专利名称：超声波触摸系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波触摸系统，该系统有一基体和在该基体一端表面上的超声波换能系统，用来传感手指或其它物体触摸到基体该端表面，该超声波换能系统含有其分别至少由一个叉指换能器构成的超声波输入和输出装置。
传统的触摸面板分为两种类型，电阻薄膜型和超声波型。电阻薄膜型触摸面板有一电导透明膜，当触摸该透明膜时，其电阻大小变化。在低能耗下使用电阻薄膜型触摸面板在响应时间、灵敏度、寿命和其它方面存在着一些问题。超声波型触摸面板有一在声音振动下的非压电片，当触摸该非压电片时，振动减小。用于在非压电片上产生声振的传统装置包括通过带有体波振动器的楔形换能器间接使非压电片振动的装置，通过压电薄膜换能器直接使非压电片振动的装置以及其它装置。楔形换能器由于楔角的制造精度难以保证等原因只在相对低的频率下操作用于无损超声鉴定和其它方面。在压电薄膜换能器中，将由ZnO和其它物质制成的压电薄膜安置在带有在其上产生声振的叉指换能器的非压电片上，由于该叉指换能器根据其结构显示不同的传输特性，压电薄膜换能器作为高频仪器使用。然而，压电薄膜换能器其工作频率限于UHF和VHF波段，并且在制造和大批量生产方面存在一些问题。因此，在具有限定工作频率的传统触摸面板中，响应时间、灵敏度、寿命、制造、批量生产和其它方面都存在一些问题。
本发明的一个目的就是提供一种能在基体上产生有高效声振的触摸系统。
本发明的另一个目的是提供一种能以高灵敏度和快的响应时间传感手指或其它物体触摸该基体的触摸系统。
本发明的另一个目的是提供一种在寿命、制造、批量生产和其它方面都优良的触摸系统。
本发明还有一个目的是提供一种在低压能耗状态下工作的触摸系统。
本发明再一个目的是提供一种小型、轻巧并且有简单结构的触摸系统。
根据本发明的一个方面，所提供的触摸系统包含一个基体和至少一个在其一端表面Z1上的超声波换能系统，该超声波换能系统含有至少一个叉指型换能器P和至少一个与其对应的叉指换能器Q。
根据本发明的另一方面，提供一个装置用于将具有近似与叉指换能器P的叉指周期相应频率的电信号施加于叉指换能器P，然后在端表面Z1上产生其波长约等于该叉指周期的声波。
根据本发明的另一方面，提供一个装置用于从叉指换能器Q发出一个其频率近似与该端表面Z1上的声波波长相应的电信号，将叉指换能器P和Q安置成面对面以形成一对从而使叉指换能器P声波的传输方向与叉指换能器Q的声波接收方向相同。
根据本发明的另一方面，提供一个装置用于通过在叉指型换能器Q中检测到的电信号大小用手指或其它物体传感对该端表面Z1上声波传播媒介的一部分的触摸。
根据本发明的另一方面，提供一个由几乎透明的压电陶瓷制成的基体，其极化轴的方向与其厚度方向平行，将叉指换能器P和Q直接安装在该端表面Z1上。
根据本发明的另一方面，设置有一个由非压电体制成的基体，超声波换能系统包含一个由压电薄片TA及安装在其上的叉指换能器P组成的输入装置A和一个由压电薄片TB及安装在其上的叉指换能器Q组成的输出装置B，压电薄片TA和TB安装在该端表面Z1上。
根据本发明的另一方面，提供一个超声波换能系统，该系统包含N个叉指换能器Pi(i＝1，2...，N)，及N个叉指换能器组Qi(i＝1，2...，N)，该换能器组Qi至少由两个叉指换能器Qi-1和Qi-2构成。
根据本发明的另一方面，设有一个连接点M1，叉指换能器Qi-1的每个输出端在此相互连接。
根据本发明的另一方面，设有一个连接点M，叉指换能器Qi-2的每个输出端在此相互连接，通过分别从连接点M1和M2发出的电信号的大小检测手指或其它物体对该端表面Z1上声波传播介质一部分的触摸。
根据本发明的另一方面，设有N个转换器Si(i＝1，2，...N)，其输出端与叉指换能器Pi的每一输入端相连接。
根据本发明的另一方面，设有一用于控制转换器Si以固定的周期轮流开通和关闭的装置。
根据本发明的另一方面，设有一连接点MS，转换器Si的每个输入端在此相互连接。
根据本发明的另一方面，设有一个放大器，连接点M1通过该放大器与连接点MS相连接。
根据本发明的又一方面，设有包含N个相应传播路径Di(i＝1，2，...，N)作为延迟元件的N个振荡器Hi(i＝1，2...N)，该传播路径Di包含叉指换能器Pi和叉指换能器Qi-1间的基体，该振荡器Hi的各自信号回路包含叉指换能器Pi、传播路径Di、叉指换能器Qi-1和该放大器。
从下面参照附图的描述将阐明本发明的其它特征和优点。
图1示出了根据本发明第一实施例的超声波触摸系统的截面视图;
图2示出了在压电薄片2中每一阶波型的声波相速度与Kd值或d/λ值间的关系;
图3示出了在压电薄片2中每一阶波型的声波相速度与Kd值或d/λ值间的关系;
图4示出了Kd值或d/λ值与机电耦合常数K2间的关系;
图5示出了K2值与Kd值或d/λ值间的关系;
图6示出了K2值与Kd值或d/λ值间的关系;
图7示出了K2值与Kd值或d/λ值间的关系;
图8示出了与第一阶波型声波中几乎最大K2值相对应，fd值为1.0MHz.mm的位移与深度间的关系;
图9示出了与第二阶波型声波中几乎最大K2值相对应，fd值为2.0MHz.mm的位移与深度间的关系;
图10示出了与第三阶波型声波中几乎最大K2值相对应、fd值为3.0MHz.mm的位移与深度间的关系;
图11示出了在第0阶波型声波中fd值为0.7MHz.mm的位移与深度间的关系;
图12示出了根据本发明第二实施例的超声波触摸系统的平面布置图;
图13示出了图12中输入装置DT1的透视图;
图14示出了图12所示的超声波触摸系统在rf脉冲工作下的示意图;
图15示出了图12所示的超声波触摸系统在带有延迟线振荡器工作时的示意图;
图16示出了根据本发明第三个实施例的超声波触摸系统的平面布置图;
图17示出了图16所示的超声波触摸系统中输入装置DTX和输出装置DRX的平面布置图;
图18(a)示出了取代图16所见叉指换能器的一个叉指换能器的平面布置图;
图18(b)示出了取代图16所见叉指换能器的一个叉指换能器的平面布置图;
图19示出了图16所示的超声波触摸系统在rf脉冲工作下的示意图;
图20示出了对应图19中①-⑨各自部分的波形;
