JP2007517310A - インパルス復元を用いるタッチセンシティブデバイス - Google Patents

Abstract

タッチセンシティブ装置には、タッチプレートおよびタッチプレートに結合された多くのセンサが含まれる。センサのそれぞれは、タッチプレートにおける屈曲波を検知し、かつタッチプレートへのタッチに応じてセンサ信号を生成するように構成されている。コントローラが、センサに結合されている。コントローラは、センサ信号における分散を補正し、かつ分散補正信号を用いてタッチ位置を決定する。コントローラは、インパルス復元を実施し、それによって、タッチセンシティブデバイスへのタッチによって生成されたインパルスを表すインパルスが生成される。復元インパルスを用いて、コントローラは、タッチ位置を確認する。

Description

本発明は、振動を検知するタッチセンシティブデバイスに関し、特に、元々は分散媒質への接触またはタッチによって生成されたインパルスを復元するための技術に関する。

対話式のビジュアルディスプレイには、しばしば、何らかの形態のタッチセンシティブスクリーンが含まれる。タッチセンシティブパネルをビジュアルディスプレイと一体化することが、次世代の携帯マルチメディア装置の出現とともに、より一般的になっている。表面弾性波（ＳＡＷ）と呼ばれる１つの普及したタッチ検出技術は、ガラススクリーンの表面を伝搬する高周波を用いる。ガラススクリーン表面と指の接触に起因する波の減衰を用いて、タッチ位置を検出する。ＳＡＷは「飛行時間」技術を用いるが、この場合には、外乱がピックアップセンサに到達する時間を用いて、タッチ位置を検出する。かかるアプローチが可能なのは、対象の周波数範囲にわたって波の速度が著しく変化しないように、媒質が非分散的に動作する場合である。

本発明は、タッチセンシティブ媒質への接触またはタッチによって生成されるインパルスを復元するための装置および方法に関する。本発明はまた、タッチセンシティブ媒質への接触またはタッチの位置を確認するための装置および方法に関する。本発明のある実施形態によれば、タッチセンシティブ装置には、タッチプレートおよびタッチプレートに結合された多数のセンサが含まれる。センサのそれぞれは、タッチプレートにおける屈曲波を検知し、かつタッチプレートへのタッチに応じて、センサ信号を生成するように構成されている。コントローラが、センサに結合されている。コントローラは、センサ信号における分散を補正し、分散補正信号を用いてタッチの位置を決定する。コントローラは、インパルス復元を実行し、それによって、タッチセンシティブデバイスへのタッチによって生成されたインパルスを表すインパルスが生成される。コントローラは、復元インパルスを用いて、タッチの位置を確認する。

別の実施形態によれば、タッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法は、タッチセンシティブデバイスへのタッチに応じて、分散を示すセンサ信号を生成することを含む。センサ信号における分散は、分散補正信号を生成するために補正され、タッチの位置が、分散補正信号を用いて決定される。この方法は、タッチセンシティブデバイスへのタッチによって生成されたインパルスを表すインパルスを復元することを含む。復元インパルスを用いて、タッチ位置を確認してもよい。タッチの位置の確認は、典型的には、復元インパルスの１つまたは複数の特徴の類似性を評価することを含む。タッチ位置は、復元インパルスの類似性が、予め設定された閾値を超える場合に、有効であると見なされる。タッチ位置は、復元インパルスの類似性が、予め設定された閾値を超えない場合に、無効であると見なされる。

本発明の上記の概要は、本発明の各実施形態または全ての実装例（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を説明するようには意図されていない。本発明についてのより完全な理解と共に、利点および達成は、添付の図面と共に示された次の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、明らかとなりかつ理解されるであろう。

本発明は様々な修正および代替形態に適用できるが、その細目は、図面に例として示され、詳細に説明される。しかしながら、説明される特定の実施形態に本発明を限定する意図ではないことを理解されたい。それどころか、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に入る全ての修正、均等物、および代替物を包含するように意図されている。

例示した実施形態の下記の説明において、実施形態の一部を形成する添付の図面を参照したが、これらの図面には、本発明を実施可能な様々な実施形態が、実例として示されている。本発明の範囲から逸脱せずに、実施形態を利用し、かつ構造的変更を施すことが可能なことを理解されたい。

本発明は、多数のタッチトランスデューサによる検知のためにタッチ基板に沿って伝搬する振動を検知する、タッチ始動でユーザ対話型の装置に関する。本発明の実施形態は、タッチセンシティブ媒質、特に分散媒質への接触またはタッチによって生成されるインパルスを復元するための構造および技術に関する。本発明の実施形態はまた、タッチセンシティブ媒質への接触またはタッチの位置を確認するための構造および技術に関する。本発明のさらなる実施形態は、タッチ検出および位置決定の改善を提供する構造および技術に関する。かかる向上には、限定するわけではないが、タッチセンシティブデバイスのケーシングまたは支持構造への疑似タッチの拒絶における改善と、ｚ軸または接触強度決定の改善と、曖昧さまたはノイズがある状態で、タッチ位置を決定する際の精度の改善と、接触手段タイプおよび関連する特性の識別における改善と、空気伝達または構造性の背景音響ノイズによって生成された疑似接触データの拒絶における改善と、が含まれる。

本明細書で説明するインパルス復元技術は、様々な構成のタッチ検知装置に有用である。たとえば、本発明のインパルス復元を含む技術は、わずか３つのピックアップセンサを用いるタッチセンシティブ装置に用いてもよい。本発明のインパルス復元技術はまた、ピックアップセンサが、たとえば矩形形状のタッチセンシティブプレートの４つのコーナーのそれぞれに置かれた構成など、４つ以上のピックアップセンサを用いるタッチセンシティブ装置において用いてもよい。本発明のインパルス復元を含む技術は、さらに、多数のピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサを用いるタッチセンシティブ装置において用いてもよい。

いくつかのピックアップセンサに加えて励起トランスデューサを組み込む構成において、励起トランスデューサは、インパルス復元プロセスに直接関与してもしなくてもよいことが注目される。たとえば、一実施形態による励起トランスデューサは、インパルス復元プロセスに直接関与できる、二重目的の検知および励起トランスデューサとして構成してもよい。励起トランスデューサがインパルス復元に直接には関与しない構成において、励起トランスデューサを用いて、タッチセンシティブ装置に、特徴および機能性の向上をもたらしてもよい。

励起トランスデューサは、たとえば、タッチセンシティブプレートの相対的または絶対的な寸法を決定可能なプレート校正手順を容易にすることによって、インパルス復元プロセスに間接的に関与してもよい。プレート寸法データは、本発明の実施形態によるインパルス復元を実行するために用いられる情報である。さらなる例として、タッチセンシティブプレートの分散関係を、励起トランスデューサを伴う技術を用いて決定してもよい。別の能力は、ピックアップセンサ校正に関するが、この校正では、センサ位相応答の差を決定し、測定された屈曲波信号に補正を施して、センサ位相応答におけるかかる差を調整する。

励起トランスデューサの使用を伴う他の能力には、リフトオフ検出の向上、軽いタッチに対する感度の改善、およびウェークオンタッチ（ｗａｋｅ−ｏｎ−ｔｏｕｃｈ）機能性の改善が含まれる。リフトオフ検出、および軽いタッチに対する感度の改善に関する方法論の詳細は、代理人整理番号５９３７７ＵＳ００２の下で本明細書と同時に出願された「タッチダウンおよびリフトオフ感度を備えたタッチ検知（Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｔｏｕｃｈ Ｄｏｗｎ ａｎｄ Ｌｉｆｔ Ｏｆｆ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）」なる名称の、本願所有者が所有する同時係属中の米国特許出願に説明されている。様々なウェークオンタッチ方法論の詳細は、２００３年１０月１０日に出願された米国特許出願第１０／６８３，３４２号明細書に開示されている。

本発明に従って実行されるタッチ検知装置は、本明細書で説明する１つまたは複数の特徴、構造、方法またはそれらの組み合わせを組み込んでもよい。かかる装置または方法は、本明細書で説明する特徴および機能の全てを含む必要はないが、組み合わされて独特の構造および／または機能性を提供する、選択された特徴および機能を含んで実行してもよいと、意図されている。たとえば、前述のように、本明細書で説明するインパルス復元技術は、ピックアップセンサは用いるが励起トランスデューサは用いない構成、ならびにピックアップセンサおよび少なくとも１つの励起トランスデューサの両方を用いる構成を始めとする、様々な構成のタッチ検知装置において実行可能である。

たとえば、圧電センサを含む振動検知タッチ入力装置において、タッチパネルプレートの平面を伝搬する振動は、圧電センサに圧力を加え、センサに全体にわたって検出可能な電圧降下を引き起こす。受信される信号は、直接タッチ入力もしくはトレースすること（摩擦）に伴うエネルギ入力のインパクトに直接起因する振動によってか、またはたとえば振動の減衰により既存の振動に影響を及ぼすタッチ入力によって、もたらすことができる。受信される信号はまた、ユーザによるタッチ入力装置の取り扱いもしくは取り扱いの誤りに起因するか、またはタッチ入力装置には外的だがそれに検知される環境的な原因に起因するタッチ入力などの意図しないタッチ入力によってもたらされる場合もある。

