JPH0643995A - 超音波タッチパネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波送受波装置を非圧電基板に備えること
によりその非圧電基板に触指したことを感知する超音波
タッチパネルを提供する。 【構成】 超音波デバイスＡのすだれ状電極２から電気
信号を入力するとその電気信号の周波数のうち超音波デ
バイスＡのすだれ状電極２の示す中心周波数とその近傍
の周波数の電気信号のみが弾性表面波に変換されて超音
波デバイスＡの圧電磁器薄板１を伝搬し、さらにガラス
基板３を伝搬する。ガラス基板３を伝搬している弾性表
面波のうち超音波デバイスＢのすだれ状電極２の示す中
心周波数とその近傍の周波数の弾性表面波のみが電気信
号に変換されて超音波デバイスＢのすだれ状電極２から
出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波送受波装置を非圧
電基板に備えることにより、その非圧電基板に人指また
は物体が接触したことを感知する超音波タッチパネルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタッチパネルには抵抗膜を用いる
方法と超音波を用いる方法が主に挙げられる。抵抗膜を
用いる方法は透明導電性フィルム（抵抗膜）に触指する
ことによりその透明導電性フィルムの抵抗値が変化する
ものであり、低消費電力であるものの応答時間、感度、
耐久性等の点で問題を有している。超音波を用いる方法
は予め弾性表面波を励振させておいた非圧電基板に触指
することによりその弾性表面波が減衰するものである。
非圧電基板に弾性表面波を励振する従来の方法として
は、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサ
により間接的に励振する方法、圧電薄膜トランスデュー
サにより直接的に励振する方法等が挙げられる。くさび
形トランスデューサは超音波による非破壊検査等に用い
られているが、くさび角の工作精度の問題等から比較的
低い周波数領域においてのみ用いられる。圧電薄膜トラ
ンスデューサはＺｎＯ等の圧電薄膜を基板に蒸着しすだ
れ状電極により弾性表面波を励振する方法で、すだれ状
電極の構成により種々の伝送特性を示すことから高周波
デバイスとして用いられるが、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯に限ら
れるとともに加工性や量産性に問題がある。このように
して、従来の方法では応答時間、感度、耐久性、工作精
度、加工性および量産性等に問題があり、使用周波数領
域も制限されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加工
性、耐久性および量産性に優れ、低消費電力で効率良く
弾性表面波を非圧電基板に励振することができ、非圧電
基板に触指することによる弾性表面波の減衰に対する応
答時間が短く感度の良い超音波タッチパネルを提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
タッチパネルは、超音波デバイスＡおよびＢで成る超音
波送受波装置を非圧電基板の一方の板面上に少なくとも
１つ設けて成る超音波タッチパネルにおいて、前記超音
波デバイスＡは圧電薄板ａに少なくとも１組のすだれ状
電極Ｐを備えて成り、前記超音波デバイスＢは圧電薄板
ｂに少なくとも１組のすだれ状電極Ｑを備えて成り、前
記すだれ状電極Ｐに電気信号を入力し前記非圧電基板の
前記一方の板面に弾性表面波を励振する手段と、前記非
圧電基板に励振された該弾性表面波に応じて前記すだれ
状電極Ｑに現れる電気信号を出力する手段とが設けてあ
り、前記すだれ状電極ＰとＱとは前記弾性表面波の送受
波の指向軸を共通にして互いに１対１に対をなして配置
されていて、前記非圧電基板の前記一方の板面における
前記弾性表面波の伝搬路の一部に人指または物体が接触
したことを、前記すだれ状電極Ｑに出力される前記電気
信号の大きさから感知することを特徴とする。

【０００５】請求項２に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板ａまたはｂの厚さが前記すだれ状電極Ｐま
たはＱの電極周期長以下であって、前記すだれ状電極Ｐ
またはＱの電極周期長は１次モードまたは２次以上のモ
ードの弾性表面波の波長にほぼ等しいことを特徴とす
る。

【０００６】請求項３に記載の超音波タッチパネルは、
前記１次モードまたは２次以上の前記モードの弾性表面
波の位相速度が前記非圧電基板単体に励振される弾性表
面波の伝搬速度にほぼ等しいことを特徴とする。

