JPH10240443A

JPH10240443A - 音響的接触検出装置

Info

Publication number: JPH10240443A
Application number: JP35582097A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kanbara; 茂樹蒲原; Hiroshi Kaneda; 宏金田; Adler Robert; ロバート・アドラー; Kent Joel; ジョエル・ケント; Maxfield Bruce; ブルース・マックスフィールド; Masao Takeuchi; 正男竹内
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: CA2273956C; IL130345A0; US6091406A; TW490632B; CN1161726C; AU715056B2; KR19980064569A; CA2273956A1; BR9714435B1; DE69729317T2; CN1242096A; JP3800274B2; KR100542801B1; DE69729317D1; HK1024772A1; EP0950234A1; EP0950234B1; WO1998029853A1; AU5903298A; EP0950234A4

Abstract

(57)【要約】【課題】タッチ位置を検出する新規な音響的接触検出
装置を提供する。【解決手段】音響タッチ検出装置は、表示領域２を有
するとともに、表面波又は板波が伝搬可能な表面を有す
る基板（伝播媒体）１と、この基板１中にバルク波を生
成させて前記表面と交差する軸に沿って前記基板１を通
じて伝搬させるための音響波トランスデュー（圧電振動
子）4a,4bとを備えている。回折音響波モード結合器
（格子）5a,5bにより、バルク波のエネルギーは、表面
に多くのエネルギーを備えた変換された波動モードを有
し、かつ表面に沿って伝搬する波動と結合する。装置は
バルク波をレーリー（Rayleigh）波又は板波と結合させ
る一連の散乱中心を含んでもよい。レーリー波又は板波
は基板範囲全体に分散され、タッチの位置を示す擾乱を
検出するために解析される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波トランスデ
ューサの分野に関し、特に音響タッチパネルにおけるグ
レーティングトランスデューサに関する。

【０００２】

【従来の技術】タッチパネル（タッチスクリーン）は対
話型コンピュータシステムのための入力装置である。そ
れらはキオスク情報端末やレストランのオーダー入力方
式などのような応用分野に、商業的にますます使われて
いる。

【０００３】主要なタッチパネル技術としては、抵抗膜
方式タッチパネル、静電容量方式タッチパネル、および
音響方式タッチパネルがある。音響方式タッチパネル、
すなわち超音波タッチパネルは、非常に丈夫な接触感知
表面や、ディスプレイ画像の透過度の低下の極小化が要
求されるとき、特に有利である。

【０００４】様々な種類の超音波トランスデューサが知
られている。音響方式タッチパネルにおいて最も通常使
われているトランスデューサのタイプは、ウェッジ（く
さび）トランスデューサ（wedge transducers）であ
り、圧電振動子とタッチ基板との間を直接結合してい
る。トランスデューサとは、ある一つの形態から他の形
態へとエネルギーを変換する１つ又は一連の物理的素子
である。これは音響波のモード間の変換や電気エネルギ
ーと音響エネルギーとの間の変換も含む。典型的に使用
されている圧電方式トランスデューサは、その表面に形
成された導電体を有する、矩形形の圧電セラミックで形
成されている。それらは、基板の表面の素子、例えば、
くさび（wedge）材料と接触している金属電極や、圧電
素子の平らな表面を配置することによって、表面と音響
的に結合している。

【０００５】ウェッジトランスデューサは表面波や板波
を基板に励起する。ウェッジトランスデューサは、音波
が異なった媒体の境界面に斜めに入射したとき、音波が
屈折する現象を利用する。典型的なウェッジトランスデ
ューサは、１つの側面に貼り付けられた圧電振動子を有
し、その斜辺は、例えば、ガラスなどの基板と接着した
プラスチックのくさびからなる。圧電振動子は、くさび
材料の中で、バルク波と結合する。このバルク波は、ガ
ラス中で水平方向に伝搬する波へ、または水平方向に伝
搬する波から、入射角が臨界角のとき、すなわち「くさ
びの角度」のとき屈折して伝搬する。くさびの材料は、
バルク波の音速がタッチ基板で要求された波動モードの
位相速度より遅いように選ばれる。つまり、くさびの角
度のコサイン（cosine）がこれら２つの音速の比に等し
いと言うことである。従って、ウェッジトランスデュー
サは、レーリー（Rayleigh）波やラブ（Love）波、およ
びラム（Lamb）波などの板波の送信と受信との双方に使
用できる。

【０００６】それと対照的に、圧電振動子の直接結合や
“エッジ”トランスデューサは、一般的には、基板表面
に多くのエネルギーを有する音波が直接励起されるよう
な様式で、タッチパネル基板に直接接着された圧電振動
子を提供する。その界面は、所望の音響モードと結合す
る音響的な作用又は特性と同様に、基板と圧電振動子と
の接合の機械的な機能にも寄与している。参考までに本
願明細書の内容をなす米国特許5,162,618号明細書は、
薄い基板の中にラム（Lamb）波を励起するために使われ
るエッジトランスデューサを図示している。ラーダット
（Lardat）の米国特許3,893,047号明細書も参照された
い。エッジトランスデューサは、基板における深さ方向
の粒子速度の分布に節のない板波との結合のために、最
も自然に使われている。幾らかの仕事が、レーリー（Ra
yleigh）波と結合するエッジトランスデューサを開発す
るために、行われている。参考までに本願明細書の内容
をなす牛田（Ushida）の特開平8-305481号公報および特
開平8-305482号公報を参照。このようなエッジトランス
デューサは小型であるが、圧電トランスデューサは無防
備なままである。

【０００７】公知の音響的接触位置検出装置の１つのタ
イプに、基板の第１の端部に沿って並べられた送信器
（送信アレイ）を有するタッチパネル又はタッチプレー
トがある。基板の第２の端部には、第１の送信器（送信
アレイ）に対向して対応する検出器（検出アレイ）が位
置し、この検出器（検出アレイ）に対して、送信アレイ
群は、パネルを通じて方向性をもって伝搬する弾性表面
波又は板波を同時に並列に励起する。もう一つのトラン
スデューサアレイのペアが、最初のトランスデューサア
レイに対して直角方向に設けられている。パネルの一点
に触れると、タッチする点を通過する波の減衰を生じさ
せ、それ故、タッチした座標を指示するトランスデュー
サアレイの二つのペアからの出力を解析する。このタイ
プの音響タッチ位置検出装置は、本願明細書の内容をな
す戸田による米国特許3,673,327号明細書と国際公開番
号WO94/02911に示されている。音響波は発散し、一つの
送信用トランスデューサから発信する波の一部が、受信
用トランスデューサに入射又は侵入するので、送信トラ
ンスデューサと受信トランスデューサとの簡単な一対一
の組み合わせより詳細なタッチ位置の検出が認められ
る。これらのシステムは多数のトランスデューサを必要
とする。

【０００８】アドラー（Adler）タイプ音響タッチパネ
ルと呼され、図１に示す商業上成功したタッチパネル
は、信号を空間的に分配し、位置を示す摂動の時系列的
な状況を分析することによって、効率よくトランスデュ
ーサを使用している。

【０００９】典型的な矩形のタッチパネルは２セットの
トランスデューサを含んでおり、各セットのトランスデ
ューサは、基板により規定される物理的デカルト座標の
軸にそれぞれ配列された異なる軸を有している。一つの
トランスデューサで励起された音響パルス又はパルス列
は、各要素が４５°の角度を持ち、かつ音響波パルスの
波長の整数倍と一致する間隔を持つ反射要素（反射素
子）のアレイを横切る軸に沿って幅の狭いレーリー（Ra
yleigh）波として伝搬する。各反射要素（反射素子）
は、タッチ位置検出に適合した広い基板の領域を横切る
前記軸に垂直な伝播路に沿って波動の一部を反射する。
一方、次の反射要素のアレイに向かって一部を与えるた
めに、第１のアレイとトランスデューサの鏡像になる位
置のアレイとトランスデューサとに向けて反射する。鏡
面対象にあるアレイのトランスデューサーは音響波を受
けるが、この受信される波は放出されたパルスとは反平
行に向いており、両方の反射アレイによって反射され
た、徐々に反射された波の一部の重ね合わせから成って
いる。このように、重ね合された波は、その減衰が生じ
た軸の位置を特徴づける時系列情報を有している。検出
可能領域の中の伝搬路は固有の遅延時間を持っており、
それ故、タッチ感応領域をタッチされることによって減
衰する波の伝搬路は、合成され戻ってくる波の波形の減
衰タイミングを決めることにより認識される。

【００１０】第２の一連のアレイとトランスデューサ
は、第１のアレイとトランスデューサにたいして直角に
配置されているが、同様に操作される。トランスデュー
サの軸が基板の物理的な座標の軸に対応するので、受信
波の中の減衰を示す時系列情報は、基板上での接触位置
のデカルト座標を示し、二次元デカルト座標上で減衰を
起こしている座標の位置を決定する。このシステムは以
下のような原理で動作する。表面へのタッチは表面のパ
ワー密度の高い表面波や板波を減衰させる。基板を横切
る波の減衰は、受信トランスデューサが受信する波に、
特徴的な時間周期に対応した減衰を起こさせる。それ
故、コントローラは、軸の座標位置を決定するために、
減衰の時系列情報を検出する必要があるだけである。測
定は、デカルト座標での位置を検出するために、順に２
本の軸に沿って行われる。参考までに本願明細書の内容
をなす米国特許4,642,423号, 4644100号, 4645870号, 4
600176号, 4746914号および4791416号明細書, 再発行特
許Re33,151号明細書を参照。本願明細書の内容をなすア
ドラー（Adler）の米国特許4642423号明細書は、球の立
体角で区切られた範囲によって形成された矩形のタッチ
パネル表面のための疑似平面化のテクニックについて言
及している。

【００１１】図１の中に示したように、システムはバー
スト形の短時間の超音波の波動信号を、音響波伝達手段
11,12によって送信し、音響分散器の役割を果たす反射
要素13,14を通して座標入力範囲15の表面全体に送信信
号を分散し、さらに指示された座標を検出するために、
時間軸に沿って受信信号を分析する音響波圧縮器の役割
を果たす反射要素16,17を通して、受信手段18,19によっ
て受信する。

【００１２】タッチパネルの中で、ウェッジタイプのト
ランスデューサがパネルの表面上で位置する部分は、パ
ネルの表面よりも必然的に高い。図２で示したように、
ディスプレイが一般の陰極線管のような曲面パネルから
成るとき、ウェッジトランスデューサ23が位置すること
の出来るスペースは、曲面パネル21と曲面パネル21の周
囲を覆っている外枠22との間に存在している。しかしな
がら、ディスプレイが図３に示したように、液晶ディス
プレイやプラズマディスプレイのようなフラットパネル
から成るとき、外枠25に覆われたパネル24の表面の周囲
において、パネル24と外枠25との間には隙間が無く、そ
のため、ウェッジトランスデューサの配置のための空間
がない。そのためウェッジトランスデューサが使用され
るならば、超音波方式タッチパネルはフラットパネルに
うまく適応させることが出来ない。それ故、適用可能な
ディスプレイと適合可能な外枠構成との種類は、大いに
限定される。

【００１３】既知の反射アレイは、ソーダライムガラス
の上にスクリーン印刷され、フロート法によって成形さ
れ、そして高くなったガラスの断続的な山形パターンを
形成するため、オーブンで焼成される、溶融ガラスによ
って、一般的に作られる。これらの断続形は典型的には
波長の１％の高さか深さかを有しており、それ故、音響
のエネルギーを部分的に反射する。受信トランスデュー
サに等化された音響パワーを提供するため、反射要素の
間隔は、送信トランスデューサから離れるにつれて短く
なっていても良く、また、反射要素における、音響透過
率と反射率とのバランスを送信トランスデューサから離
れるにつれて反射率を増加させるように変えていっても
良い。一般的には、タッチ検出装置はディスプレイ装置
の前に置かれ、反射アレイが見えるので、反射アレイは
一般的に能動検出エリアの外側である基板の周囲に配置
され、外枠の下に隠され、保護されている。

【００１４】更にトランスデューサの数を減らすために
は、折り返し音響通過路が用いられても良い。米国特許
4,700,176号明細書の図１１は、波を分散させ、再結合
させるために一つの反射アレイを用い、波の送信と、検
出波の受信とを行うために、単独のトランスデューサを
使用することを教えている。それため、そのような構成
は反射アレイの反対側に反射する構造を使用する。それ
故、その音響波は音響波は基板の端面で、もしくは送信
側の反射格子の軸に平行な反射器の列で180°反射さ
れ、基板を通り、反射アレイで反射され、トランスデュ
ーサへ戻る路を引き返す。この場合、トランスデューサ
は、送信と受信とを行うために、該当する時間周期で、
時間分割多重送信を行う。第二のトランスデューサ、反
射アレイ及び反射エッジは垂直な軸に沿った接触座標の
決定を与えるよう、直角に軸を用意されている。“トリ
プル送信”システムが、両方の軸から２つの直交した軸
で接触を検出するために、感応波を励起し、両方の軸か
らの波動送信受信を両方行う、一つのトランスデューサ
を供給する。参照文献に挙げた米国特許5,072,427号明
細書, 5,162,618号明細書,及び5,177,327号明細書を参
照されたい。現在商業生産を行っている製品の大多数
は、レーリー（Rayleigh）波にその基礎をおく。レーリ
ー（Rayleigh）波は、そのパワー密度がタッチ表面に拘
束されているという事実により、タッチ表面で有効なパ
ワー密度を保持する。レーリー（Rayleigh）波は波の伝
搬軸を含む表面に対して垂直な面内で、楕円状の軌道に
沿って動いている基板粒子を介して垂直成分と横の成分
とを有し、基板の深さの増加と共に減衰する波動エネル
ギーを持つ波動である。剪断応力と圧縮応力とは両方と
もレーリー（Rayleigh）波と関連する。

【００１５】数学的には、レーリー（Rayleigh）波は半
無限媒体にのみ存在する。有限の厚さを持つ実現可能な
基板で、結果として生ずる波は、より正確には疑似レー
リーと呼んでもよい。ここでは、レーリー波は理論上の
存在であり、それ故、それに対して参照された例は疑似
レーリー波を示していると理解している。工学的目的に
は、タッチパネルの設計に利益のある距離の伝搬を支持
するためには、レーリー波の波長の３ないし４倍の厚さ
を持つ基板で十分である。

【００１６】レーリー（Rayleigh）波に加えて、表面上
のタッチに敏感な、言い換えれば表面のタッチが音響エ
ネルギーの減衰につながる音響波は、ラム（Lamb）波、
ラブ（Love）波、その振動方向が水平方向に偏向してい
る０次の横波(ZOHPS，zero order horizontally polari
zed shear wave)、そしてその振動方向が水平方向に偏
向している高次の横波(HOHPS, high order horizontall
y polarized shear wave)を含むが、これに制限される
ものではない。参考文献によってここで引用されてい
る、米国特許5,591,945号明細書, 米国特許5,329,070号
明細書, 米国特許5,260,521号明細書, 米国特許5,234,1
48号明細書, 米国特許5,177,327号明細書,米国特許5,16
2,618号明細書, および米国特許5,072,427号明細書を参
照。

【００１７】レーリー（Rayleigh）波のように、ラブ
（Love）波は表面波であり、言い換えれば、一つの表面
によって拘束されたもしくは導かれる波であり、十分な
厚さを持つ基板の他の表面によって影響されない。レー
リー（Rayleigh）波に比べて、ラブ（Love）波の粒子運
動は水平方向である。換言すれば、タッチ表面に対して
平行方向であり、伝搬方向に対しては垂直方向である。
剪断応力のみがラブ（Love）波と関連している。

【００１８】音響タッチパネルとの関連で興味のある可
能な他の音響波の種類が板波である。これは様々な対称
性と次数とを持つLamb波と同様に、最も低い次数をもち
水平方向に偏向した横波(ZOHPS)と、より高い次数をも
ち水平方向に偏向した横波(HOHPS)を含む。

【００１９】規則的な間隔、もしくは増加する間隔を持
った反射要素は、音響波を含む侵入放射物を回折、散乱
させることが出来ることが知られている。これまでで議
論してきた、アドラー（Adler）タイプのタッチパネル
のデザインは、音響波をあらかじめ決められた角度で、
位相を揃えて反射するために反射アレイを使用してる。
本願明細書の内容をなす米国特許5,072,427号明細書と
5,591,945号明細書によるタッチパネルの設計は、この
原理を拡大し、波動モードを変換すると同時に、表面上
のあらかじめ決められた角度に、位相を揃えて音響波を
反射する反射アレイを与えてくれる。このように、回折
格子を用いた音響波の相互作用は、様々な波動モードの
間で波動エネルギーを変換することが知られている。

【００２０】音響波によって感知された接触物は、表面
に対して直接的に、またはカバーシートを通して間接的
に圧力を加える指や針を含んでもよい。例えば、ここで
引用する参照文献米国特許5,451,723号明細書を見られ
たい。そこでは横波モード音響センサーシステムとエッ
ジトランスデューサとを使用している。レーリー（Rayl
eigh）波音響タッチセンサーでしばしば使われるウェッ
ジトランスデューサの使用は、カバーシートとウェッジ
トランスデューサの間の機械的な抵触によって、前面へ
のカバーシートの取り付けを困難にしている。ＬＣＤタ
ッチモニターの設計にとって、ウェッジトランスデュー
サの使用は、機械的な設計を複雑にし、オプションを制
限するかもしれない。

【００２１】ウェッジトランスデューサからのそのよう
な機械的抵触について扱う一つのアプローチが、本願明
細書の内容をなす1996年３月４日に出願された米国特許
出願番号 08/610,260に記述されている。ここで開示さ
れているように、ウェッジトランスデューサは、タッチ
領域に隣接した前面斜部に取り付けられてもよい。この
方法は、タッチパネル基板の前面の高さよりもウェッジ
トランスデューサを低くできるが、音響損失を招く。液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）設計での必要とされているこ
ととは反対に、そのようなデザインは、典型的にふち幅
を加える。

【００２２】ここでの参考文献「弾性表面波用グレーテ
ィングカプラの動作解析」：竹内正男、清水洋、日本音
響学会誌第36巻11号、543-557,(昭和55年6月24日受
理)、はグレーティングトランスデューサとそれらの作
用の理論的な骨子とを明らかにしている。東北大学の竹
内正男と清水洋との出版された研究論文「周期構造導波
路を用いた板波の進行波励振」(1991)も見られたい。ま
た、J. MelngailisとR. C.Williamsonによる"Interacti
on of Surface Waves and Bulk waves in Grating: Pha
se shifts and Sharp Surface Waves/Reflected Bulk W
ave Resonances",Proc. 1978 IEEE Ultrasonics Sympos
ium, p.623、やHerman A. Haus, AnnalisaLattes およ
びJohn Melngailisによる"Grating Coupling between S
ueface Acoustic Waves and Plate Modes", IEEE Trans
actions on Sonics and Ultrasonics, p. 258(Septembe
r, 1980) もまた見られたい。

【００２３】ウェッジトランスデューサでは、圧電トラ
ンスデューサからの、例えばRayleigh波と結合しない、
未変換バルク波はタッチパネル基板に入らず、ウェッジ
材料の中に放散する。対照的に、表面におけるグレーテ
ィングの配列において、グレーティングで例えばRaylei
gh波に変換されなかった、圧電振動子からのバルク波
は、基板材料それ自身の中で伝搬する寄生バルク波や板
波の形態をとる。

【００２４】竹内等が1980に明らかにしたように、入射
バルク波のエネルギーからRayleigh波エネルギーへの変
換効率の、理論上の上限は81％であり、バルク波エネル
ギーの内、最小でも19%は寄生バルク波の形で残ってい
る。この効率でさえ、実際に到達するのは難しい。1980
年の竹内等の論文での配分係数Fの検討を見られたい。
グレーティングトランスデューサは、それ故、ウェッジ
トランスデューサに比べて、寄生バルク波の強力な生成
という重大な欠点を持つことは明白である。非破壊検査
のような、典型的な超音波トランスデューサの応用にと
っては、そのような寄生バルク波の強力な生成はしばし
ば受け入れることが出来ない。タッチパネルの中でさ
え、要求される波に対して、基板表面と平行に伝搬す
る、重大な寄生波励起の予想は問題であると考えられ
る。同様の考察が、寄生波に対するグレーティングトラ
ンスデューサの受信波モードの感度に適用される。

【００２５】要求されない寄生波は少なくともいくつか
の音響タッチパネルデザインにとって問題になりうるこ
とが知られている。例えば、参考文献の中に特に掲げた
米国特許5,260,521号明細書の図13,14,および17、及び
それに関連した文章を参照されたい。商業用タッチパネ
ルコントローラのタッチ認識アルゴリズムは、要求され
た信号が寄生的な信号の干渉から自由であることを要求
する。R. F. Humphryes とE. A. Ashによる論文"Acoust
ic Bulk-Surface-wave transducer,"; Electonics Lett
ers( Vol.5 No.9) May 1, 1969,は一方向性トランスデ
ューサを構成する手段として、非対称のグレーティング
の歯を用いるグレーティングトランスデューサに関する
検討を含んでいる。この参照文献もまた、表面間のRayl
eigh波の遷移のための手段として、対抗する基板表面の
上の一対のグレーティングについて考察している。

【００２６】参考文献の中に特に掲げた、米国特許5,40
0,788号明細書の図12,13,および14は、グレーティング
がレーリー波とバルク波とを結合させるために使われる
際のトランスデューサの配列を開示している。圧電基板
上の交差指電極トランスデューサは、音響波導波路（そ
れは光ファイバーともなる）の中へ、結合した縦波へと
グレーティングを介して変換されたレーリー波を励起す
る。その交差指電極とグレーティングとは円弧の区画を
形成している。