图21示出了图16中超声波触摸系统在带有延迟线振荡器工作下的示意图;
图22示出了在未触摸基体5的情况下，频率对叉指换能器T1和R11之间插入损耗的关系曲线。
图23示出了在触摸基体5的情况下，频率对叉指换能器T1和R11间的插入损耗的关系曲线;
图24示出了在未触摸基体5的情况下以3.96MHzrf脉冲工作时的叉指换能器T1和R11之间的响应。
图25示出了在触摸基体5的情况下，以3.96MHzrf脉冲工作时的叉指换能器T1和R11之间的响应。
图26示出了在图21所示的延迟线振荡器中相对振幅与频率之间的关系。
图27示出了根据本发明第四实施例的超声波触摸系统的平面布置图;
图28示出了图27所示的超声波触摸系统中的叉指换能器T1、T2、R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23和R24的平面布置图;
图29示出了在用图27所示的延迟线振荡器工作时的放大器A或B的电路图;
图30示出了频率对在图27所示的超声波触摸系统中所用的延迟线振荡器的插入损耗和相位的关系曲线;
图31示出了在图27所示的超声波触摸系统中所用的延迟线振荡器的相对振幅与频率间的关系。
图1示出了根据本发明第一个实施例的超声波触摸系统的截面视图。该超声波触摸系统包含一个输入装置DT、一个输出装置DR和一个由硼硅玻璃制成的1.9mm厚的基体1。该输入装置DT有一其材料为TDK-91A(牌号名)、220μm厚的压电薄片2以及由一铝薄膜制成的叉指换能器T。输出装置DR有一压电薄片2和一与叉指换能器T材料和大小相同的叉指换能器R。将标准型号的叉指换能器T和R安置在每一压电薄片2上，而每一压电薄片用厚度约为20μm的环氧树脂粘接在基体1上。分别由10个指对构成的两个叉指换能器T和R其叉指周期为640μm，中心频率为5.1MHz。如果一个其频率约等于叉指换能器T的中心频率的电信号通过叉指换能器T施加于输入装置DT，则该电信号被转变为声波并传输至基体1上的压电薄片2。这时，就可能在低压低能耗下有效地在基体1上产生第一波型或更高阶波型的声波。并且，压电薄片2中声波的相速度近似等于在单层介质态下存在的基体1上表面声波的传播速度。因此不仅能增大从输入电信号到声波的变换效率，并且能消除反射和由失配及其它在压电薄片2和基体1间的边界表面的声阻抗等原因产生的其它问题。将其频率约等于叉指换能器R的中心频率的声波转换为电信号并由叉指换能器R检测出。这样，输入装置DT和输出装置DR构成一结构简单的超声波换能系统，这里将叉指换能器T和R彼此面对面地安置以形成一对从而使来自叉指换能器T的声波传送方向与其由叉指换能器R的接收方向相同。当图1所示的超声波触摸系统工作时，在叉指换能器T和R间的基体1上产生的超声波随着用手指或其它物体触摸叉指换能器T和R之间的基体而减弱。从而由叉指换能器R检测到的电信号被减弱。因此，有可能以高灵敏度和快的响应时间感测手指或其它物体对基体1的触摸。
图2示出了压电薄膜2中每一种波型的声波其相速度与Kd值或d/λ值间的关系，Kd值是压电薄膜2中的声波波数K与该压电薄片2厚度d的乘积，d/λ值是厚度d与压电薄片2中声波波长λ的比值。
图2中的数字对应波型阶数，符号0表示观察到的值。有两种类型的压电薄片2。一种类型的压电薄片2的一个表面与基体1接触并处于电开路状态，另一表面涂有金属薄层，涂有金属薄层造成电短路状态。另一种类型的压电薄片2两表面都分别涂有金属薄层，使两表面都为电短路状态。图1所示的超声波触摸系统中的压电薄片2中的声波有各种不同的波型。当Kd值为零时，压电薄片2中第零阶波型声波的速度与作为单层介质态存在情况下的基体1上声波的速度一致。随着Kd值变大，压电薄片2中第零阶波型声波的速度接近在单层介质态下存在的压电薄片2中声波的速度。在高于零阶的波型中存在截止频率。因此，当Kd值甚小时，压电薄片2中高阶波型声波的速度接近在单层介质态存在情况下的基体1上的侧波(sidewave)的速度。
图3示出了压电薄片2中每一种波型的声波的相速度与Kd值或d/λ值间的关系。图3中的数字对应波型的阶数，符号0表示观察到的值。有两种类型的压电薄片2。一种压电薄片2每一表面都处在电开路状态下。鼍一种压电薄片2其一面与基体1相接触并处在电短路状态下，另一表面暴露在空气中并在电开路状态下。当Kd值为零时，压电薄片2中第零阶波型声波的速度与在单层介质态存在下的基体1上的声波速度相一致。随着Kd值变大，压电薄片2中第零阶声波的速度接近压电薄片2假如其在单层介质态下存在时的声波速度。在高于零阶的波型中存在着截止频率。因此，当Kd值甚小时压电薄片2中的较高阶波型的声波速度接近于基体1上假如其在单层介质态下存在时的剪切波的速度。
图4示出了Kd值或d/λ值与机电耦合常数K2间的关系，该常数K2根据电开路和电短路状态下各自相速度间的差异而算出。图4中的数字对应波型阶数。压电薄片2有一表面与基体1相接触并有叉指换能器(IDT)T，另一表面为电短路状态。较高阶波型声波的K2值大于零阶声波的K2值。特别是，当一阶声波的Kd值为1.8时，K2值为17.7%，出现最大值。
图5示出K2值与Kd值或d/λ值间的关系。图5中的数字对应于波型的阶数。压电薄片2的一表面与基体1相接触并有叉指换能器T，另一表面暴露在空气中并处在电开路状态。较高阶声波的K2值大于零阶声波的K2值。
图6示出了K2值与Kd值或d/λ值之间的关系。图6中的数字对应于波型的阶数。压电薄片2其一个表面与基体1相接触并处在电短路状态，另一表面具有叉指换能器T。
图7示出了K2值与Kd值或d/λ值间的关系。图7中的数字对应于波型的阶数。压电薄片2的一表面与基体1相接触并处在电开路状态另一表面有叉指换能器T。
从图2到图7可清楚看到当压电薄片2中一阶或更高阶声波的相速度与假如其在单层介质态下存在的基体1上的声波速度相一致时，K2值为最大。
从图4到图7也清楚看到，当压电薄片2的一个表面与基体1相接触并有叉指换能器T，而另一表面处在电短路状态下时，施加于叉指换能器T的电能转换为声波的转换效率增大。