１つのタッチ検知アプローチによれば、たとえば直接タッチを示す信号を受信すると、同じ信号がセンサのそれぞれで受信された異なる時間を用いて、タッチ入力の位置を推定することができる。伝搬媒質が分散媒質である場合には、多数の周波数から構成されている振動波束は、伝搬するにつれて広がって減衰し、信号の解釈を困難にする。かかるものとして、まるで非分散媒質を伝搬しているかのように受信信号を解釈できるように、受信信号を変換することが提案された。かかる技術は、特に、屈曲波振動を検出するシステムに適している。

振動波束分散に取り組み、かつかかる分散に対して補正された典型的な信号を生成するための技術が、国際公開第２００３／００５２９２号パンフレット、国際公開第０１／４８６８４号パンフレット、２０００年１２月２６日に出願された米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書、２００２年１２月１０日に出願された米国仮出願第６０／４３２，０２４号明細書、および本願所有者が所有する米国特許出願第１０／４４０，６５０号明細書に開示されている。

屈曲波振動という用語は、たとえば接触により、屈曲波振動を支持できる部材にいくらかの面外変位を与える励起を指す。多くの材料が屈曲し、完全平方根の分散関係を伴う純曲げで屈曲するものもあり、純曲げおよび剪断曲げの混合で屈曲するものもある。分散関係は、波の面内速度の、波周波数への依存を示す。

振動波束分散の理解を向上させるため、かつかかる分散を補正された典型的な信号を生成するために、図１ａ〜１ｄを参照する。図１ａは、平方根分散関係を備えた理想的な媒質におけるインパルスを示し、分散媒質が、インパルスの波形を保持しないことを示す。送出波６０は、時間ｔ＝０において明白であるが、エコー信号６２は、経時的に広がり、これによって、正確な接触位置の決定が不確実にされる。

空気などの非分散媒質において、周波数応答の周期的な変動は、反射に特有であり、しばしば櫛形フィルタリングと呼ばれる。物理的には、周波数応答における周期的な変動は、発生源と反射器との間に適合する波長の数に由来する。周波数が増加し、かつこの空間に適合する波長の数が増加するにつれて、送出波と反射波の干渉は、建設的干渉と相殺的干渉との間を変動する。

図１ａの分散インパルス応答のフーリエ変換を計算することによって、図１ｂに示す周波数応答が生成される。この周波数応答は非周期的であり、波長を伴う周期変動は、周波数が高くなると共により遅くなる、周波数における変動になる。これは、波長が周波数の逆数の平方根に比例する平方根分散の結果である。したがって、周波数応答に対するパネルの影響は、パネル分散に従う周波数の関数として応答をストレッチすることである。その結果として、パネル分散のための補正は、周波数領域に逆ストレッチを適用することによって行なうことが可能であり、かくして非分散的なケースに存在する周期性が回復される。

パネル分散の逆により周波数軸をワープすることによって、図１ｂを、非分散的なケース（図１ｃ）のための周波数応答に変換可能であり、この場合に、励起周波数は、波長の逆数に比例している。この単純な関係によって、図１ｃに示すように、波長が減少する周期変動は、周波数が増加する周期変動に変換される。

図１ｃのトレースに逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することによって、図１ｄに示すインパルス応答が生成されるが、このインパルス応答は分散を補正されており、明瞭な反射が回復されている。図１ｄに示すように、インパルスのどの特定の波形も、時間において保持される。なぜなら、非分散媒質を移動する波は、それらの周波数と無関係な一定の移動速度を有するからである。したがって、エコーロケーションの仕事は、比較的に単純明快である。送出波５０は、４ｍｓの明瞭な反射５２と共に、時間ｔ＝０において明白である。反射５２は、送出波５０の大きさのほぼ４分の１の大きさを有する。

上述の手順は、インパルスが未知の時間ｔ₀に発生した場合には適用不可能であり、インパルスがｔ₀＝０で発生した場合に、最初のインパルスに対する応答からの距離ｘが計算できるだけであることが注目される。分散補正相関関数は、接触が発生した正確な時間ｔ₀が知られていない状況で用いてもよい。１つのアプローチによれば、屈曲波を支持できる構造体に取り付けられた第１のセンサが、第１の被測定屈曲波信号を測定する。第２のセンサが構造体に取り付けられ、第２の被測定屈曲波信号を決定する。第２の被測定屈曲波信号は、第１の被測定屈曲波信号と同時に測定される。２つの被測定屈曲波信号の分散補正関数が計算されるが、分散補正関数は、分散補正相関関数、分散補正畳込み関数、分散補正コヒーレンス関数または他の位相等価関数であってもよい。分散補正関数を適用することによって被測定屈曲波信号を処理し、接触に関連する情報を計算する。このアプローチに関する詳細は、上に援用されているＰＣＴ出願第０１／４８６８４号パンフレットおよび米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書に開示されている。

屈曲波検知信号における分散を補正する別のアプローチは、タッチセンシティブプレートのコーナーに配置されたピックアップセンサと共に励起トランスデューサを用いることを含む。このアプローチによれば、ピックアップセンサのそれぞれにおける出力に対して、励起トランスデューサにおける入力伝達関数が、決定される。この伝達関数は、多くの標準的な方法を用いて取得可能である。かかる周知の方法には、次のものが含まれる。とりわけ、インパルス応答を得るための、最大長シーケンス（ＭＬＳ）信号および相互相関による刺激、ノイズ状信号に関連した適応フィルタの使用、複素周波数応答の平均比率、インパルスの直接入力および測定、および時間遅延分光測定法（ＴＤＳ）を用いた線形チャープ信号の測定である。

確定された伝達関数は、一般に分散を示すインパルス応答の点から提示してもよい。分散は、周波数への屈曲波速度の依存に起因し、この依存は、純曲げに対しては平方根依存性である。上に援用されている米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書が説明している方法によれば、信号の分散は、伝達関数の周波数軸を波動ベクトルに補間する変換によって補正可能である。次に、逆ＦＦＴを取ることによって、距離関数としてインパルス応答がもたらされ、全ての周波数成分が調整されて、分散の影響を補正する。

周波数の関数としての絶対速度が、タッチセンシティブパネルの材質特性についての知識から知られている場合には、分散補正インパルス応答を、絶対距離の関数として返してもよい。しかしながら、この関係が知られていない場合には、やはり、距離軸の任意のスケーリングによって、タッチセンシティブプレートのアスペクト比など、有用な情報の決定が可能になる。この技術の追加的な詳細が、本願所有者が所有する同時係属中の米国特許出願第１０／７５０，５０２号明細書に説明されている。

ここで図２を見ると、屈曲波振動を検出するための特徴および機能性を組み込んだタッチセンシティブデバイス１０の一構成が示されている。本実施形態によれば、タッチセンシティブデバイス１０には、タッチ基板１２、およびタッチ基板１２の上面に結合された振動センサ１６が含まれる。この例証的な例では、タッチ基板１２の上面によって、タッチセンシティブ表面が画定される。センサ１６は、タッチ基板１２の上面に結合されて示されているが、代替として、センサ１６は、タッチ基板１２の下面に結合することができる。別の実施形態において、１つまたは複数のセンサ１６を上面に結合し、一方で、１つまたは複数の他のセンサ１６を、タッチ基板１２の下面に結合してもよい。

タッチ基板１２は、屈曲波振動などの対象の振動を支持する任意の基板であってもよい。例示的な基板１２には、アクリル樹脂もしくはポリカーボネートなどのプラスチック、ガラスまたは他の適切な材料が含まれる。タッチ基板１２は、透明または不透明とすることができ、任意に他の層を含むか組み込むこと、または追加の機能性を支持することができる。たとえば、基板１２は、耐引っかき性、耐汚れ性、グレア低減、反射防止特性、指向性またはプライバシのための光制御、フィルタリング、偏光、光学補正、摩擦面形成、採色、グラフィック画像等を提供することができる。

一般に、タッチセンシティブデバイス１０には、二次元でタッチ入力の位置を決定するために少なくとも３つのセンサ１６が含まれるが、国際公開第２００３ ００５２９２号パンフレット、国際公開第０１４８６８４号パンフレットおよび米国特許出願第０９／７４６，４０５号明細書で論じられているように、実施形態によっては、４つのセンサ１６が望ましい場合がある。本発明では、センサ１６は、タッチ基板１２へのタッチ入力を示す振動を検知できる圧電センサが好ましい。有用な圧電センサには、ユニモルフおよびバイモルフ圧電センサが含まれる。圧電センサは、たとえば、良好な感度、比較的低いコスト、適度な堅牢性、潜在的に小さな形状係数、適切な安定性および応答の線形性を始めとする多数の有利な特徴を提供する。振動検知タッチセンシティブデバイス１０において使用できる他のセンサには、とりわけ、電歪、磁歪、圧電抵抗、音響、および可動コイルトランスデューサ／装置が含まれる。