【００２７】本願明細書の内容をなす米国特許5,673041
号明細書"Reflective mode ultrasonic touch sensitiv
e swith"はパネル基板の厚さモード共振を利用する超音
波タッチセンサーを開示している。例えばポリビニリデ
ンフルオライド（ＰＶＤＦ）で形成された、透明圧電振
動子の配列は、基板（例えばガラス）の裏面に接着され
る。基板の厚み共振と結合する圧電振動子の特性インピ
ーダンスは電気的にモニターされる。指のタッチが音響
エネルギーを吸収し、厚み共振を減少させ、それ故に共
振システムのＱ値（品質係数）を変える。そして厚み共
振と結合した圧電振動子の特性インピーダンスを変え
る。この構成は、既知の吸収対象物による音響波の減衰
を用いており、散乱構造やグレーティングを使用してい
ない。

【００２８】

【発明の構成】本発明は、音響波タッチスクリーンのた
めのトランスデューサシステム（a transducer syste
m）を提供するものであり、前記音響波タッチスクリー
ンでは、音響放出素子（例えば圧電振動子など）が媒体
（又は基板）中にバルク波を生成し、例えば、表面波又
は表面弾性波［レーリー（Rayleigh）波，ラブ（Love）
波など］，板波［HOHPS（high order horizontally pol
arized shear）波などのＳＨ（shear horizontal）波，
ラム（Lamb）波など］などの有用な波を生成するための
グレーティング構造（a grating structure）と相互作
用を行う。従って、圧電振動子と結合しているバルク波
は、グレーティング構造と相互作用し、基板の一つ又は
それ以上の表面によって束縛されており、少なくとも一
つの表面に多くのエネルギーを有する波動モード（波モ
ード）へと変換される。これらの一般的な原理を使用す
ることで、様々なタッチパネル構成が可能である。代表
的には、バルク波モードそれ自身は、タッチパネルでの
使用には不適当であり、より有効な波動モードに変換し
なければならない。

【００２９】本発明によれば、バルク波は、表面近傍範
囲に対して、ゼロ「０」でない角度で伝搬する表面でグ
レーティングと相互作用する。必要により、グレーティ
ングは、表面のグレーティング構造に加えて、又はグレ
ーティング構造に代えて、基板の内部に重要な成分を有
していてもよい。グレーティング自体は音響波モードを
結合可能な少なくとも一つの散乱中心で構成でき、実際
的には、効率的な波動モードの変換は、線形、円弧、ド
ット、又は他の形態であってもよい一連の周期的な摂動
とともに生じる。例えば、入射音響ビームの幅を超えて
拡げて配置された線形のグレーティングは、一次元の散
乱素子（散乱エレメント）であり、典型的に、軸に沿っ
てわずかに発散する散乱音響波を生産するであろう。音
響波の一部と相互作用する素子は、例えば、点散乱中心
や短い線形要素（素子）であり、異なる波のモード或い
は伝搬軸を潜在的に有する、多数の異なる音響波モード
へと散乱してもよい。湾曲、又は湾曲軸に沿って配列し
た素子（要素）は、他の点では同様の特徴を有する線形
の格子と比較して、音響波を一点に集めるか、発散させ
るような音響レンズとして機能してもよい。

【００３０】本発明の発明者は、縦波（longitudinal w
aves or compression waves）及び／又は横波（transve
rsal waves or shear waves）であってもよいバルク波
が基板を通じて前記基板の表面上の周期的な摂動構造に
向かって伝搬されるとき、バルク波は周期的摂動手段に
より表面波（surface bound waves）又は板波（platewa
ves）に変換されることを見いだした。表面波や板波
は、例えば、パネルの画像表示範囲に対応するパネルの
接触感応領域において、高い精度でタッチ位置（接触位
置又は入力位置）を検出するために使用できる。そのた
め、ウェッジトランスデューサの必要性を軽減する。代
表的な態様では、前記波は、厚み振動モード（a compre
ssion mode）音響波トランスデューサによって基板（又
は伝播媒体）の一表面上で励起又は発生される。それ
は、グレーティング又は一連の散乱要素（素子）に向け
られた、基板中のバルク波を生成する。驚くべきこと
に、グレーティングトランスデューサ（grating transd
ucers）自身が、基板中の寄生バルク波と重要な結合を
行う一方、発明者は、グレーティングトランスデューサ
を取り付けた完全なタッチパネルにおいてかなりの処理
が可能となる寄生信号効果を見いだした。

【００３１】本発明の他の観点は、ポリマー基板に適し
ており、レーリー（Rayleigh）波トランスデューサを含
む音響トランスデューサシステムを提供する。米国特許
5,162,618号明細書（第５欄の42行〜44行）は、横波
（板波，shear plate waves）を用いるタッチパネル用
プラスチック基板について言及しているが、レーリー
（Rayleigh）波をプラスチック基板中で生成させる方法
に関しては教示していない。圧電振動子の反対側のウェ
ッジトランスデューサのくさび角度は、下記式で表され
る。

【００３２】cos(θ)＝Ｖp（ウェッジ）/ＶR（基板）所定の材料について、レーリーRayleigh波速度ＶRは、
典型的には、縦波速度Ｖpの約半分である。ウェッジト
ランスデューサの設計を可能とするため、換言すれば、
cos（θ）を１より小さくするため、くさび材料（wedge
material）中の縦波（pressure wave）速度が、基板材
料における縦波速度の約半分以下でなければならない。
仮に、基板材料（例えばガラス）が比較的速い音速を有
し、そして、くさび材料（例えばアクリル材料）が比較
的遅い音速を有するならば、それは可能である。しか
し、仮に、基板がポリマー材料であり、そのため、相対
的に遅い音速を有するならば、要求されるより遅い音速
を有する材料を見いだすことは困難である。実際にポリ
マー基板にレーリー（Rayleigh）波が励起され、また受
信される設計のポリマータッチパネルを作成するために
は、ウェッジトランスデューサを代替又は変更する必要
がある。従って、本発明は、波動モードを変換するため
の代わりの回折原理を使用することで、ウェッジ材料の
屈折特性についての検討を不要とする。

【００３３】本発明によれば、グレーティングは、好ま
しくは、複数の散乱中心による位相を揃えた散乱を利用
する。そのため、グレーティングは、バルク波と所望の
波とを結合させる所望のブラック回折に対応する、少な
くとも一つの重要なフーリエ成分を有するアレイであっ
てもよい。この場合、バルク波の波数ベクトルの水平成
分が板波又は表面波の波数ベクトルと結合する。グレー
ティングは、基板の表面に対して斜め方向の角度で入射
又は侵入するバルク波についての表面構造として提供し
てもよい。グレーティングは、基板又は非平面基板中に
埋めてもよい。グレーティングトランスデューサの作用
の基本原理は、グレーティング構造の非対称性が、方向
性を導くものであったとしても、グレーティング構造の
細部からは大きく独立している。グレーティングは、
溝、隆起、配置（堆積又は沈着）された材料、充填され
た溝、埋設構造（基板表面下に位置する音響反射要素）
などとして現れる要素又は素子（エレメント）で構成し
てもよく、素子は、矩形、正弦波、鋸波及び他の対称又
は非対称な構造を含む種々の形状（プロファイル）を有
している。実際に、ポリマー基板のための成形グレーテ
ィングトランスデューサにとって、正弦波グレーティン
グの滑かな端（平滑なエッジ）が好ましい。たとえ、グ
レーティングが高調波に対して異なる特性を有していた
としても、前記要素又は素子（エレメント）の対称性と
間隔とによって、グレーティング要素（素子）の機能は
基本的な周波数と本質的に同じであろうことに留意すべ
きである。

【００３４】本発明の目的にとって、グレーティング
は、媒体の音響特性が、２次元の波数ベクトル空間にお
ける１又は複数の点で意味のあるフーリエ変換をもつ散
乱中心の分布（寄与）を生産するために、そのような様
式で変調されてきた場合のセンサーのサブシステムの領
域と見なされてもよい。複数の受け入れ角度を有するグ
レーティングは、２次元の波数ベクトル空間において、
２又はそれ以上の点のための、意味のある２次元フーリ
エ変換強度を有している。グレーティングは、例えば、
グレーティング材料を選択的に積層又は析出することに
より形成された平面グレーティング又はバルク波回折構
造であってもよい。

【００３５】多数の方向と結合することにより、幾分か
の効率は失われるであろう、そしてより多くの注意が寄
生信号を避けるのに必要とされるかもしれない。しか
し、設計にあたって、減少させた部品の数や小型化した
こと、機械的な簡素化がある条件下では有利であるかも
しれない。例えば、単独又は単一受信トランスデューサ
がＸ及びＹの両方の信号を受信してもよい。

【００３６】いくつか場合、細長い材料（ストリップ）
の上に、反射アレイやグレーティングを作製し、基板の
台の上に接着することが、製造目的のために便利である
かもしれない。米国特許4,746,914号明細書の９欄を参
照。従って、接着構造は製造の利便性やパッケージの配
列（形態）のために使われてもよい。

【００３７】音響トランスデューサの部分を形成する音
響送信構造又は受信構造は、代表的には圧電振動子であ
るが、それに制限されない。トランスデューサは一つの
形態から他の形態へエネルギーを変換する構造であり、
二方向性であってもよい。例えば、トランスデューサの
うち、電気音響トランスデューサ、光音響トランスデュ
ーサ、磁気音響トランスデューサ、音響−音響トランス
デューサ（ひとつの音響モードと他の音響モードとの間
でエネルギーを変換する）、熱音響トランスデューサな
どが利用可能である。

【００３８】圧電振動子は、代表的には、その間に圧電
感応材料を挟んでいる電極としての機能を有する導電体
（導電部）を備えた薄い矩形平板の形態である。振動電
圧信号を電極に印加すると、圧電体内部にその結果生ず
る電界が、圧電効果を介して、圧電材料の性質、電極の
配列、及び機械的な限界又は結合に応じて、素子を振動
させる。逆に、素子が機械的な振動を受けると振動電圧
が電極に生じる。

【００３９】圧電振動子の機械的な振動のモードに関す
るいくつかのオプションが存在する。一般的な選択は、
素子の厚み方向の次元に対する、圧縮−伸張振動であ
る。そのような素子は、縦波又は意味のある厚み方向の
成分を持つ音響モードと結合する。その他の選択（オプ
ション）は、電極支持面が反対面に対して反平行に動く
最低次の横波（a lowest-order shear oscillation）で
ある。そのような素子は、横波（bulk shear waves）と
滑り成分を有する他の音響モードとを結合させる。滑り
運動の方向は、電極の面内のいかなる方向にも設計する
ことが出来る。より複雑なオプションもまた可能であ
る。本発明の一つの観点によれば、基板内を伝搬する様
々な一連の感応波は、適当なモード検出トランスデュー
サとの選択的な結合によって、それらの伝搬モードに従
って識別又は区別できる。

【００４０】圧電振動子は、典型的には、所望の振動モ
ードについて、使用周波数で共振周波数とするよう設計
される。最低次の厚み振動の場合は、圧電トランスデュ
ーサが半波長の厚さを有しているので、共振周波数は、
圧電振動子の厚みの二倍で、（圧電材料の）縦波音速を
割った値である。同様に、最低次の横波モード圧電振動
子は、横波の波長の半分の厚さである。タッチスクリー
ン（又はタッチパネル）に使われるとき、圧電振動子
は、基板中の音響波との結合によって、減衰を有する機
械的発振子となる。

【００４１】本発明の一つの態様では、圧電振動子は、
直列に配列し、個別に駆動される帯電極（band electro
des）を有する。ガラスの厚さ方向に沿って配列した一
連の電極と、基板、例えばガラス平板の端とを結合させ
たとき、フェーズアレイトランスデューサが形成され
る。最も簡単な構成においては、電極の間隔は、所望す
るバルク波の波長の１．５倍を要求された伝搬角の余弦
（cosine）によって割った値である。そして、その電極
は並列接続になるように交互に配列し、それ故、基板の
斜め上方向と斜め下方向と両方に音響波を生成する、モ
ード選択２電極トランスデューサを形成している。より
一般的には、フェーズアレイ（整相配列）したそれぞれ
の電極は、別々に励起と回折とを行ない、そのトランス
デューサは相互電極の間隔の二倍よりも長い波長を有す
る波との結合を許容し、そのことは方向の選択性を許容
する。

【００４２】送信トランスデューサは、所望する周波数
で、コントローラからサイン波もしくは疑似サイン波の
音響バースト信号の形で励起する。このバーストは、典
型的には、公称操作周波数（nominal operating freque
ncy）で最大値を取るパワースペクトルを有している。
通常、センサーはある特定の周波数、もしくは一連の周
波数で使用されるように調整されており、それ故このパ
ラメータは予め決定される。参考までに本願明細書の内
容をなす米国特許4,644,100号明細書, 再発行特許Re. 3
3,151号明細書, および4,700,176号明細書を参照。

【００４３】グレーティングトランスデューサの基礎的
な概念は、次の通りである。圧電振動子は基板に直接接
着され、基板の中でバルク波と結合する。それらのバル
ク波は、グレーティングを介して、タッチパネル操作の
ための所望の音響モードと結合する。前記所望する音響
モードはレーリー（Rayleigh）波であってもよい。

【００４４】ウェッジトランスデューサと対比して、グ
レーティングトランスデューサは、くさびを必要とせ
ず、そのため、機械的なプロファイル（機械的構造又は
形状）を低減又は簡素化できる。このことは、ＬＣＤ
（液晶表示）タッチモニターにとって特に重要である。

【００４５】グレーティングトランスデューサは、基板
表面上でのウェッジトランスデューサ・サブアッセンブ
リーの正確な角度調節又は配列の必要性を除去するの
で、特に有利である。グレーティングトランスデューサ
においては、グレーティングの角度調節又は配列は同様
の許容差（tolerances）を有する。しかし、そのような
許容差は通常の印刷プロセスによって簡単に合致させる
ことが可能である。許容差は、基板表面における圧電振
動子の配置と比べて、非常にルーズである。

【００４６】図４のグレーティング５ａ′，５ｂ′，８
ａ，８ｂは、ｙ軸に対して傾いていても平行でもよく、
また湾曲線の形をした要素や断続的な要素でもよい。そ
れらのグレーティングは、基板の局部的な表面によって
規定された水平（ｘ−ｙ）面での二次元ブラッグ（Brag
g）散乱条件を介して、バルク波と表面波又は板波とを
結合させる。κが表面波又は板波の波数ベクトルを示し
ている。これは、図４で定義されたＸ−Ｙ平面でのベク
トルであり、その方向が音響波の伝搬方向であり、その
長さは２π／λである（λは表面波又は板波の波長であ
る）。κB はバルク波の波数ベクトルを示し、（κB)1
は、バルク波の波数ベクトルの水平面への射影、換言す
ればｘ成分とｙ成分とを示している。θB はκと（κB)
1 との間の角度として定義され、θBTはバルク波から表
面波又は板波へと変換されるときの角度であり、θBRは
表面波又は板波からバルク波モードへと変換される時の
角度である。これらは結合したバルク波モードが異なっ
ており、それ故、それぞれの散乱角度が異なるかもしれ
ないことを明示するために、異なる表記法で示される。
κg はグレーティングの重要な二次元フーリエ成分であ
る。その二次元ブラッグ（Bragg）散乱条件は下記式が
満たされるかどうかで決定される。 ±κg ＝κ−（κB)1 この原理的な２次元ブラッグ（Bragg）散乱条件には多
くの特殊な場合が存在する。いくつかの例を以下に示
す。

【００４７】κと（κB)1 とが平行、換言すれば、θE
＝０°であり、グレーティングが間隔ｐを有するκに対
して垂直方向の線形格子要素（グレーティング素子）の
周期的構造をとっている場合、以上の関係は次に示すス
カラーの条件を導く（ここで、ｎは整数である）。 2πｎ／ｐ＝κ−κB sinθB 更に、もし所望する表面波又は板波が、波長λRのレー
リー（Rayleigh）波であるならば（そのバルク波波長が
λBであるならば）、この関係は、さらに下記式へ導
く。 θB＝Arcsin（λB/λR＋ｎλB／ｐ）（n=…,-3,-2,-1,0,1,2,3,…) (1a) 式（1a）の内角θBは、通常、−π／２＜θ＜π／２、
好ましくは−３π／８＜θ＜３π／８、更に好ましくは
−π／４＜θ＜π／４の範囲から選択できる。

【００４８】タッチを検出するために用いられる波は、
基板の表面上へのタッチにより検出可能な摂動を生じる
いかなる音響波であってもよい。多くのオプションが表
面波又は板波のモードの選択のために存在する。レーリ
ー（Rayleigh）波は優れたタッチ感度を有し、任意の大
きさと厚さを有する基板でさえ、本質的に、タッチ表面
近傍の薄い範囲に限定されている。水平方向にその振動
方向を有する横波（horizontally polarized shear wav
es）は、水やシリコンゴムシールなどの液体やゲル状汚
染物質と弱く結合するという利点を備えている。不均一
基板は、他のタイプの波の伝搬を支持することに加え
て、水平方向に偏向した横波（horizontally polarized
shear waves）の伝搬の支持に特に適しており、前記横
波は非対称な補表面パワー密度を有し、レーリー（Rayl
eigh）波のようにタッチ表面近傍に束縛されている、水
平に振動方向を有する横波であるラブ（Love）波を含
む。十分に薄い基板におけるラム（Lamb）波は音響波モ
ードの選択のためのその他のオプションを提供する。様
々な技術上のトレードオフが、所定の応用のための音響
モードの最適な選択の中に含まれる。

【００４９】これに関連して、ラブ（Love）波は、より
速い位相速度を有する下部基板と、界面で連結したより
遅い位相速度を有する上部基板によって支持してもよ
い。同様のタイプの波は、一般的には非対称性水平方向
偏向横波として分類されているが、もっと複雑な状態と
なっている垂直方向での位相速度の分布によって支持さ
れていてもよい。音響吸収層の上に、音速の速い層を設
置し、その上に音速の遅い層を配置するサンドウィッチ
構造がラブ（Love）波を支持してもよく、また同時に寄
生板波の除去を行ってもよい。従って、基板は、異なる
音響伝搬特性を有する層及び／又は音響的な界面で構成
してもよい。

【００５０】基板は、矩形，または６角形状の板などの
非矩形のフラットな平面として形成してもよい。一方、
基板は、円筒形、球形、そして楕円球形の表面又は断面
として、１つ又は両方の軸に沿って湾曲してもよく、他
の形状を有していてもよい。大きな立体角の球形や複雑
な円筒形基板は可能である。例えば、多角形のタッチセ
ンサーは、それぞれの辺に反射アレイを、それぞれの頂
点にトランスデューサを備えていてもよい。本発明は、
標準の矩形のセンサー外形に限定されるものではない。

【００５１】この応用の目的のために、基板は単独の一
体構造である必要はなく、むしろ均一構造であれ不均一
構造であれ、一連の要素と音響的に結合する必要がある
ことに留意されたい。送信トランスデューサから受信ト
ランスデューサへの音波の進路は、製作過程の部品と一
緒に接着された基板の範囲を通って、任意に通過しても
よい。

【００５２】本願明細書の内容をなす、1996年8月12日
に出願され、現在審査中の米国特許出願番号08/615,716
に記載の概念によれば、パネルの低い湾曲は要求されて
おらず、実際、本発明のグレーティングトランスデュー
サは、大ざっぱには非平面を含む、多数の異なる音響タ
ッチ入力を検出する形状に適用できることに留意された
い。米国特許出願番号08/615,716もまた、複数の又は重
複した感応波の使用と分析（解析）とを包含している。

【００５３】大型基板は、例えば大型のホワイトボード
用途にも使用でき、基板は大きな領域全体にわたって接
触感知性である。アドラー（Adler）タイプの音響セン
サーは電子白板としての使用について考察されてきた。
セイコーエプソンのヨーロッパ特許94118257.7の図１０
及びそれに関連する文章を参照。ホワイトボードへの応
用では、基板は透明である必要はなく、それ故、アルミ
ニウムなどの不透明な材料で形成してもよい。好都合な
ことに、アルミニウムや他のいくつかの金属は、相対的
に遅い音響位相伝搬速度を有するエナメルでコートして
もよく、そのため、前面に（水平方向に振動方向を持つ
横波に比べて）高いタッチ感度を有するラブ（Love）波
を支持可能である。

【００５４】基板を形成するために適切なガラスは、ソ
ーダライムガラス、例えばホウケイ酸ガラスなどのホウ
素含有ガラス、バリウムガラス、ストロンチウムガラ
ス、鉛含有ガラス、およびクラウンガラスを含む。例え
ば、津村およびケント（Kent）との米国特許出願番号 0
8/904,670を参照。受け入れ可能な音響損失を有する他
の材料もまた使用してもよく、アルミニウムや鋼鉄に限
定されているわけではない。ある条件下、適切な基板
は、ポリマー、例えば、ダウケミカル（Dow Chemical）
社の低音響損失ポリマースチロン（Styron）^Rで形成さ
れてもよい。適切な基板は、例えば積層構造のような不
均一な音響特性を有する基板（積層体）から形成しても
よい。積層板（積層体）は、好都合なことに、例えば、
ホウケイ酸ガラス又はショット（Schott）社の「Ｂ２７
０」とソーダライムガラスとの積層構造、アルミニウム
の上のエナメルなどのように、前表面に集中している音
響エネルギー密度を有するラブ（Love）波の伝搬を支持
してもよい。

【００５５】このように、本発明における１つのタッチ
タイプ座標入力装置は、音響波（表面波又は板波）が伝
搬可能な表面を有する伝搬媒体（例えば、基板，パネ
ル）と、伝播媒体の前記表面に対する交差方向にバルク
波を伝播させるためのバルク波生成手段と、このバルク
波生成手段からのバルク波を音響波に変換し、前記伝播
媒体の表面を伝播させるための音響波生成手段と、この
音響波生成手段からの音響波の表面での散乱を検出する
ための検出手段とを備えている。バルク波生成手段は、
伝播媒体の表面に対してバルク波を斜め方向又は垂直方
向に伝播させることができる。

