JPH1055243A - Ultrasonic touch panel - Google Patents
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- JPH1055243A JPH1055243A JP22936996A JP22936996A JPH1055243A JP H1055243 A JPH1055243 A JP H1055243A JP 22936996 A JP22936996 A JP 22936996A JP 22936996 A JP22936996 A JP 22936996A JP H1055243 A JPH1055243 A JP H1055243A
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】本発明はすだれ状電極を備え
た圧電板が非圧電板に固着されることにより、その非圧
電板に人指または物体が接触したことを検出する超音波
タッチパネルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic touch panel for detecting that a finger or an object comes into contact with a non-piezoelectric plate by fixing a piezoelectric plate having interdigital electrodes to the non-piezoelectric plate.
【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）に接触する
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
ことを利用したものであり、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。ま
た、パネルの大面積化が難しいという欠点を有する。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
非圧電板に接触することによりその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、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
４−２１８３３６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
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、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人指ま
たは物体による接触が感知される。しかし、この超音波
タッチパネルは、弾性表面波を非圧電板の表面近傍に励
振する際に、弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩される
割合が大きく、従って、消費電力に問題があるばかりで
なく非圧電板の支持の仕方が困難であった。また、非圧
電板の表面近傍に励振している弾性表面波を電気信号に
変換する際の効率が悪かった。さらに、この超音波タッ
チパネルでは、すだれ状電極の電極指に垂直な双方向に
均等に超音波が励振されることから、少なくとも超音波
エネルギーの半分を浪費していたことになるばかりでな
く、圧電薄板の厚さによっては不要信号を引き起こすも
ととなっていた。2. Description of the Related Art Conventional touch panels mainly include a method using a resistive film and a method using ultrasonic waves. The method using a resistive film is based on the fact that the resistance value of the transparent conductive film changes when it comes into contact with the transparent conductive film (resistive film). There is a problem in terms of properties. In addition, there is a disadvantage that it is difficult to increase the area of the panel. The method using ultrasonic waves utilizes the fact that surface acoustic waves are attenuated by contact with a non-piezoelectric plate in which surface acoustic waves have been excited in advance. Conventional methods of exciting a surface acoustic wave to a non-piezoelectric plate include a method of indirectly exciting a wedge-shaped transducer using a bulk wave oscillator, and a method of directly exciting a piezoelectric thin film transducer. The wedge-shaped transducer is used for non-destructive inspection or the like by ultrasonic waves, but is used only in a relatively low frequency region due to the problem of machining accuracy of the wedge angle. Piezoelectric thin film transducer is ZnO
A method in which a piezoelectric thin film is deposited on a substrate and a surface acoustic wave is excited by an interdigital electrode. Since the interdigital electrode shows various transmission characteristics, it is used as a high-frequency device, but is limited to the UHF and VHF bands. In addition, there is a problem in workability and mass productivity. Thus, the response time, sensitivity, durability, work accuracy, workability,
There are problems in terms of mass productivity and ease of use, and the operating frequency range is also limited. Therefore, an ultrasonic touch panel that solves these problems has been filed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 4-218336. This ultrasonic touch panel is provided with at least two ultrasonic devices comprising a piezoelectric thin plate and an interdigital electrode on one plate surface of a non-piezoelectric plate, and efficiently generates a surface acoustic wave with low power consumption on the non-piezoelectric plate. Can be excited on the surface. Therefore, if a finger or an object comes into contact with a surface acoustic wave propagation path on one surface of the non-piezoelectric plate, the surface acoustic wave is attenuated or eliminated, so that contact with the finger or the object is sensed. However, in this ultrasonic touch panel, when a surface acoustic wave is excited near the surface of a non-piezoelectric plate, a large percentage of the surface acoustic wave leaks into the non-piezoelectric plate, and therefore, there is only a problem in power consumption. However, it was difficult to support the non-piezoelectric plate. Further, the efficiency of converting a surface acoustic wave excited near the surface of the non-piezoelectric plate into an electric signal is poor. Further, in this ultrasonic touch panel, since ultrasonic waves are excited evenly in both directions perpendicular to the electrode fingers of the interdigital electrodes, not only was half of the ultrasonic energy wasted, but also Depending on the thickness of the thin plate, unnecessary signals were caused.
【発明が解決しようとする課題】従来のタッチパネルで
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るばかりでなく、
超音波エネルギーの浪費、支持の仕方および不要信号等
の点でも問題があった。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、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。The conventional touch panel not only has problems in response time, sensitivity, durability, work precision, workability, mass productivity, ease of use, and the like.
There was also a problem in terms of waste of ultrasonic energy, how to support and unnecessary signals. An object of the present invention is to provide an ultrasonic touch panel that is excellent in workability, durability and mass productivity, driven with low power consumption, has a short response time, and is easy to use.
【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、少なくとも１組のすだれ状電極ＩTを
備えた圧電板ＰTおよび少なくとも１組のすだれ状電極
ＩRを備えた圧電板ＰRを非圧電板の一方の板面に設けて
成る超音波タッチパネルであって、前記すだれ状電極Ｉ
Tは前記圧電板ＰTの一方の板面に設けられ、前記すだれ
状電極ＩRは前記圧電板ＰRの一方の板面に設けられてお
り、前記圧電板ＰTは前記圧電板ＰTの前記一方の板面ま
たはもう一方の板面を介して前記非圧電板に固着され、
前記圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記一方の板面または
もう一方の板面を介して前記非圧電板に固着されてお
り、前記すだれ状電極ＩTは、前記すだれ状電極ＩTの電
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、前記圧電板ＰT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、該弾性表面
波を前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬さ
せ、前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以
上の高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾
性表面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレ
イリー波の速度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｉ
Rは、前記非圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板
ＰRに伝搬させ、前記圧電板ＰRに伝搬した弾性表面波を
前記すだれ状電極ＩRの電極周期長ｐにほぼ対応する周
波数の電気信号に変換して出力し、前記圧電板ＰRに伝
搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波で、
その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１次以
上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非圧電
板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、前記
各圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さく、前
記非圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上で
あり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速
度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速
度よりも大きく、前記非圧電板の前記一方の板面に人指
または物体が接触したことを、前記すだれ状電極ＩRで
出力される前記電気信号の大きさから検出する。請求項
２に記載の超音波タッチパネルは、１組のすだれ状電極
Ｔおよび接地電極ＧTを備えた圧電板ＰTと、１組のすだ
れ状電極Ｒおよび接地電極ＧRを備えた圧電板ＰRと、非
圧電板と、移相器ＳTと、移相器ＳRとを備えて成る超音
波タッチパネルであって、前記すだれ状電極Ｔは前記圧
電板ＰTの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧTは前
記圧電板ＰTのもう一方の板面に設けられており、前記
圧電板ＰTは前記接地電極ＧTを介して前記非圧電板の一
方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｒは前記
圧電板ＰRの一方の板面に設けられ、前記接地電極ＧRは
前記圧電板ＰRのもう一方の板面に設けられており、前
記圧電板ＰRは前記接地電極ＧRを介して前記非圧電板の
前記一方の板面に固着されていて、前記すだれ状電極Ｔ
は、電極Ｔ1およびＴ2から成り、前記電極Ｔ1の電極指
と前記電極Ｔ2の電極指との間の距離には２種類あり、
前記電極Ｔ1およびＴ2の入力端は前記移相器ＳTに並列
に接続され、前記移相器ＳTは少なくともコイルＬ1を含
み、前記すだれ状電極Ｔおよび前記接地電極ＧTは、前
記電極Ｔ1と前記接地電極ＧTとの間および前記電極Ｔ2
と前記接地電極ＧTとの間に位相差２πｙを有する電気
信号ＥT1およびＥT2を前記移相器ＳTを介して入力され
ることにより、前記圧電板ＰT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、該弾性表面
波を前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬さ
せ、前記電気信号ＥT1およびＥT2の周波数は前記すだれ
状電極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記非圧
電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の高次モー
ドの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位
相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速
度とほぼ等しく、前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ1およ
びＲ2から成り、前記電極Ｒ1の電極指と前記電極Ｒ2の
電極指との間の距離には２種類あり、前記電極Ｒ1およ
びＲ2の出力端は前記移相器ＳRに並列に接続され、前記
移相器ＳRは少なくともコイルＬ2を含み、前記すだれ状
電極Ｒおよび前記接地電極ＧRは、前記非圧電板に伝搬
した弾性表面波を前記圧電板ＰRに伝搬させ、前記圧電