一実施形態において、センサ１６の全ては、タッチ基板１２の振動を検知するように構成されている。別の実施形態において、センサ１６の１つまたは複数を放出器として用いることができるが、この放出器は、基準信号として用いられる、他のセンサ１６によって検知可能な信号を発するか、またはタッチ入力に基づいて変更可能な振動を生じ、かかる変更された振動が他のセンサ１６によって検知され、タッチ位置が決定される。電気力トランスデューサを、適切な放出器として用いてもよい。さらに、センサ１６の１つまたは複数を、二重目的の検知および励起トランスデューサとして構成することができる。センサ１６は、接着剤の使用によってなど、任意の適切な手段によってタッチ基板１２に貼付または接合することができる。

タッチセンシティブデバイス１０が、アクティブセンサ１６、すなわち励起信号を生成する放出トランスデューサを備えて動作している場合に、タッチ基板１２に対する接触は、励起信号の高調波を生成するために、タッチ基板１２に非線形力を働かせてもよい。パッシブ検知に類似した方法で接触位置を決定するために高調波を用いることが可能なように、信号処理を用いて、高調波から励起信号を分離してもよい。高調波は、接触箇所から屈曲波源を効果的に構成する。

タッチセンシティブデバイス１０が二重アクティブおよびパッシブセンサ１６を用いる構成において、このセンサ１６は、タッチ基板１２に接触がなされるかどうかに依存して、アクティブおよびパッシブ検知モードの間で切り換わるように構成してもよい。タッチセンシティブデバイス１０は、接触が検出されない場合にパッシブ検知モードで休止し、接触がなされるとアクティブモード検知へ切り換わることと、一旦接触が取り除かれるとパッシブ検知モードへ戻って、さらなる接触を待つこととの間で循環してもよい。これは、タッチセンシティブデバイス１０が不必要にアクティブモードにある場合の電力消費を回避するのに有利であろう。

また、タッチセンシティブデバイス１０を用いる多くの用途では、タッチセンシティブデバイス１０による情報を表示するために、電子ディスプレイを用いる。ディスプレイが典型的には矩形なので、矩形のタッチセンシティブデバイス１０を用いることが、典型的であり、便利である。かかるものとして、センサ１６が貼付されたタッチ基板１２は、典型的には形状が矩形である。代替として、タッチ基板１２は、より複雑な形状、たとえば、湾曲した表面および／または可変の厚さを有してもよい。複雑な形状をしたタッチ基板１２の場合には、適応アルゴリズム（たとえばニューラルネット）を用いて、センサ１６によって受信された屈曲波信号から接触位置を解読してもよい。

一構成によれば、センサ１６は、タッチ基板１２のコーナー近くに配置するのが好ましい。多くの用途では、タッチセンシティブデバイス１０を通してディスプレイが見られるように求められるので、センサをタッチ基板１２のエッジ近くに配置して、それらが可視ディスプレイエリアを不適切に侵さないようにするのが望ましい。また、タッチ基板１２のコーナーにセンサ１６を配置することによって、パネルエッジからの反射の影響を低減できる。

タッチセンシティブデバイス１０によって検知される接触は、手持ち式ペン形状でもよいスタイラスからのタッチ形態であってもよい。タッチ基板１２上のスタイラスの移動によって、タッチ基板１２上のスタイラスの位置、圧力および速度によって影響される連続信号が生成可能である。スタイラスは、たとえばゴムの可撓性先端を有してもよく、この先端が、可変力をタッチ基板１２に印加することによって、そこに屈曲波を生成する。可変力は先端によって提供可能だが、先端は、代替として、タッチ基板１２の表面に密着するか、または表面全体にわたってすべってもよい。代替として、接触は、タッチ基板１２に屈曲波を生成可能な指からのタッチ形態であってもよく、この屈曲波を、パッシブおよび／またはアクティブ検知によって検出してもよい。屈曲波は、超音波領域（＞２０ｋＨｚ）の周波数成分を有してもよい。

図３は、本発明のある実施形態によるタッチセンシティブデバイス１０の別の構成を示す。本実施形態によれば、タッチセンシティブデバイス１０には、タッチ基板１２における屈曲波振動を検知するための多数のセンサ１６が含まれる。タッチセンシティブデバイス１０には、励起トランスデューサ１８がさらに含まれる。励起トランスデューサ１８は、それが通常のタッチ位置計算において典型的には用いられないという点で、「専用」トランスデューサ１８であるのが好ましい。より正確に言えば、通常のタッチ位置計算は、ピックアップセンサ１６によってなされる。励起トランスデューサ１８は、放出トランスデューサまたは二重放出／センサトランスデューサであってもよいことが理解される。励起トランスデューサ１８が二重放出／センサトランスデューサとして形成される構成において、二重モードトランスデューサは、典型的には、通常のタッチ位置決定動作に関係しない。専用の励起トランスデューサ１８を用いることによって、従来のセンサ／トランスデューサトポロジを用いては容易に可能でない様々な機能を実行する機会が提供される。

図３に示す構成において、４つのセンサ１６が、振動ピックアップとして用いられている。これらのトランスデューサ１６は、軽いタッチに関連する低いレベルの振動に対する感度のために最適化されるのが好ましい。これらのトランスデューサ１６に対する接続は、プリント電極パターンで行ってもよい。振動ピックアップとしてのセンサ１６の動作に加えて、電圧がセンサ１６に印加されると、エネルギがプレートへ移送され、結果として屈曲波が生成される。かかるものとして、上述のように、センサ１６は、振動ピックアップセンサおよび屈曲波発生器の両方として動作する。しかしながら、基板１２の振動ピックアップおよびアクティブ励起の両方のためのトランスデューサとして、所定のセンサ１６を用いることには、多くの欠点がある。

１つの欠点は、単一のセンサ１６が、ピックアップおよび放出器の両方として同時には動作できないことである。センサ１６が、たとえば刺激によって駆動される放出器として用いられている場合には、それらは、同時にピックアップとして容易に用いることができない。したがって、ピックアップモードにおける基板１２の機能性は、おそらく、損なわれるかまたは多重的な方法でのみ可能である。

以下で論じるように、所定のセンサ１６および関連する検知回路間のバッファ回路を組み込む構成において、かかるバッファ回路は、センサ１６がピックアップトランスデューサとして動作しているときに、センサ１６への電圧の印加に対するバリアを提供する。バッファ回路は逆バイアス状態に配置してもよく、この場合には、基板１２への外部接続部に印加される電圧は、センサ１６に直接に印加されるが、これが、線形的な方法で達成可能な電圧範囲は、かなり制限されている。また、このアプローチは、タッチセンシティブデバイス１０に通信的に結合されたコントローラに追加回路を必要とする。

従来のタッチセンシティブデバイス実装例に関連するこれらおよび他の欠陥を克服するために、図３に示すような、本発明の一実施形態によるトランスデューサ配置は、基板１２において屈曲波のアクティブな生成をもたらす少なくとも１つの専用励起トランスデューサ１８を組み込んでいる。屈曲波の生成を用いて、多くの性能改善および診断上の特徴を提供可能である。これらの例は、本明細書で説明する。

ここで図４を見ると、本発明によるタッチセンシティブデバイス１０のある実施形態が示されている。本実施形態において、４つのセンサ１６が、基板１２の４つのコーナーに位置している。第５のトランスデューサ、すなわち励起トランスデューサ１８が、基板１２の同じエッジに最も近く位置している２つの隣接するセンサ１６間において好ましくは等距離で、基板１２のエッジに沿って置かれている。励起トランスデューサ１８を、図４に示す位置とは異なる基板位置に配置してもよいことが、理解されるであろう。４つのセンサ１６のそれぞれおよび励起トランスデューサ１８は、テールコネクタ２６へと配線されるそれぞれの導体に接続される。上記のように、プリント電極パターンを導体として用いてもよい。

図４は、４つのコーナーセンサ１６のそれぞれに関連するバッファ回路３０をさらに示す。バッファ回路３０は、各センサ１６に隣接して基板１２に位置し、基板１２を伝搬する検知された屈曲波振動に応じてセンサ１６によって生成される信号をバッファしてもよい。バッファ回路３０を含むことによって、センサ１６の信号対ノイズ比の向上、および環境からのＥＭＩ干渉レベルの低減を始めとして、いくつかの利点が提供される。図４に示すように、バッファ回路３０は、センサ１６のすぐ近くに位置することが望ましい。しかしながら、バッファ回路３０は、必要に応じて、基板１２の他のところに位置してもよく、代替として、テールコネクタ２６に一体化してもよい。

