專利名稱：聲波型接觸檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過超聲波方式的觸摸屏等用于以聲音檢測接觸位置的聲波型接觸檢測裝置。
背景技術：
采用超聲波的聲波型接觸檢測裝置用于例如個人計算機的操作畫面、車站的自動售票機、設置于便利商店的復印機或者金融機構的無人終端機等。這些聲波型接觸檢測裝置中，使用包含設于玻璃等基板上的壓電振動器(壓電(Piezo)元件)的換能器(Transducer)。此換能器作為體波(bulk waves)的產生部件使用，同時也作為傳感器，檢測因觸碰觸摸屏的手指等而散射的聲波。
作為體波而產生的超聲波振動，轉換為通過聲波生成部件而傳播于基板上的表面彈性波。而且，此表面彈性波是通過手指等散射，該散射通過檢測部件檢測。被檢測出的信號與控制器的時鐘信號對照，確定表面彈性波被散射的位置。
通過上述聲波生成部件變換為表面彈性波之時，并非全部轉換為表面彈性波，附帶產生由未轉換為表面彈性波的體波和透過反射陣列或者由反射陣列朝預定方向以外反射的表面彈性波組成的所謂亂真波。若此亂真波在基板上一面反射、一面傳播而到達傳感器側的轉換器，則將使此轉換器振動而產生電壓。該電壓作為噪聲而被接收，擾亂控制器的正常判定。
因此，為了吸收產生的亂真波，在基板上設置防振材料或吸收材料(例如特開昭6-324792號公報(第2頁、第一圖)、特開昭61-239322號公報(第11頁、第二圖))。這些防振材料、吸收材料通常以樹脂制的膠帶等構成，貼附于基板上。到達此膠帶的亂真波被吸收并衰減。
傳統技術中，必須將防振材料、吸收材料均貼附于基板上，此貼附作業以人工操作進行，故耗費工數，生產性低。其結果，造成制造成本變高的問題。

發明內容
本發明有鑒于以上問題提出，其目的在于提供一種可使亂真波有效散射并消除，同時可使生產性提升、制造成本降低的聲波型接觸檢測裝置。
本發明的聲波型接觸檢測裝置中，設有具有傳播聲波的表面的基板；聲波生成部件；使產生的聲波沿著基板表面傳播反射陣列；檢測由在表面的物體接觸所造成的聲波的變化的檢測部件；以及作為控制部件的控制器；其特征在于在基板上形成在聲波生成時使在表面附帶產生的亂真波散射的亂真波散射部件。
另外，亂真波散射部件由與上述基板相同的材料所形成的反射陣列組成。
并且，聲波生成部件及亂真波散射部件可通過印刷或蝕刻形成。
這里所說的聲波，是除了傳播于基板表面上的彈性表面波以外，也包含沿著基板表面傳播于薄基板內的超聲波。
另外，聲波生成部件可包含模式變換單元及超聲波振動器。
另外，檢測部件可采用轉換器。這里所說的轉換器，是將超聲波振動轉換為電氣信號或者將電氣信號變換為超聲波振動的單元。
亂真波散射部件也可采用擴散光柵。
本發明的聲波型接觸檢測裝置中，在基板上形成使在聲波生成之時于表面附帶產生的亂真波散射的亂真波散射部件，因此，通過亂真波散射部件，可有效地使亂真波散射。
另外，若亂真波散射部件由與基板相同的材料所形成的反射陣列構成，則可有效地使亂真波散射。
并且，若聲波生成部件及亂真波散射部件通過印刷而形成，則可有效地使亂真波散射，同時可使印刷自動化而有效率地生產，且可提升生產性并降低制造成本。并且，若聲波生成部件和亂真波散射部件通過蝕刻形成，則既可有效地使亂真波散射，又能以相同方法形成，從而可提升生產性并降低制造成本。