【０００７】請求項４に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板ａまたはｂが圧電セラミックで成り、該圧
電セラミックの分極軸の方向は該圧電セラミックの厚さ
方向と平行であることを特徴とする。

【０００８】請求項５に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板ａまたはｂがＰＶＤＦその他の高分子圧電
フィルムで成ることを特徴とする。

【０００９】請求項６に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板ａまたはｂが前記すだれ状電極ＰまたはＱ
が設けられている方の板面を介して前記非圧電基板に固
着されていることを特徴とする。

【００１０】請求項７に記載の超音波タッチパネルは、
前記圧電薄板ａまたはｂの前記すだれ状電極ＰまたはＱ
が設けられていない方の板面がそれぞれ金属薄膜で被覆
されていることを特徴とする。

【００１１】請求項８に記載の超音波タッチパネルは、
前記超音波送受波装置が前記非圧電基板の前記一方の板
面に少なくとも２つ設けてあり、一方の前記超音波送受
波装置における前記超音波デバイスＡ，Ｂ間の弾性表面
波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波装置におけ
る前記超音波デバイスＡ，Ｂ間の弾性表面波の伝搬路と
が互いに直交していることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の超音波タッチパネルは、圧電薄板とす
だれ状電極とから成る超音波デバイスＡおよびＢから成
る超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板面に設けて
成る簡単な構造を有する。超音波デバイスＡのすだれ状
電極Ｐを入力用としすだれ状電極Ｐから電気信号を入力
する構造を採用することにより、非圧電基板に１次モー
ドまたは２次以上のモードの弾性表面波を励振させるこ
とができる。このときこの弾性表面波の位相速度が非圧
電基板単体における弾性表面波の伝搬速度にほぼ等しく
なるような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｐ
から加えられる電気的エネルギーが弾性表面波に変換さ
れる度合を大きくすることができるだけでなく、圧電薄
板と非圧電基板との界面での音響インピーダンスの不整
合等によって生じる反射等を除去することができる。こ
のようにして、低消費電力で高電圧を印加すること無し
に効率良く弾性表面波を非圧電基板に励振することがで
きる。また、超音波デバイスＢのすだれ状電極Ｑを出力
用とする構造を採用するとともに、すだれ状電極ＰとＱ
とを弾性表面波の送受波の指向軸が共通になるように互
いに１対１に対を成すような構造を採用することによ
り、非圧電基板に励振されている弾性表面波をすだれ状
電極Ｑから電気信号として出力させることができる。本
発明の超音波タッチパネルの駆動時、非圧電基板の板面
における弾性表面波の伝搬路、つまりすだれ状電極Ｐ，
Ｑ間の一部が人指または物体に接触されるとその弾性表
面波が消滅または減衰する。従って、それに伴ってすだ
れ状電極Ｑに出力される電気信号も消滅または減衰す
る。このようにして、本発明の超音波タッチパネルは応
答時間が短く感度が良い。

【００１３】超音波デバイスにおける圧電薄板の厚さを
すだれ状電極の電極周期長以下にし、すだれ状電極の電
極周期長を１次モードまたは２次以上のモードの弾性表
面波の波長にほぼ等しくする構造を採用することによ
り、すだれ状電極から加えられる電気的エネルギーが弾
性表面波に変換される度合を大きくすることができるだ
けでなく、圧電薄板と非圧電基板との界面での音響イン
ピーダンスの不整合等によって生じる反射等を除去する
ことができる。なお、すだれ状電極の電極周期長すなわ
ち弾性表面波の波長λに対する圧電薄板の厚さｄの割合
（ｄ／λ）が小さいほど効果は大きい。

【００１４】圧電薄板として圧電セラミックを採用し、
その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方向とを平行
にする構造を採用することにより、非圧電基板に効率よ
く１次モードまたは２次以上のモードの弾性表面波を励
振することができる。

【００１５】圧電薄板としてＰＶＤＦその他の高分子圧
電フィルムを採用することにより、非圧電基板に効率よ
く１次モードまたは２次以上のモードの弾性表面波を励
振することができる。

