JP4785286B2 - 多周波数駆動型超音波信号処理器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散型の電極指パターンを有する入力用すだれ状電極と傾斜分散型の電極指パターンを有する出力用すだれ状電極を用いることにより多周波数での駆動が可能で、しかも、コンピュータに装着されることにより情報の流出や盗難を防止し、通信の秘匿性を向上させることが可能な多周波数駆動型超音波信号処理器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や携帯パソコンなどの携帯情報端末において、タッチパネルは有力な情報入力手段として注目を集めている。たとえば、くさび型トランスデューサや圧電薄膜トランスデューサ等を含む従来のタッチパネルは、非圧電板上を接触することにより非圧電板上の超音波が消失して出力電気信号が検出されなくなるということを利用している。従って、従来のタッチパネルは、信号処理が複雑であることから符号化技術のためのハードウエアとしての利用は難しい。また、従来のタッチパネルは多周波数での駆動が困難であった。携帯情報端末を介した情報の流出や盗難を防止したり通信の秘匿性を向上させるためには、符号化技術が有力である。符号化技術を含むハードウエアとしては、従来、主に磁気カードやICカードが用いられてきた。磁気カードは最も汎用性に富むものであるが、比較的簡単にコピーされてしまうことや、パスワードを盗むことが容易であることなどの問題点を有する。従って、クレジットカード、キャッシュカードおよびプリペイドカードなどの不正使用が絶えない。ICカードは偽造されにくいという点では磁気カードよりも優れているものの、情報の安全性において十分であるとは言えない。また、磁気カードに比べ製造工程が複雑であることなどの問題点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、分散型の電極指パターンを有する入力用すだれ状電極と傾斜分散型の電極指パターンを有する出力用すだれ状電極を用いることにより多周波数での駆動が可能な多周波数駆動型超音波信号処理器を提供することにある。また本発明のさらなる目的は、コンピュータに装着されることにより、コンピュータを媒介とする情報の流出や盗難を防止することが可能で、情報通信の秘匿性を向上させることが可能で、低電圧および低消費電力の自励発振駆動が可能で、回路構成が簡単で、大量生産が可能で、小型軽量で、耐久性に優れた多周波数駆動型超音波信号処理器を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、非圧電板および少なくとも１つの超音波伝搬手段から成る多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記超音波伝搬手段は、少なくとも１つの入力用すだれ状電極、少なくとも１つの出力用すだれ状電極、第１および第２圧電基板から成り、前記入力用すだれ状電極は、その電極指パターンが分散型を成し、電極周期長P_i (i=1, 2,…, m)および電極交差幅Lを有し、前記出力用すだれ状電極は、その電極指パターンが傾斜分散型を成し、前記出力用すだれ状電極の電極指の方向が前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角θの傾きを成すように配置されていて、前記出力用すだれ状電極は、前記出力用すだれ状電極の前記電極指の方向と直交する方向に沿った電極周期長Q_i (i=1, 2,…, m)と、前記出力用すだれ状電極の前記電極指の方向に沿った電極交差幅L_Pを有し、入力電気信号S_i (i=1, 2,…, m)のうちの１つが前記入力用すだれ状電極に印加されると、前記第１圧電基板に弾性表面波が励振され、前記入力電気信号S_iの周波数f_i (i=1, 2,…, m)は、前記電極周期長P_iに対応しており、前記弾性表面波は、前記非圧電板の上端面を介して前記第２圧電基板に伝搬された後、前記出力用すだれ状電極で電気信号E_j (j=1, 2,…, n)に変換され、前記電気信号E_jの遅延位相は、前記非圧電板の前記上端面における前記入力用および出力用すだれ状電極の間の弾性表面波伝搬路W_j (j=1, 2,…, n)に相関している。
【０００５】
請求項１に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、第３および第４圧電基板、信号秘匿化手段を含み、請求項２に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、信号分析器が新たに備えられた多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記信号秘匿化手段は符号化すだれ状電極、末端すだれ状電極、先端すだれ状電極および復号化すだれ状電極から成り、前記符号化すだれ状電極は、電極対の集合体で成り、所定の符号パターンを有し、前記電極対の隣り合う２つの離間距離は、前記電極周期長P_iのうちの１つと等しく、前記末端すだれ状電極は、その電極指の方向が前記符号化すだれ状電極の電極指に対し平行になるように配置されており、前記復号化すだれ状電極は前記符号化すだれ状電極と同様な符号パターンを有し、前記弾性表面波伝搬路W_jの１つを接触したときにだけ前記電気信号E_jの１つが前記出力用すだれ状電極で検出され、前記電気信号E_jの前記１つが前記符号化すだれ状電極に印加されると、前記第３圧電基板に前記符号パターンに基づく弾性表面波が励振され、前記第３圧電基板に励振された前記弾性表面波が前記末端すだれ状電極に到達すると、前記符号パターンに相関する符号化バースト信号が検出され、前記符号化バースト信号が前記先端すだれ状電極に印加されると、前記第４圧電基板に弾性表面波が励振され、前記第４圧電基板に励振された前記弾性表面波が前記復号化すだれ状電極に到達するとパルスが検出され、前記パルスの位相が前記信号分析器において検出され、前記弾性表面波伝搬路W_jの前記１つが前記位相から判別される。
【０００６】