附圖的簡單說明第一圖為本發明的聲波型接觸檢測裝置所使用的觸摸屏的正面圖；第二圖是表示粘接于基板的FPC的正面圖；第三圖是表示FPC整體的概略平面圖；第四圖為放大第三圖中B所示部分的FPC的部分放大圖；第五圖為對應于第一圖所示的反射陣列的反射陣列正面圖；第六圖是與模式轉換單元一起表示對應于第一圖的擴散光柵的正面圖；第七圖是與反射陣列一起表示擴散光柵的部分放大圖；第八圖是與反射陣列一起表示擴散光柵的部分放大圖；第九圖是表示擴散光柵的變形例的放大圖；第十圖是表示擴散光柵與反射陣列的相對位置關系的正面圖；第十一圖是表示從箭頭A方向看第一圖的基板的部分概略放大圖。
具體實施例方式
以下，參考


本發明的聲波型接觸檢測裝置(以下簡稱為裝置)的較佳實施例。
第一圖為用于裝置1的觸摸屏3的正面圖。如第一圖所示，觸摸屏3由矩形玻璃板構成的基板2、安裝于此基板2的FPC(柔性印刷電路)4以及與此FPC4電氣連接的控制部(控制器)6所構成。
FPC4分支為沿著基板2的寬度方向即圖中箭頭X所示的X軸方向的分支線4a，以及與X軸正交的沿著箭頭Y所示的Y軸方向的分支線4b。FPC4上裝有，產生超聲波的轉換器(體波生成部件)8、10，以及成為傳感器的轉換器(檢測部件)12、14。
另外，沿著Y軸由許多傾斜的傾斜線16所組成的反射陣列18形成于基板2的表面，即第一圖的前側，與此反射陣列18相對，由許多傾斜線20所組成的反射陣列22分別形成于基板2的側邊44附近。并且，許多傾斜線26所組成的反射陣列28沿著x軸形成于基板2的上邊緣24附近，與此反射陣列28相對的許多傾斜線30所組成的反射陣列32形成于基板2的下邊45附近。這些反射陣列18、22、28、32的圖案揭示于特開昭61-239322號及特開2001-14094號的各公報。再者，反射陣列18、22、28、32總稱為反射陣列33。通過此反射陣列33，聲波被反射并傳播于基板2的表面上。
上述轉換器8、10、12、14粘接于基板2的背面，對應于此轉換器8、10、12、14，基板2的表面分別形成模式轉換單元(光柵)78、80、82、84。關于此結構，參考第十一圖，以模式轉換單元80為代表進行說明。第十一圖為從第一圖的箭頭A方向看基板2的部分概略放大圖。第十一圖的模式轉換單元80，由多根通過燒結玻璃膏而形成于基板2上的、互相隔離的平行突條80a構成。第十一圖所示的突條80a實際上在與紙面正交的方向延伸。
突條80a的寬度設為約400微米，高度設為約35微米以上。通過改變突條80a的相互間隔，體波的反射方向改變。本實施例中，在突條80a的正側面形成產生表面彈性波的間隔。在此模式轉換單元80的相反側，轉換器10連接于基板2，并通過焊錫5電氣連接于FPC4的分支線4b。
其它的模式轉換單元78、82、84也具有相同的結構。模式轉換單元78、80、82、84中，78、80所示的模式轉換單元(聲波生成部件)將發送側的轉換器8、10所產生的體波轉換為表面彈性波。而模式轉換單元82、84將傳播于基板2表面的表面彈性波(聲波)再度轉換為體波。
當由轉換器10所發出約5.5MHz的超聲波振動(體波)經由基板2的背面，通過內部到達位于基板2表面的模式轉換單元80時，經模式轉換單元80而轉換為表面彈性波，并向與模式轉換單元80的突條80a垂直的反射陣列32的方向傳播(反射)。而且，通過反射陣列32的朝內側傾斜的許多傾斜線30而反射，朝著反射陣列28而傳播于基板2的表面，并到達反射陣列28的朝內側傾斜的傾斜線26。
