、圧電基板２、すだれ状電極３および４のみが描かれている。非圧電板１５と圧電基板２は２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒを形成する。
【００５２】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図５の回路構成が用いられる。
【００５３】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、図８の第２の実施例のように、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図９の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図９の回路構成が用いられる。
【００５４】
第６の実施例の超音波タッチパネルでは、図１０の第３の実施例のように、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図１１の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図１１の回路構成が用いられる。
【００５５】
図２０は図１９の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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である。但し、図２０では、非圧電板１５が、非圧電板１５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、圧電基板２単体の場合の横波速度２４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれとほぼ等しい。図２０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Ｂ_Ｔに励振されることが分かる。すだれ状電極３に加えられる電気的エネルギーは、たとえば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１．８ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ^２値は最大値の約９．５％に達する。
【００５６】
図２１は図１９の２層構造部Ｂ_Ｔ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２１では、非圧電板１５が図２０と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極３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２０から算出した値で、ｋ^２が最大値を示すｆｄ値）を示す。図２１ではＶ_ｆｄ＝０値は約３６７０ｍ／ｓ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。このようにして、２層構造部Ｂ_Ｔ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。
【００５７】
図２２は本発明の超音波タッチパネルの第７の実施例を示す断面図である。本実施例は図１の非圧電板１が、非圧電板１６に置き換わった構造を有する。非圧電板１６は厚さｈが１．５ｍｍである。図２２では非圧電板１６、圧電基板２、すだれ状電極３および４のみが描かれている。非圧電板１６と圧電基板２は２層構造部Ｂ_ＴおよびＢ_Ｒを形成する。
【００５８】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図５の回路構成が用いられる。
【００５９】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、図８の第２の実施例のように、各超音波送受波手段が４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図９の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図９の回路構成が用いられる。
【００６０】
第７の実施例の超音波タッチパネルでは、図１０の第３の実施例のように、各超音波送受波手段が基準用すだれ状電極８および９と、４つのすだれ状電極３および４つのすだれ状電極４から成る構造が可能であり、この場合、図１１の回路構成が用いられる。さらに、このような構造において、すだれ状電極４がすだれ状電極１２に置き換わった構造が可能であるとともに、すだれ状電極３および４がすだれ状電極１３および１４に置き換わった構造が可能である。いずれの構造においても図１１の回路構成が用いられる。
【００６１】
図２３は図２２の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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である。但し、図２３では、非圧電板１６が、非圧電板１６単体を伝搬する弾性波の横波の速度が１９８８ｍ／ｓで縦波の速度が３５９７ｍ／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１９８８ｍ／ｓおよび縦波速度３５９７ｍ／ｓという値は、圧電基板２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０．８倍である。図２３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Ｂ_Ｔに励振されることが分かる。
【００６２】
図２４は図２２の２層構造部Ｂ_Ｔ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２４では、非圧電板１６が図２３と同様な材質で成る場合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極３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２３から算出した値で、ｋ^２が最大値を示すｆｄ値）を示す。図２４ではＶ_ｆｄ＝０値は約３５００ｍ／ｓ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。このようにして、２層構造部Ｂ_Ｔ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。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の超音波タッチパネルは非圧電板と、２つの超音波送受波手段と、その２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る。各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、入力用圧電基板の一方の板面に設けられた少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、出力用圧電基板の一方の板面に入力用すだれ状電極に対応するように設けられた出力用すだれ状電極から成る。入力用および出力用圧電基板は、それらの一方の板面またはもう一方の板面を介して非圧電板の一方の板面に固着されている。
【００６４】
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、入力用すだれ状電極は正規型の構造を有する。出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１）のみから成るか、またはＮ個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つのグループＲ_ｉおよびＲ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成る。各グループＲ_ｉは２つの部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒ_ｉｍから成る。もしも、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、入力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、出力用圧電基板と非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂによって電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換される。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応させることができる。