請求項３に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、前記超音波伝搬手段が２つ備えられるとともに、前記信号秘匿化手段が２つ備えられた多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記超音波伝搬手段の一方と前記信号秘匿化手段の一方とが対応し、前記超音波伝搬手段のもう一方と前記信号秘匿化手段のもう一方とが対応している。
【０００７】
請求項４に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、前記電極周期長Q_iの各々が、それに対応する前記電極周期長P_iの１つとcosθとの積に等しく、前記電極交差幅L_Pは前記電極交差幅Lとsecθとの積に等しい。
【０００８】
請求項５に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、前記第１、第２、第３および第４圧電基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その厚さ方向と平行である。
【０００９】
請求項６に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、前記第１および第２圧電基板の厚さが前記電極周期長P_iの最小値よりも小さく、前記非圧電板の厚さが前記電極周期長P_iの最大値の３倍よりも大きい。
【００１０】
請求項７に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器は、前記非圧電板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度が前記第１および第２圧電基板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、非圧電板および少なくとも１つの超音波伝搬手段から成る簡単な構造を有する。超音波伝搬手段は少なくとも１つの入力用すだれ状電極、少なくとも１つの出力用すだれ状電極、第１および第２圧電基板から成る。入力用すだれ状電極の電極指パターンは分散型を成している。入力用すだれ状電極は電極周期長P_i (i=1, 2,…, m)および電極交差幅Lを有している。出力用すだれ状電極の電極指パターンは傾斜分散型を成している。出力用すだれ状電極の電極指の方向は、入力用すだれ状電極の電極指に対し角θの傾きを成すように配置されている。出力用すだれ状電極は、出力用すだれ状電極の電極指の方向と直交する方向に沿った電極周期長Q_i (i=1, 2,…, m)と、出力用すだれ状電極の電極指の方向に沿った電極交差幅L_Pを有している。このとき、電極周期長Q_iの各々は、それに対応する電極周期長P_iの１つとcosθとの積に等しく、電極交差幅L_Pは前記電極交差幅Lとsecθとの積に等しい。
【００１２】
もしも入力電気信号S_i (i=1, 2,…, m)のうちの１つが入力用すだれ状電極に印加されると、第１圧電基板に弾性表面波が励振される。この入力電気信号S_iの周波数f_i (i=1, 2,…, m)は、入力用すだれ状電極の電極周期長P_iに対応している。つまり、入力用すだれ状電極の電極指パターンが分散型を成すことが、多周波数での駆動を可能にしている。また、第１圧電基板が圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向がその厚さ方向と平行であることから、第１圧電基板に弾性表面波が効率よく励振される。さらに、もしもこの弾性表面波の位相速度が非圧電板自身を伝搬する弾性表面波のレイリー波の位相速度とほぼ等しい場合には、入力電気信号S_iのうちの１つが効率よく弾性表面波に変換される。
【００１３】
第１圧電基板に励振された弾性表面波は、非圧電板の上端面を伝わって、非圧電板の内部に漏洩されることなく第２圧電基板に伝搬される。弾性表面波が非圧電板の内部に漏洩されないのは、第１に、第１圧電基板の厚さが入力用すだれ状電極の電極周期長P_iの最小値よりも小さいこと、第２に、非圧電板の厚さが電極周期長P_iの最大値の３倍よりも大きいこと、そして第３に、非圧電板自身を伝搬する弾性表面波の位相速度が第１圧電基板自身を伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速いことに因る。第２圧電基板に伝搬された弾性表面波は、出力用すだれ状電極において電気信号E_j (j=1, 2,…, n)に変換される。このようにして、非圧電板の上端面においては、入力用および出力用すだれ状電極の間に弾性表面波伝搬路W_j (j=1, 2,…, n)が形成される。このとき、電気信号E_jの遅延位相は弾性表面波伝搬路W_jに相関している。
【００１４】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器では、第３および第４圧電基板、信号秘匿化手段および信号分析器が新たに備えられた構造が可能である。この場合、信号秘匿化手段は符号化すだれ状電極、末端すだれ状電極、先端すだれ状電極および復号化すだれ状電極から成る。符号化すだれ状電極および末端すだれ状電極は第３圧電基板上に設けられており、先端すだれ状電極および復号化すだれ状電極は第４圧電基板上に設けられている。符号化すだれ状電極は、電極対の集合体で成り、所定の符号パターンを有している。また、符号化すだれ状電極の電極対の隣り合う２つの離間距離は、電極周期長P_iのうちの１つと等しい。末端すだれ状電極は、その電極指の方向が符号化すだれ状電極の電極指に対し平行になるように配置されている。復号化すだれ状電極は符号化すだれ状電極と同様な符号パターンを有している。このような構造を有する多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも、弾性表面波伝搬路W_jの１つを接触すると、電気信号E_jの１つが出力用すだれ状電極で検出される。言い換えると、もしも非圧電板の上端面のどこにも接触しなければ、出力用すだれ状電極で電気信号が検出されることはない。なぜならば、電気信号E_jそれぞれの位相の合計は零であるからである。この電気信号E_jの１つが符号化すだれ状電極に印加されると、符号化すだれ状電極の符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板に励振される。