模式轉換單元78、80中，未轉換為表面彈性波而殘留的體波不朝特定方向輻射，以模式轉換單元78、80為中心而朝四面八方傳播。若該體波的一部分傳至轉換器12、14，則成為可能妨礙原來的信號檢測的亂真波。另外，模式轉換單元78、80由上述的多根突條構成，在與這些突條基本正交的方向產生表面波，但據知在非有意的方向上產生輕微的表面波。此表面波也成為可能妨礙信號檢測的亂真波。當這些亂真波到達轉換器12、14時，將使轉換器12、14產生噪聲信號。
到達反射陣列28的表面彈性波再被反射，朝模式轉換單元84傳播。到達模式轉換單元84的表面彈性波，經該模式轉換單元84轉換為體波，其振動被傳播至位于基板2的背面的、成為傳感器的接收側的轉換器14，經轉換器14而轉換為電氣信號。
由轉換器8所發出的超聲波振動(體波)，同樣地經模式轉換單元78而變換為表面彈性波，經過反射陣列18及反射陣列22入射到模式轉換單元82。表面彈性波經該模式轉換單元82而轉換為體波后，傳播至成為傳感器的轉換器12，變換為電氣信號。
如此，表面彈性波平均地傳播至由反射陣列18、22、28、32覆蓋的基板2上的全部區域，因此，此區域內例如用手指(物體)接觸(觸碰)基板2時，通過此手指所遮蔽的表面彈性波則消失或者衰減，且伴隨此表面彈性波的變化的信號變化由作為傳感器的轉換器12、14送至與傳感器組合的控制器6的定時電路(未圖示)，通過控制器6確定手指所接觸的位置的幾何學座標。
表面彈性波通過反射陣列33上的各條傾斜線16、20、26、30而反射，一條傾斜線反射到達的表面彈性波的0.5～1％，其它則朝向鄰接的后續的傾斜線而透過，由后續的傾斜線依次反射。
裝置1中，為了降低上述噪聲，在基板2的表面形成使亂真波散射并消除的亂真波散射部件，即擴散光柵。第一圖中，該擴散光柵包含34、36、38所表示的矩形部分、沿著上邊緣24的傾斜線40、42所組成的擴散光柵43和沿著側邊44的傾斜線46、48所組成的擴散光柵49。這些傾斜線40、42、46、48構成具有與上述反射陣列18、22、28、32不同功能的第二反射陣列。另外，在擴散光柵34、36、38內也構成第二反射陣列(第七圖)。關于這些擴散光柵34、36、38、43、49的詳細情況有待后述。再者，擴散光柵總體上以50表示。
其次，參考第二圖至第四圖，說明粘接于基板2的FPC4。第二圖是表示粘接于基板2的FPC4的正面圖。FPC4粘接于基板2的背面，然而為了方便起見，第二圖是以實線表示。再者，第二圖中省略反射陣列33和擴散光柵50。第三圖是表示FPC4整體的概略平面圖。第四圖為放大第三圖中B所示的部分的FPC4的部分放大圖。第三圖和第四圖所示的FPC4分別對應于第二圖中從基板2的背面看的FPC4的狀態。
如第三圖和第四圖所示，FPC4的一瑞設有分別對應于成為傳感器的轉換器12、14的電極52、54。如上述，這些電極52、54由上方通過焊接、銀膏等導電粘接劑或者各向異性導電粘接劑等連接到粘接于基板2的轉換器12、14。也即，轉換器12、14位于FPC4和基板2的背面之間。FPC4由上述的分支線4a、4b和連接于控制器6的連接線4c構成。
連接線4c和分支線4a具有相同長度，帶狀地形成一體(第三圖)。連接線4c和分支線4a可通過它們之間在長度方向形成的孔眼56而分離。分支線4a的另一端形成連接轉換器8的電極58，連接線4c的另一端形成連接到控制器6的電極60。另外，在分支線4b的另一瑞，形成連接到轉換器10的電極62(第三圖)。
