JPH1145148A - 超音波タッチパネル - Google Patents
超音波タッチパネルInfo
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- JPH1145148A JPH1145148A JP21597497A JP21597497A JPH1145148A JP H1145148 A JPH1145148 A JP H1145148A JP 21597497 A JP21597497 A JP 21597497A JP 21597497 A JP21597497 A JP 21597497A JP H1145148 A JPH1145148 A JP H1145148A
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- piezoelectric substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低消費電力駆動で、接触位置の細密な検出を
可能にすること。 【解決手段】 すだれ状電極Ｔ0とＴ1に電気信号を入力
すると、２層構造部ＢT0とＢT1にＳＨ波が励振され、非
圧電板１の上端面に伝搬された後、２層構造部ＢR0およ
びＢR1に伝搬され、すだれ状電極Ｒ0によって位相θ
baseを有する電気信号に変換され出力されるとともに、
すだれ状電極Ｒ1によって位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）にそれぞれ変換される。もしも、非圧電板１の上端
面において、すだれ状電極Ｔ1とＲ1との間の位置Ｆjに
接触すると、すだれ状電極Ｒ1において位相θ-jを有す
る電気信号Ｅ-jが出力される。このとき、θbaseとθ-j
との差から接触位置Ｆjが検出できる。
可能にすること。 【解決手段】 すだれ状電極Ｔ0とＴ1に電気信号を入力
すると、２層構造部ＢT0とＢT1にＳＨ波が励振され、非
圧電板１の上端面に伝搬された後、２層構造部ＢR0およ
びＢR1に伝搬され、すだれ状電極Ｒ0によって位相θ
baseを有する電気信号に変換され出力されるとともに、
すだれ状電極Ｒ1によって位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）にそれぞれ変換される。もしも、非圧電板１の上端
面において、すだれ状電極Ｔ1とＲ1との間の位置Ｆjに
接触すると、すだれ状電極Ｒ1において位相θ-jを有す
る電気信号Ｅ-jが出力される。このとき、θbaseとθ-j
との差から接触位置Ｆjが検出できる。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は入力用すだれ状電極
を備えた圧電板および出力用すだれ状電極を備えた圧電
板を非圧電板の上端面に設け、その上端面に人指または
物体が接触した位置を検出する超音波タッチパネルに関
する。
を備えた圧電板および出力用すだれ状電極を備えた圧電
板を非圧電板の上端面に設け、その上端面に人指または
物体が接触した位置を検出する超音波タッチパネルに関
する。
【従来の技術】超音波方式による従来のタッチパネル
は、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に
接触することにより弾性表面波が減衰するということを
利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する
従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形
トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄
膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙
げられる。くさび形トランスデューサは超音波による非
破壊検査等に用いられているが、くさび角の工作精度の
問題等から比較的低い周波数領域においてのみ用いられ
る。圧電薄膜トランスデューサはＺｎＯ等の圧電薄膜を
基板に蒸着しすだれ状電極により弾性表面波を励振する
方法で、すだれ状電極の構成により種々の伝送特性を示
すことから高周波デバイスとして用いられるが、ＵＨ
Ｆ，ＶＨＦ帯に限られるとともに加工性や量産性に問題
がある。このようにして、従来の超音波タッチパネルで
は応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性
および使用しやすさ等の点で問題があり、使用周波数領
域も制限されている。また、従来のタッチパネルは、接
触位置の細密さにいっそうの向上を要するとともに、信
号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
は、非圧電板に弾性表面波を励振させ、その非圧電板に
接触することにより弾性表面波が減衰するということを
利用したものである。非圧電板に弾性表面波を励振する
従来の方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形
トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄
膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙
げられる。くさび形トランスデューサは超音波による非
破壊検査等に用いられているが、くさび角の工作精度の
問題等から比較的低い周波数領域においてのみ用いられ
る。圧電薄膜トランスデューサはＺｎＯ等の圧電薄膜を
基板に蒸着しすだれ状電極により弾性表面波を励振する
方法で、すだれ状電極の構成により種々の伝送特性を示
すことから高周波デバイスとして用いられるが、ＵＨ
Ｆ，ＶＨＦ帯に限られるとともに加工性や量産性に問題
がある。このようにして、従来の超音波タッチパネルで
は応答時間、感度、耐久性、工作精度、加工性、量産性
および使用しやすさ等の点で問題があり、使用周波数領
域も制限されている。また、従来のタッチパネルは、接
触位置の細密さにいっそうの向上を要するとともに、信
号処理の仕方が複雑にならざるを得なかった。
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波タッチパ
ネルでは感度、工作精度、加工性、量産性、消費電力等
に問題があるばかりでなく、信号処理の仕方や回路構成
等にも問題があった。本発明の目的は、加工性、耐久性
および量産性に優れ、低消費電力駆動で応答時間が短
く、信号処理の仕方が簡単で、回路の規模も小さく、接
触位置の細密な検出が可能で、使用しやすさに優れた超
音波タッチパネルを提供することにある。
ネルでは感度、工作精度、加工性、量産性、消費電力等
に問題があるばかりでなく、信号処理の仕方や回路構成
等にも問題があった。本発明の目的は、加工性、耐久性
および量産性に優れ、低消費電力駆動で応答時間が短
く、信号処理の仕方が簡単で、回路の規模も小さく、接
触位置の細密な検出が可能で、使用しやすさに優れた超
音波タッチパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
タッチパネルは、非圧電板、２つの超音波送受波手段、
増幅器、位相比較器および信号処理器から成る超音波タ
ッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は、圧電
基板ＰT0およびＰR0、圧電基板ＰTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）、圧電基板ＰRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入
力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）、前記すだれ状電極Ｔ0に対向する
出力用すだれ状電極Ｒ0、および前記各すだれ状電極Ｔi
にそれぞれ対向する出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｔ0は前記
圧電基板ＰT0の上端面または下端面に設けられ、前記す
だれ状電極Ｔiは前記圧電基板ＰTiそれぞれの上端面ま
たは下端面に設けられ、前記すだれ状電極Ｒ0は前記圧
電基板ＰR0の上端面または下端面に設けられ、前記すだ
れ状電極Ｒiは前記圧電基板ＰRiそれぞれの上端面また
は下端面に設けられ、前記圧電基板ＰT0は、前記圧電基
板ＰT0の前記下端面を介して前記非圧電板の上端面に固
着され、前記圧電基板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞ
れの前記下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固
着され、前記圧電基板ＰR0は、前記圧電基板ＰR0の前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、
前記圧電基板ＰRiは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、
前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記すだれ状電極Ｔ
0およびＴiの電極指の方向と平行であり、前記各圧電基
板の前記非圧電板との界面は電気的に短絡状態にあり、
前記すだれ状電極Ｒ0の出力端は、前記増幅器を介し
て、前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続され
るとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記す
だれ状電極Ｒiの出力端は前記位相比較器を介して前記
信号処理器の入力端に接続され、前記すだれ状電極Ｒ0
の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔ0の電極指の方
向は互いに平行で、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方
向は、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対しそれ
ぞれ角αの傾きを有し、前記すだれ状電極Ｒiの電極指
に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、前記すだれ
状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積
に等しく、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交
差幅ＬPは、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsec
αとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐとcosec
αとの積に等しく、前記すだれ状電極Ｔ0は、前記電極
周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力される
ことにより、前記圧電基板ＰT0と前記非圧電板から成る
２層構造部ＢT0に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を
有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非圧電板に伝搬
させた後、前記圧電基板ＰR0と前記非圧電板から成る２
層構造部ＢR0に伝搬させ、前記すだれ状電極Ｔiは、前
記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力
されることにより、前記圧電基板ＰTiと前記非圧電板か
ら成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に前記
電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波を励振
し、該ＳＨ波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記圧電
基板ＰRiと前記非圧電板から成る２層構造部ＢRi（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）に伝搬させ、前記ＳＨ波は０次モー
ドおよび１次以上の高次モードの波で、前記ＳＨ波の位
相速度は、前記非圧電板単体に伝搬する横波速度および
前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値の近傍
にあり、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよ
りも小さく、前記すだれ状電極Ｒ0は、前記２層構造部
ＢR0に伝搬した前記ＳＨ波を位相θb aseを有する電気信
号に変換して出力し、前記すだれ状電極Ｒiは、前記２
層構造部ＢRiに伝搬した前記ＳＨ波を位相θj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有
する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，
−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換し、前記位相θjを
合成することにより生ずる位相Ｕθjは零であり、前記
電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号ＵＥj
の振幅は零であって、前記電気信号ＵＥjは前記すだれ
状電極Ｒiにおいて検出されることはなく、前記すだれ
状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板の前記上端面におい
てＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成
し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，
２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で成り、微細伝
搬路Ｚ0は前記すだれ状電極Ｔiの前記電極交差幅Ｌの垂
直二等分線上にあり、前記非圧電板の前記上端面におけ
る位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）は、前記微細伝搬路Ｚjに対応し、前記微
細伝搬路Ｚjは前記位相θjに対応し、前記すだれ状電極
Ｒiは、前記位置Ｆjに人指または物体が接触したときに
のみ、位相θ-jを有する電気信号Ｅ-jを出力し、前記位
相比較器は前記位相θbaseと前記位相θ-jとの差を検出
し、前記信号処理器は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前
記すだれ状電極Ｒiを判別し、接触した位置Ｆjを前記位
相θbaseと前記位相θ-jとの差に基づいて特定する。請
求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記すだれ状電
極Ｔiの入力端にスイッチが接続され、前記スイッチは
前記すだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信号を
入力し、 前記すだれ状電極Ｒiの出力端は互いに１つ
の接続点で接続され、前記信号処理器は、前記接続点に
おいて前記電気信号Ｅ-jが検出された時に接続されてい
た前記すだれ状電極Ｔiを判別し、接触した位置Ｆjを前
記位相θbaseと前記位相θ-jとの差に基づいて特定す
る。請求項３に記載の超音波タッチパネルは、非圧電
板、２つの超音波送受波手段、増幅器および信号処理器
から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送
受波手段は、圧電基板ＰTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、
圧電基板ＰRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入力用すだれ
状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、および前記すだ
れ状電極Ｔiそれぞれに対向する出力用すだれ状電極Ｒi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極
Ｔiはそれぞれ前記圧電基板ＰTiの上端面または下端面
に設けられ、前記すだれ状電極Ｒiはそれぞれ前記圧電
基板ＰRiの上端面または下端面に設けられ、前記圧電基
板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞれの前記下端面を介
して前記非圧電板の上端面に固着され、前記圧電基板Ｐ
Riは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記下端面を介して
前記非圧電板の前記上端面に固着され、前記圧電基板Ｐ
TiおよびＰRiの分極軸の方向は、前記すだれ状電極Ｔi
の電極指の方向と平行であり、前記各圧電基板の前記非
圧電板との界面は電気的に短絡状態にあり、前記すだれ
状電極Ｒiの出力端は互いに１つの接続点で接続され、
前記接続点は前記増幅器を介して前記すだれ状電極Ｔi
の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前
記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、前記すだれ状電
極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、前記す
だれ状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周
期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐとcos
αとの積に等しく、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方
向での交差幅ＬPは、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅
Ｌとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐ
のＮ倍（Ｎ＝１，２，……，ｎ）とcosecαとの積に等
しく、前記すだれ状電極Ｔiは、前記電極周期長Ｐにほ
ぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、
前記圧電基板ＰTiと前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ
Ti（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に前記電極周期長Ｐとほぼ
等しい波長を有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非
圧電板に伝搬させた後、前記圧電基板ＰRiと前記非圧電
板から成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に
伝搬させ、前記ＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高
次モードの波で、前記ＳＨ波の位相速度は、前記非圧電
板単体に伝搬する横波速度および前記各圧電基板単体に
伝搬する横波速度の平均値の近傍にあり、前記各圧電基
板の厚さｄは、前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記す
だれ状電極Ｒiは、前記２層構造部ＢRiに伝搬した前記
ＳＨ波を周波数ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−
１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそ
れぞれ変換し、前記電気信号Ｅjを合成することにより
生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であって、前記電気信
号ＵＥjは前記すだれ状電極Ｒiにおいて検出されること
はなく、前記すだれ状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板
の前記上端面においてＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬
路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0は前記すだれ状電極
Ｔiの前記電極交差幅Ｌの垂直二等分線上にあり、前記
非圧電板の前記上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）は、前記微
細伝搬路Ｚjに対応し、前記すだれ状電極Ｒiは、前記位
置Ｆjに人指または物体が接触したときにのみ、周波数
ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jを出力し、前記信号処理器
は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前記すだれ状電極Ｒi