バッファ回路３０のそれぞれには、図５に示す増幅回路などの増幅回路が含まれる。図５に示す単純化された回路構成によれば、バッファ回路３０には、ピックアップセンサ１６および抵抗器４４と並列に結合されたベースを有する、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジスタ４２が含まれる。ｎチャネルＪＦＥＴ（たとえばＦＥＴ−Ｊ−Ｎ ＳＳＴ３１０）として示されたＦＥＴ４２のドレインは、第１の導体４５に結合されている。ＦＥＴ４２のソースは、抵抗器４６を介して第２の導体４７に結合されている。導体４５および４７は、タッチセンシティブデバイス１０のコントローラに結合されている。ＦＥＴ４２に適切にバイアスをかけるために、他の構成要素（図示せず）が基板外に必要であることが注目される。典型的な基板外構成要素には、電源、バイアス抵抗器、およびタッチセンシティブデバイス１０のコントローラのアナログ入力部への静電結合部が含まれる。

図５に示す構成において、ピックアップセンサ１６は、グランドを基準にするように配線される。代替実施形態において、ピックアップセンサ１６は、平衡内蔵増幅器（たとえばバッファ回路増幅器）または外部増幅器（たとえばタッチパネルコントローラの検知増幅器）などの平衡増幅器に、差動入力を供給するように配線してもよいことが、認識されるであろう。本実施形態によれば、各ピックアップセンサ１６は、２つの平衡線路を介して、増幅器の平衡入力部に接続される。平衡増幅器は、内蔵または外部増幅器であってもよい。

一構成において、各ピックアップセンサ１６は、ツイストペア導体を介して外部平衡増幅器に接続され、内蔵ＦＥＴ４２は用いる必要がない。別の構成において、各ピックアップセンサ１６は、２つの平衡線路を介して、ＦＥＴ４２の平衡入力部に接続され、ＦＥＴ４２の差動出力部は、ツイストペア導体を介して、外部の増幅器の平衡入力部に接続される。本実施形態に従って平衡増幅器を用いることにより、差動ピックアップセンサ電圧測定が提供される。この構成は、差動ピックアップセンサ電圧測定によって与えられる同相除去を介して、ある一定のセンサ信号ノイズの改善を提供可能である。

例証のために、図４に示すセンサ１６のそれぞれは、基板１２のエッジに対して約４５度の向きにされている。さらに、１つのバッファ回路３０が、各コーナーセンサ１６に隣接して取り付けられている。１つのタッチセンシティブデバイス実装例によれば、基板には、長さ、幅および厚さ寸法がそれぞれＬ＝３２４ｍｍ、Ｗ＝２４６ｍｍおよびＴ＝２．２ｍｍのガラスプレートが含まれる。基板１２の４つのコーナーのそれぞれに、圧電トランスデューサ１６が、Ｌ＝７ｍｍ、Ｗ＝３ｍｍおよびＴ＝ｌｍｍの長さ、幅および厚さ寸法をそれぞれ有して位置している。

図６は、ディスプレイ２５に取り付けられたタッチセンシティブデバイス１０の断面図である。ディスプレイ２５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセントディスプレイ、陰極線管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレイなどの任意の適切な電子ディスプレイであってもよい。ディスプレイ２５には、追加または代替として、常置可能かまたは交換可能な静止グラフィックスを含んでもよい。図６に示すタイプのタッチセンシティブデバイス１０には、ＬＣＤスクリーン２０の前部に取り付けられた透明基板１２が含まれる。

ＬＣＤスクリーン２０は、ＬＣＤディスプレイ２５のフレーム２４に取り付けられる。発泡ガスケットまたは取り付け台２２が、基板１２の下側に装着され、基板１２のほぼ周囲回りに延伸する。発泡ガスケット２２は粘着性の表面を有し、それによって、基板１２を任意の表面にしっかりと装着し得る。発泡ガスケット２２は、基板１２のエッジからの反射を低減し得る。タッチセンシティブデバイス１０のテールコネクタ２６は、タッチセンシティブデバイス１０のコントローラに接続してもよい。

図７は、タッチセンシティブデバイス１０２およびタッチパネルコントローラ１２０を含むタッチパネルシステム１００の図である。タッチセンシティブデバイス１０２には、少なくとも３つのセンサ１０４、好ましくは４つのセンサ１０４が含まれ、それぞれが、関連するバッファ回路１０６に結合されている。タッチセンシティブデバイス１０８には、少なくとも１つの放出トランスデューサ１０８がさらに含まれる。放出トランスデューサ１０８は、励起トランスデューサとしてのみ、または二重放出／センサトランスデューサとして動作するように構成してもよい。バッファ回路１０６および放出トランスデューサ１０８のそれぞれは、コントローラ１２０に結合される。

コントローラ１２０には、センサ／バッファ回路組み合わせ１０４／１０６の１つにそれぞれが結合された検知回路１２４が含まれる。検知回路１２４には、典型的には、１つまたは複数の増幅、調整およびフィルタリング回路が含まれる。放出トランスデューサ１０８は駆動回路１２８に結合され、この駆動回路１２８は、タッチセンシティブデバイス１０２の基板に伝えられる所定の励起信号を放出トランスデューサ１０８に生成させる信号を、生成する。駆動回路１２８および検知回路１２４のそれぞれは、タッチ位置プロセッサ１３０に結合されている。タッチ位置プロセッサ１３０には、典型的には、アナログ信号調整段階と、適切なサンプリング周波数（たとえば２００ｋＨｚ）でサンプリングするアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、座標位置アルゴリズム／ファームウェアならびに他のアルゴリズムおよびルーチンを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、が含まれる。

たとえば、図８を参照すると、図７の各センサ１０４で検知された屈曲波情報を処理するための一実装例が示されている。図８において、パネル１０５における屈曲波は、少なくとも３つ、好ましくは４つのセンサ１０４によって検知される。センサ１０４は、アナログ屈曲波信号Ｗ₁（ｔ）、Ｗ₂（ｔ）．．．Ｗ_N（ｔ）を測定し、これらの信号が、多重化ＡＤＣ１２６に伝送される。結果として得られたデジタル入力信号が、タッチ位置プロセッサ１３０に伝送され、それによって、接触インパルスの位置およびプロファイルに関連する情報１３２が、決定される。

図９にさらに示すように、タッチパネルコントローラ１２０は、典型的には、ホストプロセッサ１５０に結合される。ホストプロセッサ１５０はまた、タッチディスプレイシステム１２５に結合されるが、このシステム１２５は、図７に示すタイプのタッチセンシティブデバイス１０２を組み込んでいる。ホストプロセッサ１５０は、ネットワークインターフェースなどの通信インターフェースを含み、タッチパネルシステム１００とリモートシステムとの間の通信を容易にしてもよい。たとえば、様々なタッチパネルシステム診断、校正およびメンテナンスルーチンが、タッチパネルシステム１００とリモートシステムとの間の協力的な通信によって実行可能である。

図７に示すように、タッチパネルコントローラ１２０には、ウェークオンタッチ検出器１４０を任意に含んでもよい。一般的なウェークオンタッチアプローチに従って、タッチセンシティブデバイスの基板との接触に起因するか、または別の方法で基板に与えられた屈曲波振動が検知される。検知された振動が分析または評価され、検知された振動がユーザによる意図したタッチの結果か、またはタッチセンシティブデバイスへの意図しないタッチの結果かどうかが決定される。タッチセンシティブデバイスへのタッチが意図的だったとの決定に応じて、ウェークアップ信号が生成される。しかしながら、タッチセンシティブデバイスへのタッチが非意図的だったと決定された場合には、ウェークアップ信号は生成されない。

用語「意図的タッチ」は、検出可能な振動、かかる振動を引き起こすイベント、およびタッチ入力として解釈されるように意図された、かかる振動を受信するセンサにより発生される信号を指す。用語「非意図的タッチ」は、検出可能な振動、かかる振動を引き起こすイベント、およびタッチ入力として解釈されるように意図されない、かかる振動を受信するセンサにより発生される信号を指す。非意図的タッチの例には、検出される信号において必要なシグネチャを生成しない、タッチセンシティブデバイスへの振動を引き起こすインパクトと、同様に外部ノイズが含まれる。本発明の文脈に挿入可能な様々なウェークオンタッチに関する詳細が、上に援用されている米国特許出願第１０／６８３，３４２号明細書に開示されている。

図１０は、タッチセンシティブデバイス１０２に通信的に結合されたタッチパネルコントローラ１２０のある実施形態を示す。本実施形態によれば、タッチパネルコントローラ１２０には、バス２０８を介してメインプロセッサ２０６に結合されたＩ／Ｏプロセッサ２０４が含まれる。Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、タッチパネルコントローラ１２０と外部システムまたは装置との間のＩ／Ｏシグナリングをバス２０９を介して管理するために、本実施形態において用いられる。

一構成において、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、シリアルインターフェースまたはバスなどの高速インターフェース２０９を通じたシグナリングを管理するために実行される。例として、バス２０９は、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）またはＩＥＥＥ１３９４ファイヤワイヤアーキテクチャなどの高速シリアルバスアーキテクチャに準拠してもよく、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、シリアルバス２０９を通じて信号を調整するために実行することができる。ＵＳＢまたはファイヤワイヤ仕様に従ってバス２０９を構成することによって、即時にプラグアンドプレイ接続が提供される。かかるものとして、タッチパネルコントローラ１２０は、接続性に関しての不都合な結果なしに、いつでも、異なるポートにプラグ接続でき、そこからプラグを抜くことができる。

