使用声波损失小的透明基片的 声学式触摸位置传感器 本发明涉及一种声学式触摸位置传感器；更具体地说，涉及这样一种形式的触摸板，其中，在一块基片内产生声波，在该基片中传播的声波相对于一个发射信号具有一定范围的特征时间滞后，这些时间滞后代表沿着该基片的一根轴线，每一个轴向位移的不同的路径长度。在该基片上触摸会造成对上述声波的扰动，测出该扰动就可确定该触摸在该基片上的轴向位移量。这种形式的触摸板与计算机图像显示装置一起，可用作计算机的输入装置。
通常的触摸板与一种显示装置或部件，例如阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)或等离子体显示板(PDP)结合，可以作为在不同领域中应用的输入-输出装置。目前，在市场上占支配地位的触摸板形式是电阻式、电容式和声学式触摸板。声学式触摸板的触摸表面比电阻式和电容式的触摸板的触摸表面更坚固耐用，并且图像清晰度更高。
电阻式和电容式触摸板包括一个在一块基片上形成的电阻层。一般，钠钙玻璃(soda-lime glass)由于其强度高、光学清晰度好和成本低，是优选的基片材料。对于触摸位置信息的检测，电阻层是很重要地。另外，通常的电阻式触摸板还包括一块覆在上面的塑料盖板。对于许多应用场合，这种附加在该玻璃基片上的零件可能容易受到意外的或蓄意的损坏。另外，由于透过的光减少，而外界的光反射增加，这些附加的零件会使显示装置中的数据和图像的可见度降低。
相反，为了保证触摸表面竖固耐用和提高图像显示的质量，可以优选使用通常的声学式触摸板。因为是利用超声波来检测在输入位置上的坐标数据，因此，不需要在该钠钙玻璃制的基片上形成一个电阻层，也不需要塑料盖板。钠钙玻璃的透明度相当好，并可支持超声频率的声波的传播。钠钙玻璃是通常的声学式触摸板的基片材料。对于最终使用者而言，这样一种声学式触摸板在光学和机械方面，与一块窗格玻璃几乎没有差别。
一般，每一个玻璃表面反射出去4％的入射光，造成透过的光最多为大约92％。外界光的反射会降低图像的对比度。这些反射是由空气和该玻璃基片之间的折射率不匹配引起的。透过光的减少会降低图像的亮度。当将一块触摸板放在发光率(亮度)比较低的一种显示装置(例如液晶显示器)前面时，这些问题可能有重要的影响。减小入射光的反射和增加透过的光的已知方法是使用粘接的光学涂层或抗反光的涂层。这些方法是针对空气和玻璃之间的折射率不匹配而开发出来的。这些方法不能改善基片材料本身固有的透明度。
钠钙玻璃不是完全透明的。这主要是由于铁离子杂质造成的颜色中心引起的。这些铁的杂质使透过的光减小，并使显示图像的颜色失真。相对于(例如)声学式触摸板和电阻式触摸板之间的光学特性差异而言，这些是较小的影响。尽管如此，改善普通的钠钙玻璃的光透过能力对增加声学式触摸板在光学方面的优点仍然是有用的。
显示技术目前发展很快。这种发展包括引入大尺寸的显示器产品和该产品被市场所接受。这就产生了对较大的触摸板的需要。然而，当增大至较大尺寸时，所有的触摸板技术都遇到了困难。当触摸板尺寸增大时，电阻式和电容式触摸板将更难以保持电阻层足够的均匀性。对于声学式触摸板，当尺寸增大时，则难以保证信号足够的振幅。
对于声学式触摸板，当板的尺寸增大时，声波信号减弱。这种信号损失是因为当超声波通过上述基片传播时衰减，或受到阻尼作用而产生的。因此，大尺寸的声学式触摸板不能提供足够大的信噪比，以便可靠地确定输入的位置。因此，需要一种装置来提高声学式触摸板的信噪比。因为还有其他一些减小信号振幅的市场压力，例如：低成本的电子控制器件，小面积的反射件组，吸收信号的密封等，因此，提升产品的品质就更加重要。
由于商业上比较成功的声学式触摸板设计的声学路径长度较长，因此，该玻璃基片的声波衰减性质就特别重要。为了理解对较长的声学路径长度的需要，现在来考虑声学式触摸板的第一个和最简单的概念。
从概念上讲，最简单的声学式触摸位置传感器是在美国专利3673327号中所述的形式的传感器。这种触摸板包括一块平板，该平板具有沿着一块基片的一个边缘放置的一列用于产生平行的声波束的发射器。沿着该基片相对的边缘，放置着相应的一列接收器。触摸该板上的一个点会造成上述声波束中的一个波束衰减。辨识出该相应的发射器/接收器对，就可确定该触摸的坐标。美国专利3673327号中所公布的该声学式触摸板，使用了一种称为“雷利”波(“Rayleigh”波)的声波形式。这些雷利波只需要从触摸板的一个边缘传播至另一个边缘。然而，这种形式的声学式触摸板需要许多传感器，因此也需要许多相关的电缆导体和电子线路通道。由于大量的传感器成本昂贵，因此，这种形式的声学传感器从来也没有变成商品。
现在来考虑一些商业上获得成功声学式触摸板。在这个领域的一组领先专利的代表是Adler的美国专利Re.33151号。一个声学传感器产生一串脉冲声波，这些声波进入一块片状的基片中。利用一组改变声波方向的格栅，使这些声波偏转90°，进入系统的一个作用区。该改变声波方向的格栅的排列方向与从上述传感器发出的声波的传播轴线成45°。这些格栅与光学中部分镀银的反射镜类似。横越该系统作用区之后，这些声波再被另一格栅组改变方向，通往一个输出传感器。触摸位置的坐标可通过在时域内分析所接收信号的有选择的衰减来确定。每一个特征滞后相应于在该触摸板表面上的触摸的一个坐标值。使用格栅组可大大减少所需要的传感器数目，因此，使该声学式触摸板可具有商业上有竞争力的价格。巧妙地使用二格栅组的缺点是，声波必需通过该基片传播的最大距离大大增加。
由于在该格栅组中，声波的散布过程效率不高，因此，在该声学式触摸板中的信号振幅进一步减小。通过适当地设计该格栅组，可将这种效率不高的状况减至最小。通过将该格栅元件排列成45°的方向，并使它们彼此隔开声波波长整数倍的距离，则可以提高从该格栅组散布开来的相干波的效率。当“照亮”上述系统作用区的声能相等时，可以最有效地利用声能。现在已知有许多方法可以补偿信号振幅与滞后时间呈指数函数关系滞后的趋势。如美国专利4746914号第11栏的第37～41行所述，通过提供一些高度变化的反射元件，使上述格栅(即反射元件)彼此之间隔开一个恒定的波长长度，则可以使信号均等。另一种补偿方法是有选择地去掉一些格栅元件，以便在该系统的作用区上产生一个近似恒定的声能密度。在这种情况下，随着沿着上述格栅组的轴线离开上述传感器的距离增大，该格栅之间的间隔减小。采用这些已知的补偿方法，可以避免在改变声波方向时，效率不必要的降低。然而，使用二格栅组来二次改变声波的方向，不可避免地会导致信号损失。这就增加了要求在声学式触摸板设计中，使信号振幅损失最小的重要性。