【００６５】
本発明の超音波タッチパネルの第２の構造では、入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの部分Ａ_ｉおよびＡ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの部分Ｃ_ｉおよびＣ_{（ｉ＋１）}に挟まれたＮ個の部分Ｄ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成る。もしも、入力用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、出力用すだれ状電極によってＮ個の電気信号Ｅ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換される。入力用および出力用すだれ状電極は、非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応させることができる。
【００６６】
本発明の超音波タッチパネルでは、もしも位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを人指または物体が接触すると、位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断され、このとき、電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａが出力用すだれ状電極から出力される。情報処理部は、位置Ｆ_Ｘａに接触したことを、その位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知し、位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが出力用すだれ状電極から出力されることにより感知している。
【００６７】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを、出力電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａそれぞれの周波数ｆ_ｉｂまたはｆ_ｉａによって特定することが可能である。この場合、情報処理部は信号処理器を含み、信号処理器は、接触位置Ｆ_Ｘａを電気信号Ｅ_Ｘｂの周波数ｆ_Ｘｂを検出することにより特定し、接触位置Ｆ_Ｘｂを電気信号Ｅ_Ｘａの周波数ｆ_Ｘａを検出することにより特定する。
【００６８】
本発明の超音波タッチパネルでは、接触された位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂを、出力電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａそれぞれの位相θ_ｉｂまたはθ_ｉａと、基準となる位相θ_ｂａｓｅとの差から特定することが可能である。この場合、情報処理部は位相比較器および信号処理器を含み、各超音波送受波手段は２つの基準用すだれ状電極を含む。入力用の基準用すだれ状電極に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力することにより、２層構造部Ｂ_Ｔに電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振することができる。弾性波は非圧電板に伝搬された後、２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬され、出力用の基準用すだれ状電極によって位相θ_ｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力される。もしも位置Ｆ_Ｘｂに接触すると位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘａ）が、位置Ｆ_Ｘａに接触すると位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘｂ）が位相比較器で検出される。信号処理器は、接触位置Ｆ_Ｘａを位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘｂ）に基づいて特定し、接触位置Ｆ_Ｘｂを位相差（θ_ｂａｓｅ−θ_Ｘａ）に基づいて特定する。
【００６９】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも小さく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも大きい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、弾性波の周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合の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。
【００７０】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、Ｖ_ｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００７１】
本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板の厚さｈが各圧電基板の厚さｄよりも大きく、各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいような構造が可能である。この場合、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基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい物質が採用される。入力用すだれ状電極に電気信号を入力することにより２層構造部Ｂ_Ｔ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、その位相速度は、Ｖ_ｆｄ＝０値とほぼ等しくなる。
【００７２】
本発明の超音波タッチパネルでは、圧電基板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が厚さｄの方向と平行であるような構造を採用することにより、設計しやすさに優れたデバイスを提供することができる。
【００７３】
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路と、もう一方の超音波送受波手段における超音波伝搬路とを互いに直交させることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標によって接触位置を表わすことが可能となる。
【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の超音波タッチパネルを下方から見たときの平面図。
【図３】 すだれ状電極３と４との間の相対的な構造を示す図。
【図４】 部分Ｒ_１ｍの拡大平面図。
【図５】 図１の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図６】 図１の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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７】 図１の２層構造部Ｂ_Ｔを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図８】 本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を示す平面図。
【図９】 図８の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１０】 本発明の超音波タッチパネルの第３の実施例を示す平面図。
【図１１】 図１０の超音波タッチパネルの回路構成図。