図１０に示すように、ウェークオンタッチ検出器１４０は、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４、インターフェース２０２、および任意にメインプロセッサ２０６に結合される。別の構成において、ウェークオンタッチ検出器１４０は、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４の前端部に結合するか、またはＩ／Ｏプロセッサ２０４とバス２０２との間のインターフェースとして組み込むことができる。ウェークオンタッチ検出器１４０は、タッチセンシティブデバイス１０２から検知信号を受信するけれども、タッチセンシティブデバイス１０２とタッチパネルコントローラ１２０との間における検知信号および他の信号またはデータの伝送に悪影響を与えないように構成されるのが好ましい。

図１０に示す一構成によれば、ウェークオンタッチ検出器１４０をＩ／Ｏプロセッサ２０４に結合して、ウェークオンタッチ検出器１４０によって生成されたウェークアップ信号が、ライン２２２を介してＩ／Ｏプロセッサ２０４に伝送されるようにすることができる。この構成において、Ｉ／Ｏプロセッサは、ウェークアップ信号に応じて、スリープモードからアクティブモードに遷移する。スリープからアクティブモードへの遷移後に、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、タッチパネルコントローラ１２０のメインプロセッサ２０６もしくは他の構成要素、および／またはタッチセンシティブデバイス１０２を組み込んだ携帯機器の制御システムなど、他の構成要素が起動を必要としているかどうかを決定してもよい。代替として、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４は、バス２０８を介してメインプロセッサ２０６にライン２２６によって伝送される第２のウェークアップ信号を生成してもよい。別の構成において、ウェークオンタッチ検出器１４０は、ウェークアップ信号を生成し、ウェークアップ信号を、Ｉ／Ｏプロセッサ２０４（ライン２２２を介して）およびメインプロセッサ２０６（ライン２２４介して）の両方に伝送することができる。

図１０に示すタッチセンシティブデバイス１０２の構成において、センサ１０４のそれぞれは、バッファ回路１０６に結合されている。バッファ回路１０６がアクティブ構成要素（たとえばＪＦＥＴ）を有するので、電力は、バッファ回路１０６がアクティブのときに、バッファ回路１０６に供給されなければならない。かかるものとして、センサ１０４は、電力の節約が課題である用途におけるウェークオンタッチセンサの候補としては劣っている。しかしながら、放出トランスデューサ１０８は、バッファ回路１０６に結合されず、それによって、放出トランスデューサ１０８は、ウェークオンタッチセンサのすぐれた候補になる。

本実施形態によるウェークオンタッチ方法論が、タッチセンシティブデバイス、特に携帯および手持ち式タッチ入力装置の電力消費を著しく低減できることが、容易に認識できる。たとえば、メインプロセッサ２０６およびＩ／Ｏプロセッサ２０４のそれぞれは、通常の動作中に、数百ミリアンペアの電流を必要とする可能性がある。放出トランスデューサ１０８を用いたウェークオンタッチ検出器を使用することによって、メインプロセッサ２０６およびＩ／Ｏプロセッサ２０４のほとんどの回路は、スリープモード中に止めることができ、それによって、電力要求は、完全な動作に必要な電力要求のごく一部にまで、かなり低減される。

ここで図１１を参照すると、本発明の原理によるインパルス復元を含む様々なプロセスが示されている。本明細書で用いられているように、用語「インパルス復元」は、タッチセンシティブ基板への接触によって生成された元のインパルスの形状および／または他の決定的な特徴を生成するプロセスを指す。図１１および続く図に示す方法論は、上記の構成など、様々なタッチセンシティブデバイス構成において実行してもよい。

図１１によれば、ピックアップセンサ信号は、タッチセンシティブプレートへの接触に応じて生成される３００。タッチセンシティブプレート上の接触位置が、好ましくは、ピックアップセンサ信号の分散補正を提供する方法によって、決定される３０２。一旦タッチ位置が知られると、インパルス復元を実行し３０４、接触によって生成されたインパルスの元の形状を効果的に再生する。その後、復元インパルスは、元の接触イベントに関する追加情報を引き出す３０６ことを始めとする様々な目的のために用いてもよい。

図１２は、本発明のある実施形態によるインパルス復元を含む特に有用な方法を示す。図１２において、ピックアップセンサ信号が、タッチセンシティブプレートへの接触に応じて生成され３２０、タッチセンシティブプレート上の接触位置が決定される３２２。タッチ位置を決定すると、インパルス復元を実行し３２４、インパルスの元の形状を生成する。次に、復元インパルスを用いて、元の接触の位置を確認または検証する３２６。

前述のように、インパルス復元を利用するタッチ位置確認を用いて、様々な性能向上を達成してもよいが、これらの性能向上には、たとえば、タッチセンシティブデバイスのケーシングまたは支持構造への疑似タッチの拒絶における改善と、接触強度決定の改善と、曖昧さまたはノイズがある状態で、タッチ位置を決定する際の精度の改善と、接触手段タイプおよび関連する特性の識別の改善と、背景音響ノイズによって生成された疑似接触データの拒絶における改善と、がとりわけ含まれる。

図１３は、本発明のある実施形態によるインパルス復元を含む別の方法を示す。このアプローチによれば、ピックアップセンサ信号は、タッチセンシティブプレートに元のインパルスを生成する接触イベントに応じて取得される３４０。接触位置は、好ましくは前述の方法で決定される３４２。タッチセンシティブプレートの寸法またはアスペクト比が決定される３４４。タッチセンシティブプレートの分散関係は、決定されるかまたは知られている３４６。ブロック３４０〜３４６において取得された情報を用い、元のインパルスを表すインパルスが、復元される３４８。

ブロック３４４に示されている、タッチセンシティブプレートの寸法の決定に対する一アプローチに従い、専用の励起トランスデューサを用いて、タッチセンシティブプレートのコーナーに配置されたピックアップセンサによって検知される屈曲波を生成してもよい。励起刺激は、パルス刺激または広帯域ノイズ状の刺激であってもよい。ピックアップセンサによって出力されたピックアップ信号は、ピックアップ信号のそれぞれを等価な非分散体系に変換することによってなど、分散的な方法で処理してもよい。励起トランスデューサからピックアップセンサのそれぞれまでの相対距離が、計算される。励起トランスデューサとピックアップセンサとの間の相対距離を決定するための代替アプローチは、最初の到達時間の調査のために固定量の分散の除去を含む。別の代替アプローチにおいて、励起信号を狭い周波数帯に集中してもよく、ピックアップセンサのそれぞれへの相対的な到着時間を推定してもよい。

タッチセンシティブプレートの絶対的な分散関係が知られているかまたは直接測定によって決定されている場合には、プレートの絶対寸法が計算可能である。タッチセンシティブプレートの絶対的な分散関係が知られていない場合には、タッチプレートの相対寸法だけが計算可能である。タッチセンシティブプレート材料の絶対的な分散定数が、プレートの絶対寸法を決定するために必要である。なぜなら、プレートの材料特性が、プレートにわたる波動伝搬の絶対速度を、周波数の関数として決定するからである。この知識なしでは、タッチセンシティブプレートの寸法は、正規化座標において知られるだけである。図１３のブロック３４４および３４６に示すように、プレート校正、およびタッチセンシティブプレートの分散関係の決定に関する様々な方法論の詳細が、代理人整理番号５９３７２ＵＳ００２の下で本明細書と同時に出願された、「屈曲波振動検知および励起トランスデューサを用いるタッチセンシティブデバイス（Ｔｏｕｃｈ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」なる名称の、上に援用されている同時係属中の米国特許出願に説明されている。

タッチセンシティブプレート上のインパルスは、次の式

に従い、循環的な方法で接触位置から外側に伝搬することが理解されるが、ここで、Ψは、変位または速度などの物理的なパラメータに対応し、ωは角速度であり、ｋは、タッチセンシティブプレートにおける波動ベクトルであり、ｒは、接触位置から検知位置までの距離である。タッチセンシティブプレートにおける波動ベクトルｋは、次の分散関係

により角速度ωと関連するが、ここで、μは、タッチセンシティブプレートの面密度を指し、Ｂは、プレートの曲げ剛性を指す。はっきりさせるために、上記の式は、完全な平板の式を簡略化したものを表わし、完全な平板の式は、屈曲する近接場の存在のためにより複雑であることが注目される。

上記の式から、エネルギ保存によって要求されるように、インパルスの振幅が距離とともに減衰することが理解できる。さらに、位相因子が、距離に依存するインパルスに適用される。この位相因子は、周波数に対して平方根依存性を有し、したがって、センサ位置でピックアップされるインパルス形状に変化を生じる（対照的に、インパルス形状における関連する変化のない純粋遅延は、周波数に対して線形依存性を有する）。これは、屈曲波伝搬における周知の分散効果である。