【００１６】すだれ状電極を圧電薄板と非圧電基板との
界面に設け圧電薄板の空気側を電気的に短絡状態にした
構造を採用することにより、すだれ状電極に加えられる
電気的エネルギーを効率よく弾性表面波に変換すること
ができる。電気的に短絡状態にするには板面に金属薄膜
を被覆する方法が有効である。

【００１７】超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板
面に少なくとも２つ設ける構造を採用し、しかも一方の
前記超音波送受波装置における超音波デバイスＡ，Ｂ間
の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波
装置における超音波デバイスＡ，Ｂ間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用することにより、
非圧電基板における触指部分の特定ができる。これは超
音波送受波装置の数が多い程きめ細かな特定が可能とな
る。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の超音波タッチパネルの第１の
実施例を示す断面図である。本実施例は超音波デバイス
Ａ，Ｂおよびガラス基板３から成る。超音波デバイスＡ
およびＢはそれぞれ圧電磁器薄板１およびすだれ状電極
２から成る。圧電磁器薄板１は厚さ２２０μｍのＴＤＫ
製９１Ａ材（製品名）で成る。すだれ状電極２はアルミ
ニウム薄膜で成る。ガラス基板３は厚さ１．９ｍｍの硼
珪酸ガラスで成る。すだれ状電極２は圧電磁器薄板１上
に設けられている。圧電磁器薄板１はガラス基板３上に
設けられている。圧電磁器薄板１は厚さ約２０μｍのエ
ポキシ系樹脂によってガラス基板３上に固着されてい
る。すだれ状電極２は１０対の電極指を有する正規型の
ものであり、電極周期長は６４０μｍ、中心周波数は
５．１ＭＨｚである。超音波デバイスＡのすだれ状電極
２は入力用として用いられ、超音波デバイスＢのすだれ
状電極２は出力用として用いられる。超音波デバイスＡ
のすだれ状電極２から電気信号を入力するとその電気信
号の周波数のうち超音波デバイスＡのすだれ状電極２の
示す中心周波数とその近傍の周波数の電気信号のみが弾
性表面波に変換されて超音波デバイスＡの圧電磁器薄板
１を伝搬し、さらにガラス基板３を伝搬する。ガラス基
板３を伝搬している弾性表面波のうち超音波デバイスＢ
のすだれ状電極２の示す中心周波数とその近傍の周波数
の弾性表面波のみが電気信号に変換されて超音波デバイ
スＢのすだれ状電極２から出力される。このようにし
て、超音波デバイスＡおよびＢは１組の超音波送受波装
置を構成している。図１の超音波タッチパネルの駆動
時、ガラス基板３上の超音波デバイスＡ，Ｂの間の領域
が人指または物体に接触されると超音波デバイスＡ，Ｂ
間を伝搬している弾性表面波が減衰する。従って、それ
に伴って超音波デバイスＢのすだれ状電極２に出力され
る電気信号も減衰する。このようにして、ガラス基板３
に人指または物体が接触したことが感知される。

【００１９】図２は図１の超音波タッチパネルを伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、弾性
表面波の周波数ｆと圧電磁器薄板１の厚さｄとの積に対
する各モードの位相速度を示す図である。但し、圧電磁
器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス基板３と接触する
方の板面（ガラス側板面）が電気的に開放状態にあって
もう一方の空気に接触する方の板面（空気側板面）が電
気的に短絡状態にあるものと、圧電磁器薄板１のガラス
側板面と空気側板面とが共に電気的に短絡状態にあるも
のを用いた。本実施例においては圧電磁器薄板１の板面
に金属薄膜を被覆することによりその板面を電気的に短
絡状態にしている。本図において“ｓｈｏｒｔ”は短絡
状態を、“ｏｐｅｎ”は開放状態であることを示す。弾
性表面波には複数個のモードがある。零次モードは基本
レイリー波であり、零次モードはｆｄ値が零のときガラ
ス基板３のレイリー波速度に一致していて、ｆｄ値が大
きくなるにつれて圧電磁器薄板１のレイリー波速度に収
束している。１次以上のモードではカットオフ周波数が
存在し、ｆｄ値がそれぞれの最小のときガラス基板３の
横波速度に収束している。本図において○印は実測値を
示す。

