JPH0643996A - 超音波タッチパネル - Google Patents

超音波タッチパネル

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JPH0643996A
JPH0643996A JP21833892A JP21833892A JPH0643996A JP H0643996 A JPH0643996 A JP H0643996A JP 21833892 A JP21833892 A JP 21833892A JP 21833892 A JP21833892 A JP 21833892A JP H0643996 A JPH0643996 A JP H0643996A
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JP
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ultrasonic
piezoelectric
surface acoustic
touch panel
acoustic wave
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JP21833892A
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Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
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Priority to AU45851/93A priority patent/AU4585193A/en
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96Touch switches
    • H03K2217/96003Touch switches using acoustic waves, e.g. ultrasound
    • H03K2217/96011Touch switches using acoustic waves, e.g. ultrasound with propagation, SAW or BAW

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  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波送受波装置を非圧電基板に備えること
によりその非圧電基板に触指したことを感知する超音波
タッチパネルを提供する。 【構成】 超音波デバイスAのすだれ状電極2から電極
周期長L1またはL2にほぼ相応する周波数を有する電
気信号を入力すると、その電気信号が弾性表面波に変換
されて超音波デバイスAの圧電磁器薄板1を伝搬し、さ
らにガラス基板3を伝搬する。ガラス基板3を伝搬して
いる弾性表面波のうち超音波デバイスBのすだれ状電極
2の示す電極周期長L1またはL2にほぼ等しい波長の
弾性表面波のみが電気信号に変換されて超音波デバイス
Bのすだれ状電極2から出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波送受波装置を非圧
電基板に備えることにより、その非圧電基板に人指また
は物体が接触したことを感知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)に触指する
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
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。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基板に触指
することによりその弾性表面波が減衰するものである。
非圧電基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、従来の方法では応答時間、感度、耐久性、工作精
度、加工性および量産性等に問題があり、使用周波数領
域も制限されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加工
性、耐久性および量産性に優れ、低消費電力で効率良く
弾性表面波を非圧電基板に励振することができ、非圧電
基板に触指することによる弾性表面波の減衰に対する応
答時間が短く感度の良い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、超音波デバイスAおよびBで成る超音
波送受波装置を非圧電基板の一方の板面に少なくとも1
つ設けて成る超音波タッチパネルにおいて、前記超音波
デバイスAは圧電薄板aに少なくとも1組のすだれ状電
極Pを備えて成り、前記超音波デバイスBは圧電薄板b
に少なくとも1組のすだれ状電極Qを備えて成り、前記
すだれ状電極PおよびQにおける電極周期長には少なく
ともL1とL2との2つが有り、前記すだれ状電極Pに
前記電極周期長L1またはL2にほぼ相応する周波数の
電気信号を入力し、前記非圧電基板の前記一方の板面に
前記電極周期長L1またはL2にほぼ等しい波長の弾性
表面波を励振する手段と、前記非圧電基板に励振された
該弾性表面波の波長に応じて前記すだれ状電極Qに現れ