分散信号が、非分散媒質を伝搬する信号に変換される分散補正を実行するための様々なアプローチを上述した。接触位置の効率的な計算に有益なこれらの変換方法の特性は、常に分散効果に対する補正である。

しかしながら、本発明に従い、インパルス復元のために、より単純な変換を用いてもよい。１つのかかるより単純な変換によれば、固定量の分散が、分散センサ信号から除去される。タッチセンシティブプレートへの接触位置が与えられたとすると、インパルスの分散は、上記の式から容易に理解できる。接触点／センサ分離距離に対応して逆位相因子を適用し、各センサによってピックアップされた最初の信号を補正し、元のインパルスを復元してもよい。反射／反響に関連する後のエネルギが分散特性を保持することが、注目される。

このより単純な変換アプローチは、接触イベントの位置を直接決定するためには適していない。なぜなら、分散除去プロセスが、接触位置の予備知識を必要とするからである。最初の到達および固定量の分散の除去に基づく反復手順が実行可能だが、これが、真の分散補正変換ほど計算上効率的ではなさそうなことが注目される。しかしながら、分散補正相関関数などの別の方法から接触位置が与えられたとすると、元のインパルスの復元によって、タッチセンシティブデバイスの改善のために多くの恩恵がもたらされる。

図１４は、本発明のある実施形態に従い、インパルス復元の一部として逆位相因子の使用を含む方法を示す。図１４に示すアプローチによれば、分散タッチセンシティブプレートを伝搬する屈曲波が検知され３６０、これらの屈曲波から、分散を示すセンサ信号が生成される３６２。分散センサ信号は、分散補正信号に変換される３６４。分散補正信号を用いて、タッチセンシティブプレートへの接触位置が決定される３６６。各ピックアップセンサと接触位置との間の分離距離が決定される３６８。

各ピックアップセンサに対し、それぞれの接触点／センサ分離距離を用いて、逆位相因子が生成される３７０。逆位相因子は、分散センサ信号に適用され３７２、ピックアップセンサのそれぞれによって検知されたインパルスを復元する３７２。ブロック３６６で計算された接触位置が正しいことを検証するために、到達時間、形状、振幅または他の形態的な特徴など、復元インパルスの１つまたは複数の特徴が比較される。

本発明の追加的な特徴を示す目的で、図１５に示す屈曲波タッチセンシティブデバイス４００を参照する。本実施形態によれば、タッチセンシティブパネル４０２は、前側ベゼルおよび裏側ハウジングがプラスチック成形で作製されたＬＣＤモニタのフレーム４０４に取り付けられている。タッチセンシティブパネル４０２の各コーナーには、ピックアップセンサ１６が取り付けられている。図１６〜３２の以下の説明は、これらの図に関連する方法論が、図１５に一般的に示すタイプのタッチセンシティブデバイス４００において実行可能だと想定している。

図１６は、センチメートルの軸単位を用いた、タッチセンシティブパネルエリアのプロットである。各コーナーにセンサ番号の指定が示されている。さらに、十字（プラス記号）が、パネルへの指タッチによって生成された接触位置を示す。この接触が、屈曲波の過渡パルスを生成し、この過渡パルスが、ピックアップセンサのそれぞれによって電圧に変換された。次に、センサ信号は、予め増幅され、デジタル化されて、１０ｋＨｚで高域通過フィルタリングされ、図１７に示されたトレースを結果としてもたらした。全てのかかるグラフが、任意のＹ軸単位およびｌ００ｋＨｚのサンプルレートで得られたサンプル数のＸ軸単位を有することが注目される。

図１７に示すトレースの分散は、明らかである。特に、接触位置から最も遠いセンサ（すなわちセンサ１および２）は、エネルギのより遅い到着およびより広がったインパルス形状を示す。接触点／センサ分離距離に関連する逆位相因子が、図１７の生のセンサ信号データに適用された場合には、図１８のトレースが結果として生じる。

図１７に示す分散されたトレースが、異なる形状および到達時間を示すのに対して、図１８に示すトレースは、類似の形状を有し（すなわち、全てが正の初期過渡現象を有する）、時間整合されている。これらのトレースは、最初のインパルスの正確な復元を示している。復元インパルス間におけるインパルスの類似性を決定するための技術は、以下でより詳細に説明する。

接触インパルスの分散は、各センサにおける信号が、タッチセンシティブプレート上の全てのポイントに対して異なってフィルタリングされるという点で、空間フィルタと見なしてもよい。前述ように、インパルス復元のプロセスは、最初の到達エネルギに対する逆フィルタの適用と見なしてもよく、位置決定アルゴリズムによって決定された接触位置が元のピックアップ信号と一致していることを検証するために、実行してもよい。

例として、図１９は、ｘおよびｙ方向の両方に２５ｍｍシフトされた位置と共に、図１６に示す元の接触位置を示す。この例証的な例は、ポイント位置が真の位置から離れて報告された場合のエラーをシミュレートする。

インパルス復元が、図１７に示すように、ピックアップ信号に対して実行されるが、しかしシフトされた配置位置で実行される。結果を図２０に示す。元のインパルスの復元が、もはや正確ではないことが明らかであり、異なる信号間の著しい変動が明白である。この疑似ポイントは、誤ったものとして容易に検出および報告が可能である。

本発明によるインパルス復元方法により提供されるポイント位置の検証によって、機能性の向上が提供される。たとえば、計算結果におけるエラーの場合には、インパルス復元は、エラーを強調するために用いられ、ポイントを返さなくてもよい。エラーの際に、ポイントを返すのではなく、ポイントを返さないことが望ましいと考えられる。さらなる例として、パネルエッジからの反射が、分散補正相関関数における追加のピークを生成する可能性がある。これらのピークは、曖昧さおよび多くの候補ポイントを生じさせる可能性がある。これらの曖昧さは、本発明のインパルス復元および接触位置検証方法論を用いて、容易に解決可能である。

別の例において、位置決定計算を誘発するための閾値を低下させることは、たとえば空気伝送音響、構造的音響または電気的ノイズなどの背景ノイズにおける過渡現象のために、疑似ポイントを生じる可能性がある。疑似ポイントに関連するこれらのノイズは、インパルス復元を用いることによって拒絶可能であり、より低い閾値を設定することができ、軽いタッチに対するより優れた感度が達成される。

以下の例証的な例には、ＬＣＤベゼルへのタッチが含まれる。この場合に、ベゼルへのタッチによって、エネルギがタッチセンシティブパネルに結合され、位置決定計算が誘発される。インパルス復元を用いた検証を必要とする、タッチセンシティブプレート本体内のポイントが報告される可能性がある。図２１は、ＬＣＤベゼルへのタッチによって報告されたポイント（十字によって表わされている）を示す。

図２２は、ＬＣＤベゼルへのタップに起因するピックアップ信号トレースを示す。これらの信号トレースは、異なる到達時間および分散形状を示す。図２２に示すトレースを与えられたものとすると、これらのトレースが、ベゼルタッチかまたはタッチセンシティブパネルへの有効な接触に起因したかどうかは、直ちに明白ではない。しかしながら、図２３は、図２２のトレースに適用されたインパルス復元の結果を示す。復元インパルス形状が有効なポイントに対応しないことは、図２３におけるトレースから明らかである。かかるものとして、この誤ったポイントは、容易に拒絶可能である。

図２４、２５および２６は、スタイラスを用いたタッチイベントに起因する接触位置、ピックアップ信号および復元インパルスを示す。インパルス復元が非常にうまく働いたことが、図２６に示すトレースから、容易に見て取れる。スタイラスの使用によって生成されるインパルス形状は、指接触によって生成される形状とは極めて異なっている。かかる相違を用いて、たとえば指対スタイラス対手袋をはめた指などの接触タイプの性質を検出してもよい。

接触位置確認に適用されるインパルス復元は、どれほど類似した復元インパルスを各センサから取得可能かを示す例を用いて、上記で十分に説明された。接点ポイントの有効性を確認するプロセスは、復元インパルスそれぞれの到達時間および形状の両方における類似性の測定を含む。この目的のために、異なる復元インパルス間の相関関係の測定を始めとする多くの技術を実行してもよい。図２７（ａ）〜（ｄ）に関連して下記で説明する方法は、適切に動作しかつ計算上効率的な、いくつかの技術の１つを表わす。

図２７（ａ）は、センサ１〜４のための、元は図１８に示した復元インパルスを示す。図２７（ｂ）は、これらのインパルスの平均値を示す。復元インパルスの平均を取ることは、４つのセンサの立上り時間および形状が類似しているという、各トレースにおける所望の類似特徴を強調する役割をする。より後のエネルギが、タッチセンシティブプレート内の反射に起因し、インパルス復元プロセスにより分散に対して補正されないことが注目される。この点に関して、インパルス復元プロセスは、最初の到達距離である１つの距離に対して補正を試みるだけである。結果として、後のエネルギは、４つのトレース間で異なっているので、平均化プロセスによって低減される。したがって、図２７（ｂ）に示すトレースは、有益な方法で４つのトレースにおける情報を組み合わせる。