この弾性表面波が末端すだれ状電極に到達すると、符号パターンに相関する符号化バースト信号が検出される。符号化バースト信号が先端すだれ状電極に印加されると、第４圧電基板に弾性表面波が励振される。この弾性表面波が復号化すだれ状電極に到達するとパルスが検出され、パルスの位相が信号分析器において検出される。結果として、弾性表面波伝搬路W_jの１つが、つまり非圧電板の上端面における接触位置がパルスの位相から判別される。また、接触位置をパルスの位相から判別することにより、信号の分析が容易になり、回路構成も簡単になる。このようにして、信号秘匿化手段を備えた本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器によれば、多周波数での駆動が可能で、コンピュータに装着されることにより情報の流出や盗難を防止することが可能で、しかも、通信の秘匿性を向上させることができる。さらに、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器における秘匿化技術と、ソフトウエアによる符号化技術を併用することにより、情報の秘匿性をさらに向上させることが可能となる。
【００１５】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器では、超音波伝搬手段が２つ備えられるとともに、信号秘匿化手段が２つ備えられた構造が可能である。この場合、超音波伝搬手段の一方と信号秘匿化手段の一方とが対応し、超音波伝搬手段のもう一方と信号秘匿化手段のもう一方とが対応している。このような構造では、２つの信号秘匿化手段のそれぞれの符号化すだれ状電極が、互いに異なる符合パターンを有することが可能である。従って、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器がコンピュータに装着された場合には、情報の秘匿性がさらに向上する。
【００１６】
【実施例】
図１は本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第１の実施例を示す平面図である。本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は非圧電板１および超音波伝搬手段から成り、超音波伝搬手段は第１圧電基板２、第２圧電基板３、入力用すだれ状電極T_x1および出力用すだれ状電極R_x1から成る。入力用すだれ状電極T_x1および出力用すだれ状電極R_x1は、それぞれアルミニウム薄膜で成り、非圧電板１上に設けられている。第１圧電基板２および第２圧電基板３は図１では描かれていない。入力用すだれ状電極T_x1は、その電極指パターンが分散型を成し、12 mmの電極交差幅Lを有するとともに、400〜500μｍの電極周期長P_i (i=1, 2,…, m)を有する。すなわち、P₁は400μｍであり、P_mは500μｍである。入力用すだれ状電極T_x1および出力用すだれ状電極R_x1はそれぞれアルミニウム薄膜で成る。
【００１７】
図２は出力用すだれ状電極R_x1の平面図である。出力用すだれ状電極R_x1は、電極指パターンが傾斜分散型を成し、電極指の方向が入力用すだれ状電極T_x1の電極指に対し角θの傾きを成すように配置されている。また、出力用すだれ状電極R_x1は、その電極指の方向と直交する方向に沿った電極周期長Q_i (i=1, 2,…, m)を有するとともに、その電極指の方向に沿った電極交差幅L_Pを有する。電極周期長Q_iの各々は、それに対応する電極周期長P_iの１つとcosθとの積に等しい。電極交差幅L_Pは電極交差幅Lとsecθとの積に等しい。
【００１８】
図３は図１の多周波数駆動型超音波信号処理器の断面図である。非圧電板１は厚さ1.5 mmのガラス板で成る。第１圧電基板２および第２圧電基板３は厚さ150μmの圧電セラミックで成り、その圧電セラミックの分極軸の方向はその厚さ方向と平行である。第１圧電基板２および第２圧電基板３はそれぞれ入力用すだれ状電極T_x1および出力用すだれ状電極R_x1上に設けられている。
【００１９】
図１の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも入力電気信号S_i (i=1, 2,…, m)の１つが入力用すだれ状電極T_x1に印加されると、第１圧電基板２に弾性表面波が励振される。このとき、入力電気信号S_iは、それぞれ周波数f_i (i=1, 2,…, m)を有し、これらは電極周期長P_iに対応している。第１圧電基板２に励振された弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって、非圧電板１の内部に漏洩されることなく第２圧電基板３に伝搬され、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xj (j=1, 2,…, n)に変換される。このようにして、非圧電板１の上端面においては、入力用すだれ状電極T_x1と出力用すだれ状電極R_x1の間に弾性表面波伝搬路W_xj (j=1, 2,…, n)が形成される。このとき、電気信号E_xjの遅延位相は、弾性表面波伝搬路W_xjに相関している。
【００２０】
図１の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも弾性表面波伝搬路W_xjの１つを接触すると、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xjの１つが検出される。言い換えると、もしも非圧電板１の上端面のどこにも接触しなければ、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号が検出されることはない。なぜならば、電気信号E_xjそれぞれの位相の合計は零であるからである。
【００２１】