る電気信号を出力する手段とが設けてあり、前記非圧電
基板の前記一方の板面における前記弾性表面波の伝搬路
の一部に人指または物体が接触したことを、前記すだれ
状電極Qに出力される前記電気信号の大きさから感知す
ることを特徴とする。
【0005】請求項2に記載の超音波タッチパネルは、
前記非圧電基板のもう一方の板面に少なくとも1種類の
色で表示される表示装置の表示画面が備えられていて、
前記すだれ状電極Pに入力する電気信号の周波数と前記
表示画面の前記色とを対応させる手段が設けられている
ことを特徴とする。
【0006】請求項3に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板aまたはbの厚さが前記すだれ状電極Pま
たはQの電極周期長以下であって、前記すだれ状電極P
またはQの電極周期長は1次モードまたは2次以上のモ
ードの弾性表面波の波長にほぼ等しいことを特徴とす
る。
【0007】請求項4に記載の超音波タッチパネルは、
前記1次モードまたは2次以上の前記モードの弾性表面
波の位相速度が前記非圧電基板単体に励振される弾性表
面波の伝搬速度にほぼ等しいことを特徴とする。
【0008】請求項5に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板aまたはb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
方向と平行であることを特徴とする。
【0009】請求項6に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板aまたはbがPVDFその他の高分子圧電
フィルムで成ることを特徴とする。
【0010】請求項7に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板aまたはbが前記すだれ状電極PまたはQ
が設けられている方の板面を介して前記非圧電基板に固
着されていることを特徴とする。
【0011】請求項8に記載の超音波タッチパネルは、
前記超音波送受波装置が前記非圧電基板の前記一方の板
面に少なくとも2つ設けてあり、一方の前記超音波送受
波装置における前記超音波デバイスA,B間の弾性表面
波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波装置におけ
る前記超音波デバイスA,B間の弾性表面波の伝搬路と
が互いに直交していることを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明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AおよびBから成
る超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板面に設けて
成る簡単な構造を有する。超音波デバイスAのすだれ状
電極Pを入力用としすだれ状電極Pから電気信号を入力
する構造を採用することにより、非圧電基板に1次モー
ドまたは2次以上のモードの弾性表面波を励振させるこ
とができる。このときこの弾性表面波の位相速度が非圧
電基板単体における弾性表面波の伝搬速度にほぼ等しく
なるような構造を採用することにより、すだれ状電極P
から加えられる電気的エネルギーが弾性表面波に変換さ
れる度合を大きくすることができるだけでなく、圧電薄
板と非圧電基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。こ
のようにして、低消費電力で高電圧を印加すること無し
に効率良く弾性表面波を非圧電基板に励振することがで
きる。また、超音波デバイスBのすだれ状電極Qを出力
用とする構造を採用するとともに、すだれ状電極PとQ
とを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるように互
いに1対1に対を成すような構造を採用することによ
り、非圧電基板に励振されている弾性表面波をすだれ状
電極Qから電気信号として出力させることができる。す
だれ状電極PおよびQとして少なくとも2つの電極周期
長L1およびL2を有する構造を採用することにより、
すだれ状電極Pに電極周期長L1またはL2にほぼ相応
する周波数の電気信号を入力することができる。従っ
て、非圧電基板に電極周期長L1またはL2にほぼ等し
い波長の弾性表面波を励振することができる。また、非
圧電基板に励振されている電極周期長L1またはL2に
ほぼ等しい波長を有する弾性表面波をすだれ状電極Qか
ら電気信号として出力させることができる。
【0013】本発明の超音波タッチパネルの駆動時、非
圧電基板の板面における弾性表面波の伝搬路、つまりす
だれ状電極P,Q間の一部が人指または物体に接触され
るとその弾性表面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Qに出力される電気信号も消滅
または減衰する。このようにして、本発明の超音波タッ
チパネルは応答時間が短く感度が良い。超音波送受波装
置において超音波デバイスAおよびBを電極周期長が小
さい方の電極指が互いに内側になるように、つまり電極
間距離が小さくなるように配置することにより、非圧電
基板に励振する弾性表面波の減衰を抑制することができ
る。これは、電極周期長が小さいほど高周波の弾性表面
波が非圧電基板に励振され、高周波の弾性表面波ほど減
衰されやすいことを解決するためのものである。