板ＰRに伝搬した弾性表面波を位相差２πｙを有する電
気信号ＥR1およびＥR2として前記電極Ｒ1と前記接地電
極ＧRとの間および前記電極Ｒ2と前記接地電極ＧRとの
間から出力し、前記移相器ＳRは前記電気信号ＥR1およ
びＥR2を同じ位相の電気信号ＥRに合成して出力し、前
記電気信号ＥR1およびＥR2の周波数は前記すだれ状電極
Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、前記圧電板ＰR
に伝搬した前記弾性表面波は１次以上の高次モードの波
で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ等しく、前記１
次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度は、前記非
圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しく、
前記各圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さ
く、前記非圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍
以上であり、前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の
位相速度は、前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の
位相速度よりも大きく、前記非圧電板の前記一方の板面
に人指または物体が接触したことを、前記移相器ＳRで
出力される前記電気信号の大きさから検出する。請求項
３に記載の超音波タッチパネルは、前記電極Ｔ1の電極
指と前記電極Ｔ2の電極指との間の距離のうち短い方の
距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信
号ＥT1とＥT2との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋
ｙ＝±１／２が成り立ち、前記電極Ｒ1の電極指と前記
電極Ｒ2の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐ
において、ｘ＜１／２で、同時に、前記電気信号ＥR1と
ＥR2との間の前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１
／２が成り立つ。請求項４に記載の超音波タッチパネル
は、前記非圧電板のもう一方の板面が支持基板で支持さ
れている。請求項５に記載の超音波タッチパネルは、前
記各圧電板が圧電セラミックで成り、前記圧電セラミッ
クの分極軸の方向は前記圧電セラミックの厚さ方向と平
行である。請求項６に記載の超音波タッチパネルは、前
記各圧電板がＰＶＤＦその他の圧電性高分子化合物で成
る。Means for Solving the Problems An ultrasonic touch panel according to claim 1, the piezoelectric having a piezoelectric plate P T and at least one pair of interdigital transducer I R with at least one pair of interdigital transducer I T an ultrasonic touch panel comprising providing a plate P R to one plate surface of the non-piezoelectric plate, said interdigital transducer I
T is provided on one plate surface of said piezoelectric plate P T, said interdigital transducer I R is provided on one plate surface of said piezoelectric plate P R, the piezoelectric plate P T is the piezoelectric plate P T Is fixed to the non-piezoelectric plate via the one plate surface or the other plate surface,
Said piezoelectric plate P R are secured to the non-piezoelectric plate through the one plate surface or the other plate surface of the piezoelectric plate P R, the interdigital transducer I T, the interdigital transducer I T By inputting an electric signal having a frequency substantially corresponding to the electrode period length p, a surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the electrode period length p is excited on the piezoelectric plate PT , and the surface acoustic wave is The surface acoustic wave propagated to the vicinity of the one plate surface of the non-piezoelectric plate and propagated to the non-piezoelectric plate is a first-order or higher-order mode wave, and is a first-order or higher-order mode elastic wave. The phase velocity of the surface wave is substantially equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating through the non-piezoelectric plate alone, and
R, the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate is propagated to the piezoelectric plate P R, substantially corresponding to the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate P R to the interdigital periodicity p of the interdigital transducer I R into an electric signal in the frequency output, the piezoelectric plate surface acoustic wave propagating in the P R in the waves of the primary higher order mode,
The wavelength thereof is substantially equal to the electrode period length p, and the phase velocity of the surface acoustic wave of the first or higher order mode is substantially equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating to the non-piezoelectric plate alone. The thickness d is smaller than the electrode period length p, the thickness of the non-piezoelectric plate is approximately three times or more the electrode period length p, and the phase velocity of the surface acoustic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is: the greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate alone, said that the human finger or object to the one plate surface of the non-piezoelectric plate is in contact, which is output by the interdigital electrode I R It is detected from the magnitude of the electric signal. Ultrasonic touch panel as set forth in claim 2, the piezoelectric plate P T with a pair of interdigital transducer T and the ground electrode G T, the piezoelectric plate P having a pair of interdigital transducers R and the ground electrode G R and R, and a non-piezoelectric plate, a phase shifter S T, an ultrasonic touch panel comprising a phase shifter S R, said IDT T provided on one plate surface of said piezoelectric plate P T is, the ground electrode G T affixed to the provided on the other plate surface of the piezoelectric plate P T, said piezoelectric plate P T is one plate surface of said non-piezoelectric plate via the ground electrode G T It has been, said IDT R formed on one plate surface of said piezoelectric plate P R, the ground electrode G R is provided on the other plate surface of the piezoelectric plate P R, the piezoelectric plate P R is not fixed to the one plate surface of said non-piezoelectric plate via the ground electrode G R, the IDT T
Is composed of electrodes T 1 and T 2 , and there are two types of distances between the electrode finger of the electrode T 1 and the electrode finger of the electrode T 2 ,
The input end of the electrode T 1 and T 2 are connected in parallel to the phase shifter S T, the phase shifter S T comprises at least a coil L 1, the IDT T and the ground electrode G T is wherein between the electrode T 1 and the ground electrode G T and the electrode T 2
Phase difference by the electric signals E T1 and E T2 is inputted through the phase shifter S T having 2Paiwai, said interdigital periodicity p in the piezoelectric plate P T between the ground electrode G T and A surface acoustic wave having substantially the same wavelength is excited, and the surface acoustic wave is propagated near the surface of the one surface of the non-piezoelectric plate. The frequency of the electric signals E T1 and E T2 is changed to the IDT. And the surface acoustic wave propagated to the non-piezoelectric plate is a first-order or higher-order mode wave, and the phase of the first-order or higher-order surface acoustic wave is The speed is substantially equal to the speed of the Rayleigh wave propagating through the non-piezoelectric plate alone, and the interdigital transducer R is composed of electrodes R 1 and R 2 , and the electrode finger of the electrode R 1 and the electrode finger of the electrode R 2 . the two types have an output terminal of the electrode R 1 and R 2 are the distance between the Is connected in parallel to a phase vessel S R, the phase shifter S R includes at least a coil L 2, the interdigital electrode R and the ground electrode G R, the piezoelectric said surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate is propagated to the plate P R, between the piezoelectric plate P the surface acoustic wave propagating in R as the electric signals E R1 and E R2 having a phase difference 2πy electrode R 1 and the ground electrode G R and the electrode R 2 output from between the ground electrode G R and the S R phase shifter and outputs the combining said electrical signals E R1 and E R2 into an electric signal E R of the same phase, the electrical signal E R1 and E The frequency of R2 substantially corresponds to the electrode period length p of the interdigital transducer R, and the piezoelectric plate P R
The surface acoustic wave propagated in the first order is a first-order or higher-order mode wave, the wavelength of which is substantially equal to the electrode period length p.
The phase velocity of surface acoustic waves of higher order modes is almost equal to the velocity of Rayleigh waves propagating to the non-piezoelectric plate alone,
The thickness d of each piezoelectric plate is smaller than the electrode period length p, and the thickness of the non-piezoelectric plate is about three times or more the electrode period length p, and the surface acoustic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone Is greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating to each of the piezoelectric plates alone, and the fact that a finger or an object comes into contact with the one plate surface of the non-piezoelectric plate indicates that the phase shifter S R Is detected from the magnitude of the electric signal output in step (1). The ultrasonic touch panel according to claim 3, wherein x <ｘ at the shorter distance xp of the distance between the electrode finger of the electrode T 1 and the electrode finger of the electrode T 2 , and At the phase difference 2πy between the electric signals E T1 and E T2 , x +