図４は本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第２の実施例を示す構成図である。本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は第３圧電基板４、第４圧電基板７、スイッチ１０および１１、信号分析器１２、増幅器１３および信号秘匿化手段が新たに備えられていることを除いて、図１と同様な構造を有する。信号秘匿化手段は符号化すだれ状電極５、末端すだれ状電極６、先端すだれ状電極８および復号化すだれ状電極９から成る。第３圧電基板４と、その上に設けられた符号化すだれ状電極５および末端すだれ状電極６は錠部を形成する。第４圧電基板７と、その上に設けられた先端すだれ状電極８および復号化すだれ状電極９は鍵部を形成し、鍵部はスイッチ１０および１１を介して着脱が可能である。符号化すだれ状電極５、末端すだれ状電極６、先端すだれ状電極８および復号化すだれ状電極９は、それぞれアルミニウム薄膜で成る。第１圧電基板２および第２圧電基板３は図４では描かれていない。
【００２２】
図５は符号化すだれ状電極５の平面図である。符号化すだれ状電極５は、１１個の電極対から成り、各電極対の隣り合う２つの離間距離は、400〜500μｍの電極周期長P_iのうちの１つと等しい。符号化すだれ状電極５は、バーカーコードに基づく一定の符号パターンを有する。図５で示されるような１１デジットコード（１，１，１，０，０，０，１，０，０，１，０）の他に、たとえば３デジットコード（１，１，０）や７デジットコード（１，１，１，０，０，１，０）が利用できる。復号化すだれ状電極９も符号化すだれ状電極５と同様な符号パターンを有し、各電極対の隣り合う２つの離間距離もまた符号化すだれ状電極５と等しい。末端すだれ状電極６の電極指の方向は、符号化すだれ状電極５の電極指の方向と平行であり、復号化すだれ状電極９の電極指の方向は、先端すだれ状電極８の電極指の方向と平行である。
【００２３】
図４の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも入力電気信号S_iの１つ、たとえば電極周期長P₃に対応する周波数f₃の入力電気信号S₃が入力用すだれ状電極T_x1に印加されると、第１圧電基板２に弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、非圧電板１の上端面を伝わって第２圧電基板３に伝搬され、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xjに変換される。このようにして、非圧電板１の上端面において、入力用すだれ状電極T_x1と出力用すだれ状電極R_x1の間に弾性表面波伝搬路W_xjが形成される。
【００２４】
図４の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも弾性表面波伝搬路W_xjの１つを接触すると、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xjの１つが検出される。この電気信号E_xjの１つが符号化すだれ状電極５に印加されるとき、もしも符号化すだれ状電極５の各電極対の隣り合う２つの離間距離が電極周期長P₃と等しい場合には、符号化すだれ状電極５の符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板４に励振される。この弾性表面波は末端すだれ状電極６で符号化バースト信号として検出される。この符号化バースト信号がスイッチ１０を介して先端すだれ状電極８に印加されると、第４圧電基板７に弾性表面波が励振される。もしもこの弾性表面波が符号パターンに相関すれば、復号化すだれ状電極９でパルスが検出される。言い換えれば、もしも鍵部が無ければ、または、もしも鍵部の復号化すだれ状電極９の符号パターンや各電極対の隣り合う２つの離間距離が符号化すだれ状電極５と異なる場合には、パルスは検出されない。従って、このような多周波数駆動型超音波信号処理器を備えたコンピュータを駆動することが不可能となる。このようにして、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、多周波数での駆動が可能で、コンピュータに装着されることにより情報の流出や盗難を防止することが可能で、しかも、通信の秘匿性を向上させることができる。さらに、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器における秘匿化技術と、ソフトウエアによる符号化技術を併用することにより、情報の秘匿性をさらに向上させることが可能となる。
【００２５】
図４の多周波数駆動型超音波信号処理器において、復号化すだれ状電極９で検出されたパルスがスイッチ１１を介して信号分析器１２に到達すると、パルスの位相が判明し、このパルスの位相から弾性表面波伝搬路W_xjの１つが分かる。さらに、入力用すだれ状電極T_x1に増幅器１３を介してパルスが印加されることにより、自励発振駆動が可能となる。また、接触位置をパルスの位相から判別することにより、信号の分析が容易になり、回路構成も簡単になる。
【００２６】
図６は、符号化すだれ状電極５および復号化すだれ状電極９の代わりに用いられる符号化すだれ状電極の部分拡大平面図である。各々の電極対の極性を変化させることにより、任意の符号パターンを得ることができる。このようにして、図６の符号化すだれ状電極を用いることにより、さらに秘匿性に優れた多周波数駆動型超音波信号処理器を提供することができる。
【００２７】
図７は本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第３の実施例を示す構成図である。本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、圧電基板2_x，3_x，2_yおよび3_y、スイッチ１４、入力用すだれ状電極T_y1および出力用すだれ状電極R_y1が新たに備えられていることと、第１圧電基板２および第２圧電基板３が備えられていないことを除いて、図４と同様な構造を有する。入力用すだれ状電極T_y1および出力用すだれ状電極R_y1は、入力用すだれ状電極T_x1および出力用すだれ状電極R_x1と同様な構造を有し、非圧電板１上に設けられている。圧電基板2_x，3_x，2_yおよび3_yは、第１圧電基板２と同様な構造を有し、それぞれ図３と同様にして入力用すだれ状電極T_x1、出力用すだれ状電極R_x1、入力用すだれ状電極T_y1および出力用すだれ状電極R_y1上に設けられている。圧電基板2_x，3_x，2_yおよび3_yは図７では描かれていない。
【００２８】