【0014】非圧電基板の超音波送受波装置を有しない
方の板面に少なくとも1種類の色で表示される表示装置
の表示画面を備え、すだれ状電極Pに入力する電気信号
の周波数と表示画面の色とを対応させる構造を採用する
ことにより、表示画面の同一箇所に描かれた色別された
情報を入力することが周波数を切り換えることによって
可能になる。つまり、弾性表面波が励振された非圧電基
板の板面における前記箇所を周波数ごとに触指すること
によって入力することが可能になることから、表示画面
の情報密度の向上を図ることができる。
【0015】超音波デバイスにおける圧電薄板の厚さを
すだれ状電極の電極周期長以下にし、すだれ状電極の電
極周期長を1次モードまたは2次以上のモードの弾性表
面波の波長にほぼ等しくする構造を採用することによ
り、すだれ状電極から加えられる電気的エネルギーが弾
性表面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、圧電薄板と非圧電基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。なお、すだれ状電極の電極周期長すなわ
ち弾性表面波の波長λに対する圧電薄板の厚さdの割合
(d/λ)が小さいほど効果は大きい。
【0016】圧電薄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、非圧電基板に効率よ
く1次モードまたは2次以上のモードの弾性表面波を励
振することができる。
【0017】圧電薄板としてPVDFその他の高分子圧
電フィルムを採用することにより、非圧電基板に効率よ
く1次モードまたは2次以上のモードの弾性表面波を励
振することができる。
【0018】すだれ状電極を圧電薄板と非圧電基板との
界面に設けた構造を採用することにより、すだれ状電極
に加えられる電気的エネルギーを効率よく弾性表面波に
変換することができる。
【0019】超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板
面に少なくとも2つ設ける構造を採用し、しかも一方の
前記超音波送受波装置における超音波デバイスA,B間
の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波
装置における超音波デバイスA,B間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用することにより、
非圧電基板における触指部分の特定ができる。これは超
音波送受波装置の数が多い程きめ細かな特定が可能とな
る。従って、すだれ状電極Pに入力する電気信号の周波
数を切り換えることにより前記表示装置の表示画面に描
かれた情報を入力する場合、その表示画面の情報をより
きめ細かなものにすることが可能となる。すなわち、触
指部分のより細かな特定が可能なことから、より細かな
情報の入力が可能となる。
【0020】
【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。本実施例は超音波デバイス
A,Bおよびガラス基板3から成る。超音波デバイスA
およびBはそれぞれ圧電磁器薄板1およびすだれ状電極
2から成る。圧電磁器薄板1は厚さ220μmのTDK
製91A材(製品名)で成る。すだれ状電極2はアルミ
ニウム薄膜で成る。ガラス基板3は厚さ1.9mmの硼
珪酸ガラスで成る。すだれ状電極2は圧電磁器薄板1上
に設けられている。圧電磁器薄板1はガラス基板3上に
設けられている。圧電磁器薄板1は厚さ約20μmのエ
ポキシ系樹脂によってガラス基板3上に固着されてい
る。すだれ状電極2は電極周期長が620μmで5対の
電極指と、電極周期長が295μmで5対の電極指とか
ら構成されている正規型のものである。但し本図では1
種類のみの電極指が描かれている。
【0021】図2はすだれ状電極2の平面図である。す
だれ状電極2は2種類の電極周期長を有している。図1
の超音波タッチパネルにおいて超音波デバイスAのすだ
れ状電極2は入力用として用いられ、超音波デバイスB
のすだれ状電極2は出力用として用いられる。このとき
超音波デバイスAおよびBは電極周期長が295μmの
電極指が互いに内側になるように配置される。これは、
電極周期長が小さいほど高周波の弾性表面波がガラス基
板3に励振され、高周波の弾性表面波ほど減衰されやす
いことを考慮したものである。このようにして、すだれ
状電極2の電極周期長が小さい方ほど弾性表面波の伝搬
路長(すなわち電極間距離)が小さくなるように配置さ
れる。
【0022】図1の超音波タッチパネルの駆動時、超音
波デバイスAのすだれ状電極2から電極周期長295μ
mにほぼ相応する周波数を有する電気信号を入力すると
その電気信号が弾性表面波に変換されて超音波デバイス
Aの圧電磁器薄板1を伝搬し、さらにガラス基板3を伝
搬する。ガラス基板3を伝搬している弾性表面波のうち
超音波デバイスBのすだれ状電極2の示す電極周期長2
95μmにほぼ等しい波長の弾性表面波のみが電気信号
に変換されて超音波デバイスBのすだれ状電極2から出
力される。このようにして、超音波デバイスAおよびB
は1組の超音波送受波装置を構成している。ガラス基板
3上の超音波デバイスA,Bの間の領域が人指または物
体に接触されると超音波デバイスA,B間を伝搬してい
る弾性表面波が減衰する。従って、それに伴って超音波
デバイスBのすだれ状電極2に出力される電気信号も減