如第四圖所示，連接于控制器6的連接線4c的印刷布線64中，形成有十條印刷布線64a、64b、64c、64d、64e、64f、64g、64h、64i、64j。這里，要點在于由連接于作為傳感器的轉換器12、14的、成為接收線的4條印刷布線64d～64g構成信號線群，在此信號線群的兩側配置接地用的印刷布線64c、64h。
而且，在接地用的印刷布線64c、64h的外側，配置成為信號線的印刷布線64b、64i，它們分別連接于發送用的轉換器8、10；再在其外側分別配置接地用的印刷布線64a、64j。這表示成為接收線(信號線)的印刷布線64d～64g被接地線64c、64h所包圍，成為發送線(信號線)的印刷布線64b、64i分別被接地線64a、64c和64h、64j所包圍，從而形成屏蔽。在分支線4a、4b上也維持此關系。由此，印刷布線64b、64d、64e、64f、64g、64i所構成的信號線群不易受到來自外部的電磁波的影響，另外，相反地也具有難以對外部產生電磁波的效果。通過上述結構，在沿著基板2設置FPC4并拉長接收線時，耐EMI性變得特別有效。
再者，圖中66、68是表示分支線4b的彎曲線。分支線4b沿著此彎曲線66，朝第四圖紙面的前側彎曲一次，為了使成為相反側的電極62(第三圖)朝向轉換器10，再沿著彎曲線68，對著紙面彎曲。此彎曲部在第二圖中以69表示。如此，分支線4b沿著基板2的側邊44而配置。再者，FPC4通過粘接劑(未圖示)等粘接到基板2上。
其次，第五圖是僅表示上述反射陣列33的配置。第五圖為對應于第一圖所示的反射陣列33的反射陣列33正面圖，圖中省略了其它的亂真波散射部件的擴散光柵34、36、38等。各反射陣列18、22、28、32的傾斜線16、20、26、30具有45°的傾斜，將表面彈性波朝向對側的反射陣列反射。這些反射陣列33是將鉛玻璃的微細粉末制成膏狀通過絲網印刷等印刷于基板2的表面，以約500℃燒結而形成。再者，圖中以25部分地表示基板2的角隅。另外，反射陣列的材料可使用添加紫外線硬化型的有機系油墨，或者為使有機系油墨的反射率提升而添加了金屬粉末組成的填料的油墨。
傾斜線16、20、26、30的間隔隨著遠離發送側的轉換器8、10而變窄、密度變高，是因為表面彈性波的強度隨著通過傾斜線16、20、26、30而衰減，而為了彌補此衰減量在基板2的表面平均傳播表面彈性波。再者，反射陣列22、28配置于基板2的上邊緣24、側邊44(第一圖)的稍微內側。理由是為了使后述的擴散光柵50的傾斜線40、42、46、48可配置于其外側。
其次，參考第六圖說明成為亂真波散射部件的擴散光柵50。第六圖是將對應第一圖的擴散光柵50與模式變換單元78、80、82、84一起表示的正面圖。構成上述第二反射陣列的傾斜線40、42，在基板2的上邊緣24附近以互相反向的角度形成。而且，該角度在基板2的中央部附近幾乎成為垂直，隨著往基板2的端部而逐漸變為小角度。另外，構成第二反射陣列的其它傾斜線46、48也同樣以相反的斜率形成，并且該角度逐漸變化。其理由是為了不使亂真波朝同一方向反射，而朝各種方向擴散，也就是使其亂反射。
這些傾斜線40、42、46、48位于以往貼附膠帶(tape)等的部分。也即，傾斜線40、42、46、48是置換了膠帶而形成的部分。到達此區域的亂真波通過這些傾斜線40、42、46、48被亂反射，以使之不到達接收側的轉換器12、14。超聲波振動能量的衰減因超聲波的頻率、振動模式及玻璃種類而不同。若是代表性的鈉鈣玻璃的約5.5MHz的表面彈性波在基板2上傳播40cm，則其強度將約衰減到約1/10的程度。因此，被亂發射的亂真波在基板2上重復發射中急速衰減而消失。