【００５６】伝播媒体は弾性表面波が伝播可能な表面を
有しており、伝播媒体の低部又は側面側から伝搬媒体の
表面に対して斜め方向又は垂直方向にバルク波を伝搬
し、周期的な摂動手段により表面波又は板波を生成させ
るための送信手段と、周期的な摂動の手段によって表面
波や板波をバルク波に変換し、伝搬媒体の底部又は側面
部に向けて斜め方向又は垂直方向へバルク波を伝搬さ
せ、伝搬したバルク波を受信するための受信手段とを備
えていてもよい。送信手段は、バルク波生成手段と、バ
ルク波を変換して音響波（弾性表面波など）を生成させ
るための音響波生成手段とで構成でき、受信手段は、音
響波を変換してバルク波を生成させるための手段で構成
できる。

【００５７】さらに、伝搬媒体の表面上に形成された接
触可能な画像表示領域と、画像表示領域の周囲に互い反
対側となる両サイド部に形成され、両サイド部のうち一
方から画像表示領域全体に亘って送信手段からの表面波
又は板波を伝搬させ、他方のサイド部に伝搬する表面波
や板波を焦点に集め又は収束させるため反射手段を備え
ていてもよい。

【００５８】本発明のいくつかの態様において、伝搬媒
体は、フラットパネル又は低曲率パネルを構成してもよ
い。さらに、送信手段は、伝搬媒体の底部又は側面部
（例えば、伝搬媒体の第１のコーナー部の低部）に配設
され、電気信号に応じて伝搬媒体の表面に斜め方向又は
垂直方向にバルク波を伝搬するための第１の圧電手段
と、第１の圧電手段からのバルク波を伝搬媒体の表面で
表面波に変換するための第１のグレーティング（格子）
手段とで構成してもよく、受信手段は、伝搬媒体の表面
で表面波からバルク波に変換し、伝搬媒体の第２のコー
ナー部の低部又は側面側に向かって斜め方向又は垂直方
向にバルク波を伝搬させるための第２のグレーティング
（格子）手段と、第２のコーナー部の低部又は側面側
で、第２のグレーティング（格子）手段による変換に応
じて得られたバルク波を受信し、電気信号を生成させる
ための第２の圧電手段とで構成してもよい。

【００５９】本発明の一つの態様は、アドラー（Adle
r）タイプのタッチパネルシステムを提供し、このシス
テムは、基板中の感応波又は感知波（the sensing wav
e）と圧電振動子とを結合させるためのグレーティング
トランスデューサを使用する。そのタッチパネルは、側
面から超音波表面波または超音波板波が伝搬可能な、左
右対称の画像表示領域を有するパネルから構成される座
標入力システムを提供する。典型的な４つのトランスデ
ューサシステムのなかで、２対のトランスデューサはそ
れぞれＸ軸とＹ軸に設けられている。それぞれのトラン
スデューサに対して、パネルのコーナー部に傾斜面が形
成され、この傾斜面に圧電トランスデューサが配設され
ている。圧電振動子は、画像表示領域の周囲のうちグレ
ーティングトランスデューサが配置された送信領域に対
して斜め方向に傾いた軸に沿って伝搬するバルク波と結
合する。そのグレーティング（格子）は、表面波又は板
波とバルク波とを結合させ、バルクトランスデューサを
表面波又は板波と相互作用させる。これらの表面波や板
波は、パネルの周辺の端部近くに形成された反射アレイ
（反射格子reflecting grating）上の軸に沿って進行す
る。反射アレイの要素（素子）は、それぞれ、パネルを
横切って進行する感応波と表面波又は板波のうちの一部
分とを結合させ、隣接する要素（素子）に一部分を伝達
し、タッチ検出領域全体からの分散された感応波を、ト
ランスデューサと結合する狭幅音響ビームと結合させ
る。そのため、それぞれのトランスデューサが、対称的
に、音響波の送信と受信との両方行ってもよい。前記２
対は、座標構成を決定するために、直角に配置されてい
る。グレーティング（格子）は音響ビームの拡がりを補
償するために、収束機能（フォーカシング機能）を備え
ていてもよいことに留意されたい。

【００６０】音波の通過路（伝搬路）は、送信アレイと
受信アレイとの散乱の間で反射境界（reflective bound
ary）に遭遇してもよい。その反射境界は、散乱中心の
重なりから位相を揃えて散乱することを利用してもよ
い。そして、もしそうなら、反射境界は音波の通過路の
扇形の部分をたどっている反射アレイに関する同様の原
理を利用して設計することができる。しかし、反射境界
にとって、より強く散乱する反射要素を使用することが
有利であるかもしれない点に留意されたい。

【００６１】本発明によれば、これらの反射境界は、同
じ面内で、モード変化の有無に関わらず、波の反射に対
応する有用であり重要なフーリエ成分を有していてもよ
く、波（例えば表面の面内を進行する波）から表面に対
して斜めの角度で方向付けられたバルク波へのモード変
換に対応していてもよいことが理解される。

【００６２】時には、元々の信号からの変化を生じる望
ましくない寄生的な音波の進路（伝搬路）の生成を極小
化するため、アレイデザインには技術的な注意が要求さ
れるかもしれない。グレーティングトランスデューサを
使用するとき、これらの寄生的な進路は３次元の中で考
察されなければならない。

【００６３】本発明者らは、圧電トランスデューサの軸
に沿った重要な寄生音響波の生成にも拘らず、実行可能
な形態が得られることを見いだした。アドラー（Adle
r）タイプのタッチスクリーン（又はタッチパネル）に
おいて、音響波は音響反射アレイと相互作用を行う。反
射アレイは、波長および伝搬の角度の双方の狭帯域バン
ドフィルタとして機能する。そのため、反射アレイは高
い指向性を有しており、トランスデューサの指向性とと
もに、システムの受け入れ角度を限定するのに役立つ。
それ故、寄生バルク波が相対的に低いエネルギーを有す
るシステムの中で、迷走波動エネルギーはまれに受信信
号のかなりの干渉を引き起こす。寄生波の直達路（又は
直進路）は、利用されないか、又は有用な時間枠の外で
あると推測され、時間枠の内部にある反射された寄生波
は減衰し、寄生バルク波を阻止するために大きな努力を
払う必要はない。干渉を起こす寄生波の進路が問題であ
ることを証明する過程の中で、代表的にはタッチセンサ
ーの形状（外形）の若干の変更により、問題を除去でき
る。

【００６４】寄生バルク波が高い強度で存在している場
合には、寄生波を減少させる設計に関する考察は重要で
あるかもしれない。波動モードを相互に変換するグレー
ティングを使用する際には、バルク波からの入射波動エ
ネルギーのうち最大で８１％が、特に所望する音響波モ
ードへと変換される。従って、少なくとも１９％が寄生
バルク波エネルギーとして反射又は散乱され、しばしば
所望の波と平行に進行する。本発明によれば、所望の波
は、反射又は散乱された寄生波とは異なる軸に沿って選
択的に散乱させてもよく、及び／又はそのシステムは、
１又はそれ以上の、反射アレイやモード選択フィルタな
どの機械的なフィルタや、時間で区切るシステムなどの
電気的なフィルタを、寄生バルク波の干渉を減少させる
ように備えていてもよい。寄生波の効果を低減させるも
う一つの特に有利な技術は、横波モード圧電振動子を使
用することであり、この圧電振動子は、所望の表面波や
バルク波に対して適当な鋭角で横波モードバルク波を生
成する。この態様は少なくとも２つの利点を提供する。
第一に、反射された波エネルギーが所望の波動モードに
対して逆方向（逆平行方向）に伝搬し、そのため、その
進路（伝搬路）に沿った表面に適用された吸収剤によっ
て、その反射波がより容易に減衰されることである。第
二に、効率的な波動の変換を意味する、竹内ら(1980)に
よる配分係数“Ｆ”を１と等しくするように、所望の表
面波や板波だけとそのような横波モードバルク波が結合
することである。

【００６５】タッチスクリーン（又はタッチパネル）
は、典型的には、多くの機能を持つコントローラシステ
ムと関連している。先ず、電気信号が生成し、その信号
は、音響波を生成するトランスデューサを励起し、前記
音響波はその後に続けて一連の波を形成する。トランス
デューサは一連の波を受け取り（受信し）、それらを電
気信号に変換する。低いレベルの制御システムにおい
て、比較的高いデータ信号速度を有する意味のある信号
を保持している電気信号が受信される。多くの態様にお
いて、受信信号に含まれた位相情報を捕らえることは必
要ではない。しかし、いくつかの場合、そのようにする
ことは有利かもしれない。低いレベルの制御手段と構造
的にしばしば組合わされる中間レベルの制御システム
は、摂動を認識又は特定し特徴づけようと、受信された
データを処理する。例えば、第一の態様の中で、中間レ
ベルの制御手段が信号を濾過し、ベースライン補正を実
行し、信号としきい値（スレッシーホールド）との関係
を決定し、短すぎる又は長すぎる音響遅延時間を有する
寄生音響波の通路を示す信号を除去するため、信号をゲ
ートで制御する。高いレベルの制御手段は信号の摂動を
分析又は解析し、タッチ位置を検出する。従って、制御
システムは、全体として、音響波を励起する機能、摂動
としてタッチ情報を生み出す音響波の一部を受信する機
能、タッチ（例えば位置）の特徴を抽出するため受信部
を解析する機能を有している。

【００６６】本発明の範囲は、１又はそれ以上のセンサ
サブシステムがポジティブな信号形態である構成を含
む。「ポジティブな信号（positive-signal）」とは、
タッチにより、音波の通過を完全にするために要求され
たモード変換を誘発するための、又はタッチにより、元
の波（生成波）から位相がシフトした波動を生成するた
めの所望の音波の通過路（伝播路）の使用を意味する。
それ故、信号の摂動は、小さい又は０であった従前の信
号強度について、遅延時間で、信号強度を生成すること
である。共同出願中である米国特許出願番号08/615,716
（1996年8月12日出願）を参照。

【００６７】励起機能又は関数は、連続したパルスであ
ってもよく形作られた所定形状のパルスであってもよ
く、所定形状のパルスは、所定のパターンで放出され、
周波数分布のうち名目上の操作周波数でかなりのパワー
スペクトル密度を有している。このパルスは限られた持
続時間を有するため、それは有限のバンド幅を有する。
例えば、エロタッチシステムズ（Elo TouchSystems）
は、波数が６〜４２波の範囲の持続時間を有する５．５
３ＭＨｚのトーンバースト信号を励起可能であり、有限
の励起持続時間によって、反射アレイのバンド幅に比較
して広い周波数帯の励起を生じるコントローラを製造し
ている。この電子パルス列は、通常、信号を送信する圧
電振動子を駆動する。励起されたバースト全てをコント
ロールするのに高い柔軟性が望まれる場合には、アナロ
グデバイセズ（Analog Devices）AD9850などの直接のデ
ジタルシンセサイザーが使用できる。

【００６８】本発明によるシステムは、寄生信号からの
かなりの干渉無しで構成される一方で、いくつかの構造
は、限られた時間持続する寄生信号が所望する信号と干
渉するのを許容する。それらの場合、異なる寄生信号の
感度を有する、１又はそれ以上の部分的に重複したセン
サのサブシステムを備えていることは有利である。その
ため、１つのトランスデューササブシステムからの信号
又はその一部が、使用不可能となる場合、その他のトラ
ンスデューササブシステムは、にもかかわらずタッチ位
置の決定を与えるように処理してもよい。発明のこの態
様によれば、音響信号の摂動が、寄生的な又は潜在的に
寄生的な信号に対して異なる感度を有する、３又はそれ
以上の音響波トランスデューササブシステムにより感知
してもよい。それに加えて寄生信号が干渉しない場合、
追加情報は、アンチシャドウイングアルゴリズム処理や
多重タッチ検出を含む、さらなる情報や機能を与えるた
めに使用できる。

【００６９】

【発明の目的】従って、本発明の目的は、音響的タッチ
検出装置、および基板（又は伝播媒体）の使用方法を提
供することにあり、基板は表面を有するとともに、基板
中のバルク波を変換し、表面と交差する軸に沿って基板
を通して伝搬するための音響波トランスデューサと有し
ており、前記バルク波のエネルギーは、表面に多くのエ
ネルギーを有する変換された波動モードを有し、かつ表
面に沿って伝搬する波と結合する。変換された波のモー
ドの摂動（perturbation）は検出される。音響波モード
結合器（acoustic wave mode coupler）は、例えば、音
響回折要素（素子）又は一連の音響回折要素である。具
体的に、システムは、変換された波のエネルギーの摂動
を検出する手段を含むであろう。

【００７０】本発明の他の目的は、表面に沿って音響波
を伝搬可能な表面を有する伝搬媒体と、伝搬媒体中にバ
ルク波を生成するための放出素子（又は放射手段）と、
バルク波から音響波を生成するための第１のモード変換
器（mode converter）と、第１のモード変換器からの音
響波を受信し、対応するバルク波を生成するための第２
のモード変換器と、第２のモード変換器からのバルク波
を受信するための受信素子とで構成され、少なくとも１
つのモード変換器が、一連の少なくとも１つの音波散乱
要素（音波散乱素子，wave scattering element）又は
回折波動モード結合構造（diffractive wave mode coup
ling structure）で構成されているタッチスクリーン
（タッチパネル）を提供することにある。

【００７１】本発明のさらに他の目的は、中心又は中央
領域と、一対の表面とを有し、音響的検出装置のための
基板（伝播媒体）を提供することにあり、前記装置は、
基板と結合してバルク波を生成し、表面のうち少なくと
も一つの表面と交差している伝搬軸を有する音響トラン
スデューサと、表面のうちの一つの近傍に形成され、バ
ルク波の音響波動エネルギーを、表面の内の一つに多く
のエネルギーを有する位相のそろった波に変換するのに
適合した一連の少なくとも１つの散乱素子と、前記中心
領域を通して、変換された音響波動エネルギーの一部を
反射するための手段とを備えている。反射手段からの音
響波は空間的に分散される。

【００７２】本発明の別の目的は、音響波源が、基板の
表面へ斜め方向にバルク波を伝搬するための手段で構成
されたシステムを提供することにある。本発明のさらに
別の目的は、基板上又は基板の中で、少なくとも１つの
散乱中心との相互作用により、バルク波を他の波動モー
ドと結合させるシステムを提供することにある。前記散
乱中心は、基板の周期的な摂動を提供するセットとし
て、又は格子構造（grating structure）として配列し
てもよい。

【００７３】本発明によれば、ウェッジトランスデュー
サは音響タッチパネル設計又は再配置から除去してもよ
く、改善された前面の許容差（クリアランス）と改善さ
れた環境に対する抵抗力とを潜在的に与える。基板と比
較して、比較的低い音響伝搬速度を有するくさびの要求
の除去は、プラスチックなどの遅い音響伝搬速度の基板
の使用を許容する。本発明のさらに他の目的は、複数の
トランスデューサを有する音響タッチスクリーン（タッ
チパネル）システムを提供することにあり、低い調整感
度を有し、潜在的に製造コストを減少できる。さらに本
発明の目的は、収束する音響波を生成させ、又は他のフ
ォーカシング又は音響レンズの機能を備えたトランスデ
ューサを提供することにある。これらの目的および他の
目的は明確になるであう。本発明を十分に理解するた
め、添付の図面に図示されている発明の好ましい形態
を、以下に詳細に説明する。

【００７４】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しつつ本
発明の好ましい態様を説明する。図中、同一の特色部に
は同じ符号を付す。公知の音響デバイスの可換性原理
は、名目上（見掛け上）の送信トランスデューサと受信
トランスデューサとが等しい機能を果たすことを示して
いる。従って、下記の態様において、音響トランスデュ
ーサは送信トランスデューサ又は受信トランスデュー
サ、もしくはその双方であってもよいことを理解された
い。

【００７５】実施例１図５は、本発明の座標入力装置の一例を示す概略斜視図
であり、図６は、摂動範囲、グレーティング手段による
回折の範囲を示す概略斜視図である。この例の座標入力
装置は、接触可能であり、その表面に形成されたＸ軸と
Ｙ軸との方向に対して左右対称である表示領域２（画像
表示領域）を有するとともに、表面波又は板波が伝搬可
能な表面を有する伝播媒体１と、バルク波（縦波モード
又は横波モードでもよい）を、伝搬媒体１の低部から伝
搬媒体１の表面へと斜め方向に伝搬し、摂動手段により
Ｘ軸およびＹ軸方向に表面波又は板波を発生させるため
の送信トランスデューサ（送信手段）とを備えている。
すなわち、傾斜面３ａに取付けられた圧電トランスデュ
ーサ４ａと、Ｘ軸方向に媒体１上に形成された格子（グ
レーティング）５ａとを含む送信手段、傾斜面３ｂに取
付けられた圧電トランスデューサ４ｂと、Ｙ軸方向に媒
体１上に形成された格子（グレーティング）５ｂとを含
む送信手段を備えている。この例では、伝搬媒体１は、
端面に傾斜面を有するソーダライムガラスで形成され
た、等方性フラットパネルで構成される。

【００７６】前記送信手段3a,4a,5aおよび3b,4b,5bは、
それぞれ、伝搬媒体１の低部のＸ軸およびＹ軸方向での
摂動領域（送信領域）に対応する、隣接するコーナー部
（第１のコーナー部）のオリジナル領域（ベース領域）
に形成された傾斜面3a及び3bと、これらの傾斜面に配設
され、電気信号に応答して、伝搬媒体１の表面上の摂動
領域（送信又は伝達領域）に向かって斜め方向にバルク
波を放射するための圧電トランスデューサ（第１の圧電
手段）4a及び4bと、前記伝搬媒体１の表面上の摂動領域
（伝達領域）において、圧電トランスデューサから伝搬
媒体の中を伝搬するバルク波を表面波に変換するための
格子（グレーティング，第１の格子手段）5a,5bとで構
成されている。さらに、オリジナル領域の傾斜面3a及び
3bからの直交する投影（投影領域）は、伝搬媒体１の画
像表示領域２の周辺部の摂動領域で互いに交差しており
（Ｘ軸方向の送信領域およびＹ軸方向の送信領域）、格
子5a及び5bはそれぞれ摂動領域（横断領域又は投影領
域）に配設されている。前記格子（第１の変換手段）5
a,5bは、お互いにほぼ平行に、圧電トランスデューサ4a
及び4bから伝搬したバルク波の進行方向に対して直交す
る方向に延び、かつ周期的に配設されている。そして、
格子により、バルク波と表面波とを互いに変換可能であ
る。

【００７７】Ｘ軸方向の送信手段3a,4a,5aおよびＹ軸方
向の送信手段3b,4b,5bからの表面波又は板波は、第１の
反射アレイ（第１の反射手段又は第１の反射格子手段）
6a及び6bと、第２の反射アレイ（第２の反射手段又は第
２の反射格子手段）7a及び7bとで構成された反射手段に
より画像表示領域２全体にわたって、Ｙ軸およびＸ軸方
向に伝搬され、伝搬した表面波又は板波は、Ｘ軸方向お
よびＹ軸方向に方向付けされ又は収束され、そして、受
信手段8a,9a,10a及び8b,9b,10bによりそれぞれ受信され
る。

【００７８】より詳細には、起点としての周期的な摂動
領域（伝達領域）を有するＸ軸方向からＹ軸方向へ、送
信手段3a,4a,5aからの表面波又は板波を伝搬するための
第１のＸ軸反射アレイ6aは、画像表示領域２の周囲のＸ
軸方向に延びる一方の側部（第１の側部）に形成されて
いる。また、第１のＸ軸反射アレイ6aによりＹ軸方向に
反射された表面波又は板波を反射し、反射された表面波
や板波を摂動領域（受信領域）でＸ軸方向に方向付けす
るための第２のＸ軸反射アレイ7aは、画像表示領域2の
周囲の第１の側部とは反対側の他方の側部（第２の側
部）に形成されている。

【００７９】さらに、起点としての摂動領域（伝達領
域）を有するＹ軸方向からＸ軸方向へ、送信手段3b,4b,
5bからの表面波もしくは板波を伝搬させるための第１の
Ｙ軸反射アレイ6bが、画像表示領域２の周囲のＹ軸方向
に延びる一方の側部に形成され、第１のＹ軸反射アレイ
6bによりＸ軸方向に反射された表面波もしくは板波を反
射するための第２のＹ軸反射アレイ7bが、画像表示領域
２の周囲の前記側部と反対側の他の側部に形成されてい
る。

【００８０】各反射アレイ6a,6b,7a,7bは、表面波又は
板波の一部を透過し、表面波又は板波を反射可能であ
る。これらの反射アレイ6a,6b,7a,7bは、摂動領域（Ｘ
軸の受信領域とＹ軸の受信領域）で、画像表示領域２に
伝搬された表面波や板波を方向を向けさせるのと同様
に、Ｘ軸方向の送信手段およびＹ軸方向の送信手段から
の表面波や板波を画像表示領域２全体に亘り伝搬するこ
とを可能にする。

【００８１】受信手段8a,9a,10bおよび8b,9b,10bは、画
像表示領域２で伝搬又は収束してきた表面波又は板波を
バルク波に変換し、伝搬してきたバルク波を受信するた
めに、伝搬媒体１の低部に向かって斜め方向に振動波を
伝搬させる。特に、受信手段は、第２の反射アレイ7a，
7bに隣接する摂動領域（受信領域）に配設され、バルク
波を伝搬媒体１の低部に向けて斜め方向に伝搬させるの
と同様に、表面波又は板波とをバルク波に変換するため
の格子（第２の変換手段）8a,8bと、伝搬媒体１の低部
のうち、格子手段8a,8bによる反射投影領域に対応する
コーナー部（第２のコーナー部）の終点領域に形成され
た傾斜面9a,9bと、これらの傾斜面に配設され、格子8a,
8bによる変換で得られたバルク波を受信し、かつ電気信
号を生成するための圧電トランスデューサ（第２の圧電
手段）10a,10bとで構成さている。格子（第２の変換手
段）8a,8bは、前記格子（第１の変換手段）5a,5bと同様
に構成され、圧電トランスデューサ10a,10bに向かうバ
ルク波の進行方向に対して垂直方向に、周期的に平行に
延びる複数の線形格子（グリッド格子）で構成されてい
る。