衰する。このようにして、ガラス基板3に人指または物
体が接触したことが感知される。なお、超音波デバイス
Aのすだれ状電極2から電極周期長620μmにほぼ相
応する周波数を有する電気信号を入力すれば、ガラス基
板3には波長がほぼ620μmの弾性表面波が励振され
ることになる。
【0023】図3は図1の超音波タッチパネルを伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、弾性
表面波の波数kと圧電磁器薄板1の厚さdとの積(k
d)または弾性表面波の波長λに対するdの割合(d/
λ)に対する各モードの位相速度を示す図である。但
し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス基板3
と接触する方の板面(ガラス側板面)が電気的に開放状
態にあってもう一方の空気に接触する方の板面(空気側
板面)が電気的に短絡状態にあるものと、圧電磁器薄板
1のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に短絡状
態にあるものである。本実施例においては圧電磁器薄板
1の板面に金属薄膜を被覆することによりその板面を電
気的に短絡状態にしている。本図において“shor
t”は短絡状態を、“open”は開放状態であること
を示す。弾性表面波には複数個のモードがある。零次モ
ードは基本レイリー波であり、零次モードはkd値が零
のときガラス基板3のレイリー波速度に一致していて、
kd値が大きくなるにつれて圧電磁器薄板1のレイリー
波速度に収束している。1次以上のモードではカットオ
フ周波数が存在し、kd値がそれぞれの最小のときガラ
ス基板3の横波速度に収束している。本図において○印
は実測値を示す。
【0024】図4は図1の超音波タッチパネルを伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、kd
値またはd/λ値に対する各モードの位相速度を示す図
である。但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガ
ラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放状態にあ
るものと、圧電磁器薄板1のガラス側板面が電気的に短
絡状態にあって空気側板面が電気的に開放状態にあるも
のを用いた。零次モードではfd値が零のときガラス基
板3のレイリー波速度に一致していて、kd値が大きく
なるにつれて圧電磁器薄板1のレイリー波速度に収束し
ている。1次以上のモードではカットオフ周波数が存在
し、kd値がそれぞれの最小のときガラス基板3の横波
速度に収束している。本図において○印は実測値を示
す。
【0025】図5は圧電磁器薄板1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実効的電気機
械結合係数k2 とkd値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス側板
面にすだれ状電極2(IDT)を設け空気側板面を電気
的に短絡状態にしたものを用いている。高次モードのk
2 は零次モードに比べて大きな値を示す。特に1次モー
ドではkd=1.8においてk2 =17.7%という最
大値を示している。
【0026】図6は圧電磁器薄板1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実効的電気機
械結合係数k2 とkd値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス側板
面にすだれ状電極2を設け空気側板面を電気的に開放状
態にしたものを用いている。高次モードのk2 は零次モ
ードに比べて大きな値を示す。
【0027】図7は圧電磁器薄板1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実効的電気機
械結合係数k2 とkd値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス側板
面を電気的に短絡状態にし空気側板面にすだれ状電極2
を設けたものを用いている。
【0028】図8は圧電磁器薄板1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実効的電気機
械結合係数k2 とkd値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス側板
面を電気的に開放状態にし空気側板面にすだれ状電極2
を設けたものを用いている。
【0029】図3〜8より、1次以上のモードでは図1
の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面波の速度がガ
ラス基板3単体を伝搬する弾性表面波の速度と等しいと
きk2 が最大値を示すことがわかる。すだれ状電極2が
2種類の電極指を有することから図1の超音波タッチパ
ネルは2つの周波数による駆動が可能であるが、特に図
6の1次モードと2次モードの弾性表面波を利用するこ
とが最も有効であることが分かる。すなわち、図1の超
音波タッチパネルを設計する場合、圧電磁器薄板1のガ
ラス側板面にすだれ状電極2を設け空気側板面を電気的
に開放状態にし、すだれ状電極2の2つの電極周期長を
それぞれ1次モードおよび2次モードの弾性表面波の波