図７の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも入力電気信号S_iの１つが入力用すだれ状電極T_x1またはT_y1にスイッチ１４を介して印加されると、圧電基板2_xまたは2_yに弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、圧電基板3_xまたは3_yに伝搬される。圧電基板3_xに伝搬された伝搬された弾性表面波は出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xjに変換され、圧電基板3_yに伝搬された弾性表面波は出力用すだれ状電極R_y1において電気信号E_yj (j=1, 2,…, n)に変換される。このようにして、非圧電板１の上端面においては、入力用すだれ状電極T_x1と出力用すだれ状電極R_x1の間に弾性表面波伝搬路W_xjが形成されるか、または、入力用すだれ状電極T_y1と出力用すだれ状電極R_y1の間に弾性表面波伝搬路W_yj (j=1, 2,…, n)が形成される。
【００２９】
図７の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも弾性表面波伝搬路W_xjの１つと、弾性表面波伝搬路W_yjの１つとの交点を接触すると、出力用すだれ状電極R_x1において電気信号E_xjの１つが検出されるか、または、出力用すだれ状電極R_y1において電気信号E_yjの１つが検出される。言い換えると、もしも非圧電板１の上端面のどこにも接触しなければ、出力用すだれ状電極R_x1およびR_y1のどこにも電気信号は検出されない。なぜならば、電気信号E_xjそれぞれの位相の合計は零であり、電気信号E_yjそれぞれの位相の合計もまた零であるからである。電気信号E_xjの１つまたは電気信号E_yjの１つが符号化すだれ状電極５に印加されると、符号化すだれ状電極５の符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板４に励振される。この弾性表面波は末端すだれ状電極６で符号化バースト信号として検出される。この符号化バースト信号がスイッチ１０を介して先端すだれ状電極８に印加されると、第４圧電基板７に弾性表面波が励振される。このとき、もしもこの弾性表面波が符号パターンに相関すれば、復号化すだれ状電極９でパルスが検出される。このパルスがスイッチ１１を介して信号分析器１２に到達すると、パルスの位相が判明し、このパルスの位相から弾性表面波伝搬路W_xjの１つ、または弾性表面波伝搬路W_yjの１つが分かる。このとき、信号分析器１２でパルスが現れたときに入力用すだれ状電極T_x1およびT_y1のどちらに入力電気信号S_iの１つが印加されていたかを明らかにする必要がある。入力用すだれ状電極T_x1に入力電気信号S_iの１つが印加されていた場合には、弾性表面波伝搬路W_xjの１つが分かり、入力用すだれ状電極T_y1に入力電気信号S_iの１つが印加されていた場合には、弾性表面波伝搬路W_yjの１つが分かる。このようにして、弾性表面波伝搬路W_xjの１つと、弾性表面波伝搬路W_yjの１つとの交点が、それぞれのパルスの位相から判別される。
【００３０】
図８は本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第４の実施例を示す構成図である。本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、スイッチ１５および１６、入力用すだれ状電極T_x2およびT_y2、出力用すだれ状電極R_x2およびR_y2が新たに備えられていることを除いて、図７と同様な構造を有する。入力用すだれ状電極T_x2およびT_y2は入力用すだれ状電極T_x1と同様な構造を有し、出力用すだれ状電極R_x2およびR_y2は出力用すだれ状電極R_x1と同様な構造を有し、それらはすべて非圧電板１上に設けられている。圧電基板2_xは入力用すだれ状電極T_x1およびT_x2の上に、圧電基板3_xは出力用すだれ状電極R_x1およびR_x2の上に、圧電基板2_yは入力用すだれ状電極T_y1およびT_y2の上に、圧電基板3_yは出力用すだれ状電極R_y1およびR_y2の上にそれぞれ図３と同様にして設けられている。圧電基板2_x，3_x，2_yおよび3_yは図８では描かれていない。
【００３１】
図８の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも入力電気信号S_iの１つがスイッチ１４および１５を介して入力用すだれ状電極T_x1またはT_x2に印加されると、圧電基板2_xに弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、圧電基板3_xに伝搬され、出力用すだれ状電極R_x1またはR_x2において電気信号E_xjに変換される。このようにして、非圧電板１の上端面において、入力用すだれ状電極T_x1と出力用すだれ状電極R_x1の間、または入力用すだれ状電極T_x2と出力用すだれ状電極R_x2の間に弾性表面波伝搬路W_xjが形成される。同様にして、もしも入力電気信号S_iの１つがスイッチ１４および１６を介して入力用すだれ状電極T_y1またはT_y2に印加されると、圧電基板2_yに弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、圧電基板3_yに伝搬され、出力用すだれ状電極R_y1またはR_y2において電気信号E_yjに変換される。このようにして、非圧電板１の上端面において、入力用すだれ状電極T_y1と出力用すだれ状電極R_y1の間、または入力用すだれ状電極T_y2と出力用すだれ状電極R_y2の間に弾性表面波伝搬路W_yjが形成される。
【００３２】