を判別することと前記周波数ｆ-jを検出することにより
接触した位置Ｆjを特定する。請求項４に記載の超音波
タッチパネルは、前記すだれ状電極Ｔiの入力端にスイ
ッチが接続され、前記スイッチは前記すだれ状電極Ｔi
に順次に所定の周期で電気信号を入力し、 前記信号処
理器は、前記接続点において前記電気信号Ｅ-jが検出さ
れた時に接続されていた前記すだれ状電極Ｔiを判別す
ることと前記周波数ｆ-jを検出することにより接触した
位置Ｆjを特定する。請求項５に記載の超音波タッチパ
ネルは、一方の前記超音波送受波手段における前記伝搬
路Ｄiと、もう一方の前記超音波送受波手段における前
記伝搬路Ｄiが互いに直交している。請求項６に記載の
超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段におけ
る前記伝搬路Ｄiが互いに隣接するかまたは一部分を重
複させている。請求項７に記載の超音波タッチパネル
は、前記非圧電板の厚さが前記各圧電基板の厚さｄより
も大きく、前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝搬す
る横波の位相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する横波
の位相速度よりも大きい物質で成る。請求項８に記載の
超音波タッチパネルは、前記各圧電基板が圧電セラミッ
クで成る。
タッチパネルは、非圧電板、２つの超音波送受波手段、
増幅器、位相比較器および信号処理器から成る超音波タ
ッチパネルであって、前記各超音波送受波手段は、圧電
基板ＰT0およびＰR0、圧電基板ＰTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）、圧電基板ＰRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入
力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）、前記すだれ状電極Ｔ0に対向する
出力用すだれ状電極Ｒ0、および前記各すだれ状電極Ｔi
にそれぞれ対向する出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極Ｔ0は前記
圧電基板ＰT0の上端面または下端面に設けられ、前記す
だれ状電極Ｔiは前記圧電基板ＰTiそれぞれの上端面ま
たは下端面に設けられ、前記すだれ状電極Ｒ0は前記圧
電基板ＰR0の上端面または下端面に設けられ、前記すだ
れ状電極Ｒiは前記圧電基板ＰRiそれぞれの上端面また
は下端面に設けられ、前記圧電基板ＰT0は、前記圧電基
板ＰT0の前記下端面を介して前記非圧電板の上端面に固
着され、前記圧電基板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞ
れの前記下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固
着され、前記圧電基板ＰR0は、前記圧電基板ＰR0の前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、
前記圧電基板ＰRiは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、
前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記すだれ状電極Ｔ
0およびＴiの電極指の方向と平行であり、前記各圧電基
板の前記非圧電板との界面は電気的に短絡状態にあり、
前記すだれ状電極Ｒ0の出力端は、前記増幅器を介し
て、前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続され
るとともに前記位相比較器の入力端に接続され、前記す
だれ状電極Ｒiの出力端は前記位相比較器を介して前記
信号処理器の入力端に接続され、前記すだれ状電極Ｒ0
の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｔ0の電極指の方
向は互いに平行で、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方
向は、前記すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対しそれ
ぞれ角αの傾きを有し、前記すだれ状電極Ｒiの電極指
に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、前記すだれ
状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積
に等しく、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交
差幅ＬPは、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsec
αとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐとcosec
αとの積に等しく、前記すだれ状電極Ｔ0は、前記電極
周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力される
ことにより、前記圧電基板ＰT0と前記非圧電板から成る
２層構造部ＢT0に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を
有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非圧電板に伝搬
させた後、前記圧電基板ＰR0と前記非圧電板から成る２
層構造部ＢR0に伝搬させ、前記すだれ状電極Ｔiは、前
記電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力
されることにより、前記圧電基板ＰTiと前記非圧電板か
ら成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に前記
電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波を励振
し、該ＳＨ波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記圧電
基板ＰRiと前記非圧電板から成る２層構造部ＢRi（ｉ＝
１，２，……，Ｎ）に伝搬させ、前記ＳＨ波は０次モー
ドおよび１次以上の高次モードの波で、前記ＳＨ波の位
相速度は、前記非圧電板単体に伝搬する横波速度および
前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値の近傍
にあり、前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよ
りも小さく、前記すだれ状電極Ｒ0は、前記２層構造部
ＢR0に伝搬した前記ＳＨ波を位相θb aseを有する電気信
号に変換して出力し、前記すだれ状電極Ｒiは、前記２
層構造部ＢRiに伝搬した前記ＳＨ波を位相θj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有
する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，
−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換し、前記位相θjを
合成することにより生ずる位相Ｕθjは零であり、前記
電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号ＵＥj
の振幅は零であって、前記電気信号ＵＥjは前記すだれ
状電極Ｒiにおいて検出されることはなく、前記すだれ
状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板の前記上端面におい
てＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成
し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，
２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で成り、微細伝
搬路Ｚ0は前記すだれ状電極Ｔiの前記電極交差幅Ｌの垂
直二等分線上にあり、前記非圧電板の前記上端面におけ
る位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）は、前記微細伝搬路Ｚjに対応し、前記微
細伝搬路Ｚjは前記位相θjに対応し、前記すだれ状電極
Ｒiは、前記位置Ｆjに人指または物体が接触したときに
のみ、位相θ-jを有する電気信号Ｅ-jを出力し、前記位
相比較器は前記位相θbaseと前記位相θ-jとの差を検出
し、前記信号処理器は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前
記すだれ状電極Ｒiを判別し、接触した位置Ｆjを前記位
相θbaseと前記位相θ-jとの差に基づいて特定する。請
求項２に記載の超音波タッチパネルは、前記すだれ状電
極Ｔiの入力端にスイッチが接続され、前記スイッチは
前記すだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信号を
入力し、 前記すだれ状電極Ｒiの出力端は互いに１つ
の接続点で接続され、前記信号処理器は、前記接続点に
おいて前記電気信号Ｅ-jが検出された時に接続されてい
た前記すだれ状電極Ｔiを判別し、接触した位置Ｆjを前
記位相θbaseと前記位相θ-jとの差に基づいて特定す
る。請求項３に記載の超音波タッチパネルは、非圧電
板、２つの超音波送受波手段、増幅器および信号処理器
から成る超音波タッチパネルであって、前記各超音波送
受波手段は、圧電基板ＰTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、
圧電基板ＰRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入力用すだれ
状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、および前記すだ
れ状電極Ｔiそれぞれに対向する出力用すだれ状電極Ｒi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成り、前記すだれ状電極
Ｔiはそれぞれ前記圧電基板ＰTiの上端面または下端面
に設けられ、前記すだれ状電極Ｒiはそれぞれ前記圧電
基板ＰRiの上端面または下端面に設けられ、前記圧電基
板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞれの前記下端面を介
して前記非圧電板の上端面に固着され、前記圧電基板Ｐ
Riは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記下端面を介して
前記非圧電板の前記上端面に固着され、前記圧電基板Ｐ
TiおよびＰRiの分極軸の方向は、前記すだれ状電極Ｔi
の電極指の方向と平行であり、前記各圧電基板の前記非
圧電板との界面は電気的に短絡状態にあり、前記すだれ
状電極Ｒiの出力端は互いに１つの接続点で接続され、
前記接続点は前記増幅器を介して前記すだれ状電極Ｔi
の入力端および前記信号処理器の入力端に接続され、前
記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、前記すだれ状電
極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、前記す
だれ状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周
期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐとcos
αとの積に等しく、前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方
向での交差幅ＬPは、前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅
Ｌとsecαとの積に等しいとともに、前記電極周期長Ｐ
のＮ倍（Ｎ＝１，２，……，ｎ）とcosecαとの積に等
しく、前記すだれ状電極Ｔiは、前記電極周期長Ｐにほ
ぼ対応する周波数の電気信号を入力されることにより、
前記圧電基板ＰTiと前記非圧電板から成る２層構造部Ｂ
Ti（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に前記電極周期長Ｐとほぼ
等しい波長を有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非
圧電板に伝搬させた後、前記圧電基板ＰRiと前記非圧電
板から成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に
伝搬させ、前記ＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高
次モードの波で、前記ＳＨ波の位相速度は、前記非圧電
板単体に伝搬する横波速度および前記各圧電基板単体に
伝搬する横波速度の平均値の近傍にあり、前記各圧電基
板の厚さｄは、前記電極周期長Ｐよりも小さく、前記す
だれ状電極Ｒiは、前記２層構造部ＢRiに伝搬した前記
ＳＨ波を周波数ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−
１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそ
れぞれ変換し、前記電気信号Ｅjを合成することにより
生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であって、前記電気信
号ＵＥjは前記すだれ状電極Ｒiにおいて検出されること
はなく、前記すだれ状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板
の前記上端面においてＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬
路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0は前記すだれ状電極
Ｔiの前記電極交差幅Ｌの垂直二等分線上にあり、前記
非圧電板の前記上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）は、前記微
細伝搬路Ｚjに対応し、前記すだれ状電極Ｒiは、前記位
置Ｆjに人指または物体が接触したときにのみ、周波数
ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jを出力し、前記信号処理器
は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前記すだれ状電極Ｒi
を判別することと前記周波数ｆ-jを検出することにより
接触した位置Ｆjを特定する。請求項４に記載の超音波
タッチパネルは、前記すだれ状電極Ｔiの入力端にスイ
ッチが接続され、前記スイッチは前記すだれ状電極Ｔi
に順次に所定の周期で電気信号を入力し、 前記信号処
理器は、前記接続点において前記電気信号Ｅ-jが検出さ
れた時に接続されていた前記すだれ状電極Ｔiを判別す
ることと前記周波数ｆ-jを検出することにより接触した
位置Ｆjを特定する。請求項５に記載の超音波タッチパ
ネルは、一方の前記超音波送受波手段における前記伝搬
路Ｄiと、もう一方の前記超音波送受波手段における前
記伝搬路Ｄiが互いに直交している。請求項６に記載の
超音波タッチパネルは、前記各超音波送受波手段におけ
る前記伝搬路Ｄiが互いに隣接するかまたは一部分を重
複させている。請求項７に記載の超音波タッチパネル
は、前記非圧電板の厚さが前記各圧電基板の厚さｄより
も大きく、前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝搬す
る横波の位相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する横波
の位相速度よりも大きい物質で成る。請求項８に記載の
超音波タッチパネルは、前記各圧電基板が圧電セラミッ
クで成る。
【発明の実施の形態】本発明の超音波タッチパネルの第
１の構造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅
器、位相比較器および信号処理器から成る。各超音波送
受波手段は、圧電基板ＰT0およびＰR0、圧電基板Ｐ
Ti（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、圧電基板ＰRi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだ
れ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、出力用すだれ
状電極Ｒ0、および出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成る。すだれ状電極Ｒ0はすだれ状
電極Ｔ0に対向し、すだれ状電極Ｒiはすだれ状電極Ｔi
にそれぞれ対向する。すだれ状電極Ｔ0は圧電基板ＰT0
の上端面または下端面に設けられ、すだれ状電極Ｔiは
圧電基板ＰTiそれぞれの上端面または下端面に設けら
れ、すだれ状電極Ｒ0は圧電基板ＰR0の上端面または下
端面に設けられ、すだれ状電極Ｒiは圧電基板ＰRiそれ
ぞれの上端面または下端面に設けられている。各圧電基
板は、それぞれの下端面を介して非圧電板の上端面に固
着されている。各圧電基板の分極軸の方向は、すだれ状
電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行になるような向
きに配置される。このような配向性を有する圧電基板の
大型化を実現しようとする場合、圧電基板として圧電セ
ラミックを採用することにより、圧電基板の板面の面積
の大型化を促進することができる。各圧電基板の非圧電
板との界面は電気的に短絡状態にある。すだれ状電極Ｒ
0の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は
互いに平行である。すだれ状電極Ｒiの電極指の方向
は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対しそれぞれ角
αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒiの電極指に直交す
る方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電極Ｔ0，Ｔ
iおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、す
だれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ
状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しいととも
に、電極周期長Ｐとcosecαとの積に等しい。本発明の
超音波タッチパネルの第１の構造では、電極周期長Ｐに
ほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0およ
びＴiに入力する構造を採用している。各圧電基板の厚
さｄが電極周期長Ｐよりも小さいことから、圧電基板Ｐ
T0と非圧電板から成る２層構造部ＢT0および圧電基板Ｐ
Tiと非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）にそれぞれ電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有
するＳＨ波（shear horizontal wave）を励振すること
ができる。さらに、各圧電基板の非圧電板との界面が電
気的に短絡状態にあることから、そのＳＨ波を非圧電板
の上端面に伝搬させた後、圧電基板ＰR0と非圧電板から
成る２層構造部ＢR0および圧電基板ＰRiと非圧電板から
成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬さ
せることができる。ＳＨ波とは、振動変位の方向が圧電
基板の上・下端面に対して平行な方向にある横波のこと
である。このようにして、各圧電基板の分極軸の方向が
すだれ状電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行になる
ような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ0お
よびＴiの電極指に対し垂直な方向に効率よくＳＨ波を
励振することができるのである。しかも、各すだれ状電
極の電極指の対数はせいぜい３対もあれば効率よくＳＨ
波を励振できる。２層構造部ＢT0およびＢTiに励振され
るＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの波
で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単体に伝搬する横波
速度および各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値
の近傍にあるときに、すだれ状電極Ｔ0およびＴiから加