y = ± 1/2 is holds the shorter distance xp of the distance between the electrodes R 1 of the electrode finger and the electrode R 2 of the electrode fingers
At the same time, x <１ ／, and at the same time, at the phase difference 2πy between the electric signals E R1 and E R2 , x + y = ± 1
/ 2 holds. In the ultrasonic touch panel according to a fourth aspect, the other surface of the non-piezoelectric plate is supported by a support substrate. In the ultrasonic touch panel according to the fifth aspect, each of the piezoelectric plates is made of a piezoelectric ceramic, and a direction of a polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to a thickness direction of the piezoelectric ceramic. In the ultrasonic touch panel according to a sixth aspect, each of the piezoelectric plates is made of PVDF or another piezoelectric polymer compound.
【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、少なくとも１組のすだれ状電極ＩTを備え
た圧電板ＰTと、少なくとも１組のすだれ状電極ＩRを備
えた圧電板ＰRとを非圧電板の一方の板面に設けて成る
ものである。この場合、すだれ状電極ＩTは圧電板ＰTの
一方の板面に設けられている。圧電板ＰTはこのすだれ
状電極ＩTが設けられた方の板面またはもう一方の板面
を介して非圧電板に固着されている。すだれ状電極ＩR
は圧電板ＰRの一方の板面に設けられている。圧電板ＰR
はこのすだれ状電極ＩRが設けられた方の板面またはも
う一方の板面を介して非圧電板に固着されている。すだ
れ状電極ＩT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ＩTに入力する構造を採用するこ
とにより、その電極周期長ｐとほぼ等しい波長を有する
弾性表面波を圧電板ＰTに励振させ、その弾性表面波を
非圧電板の圧電板ＰTが設けられた方の板面の表面近傍
に伝搬させることができる。このとき非圧電板に伝搬さ
れるのは１次以上の高次モードの弾性表面波で、この１
次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板
単体に伝搬するレイリー波の速度と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ＩT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、圧電板ＰTと
非圧電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。また、圧
電板ＰTの厚さｄをすだれ状電極ＩTの電極周期長ｐより
も小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍
以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速
度が圧電板ＰT単体に伝搬する弾性表面波の位相速度よ
りも大きい物質を非圧電板として採用することにより、
非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、非圧
電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させること
ができる。従って、低消費電力駆動が可能となるばかり
でなく、非圧電板の支持が容易になる。すだれ状電極Ｉ
TおよびＩR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、非圧電板に伝搬した弾性表面波をすだれ状電
極ＩRから電気信号として出力させることができる。こ
のとき、非圧電板に伝搬した弾性表面波はいったん圧電
板ＰRに伝搬された後、すだれ状電極ＩRの電極周期長ｐ
にほぼ対応する周波数の電気信号としてすだれ状電極Ｉ
Rから出力される。この圧電板ＰRに伝搬した弾性表面波
は１次以上の高次モードの波で、この弾性表面波の波長
が電極周期長ｐとほぼ等しくなるように電極周期長ｐを
設定し、この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相
速度が非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ
等しくなるような構造を採用することにより、圧電板Ｐ
Rに伝搬した弾性表面波をすだれ状電極ＩRから効率よく
電気信号として出力することができる。また、圧電板Ｐ
Rと非圧電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。さら
に、圧電板ＰRの厚さｄをすだれ状電極ＩRの電極周期長
ｐよりも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほ
ぼ３倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の
位相速度が圧電板ＰR単体に伝搬する弾性表面波の位相
速度よりも大きい物質を非圧電板として採用することに
より、非圧電板に伝搬されている弾性表面波をすだれ状
電極ＩRから効率よく電気信号として出力することがで
きる。従って、低消費電力駆動が可能となるばかりでな
く、非圧電板の支持が容易になる。本発明の超音波タッ
チパネルの第２の構造は、１組のすだれ状電極Ｔおよび
接地電極ＧTを備えた圧電板ＰTと、１組のすだれ状電極
Ｒおよび接地電極ＧRを備えた圧電板ＰRと、非圧電板
と、移相器ＳTと、移相器ＳRとを備えて成る構造を採用
することが可能である。このとき、すだれ状電極Ｔは圧
電板ＰTの一方の板面に設けられ、接地電極ＧTは圧電板
ＰTのもう一方の板面に設けられている。圧電板ＰTは接
地電極ＧTが設けられた方の板面を介して非圧電板に固
着されている。すだれ状電極Ｒは圧電板ＰRの一方の板
面に設けられ、接地電極ＧRは圧電板ＰRのもう一方の板
面に設けられている。圧電板ＰRは接地電極ＧRが設けら
れた方の板面を介して非圧電板に固着されている。すだ
れ状電極Ｔは、電極Ｔ1およびＴ2から成り、電極Ｔ1の
電極指と電極Ｔ2の電極指との間の距離には２種類あ
る。すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ1およびＲ2から成り、電
極Ｒ1の電極指と電極Ｒ2の電極指との間の距離には２種
類ある。電極Ｔ1およびＴ2の入力端を移相器ＳTに並列
に接続し、電極Ｔ1と接地電極ＧTとの間および電極Ｔ2
と接地電極ＧTとの間に互いに位相の異なる電気信号Ｅ
T1およびＥT2を移相器ＳTを介して入力する構造を採用
することにより、すだれ状電極Ｔの電極周期長ｐとほぼ
等しい波長を有する一方向性の弾性表面波を圧電板ＰT
に励振させ、その弾性表面波を非圧電板の圧電板ＰTが
設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させることができ
る。一方向性の弾性表面波の励振は、よりいっそうの低
消費電力駆動を可能にする。移相器ＳTは少なくとも１
つのコイルＬ1を含むことを必要とし、コイルＬ1は電極
Ｔ1またはＴ2の入力端に接続されている。電気信号ＥT1
およびＥT2の位相差は２πｙで表わされ、電気信号ＥT1
およびＥT2の周波数はすだれ状電極Ｔの電極周期長ｐに
ほぼ対応している。ここで、電極Ｔ1の電極指と電極Ｔ2
の電極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおい
て、ｘ＜１／２で、同時に、電気信号ＥT1とＥT2との間
の位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ
場合に、圧電板ＰTに一方向性の弾性表面波が励振され
る。たとえば、ｘが１／４のときにはｙ＝１／４または
ｙ＝−３／４となる。つまり、距離ｘｐをｐ／４とし、
位相差２πｙをπ／２（９０°）または−３π／２（−
２７０°）とする電気信号ＥT1およびＥT2を入力するこ
とにより、圧電板ＰTに一方向性の弾性表面波を励振す
ることが可能となる。このとき、圧電板ＰTに励振され
る弾性表面波は１次以上の高次モードの弾性表面波で、
この１次以上の高次モードの弾性表面波の位相速度が非
圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくな
るような構造を採用することにより、すだれ状電極Ｔ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、圧電板Ｐ
Tと非圧電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。ま
た、圧電板の厚さｄをすだれ状電極Ｔの電極周期長ｐよ
りも小さくし、非圧電板の厚さを電極周期長ｐのほぼ３
倍以上とし、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相
速度が圧電板ＰT単体に伝搬する弾性表面波の位相速度
よりも大きい物質を非圧電板として採用することによ
り、非圧電板の内部には超音波を漏洩させることなく、
非圧電板の表面近傍に効率よく弾性表面波を伝搬させる
ことができる。電極Ｒ1およびＲ2の出力端を移相器ＳR
に並列に接続する構造を採用することにより、非圧電板
に伝搬した弾性表面波を圧電板ＰRに伝搬させた後、位
相差２πｙを有する電気信号ＥR1およびＥR2として電極
Ｒ1と接地電極ＧRとの間および電極Ｒ2と接地電極ＧRと
の間から出力することができる。移相器ＳRは少なくと
も１つのコイルＬ2を含み、コイルＬ2は電極Ｒ1または
Ｒ2の出力端に接続される。出力された電気信号ＥR1お
よびＥR2は移相器ＳRによって同じ位相の電気信号ＥRに
合成される。このとき、電気信号ＥR1およびＥR2の周波
数はすだれ状電極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応してい
る。ここで、電極Ｒ1の電極指と電極Ｒ2の電極指との間
の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２
で、しかも、電気信号ＥR1とＥR2との間の位相差２πｙ
において、ｘ＋ｙ＝±１／２の場合には、すだれ状電極
Ｒおよび接地電極ＧRは圧電板ＰRに伝搬している一方向
性の弾性表面波のみを検出して電気信号ＥR1およびＥR2
として出力することを可能にする。たとえば、ｘが１／
４のときにはｙ＝１／４またはｙ＝−３／４となる。つ
まり、距離ｘｐをｐ／４とすれば、位相差２πｙがπ／
２（９０°）または−３π／２（−２７０°）である電
気信号ＥR1およびＥR2が電極Ｒ1と接地電極ＧRとの間お
よび電極Ｒ2と接地電極ＧRとの間から出力される。圧電
板ＰRに伝搬した弾性表面波は１次以上の高次モードの
波で、この弾性表面波の波長が電極周期長ｐとほぼ等し
くなるように電極周期長ｐを設定し、この１次以上の高
次モードの弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬
するレイリー波の速度とほぼ等しくなるような構造を採
用することにより、圧電板ＰRに伝搬した弾性表面波を
すだれ状電極Ｒから効率よく電気信号として出力するこ
とができる。また、圧電板ＰRと非圧電板との界面での
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。また、圧電板ＰRの厚さｄをす
だれ状電極Ｒの電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板
の厚さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とし、非圧電板単
体に伝搬する弾性表面波の位相速度が圧電板ＰR単体に
伝搬する弾性表面波の位相速度よりも大きい物質を非圧
電板として採用することにより、非圧電板に伝搬されて
いる弾性表面波をすだれ状電極Ｒから効率よく電気信号
として出力することができる。本発明の超音波タッチパ
ネルの第１および第２の構造において、圧電板として圧
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、圧電板ＰTに効率よく弾性表面波を励振し非圧電板
の表面近傍に伝搬させることと、非圧電板に伝搬した弾
性表面波を効率よく圧電板ＰRに伝搬させることを可能
にする。本発明の超音波タッチパネルの第１および第２
の構造において、圧電板としてＰＶＤＦその他の高分子
圧電フィルムを採用することにより、圧電板ＰTに効率
よく弾性表面波を励振し非圧電板の表面近傍に伝搬させ
ることと、非圧電板に伝搬した弾性表面波を効率よく圧
電板ＰRに伝搬させることを可能にする。本発明の超音
波タッチパネルでは、非圧電板上におけるすだれ状電極
ＩTとＩRとの間、またはすだれ状電極ＴとＲとの間が接
触されると、弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、そ
れに伴ってすだれ状電極ＩRに出力される電気信号また
は移相器ＳRに出力される電気信号ＥRの大きさも消滅ま
たは減衰する。つまり、すだれ状電極ＩRに出力される
電気信号または移相器ＳRに出力される電気信号ＥRの大
きさから非圧電板上に接触したかどうかを検出すること
が可能となる。また、超音波タッチパネルの第２の構造
では一方向性を有する弾性表面波の励振が可能なことか
ら、よりいっそうの低消費電力駆動が可能で、不要信号
も少なく高感度である。The first structure of the ultrasonic touch panel of the embodiment of the present invention is provided with a piezoelectric plate P T having at least one pair of interdigital transducer I T, at least one pair of interdigital transducer I R those made by providing a piezoelectric plate P R to one plate surface of the non-piezoelectric plate. In this case, the interdigital transducer I T is provided on one plate surface of the piezoelectric plate P T. The piezoelectric plate P T is fixed via the plate surface or the other plate surface towards which the interdigital transducer I T is provided on the non-piezoelectric plate. IDT I R
It is provided on one plate surface of the piezoelectric plate P R. Piezoelectric plate P R
Is fixed to the non-piezoelectric plate via the plate surface on which the interdigital electrode I R is provided or the other plate surface. By adopting a structure for inputting substantially corresponding electrical signals of frequency interdigital periodicity p of interdigital transducer I T in interdigital transducer I T, the piezoelectric surface acoustic wave having a wavelength approximately equal and its interdigital periodicity p The surface PT can be excited and the surface acoustic wave can be propagated to the vicinity of the surface of the non-piezoelectric plate on which the piezoelectric plate PT is provided. At this time, what is propagated to the non-piezoelectric plate is a first-order or higher-order mode surface acoustic wave.