当在图1所示的超声波触摸系统的基体1上产生声波时，必须考虑反射和其它由失配及其它在压电薄片2和基体1间的边界表面的声阻抗等原因而产生的其它问题。为使反射系数最小，必须这样来设计超声波触摸系统，即使压电薄片2中的声波相速度与在单层介质态下存在的基体1上表面声波的速度相一致，或使d/λ值变小等等。如果d值为常数，与二阶波型相比一阶波型的声波是适用的，与三阶波型相比二阶波型的声波是适用的。总之，当d值小于叉指换能器的叉指周期并且该叉指周期约等于一阶或更高阶声波波长时，不仅可能提高将施加于叉指换能器T的电能转换为声波的转换效率，而且能消除反射和由失配及其它在压电薄片2和基体1间的边界表面的声阻抗等原因而产生的其它问题。
当压电薄片2含有压电陶瓷，其极化轴的方向与厚度方向相互平行时，可在基体1上有效地产生一阶波型或更高阶波型的声波。
当压电薄片2含有由高聚合化合物诸如PVDF等制成的压电薄膜时，在基体1上能有效地产生一阶或更高阶波型的声波。
当基体1含有丙烯酸盐片或其它透明高聚合化合物时，能在基体1上有效地产生声波。当压电薄片2含有单晶例如LiNbO3或LiTaO3时，能有效地在基体1上产生声波。
图8示出了fd值为在一阶声波中对应几乎最大K2值的1.0MHz.mm时的位移与深度间的关系。fd值为压电薄片2中的声波频率与d值的乘积。压电薄片2两表面都处在电开路状态下。图8中U1和U3分别示出位移的平行分量和垂直分量。该位移由最大值规范化。零深度表示压电薄膜2和基体1间的边界面。位移U1和U3都由最大值(U21+U23)1/2规范化。基体1上一阶声波的位移分量的比率为58%。
图9示出了fd值为在二阶声波中对应几乎最大K2值的2.0MHz.mm时的位移与深度间的关系。压电薄片2两表面都处在电开路状态。基体1上的二阶声波的位移分量的比率为52%。
图10示出了fd值为3.0MHz.mm时位移与深度间的关系，该fd值对应三阶声波中几乎最大的K2值。压电薄片2两表面都处在电开路状态。基体1上三阶声波的位移分量的比率为47%。
图11示出了在零阶声波中fd为0.7MHz.mm时的位移和深度间的关系。压电薄片2的一表面与基体1相接触并处在电开路状态，另一表面有叉指换能器并处在电短路状态。该零阶声波聚集在压电薄片2表面附近，接近在单层介质态下存在的压电薄片2中的声波。
从图8到图11清楚地看到，为在基体1上产生可用声波适用一阶或更高阶声波，因为该波型的声波在基体1上声波的位移分量的比率较大。
图12示出了根据本发明的第二实施例的超声波触摸系统的平面布置图。该超声波触摸系统含有七个输入装置DT1、DT2、DT3、DT4、DT5、DT6和DT7，七个输出装置DR1、DR2、DR3、DR4、DR5、DR6和DR7，以及由硼硅酸玻璃制成的长70mm，宽55mm和厚1.9mm的基体3。七个输入装置和七个输出装置都是用同样的压电材料制成，并具有同样的功能和同样的构造。如果将电信号施加于每个输入装置，该电信号被转变为声波并传输到基体3。基体3上的声波再转变为电信号，由对应于每个输入装置的每个输出装置检测出该电信号。例如，施加于输入装置DT1的电信号被转变为声波并在输出装置DR1中作为电信号被检测出。这样这七个输入装置和七个输出装置构成分为两组的七个超声波感测系统，一组包括输入装置DT1、DT2和DT3以及输出装置DR1、DR2和DR3，另一组包括输入装置DT4、DT5、DT6和DT7以及输出装置DR4、DR5、DR6和DR7。并且，基体3上一组中声波的传播方向与另一组中的垂直。
图13示出了图12中所见的输入装置DT1的透视图。输入装置DT1有一片其材料为TDK-91A(牌号名)、长10mm、宽10mm、厚220μm的压电薄片4，以及一个由铝薄膜制成的叉指换能器T。该标准型的叉指换能器T安置在压电薄片4上，而该压电薄片4用20μm厚的环氧树脂粘接在基体3上。叉指换能器T含有十指对，其叉指周期为640μm，重叠长度为5mm。其它输入装置及输出装置与输入装置DT1有同样的结构。
如果通过每个输入叉指换能器将其频率与图12所示超声波触摸系统中每个输入叉指换能器的中心频率近似相等的电信号施加于每个输入装置，则该电信号被转变为声波，并传输到基体3上的压电薄片4。其频率近似等于每个输出叉指换能器的中心频率的声波被转变为电信号并由输出叉指换能器检测出。当压电薄片4的厚度小于每个叉指换能器的叉指周期，并且每个叉指换能器的叉指周期近似等于一阶或高阶声波波长时，在基体3上产生一阶或高阶声波。同时，如果压电薄片4中声波的相速度近似等于以单层介质态下存在的基体3上表面声波的传播速度，则不仅能够增大施加于输入叉指换能器的电能到声波的转换效率，而且能消除反射和由失配及其它压电薄片4和基体3间的边界表面的声阻抗等原因产生的其它问题。因此，在低压低能耗下能有效地在基体3上产生声波。
当压电薄片4含有压电陶瓷，其极化轴的方向与厚度方向相互平行时，能有效地在基体3上产生一阶或高阶声波。
当压电薄片4含有由如PVDF等高聚合化合物制成的压电薄膜时，在基体3上能有效地产生一阶或高阶声波。
当基体3含有丙烯酸盐片或其它透明高聚合化合物时，在基体3上能有效地产生声波。当压电薄片4含有如LiNbO3或LiTaO3的单晶体时，在基体3上能有效地产生声波。
当图12所示的超声波触摸系统工作时，随着用手指或其他物体触摸基体3，在其上传播的声波被减弱。在两个传播方向交会处的声波随着用手指或其它物体触摸其上而减弱，该两个传播方向例如一个是输入装置DT1和输出装置DR1之间的区域，另一个是输入装置DT4和输出装置DR4之间的区域。因此，由相应的输出叉指换能器检测的电信号也随之减弱。因此能以高灵敏度和快响应时间去检测手指或其它物体对基体3的触摸。另外，从输出叉指换能器能确定触摸位置，那里电信号被减弱了。与此同时，如果有更多的叉指换能器系统，其每个系统含有一对输入和输出装置，诸如输入装置DT1和输出装置DR1，则能更精确地确定触摸位置。
图14示出了图12所示的超声波触摸系统在rf脉冲工作下的示意图。如果通过叉指换能器将rf脉冲①施加于输入装置，输出叉指换能器检测出电信号②，该电信号②通过放大器放大。放大器检测出的电信号③通过倍压整流器转换成直流电压④。与此同时，在触摸基体3情况下的直流电压④不同于未触摸基体3情况下的直流电压④。总之，有两种直流电压④。通过将阈值电压设置在适当的电平，可分别将两种直流电压④设定在比较器中的两个固定值⑤。因此，在触摸基体3情况下的电压⑤为0V，在未触摸基体3情况下的电压⑤为5V。