長に相応する値にすることが最も効果的である。
【0030】図9は1次モードにおけるk2 の最大値近
傍のfd値(1.0MHz・mm)での変位分布を示す
特性図である。但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板
1のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放状
態にあるものを用いている。また、fdは弾性表面波の
周波数fと圧電磁器薄板1の厚さdとの積を示す。U
1 ,U3 はそれぞれ水平成分、垂直成分の変位を示して
いる。縦軸は圧電磁器薄板1の厚さ(X3 )方向の長さ
(深さ)を厚さdで規格化したものである。本図におい
て深さ0は圧電磁器薄膜1とガラス基板3との界面を示
す。横軸はそれぞれの成分の変位を最大値(U1 2 +U3
21/2で規格化したものである。1次モードのガラス基
板3中の変位成分の割合は58%である。
【0031】図10は2次モードにおけるk2 の最大値
近傍のfd値(2.0MHz・mm)での変位分布を示
す特性図である。但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄
板1のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放
状態にあるものを用いている。2次モードのガラス基板
3中の変位成分の割合は52%である。
【0032】図11は3次モードにおけるk2 の最大値
近傍のfd値(3.0MHz・mm)での変位分布を示
す特性図である。但し、圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄
板1のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放
状態にあるものを用いている。3次モードのガラス基板
3中の変位成分の割合は47%である。
【0033】図12は零次モードにおけるfd=0.7
MHz・mmでの変位分布を示す特性図である。但し、
圧電磁器薄板1は、圧電磁器薄板1のガラス側板面が電
気的に開放状態にあって空気側板面が電気的に短絡状態
にあるものを用いた。すだれ状電極2は空気側に設けら
れている。零次モードの波は圧電磁器薄板1の表面近傍
に集中している波であり、fd値が∞で圧電磁器薄板1
の表面波に収束する波である。
【0034】図9〜12より、ガラス基板3へ弾性表面
波を励振するためには1次モードまたは2次以上の高次
モードの使用が有効であることがわかる。これはガラス
基板3中の変位成分が大きいモードの方が有効であるか
らである。
【0035】図1に示す超音波タッチパネルにおいてガ
ラス基板3に弾性表面波を励振する場合、圧電磁器薄板
1とガラス基板3との界面で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考慮する必要がある。反射
係数を最小にする手段としては、超音波タッチパネルに
おける表面波速度とガラス基板3単体の表面波速度とが
等しくなるように超音波タッチパネルを設計すること、
表面波の波長λに対する圧電磁器薄板1の厚さdの割合
(d/λ)が小さくなるように超音波タッチパネルを設
計すること等が挙げられる。d値が一定である場合には
3次よりは2次、2次よりは1次モードの方が有効であ
る。
【0036】図13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。本実施例は14個の超
音波デバイスX1,X2,X3,T1,T2,T3,Y1,Y
2,Y3,Y4,U1,U2,U3,U4と、ガラス基板6
と、表示画面7(本図には描かれていない)とから成
る。表示画面7は表示装置の一部を成している。超音波
デバイスX1,X2,X3およびY1,Y2,Y3,Y4は出
力用に用いられ、超音波デバイスT1,T2,T3および
U1,U2,U3,U4は入力用に用いられる。このように
して前記14個の超音波デバイスから7組の超音波送受
波装置が構成されている。前記7組の超音波送受波装置
はガラス基板6上に設けられ、ガラス基板6はさらに表
示画面7上に設けられている。ガラス基板6は長さ70
mm、幅55mm、厚さ1.9mmのパイレックスガラ
スで成る。前記14個の超音波デバイスは同一の材質か
ら成り、同一の形状を成し、同一の機能を果たす。
【0037】図13の超音波タッチパネルにおける前記
14個の超音波デバイスはそれぞれ圧電磁器薄板4およ
びすだれ状電極5から成る。圧電磁器薄板4は長さ10
mm、幅10mm、厚さ220μmのTDK製91A材
(製品名)で成る。すだれ状電極5はアルミニウム薄膜
で成る。すだれ状電極5は圧電磁器薄板4上に設けられ
ている。圧電磁器薄板4は厚さ約20μmのエポキシ系
樹脂によってガラス基板6上に固着されている。すだれ
状電極5は電極周期長が620μmで5対の電極指と、
電極周期長が295μmで5対の電極指とから成り、電
極交叉幅は5mmである。
【0038】図13に示す超音波タッチパネルの駆動
時、表示画面7には数種類の情報が同時に描かれてい
て、それらの情報は種類ごとに色分けされている。しか
も図13の超音波タッチパネルには、入力用超音波デバ
イスから入力する電気信号の周波数と、その色分けされ
た情報とが対応するようなシステムが組み込まれてい
る。なお、表示画面7の情報はガラス基板6を介して見
られるようになっている。ガラス基板6上における7組