【００２０】図３は図１の超音波タッチパネルを伝搬す
る弾性表面波の速度分散曲線を示す特性図であり、弾性
表面波の周波数ｆと圧電磁器薄板１の厚さｄとの積に対
する各モードの位相速度を示す図である。但し、圧電磁
器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板面と空気側板
面とが共に電気的に開放状態にあるものと、圧電磁器薄
板１のガラス側板面が電気的に短絡状態にあって空気側
板面が電気的に開放状態にあるものを用いた。零次モー
ドではｆｄ値が零のときガラス基板３のレイリー波速度
に一致していて、ｆｄ値が大きくなるにつれて圧電磁器
薄板１のレイリー波速度に収束している。１次以上のモ
ードではカットオフ周波数が存在し、ｆｄ値がそれぞれ
の最小のときガラス基板３の横波速度に収束している。
本図において○印は実測値を示す。

【００２１】図４は圧電磁器薄板１の異なる２つの電気
的境界条件下での位相速度差から算出した実効的電気機
械結合係数ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板
面にすだれ状電極２（ＩＤＴ）を設け空気側板面を電気
的に短絡状態にしたものを用いている。高次モードのｋ
² は零次モードに比べて大きな値を示す。特に１次モー
ドではｆｄ＝０．９ＭＨｚ・ｍｍにおいてｋ² ＝１７．
７％という最大値を示している。

【００２２】図５は圧電磁器薄板１の異なる２つの電気
的境界条件下での位相速度差から算出した実効的電気機
械結合係数ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板
面にすだれ状電極２を設け空気側板面を電気的に開放状
態にしたものを用いている。高次モードのｋ² は零次モ
ードに比べて大きな値を示す。

【００２３】図６は圧電磁器薄板１の異なる２つの電気
的境界条件下での位相速度差から算出した実効的電気機
械結合係数ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板
面を電気的に短絡状態にし空気側板面にすだれ状電極２
を設けたものを用いている。

【００２４】図７は圧電磁器薄板１の異なる２つの電気
的境界条件下での位相速度差から算出した実効的電気機
械結合係数ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図である。
但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板
面を電気的に開放状態にし空気側板面にすだれ状電極２
を設けたものを用いている。

【００２５】図２〜７より、１次以上のモードでは図１
の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面波の速度がガ
ラス基板３単体を伝搬する弾性表面波の速度と等しいと
きｋ² が最大値を示すことがわかる。

【００２６】図４〜７より、圧電磁器薄板１のガラス側
板面にすだれ状電極２を設け空気側板面を電気的に短絡
状態にした構造においてすだれ状電極２に加えられる電
気的エネルギーが弾性表面波に変換される度合が大きく
なることがわかる。

【００２７】図８は１次モードにおけるｋ² の最大値近
傍のｆｄ値（１．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示す
特性図である。但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板
１のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放状
態にあるものを用いている。Ｕ₁ ，Ｕ₃ はそれぞれ水平
成分、垂直成分の変位を示している。縦軸は圧電磁器薄
板１の厚さ（Ｘ₃ ）方向の長さ（深さ）を厚さｄで規格
化したものである。本図において深さ０は圧電磁器薄膜
１とガラス基板３との界面を示す。横軸はそれぞれの成
分の変位を最大値（Ｕ₁ ² ＋Ｕ₃ ²）^1/2で規格化したもの
である。１次モードのガラス基板３中の変位成分の割合
は５８％である。

【００２８】図９は２次モードにおけるｋ² の最大値近
傍のｆｄ値（２．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示す
特性図である。但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板
１のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放状
態にあるものを用いている。２次モードのガラス基板３
中の変位成分の割合は５２％である。

【００２９】図１０は３次モードにおけるｋ² の最大値
近傍のｆｄ値（３．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示
す特性図である。但し、圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄
板１のガラス側板面と空気側板面とが共に電気的に開放
状態にあるものを用いている。３次モードのガラス基板
３中の変位成分の割合は４７％である。