图15示出了图12所示的超声波触摸系统在用延迟线振荡器工作时的示意图。如果通过叉指换能器将电信号施加于输入装置，输出叉指换能器则检测到一个电信号并通过放大器进行放大。通过倍压整流器将放大器检测出的电信号①转变为直流电压②。同时，该直流电压②在触摸基体3的情况下的值不同于未触摸基体3情况下的值。总之，有两种直流电压②。通过将阈值电压设置在适当的电平，可分别将这两种直流电压设定为固定值。用延迟线振荡器工作不需要脉冲发生器。因此，能提供一种小型重量很轻，而结构简单的超声波触摸系统。
图16示出了根据本发明第三个实施例的超声波触摸系统的平面布置图。该超声波触摸系统含有两个输入装置DTX和DTY，两个输出装置DRX和DRY，由硼酸硅玻璃制成的长70mm、宽55mm、厚1.9mm的基体5，以及包括在显示装置中的显示屏6，显示屏6在图16中未示出。输入装置DTX有一片其材料为TDK-101A(牌号名)厚度为230μm的压电薄片7，以及两个分别由铝薄膜制成的叉指换能器T1和T2。输入装置DTY有一片压电薄片7及两个分别由铝薄膜制成的叉指换能器T3和T4。输入装置DRX有一压电薄片7和八个分别由铝薄膜制成的叉指换能器R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23和R24。输出装置DRY有一压电薄片7和八个分别由铝薄膜制成的叉指换能器R31、R32、R33、R34、R41、R42、R43和R44。每个标准型叉指换能器被安置在每片压电薄片7上，而该压电薄片7用约20μm厚的环氧树脂粘接在基体5的一个表面上。显示屏6安置在基体5另一没有输入及输出装置的表面上。每个叉指换能器含7.5指对，其叉指周期为640μm。
图17示出了图16示出的超声波触摸系统中输入装置DTX和输出装置DRX的平面布置图。输入装置DTX和输出装置DRX置于相对两端。同样，输入装置DTY和输出装置DRY置于相对两端。叉指换能器T1、T2、T3和T4分别有18mm的重叠长度。叉指换能器R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24、R31、R32、R33、R34、R41、R42、R43和R44分别有2.7mm的重叠长度。叉指换能器R11、R12、R13和R14对应于叉指换能器T1。叉指换能器R21、R22、R23和R24对应于叉指换能器T2。叉指换能器R31、R32、R33和R34对应于叉指换能器T3。叉指换能器R41、R42、R43和R44对应于叉指换能器T4。
如果将一电信号施加于图16所示的超声波触摸系统的输入装置DTX和DTY，则在基体5上产生声波。该声波被转变为电信号并由输出装置DRX和DRY检测。这样，两个输入装置和两个输出装置构成分为两组的十六个超声波检测系统，一组包括输入装置DTX和输出装置DRX，另一组包括输入装置DTY和输出装置DRY。并且基体5上的声波在第一组中的传播方向与第二组中的传播方向垂直。
当图16中所示的压电薄片7的厚度小于每个叉指换能器的叉指周期，并且每个叉指换能器的叉指周期近似等于一阶或高阶声波的波长时，在基体5上产生一阶或高阶声波。与此同时，如果压电薄片7中声波的相速度近似等于在单层介质态下存在时基体5上表面声波的传播速度，则不仅能提高将施加于输入叉指换能器的电能转变为声波的转换效率，而且能消除反射及由失配和由其它在压电薄片7和基体5间的边界表面的声阻抗等原因产生的其它问题。这样，能在低压低能耗情况下在基体5上有效地产生声波。
当压电薄片7含有压电陶瓷并且其极化轴的方向与其厚度方向相互平行时，便能在基体5上有效地产生一阶或高阶声波波型。
当压电薄片7含有由如PVDF等高聚合化合物制成的压电薄膜时，在基体5上便能有效地产生一阶或高阶声波波型。
当基体5含有丙烯酸盐片或其它透明性高聚合化合物时，便能有效地在基体5上产生声波。当压电薄片7含有如LiNbO3或LiTaO3单晶体时，能在基体5上有效地产生声波。
当将根据本发明的超声波触摸系统插入到计算机等内的显示器中时，如此固定超声波触摸系统的基体以使具有输入和输出装置的表面朝外，并且只有该表面上被输入和输出装置包围的区域暴露在外面。
图18(a)示出了替代图16中所见的叉指换能器的叉指换能器的平面布置图。图18(a)示出两个叉指周期，第一个的重叠长度不同于第二个的重叠长度。一个含有5指对其叉指周期为620μm，另一个含有5指对，其叉指周期为295μm。当使用这些叉指换能器时，将它们安置成使含有其叉指周期为295μm的5指对部分彼此相对朝内，因为在叉指周期较小的情况下基体5上产生的较高频率的声波在基体5上大大减弱。这样，将叉指换能器安置成使具有较小叉指周期的部分具有较短的声波传播距离。这种致使具有较小叉指周期的指对相互朝里的安置抑制了基体5上声波的减弱。
图18(b)示出了取代图16所见叉指换能器的叉指换能器的平面图。该叉指换能器的叉指周期沿着位于其中部的电极指方向呈双曲线变化。该叉指换能器有26.5指对其叉指周期为260μm-390μm，重叠长度为23.4mm。当使用该叉指换能器时，它们对两个叉指换能器间的中心线取相互对称的位置。在上面装置构造中，工作频率在从5.4MHz到8.2MHz的范围中。