の超音波送受波装置によって構成される弾性表面波の伝
搬路、たとえば2つの超音波デバイスX1,T1間の領域
とY1,U1間の領域との交叉する領域が人指または物体
に接触されると、前記交叉領域を伝搬している弾性表面
波が減衰または消滅する。従って、それに伴って超音波
デバイスX1 のすだれ状電極5および超音波デバイスY
1 のすだれ状電極5に出力される電気信号も減衰または
消滅する。このようにして、ガラス基板6に人指または
物体が接触したことが感知されるばかりでなく、その位
置がX軸方向およびY軸方向の座標から読み取れる。し
かも、前記位置に対応する部分の表示画面7の情報を入
力することがガラス基板6の前記位置を接触することに
より可能となる。さらに、入力用超音波デバイスから入
力する電気信号の周波数を切り換える操作を行うことに
より、同一の位置のガラス基板6を接触することにより
表示画面7の該同一の位置における2種類の情報を入力
することも可能となる。すなわち、2種類の周波数を用
いれば同一の位置に示される2種類の情報の入力が可能
になる。
【0039】図14は図13に示す超音波タッチパネル
をrfパルスを用いて駆動する場合の構成図である。入
力用すだれ状電極にrfパルスが印加されると出力用
すだれ状電極に電気信号が出力され、その電気信号
は増幅器によって増幅される。増幅器から出力された電
気信号は倍電圧整流器により直流電圧に変換され
る。このときガラス基板6上を触指した場合と触指しな
い場合とでは直流電圧に差が生じる。スレッシュホー
ルド電圧を適切な値に設定すれば、触指した場合と触指
しない場合における直流電圧をコンパレータを使用す
ることによりそれぞれ2つの所定の値の電圧に設定で
きる。触指した場合の電圧は0Vであり、触指しない
場合の電圧は5Vであった。
【0040】図15は図12に示す超音波タッチパネル
を遅延線発振器を形成して駆動する場合の構成図であ
る。該遅延線発振器では入力する電気信号の周波数をf
1(電極周期長620μmに対応)またはf2(電極周
期長295μmに対応)に設定するためのスイッチが設
けられていて、フィルタを使用した場合には周波数がf
1に設定される。入力用すだれ状電極に電気信号が入力
されると出力用すだれ状電極に電気信号が出力され増幅
器によって増幅される。増幅器から出力された電気信号
は倍電圧整流器により直流電圧に変換される。この
ときガラス基板6上を触指した場合と触指しない場合と
では直流電圧に差が生じる。スレッシュホールド電圧
を適切な値に設定すれば、触指した場合と触指しない場
合における直流電圧をコンパレータを使用することに
よりそれぞれ2つの所定の値の電圧に設定できる。この
遅延線発振器による方法はパルス発生器が不要であるこ
とから装置のさらなる小型化が可能である。
【0041】図16は図15に示す遅延線発振器におけ
る発振のスペクトルを示す特性図である。但し、入力す
る電気信号の周波数がf1のときのものである。foは
基本波を示し5.1186MHzである。図13に示す
超音波タッチパネルを1次モードで設計していることか
ら、他のモードの影響を受けずに安定な発振を得られて
いる。また、表面波がほとんど広がることなく伝搬する
ことから、他の波の影響を受けずに容易に発振させるこ
とができる。
【0042】図17および図18は図13に示す超音波
タッチパネルの入出力すだれ状電極間における周波数に
対する挿入損失と位相との関係を示す特性図である。但
し、入力する電気信号の周波数がf1のときのものを示
し、図17はガラス基板6上を触指しない場合を、図1
8はガラス基板6上を触指した場合を示す。触指したこ
とにより挿入損失が−36.2dBから−46.0dB
に約10dB変化するとともに、位相の乱れが生じてい
ることが確認される。この挿入損失の変化はタッチパネ
ルの信号処理を行う上で十分な変化である。
【0043】
【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルによれば、
超音波デバイスAのすだれ状電極Pを入力用としすだれ
状電極Pから電気信号を入力する構造を採用することに
より、非圧電基板に弾性表面波を励振させることができ
る。このときこの弾性表面波の位相速度が非圧電基板単
体における弾性表面波の伝搬速度に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Pから加え
られる電気的エネルギーが弾性表面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、圧電薄板と非圧
電基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。超音波デバ
イスBのすだれ状電極Qを出力用とする構造を採用する
とともに、すだれ状電極PとQとを弾性表面波の送受波
の指向軸が共通になるように互いに1対1に対を成すよ
うな構造を採用することにより、非圧電基板に励振され
ている弾性表面波をすだれ状電極Qから電気信号として
出力させることができる。すだれ状電極PおよびQとし
て少なくとも2つの電極周期長L1およびL2を示す構
造を採用することにより、すだれ状電極Pに電極周期長
L1またはL2にほぼ相応する周波数の電気信号を入力
することができることから、非圧電基板に電極周期長L
1またはL2にほぼ等しい波長の弾性表面波を励振する
ことができる。また、非圧電基板に励振されている電極