【００３０】図１１は零次モードにおけるｆｄ＝０．７
ＭＨｚ・ｍｍでの変位分布を示す特性図である。但し、
圧電磁器薄板１は、圧電磁器薄板１のガラス側板面が電
気的に開放状態にあって空気側板面が電気的に短絡状態
にあるものを用いた。すだれ状電極２は空気側に設けら
れている。零次モードの波は圧電磁器薄板１の表面近傍
に集中している波であり、ｆｄ値が∞で圧電磁器薄板１
の表面波に収束する波である。

【００３１】図８〜１１より、ガラス基板３へ弾性表面
波を励振するためには１次モードまたは２次以上の高次
モードの使用が有効であることがわかる。これはガラス
基板３中の変位成分が大きいモードの方が有効であるか
らである。

【００３２】図１に示す超音波タッチパネルにおいてガ
ラス基板３に弾性表面波を励振する場合、圧電磁器薄板
１とガラス基板３との界面で音響インピーダンスの不整
合等によって生じる反射等を考慮する必要がある。反射
係数を最小にする手段としては、超音波タッチパネルに
おける表面波速度とガラス基板３単体の表面波速度とが
等しくなるように超音波タッチパネルを設計すること、
表面波の波長λに対する圧電磁器薄板１の厚さｄの割合
（ｄ／λ）が小さくなるように超音波タッチパネルを設
計すること等が挙げられる。ｄ値が一定である場合には
３次よりは２次、２次よりは１次モードの方が有効であ
る。

【００３３】図１２は図２のｆｄ値を弾性表面波の波数
ｋとｄとの積（ｋｄ）または弾性表面波の波長λに対す
るｄの割合（ｄ／λ）に換算した場合の速度分散曲線を
示す特性図である。本図からも明らかなように、弾性表
面波の波長λに対し圧電磁器薄板１の厚さｄが小さくな
るように超音波タッチパネルを設計すればガラス基板３
に効率よく弾性表面波を励振できることが分かる。

【００３４】図１３は本発明の超音波タッチパネルの第
２の実施例を示す平面図である。本実施例は１４個の超
音波デバイスＸ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｙ1，Ｙ
2，Ｙ3，Ｙ4，Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4をガラス基板６に設
けて成る。超音波デバイスＸ1，Ｘ2，Ｘ3およびＹ1，Ｙ
2，Ｙ3，Ｙ4は出力用に用いられ、超音波デバイスＴ1，
Ｔ2，Ｔ3およびＵ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4は入力用に用いられ
る。このようにして前記１４個の超音波デバイスから７
組の超音波送受波装置が構成されている。ガラス基板６
は長さ７０ｍｍ、幅５５ｍｍ、厚さ１．９ｍｍのパイレ
ックスガラスで成る。前記１４個の超音波デバイスは同
一の材質から成り、同一の形状を成し、同一の機能を果
たす。

【００３５】図１４は図１３に示す超音波デバイスＸ1
の斜視図である。超音波デバイスＸ1は圧電磁器薄板４
およびすだれ状電極５から成る。圧電磁器薄板４は長さ
１０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２２０μｍのＴＤＫ製９１
Ａ材（製品名）で成る。すだれ状電極５はアルミニウム
薄膜で成る。すだれ状電極５は圧電磁器薄板４上に設け
られている。圧電磁器薄板４は厚さ約２０μｍのエポキ
シ系樹脂によってガラス基板６上に固着されている。す
だれ状電極５は１０対の電極指を有する正規型のもので
あり、電極周期長は６４０μｍ、電極交叉幅は５ｍｍで
ある。

【００３６】図１３に示す超音波タッチパネルの駆動
時、ガラス基板６上における７組の超音波送受波装置に
よって構成される弾性表面波の伝搬路、たとえば２つの
超音波デバイスＸ1，Ｔ1間の領域とＹ1，Ｕ1間の領域と
の交叉する領域が人指または物体に接触されると、前記
交叉領域を伝搬している弾性表面波が減衰する。従っ
て、それに伴って超音波デバイスＸ1のすだれ状電極５
および超音波デバイスＹ1のすだれ状電極５に出力され
る電気信号も減衰する。このようにして、ガラス基板６
に人指または物体が接触したことが感知されるばかりで
なく、その位置がＸ軸方向およびＹ軸方向の座標から読
み取れる。