目前商业上出售的声学式触摸板产品的电子线路是根据Brenner等人的美国专利4644100号所述的基本概念制造的。这个专利涉及根据美国专利Re33151号的系统的改进，其特点是，对接收信号的扰动可通过将该接收信号与存贮的参考信号轮廓比较来确定。通过分析时间滞后和信号扰动，使采用声波的触摸敏感系统可对触摸的位置和大小作出响应。该触摸系统的正常工作要求信号的信噪比足够大，以避免在由于吸收声波的触摸引起的信号扰动和由于电子噪声引起的信号变化之间引起含糊。电子噪声可能是由于线路元件发出的基本噪声或电磁干扰造成的。近年来，市场上日益希望对轻微的触摸能快速响应，这就要求降低触摸扰动的阈值，因此更增加了对信号较高的信噪比的需求。
上面引述的专利和美国专利4642423号，4644100号，4645870号，4700176号，4746914号和4791416号对这种Adler式的声学式触摸板作了进一步的说明。对于每一个检测的坐标轴，声波是在(例如)一块玻璃基片中，由包含一个压电元件的传感器产生的。这样，发射出来的声波束沿着发射端的反射格栅组的轴线分散开来，横越过该基片，由另一组反射格栅再综合成沿轴向传播的波，再沿着与开始的发射波不平行的方向，被引导至一个接收传感器。该声波束，按照穿过该基片所取的路径，随着时间的推移而散开。将接收的波形转换成电信号进行处理。该电信号扰动的时间滞后与该声波的扰动分量经过的距离相对应。因此，根据这个系统，每根轴上只需要二个传感器。一般要测量X和Y二个坐标，总共只需要4个传感器即可。
对上述的声学式触摸板系统也可以作一些改变，以进一步减小传感器的数目。该声波可在与发射端反射格栅的轴线平行的该基片的边缘附近或在该边缘上被反射180°，然后通过该基片反射回来至该反射格栅组，再沿着上述路径折回至传感器。在这种情况下，该传感器制成可以在相应的时间段内，起发射器和接收器的作用。为了确定触摸的二个坐标，用于一个坐标轴的第二个传感器，反射格栅组和反射边缘成直角设置。还有另一种系统只需要一个信号传感器来产生用于检测在二根轴上的触摸的声波，该传感器还可接收从二根轴来的声波。减少传感器数目可增加一个给定尺寸的触摸板的相应的声波路径长度。这会增加由于在基片材料内的声学阻尼造成的信号损失。
作用在一块声学式触摸板上的触摸可以用戴手套或不戴手套的手指，或者是压紧该触摸板表面的一个触针产生。手指或触针也可间接地通过放置在该玻璃基片表面上的一块盖板触摸。
可在玻璃基片中传播的超声波有几种形式。称为“雷利”波的这种形式的超声波对声学式触摸式特别有用。雷利波基本上被限制在有足够有限厚度的一块均匀的，非压电介质板的单一一个表面上。Lord Rayleigh从数学上计算了一个半无穷大介质的这种形式的波函数。虽然，一般把这种波称为“雷利波”，在这里也是这样称呼的，但被引导至一个有限厚度的介质的一个表面附近的这种波，更精确地说应称为“准雷利”波。触摸板的设计和制造的实践经验显示，为了成功地传播Rayleigh波，基片厚度应大约为4个雷利波波长或更大。
另外，还研究了可用于声学式触摸板的其他声波形式。美国专利5260521号，5234148号，5177327号，5162618和5072427号公布了在Adler式声学式触摸板中应用的水平偏振剪切波和Lamb波。美国专利5591945号公布了有关在声学式触摸板中的声波形式选择的另外一些方案。然而，雷利波是，而且预计可保持是声学式触摸板中最普遍使用的声波形式。这是由于雷利波对触摸的灵敏度较高，和它能在一种均匀介质的一个简单平面上传播。
商业上用的声学式触摸板的超声波频率在5兆赫(MHz)左右。目前，对于使用雷利波的声学式触摸板，其商业产品的钠钙玻璃基片的厚度在2～12毫米范围内。目前，使用最低阶水平偏振剪切波的声学式触摸板产品由1毫米厚的钠钙玻璃制成。
目前，商业上证明富有生命力的声学式触摸板形式都巧妙地使用了反射组来减少传感器和电子线路的通路的数目：和提供对触摸位置的可靠和精确的、基于时间的模拟测量。这对于使声学式触摸板商业化有重要意义。然而，最终得到的较长的声波路径长度与由二个声波散射器造成的声波损失一起，会导致接收信号的振幅减小。利用这种小的信号振幅难以保证在一块玻璃基片中传送超声波这种形式的触摸传感器里，进行可靠的信号处理所需的足够大的信噪比。
有许多术语可以用来描述声学式触摸板，例如“声学传感器”，“声学触摸屏”，“超声波触摸板”等。除非另有说明，这里，所有这些术语都被认为是利用超声波检测触摸，和利用反射的格栅组来减小传感器数目的一种透明的触摸传感器的同义词。
需要一种在声学式触摸板中增大信号振幅的装置。
因此，本发明的一个目的是要提供一种声学式触摸板，该板的玻璃基片具有低的声波衰减率或阻尼率，并可以保证发射的信号具有满意的强度。
本发明的另一个目的是要提供一种比以前已知的这种触摸位置传感器具有更可靠和更坚强的抗电磁干扰的能力的声学式触摸板。
本发明还有一个目的是要提供一种可用低价的控制器和用大约10伏的峰峰值或更小的脉冲串发射声波振幅可靠工作的声学式触摸板。
本发明再有一个目的是要提供一种包括机械结构紧凑的、信号转换效率高的传感器的声学式触摸板。
本发明还有一个目的是要提供一种可允许使用能明显吸收声音信号的密封的声学式触摸板。
本发明的另一个目的是要提供一种大尺寸的声学式触摸板。
本发明的再一个目的是要提供一种即使操作不小心，也可以为使用者提供一个可靠和坚固耐用的触摸表面的触摸板。
本发明还有一个目的是要提供一种触摸板用的可回火、和声学损失小的基片，该基片可用加热的方法回火或用化学方法硬化，从而可以制造大的经过回火的触摸板。
本发明还有一个目的是增大使用雷利波的一种声学式触摸板的信噪比。
本发明的另一个目的是要提供一种可保证大量的光透过，和清晰地显示显示装置输出的数据的触摸板。
广泛的研究使人们达到了上述目的，并且发现，使用特殊的玻璃基片或基底作为超声波的传播介质，可以大大抑制超声波的衰减(阻尼)，而且还可以在保持信号强度较大的同时传输信号，直至信号被接收和被检测到为止。本发明就是基于以上发现提出的。
根据本发明，这些目的和从以下的讨论中将会清楚的其他一些目的，可通过提供一块以一块玻璃基片作为超声波传播介质，并用于检测一个触摸位置的坐标数据的触摸板来达到。在这块包括SiO2作为主要成份的玻璃基片中，Na2O，CaO和MgO的总含量为20％重量百分数或更小；而Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3和K2O的总含量一般为5％重量百分数或更多。