周期長L1またはL2にほぼ相応する波長を有する弾性
表面波をすだれ状電極Qから電気信号として出力させる
ことができる。非圧電基板の板面における弾性表面波の
伝搬路の一部が人指または物体に接触されるとその弾性
表面波が消滅または減衰するから、それに伴ってすだれ
状電極Qに出力される電気信号も消滅または減衰する。
このようにして、本発明の超音波タッチパネルは低消費
電力で高電圧を用いること無しに効率良く弾性表面波を
非圧電基板に励振することができるだけでなく、応答時
間が短く感度も良い。
【0044】非圧電基板の超音波送受波装置を有しない
方の板面に少なくとも1種類の色で表示される表示装置
の表示画面を備え、すだれ状電極Pに入力する電気信号
の周波数と表示画面の色とを対応させる構造を採用する
ことにより、表示画面の同一箇所に描かれた色別された
情報を入力することが周波数を切り換えることによって
可能になる。つまり、弾性表面波が励振された非圧電基
板の板面における前記箇所を周波数ごとに触指すること
によって入力することが可能になる。
【0045】すだれ状電極の電極周期長すなわち弾性表
面波の波長λに対する圧電薄板の厚さdの割合(d/
λ)をできるだけ小さくし、すだれ状電極の電極周期長
を1次モードまたは2次以上のモードの弾性表面波の波
長にほぼ等しくする構造を採用することにより、すだれ
状電極から加えられる電気的エネルギーが弾性表面波に
変換される度合を大きくすることができるだけでなく、
圧電薄板と非圧電基板との界面での音響インピーダンス
および場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。なお、圧電薄板の厚さdを一定にする構造
を採用するならば、すだれ状電極の電極周期長を3次よ
りは2次、2次よりは1次モードの弾性表面波の波長に
ほぼ等しくする構造を併用することにより効果が増大す
る。
【0046】圧電薄板として圧電セラミック、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
圧電基板に効率よく1次モードまたは2次以上のモード
の弾性表面波を励振することができる。圧電セラミック
はその分極軸の方向を厚さ方向と一致させる構造を採用
することにより、非圧電基板に効率よく1次モードまた
は2次以上のモードの弾性表面波を励振することができ
る。
【0047】すだれ状電極を圧電薄板と非圧電基板との
界面に設けた構造を採用することにより、すだれ状電極
に加えられる電気的エネルギーを効率よく弾性表面波に
変換することができる。
【0048】超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板
面に少なくとも2つ設ける構造を採用し、しかも一方の
前記超音波送受波装置における超音波デバイスA,B間
の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波
装置における超音波デバイスA,B間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用することにより、
非圧電基板に触指したことが感知されるばかりでなく、
触指部分の特定ができる。これは超音波送受波装置の数
が多い程きめ細かな特定が可能となる。従って、すだれ
状電極Pに入力する電気信号の周波数を切り換えること
により前記表示装置の表示画面に描かれた情報を入力す
る場合、その表示画面の情報密度の向上を図ることが可
能となる。すなわち、触指部分のより細かな特定が可能
なことから、より大容量の情報の入力が可能となる。
【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】すだれ状電極2の平面図。
【図3】図1の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面
波の速度分散曲線を示す特性図。
【図4】図1の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面
波の速度分散曲線を示す特性図。
【図5】圧電磁器薄板1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実効的電気機械結合係数
2 とkd値との関係を示す特性図。
【図6】圧電磁器薄板1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実効的電気機械結合係数
2 とkd値との関係を示す特性図。
【図7】圧電磁器薄板1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実効的電気機械結合係数
2 とkd値との関係を示す特性図。
【図8】圧電磁器薄板1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実効的電気機械結合係数
2 とkd値との関係を示す特性図。
【図9】1次モードにおけるk2 の最大値近傍のfd値
(1.0MHz・mm)での変位分布を示す特性図。
【図10】2次モードにおけるk2 の最大値近傍のfd
値(2.0MHz・mm)での変位分布を示す特性図。
【図11】3次モードにおけるk2 の最大値近傍のfd
値(3.0MHz・mm)での変位分布を示す特性図。
【図12】零次モードにおけるfd=0.7MHz・m
mでの変位分布を示す特性図。