By the phase velocity of the surface acoustic wave of the next higher-order mode to adopt substantially equal such a structure the Rayleigh wave velocity propagating in non-piezoelectric plate alone, the electrical energy applied from interdigital transducer I T Not only can the degree of conversion into a surface acoustic wave be increased, but also reflection or the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between the piezoelectric plate PT and the non-piezoelectric plate can be eliminated. Further, the thickness d of the piezoelectric plate P T smaller than the electrode periodicity p of interdigital transducer I T, and almost three times more than a thickness of the interdigital periodicity p of the non-piezoelectric plate, propagated in non-piezoelectric plate alone By using a substance whose phase velocity of the surface acoustic wave is larger than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate PT alone as the non-piezoelectric plate,
The surface acoustic wave can be efficiently propagated to the vicinity of the surface of the non-piezoelectric plate without leaking the ultrasonic wave into the non-piezoelectric plate. Accordingly, not only low power consumption driving is possible, but also support of the non-piezoelectric plate becomes easy. Interdigital electrode I
By the T and I R are directional axes of transmission and reception waves of the surface acoustic wave to adopt a structure such as paired one to one to each other so that the common interdigital electrode surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate it can be output as an electric signal from the I R. In this case, after the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate which is once propagated to the piezoelectric plate P R, interdigital periodicity of IDT I R p
Electrode I as an electric signal having a frequency substantially corresponding to
Output from R. The piezoelectric plate P R surface acoustic waves propagating in the wave of the primary or higher order mode, to set the interdigital periodicity p as the wavelength of the surface acoustic wave is substantially equal to the interdigital periodicity p, the 1 By adopting a structure in which the phase velocity of a surface acoustic wave of a higher-order mode or higher is approximately equal to the velocity of a Rayleigh wave propagating through a single non-piezoelectric plate, the piezoelectric plate P
The surface acoustic wave propagating in R can be output from the interdigital transducer I R as efficiently electrical signal. Also, the piezoelectric plate P
It is possible to eliminate reflection and the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between R and the non-piezoelectric plate. Further, the thickness d of the piezoelectric plate P R smaller than the electrode periodicity p of interdigital transducer I R, and almost three times more than a thickness of the interdigital periodicity p of the non-piezoelectric plate, propagated in non-piezoelectric plate alone by the phase velocity of the surface acoustic wave to adopt greater substance than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating in the piezoelectric plate P R alone as a non-piezoelectric plate, the surface acoustic wave which is propagated in a non-piezoelectric plate interdigital it can be output from the electrode I R as efficiently electrical signal. Accordingly, not only low power consumption driving is possible, but also support of the non-piezoelectric plate becomes easy. The second structure of the ultrasonic touch panel of the present invention, a piezoelectric having a piezoelectric plate P T with a pair of interdigital transducer T and the ground electrode G T, a pair of the interdigital electrodes R and the ground electrode G R a plate P R, and the non-piezoelectric plate, a phase shifter S T, it is possible to adopt a structure formed by a phase shifter S R. In this case, the interdigital transducer T is provided on one plate surface of the piezoelectric plate P T, the ground electrode G T is provided on the other plate surface of the piezoelectric plate P T. The piezoelectric plate P T is fixed to a non-piezoelectric plate through the plate surface towards the ground electrode G T is provided. IDT R is provided on one plate surface of the piezoelectric plate P R, the ground electrode G R is provided on the other plate surface of the piezoelectric plate P R. The piezoelectric plate P R is fixed via a plate surface towards the ground electrode G R is provided in the non-piezoelectric plate. IDT T consists electrodes T 1 and T 2, there are two types of distance between the electrode fingers of the electrodes T 1 and the electrode T 2 electrode fingers. IDT R consists electrode R 1 and R 2, there are two types of distance between the electrode fingers of the electrode finger and the electrode R 2 electrodes R 1. The input end of the electrode T 1 and T 2 connected in parallel to the phase shifter S T, between the electrode T 1 and the ground electrode G T and the electrode T 2
Signal E having a different phase between the ground signal G T and the ground electrode G T
By the T1 and E T2 to adopt a structure input via the phase shifter S T, the piezoelectric plate P T unidirectional surface acoustic wave having a wavelength substantially equal to the interdigital periodicity p of IDT T
And the surface acoustic wave can be propagated to the vicinity of the surface of the non-piezoelectric plate on which the piezoelectric plate PT is provided. Excitation of a unidirectional surface acoustic wave enables even lower power consumption driving. Phase shifter S T is at least 1
One of was necessary to include a coil L 1, a coil L 1 is connected to the input end of the electrode T 1 or T 2. Electric signal E T1
And the phase difference between E T2 and E T2 is represented by 2πy, and the electric signal E T1
And the frequency of E T2 substantially corresponds to the electrode period length p of the interdigital transducer T. Here, the electrode finger of the electrode T 1 and the electrode T 2
X <y> at the shorter distance xp among the distances to the electrode fingers, and at the same time, x + y = ± 1/2 holds at the phase difference 2πy between the electric signals E T1 and E T2. In this case, a unidirectional surface acoustic wave is excited on the piezoelectric plate PT . For example, when x is 1/4, y = 1/4 or y = -3 / 4. That is, the distance xp is p / 4,
When the phase difference 2πy is π / 2 (90 °) or −3π / 2 (−
By inputting the electric signals E T1 and E T2 of 270 °), it becomes possible to excite a unidirectional surface acoustic wave to the piezoelectric plate PT . At this time, the surface acoustic wave excited by the piezoelectric plate PT is a first-order or higher-order surface acoustic wave.
By adopting a structure in which the phase velocity of the surface acoustic wave of the first-order or higher-order mode is approximately equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating to the non-piezoelectric plate alone, the electric energy applied from the interdigital transducer T Not only can the degree to which is converted into a surface acoustic wave be increased, but also the piezoelectric plate P
Reflection or the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between T and the non-piezoelectric plate can be eliminated. Also, the thickness d of the piezoelectric plate is made smaller than the electrode period length p of the interdigital transducer T, and the thickness of the non-piezoelectric plate is set to be approximately 3 times the electrode period length p.
By using a material whose phase velocity of the surface acoustic wave propagating to the non-piezoelectric plate alone is larger than that of the surface acoustic wave propagating to the piezoelectric plate PT alone, the non-piezoelectric plate Without letting ultrasonic wave leak inside
A surface acoustic wave can be efficiently propagated near the surface of the non-piezoelectric plate. Connect the output ends of the electrodes R 1 and R 2 to the phase shifter S R
To by adopting a structure for connecting in parallel, after the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate is propagated to the piezoelectric plate P R, and the electrodes R 1 as an electric signal E R1 and E R2 having a phase difference 2πy ground it can be output from and between the electrode R 2 between the electrode G R and the ground electrode G R. Phase shifter S R comprises at least one coil L 2, the coil L 2 is connected to an output end of the electrode R 1 or R 2. The output electric signals E R1 and E R2 are combined into an electric signal E R of the same phase by the phase shifter S R. At this time, the frequencies of the electric signals E R1 and E R2 substantially correspond to the electrode period length p of the interdigital transducer R. Here, the shorter distance xp of the distance between the electrode fingers of the electrodes R 1 of the electrode finger and the electrode R 2, x <1/2
And a phase difference of 2πy between the electric signals E R1 and E R2.
In, x + y = in the case of ± 1/2, the interdigital electrodes R and the ground electrode G R piezoelectric plate P unidirectional surface acoustic wave propagating in R only by detecting electrical signals E R1 and E R2
As output. For example, if x is 1 /
In the case of 4, y = 1/4 or y = -3 / 4. That is, if the distance xp is p / 4, the phase difference 2πy becomes π /
2 (90 °) or -3 [pi] / 2 output from between (-270 °) is an electric signal E R1 and E R2 is and between the electrodes R 2 and the ground electrode G R and the electrodes R 1 and the ground electrode G R Is done. SAW propagating on the piezoelectric plate P R is a wave of first-order or higher-order mode, set the interdigital periodicity p as the wavelength of the surface acoustic wave is substantially equal to the interdigital periodicity p, the primary by employing approximately equal such a structure the Rayleigh wave speed is the phase velocity of the surface acoustic wave of higher-order modes above will be propagated to non-piezoelectric plate alone, interdigital surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate P R It is possible to efficiently output an electric signal from the electrode R. In addition, it is possible to eliminate reflection or the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between the piezoelectric plate PR and the non-piezoelectric plate. Further, the thickness d of the piezoelectric plate P R is made smaller than the electrode period length p of the interdigital transducer R, and the thickness of the non-piezoelectric plate is made about three times or more the electrode period length p, and the thickness of the non-piezoelectric plate propagates to the non-piezoelectric plate alone. by adopting the larger material than the phase velocity of the surface acoustic wave phase velocity of the surface acoustic wave propagates on the piezoelectric plate P R alone as a non-piezoelectric plate, the interdigital transducer surface acoustic wave which is propagated in a non-piezoelectric plate R can be efficiently output as an electric signal. In the first and second structures of the ultrasonic touch panel of the present invention, a piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric plate, and a structure in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to the thickness direction is adopted. and it is propagated in the vicinity of the surface of the excited efficiently surface acoustic wave plate P T nonpiezoelectric plate, makes it possible to propagate the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate efficiently piezoelectric plate P R. First and second ultrasonic touch panels of the present invention
By adopting PVDF or other polymer piezoelectric film as the piezoelectric plate, the surface acoustic wave can be efficiently excited on the piezoelectric plate PT and propagated near the surface of the non-piezoelectric plate. It makes it possible to propagate the surface acoustic wave efficiently to the piezoelectric plate P R. In the ultrasonic touch panel of the present invention, when between the interdigital transducers I T and I R in the non-piezoelectric plate on or between the interdigital transducers T and R, are contacted, is interrupted propagation path of the surface acoustic wave Runode, also disappears or attenuates the magnitude of the electric signal E R outputted to an electric signal or the phase shifter S R is output to the interdigital transducer I R accordingly. In other words, it is possible to detect whether the contact from the magnitude of the electric signal E R outputted to an electric signal or the phase shifter S R is output to the interdigital transducer I R on a non-piezoelectric plate. Further, since the second structure of the ultrasonic touch panel can excite a surface acoustic wave having one direction, further low power consumption driving is possible, and unnecessary signals are reduced and the sensitivity is high.