【００３７】図１５は図１３に示す超音波タッチパネル
をｒｆパルスを用いて駆動する場合の構成図である。入
力用すだれ状電極にｒｆパルスが印加されると出力用
すだれ状電極に電気信号が出力され、その電気信号
は増幅器によって増幅される。増幅器から出力された電
気信号は倍電圧整流器により直流電圧に変換され
る。このときガラス基板６上を触指した場合と触指しな
い場合とでは直流電圧に差が生じる。スレッシュホー
ルド電圧を適切な値に設定すれば、触指した場合と触指
しない場合における直流電圧をコンパレータを使用す
ることによりそれぞれ２つの所定の値の電圧に設定で
きる。触指した場合の電圧は０Ｖであり、触指しない
場合の電圧は５Ｖであった。

【００３８】図１６は図１３に示す超音波タッチパネル
を遅延線発振器を形成して駆動する場合の構成図であ
る。入力用すだれ状電極に電気信号が入力されると出力
用すだれ状電極に電気信号が出力され増幅器によって増
幅される。増幅器から出力された電気信号は倍電圧整
流器により直流電圧に変換される。このときガラス基
板６上を触指した場合と触指しない場合とでは直流電圧
に差が生じる。スレッシュホールド電圧を適切な値に
設定すれば、触指した場合と触指しない場合における直
流電圧をコンパレータを使用することによりそれぞれ
２つの所定の値の電圧に設定できる。この遅延線発振器
による方法はパルス発生器が不要であるから装置のさら
なる小型化が可能である。

【００３９】図１７は図１６に示す遅延線発振器におけ
る発振のスペクトルを示す特性図である。ｆｏは基本波
を示し５．１１８６ＭＨｚである。図１３に示す超音波
タッチパネルを１次モードで設計していることから、他
のモードの影響を受けずに安定な発振を得ることができ
た。また、表面波がほとんど広がることなく伝搬するこ
とから、他の波の影響を受けずに容易に発振した。

【００４０】図１８および図１９は図１３に示す超音波
タッチパネルの入出力すだれ状電極間における周波数に
対する挿入損失と位相との関係を示す特性図である。た
だし図１８はガラス基板６上を触指しない場合を、図１
９はガラス基板６上を触指した場合を示す。触指したこ
とにより挿入損失が−３６．２ｄＢから−４６．０ｄＢ
に約１０ｄＢ変化するとともに、位相の乱れが生じてい
ることが確認された。この挿入損失の変化はタッチパネ
ルの信号処理を行う上で十分な変化である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルによれば、
超音波デバイスＡのすだれ状電極Ｐを入力用としすだれ
状電極Ｐから電気信号を入力する構造を採用することに
より、非圧電基板に弾性表面波を励振させることができ
る。このときこの弾性表面波の位相速度が非圧電基板単
体における弾性表面波の伝搬速度にほぼ等しくなるよう
な構造を採用することにより、すだれ状電極Ｐから加え
られる電気的エネルギーが弾性表面波に変換される度合
を大きくすることができるだけでなく、圧電薄板と非圧
電基板との界面での音響インピーダンスの不整合等によ
って生じる反射等を除去することができる。超音波デバ
イスＢのすだれ状電極Ｑを出力用とする構造を採用する
とともに、すだれ状電極ＰとＱとを弾性表面波の送受波
の指向軸が共通になるように互いに１対１に対を成すよ
うな構造を採用することにより、非圧電基板に励振され
ている弾性表面波をすだれ状電極Ｑから電気信号として
出力させることができる。非圧電基板の板面における弾
性表面波の伝搬路の一部が人指または物体に接触される
とその弾性表面波が消滅または減衰するから、それに伴
ってすだれ状電極Ｑに出力される電気信号も消滅または
減衰する。このようにして、本発明の超音波タッチパネ
ルは低消費電力で高電圧を用いること無しに効率良く弾
性表面波を非圧電基板に励振することができるだけでな
く、応答時間が短く感度も良い。