图19示出了图16所示的超声波触摸系统在rf脉冲工作状态下的示意图。图20示出了对应图19所见的①-⑨各部分的波形。当图16所示的超声波触摸系统工作时，通过相应的来自计算机的时钟脉冲②-1和②-2在相应的双平衡混频器(DBMs)1和2中将由一个函数发生器产生的连续波①调制为rf脉冲③-1和③-2。DBM1和DBM2起切换作用将rf脉冲施加于叉指换能器T1和T3(IDTs的T1组)或叉指换能器T2和T4(IDTs的T2组)。如果将rf脉冲施加于IDTs的T1组中每一个换能器，则其频率近似对应于IDTs的T1组的叉指周期的rf脉冲被转变为声波并被传递到输入装置DTX和TDY中各自的压电薄膜7，然后再传递至基体5。其波长近似对应于叉指换能器R11、R12、R13、R14、R31、R32、R33和R34(IDTs的R1组)的每个叉指周期的声波转变为延迟电信号并由IDTs的R1组检测出。如果将rf脉冲施加于IDTs的T2组中每个换能器，其频率近似对应于IDTs的T2组的叉指周期的rf脉冲被转变为声波并传递到输入装置DTX和DTY中各自压电薄片7，然后再传递至基体5。其波长近似对应于叉指换能器R21、R22、R23、R24、R41、R42、R43和R44(IDTs的R2组)的每个叉指周期的声波被转变为由IDTs的R2组检测的延迟电信号。如果轮流将rf脉冲施加于IDTs的T1和T2组，则延迟电信号轮流在IDTs的R1和R2组检测出。叉指换能器R11和R21，R12和R22，R13和R23，R14和R24，R31和R41，R32和R42，R33和R43，以及R34和R44间的结点构成电路结构的初基(simple)。另外，由每对叉指换能器例如叉指换能器对R11和R21检测出的延迟电信号④被接收以致于它们相互重叠。因此，当用比基体5软且易吸收声波的物质触摸基体5上该声波的由IDTs的T1和R1组构成的传播路径时，只在将电信号施加于IDTs的T1组中每个换能器情况下触摸位置上的声波被减弱⑤。以同样方式，用该物质触摸基体5上声波的由IDTs的T2和R2组构成的传播路径时则只在将电信号施加于IDTs的T2组中每个换能器情况下，触摸位置上的声波被减弱⑥。这样的延迟电信号④、⑤和⑥通过放大器放大并通过倍压整流器整流，然后分别变为直流电流信号⑦、⑧和⑨。通过在直流信号⑦和⑧或⑦和⑨间将阈值电压设置在适当的值，则在比较器中分别获得对应于该直流信号⑦、⑧和⑨的数字信号。该数字信号由计算机作为具有特定计时的并行信号而予以接纳。这样。图16所示的超声波触摸系统具有短的响应时间、因而有高灵敏度。因此，能清楚而快速地指定基体5上的触摸位置。如果有更多的分别由输入叉指换能器和输出叉指换能器构成的超声波换能系统，则基体5上被触摸的位置可以更精确地加以指定。
图21示出了图16所示的超声波触摸系统在用延迟线振荡器工作时的示意图。对应于图21中所见的①-⑨各自部分的波形是与图20相同的。该延迟线振荡器有一8字形信号环，使基体5上叉指换能器T1和R11、或T2和R21间的区域为第一延迟单元，而基体5上叉指换能器T3和R31、或T4和R41间的区域为第二延迟单元。当图21所示的超声波触摸系统工作时，开关S1、S2、S3和S4根据计算机的指令断开和闭合。当开关S1和S3(开关的S1组)闭合时，开关S2和S4(开关的S2组)断开。这样，通过轮流断开和闭合开关的S1和S2组，将电信号轮流加到IDTs的T1和T2组。施加于IDTs的T1或T2组的电信号①分别被来自计算机的相应时钟脉冲②-1或②-2调制成rf脉冲③-1或③-2。如果将rf脉冲③-1施加于IDT的T1组，则当开关的S1组闭合时，其频率近似对应于IDT的T1组的叉指周期的rf脉冲③-1便转变为声波并传递到输入装置DTX和DTY内各自压电薄片7，再传递到基体5。其波长近似对应于叉指换能器R11、R12、R13、R14、R31、R32、R33和R34(IDT的R1组)的每个叉指周期的声波被转换为延迟电信号并由IDT的R1组检测。如果将rf脉冲③-2施加于IDT的T2组，则当开关的S2组闭合时，其频率近似对应于IDT的T2组的叉指周期的rf脉冲③-2被转变为声波，并传递到输入装置DTX和DTY中各自的压电薄片7，然后传递到基体5。其波长近似对应叉指换能器R21、R22、R23、R24、R41、R42、R43和R44(IDT的R2组)的每个叉指周期的声波被转换为延迟电信号，并由IDT的R2组检测。这样，如果轮流将电信号施加于IDT的T1和T2组，则由IDT的R1和R2组轮流检测延迟电信号。叉指换能器R11和R21、R12和R22、R13和R23、R14和R24、R31和R41、R32和R42、R33和R43，以及R34和R44之间的结点构成电路结构的初基。另外，由每一对叉指换能器例如叉指换能器对R11和R12检测出的延迟电信号④被接收以致于相互重叠。由叉指换能器对R11和R21检测的延迟电信号④的一部分以及由叉指换能器对R31和R41检测出的延迟电信号④的一部分分别经放大器A和B放大，并将其相位通过各自移相器移到固定值，再经开关S1和S2组将相移后的两个电信号施加于IDT的T1和T2组。总之，将经开关S1和S2施加于叉指换能器T1和T2的电信号经开关S3和S4施加于叉指换能器T3和T4，将经开关S3和S4施加于叉指换能器T3和T4的电信号经开关S1和S2施加于叉指换能器T1和T2。这样，构成具有8字形信号环的延迟线振荡器。由每一叉指换能器对检测出的延迟电信号④随着触摸基体5而减弱(⑤或⑥)。当用比基体5软且易吸收声波的物质触摸基体5上声波的由IDT的T1和R1组构成的传播路径时，则只在将电信号施加于IDT的T1组中每一换能器的情况下，被触摸位置上的声波减弱。同样，用该物质触摸基体5上声波的由IDT的T2和R2组构成的传播路径时，仅仅在将电信号施加于IDT的T2组中每一换能器的情况下被触摸位置上的声波减弱。将这样的延迟电信号④、⑤和⑥通过放大器放大并经倍压整流器整流，然后分别变为直流信号⑦、⑧和⑨。通过在直流信号⑦和⑧或⑦和⑨之间将阈值电压设置在适当的值，则经比较器获得分别与直流信号⑦、⑧和⑨对应的数字信号。由计算机将该数字信号以具有特定计时的并行信号形式接纳于其中。用延迟线振荡器进行工作无需函数发生器。因此，与图19所示的rf脉冲工作情况相比，能提供更小型、重量极轻、结构简单能在低压低能耗下工作的超声波触摸系统。
当图16所示的超声波触摸系统工作时，根据计算机指令响应触摸位置而在显示屏6上出现给定色彩的信息。与此同时，施加于IDT和T1或T2组的电信号的频率对应于该色彩。通过基体5能在显示屏6上看到该信息。当触摸基体5上声波的传播介质时，声波减弱，其颜色对应于触摸位置的信息出现在显示屏6上。通过改变输入电信号的频率能指示显示屏6的相同位置上其颜色对应于输入电信号频率给定的每一信息。因此，当使用两种输入电信号频率时，在显示屏6的相同位置上获得给定每一色彩的两种信息。此外，该信息能持续显示一段固定周期。这样，当用比基体5软且易吸收声波的材料在基体5上写(例如)字符时，该字符出现在显示屏6上。如果图16所示的超声波触摸系统有如图18(a)的示的叉指换能器，则可将两种有各自对应各自叉指周期且互不相同的频率的输入电信号施加于该叉指换能器。并且，可大大增加输入电信号的数量，因为有许多种频率近似对应于每个叉指周期。结果，通过改变输入电信号的频率，在显示屏6上可出现多种给定每一颜色的信息。