另外，矩形的擴散光柵34、36、38由多個具有45°或-45°的相異角度的、互相隔離的突條即傾斜線聚集而成。參考第七圖和第八圖說明其形狀。第七圖和第八圖是與反射陣列一起表示各擴散光柵36、38的部分放大圖。第七圖表示擴散光柵36，明顯地表示與反射陣列18、32的各傾斜線16、30相比傾斜線36a角度的不同。另外，第八圖表示同樣具有陡角度的傾斜線38a的擴散光柵38。
這些擴散光柵36、38也用以使傳播于基板2表面的亂真波，以45°或-45°以外的角度朝外側亂反射而消除。擴散光柵34雖未放大表示，但具有相同的形狀和功能。另外，擴散光柵34的傾斜線和擴散光柵36、38的傾斜線36a、38a在相同擴散光柵內，既可平行，也可角度逐漸不同。擴散光柵34、38具有阻斷由預定方向偏離而傳播的表面彈性波到達接收側的轉換器12、14的路徑的功能。
與反射陣列33相同，這些擴散光柵50以鉛玻璃的微細粉末制成膏狀為油墨，印刷于基板2上。因此，形成反射陣列33時，可同時進行印刷，從而生產性得到提升，并可降低制造成本。
圖示的擴散光柵36、38的傾斜線36a、38a由多根突條組成，但不必限定于突條，也可有各種變形例。此變形例示于第九圖。第九圖是表示擴散光柵的變形例的放大圖。該擴散光柵51通過平面看為菱形的許多突起51a的集合所構成。在這些突起51a所構成的區域內，到達此擴散光柵51的亂真波在突起51a之間被重復反射而衰減。突起的形狀并不限于菱形，凡從平面看為矩形、三角形等多邊形或橢圓等任意形狀均可。
其次，第十圖以正面圖表示形成于基板2表面的擴散光柵50及反射陣列33的相對位置關系。圖中明顯表示傾斜線40、42位于反射陣列28的外側，傾斜線46、48位于反射陣列22的外側。擴散光柵34、36、38配置成使反射陣列33未反射而透過的聲波(表面彈性波)在透過后，立即朝與反射陣列33所反射的方向不同的方向反射。
具體而言，例如在轉換器8和模式轉換單元78所產生的表面彈性波通過反射陣列18的期間，朝反射陣列22反射。然而，在反射陣列18并未被反射而透過反射陣列18的表面彈性波到達擴散光柵36。如第七圖所示，擴散光柵36產生使表面彈性波朝基板2的外側反射的功能。也就是，使之在與原來的反射方向相反的方向反射，以使產生噪聲的超聲波振動不致到達接收側的轉換器12。
另外，沿著基板2的邊緣形成的擴散光柵50的傾斜線40、42、46、48構成為使傳播于基板2表面上的體波被亂反射并衰減。通常，通過模式轉換單元78、80，體波被轉換為表面彈性波，然而，未被100％轉換而殘留的體波傳播至預定方向以外，因此，傾斜線40、42、46、48用來使這些不需要的體波衰減。
另外，由模式轉換單元78、80轉換為表面彈性波時，從預定方向偏離而傳播的表面彈性波也通過這些傾斜線40、42、46、48朝各種方向擴散而被亂反射。通過此擴散的反射，可降低不需要的超聲波振動到達接受側的轉換器12、14而成為噪聲的可能性。
另外，第十圖中，傾斜線40、42之間，以及傾斜線46、48之間，海豚的圖案82與傾斜線40、42、46、48同樣地印刷，這些圖案82也可有效降低噪聲。這些圖案82的外周由曲線構成，到達此外周部分的上述體波或表面彈性波被反射至各個方向而衰減。若此圖形外周由曲面所構成，或者外周具有使亂真波朝各種方向亂反射的角度，則可為任何圖案或花紋。