図２７（ｂ）においてはっきり目に見える鋭い変化をさらに強調するために、スケーリングファクタを有用に適用できる。かかるスケーリングファクタを図２７（ｃ）に示すが、これは、インパルス応答の絶対値の累積合計から引き出される。これが、各センサのために計算されかつ平均されて、図２７（ｃ）に示すトレースをもたらす。結果としてのトレースは、信号が静止している場合には低いが、しかし、インパルスの非静止部分を通して、時間が増加するにつれて漸進的に増加する。このアプローチを用いて、図２７（ｄ）に示すように最初の到達を強調してもよい。

図２７（ｄ）は、平均累積合計で割られた平均インパルス応答、すなわち図２７（ｃ）のトレースで除された図２７（ｂ）のトレースを示す。このスケーリングは、トレースを正規化し、かつサンプル４０に近い、インパルスの立ち上がりを強調する役割をする。応答の最初の２０サンプルは、スケーリング関数の大きな値に起因するいくらかのノイズを示す。しかしながら、最初の２０サンプルが捨てられた後、測定は、インパルスの同時性の指標として用いてもよい。また、０．２の閾値レベルが図２７（ｄ）のグラフに示され、このレベルを超えると、インパルスは同時であり、かつポイントは有効であると考えられる。

ほぼ同時に全てが急に立ち上がるインパルスの類似の形状を強調する図２７に関連して、同時性の測定が示された。この測定を用いて、有効なポイントを確認し、誤ったポイントを拒絶してもよい。

所定の同時性測定が有効であるためには、それは、「悪い」ポイントを拒絶すべきである。ここで、かかる測定の２つの例を説明する。図２８に示す第１のものは、元は図２０に示した、不正確なデータサンプルの結果を示す。図２９に示す第２のものは、元は図２２に示した、ＬＣＤベゼルのタッチデータの結果を示す。両方の「悪い」ポイント例は、関心領域（たとえば２０サンプルの後）において閾値を超えず、このことは、上記の同時性測定プローチの有効性を実証する。

上記のインパルス復元方法は、元の接触が、実際には合理的なインパルスを生成するという事実に依存する。これは、ほとんどの接触にとって事実であり、この方法は、各センサへの第１の到達距離に関連する逆位相因子の適用で適切に働く。しかしながら、測定には、定位相因子の付加的な可能性がある。

これは、次のものを含む多数の異なる原因によってもたらされる可能性がある。（１）タッチセンシティブプレートにおける屈曲波が、伝搬波および指数関数的に減衰する近接場の両方の形態をとる。これらの近接場は、接触ポイントからセンサまで伝搬しないが、しかしながら、それらは、接触ポイントにおける応答に影響を及ぼし、伝搬波と位相が一致しない可能性がある。接触ポイントにおけるインパルス入力と共に、プレートの応答もまた、インパルス状であり得るが、しかしながら、伝搬波の位相がシフトされる可能性がある。（２）接触がコンプライアントであり、生成される力に位相因子を導入する可能性がある。（３）センサ位置における応答の位相が、センサの近くで、エッジにおける境界条件によって影響を受ける。そして（４）センサトランスデューサ自体が、異なる物理量の応答を測定するように実行される可能性がある、ということである。例としては、速度、力、面内応力および曲率が含まれる。これらの物理的パラメータは、一般に同相ではなく、どのパラメータが測定されるかに依存して、異なる位相因子を導入してもよい。

位相因子の動作は、復元インパルスの形状を変更することである。結果としてのインパルスは、やはり時間整合され、復元後は形状が類似している。しかしながら、インパルスとのそれらの類似性は、かかる任意の位相因子によって損なわれる可能性がある。この理由で、上記のインパルス復元方法は、最初の到達距離に関連する位相に加えて定位相のための補正を含めるように拡張してもよい。これは、復元インパルス形状の鮮鋭さを改善するように選択してもよい。

インパルス復元は、接触位置確認のため以外の目的に用いてもよい。たとえば、インパルス復元を用いて、タッチセンシティブプレートへのタッチの強さ（ｚ軸感度）を決定してもよい。ｚ軸感度は、タッチの強さを検出する能力を指す。これは、生のピックアップ信号を用いて、ある程度まで可能である。強い接触対弱い接触の進路区別は、発生される電圧レベルの比較によって達成してもよい。たとえば、強い接触は、弱い接触より大きなＲＭＳ電圧レベルを生成する。

ここで、図３０〜３２を参照する。図３０は、タッチセンシティブパネルへの２つの接触位置を示す。２つの接触の結果としてのピックアップ信号が、図３１に示されているが、この場合に、各接触に対する４つのトレースが、重畳されて示されている。第２の接触のトレースは、より大きな電圧レベルを明らかに示す。しかしながら、信号の形状は、接触点／センサ分離距離に関連する異なる分散量のために異なっている。相対レベルの詳細な数量化は、図３２に示すように、インパルス復元トレースの比較を必要とする。

図３２に示すインパルス復元信号によって、分散されたピックアップ信号だけを用いて可能であるよりもかなり優れた精度で、タッチの強さを決定することが可能になる。図３２に示すトレースが、位相因子と、距離に従う平方根振幅減衰との両方について補正されるのに対して、前のグラフは、位相因子に対して補正されただけだったことが注目される。この完全な補正は、時間およびまた全体的な振幅の両方においてインパルスを整合させる。この例証的な例におけるインパルスの相対的な強度は、電圧においてほぼ２倍（６ｄＢ）である。

本発明の様々な実施形態の前述の記載は、例証および説明のために提示された。それは、包括的であるようにも、本発明を開示された形態に正確に制限するようにも意図されていない。上記の教示に照らして、多くの修正および変更が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されるように、意図されている。

平方根分散関係を備えた理想的な媒質におけるインパルス応答を図表で示す。 図１ａのインパルス応答のフーリエ変換を取ることによって得られた、図１ａの分散インパルス応答の周波数応答を図表で示す。 タッチパネル分散の逆数で周波数軸をワープすることによって得られた、図１ｂに示す分散周波数応答の分散補正変換を図表で示す。 分散に対して補正された図１ｃのトレースに逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することによって生成された非分散インパルス応答を示す。 本発明のある実施形態による、屈曲波振動を検出するための特徴および機能性を組み込んだタッチセンシティブデバイスの一構成を示す。 本発明のある実施形態による、ピックアップセンサおよび励起トランスデューサを組み込んだタッチセンシティブデバイスの別の構成を示す。 本発明のある実施形態による、励起トランスデューサ、およびバッファ回路に結合されたピックアップセンサを組み込んだタッチセンシティブデバイスの構成を示す。 図４に示すデバイス実施形態において用いるのに適したバッファ回路構成の概略図である。 本発明のある実施形態による、ディスプレイに取り付けられたタッチセンシティブデバイスの断面図である。 本発明のある実施形態による、タッチセンシティブデバイスおよびタッチパネルコントローラを含むタッチパネルシステムの図である。 本発明のある実施形態による、多数のピックアップセンサのそれぞれにおいて取得された屈曲波情報を処理するための実装例を示す。 本発明のある実施形態による、ディスプレイに取り付けられ、かつタッチパネルコントローラおよびホストプロセッサに結合されたタッチセンシティブデバイスを含むタッチパネルシステムを示す。 本発明による、タッチセンシティブデバイスに通信的に結合されたタッチパネルコントローラのある実施形態を示す。 本発明のある実施形態による、インパルス復元を用いる方法を示す。 本発明のある実施形態による、インパルス復元およびタッチ位置確認を用いる方法を示す。 本発明のある実施形態による、インパルス復元を実行する方法を示す。 本発明のある実施形態による、インパルス復元およびタッチ位置確認を実行する方法を示す。 タッチセンシティブデバイスであって、このデバイスを用いて、インパルス復元およびタッチ位置検証を含む方法論が、本発明の実施形態に従って実行可能であるタッチセンシティブデバイスを示す。 寸法が示され、かつメーカが、指によるプレートへの接触位置を示すタッチセンシティブプレートのグラフ表示である。 図１６に示す接触に応答する４つのセンサのためのピックアップ信号のトレースを示す。 図１７に示す生データに対応するインパルス復元データのトレースを示す。 エラーをシミュレートする目的でシフトされた接触位置を示す印を追加した、図１６のタッチセンシティブプレートを示す。 本発明によるインパルス復元およびタッチ位置検証を受けた、図１９に関連した４つのピックアップ信号のトレースが示され、復元インパルスが、図１９においてシミュレートされたエラーを検証している。 ＬＣＤアセンブリに取り付けられたタッチセンシティブプレートを示すが、印が、ＬＣＤアセンブリのベゼルへのタッチに起因し、かつタッチ位置決定アルゴリズムによって返された誤ったポイントを示している。 図２１に示すベゼルタッチイベントに起因する、ピックアップ信号のトレースを示す。 図２１に示すベゼルタッチイベントに起因するピックアップ信号の復元インパルスのトレースを示す。 スタイラスを用いたタッチイベントに起因する接触位置を示す。 スタイラスを用いたタッチイベントに起因するピックアップ信号を示す。 スタイラスを用いたタッチイベントに起因する復元インパルスを示す。 本発明のある実施形態による、図１８に示すデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 本発明のある実施形態による、図１８に示すデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 本発明のある実施形態による、図１８に示すデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 本発明のある実施形態による、図１８に示すデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 本発明のある実施形態による、報告されたタッチが不正確な場合の、図２０に示すデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 本発明のある実施形態による、図２２に示すベゼルタッチデータに適用されたインパルス同時性の測定を示す。 タッチセンシティブプレート、および異なる強さの２つの接触の位置を示す。 図３０に示す２つの接触に対応するピックアップ信号を示す。 図３０に示す２つの接触に対応するインパルス復元信号を示す。