【図13】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14】図13に示す超音波タッチパネルをrfパル
スを用いて駆動する場合の構成図。
【図15】図13に示す超音波タッチパネルを遅延線発
振器を形成して駆動する場合の構成図。
【図16】図15に示す遅延線発振器における発振のス
ペクトルを示す特性図。
【図17】図13に示す超音波タッチパネルの入出力す
だれ状電極間における周波数に対する挿入損失と位相と
の関係を示す特性図。
【図18】図13に示す超音波タッチパネルの入出力す
だれ状電極間における周波数に対する挿入損失と位相と
の関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 圧電磁器薄板 2 すだれ状電極 3 ガラス基板 4 圧電磁器薄板 5 すだれ状電極 6 ガラス基板 7 表示画面 A,B 超音波デバイス X1,X2,X3 超音波デバイス T1,T2,T3 超音波デバイス Y1,Y2,Y3,Y4 超音波デバイス U1,U2,U3,U4 超音波デバイス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波デバイスAおよびBで成る超音波
    送受波装置を非圧電基板の一方の板面に少なくとも1つ
    設けて成る超音波タッチパネルにおいて、 前記超音波デバイスAは圧電薄板aに少なくとも1組の
    すだれ状電極Pを備えて成り、前記超音波デバイスBは
    圧電薄板bに少なくとも1組のすだれ状電極Qを備えて
    成り、 前記すだれ状電極PおよびQにおける電極周期長には少
    なくともL1とL2との2つが有り、 前記すだれ状電極Pに前記電極周期長L1またはL2に
    ほぼ相応する周波数の電気信号を入力し、前記非圧電基
    板の前記一方の板面に前記電極周期長L1またはL2に
    ほぼ等しい波長の弾性表面波を励振する手段と、 前記非圧電基板に励振された該弾性表面波の波長に応じ
    て前記すだれ状電極Qに現れる電気信号を出力する手段
    とが設けてあり、 前記非圧電基板の前記一方の板面における前記弾性表面
    波の伝搬路の一部に人指または物体が接触したことを、
    前記すだれ状電極Qに出力される前記電気信号の大きさ
    から感知することを特徴とする超音波タッチパネル。
  2. 【請求項2】 前記非圧電基板のもう一方の板面に少な
    くとも1種類の色で表示される表示装置の表示画面が備
    えられていて、 前記すだれ状電極Pに入力する電気信号の周波数と前記
    表示画面の前記色とを対応させる手段が設けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載の超音波タッチパネ
    ル。
  3. 【請求項3】 前記圧電薄板aまたはbの厚さは前記す
    だれ状電極PまたはQの電極周期長以下であって、 前記すだれ状電極PまたはQの電極周期長は1次モード
    または2次以上のモードの弾性表面波の波長にほぼ等し
    いことを特徴とする請求項1または2に記載の超音波タ
    ッチパネル。
  4. 【請求項4】 前記1次モードまたは2次以上の前記モ
    ードの弾性表面波の位相速度は前記非圧電基板単体に励
    振される弾性表面波の伝搬速度にほぼ等しいことを特徴
    とする請求項3に記載の超音波タッチパネル。
  5. 【請求項5】 前記圧電薄板aまたはb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ことを特徴とする請求
    項1,2,3または4に記載の超音波タッチパネル。
  6. 【請求項6】 前記圧電薄板aまたはbがPVDFその
    他の高分子圧電フィルムで成ることを特徴とする請求項
    1,2,3または4に記載の超音波タッチパネル。
  7. 【請求項7】 前記圧電薄板aまたはbは前記すだれ状
    電極PまたはQが設けられている方の板面を介して前記
    非圧電基板に固着されていることを特徴とする請求項
    1,2,3,4,5または6に記載の超音波タッチパネ
    ル。
  8. 【請求項8】 前記超音波送受波装置が前記非圧電基板
    の前記一方の板面に少なくとも2つ設けてあり、 一方の前記超音波送受波装置における前記超音波デバイ
    スA,B間の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超
    音波送受波装置における前記超音波デバイスA,B間の
    弾性表面波の伝搬路とが互いに直交していることを特徴
    とする請求項1から7までに記載の超音波タッチパネ
    ル。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0675600A1 (en) * 1994-03-30 1995-10-04 The Whitaker Corporation Reflective mode ultrasonic touch sensitive switch
US10302572B2 (en) 2011-12-16 2019-05-28 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Reagent card alignment system

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