图22示出了在未触摸基体5的情况下，频率对叉指换能器T1和R11间插入损耗的关系曲线。图23示出了在触摸基体5的情况下，频率对叉指换能器T1和R11间插入损耗的关系曲线。3.96MHz周围的峰值对应于一阶声波。对于一阶声波，在未触摸基体5情况下的插入损耗与触摸基体5情况下的插入损耗间的差异约为10dB。这个插入损耗的差异足以在图16所示的超声波触摸系统中处理该电信号。
图24示出了在未触摸基体5的情况下以3.96MHzrf脉冲工作的叉指换能器T1和R11间的响应。图25示出了在触摸基体5的情况下以3.96MHzrf脉冲工作时的叉指换能器T1和R11之间的响应。既然在叉指换能器T1和R11间有基体5，可以观察到对触摸基体5有好的响应而无寄生信号的波形。因此，在图16所示的超声波触摸系统中易于处理该电信号。
图26示出了图21所示的延迟线振荡器中相对振幅与频率间的关系。图26中的f0对应其频率为3.951MHz的基模波。由于图16所示的超声波触摸系统是用一阶波型设计的，从而获得无其它波型干扰的稳定振荡。另外，声波在基体5上几乎无延伸地传递，易于导致无其它波型干扰的振荡。
图27示出了根据本发明第四个实施例的超声波触摸系统的平面布置图。该超声波触摸系统含有14个其重叠长度为5mm的叉指换能器，56个由铝薄膜制成其重叠长度为0.8mm的叉指换能器，一个由Y与X相交128°增殖的(propagation)LiNbO制成的压电基体8，其长为50mm、宽40mm、厚0.5mm，和一个未在图27中示出的显示屏9。在图27中只示出了其重叠长度为5mm的叉指换能器T1、T2、T3和T4，以及其重叠长度为0.8mm的叉指换能器R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24、R31、R32、R33、R34、R41、R42、R43和R44。包括在显示装置内的显示屏9安置在压电基体8另一没有输入和输出装置的表面上。每一标准型的叉指换能器含有7.5指对，其叉指周期为640μm。
图28示出图27所示的超声波触摸系统中叉指换能器T1、T2、R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23和R24的平面布置图。叉指换能器T1和T2与叉指换能器R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23和R24相对放置。同样，叉指换能器T3和T4与叉指换能器R31、R32、R33、R34、R41、R42、R43和R44相对放置。叉指换能器T1、T2、T3和T4用作输入。叉指换能器R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24、R31、R32、R33、R34、R41、R42、R43、和R44用作输出。叉指换能器R11、R12、R13和R14对应于叉指换能器T1。叉指换能器R21、R22、R23、R24对应于叉指换能器T2。叉指换能器R31、R32、R33和R34对应于叉指换能器T3。叉指换能器R41、R42、R43和R44对应于叉指换能器T4。
如果分别将电信号施加于图27所示的超声波触摸系统中输入叉指换能器，则在压电基体8上产生声波。该声波被转变为每个电信号并由输出叉指换能器检测。这样，14个输入叉指换能器和56个输出叉指换能器构成56个分为两组的超声波换能系统，压电基体8上声波在一组中的传播方向与在另一组中的垂直。因此，图27所示的超声波触摸系统具有小型、轻巧、简单的结构，并在低电压低能耗下工作。
在图27所示的超声波触摸系统中可以使用如图18所示的具有至少两种叉指周期的叉指换能器。例如，使用分别由两部分构成的叉指换能器，一部分含有5指对其叉指周期为178μm，另一部分含有5指对其叉指周期为160μm。当使用该叉指换能器时，将含有5指对其叉指周期为160μm的每部分相互内侧面相对安置，因为在叉指周期较小的情况下压电基体8上产生具有较高频率的声频，且在压电基体8上较易被减弱。这样，如此放置叉指换能器致使具有较小叉指周期的部分其声波传播距离较短。使具有较小叉指周期的指对彼此内侧面相对放置的安排抑制了压电基体8上声波的减弱。
在图27所示的超声触摸系统中可以使用图19中所示的rf脉冲操作。在这种情况下，各个部分①-⑨对应于图20中所示波形。当图27所示的超声波触摸系统工作时，由函数发生器产生的连续波①被来自计算机的相应的时钟脉冲②-1和②-2在对应的双平衡混频器(DBM)1和2中调制成rf脉冲③-1和③-2。DBM1和DBM2起切换作用将rf脉冲施加于叉指换能器T1和T3(IDT的T1组)或叉指换能器T2和T4(IDT的T2组)。如果将rf脉冲施加于IDT的T1组中每个换能器，则其频率近似对应IDT的T1组的叉指周期的rf脉冲被转变为声波并传递到压电基体8。其波长近似对应于叉指换能器R11、R12、R13、R14、R31、R32、R33和R34(IDT的R1组)的每个叉指周期的声波被转变为延迟电信号并由IDT的R1组检测。如果将rf脉冲施加于IDT的T2组中每个换能器，则其频率近似对应于IDT中T2组的叉指周期的rf脉冲被转变为声波并被传递到压电基体8。其波长近似对应于叉指换能器R21、R22、R23、R24、R41、R42、R43和R44(IDT的R2组)的每个叉指周期的声波被转变为延迟电信号并由IDT的R2组检测。如果轮流将rf脉冲施加于IDT的T1和T2组，则延迟电信号轮流由IDT的R1和R2组检测。叉指换能器R11和R12、R12和R22、R13和R23、R14和R24、R31和R41、R32和R42、R33和R43，以及R34和R44间的结点构成电路结构的初基。另外，由每对叉指换能器例如叉指换能器对R11和R21检测出的延迟电信号④被接收以致于它们相互重叠。因此，当用比压电基体8软且易吸收声波的材料触摸压电基体8上声波的由IDT的T1和R1组构成的传播路径时，仅仅在将电信号施加于IDT的T1组中每个换能器的情况下，触摸位置上的声波减弱为⑤。同样，用该材料触摸压电基体8上声波的由IDT的T2和R2构成的传播路径时，则只在将电信号施加于IDT的T2组中每个换能器的情况下，触摸位置上的声波减弱为⑥。这样的延迟电信号④、⑤和⑥由放大器放大并经倍压整流器整流，然后分别变为直流信号⑦、⑧和⑨。通过在直流信号⑦和⑧、或⑦和⑨间将阈值电压设置在适当的值，则通过比较器获得对应于直流信号⑦、⑧和⑨的数字信号。该数字信号由计算机以具有特定计时的并行形式接纳入计算机。这样，图27所示的超声波触摸系统具有短的响应时间，从而有高的灵敏度。因此，可清楚和快速地指定压电基体8上被触摸的位置。如果有更多的分别由一个输入叉指换能器和一个输出叉指换能器构成的超声波换能系统，则可更加精确地指定压电基体8上被触摸的位置。