【００４２】すだれ状電極の電極周期長すなわち弾性表
面波の波長λに対する圧電薄板の厚さｄの割合（ｄ／
λ）をできるだけ小さくし、すだれ状電極の電極周期長
を１次モードまたは２次以上のモードの弾性表面波の波
長にほぼ等しくする構造を採用することにより、すだれ
状電極から加えられる電気的エネルギーが弾性表面波に
変換される度合を大きくすることができるだけでなく、
圧電薄板と非圧電基板との界面での音響インピーダンス
および場の不整合等によって生じる反射等を除去するこ
とができる。なお、圧電薄板の厚さｄを一定にする構造
を採用するならば、すだれ状電極の電極周期長を３次よ
りは２次、２次よりは１次モードの弾性表面波の波長に
ほぼ等しくする構造を併用することにより効果が増大す
る。

【００４３】圧電薄板として圧電セラミック、ＰＶＤＦ
その他の高分子圧電フィルムを採用することにより、非
圧電基板に効率よく１次モードまたは２次以上のモード
の弾性表面波を励振することができる。圧電セラミック
はその分極軸の方向を厚さ方向と一致させる構造を採用
することにより、非圧電基板に効率よく１次モードまた
は２次以上のモードの弾性表面波を励振することができ
る。

【００４４】すだれ状電極を圧電薄板と非圧電基板との
界面に設け圧電薄板の空気側を電気的に短絡状態にした
構造を採用することにより、すだれ状電極に加えられる
電気的エネルギーを効率よく弾性表面波に変換すること
ができる。電気的に短絡状態にするには板面に金属薄膜
を被覆する方法が有効である。

【００４５】超音波送受波装置を非圧電基板の一方の板
面に少なくとも２つ設ける構造を採用し、しかも一方の
前記超音波送受波装置における超音波デバイスＡ，Ｂ間
の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超音波送受波
装置における超音波デバイスＡ，Ｂ間の弾性表面波の伝
搬路とを互いに直交させる構造を採用することにより、
非圧電基板に触指したことが感知されるばかりでなく、
触指部分の特定ができる。これは超音波送受波装置の数
が多い程きめ細かな特定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波タッチパネルの第１の実施例を
示す断面図。

【図２】図１の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面
波の速度分散曲線を示す特性図。

【図３】図１の超音波タッチパネルを伝搬する弾性表面
波の速度分散曲線を示す特性図。

【図４】圧電磁器薄板１の異なる２つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図。

【図５】圧電磁器薄板１の異なる２つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図。

【図６】圧電磁器薄板１の異なる２つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図。

【図７】圧電磁器薄板１の異なる２つの電気的境界条件
下での位相速度差から算出した実効的電気機械結合係数
ｋ² とｆｄ値との関係を示す特性図。

【図８】１次モードにおけるｋ² の最大値近傍のｆｄ値
（１．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示す特性図。

【図９】２次モードにおけるｋ² の最大値近傍のｆｄ値
（２．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示す特性図。

