JPH10240430A - 超音波接触位置検出装置 - Google Patents
超音波接触位置検出装置Info
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- JPH10240430A JPH10240430A JP6376197A JP6376197A JPH10240430A JP H10240430 A JPH10240430 A JP H10240430A JP 6376197 A JP6376197 A JP 6376197A JP 6376197 A JP6376197 A JP 6376197A JP H10240430 A JPH10240430 A JP H10240430A
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- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
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Ｔに電気信号を入力する
と、圧電基板１のすだれ状電極を有する方の板面に弾性
表面波が励振され、すだれ状電極Ｒおいて位相θj（ｊ
＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，
２，……，χ）に変換される。位相Totalθjおよび電気
信号TotalＥjの振幅は零となるので、電気信号TotalＥj
はすだれ状電極Ｒから出力されない。位相θjはすだれ
状電極ＴとＲとの間の位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応している。もしも、位相θxに対応する位置
Ｆxを接触すると、すだれ状電極Ｒにおいて位相θを有
する電気信号Ｅが出力される。このとき、θ＝Totalθj
−θxとなることから、接触位置Ｆxが検出できる。
可能にすること。 【解決手段】 すだれ状電極Ｔに電気信号を入力する
と、圧電基板１のすだれ状電極を有する方の板面に弾性
表面波が励振され、すだれ状電極Ｒおいて位相θj（ｊ
＝１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，
２，……，χ）に変換される。位相Totalθjおよび電気
信号TotalＥjの振幅は零となるので、電気信号TotalＥj
はすだれ状電極Ｒから出力されない。位相θjはすだれ
状電極ＴとＲとの間の位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応している。もしも、位相θxに対応する位置
Ｆxを接触すると、すだれ状電極Ｒにおいて位相θを有
する電気信号Ｅが出力される。このとき、θ＝Totalθj
−θxとなることから、接触位置Ｆxが検出できる。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は入力用および出力用
すだれ状電極を備えた圧電基板上に人指または物体が接
触したことを感知し、その位置を検出する超音波接触位
置検出装置に関する。
すだれ状電極を備えた圧電基板上に人指または物体が接
触したことを感知し、その位置を検出する超音波接触位
置検出装置に関する。
【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。そこで、これらの問題点を解決す
る超音波タッチパネルが本願発明者により特願平４−２
１８３３６等で出願された。こ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
を非圧電板の一方の板面に少なくとも２つ設けて成るも
のであり、低消費電力で効率良く弾性表面波を非圧電板
の板面に励振することができる。従って、一方の超音波
デバイスを入力用とし、もう一方の超音波デバイスを出
力用とした場合、非圧電板の一方の板面における弾性表
面波の伝搬路に人指または物体が接触すれば弾性表面波
が減衰または消滅することから、出力用超音波デバイス
におけるすだれ状電極に出力される電気信号も減衰また
は消滅する。しかし、この超音波タッチパネルを含む従
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。そこで、これらの問題点を解決す
る超音波タッチパネルが本願発明者により特願平４−２
１８３３６等で出願された。こ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
を非圧電板の一方の板面に少なくとも２つ設けて成るも
のであり、低消費電力で効率良く弾性表面波を非圧電板
の板面に励振することができる。従って、一方の超音波
デバイスを入力用とし、もう一方の超音波デバイスを出
力用とした場合、非圧電板の一方の板面における弾性表
面波の伝搬路に人指または物体が接触すれば弾性表面波
が減衰または消滅することから、出力用超音波デバイス
におけるすだれ状電極に出力される電気信号も減衰また
は消滅する。しかし、この超音波タッチパネルを含む従
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
音波接触位置検出装置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
音波接触位置検出装置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
接触位置検出装置は、すだれ状電極ＴおよびＲを圧電基
板の一方の板面に設けて成る超音波接触位置検出装置で
あって、前記圧電基板の厚さは前記すだれ状電極Ｔの電
極周期長Ｐの３倍以上の値を有し、前記すだれ状電極Ｔ
の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｒの電極指の方向
とは互いに平行でなく、前記すだれ状電極Ｒの電極指の
方向は前記すだれ状電極Ｔ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Ｒの電極指に直交する方
向での電極指の周期長ＰNは、前記電極周期長Ｐとcosα
との積に等しく、前記すだれ状電極Ｔ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、前記圧電基板の前記一方の板面の表面近傍に前
記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を
励振し、前記すだれ状電極Ｒは、前記圧電基板に励振さ
れている前記弾性表面波を、位相θj（ｊ＝１，２，…