【００８２】圧電トランスデューサ10a,10bにより受信
された信号は、信号を分析又は解析するための検出手段
（図示せず）に与えられる。検出手段において、受信信
号のうち画像表示領域のタッチにより引き起こされた擾
乱又は散乱成分は、対応する時間遅れを伴って検知又は
検出され、画像表示領域２のタッチ位置又はタッチ領域
を検出する。

【００８３】圧電トランスデューサ4a,4bにより生成し
たバルク波は、伝搬媒体１中を直進し、伝搬媒体１と摂
動領域（格子5a,5b）の界面に斜め入射し、表面波又は
板波に変換される。伝搬媒体１中を伝搬する表面波又は
板波は、バルク波に変換するために。摂動領域（格子8
a,8b）で斜め方向へと回折される。

【００８４】このような座標入力装置では、電気信号を
圧電トランスデューサに与えると、圧電トランスデュー
サの振動によってバルク波が生成される。そして、バル
ク波を、摂動領域の格子5a,5bによって表面波又は板波
に変換できる。そのため、表面波又は板波を、第１の反
射手段によって画像表示領域２の複数の進路（伝搬路）
を通ってＸ軸およびＹ軸方向に伝播させることができ
る。画像表示領域２を指又はそれに類する物でタッチす
ると、表面波又は板波が散乱され、その散乱成分を含む
表面波や板波は第２の反射手段によって摂動領域（受信
領域）に方向付け又は収束（収斂）される。受信領域に
おいて、表面波や板波は、格子8aと8bによってバルク波
に変換され、バルク波は、圧電トランスデューサ10a又
は10bによって、電気信号へと変換される。

【００８５】摂動のための格子5a,5b,8aおよび8bは、例
えば、音波の波長に比べて非常に薄い。そのため、伝搬
媒体の表面は、ウェッジトランスデューサの機械的又は
構造的な形状（プロファイル）と比較して、相対的に平
滑（又は滑か）である。そのため、本発明のタッチパネ
ルは、比較的小さな又は低い隙間でベゼルの後ろに取り
付けることができる。

【００８６】伝搬媒体の種類は特に限定されないが、表
面波又は板波、特に超音波表面波又は超音波板波が伝搬
可能なパネル（基板）が使用される。パネルの画像表示
領域は、タッチ可能な領域（すなわち、座標入力領域）
を含み、前記のように、左右対称な形状で、特に線形対
称形状（その中でも特に方形）に形成される。パネルと
して構築される伝搬媒体は、通常、液晶パネル（又はス
クリーン）、真空蛍光管、他のフラットパネルディスプ
レイ、又は可視化パネルを形成するために、透明性を有
する。好ましい伝搬媒体は透明で等方性である。画像表
示領域の周辺（パネルなどの伝搬媒体の端部）は、一般
的に外枠（ベゼル）で覆うことができる。

【００８７】傾斜面は、伝搬媒体の低部のうち起点領域
および終点領域に対応する部位（位置）にそれぞれ形成
してもよく、図５に示されるように、パネルなどの伝搬
媒体の側面と底面との間のコーナー部の全体に形成して
もよい。

【００８８】伝播媒体表面に対するバルク波の入射角θ
は下記式（1）で表すことができ、伝播媒体表面に対す
るバルク波の交差方向は斜め方向であってもよく、垂直
方向であってもよい。 θ＝Arcsin（λ_B／λ_R＋ｎλ_B／ｐ）（1）（式中、λ_Bは伝播媒体中のバルク波の波長、λ_Rは伝播
媒体表面における音響波の波長、ｐは摂動周期を示し、
ｎは負の整数である）さらに、伝播媒体に傾斜面を形成
する場合、傾斜面の法線と伝播媒体表面との角度θ₁は
下記式（2）で表すことができる。 θ₁＝９０゜−Arcsin（λ_B／λ_R＋ｎλ_B／ｐ）（2）（式中、λ_B、λ_R、ｐおよびｎは前記に同じ）摂動領域
（格子領域）での摂動周期（格子周期，格子間の間隔又
は距離）は、伝搬媒体中のバルク波の波長と伝搬媒体の
表面での表面波の波長に応じて、例えば、約０．０１〜
１０ｍｍ、好ましくは約０．１〜５ｍｍ、更に好ましく
は約０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲から選択できる。グレー
ティング（格子）の数とその幅は特に限定されず、例え
ば、グレーティング数は約３〜１０であり、格子の幅
（基板との境目間の長さの範囲）は、例えば、約０．０
１〜１０ｍｍである。

【００８９】格子の厚さ（高さ）は５ｍｍ以下（例えば
約０．０１ｍｍ〜３ｍｍ）、好ましくは約０．１ｍｍ〜
３ｍｍ、更に好ましくは約０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲か
ら選択できる。格子はスクリーン印刷やその他の技術で
形成できる。格子は、エッチングやカッティング（切
削）、研磨、除去或いは他の材料削除方法を用いて形成
してもよい。格子は、さらに、成形、刻印（ホットスタ
ンピング）、製造後の加工（基板の特性を改質する加
工）によって形成してもよい。格子の要素（素子）は、
格子の反射率と透過率とのバランスをとるために、反射
アレイの要素（素子）と同様の様式で、その高さ及び又
は幅変化させてもよい。例えば、格子に一方向性を与え
るため、格子の高さが単調に変化した格子を使用しても
よい。

【００９０】反射手段は反射アレイで構成する必要はな
く、表面波や板波の一部分を伝達可能な１又は複数の反
射要素又は部材で構成できる。反射手段を構成する反射
アレイは、伝搬媒体の表面に、突起又は凸部（例えば、
ガラス，セラミック、金属で形成された突起又は凸部）
及び／又は溝として形成された反射アレイ素子の集合体
（反射アレイ群）であってもよい。反射アレイ素子は、
一般的に、互いに平行に形成され、反射部材や各反射ア
レイ素子の角度は、通常、Ｘ軸及びＹ軸方向に表面波や
板波を伝搬させるため、Ｘ軸又はＹ軸に対して約４５゜
である。

【００９１】本願明細書の内容をなす米国特許5,5911,9
45号明細書から公知のように、反射アレイ要素（素子）
を、他の角度に傾斜させ、タッチスクリーン（タッチパ
ネル）にとって非方形状の波の進路（伝播路）を生じさ
せたり、入射波と反射波、例えば、疑似Rayleigh波から
高次の水平偏向横波やLove波との間のモード変化又は変
換をもたらしてもよい。

【００９２】格子要素（素子）は、例えば、スクリーン
印刷などのような反射アレイ要素と共通の工程で形成し
てもよい。この共通の様式は製造コストを減少させる。

【００９３】本発明のタッチパネルシステムは、通常、
電子コントロールシステム（図示せず）を使用してい
る。それは感応音響波を生成し、タッチ位置を示す摂動
を決定する。その電子コントロールは、順に、コンピュ
ータシステム（図示せず）、例えばパーソナルコンピュ
ータ、埋め込みシステム（embeded system）、ヒューマ
ンインターフェース装置としてキオスク（kiosk）やユ
ーザー端末と連結する。コンピュータシステムは、適切
であればいずれの形式でもよく、例えば、画像表示装
置、オーディオの入出力能力（機能）、キーボード、電
子カメラ、その他の指示入力デバイス、或いはそれに類
するものが含まれる。前記コンピュータシステムは、カ
スタムソフトウェアを使って作動するが、通常、標準的
なオペレーティングシステム、例えば、マイクロソフト
ウィンドウズ（例えば、3.1, 3.11, CE, NT, 95, 98な
ど）、マッキントッシュオペレーティングシステム、ユ
ニックスバライアント（UNIX Variants）などを用いて
作動できる。タッチパネルは、グラフィックユーザのた
めに、ユーザの入力信号を受信するため、一次又は二次
の点指示装置（pointing device）として使用してもよ
い。タッチスクリーン（タッチパネル）コントローラと
コンピュータシステムは、例えば、埋め込みシステムに
おるように、統合又は一体化してもよい。

【００９４】本発明の座標入力装置は、陰極線管（ＣＲ
Ｔ）など湾曲した表面を有する画像表示装置のために有
利に用いられるだけでなく、例えば、液晶ディスプレイ
やプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプ
レイにも使用可能である。

【００９５】実施例２グレーティングトランスデューサを組込んだタッチパネ
ルを設計し、組立してテストを行った。グレーティング
トランスデューサタッチパネルは十分に機能し、高品質
の信号を生成させた。比較的小さな強度を有する寄性波
信号が僅かに観測された。これらの寄性信号は、タッチ
パネル操作について所望する信号の時間範囲の外側にあ
り、影響を与えなかった。これらの寄性信号はタッチパ
ネルシステムの操作の妨害となることはなく、コントロ
ーラの電子回路にタイムゲート機能を持たせるか、タッ
チ領域および反射アレイの外側に音響減衰剤を含ませる
ことにより、更に減少させることが可能である。グレー
ティングトランスデューサにより有意な寄性バルク波が
生成するにもかかわらず、受信トランスデューサからの
寄性信号は、グレーティングトランスデューサを有する
音響タッチパネルの機能に対して何の傷害にもならな
い。

【００９６】ガラス基板の寸法は約２７２．５ｍｍ×３
４８．７ｍｍ×３ｍｍであった。ガラス基板には、裏面
側に圧電振動子を取付けるための４５゜の傾斜面を、θ
B ＝４５゜のグレーティングトランスデューサ用に設け
た。そのため、圧電振動子に対する垂線は、基板に垂直
な方向に対して４５゜の角度を成している。１４ｍｍの
幅の反射アレイをガラス上に印刷した。アレイの内側の
透明ガラスの方形領域は、約２３４．６ｍｍ×３１０．
８ｍｍの大きさである。このことは、１５インチを越え
る対角寸法を有する能動タッチ領域を提供する。

【００９７】前記ガラスフリットを重ねて繰り返し印刷
することで、それぞれが４０μｍの高さを有する４つの
格子を、４つのトランスデューサの位置に配置させた。
外折りされた圧電トランスデューサ素子4a,4b,10a,10b
を傾斜面3a,3bに接着させた。図５および図６を参照。
ワイヤーケーブル（図５および図６には図示れていない
を、半田付けにより、各圧電トランスデューサ4a,4b,10
a,10bの電極にそれぞれ接続した。市販の超音波タイプ
のコントローラ（タッチパネルシステムズ社（”TP
S”）製の1055E101）をコントローラとして使用した。
適当なソフトウェアを有するパーソナルコンピュータを
コントローラに接続した。そして適当な音響タッチパネ
ルの機能を観察した。

【００９８】比較のために、ウェッジトランスデューサ
をグレーティングトランスデューサ5a,5b,8a,8bの直前
に仮に直接配置した。グレーティングトランスデューサ
は、約１０ｄＢほど低いタッチスクリーンシグナル（２
つのトランスデューサ間の信号の進路で）値を与えた。
グレーティングトランスデューサの設計と製造とがまだ
最適化されていない一方で、グレーティングトランスデ
ューサは、多くの製品設計にとって有用である十分満足
される効率を示した。さらに、信号波形を観測した。グ
レーティングトランスデューサタッチパネルからの信号
の描写が、図７に示されている。

【００９９】符号Ａを付したピークは実験開始のための
人工的なピークである。バースト信号と受信回路とから
のクロストークが、受信信号に現れているバースト信号
の現象という結果を生じさせる。これは受信信号におい
て便利なｔ＝０という目印（マーカー）を提供する。符
号Ｂは、持続時間が１９０マイクロ秒の所望のタッチス
クリーンシグナルを示し、ピークＡの９０マイクロ秒後
に始まる、タッチパネルをタッチすると、信号Ｂのなか
に、タッチパネル操作に望ましい凹部（くぼみ）Ｃが現
われた。

【０１００】小さな寄性信号Ｄは約８０マイクロ秒、す
なわち所望する信号開始の10マイクロ秒前に観察され
る。この信号の除去は、２つのグレーティングトランス
デューサの近くのガラス基板の端部の表面と裏面とに吸
収剤を設置することにより観察された。

【０１０１】その他の小さな寄性信号Ｅは、所望の信号
の後、２０マイクロ秒に観察される。この寄性信号は、
ウェッジトランスデューサを用いたタッチパネルでもし
ばしば観察される。ウェッジトランスデューサおよびグ
レーティングトランスデューサの双方のケースで、この
寄性信号は、（ガラス端部におけるRayleigh波の反射を
除去するために）ガラスの表面に適当な位置に配置され
た適切な音響吸収剤を用いて除去可能である。

【０１０２】実施例３図８は、音響タッチパネルがＬＣＤタッチモニターにう
まくフィットするように、音響タッチパネルに適合し、
かつ適用されたグレーティングトランスデューサを示し
ている。図８において、シール（密閉剤）24を含む外枠
（ベゼル）26は、周囲とタッチパネルの検出作業（官能
動作，sensitive working）との間のバリアーを与えて
いる。基板20の前面22は密閉剤24に接している。前記密
閉材24は、フラットパネルディスプレイ28と同様に、汚
染物質から格子30と圧電トランスデューサ32とを保護す
る一方で、タッチパネル操作を許容するのに十分な音響
エネルギーを与えるように備えられている。圧電振動子
32は、基板20の背傾斜面38に接着され、電気的に半田34
とワイヤー（線材）36とに接続されている。前記傾斜面
は、励起過程で圧電トランスデューサ32によって放射さ
れたバルク波の伝搬軸に沿って、または基板20中のバル
ク音響波に対するトランスデューサの感度を最大にする
軸に沿って配置された格子30に対して、角度θB で傾斜
している。前記格子30は、格子30に対して傾斜角度の軸
に沿って伝搬するバルク波と、前記表面22で有意なエネ
ルギーを有する表面波又は板波とを結合させる。

【０１０３】ＬＣＤタッチモニター設計の観点から、グ
レーティングトランスデューサはタッチパネル設計単独
の観点からは予期できないいくつかの利点を提供すると
思われる。グレーティングは、形状および構造（プロフ
ァイル）が低く、典型的には付加された密閉剤よりも高
さがさらに低く、外枠の下部に容易にフィット（適合）
する。半田の接続部や連結ワイヤーのルーティングを含
む圧電振動子は、基板の傾斜面に関連して、除去された
基板材料の容積に適合できる（除去部に収まる）。それ
故、グレーティングトランスデューサは、ＬＣＤタッチ
モニターのために、エレガントに機械的設計することを
解決可能とする。

【０１０４】実施例４実施例２と同様のグレーティングトランスデューサを、
厚さ３ｍｍのソーダライムガラス基板上に形成した。こ
れらのグレーティングトランスデューサは、図６に示さ
れるように、格子要素（素子）とともに、傾斜した圧電
振動子（θB ＝４５゜）を有している。格子は、反射ア
レイを作製するのと同じスクリーン印刷工程およびオー
ブンでの４００℃以上の温度での硬化を利用して、ガラ
スフリットインクを析出又は堆積させることにより形成
した。高い温度の硬化は、ガラスを焼結させガラス基板
とそれとを接合させる。硬化したガラスフリットは、約
５．６ｇ／ｃｍ³の密度を有する硬質セラミック材料で
ある。スクリーン印刷の工程を重ねて行うことにより４
０μｍまでの格子高さを得た。

【０１０５】竹内正男、清水洋「弾性表面波用グレーテ
ィングカプラの動作解析」；日本応用学会誌,第36巻11
号543-557（昭和55年6月24日受理）に記載の原理に基づ
いて、０．８９ｍｍの格子間隔を設計した。この計算
は、レーリー（Rayleigh）波の速度を３１０３ｍ／ｓ、
バルク縦波の速度を５９４０ｍ／ｓ、バルク波の角度４
５゜使用周波数５．５３ＭＨｚであると仮定した。

【０１０６】一方、適切な反射要素は、サンドブラスト
のような除去プロセスによってもまた形成できる。

【０１０７】圧電振動子は、当業者で公知の圧電セラミ
ック材料（富士セラミックス社製）で構成されており、
エロタッチシステムズ社（Elo TouchSystems，米国カリ
フォルニア州、フリーモント）やTPS（東京）から入手
できる多数のタッチパネル製造品用のウェッジトランス
デューサに使用されている。この材料は、圧電セラミッ
クの一種のＰＺＴの一員である。設計周波数は選択に係
わる事項であるが、圧電振動子は名目上の基本共振周波
数を５．５３ＭＨｚに持っている。圧電振動子の幅は３
ｍｍである。圧電振動子を水平な基板表面に対して４５
゜傾いた傾斜面に接着した。ガラスに接着した圧線振動
子の側部の導電性電極は、圧電振動子の周面に延びてお
り、そのため。両方の圧線振動子の電極は同じ露出面で
ワイヤに半田付けできる。

【０１０８】ＨＰ８０１２Ｂパルスジェネレータを用
い、５ミリ秒ごとに繰り返される５マイクロ秒のゲート
を発生させた。このゲートは、ＨＰ８１１１Ａファン
クションジェネレータにトリガーをかけるために用い、
５マイクロ秒の幅を持つトーンバースト信号を生成す
る。ＨＰ８１１１Ａは１０ボルトの公称電圧を持ち、
５．５３ＭＨｚの正弦波トーンバースト信号を生成する
ようにプログラムされた。これらのトーンバースト信号
は、１ＭΩの入力チャンネルを用いた横河電機製ＤＬ１
２０００４チャンネルデジタルオシロスコープ上で観
察した。これらのトーンバースト信号は、試験中、グレ
ーティングトランスデューサを励起させるために使用し
た。

【０１０９】グレーティングトランスデューサから２５
ｃｍの距離にウェッジトランスデューサを配置し、横河
電機製ＤＬ１２０００４チャンネルデジタルオシロス
コープの１ＭΩの第２チャンネルに接続した。グレーテ
ィングトランスデューサへの送信バースト信号と、ウェ
ッジトランスデューサからの受信信号との時間と強度と
を、同時にデジタルオシロスコープで観察した。

【０１１０】グレーティングトランスデューサからの信
号はウェッジトランスデューサで観察された。そのこと
はグレーティングトランスデューサから、表面に多くの
エネルギーを有する波を十分に放出していることを示し
ている。グレーティングトランスデューサとウェッジト
ランスデューサとの間に指又は他のレーリー（Rayleig
h）波吸収剤を位置させたところ、受信信号が消去し
た。このことは、多くの表面パワーを持つ波動モード
が、基板中でしかもこの発信周波数で、より少ない減少
を示すことを期待されたとき、受信信号が、グレーティ
ングトランスデューサとウェッジトランスデューサとの
間のRayleigh波の伝播によるものであり、合理的に見込
みのある観察された波動モードが、疑似−レーリー（Ra
yleigh）波であることを示している。さらに、トーンバ
ースト信号と受信信号との間の遅延時間は、ガラス基板
上の既知のレーリー（Rayleigh）波の速度に正確に対応
する。

【０１１１】実施例５例１，２および４では、放射（又は受信）角度０゜のグ
レーティングトランスデューサを使用している。すなわ
ち、レーリー（Rayleigh）波の方向は、水平面へのバル
ク波の伝搬軸の射影と同じである。グレーティングトラ
ンスデューサの設計はそのように制限されるものではな
い。グレーティングトランスデューサの概念は、レーリ
ー（Rayleigh）波の伝搬方向が、バルク波の方向の水平
成分に対するノンゼロ（０゜以外）の放射角度（non-ze
ro emission angle）θE を有する場合に一般化でき
る。ノンゼロ（（０゜以外の）放射角度は、以下の２つ
の考えられる利点を持っている。

【０１１２】０゜以外の放射角度は、機械的なデザイン
に柔軟性を与える。タッチパネル66の一つのコーナー58
で一対の受信グレーティングトランスデューサの平面図
を示している図９を参照。それぞれのグレーティングト
ランスデューサは、圧電トランスデューサとバルク波と
が結合している軸52a,52bに沿って、基板66を通して配
列している一組の格子要素とともに、後部傾斜面56に設
置された圧電振動子60a,60bを含んでいる。格子54a，54
bはバルク波の伝搬軸52a,52bに対して傾いており、その
ため、バルク波は、バルク波の伝搬軸とは異なる軸50a,
50bに沿って、基板66の端64,62とそれぞれ平行に進行す
る単独の表面波もしくは板波と結合する波動モードに変
換される。

【０１１３】そのような設計は、例えば、仮に、ガラス
基板のコーナー（nominal corner）と取り付け用柱など
のタッチモニターの他の成分とが機械的に抵触する場合
に利点がある。

【０１１４】０゜以外の放射角度の第二の利点は、所望
のレーリー（Rayleigh）波放射角度と圧電振動子によっ
て生成された寄性バルク波の代表的な角度である放出角
度０゜との角度を分離又は選別することである。等価的
に、図９で示されるように、受信グレーティングトラン
スデューサの検出方向と、入ってくるバルク波の検出方
向との角度分離がある。圧電トランスデューサと結合し
たバルク波は、レーリー（Rayleigh）波に対する任意の
角度（例えば９０゜）を有していてもよいことに留意す
べきであり、所望のレーリー（Rayleigh）波と、バルク
波の伝搬軸の水平面への射影に対して平行に進行する寄
性波との間の実質的な分離を可能とする。

【０１１５】それ故、システムは、傾斜した圧電振動子
（θB＝４５゜）と０゜以外の放射角度（θE＝３０゜）
のグレーティングトランスデューサを持つように構築さ
れた。製造方法は、実施例４の放射角度０゜の場合と同
じである。唯一の違いは、格子の間隔と配向とが、レー
リー（Rayleigh）波の波数ベクトルと、縦波の水平成分
とを結合させるように、水平方向のブラッグ（Bragg）
散乱条件を満たすように修正されることである。