【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。本実施例はすだれ状電極
Ｔ、Ｒ、接地電極ＧT、ＧR、圧電磁器板ＰT、ＰR、移相
器ＳT、ＳR、ガラス板１および支持基板２から成る。各
すだれ状電極および各接地電極はアルミニウム薄膜で成
る。各圧電磁器板は厚さ１５０μｍのＴＤＫ製１０１Ａ
材（製品名）で成る。ガラス板１は厚さ１．５ｍｍのガ
ラスで成る。すだれ状電極Ｔは圧電磁器板ＰTの上面に
設けられ、すだれ状電極Ｒは圧電磁器板ＰRの上面に設
けられている。接地電極ＧTは圧電磁器板ＰTの下面に設
けられ、接地電極ＧRは圧電磁器板ＰRの下面に設けられ
ている。各圧電磁器板は厚さ約２０μｍのエポキシ系樹
脂によってガラス板１上に固着されている。ガラス板１
の下方は支持基板２に固着され支持されている。図２は
図１の超音波タッチパネルの部分斜視図であり、図１の
超音波タッチパネルの入力側部分を示すものである。但
し、支持基板２は省いて描かれている。入力側部分はす
だれ状電極Ｔ、接地電極ＧT、圧電磁器板ＰT、移相器Ｓ
Tおよびガラス板１を含む。出力側部分はすだれ状電極
Ｒ、接地電極ＧR、圧電磁器板ＰR、移相器ＳRおよびガ
ラス板１を含む。出力側部分も入力側部分と同様の構造
を有し、すだれ状電極Ｒ、接地電極ＧR、圧電磁器板ＰR
および移相器ＳRはそれぞれすだれ状電極Ｔ、接地電極
ＧT、圧電磁器板ＰTおよび移相器ＳTに対応する。すだ
れ状電極ＴおよびＲはともに１０対の電極指を有する正
規型のものであり、電極周期長ｐは４６０μｍである。
すだれ状電極Ｔは電極Ｔ1およびＴ2から成る。すだれ状
電極Ｒは電極Ｒ1およびＲ2から成り、電極Ｒ1およびＲ2
は電極Ｔ1およびＴ2に対応している。電極Ｔ1の電極指
と電極Ｔ2の電極指との間の距離には２種類あり、その
うち短い方の距離ｘｐは１１５μｍである。同様にし
て、電極Ｒ1の電極指と電極Ｒ2の電極指との間の距離に
は２種類あり、そのうち短い方の距離ｘｐは１１５μｍ
である。移相器ＳTはコイルＬ1を含み、移相器ＳRはコ
イルＬ2を含み、コイルＬ2はコイルＬ1に対応してい
る。図１の超音波タッチパネルの駆動時、電極Ｔ1と接
地電極ＧTとの間および電極Ｔ2と接地電極ＧTとの間に
位相差が９０°または−２７０°の電気信号ＥT1および
ＥT2を移相器ＳTを介して入力すると、電気信号ＥT1お
よびＥT2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一方向性を有す
る弾性表面波に変換されて圧電磁器板ＰTを伝搬し、さ
らにその弾性表面波はガラス板１の圧電磁器板ＰTが固
着された方の板面の表面近傍に伝搬される。ガラス板１
に伝搬した弾性表面波は圧電磁器板ＰRに伝搬され、そ
の圧電磁器板ＰR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
面波のみが位相差が９０°または−２７０°の電気信号
ＥR1およびＥR2に変換されて、電極Ｒ1と接地電極ＧRと
の間および電極Ｒ2と接地電極ＧRとの間から出力され
る。出力された電気信号ＥR1およびＥR2は移相器ＳRを
介することにより位相差が零の単一の電気信号ＥRとし
て検出される。つまり、移相器ＳRを介することにより
２つの電気信号ＥR1およびＥR2が合成されて単一の電気
信号ＥRとなり強度が増大することから、超音波の検出
感度が増大される。ガラス板１のすだれ状電極ＴとＲと
の間を人指または物体によって接触すると、弾性表面波
が消滅または減衰する。つまり、すだれ状電極ＴとＲと
の間の弾性表面波の伝搬路が遮断されるので、それに伴
ってすだれ状電極Ｒに出力される電気信号も消滅または
減衰する。つまり、移相器ＳRから出力される電気信号
ＥRも消滅または減衰する。このようにして、移相器ＳR
から出力される電気信号ＥRの大きさからガラス板１上
に接触したかどうかを検出することが可能となる。図３
は圧電磁器板ＰT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、弾性
表面波の周波数ｆと圧電磁器板Tの厚さｄとの積（ｆ
ｄ）との関係を示す特性図である。但し、図３では、ガ
ラス板１が、ガラス板１単体を伝搬する弾性表面波の横
波の速度が３０９１ｍ／ｓで縦波の速度が５５９２ｍ／
ｓであるような材質で成る場合の特性図が示される。こ
の横波速度３０９１ｍ／ｓおよび縦波速度５５９２ｍ／
ｓという値は、圧電磁器板ＰT単体の場合の横波速度２
４５０ｍ／ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれの
ほぼ１．３倍である。図３では、すだれ状電極Ｔに加え
られる電気的エネルギーは特に１次モードの弾性表面波
に最も効率よく変換されることが分かる。すだれ状電極
Ｔに加えられる電気的エネルギーが１次モードの弾性表
面波に最も変換されやすいのはｆｄ値が約１．３ＭＨｚ
・ｍｍのときで、このときｋ2は最大値の約４．７％を
示す。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ＬｉＮｂＯ3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４は圧電磁器板ＰTを伝搬する弾性表面波の位相速度
を示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速
度を示す図である。但し、図４では、ガラス板１が図３
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Ｔに加えられる電気的エネルギーが各モー
ドの弾性表面波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図３
から算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示
す。１次以上の高次モードの○印における位相速度はほ
ぼ一定（約２９８０ｍ／ｓ）で、ガラス板１単体に伝搬
するレイリー波速度（２８５０ｍ／ｓ）とほぼ等しい。
図５は圧電磁器板ＰT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
を示す特性図である。但し、図５では、ガラス板１が、
ガラス板１単体を伝搬する弾性表面波の横波の速度が４
２０３ｍ／ｓで縦波の速度が７６０４ｍ／ｓであるよう
な材質で成る場合の特性図が示される。この横波速度４
２０３ｍ／ｓおよび縦波速度７６０４ｍ／ｓという値
は、圧電磁器板ＰT単体の場合の横波速度２４５０ｍ／
ｓおよび縦波速度４３９０ｍ／ｓそれぞれのほぼ１．７
倍である。図５では、すだれ状電極Ｔに加えられる電気
的エネルギーは特に１次モードの弾性表面波に最も効率
よく変換されることが分かる。すだれ状電極Ｔに加えら
れる電気的エネルギーが１次モードの弾性表面波に最も
変換されやすいのはｆｄ値が約０．７ＭＨｚ・ｍｍのと
きで、このときｋ2は最大値の約１４．０％を示す。図
６は圧電磁器板ＰTを伝搬する弾性表面波の位相速度を
示す特性図であり、ｆｄ値に対する各モードの位相速度
を示す図である。但し、図６では、ガラス板１が図５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Ｔに加えられる電気的エネルギーが各モード
の弾性表面波に最も効率よく変換されるｆｄ値（図５か
ら算出した値で、ｋ2が最大値を示すｆｄ値）を示す。
１次以上の高次モードの○印における位相速度はほぼ一
定（約３８００ｍ／ｓ）で、ガラス板１単体に伝搬する
レイリー波速度（３８６０ｍ／ｓ）とほぼ等しい。図３
〜６より、ガラス板１に効率よく伝搬される弾性表面波
は１次以上の高次モードの波であることが分かる。ま
た、すだれ状電極Ｔに加えられる電気的エネルギーが１
次以上の高次モードの弾性表面波に最も変換されやすい
位相速度は、ガラス板１単体に伝搬するレイリー波速度
とほぼ等しい。同様にして、すだれ状電極Ｒにおいて１
次以上の高次モードの弾性表面波が電気信号に変換され
る場合、その弾性表面波の位相速度がガラス板１単体に
伝搬するレイリー波速度とほぼ等しいときに効率よく電
気信号に変換される。図７は本発明の超音波タッチパネ
ルの第２の実施例を示す断面図である。本実施例はすだ
れ状電極ＩT、ＩR、圧電磁器板ＰT、ＰR、ガラス板１お
よび支持基板２から成る。各すだれ状電極はアルミニウ
ム薄膜で成る。すだれ状電極ＩTは圧電磁器板ＰT上に設
けられ、すだれ状電極ＩRは圧電磁器板ＰR上に設けられ
ている。各圧電磁器板は厚さ約２０μｍのエポキシ系樹
脂によってガラス板１上に固着されている。ガラス板１
の下方は支持基板２に固着され支持されている。図８は
図７の超音波タッチパネルの部分斜視図であり、図７の
超音波タッチパネルの入力側部分を示すものである。但
し、支持基板２は省いて描かれている。入力側部分はす
だれ状電極ＩT、圧電磁器板ＰTおよびガラス板１を含
む。出力側部分はすだれ状電極ＩR、圧電磁器板ＰRおよ
びガラス板１を含む。出力側部分も入力側部分と同様の
構造を有し、すだれ状電極ＩRおよび圧電磁器板ＰRはそ
れぞれすだれ状電極ＩTおよび圧電磁器板ＰTに対応す
る。各すだれ状電極は１０対の電極指を有する正規型の
ものであり、電極周期長ｐは４６０μｍである。すだれ
状電極ＩTから電気信号を入力するとその電気信号の周
波数のうちすだれ状電極ＩT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
電磁器板ＰTを伝搬し、さらにその弾性表面波はガラス
板１の圧電磁器板ＰTが固着された方の板面の表面近傍
に伝搬される。ガラス板１に伝搬した弾性表面波は圧電
磁器板ＰRに伝搬され、その圧電磁器板ＰRに伝搬された
弾性表面波のうちすだれ状電極ＩR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
れてすだれ状電極ＩRから出力される。図７の超音波タ
ッチパネルでは、各圧電磁器板は各すだれ状電極が設け
られた方の板面を介してガラス板１上に固着されている
が、各すだれ状電極が設けられていない方の板面を介し
てガラス板１上に固着されている場合にも同様な効果が
見られた。図１および図７の２つの超音波タッチパネル
を比較した場合、図１の方がより低消費電力で低電圧駆
動が可能であり、しかも感度がよい。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an ultrasonic touch panel according to the present invention. This embodiment interdigital transducer T, R, the ground electrode G T, G R, the piezoelectric ceramic plate P T, P R, phase shifter S T, S R, made of a glass plate 1 and the supporting substrate 2. Each interdigital electrode and each ground electrode are made of an aluminum thin film. Each piezoelectric ceramic plate is made of TDK 101A with a thickness of 150 μm.
Consists of materials (product names). The glass plate 1 is made of glass having a thickness of 1.5 mm. IDT T is provided on the upper surface of the piezoelectric ceramic plate P T, IDT R is provided on the upper surface of the piezoelectric ceramic plate P R. Ground electrodes G T is provided on a lower surface of the piezoelectric ceramic plate P T, the ground electrode G R are provided on the lower surface of the piezoelectric ceramic plate P R. Each piezoelectric ceramic plate is fixed on the glass plate 1 with an epoxy resin having a thickness of about 20 μm. Glass plate 1
Is fixed to and supported by the support substrate 2. FIG. 2 is a partial perspective view of the ultrasonic touch panel of FIG. 1, showing an input side portion of the ultrasonic touch panel of FIG. However, the supporting substrate 2 is omitted. Input portion interdigital transducer T, the ground electrode G T, the piezoelectric ceramic plate P T, phase shifter S
T and the glass plate 1 are included. Output portion comprises interdigital transducers R, the ground electrode G R, the piezoelectric ceramic plate P R, a phase shifter S R and the glass plate 1. Output side portion also has the same structure as the input portion, interdigital transducer R, the ground electrode G R, the piezoelectric ceramic plate P R
And the phase shifter S R is IDT T respectively, corresponding to the ground electrode G T, the piezoelectric ceramic plate P T and the phase shifter S T. Each of the interdigital electrodes T and R is of a regular type having ten pairs of electrode fingers, and the electrode cycle length p is 460 μm.