【図１０】３次モードにおけるｋ² の最大値近傍のｆｄ
値（３．０ＭＨｚ・ｍｍ）での変位分布を示す特性図。

【図１１】零次モードにおけるｆｄ＝０．７ＭＨｚ・ｍ
ｍでの変位分布を示す特性図。

【図１２】図２のｆｄ値を弾性表面波の波数ｋとｄとの
積（ｋｄ）または弾性表面波の波長λに対するｄの割合
（ｄ／λ）に換算した場合の速度分散曲線を示す特性
図。

【図１３】本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例
を示す平面図。

【図１４】図１３に示す超音波デバイスＸ1の斜視図。

【図１５】図１３に示す超音波タッチパネルをｒｆパル
スを用いて駆動する場合の構成図。

【図１６】図１３に示す超音波タッチパネルを遅延線発
振器を形成して駆動する場合の構成図。

【図１７】図１６に示す遅延線発振器における発振のス
ペクトルを示す特性図。

【図１８】図１３に示す超音波タッチパネルの入出力す
だれ状電極間における周波数に対する挿入損失と位相と
の関係を示す特性図。

【図１９】図１３に示す超音波タッチパネルの入出力す
だれ状電極間における周波数に対する挿入損失と位相と
の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１ 圧電磁器薄板 ２ すだれ状電極 ３ ガラス基板 ４ 圧電磁器薄板 ５ すだれ状電極 ６ ガラス基板 Ａ，Ｂ 超音波デバイス Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3 超音波デバイス Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3 超音波デバイス Ｙ1，Ｙ2，Ｙ3，Ｙ4 超音波デバイス Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4 超音波デバイス

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波デバイスＡおよびＢで成る超音波
   送受波装置を非圧電基板の一方の板面上に少なくとも１
   つ設けて成る超音波タッチパネルにおいて、 前記超音波デバイスＡは圧電薄板ａに少なくとも１組の
   すだれ状電極Ｐを備えて成り、前記超音波デバイスＢは
   圧電薄板ｂに少なくとも１組のすだれ状電極Ｑを備えて
   成り、 前記すだれ状電極Ｐに電気信号を入力し前記非圧電基板
   の前記一方の板面に弾性表面波を励振する手段と、前記
   非圧電基板に励振された該弾性表面波に応じて前記すだ
   れ状電極Ｑに現れる電気信号を出力する手段とが設けて
   あり、 前記すだれ状電極ＰとＱとは前記弾性表面波の送受波の
   指向軸を共通にして互いに１対１に対をなして配置され
   ていて、 前記非圧電基板の前記一方の板面における前記弾性表面
   波の伝搬路の一部に人指または物体が接触したことを、
   前記すだれ状電極Ｑに出力される前記電気信号の大きさ
   から感知することを特徴とする超音波タッチパネル。
2. 【請求項２】 前記圧電薄板ａまたはｂの厚さは前記す
   だれ状電極ＰまたはＱの電極周期長以下であって、 前記すだれ状電極ＰまたはＱの電極周期長は１次モード
   または２次以上のモードの弾性表面波の波長にほぼ等し
   いことを特徴とする請求項１に記載の超音波タッチパネ
   ル。
3. 【請求項３】 前記１次モードまたは２次以上の前記モ
   ードの弾性表面波の位相速度は前記非圧電基板単体に励
   振される弾性表面波の伝搬速度にほぼ等しいことを特徴
   とする請求項２に記載の超音波タッチパネル。
4. 【請求項４】 前記圧電薄板ａまたはｂが圧電セラミッ
   クで成り、該圧電セラミックの分極軸の方向は該圧電セ
   ラミックの厚さ方向と平行であることを特徴とする請求
   項１，２または３に記載の超音波タッチパネル。
5. 【請求項５】 前記圧電薄板ａまたはｂがＰＶＤＦその
   他の高分子圧電フィルムで成ることを特徴とする請求項
   １，２または３に記載の超音波タッチパネル。
6. 【請求項６】 前記圧電薄板ａまたはｂは前記すだれ状
   電極ＰまたはＱが設けられている方の板面を介して前記
   非圧電基板に固着されていることを特徴とする請求項
   １，２，３，４または５に記載の超音波タッチパネル。
7. 【請求項７】 前記圧電薄板ａまたはｂの前記すだれ状
   電極ＰまたはＱが設けられていない方の板面はそれぞれ
   金属薄膜で被覆されていることを特徴とする請求項６に
   記載の超音波タッチパネル。
8. 【請求項８】 前記超音波送受波装置が前記非圧電基板
   の前記一方の板面に少なくとも２つ設けてあり、 一方の前記超音波送受波装置における前記超音波デバイ
   スＡ，Ｂ間の弾性表面波の伝搬路と、もう一方の前記超
   音波送受波装置における前記超音波デバイスＡ，Ｂ間の
   弾性表面波の伝搬路とが互いに直交していることを特徴
   とする請求項１から７までに記載の超音波タッチパネ
   ル。