…，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，
χ）に変換し、前記電気信号Ｅjは前記電極周期長Ｐに
ほぼ対応する周波数を有し、前記位相θjを合成するこ
とにより生ずる位相Totalθj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TotalＥjの振
幅は零であって、前記電気信号TotalＥjは前記すだれ状
電極Ｒにおいて検出されることはなく、前記位相θ
jは、前記すだれ状電極Ｔの電極指の方向に沿った位置
Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）に対応し、前記位置Ｆ
jは、前記圧電基板の前記一方の板面上の前記すだれ状
電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，…
…，χ）にそれぞれ対応し、超音波伝搬路Ｚxに対応す
る位置Ｆxを人指または物体が接触することにより、前
記すだれ状電極Ｒにおいて位相θを有する出力電気信号
Ｅが検出され、前記位置Ｆxは位相θxを有する電気信号
Ｅxに対応し、前記出力電気信号Ｅは前記電気信号Total
Ｅjから前記電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、前記位
相θは前記位相Totalθjから前記位相θxを除いた成分
と等しく、前記位置Ｆxは前記位相θxの値から特定され
る。請求項２に記載の超音波接触位置検出装置は、前記
すだれ状電極Ｒの電極指の方向での交差幅ＬPが、前記
すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等し
い。請求項３に記載の超音波接触位置検出装置は、前記
圧電基板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。
接触位置検出装置は、すだれ状電極ＴおよびＲを圧電基
板の一方の板面に設けて成る超音波接触位置検出装置で
あって、前記圧電基板の厚さは前記すだれ状電極Ｔの電
極周期長Ｐの３倍以上の値を有し、前記すだれ状電極Ｔ
の電極指の方向と、前記すだれ状電極Ｒの電極指の方向
とは互いに平行でなく、前記すだれ状電極Ｒの電極指の
方向は前記すだれ状電極Ｔ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Ｒの電極指に直交する方
向での電極指の周期長ＰNは、前記電極周期長Ｐとcosα
との積に等しく、前記すだれ状電極Ｔ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、前記圧電基板の前記一方の板面の表面近傍に前
記電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波を
励振し、前記すだれ状電極Ｒは、前記圧電基板に励振さ
れている前記弾性表面波を、位相θj（ｊ＝１，２，…
…，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，
χ）に変換し、前記電気信号Ｅjは前記電極周期長Ｐに
ほぼ対応する周波数を有し、前記位相θjを合成するこ
とにより生ずる位相Totalθj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TotalＥjの振
幅は零であって、前記電気信号TotalＥjは前記すだれ状
電極Ｒにおいて検出されることはなく、前記位相θ
jは、前記すだれ状電極Ｔの電極指の方向に沿った位置
Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）に対応し、前記位置Ｆ
jは、前記圧電基板の前記一方の板面上の前記すだれ状
電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，…
…，χ）にそれぞれ対応し、超音波伝搬路Ｚxに対応す
る位置Ｆxを人指または物体が接触することにより、前
記すだれ状電極Ｒにおいて位相θを有する出力電気信号
Ｅが検出され、前記位置Ｆxは位相θxを有する電気信号
Ｅxに対応し、前記出力電気信号Ｅは前記電気信号Total
Ｅjから前記電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、前記位
相θは前記位相Totalθjから前記位相θxを除いた成分
と等しく、前記位置Ｆxは前記位相θxの値から特定され
る。請求項２に記載の超音波接触位置検出装置は、前記
すだれ状電極Ｒの電極指の方向での交差幅ＬPが、前記
すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等し
い。請求項３に記載の超音波接触位置検出装置は、前記
圧電基板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。
【発明の実施の形態】本発明の超音波接触位置検出装置
の構造は、すだれ状電極ＴおよびＲを圧電基板の一方の
板面に設けて成るものである。このとき、すだれ状電極
Ｔの電極指の方向と、すだれ状電極Ｒの電極指の方向と
は互いに平行でなく、すだれ状電極Ｒの電極指の方向は
すだれ状電極Ｔ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Ｒ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Ｔの電極周期長Ｐとcosα
との積に等しくなるような大きさに設定される。すだれ
状電極Ｒの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ状電
極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような
大きさに設定される。圧電基板の厚さがすだれ状電極Ｔ
の電極周期長Ｐの３倍以上の値を有することから、すだ
れ状電極Ｔの電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気
信号をすだれ状電極Ｔに入力する構造を採用することに
より、圧電基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた
方の板面の表面近傍に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を
有する弾性表面波を励振することができる。この弾性表
面波はすだれ状電極Ｒによって位相θj（ｊ＝１，２，
……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，