虽然本发明是根据预先没有料到的实验结果作出的，但下面的概念框架可有助于弄清本发明的本质。
玻璃基本上是二氧化硅(SiO2)，其中加入足够量的其他化合物以破坏会形成结晶石英的Si-O-Si共价键的规则晶格的形成。例如，加入Na2O使二个硅原子之间的共价键Si-O-Si连接，被置换成断开的共价键Si-O-/O-Si加二个Na+离子。同样，加入CaO或MgO产生断开的共价键Si-O/-O-Si加一个Ca2+或一个Mg2+离子。这样，加入足够量的“苏打”和“石灰”生成非晶体的玻璃，而不是结晶的石英。
众所周知，从结晶材料转变为非晶体材料会使阴尼增大。例如，考虑从Royer和Dieulesaint著的声学教料书(Ondes elastiques dans les solides，卷1、XV页，Masson出版社)中的一段的下述翻译：
在要求较高频率(例如，对于信号处理，＞100兆赫)的波的应用场合中使用的固体为晶体，因为波在其中传播的材料分子排列更有序，使机械振动衰减较小。
这表示，使用玻璃(一种非晶体材料，而不是象石英一样的结晶材料)，不可避免地会使声波损失增大。
发明者们意外地发现，在二氧化硅中加入足以能转换至非晶体的玻璃质状态的不同化合物，对声波衰减的影响程度变化很大。某些玻璃成分的吸音能力比钠钙玻璃小得多。另外，研究中观察到了一种上述影响模式。
如果加入的化合物能用弱的离子键连接置换Si-O-Si共价键，则声波衰减较大，而如果加入的化合物用交替共价键(alternate covaIent bond)，强的离子键或空间排列受限制的离子健，置换Si-O-Si共价键，则声波阻尼较小。加入B2O3产生B-O-Si键。这不会产生上述断开的材料共价键网络(例如Si-O-/O-Si)。这是建立交替共价键的一个例子。
产生三个或更多个高电荷状态的正离子(例如Al3+和Zr4+)的添加物，可形成强离子键。在共价键链Si-O-末端的氧离子将形成带有高电荷状态的离子的强离子键。这种带有高电荷状态离子的离子键较强，因为静电结合力与参与离子的电荷成正比。在Si-O-Si共价键被断开的地方形成强离子键。
对于X2O3或XO2形式的添加物，还不清楚X元素到底是形成交替共价键(X-O-Si)，或者X元素形成高电荷状态离子(X3+或X4+)。在任何一种情况下，结果都是相同的。相对于X2O和XO形式的添加物，分子健网络得到加强。虽然，这不会使分子键网络排列得更有序，但根据经验判断，可减小声波衰减。
虽然K2O和BaO为好象Na2O和CaO，MgO一样，都是X2O和XO形式，但相应的离子半径却十分不同。K+的离子半径为1.33埃()，而Ba2+的离子半径为1.35埃()。相反，Na+，Ca2+和Mg2+的离子半径分别为0.95埃，0.99埃和0.65埃。所有这些离子都将被吸引至共价键网络末端的负氧原子的负电荷上。然而，由于在断开的共价键Si-O-/O-Si区域空间被充满，因此大尺寸的离子(例如，相对于Na+，Ca2+和Mg2+离子，K+和Ba2+离子尺寸较大)会产生位阻效应(steric effect)。发明者们对他们的观察结果和发现的解析是，部分由于上种这种位阻效应造成。当离子半径超过大约1.1埃时，声波阻尼会受到抑制。
由加入X2O形式的化合物引起的位阻效应，对于带单一电荷的大半径离子最显著。这是因为每一个断开的共价键Si-O-/O-Si有二个X+离子。K+是X+离子的最重要的例子。玻璃中K+离子的位阻效应是熟知的，这种效应是玻璃用化学方法硬化的基础。
带二个电荷的大半径离子(例如Ba2+和Sr2+)的位阻效应，比带二个电荷的半径较小的离子(例如Mg2+和Ca2+)的位阻效应强；但比带单一电荷的大尺寸离子对时(如K+)的位阻效应弱。在声学效应方面，Ba2+和Sr2+比较中性。
上述的概念框架是下面所述的本发明的理论根据。
本发明的触摸板以一块玻璃基片作为超声波的传播介质。该触摸板可用于检测触摸位置的坐标数据。在该玻璃基片中，Na2O，CaO和MgO的总含量为20％重量百分数或更小；而Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3和K2O的总含量一般为5％重量百分数或更多。
使用这种玻璃基片作为超声波的传播介质，可抑制超声波的衰减或阻尼，保证可接收到较大或合格的信号强度。
本发明的触摸板是以一块玻璃基片作为超声波的传播介质，该触摸板可用于检测触摸位置的坐标数据；并且该玻璃基片的光透过率在可见光的区域内，比钠钙玻璃的透光率高。
另外，根据本发明，这些目的还可通过提供一个上述类型的声学式触摸位置传感器实现，其带有一基片由透明材料(例如，可回火或经过回火的玻璃，最好为含钡玻璃)制成的，其吸音能力比通常的钠钙玻璃小得多。
“可回火的玻璃”是指可以用加热方法回火，或基本上用化学方法硬化的一种玻璃。
当将玻璃加热直至它红得灼热，然后快速冷却，再使该玻璃的二个表面受到非常高的压力作用；因为该玻璃的二个表面迅速冷却，因此产生热回火作用。对于要完全回火的玻璃，这个压力约为15000磅/英寸2(psi)。也可以在(例如)大约10000磅/英寸2的压力下，使该玻璃部分地热回火。该玻璃的内部冷却较慢，处在拉伸状态下，由两个表面向表面平行拉伸。只有热膨胀系数足够大的玻璃(即回火前的热膨胀系数大于大约6×10-6/K)才可以进行热回火。
玻璃的化学方法硬化可通过用较强的碱金属(higher alkali metal)离子置换玻璃表面上的较弱的碱金属(lower alkali metal)离子(例如，用钾离子置换锂和/或钠离子)而实现。该化学硬化方法基本上是在美国专利3954487号中公布的，这里引入该专利供参考。我们感兴趣的是可以“显著地”用化学方法硬化的玻璃，即：使玻璃强度增加至少大约50％，最好，强度增加至少大约100％。
另外，意外地发现，使用可回火的含钡的玻璃作为利用雷利波的声学式触模板的基片与等价的、使用钠钙玻璃作为基片的声学式触摸板比较，信号的信噪比可增加10～30分贝。
按吨数计算，世界上生产的大多数玻璃都是钠钙玻璃。例如，“窗格”玻璃就是钠钙玻璃。汽车窗和反光镜也是用钠钙玻璃制造的。由于是成本最低的玻璃材料，因此，钠钙玻璃是透明基片材料的自然选择。结果，目前，除了本发明以外，所有已知的Adler式声学式触模板都是基于用钠钙玻璃作玻璃基片的。