えられる電気的エネルギーがＳＨ波に変換される度合を
大きくすることができる。このようにして、ＳＨ波を利
用したデバイスは電気的エネルギーから機械的エネルギ
ーへの変換効率が高く、従って、低電圧で低消費電力駆
動が可能となる。その変換効率は弾性表面波やラム波を
利用した同じ構造のデバイスよりも高いことが実証され
ている。すだれ状電極Ｔ0によって励振され２層構造部
ＢR0に伝搬されたＳＨ波は、すだれ状電極Ｒ0によって
位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力される。
すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅器を介して、すだれ
状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続されるとともに位相
比較器の入力端に接続されていることから、すだれ状電
極Ｔ0とＲ0との間のＳＨ波の伝搬路を遅延素子とする発
振器を構成することができる。従って、使用環境の影
響、たとえば温度などの影響を受けることのないデバイ
ス設計が可能となる。一方、各すだれ状電極Ｔiによっ
て励振され２層構造部ＢRiに伝搬されたＳＨ波は、各す
だれ状電極Ｒiによって位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）にそれぞれ変換される。位相θjを合成することに
より生ずる位相Ｕθjは零であり、電気信号Ｅjを合成す
ることにより生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であるこ
とから、電気信号ＵＥjはすだれ状電極Ｒiにおいて検出
されることはない。本発明の超音波タッチパネルの第１
の構造では、非圧電板の上端面において、すだれ状電極
ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ
＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で
成り、微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌ
の垂直二等分線上にある。非圧電板の上端面における位
置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることがで
き、微細伝搬路Ｚjは位相θjに対応させることができ
る。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触すると、す
だれ状電極Ｒiにおいて位相θ-jを有する電気信号Ｅ-j
が出力される。つまり、非圧電板の板面を接触しない場
合には、すだれ状電極ＲiにおいてＳＨ波から変換され
る電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったものが、接
触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断されると、その
微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波がすだれ状電極Ｒiにお
いて位相θjを有する電気信号Ｅjに変換されることがな
いので、全体としての均衡が崩れてすだれ状電極Ｒiに
おいて位相θ- jを有する電気信号Ｅ-jが検出されること
になる。電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号Ｅj
を除いた成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）、位相θ-j
は位相Ｕθjから位相θjを除いた成分と等しい（θ-j＝
Ｕθj−θj）。すだれ状電極Ｒ 0の出力端およびすだれ
状電極Ｒiの出力端は位相比較器を介して信号処理器の
入力端に接続されていることから、位相比較器は位相θ
baseと位相θ-jとの差（θbase−θ-j）を検出する機能
を有する。信号処理器は、まず、電気信号Ｅ-jを出力し
たすだれ状電極Ｒiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、位相θbaseと位相θ-jとの差（θbase−
θ-j）に基づいて特定する。このようにして、本発明の
超音波タッチパネルでは、入力ペンのペン先等で非圧電
板上に接触したときにのみ応答がありしかもその応答時
間が短く、低電圧で低消費電力駆動である。本発明の超
音波タッチパネルの第１の構造では、すだれ状電極Ｔi
の入力端にスイッチが接続された構造が可能である。ス
イッチはすだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信
号を入力する機能を有する。このとき、すだれ状電極Ｒ
iの出力端は互いに１つの接続点で接続される。信号処
理器は、まず、この接続点において電気信号Ｅ-jが検出
された時に接続されていたすだれ状電極Ｔiを判別する
ことにより、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特
定する。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝
搬路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相θbaseと位相θ
-jとの差（θbase−θ-j）に基づいて特定する。スイッ
チを採用することにより、信号処理を簡素化し回路構成
を簡単にすることが可能となることから、装置の小型軽
量化が促進できる。本発明の超音波タッチパネルの第２
の構造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器
および信号処理器から成る。各超音波送受波手段は、圧
電基板ＰTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、圧電基板Ｐ
Ri（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、およびすだれ状電極Ｔiそ
れぞれに対向する出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成る。すだれ状電極Ｔiはそれぞれ
圧電基板ＰTiの上端面または下端面に設けられ、すだれ
状電極Ｒiはそれぞれ圧電基板ＰRiの上端面または下端
面に設けられている。各圧電基板は、それぞれ下端面を
介して非圧電板の上端面に固着されている。各圧電基板
の分極軸の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向と
平行になるような向きに配置される。各圧電基板の非圧
電板との界面は電気的に短絡状態にある。すだれ状電極
Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向
に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒiの電極指
に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電
極Ｔiの電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだれ状
電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ状電極
Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しいとともに、電
極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，……，ｎ）とcosecα
との積に等しい。各圧電基板の厚さｄは、電極周期長Ｐ
よりも小さい。本発明の超音波タッチパネルの第２の構
造では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号
をすだれ状電極Ｔiに入力することにより、圧電基板Ｐ
Tiと非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ
波を励振し、そのＳＨ波を非圧電板の上端面に伝搬させ
た後、圧電基板ＰRiと非圧電板から成る２層構造部ＢRi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬させることができる。
このＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
波で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単体に伝搬する横
波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度の
平均値の近傍にあるときに、すだれ状電極Ｔiから加え
られる電気的エネルギーがＳＨ波に変換される度合を大
きくすることができる。すだれ状電極Ｒiの出力端は互
いに１つの接続点で接続され、この接続点は増幅器を介
してすだれ状電極Ｔiの入力端および信号処理器の入力
端に接続されている。２層構造部ＢRiに伝搬したＳＨ波
は、すだれ状電極Ｒiによって周波数ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電
気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）にそれぞれ変換される。電気信号Ｅjを合
成することにより生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であ
ることから、電気信号ＵＥjはすだれ状電極Ｒiにおいて
検出されることはない。本発明の超音波タッチパネルの
第２の構造では、非圧電板の上端面において、すだれ状
電極ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，
……，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交
差幅Ｌの垂直二等分線上にある。非圧電板の上端面にお
ける位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−
２，……，−ｘ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させること
ができる。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触する
と、すだれ状電極Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気
信号Ｅ-jが出力される。つまり、非圧電板の上端面を接
触しない場合には、すだれ状電極ＲiにおいてＳＨ波か
ら変換される電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であった
ものが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断され
ると、その微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波がすだれ状
電極Ｒiにおいて周波数ｆjを有する電気信号Ｅjに変換
されることがないので、全体としての均衡が崩れてすだ
れ状電極Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-j
が検出されることになる。電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥ
jから電気信号Ｅjを除いた成分と等しい（Ｅ-j＝ＵＥj
−Ｅj）。信号処理器は、まず、電気信号Ｅ-jを出力し
たすだれ状電極Ｒiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することにより特定する。
また、位置Ｆjに接触することによってのみすだれ状電
極Ｒiにおいて電気信号Ｅ-jが出力され、このとき、す
だれ状電極ＴiとＲiとの間のＳＨ波の伝搬路Ｄiを遅延
素子とする発振器を構成することができる。本発明の超
音波タッチパネルの第２の構造では、すだれ状電極Ｔi
の入力端にスイッチが接続された構造が可能である。ス
イッチはすだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信
号を入力する機能を有する。信号処理器は、まず、すだ
れ状電極Ｒiの出力端を結ぶ接続点において電気信号Ｅ
-jが検出された時に接続されていたすだれ状電極Ｔiを
判別することにより、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬
路Ｄiを特定する。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中
の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-j
を検出することにより特定する。本発明の超音波タッチ
パネルでは、一方の超音波送受波手段における伝搬路Ｄ
iと、もう一方の超音波送受波手段における伝搬路Ｄiを
互いに直交させる構造を採用することにより、互いに直
交するそれらの伝搬路をＸ軸およびＹ軸とする２次元の
座標に対応させることが可能となり、接触位置の細密な
検出が可能となる。また、各超音波送受波手段における
伝搬路Ｄiどうしを互いに隣接させるかまたは一部分を
重複させた構造を採用することにより、接触位置をさら
に細密に検出することが可能となる。本発明の超音波タ
ッチパネルでは、非圧電板単体に伝搬する横波の位相速
度が各圧電基板単体に伝搬する横波の位相速度よりも大
きいような非圧電板が採用される。さらに、非圧電板の
厚さが各圧電基板の厚さｄよりも大きい構造が採用され
る。従って、ＳＨ波のレイリー波的な挙動が促進され
る。また、各圧電基板の非圧電板との界面が電気的に短
絡状態にあることが、ＳＨ波のレイリー波的な挙動をさ
らに促進させる。従って、ＳＨ波が非圧電板の上端面に
効率よく伝搬されることから、超音波タッチパネルとし
ての感度を向上させることができるだけでなく、低電圧
で低消費電力駆動が可能となる。
１の構造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅
器、位相比較器および信号処理器から成る。各超音波送
受波手段は、圧電基板ＰT0およびＰR0、圧電基板Ｐ
Ti（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、圧電基板ＰRi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだ
れ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、出力用すだれ
状電極Ｒ0、および出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成る。すだれ状電極Ｒ0はすだれ状
電極Ｔ0に対向し、すだれ状電極Ｒiはすだれ状電極Ｔi
にそれぞれ対向する。すだれ状電極Ｔ0は圧電基板ＰT0
の上端面または下端面に設けられ、すだれ状電極Ｔiは
圧電基板ＰTiそれぞれの上端面または下端面に設けら
れ、すだれ状電極Ｒ0は圧電基板ＰR0の上端面または下
端面に設けられ、すだれ状電極Ｒiは圧電基板ＰRiそれ
ぞれの上端面または下端面に設けられている。各圧電基
板は、それぞれの下端面を介して非圧電板の上端面に固
着されている。各圧電基板の分極軸の方向は、すだれ状
電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行になるような向
きに配置される。このような配向性を有する圧電基板の
大型化を実現しようとする場合、圧電基板として圧電セ
ラミックを採用することにより、圧電基板の板面の面積
の大型化を促進することができる。各圧電基板の非圧電
板との界面は電気的に短絡状態にある。すだれ状電極Ｒ
0の電極指の方向と、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向は
互いに平行である。すだれ状電極Ｒiの電極指の方向
は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向に対しそれぞれ角
αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒiの電極指に直交す
る方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電極Ｔ0，Ｔ
iおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、す
だれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ
状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しいととも
に、電極周期長Ｐとcosecαとの積に等しい。本発明の
超音波タッチパネルの第１の構造では、電極周期長Ｐに
ほぼ対応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0およ
びＴiに入力する構造を採用している。各圧電基板の厚
さｄが電極周期長Ｐよりも小さいことから、圧電基板Ｐ
T0と非圧電板から成る２層構造部ＢT0および圧電基板Ｐ
Tiと非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）にそれぞれ電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有
するＳＨ波（shear horizontal wave）を励振すること
ができる。さらに、各圧電基板の非圧電板との界面が電
気的に短絡状態にあることから、そのＳＨ波を非圧電板
の上端面に伝搬させた後、圧電基板ＰR0と非圧電板から
成る２層構造部ＢR0および圧電基板ＰRiと非圧電板から
成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬さ
せることができる。ＳＨ波とは、振動変位の方向が圧電
基板の上・下端面に対して平行な方向にある横波のこと
である。このようにして、各圧電基板の分極軸の方向が
すだれ状電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行になる
ような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ0お
よびＴiの電極指に対し垂直な方向に効率よくＳＨ波を
励振することができるのである。しかも、各すだれ状電
極の電極指の対数はせいぜい３対もあれば効率よくＳＨ
波を励振できる。２層構造部ＢT0およびＢTiに励振され
るＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの波
で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単体に伝搬する横波
速度および各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値
の近傍にあるときに、すだれ状電極Ｔ0およびＴiから加
えられる電気的エネルギーがＳＨ波に変換される度合を
大きくすることができる。このようにして、ＳＨ波を利
用したデバイスは電気的エネルギーから機械的エネルギ
ーへの変換効率が高く、従って、低電圧で低消費電力駆
動が可能となる。その変換効率は弾性表面波やラム波を
利用した同じ構造のデバイスよりも高いことが実証され
ている。すだれ状電極Ｔ0によって励振され２層構造部
ＢR0に伝搬されたＳＨ波は、すだれ状電極Ｒ0によって
位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力される。
すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅器を介して、すだれ
状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続されるとともに位相
比較器の入力端に接続されていることから、すだれ状電
極Ｔ0とＲ0との間のＳＨ波の伝搬路を遅延素子とする発
振器を構成することができる。従って、使用環境の影
響、たとえば温度などの影響を受けることのないデバイ
ス設計が可能となる。一方、各すだれ状電極Ｔiによっ
て励振され２層構造部ＢRiに伝搬されたＳＨ波は、各す
だれ状電極Ｒiによって位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）にそれぞれ変換される。位相θjを合成することに
より生ずる位相Ｕθjは零であり、電気信号Ｅjを合成す
ることにより生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であるこ
とから、電気信号ＵＥjはすだれ状電極Ｒiにおいて検出
されることはない。本発明の超音波タッチパネルの第１
の構造では、非圧電板の上端面において、すだれ状電極
ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ
＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で
成り、微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌ
の垂直二等分線上にある。非圧電板の上端面における位
置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させることがで
き、微細伝搬路Ｚjは位相θjに対応させることができ
る。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触すると、す
だれ状電極Ｒiにおいて位相θ-jを有する電気信号Ｅ-j
が出力される。つまり、非圧電板の板面を接触しない場
合には、すだれ状電極ＲiにおいてＳＨ波から変換され
る電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったものが、接
触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断されると、その
微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波がすだれ状電極Ｒiにお
いて位相θjを有する電気信号Ｅjに変換されることがな
いので、全体としての均衡が崩れてすだれ状電極Ｒiに
おいて位相θ- jを有する電気信号Ｅ-jが検出されること
になる。電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号Ｅj
を除いた成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）、位相θ-j
は位相Ｕθjから位相θjを除いた成分と等しい（θ-j＝
Ｕθj−θj）。すだれ状電極Ｒ 0の出力端およびすだれ
状電極Ｒiの出力端は位相比較器を介して信号処理器の
入力端に接続されていることから、位相比較器は位相θ
baseと位相θ-jとの差（θbase−θ-j）を検出する機能
を有する。信号処理器は、まず、電気信号Ｅ-jを出力し
たすだれ状電極Ｒiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、位相θbaseと位相θ-jとの差（θbase−
θ-j）に基づいて特定する。このようにして、本発明の
超音波タッチパネルでは、入力ペンのペン先等で非圧電
板上に接触したときにのみ応答がありしかもその応答時
間が短く、低電圧で低消費電力駆動である。本発明の超
音波タッチパネルの第１の構造では、すだれ状電極Ｔi
の入力端にスイッチが接続された構造が可能である。ス
イッチはすだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信
号を入力する機能を有する。このとき、すだれ状電極Ｒ
iの出力端は互いに１つの接続点で接続される。信号処
理器は、まず、この接続点において電気信号Ｅ-jが検出
された時に接続されていたすだれ状電極Ｔiを判別する
ことにより、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特
定する。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝
搬路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相θbaseと位相θ
-jとの差（θbase−θ-j）に基づいて特定する。スイッ
チを採用することにより、信号処理を簡素化し回路構成
を簡単にすることが可能となることから、装置の小型軽
量化が促進できる。本発明の超音波タッチパネルの第２
の構造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器
および信号処理器から成る。各超音波送受波手段は、圧
電基板ＰTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、圧電基板Ｐ
Ri（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、およびすだれ状電極Ｔiそ
れぞれに対向する出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）から成る。すだれ状電極Ｔiはそれぞれ
圧電基板ＰTiの上端面または下端面に設けられ、すだれ
状電極Ｒiはそれぞれ圧電基板ＰRiの上端面または下端
面に設けられている。各圧電基板は、それぞれ下端面を
介して非圧電板の上端面に固着されている。各圧電基板
の分極軸の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向と
平行になるような向きに配置される。各圧電基板の非圧
電板との界面は電気的に短絡状態にある。すだれ状電極
Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の方向
に対し角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒiの電極指
に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、すだれ状電
極Ｔiの電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだれ状
電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ状電極
Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しいとともに、電
極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，……，ｎ）とcosecα
との積に等しい。各圧電基板の厚さｄは、電極周期長Ｐ
よりも小さい。本発明の超音波タッチパネルの第２の構
造では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号
をすだれ状電極Ｔiに入力することにより、圧電基板Ｐ
Tiと非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ
波を励振し、そのＳＨ波を非圧電板の上端面に伝搬させ
た後、圧電基板ＰRiと非圧電板から成る２層構造部ＢRi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬させることができる。
このＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
波で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単体に伝搬する横
波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度の
平均値の近傍にあるときに、すだれ状電極Ｔiから加え
られる電気的エネルギーがＳＨ波に変換される度合を大
きくすることができる。すだれ状電極Ｒiの出力端は互
いに１つの接続点で接続され、この接続点は増幅器を介
してすだれ状電極Ｔiの入力端および信号処理器の入力
端に接続されている。２層構造部ＢRiに伝搬したＳＨ波
は、すだれ状電極Ｒiによって周波数ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電
気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）にそれぞれ変換される。電気信号Ｅjを合
成することにより生ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であ
ることから、電気信号ＵＥjはすだれ状電極Ｒiにおいて
検出されることはない。本発明の超音波タッチパネルの
第２の構造では、非圧電板の上端面において、すだれ状
電極ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，
……，Ｎ）を形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交
差幅Ｌの垂直二等分線上にある。非圧電板の上端面にお
ける位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−
２，……，−ｘ）を、微細伝搬路Ｚjに対応させること
ができる。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触する
と、すだれ状電極Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気
信号Ｅ-jが出力される。つまり、非圧電板の上端面を接
触しない場合には、すだれ状電極ＲiにおいてＳＨ波か
ら変換される電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であった
ものが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断され
ると、その微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波がすだれ状
電極Ｒiにおいて周波数ｆjを有する電気信号Ｅjに変換
されることがないので、全体としての均衡が崩れてすだ
れ状電極Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-j
が検出されることになる。電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥ
jから電気信号Ｅjを除いた成分と等しい（Ｅ-j＝ＵＥj
−Ｅj）。信号処理器は、まず、電気信号Ｅ-jを出力し
たすだれ状電極Ｒiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することにより特定する。
また、位置Ｆjに接触することによってのみすだれ状電
極Ｒiにおいて電気信号Ｅ-jが出力され、このとき、す
だれ状電極ＴiとＲiとの間のＳＨ波の伝搬路Ｄiを遅延
素子とする発振器を構成することができる。本発明の超
音波タッチパネルの第２の構造では、すだれ状電極Ｔi
の入力端にスイッチが接続された構造が可能である。ス
イッチはすだれ状電極Ｔiに順次に所定の周期で電気信
号を入力する機能を有する。信号処理器は、まず、すだ
れ状電極Ｒiの出力端を結ぶ接続点において電気信号Ｅ
-jが検出された時に接続されていたすだれ状電極Ｔiを
判別することにより、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬
路Ｄiを特定する。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中
の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-j
を検出することにより特定する。本発明の超音波タッチ
パネルでは、一方の超音波送受波手段における伝搬路Ｄ
iと、もう一方の超音波送受波手段における伝搬路Ｄiを
互いに直交させる構造を採用することにより、互いに直
交するそれらの伝搬路をＸ軸およびＹ軸とする２次元の
座標に対応させることが可能となり、接触位置の細密な
検出が可能となる。また、各超音波送受波手段における
伝搬路Ｄiどうしを互いに隣接させるかまたは一部分を
重複させた構造を採用することにより、接触位置をさら
に細密に検出することが可能となる。本発明の超音波タ
ッチパネルでは、非圧電板単体に伝搬する横波の位相速
度が各圧電基板単体に伝搬する横波の位相速度よりも大
きいような非圧電板が採用される。さらに、非圧電板の
厚さが各圧電基板の厚さｄよりも大きい構造が採用され
る。従って、ＳＨ波のレイリー波的な挙動が促進され
る。また、各圧電基板の非圧電板との界面が電気的に短
絡状態にあることが、ＳＨ波のレイリー波的な挙動をさ
らに促進させる。従って、ＳＨ波が非圧電板の上端面に
効率よく伝搬されることから、超音波タッチパネルとし
ての感度を向上させることができるだけでなく、低電圧
で低消費電力駆動が可能となる。
【実施例】図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の
実施例を示す平面図である。本実施例は非圧電板１、増
幅器２、位相比較器３、信号処理器４、スイッチ５、Ｘ
軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向の超音波送
受波手段Ｙから成る。但し、図１では非圧電板１および
超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超
音波送受波手段は、圧電基板ＰT0およびＰR0、圧電基板
ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4、圧電基板ＰR1，ＰR2，Ｐ
R3およびＰR4、入力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだれ
状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4、出力用すだれ状電極Ｒ
0、および出力用すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4
から成る。各すだれ状電極はアルミニウム薄膜で成る。
各圧電基板は厚さ０．２ｍｍの圧電セラミックで成る。
各超音波送受波手段において、すだれ状電極Ｒ0はすだ
れ状電極Ｔ0に対向し、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4にそれぞ
れ対向し、すだれ状電極Ｔ0は圧電基板ＰT0の上端面に
設けられ、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は圧電
基板ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4それぞれの上端面に設
けられ、すだれ状電極Ｒ0は圧電基板ＰR0の上端面に設
けられ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は圧電基
板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4それぞれの上端面に設け
られている。各圧電基板は、それぞれ下端面を介して非
圧電板１の上端面に固着されている。非圧電板１は厚さ
０．４ｍｍのガラス、フッ素樹脂、アクリル樹脂または
プラスチック等の高分子化合物で成る。各圧電基板の非
圧電板１との界面は電気的に短絡状態にある。各超音波
送受波手段において、各圧電基板の分極軸の方向は、す
だれ状電極Ｔ0，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方
向と平行になるような向きに配置され、すだれ状電極Ｒ
0の電極指の方向は、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向と
互いに平行になるように配置され、すだれ状電極Ｒ1，
Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対し傾きを有
するように配置される。図２は図１の超音波タッチパネ
ルの断面図である。但し、図２では非圧電板１、超音波
送受波手段ＸまたはＹにおけるすだれ状電極Ｔ1，Ｒ1お
よび圧電基板ＰT1，ＰR1のみが描かれている。本実施例
では、各すだれ状電極はそれぞれ対応する圧電基板の上
端面に設けられているが、下端面に設けられた構造も可
能である。すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は互い
に同様な構造を成し、３対の電極指を有し、その電極交
差幅Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは２９０μｍである。
すだれ状電極Ｔ0およびＲ0は互いに同様な構造を成し、
それぞれ３対の電極指を有し、電極周期長Ｐは２９０μ
ｍである。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4はそれ
ぞれ３対の電極指を有する。圧電基板ＰT0および非圧電
板１は２層構造部ＢT0を形成し、圧電基板ＰR0および非
圧電板１は２層構造部ＢR0を形成する。圧電基板ＰT1，
ＰT2，ＰT3およびＰT4は、非圧電板１とそれぞれ２層構
造部ＢT1，ＢT2，ＢT3およびＢT4を形成し、圧電基板Ｐ
R1，ＰR2，ＰR3およびＰR4は、非圧電板１とそれぞれ２
層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3およびＢR4を形成する。本実
施例の超音波タッチパネルを使用する場合、非圧電板１
の上端面を接触すればその位置を検出できる。図３はす
だれ状電極Ｒ1を示す平面図である。すだれ状電極Ｒ1，
Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対しそれぞれ
角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4それぞれの電極指に直交する方向での電極指の周
期長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだ
れ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4それぞれの電極指の方
向での交差幅ＬPは、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等し
いとともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１）とcosecα
との積に等しい。つまり、図３において示されている表
示「ＮＰ」は、Ｐと等しい。図４は各超音波送受波手段
におけるすだれ状電極Ｔ1とＲ1との相互関係を示す図で
ある。図２の非圧電板１の上端面において、すだれ状電
極Ｔ1とＲ1との間の位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）を人指または物体で接触
した場合に、その位置Ｆjを検出することができる。す
だれ状電極Ｔ2とＲ2との関係、すだれ状電極Ｔ3とＲ3と
の関係、およびすだれ状電極Ｔ4とＲ4との関係も、すだ
れ状電極Ｔ1とＲ1との関係と同様である。図５は図１の
超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。すだれ
状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端は互いに１つの
接続点で接続され、その接続点は位相比較器３の入力端
に接続されている。すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅
器２を介して、すだれ状電極Ｔ0の入力端およびスイッ
チ５の入力端に接続されるとともに位相比較器３の入力
端に接続されている。スイッチ５はすだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3およびＴ4に順次に所定の周期で電気信号を入
力する機能を有する。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波
数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0に入力すると、２層構
造部ＢT0に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ
波が励振される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に伝搬
された後、２層構造部ＢR0に伝搬され、すだれ状電極Ｒ
0によって位相θbaseを有する電気信号に変換され出力
される。すだれ状電極Ｒ0によって出力された電気信号
は増幅器２によって増幅される。増幅された電気信号の
一部はすだれ状電極Ｔ0およびスイッチ５に入力され
る。このようにして、すだれ状電極Ｔ0とＲ0との間のＳ
Ｈ波の伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することが
できる。増幅された電気信号の残部は位相比較器３に
入力される。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気
信号がスイッチ５を介してすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
またはＴ4に入力されると、２層構造部ＢT1，ＢT2，Ｂ
T3またはＢT4に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する
ＳＨ波が励振される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に
伝搬された後、２層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3またはＢR4
に伝搬され、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4によ
って位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−
２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ
変換される。位相θjを合成することにより生ずる位相
Ｕθjは零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生
ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であることから、電気信
号ＵＥjはすだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4におい
て検出されることはない。図１の超音波タッチパネルで
は、非圧電板１の上端面において、すだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3およびＴ4と、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4との間にＳＨ波の伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3およびＤ4
がそれぞれ形成される。各伝搬路はそれぞれ微細伝搬路
Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，
−ｘ）から成る。微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ
2，Ｔ3またはＴ4の電極交差幅Ｌの垂直二等分線上にあ
る。微細伝搬路Ｚjは位相θjに対応させることができ
る。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触すると、す
だれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4のどれかにおいて位
相θ-jを有する電気信号Ｅ-jが出力される。このとき、
電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号Ｅjを除いた
成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）、位相θ-jは位相Ｕ
θjから位相θjを除いた成分と等しく（θ-j＝Ｕθj−
θj）なる。つまり、非圧電板１の上端面を接触しない
場合には、電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったも
のが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断される
と、その微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波が位相θjを有
する電気信号Ｅjに変換されることがないので、全体と
しての均衡が崩れて位相θ-jを有する電気信号Ｅ-jが検
出されることになる。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4のどれかにおいて出力された電気信号Ｅ-jは増幅
器６によって増幅され、位相比較器３に入力される。位
相比較器３は位相θbaseと位相θ-jとの差（θbase−θ
-j）を検出する。信号処理器４は、まず、すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端を結ぶ接続点において
電気信号Ｅ-jが検出されることにより、非圧電板１の上
端面に接触したことを感知し、電気信号Ｅ-jが検出され
た時に接続されていたすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3また
はＴ4を判別することにより、接触位置Ｆjが含まれる伝
搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を特定する。次に、その特
定された伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4の中の微細伝搬
路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相θba seと位相θ-j
との差（θbase−θ-j）に基づいて特定する。このと
き、超音波送受波手段Ｘにおける接触位置Ｆjと超音波
送受波手段Ｙにおける接触位置Ｆjは同時に算出される
ことから、超音波送受波手段Ｘにおける各伝搬路と、超
音波送受波手段Ｙにおける各伝搬路とを互いに直交させ
ることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞ
れＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させること
ができる。また、各超音波送受波手段における伝搬路ど
うしが互いに隣接していることにより、非圧電板１の上
端面を隙間なく利用できる。図６は各２層構造部におけ
る各圧電基板の異なる２つの電気的境界条件下での位相
速度差から算出した電気機械結合係数ｋ2と、ＳＨ波の
周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係
を示す特性図である。但し、図６では、非圧電板１が、
非圧電板１単体に伝搬する横波速度が４２０３．４ｍ／
ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。各
圧電基板単体に伝搬する横波速度は２４４８．８ｍ／ｓ
である。図６から、０次および１次以上の高次モードの
ＳＨ波は大きなｋ2値を有することが分かる。たとえ
ば、すだれ状電極Ｔ1に加えられる電気的エネルギーが
０次モードのＳＨ波に最も変換されやすいのはｆｄ値が
約０．６ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ2値は
最大値の約３３．８％に達する。なお、ここでのｋ2値
は、弾性表面波用の圧電基板として実用域にあるＬｉＮ
ｂＯ3単結晶が５％程度の値であることと比較しても評
価に値することが明らかである。図７は各２層構造部を
伝搬するＳＨ波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆ
ｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但
し、図７では、非圧電板１が図６と同様な材質で成る場
合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3またはＴ4に加えられる電気的エネルギーが各
モードのＳＨ波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図６
から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示
す。図７から、●印における各位相速度は非圧電板１単
体に伝搬する横波速度および各圧電基板単体に伝搬する
横波速度の平均値（３３２６．１ｍ／ｓ）の近傍にある
ことが分かる。このようにして、各２層構造部を伝搬す
るＳＨ波の位相速度が、非圧電板１単体に伝搬する横波
速度および各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値
の近傍にあるときのｆｄ値がｋ2の最大値をもたらすこ
とが分かる。図８は図６の１次モードのｋ2の最大値近
傍でのｆｄ値における変位分布を示す特性図である。縦
軸は各２層構造部の深さを規格化した値で示したもの
で、各圧電基板の非圧電板１との界面が深さ０に相当す
る。図８では、各圧電基板の深さ、つまり厚さを１００
とする。このとき、非圧電板１の深さ、つまり厚さは−
２００で表わされるが、図８では−１００までの値が示
されている。横軸の点線は変位成分を、実線は電位成分
を規格化した値で示したものである。図８より、ＳＨ波
がレイリー波的な挙動を示すこと、つまり、非圧電板１
の上端面に効率よく伝搬されることが分かる。これは、
各圧電基板の非圧電板１との界面が電気的に短絡状態に
あることに起因するところが大きい。図９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。
本実施例は非圧電板１、信号処理器４、スイッチ５、増
幅器６、Ｘ軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向
の超音波送受波手段Ｙから成る。但し、図１では非圧電
板１および超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれて
いる。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰT1，ＰT2，Ｐ
T3およびＰT4、圧電基板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4、
入力用すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4、および出
力用すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4から成る。各
超音波送受波手段において、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3およびＲ4はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4にそ
れぞれ対向し、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は
圧電基板ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4それぞれの上端面
に設けられ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は圧
電基板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4それぞれの上端面に
設けられている。本実施例では、各すだれ状電極はそれ
ぞれ対応する圧電基板の上端面に設けられているが、下
端面に設けられた構造も可能である。各圧電基板は、そ
れぞれ下端面を介して非圧電板１に固着されている。各
圧電基板の非圧電板１との界面は電気的に短絡状態にあ
る。各超音波送受波手段において、各圧電基板の分極軸
の方向は、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極
指の方向と平行になるような向きに配置され、すだれ状
電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ
状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対し角
αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3および
Ｒ4それぞれの電極指に直交する方向での電極指の周期
長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだれ
状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4それぞれの電極指の方向
での交差幅ＬPは、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しい
とともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，……，
ｎ）とcosecαとの積に等しい。図１０は図９の超音波
タッチパネルの駆動回路を示す図である。すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端は互いに１つの接続点
で接続され、その接続点は、増幅器６を介して、スイッ
チ５の入力端および信号処理器４の入力端に接続され
る。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をス
イッチ５を介してすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3またはＴ4
に入力すると、２層構造部ＢT1，ＢT2，ＢT3またはＢT4
に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振
される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に伝搬された
後、２層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3またはＢR4に伝搬さ
れ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4によって周波
数ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換され
る。電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号
ＵＥjの振幅は零であることから、電気信号ＵＥjはすだ
れ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4において検出されるこ
とはない。図９の超音波タッチパネルでは、図４と同様
にして、非圧電板１の上端面における位置Ｆj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を人
指または物体で接触した場合に、その位置を検出するこ
とができる。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触す
ると、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4のどれかに
おいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jが出力される。
このとき、電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号
Ｅjを除いた成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）なる。
つまり、非圧電板１の上端面を接触しない場合には、電
気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったものが、接触に
より超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断されると、その微細
伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波が周波数ｆjを有する電気信
号Ｅjに変換されることがないので、全体としての均衡
が崩れて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jが検出される
ことになる。信号処理器４は、まず、すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端を結ぶ接続点において
電気信号Ｅ-jが検出されることにより、非圧電板１に接
触したことを感知し、電気信号Ｅ-jが検出された時に接
続されていたすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3またはＴ4を判
別することにより、接触位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄ1，
Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を特定する。次に、その特定された
伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4の中の微細伝搬路Ｚjに
対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することに
より特定する。また、電気信号Ｅ-jは、非圧電板１に接
触したときにのみ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3または
Ｒ4で出力されることから、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
またはＴ4と、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4と
の間のＳＨ波の伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を遅延素
子とする発振器を構成することができる。超音波送受波
手段Ｘにおける接触位置Ｆjと超音波送受波手段Ｙにお
ける接触位置Ｆjは同時に算出される。超音波送受波手
段Ｘにおける各伝搬路と、超音波送受波手段Ｙにおける
各伝搬路とは互いに直交していることから、互いに直交
するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２
次元の座標に対応させることができる。
実施例を示す平面図である。本実施例は非圧電板１、増
幅器２、位相比較器３、信号処理器４、スイッチ５、Ｘ
軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向の超音波送
受波手段Ｙから成る。但し、図１では非圧電板１および
超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれている。各超
音波送受波手段は、圧電基板ＰT0およびＰR0、圧電基板
ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4、圧電基板ＰR1，ＰR2，Ｐ
R3およびＰR4、入力用すだれ状電極Ｔ0、入力用すだれ
状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4、出力用すだれ状電極Ｒ
0、および出力用すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4
から成る。各すだれ状電極はアルミニウム薄膜で成る。
各圧電基板は厚さ０．２ｍｍの圧電セラミックで成る。
各超音波送受波手段において、すだれ状電極Ｒ0はすだ
れ状電極Ｔ0に対向し、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4にそれぞ
れ対向し、すだれ状電極Ｔ0は圧電基板ＰT0の上端面に
設けられ、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は圧電
基板ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4それぞれの上端面に設
けられ、すだれ状電極Ｒ0は圧電基板ＰR0の上端面に設
けられ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は圧電基
板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4それぞれの上端面に設け
られている。各圧電基板は、それぞれ下端面を介して非
圧電板１の上端面に固着されている。非圧電板１は厚さ
０．４ｍｍのガラス、フッ素樹脂、アクリル樹脂または
プラスチック等の高分子化合物で成る。各圧電基板の非
圧電板１との界面は電気的に短絡状態にある。各超音波
送受波手段において、各圧電基板の分極軸の方向は、す
だれ状電極Ｔ0，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方
向と平行になるような向きに配置され、すだれ状電極Ｒ
0の電極指の方向は、すだれ状電極Ｔ0の電極指の方向と
互いに平行になるように配置され、すだれ状電極Ｒ1，
Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対し傾きを有
するように配置される。図２は図１の超音波タッチパネ
ルの断面図である。但し、図２では非圧電板１、超音波
送受波手段ＸまたはＹにおけるすだれ状電極Ｔ1，Ｒ1お
よび圧電基板ＰT1，ＰR1のみが描かれている。本実施例
では、各すだれ状電極はそれぞれ対応する圧電基板の上
端面に設けられているが、下端面に設けられた構造も可
能である。すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は互い
に同様な構造を成し、３対の電極指を有し、その電極交
差幅Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは２９０μｍである。
すだれ状電極Ｔ0およびＲ0は互いに同様な構造を成し、
それぞれ３対の電極指を有し、電極周期長Ｐは２９０μ
ｍである。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4はそれ
ぞれ３対の電極指を有する。圧電基板ＰT0および非圧電
板１は２層構造部ＢT0を形成し、圧電基板ＰR0および非
圧電板１は２層構造部ＢR0を形成する。圧電基板ＰT1，
ＰT2，ＰT3およびＰT4は、非圧電板１とそれぞれ２層構
造部ＢT1，ＢT2，ＢT3およびＢT4を形成し、圧電基板Ｐ
R1，ＰR2，ＰR3およびＰR4は、非圧電板１とそれぞれ２
層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3およびＢR4を形成する。本実
施例の超音波タッチパネルを使用する場合、非圧電板１
の上端面を接触すればその位置を検出できる。図３はす
だれ状電極Ｒ1を示す平面図である。すだれ状電極Ｒ1，
Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対しそれぞれ