χ）に変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ
対応する周波数を有する。位相θjを合成することによ
り生ずる位相Totalθjは零となり、電気信号Ｅjを合成
することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零とな
る。つまり、電気信号TotalＥjはすだれ状電極Ｒにおい
て検出されることはない。位相θjを、すだれ状電極Ｔ
の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応させることができる。このとき位置Ｆjは、
圧電基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた方の板
面上の前記すだれ状電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚ
j（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ対応している。
超音波伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxを人指または物体が
接触すると、すだれ状電極Ｒにおいて出力電気信号Ｅが
検出される。このとき、出力電気信号Ｅは電気信号Tota
lＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、出力電気
信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成
分と等しい。つまり、圧電基板上を接触しない場合に
は、すだれ状電極Ｒにおいて弾性表面波から変換される
電気信号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接
触により超音波伝搬路Ｚxが遮断されると、その伝搬路
Ｚxに対応する弾性表面波がすだれ状電極Ｒにおいて位
相θxを有する電気信号Ｅx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Ｒにおい
て位相θを有する出力電気信号Ｅが検出されることにな
る。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電
気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号Ｅ
の位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等
しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxを求める
ことにより判別することが可能となる。本発明の超音波
接触位置検出装置では、圧電基板として圧電セラミック
を採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方
向とを平行にする構造を採用することにより、圧電基板
のすだれ状電極ＴおよびＲの設けられた方の板面の表面
近傍に効率よく弾性表面波を励振することを可能にして
いる。また、その弾性表面波をすだれ状電極Ｒにおいて
効率よく電気信号Ｅjに変換することを可能にしてい
る。
の構造は、すだれ状電極ＴおよびＲを圧電基板の一方の
板面に設けて成るものである。このとき、すだれ状電極
Ｔの電極指の方向と、すだれ状電極Ｒの電極指の方向と
は互いに平行でなく、すだれ状電極Ｒの電極指の方向は
すだれ状電極Ｔ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Ｒ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Ｔの電極周期長Ｐとcosα
との積に等しくなるような大きさに設定される。すだれ
状電極Ｒの電極指の方向での交差幅ＬPは、すだれ状電
極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積に等しくなるような
大きさに設定される。圧電基板の厚さがすだれ状電極Ｔ
の電極周期長Ｐの３倍以上の値を有することから、すだ
れ状電極Ｔの電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気
信号をすだれ状電極Ｔに入力する構造を採用することに
より、圧電基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた
方の板面の表面近傍に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を
有する弾性表面波を励振することができる。この弾性表
面波はすだれ状電極Ｒによって位相θj（ｊ＝１，２，
……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，
χ）に変換される。電気信号Ｅjは電極周期長Ｐにほぼ
対応する周波数を有する。位相θjを合成することによ
り生ずる位相Totalθjは零となり、電気信号Ｅjを合成
することにより生ずる電気信号TotalＥjの振幅は零とな
る。つまり、電気信号TotalＥjはすだれ状電極Ｒにおい
て検出されることはない。位相θjを、すだれ状電極Ｔ
の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応させることができる。このとき位置Ｆjは、
圧電基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた方の板
面上の前記すだれ状電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚ
j（ｊ＝１，２，……，χ）にそれぞれ対応している。
超音波伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxを人指または物体が
接触すると、すだれ状電極Ｒにおいて出力電気信号Ｅが
検出される。このとき、出力電気信号Ｅは電気信号Tota
lＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しく、出力電気
信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成
分と等しい。つまり、圧電基板上を接触しない場合に
は、すだれ状電極Ｒにおいて弾性表面波から変換される
電気信号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接