在图27所示的超声波触摸系统中可使用如图21中所见的延迟线振荡器。在这种情况下，各部分①-⑨对应于图20中所示的波形。图29示出了在图27中以延迟线振荡器工作下的放大器A或B的电路图。当图27所示的超声波触摸系统工作时，开关S1、S2、S3和S4根据计算机指令断开和闭合。当开关S1和S3(开关S1组)闭合时，开关S2和S4(开关S2组)断开。这样，通过轮流断开和闭合开关S1和S2组，将电信号轮流施加于IDT的T1和T2组。施加于IDT的T1或T2组的电信号①分别被来自计算机的相应时钟脉冲②-1或②-2调制成rf脉冲③-1或③-2。如果将rf脉冲③-1施加于IDT的T1组，则当开关S1组闭合时，其频率近似对应于IDT的T1组的叉指周期的rf脉冲③-1被转变为声波而传递到压电基体8。其波长近似对应于叉指换能器R11、R12、R13、R14、R31、R32、R33和R34(IDT的R1组)的每个叉指周期的声波被转变为延迟电信号而由IDT的R1组检测。如果将rf脉冲③-2施加于IDT的T2组，则当开关S2组闭合时，其频率近似对应于IDT的T2组的叉指周期的rf脉冲③-2被转变为声波而传递到压电基体8。其波长近似对应于叉指换能器R21、R22、R23、R24、R41、R42、R43和R44(IDT的R2组)的每个叉指周期的声波被转变为延迟电信号，而由IDT的R2组检测。这样，如果轮流将电信号施加于IDT的T1和T2组，则由IDT的R1和R2组轮流检测出延迟电信号。叉指换能器R11和R21、R12和R22、R13和R23、R14和R24，R31和R41、R32和R42、R33和R43，以及R34和R44之间的结点构成电路结构的初基(simple)。另外，由每对叉指换能器例如叉指换能器对R11和R21检测的延迟电信号4被接收以使它们相互重叠。由叉指换能器对R11和R21检测出的延迟电信号④的一部分以及由叉指换能器对R31和R41检测出的延迟电信号④的一部分分别经放大器A和B放大，并将其各自相位通过其各自的移相器移到固定值，再经开关S1和S2组分别将两个经相移的电信号施加于IDT的T1和T2组。总之，将经开关S1和S2施加于叉指换能器T1和T2的电信号经开关S3和S4施加于叉指换能器T3和T4，将经开关S3和S4施加于叉指换能器T3和T4的电信号经开关S1和S2施加于叉指换能器T1和T2。这样，构成具有8字形信号环的延迟线振荡器。附着触摸压电基体8，由每一对叉指换能器检测出的延迟电信号④则减弱(⑤或⑥)。当用比压电基体8软且易吸收声波的材料触摸压电基体8上声波的由IDT的T1和R1组构成的传播路径时，仅在将电信号施加于IDT的T1组中每个换能器的情况下，被触摸位置上的声波减弱为⑤。同样，用该材料触摸压电基体8上声波的由IDT的T2和R2组构成的传播路径，仅在将电信号施加于IDT的T2组中每个换能器的情况下，被触摸位置上的声波减弱为⑥。将这样的延迟电信号④、⑤和⑥通过放大器放大并经倍压整流器整流，然后分别变为直流信号⑦、⑧和⑨。通过在直流信号⑦和⑧、或⑦和⑨之间设置适当值的阈值电压，可经比较器获得分别与直流信号⑦、⑧和⑨对应的数字信号。由计算机将该数字信号以具有特定计时的并行信号的形式接纳入其中。用延迟线振荡器工作无需函数发生器。因此，与用rf脉冲工作情况相比，能提供更小型、轻巧、结构简单能在低压低能耗下工作的超声波触摸系统。
当图27所示的超声波触摸系统工作时，响应被触摸的位置在显示屏9上出现给定色彩的信息。同时，施加于IDT的T1和T2组的电信号的频率对应于该色彩。通过压电基体8能在显示屏9上看到该信息。当触摸压电基体8上声波的传播介质时，声波减弱，而且对应于被触摸位置给定其色彩的信息出现在显示屏9上。通过改变输入电信号的频率能指示显示屏9的相同位置上对应于输入电信号频率而给定色彩的每一信息。因此，当使用两种输入电信号频率时，在显示屏9的同一位置上的给定每一色彩的两种信息是重叠的。另外，该信息能持续指示一段固定周期。这样，当用比压电基体8软且易吸收声波的材料在压电基体8上写(例如)字符时，该字符便出现在显示屏9上。如果图27所示的超声波触摸系统有如图18(a)所示的叉指换能器，则可将两种具有对应各自叉指周期的不同频率的电信号施加于该叉指换能器，并且，有可能大大增加输入电信号的数目，因为有许多种频率近似对应于每个叉指周期。结果，通过改变输入电信号的频率，在显示屏9上可出现多种给定每一色彩的信息。
图30示出了频率对在图27所示的超声波触摸系统中使用的延迟线振荡器的插入损耗和相位的关系曲线。
图31示出了在图27所示的超声波触摸系统中使用的延迟线振荡器的相对振幅与频率之间的关系，这里f0对应于频率为24.3MHz的基模波获得稳定振荡。