硼硅玻璃原来是Dow Coming公司开发，并由Corning公司以“Pyrex”的商标名推向市场的。虽然，这种玻璃的价格比钠钙玻璃稍贵一些，但主要由于它的热膨胀系数小，能耐受较大的温度梯度而不会裂开，因此在市场上很受欢迎。SchottGlass公司目前也向市场推出一种商标名为“Tempax”和“BoroFloat”的硼硅玻璃。
简单的实验表明，硼硅玻璃的吸收雷利波的能力，大约只为钠钙玻璃的一半。图3表示用于确定雷利波在玻璃中的衰减的测量方法。在该玻璃上分别放置一对发射和接收传感器2和4，该二个传感器之间的距离可在2英寸，4英寸和6英寸之间改变。在每一个距离上，利用二块钠钙玻璃样件和二块硼硅玻璃样件进行测量。在这种情况下，硼硅玻璃为一块由Schott Glass公司制造的Tempax牌玻璃板。测量结果用图形表示在图4中。
从图4中可看出，声波在钠钙玻璃中的衰减大约为在硼硅玻璃中测出的衰减的二倍。钠钙玻璃的声波衰减率为1.44分贝/英寸，而硼硅玻璃对同一个信号的衰减率只为0.74分贝/英寸。这些数据表明，相对于钠钙玻璃而言，硼硅玻璃每英寸声波路径上，可使信号强度增加0.70分贝。对于最大的声波路径长度20～40英寸而言，这意味着可使信号强度增加14～28分贝。
接着，对SchottGlass公司的“BoroFloat”牌硼硅玻璃和从不同来源来的钠钙玻璃进行了测量。结果证实了硼硅玻璃相对钠钙玻璃的优越性。
在实验中发现，所有试验的含钡玻璃也都具有硼硅玻璃的声波损失小的特性。含钡玻璃的一个例子是在制造Zenith 1490FTM(平面拉伸罩)监视器的荧光屏时用的结构元件。测量样件的声波衰减率大约为0.6分贝/英寸。各种不同的监视器产品(MiniMicro MM1453M，Mitsubishi AUM-1371，QuimaxDM-14+，NECA4040，和Goldstar 1420-Plus)的各种不同的阴极射线管的荧光屏中，也具有类似的小的声波衰减率。含钡玻璃的另一个例子是Schott Glass公司生产的B-270牌玻璃，它具有下列大致的成分以氧化物为基础的重量％：SiO2：69.5，Na2O：8.1，K2O：8.3，CaO：7.1，BaO：2.1，ZnO：4.2，TiO2：0.5，Sb2O3：0.5。
在根据本发明的声学式触摸板中使用声波损失小的玻璃，由于信噪比增大，使信号具有额外的“预算”量。 这种增大的信号“预算”可以达到许多至少是表面上看与基片材料选择无关的目的。现将这些目的列举在下面：
(1)言号的信噪比增大可以降低该触摸板电子控制器的成本。特别是，可通过将脉冲振幅降低至(例如)晶体管-晶体管逻辑(TTL)电压电平，而将把一个单音脉冲串送至该触摸板的发射传感器的控制器的脉冲线路简化，这样，可以在输出级使用价格较低的线路。减小脉冲振幅还有一个优点是，可以减小从控制器发射出来的电磁干扰(EMI)。
(2)美国专利Re33151号中所公布的声学式触摸板，使用反射件组去最大限度地减小传感器和电子线路通路的数目，并可对触摸位置进行可靠和精确的以时间为基础的模拟测量。然而，所得出的较长的声波路径长度与由二个声波散射器产生的损失一起，会使接收信号的振幅减小，和限制该触摸板的整个尺寸。由使用硼硅玻璃或含钡玻璃带来的信噪比增大可使这种形式的触摸板的总尺寸增大。例如，矩形的触摸板的对角线长度至少可达21英寸。
(3)经常必需使该触摸板的敏感部分与相邻的物体接触。例如，阴极射线管的壳体或玻璃框可能与一块声学式触摸板接触，以保护和封闭该反射件组与传感器。可以在该触摸板的基片和相邻物体之间，利用一个弹性的和不漏水的密封(如RTV密封)来实现这种接触。这种密封吸收声波的能量，因此，强烈希望在使用该密封之前，增大信号的信噪比。
(4)许多保证触摸板与一个触摸/显示系统适当的机械配合的应用场合，要靠牺牲声波信号的振幅来优化机械设计。机械结构紧凑的传感器，其声学性能可能不是最优的。为了满足机械约束，要设计比最优信号性能的组件较窄的反射件组。由基片材料中的阻尼造成的信号损失越小，则设计工程师以信号振幅为代价改善机械配合的灵活性越大。
由于经久耐用，不易刮伤和光学清晰度高，因此钠钙玻璃是声学式触摸板材料的一种选择。然而，如上所述，硼硅玻璃和含钡玻璃具有这些机械的和光学的优点，同时，其提供的信号信噪比大。对上述硼硅玻璃和含钡玻璃进行的实验表明，它们的性能比钠钙玻璃的性能有显著的改善。
利用对声学式触摸板最重要的声波形式-雷利波来进行实验。如同钠钙玻璃一样，其他的声波形式(例如Lamb波和剪切波)也可以在硼硅玻璃或含钡玻璃制的基片中传播。观察发现一规律，在带有可使不受约束的断开的Si-O-/O-Si键的数目减至最小的成分的玻璃中，声波的衰减减小。完全有理由相信该一般规律与声波模式无关。
雷利波的能量是剪切和纵向应力，应变和运动二者都有的形式，因此，雷利波会受到与这些能量形式相应的阻尼作用。剪切波的能量只有剪切应变、剪切应力和剪切运动的形式，因此，剪切波的阻尼作用只是雷利波阻尼作用的一部分。除了只是包含剪切能的一种挠曲的波(flexural wave)以外，Lamb波具有剪切形式和纵向二种形式的能量(虽然比例不同)因此，Lamb波的阻尼作用与雷利波的阻尼作用相同。由于阻尼作用相同，对于所有声波模式硼硅玻璃和含钡玻璃的声波衰减率比钠钙玻璃对声波的衰减率小。
为了充分理解本发明，可参见下面对本发明的优选实施例所作的详细说明。
图1为表示本发明的声学式触摸板的一个实施例的示意性平面图；
图2为表示例1中的接收信号的包络线的一个波的轮廓；
图3为表示测量声波在一个基片中衰减的方法的图；
图4为对于钠钙玻璃基片和硼硅玻璃基片，利用图3所示的方法进行雷利波测量的实际结果的图；
图5为安装在一个阴极射线管(CRT)显示监视器中的一块触摸板的横截面图；
图6为用于接收一个投影图像的一块触摸板的横截面图；
图7为外层玻璃作为一块触摸板基片的一种层叠的安全玻璃的横截面图。
在本发明中，超声波的传播介质包括一块特殊的玻璃基片或基底。由该玻璃基片组成的一块触摸板，可提供触摸位置的坐标数据。
本发明的触摸板的特点在于使用一块玻璃基片，信息通过触摸输入到该基片上。所述玻璃以SiO2为其主要成分，Na2O，CaO和MgO的总含量较小(以后，这三个化合物总称为第一组分)。
SiO2的含量(如)大约为55％～90％重量百分数，最好为大约60％～85％重量百分数(例如，65％～85％重量百分数。