触により超音波伝搬路Ｚxが遮断されると、その伝搬路
Ｚxに対応する弾性表面波がすだれ状電極Ｒにおいて位
相θxを有する電気信号Ｅx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Ｒにおい
て位相θを有する出力電気信号Ｅが検出されることにな
る。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから電
気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号Ｅ
の位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等
しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxを求める
ことにより判別することが可能となる。本発明の超音波
接触位置検出装置では、圧電基板として圧電セラミック
を採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方
向とを平行にする構造を採用することにより、圧電基板
のすだれ状電極ＴおよびＲの設けられた方の板面の表面
近傍に効率よく弾性表面波を励振することを可能にして
いる。また、その弾性表面波をすだれ状電極Ｒにおいて
効率よく電気信号Ｅjに変換することを可能にしてい
る。
【実施例】図１は本発明の超音波接触位置検出装置の一
実施例を示す平面図である。本実施例はすだれ状電極
Ｔ、Ｒおよび圧電基板１から成る。圧電基板１は厚さ
１．５ｍｍの圧電セラミックで成る。すだれ状電極Ｔお
よびＲはアルミニウム薄膜で成り、それぞれ１０対の電
極指を有し、圧電基板１の一方の板面上に設けられてい
る。すだれ状電極Ｔは正規型の構造を有し、電極交差幅
Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは４００μｍである。すだ
れ状電極Ｔの電極指の方向と、すだれ状電極Ｒの電極指
の方向とは互いに平行ではない。本発明の超音波接触位
置検出装置では、すだれ状電極Ｔの電極指の方向に沿っ
た位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）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。
図２はすだれ状電極Ｒを示す平面図である。すだれ状電
極Ｒの電極指の方向はすだれ状電極Ｔの電極指の方向に
対して角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ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
Ｔの電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大
きさに設定されている。すだれ状電極Ｒの電極指の方向
での交差幅ＬPは、すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsec
αとの積に等しくなるような大きさに設定されている。
図３は図１の超音波接触位置検出装置の駆動回路を示す
図である。発振器２からの電気信号の一部はすだれ状
電極Ｔに送られ、残部は減衰器３を介して位相比較器
４に送られる。すだれ状電極Ｔに電気信号が入力される
と、その電気信号の周波数のうちすだれ状電極Ｔ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、圧電基板１のすだれ状電極Ｔおよび
Ｒが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬される。弾性
表面波の伝搬方向は圧電基板１上の矢印で示される方向
である。圧電基板１に伝搬された弾性表面波のうちすだ
れ状電極Ｒ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、すだれ状電極Ｒおいて位相θj（ｊ＝
１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，
２，……，χ）に変換される。位相θjを合成すること
により生ずる位相Totalθjは零となることから、電気信
号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの
振幅は零となる。従って、電気信号TotalＥjはすだれ状
電極Ｒから出力されることはない。位相θjは位置Ｆjに
対応するとともに、すだれ状電極ＴとＲとの間の超音波
伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）に対応している。
もしも、位置Ｆxを人指または物体が接触すると、すだ
れ状電極Ｒにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力さ
れる。このとき、位置Ｆxは位相θxを有する電気信号Ｅ
xに対応していることから、出力電気信号Ｅは電気信号T
otalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、位
相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しく
なる。つまり、圧電基板１上を接触しない場合には、す
だれ状電極Ｒにおいて弾性表面波から変換される電気信
号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接触によ
り超音波伝搬路Ｚxが遮断されると、その伝搬路Ｚxに対
応する弾性表面波がすだれ状電極Ｒにおいて電気信号Ｅ
x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Ｒから電気信号Ｅが出力されることに
なる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから
電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号
Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と
等しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxを求め
ることにより判別することが可能となる。発振器２から
減衰器３を介して位相比較器４に送られた電気信号の位
相は零であることから、これは位相Totalθjと同等であ
る。従って、位相Totalθjと位相θとの差を位相比較器
４で位相θxとして検出することができる。図４は図１