【０１１６】これらの３０゜の放射角度のグレーティン
グトランスデューサは、実施例４の放射角度０゜で論議
したのと同じ実験方法を用いてテストした。定量的な遅
延時間のデータと、表面での吸収の検出とから、それが
Rayleigh波の信号であることが確認された。０゜以外の
放射角度を持つグレーティングトランスデューサの作動
は明瞭に証明された。

【０１１７】見掛け放出角度３０゜のグレーティングト
ランスデューサ（θB=４５゜）の角度分散性を、グレー
ティングトランスデューサから半径２５０ｍｍの円弧上
の異なる位置に受信用のウェッジトランスデューサを設
置することにより測定した。

【０１１８】一対のトランスデューサを通して送信され
た測定信号の相対強度（観察された最大強度に対する）
を、放射角度の関数として以下の表に示す。

【０１１９】放射角度測定信号の相対強度[dB] ２６゜ −１４２７゜ −１３２８゜ −１１２９゜ −４３０゜ −１３１゜０３２゜０３３゜ −１３４゜ −４３５゜ −１０３６゜ −１４グレーティングトランスデューサは、０゜以外の放射角
度に方向を向けて送信されたビームを有することが観測
された。３１．５゜の放射角度で観測されたピークは、
見掛け上の設計値３０゜に近い。このように、グレーテ
ィングトランスデューサは、ノンゼロ（０゜以外の）放
出角度を支持でき、音響タッチパネルの設計のために、
重要な新たなオプションを提供している。

【０１２０】実施例６図１０に示されるように、水平に取り付けられた圧電振
動子32という特別な場合は、一つのオプションであり、
それはすなわちθB＝０゜である。特筆すべきは、この
グレーティングトランスデューサのデザインが基板の端
部68で機械的加工される傾斜面の必要性を回避できるこ
とである。この製作プロセスの削減は、製作コストを減
少させる可能性を有する。図１０に示したように、バル
ク波72は、レーリー（Rayleigh）波となる変換された波
動モード79を生成又は発生する格子30の前表面（フロン
ト表面）22近傍で部分的に反射される。その波動エネル
ギーの一部分は、表面22と平行に伝搬する波に変換され
る。代表的には、基板20の裏面42では、受信された波と
結合する音響エネルギーは低く、それ故、裏面はタッチ
に対して感応又は反応せず、裏面上への取り付けを許容
する。

【０１２１】θB＝０゜のグレーティングトランスデュ
ーサを組込んだタッチパネルを設計し、組立てて試験を
行った。用いた方法は、ガラス基板に傾斜面を設けない
点を除いて、実施例２と同様である。更に得られたグレ
ーティングトランスデューサのタッチパネルを製造した
ところ、十分に機能し、製品規格の信号を有していた。
さらには、寄性波の生成は、グレーティングトランスデ
ューサ音響タッチパネルの良好な操作を妨害せず、観察
された寄性信号は最低であった。

【０１２２】比較のために、ウェッジトランスデューサ
を、仮にグレーティングトランスデューサの直前に直接
配置した。このθB＝０゜の場合では、グレーティング
トランスデューサとウェッジトランスデューサとは、実
験誤差範囲内で同じタッチパネル信号強度を与えた。グ
レーティングトランスデューサの設計と製作とをθB＝
０゜で最適化しなかったにもかかわらず、商業的に興味
および利点のあるトランスデューサ効率が明瞭に証明さ
れた。

【０１２３】実施例２のθB＝４５゜のグレーティング
トランスデューサに対して、約１０ｄＢ（トランスデュ
ーサ１個あたり５ｄＢ）の信号の増加が示されたことに
注意されたい。この実験的な観測は、新しい物理的な効
果が、θB＝０゜のグレーティングトランスデューサの
設計での効率の向上を導くかもしれないことを示唆す
る。

【０１２４】実施例７実施例６で記述されたグレーティングトランスデューサ
と同様のグレーティングトランスデューサを、３ｍｍ厚
のソーダライムガラスの基板に、θB＝０゜のグレーテ
ィングトランスデューサとして作製した。

【０１２５】測定は、ガラスが傾斜面を備えておらず、
図１０で示されように圧電振動子がグレーティングの反
対側のガラス裏面に取り付けられていることを除き、実
施例４に記載と同じ製造技術と試験方法を用いた。実施
例４のθB＝４５゜のグレーティングトランスデューサ
に比べて、向上した効率が観測された。このことは、実
施例２のタッチパネルに対する実施例６のタッチパネル
の信号強度の増加が、θB＝０゜についてグレーティン
グトランスデューサの効率向上に起因することを確認す
る。

【０１２６】θB＝０゜の場合、θB≠０゜の場合には存
在しなかった新しい機構又は物理的な効果が作用する。
垂直なバルク波は、基板表面の上面と裏面とで多重反射
を経ることが可能であり、圧電振動子及び格子を介して
レーリー（Rayleigh）波と結合するために、正確な配向
と位相とをまだ持っている。これらの多重反射が、グレ
ーティングを介して、所望の音響モードと結合する１回
以上の機会をバルク波に与えることによって、グレーテ
ィングトランスデューサの効率を向上させるための手段
を与えている。

【０１２７】θB＝０゜の場合について検討する他の方
法は、基板の厚み共振について考察することである。格
子と圧電振動子との両方が、基板の厚み共振と結合す
る。この共振状態を得るための好ましい手段は、グレー
ティングトランスデューサ表面と平行に、表面上に圧電
トランスデューサを配置することである。多重反射と等
価な概念上のモデルがこれまで討論されてきた一方で、
厚み共振の枠組みは、時間領域よりはむしろ周波数領域
においてこの効果を考察する。それ故、使用周波数が基
板の厚さ共鳴に一致するとき何が起こるかを考察するこ
とは興味深い。

【０１２８】基板の厚み、送信周波数、或いはその双方
を変えることによって、厚み共振は強化されうる。この
ことは、トランスデューサ効率向上のためのさらなる手
段を提供する。厚みモード共振又は垂直方向バルク波の
多重反射は、例えば、垂直方向の縦波とレーリー（Rayl
eigh）波との間で格子を介した結合を増加させるのに使
用してもよい。このことは、最適なトランスデューサの
効率のための最適な高さの減少につながり、それ故、製
造工程を簡単化する。

【０１２９】厚みモード共振は、接着された圧電振動子
の等価回路抵抗を調整する自由な設計に提供し、それ
故、音響タッチパネルの電気特性インピーダンスを制御
する。図１１はグレーティングトランスデューサについ
ての等価回路を示している。そのような発振又は多重反
射は、例えば、圧電振動子が接着されるガラス表面の機
械インピーダンスまたは音響インピーダンスを変化させ
る。厚み共振において、ガラスの音響インピーダンスは
減少し、ガラスに接着された圧電振動子の機械的なＱ値
は増加する。これは、トランスデューサの等価回路の抵
抗分（図１１の回路図の中の”Ｒ”）を減少させる結果
を生じる。

【０１３０】もし、圧電振動子が正確に操作周波数に調
整されたなら、すなわち、１／｛２π（ＬＣ1）^1/2｝が
操作周波数と等しいならば、共振インダクタンスと共振
キャパシタンスのインピーダンスは相殺され、等価回路
は単純に抵抗Ｒとそれに平行な静電容量Ｃ0 となる。圧
電振動子に与えられたエネルギーはＶ²／Ｒで示され、
Ｖは適用された駆動電圧の二乗平均である。

【０１３１】既知の商用タッチパネル用コントローラの
トランスデューサ励起バースト回路は、しばしば、電流
源より電圧源として近似される。もし、送信バースト電
圧を最大安全電圧基準（例えばＵＬ規格）によって制限
又は規定するならば、これは、特に正確である。励起信
号のための固定された電圧を仮定すると、トランスデュ
ーサ等価回路のより小さな抵抗がトランスデューサの方
に分配される電気エネルギー増加を意味する。それ故
に、幾らかのコントローラデザインを用いて、厚み共振
は、音響波へ変換することが可能な電気エネルギーを有
意に向上させてもよい。

【０１３２】実施例８アルミニウム基板について、グレーティングトランスデ
ューサを作製し、十分に試験した。アルミニウムは不透
明なタッチパネルのための基板として使用することがで
きる。このことは、グレーティングトランスデューサの
作動原理が、基板材料の特別な選択に限定されないこと
を示している。

【０１３３】アルミニウム基板の上に、機械的に溝を形
成すことで格子を形成した。格子は、深さ５１μｍ、幅
２５４μｍ、中心間の距離５３３μｍに設計した。格子
の本数は１０本である。ガラス基板を用いた実施例６と
同様に、圧電振動子を水平に取付け、放射角度は０゜で
ある。この場合、格子の領域のアルミニウム基板の厚さ
は、厚さ共鳴に対応するように設計した。基板の厚み
は、格子の領域で２．２９ｍｍであった。

【０１３４】グレーティングトランスデューサの作動
は、実施例４と同様の試験を使って観測した。ピークツ
ウピーク（peak to peak）電圧は１４Ｖであり、３〜４
マイクロ秒の幅を有するトーンバースト信号を、ウェッ
ジトランスデューサを励起するための送信パルスとして
使用した。ウェッジトランスデューサからのレーリー
（Rayleigh）波を格子で検出した。２ｍｍの幅の圧電振
動子を、基板の底部のグレーティングの開始部の下部に
設置された。受信信号が、ピークツウピーク（peak to
peak）で１．４Ｖのピーク電圧、すなわち励起信号に対
して−２０ｄＢで観測された。一対のウェッジトランス
デューサの信号強度は同様の測定信号を与えた。

【０１３５】基板上に材料を堆積させるよりむしろ溝を
使用してグレーティングトランスデューサをうまく構築
できたことは、注目すべきである。このことは、さら
に、格子の製造又は加工のための製造プロセスの多様化
を証明している。

【０１３６】実施例９水平方向にピエゾを設置し（θB＝０゜）、０゜以外の
放射角度（θE＝０゜）のグレーティングトランスデュ
ーサのプロトタイプを、ガラスとは特性の異なる２つの
材料を含む、３つの異なるグレーティング材料で作製し
た。レーリー（Rayleigh）波の放出は、３つの場合の全
てで観察され；硬化ガラスフリット（高さ約１０μ
ｍ）；リトポン（Lithopone）^TM添加又は含有エポキシ
樹脂（高さ約２５μｍ）；そしてタングステン添加又は
含有エポキシ樹脂（高さ約２５μｍ）の全てで観察され
た。エポキシ又はエポキシ樹脂は、無機フィラー組成物
のためのポリマーマトリックスを提供する。ガラスフリ
ットが堆積した格子の重量とリトポン充填エポキシが堆
積した格子の重量とは近似的に同じであり、対応する受
信信号は実験誤差の範囲内であった。タングステン充填
エポキシの格子は２〜３倍の重量を有しており、受信信
号強度がそれに対応して増加した。ポリマー格子材料の
使用は、設計と工程の自由度を向上させる。

【０１３７】実施例１０実施例２，４，５，６および７においては、圧電振動子
より発生しているバルク波は縦波（pressure wave）で
あった。例えば、図５および図６における素子4a,4b,10
a,10bは、ずり振動モードの圧電振動子への変更は自由
である。しかし、本態様に示されるままで、ずり振動圧
電振動子よりも一般的であり、かつより低コストの厚み
振動圧電振動子を使用して、ずり振動バルク波（a bulk
shear wave）を励起可能である。この態様は、図１２
に示されているように、通常とは異なって配置された厚
み振動モード圧電振動子32を使用することによって実現
化され、縦波78は、グレーティング30に到達する前に、
この紙面方向への粒子運動を有する横波（a shear wav
e）80、つまりSV波へと変換される。図１２では、基板2
0はソーダライムガラスであり、その縦波速度は6000m/s
ec,バルク横波速度は3433m/secである。5.5MHzの厚み振
動子32は、水平方向に対してθp=62.5゜傾いている。放
射された縦波78は、ガラス板に垂直な軸に対してθpの
角度で下方向に伝搬する。このことは、垂直方向に対し
てθs=30.5゜の角度で上方向に反射された横波80を導
く。θs の値は、以下の式で示されるスネルの法則に従
う。 sin（θs ）／Ｖs＝sin（θp ）／Ｖp この例で値θp は光学におけるブリュスタ（Brewster）
角にあたる角度を満足するように選ばれる。その角度
は、既知の音響理論を使用して計算された角度であり
（B. A, Auld編 "第2版Acoustic Fields and Waves in
Solids"第2巻, Krieger出版社、フロリダ州マラバル市,
1990,ISBN 089874783-Xに記載の式9.45（Г11＝……）
を参照）、その角度を取るとき入射した縦波は１００％
横波となって反射される。このようなモード変換を行う
反射は、通常の厚み振動子を用いて有効な横波の励起を
可能とする。

【０１３８】厚みモード振動子32の使用にも拘らず、横
波80をグレーティングに照射する可能性は、竹内のグレ
ーティングトランスデューサに関する論文に記載されて
いる配分係数Ｆを変更又は最適化するための興味深い選
択を与えてくれる。

【０１３９】図１２で示されているように、基板が安全
ガラス積層体20,130,132の上側の層であるとき、言い換
えれば、基板が、ソーダライムガラス20,132でポリビニ
ルブチレート（又はポリビニルブチラール）ポリマー13
0や他のポリマーをサンドイッチ（挟んで）している場
合、特別な利点を与える。この場合では、横波は上部ガ
ラス板20の裏面42で反射しており、ガラス20とポリビニ
ルブチレート130との間の音響インピーダンスの差が非
常に大きいため、波80のほとんどはグレーティング30の
方向へ上向きに反射され、例えば、レーリー（Rayleig
h）波79へと変換される。一方、同時に発生する寄生板
波モードはポリマー層130によって急激に減衰する。傾
斜面74を安全ガラスの上層部20の上側に設けることは、
圧電振動子取り付け作業の自動化への対応を容易にす
る。そして、基板20を形成しているガラス板の範囲から
はみ出す余分なポリマー130と圧電振動子32との間の機
械的な緩衝を除去することもまた容易である。

【０１４０】この特定の例では、θｓ＝３０．５゜のと
き、横波は表面に対して垂直方向へのすべり運動の形
で、そのエネルギーのsin²（θs ）＝２６％を持ってお
り、表面に対して水平方向の滑り運動の形でそのエネル
ギーのcos²（θs）＝７４％を持っている。後述する例
で説明するように、この大きな水平方向の滑り成分は、
ラブ（Love）波やHOHPS波などの水平方向にその振動方
向を有する横波を放出するグレーティングトランスデュ
ーサの実現を可能とする。

【０１４１】実施例１１グレーティングトランスデューサはレーリー（Rayleig
h）波以外の波を送信又は受信するようにも設計可能で
ある。図１３および１４は水平に滑り振動を行う圧電振
動子３２′を使い、水平に振動する横波、すなわちラブ
（Love）波を励起するグレーティングトランスデューサ
を示している。

【０１４２】積層又は層状基板84,86は、例えば厚さ３
ｍｍのソーダライムガラスに接着され、ショット社Ｂ２
７０^TMやバリウム含有ガラスなどの遅い横波速度を持っ
た厚さ０．５ｍｍのカラス層である。そのような基板8
4,86は、ラブ（Love）波94を伝搬させ、そのラブ（Lov
e）波は１ｍｍの厚さのガラス基板におけるZOHPS波（al
owest order horizontally polarized shear wave）に
よって与えられる水平滑り振動のエネルギー密度よりも
高いエネルギー密度を表面82において供給する。図１３
において、その圧電振動子32の滑り振動、横波92の滑り
振動、格子90の軸、そしてラブ（Love）波94の滑り振動
は、全て紙面に対して垂直方向に振動している。

【０１４３】一方、図１４は図１２で示されるのと同様
の結合構造を有している。しかし、この場合、水平振動
モードを有する圧電振動子32′からの水平振動滑り波96
は、基板86の裏面88でモード変換なしで反射する。その
ため、入射角度と反射角度とは等しい。そのようなグレ
ーティングトランスデューサは、上記で検討した圧電振
動子の配向（方向）や放出の角度を変化させて設計する
ことが可能である。しかし、最も悪い例として例えば９
０゜などの大きな放出角度の場合、バルク波の水平滑り
振動が、もはや放出される波の水平方向の動きと平行で
はないため、効率が低下する。

【０１４４】グレーティングの間隔（周期）と配向（方
向）は、放出されるラブ（Love）波の波数ベクトルと水
平振動成分を有するバルク波の波数ベクトルとの間のブ
ラッグ散乱条件によって決定される。

【０１４５】実施例１２フォーカシンググレーティングトランスデューサ（Focu
sing grating transducer）は、図１５に示されるよう
に、格子5a′,5b′,8a′を湾曲させることによって構成
されている。なお、湾曲した圧電振動子の必要性はな
い。圧電振動子の製造コストを増やすことなく、グレー
ティングトランスデューサは、放射音響ビームの収束特
性の調整に対して自由度を与える。これはウェッジトラ
ンスデューサやエッジトランスデューサでは不可能であ
る。

【０１４６】ガラス裏面に水平方向に配列配置した圧電
振動子を利用したグレーティングトランスデューサの場
合、グレーティング5a′,5b′,8a′の円弧の半径は所望
の焦点距離100,102,104に等しく設定される。有効な焦
点距離は、好ましくは反射アレイ6a,6b,7aの長さの１／
２から３／４であり、たとえ長くとも、せいぜい反射ア
レイと同程度の長さである。これらのグレーティング素
子は、所望の進路（伝播路）に沿って音響波のエネルギ
ーの方向をそろえさせるため、放物線状に又は他の所望
の形状に設置してもよい。代表的には、所望のグレーテ
ィングの焦点距離は、グレーティングの大きさに比べて
大きく、パラボラ状（放物線状）のカーブと円弧状のカ
ーブとが実用的に同等である。傾斜した圧電振動子を有
するグレーティングトランスデューサの場合、焦点距離
を調節することは自由であるが、支配的な数学方程式は
より複雑である。ブラッグ（Bragg）散乱の原理はまだ
応用可能である。所望のブラッグ散乱角度はグレーティ
ングトランスデューサの内部の位置の関数となってい
る。フォーカシンググレーティングトランスデューサの
格子の曲線は、以下の式と図１６を用いて設計可能であ
る。

【０１４７】ｄｙ／ｄｘ＝tan（π／２−θ_g ） κ_g ²＝［κ_Bsin θ_B］²＋κ_R ²−２・κ_Bsinθ_B κ
_R cosθ sin（θ_g −θ）＝［κ_Bsinθ_B sinθ］／κ_g 我々は、回折によるビームの拡がりによる信号のロスを
部分的に相殺するために、音響ビームのわずかなフォー
カシング（Focusing）を使用できる。例えば、フォーカ
シンググレーティングトランスデューサの焦点距離は反
射アレイの長さ又はその１／２に設定してもよい。図１
５で示されるように、反射アレイを示さなくとも、アド
ラー（Adler）タイプのタッチパネルと米国特許3,67332
7号明細書のジョンソン−フレイベルガー（Johnson-Fre
yberger）タイプのタッチパネルと両方を包含していて
もよく、グレーティングは焦点を有し、その焦点は好も
しくは基板を横切る距離の１／２から３／４に位置す
る。

【０１４８】実施例１３図１５Ａは、竹内らの論文（1980）に記載されているよ
うに、配分係数を１にすることで、トランスデューサ効
率を更に向上させるグレーティングトランスデューサの
設計について考察している。このことは、負の値を持
ち、次式を満足するθB でグレーティングに入射するバ
ルク横波を用いるならば可能性がある。

【０１４９】｜sin（θB）｜＞Ｖs／Ｖp＝（０．５−
σ）／（１−σ）^1/2 式中、Ｖｓは横波の速度、Ｖｐは縦波の速度、σはポア
ソン比を示す。この条件をかなえ、かつグレーティング
の周期を横波とレーリー（Rayleigh）波が結合するよう
に設計したとき、ブラッグ（Bragg）散乱によって縦波
とレーリー（Rayleigh）波とが結合することはない。ポ
アソン比σ＝０．３５５を有するアルミニウムの場合、
上記の条件は絶対値でθB ＞２８．３゜として評価され
る。それ故、配分係数Ｆ＝１を有するグレーティングト
ランスデューサは、図１５Ａで示された方向、例えば３
０゜まで傾斜した基板表面に取り付けた水平滑り圧電振
動子（horizontal-shear piezoelectric element）によ
って構成することが可能である。

【０１５０】そのため、図１７で示されるように、放射
するバルク波108の伝搬する方向の軸のグレーティング3
0′の面への射影が、変換された波79の進行方向と反対
方向であるように圧電振動子32は設置される。その圧電
振動子32は、保護されるワイヤ（線）36と信号ケーブル
106とを結合する半田34の突起が入り込める内部傾斜面
（インナーベベル）内にシールドされている。

【０１５１】いくつかの場合、圧電振動子，半田の結合
部および線材を、図１７に示されているように、基板の
鋸状凹部内に位置させることによって保護するというこ
とは利点である。また、いくつかのケースにおいては、
例えば、より低コストの厚み圧電振動子を用いるため、
配分係数Ｆ＜１であるとしても、これらの機械的な設計
の利点は、図１７での外形を正当化するであろう。

【０１５２】特に成形プロセスにより形成されたポリマ
ー基板では、図１７の基板形状は、殆ど工業的にコスト
を加えることなく、配分係数Ｆ＝１でかつ圧電振動子の
機械的保護という利点を提供できる。例えば、スチロン
（Styron）^R 666（ダウケミカル社製のポリスチレン）
では、ポアソン比σ＝０．３５と、３０゜ないしそれ以
上負の向きに傾斜した滑り圧電振動子とで、配分係数Ｆ
＝１を達成する。