一方面，当该第一组分的含量较大时，超声波的衰减或阻尼率增加；另一方面，接收信号的强度降低。这大概是因为该玻璃中所含的该第一组分破坏了在SiO2共价网络中的Si-O-Si共价键，而没有用交替共价键连接，强离子键连接或空间受限制的离子键连接，置换这些被断开的共价键。因此，该第一组分的总含量应该较小。最好是玻璃基片的第一组分的总含量比通常和普通的钠钙玻璃的该含量低。即，最好使用第一组分的总含量为20％重量百分数或更小(即0～20％重量百分数)的玻璃基片。一种优选的玻璃基片包括第一组分的总含量为大约0～18％重量百分数(例如1％～17％重量百分数)，特别是为大约0～17％重量百分数(例如2％～16％重量百分数的玻璃。
避免受限制不好的被断开的Si-O-Si共价键出现的成分含量的增加，会使超声波的衰减或阻尼较小。通过使用Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3和K2O(以后，这些成分可简单地称为第二组分)总含量高的玻璃基片，可以防止超声波衰减或阻尼增加，并可防止接收信号的强度降低。最好是，该第二组分的总含量比钠钙玻璃中的该总含量高，即：该第二组分的总含量应为5％重量百分数或更高(例如5％～25％重量百分数)。理想的玻璃基片中的该第二组分的总含量大约为5％～20％重量百分数，最好大约为7％～20％重量百分数(例如，7％～18％重量百分数)。
只要该第一组分的总含量和该第二组分的总含量维持在上述范围内，则玻璃基片不需要分别包含所有的第一组分或所有的第二组分。具体地说，该玻璃基片在第一组分(Na2O，CaO，MgO)中，可以包括至少一个化合物，或不包括化合物；而在第二组分(Al2O3，ZrO2，TiO2等)中，可以包括至少一个化合物。
该玻璃基片还可以包含各种各样的成分，例如氧化物(如BaO，ZnO，BeO，Li2O，TeO2，V2O5，P2O5)，助熔剂，净化剂，上色剂，脱色剂或其他成分。
通过触摸将数据输入的本发明的触摸板的玻璃基片放置在显示装置上；该显示装置显示的数据可通过该触摸板看到。因此，希望构成该触摸板的玻璃基片在可见光区域内(波长约为400～700毫微米(nm))的光透过能力非常好。在抑制噪声方面，希望在可见光区域内光透过能力较大的该玻璃基片，其接收信号的强度比钠钙玻璃的强度大。光透过能力高的该玻璃基片可以由以SiO2作为主要成分，还包含有上述第一组分和第二组分的玻璃，或其他玻璃(例如，非氧化物玻璃)制成。
在光学性能要求高的应用场合，该声学式触摸板可以光学地与显示装置连接在一起；这样，可消除从该触摸板的背面和该显示器的前表面的反光和透射光损失。
为了避免从声学式触摸板出来的声波反射分散，可以进行抗眩光处理(例如，利用二氧化硅进行不均匀涂层，或化学腐蚀)。另一种方法(如果指纹不是一个问题的话)是，可以采用抗反光涂层。在这二种情况下，与声波波长比较，表面处理都是非常浅薄的，因此，该玻璃基片仍然可决定该触摸板的有关的声学性质。
作为本发明的基片的玻璃，还可举出其他一些具有上述成分或特性的玻璃，例如：铅玻璃、铝硼硅玻璃(almino borosilicate glass)，铝硅酸盐玻璃(alminosilicate glass)，硼硅玻璃等。
放置在显示装置上的本发明的触摸板可用于与液晶显示装置，等离子体显示板装置等组合。
图1为表示根据本发明的触摸板的一个实施例的示意性平面图。
图1所示的触摸板包括作为传播介质的玻璃基片1，其显示区域2(图像显示区域)可以触摸，并且在该表面形成的X轴和Y轴方向上是横向对称的。在该基片中传播的声波的表面功率密度足够大，以便测量出来在该表面上的触摸产生的衰减。
发射装置3a和3b在该玻璃基片的X轴和Y轴方向上发射声波。这些发射装置包括电声传感器(例如，陶瓷压电元件)，或许还包括声波形式转换元件(例如，一个楔形传感器塑料楔)。这些传感装置放置在该玻璃基片1的预先确定的位置上，将声波束引向发射反射格栅组4a和5a。
由上述发射装置发出的沿着X轴方向和Y轴方向的声波，在整个显示区域2上，被包括在Y轴方向的二个边缘上形成的第一反射件组(第一反射装置)4a和4b及在X轴方向的二个边缘上形成的第二反射件组(第二反射装置)5a和5b的一个反射装置改变方向，并在Y轴和X轴方向传播。该声波在X轴和Y轴方向被改变方向或汇聚，便于被接收装置接收。
接收装置6a和6b包括与上述发射装置相同的元件。发射装置和接收装置之间的区别大部分是由与电子线路的连接决定的。如果将元件6a和6b与激励线路连接，而元件3a和3b与接收线路连接，则6a和6b将起发射装置的作用，而3a和3b起接收装置的作用。
信号电缆7a和7b与该发射元件连接，而信号电缆8a和8b与接收元件连接。
在这个装置中，当通过电缆7a(或7b)间断地发射一个激励信号(例如，几十个周期的一串单音脉冲)至该发射装置3a(或3b)时，超声波被反射件组4a(或5a)反射，通过该玻璃基片1的表面传播；再被一反射件组4b(或5b)反射，最后被接收装置6a(或6b)接收。总的声波滞后正好在1毫秒以下，因此，在人的反应时间范围内，还有时间去依次激励X轴和Y轴的坐标测量子系统。接收到的信号通过信号电缆8a(或8b)送至信号处理控制器，控制器辨别出该接收信号，并检测信号强度。
一般，图1所示的触摸板可放置在一个显示装置的前面，并可作为控制该显示装置和/或其他输出装置(例如，一个声音系统)的同一主计算机的计算机外设。一般，当检测出有触摸时，该主计算机的应用软件向使用者提供一个反馈。这个反馈可以有许多形式。这种反馈形式的例子有：所显示图像中的图标加亮，扬声器发出的一声可听见的“卡搭”声或铃声，或简单地执行所希望的触摸控制功能。当然，所有这些控制功能的实行都依赖于正确检测触摸的声学式触摸板系统，而该系统又依赖于保持一个满意的信号的信噪比。
当声波通过一块触摸板的玻璃基片传播时，其强度会损失。在确定一个声学式触摸板系统的信号振幅时，这种物理效应(即该基片使声能衰减)是一个关键因素。在本发明的触摸板中，使用选择的玻璃基片可减小超声波的衰减或阻尼；并保证检则出具有足够强度的接收信号。因此，可以可靠和精确地检测出触摸位置。
为了测量声波衰减，利用以不同距离安装在钠钙玻璃板和硼硅玻璃板上的压电式发射传感器和接收传感器进行了试验。参见图3和图4，试验了二块钠钙玻璃板(钠钙1号，钠钙2号)和二块硼硅玻璃板(硼硅1号，硼硅2号)。硼硅玻璃是Schott Glass公司制造的，其商标为“Tempax”。数据清楚地显示，硼硅玻璃中的雷利波的衰减，大约比钠钙玻璃中的衰减小50％。硼硅玻璃的平均衰减率为0.74分贝/英寸，而钠钙玻璃的平均衰减率为1.44分贝/英寸。
由于使用硼硅玻璃，而不是钠钙玻璃，引起的信号增益决定于声波在该基片中传播的距离。从该发射传感器(例如，3a)至该接收传感器的最大路径长度大约为上述发射反射件组(例如4a)的全长，加上二反射件组之间的内部间隔长度，再加上反射件组4b的全长。对于现有的商业产品，这个最大的路径长度一般在20～40英寸范围内。