Claims (32)

1. 複数のセンサが結合されたタッチプレートを含むタッチセンシティブデバイスと共に用いるための方法であって、
   前記タッチセンシティブデバイスへのタッチに応じて、分散を示すセンサ信号を生成するステップと、
   前記センサ信号における前記分散を補正し、分散補正信号を生成するステップと、
   前記分散補正信号を用いて、前記タッチの位置を決定するステップと、
   前記タッチセンシティブデバイスへの前記タッチによって生成されたインパルスを表すインパルスを復元するステップと、
   前記復元インパルスを用いて、前記タッチの前記位置を確認するステップと、
   を含む方法。
2. 前記インパルスを復元するステップが、前記タッチプレートの分散関係を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記インパルスを復元するステップが、前記タッチプレートの寸法を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記タッチプレートの前記寸法を決定するステップが、前記タッチプレートに結合された励起トランスデューサと、前記複数のセンサとを用いて、前記タッチプレートの前記寸法を決定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記タッチプレートの前記寸法を決定するステップが、
   前記励起トランスデューサによって生成された励起信号を前記タッチプレートに印加し、かつ前記センサのそれぞれによって前記励起信号を検知するステップと、
   前記センサのそれぞれにおける出力に対する、前記励起トランスデューサにおける入力の伝達関数を決定するステップと、
   前記伝達関数を用い、前記センサのそれぞれのために分散補正インパルス応答を決定するステップと、
   前記それぞれの分散補正インパルス応答を用いて、前記タッチプレートの前記寸法を決定するステップと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記インパルスを復元するステップが、
   前記タッチ位置と前記センサのそれぞれとの間の分離距離を決定するステップと、
   前記センサのそれぞれのために、前記それぞれの分離距離を用いて、逆位相因子を生成するステップと、
   前記逆位相因子を前記センサ信号に適用して、前記インパルスを復元するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記タッチの前記位置を確認するステップが、前記復元インパルスの１つまたは複数の特徴の類似性を評価するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記復元インパルスの類似性を評価するステップが、
   閾値を達成する前記類似性評価に応じて、前記タッチ位置を有効として確認するステップと、
   前記閾値を達成しない前記類似性評価に応じて、前記タッチ位置を無効と見なすステップと、
   を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記タッチの前記位置を確認するステップが、前記復元インパルスの同時性を評価するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記タッチの前記位置を確認するステップが、前記復元インパルスのそれぞれの到達時間および形状を評価するステップを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記タッチの前記位置を確認するステップが、
    前記復元インパルスの平均値を計算して、前記復元インパルスの特定の特徴を強調するステップと、
    前記復元インパルスの前記特定の特徴の類似性を評価するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記タッチの前記位置を確認するステップが、
    前記復元インパルスの平均値を計算するステップと、
    前記復元インパルスの前記計算された平均値にスケーリングファクタを適用して、スケーリングされた復元インパルスを生成するステップであって、前記スケーリングファクタが、前記平均化復元インパルスの最初の到達エネルギを強調するように選択されるステップと、
    前記スケーリングされた復元インパルスを閾値に対して比較し、前記タッチ位置を有効または無効として確認するステップと、
    を含む、請求項１に記載の方法。
13. センサ信号が、前記タッチセンシティブデバイスのベゼルまたはフレームへのタッチに応じて生成され、前記タッチの前記位置を確認するステップが、前記ベゼルまたはフレームへの前記タッチを、誤ったタッチとして確認するステップを含む、請求項１に記載の方法。
14. タッチプレートと、
    前記タッチプレートに結合された複数のセンサであって、前記センサのそれぞれが、前記タッチプレートにおける屈曲波を検知し、かつ前記タッチプレートへのタッチに応じてセンサ信号を生成するように構成されたセンサと、
    前記センサに結合されたコントローラであって、前記センサ信号における分散を補正し、前記分散補正信号を用いて前記タッチの位置を決定し、前記タッチセンシティブデバイスへの前記タッチによって生成されたインパルスを表すインパルスを復元し、前記復元インパルスを用いて前記タッチの前記位置を確認するコントローラと、
    を含むタッチセンシティブ装置。
15. 複数のアクティブバッファ回路であって、それぞれが、前記センサの１つにそれぞれ結合されたアクティブバッファ回路をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記タッチプレートに結合され、かつ前記タッチプレートに屈曲波を誘発するように構成された励起トランスデューサをさらに含む、請求項１４に記載の装置。
17. 前記センサが、前記誘発された屈曲波に応じて屈曲波信号を生成し、
    前記コントローラが、前記屈曲波信号を用いて前記タッチプレートの寸法を計算し、前記タッチプレート寸法を用いて前記インパルスを復元する、請求項１６に記載の装置。
18. 複数のアクティブバッファ回路であって、それぞれが、前記センサの１つにそれぞれ結合されたアクティブバッファ回路と、
    前記タッチプレートに結合され、かつ前記タッチプレートに屈曲波を誘発するように構成された励起トランスデューサと、
    をさらに含む装置において、
    前記コントローラが、前記アクティブバッファ回路を介して前記センサに結合され、かつ非アクティブにバッファされた接続部を介して励起トランスデューサに結合された、請求項１４に記載の装置。
19. 前記コントローラが、前記タッチプレートの分散関係を決定し、前記分散関係を用いて前記インパルスを復元する、請求項１４に記載の装置。
20. 前記コントローラが、前記タッチプレートの寸法および前記タッチプレートの分散関係に対応するデータにアクセスし、前記タッチプレート寸法および分散関係に対応する前記データを用いて前記インパルスを復元する、請求項１４に記載の装置。
21. 前記コントローラが、前記タッチ位置と前記センサのそれぞれとの間の分離距離を決定し、かつ前記それぞれの分離距離を用いて、前記センサのそれぞれに関連する逆位相因子を生成し、前記コントローラが、前記逆位相因子を前記センサ信号に適用して前記インパルスを復元する、請求項１４に記載の装置。
22. 前記コントローラが、前記復元インパルスの１つまたは複数の特徴の類似性を決定して、前記タッチの前記位置を確認する、請求項１４に記載の装置。
23. 前記コントローラが、閾値を達成する前記類似性決定に応じて、前記タッチ位置を有効として確認し、前記閾値を達成しない前記類似性決定に応じて、前記タッチ位置を無効として検証する、請求項２２に記載の装置。
24. 前記コントローラが、前記復元インパルスの同時性を評価して前記タッチの前記位置を確認する、請求項１４に記載の装置。
25. 前記コントローラが、前記復元インパルスのそれぞれの到達時間および形状を評価して、前記タッチの前記位置を確認する、請求項１４に記載の装置。
26. 複数のセンサが結合されたタッチプレートを含むタッチセンシティブ装置であって、
    前記タッチセンシティブデバイスへの前記タッチに応じてセンサ信号を生成するための手段と、
    前記センサ信号における分散を補正して分散補正信号を生成するのための手段と、
    前記分散補正信号を用いて前記タッチの位置を決定するための手段と、
    前記タッチセンシティブデバイスへの前記タッチによって生成されたインパルスを表すインパルスを復元するための手段と、
    前記復元インパルスを用いて前記タッチの前記位置を確認するための手段と、
    を含む装置。
27. 前記復元手段が、前記タッチプレートの分散関係を決定するための手段を含む、請求項２６に記載の装置。
28. 前記復元手段が、前記タッチプレートの寸法を決定するための手段を含む、請求項２６に記載の装置。
29. 前記寸法決定手段が、前記タッチプレートに励起信号を印加するための手段と、前記励起信号に応じた信号を検知するための手段と、を含む、請求項２８に記載の装置。
30. 前記確認手段が、前記復元インパルスの１つまたは複数の特徴の類似性を評価するための手段を含む、請求項２６に記載の装置。
31. 前記評価手段が、閾値を達成する前記類似性評価に応じて、前記タッチ位置を有効として確認するための、かつ前記閾値を達成しない前記類似性評価に応じて、前記タッチ位置を無効と見なすための手段を含む、請求項３０に記載の装置。
32. 前記確認手段が、前記復元インパルスの同時性を評価するための手段を含む、請求項２６に記載の装置。

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