図８の多周波数駆動型超音波信号処理器において、たとえば入力用すだれ状電極T_x2と出力用すだれ状電極R_x2の間の弾性表面波伝搬路W_xjの１つと、入力用すだれ状電極T_y1と出力用すだれ状電極R_y1の間の弾性表面波伝搬路W_yjの１つとの交点を接触すると、出力用すだれ状電極R_x2において電気信号E_xjの１つが検出されるか、または、出力用すだれ状電極R_y1において電気信号E_yjの１つが検出される。このとき、入力用すだれ状電極T_x2がスイッチ１４および１５を介して増幅器１３と接続されているときに限って、電気信号E_xjの１つが出力用すだれ状電極R_x2で検出され、入力用すだれ状電極T_y1がスイッチ１４および１６を介して増幅器１３と接続されているときに限って、電気信号E_yjの１つが出力用すだれ状電極R_y1で検出される。電気信号E_xjの１つまたは電気信号E_yjの１つが符号化すだれ状電極５に印加されると、符号化すだれ状電極５の符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板４に励振される。この弾性表面波は末端すだれ状電極６で符号化バースト信号として検出される。この符号化バースト信号がスイッチ１０を介して先端すだれ状電極８に印加されると、第４圧電基板７に弾性表面波が励振される。このとき、もしもこの弾性表面波が符号パターンに相関すれば、復号化すだれ状電極９でパルスが検出される。このパルスがスイッチ１１を介して信号分析器１２に到達すると、パルスの位相が判明し、このパルスの位相から弾性表面波伝搬路W_xjの１つ、または弾性表面波伝搬路W_yjの１つが分かる。このとき、信号分析器１２でパルスが現れたときに入力用すだれ状電極T_x1，T_x2，T_y1およびT_y2のどれに入力電気信号S_iの１つが印加されていたかを明らかにする必要がある。たとえば、入力用すだれ状電極T_x2に入力電気信号S_iの１つが印加されていた場合には、入力用すだれ状電極T_y2と出力用すだれ状電極R_y2の間の弾性表面波伝搬路W_xjの１つが分かる。このようにして、弾性表面波伝搬路W_xjの１つと、弾性表面波伝搬路W_yjの１つとの交点が、それぞれのパルスの位相から判別される。
【００３３】
図９は本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第５の実施例を示す構成図である。本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、スイッチ１０および１１の代わりにスイッチ１７および１８が備えられていることと、信号秘匿化手段として符号化すだれ状電極5_xおよび5_y、末端すだれ状電極6_xおよび6_y、先端すだれ状電極8_xおよび8_y、そして復号化すだれ状電極9_xおよび9_yが備えられていることと、増幅器１３の代わりに増幅器13_xおよび13_yが備えられていることと、スイッチ１４が備えられていないことを除いて、図８と同様な構造を有する。符号化すだれ状電極5_xは復号化すだれ状電極9_xと同様な構造を有し、符号化すだれ状電極5_yは復号化すだれ状電極9_yと同様な構造を有する。圧電基板2_x，3_x，2_yおよび3_yは図９では描かれていない。
【００３４】
図９の多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも入力電気信号S_iの１つがスイッチ１５を介して入力用すだれ状電極T_x1またはT_x2に印加されると、圧電基板2_xに弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、圧電基板3_xに伝搬され、出力用すだれ状電極R_x1またはR_x2において電気信号E_xjに変換される。同様にして、もしも入力電気信号S_iの１つがスイッチ１６を介して入力用すだれ状電極T_y1またはT_y2に印加されると、圧電基板2_yに弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、圧電基板3_yに伝搬され、出力用すだれ状電極R_y1またはR_y2において電気信号E_yjに変換される。このようにして、非圧電板１の上端面において、入力用すだれ状電極T_x1と出力用すだれ状電極R_x1の間、または入力用すだれ状電極T_x2と出力用すだれ状電極R_x2の間に弾性表面波伝搬路W_xjが形成されるとともに、入力用すだれ状電極T_y1と出力用すだれ状電極R_y1の間、または入力用すだれ状電極T_y2と出力用すだれ状電極R_y2の間に弾性表面波伝搬路W_yjが形成される。
【００３５】
図９の多周波数駆動型超音波信号処理器において、たとえば入力用すだれ状電極T_x2と出力用すだれ状電極R_x2の間の弾性表面波伝搬路W_xjの１つと、入力用すだれ状電極T_y1と出力用すだれ状電極R_y1の間の弾性表面波伝搬路W_yjの１つとの交点を接触すると、出力用すだれ状電極R_x2において電気信号E_xjの１つが検出されると同時に、出力用すだれ状電極R_y1において電気信号E_yjの１つが検出される。このとき、入力用すだれ状電極T_x2がスイッチ１５を介して増幅器13_xと接続されているときに限って、電気信号E_xjの１つが出力用すだれ状電極R_x2で検出され、入力用すだれ状電極T_y1がスイッチ１６を介して増幅器13_yと接続されているときに限って、電気信号E_yjの１つが出力用すだれ状電極R_y1で検出される。電気信号E_xjの１つおよび電気信号E_yjの１つが符号化すだれ状電極5_xおよび5_yにそれぞれ印加されると、符号化すだれ状電極5_xおよび5_yの符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板４に励振される。これらの弾性表面波は末端すだれ状電極6_xおよび6_yで符号化バースト信号として検出される。これらの符号化バースト信号がスイッチ１７を介して先端すだれ状電極8_xおよび8_yに印加されると、第４圧電基板７に弾性表面波が励振される。もしもこれらの弾性表面波が符号パターンに相関すれば、復号化すだれ状電極9_xおよび9_yでパルスが検出される。これらのパルスがスイッチ１８を介して信号分析器１２に到達すると、パルスの位相が判明し、これらのパルスの位相から弾性表面波伝搬路W_xjの１つおよび弾性表面波伝搬路W_yjの１つが分かる。さらに、符号化すだれ状電極5_xおよび5_yが互いに異なる符合パターンを有することにより、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器における情報の秘匿性をさらに向上させることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器は、非圧電板および少なくとも１つの超音波伝搬手段から成る。超音波伝搬手段は少なくとも１つの入力用すだれ状電極、少なくとも１つの出力用すだれ状電極、第１および第２圧電基板から成る。入力用すだれ状電極の電極指パターンは分散型を成し、入力用すだれ状電極は電極周期長P_i (i=1, 2,…, m)および電極交差幅Lを有する。出力用すだれ状電極の電極指パターンは傾斜分散型を成し、出力用すだれ状電極の電極指の方向は、入力用すだれ状電極の電極指に対し角θの傾きを成すように配置されている。出力用すだれ状電極は、出力用すだれ状電極の電極指の方向と直交する方向に沿った電極周期長Q_i (i=1, 2,…, m)と、出力用すだれ状電極の電極指の方向に沿った電極交差幅L_Pを有している。電極周期長Q_iの各々は、それに対応する電極周期長P_iの１つとcosθとの積に等しく、電極交差幅L_Pは前記電極交差幅Lとsecθとの積に等しい。