以上，詳細說明了本發明的實施例，然而，本發明并不限定于上述實施例。例如擴散光柵50也可通過使用氟酸等的蝕刻而形成，或者也可采用激光、噴砂或切削等化學或物理的切除加工而形成。換言之，也可形成凹槽來取代突出部。
另外，本實施例是說明使用具有模式轉換單元78、80、82、84的所謂光柵型的表面彈性波產生部件的情況，然而，并不限定于此實施例。例如也可適用于使用以丙烯酸的棱柱(未圖示)的光楔型轉換器(未圖示)來產生表面彈性波的方式的聲波型接觸檢測裝置。或者，也可適用于沒有光柵或光楔而使用形成于超聲波振動器上的1對梳狀電極的方式的聲波型接觸檢測裝置。
另外，本發明所用的FPC4也可用任何的粘接劑粘接于基板2，然而，壓電振動器的粘接則宜使用紫外線硬化型粘接劑。其理由是可以暫時確定轉換器8、10、12、14相對于模式轉換單元78、80、82、84的微妙位置，待確認最適合的表面彈性波產生后，照射紫外線使之粘接。
另外，如上述說明，亂真波散射部件也可采用使之亂反射并衰減的方式。再者，本實施例中，兩個接收側轉換器12、14鄰近配置，但也可與發送側轉換器8、10交換位置，而使接收側轉換器12、14互相隔離配置。此時，由于鄰近位置沒有另一方的接收側轉換器14或12，可抑制由一方的接收側轉換器12或14漏出的表面彈性波被另一方拾取的噪聲。另外，可縮短由控制器6至發送側轉換器8、10的電氣路徑，因此，可抑制從此電氣路徑輻射不需要的輻射即電磁波。
另外，上述實施例是說明使用FPC的情況，然而，也可用FFC即柔性扁平電纜(flexible flat cables)來取代FPC。使用FFC時，轉換器8、10、12、14電氣連接于FFC的導線。另外，與FPC4的情況相同，FFC通過粘接于基板2的方式安裝于基板2。
權利要求
1.一種聲波型接觸檢測裝置，設有具有聲波傳播表面的基板；聲波生成部件；使產生的所述聲波沿所述基板表面傳播的反射陣列；檢測出因在所述表面上的物體接觸而造成的所述聲波的變化的檢測部件；以及作為控制部件的控制器；其特征在于在所述基板上形成，將所述聲波生成時所述表面上附帶產生的亂真波散射的亂真波散射部件。
2.如權利要求1所述的聲波型接觸檢測裝置，其特征在于所述亂真波散射部件由與所述基板相同的材料所形成的反射陣列構成。
3.如權利要求1或2所述的聲波型接觸檢測裝置，其特征在于所述聲波生成部件和所述亂真波散射部件通過印刷而形成。
4.如權利要求1所述的聲波型接觸檢測裝置，其特征在于所述聲波生成部件和所述亂真波散射部件通過蝕刻而形成。
全文摘要
亂真波散射部件50的傾斜線40、42在基板2的上邊緣24附近以互相反向的角度形成。該角度在基板2的中央部附近幾乎成垂直，隨著靠近基板2的端部而逐漸變化為小角度。另外，傾斜線46、48也同樣以相反的斜率而形成，并且該角度逐漸變化。到達此區域的亂真波被這些傾斜線40、42、46、48亂反射并衰減，以使之不到達接收側的轉換器12、14。另外，矩形的亂真波散射部件34、36、38也是用以將傳播于基板2的表面的亂真波亂反射并消除的部件，它由多根45°以外角度的平行的突條構成。
文檔編號G06F3/033GK1711519SQ20038010297
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月11日 優先權日2002年11月13日
發明者田中芳和 申請人:接觸板系統股份有限公司