角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4それぞれの電極指に直交する方向での電極指の周
期長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだ
れ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4それぞれの電極指の方
向での交差幅ＬPは、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等し
いとともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１）とcosecα
との積に等しい。つまり、図３において示されている表
示「ＮＰ」は、Ｐと等しい。図４は各超音波送受波手段
におけるすだれ状電極Ｔ1とＲ1との相互関係を示す図で
ある。図２の非圧電板１の上端面において、すだれ状電
極Ｔ1とＲ1との間の位置Ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）を人指または物体で接触
した場合に、その位置Ｆjを検出することができる。す
だれ状電極Ｔ2とＲ2との関係、すだれ状電極Ｔ3とＲ3と
の関係、およびすだれ状電極Ｔ4とＲ4との関係も、すだ
れ状電極Ｔ1とＲ1との関係と同様である。図５は図１の
超音波タッチパネルの駆動回路を示す図である。すだれ
状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端は互いに１つの
接続点で接続され、その接続点は位相比較器３の入力端
に接続されている。すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅
器２を介して、すだれ状電極Ｔ0の入力端およびスイッ
チ５の入力端に接続されるとともに位相比較器３の入力
端に接続されている。スイッチ５はすだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3およびＴ4に順次に所定の周期で電気信号を入
力する機能を有する。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波
数の電気信号をすだれ状電極Ｔ0に入力すると、２層構
造部ＢT0に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ
波が励振される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に伝搬
された後、２層構造部ＢR0に伝搬され、すだれ状電極Ｒ
0によって位相θbaseを有する電気信号に変換され出力
される。すだれ状電極Ｒ0によって出力された電気信号
は増幅器２によって増幅される。増幅された電気信号の
一部はすだれ状電極Ｔ0およびスイッチ５に入力され
る。このようにして、すだれ状電極Ｔ0とＲ0との間のＳ
Ｈ波の伝搬路を遅延素子とする発振器を構成することが
できる。増幅された電気信号の残部は位相比較器３に
入力される。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気
信号がスイッチ５を介してすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
またはＴ4に入力されると、２層構造部ＢT1，ＢT2，Ｂ
T3またはＢT4に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する
ＳＨ波が励振される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に
伝搬された後、２層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3またはＢR4
に伝搬され、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4によ
って位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−
２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ
変換される。位相θjを合成することにより生ずる位相
Ｕθjは零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生
ずる電気信号ＵＥjの振幅は零であることから、電気信
号ＵＥjはすだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4におい
て検出されることはない。図１の超音波タッチパネルで
は、非圧電板１の上端面において、すだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3およびＴ4と、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4との間にＳＨ波の伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3およびＤ4
がそれぞれ形成される。各伝搬路はそれぞれ微細伝搬路
Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，
−ｘ）から成る。微細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ
2，Ｔ3またはＴ4の電極交差幅Ｌの垂直二等分線上にあ
る。微細伝搬路Ｚjは位相θjに対応させることができ
る。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触すると、す
だれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4のどれかにおいて位
相θ-jを有する電気信号Ｅ-jが出力される。このとき、
電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号Ｅjを除いた
成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）、位相θ-jは位相Ｕ
θjから位相θjを除いた成分と等しく（θ-j＝Ｕθj−
θj）なる。つまり、非圧電板１の上端面を接触しない
場合には、電気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったも
のが、接触により超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断される
と、その微細伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波が位相θjを有
する電気信号Ｅjに変換されることがないので、全体と
しての均衡が崩れて位相θ-jを有する電気信号Ｅ-jが検
出されることになる。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およ
びＲ4のどれかにおいて出力された電気信号Ｅ-jは増幅
器６によって増幅され、位相比較器３に入力される。位
相比較器３は位相θbaseと位相θ-jとの差（θbase−θ
-j）を検出する。信号処理器４は、まず、すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端を結ぶ接続点において
電気信号Ｅ-jが検出されることにより、非圧電板１の上
端面に接触したことを感知し、電気信号Ｅ-jが検出され
た時に接続されていたすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3また
はＴ4を判別することにより、接触位置Ｆjが含まれる伝
搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を特定する。次に、その特
定された伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4の中の微細伝搬
路Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相θba seと位相θ-j
との差（θbase−θ-j）に基づいて特定する。このと
き、超音波送受波手段Ｘにおける接触位置Ｆjと超音波
送受波手段Ｙにおける接触位置Ｆjは同時に算出される
ことから、超音波送受波手段Ｘにおける各伝搬路と、超
音波送受波手段Ｙにおける各伝搬路とを互いに直交させ
ることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をそれぞ
れＸ軸およびＹ軸とする２次元の座標に対応させること
ができる。また、各超音波送受波手段における伝搬路ど
うしが互いに隣接していることにより、非圧電板１の上
端面を隙間なく利用できる。図６は各２層構造部におけ
る各圧電基板の異なる２つの電気的境界条件下での位相
速度差から算出した電気機械結合係数ｋ2と、ＳＨ波の
周波数ｆと各圧電基板の厚さｄとの積（ｆｄ）との関係
を示す特性図である。但し、図６では、非圧電板１が、
非圧電板１単体に伝搬する横波速度が４２０３．４ｍ／
ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。各
圧電基板単体に伝搬する横波速度は２４４８．８ｍ／ｓ
である。図６から、０次および１次以上の高次モードの
ＳＨ波は大きなｋ2値を有することが分かる。たとえ
ば、すだれ状電極Ｔ1に加えられる電気的エネルギーが
０次モードのＳＨ波に最も変換されやすいのはｆｄ値が
約０．６ＭＨｚ・ｍｍのときであり、このときｋ2値は
最大値の約３３．８％に達する。なお、ここでのｋ2値
は、弾性表面波用の圧電基板として実用域にあるＬｉＮ
ｂＯ3単結晶が５％程度の値であることと比較しても評
価に値することが明らかである。図７は各２層構造部を
伝搬するＳＨ波の速度分散曲線を示す特性図であり、ｆ
ｄ値に対する各モードの位相速度を示す図である。但
し、図７では、非圧電板１が図６と同様な材質で成る場
合の特性図が示される。●印は、すだれ状電極Ｔ1，
Ｔ2，Ｔ3またはＴ4に加えられる電気的エネルギーが各
モードのＳＨ波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図６
から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示
す。図７から、●印における各位相速度は非圧電板１単
体に伝搬する横波速度および各圧電基板単体に伝搬する
横波速度の平均値（３３２６．１ｍ／ｓ）の近傍にある
ことが分かる。このようにして、各２層構造部を伝搬す
るＳＨ波の位相速度が、非圧電板１単体に伝搬する横波
速度および各圧電基板単体に伝搬する横波速度の平均値
の近傍にあるときのｆｄ値がｋ2の最大値をもたらすこ
とが分かる。図８は図６の１次モードのｋ2の最大値近
傍でのｆｄ値における変位分布を示す特性図である。縦
軸は各２層構造部の深さを規格化した値で示したもの
で、各圧電基板の非圧電板１との界面が深さ０に相当す
る。図８では、各圧電基板の深さ、つまり厚さを１００
とする。このとき、非圧電板１の深さ、つまり厚さは−
２００で表わされるが、図８では−１００までの値が示
されている。横軸の点線は変位成分を、実線は電位成分
を規格化した値で示したものである。図８より、ＳＨ波
がレイリー波的な挙動を示すこと、つまり、非圧電板１
の上端面に効率よく伝搬されることが分かる。これは、
各圧電基板の非圧電板１との界面が電気的に短絡状態に
あることに起因するところが大きい。図９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。
本実施例は非圧電板１、信号処理器４、スイッチ５、増
幅器６、Ｘ軸方向の超音波送受波手段ＸおよびＹ軸方向
の超音波送受波手段Ｙから成る。但し、図１では非圧電
板１および超音波送受波手段ＸおよびＹのみが描かれて
いる。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰT1，ＰT2，Ｐ
T3およびＰT4、圧電基板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4、
入力用すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4、および出
力用すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4から成る。各
超音波送受波手段において、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3およびＲ4はすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4にそ
れぞれ対向し、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4は
圧電基板ＰT1，ＰT2，ＰT3およびＰT4それぞれの上端面
に設けられ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4は圧
電基板ＰR1，ＰR2，ＰR3およびＰR4それぞれの上端面に
設けられている。本実施例では、各すだれ状電極はそれ
ぞれ対応する圧電基板の上端面に設けられているが、下
端面に設けられた構造も可能である。各圧電基板は、そ
れぞれ下端面を介して非圧電板１に固着されている。各
圧電基板の非圧電板１との界面は電気的に短絡状態にあ
る。各超音波送受波手段において、各圧電基板の分極軸
の方向は、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極
指の方向と平行になるような向きに配置され、すだれ状
電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の電極指の方向は、すだれ
状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3およびＴ4の電極指の方向に対し角
αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3および
Ｒ4それぞれの電極指に直交する方向での電極指の周期
長ＰNは、電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、すだれ
状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4それぞれの電極指の方向
での交差幅ＬPは、電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しい
とともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，……，
ｎ）とcosecαとの積に等しい。図１０は図９の超音波
タッチパネルの駆動回路を示す図である。すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端は互いに１つの接続点
で接続され、その接続点は、増幅器６を介して、スイッ
チ５の入力端および信号処理器４の入力端に接続され
る。電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号をス
イッチ５を介してすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3またはＴ4
に入力すると、２層構造部ＢT1，ＢT2，ＢT3またはＢT4
に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振
される。ＳＨ波は、非圧電板１の上端面に伝搬された
後、２層構造部ＢR1，ＢR2，ＢR3またはＢR4に伝搬さ
れ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4によって周波
数ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，…
…，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，
１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換され
る。電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号
ＵＥjの振幅は零であることから、電気信号ＵＥjはすだ
れ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4において検出されるこ
とはない。図９の超音波タッチパネルでは、図４と同様
にして、非圧電板１の上端面における位置Ｆj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を人
指または物体で接触した場合に、その位置を検出するこ
とができる。もしも位置Ｆjに人指または物体が接触す
ると、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4のどれかに
おいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jが出力される。
このとき、電気信号Ｅ-jは電気信号ＵＥjから電気信号
Ｅjを除いた成分と等しく（Ｅ-j＝ＵＥj−Ｅj）なる。
つまり、非圧電板１の上端面を接触しない場合には、電
気信号ＵＥjは均衡がとれて零であったものが、接触に
より超音波の微細伝搬路Ｚjが遮断されると、その微細
伝搬路Ｚjに対応するＳＨ波が周波数ｆjを有する電気信
号Ｅjに変換されることがないので、全体としての均衡
が崩れて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-jが検出される
ことになる。信号処理器４は、まず、すだれ状電極
Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3およびＲ4の出力端を結ぶ接続点において
電気信号Ｅ-jが検出されることにより、非圧電板１に接
触したことを感知し、電気信号Ｅ-jが検出された時に接
続されていたすだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3またはＴ4を判
別することにより、接触位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄ1，
Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を特定する。次に、その特定された
伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4の中の微細伝搬路Ｚjに
対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することに
より特定する。また、電気信号Ｅ-jは、非圧電板１に接
触したときにのみ、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3または
Ｒ4で出力されることから、すだれ状電極Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
またはＴ4と、すだれ状電極Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3またはＲ4と
の間のＳＨ波の伝搬路Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3またはＤ4を遅延素
子とする発振器を構成することができる。超音波送受波
手段Ｘにおける接触位置Ｆjと超音波送受波手段Ｙにお
ける接触位置Ｆjは同時に算出される。超音波送受波手
段Ｘにおける各伝搬路と、超音波送受波手段Ｙにおける
各伝搬路とは互いに直交していることから、互いに直交
するそれらの伝搬路をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする２
次元の座標に対応させることができる。
【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルの第１の構
造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器、位
相比較器および信号処理器から成る簡単な構造を有す
る。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰT0，ＰR0，ＰTi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ），ＰRi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）、すだれ状電極Ｔ0，Ｒ0，Ｔi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）およびＲi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成
る。すだれ状電極Ｔ0，Ｒ0，ＴiおよびＲiは圧電基板Ｐ
T0，ＰR0，ＰTiおよびＰRiそれぞれの上端面または下端
面に設けられている。各圧電基板は、それぞれの下端面
を介して非圧電板の上端面に固着されている。すだれ状
電極Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の