IDT T consists electrodes T 1 and T 2. IDT R consists electrode R 1 and R 2, electrodes R 1 and R 2
Corresponds to the electrodes T 1 and T 2 . There are two types of distance between the electrode fingers of the electrodes T 1 of the electrode finger and the electrode T 2, the distance xp of which the shorter is 115 .mu.m. Similarly, there are two types of distance between the electrode fingers of the electrode finger and the electrode R 2 electrodes R 1, the distance xp of them shorter 115μm
It is. Phase shifter S T includes a coil L 1, phase shifter S R includes coil L 2, the coil L 2 corresponds to the coil L 1. During driving of the ultrasonic touch panel of FIG. 1, the phase difference and between the electrode T 2 of the between electrodes T 1 and the ground electrode G T and the ground electrode G T is 90 ° or -270 ° of the electric signal E T1 and E When the T2 is input via a phase shifter S T, the surface acoustic wave only the center frequency and the electric signal of a frequency in the vicinity indicated by IDT T of the frequency of the electrical signal E T1 and E T2 has a unidirectional It is converted to propagating the piezoelectric ceramic plate P T, further the surface acoustic wave is propagated in the vicinity of the surface of the plate surface towards the piezoelectric ceramic plate P T of the glass plate 1 is fixed. Glass plate 1
Surface acoustic waves propagating in is propagated in the piezoelectric ceramic plate P R, only the center frequency surface acoustic wave having a frequency in the vicinity indicated by IDT R of the surface acoustic wave which is propagated to the piezoelectric ceramic plate P R the phase difference is converted into an electric signal E R1 and E R2 of 90 ° or -270 °, output from and between the electrode R 2 between the electrode R 1 and the ground electrode G R and the ground electrode G R. The output electric signals E R1 and E R2 are detected as a single electric signal E R having a zero phase difference through the phase shifter S R. That is, two electrical signals E R1 and E R2 are synthesized by passing through the phase shifter S R from the single electric signal E R becomes strength increases, the detection sensitivity of the ultrasonic wave is increased. When the interdigital electrodes T and R of the glass plate 1 are brought into contact with each other by a finger or an object, the surface acoustic waves disappear or attenuate. That is, since the propagation path of the surface acoustic wave between the interdigital transducers T and R is cut off, the electric signal output to the interdigital transducer R disappears or attenuates accordingly. That it is, disappears or attenuates electrical signals E R outputted from the phase shifter S R. Thus, the phase shifter S R
It can be detected from the magnitude of the electric signal E R output from whether or not it has touched the glass plate 1. FIG.
The product of the electromechanical coupling coefficient k 2 calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different piezoelectric ceramic plate P T, the thickness d of the frequency f and the piezoelectric ceramic plate T of a surface acoustic wave ( f
It is a characteristic view which shows the relationship with d). However, in FIG. 3, the speed of the shear wave of the surface acoustic wave propagating through the glass plate 1 alone is 3091 m / s and the speed of the longitudinal wave is 5592 m /
A characteristic diagram in the case of a material such as s is shown. The shear wave speed of 3091 m / s and the longitudinal wave speed of 5592 m / s
The value s is the transverse wave velocity 2 in the case of the piezoelectric ceramic plate PT alone.
It is approximately 1.3 times each of 450 m / s and longitudinal wave velocity of 4390 m / s. In FIG. 3, it can be seen that the electrical energy applied to the interdigital transducer T is most efficiently converted to a surface acoustic wave of the first mode. The electric energy applied to the interdigital transducer T is most easily converted to a first-order mode surface acoustic wave when the fd value is about 1.3 MHz.
Mm, where k 2 represents about 4.7% of the maximum value. It is clear that the k 2 value deserves evaluation even when compared with a value of about 5% of a LiNbO 3 single crystal in a practical range as a piezoelectric substrate for surface acoustic waves.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the phase velocity of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric ceramic plate PT , and is a diagram showing the phase velocity of each mode with respect to the fd value. However, in FIG. 4, the glass plate 1 is
A characteristic diagram in the case of the same material as shown in FIG. ○ mark,
The fd value at which the electric energy applied to the interdigital transducer T is most efficiently converted into a surface acoustic wave of each mode (FIG.
In the calculated values from, k 2 represents the fd value) indicating the maximum value. The phase velocities of the higher-order modes of the first and higher-order modes at the mark ○ are almost constant (about 2980 m / s) and are almost equal to the Rayleigh wave velocity (2850 m / s) propagating in the glass plate 1 alone.
Figure 5 is a characteristic diagram showing the k 2 value calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different piezoelectric ceramic plate P T, the relationship between the fd value. However, in FIG. 5, the glass plate 1 is
The speed of the transverse wave of the surface acoustic wave propagating through the glass plate 1 alone is 4
A characteristic diagram in the case of a material having a longitudinal wave velocity of 7604 m / s at 203 m / s is shown. This shear wave speed 4
The values of 203 m / s and longitudinal wave velocity of 7604 m / s are the transverse wave velocity of 2450 m / s for the piezoelectric ceramic plate PT alone.
s and longitudinal wave velocity of 4390 m / s approximately 1.7
It is twice. In FIG. 5, it can be seen that the electrical energy applied to the interdigital transducer T is most efficiently converted to a first-order mode surface acoustic wave. The electric energy applied to the interdigital transducer T is most easily converted into a first-order surface acoustic wave when the fd value is about 0.7 MHz · mm. In this case, k 2 is the maximum value of about 14.0. %. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the phase velocity of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric ceramic plate PT , and is a diagram showing the phase velocity of each mode with respect to the fd value. However, FIG. 6 shows a characteristic diagram when the glass plate 1 is made of the same material as in FIG. ○ mark, fd value electric energy applied to interdigital transducer T is most efficiently converted into surface acoustic waves of the modes (a value calculated from FIG. 5, fd value k 2 is the maximum value) Show.
The phase velocities of the first-order and higher-order higher-order modes indicated by the circles are almost constant (about 3800 m / s), and are almost equal to the Rayleigh wave velocity (3860 m / s) propagating through the glass plate 1 alone. FIG.
6 that the surface acoustic wave efficiently propagated to the glass plate 1 is a first-order or higher-order mode wave. The electric energy applied to the interdigital transducer T is 1
The phase velocity that is most easily converted to a higher-order or higher-order surface acoustic wave is almost equal to the Rayleigh wave velocity propagating in the glass plate 1 alone. Similarly, in the interdigital electrode R, 1
When a surface acoustic wave of a higher-order mode or higher is converted into an electric signal, the surface wave is efficiently converted to an electric signal when the phase velocity of the surface acoustic wave is substantially equal to the Rayleigh wave velocity propagating through the glass plate 1 alone. . FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention. This embodiment interdigital transducer I T, I R, the piezoelectric ceramic plate P T, P R, made of a glass plate 1 and the supporting substrate 2. Each interdigital electrode is made of an aluminum thin film. IDT I T is provided on the piezoelectric ceramic plate P T, interdigital transducer I R is provided on the piezoelectric ceramic plate P R. Each piezoelectric ceramic plate is fixed on the glass plate 1 with an epoxy resin having a thickness of about 20 μm. Glass plate 1
Is fixed to and supported by the support substrate 2. FIG. 8 is a partial perspective view of the ultrasonic touch panel of FIG. 7, showing the input side portion of the ultrasonic touch panel of FIG. However, the supporting substrate 2 is omitted. The input part includes an interdigital electrode I T , a piezoelectric ceramic plate PT and a glass plate 1. Output portion includes an interdigital transducer I R, the piezoelectric ceramic plate P R and the glass plate 1. Output side portion also has the same structure as the input portion, interdigital transducer I R and the piezoelectric ceramic plate P R corresponds to the interdigital transducer I T and the piezoelectric ceramic plate P T respectively. Each interdigital electrode is of a regular type having ten pairs of electrode fingers, and the electrode cycle length p is 460 μm. When an electrical signal is inputted from the interdigital transducer I T interdigital electrodes I T only the center frequency and the electric signal of a frequency in the vicinity indicated by is converted into a surface acoustic wave piezoelectric ceramic plate P T of the frequency of the electrical signal The surface acoustic wave propagates near the surface of the glass plate 1 to which the piezoelectric ceramic plate PT is fixed. SAW propagating on the glass plate 1 is propagated to the piezoelectric ceramic plate P R, the elasticity of the center frequency and the frequency in the vicinity indicated by interdigital electrodes I R of the surface acoustic wave which is propagated to the piezoelectric ceramic plate P R only the surface wave is converted into an electric signal output from the interdigital transducer I R. In the ultrasonic touch panel of FIG. 7, each piezoelectric ceramic plate is fixed on the glass plate 1 via the plate surface on which each interdigital electrode is provided, but each piezoelectric ceramic plate is not provided with each interdigital electrode. A similar effect was obtained when the glass plate 1 was fixed on the glass plate 1 via the plate surface. When comparing the two ultrasonic touch panels of FIG. 1 and FIG. 7, FIG. 1 is capable of driving at lower voltage with lower power consumption and has higher sensitivity.