当压电基体8含有透明的压电陶瓷，诸如被称作为PLZT的(Pb.La)(Zr.Ti)O3，其极化轴方向与透明压电陶瓷的厚度方向相互平行时，能在压电基体8上有效地产生声波。并且，用透明压电陶瓷作为压电基体8通过该基体能在显示屏9上看到多种信息。为将声波传递到压电基体8，该压电基体8的厚度需为输入叉指换能器的叉指周期的3倍以上。在压电基体8的厚度小于叉指周期的情况下，兰姆波将传递到压电基体8。然而，如果在图27所示的超声波触摸系统中其有能满足换能功能的波型，则可以使用兰姆波型。具有透明性和压电性的单晶例如LiNbO3、LiTaO3等也能代替透明压电陶瓷用作压电基体8。当用单晶作为压电基体8时，设计该超声波触摸系统由于单晶的各向异性必须考虑机电耦合常数K2。并且，可能需要一个附加的复杂电路。然而，单晶有希望作为压电基体。除了其他东西以外PLZT也有希望作为压电陶瓷基体的，因为其透明性。制造工艺和寿命都是极好的。通过利用由PLZT制成的压电基体8的横向均质性，两组输出叉指换能器的电信号电平变成相等，两组输出叉指换能器中压电基体8上声波的传播方向是相互垂直的。因此，电路结构变得如此简单以致于可能提供不仅小型、轻巧、而且结构简单的超声波触摸系统。另外，由于输出信号总是被归一化，使信号处理变得精确，而且灵敏度高。并且，由于提高了电信号的分辨率，信息量也能增多。
权利要求
1.一种超声波触摸系统，包括一个基体和至少一个在所述基体的一端表面Z1上的超声波换能系统，所述超声波换能系统包含至少一个叉指换能器P和至少一个与所述叉指换能器P对应的叉指换能器Q，所述超声波触摸系统还包含用于将其频率近似对应于所述叉指换能器P的叉指周期的电信号施加于所述叉指换能器P，在所述端表面Z1上产生其波长近似等于所述叉指周期的声波的装置。用于从所述叉指换能器a发出其频率近似与在所述端表面Z1上产生的所述声波的波长对应的电信号的装置，所述叉指换能器P和Q相互面对面地安置以形成一对，使所述叉指换能器P的所述声波的传递方向与所述叉指换能器Q的所述声波的接收方向相同；以及用于通过由所述叉指换能器Q检测所述电信号的大小来检测用手指或其它物体触摸所述端表面Z1上所述声波的传播路径的一部分的装置。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于所述叉指换能器P和Q沿着所述叉指换能器P或Q的电极指方向，或者垂直于所述电极指的方向分别有至少两个叉指周期L1和L2。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于一个包括在显示装置中并指示至少两种色彩的显示屏安置在所述基体的另一端表面Z2上。
4.如权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于所述色彩对应于加到所述叉指换能器P的所述电信号的所述频率。
5.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于所述基体包含一个几乎透明的压电陶瓷，其极化轴的方向与其厚度方向平行，所述叉指换能器P和Q直接安置在所述端表面Z1上。
6.如权利要求1、2、3或4所述的系统，其特征在于所述基体含有一个非压电体，所述超声波换能系统包含一个输入装置A，该装置包括一片压电薄片TA且所述叉指换能器P安置在其上，一个包括一片压电薄片TB的输出装置B，所述叉指换能器Q安置在其上，所述压电薄片TA和TB安置在所述端表面Z1上。
7.如权利要求1、2、3、4或6所述的系统，其特征在于所述压电薄片TA的厚度小于所述叉指换能器P的叉指周期，所述压电薄片TB的厚度小于所述叉指换能器Q的叉指周期，所述叉指换能器P和Q的所述叉指周期近似等于一阶或高阶声波的波长，所述一阶或高阶波型的所述声波的相速度近似等于在作为单层介质的所述基体上产生的声波的传播速度。
8.如权利要求1、2、3、4、6或7所述的系统，其特征在于所述压电薄片TA和TB通过在所述压电薄片TA中的有所述叉指换能器P的端表面和在所述压电薄片TB中有叉指换能器Q的端表面粘接在所述端表面Z1上。
9.如权利要求1、2、3、4、6、7或8所述的系统，其特征在于分别在所述压电薄片TA中没有所述叉指换能器P的另一端表面和在所述压电薄片TB中没有叉指换能器Q的另一端表面涂敷有金属薄层。
10.如权利要求1、2、3、4、6、7、8或9所述的系统，其特征在于所述压电薄片TA或TB包含压电陶瓷，其极化轴方向与其厚度方向平行。
11.如权利要求1、2、3、4、6、7、8或9所述的系统，其特征在于所述压电薄片TA或TB包含由诸如PVDF等高聚合化合物制成的压电薄膜。
12.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的系统，其特征在于所述超声波换能系统包含有N个叉指换能器Pi(i＝1，2...，N)和N个至少由两个叉指换能器Qi-1和Qi-2构成的叉指换能器组Qi(i＝1，2...，N)所述超声波触摸系统还包含结点M1，所述叉指换能器Qi-1的每个输出端在此相互连接，结点M2，所述叉指换能器Qi-2的每个输出端在此相互连接，通过分别在所述结点M1和M2所检测电信号的大小检测出手指或其它物体对所述端表面Z1上声波的传播介质的一部分的触摸，N个开关Si(i＝1，2...，N，)其输出端与所述叉指换能器Pi的每个输入端相连，以及用于以一固定周期轮流控制所述开关Si的开和关的装置。
13.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的系统，还包含连结点MS，所述开关Si的每一输入端相互连接于此，一个放大器，所述连接点M1通过所述放大器与所述连结点MS相连，以及包括N个相应传播路径Di(i＝1，2...，N)作为延迟元件的N个振荡器Hi(i＝1，2，...，N)，所述传播路径Di包含所述叉指换能器Pi与所述叉指换能器Qi-1间的所述基体，所述振荡器Hi的各个信号环包含所述叉指换能器Pi，所述传播路径Di，所述叉指换能器Qi-1和所述放大器。
全文摘要
超声波触摸系统，包括基体及其一端表面Z1上的超声波换能装置。该装置包含叉指换能器P及其对应的叉指换能器Q。频率约与换能器P的叉指周期对应的电信号加到换能器P，使表面Z1上高效地产生声波，该声波的波长约等于换能器P的叉指周期。同时，频率约对应表面Z1上产生的声波波长的电信号由换能器Q检测。当手指等触摸表面Z1上声波的传播路径时，由换能器Q检测出的电信号减弱。因此在低压低能耗下可高灵敏和快速地测出手指等对基体的触摸。
文档编号H03H9/25GK1092918SQ9410032
公开日1994年9月28日 申请日期1994年1月22日 优先权日1993年2月2日
发明者户田耕司 申请人:户田耕司