对于20～40英寸范围内的最大路径长度和大约为1.5分贝/英寸的衰减率(对于在钠钙玻璃中的5.53兆赫的雷利波而言)，由基片衰减造成的信号损失在30～60分贝范围内。由于一般触摸板的总衰减在80～100分贝范围内，因此，由基片衰减造成的损失占这个总衰减值的相当大的百分数(大约50％)。
因此，如果用硼硅玻璃或其他一些吸音能力比钠钙玻璃小得多的透明材料代替钠钙玻璃作为基片，则可以大大增加接收传感器接收的有用信号。具体地说是，上述数据表明，对每英寸声波路径长度，信号强度增加0.7分贝。对于20～40英寸的最大声波路径长度范围，这意味信号强度增加14～28分贝。对于尺寸比现有商业产品大的声学式触摸板，信号增益较大。
声波衰减率是频率的渐增函数。上述的定量测量和计算是在试验频率为5.53兆赫下进行的。如果产品设计用于较高的工作频率，则声波衰减较大；并且由使用较小的声波损失的玻璃带来的增益也将比较大。如果产品设计用于较低的频率，则情况恰好相反。虽然数量改变，但声波损失小的玻璃基片的定性优势仍然保留。为了识别用在工作频率范围较宽(例如3～10兆赫)的产品中的声波损失小的玻璃基片，可在5.53兆赫下测量声波阻尼。
为了清楚起见，将“声波损失小的玻璃”定义如下：对于通过一对安装在试验玻璃上的、彼此相对的0.5英寸宽的楔形传感器的信号，根据该信号振幅与距离关系的图的斜率测量的5.53兆赫的雷利波的声波衰减率小于0.5分贝/厘米。
从装有“BoroFloat”牌硼硅玻璃的触摸板得出的数据显示，信号振幅显著增加了。这表明了“BoroFloat”牌和“Tempax”牌硼硅玻璃具有相同的声学优点。
对于某些应用场合，希望使用经过回火的玻璃基片。由于热膨胀系数低，因此硼硅玻璃不能加热回火。由于可被钾离子替换的钠离子含量低，或甚至没有，因此，普通的硼硅玻璃只能用化学方法硬化至非常有限的程度。对于要求经过回火玻璃基片的应用场合。最好使用声波损失小的一种可回火的玻璃。已经发现，可以选择含钡的玻璃作为声学式触摸板的基片材料。
发现硼硅玻璃和含钡的玻璃的声波损失比钠钙玻璃小得多，是1996年8月1日公布的PCT国际申请WO 96/23292号的基础。另外还发现，SchottGlass公司生产的B270TM牌玻璃，是声波损失小的含钡玻璃(2.1％BaO)的一个例子。这种形式的玻璃片可以很容易和便宜地买到，并可以选择性地进行加热回火或用化学方法硬化。通过使用硼硅玻璃基片或含钡玻璃基片造成的信号振幅增加，可使产品增强很多，这些会导致不希望的信噪比损失。现在来说明几种这样的产品增强的情况。
在设计传感器(例如，元件3a，3b，6a和6b)时，设计工程师时常要在信号振幅和将该触摸板机械地与显示装置壳体内部配合之间作折衷选择。在某些情况下，设计工程师可通过将传感器的宽度(例如)从0.5英寸减小至0.25英寸，而避免机械的干涉。宽度减小的传感器会导致信号损失，这部分地是由于从一个较窄的传感器发出的一束声波的角度发散增大。在其他情况下，设计工程师可在安装(例如)一个楔形传感器的玻璃基片的边缘上，作出一个斜面。如果倾斜角度足够陡，与楔的角度(例如33°)相等或超过该楔的角度，则可以方便地将该楔形的传感器塞至触摸表面的平面下面。然而，该触摸表面与这种陡的斜面相交，会使声波不连续，从而造成大的信号损失。在这些和另外一些情况下，如果声波损失小的基片使设计工程师可作出兼顾传感器效率的选择，则可能得到机械配合较好的一种触摸板。
当需要在触摸表面和显示装置壳体之间进行密封时，设计工程师将面对在电子线路设计和机械设计之间的另一种折衷选择。例如，参见图5，图中表示一块触摸板100固定在一个阴极射线管(CRT) 102的荧光屏上。该触摸板100和CRT102放置在一个CRT壳体104内。该触摸板100由一个衬垫/粘接装置106保持在规定位置上，该触摸板和衬垫装置的形状与该CRT荧光屏的弯曲轮廓一致。放置在CRT壳体104和触摸板100之间的间隙中，或该间隙附近的一个圆环形的弹性密封108，将部分地由该触摸板100和阴极射线管(CRT)壳体104限定的腔封闭起来。该密封108与该触摸板100的感受触摸表面接触，并吸收声波能量。由于本发明提供的信号预算量大，该密封108可使声波能量损失至少6分贝，甚至达12分贝，但信噪比不会大大降低。
在电子线路设计时，设计工程师又会面对另一种权衡选择。目前使用声学式触摸板的控制器，可产生几十伏峰-峰值电压的激励信号。较高的激励电压会使电子线路成本升高，并还有电磁干扰(EMI)发射强度不可接受的副作用。使激励电压降低(例如)15dB，可以使电子线路性能改善很多。然而，激励电压降低15dB，会使接收信号强度相应损失15分贝。用硼硅玻璃或含钡玻璃代替钠钙玻璃，可使信号预算足够，以适应激励电压的降低。
使用声波损失小的玻璃基片带来的产品质量的最大提高使传感器最大尺寸大大增大。近来，Elo Touch Systems公司引入了以硼硅玻璃为基础的声学式触摸板产品。这些产品是对角线长度达到21英寸的大的触摸板。
最初，Elo公司想引进21英寸的钠钙玻璃声学式触摸板产品，但后来因为信号振幅不足以保证可靠的质量性能，而取消了这个想法。从下面的计算中，可以清楚地了解信号对增大钠钙玻璃触摸板尺寸的敏感度。假设一个标准的视频显示器的纵横尺寸比为3∶4，则对角线长度增大1英寸，会使最大的声波路径长度(最大的声波路径长度＝常数+X轴反射件组长度的二倍+X轴上的二反射件组之间的内部间隔)增大2.2英寸。对于1.5分贝/英寸的声波衰减率，触摸板对角线长度每增加1英寸，则基片对声波的吸收增加3.3分贝。对角线长度增加3英寸，可使信号强度减小10分贝。因此，大尺寸的钠钙玻璃基片的声学式触摸板的使用更加困难。
采用硼硅玻璃可以使触摸板的尺寸做得更大得多。Elo Touch Systems公司1996年11月，在拉斯维加斯市举行的展示会中，展示了一种具有层叠的反向投影屏幕和一个投影显示器的、对角线长度为31英寸的触摸板。这个例子说明了大型触摸板在投影图像装置中的应用。如图6所示，一个投影机118和透镜120将一个实时视频图像投影在一个反向投影屏幕110上，该屏幕可层叠在一块声学式触摸板122的基片背面上。
在音频视频应用中，使用非常大的触摸板的市场需求正日益增长。在包括频繁接触的应用场合中，使用大块的玻璃会带来安全和强度的问题。当这种正在出现的市场趋势走向成熟时，可能需要各种形式的经过回火的、非常大的声学式触摸板。