における圧電基板１上の接触位置Ｆxと、位相比較器４
で検出される位相θxとの関係を示す特性図である。但
し、位置ＦxとＦx-1との距離は０．５ｍｍとした。位置
Ｆxが零から１２ｍｍの間であるのはすだれ状電極Ｔの
電極交差幅Ｌが１２ｍｍであることによる。位置Ｆxと
位相θxとの間には良好な線形性があることが分かる。
このようにして、位相θxから接触した位置Ｆxを判別す
ることが可能となる。
実施例を示す平面図である。本実施例はすだれ状電極
Ｔ、Ｒおよび圧電基板１から成る。圧電基板１は厚さ
１．５ｍｍの圧電セラミックで成る。すだれ状電極Ｔお
よびＲはアルミニウム薄膜で成り、それぞれ１０対の電
極指を有し、圧電基板１の一方の板面上に設けられてい
る。すだれ状電極Ｔは正規型の構造を有し、電極交差幅
Ｌは１２ｍｍ、電極周期長Ｐは４００μｍである。すだ
れ状電極Ｔの電極指の方向と、すだれ状電極Ｒの電極指
の方向とは互いに平行ではない。本発明の超音波接触位
置検出装置では、すだれ状電極Ｔの電極指の方向に沿っ
た位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）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。
図２はすだれ状電極Ｒを示す平面図である。すだれ状電
極Ｒの電極指の方向はすだれ状電極Ｔの電極指の方向に
対して角αの傾きを有する。すだれ状電極Ｒ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
Ｔの電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大
きさに設定されている。すだれ状電極Ｒの電極指の方向
での交差幅ＬPは、すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsec
αとの積に等しくなるような大きさに設定されている。
図３は図１の超音波接触位置検出装置の駆動回路を示す
図である。発振器２からの電気信号の一部はすだれ状
電極Ｔに送られ、残部は減衰器３を介して位相比較器
４に送られる。すだれ状電極Ｔに電気信号が入力される
と、その電気信号の周波数のうちすだれ状電極Ｔ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、圧電基板１のすだれ状電極Ｔおよび
Ｒが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬される。弾性
表面波の伝搬方向は圧電基板１上の矢印で示される方向
である。圧電基板１に伝搬された弾性表面波のうちすだ
れ状電極Ｒ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、すだれ状電極Ｒおいて位相θj（ｊ＝
１，２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，
２，……，χ）に変換される。位相θjを合成すること
により生ずる位相Totalθjは零となることから、電気信
号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥjの
振幅は零となる。従って、電気信号TotalＥjはすだれ状
電極Ｒから出力されることはない。位相θjは位置Ｆjに
対応するとともに、すだれ状電極ＴとＲとの間の超音波
伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，……，χ）に対応している。
もしも、位置Ｆxを人指または物体が接触すると、すだ
れ状電極Ｒにおいて位相θを有する電気信号Ｅが出力さ
れる。このとき、位置Ｆxは位相θxを有する電気信号Ｅ
xに対応していることから、出力電気信号Ｅは電気信号T
otalＥjから電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、位
相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と等しく
なる。つまり、圧電基板１上を接触しない場合には、す
だれ状電極Ｒにおいて弾性表面波から変換される電気信
号TotalＥjは均衡がとれて零であったものが、接触によ
り超音波伝搬路Ｚxが遮断されると、その伝搬路Ｚxに対
応する弾性表面波がすだれ状電極Ｒにおいて電気信号Ｅ
x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Ｒから電気信号Ｅが出力されることに
なる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥjから
電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気信号
Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成分と
等しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxを求め
ることにより判別することが可能となる。発振器２から
減衰器３を介して位相比較器４に送られた電気信号の位
相は零であることから、これは位相Totalθjと同等であ
る。従って、位相Totalθjと位相θとの差を位相比較器
４で位相θxとして検出することができる。図４は図１
における圧電基板１上の接触位置Ｆxと、位相比較器４
で検出される位相θxとの関係を示す特性図である。但
し、位置ＦxとＦx-1との距離は０．５ｍｍとした。位置
Ｆxが零から１２ｍｍの間であるのはすだれ状電極Ｔの
電極交差幅Ｌが１２ｍｍであることによる。位置Ｆxと
位相θxとの間には良好な線形性があることが分かる。
このようにして、位相θxから接触した位置Ｆxを判別す
ることが可能となる。
【発明の効果】本発明の超音波接触位置検出装置は、す
だれ状電極ＴおよびＲを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。すだれ状電極ＴおよびＲのそ
れぞれの電極指の方向は互いに平行でなく、すだれ状電
極Ｒの電極指の方向はすだれ状電極Ｔ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Ｒ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Ｔ
の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大き
さに設定され、すだれ状電極Ｒの電極指の方向での交差