【００３７】
もしも入力電気信号S_i (i=1, 2,…, m)のうちの１つが入力用すだれ状電極に印加されると、第１圧電基板に弾性表面波が励振される。この入力電気信号S_iの周波数f_i (i=1, 2,…, m)は、電極周期長P_iに対応している。第１圧電基板に励振された弾性表面波は、非圧電板の上端面を伝わって、第２圧電基板に伝搬され、出力用すだれ状電極において電気信号E_j (j=1, 2,…, n)に変換される。このようにして、非圧電板の上端面において、入力用および出力用すだれ状電極の間に弾性表面波伝搬路W_j (j=1, 2,…, n)が形成される。このとき、電気信号E_jの遅延位相は弾性表面波伝搬路W_jに相関している。
【００３８】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器では、第３および第４圧電基板、信号秘匿化手段および信号分析器が新たに備えられた構造が可能である。この場合、信号秘匿化手段は符号化すだれ状電極、末端すだれ状電極、先端すだれ状電極および復号化すだれ状電極から成る。符号化すだれ状電極は、電極対の集合体で成り、所定の符号パターンを有している。また、符号化すだれ状電極の電極対の隣り合う２つの離間距離は、電極周期長P_iのうちの１つと等しい。復号化すだれ状電極は符号化すだれ状電極と同様な符号パターンを有している。このような構造を有する多周波数駆動型超音波信号処理器において、もしも、弾性表面波伝搬路W_jの１つを接触すると、電気信号E_jの１つが出力用すだれ状電極で検出される。この電気信号E_jの１つが符号化すだれ状電極に印加されると、符号化すだれ状電極の符号パターンに基づく弾性表面波が第３圧電基板に励振される。この弾性表面波が末端すだれ状電極に到達すると、符号パターンに相関する符号化バースト信号が検出される。符号化バースト信号が先端すだれ状電極に印加されると、第４圧電基板に弾性表面波が励振される。この弾性表面波が復号化すだれ状電極に到達するとパルスが検出され、パルスの位相が信号分析器において検出される。結果として、弾性表面波伝搬路W_jの１つが、つまり非圧電板の上端面における接触位置がパルスの位相から判別される。また、接触位置をパルスの位相から判別することにより、信号の分析が容易になり、回路構成も簡単になる。このようにして、信号秘匿化手段を備えた本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器によれば、多周波数での駆動が可能で、コンピュータに装着されることにより情報の流出や盗難を防止することが可能で、しかも、通信の秘匿性を向上させることができる。さらに、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器における秘匿化技術と、ソフトウエアによる符号化技術を併用することにより、情報の秘匿性をさらに向上させることが可能となる。
【００３９】
本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器では、超音波伝搬手段が２つ備えられるとともに、信号秘匿化手段が２つ備えられた構造が可能である。この場合、超音波伝搬手段の一方と信号秘匿化手段の一方とが対応し、超音波伝搬手段のもう一方と信号秘匿化手段のもう一方とが対応している。このような構造では、２つの信号秘匿化手段のそれぞれの符号化すだれ状電極が、互いに異なる符合パターンを有することが可能である。従って、本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器がコンピュータに装着された場合には、情報の秘匿性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第１の実施例を示す平面図。
【図２】出力用すだれ状電極R_x1の平面図。
【図３】図１の多周波数駆動型超音波信号処理器の断面図。
【図４】本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第２の実施例を示す構成図。
【図５】符号化すだれ状電極５の平面図。
【図６】符号化すだれ状電極５および復号化すだれ状電極９の代わりに用いられる符号化すだれ状電極の部分拡大平面図。
【図７】本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第３の実施例を示す構成図。
【図８】本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第４の実施例を示す構成図。
【図９】本発明の多周波数駆動型超音波信号処理器の第５の実施例を示す構成図。
【符号の説明】
１ 非圧電板
２ 第１圧電基板
３ 第２圧電基板
４ 第３圧電基板
５ 符号化すだれ状電極
６ 末端すだれ状電極
７ 第４圧電基板
８ 先端すだれ状電極
９ 復号化すだれ状電極
１０，１１ スイッチ
１２ 信号分析器
１３ 増幅器
１４，１５，１６，１７，１８ スイッチ
5_x，5_y 符号化すだれ状電極
6_x，6_y 末端すだれ状電極
8_x，8_y 先端すだれ状電極
9_x，9_y 復号化すだれ状電極
13_x，13_y 増幅器
T_x1，T_x2，T_y1，T_y2 入力用すだれ状電極
R_x1，R_x2，R_y1，R_y2 出力用すだれ状電極

Claims (7)