硼硅玻璃不能回火。硼硅玻璃的热膨胀系数小。例如，Schott Glass公司的“BoroFloatTM”牌硼硅玻璃的数据显示，该玻璃的热膨胀系数为3.25×10-6/K。这使得硼硅玻璃(例如PyrexTM)很难被热冲击破坏。这样，快速冷却受热的玻璃，也难以在经过回火的玻璃中产生应力。
虽然，硼硅玻璃不能回火，但声波损失小的含钡玻璃(例如，Schott Glass公司的B270TM牌玻璃)却可以回火。用B270TM牌玻璃制成的声学式触摸板尺寸可以较大，同时可以加热回火，或用化学方法硬化。
B270TM牌玻璃可以回火是由于B270牌玻璃的热膨胀系数的关系。B270牌玻璃的技术资料给出其平均热膨胀系数(20℃～300℃范围内)为9.5×10-6/K。这个热膨胀系数与钠钙玻璃的热膨胀系数相似，但与硼硅玻璃(例如BoroFloatTM牌玻璃)相差很大(后者的热膨胀系数为3.25×10-6/K)。可以使用热膨胀系数为8.8×10-6/K的ESL4022C牌熔结玻璃，因为它的热膨胀系数与钠钙玻璃的典型的热膨胀系数相匹配。例如，StarphireTM牌的钠钙玻璃的额定的热膨胀系数为9.0×10-6/K。
使用经过回火的玻璃基片要求使用一种不使玻璃退火的反射件组材料和硬化过程。例如，可以使用低温硬化的反射器材料。聚合物材料对声能的衰减，比通常的熔结玻璃反射器材料对声能的衰减更快，因此，增加了对声波损失小的基片的需求。
将大型的触摸板作为一种安全玻璃组件(即二块玻璃板的层叠件)的一部分是可行的。如图7所示，一块或二块玻璃板可以随意地进行加热回火，或用化学方法硬化。例如，在5.53兆赫频率下工作的，利用雷利波的一种声学式触摸板基片，可以用一层3毫米厚的经过回火的B270TM牌玻璃，与3毫米厚的第二层经过回火的B270TM牌玻璃层叠组成。
对于加在该安全玻璃基片的上表面上的一个负载或冲击来说，即使只有下面一层玻璃回火，其强度也增加很多。当在该负载作用下，该安全玻璃基片变形时，该玻璃的上面一层受压缩作用，而该玻璃的下面一层受拉伸作用。玻璃的压缩强度比其拉伸强度高。对受拉伸的该层玻璃进行回火是最重要的。当重力冲击上部触摸表面时，由层叠的没有经过回火的玻璃制成的一块原型触摸板断裂了。断裂的是该玻璃的底层。然而，尽管底层玻璃出现可清楚地看见的裂纹，该玻璃的上面一层并没有断裂，该触摸板原型仍可工作。这就用实验证明了对下层玻璃进行回火更重要。
一种安全的玻璃基片可以由一块上层的没有经过回火的3毫米厚的BoroFloatTM牌玻璃，与下层的3毫米厚(或更厚)的、经过回火的钠钙玻璃粘接构成。然而，对于工作温度范围很宽的应用场合，这种设计是不实际的；因为硼硅玻璃与钠钙玻璃的热膨胀系数相差很大。温度的改变会使该基片扭曲，象恒温箱中的双金属片一样。
这种扭曲作用在实验中已观察到。将一块硼硅玻璃样件用胶水粘接在一块没有经过回火的钠钙玻璃样件上。该二块玻璃样件的名义尺寸均为6英寸×9英寸。将这个层叠件放入烘箱中。温度改变30℃就可非常清楚地看见这个小的层叠样件的扭曲。
对于(例如)一块没有经过回火的3毫米厚的B270牌玻璃与一块经过回火的钠钙玻璃的层叠件，温度改变引起的扭曲不是什么问题。应当指出，即使一种可回火的声波损失小的玻璃实际上没有回火，使用热膨胀系数与标准的钠钙玻璃的热膨胀系数相似的该声波损失小的玻璃是有优点的。
热膨胀系数与标准的钠钙玻璃的热膨胀系数相似(例如，在6×10-6/K和12×10-6/K之间)的、声波损失小的、没有经过回火的玻璃，还有另外一些优点。现已发现，目前作为大多数触摸板商品的反射器材料使用的普通熔结玻璃与硼硅玻璃基片之间的粘接质量，比熔结玻璃反射器在钠钙玻璃基片上的粘接质量低。这是因为熔结玻璃和硼硅玻璃的热膨胀系数不匹配。只有在硬化温度在500℃以上，熔结玻璃的热膨胀系数和硼硅玻璃的热膨胀系数才能较好地匹配。可加热回火的声波损失小的玻璃与硼硅玻璃比较的一个优点是，前者的热膨胀系数可以很好地与烧结温度低的标准的熔结玻璃(glassfrit)的热膨胀系数匹配。
如美国专利5591945号所述，可以设计一种声学式触摸板，使雷利波沿着反射器组传播，同时，水平偏振剪切波检测在传感器(以后称为雷利-剪切-雷利传感器)作用区域内的触摸。即使该传感器用硅橡胶(RTV)密封住，这种传感器也可检测到触摸。当传感器作用区域被水淹没，这种传感器也可检测出触摸。可利用声波损失小的玻璃(例如B270牌玻璃)来制造一个尺寸大的雷利-剪切-雷利传感器。
在5.53兆赫的工作频率下，雷利-剪切-雷利传感器的波动力学将该玻璃的厚度限制至大约3毫米。另外，因为在玻璃的顶面和底面上，雷利-剪切-雷利传感器对触摸都是敏感的，因此，不能使用标准的安全玻璃粘接剂将该玻璃层叠起来作为一块安全玻璃基片的一部分。(需要如粘性阻尼小的硅橡胶一样的粘接剂)。雷利-剪切-雷利触摸板的这些波动力学要求，使得经过回火的、声波损失小的含钡玻璃(如B270TM牌玻璃)特别适合于制造尺寸大的雷利-剪切-雷利触摸板。
下述的例子可以更详细地说明本发明，但这些例子绝不是对本发明范围的限制。
例1(先前的技术)
利用一块平的钠钙玻璃基片(日本中央玻璃公司制造，488毫米(宽)×403毫米(长)×3.3毫米(厚))制造如图1所示的一块超声波触摸板。激发出雷利波，并使它在该声波触摸板中传播。利用一个控制器(触摸板系统公司制造的5810EIOO型)来观察该触摸板的性能。钠钙玻璃包括71％的SiO2，13％的Na2O，1％的K2O，11％的CaO，2％的MgO和2％的Al2O3(％均为按重量计)。第一组分(Na2O，CaO，MgO)的总含量为26％重量百分数，而第二组分(Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3，K2O)的总含量为3％重量百分数。
在可见光区域内，该玻璃基片的光透过率为91.8％(利用Suga检测设备公司制造的模糊计算机(haze computer)HGM-2D测量)。这个测量的绝对标定有一些不确定的因素。然而，这个测量用于与其他玻璃作比较还是好的(在该玻璃正面和背面的反光率为4％的情况下，92％的透光率是一个理论上限)。反光是由于空气和玻璃的折射率不匹配引起的。一般，玻璃的折射率大约为n＝1.5，因此，单一表面上的反光率(n-1/n+1)2大约为4％。
声波的传播速度按照下述方法测量。