幅ＬPは、すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積
に等しくなるような大きさに設定される。本発明の超音
波接触位置検出装置では、圧電基板の厚さがすだれ状電
極Ｔの電極周期長Ｐの３倍以上の値を有することから、
すだれ状電極Ｔの電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の
電気信号をすだれ状電極Ｔに入力することにより、圧電
基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた方の板面の
表面近傍に弾性表面波を励振することができる。この弾
性表面波はすだれ状電極Ｒによって位相θj（ｊ＝１，
２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，…
…，χ）に変換される。圧電基板として圧電セラミック
を採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方
向とを平行にする構造を採用することにより、圧電基板
のすだれ状電極ＴおよびＲの設けられた方の板面の表面
近傍に効率よく弾性表面波を励振することができ、ま
た、その弾性表面波をすだれ状電極Ｒにおいて効率よく
電気信号Ｅjに変換することができる。但し、位相θjを
合成することにより生ずる位相Totalθjは零となり、電
気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥ
jの振幅は零となることから、電気信号TotalＥjはすだ
れ状電極Ｒにおいて検出されることはない。本発明の超
音波接触位置検出装置では、位相θjをすだれ状電極Ｔ
の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応させることが可能である。位置Ｆjはすだれ
状電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，
……，χ）にそれぞれ対応させることができる。位置Ｆ
xを人指または物体が接触すると、すだれ状電極Ｒにお
いて位相θを有する出力電気信号Ｅが検出される。圧電
基板上を接触しない場合には、すだれ状電極Ｒにおいて
弾性表面波から変換される電気信号TotalＥjは均衡がと
れて零であったものが、接触により超音波伝搬路Ｚxが
遮断されると、その伝搬路Ｚxに対応する弾性表面波が
すだれ状電極Ｒにおいて位相θxを有する電気信号Ｅx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Ｒにおいて出力電気信号Ｅが検出されるこ
とになる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥj
から電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気
信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成
分と等しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxの
値から判別することが可能となる。
だれ状電極ＴおよびＲを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。すだれ状電極ＴおよびＲのそ
れぞれの電極指の方向は互いに平行でなく、すだれ状電
極Ｒの電極指の方向はすだれ状電極Ｔ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Ｒ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Ｔ
の電極周期長Ｐとcosαとの積に等しくなるような大き
さに設定され、すだれ状電極Ｒの電極指の方向での交差
幅ＬPは、すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsecαとの積
に等しくなるような大きさに設定される。本発明の超音
波接触位置検出装置では、圧電基板の厚さがすだれ状電
極Ｔの電極周期長Ｐの３倍以上の値を有することから、
すだれ状電極Ｔの電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の
電気信号をすだれ状電極Ｔに入力することにより、圧電
基板のすだれ状電極ＴおよびＲが設けられた方の板面の
表面近傍に弾性表面波を励振することができる。この弾
性表面波はすだれ状電極Ｒによって位相θj（ｊ＝１，
２，……，χ）を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，…
…，χ）に変換される。圧電基板として圧電セラミック
を採用し、その圧電セラミックの分極軸の方向と厚さ方
向とを平行にする構造を採用することにより、圧電基板
のすだれ状電極ＴおよびＲの設けられた方の板面の表面
近傍に効率よく弾性表面波を励振することができ、ま
た、その弾性表面波をすだれ状電極Ｒにおいて効率よく
電気信号Ｅjに変換することができる。但し、位相θjを
合成することにより生ずる位相Totalθjは零となり、電
気信号Ｅjを合成することにより生ずる電気信号TotalＥ
jの振幅は零となることから、電気信号TotalＥjはすだ
れ状電極Ｒにおいて検出されることはない。本発明の超
音波接触位置検出装置では、位相θjをすだれ状電極Ｔ
の電極指の方向に沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，
χ）に対応させることが可能である。位置Ｆjはすだれ
状電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚj（ｊ＝１，２，
……，χ）にそれぞれ対応させることができる。位置Ｆ
xを人指または物体が接触すると、すだれ状電極Ｒにお
いて位相θを有する出力電気信号Ｅが検出される。圧電
基板上を接触しない場合には、すだれ状電極Ｒにおいて
弾性表面波から変換される電気信号TotalＥjは均衡がと
れて零であったものが、接触により超音波伝搬路Ｚxが
遮断されると、その伝搬路Ｚxに対応する弾性表面波が
すだれ状電極Ｒにおいて位相θxを有する電気信号Ｅx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Ｒにおいて出力電気信号Ｅが検出されるこ
とになる。従って、出力電気信号Ｅは電気信号TotalＥj
から電気信号Ｅxを除いた成分と等しくなり、出力電気
信号Ｅの位相θは位相Totalθjから位相θxを除いた成
分と等しくなる。このようにして、位置Ｆxを位相θxの