【図１２】 本発明の超音波タッチパネルの第４の実施例を示す平面図。
【図１３】 すだれ状電極３と１２との間の相対的な構造を示す図。
【図１４】 部分Ｑ_１の拡大平面図。
【図１５】 本発明の超音波タッチパネルの第５の実施例を示す平面図。
【図１６】 すだれ状電極１３と１４との間の相対的な構造を示す図。
【図１７】 部分Ｂ_１の拡大平面図。
【図１８】 部分Ｄ_１の拡大平面図。
【図１９】 本発明の超音波タッチパネルの第６の実施例を示す断面図。
【図２０】 図１９の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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２１】 図１９の２層構造部Ｂ_Ｔを伝搬する弾性波の速度分散曲線を示す特性図。
【図２２】 本発明の超音波タッチパネルの第７の実施例を示す断面図。
【図２３】 図２２の２層構造部Ｂ_Ｔにおける圧電基板２単体の異なる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２４】 図２２の２層構造部Ｂ_Ｔ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】
１，１５，１６ 非圧電板
２ 圧電基板
３，１３ 入力用すだれ状電極
４，１２，１４ 出力用すだれ状電極
５ 増幅器
６ 信号処理器
７ スイッチ
８，９ 基準用すだれ状電極
１０ 増幅器
１１ 位相比較器

Claims (11)

1. 非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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の一方の板面に固着され、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、１個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１）から成るか、またはＮ個のグループＲ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と２つの前記グループＲ_ｉおよびＲ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎー１）個の部分Ｑ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記各グループＲ_ｉは２つの部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂと、それらに挟まれた部分Ｒ_ｉｍから成り、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極指の方向は前記入力用すだれ状電極の電極指の方向と平行で、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極周期長は前記入力用すだれ状電極の電極周期長Ｐと等しく、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＲＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｒ_ｉｍの電極交差幅には、前記部分Ｒ_ｉｍの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＲＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＲＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＲＰは、前記交差幅Ｌ_ＲＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ｑ_ｉの電極指は前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角±βの傾きを有し、前記部分Ｑ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＱＮは、前記電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｑ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｑ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＱＰと、前記入力用すだれ状電極の電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＱＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＱＰは前記交差幅Ｌ_ＱＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれの電極交差幅と、前記交差幅Ｌ_ＲＮと、前記交差幅Ｌ_ＱＮの合計は、前記入力用すだれ状電極の電極交差幅Ｌとほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂは、前記弾性波を電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ変換し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、前記部分Ｒ_ｉａおよびＲ_ｉｂそれぞれに対応する超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちから一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。
2. 前記交差幅Ｌ_ＱＰは、前記電極周期長Ｐを前記グループＲ_ｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項１に記載の超音波タッチパネル。
3. 非圧電板、２つの超音波送受波手段、および前記２つの超音波送受波手段に接続された情報処理部から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は入力用および出力用圧電基板と、少なくとも１組の入力用すだれ状電極と、前記入力用すだれ状電極に対応する出力用すだれ状電極から成り、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれの一方の板面に設けられ、前記入力用および出力用圧電基板は、前記入力用および出力用圧電基板それぞれ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の一方の板面に固着され、前記入力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、Ｎ個の部分Ａ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）と、２つの前記部分Ａ_ｉおよびＡ_{（ｉ＋１）}に挟まれた（Ｎ−１）個の部分Ｂ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ−１）｝から成り、前記出力用すだれ状電極の電極指の交差領域は、（Ｎ＋１）個の部分Ｃ_ｉ｛ｉ＝１，２，……，（Ｎ＋１）｝と、２つの前記部分Ｃ_ｉおよびＣ_{（ｉ＋１）}に挟まれたＮ個の部分Ｄ_ｉ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記部分Ａ_ｉの電極指の方向は前記部分Ｃ_ｉの電極指の方向と平行で、前記部分Ｂ_ｉの電極指は前記部分Ａ_ｉの電極指に対し角−βの傾きを有し、前記部分Ｂ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＢＮは、前記部分Ａ_ｉおよびＣ_ｉの電極周期長Ｐとcosβとの積に等しく、前記部分Ｂ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｂ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＢＰと、前記部分Ａ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＢＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＢＰは前記交差幅Ｌ_ＢＮとsecβとの積に等しく、前記部分Ｄ_ｉの電極指は前記部分Ｃ_ｉの電極指に対し角αの傾きを有し、前記部分Ｄ_ｉの電極指に直交する方向での電極指の周期長Ｐ_ＤＮは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、前記部分Ｄ_ｉの電極交差幅には、前記部分Ｄ_ｉの電極指の方向での交差幅Ｌ_ＤＰと、前記部分Ｃ_ｉの電極指に平行な方向での交差幅Ｌ_ＤＮとの２種類があり、前記交差幅Ｌ_ＤＰは、前記交差幅Ｌ_ＤＮとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐの半分とcosecαとの積に等しく、前記部分Ａ_ｉの電極指の交差幅および前記交差幅Ｌ_ＢＮの合計は、前記部分Ｃ_ｉの電極指の交差幅および前記交差幅Ｌ_ＤＮの合計にほぼ等しく、前記入力用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記入力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記出力用圧電基板と前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性波をＮ個の電気信号Ｅ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の電気信号Ｅ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に変換し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂを合成することにより生ずる電気信号の振幅は零であり、前記入力用および出力用すだれ状電極は、前記非圧電板において、Ｎ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉａ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）およびＮ個の超音波伝搬路Ｚ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成し、前記非圧電板のどちらか一方の板面における位置Ｆ_ｉａおよびＦ_ｉｂ（ｉ＝１，２，……，Ｎ）は前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂにそれぞれ対応し、前記出力用すだれ状電極は、前記位置Ｆ_ｉａまたはＦ_ｉｂに人指または物体が接触して前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａまたはＺ_ｉｂが遮断されたときにのみ、前記電気信号Ｅ_ｉｂまたはＥ_ｉａを出力し、前記情報処理部は、前記位置Ｆ_ｉａのうちの１つＦ_Ｘａに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａと対を成す位置Ｆ_Ｘｂに対応する電気信号Ｅ_Ｘｂが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知するか、または前記位置Ｆ_Ｘｂに接触したことを、前記位置Ｆ_Ｘａに対応する電気信号Ｅ_Ｘａが前記出力用すだれ状電極から出力されることにより感知する超音波タッチパネル。
4. 前記交差幅Ｌ_ＢＰは、前記電極周期長Ｐを前記部分Ａ_ｉの数Ｎの２倍で除した値と、cosecβとの積に等しい請求項３に記載の超音波タッチパネル。
5. 前記情報処理部が増幅器および信号処理器から成り、前記出力用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して前記入力用すだれ状電極の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂは、それぞれ周波数ｆ_ｉａおよびｆ_ｉｂを有し、前記信号処理器は、前記位置Ｆ _ｉａ のうち接触した前記位置Ｆ_Ｘａを前記電気信号Ｅ_Ｘｂの周波数ｆ_Ｘｂを検出することにより特定するか、または前記位置Ｆ _{ｉ ｂ} のうち接触した前記位置Ｆ_Ｘｂを前記電気信号Ｅ_Ｘａの周波数ｆ_Ｘａを検出することにより特定する請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
6. 前記各超音波送受波手段が２つの基準用すだれ状電極を含み、前記基準用すだれ状電極の一方は入力用として、もう一方は出力用として用いられ、２つの前記基準用すだれ状電極の電極指の方向は互いに平行で、前記情報処理部は増幅器、位相比較器および信号処理器から成り、前記もう一方の基準用すだれ状電極の出力端は、前記増幅器を介して、前記一方の基準用すだれ状電極および前記入力用すだれ状電極それぞれの入力端に接続されるとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記出力用すだれ状電極の出力端は前記位相比較器を介して前記信号処理器の入力端に接続され、前記一方の基準用すだれ状電極は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、前記２層構造部Ｂ_Ｔに前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性波を励振し、その弾性波を前記非圧電板中に伝搬させた後、前記２層構造部Ｂ_Ｒに伝搬させ、前記もう一方の基準用すだれ状電極は、前記弾性波を位相θ_ｂａｓｅを有する電気信号に変換して出力し、前記電気信号Ｅ_ｉａおよびＥ_ｉｂは、それぞれ位相θ_ｉａおよびθ_ｉｂを有し、前記位相比較器は前記位相θ_ｂａｓｅと、前記位相θ_ｉａまたはθ_ｉｂとの差を検出し、前記信号処理器は、前記位置Ｆ _ｉａ のうち接触した前記位置Ｆ_Ｘａを前記位相θ_ｂａｓｅと前記電気信号Ｅ_Ｘｂの位相θ_Ｘｂとの差に基づいて特定するか、または前記位置Ｆ _{ｉ ｂ} のうち接触した前記位置Ｆ_Ｘｂを前記位相θ_ｂａｓｅと前記電気信号Ｅ_Ｘａの位相θ_Ｘａとの差に基づいて特定する請求項１，２，３または４に記載の超音波タッチパネル。
7. 前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも小さく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基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または６に記載の超音波タッチパネル。
8. 前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄとほぼ等しく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度とほぼ等しい請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。
9. 前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振する前記弾性波はＳ_０モードおよび１次以上の高次モードの波で、前記２層構造部Ｂ_Ｔに励振される前記弾性波の位相速度は、前記弾性波の周波数ｆと前記各圧電基板の厚さｄとの積ｆｄが零の近傍にある場合のＳ_０モードの弾性波の位相速度Ｖ_ｆｄ＝０とほぼ等しく、前記非圧電板の厚さｈは前記各圧電基板の厚さｄよりも大きく、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記非圧電板単体に伝搬する弾性波の位相速度は、前記各圧電基板単体に伝搬する弾性波の位相速度よりも小さい請求項１，２，３，４，５または６に記載の超音波タッチパネル。
10. 前記各圧電基板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミックの分極軸の方向は前記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. 一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂと、もう一方の前記超音波送受波手段における前記超音波伝搬路Ｚ_ｉａおよびＺ_ｉｂとが互いに直交している請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０に記載の超音波タッチパネル。

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