1. 情報入力手段と、錠部および鍵部を含む情報出力手段とから成り、前記錠部と、前記錠部に接続される機能を有する鍵部とが整合性を有する場合にのみ、前記情報入力手段を介して入力された情報を前記情報出力手段を介して出力する多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記情報入力手段は、非圧電板および少なくとも１つの超音波伝搬手段から成り、前記超音波伝搬手段は、少なくとも１つの入力用すだれ状電極、少なくとも１つの出力用すだれ状電極、第１および第２圧電基板から成り、前記入力用すだれ状電極は、その電極指パターンが分散型を成し、電極周期長P_i (i=1, 2,…, m)および電極交差幅Lを有し、前記出力用すだれ状電極は、その電極指パターンが傾斜分散型を成し、前記出力用すだれ状電極の電極指の方向が前記入力用すだれ状電極の電極指に対し角θの傾きを成すように配置されていて、前記出力用すだれ状電極は、前記出力用すだれ状電極の前記電極指の方向と直交する方向に沿った電極周期長Q_i (i=1, 2,…, m)と、前記出力用すだれ状電極の前記電極指の方向に沿った電極交差幅L_Pを有し、前記情報出力手段は、第３および第４圧電基板と、信号秘匿化手段から成り、前記信号秘匿化手段は符号化すだれ状電極、末端すだれ状電極、先端すだれ状電極および復号化すだれ状電極から成り、前記第３圧電基板、前記符号化すだれ状電極および前記末端すだれ状電極は前記錠部を形成し、前記第４圧電基板、前記先端すだれ状電極８および前記復号化すだれ状電極は前記鍵部を形成し、前記符号化すだれ状電極は、電極対の集合体で成り、所定の符号パターンを有し、前記電極対の隣り合う２つの離間距離は、前記電極周期長P _i のうちの１つと等しく、前記末端すだれ状電極は、その電極指の方向が前記符号化すだれ状電極の電極指に対し平行になるように配置されており、前記入力用すだれ状電極は、入力電気信号S _i (i=1, 2,…, m)のうちの１つが印加されることにより、前記第１圧電基板に弾性表面波を励振し、前記弾性表面波を前記非圧電板の上端面を介して前記第２圧電基板に伝搬する機能を有し、前記入力電気信号S _i の周波数f _i (i=1, 2,…, m)は、前記電極周期長P _i に対応しており、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波を電気信号E_j (j=1, 2,…, n)に変換する機能を有し、前記電気信号E_jの遅延位相は、前記非圧電板の前記上端面における前記入力用および出力用すだれ状電極の間の弾性表面波伝搬路W_j (j=1, 2,…, n)に相関しており、前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波伝搬路W _j の１つを接触したときにだけ前記電気信号E _j のうちの相関する１つを検出して前記符号化すだれ状電極に印加する機能を有し、前記符号化すだれ状電極は、前記電気信号E _j の相関する前記１つが印加されることにより、前記第３圧電基板に前記符号パターンに基づく弾性表面波を励振して前記末端すだれ状電極に到達させる機能を有し、前記末端すだれ状電極は、前記第３圧電基板に励振された前記弾性表面波を、前記符号パターンに相関する符号化バースト信号として検出して、前記鍵部が接続された状態における前記先端すだれ状電極に印加する機能を有し、前記先端すだれ状電極は、前記符号化バースト信号が印加されることにより、前記第４圧電基板に弾性表面波を励振して、前記復号化すだれ状電極に到達させる機能を有し、前記復号化すだれ状電極は、前記復号化すだれ状電極における電極対の隣り合う２つの離間距離および符号パターンが前記符号化すだれ状電極と一致する場合にのみ、前記第４圧電基板に励振された前記弾性表面波をパルスとして検出する機能を有し、前記パルスが前記電気信号E _j の前記１つと相関することから、前記弾性表面波伝搬路W _j の前記１つが判別されることを特徴とする多周波数駆動型超音波信号処理器。
2. 信号分析器が新たに備えられた多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記信号分析器は、前記パルスの位相を検出し、前記位相から前記弾性表面波伝搬路W _j の前記１つを判別する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。
3. 前記超音波伝搬手段が２つ備えられるとともに、前記信号秘匿化手段が２つ備えられた多周波数駆動型超音波信号処理器であって、前記超音波伝搬手段の一方と前記信号秘匿化手段の一方とが対応し、前記超音波伝搬手段のもう一方と前記信号秘匿化手段のもう一方とが対応している請求項２に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。
4. 前記電極周期長Q_iの各々は、それに対応する前記電極周期長P_iの１つとcosθとの積に等しく、前記電極交差幅L_Pは前記電極交差幅Lとsecθとの積に等しい請求項１，２または３に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。
5. 前記第１、第２、第３および第４圧電基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その厚さ方向と平行である請求項１，２，３または４に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。
6. 前記第１および第２圧電基板の厚さが前記電極周期長P_iの最小値よりも小さく、前記非圧電板の厚さが前記電極周期長P_iの最大値の３倍よりも大きい請求項１，２，３，４または５に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。
7. 前記非圧電板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度が前記第１および第２圧電基板自身に伝搬する弾性表面波の位相速度よりも速い請求項１，２，３，４，５または６に記載の多周波数駆動型超音波信号処理器。

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