値から判別することが可能となる。
【図１】本発明の超音波接触位置検出装置の一実施例を
示す平面図。
示す平面図。
【図２】すだれ状電極Ｒを示す平面図。
【図３】図１の超音波接触位置検出装置の駆動回路を示
す図。
す図。
【図４】図１における圧電基板１上の接触位置Ｆxと、
位相比較器４で検出される位相θxとの関係を示す特性
図。
位相比較器４で検出される位相θxとの関係を示す特性
図。
１ 圧電基板 ２ 発振器 ３ 減衰器 ４ 位相比較器 Ｔ，Ｒ すだれ状電極
Claims (3)
- 【請求項１】 すだれ状電極ＴおよびＲを圧電基板の一
方の板面に設けて成る超音波接触位置検出装置であっ
て、 前記圧電基板の厚さは前記すだれ状電極Ｔの電極周期長
Ｐの３倍以上の値を有し、 前記すだれ状電極Ｔの電極指の方向と、前記すだれ状電
極Ｒの電極指の方向とは互いに平行でなく、前記すだれ
状電極Ｒの電極指の方向は前記すだれ状電極Ｔ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Ｒの電極指に直交する方向での電極指
の周期長ＰNは、前記電極周期長Ｐとcosαとの積に等し
く、 前記すだれ状電極Ｔ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
基板の前記一方の板面の表面近傍に前記電極周期長Ｐと
ほぼ等しい波長を有する弾性表面波を励振し、 前記すだれ状電極Ｒは、前記圧電基板に励振されている
前記弾性表面波を、位相θj（ｊ＝１，２，……，χ）
を有する電気信号Ｅj（ｊ＝１，２，……，χ）に変換
し、 前記電気信号Ｅjは前記電極周期長Ｐにほぼ対応する周
波数を有し、 前記位相θjを合成することにより生ずる位相Totalθj
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TotalＥjの振幅は零であって、前記電気信
号TotalＥjは前記すだれ状電極Ｒにおいて検出されるこ
とはなく、 前記位相θjは、前記すだれ状電極Ｔの電極指の方向に
沿った位置Ｆj（ｊ＝１，２，……，χ）に対応し、 前記位置Ｆjは、前記圧電基板の前記一方の板面上の前
記すだれ状電極ＴとＲとの間の超音波伝搬路Ｚj（ｊ＝
１，２，……，χ）にそれぞれ対応し、 超音波伝搬路Ｚxに対応する位置Ｆxを人指または物体が
接触することにより、前記すだれ状電極Ｒにおいて位相
θを有する出力電気信号Ｅが検出され、 前記位置Ｆxは位相θxを有する電気信号Ｅxに対応し、 前記出力電気信号Ｅは前記電気信号TotalＥjから前記電
気信号Ｅxを除いた成分と等しく、前記位相θは前記位
相Totalθjから前記位相θxを除いた成分と等しく、 前記位置Ｆxは前記位相θxの値から特定される超音波接
触位置検出装置。 - 【請求項２】 前記すだれ状電極Ｒの電極指の方向での
交差幅ＬPは、前記すだれ状電極Ｔの電極交差幅Ｌとsec
αとの積に等しい請求項１に記載の超音波接触位置検出
装置。 - 【請求項３】 前記圧電基板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請求項１または２に記載の超音波
接触位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6376197A JP3959532B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 超音波接触位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6376197A JP3959532B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 超音波接触位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10240430A true JPH10240430A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3959532B2 JP3959532B2 (ja) | 2007-08-15 |
Family
ID=13238704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6376197A Expired - Fee Related JP3959532B2 (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 超音波接触位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3959532B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074760A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Koji Toda | 超音波ドップラー流速計 |
| KR100744866B1 (ko) * | 2001-01-26 | 2007-08-01 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 터치 패널 장치 |
-
1997
- 1997-03-03 JP JP6376197A patent/JP3959532B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074760A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Koji Toda | 超音波ドップラー流速計 |
| JP4640627B2 (ja) * | 1999-09-06 | 2011-03-02 | 耕司 戸田 | 超音波ドップラー流速計 |
| KR100744866B1 (ko) * | 2001-01-26 | 2007-08-01 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 터치 패널 장치 |
| KR100764964B1 (ko) | 2001-01-26 | 2007-10-08 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 터치 패널 장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3959532B2 (ja) | 2007-08-15 |
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