方向に対しそれぞれ角αの傾きを有する。すだれ状電極
Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、
すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosα
との積に等しく、すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での
交差幅ＬPは、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecα
との積に等しいとともに、電極周期長Ｐとcosecαとの
積に等しい。本発明の超音波タッチパネルの第１の構造
では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を
すだれ状電極Ｔ0およびＴiに入力すると、２層構造部Ｂ
T0およびＢTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ電極
周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振され
る。このとき、各圧電基板の分極軸の方向が、すだれ状
電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行であることと、
各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいことか
ら、すだれ状電極Ｔ0およびＴiの電極指に対し垂直な方
向に効率よくＳＨ波が励振される。しかも、各すだれ状
電極の電極指の対数はせいぜい３対もあれば効率よくＳ
Ｈ波が励振される。さらに、各圧電基板の非圧電板との
界面が電気的に短絡状態にあることから、そのＳＨ波
は、非圧電板の上端面に伝搬された後、２層構造部ＢR0
およびＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬される。２
層構造部ＢT0およびＢTiに励振されるＳＨ波は０次モー
ドおよび１次以上の高次モードの波で、ＳＨ波の位相速
度が、非圧電板単体に伝搬する横波速度および各圧電基
板単体に伝搬する横波速度の平均値の近傍にあるとき
に、すだれ状電極Ｔ0およびＴiに加えられる電気的エネ
ルギーからＳＨ波への変換効率が最も大きくなる。２層
構造部ＢR0に伝搬されたＳＨ波は、すだれ状電極Ｒ0に
よって位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力さ
れる。すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅器を介して、
すだれ状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続されるととも
に位相比較器の入力端に接続されていることから、すだ
れ状電極Ｔ0とＲ0との間のＳＨ波の伝搬路を遅延素子と
する発振器を構成することができる。一方、２層構造部
ＢRiに伝搬されたＳＨ波は、各すだれ状電極Ｒiによっ
て位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，
２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換
される。位相θjを合成することにより生ずる位相Ｕθj
は零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる
電気信号ＵＥjの振幅は零であることから、電気信号Ｕ
Ｅjはすだれ状電極Ｒiにおいて検出されることはない。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、非圧電
板の上端面において、すだれ状電極ＴiおよびＲiはＳＨ
波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。
各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0
はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌの垂直二等分線上に
ある。非圧電板の上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を、微細伝
搬路Ｚjに対応させることができ、微細伝搬路Ｚjは位相
θjに対応させることができる。もしも位置Ｆjに人指ま
たは物体が接触すると、すだれ状電極Ｒiにおいて位相
θ-j（θ-j＝Ｕθj−θj）を有する電気信号Ｅ-j（Ｅ-j
＝ＵＥj−Ｅj）が出力される。信号処理器は、まず、電
気信号Ｅ-jを出力したすだれ状電極Ｒiを判別すること
により、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定す
る。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路
Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相差（θbase−θ-j）
に基づいて特定する。 本発明の超音波タッチパネルの
第１の構造では、すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッチ
が接続された構造が可能である。スイッチはすだれ状電
極Ｔiに順次に所定の周期で電気信号を入力する機能を
有する。このとき、すだれ状電極Ｒiの出力端は互いに
１つの接続点で接続される。信号処理器は、まず、この
接続点において電気信号Ｅ-jが検出された時に接続され
ていたすだれ状電極Ｔiを判別することにより、接触し
た位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その
特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接
触位置Ｆjを、位相差（θb ase−θ-j）に基づいて特定
する。本発明の超音波タッチパネルの第２の構造は、非
圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器および信号処
理器から成る。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰTi，
ＰRi、すだれ状電極ＴiおよびＲiから成る。すだれ状電
極ＴiおよびＲiはそれぞれ圧電基板ＰTiおよびＰRiの上
端面または下端面に設けられている。各圧電基板は、そ
れぞれ下端面を介して非圧電板の上端面に固着されてい
る。すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ
状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周期長
ＰNは、すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐとcosαとの積
に等しく、すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅
ＬPは、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積
に等しいとともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，
……，ｎ）とcosecαとの積に等しい。本発明の超音波
タッチパネルの第２の構造では、電極周期長Ｐにほぼ対
応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔiに入力する
ことにより、２層構造部ＢTiに電極周期長Ｐとほぼ等し
い波長を有するＳＨ波を励振し、そのＳＨ波を非圧電板
の上端面に伝搬させた後、２層構造部ＢRiに伝搬させる
ことができる。このＳＨ波は０次モードおよび１次以上
の高次モードの波で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単
体に伝搬する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬
する横波速度の平均値の近傍にあるときに、すだれ状電
極Ｔiから加えられる電気的エネルギーがＳＨ波に変換
される度合を大きくすることができる。２層構造部ＢRi
に伝搬したＳＨ波は、すだれ状電極Ｒiによって周波数
ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，
−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換される。
電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号ＵＥj
の振幅は零であることから、電気信号ＵＥjはすだれ状
電極Ｒiにおいて検出されることはない。本発明の超音
波タッチパネルの第２の構造では、非圧電板の上端面に
おいて、すだれ状電極ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄ
iを形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚjで成り、微
細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌの垂直二
等分線上にある。非圧電板の上端面における位置Ｆ
jを、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。もしも
位置Ｆjに人指または物体が接触すると、すだれ状電極
Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-j（Ｅ-j＝
ＵＥj−Ｅj）が出力される。信号処理器は、まず、電気
信号Ｅ-jを出力したすだれ状電極Ｒiを判別することに
より、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定す
る。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路
Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出するこ
とにより特定する。また、位置Ｆjに接触することによ
ってのみすだれ状電極Ｒiにおいて電気信号Ｅ-jが出力
され、このとき、すだれ状電極ＴiとＲiとの間のＳＨ波
の伝搬路Ｄiを遅延素子とする発振器を構成することが
できる。本発明の超音波タッチパネルの第２の構造で
は、すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッチが接続された
構造が可能である。スイッチはすだれ状電極Ｔiに順次
に所定の周期で電気信号を入力する機能を有する。信号
処理器は、まず、すだれ状電極Ｒiの出力端を結ぶ接続
点において電気信号Ｅ-jが検出された時に接続されてい
たすだれ状電極Ｔiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することにより特定する。
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波
手段における伝搬路Ｄiと、もう一方の超音波送受波手
段における伝搬路Ｄiを互いに直交させる構造を採用す
ることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をＸ軸お
よびＹ軸とする２次元の座標に対応させることが可能と
なり、接触位置の細密な検出が可能となる。また、各超
音波送受波手段における伝搬路Ｄiどうしを互いに隣接
させるかまたは一部分を重複させた構造を採用すること
により、接触位置をさらに細密に検出することが可能と
なる。本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板単体
に伝搬する横波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬する
横波の位相速度よりも大きいような非圧電板が採用され
る。さらに、非圧電板の厚さが各圧電基板の厚さｄより
も大きい構造が採用される。従って、ＳＨ波のレイリー
波的な挙動が促進される。また、各圧電基板の非圧電板
との界面が電気的に短絡状態にあることが、ＳＨ波のレ
イリー波的な挙動をさらに促進させる。
造は、非圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器、位
相比較器および信号処理器から成る簡単な構造を有す
る。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰT0，ＰR0，ＰTi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ），ＰRi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）、すだれ状電極Ｔ0，Ｒ0，Ｔi（ｉ＝１，２，…
…，Ｎ）およびＲi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成
る。すだれ状電極Ｔ0，Ｒ0，ＴiおよびＲiは圧電基板Ｐ
T0，ＰR0，ＰTiおよびＰRiそれぞれの上端面または下端
面に設けられている。各圧電基板は、それぞれの下端面
を介して非圧電板の上端面に固着されている。すだれ状
電極Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極Ｔiの電極指の
方向に対しそれぞれ角αの傾きを有する。すだれ状電極
Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周期長ＰNは、
すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0の電極周期長Ｐとcosα
との積に等しく、すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での
交差幅ＬPは、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecα
との積に等しいとともに、電極周期長Ｐとcosecαとの
積に等しい。本発明の超音波タッチパネルの第１の構造
では、電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を
すだれ状電極Ｔ0およびＴiに入力すると、２層構造部Ｂ
T0およびＢTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）にそれぞれ電極
周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波が励振され
る。このとき、各圧電基板の分極軸の方向が、すだれ状
電極Ｔ0およびＴiの電極指の方向と平行であることと、
各圧電基板の厚さｄが電極周期長Ｐよりも小さいことか
ら、すだれ状電極Ｔ0およびＴiの電極指に対し垂直な方
向に効率よくＳＨ波が励振される。しかも、各すだれ状
電極の電極指の対数はせいぜい３対もあれば効率よくＳ
Ｈ波が励振される。さらに、各圧電基板の非圧電板との
界面が電気的に短絡状態にあることから、そのＳＨ波
は、非圧電板の上端面に伝搬された後、２層構造部ＢR0
およびＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬される。２
層構造部ＢT0およびＢTiに励振されるＳＨ波は０次モー
ドおよび１次以上の高次モードの波で、ＳＨ波の位相速
度が、非圧電板単体に伝搬する横波速度および各圧電基
板単体に伝搬する横波速度の平均値の近傍にあるとき
に、すだれ状電極Ｔ0およびＴiに加えられる電気的エネ
ルギーからＳＨ波への変換効率が最も大きくなる。２層
構造部ＢR0に伝搬されたＳＨ波は、すだれ状電極Ｒ0に
よって位相θbaseを有する電気信号に変換されて出力さ
れる。すだれ状電極Ｒ0の出力端は、増幅器を介して、
すだれ状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続されるととも
に位相比較器の入力端に接続されていることから、すだ
れ状電極Ｔ0とＲ0との間のＳＨ波の伝搬路を遅延素子と
する発振器を構成することができる。一方、２層構造部
ＢRiに伝搬されたＳＨ波は、各すだれ状電極Ｒiによっ
て位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，
……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，
２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換
される。位相θjを合成することにより生ずる位相Ｕθj
は零であり、電気信号Ｅjを合成することにより生ずる
電気信号ＵＥjの振幅は零であることから、電気信号Ｕ
Ｅjはすだれ状電極Ｒiにおいて検出されることはない。
本発明の超音波タッチパネルの第１の構造では、非圧電
板の上端面において、すだれ状電極ＴiおよびＲiはＳＨ
波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）を形成する。
各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）で成り、微細伝搬路Ｚ0
はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌの垂直二等分線上に
ある。非圧電板の上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，…
…，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）を、微細伝
搬路Ｚjに対応させることができ、微細伝搬路Ｚjは位相
θjに対応させることができる。もしも位置Ｆjに人指ま
たは物体が接触すると、すだれ状電極Ｒiにおいて位相
θ-j（θ-j＝Ｕθj−θj）を有する電気信号Ｅ-j（Ｅ-j
＝ＵＥj−Ｅj）が出力される。信号処理器は、まず、電
気信号Ｅ-jを出力したすだれ状電極Ｒiを判別すること
により、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定す
る。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路
Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、位相差（θbase−θ-j）
に基づいて特定する。 本発明の超音波タッチパネルの
第１の構造では、すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッチ
が接続された構造が可能である。スイッチはすだれ状電
極Ｔiに順次に所定の周期で電気信号を入力する機能を
有する。このとき、すだれ状電極Ｒiの出力端は互いに
１つの接続点で接続される。信号処理器は、まず、この
接続点において電気信号Ｅ-jが検出された時に接続され
ていたすだれ状電極Ｔiを判別することにより、接触し
た位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その
特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接
触位置Ｆjを、位相差（θb ase−θ-j）に基づいて特定
する。本発明の超音波タッチパネルの第２の構造は、非
圧電板、２つの超音波送受波手段、増幅器および信号処
理器から成る。各超音波送受波手段は、圧電基板ＰTi，
ＰRi、すだれ状電極ＴiおよびＲiから成る。すだれ状電
極ＴiおよびＲiはそれぞれ圧電基板ＰTiおよびＰRiの上
端面または下端面に設けられている。各圧電基板は、そ
れぞれ下端面を介して非圧電板の上端面に固着されてい
る。すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、すだれ状電極
Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有する。すだれ
状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極指の周期長
ＰNは、すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐとcosαとの積
に等しく、すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅
ＬPは、すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積
に等しいとともに、電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，
……，ｎ）とcosecαとの積に等しい。本発明の超音波
タッチパネルの第２の構造では、電極周期長Ｐにほぼ対
応する周波数の電気信号をすだれ状電極Ｔiに入力する
ことにより、２層構造部ＢTiに電極周期長Ｐとほぼ等し
い波長を有するＳＨ波を励振し、そのＳＨ波を非圧電板
の上端面に伝搬させた後、２層構造部ＢRiに伝搬させる
ことができる。このＳＨ波は０次モードおよび１次以上
の高次モードの波で、ＳＨ波の位相速度が、非圧電板単