【発明の効果】本発明の超音波タッチパネルでは、圧電
板ＰTに１次以上の高次モードの弾性表面波を励振さ
せ、その弾性表面波を非圧電板の圧電板ＰTが設けられ
た方の板面の表面近傍に伝搬させることができる。この
弾性表面波の位相速度が非圧電板単体に伝搬するレイリ
ー波の速度と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ＩTまたはＴ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、圧電板ＰTと非圧電板との
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。本発明の超音波タッチ
パネルでは、非圧電板の圧電板ＰTおよびＰRが設けられ
た方の板面の表面近傍に伝搬された１次以上の高次モー
ドの弾性表面波を圧電板ＰRに伝搬させた後、すだれ状
電極ＩRまたはＲから電気信号として出力させることが
できる。このとき、この弾性表面波の位相速度が非圧電
板単体に伝搬するレイリー波の速度とほぼ等しくなるよ
うな構造を採用することにより、圧電板ＰRに伝搬した
弾性表面波がすだれ状電極ＩRまたはＲにおいて電気信
号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、圧電板ＰRと非圧電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。電極指間の距離が２種類あるようなすだれ状電
極Ｔを採用することにより、一方向性の弾性表面波を圧
電板ＰTに励振させ、その弾性表面波を非圧電板の圧電
板ＰTが設けられた方の板面の表面近傍に伝搬させるこ
とができる。一方向性の弾性表面波の励振は、よりいっ
そうの低消費電力駆動を可能にするばかりでなく、不要
信号の発生を抑制する。また、電極指間の距離が２種類
あるようなすだれ状電極Ｒを採用することにより、非圧
電板の圧電板ＰRが設けられた方の板面の表面近傍に伝
搬されている一方向性の弾性表面波をすだれ状電極Ｒか
ら電気信号として出力することができ、超音波の発生源
を特定の範囲に限定すること等が可能となる。各圧電板
の厚さｄを電極周期長ｐよりも小さくし、非圧電板の厚
さを電極周期長ｐのほぼ３倍以上とする構造を採用する
とともに、非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速
度が各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度より
も大きい物質を非圧電板として採用することにより、す
だれ状電極ＩTまたはＴから加えられる電気的エネルギ
ーが１次以上の高次モードの弾性表面波に変換される度
合を増大させることができる。このとき、非圧電板の内
部には超音波を漏洩させることなく、非圧電板の表面近
傍に効率よく弾性表面波を伝搬させることができる。ま
た、非圧電板の表面近傍に伝搬されている１次以上の高
次モードの弾性表面波をすだれ状電極ＩRまたはＲから
電気信号として効率よく出力させることができる。各圧
電板として圧電セラミックやＰＶＤＦその他の高分子圧
電フィルムを採用することにより、圧電板ＰTに効率よ
く弾性表面波を励振し非圧電板の表面近傍に伝搬させる
ことと、非圧電板に伝搬した弾性表面波を効率よく圧電
板ＰRに伝搬させることを可能にする。圧電板として圧
電セラミックを採用する場合には、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が採用さ
れる。In the ultrasonic touch panel of the present invention, according to the invention, is excited surface acoustic wave of the primary higher order mode in the piezoelectric plate P T, the surface acoustic wave piezoelectric plate P T of the non-piezoelectric plate is provided Can be propagated near the surface of the other plate surface. By the phase velocity of the surface acoustic wave to adopt substantially equal such a structure the Rayleigh wave velocity propagating in non-piezoelectric plate alone, the electrical energy applied from interdigital transducer I T or T is the surface acoustic wave Not only can the degree of conversion be increased, but also reflection or the like caused by acoustic impedance mismatch at the interface between the piezoelectric plate PT and the non-piezoelectric plate can be eliminated. In the ultrasonic touch panel of the present invention, a non-piezoelectric plate piezoelectric plate P T and P piezoelectric plate surface acoustic wave R is propagated to the vicinity of the surface of the plate surface of the person who provided the primary higher order modes P R of after propagation in, it can be output as an electric signal from the interdigital transducer I R or R. At this time, by the phase velocity of the surface acoustic wave to adopt substantially equal such a structure the Rayleigh wave velocity propagating in non-piezoelectric plate alone, the piezoelectric plate P SAW propagating in R is interdigital electrode I not only it is possible to increase the degree of being converted into an electric signal in the R or R, it can be removed reflection or the like caused by mismatching of acoustic impedance at the interface between the piezoelectric plate P R and the non-piezoelectric plate. By employing the interdigital electrode T having two kinds of distances between the electrode fingers, a unidirectional surface acoustic wave is excited on the piezoelectric plate PT , and the surface acoustic wave is non-piezoelectrically applied to the piezoelectric plate PT. Can be propagated to the vicinity of the surface of the plate surface on which the is provided. Excitation of a unidirectional surface acoustic wave not only enables further low power consumption driving, but also suppresses generation of unnecessary signals. Further, since the distance between the electrode fingers to adopt two types of such interdigital electrodes R, unidirectional piezoelectric plate P R of the non-piezoelectric plate is propagated in the vicinity of the surface of the plate surface of the person who provided The surface acoustic wave can be output as an electric signal from the interdigital electrode R, and the source of the ultrasonic wave can be limited to a specific range. A structure is adopted in which the thickness d of each piezoelectric plate is smaller than the electrode period length p, and the thickness of the non-piezoelectric plate is approximately three times or more the electrode period length p. by phase velocity of the wave to adopt greater substance than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate itself as a non-piezoelectric plate, interdigital from the electrode I T or T electrical energy primary or more to be added The degree of conversion into higher-order surface acoustic waves can be increased. At this time, the surface acoustic wave can be efficiently propagated to the vicinity of the surface of the non-piezoelectric plate without leaking the ultrasonic wave into the non-piezoelectric plate. Further, it is possible to effectively make good output a surface acoustic wave of the non-piezoelectric plate high-order mode of the primary or being propagated in the vicinity of the surface of an electrical signal from the interdigital transducer I R or R. By adopting a piezoelectric ceramic, PVDF or other polymer piezoelectric film as each piezoelectric plate, it is possible to efficiently excite a surface acoustic wave to the piezoelectric plate PT and propagate it near the surface of the non-piezoelectric plate, and to propagate the non-piezoelectric plate to the non-piezoelectric plate. It makes it possible to propagate the surface acoustic wave efficiently to the piezoelectric plate P R. When a piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric plate, a structure is adopted in which the direction of the polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to the thickness direction.
【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。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an ultrasonic touch panel according to the present invention.
【図２】図１の超音波タッチパネルの部分斜視図。FIG. 2 is a partial perspective view of the ultrasonic touch panel of FIG.
【図３】圧電磁器板ＰT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。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a k 2 value calculated from a phase velocity difference under two electrical boundary conditions of the piezoelectric ceramic plate PT and an fd value.
【図４】圧電磁器板ＰTを伝搬する弾性表面波の位相速
度を示す特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a phase velocity of a surface acoustic wave propagating through the piezoelectric ceramic plate PT .
【図５】圧電磁器板ＰT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。[5] characteristic diagram showing the k 2 value calculated from the phase velocity difference between the two electrical boundary conditions of different piezoelectric ceramic plate P T, the relationship between the fd value.
【図６】圧電磁器板ＰTを伝搬する弾性表面波の位相速
度を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a phase velocity of a surface acoustic wave propagating through the piezoelectric ceramic plate PT .
【図７】本発明の超音波タッチパネルの第２の実施例を
示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of the ultrasonic touch panel of the present invention.
【図８】図７の超音波タッチパネルの部分斜視図。FIG. 8 is a partial perspective view of the ultrasonic touch panel of FIG. 7;
１ ガラス板 ２ 支持基板 Ｔ，Ｒ すだれ状電極 ＧT，ＧR 接地電極 ＰT，ＰR 圧電磁器板 ＳT，ＳR 位相器 Ｌ1，Ｌ2 コイル ＩT，ＩR すだれ状電極1 glass plate 2 supporting substrate T, R interdigital electrodes G T, G R ground electrode P T, P R piezoelectric ceramic plate S T, S R phaser L 1, L 2 coils I T, I R interdigital electrodes
Claims (6)
えた圧電板ＰTおよび少なくとも１組のすだれ状電極ＩR
を備えた圧電板ＰRを非圧電板の一方の板面に設けて成
る超音波タッチパネルであって、 前記すだれ状電極ＩTは前記圧電板ＰTの一方の板面に設
けられ、前記すだれ状電極ＩRは前記圧電板ＰRの一方の
板面に設けられており、 前記圧電板ＰTは前記圧電板ＰTの前記一方の板面または
もう一方の板面を介して前記非圧電板に固着され、前記
圧電板ＰRは前記圧電板ＰRの前記一方の板面またはもう
一方の板面を介して前記非圧電板に固着されており、 前記すだれ状電極ＩTは、前記すだれ状電極ＩTの電極周
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、前記圧電板ＰT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、該弾性表面波を
前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、 前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の
高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表
面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリ
ー波の速度とほぼ等しく、 前記すだれ状電極ＩRは、前記非圧電板に伝搬した弾性
表面波を前記圧電板ＰRに伝搬させ、前記圧電板ＰRに伝
搬した弾性表面波を前記すだれ状電極ＩRの電極周期長
ｐにほぼ対応する周波数の電気信号に変換して出力し、 前記圧電板ＰRに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の
高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ
等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相
速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度
とほぼ等しく、 前記各圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さ
く、 前記非圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上
であり、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度より
も大きく、 前記非圧電板の前記一方の板面に人指または物体が接触
したことを、前記すだれ状電極ＩRで出力される前記電
気信号の大きさから検出する超音波タッチパネル。1. A least one pair piezoelectric plate P T and equipped with interdigital electrodes I T of at least one pair of interdigital transducer I R
An ultrasonic touch panel comprising providing a piezoelectric plate P R to one plate surface of the non-piezoelectric plate provided with said interdigital transducer I T is provided on one plate surface of said piezoelectric plate P T, the blind the Jo electrode I R is provided on one plate surface of said piezoelectric plate P R, the piezoelectric plate P T is the non-piezoelectric through the one plate surface or the other plate surface of the piezoelectric plate P T is secured to the plate, the piezoelectric plate P R are secured to the non-piezoelectric plate through the one plate surface or the other plate surface of the piezoelectric plate P R, the interdigital transducer I T, the by inputting a substantially electrical signal of a frequency corresponding to the electrode periodicity p of interdigital transducer I T, exciting the surface acoustic wave having a wavelength approximately equal to the interdigital periodicity p in the piezoelectric plate P T, the Propagating a surface acoustic wave near the surface of the one plate surface of the non-piezoelectric plate; The surface acoustic wave propagated to the first order or higher order mode is a wave of the higher order mode, and the phase speed of the surface acoustic wave of the first order or higher order mode is equal to the speed of the Rayleigh wave propagating to the non-piezoelectric plate alone. substantially equal, the interdigital transducer I R, the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate is propagated to the piezoelectric plate P R, the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate P R of the interdigital transducer I R the interdigital periodicity p is converted substantially into an electric signal of a corresponding frequency output, a wave of the surface acoustic wave is 1 higher order modes propagating in the piezoelectric plate P R, the wavelength is the electrode period length The phase velocity of the surface acoustic wave in the first or higher order mode is substantially equal to the velocity of the Rayleigh wave propagating to the non-piezoelectric plate alone, and the thickness d of each piezoelectric plate is equal to the electrode period. And the thickness of the non-piezoelectric plate is equal to the electrode period length p. Is from approximately 3 times, the phase velocity of the surface acoustic waves propagating said to nonpiezoelectric plate alone,
The greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate alone, said that the human finger or object to the one plate surface of the non-piezoelectric plate is in contact, which is output by the interdigital electrode I R An ultrasonic touch panel that detects from the magnitude of an electrical signal.