【０１５３】図１７の形状のレーリー（Rayleigh）波や
ラブ（Love）波グレーティングトランスデューサを実現
化するポリマー基板は、特に興味深い。なぜなら、前記
のように、ポリマー基板に対するウェッジトランスデュ
ーサを設計することは困難又は不可能だからである。成
形ポリマー基板で特記すべきは、グレーティング（およ
び反射アレイ）を金型で設計できるということである。
そのようなプロセスでは、様々な高さや深さを有するグ
レーティングを実現化することは困難ではない。

【０１５４】図１８で示される変更例は、図１７の原理
と図１２の原理とを結びつける。例えば、ポリスチレン
基板20において、圧電振動子32を水平面に対して６０゜
の角度で取付けることがれできる。その圧電振動子32
は、垂直軸に対して６０゜の方向にグレーティング30′
に向かって伝播する縦波116と結合する。反射面112にお
いて、この縦波は９０゜で反射しθB＝−３０゜となる
横波118へとモード変換される。前記反射面112は垂直方
向に対して５５．６゜の角度をなしている。実施例１０
で言及したB. A. Auldの教科書に示された音響学的な原
理は、反射面において７７％のモード変換効率をもたら
す。

【０１５５】図１８もまた、ウェッジ構造110に圧電振
動子32を設置する可能性を示しており、そのウェッジ構
造は、基板20との界面120で、接着剤又は他の手段で接
合できる。前記界面120は、広い範囲でバルク波モード1
18を減衰させない。そのため、前記基板20は、基板の両
面22,42に前もって形成された表面構造を有する必要は
ない。

【０１５６】図１８は、バルク波が反射され一つの反射
面によってモード変換が起きるという例を示している。
グレーティングトランスデューサの設計において、２又
はそれ以上のバルク波の反射を含ませることも可能であ
る。このことは、音響タッチパネルのためのグレーティ
ングトランスデューサの設計の選択の幅を広げる。グレ
ーティングトランスデューサ構造の近傍に位置する吸収
体は、同時に発生する寄生波の効果を抑制するために使
用可能である。反射面の成形及び／又は音響インピーダ
ンスマッチング用吸収剤への応用の可能性は、同時に発
生する不要な波（寄生波）の位置決めにおける大きな自
由度を与える。

【０１５７】実施例１４ θB≠０゜の場合、グレーティングトランスデューサは
一方向性であり、前方方向に優先的にビームを放出し、
後方には放出しない。θB＝０゜の場合は、左右対称に
設計されたグレーティングトランスデューサは、２方向
性であり、送信（又は受信）では前方及び後方ともに等
価である。いくつかのケースでは、もしタッチパネルの
グレーティングトランスデューサが、お互いに反平行に
進行する２つの有用な波モードと結合するように設計さ
れているのならば、この構造は利点である。

【０１５８】一方向性のθB＝０゜のグレーティングト
ランスデューサを設計することは可能である。一つのア
プローチはグレーティングトランスデューサの背後に音
響反射器を設置することである。例えば、半波長グレー
ティング（ｎ＋１／２）λ 122を、図１９に示すよう
に、波のモードを変換させるためのグレーティングの背
後に設置することも可能である。図２０に示す態様にお
いて、反射器128は、単純に、通常のグレーティングト
ランスデューサの範囲を拡張した波長間隔グレーティン
グ（ｎλ）であり、グレーティングの後方に拡張して設
けられている。波長間隔のグレーティング（wavelength
spaced grating）128は、後方への音響波（後進波）12
6を、垂直方向のバルク波130とを結合させる。この垂直
方向のバルク波130は基板の裏面43で反射し、次いでグ
レーティング128の拡張領域で目的とする前方向への音
響波（前進波）124と結合する。前進波124と後進波126
は使用可能な波（有効波）79として足し合わされ、トラ
ンスデューサシステムから放射される。

【０１５９】他方、レーリー（Rayleigh）波の励起や受
信のために、図２１に示されるような、非対称形状グレ
ーティング132が使用できる。そのようなグレーティン
グが一方向性と成り得るという実験的な証拠は、本願明
細書の内容をなすエレクトリックレター（Electric Let
ter ）（Volume5 Number9（May 1 1969）)の記事であ
る。理論的には、非対称性グレーティングと垂直バルク
波の相互作用は、粒子の楕円運動を導く。反対の方向に
動いているレーリー（Rayleigh）波は反対方向への楕円
運動に対応しており、その楕円運動を励起したグレーテ
ィングは優先的に一方向のレーリー（Rayleigh）波と結
合する。

【０１６０】本願明細書の内容をなす竹内教授及び山之
内教授による論文"Unidirectionalexcitation of plate
waves in a periodic structure," October 1991, は
周期的アレイの散乱中心から（ｎλ＋λ／８）ずらした
周期的アレイの励起中心が、音響波の一方向への放出
（又は発射）を導くことができることを示している。同
様の原理は、本発明におけるタッチパネル用グレーティ
ングトランスデューサにも応用可能である。

【０１６１】レーリー（Rayleigh）波やラブ（Love）波
などの表面を導波路とする波は、基板内部へ幾らかの範
囲、言い換えれば実質上のエネルギー密度がまだ存在し
ている範囲、例えば表面の下の１／２波長に浸透又は入
り込んでいる。図２２に示す本発明の１態様によれば、
回折音響波モード結合器（グレーティング）90′,90″
の要素（素子）もまた、上側表面の下に同様の深さまで
拡がっていてもよい。この場合では、基板の底部88′と
音響的に結合している横波モードの圧電振動子32″から
のバルク波92′は、基板20′からフロント表面82に近づ
いていき、浅い領域（shallow region）84′に到達する
よりも前により深く横たわる領域（deeper-lying regio
n）86′に到達するであろう。基板20′は、ラブ（Lov
e）波の伝搬を支持可能な積層体（積層構造）として形
成されている。この時間遅延と相当する位相の変動とを
許容するために、回折音響モード結合器90′,90″の要
素（素子）は、相対的なオフセット（relative offse
t）91を有していてもよく、傾斜していてもよく、それ
により表面に沿って反対方向に伝搬する波94″よりも比
較的大きなエネルギーをもつラブ（Love）波94′の所望
の伝搬方向に対する構造的干渉を構築してもよい。この
タイプの結合器は、それ故、部分的に又は全て一方向性
と成りうる。この場合、基板は、例えば、重金属を含む
エナメルの高密度層で被覆されたアルミニウムでもよ
い。埋め込まれた回折音響波モード結合器要素（又は素
子）（coupler elements）90′は、アルミニウムの表面
へ刻印を押すことにより形成してもよく、それはコーテ
ィング過程でエナメル84′で充填される。その表面回折
音響波モード結合器要素90″は、エナメル84′が十分に
硬化する前に、エナメル84′に刻印してもよい。相対的
なオフセット91は機械的な治具によって形成される。

【０１６２】実施例１５グレーティングトランスデューサを用いる音響センサー
は、総数４つに限定された配列に限定される必要はな
い。ウェッジトランスデューサを用いる超音波タッチパ
ネルで可能であるならば、本発明による単独のタッチセ
ンサーシステムや基板に、６個、８個又はそれ以上のト
ランスデューサを用いた設計を用いてもよい。例えば、
接触位置を決定するために、コントローラの電子回路に
よって捕捉された４つのセンサーシグナル：Ｘright，
Ｘleft，Ｙtop，Ｙbottom.に関して、本発明による方形
のタッチパネルの一例において、２つのグレーティング
トランスデューサを各コーナーに設置される。このこと
は、例えば、より多くのアレイ列のうちの３つによるＸ
座標の測定により更に一般化できる。しかし、特別に興
味深いのは、ウェッジトランスデューサとの類似点を持
っていないグレーティングトランスデューサタッチパネ
ルである。

【０１６３】グレーティングトランスデューサは、エッ
ジトランスデューサよりもウェシ゛トランスデューサに
似ており、自由端近傍に関係なく基板表面のいずれの場
所にでも設置できることに留意すべきである。しかし、
基板表面上に接合されたウェッジトランスデューサとは
違って、他のセンサー構成（sensor subsystem）の音波
の進路（伝播路）におかれたとき、音響的に完全に不透
明な障害害物としての存在を必要としない。グレーティ
ングトランスデューサは、センサー構成の上にオーバー
ラップさせるための設計の自由度をより大きくする。特
にグレーティングトランスデューサは図２３，２４に示
されているように、センサー構成の継ぎ目のない敷き詰
めを可能とする。

【０１６４】図２３は、送信側反射アレイ146及び受信
側反射アレイ144と対応して、一対の送信側グレーティ
ングトランスデューサ142及び受信側グレーティングト
ランスデューサ140を示している。そのようなグレーテ
ィングや反射アレイは多くの方法で、例えば、印刷やエ
ッチング、金属基板への刻印、ポリマー基板のモールド
成形を利用して形成可能である。好ましい態様では、グ
レーティングトランスデューサ140,142は一方向性トラ
ンスデューサであり、例えば、θB＜０゜であるので、
図１８に示されたのと同様の配列で、圧電振動子と基板
の裏側との間に設置された基板と同じ材料で作成された
くさび形状が挙げられる。

【０１６５】図２４は、複数対の格子150X,152X,150Y,1
52yと反射アレイ154X,156X,154Y,156Yのタイル状の配列
の一つの可能性を示している。黒丸は、図２３のような
送信用グレーティングトランスデューサ150X,150Yを示
しており、太い矢印は送信側反射アレイ154X,154Yを示
し、細い矢印は受信側反射アレイ156X,156Yを示し、白
丸は受信用グレーティングトランスデューサ152X,152Y
を示している。そのほかの可能性として、送信側反射ア
レイと受信側反射アレイとを重ね合わせ、反射アレイを
単一の送信受信共通のグレーティングトランスデューサ
（図示していない）と結合させることが挙げられる。図
２４に点線矢印で示されるように、Ｘ軸送信側反射アレ
イは、図の下方向に音波を方向転換させる。同様にＹ軸
反射アレイ154Yは、図の右方向に音波を方向転換させ
る。なお、表面上のそれぞれの点は、少なくとも１つの
Ｘ軸センサーサブシステム及び少なくとも一つのＹ軸セ
ンサーサブシステムによって検出される。実際、ほとん
どのタッチパネルにおいて、Ｘ軸側及びＹ軸側の２つの
測定を行っている。そのようなタイル状の配列（敷き詰
め）は、任意の大きさのタッチパネルを支持が可能であ
る。接触点160において、Ｙ座標は波動158Yによって検
出される。またＸ座標は波動158X,158X′によって検出
される。

【０１６６】図２４の態様において、低減した結合強度
を持つグレーティング（及び反射アレイ）を設計するこ
とは可能である。このことは信号強度を減少させ、個々
のセンサーサブシステムの最大可能サイズを減少させる
一方で、そのことは他の重ねられたセンサーサブシステ
ムの成分からの音響シグナルを影で覆うことを、有利に
減少させる。所望の音響信号の進路が直交したＸ及びＹ
方向からの逸脱もまた有益である。それは、例えば、Ｘ
側反射アレイがＹ軸センサー副システムに対して局所化
された影の減少を生じさせるためである。好ましい態様
では、レーリー（Rayleigh）波が接触を検出するために
使われる。例えば、タッチ表面はロボット装置のアルミ
ニウムや鉄製シェル（外板）であってもよく、それは平
面である必要はない。そのような接触探知機能を持つロ
ボット表面は、例えば衝突回避のために使用してもよ
い。必要により、金属タッチ表面は、力が接触表面に対
してプラスチックを押圧したときにのみ、緊密な音響的
な接触とするように設計されたプラスチックカバーシー
トを備えていてもよい。

【０１６７】他の好ましい態様では、ラブ（Love）波が
接触を検出するために使われる。ラブ（Love）波基板
は、例えば高密度のエナメルでコートされたアルミニウ
ムなどにより提供されてもよい。この場合、グレーティ
ングトランスデューサや反射アレイは、アルミニウム表
面における溝又はエッチングとして、またはエナメル中
に突出した適用材料として提供される。そのような構成
は、例えばフェルトペンインクからの溶剤の乾燥などの
液体汚染物質に対する感度の減少が望まれる大型ホワイ
トボードの応用として興味深い。

【０１６８】実施例１６実施例１０で議論したように、基板の裏面での反射と組
み合わされた図１２の厚み振動子は、横波との結合に使
用可能である。この態様は、横波などの縦波と違った波
を、ラブ（Love）波と結合させるために使用できること
を示している。この構成は、例えば、図１４に示される
ように、ラブ（Love）波基板196を含んでいる。一対の
受信器を示す図２５は好ましい態様を示しており、この
態様では、ラブ（Love）波210,212は、バルク波214,216
の伝搬軸に対して、グレーティングの面内において放出
（発射）角度９０゜で励起される。戻ってくるときに
は、そのバルク波は基板の裏面で反射され、圧電振動子
198,200を取り付けたフロント傾斜面204,206と縦波モー
ドとして結合する。

【０１６９】放出／受入角度９０゜の場合、グレーティ
ング202,208は、ラブ（Love）波伝搬軸210,212に対して
垂直ではなく、下記数式を満足する角度θgに従って回
転又は傾いている。

【０１７０】tan（θ_g）／Ｖ_Love＝sin（θ_s）／Ｖ_s ラブ（Love）波の位相速度ＶLoveは経験的に決定又は測
定でき、積層材料の既知の特性に基づいて計算してもよ
い。また角度θgは。有効なラブ（Love）波位相速度の
決定を与える、最適又は最大効率の角度を見いだすため
実験的に変化させることも可能である。ラブ（Love）波
と横波との位相速度はあまり違いがなく、その角度は相
対的に小さいため、θgの最適値はθsと大きく異なるこ
とはないであろう。

【０１７１】なお、放出／受入角度が９０゜である必要
はない。しかし、９０゜以外の角度では、効率の幾分か
の損失が予想される。バルク波の滑り振動の水平成分
は、もはやラブ（Love）波の滑り振動と平行ではないで
あろう。例えば、放出角度が４５゜の場合では、効率に
おいて２倍の損失が予想される。このラブ（Love）波グ
レーティングトランスデューサの設計は簡単であり、か
つコンパクトである。それは、簡単な傾斜（θB≠０）
゜タイプのグレーティングトランスデューサと比較し
て、新たな製造工程を加える必要はなく、追加部品の必
要もない。また、より高価なタイプの圧電振動子の必要
性を避けるという長所も持っている。

【０１７２】実施例１７反射アレイなしで作動する多くの音響タッチパネルシス
テムが存在する。例えば、米国特許3,673327号明細書,
ジョンソン及びフレイベルガー（Johonson andFreyberg
er）(1972)およびトダコウジのＰＣＴ出願WO94/02911
(PCT/JP93/010288,1994) を参照。これらの文献は、本
願明細書の内容をなす。グレーティングトランスデュー
サは、そのような音響タッチパネルの新規なバリエーシ
ョンを可能とする。WO94/02911の図16および図19に類似
している図２６は、本発明による設計を示しており、
“T”sは送信側グレーティングトランスデューサであ
り、“R”sは受信側グレーティングトランスデューサで
ある。

【０１７３】本発明の好ましい態様によれば、図２６の
これらのグレーティングトランスデューサはポリビニリ
デンフルオライド（“ＰＶＤＦ”）シートで構成されて
おり、このシート上には多数の圧電振動子を規定する金
属パターン（メタライズパターン）が形成されている。
このＰＶＤＦサブアセンブリは、それぞれのグレーティ
ング要素に向かって伝搬するバルク波を発生又は生成す
るため、基板の傾斜面に配置されている。ＰＶＤＦを使
うと、トランスデューサ近傍でインピーダンス整合回路
を用いるのが利点となるかもしれない。例えば、相対的
に高いインピーダンスのＰＶＤＦの交差電極トランスデ
ューサ又は櫛歯トランスデューサ（interdigital trans
ducer）を有する低いインピーダンスケーブルの使用を
許容するための電界効果トランスジスタがある。

【０１７４】先行技術に記載のガラス基板の表面に接合
した交差電極圧電振動子又は櫛歯圧電振動子（interdig
ital piezoelectric element）と比較して、本発明によ
る表面のグレーティングと裏面の圧電振動子のグレーテ
ィングトランスデューサは、次のような可能な利点を与
える。（a）簡単な圧電振動子電極デザイン、例えば１
／４電極線幅を必要としない；（b）単一又は単独のグ
レーティング印刷工程を用いて、トランスデューサの相
対的角度配列をより容易に提供できる；（c）使用者か
ら離れた基板表面にデリケートな圧電振動子と電極接合
部を移動できる。

【０１７５】図２７は、２つの異なる波動モード、例え
ばラブ（Love）波162とレーリー（Rayleigh）波164を結
合する比較的簡単な構造を有するグレーティングトラン
スデューサを示している。基板84,86は、レーリー（Ray
leigh）波とともに、ラブ（Love）波の伝搬を支持す
る。例えば、上部の圧電振動子174は、傾斜面178に設置
された圧電厚み振動子であってもよく、この振動子はθ
1＝θB＝６０゜の縦波を介して、レーリー（Rayleigh）
波と結合する。下部の圧電振動子174は、傾斜面176に設
置された水平方向にその振動モードを有する圧電滑り振
動子であってもよく、この振動子はθ2＝θs＝２４゜の
横波を介してバルク波168と結合する。グレーティング1
66の間隔は、縦波の侵入角度θB＝６０゜でレーリー（R
ayleigh）波と結合させ、横波の侵入角度θs＝２４゜で
ラブ（Love）波と結合させるため、２次元のフーリエ変
換の重なり合った有用なピークを与えるように、前記Br
agg散乱の原理を利用して計算してもよい。横波の伝搬
角度θBは、ラブ（Love）波位相速度、グレーティング
間隔、横波速度を用いて計算してもよい。基板がアルミ
ニウム（σ=0.355）であり、かつラブ（Love）波速度が
レーリー（Rayleigh）波速度と比較的近い範囲で、横波
侵入角度θBは近似的に２４゜である。そのようなセン
サーは、ラブ（Love）波の吸収とレーリー（Rayleigh）
波の吸収との比から、例えば、指のタッチと水滴とを容
易に識別又は区別する。

【０１７６】他の態様では、図２７でも例証しているよ
うに、０次オーダーのラブ（Love）波および１次オーダ
ーのラブ（Love）波に対して感応する二重モードのグレ
ーティングトランスデューサを提供する。この場合、双
方の圧電振動子172,174は水平方向にその振動成分を有
する圧電滑り振動子であり、その基板84,86は、０次お
よび１次のラブ（Love）波の伝搬を支持するのに十分に
厚く、遅い横波速度の層を上層に有している。表面で横
波のエネルギーを優先的に吸収することにより、タッチ
は滑りモードのエネルギーの深さ方向プロファイルを変
えることが可能であり、それ故、タッチは、いくつかの
入射波動エネルギー、例えば０次のラブ（Love）波162
のエネルギーを、例えば１次のラブ（Love）波164のエ
ネルギーへと変換する。０次のラブ（Love）波162を送
信し、１次のラブ（Love）波164もしくは０次のラブ（L
ove）波162および１次のラブ（Love）波164の双方を受
信することによって、ポジティブ（凸の）タッチ信号
や、ポジティブ（凸）及び減衰（凹）の双方の応答性
（反応性）を有するセンサー構成が得られる。仮に、凸
のタッチ信号のみが設計されるのであれば、グレーティ
ングトランスデューサは、一つの圧電振動子を用いて、
所望のモードで設計されてもよい。グレーティングトラ
ンスデューサは、それ故、音響タッチパネルに音響モー
ドの選択という、拡大された追加項目を提供する。

【０１７７】実施例１８音波源は、その表面と裏面とに簡単な電極を有する単純
な圧電振動子を用いる必要はない。本発明の実施例によ
れば、より複合した音響源を考察する。これらには、多
重圧電振動子及び／又は複合電極配列（図２８に示され
るような電極配列）を有する圧電振動子が含まれる。

【０１７８】比較的厚い基板、例えば厚さ１２ｍｍのガ
ラス基板の場合、グレーティング182から比較的遠い底
面194よりむしろ、グレーティング182に近い垂直端部
（側面部）192に圧電振動子188を取り付けるのが好まし
い。そのような近接した圧電振動子188の位置は、圧電
振動子188から放出又は発射されたバルク波184の回折に
よる拡散を最小化するのに役立つであろう。好ましい態
様によれば、圧電振動子188は、浮遊底部電極190と、幾
何学的に相互に組み合わされた外部の一連の電極（櫛歯
電極）192,194とを有する。隣接する櫛歯電極192,194の
中心から中心の間隔ｓは、垂直方向に対する所望するバ
ルク波184の角度θBの余弦（cosine）で、基板のバルク
波の半波長を割った値、すなわち下記式の値ｓと一致す
る。ｓ＝１／２＊λ（バルク）／cos（θB）なお、全ての交差電極192,194は、分極の間は共通の電
圧を保たれているが、操作の間は指示されたように交互
に変わる極と接続されている。

【０１７９】図１で示された構造に比べて、図２８に示
された構造において３ｄＢの損失が予想される。なぜな
ら、上方向へのバルク波184と下方向へのバルク波186と
は両方とも圧電振動子188によって励起されているから
である。これに対して、電極を調整するため、電極へ或
いは電極からの信号の個別の位相をコントロール可能な
電子回路と、十分に小さな電極間隔とを用いると、位相
を交互に変える必要はなく、下方に伝搬するバルク波18
6は消去される。

【０１８０】実施例１９先行技術で公知のように、基板に適切に配列し形成した
一対のグレーティングは、基板の第１の表面から第２の
表面へ波動エネルギーを遷移させるために使用してもよ
い。本願明細書の内容をなすハンフリー及びアッシュ
（Humphryes andAsh）(1969)を参照。すなわち、この構
造は“媒介物又は媒体”（via）と考えてもよい。本発
明によれば、そのような構造は、基板の第１の表面にエ
ネルギーを有する波動を発生又は生成するなら、ウェッ
ジトランスデューサやグレーティングトランスデューサ
を含むいかなる構造であってもよく、前記波動は、基板
の第２の表面に有効に遷移されてもよい、それ故反射ア
レイやタッチ表面より分かれた基板表面への構造を生み
出す音響波を再び動かしている。そのような配列もま
た、音響波が、垂直方向に障害（妨害）や干渉する構造
を通過するのを許容している。