声波的传播速度可通过改变一反射元件组的节距或间隔距离，并观察何时接收信号振幅最大来决定。当该组反射元件的节距或间隔等于与固定工作频率相应的声波波长的整数倍时，接收信号的振幅最大。制造了一组反射元件节距可作微小变化的样件。从接收信号振幅最大时的节距求出波长之后，根据波长与频率(5.53兆赫)的乘积即可决定声波传播速度。
当采用雷利波的触摸板商品时，声波由楔形传感器发射至玻璃表面上，并从玻璃表面被接收。楔形传感器由陶瓷压电元件，粘接在塑料楔上，塑料楔再粘接在玻璃表面上制成。该楔将从压电元件发出的压力形式的声波与玻璃基片上的雷利波耦合起来。该发射传感器由振幅为50伏的5.53兆赫的单音脉冲串激励。
用这种方法，测出钠钙玻璃基片中的声波传播速度为125000英寸/秒。
在接收传感器上测量声波传播速度为125000英寸/秒的触摸板的接收信号的强度。对该触摸板的X-轴和Y-轴子系统进行了测量。测得的接收信号强度分别为1.41毫伏和1.69毫伏。找出接收信号振幅较大的玻璃基片材料是很有意义的。
例2
在本例子中，利用一块平的硼硅玻璃基片(Schott公司以商标名TempaxTM出售，尺寸为488毫米(宽)×403毫米(长)×3.3毫米(厚))代替例1中的钠钙玻璃基片。该玻璃基片包括81％的SiO2，3％的Na2O，1％的K2O，13％的B2O3，和2％的Al2O3(％均按重量计)；第一组分(Na2O，CaO，MgO)的总含量为3％重量百分数，第二组分(Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3，K2O)的总含量为16％重量百分数。
在可见光区域内，利用例1所述方法测量的该玻璃基片的光透过率为93.0％。这比例1中的钠钙玻璃高大约1％。另外，当从边缘看时，这种玻璃为淡黄绿色，而不是普通钠钙玻璃的深绿色；这样，这种玻璃的光透过率可以改善。
利用例1的测试方法测量该玻璃基片中的声波传播速度为122288英寸/秒。
对于声波传播速度为122288英寸/秒的触摸板，利用例1的方法测量X-轴和Y-轴上的接收信号强度。X-轴(图1中的水平轴)上的接收信号强度为6.66毫伏，Y轴(图1中的垂直轴)上的接收信号强度为8.39毫伏。接收信号的振幅增加大于12分贝。
试验原型的触摸板由TEMPAXTM牌的硼硅玻璃和BOROFOLATTM牌的硼硅玻璃制成。在两种情况下，接收信号强度都比用钠钙玻璃制造的触摸板增加很多。接收信号强度增大的程度决定于触摸板设计的细节。接收信号强度一般增加10～30分贝。对于声波传播距离较长的较大的触摸板，所观察的效果更大。
将该触摸板与一个控制器连接，以检测触摸位置的坐标。如图2所示，当触摸该触摸板时，接收信号D的强度有一个显著的下降Dt，因此可以清楚地辨识出触摸位置。该触摸板的功能比较理想。
例3
使用一块平的玻璃基片(Schott或Desag公司制，商标名为B270-SUPERWITE或B270TM，尺寸为488毫米(宽)×403毫米(长)×3.3毫米(厚))，代替例1所使用的钠钙玻璃基片。该玻璃基片包括69％的SiO2，8％的Na2O，8％的K2O，7％的CaO，2％的BaO，4％的ZnO，1％的TiO2和1％的Sb2O3(％均按重量计)。第一组分(Na2O，CaO，MgO)的总含量为15％重量百分数，第二组分(Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3，K2O)的总含量为9％重量百分数。
利用例1所述的同样方法，测得在可见光区域内，该玻璃基片的光透过率为92.8％。这个测量结果比例1的钠钙玻璃高1％。当从边缘看时，可看见与例2的硼硅玻璃相同的淡黄绿色，而不是例1的钠钙玻璃那样的深绿色。
利用例1的测试方法，测得该玻璃基片中的雷利波传播速度为121609英寸/秒。
利用例1的方法，测出声波传播速度为121609英寸/秒的触摸板在X-轴和Y-轴上的接收信号强度。X-轴上的接收信号强度为7.69毫伏，Y-轴上的接收信号强度为7.50毫伏。与例2的硼硅玻璃相似，接收信号振幅比标准的钠钙玻璃的接收信号振幅增大12分贝。
使该触摸板与控制器连接，可检测触摸。从接收信号强度明显的下降，可以精确地确定触摸位置。
玻璃供应商可使用标准的工业方法，对B270TM牌玻璃进行加热回火或用化学方法硬化。
例4
PPG公司制造的STARPHIRETM牌玻璃，与B270TM牌玻璃相似，都是一种“白色”玻璃。它可满足需要光透过率高，而对颜色的依赖性最小的玻璃的市场需求。在这个意义上说，STARPHIRETM和B270TM在光学性能上是等价的。
有趣的是，这二种玻璃的声学特性并不是等价的。STARPHIRETM牌玻璃没有声波损失小的优点，而如例3所示那样，B270TM牌的玻璃则有这个优点。在测量误差范围内看，STARPHIRETM牌玻璃的声波衰减特性与普通的钠钙玻璃相同。
STARPHIRETM牌玻璃的成分为：73％的SiO2，15％的Na2O，10％的CaO，和2％的未规定的成分(％均按重量计)。第一组分(Na2O，CaO，MgO)的总含量至少为25％重量百分数，而第二组分(Al2O3，ZrO2，TiO2，B2O3，Y2O3，SnO2，PbO2，In2O3，K2O)的总含量至多为2％重量百分数。
例5
例3中的B270TM牌玻璃是含钡玻璃的一个例子。含钡玻璃的另一个例子是用在阴极射线管彩色监视器或电视显示器的荧光屏中的玻璃。
对于不同来源的几种彩色监视器的荧光屏，进行了图4所示的声学测量；这些来源是：Zenith 1490FTM(平面拉伸罩)监视器，MiniMicroMM1453M，Mitsubishi AUM-1371，Quimax DM-14+，NECA4040和Goldstar 1420-plus。测量样件的声波衰减率约为0.6分贝/英寸。这与图4所示的硼硅玻璃数据很相似。
具有代表性的荧光屏玻璃的成分如下：65％的SiO2，7％的Na2O，2％的CaO，1％的MgO，2％的Al2O3，10％的SrO，2％的BaO，2％的PbO，9％的K2O(％均按重量计)。
以上的例子清楚地表明，与例1和例4的触摸板基片比较，例2，3，5的触摸板基片可以更有效地防止声波衰减或对声波进行阻尼，因此可提供较大的信噪比。
以上的说明和附图描述和显示了使用能达到本发明的所有目的和许多优点的声波损失小的玻璃基片的一种新型的声学式触模位置传感器。然而，在考虑了描述本发明的优选实施例的说明和附图后，本领域技术人员清楚，可以对本发明作许多改变、改进、变化，还可能有其他的用途与应用场合。所有不偏离本发明的精神和范围的这种改变、改进、变化和其他用途与应用场合都属于本发明的范围，其只受下述的权利要求书限定。