Tを備えた圧電板ＰTと、１組のすだれ状電極Ｒおよび接
地電極ＧRを備えた圧電板ＰRと、非圧電板と、移相器Ｓ
Tと、移相器ＳRとを備えて成る超音波タッチパネルであ
って、 前記すだれ状電極Ｔは前記圧電板ＰTの一方の板面に設
けられ、前記接地電極ＧTは前記圧電板ＰTのもう一方の
板面に設けられており、 前記圧電板ＰTは前記接地電極ＧTを介して前記非圧電板
の一方の板面に固着されていて、 前記すだれ状電極Ｒは前記圧電板ＰRの一方の板面に設
けられ、前記接地電極ＧRは前記圧電板ＰRのもう一方の
板面に設けられており、 前記圧電板ＰRは前記接地電極ＧRを介して前記非圧電板
の前記一方の板面に固着されていて、 前記すだれ状電極Ｔは、電極Ｔ1およびＴ2から成り、 前記電極Ｔ1の電極指と前記電極Ｔ2の電極指との間の距
離には２種類あり、 前記電極Ｔ1およびＴ2の入力端は前記移相器ＳTに並列
に接続され、 前記移相器ＳTは少なくともコイルＬ1を含み、 前記すだれ状電極Ｔおよび前記接地電極ＧTは、前記電
極Ｔ1と前記接地電極ＧTとの間および前記電極Ｔ2と前
記接地電極ＧTとの間に位相差２πｙを有する電気信号
ＥT1およびＥT2を前記移相器ＳTを介して入力されるこ
とにより、前記圧電板ＰT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、該弾性表面波を
前記非圧電板の前記一方の板面の表面近傍に伝搬させ、 前記電気信号ＥT1およびＥT2の周波数は前記すだれ状電
極Ｔの電極周期長ｐにほぼ対応しており、 前記非圧電板に伝搬される前記弾性表面波は１次以上の
高次モードの波で、前記１次以上の高次モードの弾性表
面波の位相速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリ
ー波の速度とほぼ等しく、 前記すだれ状電極Ｒは、電極Ｒ1およびＲ2から成り、 前記電極Ｒ1の電極指と前記電極Ｒ2の電極指との間の距
離には２種類あり、 前記電極Ｒ1およびＲ2の出力端は前記移相器ＳRに並列
に接続され、 前記移相器ＳRは少なくともコイルＬ2を含み、 前記すだれ状電極Ｒおよび前記接地電極ＧRは、前記非
圧電板に伝搬した弾性表面波を前記圧電板ＰRに伝搬さ
せ、前記圧電板ＰRに伝搬した弾性表面波を位相差２π
ｙを有する電気信号ＥR1およびＥR2として前記電極Ｒ1
と前記接地電極ＧRとの間および前記電極Ｒ2と前記接地
電極ＧRとの間から出力し、 前記移相器ＳRは前記電気信号ＥR1およびＥR2を同じ位
相の電気信号ＥRに合成して出力し、 前記電気信号ＥR1およびＥR2の周波数は前記すだれ状電
極Ｒの電極周期長ｐにほぼ対応しており、 前記圧電板ＰRに伝搬した前記弾性表面波は１次以上の
高次モードの波で、その波長は前記電極周期長ｐとほぼ
等しく、前記１次以上の高次モードの弾性表面波の位相
速度は、前記非圧電板単体に伝搬するレイリー波の速度
とほぼ等しく、 前記各圧電板の厚さｄは前記電極周期長ｐよりも小さ
く、 前記非圧電板の厚さは前記電極周期長ｐのほぼ３倍以上
であり、 前記非圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度は、
前記各圧電板単体に伝搬する弾性表面波の位相速度より
も大きく、 前記非圧電板の前記一方の板面に人指または物体が接触
したことを、前記移相器ＳRで出力される前記電気信号
の大きさから検出する超音波タッチパネル。2. A set of interdigital electrodes T and a ground electrode G
A piezoelectric plate P T having a T, and the piezoelectric plate P R having a pair of interdigital transducers R and the ground electrode G R, and a non-piezoelectric plate, phase shifter S
And T, an ultrasonic touch panel comprising a phase shifter S R, the interdigital transducer T is provided on one plate surface of said piezoelectric plate P T, the ground electrode G T the piezoelectric plate P is provided on the other plate surface T, then the piezoelectric plate P T is being fixed to one plate surface of said non-piezoelectric plate via the ground electrode G T, said IDT R the piezoelectric provided on one plate surface of the plate P R, the ground electrode G R is provided on the other plate surface of the piezoelectric plate P R, the piezoelectric plate P R via the ground electrode G R wherein have been fixed to the one plate surface of the non-piezoelectric plate, said interdigital transducer T consists electrodes T 1 and T 2, between the electrode fingers of said the electrode finger of the electrode T 1 electrode T 2 distance are two types, the input end of the electrode T 1 and T 2 are connected in parallel to the phase shifter S T, the phase shifter S T is It includes coil L 1 even without the IDT T and the ground electrode G T is position between the ground electrode G T and between the electrode T 2 of the said electrodes T 1 and the ground electrode G T by the electric signal E T1 and E T2 is inputted through the phase shifter S T has a phase difference 2Paiwai, exciting the surface acoustic wave having a wavelength approximately equal to the interdigital periodicity p in the piezoelectric plate P T , by propagating surface acoustic waves near the surface of the one plate surface of said non-piezoelectric plate, the frequency of the electric signal E T1 and E T2 are substantially corresponds to the interdigital periodicity p of the IDT T The surface acoustic wave propagated to the non-piezoelectric plate is a first-order or higher-order mode wave, and the phase velocity of the first-order or higher-order surface acoustic wave propagates to the non-piezoelectric plate alone. approximately equal to the Rayleigh wave velocity, the IDT R is the electrode R 1 And consists R 2, there are two types of distances between the electrodes R 2 of the electrode fingers and the electrode fingers of the electrodes R 1, the output end of the electrode R 1 and R 2 are the phase shifter S R are connected in parallel, said phase shifter S R includes at least a coil L 2, the interdigital electrode R and the ground electrode G R is propagating through the surface acoustic wave propagating in a non-piezoelectric plate to the piezoelectric plate P R is allowed, the phase difference 2π surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate P R
the electrodes R 1 as electric signals E R1 and E R2 having
Output from between the ground electrode G R and between the electrodes R 2 and the ground electrode G R and the phase shifter S R is the electrical signal of the same phase of the electrical signal E R1 and E R2 E R synthesized and output to the frequency of the electric signal E R1 and E R2 are substantially corresponds to the interdigital periodicity p of the interdigital electrode R, the surface acoustic wave is primary propagated on the piezoelectric plate P R The wavelength of the higher-order mode wave is substantially equal to the electrode period length p, and the phase velocity of the first-order or higher-order surface acoustic wave is the velocity of the Rayleigh wave propagating through the non-piezoelectric plate alone. The thickness d of each of the piezoelectric plates is smaller than the electrode period length p, and the thickness of the non-piezoelectric plate is approximately three times or more the electrode period length p. Phase velocity of the surface acoustic wave
The greater than the phase velocity of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric plate alone, said that the human finger or object to the one plate surface of the non-piezoelectric plate is in contact, which is output by the phase shifter S R An ultrasonic touch panel that detects from the magnitude of an electrical signal.
極指との間の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ
＜１／２で、同時に、前記電気信号ＥT1とＥT2との間の
前記位相差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立
ち、前記電極Ｒ1の電極指と前記電極Ｒ2の電極指との間
の距離のうち短い方の距離ｘｐにおいて、ｘ＜１／２
で、同時に、前記電気信号ＥR1とＥR2との間の前記位相
差２πｙにおいて、ｘ＋ｙ＝±１／２が成り立つ請求項
２に記載の超音波タッチパネル。3. A shorter distance xp of the distance between the electrode T 1 of the electrode finger and the electrode T 2 of the electrode fingers, x
<1/2, at the same time, x + y = ± 1/2 holds for the phase difference 2πy between the electric signals E T1 and E T2, and the electrode finger of the electrode R 1 and the electrode finger of the electrode R 2 . X <1/2 at the shorter distance xp of the distances
3. The ultrasonic touch panel according to claim 2, wherein x + y = ± 1/2 is satisfied at the same time in the phase difference 2πy between the electric signals E R1 and E R2 .
板で支持されている請求項１，２または３に記載の超音
波タッチパネル。4. The ultrasonic touch panel according to claim 1, wherein the other surface of said non-piezoelectric plate is supported by a support substrate.
前記圧電セラミックの分極軸の方向は前記圧電セラミッ
クの厚さ方向と平行である請求項１，２，３または４に
記載の超音波タッチパネル。5. Each of the piezoelectric plates is made of a piezoelectric ceramic,
The ultrasonic touch panel according to claim 1, wherein a direction of a polarization axis of the piezoelectric ceramic is parallel to a thickness direction of the piezoelectric ceramic.
高分子化合物で成る請求項１，２，３または４に記載の
超音波タッチパネル。6. The ultrasonic touch panel according to claim 1, wherein each of said piezoelectric plates is made of PVDF or another piezoelectric polymer compound.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22936996A JPH1055243A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Ultrasonic touch panel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22936996A JPH1055243A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Ultrasonic touch panel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055243A true JPH1055243A (en) | 1998-02-24 |
Family
ID=16891098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22936996A Pending JPH1055243A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Ultrasonic touch panel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1055243A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7932900B2 (en) | 2002-06-24 | 2011-04-26 | Fujitsu Limited | Touch panel device |
| CN111509458A (en) * | 2020-05-18 | 2020-08-07 | 马启福 | Industrial production is with preventing mistake and touching row of inserting |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP22936996A patent/JPH1055243A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7932900B2 (en) | 2002-06-24 | 2011-04-26 | Fujitsu Limited | Touch panel device |
| CN111509458A (en) * | 2020-05-18 | 2020-08-07 | 马启福 | Industrial production is with preventing mistake and touching row of inserting |
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