【０１８１】図２９，３０，３１は、より大きな連続基
板の表面242上に任意に位置するタッチ表面238を与える
ための手段として、音響媒介物（acoustic vias）を利
用する例を示している。基板246は、例えば平面の表面
や裏面として利用するのに十分な大きさを有する６ｍｍ
厚の熱処理（tempered）ソーダライムガラスの板でもよ
い。設計技術者は、基板の連続表面242の内部に、任意
にタッチ検出領域238を配置してもよい。唯一、４つの
延出する一連のグレーティング240だけが前面242に現れ
る。好ましい態様では、これらのグレーティングは、基
板表面242の前面に全く妨害物か存在しないような形態
で、クリアなエポキシ又はエポキシ樹脂を用いて埋めら
れた溝である。特に基板表面には反射アレイやトランス
デューサ成分がないことに留意すべきである。

【０１８２】タッチ検出領域の裏面で、画像表示素子
は、適当な結合剤（接着剤）254を用いて、接着領域236
において、基板の裏面244と光学的に接着される。画像
表示装置又は素子（図示せず）は例えば10.4インチの液
晶ディスプレイであってもよい。そのほかに画像表示素
子は、基板に光学的に接着された、背面投写型のプロジ
ェクトスクリーンを含んでいてもよい。それ故、設計技
術者は、例えばレストランで注文する際のカウンター
や、オフィスで働いている人間のインターネットやイン
トラネットのインターフェースとしてのデスクトップの
連続表面にタッチディスプレイのインターフェースを配
置可能である。

【０１８３】基板246の底面244には、４つの多重グレー
ティング要素234と４つのレーリー（Rayleigh）波ウェ
ッジトランスデューサ230が、例えば図１で示した構造
と同様な配列で設けられている。なお、反射アレイ232
のペアの間の通常の音波通過路（伝播路）が、画像表示
装置の音波吸収性光学的接着剤によって遮断されてい
る。反射アレイ232と画像表示素子との間には、グレー
ティング234が存在する。グレーティングや反射アレイ
の作製には、印刷，線の刻み込み（罫引き）、エッチン
グ、その他の表面材料の除去プロセスや、添加又は充填
プロセスなどを含む、多くの選択が可能である。

【０１８４】表面と裏面とのグレーティングのペアは、
その二つの面の間でレーリー（Rayleigh）波248,252の
エネルギーを遷移させるための音響的媒介物として働
く。好ましい構成によれば、垂直方向に対してθB＝−
４５゜で伝搬している横波250は、グレーティング234,2
40と結合している。それ故、ソーダライムガラスにおい
て、配分係数Ｆ＝１の条件を満足している。グレーティ
ングの間隔pは次の式を用いて計算してもよい。

【０１８５】ｐ＝（ＶR/ｆ）／（１−sin（θB）＋（ＶR／ＶB））例えば、使用周波数ｆ＝５ＭＨｚ、レーリー（Rayleig
h）波速度ＶR＝３．１６ｍｍ／μsec、横波速度ＶB＝
３．４３ｍｍ／μsec、およびθB＝−４５゜の条件下
で、グレーティングの間隔は、ｐ＝３８３μｍである。
グレーティング構造が例えば１ｃｍ幅であるなら、そこ
には約２５本の格子が存在する。

【０１８６】この態様は、グレーティングトランスデュ
ーサの形態をなす音響媒介物の有用性を示している。ま
た、この態様は、基板に直接に接着する圧電振動子なし
に、実施例のグレーティングトランスデューサの使用を
より一般的に示している。

【０１８７】実施例２０本発明によれば、グレーティングは平面上の一連の（又
は連続した）線である必要はなく、より進んだ設計思想
を含んでもよい。例えば、このことは、多重軸検出のた
めの単独トランスデューサの使用を可能とする。それ
故、共通のＸ/Ｙ受信用または送信用グレーティングト
ランスデューサが可能である。

【０１８８】図９を参照すると、圧電振動子60a,60bが
その横幅全体で、近似的に二重にされた一つの圧電振動
子に置換される箇所に、共通Ｘ/Ｙグレーティングトラ
ンスデューサの一例が位置する。随意に、グレーティン
グトランスデューサ54a,54bの２組は、２つの有用な２
次元フーリエ成分と重なり合ったグレーティング構造を
形成するように、部分的に一致するように延出すること
が可能である。その他には、そのような部分的に重複し
た（重なり合った）グレーティングトランスデューサ
は、ダイアモンド形状の単位セルに関する反射点格子と
同様の、格子パターンのネガによって置換可能である。

【０１８９】図３２は、基板に対して水平に設置された
（すなわちθB＝０゜）のと同様の設計のグレーティン
グトランスデューサである。この場合のグレーティング
は、点222による正方配列もしくは直交配列であり、そ
のＸ方向とＹ方向との双方における中心間距離は、例え
ばレーリー（Rayleigh）波の約１波長である。このグレ
ーティング222の下の圧電振動子220は、Ｘ224アレイか
らの信号とＹ226アレイからの信号の双方に応答する。
なお、圧電振動子222により励起された信号は、複数の
周波数成分を含んでいるかもしれない。軸に沿った要素
の間隔は散乱特性によって決定されるであろう。そのた
め、グレーティングは異なる軸に沿った周波数で選択し
てもよい。したがって、θB＝０゜の場合では、直交格
子は、第１の周波数が一つの軸に沿って伝搬し、第２の
周波数が第２の軸に沿って伝搬することを許容する。θ
B≠0゜の場合、直交格子は斜方格子へと置き換わる。

【０１９０】実施例２１図３３，図３４は、例えば半球状センサーのような非平
面の例を示しており、タッチ表面は、北緯２３．５゜で
“回帰線”の全ての北方向と一致又は対応し、赤道と回
帰線との間の領域は、アレイとトランスデューサのため
に利用される。図３３は、タッチゾーン、２つの送信用
グレーティングトランスデューサ、２つの送信用反射ア
レイ、２つの受信用反射アレイ、および２つの受信用反
射アレイが表されるメルカトル図法を与える。これらの
要素は、２つのセンサーサブシステムを形成し、それは
図３４の投影図にも示されている。これら２つのセンサ
ーサブシステム（反射アレイを延出及び重合わせること
によりわずかに部分的に重なり合うように、代表的に設
計されている）は、ともに、タッチゾーン全てを一つの
座標で測定する方法を与えてくれる。

【０１９１】そのようなセンサーは“超音波トラックボ
ール”（ultrasonic trackball）、すなわち可動部がな
く、機械式トラックボールの外観、感触および機能を有
する入力素子として働く。これは、Ｘ方向への移動成分
を持ったタッチゾーン上の指の移動によって超音波トラ
ックボールとしての役割を果たす。関連するコントロー
ラの電子回路は、タッチ情報を処理し、通常の機械式ト
ラックボールと同じ様式でホストコンピュータにデータ
を送ってもよい。

【０１９２】追加のセンサーサブシステムを、図３３と
３４とに示されるセンサーサブシステムの上に重ねても
よい。合計で８個のグレーティングトランスデューサと
８個の反射アレイを使って、タッチゾーン表面の２次元
的な接触位置が十分に再現できる。合計で１２個のグレ
ーティングトランスデューサおよび反射アレイを使っ
て、例えばＹ軸（北極264を通る）に対して＋６０゜と
−６０゜まで回転された図３３に示された成分のコピー
を含むことによって、タッチゾーンは３つの座標尺度の
余分な又は重複したセットを用いて十分にカバーでき
る。そのような重複は、多重接触情報を処理できる頑健
なアルゴリズムの発展のための追加物を増加させる。グ
レーティングトランスデューサを使用すると、圧電振動
子、電気的な結合部、およびおそらくコントローラの電
子回路自身を、半球形の基板シェルの内部に配置可能に
なる。そのため、グレーティングトランスデューサは、
頑健性と小型化とが向上した機械的な構造を有する超音
波トラックボールを可能とする。

【０１９３】一つの例では、基板は、直径１５ｃｍ、厚
さ３ｍｍの半球型のスチールシェルを形成している。そ
のような超音波トラックボールは、かなりの物理的酷使
にさらされても、まだ十分に機能を持っている。従っ
て、入力装置はキオスクへの公共的なアクセスのための
機能性を有するトラックボールを供給する。

【０１９４】変更例では、基板の半球性は、使用者の手
に人間工学的によりよい適合を与えるようゆがめられ
る。なお、このことは機械的なトラックボールのための
追加物ではない。

【０１９５】さらに他の例では、直径５ｃｍ、厚さ３ｍ
ｍのポリスチレン製、例えばダウケミカル社のスチロン
（Styron）^R 666でできた半球形のシェル（殻）の形を
成している。特筆すべきは、この構成では、反射アレ
イ，グレーティング，グレーティングトランスデューサ
の圧電振動子を据え付けるための傾斜面を含む基板は、
金型の設計中にその全てを含めてもよい。このことは低
コストの製作工程を支持する。それに加えて、そのよう
なポリスチレンセンサーの操作周波数は２ＭＨｚであ
る。横波速度と縦波速度とから計算される、既知のレー
リー（Rayleigh）波速度は０．９９ｍｍ／μsecであ
り、その波長λR は約１／２ｍｍである。このことは、
約５ＭＨｚの操作周波数でのガラスのレーリー（Raylei
gh）波速度と本質的に同じであることに留意されたい。
音響減衰定数が、周波数に対して単調増加関数であると
き、そのようなより低い操作周波数は、直径５ｃｍのセ
ンサーに対して１５ｃｍより短い最大通過路（伝播路）
長を支持するため、十分低い音響定数を実現化する。出
版された文献の中では、スチロン（Styron）^R 666はポ
リマーの中でも５ＭＨｚで１．８ｄＢ／ｃｍという低い
音響減衰定数を持っている。この値については、ホーム
ページ（http://www.ultrasonic.com/Tables/plastics.
html）を参照のこと。２ＭＨｚで評価すれば、この値は
０．７２ｄＢより低く、言い変えれば１５ｃｍの通過路
長に対して１０ｄＢより低い。米国特許第5,648,643号
明細書は、横波モードの音響タッチパネルでのポリスチ
レンの使用を開示している。レーリー（Rayleigh）波は
横波の音響エネルギーと縦波の音響エネルギーとが混合
しているので、同様の音響損失の評価が観測されるであ
ろうこと、そして現在の音響タッチパネルのコントロー
ラの設計は、そのようなセンサーシステムで使用できる
ことと思われる。

【０１９６】図３３と図３４とで示されているＲ1／Ｔ1
とＲ2／Ｔ2とのセンサーサブシステムにおいて、送信側
反射アレイ270は、Ｘ軸を横切り、赤道面260に対するＸ
軸の角度Θまで回転されている大円（great circle）の
断面（又は区分）をたどっている。例えばΘ＝２０゜程
度の傾斜角は、回帰線の緯度２３．５゜より小さい。図
１５，図１７，図１８，図２５に示すグレーティングト
ランスデューサを使用してもよい。圧電振動子266,268
が垂直方向の長軸で取付けられ、かつグレーティングは
放出角度θE＝Θで設計されているか、又はθE＝０゜の
設計は、圧電振動子266,268全体を含んでいるグレーテ
ィングトランスデューサの構造それ自身全体が、角度Θ
まで回転している場合に使用してもよい。。一つのオプ
ションは配分係数Ｆ＝１の設計であり、この設計では、
負の傾斜面角度θB＝３０゜を有するポリスチレン基板
に、横波モードの圧電振動子266,268が配置されてい
る。

【０１９７】反射アレイ270,272の設計は、使用された
トランスデューサのタイプとは全く無関係であるが、完
全性を期すために以下に説明する。反射アレイ270,272
は大円の円弧（セグメント）を形成している。送信側ア
レイ270は半球の表面上で、以下に示す道筋をたどって
いる。ｘ（s）＝Ｒ・cos（πｓ／２）ｙ（s）＝Ｒ・sin（Θ）・sin（πｓ／２）ｚ（s）＝Ｒ・cos（Θ）・sin（πｓ／２）式中、Ｒは半球の半径、例えば２．５ｃｍなどである。
ここで使用されているｘ，ｙおよびｚ方向の定義は図３
４に示されている。同様に、受信側アレイの道筋を以下
に示す。ｘ（s）＝Ｒ・cos（πｓ／２）ｙ（s）＝Ｒ・sin（Θ）・sin（πｓ／２）ｚ（s）＝−Ｒ・cos（Θ）・sin（πｓ／２）これらの式中、ｓは通過パラメータであり、このパラメ
ータは、送信側トランスデューサ266と受信側トランス
デューサ268との間と対応する音波の通過路274に一致す
る遅延時間を伴って、わずかに単調増加する。この例に
おいて、アレイはｓの小さな正の値に向けて出発するだ
ろうし、そして前記センサーサブシステムのペアの間の
部分的な重なり合いを与えるために、１よりわずかに大
きなｓの値で終わるであろう。

【０１９８】以下の関係によって定義される半球表面の
（θ,φ）座標系について考察する。

【０１９９】 −π／２＜θ＜π／２０＜φ＜π ｘ（θ,φ）＝Ｒ・cos（θ）・cos（φ）ｙ（θ,φ）＝Ｒ・cos（θ）・sin（φ）ｚ（θ,φ）＝Ｒ・sin（θ）この座標系で、送信アレイは以下の道筋をたどる。 θ（s）＝arcsin（cos（Θ）・sin（πｓ／２）） φ（s）＝arctan（sin（Θ）・tan（πｓ／２））そして、受信アレイは以下の道筋をたどる。 θ（s）＝−arcsin（cos（Θ）・sin（πｓ／２）） φ（s）＝arctan（sin（Θ）・tan（πｓ／２））タッチゾーンを通る音波の通過路（伝播路）もまた大円
の円弧（セグメント）である。通過パラメータｓで送信
側アレイ270および受信側アレイ272とつながっている大
円は、Ｚ軸に対する経線の区分（セグメント）、すなわ
ち、以下に示す大円の範囲である。

【０２００】−arcsin（cos(Θ)・sin(πs/2)）＜θ＜a
rcsin（cos(Θ)・sin(πs/2)） φ＝arctan（sin(Θ)・tan(πs/2)）ラブ（Love）波やその他の音響モードはいくつかの構成
にとって有用であるかもしれないが、レーリー（Raylei
gh）波の音速ＶR を用いる場合の設計について、以下に
より細部に説明する。通過パラメータの関数としての遅
延時間は、次の式で与えられる。

【０２０１】Ｔ(s)=(Ｒ・(πs/2)）/ＶR＋2Ｒ・arcsin
(cos(Θ)・sin(πs/2)）/ＶR＋（Ｒ・(πs/2)）/ＶR 遅延時間はまた、音波の通過路を横切るタッチ座標φの
項で表すことができる。Ｔ(θ)=(2Ｒ/ＶR）・arctan(ta
n(φ)/(sin(Θ)）＋2Ｒ・arcsin(cos(Θ)・sin(arctan
(tan(φ)/(sin(Θ))）/ＶR この解析式を使って、調査票（look-up table）を計算
してもよい。そのような調査票は、信号の摂動の測定遅
延時間をタッチ座標φへ変換するための実時間（リアル
タイム）マイクロプロセッサーコードに使用することが
できる。

【０２０２】反射器の間隔と角度は前記の原理を使用し
て計算できる。図３４の第１のセンサーサブシステムを
再び参照する。送信側アレイにおいて、反射器のスペー
シングベクトルは次式で表される。Ｓ＝２πｎ（ｋt(s)−ｋp(s)）／｜ｋt(s)−ｋp(s)｜² ここで、kt(s)とkp(s)は、以下の式により、前記既知の
アレイの道筋(θ(s),φ(s))から計算することができ
る。ｋt(s)＝(2π/λR)・(-sin(πs/2)）, sin(Θ)・cos(π
s/2),cos(Θ)・cos(πs/2) ｋp(s)＝(2π/λR)・(-cos(φ(s))sin(θ(s)）,-sin(φ
(s)）sinθ(s)), cos(θ(s)) 式中、λRはレーリー（Rayleigh）波の波長を示す。Ｓ
の絶対値は反射器に対して垂直方向での反射器間の中心
間の距離を示し、Ｓの方向は反射器要素に対して垂直方
向である。

【０２０３】タッチパネルのトランスデューサシステム
における新規の概念と新規な形状とを示しかつ説明し
た。それらは、求めてきた課題又は目的と利点とを全て
充足する。しかし、好ましい態様を開示する本明細書お
よび添付図面を参照すると、様々な発明の変化、改良、
バリエーション、組み合わせ、副次的な組み合わせ、お
よび他の使用や応用は、当業者にとって明白になるだろ
う。本発明の精神や範囲から逸脱しない全てのそのよう
な変化、改良、バリエーション、及び使用や応用は、本
発明によって包含され、本発明はクレームにより限定さ
れる。

【０２０４】

【発明の効果】本発明では、タッチ位置を検出できる新
規な音響的タッチ検出装置および基板（又は伝播媒体）
やタッチスクリーン（タッチパネル）を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の音響タッチパネル装置を示す概
略斜視図である。

【図２】図２は曲面パネルと外枠（ベゼル）との関係
を示す概略断面図である。

【図３】図３はフラットパネルと外枠との関係を示す
概略断面図である。

【図４】図４は表面波又は板波とバルク波との間の変
換機構を説明するための概略図である。

【図５】図５は本発明の座標入力装置の一例を示す前
面概略斜視図である。

【図６】図６は本発明の座標入力装置の一例を示す側
部概略斜視図である。

【図７】図７はタッチで誘導された摂動を有する検出
された受信音響波形図である。

【図８】図８は本発明のグレーティングトランスデュ
ーサデバイス（素子又は装置）の概略図であり、直接の
進路、厚み振動モード圧電振動子を取り付けた背斜面、
鈍角となる入射角度を有し、フラットパネルディスプレ
イの前に前面外枠と表面とのシーリング材を有する。

【図９】図９はグレーティングトランスデューサシス
テムを示す概略図であり、基板の面内のバルク波の伝搬
軸の射影が変換された波の伝搬軸とは異なる例を示して
いる。

【図１０】図１０は本発明のグレーティングトランス
デューサデバイスの概略図であり、直接の進路と、背面
に厚み振動モードの圧電トランスデューサを有し、圧電
トランスデューサと散乱中心との間の基板内部での厚い
共振を有している。

【図１１】図１１は圧電トランスデューサと基板との
構成の等価回路図である。

【図１２】図１２は本発明のグレーティングトランス
デューサデバイスの概略図であり、反射された進路、表
斜面に取り付けられ横波モードバルク波を生成する圧電
トランスデューサ、そして鈍角となる入射角度を有して
いる。

【図１３】図１３は本発明のグレーティングトランス
デューサデバイスの概略図であり、直接の進路、背斜面
に取り付けた横波モード圧電トランスデューサ、そして
鈍角となる入射角を有し、基板中のラブ（Love）波を支
持している。

【図１４】図１４は本発明のグレーティングトランス
デューサデバイスの概略図であり、反射された進路、表
斜面に取り付けた横波モード圧電トランスデューサ、そ
して鈍角となる入射角を有し、基板中のラブ（Love）波
を支持している。

【図１５】図１５は、収束音響波を発信する格子を有
する本発明のグレーティングトランスデューサを用いた
タッチパネルシステムを示す概略図である。

【図１６】図１６、湾曲グレーティング素子のモード
変換と焦点効果とを説明するための概略図である。

【図１７】図１７は、本発明のグレーティングトラン
スデューサデバイスを示す概略断面図であり、ポリマー
基板に、直接の進路、背面の内部の斜面に取り付けた圧
電トランスデューサ、鋭角となる入射角を有している。

【図１８】図１８は、本発明のグレーティングトラン
スデューサデバイスを示す概略断面図であり、端部に取
り付けられた横波モード圧電トランスデューサと、背面
内部の斜面で反射される進路と、鋭角となる入射角を有
している。

【図１９】図１９は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略断面図であり、共振器に取り付け
られた圧電トランスデューサを有し、一方向性の音響波
放出を提供する非対称構造のグレーティング構造を有す
る。

【図２０】図２０は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略断面図であり、共振器に取り付け
られた圧電トランスデューサを有し、グレーティング構
造に対して非対称な位置に配置したトランスデューサを
有し、音響波放出の選択的な方向性を与えている。

【図２１】図２１は、本発明のレーティングトランス
デューサの構成を示す概略断面図であり、共振器に取り
付けられた圧電トランスデューサを有し、非対称要素を
持つグレーティング構造と相殺機能層を有するグレーテ
ィング構造とを備え、音響波放出の選択的な方向性を与
えている。

【図２２】図２２は、本発明のレーティングトランス
デューサの構成を示す概略断面図であり、共振器に取り
付けられた圧電トランスデューサを有し、非対称要素を
持つグレーティング構造と相殺機能層を有するグレーテ
ィング構造とを備え、音響波放出の選択的な方向性を与
えている。

【図２３】図２３は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略図であり、セグメントに区切られ
た反射アレイと、それぞれがグレーティングトランスデ
ューサ構造とつながっている反射アレイセグメントとを
有している。

【図２４】図２４は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略図であり、セグメントに区切られ
た反射アレイと、それぞれがグレーティングトランスデ
ューサ構造とつながっている反射アレイセグメントとを
有している。

【図２５】図２５は、ラブ（Love）波の伝搬を支持す
る基板上の本発明のグレーティングトランスデューサを
示す概略図であり、変換されたラブ（Love）波はバルク
波の伝搬軸と直角の方向に進行している。