体に伝搬する横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬
する横波速度の平均値の近傍にあるときに、すだれ状電
極Ｔiから加えられる電気的エネルギーがＳＨ波に変換
される度合を大きくすることができる。２層構造部ＢRi
に伝搬したＳＨ波は、すだれ状電極Ｒiによって周波数
ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，
−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）にそれぞれ変換される。
電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号ＵＥj
の振幅は零であることから、電気信号ＵＥjはすだれ状
電極Ｒiにおいて検出されることはない。本発明の超音
波タッチパネルの第２の構造では、非圧電板の上端面に
おいて、すだれ状電極ＴiおよびＲiはＳＨ波の伝搬路Ｄ
iを形成する。各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚjで成り、微
細伝搬路Ｚ0はすだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌの垂直二
等分線上にある。非圧電板の上端面における位置Ｆ
jを、微細伝搬路Ｚjに対応させることができる。もしも
位置Ｆjに人指または物体が接触すると、すだれ状電極
Ｒiにおいて周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ-j（Ｅ-j＝
ＵＥj−Ｅj）が出力される。信号処理器は、まず、電気
信号Ｅ-jを出力したすだれ状電極Ｒiを判別することに
より、接触した位置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定す
る。次に、その特定された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路
Ｚjに対応する接触位置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出するこ
とにより特定する。また、位置Ｆjに接触することによ
ってのみすだれ状電極Ｒiにおいて電気信号Ｅ-jが出力
され、このとき、すだれ状電極ＴiとＲiとの間のＳＨ波
の伝搬路Ｄiを遅延素子とする発振器を構成することが
できる。本発明の超音波タッチパネルの第２の構造で
は、すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッチが接続された
構造が可能である。スイッチはすだれ状電極Ｔiに順次
に所定の周期で電気信号を入力する機能を有する。信号
処理器は、まず、すだれ状電極Ｒiの出力端を結ぶ接続
点において電気信号Ｅ-jが検出された時に接続されてい
たすだれ状電極Ｔiを判別することにより、接触した位
置Ｆjが含まれる伝搬路Ｄiを特定する。次に、その特定
された伝搬路Ｄiの中の微細伝搬路Ｚjに対応する接触位
置Ｆjを、周波数ｆ-jを検出することにより特定する。
本発明の超音波タッチパネルでは、一方の超音波送受波
手段における伝搬路Ｄiと、もう一方の超音波送受波手
段における伝搬路Ｄiを互いに直交させる構造を採用す
ることにより、互いに直交するそれらの伝搬路をＸ軸お
よびＹ軸とする２次元の座標に対応させることが可能と
なり、接触位置の細密な検出が可能となる。また、各超
音波送受波手段における伝搬路Ｄiどうしを互いに隣接
させるかまたは一部分を重複させた構造を採用すること
により、接触位置をさらに細密に検出することが可能と
なる。本発明の超音波タッチパネルでは、非圧電板単体
に伝搬する横波の位相速度が各圧電基板単体に伝搬する
横波の位相速度よりも大きいような非圧電板が採用され
る。さらに、非圧電板の厚さが各圧電基板の厚さｄより
も大きい構造が採用される。従って、ＳＨ波のレイリー
波的な挙動が促進される。また、各圧電基板の非圧電板
との界面が電気的に短絡状態にあることが、ＳＨ波のレ
イリー波的な挙動をさらに促進させる。
【図１】本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を
示す平面図。
示す平面図。
【図２】図１の超音波タッチパネルの断面図。
【図３】すだれ状電極Ｒ1を示す平面図。
【図４】各超音波送受波手段におけるすだれ状電極Ｔ1
とＲ1との相互関係を示す図。
とＲ1との相互関係を示す図。
【図５】図１の超音波タッチパネルの駆動回路を示す
図。
図。
【図６】各２層構造部における各圧電基板の異なる２つ
の電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値
と、ｆｄ値との関係を示す特性図。
の電気的境界条件下での位相速度差から算出したｋ2値
と、ｆｄ値との関係を示す特性図。
【図７】各２層構造部を伝搬するＳＨ波の速度分散曲線
を示す特性図。
を示す特性図。
【図８】図６の１次モードのｋ2の最大値近傍でのｆｄ
値における変位分布を示す特性図。
値における変位分布を示す特性図。
【図９】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。
示す平面図。
【図１０】図９の超音波タッチパネルの駆動回路を示す
図。
図。
１ 非圧電板 ２ 増幅器 ３ 位相比較器 ４ 信号処理器 ５ スイッチ ６ 増幅器 ＰT0，ＰR0 圧電基板 ＰT1，ＰT2，ＰT3，ＰT4 圧電基板 ＰR1，ＰR2，ＰR3，ＰR4 圧電基板 Ｔ0，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4 入力用すだれ状電極 Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4 出力用すだれ状電極
Claims (8)
- 【請求項１】 非圧電板、２つの超音波送受波手段、増
幅器、位相比較器および信号処理器から成る超音波タッ
チパネルであって、 前記各超音波送受波手段は、圧電基板ＰT0およびＰR0、
圧電基板ＰTi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、圧電基板ＰRi
（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔ0、
入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）、前
記すだれ状電極Ｔ0に対向する出力用すだれ状電極Ｒ0、
および前記各すだれ状電極Ｔiにそれぞれ対向する出力
用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から成
り、 前記すだれ状電極Ｔ0は前記圧電基板ＰT0の上端面また
は下端面に設けられ、 前記すだれ状電極Ｔiは前記圧電基板ＰTiそれぞれの上
端面または下端面に設けられ、 前記すだれ状電極Ｒ0は前記圧電基板ＰR0の上端面また
は下端面に設けられ、 前記すだれ状電極Ｒiは前記圧電基板ＰRiそれぞれの上
端面または下端面に設けられ、 前記圧電基板ＰT0は、前記圧電基板ＰT0の前記下端面を
介して前記非圧電板の上端面に固着され、 前記圧電基板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、 前記圧電基板ＰR0は、前記圧電基板ＰR0の前記下端面を
介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、 前記圧電基板ＰRiは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、 前記各圧電基板の分極軸の方向は、前記すだれ状電極Ｔ
0およびＴiの電極指の方向と平行であり、 前記各圧電基板の前記非圧電板との界面は電気的に短絡
状態にあり、 前記すだれ状電極Ｒ0の出力端は、前記増幅器を介し
て、前記すだれ状電極Ｔ0およびＴiの入力端に接続され
るとともに前記位相比較器の入力端に接続され、 前記すだれ状電極Ｒiの出力端は前記位相比較器を介し
て前記信号処理器の入力端に接続され、 前記すだれ状電極Ｒ0の電極指の方向と、前記すだれ状
電極Ｔ0の電極指の方向は互いに平行で、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、前記すだれ状
電極Ｔiの電極指の方向に対しそれぞれ角αの傾きを有
し、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極
指の周期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔ0，ＴiおよびＲ0
の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しく、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、
前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等
しいとともに、前記電極周期長Ｐとcosecαとの積に等
しく、 前記すだれ状電極Ｔ0は、前記電極周期長Ｐにほぼ対応
する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧
電基板ＰT0と前記非圧電板から成る２層構造部ＢT0に前
記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有するＳＨ波を励振
し、該ＳＨ波を前記非圧電板に伝搬させた後、前記圧電
基板ＰR0と前記非圧電板から成る２層構造部ＢR0に伝搬
させ、 前記すだれ状電極Ｔiは、前記電極周期長Ｐにほぼ対応
する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧
電基板ＰTiと前記非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ
＝１，２，……，Ｎ）に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい
波長を有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非圧電板
に伝搬させた後、前記圧電基板ＰRiと前記非圧電板から
成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬さ
せ、 前記ＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
波で、 前記ＳＨ波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬する
横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度
の平均値の近傍にあり、 前記各圧電基板の厚さｄは前記電極周期長Ｐよりも小さ
く、 前記すだれ状電極Ｒ0は、前記２層構造部ＢR0に伝搬し
た前記ＳＨ波を位相θb aseを有する電気信号に変換して
出力し、 前記すだれ状電極Ｒiは、前記２層構造部ＢRiに伝搬し
た前記ＳＨ波を位相θj（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，
−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）にそ
れぞれ変換し、 前記位相θjを合成することにより生ずる位相Ｕθjは零
であり、前記電気信号Ｅjを合成することにより生ずる
電気信号ＵＥjの振幅は零であって、前記電気信号ＵＥj
は前記すだれ状電極Ｒiにおいて検出されることはな
く、 前記すだれ状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板の前記上
端面においてＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で成
り、微細伝搬路Ｚ0は前記すだれ状電極Ｔiの前記電極交
差幅Ｌの垂直二等分線上にあり、 前記非圧電板の前記上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，
……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）は、前記
微細伝搬路Ｚjに対応し、 前記微細伝搬路Ｚjは前記位相θjに対応し、 前記すだれ状電極Ｒiは、前記位置Ｆjに人指または物体
が接触したときにのみ、位相θ-jを有する電気信号Ｅ-j
を出力し、 前記位相比較器は前記位相θbaseと前記位相θ-jとの差
を検出し、 前記信号処理器は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前記す
だれ状電極Ｒiを判別し、接触した位置Ｆjを前記位相θ
baseと前記位相θ-jとの差に基づいて特定する超音波タ
ッチパネル。 - 【請求項２】 前記すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッ
チが接続され、 前記スイッチは前記すだれ状電極Ｔiに順次に所定の周
期で電気信号を入力し、 前記すだれ状電極Ｒiの出力
端は互いに１つの接続点で接続され、 前記信号処理器は、前記接続点において前記電気信号Ｅ
-jが検出された時に接続されていた前記すだれ状電極Ｔ
iを判別し、接触した位置Ｆjを前記位相θbaseと前記位
相θ-jとの差に基づいて特定する請求項１に記載の超音
波タッチパネル。 - 【請求項３】 非圧電板、２つの超音波送受波手段、増
幅器および信号処理器から成る超音波タッチパネルであ
って、 前記各超音波送受波手段は、圧電基板ＰTi（ｉ＝１，
２，……，Ｎ）、圧電基板ＰRi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）、入力用すだれ状電極Ｔi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）、および前記すだれ状電極Ｔiそれぞれに対向する
出力用すだれ状電極Ｒi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）から
成り、 前記すだれ状電極Ｔiはそれぞれ前記圧電基板ＰTiの上
端面または下端面に設けられ、 前記すだれ状電極Ｒiはそれぞれ前記圧電基板ＰRiの上
端面または下端面に設けられ、 前記圧電基板ＰTiは、前記圧電基板ＰTiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の上端面に固着され、 前記圧電基板ＰRiは、前記圧電基板ＰRiそれぞれの前記
下端面を介して前記非圧電板の前記上端面に固着され、 前記圧電基板ＰTiおよびＰRiの分極軸の方向は、前記す
だれ状電極Ｔiの電極指の方向と平行であり、 前記各圧電基板の前記非圧電板との界面は電気的に短絡
状態にあり、 前記すだれ状電極Ｒiの出力端は互いに１つの接続点で
接続され、前記接続点は前記増幅器を介して前記すだれ
状電極Ｔiの入力端および前記信号処理器の入力端に接
続され、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向は、前記すだれ状
電極Ｔiの電極指の方向に対し角αの傾きを有し、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指に直交する方向での電極
指の周期長ＰNは、前記すだれ状電極Ｔiの電極周期長Ｐ
とcosαとの積に等しく、 前記すだれ状電極Ｒiの電極指の方向での交差幅ＬPは、
前記すだれ状電極Ｔiの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等
しいとともに、前記電極周期長ＰのＮ倍（Ｎ＝１，２，
……，ｎ）とcosecαとの積に等しく、 前記すだれ状電極Ｔiは、前記電極周期長Ｐにほぼ対応
する周波数の電気信号を入力されることにより、前記圧
電基板ＰTiと前記非圧電板から成る２層構造部ＢTi（ｉ
＝１，２，……，Ｎ）に前記電極周期長Ｐとほぼ等しい
波長を有するＳＨ波を励振し、該ＳＨ波を前記非圧電板
に伝搬させた後、前記圧電基板ＰRiと前記非圧電板から
成る２層構造部ＢRi（ｉ＝１，２，……，Ｎ）に伝搬さ
せ、 前記ＳＨ波は０次モードおよび１次以上の高次モードの
波で、 前記ＳＨ波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬する
横波速度および前記各圧電基板単体に伝搬する横波速度
の平均値の近傍にあり、 前記各圧電基板の厚さｄは、前記電極周期長Ｐよりも小
さく、 前記すだれ状電極Ｒiは、前記２層構造部ＢRiに伝搬し
た前記ＳＨ波を周波数ｆj（ｊ＝ｘ，……，２，１，
０，−１，−２，……，−ｘ）を有する電気信号Ｅ
j（ｊ＝ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−
ｘ）にそれぞれ変換し、 前記電気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号
ＵＥjの振幅は零であって、前記電気信号ＵＥjは前記す
だれ状電極Ｒiにおいて検出されることはなく、 前記すだれ状電極ＴiおよびＲiは前記非圧電板の前記上
端面においてＳＨ波の伝搬路Ｄi（ｉ＝１，２，……，
Ｎ）を形成し、前記各伝搬路Ｄiは微細伝搬路Ｚj（ｊ＝
ｘ，……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）で成
り、微細伝搬路Ｚ0は前記すだれ状電極Ｔiの前記電極交
差幅Ｌの垂直二等分線上にあり、 前記非圧電板の前記上端面における位置Ｆj（ｊ＝ｘ，
……，２，１，０，−１，−２，……，−ｘ）は、前記
微細伝搬路Ｚjに対応し、 前記すだれ状電極Ｒiは、前記位置Ｆjに人指または物体
が接触したときにのみ、周波数ｆ-jを有する電気信号Ｅ
-jを出力し、 前記信号処理器は、前記電気信号Ｅ-jを出力した前記す
だれ状電極Ｒiを判別することと前記周波数ｆ-jを検出
することにより接触した位置Ｆjを特定する超音波タッ
チパネル。 - 【請求項４】 前記すだれ状電極Ｔiの入力端にスイッ
チが接続され、 前記スイッチは前記すだれ状電極Ｔiに順次に所定の周
期で電気信号を入力し、 前記信号処理器は、前記接続
点において前記電気信号Ｅ-jが検出された時に接続され
ていた前記すだれ状電極Ｔiを判別することと前記周波
数ｆ-jを検出することにより接触した位置Ｆjを特定す
る請求項３に記載の超音波タッチパネル。 - 【請求項５】 一方の前記超音波送受波手段における前
記伝搬路Ｄiと、もう一方の前記超音波送受波手段にお
ける前記伝搬路Ｄiは互いに直交している請求項１，
２，３または４に記載の超音波タッチパネル。 - 【請求項６】 前記各超音波送受波手段における前記伝
搬路Ｄiは互いに隣接するかまたは一部分を重複させて
いる請求項１，２，３，４または５に記載の超音波タッ
チパネル。 - 【請求項７】 前記非圧電板の厚さは前記各圧電基板の
厚さｄよりも大きく、 前記非圧電板は、前記非圧電板単体に伝搬する横波の位
相速度が前記各圧電基板単体に伝搬する横波の位相速度
よりも大きい物質で成る請求項１，２，３，４，５また
は６に記載の超音波タッチパネル。 - 【請求項８】 前記各圧電基板が圧電セラミックで成る
請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波
タッチパネル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21597497A JPH1145148A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 超音波タッチパネル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21597497A JPH1145148A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 超音波タッチパネル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1145148A true JPH1145148A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16681331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21597497A Pending JPH1145148A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 超音波タッチパネル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1145148A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4562294B2 (ja) * | 2001-01-26 | 2010-10-13 | 富士通株式会社 | タッチパネル装置 |
-
1997
- 1997-07-25 JP JP21597497A patent/JPH1145148A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4562294B2 (ja) * | 2001-01-26 | 2010-10-13 | 富士通株式会社 | タッチパネル装置 |
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