【図２６】図２６は、反射アレイなしで操作する本発
明のグレーティングトランスデューサを示す概略断面図
である。

【図２７】図２７は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略断面図であり、グレーティングは
２つの異なる波と２つの圧電トランスデューサとを結合
させている。

【図２８】図２８は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略断面図であり、基板中のバルク波
との結合を特定の方向に向けるための複合圧電トランス
デューサ素子を有している。

【図２９】図２９は、本発明のシステムを示す概略図
であり、基板の表面と裏面との間で音響エネルギーを遷
移させる一対のグレーティング構造を有している。

【図３０】図３０は、図２９のシステムの概略断面図
であり、図２９のシステムを使用するタッチ検出構造
は、圧電振動子又はウェッジトランスデューサなしで、
簡素化された前面構造を有する。

【図３１】図３１は、図３０のタッチセンサーシステ
ムの裏面を示す概略図であり、前面はタッチ検出を許容
する一方で、音響トランスデューサ、反射アレイ、およ
び延出したグレーティング構造は、基板の裏面に配置さ
れている。

【図３２】図３２は、本発明のグレーティングトラン
スデューサを示す概略図であり、基板の面内で２つの有
意な受信可能な角度を有し、２つの異なる変換された波
と結合している。

【図３３】図３３は、本発明のシステムを示す概略図
であり、グレーティングトランスデューサを使用する半
球形の検出システムのための波動の進路をメルカトル投
影図に示している。

【図３４】図３４は、本発明のシステムを示す概略図
であり、グレーティングトランスデューサを使用する半
球形の検出システムのための波動の進路を平面図に示し
ている。

【符号の説明】

１…伝播媒体（基板）２…表示領域 3a，3b，9a,9b…傾斜面 4a，4b，10a，10b，32，32′，32″，60a，60…圧電ト
ランスデューサ（圧電振動子） 5a，5b，5a′，5b′，8a，8b，8a′，30，30′，54a，5
4b，90′，90″，140，142…格子（グレーティング，回
折音響波モード結合器） 6a，6b，7a，7b,144,146…反射アレイ 20，20′，66，86…基板 20，132…ガラス 130…ポリマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョエル・ケントアメリカ合衆国カリフォルニア州94536, フレモント，ガスケルコート35937 (72)発明者ブルース・マックスフィールドアメリカ合衆国カリフォルニア州94501, アラメダ，サンタクララアベニュー1627 Ｃ (72)発明者竹内正男東京都町田市高ヶ坂1810−１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（a）表面を有する基板、（b）前記表面と交差する軸に沿って前記基板を通って
伝搬しているバルク波である第１の波と結合している音
響波トランスデューサ、（c）前記表面で多くのエネルギーを有する変換波のモ
ードを有しており、かつ前記表面に平行な軸に沿って伝
搬する第２の波と前記第１の波とを結合させる、回折音
響波モード結合器、および（d）前記第２の波のエネルギーの摂動を検出するため
の手段を備えている音響的接触検出装置。
【請求項２】前記音響波源が、前記表面に対して斜め
方向にバルク波を伝搬させるための手段で構成されてい
る請求項１記載の装置。
【請求項３】前記音響波トランスデューサが、前記回
折音響波モード結合器に対して前記第１の波を直接結合
している請求項１記載の装置。
【請求項４】前記音響波トランスデューサが、前記第
１の波を前記回折音響波モード結合器に結合させてお
り、この回折音響波モード結合器が、第１の波の進路に
おいて少なくとも一つの音響的な反射器を有している請
求項１記載の装置。
【請求項５】前記回折音響波モード結合器が、第３の
波と結合しており、この第３の波が、前記第１の波のエ
ネルギーからなり、かつ前記第１の波と異なる波動モー
ドを有する請求項１記載の装置。
【請求項６】さらに、前記表面と交差する軸に沿って
前記基板を通して伝搬するバルク波である第８の波と結
合する第２の音響波トランスデューサを備えており、前
記回折音響波モード結合器が、前記第８の波のエネルギ
ーを、前記第２の波と区別され、かつ前記表面に多くの
エネルギーを有する変換波のモードを有するとともに、
前記表面に平行な軸に沿って伝播する第９の波と結合さ
せている請求項１記載の装置。
【請求項７】前記回折音響波モード結合器が、一連の
散乱中心で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項８】前記一連の散乱中心が、前記表面上に配
置されている請求項７記載の装置。
【請求項９】前記回折音響波モード結合器が、前記基
板の周囲とは異なる音響的な特徴を有する、間隔を置い
た一連の要素で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項１０】前記要素が周期的又は規則的に間隔を
置いた、細長い線形の要素又は格子で構成されている請
求項９記載の装置。
【請求項１１】前記要素が周期的又は規則的に間隔を
置いた細長い湾曲した要素又は格子で構成されている請
求項９記載の装置。
【請求項１２】前記回折音響波モード結合器が、前記
基板の周期的な音響摂動を生成するものからなる請求項
１に記載の装置。
【請求項１３】さらに、前記第２の波の進行方向の軸
とは違った軸に沿って、前記表面と平行にそれぞれが進
行している、一連の第４の波として前記第２の波のエネ
ルギーの一部を反射するために、前記第２の波の進路の
少なくとも一部に沿って配置された一連の要素を備えて
いる請求項１記載の装置。
【請求項１４】前記一連の第４の波が、単調増加で変
化する明瞭な固有の時間遅れを有する請求項１３記載の
装置。
【請求項１５】さらに、前記一連の第４の波の軸を横
切る進路に沿って配置された一連の要素を備えており、
この要素は、共通の受信器にむけて、前記一連の第４の
波のエネルギーの少なくともその一部を反射し、前記共
通の受信機が前記一連の第４の波のうち反射部分のエネ
ルギーと関連のある信号を生成する請求項１４記載の装
置。
【請求項１６】前記第２の波のエネルギーの摂動を検
出するための手段が、共通の受信器からの信号を解析
し、受信エネルギーの摂動を検出するための手段で構成
されている請求項１５記載の装置。
【請求項１７】さらに、複数の音響波トランスデュー
サを備えており、各音響波トランスデューサが前記表面
と交差する軸に沿って基板を通して伝搬する異なるバル
ク波と結合しており、前記異なるバルク波のエネルギー
が、それぞれ、前述の表面に多くのエネルギーを有する
変換波動モードを有し、かつ回折音響波モード結合器に
よって前記表面と平行な軸に沿って伝搬する波と結合し
ている請求項１に記載の装置。
【請求項１８】前記異なるバルク波と結合した、少な
くとも２つの前記変換波動モードが、平行な進路に沿っ
て伝搬する請求項１７記載の装置。
【請求項１９】さらに、波動分散機と波動圧縮器とを
備えており、それぞれが、前記表面で多くのエネルギー
を有する前記波動の音響エネルギーの通過路の異なった
部分に沿って連続して配置され、前記波動分散器と波動
圧縮器とが、接触を検出するのに適合した前記表面部に
より分離されている請求項１に記載の装置。
【請求項２０】さらに、第５の波と結合する音響波ト
ランスデューサを備えており、その第５の波は前記表面
と交差する軸に沿って基板を通して伝搬するバルク波で
あり、前記第５の波が、前記表面に多くのエネルギーを
有する変換波動モードを有し、かつ前記表面に平行な軸
に沿って伝搬する第６の波と結合しており、前記第２の
波が、波動分散器の少なくとも一部を含む通過路を有し
ており、前記第６の波が、前記波動圧縮器の少なくとも
一部を含む通過路を有している請求項１９記載の装置。
【請求項２１】前記検知手段が前記摂動の位置を検出
する請求項１記載の装置。
【請求項２２】前記表面が平らである請求項１記載の
装置。
【請求項２３】前記表面が平滑ではあるが平面ではな
く、前記第２の波の伝搬軸が、表面に従って軌跡をもっ
て変化している請求項１記載の装置。
【請求項２４】前記音響波トランスデューサが、平坦
な音響的結合表面で構成され、平坦な音響的結合表面
が、第１の波が横断する表面の一部に対して傾斜してい
る請求項１に記載の装置。
【請求項２５】前記音響波トランスデューサが圧電振
動子で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項２６】前記音響波トランスデューサが、前記
第１の波と第７の波とを結合させる回折音響波結合器を
含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項２７】前記第１の波の伝搬軸を表面に射影し
た軸と、前記第２の波の伝搬軸とが異なる請求項１記載
の装置。
【請求項２８】前記第１の波が、縦波モード、表面に
対して平行な振動方向を有する横波モード、表面に対し
て平行でない振動を有する横波モードからなる群から選
択された１又はそれ以上の振動成分を有する請求項１記
載の装置。
【請求項２９】前記第２の波が、縦波モード、表面に
対して水平方向にその振動方向を有する横波モード、表
面に対して垂直な面内にその振動方向を有する横波モー
ドからなる群から選択された１又はそれ以上の振動成分
を有する請求項１記載の装置。
【請求項３０】前記第２の波が、レーリー（Rayleig
h）型波で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項３１】前記第２の波が、ラブ（Love）型波で
構成されている請求項１記載の装置。
【請求項３２】前記基板が、不均一な音響特性を有す
る請求項１記載の装置。
【請求項３３】前記基板が、異なる音響特性を有する
前記表面に対して平行な層を備えている請求項１記載の
装置。
【請求項３４】前記第１の波が、交差する点において
前記表面の接線平面に対して少なくとも約｜π／８｜ラ
ジアンの傾きを有する軸に沿って伝搬する請求項１記載
の装置。
【請求項３５】前記第１の波が、横波モード成分を含
有するとともに、前記第２の波の伝搬軸に対して、その
大きさが少なくとも約４５°である角度を有する射影を
有する請求項１記載の装置。
【請求項３６】前記音響波トランスデューサが、縦波
モードのバルク波と結合し、前記第２の波が、表面に対
して水平偏波の横波を含有している請求項１記載の装
置。
【請求項３７】前記表面と交差する軸に平行に伝搬す
る前記第１の波だけが、特定の音響周波数で、前記回折
音響波モード結合器における、水平成分のブラッグ散乱
条件を実質的に満足する請求項１記載の装置。
【請求項３８】前記回折音響波モード結合器が、ガラ
スフリットを含む組成物から前記表面上に形成された一
連の要素で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項３９】前記回折音響波モード結合器が、ポリ
マーマトリックスで構成された組成物から表面上に形成
された一連の要素で構成されている請求項１記載の装
置。
【請求項４０】前記回折音響波モード結合器が、ポリ
マーを含む高密度の無機組成物から表面上に形成された
一連の要素で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項４１】前記回折音響波モード結合器が、前記
表面に形成された一連の溝で構成されている請求項１記
載の装置。
【請求項４２】前記回折音響波モード結合器が、音響
レンズとして作用する請求項１記載の装置。
【請求項４３】前記回折音響波モード結合器が、少な
くとも２つのバルク波と、変換波のモードを有する少な
くとも２つの有用な波とを結合させるため、ブラッグ散
乱条件を満足しており、前記各有用な波が、前記表面付
近にかなりのエネルギー量を有するとともに、前記表面
に平行な軸に沿って伝播する請求項１記載の装置。
【請求項４４】前記音響トランスデューサが、基板の
中で、前記表面に対して実質的に垂直な方向にその伝搬
軸を有する前記第１の波と結合している請求項１記載の
装置。
【請求項４５】前記第１の波が、前記基板中で共振す
る請求項１記載の装置。
【請求項４６】前記音響波の通過路の一部が、合計２
πラジアンの約整数倍になる反射位相角を有する部分的
な音響反射を含んでいる請求項１記載の装置。
【請求項４７】前記音響波トランスデューサが信号と
結合し、前記基板がある周波数で音響的な共振性を示
し、それ故、前記第１の波と、所定の信号強度を有する
信号との間の相対的な最大音響パワー結合効率を実質的
に達成するために、前記音響トランスデューサが前記周
波数で音響的共振器と結合している請求項１記載の装
置。
【請求項４８】前記基板が、ソーダライムガラス、ホ
ウケイ酸ガラス、クラウンガラス、バリウム含有ガラ
ス、ストロンチウム含有ガラス、ホウ素含有ガラス、ラ
ブ（Love）波の伝搬が可能な積層ガラス、セラミック、
アルミニウム、ラブ（Love波）の伝搬が可能なコートさ
れたアルミニウム基板、および低い音響減衰率を有する
ポリマーからなる群から選択された材料である請求項１
記載の装置。
【請求項４９】さらに、前記回折音響波モード結合器
を形成する操作と一体的な操作の過程で形成された要素
の配列からなり、増加している一連の波として前記第２
の波の一部を反射させるための手段を備えている請求項
１記載の装置。
【請求項５０】さらに、前記基板を通して伝搬する一
連の分散された波として、前記第２の波の一部を選択的
に反射させるための手段を備えており、前記選択的な反
射手段が、前記第１の波のうち変換されなかった部分と
不十分に結合している一連のフーリエ成分を有している
請求項１記載の装置。
【請求項５１】前記回折音響波モード結合器が、前記
第２の波の進行方向の軸に沿った非対称な形状を有する
少なくとも一つの要素で構成されている請求項１記載の
装置。
【請求項５２】前記音響波トランスデューサがセラミ
ック圧電振動子で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項５３】前記音響波トランスデューサがポリマ
ー圧電振動子で構成されている請求項１記載の装置。
【請求項５４】前記音響トランスデューサが、少なく
とも二つの面で、基板によって機械的に保護されている
領域で基板に設置されている請求項１記載の装置。
【請求項５５】下記構成とともに、領域および表面を
有する音響的な検出装置のための基板。（a）基板中で前記表面に交差する伝搬軸を有するバル
ク波と結合している音響トランスデューサ；（b）前記表面近傍に形成され、バルク波の音響波エネ
ルギーを前記表面に平行な軸に沿って伝搬する波に変換
するために適合した回折音響波モード結合構造；および（c）摂動の位置を測定するために適合した方法で、変
換された音響波エネルギーを検出するための手段
【請求項５６】前記検知手段が、前記変換された音響
波エネルギーと、前記領域を通して伝搬し、かつ増加し
ている一連の分散された波とを結合させるための手段で
構成されている請求項５５記載の基板。
【請求項５７】さらに、前記基板の中でバルク波とそ
れぞれが結合する複数の音響トランスデューサを備えて
おり、各バルク波が、増加している分岐において前記表
面と交差する伝搬軸をそれぞれ有している請求項５５記
載の基板。
【請求項５８】表面を有する基板への接触を検出する
方法であって、前記表面と交差する軸に沿って、前記基板を通して伝搬
する基板中のバルク波を励起するステップ、前記バルク波のエネルギーを、表面付近に多くのエネル
ギーを有する変換された波動モードを有し、かつ前記表
面に平行な軸に沿って伝搬する波に回折的に結合させる
ステップ、および変換された波動モードを有する波の摂
動を検出するステップで構成された方法。
【請求項５９】前記バルク波モードを、前記トランス
デューサと前記回折的な結合との間で変換させる請求項
５８記載の方法。
【請求項６０】さらに、前記トランスデューサと回折
的結合との間に、バルク波を反射するステップを含んで
いる請求項５８記載の方法。
【請求項６１】さらに、変換された波動モードを有す
る波を収束させるステップを含んでいる請求項５８記載
の方法。
【請求項６２】さらに、一連の時間的に変化している
分散された波として変換された波動のモードを有する波
動のエネルギーの一部を反射させ、方向を変えられた軸
に沿って前記表面と平行にそれぞれが伝搬させるステッ
プを含んでいる請求項５８記載の方法。
【請求項６３】さらに、共通の受信器に向かって、時
間的に変化する分散された波のエネルギーの少なくとも
一部を反射するステップを含む請求項６２記載の方法。
【請求項６４】さらに、共通の受信器によって受信さ
れたエネルギーの摂動を解析するステップを含む請求項
６３記載の方法。
【請求項６５】さらに、基板の中でバルク波を共振さ
せるステップを含む請求項５８記載の方法。
【請求項６６】さらに、変換された波動モードを有す
る波動を、接触を検出するの適合した領域全面に分散す
るステップと、接触を検出するの適合し領域を横切った
後に前記分散された波を圧縮するステップを含む請求項
５８記載の方法。
【請求項６７】さらに、圧縮された分散波の少なくと
も一部をバルク波と回折的に結合し、前記結合された圧
縮された分散波を電気信号に変換するステップを含む請
求項６６記載の方法。
【請求項６８】さらに、検出された摂動の位置を解析
するステップを含む請求項５８記載の方法。
【請求項６９】前記バルク波のエネルギーを、少なく
とも一つの散乱中心によって、変換された波動モードを
含む複数の波動モードに散乱又は変換し、さらに、変換
された波動モードを有する波を選択的に識別するステッ
プを含む請求項５８記載の方法。
【請求項７０】変換された波動モードを有する波を、
少なくとも一つの散乱中心と、音響波の干渉が選択的に
生じる散乱中心について配向した追加の散乱中心とを用
い、バルク波の音響エネルギーの相互作用によって選択
的に識別する請求項６９記載の方法。
【請求項７１】音響波が伝播可能な表面を有する伝播
媒体と、この前記伝播媒体の前記表面に対する交差方向
にバルク波を伝播させるためのバルク波生成手段と、こ
のバルク波生成手段からのバルク波を音響波に変換し、
前記伝播媒体の表面を伝播させるための音響波生成手段
と、この音響波生成手段からの音響波の表面での散乱を
検出するための検出手段とを備えているタッチ式座標入
力装置。
【請求項７２】バルク波生成手段が、伝播媒体の表面
に対してバルク波を斜め方向又は垂直方向に伝播させる
請求項７１記載のタッチ式座標入力装置。
【請求項７３】弾性表面波を伝播可能な表面を有する
伝播媒体と、この伝播媒体の底部側又は側面側から前記
伝播媒体の表面に対してバルク波を斜め方向に伝播させ
るためのバルク波生成手段と、バルク波を変換して弾性
表面波を生成させるための音響波生成手段と、前記伝播
媒体の表面に形成され、かつタッチ可能な表示領域と、
この表示領域の周縁部のうち互いに対向する両側部に設
けられ、かつ前記音響波生成手段からの弾性表面波を前
記両側部のうち一方の側部から前記表示領域の全域に亘
って伝播させるとともに、前記両側部のうち他方の側部
において伝播した弾性表面波を集束させるための反射手
段と、集束した弾性表面波をバルク波に変換して伝播媒
体の底部側又は側面側に向かって斜め方向に伝播させ、
伝播媒体の表面での弾性表面波の散乱を検出するための
検出手段とを備えている請求項７１記載のタッチ式座標
入力装置。
【請求項７４】伝播媒体の第１のコーナー部の底部側
又は側面側に配設され、かつ前記伝播媒体の表面に対す
る交差方向にバルク波を伝播させるための第１の圧電手
段と、前記伝播媒体の表面において、前記第１の圧電手
段からのバルク波を表面波に変換するための第１の音響
波生成手段と、前記伝播媒体の表面において、表面波を
バルク波に変換し、かつ前記伝播媒体の第２のコーナー
部の底部側又は側面側に向かって伝播させるための手段
と、この手段により変換されたバルク波を前記第２のコ
ーナー部の底部側又は側面側で検出するための第２の圧
電手段とで構成されている請求項７１記載のタッチ式座
標入力装置。
【請求項７５】伝播媒体の底部側のうち隣接するコー
ナー部に、垂直投影面が伝播媒体の表面の発信領域と交
差する傾斜面が形成されており、伝播媒体の前記傾斜面
に配設された圧電振動子と、前記伝播媒体の表面のうち
前記発信領域に配設され、かつ伝播媒体中のバルク波と
伝播媒体表面の弾性表面波とを相互に変換可能なグレー
ティングとを備えている請求項７１記載のタッチ式座標
入力装置。
【請求項７６】伝播媒体表面に対するバルク波の入射
角θが下記式（1） θ＝Arcsin（λ_B／λ_R＋ｎλ_B／ｐ）（1）（式中、λ_Bは伝播媒体中のバルク波の波長、λ_Rは伝播
媒体表面における音響波の波長、ｐは摂動周期を示し、
ｎは負の整数である）で表される請求項７１記載のタッ
チ式座標入力装置。
【請求項７７】傾斜面の法線と伝播媒体表面との角度
θ₁が下記式（2） θ₁＝９０゜−Arcsin（λ_B／λ_R＋ｎλ_B／ｐ）（2）（式中、λ_B、λ_R、ｐおよびｎは前記に同じ）で表され
る請求項７５記載のタッチ式座標入力装置。
【請求項７８】超音波弾性表面波を伝播可能な左右対
称の表示領域を備えたパネルと、このパネルの第１のコ
ーナー部の底部側に形成された第１の傾斜面と、この第
１の傾斜面に配設され、かつ前記表示領域の周縁部の発
信領域に向けてバルク波を斜め方向に伝播させるための
第１の圧電振動子と、前記発信領域に配設され、かつ前
記第１の圧電振動子によるバルク波を弾性表面波に変換
するための第１のグレーティングと、前記表示領域の周
縁部のうちＸ軸及びＹ軸方向の第１の側部に設けられ、
かつ変換媒体による弾性表面波を一部透過させるととも
に反射させて前記表示領域の全域に亘って伝播させるた
めの第１の反射アレイと、前記第１の側部に対向するＸ
軸及びＹ軸方向の第２の側部に設けられ、前記第１の反
射アレイにより反射し、かつ表示領域を伝播した弾性表
面波を前記表示領域の周縁部の受信領域に集束させるた
めの第２の反射アレイと、前記受信領域に配設され、か
つ前記第２の反射アレイによる弾性表面波をバルク波に
変換し、前記パネルの第２のコーナー部の底部側へ伝播
させるための第２のグレーティングと、前記第２のコー
ナー部の底部側に形成された第２の傾斜面と、この第２
の傾斜面に配設され、かつバルク波の受信に応答して電
気信号を生成させるための第２の圧電振動子とを備えて
いる座標入力装置。